JP4602722B2 - 可変形状鏡 - Google Patents

Description

本発明は曲率を連続的に可変させる可変形状鏡に係り、特に、半導体技術を応用した小型の可変形状鏡に関する。

近年、ＭＥＭＳ技術を用いた可変形状鏡が注目されている。例えば特開平２−１０１４０２号公報で開示されている可変形状鏡がそのひとつである。この可変形状鏡は、図３２に示されるように、半導体基板１には絶縁薄膜２を介して電極層３が形成されている。半導体基板１には、絶縁薄膜２と電極層３の中央部５が厚さ方向へ変位し得るように、空所４が形成されている。空所４の底面には、絶縁薄膜６を介して電極層７が形成されている。電極層３と電極層７は互いに対向する一対の電極を構成している。電極層３は反射面を兼ねている。反射面は、電極層３と電極層７に電圧を印加した際に生じる静電吸引力により凹状に変形する。
特開平２−１０１４０２号公報

ＭＥＭＳ技術を用いた可変形状鏡はその応用範囲を広げ、様々な光学系に適用されようとしている。その中には従来では考えられないような反射鏡部の大変形などがあるが、従来例ではその解決策について触れられていない。

具体的には、例えば図３２に示した可変形状鏡において、反射面を大きく変形させると、矢印で示されるように、反射面の面内方向に強い引っ張りの内部応力が発生する。このため、変形量が増えるにつれて、より大きな駆動力が必要となる。すなわち、反射面の変形に伴って発生する引っ張り応力が反射面の大変形を阻害している。

本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、反射面が大変形可能な可変形状鏡を提供することである。

本発明の可変形状鏡は、反射面が形成された第一変形部と、第一変形部を取り囲んでいる、第一変形部よりも機械的剛性が低い第二変形部と、第二変形部の外周部を固定している固定部と、第一変形部に作用して、第一変形部および第二変形部を変形させるための変形手段と、変形手段の作用領域より内周の第一変形部の主たる変形方向への変形を許容しつつ、変形手段の作用領域より外周の第一変形部の主たる変形方向を拘束するための拘束手段とを備えている。

本発明によれば、反射面が大変形可能な可変形状鏡が提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

第一実施形態
第一実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第一実施形態による可変形状鏡の上面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

図１と図２に示されるように、本実施形態の可変形状鏡１００はミラー基板１１０と電極基板１３０とから構成されており、ミラー基板１１０と電極基板１３０は互いに接合されている。

図３は、図１に示されたミラー基板の上面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。

図３と図４に示されるように、ミラー基板１１０は、可撓性薄膜部１１２と、可撓性薄膜部１１２を取り囲んでいる接続部１１４と、接続部１１４の外周部を固定している固定部１１６とを備えている。可撓性薄膜部１１２は、上面（図３において上側に当たる面）に反射面１１８が設けられている。ミラー基板１１０はシリコン基板から作製されている。可撓性薄膜部１１２と接続部１１４は共に固定部１１６から延在するポリイミド薄膜から構成されている。接続部１１４は、メッシュ状となるように多数の貫通孔が設けられており、可撓性薄膜部１１２よりも機械的な剛性が低い。可撓性薄膜部１１２と接続部１１４は、反射面１１８が形成された面の反対側の全面（固定部１１６に至るまで）に、ＧＮＤ用導電性薄膜１２２が設けられている。ＧＮＤ用導電性薄膜１２２は、後述する可撓性薄膜部１１２を変形させる静電駆動機構におけるＧＮＤ層を構成している。

図５は、図１に示された電極基板の上面図である。図６は、図５のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。

図５と図６に示されるように、電極基板１３０は、可撓性薄膜部１１２と接続部１１４に対向する部分に静電ギャップに相当する窪み１３２が設けられ、可撓性薄膜部１１２の外周に対向する位置に周回状の突起１３４が設けられている。さらに電極基板１３０は、突起１３４によって囲まれた領域に駆動電極１３８が設けられている。駆動電極１３８は、突起１３４を越えて延びている駆動電極用配線１４０を介して、駆動電極用引き出し電極１４２に電気的に接続されている。電極基板１３０は、ミラー基板１１０と接合された際に固定部１１６と対向する接合部１３６に、導電性薄膜１４４が設けられている。導電性薄膜１４４は配線１４６を介してＧＮＤ用引き出し電極１４８に電気的に接続されている。電極基板１３０はシリコン基板から作製されている。電極基板１３０はミラー基板１１０よりも大きく、図１に示されるように、駆動電極用引き出し電極１４２とＧＮＤ用引き出し電極１４８は、電極基板１３０にミラー基板１１０が接合された際にミラー基板１１０からはみ出す部分に設けられている。

