JP2016200834A - Movable mirror - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクチュエータおよび可動ミラーに関するものである。 The present invention relates to an actuator and a movable mirror.
静電引力によって変位させるタイプの可動ミラーは、光を利用した様々な分野への応用が期待されている。例えば眼底検査装置、天体望遠鏡などに入る補償光学用波面補正デバイスとして利用することが出来る。このような静電引力で変位さる可動ミラーの典型例として2枚の平行平板電極を使って可動させる手法が挙げられるが、この平行平板型の欠点として可動量が小さいことが挙げられる。 A movable mirror of a type that is displaced by electrostatic attraction is expected to be applied to various fields using light. For example, it can be used as a wavefront correction device for adaptive optics that enters a fundus examination apparatus, an astronomical telescope, or the like. A typical example of such a movable mirror that is displaced by electrostatic attraction is a method of moving using two parallel plate electrodes. A drawback of this parallel plate type is that the movable amount is small.
それに対してより大きな可動量を得ることが出来る櫛歯電極を用いた可動ミラーが昨今提案されている。その一例が特許文献1に開示されている。図13に示したように、この可動ミラーでは、可動側の櫛歯電極520を支持する支持部530と、固定側の櫛歯電極510を支持している支持部570が、紙面上ではそれぞれ垂直方向上下に位置している。可動櫛歯電極と固定櫛歯電極はお互いに対向し、かつ交互になるように配置している。これにより従来の平行平板型よりも大きな重なり面積が発生するので静電引力が大きくなり可動量を大きくすることが出来る。
On the other hand, a movable mirror using a comb-tooth electrode capable of obtaining a larger movable amount has recently been proposed. An example thereof is disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. 13, in this movable mirror, the
しかしながら特許文献1に開示されている構造では、可動櫛歯電極の可動方向に櫛歯電極と支持部が配置されるので、静電引力がばねの復元力に比べて過大となって可動側の櫛歯が固定側の支持部に衝突するプルイン(引き込み)という現象が起きる。よってこの構造ではより大きな可動量を得ることが困難であるという課題がある。 However, in the structure disclosed in Patent Document 1, since the comb electrode and the support portion are arranged in the movable direction of the movable comb electrode, the electrostatic attractive force becomes excessive compared to the restoring force of the spring, and the movable side electrode is moved. A phenomenon called pull-in (pull-in) occurs in which the comb teeth collide with the support portion on the fixed side. Therefore, this structure has a problem that it is difficult to obtain a larger movable amount.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、櫛歯電極を含むアクチュエータを用いる可動ミラーにおいて、プルインの発生を抑止する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a technique for suppressing the occurrence of pull-in in a movable mirror using an actuator including a comb electrode.
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
反射面を有する反射部材に接続する可動部と、
前記反射部材と距離を隔てて位置し、前記可動部によって支持されて前記反射面に対して平行な方向に延出する可動櫛歯電極と、
支持部と、
前記支持部によって支持されて前記反射面に対して平行な方向に延出し、かつ、前記可動櫛歯電極と交互に配置される固定櫛歯電極と、
前記可動櫛歯電極および前記固定櫛歯電極に電圧を印加して、前記可動櫛歯電極および前記可動部を前記反射面の法線方向に変位させる電圧制御手段と、
を有し、
前記可動部の前記可動櫛歯電極を支持する部位と、前記支持部の前記固定櫛歯電極を支持する部位とは、前記可動櫛歯電極の前記反射面の法線方向への変位の際に前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極とがすれ違えるように配置されている
ことを特徴とするアクチュエータである。
The present invention employs the following configuration. That is,
A movable part connected to a reflective member having a reflective surface;
A movable comb electrode positioned at a distance from the reflective member and supported by the movable part and extending in a direction parallel to the reflective surface;
A support part;
A fixed comb electrode supported by the support portion and extending in a direction parallel to the reflecting surface, and alternately arranged with the movable comb electrode;
Voltage control means for applying a voltage to the movable comb electrode and the fixed comb electrode and displacing the movable comb electrode and the movable portion in a normal direction of the reflecting surface;
Have
The part of the movable part that supports the movable comb electrode and the part of the support part that supports the fixed comb electrode are formed when the movable comb electrode is displaced in the normal direction of the reflecting surface. In the actuator, the movable comb electrode and the fixed comb electrode are arranged so as to pass each other.
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
反射面を有する反射部材に接続する可動部と、
前記反射部材と距離を隔てて位置し、前記可動部によって支持されて前記反射面に対して平行な方向に延出する可動櫛歯電極と、
支持部と、
前記支持部によって支持されて前記反射面に対して平行な方向に延出し、かつ、前記可動櫛歯電極と交互に配置される固定櫛歯電極と、
前記可動櫛歯電極および前記固定櫛歯電極に電圧を印加して、前記可動櫛歯電極および前記可動部を前記反射面の法線方向に変位させる電圧制御手段と、
を有し、
前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極とは、前記可動櫛歯電極の前記反射面の法線方向への変位の際にすれ違えるように配置されている
ことを特徴とするアクチュエータである。
The present invention also employs the following configuration. That is,
A movable part connected to a reflective member having a reflective surface;
A movable comb electrode positioned at a distance from the reflective member and supported by the movable part and extending in a direction parallel to the reflective surface;
A support part;
A fixed comb electrode supported by the support portion and extending in a direction parallel to the reflecting surface, and alternately arranged with the movable comb electrode;
Voltage control means for applying a voltage to the movable comb electrode and the fixed comb electrode and displacing the movable comb electrode and the movable portion in a normal direction of the reflecting surface;
Have
The movable comb electrode and the fixed comb electrode are actuators arranged so as to pass each other when the movable comb electrode is displaced in the normal direction of the reflecting surface.
本発明によれば、櫛歯電極を含むアクチュエータを用いる可動ミラーにおいて、プルインの発生を抑止する技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which suppresses generation | occurrence | production of a pull in can be provided in the movable mirror using the actuator containing a comb-tooth electrode.
