JP2010085872A - Variable shape mirror - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ミラー面の形状を変化させる形状可変ミラーに関する。 The present invention relates to a variable shape mirror that changes the shape of a mirror surface.
圧電薄膜方式の形状可変ミラーとしては、例えば、基板上に下部電極、圧電膜、上部電極を形成した後、第１の電極と第２の電極の少なくとも一方を互いに空けて複数の電極を形成させ、各電極に印加する電圧を調整することにより一枚のミラー面の形状を変化させるものが知られている（特許文献１参照）。そして、圧電薄膜方式の形状可変ミラーは、静電方式の形状可変ミラーに比べて駆動力が大きく、消費電力を少なくできる利点を持っている。なお、このような形状可変ミラーは、補償光学系における収差補正用デバイスとして利用される可能性を持っている。
しかしながら、前述のような圧電薄膜方式の形状可変ミラーの場合、ミラー面の形状変化が小さく、補償光学系に配置される形状可変ミラーとして十分な収差補正を行うことが困難であった。 However, in the case of the piezoelectric thin film type deformable mirror as described above, the change in the shape of the mirror surface is small, and it has been difficult to perform sufficient aberration correction as the deformable mirror disposed in the adaptive optics system.
本発明は、上記問題点を鑑み、精度よく収差補正を行うことができる圧電薄膜方式の形状可変ミラーを提供することを技術課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a piezoelectric thin film type deformable mirror that can accurately correct aberrations.
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is characterized by having the following configuration.
（１） マイクロミラーが複数分離して配置され、各マイクロミラーがそれぞれ独立して駆動されることによりミラー面全体の形状を変化させる形状可変ミラーは、
基板上における固定部の内側に第１のトーションバーを介して形成される内部可動枠と、前記第１のトーションバーに対して直交する第２トーションバーを介して前記内部可動枠の内側に形成される回動板と、前記第１のトーションバーを挟む形で形成された第１の圧電膜及び該第１の圧電膜に電圧を印加する第１の電極と、前記第２のトーションバーを挟む形で形成された第２の圧電膜及び該第２の圧電膜に電圧を印加する第２の電極と、を含み、前記第１の電極及び前記第２の電極に印加される電圧によって前記第１及び第２トーションバーを回動軸として回動される前記回動板の回動角度が調整される圧電アクチュエータが複数配置された圧電アクチュエータアレイと、
該圧電アクチュエータアレイの各圧電アクチュエータに設けられた前記回動板上に形成される柱部と、
前記柱部によって下方より支持されるマイクロミラーであって、前記圧電アクチュエータの面積以上の大きさを持ち、隣り合う各マイクロミラー同士が近接して配置されるように前記柱部を介して圧電アクチュエータの上方に置かれるマイクロミラーと、を備え、
各圧電アクチュエータに設けられた回動板の回動角度によって各マイクロミラーの反射面の角度が二次元的に調整されることによりミラー面全体の形状が変化されることを特徴とする。
（２） （１）の形状可変ミラーにおいて、
前記第１の圧電膜及び該第１の電極と、前記第２の圧電膜及び該第２の電極は、内部可動枠上に形成されていることを特徴とする形状可変ミラー。
（３） （２）の形状可変ミラーにおいて、
前記柱部は前記第１のトーションバーによる回動軸と前記第２のトーションバーによる回動軸とが交わる位置に配置されていることを特徴とする。
(1) A variable shape mirror that changes the shape of the entire mirror surface by arranging a plurality of micromirrors and driving each micromirror independently.
An internal movable frame formed inside the fixed portion on the substrate via a first torsion bar, and an inner movable frame formed via a second torsion bar orthogonal to the first torsion bar. A rotating plate, a first piezoelectric film formed so as to sandwich the first torsion bar, a first electrode for applying a voltage to the first piezoelectric film, and the second torsion bar. A second piezoelectric film formed in a sandwiched manner and a second electrode for applying a voltage to the second piezoelectric film, and the voltage applied to the first electrode and the second electrode A piezoelectric actuator array in which a plurality of piezoelectric actuators that adjust the rotation angle of the rotation plate that is rotated about the first and second torsion bars are arranged;
A column portion formed on the rotating plate provided in each piezoelectric actuator of the piezoelectric actuator array;
A micromirror supported from below by the pillar portion, the piezoelectric actuator having a size larger than the area of the piezoelectric actuator and through which the adjacent micromirrors are arranged close to each other. And a micromirror placed above
The shape of the entire mirror surface is changed by two-dimensionally adjusting the angle of the reflection surface of each micromirror according to the rotation angle of the rotation plate provided in each piezoelectric actuator.
(2) In the variable shape mirror of (1),
The variable shape mirror, wherein the first piezoelectric film and the first electrode, and the second piezoelectric film and the second electrode are formed on an internal movable frame.
(3) In the variable shape mirror of (2),
The column part is arranged at a position where a rotation axis by the first torsion bar and a rotation axis by the second torsion bar intersect.
本発明によれば、圧電薄膜方式の形状可変ミラーにおいて精度よく収差補正を行うことができる。 According to the present invention, aberration correction can be performed with high precision in a piezoelectric thin film type deformable mirror.
以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態に係る形状可変ミラーを上方より見た場合の上方概略図であり、図２は本実施形態に係る形状可変ミラーの一部を側方より見た場合の要部断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an upper schematic view when the deformable mirror according to the present embodiment is viewed from above, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part when a part of the deformable mirror according to the present embodiment is viewed from the side. It is.
形状可変ミラー１０は、複数の圧電アクチュエータ１０１が配列された圧電アクチュエータアレイ１００と、各圧電アクチュエータ１０１上に設けられた柱部３００と、各柱部３００の上部に設けられたマイクロミラー５００と、に大別される構成となっている。ここで、圧電アクチュエータ１０１が駆動されると、駆動された圧電アクチュエータ１０１に対応するマイクロミラー５００が傾斜され、マイクロミラー５００の反射角度が変化される。なお、形状可変ミラー１０は、セグメントタイプの形状可変ミラーであり、微小なミラー（マイクロミラー５００）が複数分離して配置されている。そして、各ミラーがそれぞれ独立して駆動されることにより、ミラー面全体が任意の形状に変化される。なお、マイクロミラー５００の大きさとしては、直径約１ｍｍ程度のものが考えられる。 The deformable mirror 10 includes a piezoelectric actuator array 100 in which a plurality of piezoelectric actuators 101 are arranged, a column part 300 provided on each piezoelectric actuator 101, a micromirror 500 provided on the top of each column part 300, The configuration is roughly divided into Here, when the piezoelectric actuator 101 is driven, the micromirror 500 corresponding to the driven piezoelectric actuator 101 is tilted, and the reflection angle of the micromirror 500 is changed. The variable shape mirror 10 is a segment type variable shape mirror, and a plurality of minute mirrors (micromirrors 500) are arranged separately. Then, each mirror is driven independently, whereby the entire mirror surface is changed to an arbitrary shape. Note that the size of the micromirror 500 may be about 1 mm in diameter.