図１と図２に示されるように、ミラー基板１１０と電極基板１３０は、可撓性薄膜部１１２と駆動電極１３８が対向するように、固定部１１６と接合部１３６を接して接合されている。これにより、ミラー基板１１０の可撓性薄膜部１１２は電極基板１３０の導電性薄膜１４４と電気的に接続されている。ミラー基板１１０の可撓性薄膜部１１２上に位置するＧＮＤ用導電性薄膜１２２の部分と電極基板１３０の駆動電極１３８とは互いに間隔を置いて対向しており、可撓性薄膜部１１２と接続部１１４を変形させるための変形手段を構成している。言い換えれば、可撓性薄膜部１１２上に位置している導電性薄膜１４４の部分は、駆動電極１３８に対する対向電極として機能し、両者は可撓性薄膜部１１２を静電力により変形させる静電駆動機構を構成している。また電極基板１３０の突起１３４は、可撓性薄膜部１１２の下面（反射面１１８の反対側の面）に先端が接触可能であり、ミラー基板１１０の接続部１１４の主たる変形方向を拘束するための拘束手段を構成している。

次に本実施形態の可変形状鏡１００の作製方法を説明する。

まず図７を参照してミラー基板１１０の作製方法を示す。ミラー基板１１０はシリコン基板を基材として作製される。まず図７（Ａ）に示されるように、シリコン基板１５２の両面にＬＰＣＶＤを用いてシリコン窒化膜１５４と１５６を形成する。次いで、裏面に形成されたシリコン窒化膜１５４をパターニングし、可撓性薄膜部１１２と接続部１１４を露出させるための貫通孔を形成するためのマスクを形成する。表面に形成されたシリコン窒化膜１５６は、裏面からシリコン基板１５２をエッチングして除去するときのエッチストップ層として、すなわちエッチングを終了させるために用いられる。次に図７（Ｂ）示されるように、表面のシリコン窒化膜１５６の上にポリイミド膜１５８を形成する。ポリイミド膜１５８は、後に可撓性薄膜部１１２と接続部１１４になる。ポリイミドは有機物であり柔らかい材料であるため、可撓性薄膜部１１２を大きく変形させるに有利である。続いて図７（Ｃ）に示されるように、ポリイミド膜１５８の接続部１１４になる部分に多数の貫通孔を形成してメッシュ状にする。これにより、接続部１１４の機械的な剛性が下がる。さらに図７（Ｄ）に示されるように、ポリイミド膜１５８の全面にスパッタによりアルミ膜などの導電性薄膜１６２を形成する。導電性薄膜１６２は、ＧＮＤ用導電性薄膜１２２になる。導電性薄膜１６２は、可撓性薄膜部１１２の機械的な剛性を増す要因となるため、なるべく薄く形成することが望ましい。次に図７（Ｅ）に示されるように、シリコン基板１５２を裏面から異方性エッチングによって除去する。エッチングは、表面に形成されたシリコン窒化膜１５６で止まる。図７（Ｆ）に示されるように、エッチングストップ層として用いたシリコン窒化膜１５６をプラズマエッチング装置で除去する。続いて図７（Ｇ）に示されるように、メタルマスクを用いて反射面１１８となるアルミ膜１６４を形成する。図示はしないがアルミ膜１６４の上にさらに酸化防止用のシリコン酸化膜を形成してもよい。