以下、図1を参照して、本発明に係る静電櫛歯型可動ミラーについて説明する。ここで、図1は本発明の実施形態である櫛歯静電型可動ミラーの斜視図である。図1に示す可動ミラー101は、駆動機能を持つアクチュエータ部102と、反射機能を持つ反射部103を有する。
Hereinafter, the electrostatic comb movable mirror according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1 is a perspective view of an electrostatic comb movable mirror that is an embodiment of the present invention. A
図2(a)にアクチュエータ部102の上面図を示す。図2(a)では紙面横方向をx方向、紙面縦方向をy方向、紙面鉛直方向をz方向とする。図で示されているxy面は基板に平行な面である。アクチュエータ部102は、可動櫛歯電極201、固定櫛歯電極202、可動部203、ばね204、支持部205(205a、205b)によって構成される。
可動部203は、ばね204に連結されており、可動櫛歯電極201及び反射部103と接続している。ばね204の一端は支持部205aに固定されている。可動櫛歯電極201及びばね204は可動部203の側壁と接続しており、反射部103は可動部203の上面と接続している。
可動櫛歯電極201は可動部203のxz面に平行な側壁よりy方向に伸びており、固定櫛歯電極202は支持部205bのxz面に平行な側壁よりy方向に伸びている。可動部および支持部の側壁が対向しているため、可動櫛歯電極201と固定櫛歯電極202はお互いに向き合うように配置され、かつそれぞれの櫛歯が交互に並ぶように配置されている。
FIG. 2A shows a top view of the
The
The
図2(b)は可動ミラー101の断面図を示している。可動櫛歯電極201の側面と固定櫛歯電極202の側面のz方向の高さが異なっており、お互いに重なり合わない部分が存在する必要がある。すなわち、櫛歯電極同士は、反射部103の反射面に垂直な方向において、重なり合わない部分を持つ。なお、ここで「高さが異なる」とは、双方の櫛歯電極のz方向のサイズが異なることを言うのではなく、電圧が印加されない初期状態では、両者がz方向においてずれて配置されることを指す。これは、本発明が、櫛歯電極同士が静電引力で引かれる時に、重なり合う方向に力が働き可動する現象を利用した方式(可変重なり型)であるためである。この現象において櫛歯電極同士が全て重なりあった場合それ以上可動しなくなるので、初期位置では重なり合う部分を少なくし、電圧を印加した時に重なり合う部分を増大させる必要がある。本図に示したように、可動櫛歯電極201と反射部103はz方向において所定の距離を隔てて位置しており、固定櫛歯電極202はz方向において他の部材と接触していない。したがって櫛歯電極同士で静電引力が発生して引きあっても、いずれかの櫛歯電極が他の櫛歯電極に接続された部材と衝突することがない。図2(a)および図2(b)から分かるように、可動櫛歯電極201は可動部203の所定の部位により片持ち状に支持されて、反射面と平行な方向に延出している。また、固定櫛歯電極202は支持部205bの所定の部位により片持ち状に支持されて、反射面と平行な方向に延出している。なお、後述するように反射部が複数のアクチュエータを連続的に覆う場合、反射部が変形するため反射面の角度が一様ではなくなる可能性がある。その場合であっても、それぞれの櫛歯電極は反射面のうち少なくとも可動部に接続された部位に平行な方向に伸びている。
FIG. 2B shows a cross-sectional view of the
図2(b)では固定櫛歯電極202に対して可動櫛歯電極201がz方向上部に位置するように配置して記載したが、両者の位置関係は逆でもよい。
ばね204は可動部203のyz面に平行な側壁よりx方向に伸びており、支持部205aのyz面に平行な側壁に固定されている。可動部203がz方向以外の方向に変位した場合、可動櫛歯電極201と固定櫛歯電極202で干渉する可能性がある。よって、z方向以外の方向(言い換えると、反射部103の反射面の法線方向以外の方向)への変位を抑制する必要がある。
In FIG. 2B, the
The
固定櫛歯電極202とばね204はそれぞれ支持部205bと205aにより固定されている。固定櫛歯電極202と、可動櫛歯電極201にそれぞれ独立に電位を与える。そのため、絶縁用溝206により、固定櫛歯電極202に属する支持部205bと、可動櫛歯電極202に属する支持部205aを電気的に分離している。分離した支持部にそれぞれ配線を配置し電圧制御回路207に接続する。
反射部103は、補正する光を反射する光学的反射機能を有する。反射部103は、光を反射するために反射面を持つ。この反射部103はアクチュエータ部102を覆うように配置されており、可動部203と連結している。反射部は本発明の反射部材に相当する。
The fixed
The
図3は複数のアクチュエータ部102が配置されている場合を示す図である。これに対して反射部は図3(a)で示すような、複数のアクチュエータ部102を全体的に覆うような連続な面301でもよいし、図3(b)で示すような、各アクチュエータ部を個別に覆うような独立した面302でもよい。各アクチュエータの可動部203が個別に可動することにより所望の形状を得ることが出来る。これにより各アクチュエータ部で反射する
光の光路長を変化することが出来るので、波面補正デバイスとして使用することが出来る。
FIG. 3 is a diagram showing a case where a plurality of
次に可動部203の可動の方法を、図4を参照して説明する。図4は可動櫛歯電極201と固定櫛歯電極202が交互に配列した部分の断面図である。それぞれ可動櫛歯電極201と固定櫛歯電極202に符号が逆の電荷を与えることで可動櫛歯電極201をz方向(反射部103の反射面の法線方向)に可動することが出来る。可動櫛歯電極と固定櫛歯電極に電位差を与えた時に働くz方向の静電引力Fzは以下の式(1)で表わされる。
ここでε0:真空の誘電率、N:櫛歯電極間ギャップの数、h:可動櫛歯電極と固定櫛歯電極のオーバーラップ長、Vm:可動櫛歯電極の電位、Vf:固定櫛歯電極の電位、g:櫛歯電極間ギャップ幅である。
Next, a method of moving the
Where ε 0 is the dielectric constant of the vacuum, N is the number of gaps between the comb-teeth electrodes, h is the overlap length of the movable comb-teeth electrode and the fixed comb-teeth electrode, Vm is the potential of the movable comb-teeth electrode, and Vf is the fixed comb tooth. Electrode potential, g: gap width between comb electrodes.