ここで、圧電アクチュエータアレイ１００は、図１に示すように基板１０２上に複数の圧電アクチュエータ１０１が配列された構成となっている。本実施形態では、基板１０２上に、複数の圧電アクチュエータ１０１が格子状（ハニカム状）に配列されたような構成となっている。この場合、圧電アクチュエータが二次元的に所定の間隔で配置された構成であれば良く、例えば、複数の圧電アクチュエータが放射状に配列されたような構成であってもよい。なお、アクチュエータアレイ１００には、各圧電アクチュエータ１０１に対応する電極端子１０９が複数形成されており、各電極端子１０９を介して各圧電アクチュエータ１０１に対して電圧を供給できるようになっている。 Here, the piezoelectric actuator array 100 has a configuration in which a plurality of piezoelectric actuators 101 are arranged on a substrate 102 as shown in FIG. In the present embodiment, a plurality of piezoelectric actuators 101 are arranged on a substrate 102 in a lattice shape (honeycomb shape). In this case, the piezoelectric actuators may be configured to be two-dimensionally arranged at a predetermined interval. For example, a configuration in which a plurality of piezoelectric actuators are arranged radially may be used. In the actuator array 100, a plurality of electrode terminals 109 corresponding to each piezoelectric actuator 101 are formed, and a voltage can be supplied to each piezoelectric actuator 101 via each electrode terminal 109.
図３は圧電アクチュエータ１０１を上方より見た場合の概略構成図である。図３において、第１トーションバー２１２ａ、２１２ｂによって基板１０２上の固定部２５０に対して内部可動枠２０３が回動可能に軸支される。また、第２トーションバー２０４ａ、２０４ｂによって内部可動枠２０３に対して回動板２０２が回動可能に軸支される。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram when the piezoelectric actuator 101 is viewed from above. In FIG. 3, the internal movable frame 203 is pivotally supported by the first torsion bars 212a and 212b with respect to the fixed portion 250 on the substrate 102 so as to be rotatable. Further, the rotating plate 202 is pivotally supported with respect to the inner movable frame 203 by the second torsion bars 204a and 204b.
固定部２５０と内部可動枠２０３との間には、空隙２５２（図３の黒塗り部分）が形成されており、内部可動枠２０３は、空隙部２５２の内側に形成されている。さらに、回動板２０２は、空隙部２５３（図３の黒塗り部分）を介して内部可動枠２０３の内側に形成されている。 A gap 252 (the black portion in FIG. 3) is formed between the fixed portion 250 and the inner movable frame 203, and the inner movable frame 203 is formed inside the gap 252. Further, the rotating plate 202 is formed inside the inner movable frame 203 via a gap 253 (the black portion in FIG. 3).
内部可動枠２０３は、その１対の辺の中心位置から外側へ延びた第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを介して固定部２５０に弾性的に支持されている。また、回動板２０２は、その１対の辺の中心位置から外側へ延びた第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを介して内部可動枠２０３に弾性的に支持されている。ここで、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂと、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂとは、互いに直交関係にある。 The internal movable frame 203 is elastically supported by the fixed portion 250 via first torsion bars 212a and 212b extending outward from the center position of the pair of sides. The rotating plate 202 is elastically supported by the internal movable frame 203 via second torsion bars 204a and 204b extending outward from the center position of the pair of sides. Here, the second torsion bars 204a and 204b and the first torsion bars 212a and 212b are orthogonal to each other.
内部可動枠２０３の上には、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを両側から挟む形で、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃ、２１７ｄが形成されている。また、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの下方には圧電膜１０３が形成され、圧電膜１０３の下方には下部電極１０５が形成されている（図７参照）。この場合、一枚の薄膜からなる圧電膜１０３に関して、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄ（以下、第１の上部電極１０７と省略する場合あり）の下方に形成された圧電膜１０３が第１の圧電膜として機能される。また、一枚の薄膜からなる下部電極１０５に関して、圧電膜１０３を挟んで第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの下方に形成された下部電極１０５が第１の下部電極として機能される。なお、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄは、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂと直交する方向が長手方向となるように形成される。 On the inner movable frame 203, first upper electrodes 217a, 217b, 217c, and 217d are formed so as to sandwich the first torsion bars 212a and 212b from both sides. A piezoelectric film 103 is formed below the first upper electrodes 217a to 217d, and a lower electrode 105 is formed below the piezoelectric film 103 (see FIG. 7). In this case, with respect to the piezoelectric film 103 made of a single thin film, the piezoelectric film 103 formed below the first upper electrodes 217a to 217d (hereinafter sometimes abbreviated as the first upper electrode 107) is the first It functions as a piezoelectric film. Further, for the lower electrode 105 made of a single thin film, the lower electrode 105 formed below the first upper electrodes 217a to 217d with the piezoelectric film 103 interposed therebetween functions as the first lower electrode. The first upper electrodes 217a to 217d are formed so that the direction perpendicular to the first torsion bars 212a and 212b is the longitudinal direction.
また、内部可動枠２０３の上には、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを両側から挟む形で、第２の上部電極２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃ、２０９ｄが形成されている。また、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ（以下、第２の上部電極２０９と省略する場合あり）の下方には圧電膜１０３が形成され、圧電膜１０３の下方には下部電極１０５が形成されている。この場合、一枚の薄膜からなる圧電膜１０３に関して、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄの下方に形成された圧電膜が第２の圧電膜として機能される。また、一枚の薄膜からなる下部電極１０５に関して、圧電膜１０３を挟んで第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄの下方に形成された下部電極１０５が第２の下部電極として機能される。なお、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄは、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂと直交する方向が長手方向となるように形成される。 Further, second upper electrodes 209a, 209b, 209c, and 209d are formed on the inner movable frame 203 so as to sandwich the second torsion bars 204a and 204b from both sides. In addition, a piezoelectric film 103 is formed below the second upper electrodes 209 a to 209 d (hereinafter may be abbreviated as the second upper electrode 209), and a lower electrode 105 is formed below the piezoelectric film 103. Yes. In this case, with respect to the piezoelectric film 103 made of a single thin film, the piezoelectric film formed below the second upper electrodes 209a to 209d functions as the second piezoelectric film. In addition, regarding the lower electrode 105 made of a single thin film, the lower electrode 105 formed below the second upper electrodes 209a to 209d with the piezoelectric film 103 interposed therebetween functions as the second lower electrode. The second upper electrodes 209a to 209d are formed so that the direction perpendicular to the second torsion bars 204a and 204b is the longitudinal direction.
なお、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄは、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを介して電極端子１０９と電気的に接続される。この場合、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂが同じ電極端子１０９に接続され、第１の上部電極２１７ｃ、２１７ｄが同じ電極端子１０９に接続される。また、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ（以下、第２の上部電極２０９と省略する）においても、同様に、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを介して電極端子１０９と電気的に接続されている。この場合、第２の上部電極２０９と第１の上部電極２１７とが電気的に絶縁されるように、第１の上部電極２１７の上に絶縁膜（例えば、ＳｉＯ2）を施し、その絶縁膜の上に第２の上部電極２０９から電極端子１０９への配線が形成される。 The first upper electrodes 217a to 217d are electrically connected to the electrode terminal 109 via the first torsion bars 212a and 212b. In this case, the first upper electrodes 217 a and 217 b are connected to the same electrode terminal 109, and the first upper electrodes 217 c and 217 d are connected to the same electrode terminal 109. Similarly, the second upper electrodes 209a to 209d (hereinafter abbreviated as the second upper electrode 209) are also electrically connected to the electrode terminal 109 via the first torsion bars 212a and 212b. Yes. In this case, an insulating film (for example, SiO 2 ) is applied on the first upper electrode 217 so that the second upper electrode 209 and the first upper electrode 217 are electrically insulated, and the insulating film A wiring from the second upper electrode 209 to the electrode terminal 109 is formed thereon.