次に図８を参照して電極基板の作製方法を示す。まず図８（Ａ）に示されるように、シリコン基板１７２を用意する。次に図８（Ｂ）に示されるように、シリコン基板１７２の両面にシリコン酸化膜１７４と１７６を形成する。次いで、表面に形成されたシリコン酸化膜１７４を、後に突起１３４と接合部１３６になる部分を除いて除去する。突起部分は円周状になっているため、異方性エッチングによってシリコン基板１７２を加工する場合には突起部分には補償パターンが必要になる。続いて図８（Ｃ）に示されるように、パターニングされたシリコン酸化膜１７４をマスクにしてシリコン基板１７２を除去して、窪み１３２に相当する窪み１７８と突起１３４に相当する突起１８０とを形成する。窪み１７８の深さは、反射面１１８の変形量に応じて決定される。特にＰｕｌｌ−ｉｎ現象（可撓性薄膜部１１２の駆動電極への引き込み現象）を考慮して、窪み１７８は、可撓性薄膜部１１２の最大変位量の三倍以上の深さに形成する。窪み１７８は静電駆動における静電ギャップに相当する。突起１３４となる突起１８０は図示するように先端が鋭利に形成され、できれば接合部と同じ高さであることが望ましい。窪み１３２の形成後、いったんシリコン酸化膜１７４と１７６を除去し、図８（Ｄ）に示されるように、再度全面にシリコン酸化膜１８２を絶縁層として形成する。さらに図８（Ｅ）に示されるように、メタルマスクを用いて、導電性薄膜１４４と配線１４６とＧＮＤ用引き出し電極１４８に相当する金属膜１８６と、駆動電極１３８と駆動電極用配線１４０と駆動電極用引き出し電極１４２に相当する金属膜１８４とを形成する。この工程には例えばスパッタ装置などが用いられアルミニウムなどが成膜される。さらに、図示はしないが、駆動電極部分はＰｕｌｌ−ｉｎ時のショートを避ける目的で、シリコン酸化膜などを成膜して絶縁を図る。

図９（Ａ）に示されるようにミラー基板１１０と電極基板１３０のアライメントを行なう。次いで図９（Ｂ）に示されるようにミラー基板１１０と電極基板１３０とを導電性ペーストなどを用いた導電性の接合法により接合する。接合時に突起１３４はミラー基板１１０の可撓性薄膜部１１２上に形成されたＧＮＤ用導電性薄膜１２２に接触可能であればよいが、突起先端から薄膜までの間隔は狭いことが望ましい。

次に本実施形態の可変形状鏡１００の動作について説明する。

図１０は、図１に示された可変形状鏡の反射面を変形させる静電駆動のために電圧を印加する構成を示している。図１１は、図１０による電圧印加に対応して反射面が変形する様子を示している。

図１０に示されるように、ＧＮＤ用引き出し電極１４８と駆動電極用引き出し電極１４２の間に、直流電源１９２とスイッチ１９４が直列に設けられている。スイッチ１９４を閉じてＧＮＤ用引き出し電極１４８と駆動電極用引き出し電極１４２の間に駆動電圧が印加されると、図１１に示されるように、反射面１１８を有する可撓性薄膜部１１２は駆動電極１３８に向かって変形する。本明細書では、この変形方向を主たる変形方向と呼び、実際には反射面内に発生する伸び方向の変形などと区別する。接続部１１４はメッシュ状になっているため、可撓性薄膜部１１２よりも剛性が全体的に低い。このため、駆動力によって、可撓性薄膜部１１２が変形する前に接続部１１４が変形してしまう可能性がある。しかし、可撓性薄膜部１１２に成膜されたＧＮＤ用導電性薄膜１２２が可撓性薄膜部１１２の外周で突起１３４に接触するため、可撓性薄膜部１１２の外周より外側に位置する接続部１１４は突起１３４により反射面の変形方向には変形できない。

突起１３４の先端は鋭利に形成されているとよく、これにより、可撓性薄膜部１１２のＧＮＤ用導電性薄膜１２２との接触領域が少なくなる。これにより、可撓性薄膜部１１２の変形時に発生する突起１３４と可撓性薄膜部１１２の間の摩擦を最小限に抑えることができ、可撓性薄膜部１１２が滑らかに変形できるようになる。接続部１１４に形成されたメッシュは可撓性薄膜部１１２の面内方向に発生する引っ張り応力を緩和する方向に変形するため、可撓性薄膜部１１２に発生する引っ張り応力は大きく低減される。具体的には、図１１に示されるように、メッシュがその面内方向に伸びることにより引っ張り応力を緩和できるため、可撓性薄膜部１１２（すなわち反射面１１８）が大きく変形することができる。

これまでの説明から分かるように、本実施形態の可変形状鏡１００では、可撓性薄膜部１１２の変形時に接続部１１４に形成されたメッシュ部分の貫通孔が広がることにより可撓性薄膜部１１２に生じる引っ張り応力を緩和することができ、容易に可撓性薄膜部１１２を大きく変形させることができる。

