JP3821542B2 - アクチュエータ、変形可能ミラーの組立て方法並びに組立て装置、及び光学装置 - Google Patents
アクチュエータ、変形可能ミラーの組立て方法並びに組立て装置、及び光学装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射面の変形が可能であって、その変形により入射光に各種の変調を与える変形可能ミラー、及びその組立て方法並びに組み立て装置、及び光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学装置としては、変形可能な反射面を有する変形可能ミラーと、この変形可能ミラーの反射面によって反射された光が通過するレンズとを備えるものがあり、変形可能ミラーの反射面を変形しないとき、変形するときに応じて、レンズを通過した光の焦点を変化させている。これによって、例えば異なる厚さの各光ディスクのいずれに対しても、光の焦点を正確に位置決めすることができ、これらの光ディスクへの記録や再生が可能となる。
【０００３】
この種の反射面の変形が可能なミラーとしては、例えば特開平７−４９４６０号公報に記載の焦点可変ミラーがある。図１７は、この焦点可変ミラーを示している。同図において、薄膜ダイヤフラム３０１は、可撓性を有しており、厚さ１０μｍ程度のパイレックスガラス等から形成されたものである。この薄膜ダイヤフラム３０１の表面には、光反射及び電極として作用する金属層３０３を形成している。リング状基板３０２は、円筒状であって、単結晶シリコンから形成されたものである。薄膜ダイヤフラム３０１の表側周縁は、リング状基板３０２に陽極接合されていている。また、薄膜ダイヤフラム３０１の裏側周縁は、絶縁体の台座部材３０４に接着されている。この台座部材３０４の内側には、可撓性部材３０１と距離を隔てて、対向電極層３０５を設けている。
【０００４】
この様な構成において、対向電極３０５と金属層３０３間に、直流電圧を印加すると、両者間に静電引力が発生し、薄膜ダイヤフラム３０１が凹面状に変形する。
【０００５】
しかしながら、このような変形可能ミラーでは次のような間題がある。
【０００６】
▲１▼印加電圧による静電引力と薄膜ダイヤフラム３０１の引っ張り応力とのつりあいのみによって、薄膜ダイヤフラム３０１の変形形状が決定するので、この変形形状が安定しない。
【０００７】
▲２▼空間的に離れた対向電極３０５と金属層３０３間の静電引力による変形であるため、薄膜ダイヤフラム３０１を凹形状にしか変形することができない。
【０００８】
▲３▼静電引力の大きさは、対向電極３０５と金属層３０３間の距離に大きく左右されるため、組立て精度が要求される。
【０００９】
▲４▼環境温湿度の影響によって、静電引力と薄膜ダイヤフラム３０１の引っ張り応力とのつりあい状態が変化するので、薄膜ダイヤフラム３０１の変形形状の再現性が悪い。
【００１０】
そこで、この発明の出願人は、これらの間題を解決し得る変形可能ミラー（特願平７−３１２９１７号）を提案した。図１８は、この変形可能ミラーを示している。同図において、可撓性部材２０１は、弾性変形可能であって、反射面２０１ａを有する。基板枠２０２は、可撓性部材２０１の周縁を支持している。参照基板２０３は、平坦部２０４と参照面２０５を有しており、平坦部２０４を可撓性部材２０１の裏側周縁に接着して、基板枠２０２との間で該可撓性部材２０１の周縁を挟持している。参照面２０５上に、対向電極２０６を積層し、参照面２０５及び平坦部２０４上に、電圧のリークを防止するための絶縁部材２０７を積層している。
【００１１】
この様な構成において、対向電極２０６と可撓性部材２０１間に電圧を印加すると、両者間の静電引力によって、可撓性部材２０１が参照面２０５へと吸い寄せられ、この可撓性部材２０１が参照面２０５に沿った形状に変形する。
【００１２】
ここでは、可撓性部材２０１が参照面２０５に吸着した状態で変形するため、この可撓性部材２０１の変形形状が安定し、環境変化による影響を受け難くなる。また、参照面２０５の表面形状を例えば、凸形状や凹形状、あるいはこの両方を組み合わせた形状とすることにより、可撓性部材２０１を凹形状のみでなく任意の形状に変形させることが可能となる。
【００１３】
次に、この変形可能ミラーについて、より詳細に説明する。基板枠２０２は、シリコン基板から形成されたものであり、このシリコン基板の一方の面にニッケル膜等を電界メッキ法等によって形成してから、このシリコン基板の中央部を異方性エッチングによって選択的に浸食してなる。このエッチングによって、シリコン基板の残った部分が基板枠２０２となり、先のニッケル膜が可撓性部材２０１となる。参照基板２０３は、ガラスモールド法や樹脂の成形によって形成されたものであり、この参照基板２０３の参照面２０５に、アルミニウム等からなる対向電極２０６と酸化シリコン等からなる絶縁部材２０７を順次形成している。基板枠２０２と参照基板２０３とは、図示しないスペーサーを介在させ、接着材によって相互に固定されている。そして、可撓性部材２０１と対向電極２０６間に電圧を印加することにより、静電引力を発生させ、可撓性部材２０１を参照面２０５に沿うように変形させている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可撓性部材２０１を参照面２０５に沿って変形させると言う上記変形可能ミラーにおいても以下の様な間題がある。
【００１５】
可撓性部材２０１と対向電極２０６間に電圧を印加すると、両者間に存在する絶縁部材２０７に電荷が注入され、この絶縁部材２０７が帯電してしまう。この状態では、可撓性部材２０１と絶縁部材２０７間に斥力が発生するので、可撓性部材２０１の変形形状が安定しなくなったり、可撓性部材２０１が参照面２０５に沿って変形しなくなる。あるいは、電圧印加により発生する静電引力と絶縁部材２０７の帯電によって発生する静電斥力が相殺されて、実効的な静電引力が低減し、可撓性部材２０１の大きな変形や複雑な形状への変形が困難となる。
【００１６】
また、絶縁部材２０７が帯電した状態では、可撓性部材２０１と対向電極２０６間に電圧を印加せずに、可撓性部材２０１を変形していない初期状態（平板状態）に保持しようとしても、絶縁部材２０７と可撓性部材２０１間の静電引力によって、この初期状態を保特することが困難となる。
【００１７】
更に、ニッケル膜等の可撓性部材２０７とシリコン基板から形成された基板枠２０２の熱膨張係数の差から、環境温度の変化に伴い、その引っ張り応力が変化したり、座屈するという間題がある。
【００１８】
また、基板枠２０２と参照基板２０３の組立て時に、可撓性部材２０７と参照面２０５の平行度やギャップを高精度に管理する必要がある。このためには、例えば基板枠２０２をギャップとなるスペーサーを介して参照基板２０３に押し当て、この状態で、両者を接着することが考えられる。ところが、この場合、基板枠２０２に余分な応力がかかり、可撓性部材２０７が変形して、ギャップを高精度に管理することができないという間題がある。
【００１９】
従って、従来の変形可能ミラーでは、高精度に各種の変調を行うことができる光学装置に利用することが困難であった。
【００２０】
そこで、この発明は、これらの課題を鑑みてなされたものであり、絶縁部材の帯電を防止し、可撓性部材の変形形状を高精度に保持することが可能であり、また複雑な形状や大きな変位を伴う形状に、可撓性部材を変形することが可能であり、更に可撓性部材と参照面の平行度、及び両者間のギャップを高精度に管理することができ、あるいは環境温度の変動の影響を受け難く、小型で簡易な構成であって、安価に製造可能な変形可能ミラー、及びその組立て方法並びに組み立て装置、及びこの変形可能ミラーの適用によって各種の変調を高精度に行うことが可能となった光学装置を提供すことを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載のアクチュエータは、弾性変形可能な可撓性部材と、前記可撓性部材と対向して配置された対向電極と、前記可撓性部材と前記対向電極との間に介在する絶縁部材と、前記可撓性部材と前記対向電極との間に極性の変化する交流電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記可撓性部材と前記対向電極との間の少なくとも一部に前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間が設けられており、前記可撓性部材は、前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加される交流電圧による静電引力によって変形し、前記電圧印加手段は、前記可撓性部材が前記絶縁部材に吸着するように、前記交流電圧を前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加する。
請求項２に記載の様に、前記可撓性部材を支持する支持手段をさらに備えてもよい。
【００２２】
この様な構成によれば、可撓性部材と対向電極間に交流電圧を印加するので、可撓性部材と対向電極間に静電引力が加わり、可撓性部材が対向電極側にたわんで、この可撓性部材の反射面が変形する。
【００２３】
また、可撓性部材と対向電極間に印加される交流電圧は、その極性が変化するので、可撓性部材と対向電極間にあるリーク防止用の絶縁部材が正負のどちらか一方の極性に帯電することがなく、帯電した絶縁部材と可撓性部材間に斥力が発生せずに済む。これによって、可撓性部材の変形形状が安定すると共に、より大きな静電引力を得ることが可能となる。
【００２４】
請求項３に記載の様に、交流電圧は矩形波でも良い。この矩形波は、正弦波等に比べると、その極性が急激に変化するため、静電引力が零近傍となる時間が短く、静電引力の変動を小さくすることができる。
【００２５】
請求項４に記載の様に、矩形波の交流電圧は、正電位側の波高値と負電位側の波高値が同一であっても良い。ここで、可撓性部材と対向電極間の静電引力は、両者間の印加電圧の極性の影響を受けず、その強さは可撓性部材と対向電極間の電位差の絶対値によって決定される。このため、正電位側の波高値と負電位側の波高値が同一となる矩形波の交流電圧であれば、絶縁部材の帯電を防止するだけでなく、可撓性部材と対向電極間に働く静電引力を常に一定にすることが可能となり、可撓性部材の変形形状をより安定したものにすることができる。
【００２６】
請求項５に記載の様に、交流電圧の極性の変化する周期は、絶縁部材の体積抵抗率をρ、比誘電率をεi、真空の誘電率をεoとした時、時定数τ＝ρ・εiεoより短くするのが好ましい。
【００２７】
この様に構成することにより、絶縁部材が正負どちらか一方の極性に帯電する以前に、印加電圧の極性が変化することになり、より確実に絶縁部材の帯電を防止することができる。
【００２８】
次に、請求項６に記載のアクチュエータは、弾性変形可能な可撓性部材と、前記可撓性部材と対向して配置された対向電極と、前記可撓性部材と前記対向電極との間に介在し、光が照射されると、絶縁体から導電体へと変化する光導電性部材と、前記光導電性部材に光を照射する光照射装置と、前記可撓性部材と前記対向電極との間に、電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記可撓性部材と前記対向電極との間の少なくとも一部に前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間が設けられており、前記可撓性部材は、前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加される電圧による静電引力によって変形し、前記電圧印加手段が前記電圧の印加を止めると、前記光照射装置は前記光導電性部材に光を照射する。
請求項７に記載の様に、前記可撓性部材を支持する支持手段をさらに備えてもよい。
【００２９】
ここでも、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加するので、可撓性部材と対向電極間に静電引力が加わり、可撓性部材が対向電極側にたわんで、この可撓性部材の反射面が変形する。
【００３０】
また、可撓性部材と対向電極間に光導電性部材を介在させているので、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加して、可撓性部材を変形させているときには、光導電性部材に光を照射せず、この光伝導性部材を可撓性部材と対向電極間のリーク防止用の絶縁部材として用いる。また、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加せず、可撓性部材を変形させないときには、光導電性部材に光を照射して、この光導電性部材を可撓性部材と対向電極間の余分な静電気を除電する導電部材として用いる。
【００３１】
請求項８に記載の様に、対向電極は透明であっても良い。この場合、光導電性部材ヘの光照射を、対向電極を介して行えるようになり、アクチュエータの小型化が可能となると共に、他の光学系への光のもれをなくすことができる。
【００３２】
上記請求項１乃至６のいずれに記載のアクチュエータにおいても、請求項９に記載の様に、対向電極側で、可撓性部材の弾性変形を許容する空間を形成する参照面を更に備え、電圧印加手段によって可撓性部材と対向電極間に電圧を印加したときに、可撓性部材と対向電極間の静電引力によって、可撓性部材が変形して参照面に吸い寄せられても良い。
【００３３】
このように可撓性部材が変形して沿う参照面を有する場合、可撓性部材の変形形状が参照面の形状で決定されるため、その変形形状が環境温湿度に影響されることなく再現性の良いものとなる。また、参照面を凸面や凹面、あるいはこの両者を含む形状とすることにより、可撓性部材を凹面のみでなく、任意の形状に変形させることができる。
【００３４】
請求項１０に記載の様に、可撓性部材と参照面の少なくとも一方に、可撓性部材と参照面間に存在する空気を逃がすための空気孔を形成しても良い。
【００３５】
この様に構成することにより、、可撓性部材と参照面間の空気を逃がすことができ、可撓性部材が変形し易くなり、かつ可撓性部材がより速やかに変形する。
【００３６】
請求項１１に記載の様に、参照面の外周に、可撓性部材を該参照面に対して位置決めする平坦部を設けても良い。
【００３７】
この場合、参照面の外周の平坦部に、可撓性部材の周縁を当接することによって、可撓性部材と参照面の平行度を調整しつつ、この可撓性部材を容易に配置することができる。
【００３８】
請求項１２に記載の様に、平坦部が参照面の頂点位置よりも低い位置に形成しても良い。
【００３９】
この様に構成することにより、可撓性部材を参照面に接近させて配置するときに、参照面の頂点位置が可撓性部材に最も先に接触するため、参照面と可撓性部材の位置関係を容易に知ることが可能となる。
【００４０】
請求項１３に記載の様に、アクチュエータは、前記可撓性部材の表面に反射膜が設けられてもよい。
請求項１４に記載の様に、アクチュエータは、可撓性部材を支持する支持手段をさらに備え、支持手段は、可撓性部材に引っ張り応力を与えてこの可撓性部材を保持するものであって、単結晶シリコンからなり、可撓性部材は、単結晶シリコンに不純物をドーピングしてなるものでも良い。
【００４１】
この場合、支持手段と可撓性部材を同一材料の単結晶シリコンから形成するので、両者の熱膨張係数の差が小さくなり、環境温度の変動による影響を受け難くなる。また、半導体の製造プロセスを応用すれば、支持手段及び可撓性部材を一括して製造することが可能であり、支持手段及び可撓性部材として高精度で安価なものを得ることができる。
【００４２】
請求項１５に記載の様に、可撓性部材の表面に金属反射膜を形成しても良い。
【００４３】
この様な構成にすることにより、任意の波長の光に対して高反射率のミラーを得ることができる。
【００４４】
次に、変形可能ミラーを組み立てるための組立て方法は、請求項２１または２２に記載の様に、参照面外周の平坦部と可撓性部材間の平行状態を光学的に検出しつつ、両者間を平行に調整する。
【００４５】
この場合、参照面外周の平坦部と可撓性部材の周縁を圧接して、両者間を平行に調整する場合に比べると、より精度良く、より容易に参照面と可撓性部材間の平行度を調整することができる。また、参照面と可撓性部材間の非接触での調整が可能であり、可撓性部材に余分な応力が加わらずに済み、可撓性部材が変形していないときの該可撓性部材の形状をより高精度に設定することが可能となる。
【００４６】
次に、変形可能ミラーを組み立てるための組立て装置は、請求項２３または２４に記載の様に、変形可能ミラーは、可撓性部材を支持する支持手段をさらに備え、前記組立て装置は、前記支持手段を保持する第１保持手段と、前記参照面を保持する第２保持手段と、前記第１保持手段及び前記第２保持手段の少なくとも一方を移動させる移動手段と、前記参照面の頂点位置と前記可撓性部材の接触による前記可撓性部材の変形を検出する変形検出手段とを備え、前記組立て装置は、前記支持手段を保持する第１保持手段と、前記参照面を保持する第２保持手段と、前記第１保持手段及び前記第２保持手段の少なくとも一方を移動させる移動手段と、前記参照面の頂点位置と前記可撓性部材の接触による前記可撓性部材の変形を検出する変形検出手段とを備え、前記可撓性部材と前記参照面とが接触する方向に前記第１保持手段及び前記第２保持手段の少なくとも一方を前記移動手段にて移動させて、前記変形検出手段により前記可撓性部材の変形が検出された後、前記移動手段により前記参照面と前記可撓性部材とを所定の間隔となるように移動させることを特徴とする。
【００４７】
このような装置によれば、参照面の頂点位置と可撓部材の接触を接触させてから、支持手段と参照面を僅かに離間して、両者間の相対位置を高精度に決めることができる。
【００４８】
次に、請求項１６に記載の光学装置は、請求項１乃至１５のいずれかに記載のアクチュエータと、前記アクチュエータに対して光を入出力する光学部材とを備える。
【００４９】
この様な光学装置では、可撓性部材と対向電極間にあるリーク防止用の絶縁部材が正負のどちらか一方の極性に帯電することがなく、帯電した絶縁部材と可撓性部材間に斥力が発生せずに済み、可撓性部材の変形形状が安定するので、アクチュエータの動作により、反射方向の異なる複数の光を安定して出射することができる。
【００５０】