そして、第２の上部電極２０９と第２の下部電極（下部電極１０５）との間に所定の電圧が印加されると、第２の圧電膜（圧電膜１０３）が凸状もしくは凹状に変形される。なお、本実施形態では、下部電極１０５が電気的に接地された状態（０Ｖ）において、第２の上部電極２０９に対してプラス電圧が印加されたときに第２圧電膜が凸状に変形され、第２の上部電極２０９に対してマイナス電圧が印加されたときに第２圧電膜が凹状に変形される。同様に、第１の上部電極２１７と第１の下部電極（下部電極１０５）との間に所定の電圧が印加されると、第１の圧電膜（圧電膜１０３）が凸状もしくは凹状に変形される。 When a predetermined voltage is applied between the second upper electrode 209 and the second lower electrode (lower electrode 105), the second piezoelectric film (piezoelectric film 103) is deformed into a convex shape or a concave shape. The In the present embodiment, in the state where the lower electrode 105 is electrically grounded (0 V), when a positive voltage is applied to the second upper electrode 209, the second piezoelectric film is deformed into a convex shape. When a negative voltage is applied to the second upper electrode 209, the second piezoelectric film is deformed into a concave shape. Similarly, when a predetermined voltage is applied between the first upper electrode 217 and the first lower electrode (lower electrode 105), the first piezoelectric film (piezoelectric film 103) is deformed into a convex shape or a concave shape. Is done.
図４は、回動板の回動動作について説明する図である。ここで、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂに対して同じ符号の直流電圧が印加され、これと異なる符号の直流電圧が第１の上部電極２１７ｃ、２１７ｄに対して印加されると、内部可動枠２０３の左辺及び右辺が変形される。この場合、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂに印加する電圧の符号と、第１の上部電極２１７ｃ、２１７ｄに印加する電圧の符号と、がプラスマイナス逆の関係となる。この場合、例えば、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂの下方に形成された第１の圧電膜が凸状に変形されたとき、第１の上部電極２１７ｃ、２１７ｄの下方に形成された第１の圧電膜が凹状に変形される。このとき、内部可動枠２０３には第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを中心とした回転トルクが作用され、内部可動枠２０３は、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを中心軸として傾斜される（回動される）。これにより、回動板２０２は、回転軸Ｘ１に関して回動される。 FIG. 4 is a diagram for explaining the rotation operation of the rotation plate. Here, when a DC voltage with the same sign is applied to the first upper electrodes 217a and 217b and a DC voltage with a different sign is applied to the first upper electrodes 217c and 217d, the internal movable frame The left side and the right side of 203 are deformed. In this case, the sign of the voltage applied to the first upper electrodes 217a and 217b and the sign of the voltage applied to the first upper electrodes 217c and 217d have an inverse relationship. In this case, for example, when the first piezoelectric film formed below the first upper electrodes 217a and 217b is deformed into a convex shape, the first piezoelectric film formed below the first upper electrodes 217c and 217d The piezoelectric film is deformed into a concave shape. At this time, rotational torque about the first torsion bars 212a and 212b is applied to the inner movable frame 203, and the inner movable frame 203 is tilted about the first torsion bars 212a and 212b (rotation). Moved). Thereby, the rotating plate 202 is rotated with respect to the rotation axis X1.
上記と同様の原理で、第２の上部電極２０９に直流電圧が印加され内部可動枠２０３の上辺及び下辺が変形されることにより、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを中心軸として回動板２０２が回動される。ここで、第１の上部電極２１７と第２の上部電極２０９に同時に電圧が印加されることにより、内部可動枠３が直交する方向にそれぞれ回動するので、回動板２０２は二次元的に傾斜角度が変化される。この場合、各電極に印加する電圧の絶対値が大きいほど、回動板２０２の傾斜角度（回動角度）が大きくなる。また、第１の上部電極２１７と第２の上部電極２０９に印加される電圧の大きさが維持されると、回動板２０２の傾斜角度は所定の傾斜角度に維持される。 Based on the same principle as described above, a DC voltage is applied to the second upper electrode 209 and the upper and lower sides of the internal movable frame 203 are deformed, so that the rotating plate 202 is centered on the second torsion bars 204a and 204b. Is rotated. Here, when the voltage is applied to the first upper electrode 217 and the second upper electrode 209 at the same time, the inner movable frame 3 rotates in the orthogonal direction, so that the rotating plate 202 is two-dimensionally. The tilt angle is changed. In this case, the greater the absolute value of the voltage applied to each electrode, the greater the tilt angle (rotation angle) of the rotation plate 202. When the magnitude of the voltage applied to the first upper electrode 217 and the second upper electrode 209 is maintained, the tilt angle of the rotating plate 202 is maintained at a predetermined tilt angle.
次に、圧電アクチュエータ１０１（回動板２０２）上に配置される柱部３００とマイクロミラー５００について説明する。柱部３００は、回動板２０２の上面、より具体的には、第２トーションバー２０４ａ、２０４ｂによる回動軸Ｙ２と第１トーションバー２１２ａ、２１２ｂによる回動軸Ｘ１とが交わる交点位置上に形成される。そして、柱部３００は、回動板２０２とマイクロミラー５００を連結すると共に、マイクロミラー５００を下方から支持する。なお、本実施形態では柱部を第１トーションバーと第２トーションバーとの軸交点位置上に一つ形成するものとしているが、これに限るものではなく、マイクロミラーを支持するために回動板上の所定位置に一以上形成することもできる。 Next, the column part 300 and the micromirror 500 arranged on the piezoelectric actuator 101 (rotating plate 202) will be described. The column part 300 is on the upper surface of the rotating plate 202, more specifically, on the intersection point where the rotating shaft Y2 by the second torsion bars 204a and 204b and the rotating shaft X1 by the first torsion bars 212a and 212b intersect. It is formed. The column part 300 connects the rotating plate 202 and the micromirror 500 and supports the micromirror 500 from below. In this embodiment, one column portion is formed on the axial intersection position of the first torsion bar and the second torsion bar. However, the present invention is not limited to this, and the column portion is rotated to support the micromirror. One or more can be formed at predetermined positions on the plate.