例えば図4に示すように可動櫛歯電極201と固定櫛歯電極202を配置した場合に、可動櫛歯電極201をz方向下側に可動させるには以下の方法が挙げられる。まず図4(a)に示した電圧印加直後の状態のように、可動櫛歯電極201と固定櫛歯電極202にそれぞれ符号が逆の電荷を与えることにより静電引力が発生し、電極同士が互いに引き合う。これにより可動櫛歯電極201は固定櫛歯電極202に近づこうとするが、x方向に関しては左右概均等に静電引力を受けるので、z方向下側に変位することになる。
続いて図4(b)に示すようなつりあい状態となる。すなわち、ばね204の復元力と、可動部203を可動させた静電引力が釣り合う位置で、可動櫛歯電極201が停止する。
続いて可動櫛歯電極201と固定櫛歯電極202との電位差を0にすると、図4(c)に示すように、電荷が与えられない状態となる。電圧開放後、ばね204の復元力により可動櫛歯電極201は初期位置にまで戻る。この変位後の様子を図4(d)に示す。
本実施形態では静電引力による変位を記載したが、静電斥力による変位も可能である。
For example, when the
Subsequently, a balanced state as shown in FIG. That is, the
Subsequently, when the potential difference between the
In the present embodiment, the displacement due to electrostatic attraction was described, but displacement due to electrostatic repulsion is also possible.
可動櫛歯電極201が可動した時、特許文献1で示す構造であれば、可動櫛歯電極の可動方向であるz方向に櫛歯電極と支持部が配置されている。そのため、櫛歯電極の先端面
と支持部の面で静電引力が発生し、静電引力がばねの復元力に比べて過大となった時にプルインが生じ櫛歯電極と支持部が衝突する。しかし本実施形態の構造によれば、可動櫛歯方向の可動方向であるz方向に支持部が配置されていないので、プルインが発生しない。つまり、本発明の構造であれば、静電引力が働いた時でも両方の櫛歯電極が衝突せずにすれ違うことができる。従ってプルインは発生せず、電極のショートが起こることもない。
可動量に関しては、静電容量値を測定することで可動量を見積もることが出来るので、フィードバック制御をすることが可能である。
また、本発明の構造を使う場所は、真空中でもあり得るし、空気中の可能性もある。もし空気中で用いる場合、特許文献1に記載されたような構造では、櫛歯が移動したときに支持部間に挟まれた空気がダンピングを起こし、応答速度が低下する可能性がある。しかし本実施形態の構造によれば、ダンピングの影響を抑制することができる。
When the
Regarding the movable amount, the movable amount can be estimated by measuring the capacitance value, and therefore, feedback control can be performed.
Also, the place where the structure of the present invention is used can be in a vacuum or in air. If used in the air, in the structure as described in Patent Document 1, when the comb teeth are moved, the air sandwiched between the support portions may cause damping, and the response speed may decrease. However, according to the structure of this embodiment, the influence of damping can be suppressed.
本実施形態では、発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々に変形や修正が施されてもよい。
例えば本実施形態では反射部103と可動部203を接続しているが、この間にポストを設置することも可能である。このとき反射部103が櫛歯電極に干渉しない範囲でポストを設置する必要がある。
また可動櫛歯電極201および固定櫛歯電極202に電位を与えるために、本実施例では可動部203、ばね204、支持部205を導電性不純物ドープシリコンで構成した。しかし、これらを導電性材料にせず、替わりに配線を形成して給電させる、若しくはワイヤーボンディングで給電する方法も可能である。
In the present embodiment, various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention.
For example, in the present embodiment, the reflecting
In order to apply a potential to the
<実施例1>
以下、図5を参照して、本発明の実施例1に係る静電櫛歯型可動ミラーについて説明する。ここで、図5は本発明の実施例1に係る櫛歯静電型可動ミラー501の斜視図である。図5に示す可動ミラー501は、駆動機能を持つアクチュエータ部502と、反射機能503をもつ反射部を有する。
<Example 1>
Hereinafter, the electrostatic comb movable mirror according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 5 is a perspective view of the comb-tooth electrostatic
図6(a)はアクチュエータ部502の上面図を示す。図6(a)では紙面横方向をx方向、紙面縦方向をy方向、紙面鉛直方向をz方向とする。図で示されているxy面は基板に平行な面である。アクチュエータ部502は、可動櫛歯電極601、固定櫛歯電極602、可動部603、ばね604、支持部605(605a、605b)、ポスト610によって構成される。
可動部603は、ばね604に連結されており、可動櫛歯電極601及びポスト610と接続している。ばね604の一端は支持部605aに固定されている。本実施例では可動部603の形状は四角柱とし、4面ある側壁の内、xz面に平行な2面に可動櫛歯電極601が配置され、yz面に平行な2面にはそれぞれ前記一端が支持部605bに固定されているばね604が連結されている。また上面には可動部603の変位を反射部503に伝達するためのポスト610を有している。
FIG. 6A shows a top view of the
The