また、本発明による光学装置は、変形可能な反射面を有するアクチュエータと、前記アクチュエータに対して光を入出力する光学部材とを備え、前記アクチュエータの変形に応じて、反射方向の異なる複数の光を生成する光学装置において、前記アクチュエータは、入射光を反射する反射面を表面に有する可撓性部材と、前記可撓性部材を支持する支持手段と、前記可撓性部材と対向して配置された対向電極と、前記対向電極側で、前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間を形成する参照面と、前記可撓性部材と前記対向電極との間に介在し、光を照射されると、絶縁体から導電体へと変化する光導電性部材と、前記光導電性部材に光を照射する光照射装置と、前記可撓性部材と前記対向電極との間に、電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記可撓性部材と前記対向電極との間の少なくとも一部に前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間が設けられており、前記可撓性部材は、前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加される電圧による静電引力によって変形する。
【００５１】
この様な光学装置では、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加せず、可撓性部材を変形させないときには、光導電性部材に光を照射して、この光導電性部材を可撓性部材と対向電極間の余分な静電気を除電する導電部材として用いることができるので、可撓性部材の変形形状が安定し、アクチュエータの動作により、反射方向の異なる複数の光を出射することができる。また、可撓性部材を変形させないときには、この可撓性部材が高精度のミラーとなる。
【００５２】
請求項１７に記載の様に、アクチュエータは、その可撓性部材の変形により、入射光に球面収差を与えても良い。
【００５３】
この様な光学装置では、アクチュエータの動作により、球面収差の加えられた光を安定して出射することができる。
【００５４】
請求項１８に記載の様に、光学部材は、アクチュエータの可撓性部材によって反射された光が通過するレンズを有し、アクチュエータは、その可撓性部材の変形により、光学部材のレンズを通過した光の焦点を変化させても良い。
【００５５】
この様な光学装置では、アクチュエータの動作により、焦点の異なる光を安定して出射することができる。
【００５６】
請求項１９に記載の様に、光学部材は、アクチュエータの可撓性部材によって反射された光が通過するレンズを有し、アクチュエータは、その可撓性部材の変形により、光学部材のレンズの開口数を変化させても良い。
【００５７】
この様な光学装置では、アクチュエータの動作により、開口数の異なるレンズを通過した光を安定して出射することができる。
【００５８】
請求項２０に記載の様に、光学部材は、アクチュエータの可撓性部材によって反射された光が通過するレンズを有し、アクチュエータは、その可撓性部材の変形により、この可撓性部材に入射した入射光の球面収差、光学部材のレンズを通過した光の焦点、及び該レンズの開口数のうちの少なくとも２つ以上を同時に変化させても良い。
【００５９】
この様な光学装置では、アクチュエータの動作により、入射光の球面収差、レンズの焦点、開口数のいずれか２つ以上を同時に変調してなる光を安定して出射することができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の変形可能ミラーの第１実施形態を概略的に示す主要断面図である。この変形可能ミラー１は、大きく分けると、ミラー基板２、参照基板３、及び電圧印加部４に分けられ、これらから構成される。
【００６１】
ミラー基板２は、弾性変形可能な可撓性部材５と、その表面に形成された反射膜５ａと、可撓性部材５に引っ張り応力を与えながら保持する基板枠６とから構成される。
【００６２】
参照基板３は、その表面に任意の形状の凹凸面を有する参照面７と、参照面７の表面に形成された対向電極８と、対向電極８の表面に形成された絶縁部材９とから構成される。
【００６３】
ミラー基板２と参照基板３は、可撓性部材５と参照面７が対向する位置で接着されている。
【００６４】
電圧印加部４は、可撓性部材５と対向電極８間に極性の変化する交流電圧を印加するものである。
【００６５】
この様な構成において、変形可能ミラー１を変形させるか、変形させないかの切替えは、電圧印加部４により制御される。電圧印加部４によって、可撓性部材５と対向電極８間に交流電圧が印加されると、両者間に静電引力が発生し、可撓性部材５が参照面７に吸引されて、この参照面７に沿った形状に変形する。電圧印加部４による交流電圧の印加を停止すると、可撓性部材５と対向電極８間には静電引力が働かなくなり、可撓性部材５が初期形状に戻る。
【００６６】
次に、この変形可能ミラー１の各構成要素について、より詳細に説明する。 基板枠６は、１０ｍｍ四方で、厚さ１ｍｍ程度の単結晶シリコンからなり、その中央部には、エッチングによって、対角線の長さが６ｍｍ程度の八角形の開口部６ｂを形成している。基板枠６と開口部６ｂの大きさは、必要な反射面積によって決まるものであり、任意の大きさに形成されるものである。開口部６ｂの形状は、八角形である必要はないが、円形に近いほど可撓性部材５にかかる応力が均一となる。
【００６７】
可撓性部材５は、その厚さが３μから１０μｍ程度であり、基板枠６となる単結晶シリコンの表面にボロン等の不純物を予めドーピングしておき、エッチング液の選択性を利用して、基板枠６の開口部６ｂにあたる部分のみを該基板６の裏面からエッチングして除去すると共に、不純物をドーピングした部分を可撓性部材５として残して、この可撓性部材５を形成する。これによって、可撓性部材５と基板枠６を接着する必要がなくなり、可撓性部材５を基板枠６によって保持してなるダイヤフラム構造を簡易かつ高精度に得ることができる。また、可撓性部材５と基板枠６の熱膨張率の差を小さくすることができ、環境温度の変化により、可撓性部材５に余分な応力が発生することを防止することができる。
【００６８】
可撓性部材５は、薄くなる程、可撓性が高くなり、低電圧（小さな静電引力）で変形させることが可能になるが、薄くなり過ぎると、共振周波数が低くなったり、強度が弱くなるといった間題がある。このため、可撓性部材５は、その大きさにもよるが、その厚さを３μｍから１０μｍ程度に形成するのが最も良い。
【００６９】
また、可撓性部材５は、１０ＭＰａ程度の引っ張り応力をもって、基板枠６に保持されている。この引っ張り応力が働くことにより、可撓性部材５と対向電極８間に電圧を印加していないときには、この可撓性部材５を平面状態を維持することができる。
【００７０】
可撓性部材５の表面には、蒸着法あるいはスパッタ法等によって、アルミニウム等からなる反射膜５ａを形成している。可撓性部材５の表面の反射率が十分高ければ、反射膜５ａを必要としない。また、反射膜５ａは、光を反射するだけでなく、可撓性部材５を導電性材料で形成しない場合に、この可撓性部材５の代わりに、電極として使用することができる。反射膜５ａの厚さは、例えば１μｍ程度あり、可撓性部材５の可撓性を妨げない程度の厚さに形成される。その材質は、アルミニウム、金、ニッケルやアルミニウムに微量の金属を添加したもの等であり、反射膜５ａの入射光の波長（光源の波長）に対する反射率等に応じて選択される。例えば、波長７８０ｎｍの半導体レーザを光源として使用する場合、シリコンに不純物をドーピングして形成された可撓性部材５表面の反射率が低いので、アルミニウム等の反射膜５ａを積層する必要があり、これによって高い反射率を得ることができる。
【００７１】
次に、ミラー基板２の製造工程を図２を参照しつつ詳細に説明する。このミラー基板２は、半導体の製造プロセスを応用して作製することができ、ここでは、その一例を述べる。
【００７２】
（１）図２（ａ）に示す様に、シリコン基板１１における面方位（１００）の表面及び裏面に、熱酸化により、シリコン熱酸化膜１１ａ（裏面側のシリコン熱酸化膜１１ａを図示せず）を形成する。なお、シリコン基板１１の表面は、研磨、ポリシング加工が施されており、その平面度が１ｎｍ以下に抑えられている。
【００７３】
引き続いて、表面のみにレジストを塗布し、裏面のシリコン熱酸化膜１１ａをフッ酸を用いたウェットエッチングによって除去する。その後、表面側のレジストを除去する。
【００７４】
（２）図２（ｂ）に示す様に、窒化ボロンの個体ソースにより、ボロンイオンをシリコン基板１１の裏面から拡散させ、これによって厚さ３μｍから１０μｍ程度のボロンドープ層１２（後に可撓性部材５となる）を形成する。このボロンドープ層１２の表面には、シリコン酸化膜１２ｂを形成する。ドーピングする不純物は、ボロンのみに限らず、ガリウム、インジウム、リン等を使用してもよい。
【００７５】
（３）図２（ｃ）に示す様に、熱酸化膜１１ａ上にフォトレジスト（図示しない）を塗布し、フォトリソグラフィを行って、このレジストに基板枠６の開口部６ｂに対応する開口パターンを形成する。そして、ＣＨＦ３ガスを用いてドライエッチングを行って、基板枠６の開口部６ｂを形成するための開口部１１ｂを熱酸化膜１１ａに形成し、この後にレジストを除去する。
【００７６】
（４）図２（ｄ）に示す様に、熱酸化膜１１ａをマスクとして、基板１１の表面側からＥＤＰエッチング液によってウェットエッチングを行い、開口部１１ｂのシリコンを除去して、開口部６ｂを有する基板枠６を形成すると共に、ボロンドープ層１２からなるダイヤフラム、つまり厚さ３μｍから１０μｍ程度の可撓性部材５を形成する。
【００７７】
ＥＤＰエッチング液とは、エチレンジアミン、純水、カテコール、ピラジンから成り、シリコン基板１１とボロンドープ層１２間のエッチング選択比の高いエッチング液である。また、このＥＤＰエッチング液によりエッチング行うと、異方性エッチングが可能となり、結晶面方位（１，１，１）方向のエッチング速度は早く、（１，１，１）方向のエッチング速度は極端に遅くなる。これによって、図２（ｄ）に示す様なテーパ状の開口部６ｂが形成され、また開口部６ｂを熱酸化膜１１ａのパターンに応じた形状に、精度良く、加工することができる。
【００７８】
（５）図２（ｅ）に示す様に、熱酸化膜１２ａを基板枠６の表面側からフッ酸を用いたウェットェッチングによって除去する。それから、基板枠６の裏面側からＣＨＦ３ガスを用いたドライエッチングによって、シリコン酸化膜を除去する。
【００７９】
（６）図２（ｆ）に示す様に、基板枠６の表面側からアルミニウムを蒸着あるいスパッタにより製膜し、厚さ１μｍ程度の反射膜５ａを形成する。それから、ダイシングにより任意の大きさに切断する。
【００８０】
以上のように、この製造方法では、ミラー基板２を半導体の製造プロセスによって作製しているので、可撓性部材５を高精度に作製することができ、この可撓性部材５の反射面の形状を向上させることができる。また、シリコン基板１１上に複数のミラー基板２を同時に一括して作製することができ、低いコストでの作製が可能となる。
なお、上述したミラー基板２の製造方法は一例に過ぎず、一部を変更した方法や他の方法により作製することも可能である。
【００８１】
次に、参照基板３について詳細に説明する。
参照基板３は、ガラスモールド法あるいは樹脂の成形等によって作製されたものである。この参照基板３の参照面７は、入射光に所望の変調を与えるための凸面部７ａと凹面部７ｂを有する。また、参照基板３の周縁には、平坦部７ｃを形成しており、ミラー基板２と参照基板３の組立て時に、可撓性部材５と参照面７の平行度を調整するために、この平坦部７ｃを利用する。
【００８２】
参照面７の凸面部７ａの頂点は、ミラー基板２と参照基板３の組立て時の位置調整を考慮して、平坦部７ｃよりも１μｍから３μｍ程度高くなっている。
【００８３】
参照面７の表面には、アルミニウム等からなる対向電極８を蒸着法あるいは、スパッタ法等により形成している。対向電極８の材質としては、アルミニウムの他に金、ニッケルやアルミニウムに微量の金属を添加したもの等を使用することができ、参照面７の形状を損なわないように、この対向電極８の厚さを１μｍ程度に設定している。また、対向電極８の一部からは、電圧印加部４への配線を導出している。
【００８４】
対向電極８の表面には、酸化シリコン等からなる厚さ５μｍ程度の絶縁部材９をスパッタ法等により形成している。この絶縁部材９は、可撓性部材５と対向電極８間での電圧のリークを防止するものである。この絶縁部材９の材質としては、酸化シリコンの他に窒化シリコンや五酸化タンタル等の絶縁材料を適用することができ、その厚さは、絶縁耐力と静電引力の強さ、そして参照面７の形状への影響を考慮して決定する。すなわち、絶縁部材９が厚い程、絶縁耐力が高くなるものの、対向電極８と可撓性部材５のギャップが大きくなるため、静電引力は弱くなる。また、可撓性部材５が吸引され変形してなる形状は、絶縁部材９に吸引されてなる形状であって、参照面７の形状に対しての誤差を含むため、絶縁部材９の厚さを参照面７の形状を損なわない程度に設定する必要がある。この絶縁部材９は、対向電極８の表面でなく、可撓性部材５の対向電極８側に形成してもよい。
【００８５】
次に、この発明の変形可能ミラーの組立て方法並びに組立て装置の一実施形態を図３を参照しつつ説明する。ここでは、ミラー基板２と参照基板３を接合している。
【００８６】
（１）参照基板３を参照面支持部材１５によって支持する。この参照面支持部材１５は、ｚ方向への移動機構１６を備え、参照基板３をｚ方向に移動させることができる。
【００８７】
この際、参照基板３の平坦部７ｃを予め定められた方向に向けて支持する。このためには、ミラー基板２を配置していない状態で、図示しないオートコリメータや光干渉計等の光計測器を参照基板３の平坦部７ｃの上方に設置してから、平坦部７ｃ上のアルミニウム等からなる対向電極８に光を照射し、その反射光を光計測器によって計測して、参照基板３の平坦部７ｃの方向を検出し、この検出結果に応じて、参照基板３の平坦部７ｃの方向を調整する。
【００８８】
（２）ミラー基板２をミラー支持部材１７によって支持し、このミラー基板２を参照基板３の上方に設置する。このミラー支持部材１７は、傾き調整機構１８を備え、ミラー基板２の傾きを変更することができる。
【００８９】
この際、ミラー基板２の可撓性部材５を参照基板３の平坦部７ｃと平行にして支持する。このために、先のオートコリメータや光干渉計等の光計測器を可撓性部材５の上方に設置してから、可撓性部材５に光を照射し、その反射光を光計測器によって計測して、可撓性部材５の方向を検出し、この検出結果に応じて、可撓性部材５の方向を傾き調整機構１８によって調整しつつ参照基板３の平坦部７ｃの方向に一致させる。
【００９０】
これによって、可撓性部材５と参照面７の平行度を調整することができ、両者の向きを高精度かつ簡易に設定することができる。
【００９１】
（３）光干渉計等の変形検出装置１９によって、可撓性部材５の反射膜５ａからの反射光の変調（干渉縞）を検出し、この可撓性部材５の形状を観察しながら、移動機構１６によっで、参照基板３を上昇させてミラー基板２に接近させていく。
【００９２】
先に述べた様に、参照面７の凸面部７ａの頂点を平坦部７ｃよりも高く設定しているので、参照面７の凸面部７ａの頂点が可撓性部材５に最初に接触する。このとき、可撓性部材５が変形して、この可撓性部材５からの反射光が変化し、変形検出装置１９によって検出された干渉縞が変化する。このため、この干渉縞の変化に基づいて、参照基板３と可撓性部材５が接触したとき（ギャップ無し）の該参照基板３の位置を簡易に高精度に検知することができる。
【００９３】
（４）移動機構１６によっで、参照基板３を僅かに下降させて、参照面７の凸面部７ａと可撓性部材５間に１μｍから５μｍ程度のギャップを開け、その状態で、ミラー基板２の周縁と参照基板３の平坦部７ｃの隙間にエポキシ系接着剤等の接着剤を充填して、両者を接着する。
【００９４】
この様に参照面７と可撓性部材５の平行度を光学的に検出しつつ調整すれば、例えば参照基板３とミラー基板２を圧接して、両者の平行度を調整する揚合と比べて、より精度良く、より容易に参照面７と可撓性部材５の平行度を調整するできる。また、参照基板３とミラー基板２を接触させずに、両者の平行度を調整することができるので、可撓性部材５に余分な応力がかかることがなく、可撓性部材５を変形させないときの該可撓性部材５の反射面として、より高精度なものを得ることができる。更に、このような機構により、ギャップ無しの参照基板３の位置を容易に高精度に検出することができ、その後にギャップを設定することにより、高精度にギャップを管理することができる。
【００９５】
次に、変形可能ミラー１の駆動原理について詳細に説明する。
まず、簡単化のため、可撓性部材５と対向電極８を図４に示す様な平行な各平板に置き換えて、これらの間に働く静電引力を説明する。ここで、絶縁部材９の厚さをｄｉ、比誘電率をεiとし、ギャップをｄｇ、真空の誘電率をεo、面積をＳとすると、可撓性部材５と対向電極８間の静電容量Ｃは、次式（１）で表される。
Ｃ＝εi・εo・Ｓ／（ｄｉ＋εi・ｄｇ） …（１）
また、可撓性部材５と対向電極８間に電圧印加部４によって電圧Ｖが印加されたとき、両者間に働く静電力Ｆは、次式（２）で表される。
Ｆ＝（Ｖ2／２）・εi 2・εo・Ｓ／（ｄｉ＋εi・ｄｇ）2 …（２）
この静電力Ｆは、電圧Ｖの極性にかかわらず、この電圧Ｖの絶対値に対応する引力として常に働く。上式（２）より明らかなように、静電力Ｆは、絶縁部材９の厚さｄｉ、誘電率εｉの影響を受けるものであって、比誘電率の高い絶縁材料を用いれば、より大きな静電引力を得ることができる。
【００９６】
上式（２）によって表される静電力Ｆは、変形していない可撓性部材５と対向電極８間に働く力であり、静電引力によって可撓性部材５が変形すると、両者間のギャップが小さくなり、その結果、より大きな静電引力が働くようになる。そして、可撓性部材５が参照面７上の絶縁部材９に吸着したときに、この可撓性部材５の変形が止まり、安定状態となる。
【００９７】
しかしながら、可撓性部材５が絶縁部材９に吸着した状態では、電荷注入や接触帯電によって絶縁部材９に帯電が生じ、可撓性部材５と対向電極８間の静電引力が低下することがある。