マイクロミラー５００は柱部３００の上面に固定保持された状態で形成されており、その表面には、金やアルミニウム等の金属薄膜がコーティングされ、マイクロミラー５００への入射光が効率よく反射されるような構成となっている。また、マイクロミラー５００は、圧電アクチュエータ１０１の配置関係に合わせて正六角形（ハニカム状）となっている（図１参照）。なお、マイクロミラー５００の反射面の大きさは、下部の圧電アクチュエータ１０１の大きさ（面積）以上の面積を有するとともに、隣接するマイクロミラー５００同士が干渉して接触しない程度の大きさとなっている。さらに、ミラー面全体に入射される光の波面を漏れなく補償できるように，近接して配置されるマイクロミラー５００同士の間隔は、出来る限り狭い方が好ましい。 The micromirror 500 is formed in a state of being fixedly held on the upper surface of the pillar portion 300, and the surface thereof is coated with a metal thin film such as gold or aluminum so that incident light to the micromirror 500 is efficiently reflected. It has a configuration like this. The micromirror 500 has a regular hexagonal shape (honeycomb shape) according to the arrangement relationship of the piezoelectric actuators 101 (see FIG. 1). The size of the reflective surface of the micromirror 500 is larger than the size (area) of the lower piezoelectric actuator 101, and the size is such that adjacent micromirrors 500 do not interfere with each other and come into contact with each other. . Further, it is preferable that the distance between the micromirrors 500 arranged close to each other is as narrow as possible so that the wavefront of light incident on the entire mirror surface can be compensated without omission.
ここで、圧電アクチュエータ１０１の駆動によって、回動板２０２が第２トーションバー２０４ａ、２０４ｂ（回動軸Ｙ１）を中心に回動されると、マイクロミラー５００は回動軸Ｙ１を中心に回動され、マイクロミラー５００の反射面がＸ１軸に対して傾斜される。一方、回動板２０２が第１トーションバー２１２ａ、２１２ｂ（回動軸Ｘ１）を中心に回動されると、マイクロミラー５００は回動軸Ｘ１を中心に回動され、マイクロミラー５００の反射面がＹ１軸に対して傾斜される（図２参照）。 Here, when the rotation plate 202 is rotated about the second torsion bars 204a and 204b (rotation axis Y1) by driving the piezoelectric actuator 101, the micromirror 500 is rotated about the rotation axis Y1. Then, the reflection surface of the micromirror 500 is inclined with respect to the X1 axis. On the other hand, when the rotation plate 202 is rotated about the first torsion bars 212a and 212b (rotation axis X1), the micromirror 500 is rotated about the rotation axis X1, and the reflection surface of the micromirror 500 is reflected. Is tilted with respect to the Y1 axis (see FIG. 2).
すなわち、マイクロミラー５００は、圧電アクチュエータ１０１の駆動により互いに直交する２軸（回動軸Ｘ１及び回動軸Ｙ１）を中心に回動される。したがって、圧電アクチュエータに印加する電圧を調整することにより、Ｘ方向及びＹ方向におけるマイクロミラー５００の反射角度が任意調整可能となる（例えば、±１°の範囲内）。また、印加電圧の大きさを一定に保持することにより、所定の回動角度（傾斜角度）で保持させることができる。これにより、各圧電アクチュエータ１０１に設けられた回動板２０２の回動角度によって各マイクロミラー５００の反射面の角度が二次元的に調整されることによりミラー面全体の形状が変化される。 That is, the micromirror 500 is rotated around two axes (rotation axis X1 and rotation axis Y1) orthogonal to each other by driving the piezoelectric actuator 101. Therefore, by adjusting the voltage applied to the piezoelectric actuator, the reflection angle of the micromirror 500 in the X direction and the Y direction can be arbitrarily adjusted (for example, within a range of ± 1 °). Further, by holding the applied voltage constant, the applied voltage can be held at a predetermined rotation angle (tilt angle). Thus, the shape of the entire mirror surface is changed by two-dimensionally adjusting the angle of the reflection surface of each micromirror 500 according to the rotation angle of the rotation plate 202 provided in each piezoelectric actuator 101.
以上のような構成とすれば、各圧電アクチュエータ１０１に印加する電圧をそれぞれ調整することにより各マイクロミラー５００の反射角度を任意に調整できるため、ミラー面全体として十分な変位量を得るのと等価となる。よって、波面の形状を精度よく補償できる。なお、上記構成においては、第２の圧電膜及び第１の圧電膜が正方形状の内部可動枠２０３に形成されているため、Ｘ方向及びＹ方向に関して等方的な傾きが得られる。 With the above configuration, the reflection angle of each micromirror 500 can be arbitrarily adjusted by adjusting the voltage applied to each piezoelectric actuator 101, which is equivalent to obtaining a sufficient amount of displacement for the entire mirror surface. It becomes. Therefore, the shape of the wavefront can be accurately compensated. In the above configuration, since the second piezoelectric film and the first piezoelectric film are formed on the square inner movable frame 203, an isotropic inclination is obtained with respect to the X direction and the Y direction.
なお、圧電アクチュエータ１０１の構成は、上記構成に限るものではなく、図５に示すような構成であってもよい。この場合、固定部２５０と可動板２３０との間には、空隙２６３（図５の黒塗り部分）が形成されており、内部可動枠２０３は、空隙部２６４の内側に形成されている。さらに、回動板２０２は、空隙部２６５（図５の黒塗り部分）を介して内部可動枠２０３の内側に形成されている。 The configuration of the piezoelectric actuator 101 is not limited to the above configuration, and may be a configuration as shown in FIG. In this case, a gap 263 (blacked portion in FIG. 5) is formed between the fixed portion 250 and the movable plate 230, and the internal movable frame 203 is formed inside the gap portion 264. Further, the rotating plate 202 is formed inside the inner movable frame 203 through a gap portion 265 (the black portion in FIG. 5).
内部可動枠２０３は、その１対の辺の中心位置から外側へ延びた第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを介して可動板２３０に弾性的に支持されている。また、可動板２３０の一端は、固定部２５０に支持されている。また、回動板２０２は、その１対の辺の中心位置から外側へ延びた第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを介して内部可動枠２０３に弾性的に支持されている。 The internal movable frame 203 is elastically supported by the movable plate 230 via first torsion bars 212a and 212b extending outward from the center position of the pair of sides. One end of the movable plate 230 is supported by the fixed portion 250. The rotating plate 202 is elastically supported by the internal movable frame 203 via second torsion bars 204a and 204b extending outward from the center position of the pair of sides.
この場合、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄは、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを挟むように、内部可動枠２０３の上辺部分及び下辺部分に形成されている。また、図３と同様に、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄの下方には圧電膜１０３が形成され、圧電膜１０３の下方には下部電極１０５が形成されている。 In this case, the second upper electrodes 209a to 209d are formed on the upper side portion and the lower side portion of the internal movable frame 203 so as to sandwich the second torsion bars 204a and 204b. Similarly to FIG. 3, the piezoelectric film 103 is formed below the second upper electrodes 209 a to 209 d, and the lower electrode 105 is formed below the piezoelectric film 103.
また、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄは、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを挟むように可動板２３０上に形成されている。また、図３と同様に、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの下方には圧電膜１０３が形成され、圧電膜１０３の下方には下部電極１０５が形成されている。なお、図５のような圧電アクチュエータ１０１の動作については、上記説明と同様の駆動手法が適用できるため、説明を省略する。 The first upper electrodes 217a to 217d are formed on the movable plate 230 so as to sandwich the first torsion bars 212a and 212b. As in FIG. 3, the piezoelectric film 103 is formed below the first upper electrodes 217 a to 217 d, and the lower electrode 105 is formed below the piezoelectric film 103. In addition, about the operation | movement of the piezoelectric actuator 101 like FIG. 5, since the drive method similar to the said description is applicable, description is abbreviate | omitted.
