JP5146937B2 - 光波面制御システムおよび光波面制御方法 - Google Patents
光波面制御システムおよび光波面制御方法 Download PDFInfo
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Description
光波面制御装置が備える複数のマイクロミラーが1次元のアレイ状に並んでおり、各マイクロミラーは独立に上下への平行移動(併進動作)および時計回り・反時計回りの回転動作が可能である。
このような光波面制御システムは、前記入力光が入力されると、前記入力光をコリメートする入力光学系と、前記入力光学系によりコリメートされた入力光の波面の位相を制御する波面制御信号および前記コリメートされた入力光の収差の歪を制御する、ゼルニケ多項式に基づく収差制御信号に従って、前記位相および前記歪をそれぞれ制御して、前記出力光を出力する光波面制御部と、前記光波面制御部により出力された前記出力光の光路を変更する光路変更部と、前記光路変更部を介して前記出力光が入力されると、前記出力光の波面および前記出力光の収差に関する光情報を検出する検出部と、前記検出部が検出した前記光情報に基づき、前記波面制御信号および前記収差制御信号を前記光波面制御部に出力する制御回路部と、を有し、前記光波面制御部は、額縁状の支持基板層および額縁状の中間層が順に積層してなる底面部と、前記底面部上に形成され、内壁にトーションバーを介してマイクロミラーが一体的に形成され、枠部の上面にスペーサを備えるデバイス部とを有するミラー基板と、複数の透明電極が、前記マイクロミラーの反射面に重なるように形成され、前記スペーサを介して前記ミラー基板と接続し、前記制御回路部から入力される前記波面制御信号に基づき前記透明電極に電圧を印加して前記マイクロミラーを動作させて前記入力光の前記位相を制御する上部ガラス基板と、高さが前記中間層の積層高さと等しく、電極が形成された突起部を備え、前記突起部が前記底面部に嵌合して、前記ミラー基板と接続し、前記制御回路部から入力される前記収差制御信号に基づき前記電極に電圧を印加して前記マイクロミラーを動作させて前記入力光の前記歪を制御する下部ガラス基板と、を備える。
このような光波面制御方法は、額縁状の支持基板層および額縁状の中間層が順に積層してなる底面部と、前記底面部上に形成され、内壁にトーションバーを介してマイクロミラーが一体的に形成され、枠部の上面にスペーサを備えるデバイス部とを有するミラー基板と、複数の透明電極が、前記マイクロミラーの反射面に重なるように形成され、前記スペーサを介して前記ミラー基板と接続する上部ガラス基板と、高さが前記中間層の積層高さと等しく、電極が形成された突起部を備え、前記突起部が前記底面部に嵌合して、前記ミラー基板と接続する下部ガラス基板と、を備える光波面制御部が、前記入力光が入力されると、前記入力光の波面の位相を制御する波面制御信号に基づき前記上部ガラス基板の前記透明電極に電圧を印加して前記ミラー基板のマイクロミラーを動作させて前記入力光の前記位相を制御し、前記入力光の収差の歪を制御する収差制御信号に基づき前記下部ガラス基板の前記電極に電圧を印加して前記ミラー基板のマイクロミラーを動作させて前記入力光の前記歪を制御して、前記出力光を出力し、検出部が、前記光波面制御部から前記出力光が入力されると、前記出力光の波面および前記出力光の収差に関する光情報を検出し、制御回路部が、前記検出部が検出した前記光情報に基づき、前記波面制御信号および前記収差制御信号を前記光波面制御部の上部ガラス基板および下部ガラス基板にそれぞれに出力する、ことが要素とされる。
図1は、実施の形態の概要を説明する模式図である。
光波面制御システム10は、外部からの入力光11aをコリメートして入力光11bを出力する入力光学系13と、光路変更部18aを透過した入力光11cを入力して出力光12aを出力する光波面制御部15と、出力光12aが光路変更部18a,18bをそれぞれ反射および透過した後の出力光12dを検出する検出部16と、制御回路部17と、から構成されている。
第1の実施の形態では、上述の概要を踏まえた実施の形態である。