図５は、この状態を模式的に表している。例えば、可撓性部材５を正極として電圧を印加した場合、図５に示すように絶縁部材９は、電荷注入等によって、可撓性部材５と同じ正極に帯電する。この結果、可撓性部材５と絶縁部材９間に静電的斥力が働いて、電圧印加による静電引力を打ち消し、可撓性部材５が絶縁部材９から離れると言う事態を招く。あるいは、絶縁部材９の帯電は、この絶縁部材９の全体に均一に生じるものではないため、部分的に斥力の大きさが異なり、可撓性部材５が参照面７とは全く異なる形状に変形する。更には、電圧を切った後も、絶縁部材９の帯電が残り、可撓性部材５と絶縁部材９間で引力が働いて、可撓性部材５がもとの無変形の状態に戻らなくなった。
【００９８】
そこで、この第１実施形態の変形可能ミラーでは、絶縁部材９の帯電を防止するために、可撓性部材５と対向電極８間に印加する電圧を直流電圧ではなく、極性の変化する交流電圧にしている。すなわち、絶縁部材９が正あるいは負のどちらかの極性に帯電する以前に、電圧の極性を切替えることにより、絶縁部材９が一方の極性に帯電することを防いでいる。
【００９９】
また、交流電圧の波形として、矩形波を適用した場合は、静電引力の変動を小さく抑えることができる。更に、矩形波の正電位側の波高値と負電位側の波高値を同一に、つまり正の最高電位の絶対値と負の最低電位の絶対値を同一にした場合は、可撓性部材５に働く静電引力を常に一定に維持することができ、安定な変形状態を得ることができる。
【０１００】
この様な交流電圧について、図６を参照して説明する。
まず、電圧Ｖと静電力Ｆは、上式（２）によって表され、電圧Ｖの極性によらず、この静電力Ｆが常に引力となる。また、交流電圧の波形の種類に応じて、静電力Ｆは、図６、図７及び図８に示す様なものとなる。
【０１０１】
図６（ａ）及び（ｂ）は、正弦波の交流電圧と、この交流電圧を可撓性部材５と対向電極８間に印加したときの静電引力を示している。この交流電圧は、可撓性部材５と対向電極８間の電位差であり、この電位差の極性にかかわらず、この電位差の絶対値に応じて、静電引力が変化するので、この静電引力が交流電圧の２倍の周期で変化している。
【０１０２】
図７（ａ）及び（ｂ）は、矩形波の交流電圧と、この交流電圧を可撓性部材５と対向電極８間に印加したときの静電引力を示している。ここでも、交流電圧、つまり可撓性部材５と対向電極８間の電位差の絶対値に応じて、静電引力が変化している。
【０１０３】
図８（ａ）及び（ｂ）も、図７と同様に、矩形波の交流電圧と、この交流電圧を可撓性部材５と対向電極８間に印加したときの静電引力を示している。ただし、ここでは、矩形波の正電位側の波高値と負電位側の波高値を同一に設定している。このため、可撓性部材５と対向電極８間の電位差の絶対値が常に一定となり、一定の静電引力が保たれる。
【０１０４】
実際には、矩形波の極性の切り替わりのために、有限の時間（ｓｌｅｗ ｒａｔｅ）が費やされるものの、可撓性部材５の応答速度を考えると、この時間が無視できる程度に小さく、可撓性部材５の振動も生じない。
【０１０５】
したがって、可撓性部材５と対向電極８間の交流電圧として、矩形波の正電位側の波高値と負電位側の波高値を同一となる矩形波とすれば、絶縁部材９の帯電を防止することができるばかりでなく、静電引力を一定に保つことができるため、可撓性部材５の変形形状を安定化させることができる。
【０１０６】
一方、可撓性部材５と対向電極８間の交流電圧の周期は、先に述べた様に絶縁部材９が一方の極性に帯電しない程度に短くする必要があり、これによって効果的に絶縁部材９の帯電を防止することができる。
【０１０７】
絶縁部材９の帯電は、その導電率に関係する現象であり、図９に示す等価回路モデルによって明らかにされる。同図において、Ｃi，Ｒiは、それぞれ絶縁部材９の静電容量と抵抗を表す。この等価回路において、電圧Ｖを絶縁部材９に印加し始めてから時間ｔ後に、絶縁部材９が電位Ｖｉに帯電したならば、この電位Ｖｉは次式（３）によって表される。
【０１０８】
Ｖｉ＝Ｖ（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｃi，Ｒi） …（３）
また、絶縁部材９の比抵抗をρ、比誘電率をεiとすると、時定数τ＝Ｒi，Ｃiは次式で表される。
【０１０９】
τ＝ρ・εi・εｏo …（４）
ここで、ｔ＝τ／１０のときに、ＶiがＶの約１０％に達し、ｔ＝τのときに、ＶiがＶの約６３％に達する。このため、交流電圧の極性の切替わる周期（交流電圧の周期の１／２）を時定数τ以下、好ましくは１／１０以下に設定すれば、より効率的に絶縁部材９の帯電を防止することができる。
【０１１０】
例えば、絶縁部材９として窒化シリコンを適用し、その比抵抗ρが６ｘ１０10Ω・ｃｍで、その誘電率εiが６である場合、上式（４）から時定数τが３２ｍｓｅｃとなるので、交流電圧の極性の切替わる周期を１／３０秒以下（周波数約３０Ｈｚ以上）、好ましくは１／３００秒以下（３００Ｈｚ以上）に設定すれば、絶縁部材９の帯電を確実に防止することができる。
【０１１１】
なお、この発明は、この第１実施形態に限定されるものではなく、静電力によて物体を変位させる一般的なアクチュエータにも適用することができ、これによって第１実施形態における可撓性部材５と対向電極８間に交流電圧を印加したことによる効果を期待することができる。
【０１１２】
例えば、図１０に示す様なカンチレバーにおいて、可撓性部材２１と対向電極２２間に直流電圧を印加して、可撓性部材２１を絶縁部材２３に接する位置まで変形させるにしても、絶縁部材２３が帯電すると、可撓性部材２１と絶縁部材２３間に静電斥力が働き、可撓性部材２１の変形形状が安定しなくなる。ここでも、この発明と同様に、可撓性部材２１と対向電極２２間に交流電圧を印加すれば、絶縁部材２３の帯電を防止することができ、可撓性部材２１の変形形状が安定したものとなる。
【０１１３】
すなわち、第１実施形態では、可撓性部材５を参照面７に吸引しているが、これに限定されることはなく、可撓性部材（変形あるいは移動可能な部材）と対向電極を対向配置し、これらの間に絶縁部材を介在させ、可撓性部材と対向電極間の静電引力によって可撓性部材を変形させると言うアクチュエータであれば、どのようなものであっても、この発明を適用することができる。
【０１１４】
次に、第１実施形態の変形可能ミラー１を変形させない状態、及び変形させた状態についての測定結果を述べる。
【０１１５】
まず、この測定のために使用した参照面７の形状を図１１を参照して説明する。参照基板３は、φ８ｍｍ、厚さ３ｍｍのものである。また、参照面７においては、中央部の｜半径ｒ（ｍｍ）｜＜１．０７５の領域が凸面部７ａであって、曲率９６．４１２ｍｍの凸状球面となり、その周囲の１．０７５≦｜（半径ｒｍｍ）｜≦２．６の領域が凹面部７ｂであって、次式（５）のｆ（ｒ）（μｍ）で表される凹状非球面となっている。
【０１１６】
更に、参照面７の外周の｜半径ｒ（ｍｍ）｜＜７．５の領域が平坦部７ｃとなっており、この領域の外周で面取りをおこなっている。
【０１１７】
この参照面７の形状は、可撓性部材５の変形時に、この可撓性部材５の入射光に球面収差を与え、同時に、この可撓性部材５の反射光が通過するレンズの開口数を変調できるように設計されたものである。
【０１１８】
この変形可能ミラー１の可撓性部材５を変形させないときの該可撓性部材５の形状、及び変形させたときの形状を顕微鏡型レーザー干渉計（ｚｙｇｏ ｍａｘｉｍ・３Ｄ５７００）を用いて測定した。
【０１１９】
可撓性部材５を変形させないときには、この可撓性部材５の反射面が平面に保たれている。その面精度の指標として、ＲＭＳ（根２乗平均）の測定を行ったところ、ＲＭＳは約４ｎｍであった。
【０１２０】
次に、電圧印加部４により、正電位側の波高値と負電位側の波高値がそれぞれ５０Ｖで、周波数３００Ｈｚの矩形波の交流電圧を可撓性部材５と対向電極８間に印加し、変形時の可撓性部材５の形状を測定した。その結果、可撓性部材５は、参照面７に沿って変形した。このとき、参照面７の中央部の凸面部７ａに相当する位置で、ＲＭＳが曲率９６．４１２ｍｍに対して約１２ｎｍであった。
【０１２１】
この後、電圧を切ると、可撓性部材５はもとの形状に復帰した。
【０１２２】
一方、交流電圧と比較するために、直流電圧（５０Ｖ）を可撓性部材５と対向電極８間に印加して、同様に変形時の可撓性鋼材５の形状を測定したところ、参照面７の中央部の凸面部７ａに相当する位置で、ＲＭＳが曲率９６．４１２ｍｍに対して約２５０ｍｍとなった。しかも、このときの可撓性部材５には、参照面７には見られない、微少な凹凸が多数現れた。したがって、可撓性部材５は、参照面７に沿って変形したとは言い難い。
【０１２３】
以上の様に、第１実施形態の変形可能ミラー１では、可撓性部材５が参照面７に沿って安定して変形し、入射光に任意の変調を与えて反射することができ、また無変形時には、高精度の平面ミラーとして利用することができる。
【０１２４】
図１２は、この発明の変形可能ミラーの第２実施形態を示す断面図である。但し、ここでは、図１と同一部分については同一符号を付し、説明を省略する。
【０１２５】
参照基板３は、ガラスモールド法等によって作製されており、透明体である。また、参照面７の表面には、透明なＩＴＯ膜等からなる１μｍ程度の厚さの対向電極３８を蒸着法等により積層している。この対向電極３８の上には、５μｍ程度の光導電性部材３９を形成している。また、参照面７の裏面には、半導体レーザー、ＬＥＤ、ＥＬ等の光照射装置２０を配置している。
【０１２６】
光導電性部材３９としては、例えば、フタロシアニン等からなる有機光導電性物質やＣｄＳ、ＺｎＯ等の無機光導電性物質を適用する。
【０１２７】
光照射装置２０は、光導電性部材３９の光吸収効率の高い波長を有する光源を使用し、例えば、半導体レーザー、ＬＥＤ，ＥＬ等を適用する。
【０１２８】
この様な構成の変形可能ミラー１において、電圧印加部４によって、可撓性部材５と対向電極路との間に交流電圧を印加すると、静電引力が働き、可撓性部材５が参照面７に沿って変形する。このとき、光導電性部材３９が絶縁部材として作用し、可撓性部材５と対向電極８間での電圧のリークを防止する。
【０１２９】
また、電圧印加部４による交流電圧の印加を止めると、可撓性部材５が平面状態に戻る。このとき、光照射装置２０によって、光導電性部材３９に光を照射すると、この光導電性部材３９が絶縁部材から導電部材へと切り替わり、この光導電性部材３９に帯電していた電荷が除去される。
【０１３０】
この様に光導電性部材３９を除電すれば、不要な電荷による静電力が可撓性部材５に作用せずに済み、無変形時の可撓性部材５の形状を高精度に維持することが可能となり、高精度のミラーとして使用することができる。
【０１３１】
また、ここでは、対向電極３８を透明なＩＴＯ膜等によって形成しているので、参照面７の裏面からの光照射が可能となり、変形可能ミラーの小型化が容易である。この対向電極３８として、不透明なものを適用した場合は、参照面７の裏面からの光照射が不可能なため、光源を対向電極３８と光導電性部材３９間に配置する等の工夫が必要となる。
【０１３２】
図１３は、この発明の変形可能ミラーの第３実施形態を示す断面図である。但し、ここでは、図１と同一部分については同一符号を付し、説明を省略する。
【０１３３】
図１３において、参照基板３は、例えばガラスモールド法あるいは樹脂の成形等により作製されたものであり、参照面７と可撓性部材５間の空間から外部に通じる貫通穴１６を有する。この貫通穴１６が大き過ぎると、可撓性部材５を参照面７に吸引したときに、この貫通穴１６の部分で、この可撓性部材７が参照面７とは異なる形状で変形してしまうため、この貫通穴１６の径を例えば３０μｍ以下に設定するのが望ましい。
【０１３４】
図１４は、図１３の変形可能ミラー１の変形例である。ここでは、参照基板３に貫通穴１６を設ける代わりに、参照面７に対向する可撓性部材５の部分に空気穴１７を設けている。この空気穴１７が大き過ぎると、可撓性部材５で反射する光に悪影響を及ぼすため、この空気穴１７の径を例えば１０μｍ以下に設定するのが望ましい。
【０１３５】
この様に貫通穴１６や空気穴１７を設けておけば、可撓性部材５の変形に際し、参照面７と可撓性部材５間の空気が貫通穴１６又は空気穴１７を通じて外部に抜けるため、可撓性部材５を参照面７に確実に吸引することができる。
【０１３６】
また、可撓性部材５が変形しない状態においては、例えば環境温度が上昇して、参照面７と可撓性部材５間の空気が膨張しても、この空気を貫通穴１６又は空気穴１７を通じて外部に逃すことができるので、可撓性部材５の不要な変形を避けることができる。これに対して、貫通穴１６又は空気穴１７が無ければ、膨張した空気によって、可撓性部材５が不要に変形するおそれがある。
【０１３７】
もちろん、貫通穴１６と空気穴１７を共に設けてもよいし、それぞれを複数個設けてもよい。また、その形状は、円形である必要がなく、可撓性部材５の変形を妨げないものであれば、任意の形状や大きさを設定しても良い。
【０１３８】
図１５は、この発明の光学装置の一実施形態を示すブロック図である。この光学装置では、上記各実施形態の変形可能ミラーのいずれであっても適用することができ、変形可能ミラーを光学系の一要素として用いている。
【０１３９】
図１５において、半導体レーザー１０１から出射された光は、コリメーターレンズ１０２によって平行な光ビーム１０３に変換される。この光ビーム１０３は、ビームスプリッター１０４に入射して直進し、４分の１波長板１０５を透過して、変形可能ミラー１に達する。そして、この変形可能ミラー１で反射された光ビーム１０３は、再び４分の１波長板１０５を透過し、ビームスプリッター１０４で反射されて、対物レンズ１０６を透過し、この対物レンズ１０６によって、集光される。
【０１４０】
第１実施形態で示した様に、正の最高電位の絶対値と負の最低電位の絶対値を同一にした矩形波である交流電圧を印加すれば、変形可能ミラー１の可撓性部材５は、参照面７に沿って安定して変形し、ビーム１０３に所定の変調を与えることが可能となる。
【０１４１】
あるいは、第２実施形態で示した様に、絶縁部材５の代わりとなる光導電性部材３９を適用すると共に、光照射装置２０を設け、可撓性部材５の無変形時には、光照射装置２０によって、光導電性部材３９に光を照射して、この光導電性部材３９を除電すれば、高精度の安定した変形可能ミラー１を得ることができる。
【０１４２】
次に、参照基板３の参照面７の形状と光変調の関係を説明する。
図１６（ａ）は、入射光に球面収差を与える参照面７の一例を示す断面図である。この参照面７の断面形状は、その中心軸に対して対称であって、その中央部には、球面収差を与えるための凸面部７ａを形成している。この凸面部７ａは、光ビーム１０３の径以上の大きさとなっており、この凸面部７ａに沿って変形した可撓性部材５の反射面によって、光ビーム１０３が反射されると、球面収差を含む光ビーム１０３が形成される。参照面７の凸面部７ａの周りには、凸面部７ａと平坦部７ｃを滑らかにつなぐ凹面部７ｂを形成している。凸面部７ａと凹面部７ｂの境界は、可撓性部材５が変形し易い様に、連続的に滑らかにつながっていることが望ましい。
【０１４３】
このような変形可能ミラー１を適用すれば、２種類の厚みの異なる対象物の両方に焦点を結び得る光学装置を簡易な構成で成し得ることができる。
【０１４４】
図１６（ｂ）は、対物レンズ１０６の光学的焦点を変化させる参照面７の一例を示す断面図である。この参照面７の断面形状は、その中心軸に対して対称であって、焦点を変化させるための凹面部７ｂを有し、この凹面部７ｂの周りには、平坦部７ｃを形成している。この凹面部７ｂに沿って変形した可撓性部材５の反射面によって、光ビーム１０３が反射されると、対物レンズ１０６を透過した光ビーム１０３の焦点が近い位置に変化する。逆に、参照面７の凹面部７ｂを凸面とすることにより、対物レンズ１０６の焦点を遠い位置に変化させることもできる。
【０１４５】
このような変形可能ミラー１を適用すれば、光学系の焦点距離を２種類に変化させることが可能な光学装置を簡易な構成で成し得ることができる。
【０１４６】
図１６（ｃ）は、対物レンズ１０６の開口数を変化させる参照面７の一例を示す断面図である。この参照面７の断面形状は、その中心軸に対して対称であって、その中央部には、光ビーム１０３に変調を与えずに、この光ビーム１０３を反射するための平面部７ｄを形成し、その周りには、開口数を変化させるために、光ビーム１０３を対物レンズ１０６の開口部以外に反射する凹面部７ｂを形成し、その周りに平坦部７ｃを形成している。この平面部７ｄは、対物レンズ１０６の開口数によって決まる径を有する。すなわち、対物レンズ１０６の開口数は、光ビーム１０３の有効径に比例するため、この有効径を平面部７ｄの径で変化させることによって、光ビーム１０３の開口数を変化させる。
【０１４７】
このような変形可能ミラー１を適用すれば、対物レンズ１０６の開口数を変化させて、光ビーム１０３の集光スポット径を２種類に変化させることが可能な光学装置を簡易な構成で成し得ることができる。
【０１４８】
図１６（ｄ）は、光ビーム１０３に球面収差を与えると同時に、対物レンズ１０６の開口数を変化させる参照面７の一例を示す断面図である。この参照面７の断面形状は、その中心軸に対して対称であって、その中央部には、光ビーム１０３に球面収差を与えるための凸面部７ａを形成し、その周りには、光ビーム１０３を対物レンズ１０６の開口部以外に反射させるための凹面部７ｂを形成し、その周りに平坦部７ｃを形成している。凸面部７ａに沿って変形した可撓性部材５の反射面よって、光ビーム１０３が反射されると、球面収差を含む光ビーム１０３が形成され、この光ビーム１０３が対物レンズ１０６を透過して集光される。また、凹面部７ｂに沿って変形した可撓性部材５の反射面で反射した光ビーム１０３は、対物レンズ１０６の開口部に集光されないので、対物レンズ１０６の開口数が変化する。
【０１４９】
次に、図１６（ｄ）に示した参照面７に沿って変形した可撓性部材５の反射面によって反射された光ビーム１０３の変調状態を実際に測定したので、その結果を示す。この参照面７の形状は、第１実施形態の図１１に示すものと同一である。
【０１５０】
ここでは、図１５に示した光学装置において、半導体レーザー１０１として波長６３５ｎｍのものを用い、コリメータレンズ１０２として焦点距離２１ｍｍ、開口数０．１３１のものを用い、対物レンズ１０６として焦点距灘３．３ｍｍ、開口数０．６のものを用いており、変形可能ミラー１の可撓性部材５から対物レンズ１０６に至るまでの光ビーム１０３の光路長を１３ｍｍとした。
【０１５１】