可動櫛歯電極601は可動部603のxz面に平行な側壁よりy方向に伸びており、固定櫛歯電極602は支持部605bのxz面に平行な側壁よりy方向に伸びている。可動部および支持部の側壁が対向しているため、可動櫛歯電極601と固定櫛歯電極602はお互いに向き合うように配置され、かつそれぞれの櫛歯が交互に並ぶように配置されている。本実施例では、可動櫛歯電極601および固定櫛歯電極602はどちらも厚さ200umであり、長さは200umである。櫛歯電極の本数は、1アクチュエータにつき可動櫛歯電極が40本、可動櫛歯電極が42本であり、よって櫛歯電極間のギャップ数は80箇所である。なお、櫛歯電極の厚さとはz方向のサイズを、長さとはy方向のサイズを、幅とはx方向のサイズを指す。
The
可動櫛歯電極601の側面と固定櫛歯電極602の側面のz方向の高さが異なっており、お互いに重なり合わない部分が存在する必要がある。これは、本発明が、櫛歯電極同士が静電引力で引かれる時に、重なり合う方向に力が働き可動する方式を利用した方式(可変重なり型)であるためである。この現象において櫛歯電極同士が全て重なりあった場合それ以上可動しなくなるので、初期位置では重なり合う部分を少なくし、電圧を印加した時に重なり合う部分を増大させる必要がある。
The heights of the side surfaces of the
図6(b)は可動ミラー501の断面図を示しており、本実施例における可動櫛歯電極601と固定櫛歯電極602の位置関係を示している。それぞれの位置関係は、固定櫛歯電極602に対して可動櫛歯電極601が上部に位置するように配置する。この時のズレ量は10umである。また可動櫛歯電極601および固定櫛歯電極602の幅はどちらも10umで形成し、この2つの電極間ギャップは5umで形成する。本図に示したように、可動櫛歯電極601と反射部503はz方向において所定の距離を隔てて位置しており、固定櫛歯電極602はz方向において他の部材と接触していない。したがって櫛歯電極同士で静電引力が発生して引きあっても、いずれかの櫛歯電極が他の櫛歯電極に接続された部材と衝突することがない。
FIG. 6B is a cross-sectional view of the
ばね604は可動部603のyz面に平行な側壁よりx方向に伸びており、支持部605aのyz面に平行な側壁に固定されている。可動部603がz方向以外の方向に変位した場合、可動櫛歯電極601と固定櫛歯電極602で干渉する可能性がある。よって、z方向以外の方向への変位を抑制する必要がある。本実施例では、xy方向に拡がる形状にすることでx方向、y方向および、xy面内回転、yz面内回転等の方向へのばね定数を大きくし、それらの変位を抑制する構成にしている。本実施例でのばね603の寸法は、厚さ5um、x方向長さ500um、y方向幅300umで形成する。
ポスト610は、可動部603の変位を反射部503に正確に伝達するために十分な剛性を持つ必要がある。またポスト610の高さは可動部603が可動した時に固定櫛歯電極602と反射部503が干渉しない高さである必要がある。本実施例ではポスト610の高さを20umで形成した。
The
The
固定櫛歯電極602とばね604はそれぞれ支持部605bと605aにより固定されている。可動櫛歯電極601と、固定櫛歯電極602にそれぞれ異なる電圧を印加する。そのため、絶縁用溝606により可動櫛歯電極601に属する支持部605aと、固定櫛歯電極602に属する支持部605bを電気的に分離している。分離した支持部605にそれぞれ配線を配置し電圧制御回路607に接続する。
反射部503は、補正する光を反射する光学的反射機能を有する。反射部503は、光を反射するために反射面を持つ。この反射部503はアクチュエータ部502を覆うように配置されており、ポスト610を介してアクチュエータ部502と連結している。反射部503の膜厚は5umで形成する。反射部は本発明の反射部材に相当する。
The fixed
The
図7は複数のアクチュエータ部502が配置されている場合を示す図である。これに対して反射部は図7(a)で示すような、複数のアクチュエータ部を全体的に覆うような連続な面701でもよいし、図7(b)で示すような、各アクチュエータ部を個別に覆うような独立した面702でもよい。本実施例では、複数のアクチュエータ部を全体的に覆うように反射部を配置する。各アクチュエータ部501は個別に可動することにより所望の形状を得ることが出来る。これにより各アクチュエータ部501で反射する光の光路長を変化することが出来るので、波面補正デバイスとして使用することが出来る。
FIG. 7 is a diagram showing a case where a plurality of
次に可動部502の可動の方法を、図8を参照して説明する。図8は可動櫛歯電極601と固定櫛歯電極602が交互に配列した部分の断面図である。それぞれ可動櫛歯電極601と固定櫛歯電極602に符号が逆の電荷を与えることで可動櫛歯電極601をz方向に可動することが出来る。
例えば図8に示すように可動櫛歯電極601と固定櫛歯電極602を配置した場合に、可動櫛歯電極601をz方向下側に可動させるには以下の方法が挙げられる。まず図8(a)に示した電圧印加直後の状態のように、可動櫛歯電極601と固定櫛歯電極602にそれぞれ符号が逆の電荷を与えることにより静電引力が発生し、電極同士が互いに引き合う。これにより可動櫛歯電極601は固定櫛歯電極602に近づこうとするが、水平方向(x方向)に関しては左右概均等に静電引力を受けるので、z方向下側に変位することになる。本実施例では可動櫛歯電極601に負の電荷を、固定櫛歯電極602に正の電荷を与えている。
続いて図8(b)に示すような釣り合い状態となる。すなわち、ばね604の復元力と、可動部603を可動させた静電引力が釣り合う位置で、可動櫛歯電極601が停止する。
続いて可動櫛歯電極601と固定櫛歯電極602との電位差を0にすると、図8(c)に示すように、電荷が与えられない状態となる。電圧開放後、ばね604の復元力により可動櫛歯電極601は初期位置にまで戻る。この変位後の様子を図8(d)に示す。
Next, a method of moving the
For example, when the
Subsequently, a balanced state as shown in FIG. That is, the
Subsequently, when the potential difference between the
本実施例では静電引力による変位を記載したが、静電斥力による変位も可能である。
可動量に関しては、静電容量値を測定することで可動量を見積もることが出来るので、フィードバック制御をすることが可能である。本実施例では、櫛歯電極の静電容量値に基づいて閉ループ制御(可動量フィードバック)を行っている。また、上下に伸びる可動櫛歯電極601の可動量をフィードバック制御することで、両可動櫛歯を等しく可動することが出来るので、yz面内回転方向の変位を抑制することが出来る。
Although the displacement by electrostatic attraction was described in this embodiment, the displacement by electrostatic repulsion is also possible.