本実施形態の各構成は、当然、各種の変形や変更が可能である。

図１２は、本発明の第一実施形態の変形例による電極基板を示している。図１２に示されるように、本変形例の電極基板１３０Ａでは、突起１３４Ａは、駆動電極１３８から延びている駆動電極用配線１４０が通る部分が取り除かれている。上述した実施形態では、突起１３４はその先端が鋭い方が可撓性薄膜部１１２を滑らかに変形させることができるが、突起１３４を越えて延びている駆動電極用配線１４０を断線させるおそれがあり、良好な突起１３４の作製は非常に困難である。そこで本変形例では、突起１３４を形成した後に駆動電極用配線１４０を形成する部分を除去して、駆動電極用配線１４０が通る部分が取り除かれた突起１３４Ａを形成し、その後で駆動電極用配線１４０を形成することにより断線の問題を回避している。ただし、突起１３４Ａは反射面１１８の変形形状に対して、特に反射面の外周近傍の変形形状に大きく影響を与える。突起１３４Ａの取り除かれた部分近くの反射面の変形形状が悪くなる可能性があるため、取り除く部分は必要最小限に抑えることが望ましい。すなわち、本変形例の電極基板１３０Ａは、駆動電極用配線１４０の断線が発生しにくく、作製も容易である。

図１３は、本発明の第一実施形態の別の変形例による電極基板を示している。図１３に示されるように、本変形例の電極基板１３０Ｂでは、駆動電極は九つの電極部分１３８ａ〜１３８ｉからなり、電極部分１３８ａ〜１３８ｉは互いに電気的に独立している。電極部分１３８ａ〜１３８ｉは、それぞれ、駆動電極用配線１４０ａ〜１４０ｉを介して駆動電極用引き出し電極１４２ａ〜１４２ｉに電気的に接続されている。このように駆動電極が複数の電極部分１３８ａ〜１３８ｉから構成されている場合、単一の駆動電極によっては実現できない複雑な反射面形状を実現することができる。例えば、図１４は、すべての電極部分１３８ａ〜１３８ｉに同じ電圧を印加したときの可撓性薄膜部１１２を上方から見た様子を示している。この駆動に対しては、反射面１１８は、光軸１１８ａが中心に位置する凹面に変形する。これは、単一の駆動電極を用いた駆動によって得られる形状と同様である。それに対して図１５は、右上の電極部分１３８ｉに大電圧を印加し、その他の電極部分１３８ａ〜１３８ｈには右上の電極部分１３８ｉに印加した電圧よりも低い電圧を等しく印加したときの可撓性薄膜部１１２を上方から見た様子を示している。この駆動に対しては、反射面１１８は、図１５から分かるように、光軸１１８ａが右上方に移動した凹面状の曲面に変形する。また図１６は、中段の三つの電極部分１３８ｃと１３８ｆと１３８ｈに大電圧を印加し、その他の電極部分１３８ａと１３８ｂと１３８ｄと１３８ｅと１３８ｇと１３８ｉには中段の三つの電極部分１３８ｃと１３８ｆと１３８ｈに印加した電圧よりも低い電圧を等しく印加したときの可撓性薄膜部１１２を上方から見た様子を示している。この駆動に対しては、反射面１１８は、図１６から分かるように、円筒面に似た曲面に変形する。このように本変形例の電極基板１３０Ｂを用いれば、反射面１１８の変形形状を自由に変えることができ、可変形状鏡の適応領域を大きく広げることができる。

図１７は、本発明の第一実施形態の変形例によるミラー基板の上面図である。図１８は、図１７のＤ−Ｄ’線に沿った断面図である。図１７と図１８に示されるように、本変形例のミラー基板１１０Ａでは、可撓性薄膜部１１２Ａは、第一薄膜層１２０ａと第二薄膜層１２０ｂからなる二層構造の積層体で構成されており、接続部１１４Ａは、可撓性薄膜部１１２Ａを構成している積層体の一部すなわち第一薄膜層１２０ａで構成されている。つまり、第一薄膜層１２０ａは固定部１１６と接続部１１４と可撓性薄膜部１１２の全体に形成されているが、第二薄膜層１２０ｂは固定部１１６と可撓性薄膜部１１２の部分だけに形成されている。第二薄膜層１２０ｂは、第一薄膜層１２０ａと同様に固定部１１６と接続部１１４と可撓性薄膜部１１２の全体に形成した後、接続部１１４上に位置する部分を除去して形成されている。このように、可撓性薄膜部１１２は第一薄膜層１２０ａと第二薄膜層１２０ｂとで構成されているが、接続部１１４は第一薄膜層１２０ａだけで構成されているため、接続部１１４の機械的な剛性は可撓性薄膜部の機械的な剛性よりも小さい。第一薄膜層１２０ａは第二薄膜層１２０ｂの材料よりも柔らかい材料で形成されることが望ましい。本変形例のミラー基板１１０Ａでは、接続部１１４Ａはメッシュ状にする貫通孔が設けられないため、接続部全面で可撓性薄膜部１１２を支持することができる。また、接続部１１４Ａは、メッシュ状の接続部１１４と比較して、疲労などの面で有利であり、また作製も容易である。本変形例の接続部１１４Ａの構造は、ポリイミド膜は疲労の影響を大きく受けるため、特にポリイミド膜で構成される場合に有利である。