この光学装置では、変形可能ミラー１の可撓性部材５が変形しておらず、この可撓性部材５の反射面が平面ミラーとなっているときに、光ビーム１０３が該反射面で反射され、対物レンズ１０６を透過し、更に図示しない厚さ０．６ｍｍのポリカーボネートを通過して集光させる。また、可撓性部材５が参照面７に沿って変形しているときに、光ビーム１０３が該反射面で反射され、対物レンズ１０６を透過し、更に図示しない厚さ１．２ｍｍのポリカーボネートを通過して集光させる。これは、この光学装置によって、厚さ０．６ｍｍのＤＶＤと厚さ１．２ｍｍのＣＤの記録再生を行うことを想定しているためである。
【０１５２】
この様な光学装置において、光ビーム１０３の集光スポットでのビーム径（１／ｅ2径）とサイドロープ強度（ピーク強度に対する）の測定を行った。その結果、可撓性部材５の無変形時に、光ビーム１０３を厚さ０．６ｍｍのポリカーボネートを通して集光させると、ビーム径が０．８１μｍで、サイドロープ強度が０．７％となった。また、変形可能ミラー１の変形時に、光ビーム１０３を１．２ｍｍのポリカーボネートを通して集光させると、ビーム径が１．４０μｍで、サイドロープ強度が１．０％となった。
【０１５３】
すなわち、参照面７の形状で光ビーム１０３を反射させると、この光ビーム１０３に球面収差が与えられて、この光ビーム１０３が厚さの異なるポリカーボネートを通しても集光し、また同時に、対物レンズ１０６の開口数が変化して、光ビーム１０３の集光スポットでのビーム径が変化する。このような光学装置を用いれば、ＤＶＤとＣＤ両方の記録再生を共に高精度に行うことが可能である。
【０１５４】
以上の様に、変形時、無変形時の可撓性部材５の形状を高精度に維持することができ、また複雑な形状や大きな変位を伴う参照面７であっても、この参照面７に沿って可撓性部材５を変形させることができるから、上記各実施形態のいずれの変形可能ミラー１を適用するにしても、多様な光変調を行うことが可能な光学装置を提供することができる。
【０１５５】
なお、この発明の変形可能ミラーや光学装置は、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、変形可能ミラーの参照面７の形状を適宜に変更して、光ビーム１０３に他の種類の変調を与えても良い。また、構成の一部を変更した光学装置や、全く異なる他の構成の光学装置においても、変形可能ミラー１を適用用すれば、簡易な構成で入射光に変調を与えることができる。
【０１５６】
【発明の効果】
以上説明した様に、請求項１に記載のアクチュエータによれば、可撓性部材と対向電極間に交流電圧を印加するので、可撓性部材と対向電極間に静電引力が加わり、可撓性部材が対向電極側にたわんで、この可撓性部材の反射面が変形する。
【０１５７】
また、可撓性部材と対向電極間に印加される交流電圧は、その極性が変化するので、可撓性部材と対向電極間にあるリーク防止用の絶縁部材が正負のどちらか一方の極性に帯電することがなく、帯電した絶縁部材と可撓性部材間に斥力が発生することが防止される。これによって、可撓性部材の変形形状が安定すると共に、より大きな静電引力を得ることが可能となる。
【０１５８】
請求項３に記載の様に、交流電圧は矩形波でも良い。この矩形波は、正弦波等に比べると、その極性が急激に変化するため、静電引力が零近傍となる時間が短く、静電引力の変動を小さくすることができる。
【０１５９】
請求項４に記載の様に、矩形波の交流電圧は、正電位側の波高値と負電位側の波高値が同一であるものが好ましい。可撓性部材と対向電極間の静電引力は、両者間の印加電圧の極性の影響を受けず、その強さは可撓性部材と対向電極間の電位差の絶対値によって決定される。このため、正電位側の波高値と負電位側の波高値が同一となる矩形波の交流電圧であれば、絶縁部材の帯電を防止するだけでなく、可撓性部材と対向電極間に働く静電引力を常に一定にすることが可能となり、可撓性部材の変形形状をより安定したものにすることができる。
【０１６０】
請求項５に記載の様に、交流電圧の極性の変化する周期を時定数τ＝ρ・εiεoより短くすれば、絶縁部材が正負どちらか一方の極性に帯電する以前に、印加電圧の極性が変化することになり、より確実に絶縁部材の帯電を防止することができる。
【０１６１】
次に、請求項６に記載のアクチュエータでは、可撓性部材と対向電極間に光導電性部材を介在させているので、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加して、可撓性部材を変形させているときには、光導電性部材に光を照射せずに、この光伝導性部材を可撓性部材と対向電極間のリーク防止用の絶縁部材として用いることができ、また、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加せず、可撓性部材を変形させないときには、光導電性部材に光を照射して、この光導電性部材を可撓性部材と対向電極間の余分な静電気を除電する導電部材として用いることができる。
【０１６２】
請求項８に記載の様に、対向電極は透明であっても良い。この場合、光導電性部材ヘの光照射を対向電極を介して行えるようになり、アクチュエータの小型化が可能となると共に、他の光学系への光のもれをなくすことができる。
【０１６３】
請求項９に記載の様に、対向電極側で、可撓性部材の弾性変形を許容する空間を形成する参照面を更に備えていれば、可撓性部材の変形形状が参照面の形状で決定されるため、その変形形状が環境温湿度に影響されることなく再現性の良いものとなる。また、参照面を凸面や凹面、あるいはこの両者を含む形状とすることにより、可撓性部材を凹面のみでなく、任意の形状に変形させることができる。
【０１６４】
請求項１０に記載の様に、可撓性部材と参照面の少なくとも一方に、可撓性部材と参照面間に存在する空気を逃がすための空気孔を形成すれば、可撓性部材と参照面間の空気を逃がすことができ、可撓性部材が変形し易くなり、かつ可撓性部材がより速やかに変形する。
【０１６５】
請求項１１に記載の様に、参照面の外周に、可撓性部材を該参照面に対して位置決めする平坦部を設ければ、参照面の外周の平坦部に、可撓性部材の周縁を当接することによって、可撓性部材と参照面の平行性を調整しつつ、この可撓性部材を容易に配置することができる。
【０１６６】
請求項１２に記載の様に、平坦部が参照面の頂点位置よりも低い位置に形成すれば、可撓性部材を参照面に接近させて配置するときに、参照面の頂点位置が可撓性部材に最も先に接触するため、参照面と可撓性部材の位置関係を容易に知ることが可能となる。
【０１６７】
請求項１４に記載の様に、支持手段が単結晶シリコンからなり、可撓性部材が、単結晶シリコンに不純物をドーピングしてなるものであれば、支持手段と可撓性部材同一材料の単結晶シリコンから形成するので、両者の熱膨張係数の差が小さくなり、環境温度の変動による影響を受け難くなる。また、半導体の製造プロセスを応用すれば、支持手段及び可撓性部材を一括して製造することが可能であり、支持手段及び可撓性部材として高精度で安価なものを得ることができる。
【０１６８】
請求項１５に記載の様に、可撓性部材の表面に金属反射膜を形成すれば、任意の波長の光に対して高反射率のミラーを得ることができる。
【０１６９】
次に、請求項２１または２２に記載の変形可能ミラーの組立て方法では、参照面外周の平坦部と可撓性部材間の平行状態を光学的に検出しつつ、両者間を平行に調整しているので、参照面外周の平坦部と可撓性部材の周縁を圧接して、両者間を平行に調整する場合に比べると、より精度良く、より容易に参照面と可撓性部材間の平行度を調整することができる。また、参照面と可撓性部材間の非接触での調整が可能であり、可撓性部材に余分な応力が加わらずに済み、可撓性部材が変形させないときの該可撓性部材の形状をより高精度に設定することが可能となる。
【０１７０】
次に、請求項２３または２４に記載の変形可能ミラーの組立て装置では、参照面の頂点位置と可撓部材の接触を接触させてから、支持手段と参照面を僅かに離間しているので、両者間の相対位置を高精度に決めることができる。
【０１７１】
次に、本発明による記載の光学装置では、可撓性部材と対向電極間にあるリーク防止用の絶縁部材が正負のどちらか一方の極性に帯電することがなく、帯電した絶縁部材と可撓性部材間に斥力が発生せずに済み、可撓性部材の変形形状が安定するので、アクチュエータの動作により、反射方向の異なる複数の光を安定して出射することができる。
【０１７２】
また、本発明による光学装置では、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加せず、可撓性部材を変形させないときには、光導電性部材に光を照射して、この光導電性部材を可撓性部材と対向電極間の余分な静電気を除電する導電部材として用いることができるので、可撓性部材の変形形状が安定し、アクチュエータの動作により、反射方向の異なる複数の光を出射することができる。また、特に可撓性部材の無変形時には、この可撓性部材を高精度のミラーとして作用させることができる。
【０１７３】
請求項１７に記載の様に、アクチュエータの可撓性部材の変形により、入射光に球面収差を与えれば、アクチュエータの動作により、球面収差の加えられた光を安定して出射することができる。
【０１７４】
請求項１８に記載の様に、アクチュエータの可撓性部材の変形により、光学部材のレンズを通過した光の焦点を変化させれば、アクチュエータの動作により、焦点の異なる光を安定して出射することができる。
【０１７５】
請求項１９に記載の様に、アクチュエータの可撓性部材の変形により、光学部材のレンズの開口数を変化させれば、アクチュエータの動作により、開口数の異なるレンズを通過した光を安定して出射することができる。
【０１７６】
請求項２０に記載の様に、アクチュエータの可撓性部材の変形により、この可撓性部材に入射した入射光の球面収差、光学部材のレンズを通過した光の焦点、及び該レンズの開口数のうちの少なくとも２つ以上を同時に変化させれば、アクチュエータの動作により、入射光の球面収差、レンズの焦点、開口数のいずれか２つ以上を同時に変調してなる光を安定して出射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の変形可能ミラーの第１実施形態を概略的に示す主要断面図
【図２】図１の変形可能ミラーにおけるミラー基板の製造工程を示しており、（ａ）はシリコン基板にシリコン熱酸化膜を形成する工程を示し、（ｂ）はボロンドープ層を形成する工程を示し、（ｃ）はシリコン熱酸化膜をパターニングする工程を示し、（ｄ）はシリコン基板のエッチング工程を示し、（ｅ）はシリコン熱酸化膜の除去工程を示し、（ｆ）は反射膜の形成工程を示す
【図３】この発明の変形可能ミラーの組立装置の一実施形態を概略的に示す図
【図４】図１の変形可能ミラーにおける可撓性部材と対向電極間の作用を説明するために用いた図
【図５】変形可能ミラーに起こり得る問題点を説明するために用いた図
【図６】（ａ）は交流電圧波形の一例を示すグラフ、（ｂ）は静電引力を示すグラフ
【図７】（ａ）は交流電圧波形の他の例を示すグラフ、（ｂ）は静電引力を示すグラフ
【図８】（ａ）は交流電圧波形の別の例を示すグラフ、（ｂ）は静電引力を示すグラフ
【図９】図１の変形可能ミラーにおける可撓性部材と対向電極を含む回路を等価的に表す等価回路
【図１０】この発明を適用しうるカンチレバーを示す斜視図
【図１１】（ａ）は図１の変形可能ミラーにおける参照基板を例示する平面図、（ｂ）は断面図
【図１２】この発明の変形可能ミラーの第２実施形態を示す断面図
【図１３】この発明の変形可能ミラーの第３実施形態を示す断面図
【図１４】図１３の変形可能ミラーの変形例を示す断面図
【図１５】この発明の光学装置の一実施形態を示すブロック図
【図１６】（ａ）は入射光に球面収差を与える参照面の一例を示す断面図、（ｂ）は対物レンズの光学的焦点を変化させる参照面の一例を示す断面図、（ｃ）は対物レンズの開口数を変化させる参照面の一例を示す断面図、（ｄ）は光ビームに球面収差を与えると同時に、対物レンズの開口数を変化させる参照面の一例を示す断面図
【図１７】（ａ）は従来の焦点可変ミラーを示す断面図、（ｂ）は断面図
【図１８】従来の変形可能ミラーを示す断面図
【符号の説明】
１ 変形可能ミラー
２ ミラー基板
３ 参照基板
４ 電圧印加部
５ 可撓性部材
６ 基板枠
７ 参照面
８ 対向電極
９ 絶縁部材
１１ シリコン基板
１２ ボロンドープ層
１５ 参照面支持部材
１６ 移動機構
１７ ミラー支持部材
１８ 傾き調整機構
１９ 変形検出装置
１０１ 半導体レーザー
１０２ コリメータレンズ
１０４ ビームスプリッター
１０５ ４分の１波長板
１０６ 対物レンズ
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射面の変形が可能であって、その変形により入射光に各種の変調を与える変形可能ミラー、及びその組立て方法並びに組み立て装置、及び光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学装置としては、変形可能な反射面を有する変形可能ミラーと、この変形可能ミラーの反射面によって反射された光が通過するレンズとを備えるものがあり、変形可能ミラーの反射面を変形しないとき、変形するときに応じて、レンズを通過した光の焦点を変化させている。これによって、例えば異なる厚さの各光ディスクのいずれに対しても、光の焦点を正確に位置決めすることができ、これらの光ディスクへの記録や再生が可能となる。
【０００３】
この種の反射面の変形が可能なミラーとしては、例えば特開平７−４９４６０号公報に記載の焦点可変ミラーがある。図１７は、この焦点可変ミラーを示している。同図において、薄膜ダイヤフラム３０１は、可撓性を有しており、厚さ１０μｍ程度のパイレックスガラス等から形成されたものである。この薄膜ダイヤフラム３０１の表面には、光反射及び電極として作用する金属層３０３を形成している。リング状基板３０２は、円筒状であって、単結晶シリコンから形成されたものである。薄膜ダイヤフラム３０１の表側周縁は、リング状基板３０２に陽極接合されていている。また、薄膜ダイヤフラム３０１の裏側周縁は、絶縁体の台座部材３０４に接着されている。この台座部材３０４の内側には、可撓性部材３０１と距離を隔てて、対向電極層３０５を設けている。
【０００４】
この様な構成において、対向電極３０５と金属層３０３間に、直流電圧を印加すると、両者間に静電引力が発生し、薄膜ダイヤフラム３０１が凹面状に変形する。
【０００５】
しかしながら、このような変形可能ミラーでは次のような間題がある。
【０００６】
▲１▼印加電圧による静電引力と薄膜ダイヤフラム３０１の引っ張り応力とのつりあいのみによって、薄膜ダイヤフラム３０１の変形形状が決定するので、この変形形状が安定しない。
【０００７】
▲２▼空間的に離れた対向電極３０５と金属層３０３間の静電引力による変形であるため、薄膜ダイヤフラム３０１を凹形状にしか変形することができない。
【０００８】
▲３▼静電引力の大きさは、対向電極３０５と金属層３０３間の距離に大きく左右されるため、組立て精度が要求される。
【０００９】
▲４▼環境温湿度の影響によって、静電引力と薄膜ダイヤフラム３０１の引っ張り応力とのつりあい状態が変化するので、薄膜ダイヤフラム３０１の変形形状の再現性が悪い。
【００１０】
そこで、この発明の出願人は、これらの間題を解決し得る変形可能ミラー（特願平７−３１２９１７号）を提案した。図１８は、この変形可能ミラーを示している。同図において、可撓性部材２０１は、弾性変形可能であって、反射面２０１ａを有する。基板枠２０２は、可撓性部材２０１の周縁を支持している。参照基板２０３は、平坦部２０４と参照面２０５を有しており、平坦部２０４を可撓性部材２０１の裏側周縁に接着して、基板枠２０２との間で該可撓性部材２０１の周縁を挟持している。参照面２０５上に、対向電極２０６を積層し、参照面２０５及び平坦部２０４上に、電圧のリークを防止するための絶縁部材２０７を積層している。
【００１１】
この様な構成において、対向電極２０６と可撓性部材２０１間に電圧を印加すると、両者間の静電引力によって、可撓性部材２０１が参照面２０５へと吸い寄せられ、この可撓性部材２０１が参照面２０５に沿った形状に変形する。
【００１２】
ここでは、可撓性部材２０１が参照面２０５に吸着した状態で変形するため、この可撓性部材２０１の変形形状が安定し、環境変化による影響を受け難くなる。また、参照面２０５の表面形状を例えば、凸形状や凹形状、あるいはこの両方を組み合わせた形状とすることにより、可撓性部材２０１を凹形状のみでなく任意の形状に変形させることが可能となる。
【００１３】
次に、この変形可能ミラーについて、より詳細に説明する。基板枠２０２は、シリコン基板から形成されたものであり、このシリコン基板の一方の面にニッケル膜等を電界メッキ法等によって形成してから、このシリコン基板の中央部を異方性エッチングによって選択的に浸食してなる。このエッチングによって、シリコン基板の残った部分が基板枠２０２となり、先のニッケル膜が可撓性部材２０１となる。参照基板２０３は、ガラスモールド法や樹脂の成形によって形成されたものであり、この参照基板２０３の参照面２０５に、アルミニウム等からなる対向電極２０６と酸化シリコン等からなる絶縁部材２０７を順次形成している。基板枠２０２と参照基板２０３とは、図示しないスペーサーを介在させ、接着材によって相互に固定されている。そして、可撓性部材２０１と対向電極２０６間に電圧を印加することにより、静電引力を発生させ、可撓性部材２０１を参照面２０５に沿うように変形させている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可撓性部材２０１を参照面２０５に沿って変形させると言う上記変形可能ミラーにおいても以下の様な間題がある。
【００１５】
可撓性部材２０１と対向電極２０６間に電圧を印加すると、両者間に存在する絶縁部材２０７に電荷が注入され、この絶縁部材２０７が帯電してしまう。この状態では、可撓性部材２０１と絶縁部材２０７間に斥力が発生するので、可撓性部材２０１の変形形状が安定しなくなったり、可撓性部材２０１が参照面２０５に沿って変形しなくなる。あるいは、電圧印加により発生する静電引力と絶縁部材２０７の帯電によって発生する静電斥力が相殺されて、実効的な静電引力が低減し、可撓性部材２０１の大きな変形や複雑な形状への変形が困難となる。
【００１６】