Regarding the movable amount, the movable amount can be estimated by measuring the capacitance value, and therefore, feedback control can be performed. In the present embodiment, closed loop control (movable amount feedback) is performed based on the capacitance value of the comb electrode. Further, by performing feedback control of the movable amount of the
可動櫛歯電極601および固定櫛歯電極602は、各々の電極に個別の電圧が掛けられるようにする必要がある。本実施例では、可動部603、ばね604、支持部605を、電極に電圧を印加させるため不純物が導入された導電性のシリコンで構成している。また電圧制御回路607に接続するために配線を形成しているが、この配線は導電性材料で形成される必要があり、本実施例では銅で形成する。
反射部503は光学的反射機能を有し、また可動部603の可動により変形した時に所望の形状を得るために適切な剛性を持っている必要がある。本実施例では反射部503は2層で構成し、下層は反射部503の形状を決めるシリコン膜であり、上層は反射性能を決める金薄膜である。この場合、金薄膜が反射面となる。
The
The
本実施形態では、発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々に変形や修正が施されてもよい。
例えば、可動櫛歯電極601および固定櫛歯電極602に電位を与えるために、本実施例では、可動部603、ばね604、支持部605を導電性不純物ドープシリコンで構成した。しかし、これらを導電性材料にせず、替わりに配線を形成して給電させる、若しくはワイヤーボンディングで給電する方法も可能である。
また記載した寸法は設計事項であるので、自由に設定してもよい。
In the present embodiment, various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention.
For example, in order to apply a potential to the
Moreover, since the described dimension is a design matter, it may be set freely.
<実施例2>
以下、図9を参照して、本発明の実施例2に係る静電櫛歯型可動ミラーについて説明する。ここで、図9は本発明の実施例2に係る櫛歯静電型可動ミラー901の斜視図である。図9に示す可動ミラーは、駆動機能を持つアクチュエータ部902と、反射機能を持つ反射部903を有する。
<Example 2>
Hereinafter, the electrostatic comb movable mirror according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 9 is a perspective view of an electrostatic comb
図10(a)はアクチュエータ部902の上面図を示す。図10(a)では紙面横方向をx方向、紙面縦方向をy方向、紙面鉛直方向をz方向とする。図で示されているxy面は基板に平行な面である。アクチュエータ部902は、可動櫛歯電極1001、固定櫛歯電極1002、可動部1003、ばね1004、支持部1005(1005a、1005b)、ポスト1010によって構成される。
可動部1003は、ばね1004に連結されており、可動櫛歯電極及1001びポスト1010に接続している。ばね1004の一端は支持部1005aに固定されている。本実施例では可動部1003の形状は四角柱とし、4面ある側壁の内、xz面に平行な2面に可動櫛歯電極1001が配置され、yz面に平行な2面にはそれぞれ前記一端が支持部1005aに固定されているばね1004が連結されている。また上面には可動部1003の変位を反射部903に伝達するためのポスト1010を有している。
FIG. 10A shows a top view of the
The
可動櫛歯電極1001および固定櫛歯電極1002は、z方向に対して分割された電極を持つ。本実施例では、Si層−SiO2埋め込み絶縁層−Si層からなるSOI(Silicon On Insulator)ウエハより形成する。ウエハとしては、大きさは4インチサイズ、厚さはSi層(100um)−SiO2埋め込み層(1um)−Si層(100um)のものを用いた。
The
可動櫛歯電極1001は可動部1003のxz面に平行な側壁よりy方向に伸びており、固定櫛歯電極1002は支持部1005bのxz面に平行な側壁よりy方向に伸びてい
る。可動部および支持部の側壁が対向しているため、可動櫛歯電極1001と固定櫛歯電極1002はお互いに向き合うように配置され、かつそれぞれの櫛歯が交互に並ぶように配置されている。本実施例では、可動櫛歯電極1001および固定櫛歯電極1002はどちらも厚さ200umであり、長さは200umである。櫛歯電極の本数は、1アクチュエータにつき可動櫛歯電極が40本、可動櫛歯電極が42本であり、よって櫛歯電極間のギャップ数は80箇所である。
The
可動櫛歯電極1001の側面と固定櫛歯電極1002の側面のz方向の位置関係は、本発明の実施例1とは異なり、必ずしも重なり合わない部分が存在する必要がない。これは本実施例では、可動櫛歯電極1001と固定櫛歯電極1002がどちらもz方向に電気的に分割されているために、同じ高さであっても電圧の掛け方次第で重なり合わない部分を作ることが出来るからである。
Unlike the first embodiment of the present invention, the positional relationship in the z direction between the side surface of the
図10(b)は可動ミラー901の断面図を示しており、本実施例における可動櫛歯電極1001と固定櫛歯電極1002の位置関係を示している。それぞれの位置関係は、可動櫛歯電極1001と固定櫛歯電極1002が同じ高さに位置するように配置する。すなわち、櫛歯電極同士は、反射部903の反射面に垂直な方向において、重なり合っている。本実施例では、可動櫛歯電極1001および固定櫛歯電極1002の幅はどちらも10umで形成し、この2つの電極間ギャップは5umで形成する。本図に示したように、可動櫛歯電極1001と反射部903はz方向において所定の距離を隔てて位置しており、固定櫛歯電極1002はz方向において他の部材と接触していない。したがって櫛歯電極同士で静電引力が発生して引きあっても、いずれかの櫛歯電極が他の櫛歯電極に接続された部材と衝突することがない。
FIG. 10B shows a cross-sectional view of the