第二実施形態
第二実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態は、接続部の反射面の変形方向への拘束を電磁力を用いて行なう構成に向けられている。

図１９は、本発明の第二実施形態による可変形状鏡の上面図である。図２０は、図１９のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。

図１９と図２０に示されるように、本実施形態の可変形状鏡２００はミラー基板２１０と電極基板２３０と磁石基板２５０とから構成されており、ミラー基板２１０と電極基板２３０と磁石基板２５０とは互いに接合されている。

図２１は、図１９に示されたミラー基板の上面図である。図２２は、図２１のＦ−Ｆ’線に沿った断面図である。

図２１と図２２に示されるように、ミラー基板２１０は、可撓性薄膜部２１２と、可撓性薄膜部２１２を取り囲んでいる接続部２１４と、接続部２１４の外周部を固定している固定部２１６とを備えている。可撓性薄膜部２１２には、上面（図３において上側に当たる面）に反射面２１８が形成されている。ミラー基板２１０はシリコン基板から作製されている。可撓性薄膜部２１２と接続部２１４は共に固定部２１６から延在するポリイミド薄膜から構成されている。接続部２１４は、メッシュ状となるように多数の貫通孔が設けられており、可撓性薄膜部２１２よりも機械的な剛性が低い。可撓性薄膜部２１２と接続部２１４は、反射面２１８が形成された面の反対側の全面（固定部２１６に至るまで）に、導電性薄膜２２２が設けられている。導電性薄膜２２２は、後述する可撓性薄膜部２１２を変形させる静電駆動機構におけるＧＮＤ層を構成している。反射面２１８は可撓性薄膜部２１２よりも小さく、可撓性薄膜部２１２内で反射面２１８の外側に反射面２１８の外周を周回するコイル２２４が形成されている。コイル２２４は、接続部２１４と固定部２１６の上を延びているコイル用配線２２６を介して、固定部２１６の上面に設けられたコイル用引き出し電極２２８に電気的に接続されている。

図２３は、図１９に示された電極基板の上面図である。図２４は、図２３のＧ−Ｇ’線に沿った断面図である。

図２３と図２４に示されるように、電極基板２３０は、可撓性薄膜部２１２と接続部２１４に対向する部分に静電ギャップに相当する窪み２３２が設けられている。また電極基板２３０は、ミラー基板２１０と接合された際に可撓性薄膜部２１２と対向する部分に、駆動電極２３８が設けられている。駆動電極２３８は、駆動電極用配線２４０を介して、駆動電極用引き出し電極２４２に電気的に接続されている。さらに電極基板２３０は、ミラー基板２１０と接合された際に固定部２１６と対向する接合部２３６に、導電性薄膜２４４が設けられている。導電性薄膜２４４は配線２４６を介してＧＮＤ用引き出し電極２４８に電気的に接続されている。電極基板２３０はシリコン基板から作製されている。電極基板２３０はミラー基板２１０よりも大きく、図１９に示されるように、駆動電極用引き出し電極２４２とＧＮＤ用引き出し電極２４８は、電極基板２３０にミラー基板２１０が接合された際にミラー基板２１０からはみ出す部分に設けられている。

図２５は、図１９に示された磁石基板の上面図である。図２６は、図２５のＨ−Ｈ’線に沿った断面図である。

図２５と図２６に示されるように、磁石基板２５０は、磁石ホルダー２５２と、磁石ホルダー２５２に接合された円筒状の永久磁石２５６とを備えている。磁石ホルダー２５２は、ミラー基板２１０と接合された際に可撓性薄膜部２１２と対向する部分に、円形の開口２５４が設けられている。円筒状の永久磁石２５６は、磁石ホルダー２５２の円形の開口２５４とほぼ等しい内径を有し、内径と開口２５４とがほぼ同軸になるように、磁石ホルダー２５２に固定されている。円筒状の永久磁石２５６は、上下方向に、すなわち円筒の軸に沿って分極している。磁石ホルダー２５２をシリコン基板から作製されており、本実施形態の可変形状鏡２００に熱が加わったときの熱変形を最小限に抑えるようにしている。