また、絶縁部材２０７が帯電した状態では、可撓性部材２０１と対向電極２０６間に電圧を印加せずに、可撓性部材２０１を変形していない初期状態（平板状態）に保持しようとしても、絶縁部材２０７と可撓性部材２０１間の静電引力によって、この初期状態を保特することが困難となる。
【００１７】
更に、ニッケル膜等の可撓性部材２０７とシリコン基板から形成された基板枠２０２の熱膨張係数の差から、環境温度の変化に伴い、その引っ張り応力が変化したり、座屈するという間題がある。
【００１８】
また、基板枠２０２と参照基板２０３の組立て時に、可撓性部材２０７と参照面２０５の平行度やギャップを高精度に管理する必要がある。このためには、例えば基板枠２０２をギャップとなるスペーサーを介して参照基板２０３に押し当て、この状態で、両者を接着することが考えられる。ところが、この場合、基板枠２０２に余分な応力がかかり、可撓性部材２０７が変形して、ギャップを高精度に管理することができないという間題がある。
【００１９】
従って、従来の変形可能ミラーでは、高精度に各種の変調を行うことができる光学装置に利用することが困難であった。
【００２０】
そこで、この発明は、これらの課題を鑑みてなされたものであり、絶縁部材の帯電を防止し、可撓性部材の変形形状を高精度に保持することが可能であり、また複雑な形状や大きな変位を伴う形状に、可撓性部材を変形することが可能であり、更に可撓性部材と参照面の平行度、及び両者間のギャップを高精度に管理することができ、あるいは環境温度の変動の影響を受け難く、小型で簡易な構成であって、安価に製造可能な変形可能ミラー、及びその組立て方法並びに組み立て装置、及びこの変形可能ミラーの適用によって各種の変調を高精度に行うことが可能となった光学装置を提供すことを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載のアクチュエータは、弾性変形可能な可撓性部材と、前記可撓性部材と対向して配置された対向電極と、前記可撓性部材と前記対向電極との間に介在する絶縁部材と、前記可撓性部材と前記対向電極との間に極性の変化する交流電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記可撓性部材と前記対向電極との間の少なくとも一部に前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間が設けられており、前記可撓性部材は、前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加される交流電圧による静電引力によって変形し、前記電圧印加手段は、前記可撓性部材が前記絶縁部材に吸着するように、前記交流電圧を前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加する。
請求項２に記載の様に、前記可撓性部材を支持する支持手段をさらに備えてもよい。
【００２２】
この様な構成によれば、可撓性部材と対向電極間に交流電圧を印加するので、可撓性部材と対向電極間に静電引力が加わり、可撓性部材が対向電極側にたわんで、この可撓性部材の反射面が変形する。
【００２３】
また、可撓性部材と対向電極間に印加される交流電圧は、その極性が変化するので、可撓性部材と対向電極間にあるリーク防止用の絶縁部材が正負のどちらか一方の極性に帯電することがなく、帯電した絶縁部材と可撓性部材間に斥力が発生せずに済む。これによって、可撓性部材の変形形状が安定すると共に、より大きな静電引力を得ることが可能となる。
【００２４】
請求項３に記載の様に、交流電圧は矩形波でも良い。この矩形波は、正弦波等に比べると、その極性が急激に変化するため、静電引力が零近傍となる時間が短く、静電引力の変動を小さくすることができる。
【００２５】
請求項４に記載の様に、矩形波の交流電圧は、正電位側の波高値と負電位側の波高値が同一であっても良い。ここで、可撓性部材と対向電極間の静電引力は、両者間の印加電圧の極性の影響を受けず、その強さは可撓性部材と対向電極間の電位差の絶対値によって決定される。このため、正電位側の波高値と負電位側の波高値が同一となる矩形波の交流電圧であれば、絶縁部材の帯電を防止するだけでなく、可撓性部材と対向電極間に働く静電引力を常に一定にすることが可能となり、可撓性部材の変形形状をより安定したものにすることができる。
【００２６】
請求項５に記載の様に、交流電圧の極性の変化する周期は、絶縁部材の体積抵抗率をρ、比誘電率をεi、真空の誘電率をεoとした時、時定数τ＝ρ・εiεoより短くするのが好ましい。
【００２７】
この様に構成することにより、絶縁部材が正負どちらか一方の極性に帯電する以前に、印加電圧の極性が変化することになり、より確実に絶縁部材の帯電を防止することができる。
【００２８】
次に、請求項６に記載のアクチュエータは、弾性変形可能な可撓性部材と、前記可撓性部材と対向して配置された対向電極と、前記可撓性部材と前記対向電極との間に介在し、光が照射されると、絶縁体から導電体へと変化する光導電性部材と、前記光導電性部材に光を照射する光照射装置と、前記可撓性部材と前記対向電極との間に、電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記可撓性部材と前記対向電極との間の少なくとも一部に前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間が設けられており、前記可撓性部材は、前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加される電圧による静電引力によって変形し、前記電圧印加手段が前記電圧の印加を止めると、前記光照射装置は前記光導電性部材に光を照射する。
請求項７に記載の様に、前記可撓性部材を支持する支持手段をさらに備えてもよい。
【００２９】
ここでも、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加するので、可撓性部材と対向電極間に静電引力が加わり、可撓性部材が対向電極側にたわんで、この可撓性部材の反射面が変形する。
【００３０】
また、可撓性部材と対向電極間に光導電性部材を介在させているので、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加して、可撓性部材を変形させているときには、光導電性部材に光を照射せず、この光伝導性部材を可撓性部材と対向電極間のリーク防止用の絶縁部材として用いる。また、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加せず、可撓性部材を変形させないときには、光導電性部材に光を照射して、この光導電性部材を可撓性部材と対向電極間の余分な静電気を除電する導電部材として用いる。
【００３１】
請求項８に記載の様に、対向電極は透明であっても良い。この場合、光導電性部材ヘの光照射を、対向電極を介して行えるようになり、アクチュエータの小型化が可能となると共に、他の光学系への光のもれをなくすことができる。
【００３２】
上記請求項１乃至６のいずれに記載のアクチュエータにおいても、請求項９に記載の様に、対向電極側で、可撓性部材の弾性変形を許容する空間を形成する参照面を更に備え、電圧印加手段によって可撓性部材と対向電極間に電圧を印加したときに、可撓性部材と対向電極間の静電引力によって、可撓性部材が変形して参照面に吸い寄せられても良い。
【００３３】
このように可撓性部材が変形して沿う参照面を有する場合、可撓性部材の変形形状が参照面の形状で決定されるため、その変形形状が環境温湿度に影響されることなく再現性の良いものとなる。また、参照面を凸面や凹面、あるいはこの両者を含む形状とすることにより、可撓性部材を凹面のみでなく、任意の形状に変形させることができる。
【００３４】
請求項１０に記載の様に、可撓性部材と参照面の少なくとも一方に、可撓性部材と参照面間に存在する空気を逃がすための空気孔を形成しても良い。
【００３５】
この様に構成することにより、、可撓性部材と参照面間の空気を逃がすことができ、可撓性部材が変形し易くなり、かつ可撓性部材がより速やかに変形する。
【００３６】
請求項１１に記載の様に、参照面の外周に、可撓性部材を該参照面に対して位置決めする平坦部を設けても良い。
【００３７】
この場合、参照面の外周の平坦部に、可撓性部材の周縁を当接することによって、可撓性部材と参照面の平行度を調整しつつ、この可撓性部材を容易に配置することができる。
【００３８】
請求項１２に記載の様に、平坦部が参照面の頂点位置よりも低い位置に形成しても良い。
【００３９】
この様に構成することにより、可撓性部材を参照面に接近させて配置するときに、参照面の頂点位置が可撓性部材に最も先に接触するため、参照面と可撓性部材の位置関係を容易に知ることが可能となる。
【００４０】
請求項１３に記載の様に、アクチュエータは、前記可撓性部材の表面に反射膜が設けられてもよい。
請求項１４に記載の様に、アクチュエータは、可撓性部材を支持する支持手段をさらに備え、支持手段は、可撓性部材に引っ張り応力を与えてこの可撓性部材を保持するものであって、単結晶シリコンからなり、可撓性部材は、単結晶シリコンに不純物をドーピングしてなるものでも良い。
【００４１】
この場合、支持手段と可撓性部材を同一材料の単結晶シリコンから形成するので、両者の熱膨張係数の差が小さくなり、環境温度の変動による影響を受け難くなる。また、半導体の製造プロセスを応用すれば、支持手段及び可撓性部材を一括して製造することが可能であり、支持手段及び可撓性部材として高精度で安価なものを得ることができる。
【００４２】
請求項１５に記載の様に、可撓性部材の表面に金属反射膜を形成しても良い。
【００４３】
この様な構成にすることにより、任意の波長の光に対して高反射率のミラーを得ることができる。
【００４４】
次に、変形可能ミラーを組み立てるための組立て方法は、請求項２１または２２に記載の様に、参照面外周の平坦部と可撓性部材間の平行状態を光学的に検出しつつ、両者間を平行に調整する。
【００４５】
この場合、参照面外周の平坦部と可撓性部材の周縁を圧接して、両者間を平行に調整する場合に比べると、より精度良く、より容易に参照面と可撓性部材間の平行度を調整することができる。また、参照面と可撓性部材間の非接触での調整が可能であり、可撓性部材に余分な応力が加わらずに済み、可撓性部材が変形していないときの該可撓性部材の形状をより高精度に設定することが可能となる。
【００４６】
次に、変形可能ミラーを組み立てるための組立て装置は、請求項２３または２４に記載の様に、変形可能ミラーは、可撓性部材を支持する支持手段をさらに備え、前記組立て装置は、前記支持手段を保持する第１保持手段と、前記参照面を保持する第２保持手段と、前記第１保持手段及び前記第２保持手段の少なくとも一方を移動させる移動手段と、前記参照面の頂点位置と前記可撓性部材の接触による前記可撓性部材の変形を検出する変形検出手段とを備え、前記組立て装置は、前記支持手段を保持する第１保持手段と、前記参照面を保持する第２保持手段と、前記第１保持手段及び前記第２保持手段の少なくとも一方を移動させる移動手段と、前記参照面の頂点位置と前記可撓性部材の接触による前記可撓性部材の変形を検出する変形検出手段とを備え、前記可撓性部材と前記参照面とが接触する方向に前記第１保持手段及び前記第２保持手段の少なくとも一方を前記移動手段にて移動させて、前記変形検出手段により前記可撓性部材の変形が検出された後、前記移動手段により前記参照面と前記可撓性部材とを所定の間隔となるように移動させることを特徴とする。
【００４７】
このような装置によれば、参照面の頂点位置と可撓部材の接触を接触させてから、支持手段と参照面を僅かに離間して、両者間の相対位置を高精度に決めることができる。
【００４８】
次に、請求項１６に記載の光学装置は、請求項１乃至１５のいずれかに記載のアクチュエータと、前記アクチュエータに対して光を入出力する光学部材とを備える。
【００４９】
この様な光学装置では、可撓性部材と対向電極間にあるリーク防止用の絶縁部材が正負のどちらか一方の極性に帯電することがなく、帯電した絶縁部材と可撓性部材間に斥力が発生せずに済み、可撓性部材の変形形状が安定するので、アクチュエータの動作により、反射方向の異なる複数の光を安定して出射することができる。
【００５０】
また、本発明による光学装置は、変形可能な反射面を有するアクチュエータと、前記アクチュエータに対して光を入出力する光学部材とを備え、前記アクチュエータの変形に応じて、反射方向の異なる複数の光を生成する光学装置において、前記アクチュエータは、入射光を反射する反射面を表面に有する可撓性部材と、前記可撓性部材を支持する支持手段と、前記可撓性部材と対向して配置された対向電極と、前記対向電極側で、前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間を形成する参照面と、前記可撓性部材と前記対向電極との間に介在し、光を照射されると、絶縁体から導電体へと変化する光導電性部材と、前記光導電性部材に光を照射する光照射装置と、前記可撓性部材と前記対向電極との間に、電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記可撓性部材と前記対向電極との間の少なくとも一部に前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間が設けられており、前記可撓性部材は、前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加される電圧による静電引力によって変形する。
【００５１】
この様な光学装置では、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加せず、可撓性部材を変形させないときには、光導電性部材に光を照射して、この光導電性部材を可撓性部材と対向電極間の余分な静電気を除電する導電部材として用いることができるので、可撓性部材の変形形状が安定し、アクチュエータの動作により、反射方向の異なる複数の光を出射することができる。また、可撓性部材を変形させないときには、この可撓性部材が高精度のミラーとなる。
【００５２】
請求項１７に記載の様に、アクチュエータは、その可撓性部材の変形により、入射光に球面収差を与えても良い。
【００５３】
この様な光学装置では、アクチュエータの動作により、球面収差の加えられた光を安定して出射することができる。
【００５４】
請求項１８に記載の様に、光学部材は、アクチュエータの可撓性部材によって反射された光が通過するレンズを有し、アクチュエータは、その可撓性部材の変形により、光学部材のレンズを通過した光の焦点を変化させても良い。
【００５５】
この様な光学装置では、アクチュエータの動作により、焦点の異なる光を安定して出射することができる。
【００５６】
請求項１９に記載の様に、光学部材は、アクチュエータの可撓性部材によって反射された光が通過するレンズを有し、アクチュエータは、その可撓性部材の変形により、光学部材のレンズの開口数を変化させても良い。
【００５７】
この様な光学装置では、アクチュエータの動作により、開口数の異なるレンズを通過した光を安定して出射することができる。
【００５８】
請求項２０に記載の様に、光学部材は、アクチュエータの可撓性部材によって反射された光が通過するレンズを有し、アクチュエータは、その可撓性部材の変形により、この可撓性部材に入射した入射光の球面収差、光学部材のレンズを通過した光の焦点、及び該レンズの開口数のうちの少なくとも２つ以上を同時に変化させても良い。
【００５９】
この様な光学装置では、アクチュエータの動作により、入射光の球面収差、レンズの焦点、開口数のいずれか２つ以上を同時に変調してなる光を安定して出射することができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の変形可能ミラーの第１実施形態を概略的に示す主要断面図である。この変形可能ミラー１は、大きく分けると、ミラー基板２、参照基板３、及び電圧印加部４に分けられ、これらから構成される。
【００６１】
ミラー基板２は、弾性変形可能な可撓性部材５と、その表面に形成された反射膜５ａと、可撓性部材５に引っ張り応力を与えながら保持する基板枠６とから構成される。
【００６２】
参照基板３は、その表面に任意の形状の凹凸面を有する参照面７と、参照面７の表面に形成された対向電極８と、対向電極８の表面に形成された絶縁部材９とから構成される。
【００６３】
ミラー基板２と参照基板３は、可撓性部材５と参照面７が対向する位置で接着されている。
【００６４】
電圧印加部４は、可撓性部材５と対向電極８間に極性の変化する交流電圧を印加するものである。
【００６５】
この様な構成において、変形可能ミラー１を変形させるか、変形させないかの切替えは、電圧印加部４により制御される。電圧印加部４によって、可撓性部材５と対向電極８間に交流電圧が印加されると、両者間に静電引力が発生し、可撓性部材５が参照面７に吸引されて、この参照面７に沿った形状に変形する。電圧印加部４による交流電圧の印加を停止すると、可撓性部材５と対向電極８間には静電引力が働かなくなり、可撓性部材５が初期形状に戻る。
【００６６】
次に、この変形可能ミラー１の各構成要素について、より詳細に説明する。 基板枠６は、１０ｍｍ四方で、厚さ１ｍｍ程度の単結晶シリコンからなり、その中央部には、エッチングによって、対角線の長さが６ｍｍ程度の八角形の開口部６ｂを形成している。基板枠６と開口部６ｂの大きさは、必要な反射面積によって決まるものであり、任意の大きさに形成されるものである。開口部６ｂの形状は、八角形である必要はないが、円形に近いほど可撓性部材５にかかる応力が均一となる。
【００６７】
可撓性部材５は、その厚さが３μから１０μｍ程度であり、基板枠６となる単結晶シリコンの表面にボロン等の不純物を予めドーピングしておき、エッチング液の選択性を利用して、基板枠６の開口部６ｂにあたる部分のみを該基板６の裏面からエッチングして除去すると共に、不純物をドーピングした部分を可撓性部材５として残して、この可撓性部材５を形成する。これによって、可撓性部材５と基板枠６を接着する必要がなくなり、可撓性部材５を基板枠６によって保持してなるダイヤフラム構造を簡易かつ高精度に得ることができる。また、可撓性部材５と基板枠６の熱膨張率の差を小さくすることができ、環境温度の変化により、可撓性部材５に余分な応力が発生することを防止することができる。