ばね1004は可動部1003のyz面に平行な側壁よりx方向に伸びており、支持部1005aのyz面に平行な側壁により固定されている。アクチュエータ部902がz方向以外の方向に変位した場合、可動櫛歯電極1001と固定櫛歯電極1002で干渉する可能性がある。よって、ばね1004によりz方向以外の方向への変位を抑制する必要がある。本実施例では、xy方向に拡がる形状にすることでx方向、y方向および、xy面内回転、yz面内回転等の方向へのばね定数を大きくし、それらの変位を抑制する構成にしている。本実施例でのばね1004の寸法は、厚さ5um、x方向長さ500um、y方向幅300umで形成する。
ポスト1010は、可動部1003の変位を反射部903に正確に伝達するために十分な剛性を持つ必要がある。またポスト1010の高さは可動部1003が可動した時に固定櫛歯電極1002と反射部903が干渉しない高さである必要がある。本実施例ではポスト1010の高さを20umで形成した。
The
The
固定櫛歯電極1002とばね1004は、それぞれ支持部1005bと1005aにより固定されている。固定櫛歯電極1002と、可動櫛歯電極1001にそれぞれ異なる電圧を印加するため、絶縁部1006により固定櫛歯電極に属する支持部と可動櫛歯電極に属する支持部を電気的に分離している。また固定櫛歯電極および可動櫛歯電極のそれぞれに対して、絶縁層1011を介してz方向上下に2つの電極をもつので、アクチュエータ部902には合計4つの電極が配置されることになる。これら4つに分離した支持部1003にそれぞれ配線を配置し電圧制御回路1007に接続する。
反射部903は、補正する光を反射する光学的反射機能を有する。反射部903は、光を反射するために反射面を持つ。この反射部903はアクチュエータ部902を覆うように配置されており、ポスト1010を介してアクチュエータ部902と連結している。反射部903の膜厚は5umで形成する。反射部は本発明の反射部材に相当する。
The fixed
The
図11は複数のアクチュエータ部902が配置されている場合を示す図である。これに
対して反射部は図11(a)で示すような、複数のアクチュエータ部を全体的に覆うような連続な面1101でもよいし、図11(b)で示すような、各アクチュエータ部を個別に覆うような独立した面1102でもよい。本実施例では、複数のアクチュエータ部902を全体的に覆うように反射部903を配置する。各アクチュエータ902部は個別に可動することにより所望の形状を得ることが出来る。これにより各アクチュエータ部で反射する光の光路長を変化することが出来るので、波面補正デバイスとして使用することが出来る。
FIG. 11 is a diagram illustrating a case where a plurality of
次に可動部1003の可動の方法を、図12を参照して説明する。図12は可動櫛歯電極1001と固定櫛歯電極1002が交互に配列した部分の断面図である。可動櫛歯電極1001と固定櫛歯電極1002およびそれらのz方向に分割された電極に符号が逆の電荷を与えることで、可動櫛歯電極1001をz方向に対して上下に可動することが出来る。
例えば可動櫛歯電極1001をz方向下側に可動させるには以下の方法が挙げられる。まず図12(a)に示した電圧印加直後の状態のように、可動櫛歯電極1001の上部電極と固定櫛歯電極1002の下部電極にそれぞれ符号が逆の電荷を与えることにより静電引力が発生し、電極のうち電荷を与えた部分同士が互いに引き合う。本実施例では図12(a)で示すように可動櫛歯電極1001の上部電極に負の電荷を、固定櫛歯電極1002の下部電極に正の電荷を与えている。これにより可動櫛歯電極1001の上部電極は固定櫛歯電極1002の下部電極に近づこうとするが、水平方向に関しては左右概均等に静電引力を受けるので、z方向下側に変位することになる。
Next, a method for moving the
For example, the following method can be used to move the
続いて図12(b)に示すような釣り合い状態となる。すなわち、ばね1004の復元力と、可動部1003を可動させた静電引力が釣り合う位置で、可動櫛歯電極1001が停止する。
続いて可動櫛歯電極1001と固定櫛歯電極1002との電位差を0にすると、図12(c)に示すように、電荷が与えられない状態となる。電圧開放後、ばね1004の復元力により可動櫛歯電極1001は初期位置にまで戻る。この変位後の様子を図12(d)に示す。
Subsequently, a balanced state as shown in FIG. That is, the
Subsequently, when the potential difference between the
一方、可動櫛歯電極1001をz上側に可動させる例として以下の方法が挙げられる。まず図12(e)に示した電圧印加直後の状態のように、可動櫛歯電極1001の下部電極と固定櫛歯電極1002の上部電極にそれぞれ符号が逆の電荷を与えることにより静電引力が発生し、電極のうち電荷を与えた部分が互いに引き合う。本実施例では図12(e)で示すように可動櫛歯電極1001の下部電極に負の電荷を、固定櫛歯電極1002の上部電極に正の電荷を与えている。これにより可動櫛歯電極1001の下部電極は固定櫛歯電極1002の上部電極に近づこうとするが、水平方向に関しては左右概均等に静電引力を受けるので、z方向上側に変位することになる。
続いて図12(f)に示すような釣り合い状態となる。すなわち、ばね1004の復元力と、可動部1003を可動させた静電引力が釣り合う位置で、可動櫛歯電極1001が停止する。
続いて可動櫛歯電極1001と固定櫛歯電極1002との電位差を0にすると、図12(g)に示すように、電荷が与えられない状態となる。電圧開放後、ばね1004の復元力により可動櫛歯電極1001は初期位置にまで戻る。この変位後の様子を図12(h)に示す。
On the other hand, the following method is given as an example of moving the
Subsequently, a balanced state as shown in FIG. That is, the
Subsequently, when the potential difference between the
本実施例では静電引力による変位を記載したが、静電斥力による変位も可能である。
可動量に関しては、静電容量値を測定することで可動量を見積もることが出来るので、フィードバック制御をすることが可能である。本実施例では、櫛歯電極の静電容量値に基づいて閉ループ制御(可動量フィードバック)を行っている。また、上下に伸びる可動櫛
歯電極1001の可動量をフィードバック制御することで、両可動櫛歯を等しく可動することが出来るので、yz面内回転方向の変位を抑制することが出来る。
Although the displacement by electrostatic attraction was described in this embodiment, the displacement by electrostatic repulsion is also possible.