図１９と図２０に示されるように、ミラー基板２１０と電極基板２３０は、可撓性薄膜部２１２と駆動電極２３８が対向するように、固定部２１６と接合部２３６を接して接合されている。これにより、ミラー基板２１０の可撓性薄膜部２１２は電極基板２３０の導電性薄膜２４４と電気的に接続されている。ミラー基板２１０の可撓性薄膜部２１２上に位置する導電性薄膜２２２の部分と電極基板２３０の駆動電極２３８とは互いに間隔を置いて対向しており、可撓性薄膜部２１２と接続部２１４を変形させるための変形手段を構成している。言い換えれば、可撓性薄膜部２１２上に位置している導電性薄膜２４４の部分は、駆動電極２３８に対する対向電極として機能し、両者は可撓性薄膜部２１２を静電力により変形させる静電駆動機構を構成している。また、ミラー基板２１０と磁石基板２５０は、反射面２１８が磁石ホルダー２５２の開口２５４を通して露出するように接合されている。これにより、コイル２２４と永久磁石２５６は、互いに対向して近くに位置している。コイル２２４と永久磁石２５６は、ミラー基板２１０の接続部２１４の主たる変形方向を拘束するための拘束手段を構成している。

図２７は、図２６に示された永久磁石によって発生される磁束線を示している。図２７に示されるように、永久磁石２５６の磁束線は円筒の厚さ方向に周回し、円筒の幅の中心を境に円筒の内側に走る磁束線と円筒の外側に走る磁束線とが存在する。本実施形態では円筒の内側に走る磁束線を用いて電磁力を発生させる。

図２８は、図１９に示された可変形状鏡の反射面を変形させる静電駆動のために電圧を印加する構成と、可変形状鏡の接続部の変形を拘束する拘束力を発生させるために電流を印加する構成とを示している。図２９は、図２８による電圧印加に対応して生じる静電力や電磁力によって反射面が変形する様子を示している。

図２８に示されるように、ＧＮＤ用引き出し電極２４８と駆動電極用引き出し電極２４２の間に、直流電源２９２とスイッチ２９４が直列に設けられている。また一対のコイル用引き出し電極２２８の間に、直流電源２９６とスイッチ２９８が直列に設けられている。スイッチ２９４を閉じてＧＮＤ用引き出し電極２４８と駆動電極用引き出し電極２４２の間に駆動電圧を印加することにより、反射面２１８に駆動電極２３８の方向に働く静電力を発生させることができる。また、スイッチ２９８を閉じてコイル２２４に電流を印加することにより、可撓性薄膜部２１２の外周に位置するコイル２２４に永久磁石２５６の方向に働く電磁力を発生させることができる。双方の力のバランスを取ることにより、図２９に示されるように、反射面２１８を有する可撓性薄膜部２１３が駆動電極２３８に向かって変形することができる。接続部２１４はメッシュ状になっているため、可撓性薄膜部２１２よりも剛性が全体的に低い。このため、駆動力によって、可撓性薄膜部２１２が押されて接続部２１４が変形を始めてしまう可能性がある。しかし、コイル２２４に発生した電磁力によって接続部２１４が永久磁石２５６の方向に引っ張られているため、可撓性薄膜部２１２の外周より外側に位置する接続部２１４は反射面２１８の変形方向には変形できない。

本実施形態の可変形状鏡２００では、突起を利用した第一実施形態と異なり、摺動部分がないので、摩擦力によって反射面２１８の変形が阻害されたり、磨耗によって破壊に至るような心配がない。接続部２１４に形成されたメッシュは可撓性薄膜部２１２の面内方向に発生する引っ張り応力を緩和する方向に変形するため、可撓性薄膜部２１２に発生する引っ張り応力は大きく低減される。具体的には、図２９に示されるように、メッシュがその面内方向に伸びることにより引っ張り応力を緩和できるため、可撓性薄膜部２１２（すなわち反射面２１８）が大きく変形することができる。