【００６８】
可撓性部材５は、薄くなる程、可撓性が高くなり、低電圧（小さな静電引力）で変形させることが可能になるが、薄くなり過ぎると、共振周波数が低くなったり、強度が弱くなるといった間題がある。このため、可撓性部材５は、その大きさにもよるが、その厚さを３μｍから１０μｍ程度に形成するのが最も良い。
【００６９】
また、可撓性部材５は、１０ＭＰａ程度の引っ張り応力をもって、基板枠６に保持されている。この引っ張り応力が働くことにより、可撓性部材５と対向電極８間に電圧を印加していないときには、この可撓性部材５を平面状態を維持することができる。
【００７０】
可撓性部材５の表面には、蒸着法あるいはスパッタ法等によって、アルミニウム等からなる反射膜５ａを形成している。可撓性部材５の表面の反射率が十分高ければ、反射膜５ａを必要としない。また、反射膜５ａは、光を反射するだけでなく、可撓性部材５を導電性材料で形成しない場合に、この可撓性部材５の代わりに、電極として使用することができる。反射膜５ａの厚さは、例えば１μｍ程度あり、可撓性部材５の可撓性を妨げない程度の厚さに形成される。その材質は、アルミニウム、金、ニッケルやアルミニウムに微量の金属を添加したもの等であり、反射膜５ａの入射光の波長（光源の波長）に対する反射率等に応じて選択される。例えば、波長７８０ｎｍの半導体レーザを光源として使用する場合、シリコンに不純物をドーピングして形成された可撓性部材５表面の反射率が低いので、アルミニウム等の反射膜５ａを積層する必要があり、これによって高い反射率を得ることができる。
【００７１】
次に、ミラー基板２の製造工程を図２を参照しつつ詳細に説明する。このミラー基板２は、半導体の製造プロセスを応用して作製することができ、ここでは、その一例を述べる。
【００７２】
（１）図２（ａ）に示す様に、シリコン基板１１における面方位（１００）の表面及び裏面に、熱酸化により、シリコン熱酸化膜１１ａ（裏面側のシリコン熱酸化膜１１ａを図示せず）を形成する。なお、シリコン基板１１の表面は、研磨、ポリシング加工が施されており、その平面度が１ｎｍ以下に抑えられている。
【００７３】
引き続いて、表面のみにレジストを塗布し、裏面のシリコン熱酸化膜１１ａをフッ酸を用いたウェットエッチングによって除去する。その後、表面側のレジストを除去する。
【００７４】
（２）図２（ｂ）に示す様に、窒化ボロンの個体ソースにより、ボロンイオンをシリコン基板１１の裏面から拡散させ、これによって厚さ３μｍから１０μｍ程度のボロンドープ層１２（後に可撓性部材５となる）を形成する。このボロンドープ層１２の表面には、シリコン酸化膜１２ｂを形成する。ドーピングする不純物は、ボロンのみに限らず、ガリウム、インジウム、リン等を使用してもよい。
【００７５】
（３）図２（ｃ）に示す様に、熱酸化膜１１ａ上にフォトレジスト（図示しない）を塗布し、フォトリソグラフィを行って、このレジストに基板枠６の開口部６ｂに対応する開口パターンを形成する。そして、ＣＨＦ３ガスを用いてドライエッチングを行って、基板枠６の開口部６ｂを形成するための開口部１１ｂを熱酸化膜１１ａに形成し、この後にレジストを除去する。
【００７６】
（４）図２（ｄ）に示す様に、熱酸化膜１１ａをマスクとして、基板１１の表面側からＥＤＰエッチング液によってウェットエッチングを行い、開口部１１ｂのシリコンを除去して、開口部６ｂを有する基板枠６を形成すると共に、ボロンドープ層１２からなるダイヤフラム、つまり厚さ３μｍから１０μｍ程度の可撓性部材５を形成する。
【００７７】
ＥＤＰエッチング液とは、エチレンジアミン、純水、カテコール、ピラジンから成り、シリコン基板１１とボロンドープ層１２間のエッチング選択比の高いエッチング液である。また、このＥＤＰエッチング液によりエッチング行うと、異方性エッチングが可能となり、結晶面方位（１，１，１）方向のエッチング速度は早く、（１，１，１）方向のエッチング速度は極端に遅くなる。これによって、図２（ｄ）に示す様なテーパ状の開口部６ｂが形成され、また開口部６ｂを熱酸化膜１１ａのパターンに応じた形状に、精度良く、加工することができる。
【００７８】
（５）図２（ｅ）に示す様に、熱酸化膜１２ａを基板枠６の表面側からフッ酸を用いたウェットェッチングによって除去する。それから、基板枠６の裏面側からＣＨＦ３ガスを用いたドライエッチングによって、シリコン酸化膜を除去する。
【００７９】
（６）図２（ｆ）に示す様に、基板枠６の表面側からアルミニウムを蒸着あるいスパッタにより製膜し、厚さ１μｍ程度の反射膜５ａを形成する。それから、ダイシングにより任意の大きさに切断する。
【００８０】
以上のように、この製造方法では、ミラー基板２を半導体の製造プロセスによって作製しているので、可撓性部材５を高精度に作製することができ、この可撓性部材５の反射面の形状を向上させることができる。また、シリコン基板１１上に複数のミラー基板２を同時に一括して作製することができ、低いコストでの作製が可能となる。
なお、上述したミラー基板２の製造方法は一例に過ぎず、一部を変更した方法や他の方法により作製することも可能である。
【００８１】
次に、参照基板３について詳細に説明する。
参照基板３は、ガラスモールド法あるいは樹脂の成形等によって作製されたものである。この参照基板３の参照面７は、入射光に所望の変調を与えるための凸面部７ａと凹面部７ｂを有する。また、参照基板３の周縁には、平坦部７ｃを形成しており、ミラー基板２と参照基板３の組立て時に、可撓性部材５と参照面７の平行度を調整するために、この平坦部７ｃを利用する。
【００８２】
参照面７の凸面部７ａの頂点は、ミラー基板２と参照基板３の組立て時の位置調整を考慮して、平坦部７ｃよりも１μｍから３μｍ程度高くなっている。
【００８３】
参照面７の表面には、アルミニウム等からなる対向電極８を蒸着法あるいは、スパッタ法等により形成している。対向電極８の材質としては、アルミニウムの他に金、ニッケルやアルミニウムに微量の金属を添加したもの等を使用することができ、参照面７の形状を損なわないように、この対向電極８の厚さを１μｍ程度に設定している。また、対向電極８の一部からは、電圧印加部４への配線を導出している。
【００８４】
対向電極８の表面には、酸化シリコン等からなる厚さ５μｍ程度の絶縁部材９をスパッタ法等により形成している。この絶縁部材９は、可撓性部材５と対向電極８間での電圧のリークを防止するものである。この絶縁部材９の材質としては、酸化シリコンの他に窒化シリコンや五酸化タンタル等の絶縁材料を適用することができ、その厚さは、絶縁耐力と静電引力の強さ、そして参照面７の形状への影響を考慮して決定する。すなわち、絶縁部材９が厚い程、絶縁耐力が高くなるものの、対向電極８と可撓性部材５のギャップが大きくなるため、静電引力は弱くなる。また、可撓性部材５が吸引され変形してなる形状は、絶縁部材９に吸引されてなる形状であって、参照面７の形状に対しての誤差を含むため、絶縁部材９の厚さを参照面７の形状を損なわない程度に設定する必要がある。この絶縁部材９は、対向電極８の表面でなく、可撓性部材５の対向電極８側に形成してもよい。
【００８５】
次に、この発明の変形可能ミラーの組立て方法並びに組立て装置の一実施形態を図３を参照しつつ説明する。ここでは、ミラー基板２と参照基板３を接合している。
【００８６】
（１）参照基板３を参照面支持部材１５によって支持する。この参照面支持部材１５は、ｚ方向への移動機構１６を備え、参照基板３をｚ方向に移動させることができる。
【００８７】
この際、参照基板３の平坦部７ｃを予め定められた方向に向けて支持する。このためには、ミラー基板２を配置していない状態で、図示しないオートコリメータや光干渉計等の光計測器を参照基板３の平坦部７ｃの上方に設置してから、平坦部７ｃ上のアルミニウム等からなる対向電極８に光を照射し、その反射光を光計測器によって計測して、参照基板３の平坦部７ｃの方向を検出し、この検出結果に応じて、参照基板３の平坦部７ｃの方向を調整する。
【００８８】
（２）ミラー基板２をミラー支持部材１７によって支持し、このミラー基板２を参照基板３の上方に設置する。このミラー支持部材１７は、傾き調整機構１８を備え、ミラー基板２の傾きを変更することができる。
【００８９】
この際、ミラー基板２の可撓性部材５を参照基板３の平坦部７ｃと平行にして支持する。このために、先のオートコリメータや光干渉計等の光計測器を可撓性部材５の上方に設置してから、可撓性部材５に光を照射し、その反射光を光計測器によって計測して、可撓性部材５の方向を検出し、この検出結果に応じて、可撓性部材５の方向を傾き調整機構１８によって調整しつつ参照基板３の平坦部７ｃの方向に一致させる。
【００９０】
これによって、可撓性部材５と参照面７の平行度を調整することができ、両者の向きを高精度かつ簡易に設定することができる。
【００９１】
（３）光干渉計等の変形検出装置１９によって、可撓性部材５の反射膜５ａからの反射光の変調（干渉縞）を検出し、この可撓性部材５の形状を観察しながら、移動機構１６によっで、参照基板３を上昇させてミラー基板２に接近させていく。
【００９２】
先に述べた様に、参照面７の凸面部７ａの頂点を平坦部７ｃよりも高く設定しているので、参照面７の凸面部７ａの頂点が可撓性部材５に最初に接触する。このとき、可撓性部材５が変形して、この可撓性部材５からの反射光が変化し、変形検出装置１９によって検出された干渉縞が変化する。このため、この干渉縞の変化に基づいて、参照基板３と可撓性部材５が接触したとき（ギャップ無し）の該参照基板３の位置を簡易に高精度に検知することができる。
【００９３】
（４）移動機構１６によっで、参照基板３を僅かに下降させて、参照面７の凸面部７ａと可撓性部材５間に１μｍから５μｍ程度のギャップを開け、その状態で、ミラー基板２の周縁と参照基板３の平坦部７ｃの隙間にエポキシ系接着剤等の接着剤を充填して、両者を接着する。
【００９４】
この様に参照面７と可撓性部材５の平行度を光学的に検出しつつ調整すれば、例えば参照基板３とミラー基板２を圧接して、両者の平行度を調整する揚合と比べて、より精度良く、より容易に参照面７と可撓性部材５の平行度を調整するできる。また、参照基板３とミラー基板２を接触させずに、両者の平行度を調整することができるので、可撓性部材５に余分な応力がかかることがなく、可撓性部材５を変形させないときの該可撓性部材５の反射面として、より高精度なものを得ることができる。更に、このような機構により、ギャップ無しの参照基板３の位置を容易に高精度に検出することができ、その後にギャップを設定することにより、高精度にギャップを管理することができる。
【００９５】
次に、変形可能ミラー１の駆動原理について詳細に説明する。
まず、簡単化のため、可撓性部材５と対向電極８を図４に示す様な平行な各平板に置き換えて、これらの間に働く静電引力を説明する。ここで、絶縁部材９の厚さをｄｉ、比誘電率をεiとし、ギャップをｄｇ、真空の誘電率をεo、面積をＳとすると、可撓性部材５と対向電極８間の静電容量Ｃは、次式（１）で表される。
Ｃ＝εi・εo・Ｓ／（ｄｉ＋εi・ｄｇ） …（１）
また、可撓性部材５と対向電極８間に電圧印加部４によって電圧Ｖが印加されたとき、両者間に働く静電力Ｆは、次式（２）で表される。
Ｆ＝（Ｖ2／２）・εi 2・εo・Ｓ／（ｄｉ＋εi・ｄｇ）2 …（２）
この静電力Ｆは、電圧Ｖの極性にかかわらず、この電圧Ｖの絶対値に対応する引力として常に働く。上式（２）より明らかなように、静電力Ｆは、絶縁部材９の厚さｄｉ、誘電率εｉの影響を受けるものであって、比誘電率の高い絶縁材料を用いれば、より大きな静電引力を得ることができる。
【００９６】
上式（２）によって表される静電力Ｆは、変形していない可撓性部材５と対向電極８間に働く力であり、静電引力によって可撓性部材５が変形すると、両者間のギャップが小さくなり、その結果、より大きな静電引力が働くようになる。そして、可撓性部材５が参照面７上の絶縁部材９に吸着したときに、この可撓性部材５の変形が止まり、安定状態となる。
【００９７】
しかしながら、可撓性部材５が絶縁部材９に吸着した状態では、電荷注入や接触帯電によって絶縁部材９に帯電が生じ、可撓性部材５と対向電極８間の静電引力が低下することがある。
図５は、この状態を模式的に表している。例えば、可撓性部材５を正極として電圧を印加した場合、図５に示すように絶縁部材９は、電荷注入等によって、可撓性部材５と同じ正極に帯電する。この結果、可撓性部材５と絶縁部材９間に静電的斥力が働いて、電圧印加による静電引力を打ち消し、可撓性部材５が絶縁部材９から離れると言う事態を招く。あるいは、絶縁部材９の帯電は、この絶縁部材９の全体に均一に生じるものではないため、部分的に斥力の大きさが異なり、可撓性部材５が参照面７とは全く異なる形状に変形する。更には、電圧を切った後も、絶縁部材９の帯電が残り、可撓性部材５と絶縁部材９間で引力が働いて、可撓性部材５がもとの無変形の状態に戻らなくなった。
【００９８】
そこで、この第１実施形態の変形可能ミラーでは、絶縁部材９の帯電を防止するために、可撓性部材５と対向電極８間に印加する電圧を直流電圧ではなく、極性の変化する交流電圧にしている。すなわち、絶縁部材９が正あるいは負のどちらかの極性に帯電する以前に、電圧の極性を切替えることにより、絶縁部材９が一方の極性に帯電することを防いでいる。
【００９９】
また、交流電圧の波形として、矩形波を適用した場合は、静電引力の変動を小さく抑えることができる。更に、矩形波の正電位側の波高値と負電位側の波高値を同一に、つまり正の最高電位の絶対値と負の最低電位の絶対値を同一にした場合は、可撓性部材５に働く静電引力を常に一定に維持することができ、安定な変形状態を得ることができる。
【０１００】
この様な交流電圧について、図６を参照して説明する。
まず、電圧Ｖと静電力Ｆは、上式（２）によって表され、電圧Ｖの極性によらず、この静電力Ｆが常に引力となる。また、交流電圧の波形の種類に応じて、静電力Ｆは、図６、図７及び図８に示す様なものとなる。
【０１０１】
図６（ａ）及び（ｂ）は、正弦波の交流電圧と、この交流電圧を可撓性部材５と対向電極８間に印加したときの静電引力を示している。この交流電圧は、可撓性部材５と対向電極８間の電位差であり、この電位差の極性にかかわらず、この電位差の絶対値に応じて、静電引力が変化するので、この静電引力が交流電圧の２倍の周期で変化している。
【０１０２】
図７（ａ）及び（ｂ）は、矩形波の交流電圧と、この交流電圧を可撓性部材５と対向電極８間に印加したときの静電引力を示している。ここでも、交流電圧、つまり可撓性部材５と対向電極８間の電位差の絶対値に応じて、静電引力が変化している。
【０１０３】
図８（ａ）及び（ｂ）も、図７と同様に、矩形波の交流電圧と、この交流電圧を可撓性部材５と対向電極８間に印加したときの静電引力を示している。ただし、ここでは、矩形波の正電位側の波高値と負電位側の波高値を同一に設定している。このため、可撓性部材５と対向電極８間の電位差の絶対値が常に一定となり、一定の静電引力が保たれる。
【０１０４】
実際には、矩形波の極性の切り替わりのために、有限の時間（ｓｌｅｗ ｒａｔｅ）が費やされるものの、可撓性部材５の応答速度を考えると、この時間が無視できる程度に小さく、可撓性部材５の振動も生じない。
【０１０５】
したがって、可撓性部材５と対向電極８間の交流電圧として、矩形波の正電位側の波高値と負電位側の波高値を同一となる矩形波とすれば、絶縁部材９の帯電を防止することができるばかりでなく、静電引力を一定に保つことができるため、可撓性部材５の変形形状を安定化させることができる。
【０１０６】
一方、可撓性部材５と対向電極８間の交流電圧の周期は、先に述べた様に絶縁部材９が一方の極性に帯電しない程度に短くする必要があり、これによって効果的に絶縁部材９の帯電を防止することができる。
【０１０７】
絶縁部材９の帯電は、その導電率に関係する現象であり、図９に示す等価回路モデルによって明らかにされる。同図において、Ｃi，Ｒiは、それぞれ絶縁部材９の静電容量と抵抗を表す。この等価回路において、電圧Ｖを絶縁部材９に印加し始めてから時間ｔ後に、絶縁部材９が電位Ｖｉに帯電したならば、この電位Ｖｉは次式（３）によって表される。
【０１０８】
Ｖｉ＝Ｖ（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｃi，Ｒi） …（３）
また、絶縁部材９の比抵抗をρ、比誘電率をεiとすると、時定数τ＝Ｒi，Ｃiは次式で表される。
【０１０９】
τ＝ρ・εi・εｏo …（４）
ここで、ｔ＝τ／１０のときに、ＶiがＶの約１０％に達し、ｔ＝τのときに、ＶiがＶの約６３％に達する。このため、交流電圧の極性の切替わる周期（交流電圧の周期の１／２）を時定数τ以下、好ましくは１／１０以下に設定すれば、より効率的に絶縁部材９の帯電を防止することができる。
【０１１０】
例えば、絶縁部材９として窒化シリコンを適用し、その比抵抗ρが６ｘ１０10Ω・ｃｍで、その誘電率εiが６である場合、上式（４）から時定数τが３２ｍｓｅｃとなるので、交流電圧の極性の切替わる周期を１／３０秒以下（周波数約３０Ｈｚ以上）、好ましくは１／３００秒以下（３００Ｈｚ以上）に設定すれば、絶縁部材９の帯電を確実に防止することができる。
【０１１１】
なお、この発明は、この第１実施形態に限定されるものではなく、静電力によて物体を変位させる一般的なアクチュエータにも適用することができ、これによって第１実施形態における可撓性部材５と対向電極８間に交流電圧を印加したことによる効果を期待することができる。
【０１１２】
例えば、図１０に示す様なカンチレバーにおいて、可撓性部材２１と対向電極２２間に直流電圧を印加して、可撓性部材２１を絶縁部材２３に接する位置まで変形させるにしても、絶縁部材２３が帯電すると、可撓性部材２１と絶縁部材２３間に静電斥力が働き、可撓性部材２１の変形形状が安定しなくなる。ここでも、この発明と同様に、可撓性部材２１と対向電極２２間に交流電圧を印加すれば、絶縁部材２３の帯電を防止することができ、可撓性部材２１の変形形状が安定したものとなる。
【０１１３】
すなわち、第１実施形態では、可撓性部材５を参照面７に吸引しているが、これに限定されることはなく、可撓性部材（変形あるいは移動可能な部材）と対向電極を対向配置し、これらの間に絶縁部材を介在させ、可撓性部材と対向電極間の静電引力によって可撓性部材を変形させると言うアクチュエータであれば、どのようなものであっても、この発明を適用することができる。
【０１１４】