次に、本実施形態に係る形状可変ミラーの製造方法について、図６〜図７を用いて説明する。図６及び図７は、形状可変ミラーの製造工程について説明する側断面図である。なお、図６は、図３に示すＡ−Ａ´線の断面、図７は、Ｂ―Ｂ´線の断面を模式的に示している。 Next, a manufacturing method of the variable shape mirror according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7 are side sectional views for explaining the manufacturing process of the deformable mirror. 6 schematically shows a cross section taken along the line AA ′ shown in FIG. 3, and FIG. 7 schematically shows a cross section taken along the line BB ′.
基板１０２の材料としては、ＳｉやＭｇＯ等の単結晶材料を用いることにより圧電膜１０３の圧電特性を高くすることができるが、特に制限されるものではない（例えば、ＳＯＩ基板）。なお、本実施形態では、基板の厚みが約５２５μｍの単結晶Ｓｉ基板を使用した。また、基板１０２の上にγ−Ａｌ2Ｏ3（アルミナ：図番号１１０参照）を形成することにより圧電膜１０３の圧電特性が高くなるようにしておく。なお、γ−Ａｌ2Ｏ3の形成方法は、例えば、MBE法 (Molecular Beam Epitaxy)、CVD法 (Chemical Vapor Deposition)、と多くあるが、膜を形成できる技術であれば特に限定されることはない。 As a material of the substrate 102, the piezoelectric characteristic of the piezoelectric film 103 can be enhanced by using a single crystal material such as Si or MgO, but is not particularly limited (for example, an SOI substrate). In this embodiment, a single crystal Si substrate having a substrate thickness of about 525 μm is used. Further, γ-Al 2 O 3 (alumina: see FIG. 110) is formed on the substrate 102 so that the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 103 are enhanced. There are many methods for forming γ-Al 2 O 3 , for example, MBE (Molecular Beam Epitaxy), CVD (Chemical Vapor Deposition), but it is not particularly limited as long as it is a technology capable of forming a film. Absent.
次に、基板１０２（アルミナ１１０）の上に下部電極１０５を形成する。下部電極１０５の材料としては、導電性の高い金属（例えば、Ｐｔ、Ｔｉ、等）が好適に利用される。次に、下部電極の上に圧電膜１０３を形成する。圧電膜１０３の材料としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム鉛）、ＰＺＴと同系のＰｂを含むペロブスカイトなどの圧電定数が高く変形の大きい材料が好適に使用される。 Next, the lower electrode 105 is formed on the substrate 102 (alumina 110). As a material for the lower electrode 105, a highly conductive metal (for example, Pt, Ti, etc.) is preferably used. Next, the piezoelectric film 103 is formed on the lower electrode. As the material of the piezoelectric film 103, a material having a high piezoelectric constant and large deformation such as PZT (lead zirconium titanate) or perovskite containing Pb similar to PZT is preferably used.
なお、電極膜及び圧電膜の形成方法は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）、又はゾルゲル法と多くあるが、膜を形成できる技術であれば特に制限されることはない。本実施形態においては、下部電極の材料には、ＰｔとＴｉを使用し、膜厚はそれぞれ１００ｎｍ（Ｔｉ）、１００ｎｍ（Ｐｔ）の二重構造とした。圧電膜１０３の材料にはＰＺＴを使用し、膜厚は約２〜３μｍとした。Ｐｔ及びＴｉの形成はスパッタ法を行い、ＰＺＴの形成はゾルゲル法を用いる。 There are many methods for forming the electrode film and the piezoelectric film, for example, a sputtering method, a CVD method (Chemical Vapor Deposition), or a sol-gel method, but there is no particular limitation as long as it is a technique capable of forming a film. In this embodiment, Pt and Ti are used as the material of the lower electrode, and the film thicknesses are 100 nm (Ti) and 100 nm (Pt), respectively. The material of the piezoelectric film 103 is PZT, and the film thickness is about 2 to 3 μm. Pt and Ti are formed by sputtering, and PZT is formed by sol-gel method.
次に、圧電膜１０３の上に上部電極１０７を形成する。上部電極１０７及び形成方法は下部電極１０５と同様である。本実施形態においては、材料はＰｔを使用し、膜厚は１００ｎｍとした。また、Ｐｔの形成はスパッタ法で行う（以上、図６（ａ）、図７（ａ）参照）。 Next, the upper electrode 107 is formed on the piezoelectric film 103. The upper electrode 107 and the formation method are the same as those of the lower electrode 105. In this embodiment, Pt is used as the material, and the film thickness is 100 nm. Pt is formed by sputtering (see FIGS. 6A and 7A).
次に、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ及び第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄを形成させる（図７（ｂ）参照）。この場合、各上部電極の周辺を圧電膜１０３が露出されるまで除去する。 Next, second upper electrodes 209a to 209d and first upper electrodes 217a to 217d are formed by using a photolithography method and an etching method (see FIG. 7B). In this case, the periphery of each upper electrode is removed until the piezoelectric film 103 is exposed.
より具体的には、上部電極１０７上にフォトレジストを塗布した後、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ及び第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの配列パターンが描かれたマスクを用いて感光した部分を残すように露光処理を行う。 More specifically, after applying a photoresist on the upper electrode 107, a portion exposed by using a mask on which an arrangement pattern of the second upper electrodes 209a to 209d and the first upper electrodes 217a to 217d is drawn is used. An exposure process is performed so that it remains.
次に、反応イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ及び第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの周辺部に対応する領域を選択的に取り除く。その後、プラズマエッチング、溶剤、等によって残ったフォトレジストを取り除く。その後、圧電アクチュエータアレイ１００の上面全体に対してＳｉＯ2（図番号１１２）を形成させる。なお、ＳｉＯ2の形成方法としては、ＣＶＤ法、スパッタリング法、などが考えられる。 Next, regions corresponding to the peripheral portions of the second upper electrodes 209a to 209d and the first upper electrodes 217a to 217d are selectively removed using a reactive ion etching (RIE) method. Thereafter, the remaining photoresist is removed by plasma etching, solvent, or the like. Thereafter, SiO 2 (the figure number 112) is formed on the entire top surface of the piezoelectric actuator array 100. The method for forming the SiO 2, CVD method, a sputtering method, can be considered like.
なお、第２の上部電極２０９と電極端子１０９を電気的に接続させるべく、第１の上部電極２１７上にＳｉＯ2を形成させた後、そのＳｉＯ2の上に電極端子１０９に繋がる配線を形成させる。また、本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、上部電極１０７における回動板２０２に対応される部分が残されるように、フォトリソグラフィー及びエッチングがなされる。 In order to electrically connect the second upper electrode 209 and the electrode terminal 109, SiO 2 is formed on the first upper electrode 217, and then a wiring connected to the electrode terminal 109 is formed on the SiO 2. Let In the present embodiment, as shown in FIG. 6B, photolithography and etching are performed so that a portion corresponding to the rotating plate 202 in the upper electrode 107 is left.