Regarding the movable amount, the movable amount can be estimated by measuring the capacitance value, and therefore, feedback control can be performed. In the present embodiment, closed loop control (movable amount feedback) is performed based on the capacitance value of the comb electrode. Further, by performing feedback control of the movable amount of the
可動櫛歯電極1001および固定櫛歯電極1002は、各々の電極に個別の電圧が掛けられるようにする必要がある。本実施例では、可動部1003、ばね1004、支持部1005を電極に電圧を印加させるため不純物が導入された導電性のシリコンで構成している。また電圧制御回路1007に接続するために配線を形成しているが、この配線は導電性材料で形成される必要があり、本実施例では銅で形成する。
反射部は光学的反射機能を有し、また可動部1003の可動により変形した時に所望の形状を得るために適切な剛性を持っている必要がある。本実施例では反射部903は2層で構成し、下層は反射部の形状を決めるシリコン膜であり、上層は反射性能を決める金薄膜である。この場合、金薄膜が反射面となる。
The
The reflection part has an optical reflection function and needs to have an appropriate rigidity to obtain a desired shape when deformed by the movement of the
本実施形態では、発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々に変形や修正が施されてもよい。
例えば、可動櫛歯電極1001および固定櫛歯電極1002に電位を与えるために、本実施例では、可動部1003、ばね1004、支持部1005を導電性不純物ドープシリコンで構成した。しかし、これらを導電性材料にせず、替わりに配線を形成して給電させる、若しくはワイヤーボンディングで給電する方法も可能である。
また記載した寸法は設計事項であるので、自由に設定してもよい。
In the present embodiment, various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention.
For example, in order to apply a potential to the
Moreover, since the described dimension is a design matter, it may be set freely.
本発明の構造体は、応答速度が速い可動ミラーを可能にするので、眼底検査装置、天体望遠鏡などに入る補償光学用波面補正デバイスとして利用することが出来る。 Since the structure of the present invention enables a movable mirror having a high response speed, it can be used as a wavefront correction device for adaptive optics that enters a fundus examination apparatus, an astronomical telescope, or the like.
101…可動ミラー,102…アクチュエータ部,103…反射部,201…可動櫛歯電極,202…固定櫛歯電極,203…可動部,204…ばね,205…支持部,207…電圧制御回路
DESCRIPTION OF
本発明は、可動ミラーに関するものである。 The present invention relates to variable turning mirror.
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
反射面を有する反射部材と、アクチュエータと、を有する可動ミラーであって、
前記アクチュエータは、
可動部と、
前記反射部材と前記可動部との間に設けられ前記可動部の変位を前記反射部材に伝えるポストと、
前記反射部材と距離を隔てて位置し、前記可動部によって支持されて前記可動部から延出する可動櫛歯電極と、
支持部と、
前記支持部によって支持されて前記支持部から延出して配置される固定櫛歯電極と、
前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極との間に電位差を生じさせ、前記可動櫛歯電極と前記可動部とを前記反射面の法線方向に変位させる電圧制御手段と、
前記可動部に接続され、前記可動櫛歯電極と前記可動部とを前記法線方向に変位させるためのばねと、
を有し、
前記可動部の前記可動櫛歯電極を支持する部位と、前記支持部の前記固定櫛歯電極を支持する部位とは、前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極とを、これらが互いに向き合い、かつそれぞれの櫛歯電極が交互に位置するように配置するものである
ことを特徴とする可動ミラーである。
The present invention employs the following configuration. That is,
A movable mirror having a reflecting member having a reflecting surface and an actuator,
The actuator is
Moving parts;
A post provided between the reflecting member and the movable part and transmitting the displacement of the movable part to the reflecting member;
A movable comb electrode positioned at a distance from the reflecting member and supported by the movable part and extending from the movable part ;
A support part;
A fixed comb electrode arranged extending from the support portion is supported by the support portion,
And voltage control means for causing a potential difference, thereby displacing said movable comb electrode and the movable unit in the normal direction of the reflection surface between the fixed comb electrode and the movable comb electrode,
A spring connected to the movable part for displacing the movable comb electrode and the movable part in the normal direction;
Have
The portion of the movable portion that supports the movable comb electrode and the portion of the support portion that supports the fixed comb electrode are the movable comb electrode and the fixed comb electrode, which face each other, The movable mirror is characterized in that the comb electrodes are arranged so as to be alternately positioned .
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
反射面を有する反射部材と、アクチュエータと、を有する可動ミラーであって、
前記アクチュエータは、
可動部と、
前記反射部材と距離を隔てて位置し、前記可動部によって支持されて前記可動部から延出する可動櫛歯電極と、
支持部と、
前記支持部によって支持されて前記支持部から延出し、かつ、前記可動櫛歯電極と交互に配置される固定櫛歯電極と、
前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極との間に電位差を生じさせ、前記可動櫛歯電極と前記可動部とを前記反射面の法線方向に変位させる電圧制御手段と、
前記可動部に接続され、前記可動櫛歯電極と前記可動部とを前記法線方向に変位させるためのばねと、
を有し、
前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極とは、前記可動櫛歯電極と前記可動部の前記法線方向への変位の際にすれ違えるように配置されている
ことを特徴とする可動ミラーである。
The present invention also employs the following configuration. That is,
A movable mirror having a reflecting member having a reflecting surface and an actuator,
The actuator is
Moving parts;
A movable comb electrode positioned at a distance from the reflecting member and supported by the movable part and extending from the movable part ;
A support part;
A fixed comb electrode supported by the support portion and extending from the support portion , and arranged alternately with the movable comb electrode;
And voltage control means for causing a potential difference, thereby displacing said movable comb electrode and the movable unit in the normal direction of the reflection surface between the fixed comb electrode and the movable comb electrode,
A spring connected to the movable part for displacing the movable comb electrode and the movable part in the normal direction;
Have
Wherein the movable comb electrodes and the fixed comb electrode, with a movable mirror, characterized by being arranged such that Surechigae upon displacement into the normal direction of the movable portion and the movable comb electrodes is there.