次に、第１実施形態の変形可能ミラー１を変形させない状態、及び変形させた状態についての測定結果を述べる。
【０１１５】
まず、この測定のために使用した参照面７の形状を図１１を参照して説明する。参照基板３は、φ８ｍｍ、厚さ３ｍｍのものである。また、参照面７においては、中央部の｜半径ｒ（ｍｍ）｜＜１．０７５の領域が凸面部７ａであって、曲率９６．４１２ｍｍの凸状球面となり、その周囲の１．０７５≦｜（半径ｒｍｍ）｜≦２．６の領域が凹面部７ｂであって、次式（５）のｆ（ｒ）（μｍ）で表される凹状非球面となっている。
【０１１６】
【０１１７】
この参照面７の形状は、可撓性部材５の変形時に、この可撓性部材５の入射光に球面収差を与え、同時に、この可撓性部材５の反射光が通過するレンズの開口数を変調できるように設計されたものである。
【０１１８】
この変形可能ミラー１の可撓性部材５を変形させないときの該可撓性部材５の形状、及び変形させたときの形状を顕微鏡型レーザー干渉計（ｚｙｇｏ ｍａｘｉｍ・３Ｄ５７００）を用いて測定した。
【０１１９】
可撓性部材５を変形させないときには、この可撓性部材５の反射面が平面に保たれている。その面精度の指標として、ＲＭＳ（根２乗平均）の測定を行ったところ、ＲＭＳは約４ｎｍであった。
【０１２０】
次に、電圧印加部４により、正電位側の波高値と負電位側の波高値がそれぞれ５０Ｖで、周波数３００Ｈｚの矩形波の交流電圧を可撓性部材５と対向電極８間に印加し、変形時の可撓性部材５の形状を測定した。その結果、可撓性部材５は、参照面７に沿って変形した。このとき、参照面７の中央部の凸面部７ａに相当する位置で、ＲＭＳが曲率９６．４１２ｍｍに対して約１２ｎｍであった。
【０１２１】
この後、電圧を切ると、可撓性部材５はもとの形状に復帰した。
【０１２２】
一方、交流電圧と比較するために、直流電圧（５０Ｖ）を可撓性部材５と対向電極８間に印加して、同様に変形時の可撓性鋼材５の形状を測定したところ、参照面７の中央部の凸面部７ａに相当する位置で、ＲＭＳが曲率９６．４１２ｍｍに対して約２５０ｍｍとなった。しかも、このときの可撓性部材５には、参照面７には見られない、微少な凹凸が多数現れた。したがって、可撓性部材５は、参照面７に沿って変形したとは言い難い。
【０１２３】
以上の様に、第１実施形態の変形可能ミラー１では、可撓性部材５が参照面７に沿って安定して変形し、入射光に任意の変調を与えて反射することができ、また無変形時には、高精度の平面ミラーとして利用することができる。
【０１２４】
図１２は、この発明の変形可能ミラーの第２実施形態を示す断面図である。但し、ここでは、図１と同一部分については同一符号を付し、説明を省略する。
【０１２５】
参照基板３は、ガラスモールド法等によって作製されており、透明体である。また、参照面７の表面には、透明なＩＴＯ膜等からなる１μｍ程度の厚さの対向電極３８を蒸着法等により積層している。この対向電極３８の上には、５μｍ程度の光導電性部材３９を形成している。また、参照面７の裏面には、半導体レーザー、ＬＥＤ、ＥＬ等の光照射装置２０を配置している。
【０１２６】
光導電性部材３９としては、例えば、フタロシアニン等からなる有機光導電性物質やＣｄＳ、ＺｎＯ等の無機光導電性物質を適用する。
【０１２７】
光照射装置２０は、光導電性部材３９の光吸収効率の高い波長を有する光源を使用し、例えば、半導体レーザー、ＬＥＤ，ＥＬ等を適用する。
【０１２８】
この様な構成の変形可能ミラー１において、電圧印加部４によって、可撓性部材５と対向電極路との間に交流電圧を印加すると、静電引力が働き、可撓性部材５が参照面７に沿って変形する。このとき、光導電性部材３９が絶縁部材として作用し、可撓性部材５と対向電極８間での電圧のリークを防止する。
【０１２９】
また、電圧印加部４による交流電圧の印加を止めると、可撓性部材５が平面状態に戻る。このとき、光照射装置２０によって、光導電性部材３９に光を照射すると、この光導電性部材３９が絶縁部材から導電部材へと切り替わり、この光導電性部材３９に帯電していた電荷が除去される。
【０１３０】
この様に光導電性部材３９を除電すれば、不要な電荷による静電力が可撓性部材５に作用せずに済み、無変形時の可撓性部材５の形状を高精度に維持することが可能となり、高精度のミラーとして使用することができる。
【０１３１】
また、ここでは、対向電極３８を透明なＩＴＯ膜等によって形成しているので、参照面７の裏面からの光照射が可能となり、変形可能ミラーの小型化が容易である。この対向電極３８として、不透明なものを適用した場合は、参照面７の裏面からの光照射が不可能なため、光源を対向電極３８と光導電性部材３９間に配置する等の工夫が必要となる。
【０１３２】
図１３は、この発明の変形可能ミラーの第３実施形態を示す断面図である。但し、ここでは、図１と同一部分については同一符号を付し、説明を省略する。
【０１３３】
図１３において、参照基板３は、例えばガラスモールド法あるいは樹脂の成形等により作製されたものであり、参照面７と可撓性部材５間の空間から外部に通じる貫通穴１６を有する。この貫通穴１６が大き過ぎると、可撓性部材５を参照面７に吸引したときに、この貫通穴１６の部分で、この可撓性部材７が参照面７とは異なる形状で変形してしまうため、この貫通穴１６の径を例えば３０μｍ以下に設定するのが望ましい。
【０１３４】
図１４は、図１３の変形可能ミラー１の変形例である。ここでは、参照基板３に貫通穴１６を設ける代わりに、参照面７に対向する可撓性部材５の部分に空気穴１７を設けている。この空気穴１７が大き過ぎると、可撓性部材５で反射する光に悪影響を及ぼすため、この空気穴１７の径を例えば１０μｍ以下に設定するのが望ましい。
【０１３５】
この様に貫通穴１６や空気穴１７を設けておけば、可撓性部材５の変形に際し、参照面７と可撓性部材５間の空気が貫通穴１６又は空気穴１７を通じて外部に抜けるため、可撓性部材５を参照面７に確実に吸引することができる。
【０１３６】
また、可撓性部材５が変形しない状態においては、例えば環境温度が上昇して、参照面７と可撓性部材５間の空気が膨張しても、この空気を貫通穴１６又は空気穴１７を通じて外部に逃すことができるので、可撓性部材５の不要な変形を避けることができる。これに対して、貫通穴１６又は空気穴１７が無ければ、膨張した空気によって、可撓性部材５が不要に変形するおそれがある。
【０１３７】
もちろん、貫通穴１６と空気穴１７を共に設けてもよいし、それぞれを複数個設けてもよい。また、その形状は、円形である必要がなく、可撓性部材５の変形を妨げないものであれば、任意の形状や大きさを設定しても良い。
【０１３８】
図１５は、この発明の光学装置の一実施形態を示すブロック図である。この光学装置では、上記各実施形態の変形可能ミラーのいずれであっても適用することができ、変形可能ミラーを光学系の一要素として用いている。
【０１３９】
図１５において、半導体レーザー１０１から出射された光は、コリメーターレンズ１０２によって平行な光ビーム１０３に変換される。この光ビーム１０３は、ビームスプリッター１０４に入射して直進し、４分の１波長板１０５を透過して、変形可能ミラー１に達する。そして、この変形可能ミラー１で反射された光ビーム１０３は、再び４分の１波長板１０５を透過し、ビームスプリッター１０４で反射されて、対物レンズ１０６を透過し、この対物レンズ１０６によって、集光される。
【０１４０】
第１実施形態で示した様に、正の最高電位の絶対値と負の最低電位の絶対値を同一にした矩形波である交流電圧を印加すれば、変形可能ミラー１の可撓性部材５は、参照面７に沿って安定して変形し、ビーム１０３に所定の変調を与えることが可能となる。
【０１４１】
あるいは、第２実施形態で示した様に、絶縁部材５の代わりとなる光導電性部材３９を適用すると共に、光照射装置２０を設け、可撓性部材５の無変形時には、光照射装置２０によって、光導電性部材３９に光を照射して、この光導電性部材３９を除電すれば、高精度の安定した変形可能ミラー１を得ることができる。
【０１４２】
次に、参照基板３の参照面７の形状と光変調の関係を説明する。
図１６（ａ）は、入射光に球面収差を与える参照面７の一例を示す断面図である。この参照面７の断面形状は、その中心軸に対して対称であって、その中央部には、球面収差を与えるための凸面部７ａを形成している。この凸面部７ａは、光ビーム１０３の径以上の大きさとなっており、この凸面部７ａに沿って変形した可撓性部材５の反射面によって、光ビーム１０３が反射されると、球面収差を含む光ビーム１０３が形成される。参照面７の凸面部７ａの周りには、凸面部７ａと平坦部７ｃを滑らかにつなぐ凹面部７ｂを形成している。凸面部７ａと凹面部７ｂの境界は、可撓性部材５が変形し易い様に、連続的に滑らかにつながっていることが望ましい。
【０１４３】
このような変形可能ミラー１を適用すれば、２種類の厚みの異なる対象物の両方に焦点を結び得る光学装置を簡易な構成で成し得ることができる。
【０１４４】
図１６（ｂ）は、対物レンズ１０６の光学的焦点を変化させる参照面７の一例を示す断面図である。この参照面７の断面形状は、その中心軸に対して対称であって、焦点を変化させるための凹面部７ｂを有し、この凹面部７ｂの周りには、平坦部７ｃを形成している。この凹面部７ｂに沿って変形した可撓性部材５の反射面によって、光ビーム１０３が反射されると、対物レンズ１０６を透過した光ビーム１０３の焦点が近い位置に変化する。逆に、参照面７の凹面部７ｂを凸面とすることにより、対物レンズ１０６の焦点を遠い位置に変化させることもできる。
【０１４５】
このような変形可能ミラー１を適用すれば、光学系の焦点距離を２種類に変化させることが可能な光学装置を簡易な構成で成し得ることができる。
【０１４６】
図１６（ｃ）は、対物レンズ１０６の開口数を変化させる参照面７の一例を示す断面図である。この参照面７の断面形状は、その中心軸に対して対称であって、その中央部には、光ビーム１０３に変調を与えずに、この光ビーム１０３を反射するための平面部７ｄを形成し、その周りには、開口数を変化させるために、光ビーム１０３を対物レンズ１０６の開口部以外に反射する凹面部７ｂを形成し、その周りに平坦部７ｃを形成している。この平面部７ｄは、対物レンズ１０６の開口数によって決まる径を有する。すなわち、対物レンズ１０６の開口数は、光ビーム１０３の有効径に比例するため、この有効径を平面部７ｄの径で変化させることによって、光ビーム１０３の開口数を変化させる。
【０１４７】
このような変形可能ミラー１を適用すれば、対物レンズ１０６の開口数を変化させて、光ビーム１０３の集光スポット径を２種類に変化させることが可能な光学装置を簡易な構成で成し得ることができる。
【０１４８】
図１６（ｄ）は、光ビーム１０３に球面収差を与えると同時に、対物レンズ１０６の開口数を変化させる参照面７の一例を示す断面図である。この参照面７の断面形状は、その中心軸に対して対称であって、その中央部には、光ビーム１０３に球面収差を与えるための凸面部７ａを形成し、その周りには、光ビーム１０３を対物レンズ１０６の開口部以外に反射させるための凹面部７ｂを形成し、その周りに平坦部７ｃを形成している。凸面部７ａに沿って変形した可撓性部材５の反射面よって、光ビーム１０３が反射されると、球面収差を含む光ビーム１０３が形成され、この光ビーム１０３が対物レンズ１０６を透過して集光される。また、凹面部７ｂに沿って変形した可撓性部材５の反射面で反射した光ビーム１０３は、対物レンズ１０６の開口部に集光されないので、対物レンズ１０６の開口数が変化する。
【０１４９】
次に、図１６（ｄ）に示した参照面７に沿って変形した可撓性部材５の反射面によって反射された光ビーム１０３の変調状態を実際に測定したので、その結果を示す。この参照面７の形状は、第１実施形態の図１１に示すものと同一である。
【０１５０】
ここでは、図１５に示した光学装置において、半導体レーザー１０１として波長６３５ｎｍのものを用い、コリメータレンズ１０２として焦点距離２１ｍｍ、開口数０．１３１のものを用い、対物レンズ１０６として焦点距灘３．３ｍｍ、開口数０．６のものを用いており、変形可能ミラー１の可撓性部材５から対物レンズ１０６に至るまでの光ビーム１０３の光路長を１３ｍｍとした。
【０１５１】
この光学装置では、変形可能ミラー１の可撓性部材５が変形しておらず、この可撓性部材５の反射面が平面ミラーとなっているときに、光ビーム１０３が該反射面で反射され、対物レンズ１０６を透過し、更に図示しない厚さ０．６ｍｍのポリカーボネートを通過して集光させる。また、可撓性部材５が参照面７に沿って変形しているときに、光ビーム１０３が該反射面で反射され、対物レンズ１０６を透過し、更に図示しない厚さ１．２ｍｍのポリカーボネートを通過して集光させる。これは、この光学装置によって、厚さ０．６ｍｍのＤＶＤと厚さ１．２ｍｍのＣＤの記録再生を行うことを想定しているためである。
【０１５２】
この様な光学装置において、光ビーム１０３の集光スポットでのビーム径（１／ｅ2径）とサイドロープ強度（ピーク強度に対する）の測定を行った。その結果、可撓性部材５の無変形時に、光ビーム１０３を厚さ０．６ｍｍのポリカーボネートを通して集光させると、ビーム径が０．８１μｍで、サイドロープ強度が０．７％となった。また、変形可能ミラー１の変形時に、光ビーム１０３を１．２ｍｍのポリカーボネートを通して集光させると、ビーム径が１．４０μｍで、サイドロープ強度が１．０％となった。
【０１５３】
すなわち、参照面７の形状で光ビーム１０３を反射させると、この光ビーム１０３に球面収差が与えられて、この光ビーム１０３が厚さの異なるポリカーボネートを通しても集光し、また同時に、対物レンズ１０６の開口数が変化して、光ビーム１０３の集光スポットでのビーム径が変化する。このような光学装置を用いれば、ＤＶＤとＣＤ両方の記録再生を共に高精度に行うことが可能である。
【０１５４】
以上の様に、変形時、無変形時の可撓性部材５の形状を高精度に維持することができ、また複雑な形状や大きな変位を伴う参照面７であっても、この参照面７に沿って可撓性部材５を変形させることができるから、上記各実施形態のいずれの変形可能ミラー１を適用するにしても、多様な光変調を行うことが可能な光学装置を提供することができる。
【０１５５】
なお、この発明の変形可能ミラーや光学装置は、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、変形可能ミラーの参照面７の形状を適宜に変更して、光ビーム１０３に他の種類の変調を与えても良い。また、構成の一部を変更した光学装置や、全く異なる他の構成の光学装置においても、変形可能ミラー１を適用用すれば、簡易な構成で入射光に変調を与えることができる。
【０１５６】
【発明の効果】
以上説明した様に、請求項１に記載のアクチュエータによれば、可撓性部材と対向電極間に交流電圧を印加するので、可撓性部材と対向電極間に静電引力が加わり、可撓性部材が対向電極側にたわんで、この可撓性部材の反射面が変形する。
【０１５７】
また、可撓性部材と対向電極間に印加される交流電圧は、その極性が変化するので、可撓性部材と対向電極間にあるリーク防止用の絶縁部材が正負のどちらか一方の極性に帯電することがなく、帯電した絶縁部材と可撓性部材間に斥力が発生することが防止される。これによって、可撓性部材の変形形状が安定すると共に、より大きな静電引力を得ることが可能となる。
【０１５８】
請求項３に記載の様に、交流電圧は矩形波でも良い。この矩形波は、正弦波等に比べると、その極性が急激に変化するため、静電引力が零近傍となる時間が短く、静電引力の変動を小さくすることができる。
【０１５９】
請求項４に記載の様に、矩形波の交流電圧は、正電位側の波高値と負電位側の波高値が同一であるものが好ましい。可撓性部材と対向電極間の静電引力は、両者間の印加電圧の極性の影響を受けず、その強さは可撓性部材と対向電極間の電位差の絶対値によって決定される。このため、正電位側の波高値と負電位側の波高値が同一となる矩形波の交流電圧であれば、絶縁部材の帯電を防止するだけでなく、可撓性部材と対向電極間に働く静電引力を常に一定にすることが可能となり、可撓性部材の変形形状をより安定したものにすることができる。
【０１６０】
請求項５に記載の様に、交流電圧の極性の変化する周期を時定数τ＝ρ・εiεoより短くすれば、絶縁部材が正負どちらか一方の極性に帯電する以前に、印加電圧の極性が変化することになり、より確実に絶縁部材の帯電を防止することができる。
【０１６１】
次に、請求項６に記載のアクチュエータでは、可撓性部材と対向電極間に光導電性部材を介在させているので、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加して、可撓性部材を変形させているときには、光導電性部材に光を照射せずに、この光伝導性部材を可撓性部材と対向電極間のリーク防止用の絶縁部材として用いることができ、また、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加せず、可撓性部材を変形させないときには、光導電性部材に光を照射して、この光導電性部材を可撓性部材と対向電極間の余分な静電気を除電する導電部材として用いることができる。
【０１６２】
請求項８に記載の様に、対向電極は透明であっても良い。この場合、光導電性部材ヘの光照射を対向電極を介して行えるようになり、アクチュエータの小型化が可能となると共に、他の光学系への光のもれをなくすことができる。
【０１６３】
請求項９に記載の様に、対向電極側で、可撓性部材の弾性変形を許容する空間を形成する参照面を更に備えていれば、可撓性部材の変形形状が参照面の形状で決定されるため、その変形形状が環境温湿度に影響されることなく再現性の良いものとなる。また、参照面を凸面や凹面、あるいはこの両者を含む形状とすることにより、可撓性部材を凹面のみでなく、任意の形状に変形させることができる。
【０１６４】
請求項１０に記載の様に、可撓性部材と参照面の少なくとも一方に、可撓性部材と参照面間に存在する空気を逃がすための空気孔を形成すれば、可撓性部材と参照面間の空気を逃がすことができ、可撓性部材が変形し易くなり、かつ可撓性部材がより速やかに変形する。
【０１６５】
請求項１１に記載の様に、参照面の外周に、可撓性部材を該参照面に対して位置決めする平坦部を設ければ、参照面の外周の平坦部に、可撓性部材の周縁を当接することによって、可撓性部材と参照面の平行性を調整しつつ、この可撓性部材を容易に配置することができる。
【０１６６】