上記処理により、第２の上部電極２０９に対向する領域に対応する下部電極１０５が第２の下部電極として機能され、第１の上部電極２１７に対向する領域に対応する下部電極１０５が第１の下部電極として機能される。また、第２の上部電極２０９に対向する領域に対応する圧電膜１０３が、第２の圧電膜として機能され、第１の上部電極２１７に対向する領域に対応する圧電膜１０３が第１の圧電膜として機能される。（以上、図６（ｂ）、図７（ｂ）参照）。 By the above processing, the lower electrode 105 corresponding to the region facing the second upper electrode 209 functions as the second lower electrode, and the lower electrode 105 corresponding to the region facing the first upper electrode 217 is It functions as a lower electrode. Further, the piezoelectric film 103 corresponding to the region facing the second upper electrode 209 functions as the second piezoelectric film, and the piezoelectric film 103 corresponding to the region facing the first upper electrode 217 is the first piezoelectric film. Functions as a membrane. (See FIG. 6B and FIG. 7B).
次に、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、空隙部２５２及び空隙部２５３を形成する。より具体的には、空隙部２５２及び空隙部２５３に対応する位置のＳｉＯ2膜、圧電膜１０３、下部電極１０５、γ―アルミナ１１０を除去して基板１０２の一部を露出させておく。なお、前述のように形成された空隙部２５２及び空隙部２５３は、後述する薄膜犠牲層４００及び基板１０２を除去するためのエッチングガスが通過するエッチングホールとしても利用される。 Next, as shown in FIGS. 6C and 7C, the gap 252 and the gap 253 are formed by using a photolithography method and an etching method. More specifically, the SiO 2 film, the piezoelectric film 103, the lower electrode 105, and the γ-alumina 110 at positions corresponding to the gap 252 and the gap 253 are removed, and a part of the substrate 102 is exposed. Note that the gaps 252 and 253 formed as described above are also used as etching holes through which an etching gas for removing the thin film sacrificial layer 400 and the substrate 102 described later passes.
図６（ｄ）〜図６（ｈ）及び図７（ｄ）〜図７（ｆ）は、圧電アクチュエータアレイ１０１に薄膜犠牲層を形成させる工程からミラー面を形成させる工程までを説明する図である。ここで、図６（ｄ）及び図７（ｄ）に示すように、アクチュエータアレイ１００上に最終的除去される薄膜犠牲層４００を形成させる。 6 (d) to 6 (h) and FIGS. 7 (d) to 7 (f) are diagrams for explaining the process from the step of forming a thin film sacrificial layer on the piezoelectric actuator array 101 to the step of forming a mirror surface. is there. Here, as shown in FIGS. 6D and 7D, a thin film sacrificial layer 400 to be finally removed is formed on the actuator array 100.
なお、薄膜犠牲層４００の材料としては、対応するエッチングガスによって除去されやすい特性を有するものが好ましく、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、等が用いられる。また、薄膜犠牲層４００の形成方法は、膜を形成できる技術であれば、特に制限されることはない。本実施形態においては、薄膜犠牲層４００の材料には、ポリシリコンを使用し、膜厚を約１０μｍとし、スパッタリング法またはCVD法によりアクチュエータアレイ１００の上側表面一面に製膜処理を施す。 In addition, as a material of the thin film sacrificial layer 400, a material having characteristics that can be easily removed by a corresponding etching gas is preferable, and polysilicon, amorphous silicon, PSG, BPSG, or the like is used. The method for forming the thin film sacrificial layer 400 is not particularly limited as long as it is a technique capable of forming a film. In the present embodiment, polysilicon is used as the material of the thin film sacrificial layer 400, the film thickness is set to about 10 μm, and the entire upper surface of the actuator array 100 is formed by sputtering or CVD.
次に、図６（ｅ）に示すように、圧電アクチュエータ１０１の回動板２０２に対応する位置における薄膜犠牲層４００に孔４５０を形成し、上部電極１０７を露出させる。次に、図６（ｆ）に示すように、露出した上部電極１０７上にマイクロミラー５００を支持する柱部３００を形成するために、犠牲層４００に形成された孔４５０を柱部用材料で埋没させる。 Next, as shown in FIG. 6E, a hole 450 is formed in the thin film sacrificial layer 400 at a position corresponding to the rotating plate 202 of the piezoelectric actuator 101, and the upper electrode 107 is exposed. Next, as shown in FIG. 6 (f), in order to form the column portion 300 that supports the micromirror 500 on the exposed upper electrode 107, the hole 450 formed in the sacrificial layer 400 is made of a column portion material. Buried.
より具体的には、薄膜犠牲層４００に形成された孔４５０に金属（Ｉｎ、金、等）を流し込むことにより上部電極（Ｐｔ）１０７の上に柱部３００を形成する。また、柱部３００の形成方法は、柱部を形成できる技術であれば、特に制限されることはない（例えば、電解めっき、蒸着法、等）。本実施形態においては、柱部３００の材料には、Ｉｎを使用し、孔４５０に液体上のＩｎを流し込んでから冷却処理を施すことにより柱部３００を形成する。この場合、ＰｔとＩｎとの間にＡｕが形成されることにより、密着性が向上されるのが好ましい。なお、より好ましくは、Ｎｉ又はＣｒが用いられる。 More specifically, the column portion 300 is formed on the upper electrode (Pt) 107 by pouring metal (In, gold, etc.) into the hole 450 formed in the thin film sacrificial layer 400. Moreover, the formation method of the column part 300 will not be restrict | limited especially if it is a technique which can form a column part (for example, electrolytic plating, a vapor deposition method, etc.). In this embodiment, In is used as the material of the column part 300, and the column part 300 is formed by pouring In on the liquid into the holes 450 and then performing a cooling process. In this case, it is preferable that adhesion is improved by forming Au between Pt and In. More preferably, Ni or Cr is used.
その後、薄膜犠牲層４００及び柱部３００の上面を平坦化させておく。この場合、例えば、ＣＭＰ（化学機械研磨）を用いた手法が考えられる。これにより、平坦な上面を有する薄膜犠牲層４００及び柱部３００が形成される。なお、平坦化に際して、ＳｉＯ2１１２からの柱部３００の高さが予め設定された高さになるまで、平坦化を行うようにしてもよい。 Thereafter, the upper surfaces of the thin film sacrificial layer 400 and the column part 300 are planarized. In this case, for example, a technique using CMP (Chemical Mechanical Polishing) can be considered. Thereby, the thin film sacrificial layer 400 and the column part 300 which have a flat upper surface are formed. In the planarization, planarization may be performed until the height of the column part 300 from the SiO 2 112 reaches a preset height.