これまでの説明から分かるように、本実施形態の可変形状鏡２００では、可撓性薄膜部２１２の変形時に接続部２１４に形成されたメッシュ部分の貫通孔が広がることにより可撓性薄膜部２１２に生じる引っ張り応力を緩和することができ、容易に可撓性薄膜部２１２を大きく変形させることができる。

本実施形態の各構成は、当然、各種の変形や変更が可能である。

図３０は、本発明の第二実施形態の変形例によるミラー基板の上面図である。図３１は、図３０のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。図３０と図３１に示されるように、本変形例のミラー基板２１０Ａでは、可撓性薄膜部２１２Ａは、第一薄膜層２２０ａと第二薄膜層２２０ｂからなる二層構造の積層体で構成されており、接続部２１４Ａは、可撓性薄膜部２１２Ａを構成している積層体の一部すなわち第一薄膜層２２０ａで構成されている。つまり、第一薄膜層２２０ａは固定部２１６と接続部２１４と可撓性薄膜部２１２の全体に形成されているが、第二薄膜層２２０ｂは固定部２１６と可撓性薄膜部２１２の部分だけに形成されている。第二薄膜層２２０ｂは、第一薄膜層２２０ａと同様に固定部２１６と接続部２１４と可撓性薄膜部２１２の全体に形成した後、接続部２１４上に位置する部分を除去して形成されている。このように、可撓性薄膜部２１２は第一薄膜層２２０ａと第二薄膜層２２０ｂとで構成されているが、接続部２１４は第一薄膜層２２０ａだけで構成されているため、接続部２１４の機械的な剛性は可撓性薄膜部の機械的な剛性よりも小さい。第一薄膜層２２０ａは第二薄膜層２２０ｂの材料よりも柔らかい材料で形成されることが望ましい。本変形例のミラー基板２１０Ａでは、接続部２１４Ａはメッシュ状にする貫通孔が設けられないため、接続部全面で可撓性薄膜部２１２を支持することができる。また、接続部２１４Ａは、メッシュ状の接続部２１４と比較して、疲労などの面で有利であり、また作製も容易である。さらに、コイル２２４からコイル用引き出し電極２２８に延びているコイル用配線２２６も、接続部２１４Ａに対しての方が、メッシュ形状の接続部２１４に対してよりも形成しやすい。

本発明の第一実施形態による可変形状鏡の上面図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 図１に示されたミラー基板の上面図である。 図３のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。 図１に示された電極基板の上面図である。 図５のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。 図１に示されたミラー基板の作製方法を示している。 図１に示された電極基板の作製方法を示している。 図７に示されたミラー基板と図８に示された電極基板の接合方法を示している。 図１に示された可変形状鏡の反射面を変形させる静電駆動のために電圧を印加する構成を示している。 図１０による電圧印加に対応して反射面が変形する様子を示している。 本発明の第一実施形態の変形例による電極基板を示している。 本発明の第一実施形態の別の変形例による電極基板を示している。 図１３に示された九つの電極部分のすべてに同じ電圧を印加したときの可撓性薄膜部を上方から見た様子を示している。 図１３に示された九つの電極部分のうち、右上の電極部分に大電圧を印加し、その他の電極部分には低電圧を等しく印加したときの可撓性薄膜部を上方から見た様子を示している。 図１３に示された九つの電極部分のうち、中段の三つの電極部分に大電圧を印加し、その他の電極部分には低電圧を等しく印加したときの可撓性薄膜部を上方から見た様子を示している。 本発明の第一実施形態の変形例によるミラー基板の上面図である。 図１７のＤ−Ｄ’線に沿った断面図である。 本発明の第二実施形態による可変形状鏡の上面図である。 図１９のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。 図１９に示されたミラー基板の上面図である。 図２１のＦ−Ｆ’線に沿った断面図である。 図１９に示された電極基板の上面図である。 図２３のＧ−Ｇ’線に沿った断面図である。 図１９に示された磁石基板の上面図である。 図２５のＨ−Ｈ’線に沿った断面図である。 図２６に示された永久磁石によって発生される磁束線を示している。 図１９に示された可変形状鏡の反射面を変形させる静電駆動のために電圧を印加する構成と、可変形状鏡の接続部の変形を拘束する拘束力を発生させるために電流を印加する構成とを示している。 図２８による電圧印加に対応して生じる静電力や電磁力によって反射面が変形する様子を示している。 本発明の第二実施形態の変形例によるミラー基板の上面図である。 図３０のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。 特開平２−１０１４０２号公報に開示されている可変形状鏡を示している。