請求項１２に記載の様に、平坦部が参照面の頂点位置よりも低い位置に形成すれば、可撓性部材を参照面に接近させて配置するときに、参照面の頂点位置が可撓性部材に最も先に接触するため、参照面と可撓性部材の位置関係を容易に知ることが可能となる。
【０１６７】
請求項１４に記載の様に、支持手段が単結晶シリコンからなり、可撓性部材が、単結晶シリコンに不純物をドーピングしてなるものであれば、支持手段と可撓性部材同一材料の単結晶シリコンから形成するので、両者の熱膨張係数の差が小さくなり、環境温度の変動による影響を受け難くなる。また、半導体の製造プロセスを応用すれば、支持手段及び可撓性部材を一括して製造することが可能であり、支持手段及び可撓性部材として高精度で安価なものを得ることができる。
【０１６８】
請求項１５に記載の様に、可撓性部材の表面に金属反射膜を形成すれば、任意の波長の光に対して高反射率のミラーを得ることができる。
【０１６９】
次に、請求項２１または２２に記載の変形可能ミラーの組立て方法では、参照面外周の平坦部と可撓性部材間の平行状態を光学的に検出しつつ、両者間を平行に調整しているので、参照面外周の平坦部と可撓性部材の周縁を圧接して、両者間を平行に調整する場合に比べると、より精度良く、より容易に参照面と可撓性部材間の平行度を調整することができる。また、参照面と可撓性部材間の非接触での調整が可能であり、可撓性部材に余分な応力が加わらずに済み、可撓性部材が変形させないときの該可撓性部材の形状をより高精度に設定することが可能となる。
【０１７０】
次に、請求項２３または２４に記載の変形可能ミラーの組立て装置では、参照面の頂点位置と可撓部材の接触を接触させてから、支持手段と参照面を僅かに離間しているので、両者間の相対位置を高精度に決めることができる。
【０１７１】
次に、本発明による記載の光学装置では、可撓性部材と対向電極間にあるリーク防止用の絶縁部材が正負のどちらか一方の極性に帯電することがなく、帯電した絶縁部材と可撓性部材間に斥力が発生せずに済み、可撓性部材の変形形状が安定するので、アクチュエータの動作により、反射方向の異なる複数の光を安定して出射することができる。
【０１７２】
また、本発明による光学装置では、可撓性部材と対向電極間に電圧を印加せず、可撓性部材を変形させないときには、光導電性部材に光を照射して、この光導電性部材を可撓性部材と対向電極間の余分な静電気を除電する導電部材として用いることができるので、可撓性部材の変形形状が安定し、アクチュエータの動作により、反射方向の異なる複数の光を出射することができる。また、特に可撓性部材の無変形時には、この可撓性部材を高精度のミラーとして作用させることができる。
【０１７３】
請求項１７に記載の様に、アクチュエータの可撓性部材の変形により、入射光に球面収差を与えれば、アクチュエータの動作により、球面収差の加えられた光を安定して出射することができる。
【０１７４】
請求項１８に記載の様に、アクチュエータの可撓性部材の変形により、光学部材のレンズを通過した光の焦点を変化させれば、アクチュエータの動作により、焦点の異なる光を安定して出射することができる。
【０１７５】
請求項１９に記載の様に、アクチュエータの可撓性部材の変形により、光学部材のレンズの開口数を変化させれば、アクチュエータの動作により、開口数の異なるレンズを通過した光を安定して出射することができる。
【０１７６】
請求項２０に記載の様に、アクチュエータの可撓性部材の変形により、この可撓性部材に入射した入射光の球面収差、光学部材のレンズを通過した光の焦点、及び該レンズの開口数のうちの少なくとも２つ以上を同時に変化させれば、アクチュエータの動作により、入射光の球面収差、レンズの焦点、開口数のいずれか２つ以上を同時に変調してなる光を安定して出射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の変形可能ミラーの第１実施形態を概略的に示す主要断面図
【図２】図１の変形可能ミラーにおけるミラー基板の製造工程を示しており、（ａ）はシリコン基板にシリコン熱酸化膜を形成する工程を示し、（ｂ）はボロンドープ層を形成する工程を示し、（ｃ）はシリコン熱酸化膜をパターニングする工程を示し、（ｄ）はシリコン基板のエッチング工程を示し、（ｅ）はシリコン熱酸化膜の除去工程を示し、（ｆ）は反射膜の形成工程を示す
【図３】この発明の変形可能ミラーの組立装置の一実施形態を概略的に示す図
【図４】図１の変形可能ミラーにおける可撓性部材と対向電極間の作用を説明するために用いた図
【図５】変形可能ミラーに起こり得る問題点を説明するために用いた図
【図６】（ａ）は交流電圧波形の一例を示すグラフ、（ｂ）は静電引力を示すグラフ
【図７】（ａ）は交流電圧波形の他の例を示すグラフ、（ｂ）は静電引力を示すグラフ
【図８】（ａ）は交流電圧波形の別の例を示すグラフ、（ｂ）は静電引力を示すグラフ
【図９】図１の変形可能ミラーにおける可撓性部材と対向電極を含む回路を等価的に表す等価回路
【図１０】この発明を適用しうるカンチレバーを示す斜視図
【図１１】（ａ）は図１の変形可能ミラーにおける参照基板を例示する平面図、（ｂ）は断面図
【図１２】この発明の変形可能ミラーの第２実施形態を示す断面図
【図１３】この発明の変形可能ミラーの第３実施形態を示す断面図
【図１４】図１３の変形可能ミラーの変形例を示す断面図
【図１５】この発明の光学装置の一実施形態を示すブロック図
【図１６】（ａ）は入射光に球面収差を与える参照面の一例を示す断面図、（ｂ）は対物レンズの光学的焦点を変化させる参照面の一例を示す断面図、（ｃ）は対物レンズの開口数を変化させる参照面の一例を示す断面図、（ｄ）は光ビームに球面収差を与えると同時に、対物レンズの開口数を変化させる参照面の一例を示す断面図
【図１７】（ａ）は従来の焦点可変ミラーを示す断面図、（ｂ）は断面図
【図１８】従来の変形可能ミラーを示す断面図
【符号の説明】
１ 変形可能ミラー
２ ミラー基板
３ 参照基板
４ 電圧印加部
５ 可撓性部材
６ 基板枠
７ 参照面
８ 対向電極
９ 絶縁部材
１１ シリコン基板
１２ ボロンドープ層
１５ 参照面支持部材
１６ 移動機構
１７ ミラー支持部材
１８ 傾き調整機構
１９ 変形検出装置
１０１ 半導体レーザー
１０２ コリメータレンズ
１０４ ビームスプリッター
１０５ ４分の１波長板
１０６ 対物レンズ
Claims (24)
- 弾性変形可能な可撓性部材と、
前記可撓性部材と対向して配置された対向電極と、
前記可撓性部材と前記対向電極との間に介在する絶縁部材と、
前記可撓性部材と前記対向電極との間に極性の変化する交流電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記可撓性部材と前記絶縁部材との間の少なくとも一部に前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間が設けられており、前記可撓性部材は、前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加される交流電圧による静電引力によって変形し、前記電圧印加手段は、前記可撓性部材が前記絶縁部材に吸着するように、前記交流電圧を前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加し、前記可撓性部材が前記絶縁部材に吸着している間、前記交流電圧の極性は、前記可撓性部材の吸着する前記絶縁部材が帯電しないように切替られる、アクチュエータ。 - 請求項１に記載のアクチュエータにおいて、前記可撓性部材を支持する支持手段をさらに備えるアクチュエータ。
- 請求項１に記載のアクチュエータにおいて、前記交流電圧は矩形波であるアクチュエータ。
- 請求項３に記載のアクチュエータにおいて、前記矩形波の交流電圧は、正電位側の波高値と負電位側の波高値が同一であるアクチュエータ。
- 請求項１乃至４のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記交流電圧の極性の変化する周期は、前記絶縁部材の体積抵抗率をρ、比誘電率をεｉ、真空の誘電率をεｏとした時、時定数τ＝ρ・εｉεｏより短いアクチュエータ。
- 弾性変形可能な可撓性部材と、
前記可撓性部材と対向して配置された対向電極と、
前記可撓性部材と前記対向電極との間に介在し、光が照射されると、絶縁体から導電体へと変化する光導電性部材と、
前記光導電性部材に光を照射する光照射装置と、
前記可撓性部材と前記対向電極との間に、電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記可撓性部材と前記光導電性部材との間の少なくとも一部に前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間が設けられており、
前記可撓性部材は、前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加される電圧による静電引力によって変形し、
前記電圧印加手段は、前記可撓性部材が前記光導電性部材に吸着するように、電圧を前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加し、前記電圧の印加を止めると、前記光照射装置は前記光導電性部材に光を照射する、アクチュエータ。 - 請求項６に記載のアクチュエータにおいて、前記可撓性部材を支持する支持手段をさらに備えるアクチュエータ。
- 請求項６に記載のアクチュエータにおいて、前記対向電極は透明であるアクチュエータ。
- 請求項１または６に記載のアクチュエータにおいて、前記対向電極が参照基板の表面に設けられており、該表面が凹凸面を有する参照面である、アクチュエータ。
- 請求項９に記載のアクチュエータにおいて、前記可撓性部材と前記絶縁部材又は前記光導電性部材との少なくとも一方に前記可撓性部材と前記絶縁部材又は前記光導電性部材との間に存在する空気を逃がすための空気孔を有するアクチュエータ。
- 請求項９又は１０に記載のアクチュエータにおいて、前記参照面の外周に、前記可撓性部材を前記参照面に対して位置決めする平坦部を設けたアクチュエータ。
- 請求項１１に記載のアクチュエータにおいて、前記平坦部が前記参照面の頂点位置よりも低い位置に形成されたアクチュエータ。
- 請求項１１に記載のアクチュエータにおいて、前記可撓性部材の表面に反射膜が設けられるアクチュエータ。
- 請求項２又は７に記載のアクチュエータにおいて、前記支持手段は、前記可撓性部材に引っ張り応力を与えて前記可撓性部材を保持するものであって、単結晶シリコンからなり、
前記可撓性部材は、単結晶シリコンに不純物をドーピングしてなるアクチュエータ。 - 請求項１３に記載のアクチュエータにおいて、前記反射膜が金属反射膜であるアクチュエータ。
- 請求項１３に記載のアクチュエータと、前記アクチュエータに対して光を入出力する光学部材とを備える、光学装置。
- 請求項１６に記載の光学装置において、前記アクチュエータは、前記可撓性部材の変形により、入射光に球面収差を与える光学装置。
- 請求項１６に記載の光学装置において、前記光学部材は、前記アクチュエータの前記反射膜によって反射された光が通過するレンズを有し、
前記アクチュエータは、前記可撓性部材の変形により、前記光学部材のレンズを通過した光の焦点を変化させる光学装置。 - 請求項１６に記載の光学装置において、前記光学部材は、前記アクチュエータの前記反射膜によって反射された光が通過するレンズを有し、
前記アクチュエータは、前記可撓性部材の変形により、前記光学部材のレンズの開口数を変化させる光学装置。 - 請求項１６に記載の光学装置において、前記光学部材は、前記アクチュエータの前記反射膜によって反射された光が通過するレンズを有し、
前記アクチュエータは、前記可撓性部材の変形により、前記反射膜に入射した入射光の球面収差、前記光学部材のレンズを通過した光の焦点、及び前記レンズの開口数のうちの少なくとも２つ以上を同時に変化させる光学装置。 - 変形可能ミラーを組み立てるための組立て方法であって、
前記変形可能ミラーは、
弾性変形可能な可撓性部材と、
前記可撓性部材と対向して配置された対向電極と、
前記可撓性部材と前記対向電極との間に介在する絶縁部材と、
前記可撓性部材と前記対向電極との間に極性の変化する交流電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記絶縁部材の外周に、前記可撓性部材を前記絶縁部材に対して位置決めする平坦部が設けられており、
前記可撓性部材と前記絶縁部材との間の少なくとも一部に前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間が設けられており、前記可撓性部材は、前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加される交流電圧による静電引力によって変形し、前記電圧印加手段は、前記可撓性部材が前記絶縁部材に吸着するように、前記交流電圧を前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加する、変形可能ミラーを組み立てるための組立て方法において、
前記絶縁部材外周の平坦部と前記可撓性部材との間の平行状態を光学的に検出しつつ、前記絶縁部材外周の平坦部と前記可撓性部材との間を平行に調整する変形可能ミラーの組立て方法。 - 変形可能ミラーを組み立てるための組立て方法であって、
前記変形可能ミラーは、
弾性変形可能な可撓性部材と、
前記可撓性部材と対向して配置された対向電極と、
前記可撓性部材と前記対向電極との間に介在し、光が照射されると、絶縁体から導電体へと変化する光導電性部材と、
前記光導電性部材に光を照射する光照射装置と、
前記可撓性部材と前記光導電性部材との間に、電圧を印加する電圧印加手段とを備え 、
前記光導電性部材の外周に、前記可撓性部材を前記光導電性部材に対して位置決めする平坦部が設けられており、
前記可撓性部材と前記対向電極との間の少なくとも一部に前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間が設けられており、前記可撓性部材は、前記電圧印加手段によって前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加される電圧による静電引力によって変形して前記光導電性部材に吸着し、前記電圧印加手段が前記電圧の印加を止めると、前記光照射装置は前記光導電性部材に光を照射する、変形可能ミラーを組み立てるための組立て方法において、
前記光導電性部材外周の平坦部と前記可撓性部材との間の平行状態を光学的に検出しつつ、前記光導電性部材外周の平坦部と前記可撓性部材との間を平行に調整する変形可能ミラーの組立て方法。 - 変形可能ミラーの組立て装置であって、
前記変形可能ミラーは、
弾性変形可能な可撓性部材と、
参照基板と、
該参照基板の表面に設けられ、前記可撓性部材と対向して配置された対向電極と、
前記可撓性部材と前記対向電極との間に介在し、該対向電極上に配置された絶縁部材と、
前記可撓性部材と前記対向電極との間に極性の変化する交流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記可撓性部材を支持する支持手段とを備え、
前記可撓性部材と前記絶縁部材との間の少なくとも一部に前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間が設けられており、前記可撓性部材は、前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加される交流電圧による静電引力によって変形し、前記電圧印加手段は、前記可撓性部材が前記絶縁部材に吸着するように、前記交流電圧を前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加する、前記変形可能ミラーを組み立てるための組立て装置において、
前記支持手段を保持する第１保持手段と、
前記参照基板を保持する第２保持手段と、
前記第１保持手段及び前記第２保持手段の少なくとも一方を移動させる移動手段と、
前記絶縁部材の頂点位置と前記可撓性部材の接触による前記可撓性部材の変形を検出する変形検出手段とを備え、
前記可撓性部材と前記絶縁部材とが接触する方向に前記第１保持手段及び前記第２保持手段の少なくとも一方を前記移動手段にて移動させて、前記変形検出手段により前記可撓性部材の変形が検出された後、前記移動手段により前記絶縁部材と前記可撓性部材とを所定の間隔となるように移動させる、変形可能ミラーの組立て装置。 - 変形可能ミラーの組立て装置であって、
前記変形可能ミラーは、
弾性変形可能な可撓性部材と、
参照基板と、
該参照基板の表面に設けられ、前記可撓性部材と対向して配置された対向電極と、
前記可撓性部材と前記対向電極との間に介在して該対向電極上に配置され、光が照射されると、絶縁体から導電体へと変化する光導電性部材と、
前記光導電性部材に光を照射する光照射装置と、
前記可撓性部材と前記対向電極との間に、電圧を印加する電圧印加手段と、
前記可撓性部材を支持する支持手段とを備え、
前記可撓性部材と前記光導電性部材との間の少なくとも一部に前記可撓性部材の弾性変形を許容する空間が設けられており、前記可撓性部材は、前記電圧印加手段によって前記可撓性部材と前記対向電極との間に印加される電圧による静電引力によって変形して前記光導電性部材に吸着し、前記電圧印加手段が前記電圧の印加を止めると、前記光照射装置は前記光導電性部材に光を照射する、前記変形可能ミラーを組み立てるための組立て装置において、
前記支持手段を保持する第１保持手段と、
前記参照基板を保持する第２保持手段と、
前記第１保持手段及び前記第２保持手段の少なくとも一方を移動させる移動手段と、
前記光導電性部材の頂点位置と前記可撓性部材の接触による前記可撓性部材の変形を検出する変形検出手段とを備え、
前記可撓性部材と前記光導電性部材とが接触する方向に前記第１保持手段及び前記第２保持手段の少なくとも一方を前記移動手段にて移動させて、前記変形検出手段により前記可撓性部材の変形が検出された後、前記移動手段により前記光導電性部材と前記可撓性部材とを所定の間隔となるように移動させる、変形可能ミラーの組立て装置。
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