次に、図６（ｇ）及び図７（ｅ）に示すように、平坦化された薄膜犠牲層４００及び柱部３００の上面にマイクロミラー５００の基板５１０を形成する。この場合、基板の材料としては、厚膜レジスト、ＳｉＯ2、ＳＯＩ基板、等が使用される。なお、圧膜レジストを用いる場合、スピンコート法が使用される、ＳＩＯ2を用いる場合、ＣＶＤ法もしくはスパッタ法が使用される。この場合、基板を形成できる技術であれば特に制限されることはない。 Next, as shown in FIG. 6G and FIG. 7E, a substrate 510 of the micromirror 500 is formed on the planarized thin film sacrificial layer 400 and the column portion 300. In this case, a thick film resist, SiO 2 , SOI substrate, or the like is used as the substrate material. When using a pressure resist, a spin coating method is used. When using SIO 2 , a CVD method or a sputtering method is used. In this case, there is no particular limitation as long as it is a technique capable of forming a substrate.
上記のようにマイクロミラー５００の基板５１０が形成された後、次に、図１に示すように、各圧電アクチュエータ１０１に対応するマイクロミラー５００を分離独立させるために、フォトリソグラフィー及びエッチング法によって空隙部５１５を形成する。この場合、正六角形上のマイクロミラー５００を形成させる。なお、空隙部５１５は、ドライエッチング用の気体が通過する第１通過孔としても用いられる。 After the substrate 510 of the micromirror 500 is formed as described above, next, as shown in FIG. 1, in order to separate and independent the micromirror 500 corresponding to each piezoelectric actuator 101, a gap is formed by photolithography and etching. A portion 515 is formed. In this case, the micromirror 500 on a regular hexagon is formed. Note that the gap 515 is also used as a first passage hole through which dry etching gas passes.
次に、図６（ｈ）及び図７（ｆ）に示すように、犠牲層４００をエッチング法により除去する。より具体的には、薄膜犠牲層４００及び基板１０２に反応するガス中にアクチュエータアレイ１００を配置することにより、空隙部５１５を介して薄膜犠牲層４００及び基板１０２を除去する。本実施形態では、薄膜犠牲層４００としてポリシリコンが使用され、基板１０２としてＳｉ基板が使用されているため、シリコンをエッチングする特性を有するエッチングガス（例えば、ＸｅＦ2）を用いるようなことが考えられる。この場合、薄膜犠牲層４００及び基板１０２以外の物質（例えば、マイクロミラー５００、柱部３００、ＳｉＯ２膜、等）は、エッチングガスの影響を受けずに残る。なお、上記のように反応ガス中に薄膜犠牲層４００及び基板１０２を曝す方法に限るものではなく、プラズマによってエッチングガスをイオン化してエッチングさせる反応性イオンエッチング法を用いても良い。 Next, as shown in FIGS. 6H and 7F, the sacrificial layer 400 is removed by an etching method. More specifically, the thin film sacrificial layer 400 and the substrate 102 are removed through the gap 515 by disposing the actuator array 100 in a gas that reacts with the thin film sacrificial layer 400 and the substrate 102. In this embodiment, since polysilicon is used as the thin film sacrificial layer 400 and a Si substrate is used as the substrate 102, it may be considered to use an etching gas (for example, XeF 2 ) having a characteristic of etching silicon. It is done. In this case, substances other than the thin film sacrificial layer 400 and the substrate 102 (for example, the micromirror 500, the column part 300, the SiO 2 film, etc.) remain without being affected by the etching gas. Note that the method is not limited to the method in which the thin film sacrificial layer 400 and the substrate 102 are exposed to the reactive gas as described above, and a reactive ion etching method in which the etching gas is ionized and etched by plasma may be used.
ここで、エッチング処理が開始されると、空隙部５１５を通過するエッチングガスが薄膜犠牲層４００を削っていく。そして、柱部３００（圧電アクチュエータ１０１の中心部）に向けて進行するエッチングガスによって薄膜犠牲層４００の柱部３００を取り囲んでいた部分が除去される。また、隣接して配置された圧電アクチュエータ１０１（圧電アクチュエータ１０１の周辺側）に向けて進行するエッチングガスによって各圧電アクチュエータ１０１間に形成された薄膜犠牲層４００が除去されると、各圧電アクチュエータ１０１の回動板２０２上に設けられた柱部３００によってマイクロミラー５００が下方より支持された状態となる。 Here, when the etching process is started, the etching gas passing through the gap portion 515 scrapes the thin film sacrificial layer 400. Then, the portion surrounding the column portion 300 of the thin film sacrificial layer 400 is removed by the etching gas that proceeds toward the column portion 300 (the central portion of the piezoelectric actuator 101). Further, when the thin film sacrificial layer 400 formed between the piezoelectric actuators 101 is removed by the etching gas that proceeds toward the piezoelectric actuators 101 (peripheral sides of the piezoelectric actuators 101) arranged adjacent to each other, the piezoelectric actuators 101 are removed. The micromirror 500 is supported from below by the column portion 300 provided on the rotating plate 202.
また、空隙部５１５から下方向に向けて進行するエッチングガスによって、薄膜犠牲層４００が除去された後、エッチングガスが空隙部２５２及び空隙部２５２を通過して基板１０２に達し、基板１０２の上部がドライエッチング用の気体に曝されると、基板１０２が削られていき、基板１０２の上部が所定量除去される。 Further, after the thin film sacrificial layer 400 is removed by the etching gas traveling downward from the gap portion 515, the etching gas passes through the gap portion 252 and the gap portion 252 and reaches the substrate 102, and reaches the upper portion of the substrate 102. When the substrate is exposed to a dry etching gas, the substrate 102 is shaved and a predetermined amount of the upper portion of the substrate 102 is removed.
ここで、圧電アクチュエータ１０１の中央部分に向けて進行するエッチングガスは、基板１０２における回動板２０２及び内部可動枠２０３の下側表面部分を除去する。これにより、回動板２０２及び内部可動枠２０３と、基板１０２の間に空洞部５９０が形成される。なお、回動板２０２及び内部可動枠２０３の下部に形成された空洞部５９０は、回動板２０２及び内部可動枠２０３が揺動されるときのスペースとして利用される。 Here, the etching gas traveling toward the central portion of the piezoelectric actuator 101 removes the lower surface portion of the rotating plate 202 and the inner movable frame 203 in the substrate 102. As a result, a cavity 590 is formed between the rotating plate 202 and the internal movable frame 203 and the substrate 102. Note that the cavity 590 formed below the rotating plate 202 and the inner movable frame 203 is used as a space when the rotating plate 202 and the inner movable frame 203 are swung.
なお、上記のようにエッチングガスによる犠牲層４００及び基板１０２の上部の一部を除去する場合、実験等により、エッチングガスの投入後、犠牲層４００の除去及び空洞部５９０の形成がなされるまでの時間を予め求めておけばよい。 In the case where the sacrificial layer 400 and a part of the upper portion of the substrate 102 are removed by the etching gas as described above, the sacrificial layer 400 is removed and the cavity 590 is formed after the etching gas is introduced by an experiment or the like. It is sufficient to obtain the time in advance.