Claims (14)
前記反射部材と距離を隔てて位置し、前記可動部によって支持されて前記反射面に対して平行な方向に延出する可動櫛歯電極と、
支持部と、
前記支持部によって支持されて前記反射面に対して平行な方向に延出し、かつ、前記可動櫛歯電極と交互に配置される固定櫛歯電極と、
前記可動櫛歯電極および前記固定櫛歯電極に電圧を印加して、前記可動櫛歯電極および前記可動部を前記反射面の法線方向に変位させる電圧制御手段と、
を有し、
前記可動部の前記可動櫛歯電極を支持する部位と、前記支持部の前記固定櫛歯電極を支持する部位とは、前記可動櫛歯電極の前記反射面の法線方向への変位の際に前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極とがすれ違えるように配置されている
ことを特徴とするアクチュエータ。 A movable part connected to a reflective member having a reflective surface;
A movable comb electrode positioned at a distance from the reflective member and supported by the movable part and extending in a direction parallel to the reflective surface;
A support part;
A fixed comb electrode supported by the support portion and extending in a direction parallel to the reflecting surface, and alternately arranged with the movable comb electrode;
Voltage control means for applying a voltage to the movable comb electrode and the fixed comb electrode and displacing the movable comb electrode and the movable portion in a normal direction of the reflecting surface;
Have
The part of the movable part that supports the movable comb electrode and the part of the support part that supports the fixed comb electrode are formed when the movable comb electrode is displaced in the normal direction of the reflecting surface. An actuator, wherein the movable comb electrode and the fixed comb electrode are arranged so as to pass each other.
前記固定櫛歯電極は、前記支持部によって片持ち状に支持されることにより、前記反射面に対して平行な方向に延出し、
前記可動部の前記可動櫛歯電極を支持する部位と前記支持部の前記固定櫛歯電極を支持する部位とが対向して配置されることにより、前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極が交互に噛み合うように配置される
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。 The movable comb electrode extends in a direction parallel to the reflection surface by being supported in a cantilevered manner by the movable portion,
The fixed comb electrode extends in a direction parallel to the reflecting surface by being supported in a cantilevered manner by the support portion,
The movable comb electrode and the fixed comb electrode are arranged so that the portion of the movable portion that supports the movable comb electrode and the portion of the support portion that supports the fixed comb electrode are arranged to face each other. The actuator according to claim 1, wherein the actuators are alternately arranged.
ことを特徴とする請求項1または2に記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 1, wherein the voltage control unit applies a different voltage for each of the movable comb electrode and the fixed comb electrode.
ことを特徴とする請求項3に記載のアクチュエータ。 The movable comb electrode and the fixed comb electrode are arranged so as to have a portion that does not overlap in a direction perpendicular to the reflection surface when the voltage control means does not apply a voltage. The actuator according to claim 3.
前記電圧制御手段は、前記可動櫛歯電極および前記固定櫛歯電極に含まれる前記複数の電極のそれぞれに、異なる電圧を印加することができる
ことを特徴とする請求項1または2に記載のアクチュエータ。 The movable comb electrode and the fixed comb electrode include a plurality of electrodes that are electrically divided in a direction perpendicular to the reflecting surface,
The actuator according to claim 1, wherein the voltage control unit can apply different voltages to each of the plurality of electrodes included in the movable comb electrode and the fixed comb electrode.
ことを特徴とする請求項5に記載のアクチュエータ。 6. The movable comb electrode and the fixed comb electrode are disposed so as to overlap in a direction perpendicular to the reflecting surface when the voltage control unit does not apply a voltage. Actuator.
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載のアクチュエータ。 7. The apparatus according to claim 1, further comprising suppression means for suppressing displacement of the movable comb electrode and the movable portion in a direction other than a normal direction of the reflecting surface. Actuator.
ことを特徴とする請求項7に記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 7, wherein the suppressing unit is a spring connected to the movable part and extending in a horizontal direction with respect to the reflecting surface.
ことを特徴とする請求項7に記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 7, wherein the suppression unit suppresses displacement by feedback control based on capacitance values of the movable comb electrode and the fixed comb electrode.
ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 1, further comprising a post that connects the reflecting member and the movable portion.
複数の前記アクチュエータのそれぞれに接続する、複数の前記反射部材と、
を有することを特徴とする可動ミラー。 A plurality of actuators according to any one of claims 1 to 10;
A plurality of reflective members connected to each of the plurality of actuators;
A movable mirror characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項11に記載の可動ミラー。 The movable mirror according to claim 11, wherein the plurality of reflecting members continuously cover the plurality of actuators.
ことを特徴とする請求項11に記載の可動ミラー。 The movable mirror according to claim 11, wherein the plurality of reflecting members individually cover the plurality of actuators.
前記反射部材と距離を隔てて位置し、前記可動部によって支持されて前記反射面に対して平行な方向に延出する可動櫛歯電極と、
支持部と、
前記支持部によって支持されて前記反射面に対して平行な方向に延出し、かつ、前記可動櫛歯電極と交互に配置される固定櫛歯電極と、
前記可動櫛歯電極および前記固定櫛歯電極に電圧を印加して、前記可動櫛歯電極および前記可動部を前記反射面の法線方向に変位させる電圧制御手段と、
を有し、
前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極とは、前記可動櫛歯電極の前記反射面の法線方向への変位の際にすれ違えるように配置されている
ことを特徴とするアクチュエータ。 A movable part connected to a reflective member having a reflective surface;
A movable comb electrode positioned at a distance from the reflective member and supported by the movable part and extending in a direction parallel to the reflective surface;
A support part;
A fixed comb electrode supported by the support portion and extending in a direction parallel to the reflecting surface, and alternately arranged with the movable comb electrode;
Voltage control means for applying a voltage to the movable comb electrode and the fixed comb electrode and displacing the movable comb electrode and the movable portion in a normal direction of the reflecting surface;
Have
The actuator, wherein the movable comb electrode and the fixed comb electrode are arranged so as to pass each other when the movable comb electrode is displaced in the normal direction of the reflecting surface.
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