符号の説明

１００…可変形状鏡、１１０…ミラー基板、１１０Ａ…ミラー基板、１１２…可撓性薄膜部、１１２Ａ…可撓性薄膜部、１１４…接続部、１１４Ａ…接続部、１１６…固定部、１１８…反射面、１１８ａ…光軸、１２０ａ…第一薄膜層、１２０ｂ…第二薄膜層、１２２…ＧＮＤ用導電性薄膜、１３０…電極基板、１３０Ａ…電極基板、１３０Ｂ…電極基板、１３２…窪み、１３４…突起、１３４Ａ…突起、１３６…接合部、１３８…駆動電極、１３８ａ〜１３８ｉ…電極部分、１４０…駆動電極用配線、１４０ａ〜１４０ｉ…駆動電極用配線、１４２…駆動電極用引き出し電極、１４２ａ〜１４２ｉ…駆動電極用引き出し電極、１４４…導電性薄膜、１４６…配線、１４８…ＧＮＤ用引き出し電極、１５２…シリコン基板、１５４…シリコン窒化膜、１５６…シリコン窒化膜、１５８…ポリイミド膜、１６２…導電性薄膜、１６４…アルミ膜、１７２…シリコン基板、１７４…シリコン酸化膜、１７６…シリコン酸化膜、１７８…窪み、１８０…突起、１８２…シリコン酸化膜、１８４…金属膜、１８６…金属膜、１９２…直流電源、１９４…スイッチ、２００…可変形状鏡、２１０…ミラー基板、２１０Ａ…ミラー基板、２１２…可撓性薄膜部、２１２Ａ…可撓性薄膜部、２１３…可撓性薄膜部、２１４…接続部、２１４Ａ…接続部、２１６…固定部、２１８…反射面、２２０ａ…第一薄膜層、２２０ｂ…第二薄膜層、２２２…導電性薄膜、２２４…コイル、２２６…コイル用配線、２２８…コイル用引き出し電極、２３０…電極基板、２３２…窪み、２３６…接合部、２３８…駆動電極、２４０…駆動電極用配線、２４２…駆動電極用引き出し電極、２４４…導電性薄膜、２４６…配線、２４８…ＧＮＤ用引き出し電極、２５０…磁石基板、２５２…磁石ホルダー、２５４…開口、２５６…永久磁石、２９２…直流電源、２９４…スイッチ、２９６…直流電源、２９８…スイッチ。

Claims (8)

1. 反射面が形成された第一変形部と、
   第一変形部を取り囲んでいる、第一変形部よりも機械的剛性が低い第二変形部と、
   第二変形部の外周部を固定している固定部と、
   第一変形部に作用して、第一変形部および第二変形部を変形させるための変形手段と、
   変形手段の作用領域より内周の第一変形部の主たる変形方向への変形を許容しつつ、変形手段の作用領域より外周の第一変形部の主たる変形方向を拘束するための拘束手段とを備えている、可変形状鏡。
2. 請求項１において、第一変形部は複数層からなる積層体で構成されており、第二変形部は第一変形部を構成している積層体の一部で構成されている、可変形状鏡。
3. 請求項１において、第二変形部と第一変形部は同一材料の膜からなり、第二変形部はメッシュ状となるように多数の貫通孔が設けられている、可変形状鏡。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかひとつにおいて、変形手段は、第一変形部に設けられた第一電極と、第一電極に対向している第二電極とを備えている、可変形状鏡。
5. 請求項４において、第二電極は複数の部分からなり、第二電極の複数の部分は互いに電気的に独立している、可変形状鏡。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかひとつにおいて、拘束手段は、第一変形部の反射面の反対側の面に先端が接触可能な突起から構成されている、可変形状鏡。
7. 請求項６において、突起は周回している、可変形状鏡。
8. 反射面が形成された第一変形部と、
   第一変形部を取り囲んでいる、第一変形部よりも機械的剛性が低い第二変形部と、
   第二変形部の外周部を固定している固定部と、
   第一変形部に作用して、第一変形部および第二変形部を変形させるための変形手段と、
   変形手段の作用領域より外周の第一変形部の主たる変形方向を拘束するための拘束手段とを備え、
   拘束手段は、第一変形部の変形手段の作用領域より外周に設けられた駆動コイルと、駆動コイルに磁場を与える磁界発生手段とから構成されている、可変形状鏡。

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