なお、上記のようにして、犠牲層４００の除去が完了したら、マイクロミラー５００の基板５１０の表面にミラーコーティングを施し、基板５１０にミラー面５２０を形成させる。なお、ミラー面５２０の材料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、等の金属、ＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5などの低屈折率誘電体／高屈折率誘電体のλ／４多層膜が好適に使用される。また、ミラー面５２０の形成方法について、例えば、スパッタ法又は蒸着法と多くあるが、膜を形成できる技術であれば特に制限されることはない。 Note that when the removal of the sacrificial layer 400 is completed as described above, mirror coating is performed on the surface of the substrate 510 of the micromirror 500 to form a mirror surface 520 on the substrate 510. As a material for the mirror surface 520, for example, a metal such as Au, Ag, or Al, or a λ / 4 multilayer film of a low refractive index dielectric / high refractive index dielectric such as SiO 2 / Ta 2 O 5 is suitable. Used for. Further, there are many methods for forming the mirror surface 520, for example, a sputtering method or a vapor deposition method, but there is no particular limitation as long as it is a technology capable of forming a film.
以上のような製造方法とすれば、手間なく高い精度の形状可変ミラーを作成できる。ここで、上記のような形状可変ミラー１０のミラー面に光が入射された場合、圧電アクチュエータアレイ１００の駆動により各ミラーの反射角度が変化されると、入射光の波面の傾きが各ミラーで調整される。したがって、精度良く収差を補償できるようになる。よって、例えば、眼底撮影等の分野において被検眼の波面収差を補償する収差補償光学系を介して眼底撮影を行うような収差補償機能付眼底カメラにおいて、本ミラーを設けることにより精度良く収差を補償できるようになり、収差が除去された精密な眼底像を得ることが可能となる。 If it is set as the above manufacturing methods, a highly accurate variable shape mirror can be created without trouble. Here, when light is incident on the mirror surface of the variable shape mirror 10 as described above, when the reflection angle of each mirror is changed by driving the piezoelectric actuator array 100, the inclination of the wavefront of the incident light is changed by each mirror. Adjusted. Therefore, aberration can be compensated with high accuracy. Therefore, for example, in a fundus camera with an aberration compensation function that performs fundus photography through an aberration compensation optical system that compensates for wavefront aberration of the eye to be examined in the field of fundus photography and the like, aberrations are accurately compensated by providing this mirror. This makes it possible to obtain a precise fundus image from which aberrations have been removed.
なお、以上の説明においては、回動板２０２及び内部可動枠２０３の下部に空洞部５９０を形成させ、回動板２０２及び内部可動枠２０３が揺動されるときのスペースとして用いるものとしたが、フォトリソグラフィー及びエッチング法によって基板１０２を下から除去し、回動板２０２及び内部可動枠２０３に対応する領域に凹部を形成させるようにしてもよい。 In the above description, the cavity 590 is formed below the rotating plate 202 and the inner movable frame 203, and is used as a space when the rotating plate 202 and the inner movable frame 203 are swung. Alternatively, the substrate 102 may be removed from below by photolithography and etching, and a recess may be formed in a region corresponding to the rotating plate 202 and the internal movable frame 203.
また、以上の説明においては、圧電アクチュエータ１００、柱部３００、及びマイクロミラー５００が一体的に作成されたが、柱部３００及びマイクロミラー５００と、圧電アクチュエータ１００とが別々に作成された後に、これらが連結されるような手法でもよい。 In the above description, the piezoelectric actuator 100, the column portion 300, and the micromirror 500 are integrally formed. However, after the column portion 300, the micromirror 500, and the piezoelectric actuator 100 are separately formed, A technique in which these are connected may be used.
１０ 形状可変ミラー
１００ 圧電アクチュエータアレイ
１０１ 圧電アクチュエータ
１０３ 圧電膜
１０５ 下部電極
２０２ 回動板
２０３ 内部可動枠
２０４ 第２トーションバー
２１２ 第１トーションバー
２１７ 第１の上部電極
３００ 柱部
５００ マイクロミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Variable shape mirror 100 Piezoelectric actuator array 101 Piezoelectric actuator 103 Piezoelectric film 105 Lower electrode 202 Rotating plate 203 Internal movable frame 204 2nd torsion bar 212 1st torsion bar 217 1st upper electrode 300 Column part 500 Micromirror
Claims (3)
基板上における固定部の内側に第１のトーションバーを介して形成される内部可動枠と、前記第１のトーションバーに対して直交する第２トーションバーを介して前記内部可動枠の内側に形成される回動板と、前記第１のトーションバーを挟む形で形成された第１の圧電膜及び該第１の圧電膜に電圧を印加する第１の電極と、前記第２のトーションバーを挟む形で形成された第２の圧電膜及び該第２の圧電膜に電圧を印加する第２の電極と、を含み、前記第１の電極及び前記第２の電極に印加される電圧によって前記第１及び第２トーションバーを回動軸として回動される前記回動板の回動角度が調整される圧電アクチュエータが複数配置された圧電アクチュエータアレイと、
該圧電アクチュエータアレイの各圧電アクチュエータに設けられた前記回動板上に形成される柱部と、
前記柱部によって下方より支持されるマイクロミラーであって、前記圧電アクチュエータの面積以上の大きさを持ち、隣り合う各マイクロミラー同士が近接して配置されるように前記柱部を介して圧電アクチュエータの上方に置かれるマイクロミラーと、を備え、
各圧電アクチュエータに設けられた回動板の回動角度によって各マイクロミラーの反射面の角度が二次元的に調整されることによりミラー面全体の形状が変化されることを特徴とする形状可変ミラー。 The variable shape mirror that changes the shape of the entire mirror surface by arranging a plurality of micromirrors and driving each micromirror independently.
An internal movable frame formed inside the fixed portion on the substrate via a first torsion bar, and an inner movable frame formed via a second torsion bar orthogonal to the first torsion bar. A rotating plate, a first piezoelectric film formed so as to sandwich the first torsion bar, a first electrode for applying a voltage to the first piezoelectric film, and the second torsion bar. A second piezoelectric film formed in a sandwiched manner and a second electrode for applying a voltage to the second piezoelectric film, and the voltage applied to the first electrode and the second electrode A piezoelectric actuator array in which a plurality of piezoelectric actuators that adjust the rotation angle of the rotation plate that is rotated about the first and second torsion bars are arranged;
A column portion formed on the rotating plate provided in each piezoelectric actuator of the piezoelectric actuator array;
A micromirror supported from below by the pillar portion, the piezoelectric actuator having a size larger than the area of the piezoelectric actuator and through which the adjacent micromirrors are arranged close to each other. And a micromirror placed above
A variable shape mirror characterized in that the shape of the entire mirror surface is changed by two-dimensionally adjusting the angle of the reflection surface of each micromirror according to the rotation angle of a rotation plate provided in each piezoelectric actuator. .
前記第１の圧電膜及び該第１の電極と、前記第２の圧電膜及び該第２の電極は、内部可動枠上に形成されていることを特徴とする形状可変ミラー。 The variable shape mirror of claim 1,
The variable shape mirror, wherein the first piezoelectric film and the first electrode, and the second piezoelectric film and the second electrode are formed on an internal movable frame.
前記柱部は前記第１のトーションバーによる回動軸と前記第２のトーションバーによる回動軸とが交わる位置に配置されていることを特徴とする形状可変ミラー。 The variable shape mirror according to claim 2,
The variable shape mirror according to claim 1, wherein the column portion is disposed at a position where a rotation axis of the first torsion bar and a rotation axis of the second torsion bar intersect.
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