図2は、第1の実施の形態の光波面制御システムの模式図である。
集光光学系21bは、透過した光27cを集光して、光波面制御部30の受光口の大きさほどの光27dを出力する。また、集光光学系21bは、光27eを集光して、光27fを出力する。
波面モニタは、入力された光27jを2次元的に画像化して表示する。
さらに、光波面制御システム20を構成する光波面制御部30について説明する。
光波面制御部30は、上部ガラス基板31と、ミラー基板32と、下部ガラス基板33とで構成されている。なお、図3では、それぞれ分離させて図示しているが、実際は上部ガラス基板31と、ミラー基板32と、下部ガラス基板33とが組み合わさって光波面制御部30を構成する。また、組み合わせる際は、(図3に示す場合)上部ガラス基板31を裏返してスペーサ貼付位置31dがミラー基板32のスペーサ32fと接合するようにする。
図4は、第1の実施の形態の光波面制御システムを構成する光波面制御部のミラー基板の製造工程の要部断面模式図である。なお、図4は、図3における破線A−A’における断面図である。
続いて、このSOI構造のSi基板32aの表面にAu/クロム(Cr)にて、メタライズを行って、金属膜34を形成する(図4(B))。
続いて、Si基板32aのエッチング後、例えば、フッ化水素(HF)を用いて、SiO2層32bを溶解する。そして、Si層32cの内部をエッチングする(図4(E))。
したがって、このようなミラー基板32にスペーサ32fを介して、上部ガラス基板31を接合し、ミラー基板32に下側から、突起部33aaを嵌合させて、下部ガラス基板33を接続することで、光波面制御部30を形成することができる。
図5は、第1の実施の形態における光波面制御システムを構成する光波面制御部の断面模式図である。なお、図5も、図3における破線A−A’における断面図である。また、各構成については、既に説明しているために、説明を省略する。
図6は、第1の実施の形態における光波面制御部の動作原理を説明する断面模式図である。なお、図6では、ミラー基板32については、マイクロミラー32dのみを記載しており、スペーサ32f、スペーサ32fが形成されているSi基板32aの枠部、SiO2層32b、Si層32cおよびトーションバー32eの記載は省略している。
第2の実施の形態では、光波面制御部の下部ガラス基板の電極の形状を、第1の実施の形態と異なり、格子状に配列させた場合を例に挙げて説明する。
図8は、第2の実施の形態における光波面制御部の動作原理を説明する断面模式図である。なお、図8でも、ミラー基板32については、マイクロミラー32dのみを記載しており、スペーサ32f、スペーサ32fが形成されているSi基板32aの枠部、SiO2層32b、Si層32cおよびトーションバー32eの記載は省略している。
第1および第2の実施の形態では、ミラー基板に上部ガラス基板および下部ガラス基板を組み合わせて光波面制御部を構成する場合を例に挙げて説明した。第3の実施の形態では、ミラー基板に上部ガラス基板のみを組み合わせる場合を例に挙げて説明する。
光波面制御部50は、図3で示した上部ガラス基板31と、ミラー基板52とで構成されている。なお、図9では、それぞれ分離させて図示しているが、実際は上部ガラス基板31とミラー基板52とが組み合わさることで光波面制御部50を構成する。また、組み合わせる際は、上部ガラス基板31を裏返してスペーサ貼付位置31dがミラー基板52のスペーサ52fと接合するようにする。
図10は、第3の実施の形態における光波面制御部の動作原理を説明する断面模式図である。なお、図10でも、ミラー基板52については、マイクロミラー52dのみを記載しており、スペーサ52f、スペーサ52fが形成されているSi基板52aの枠部、SiO2層52bおよびトーションバー52eの記載は省略している。
第1、第2および第3の実施の形態では、光波面制御部のミラー基板の形状が略正方形の場合を例に挙げて説明した。一方、第4の実施の形態では、ミラー基板のマイクロミラーを円形にした場合を例に挙げて説明する。
ミラー基板62は、上述のミラー基板32と同様に、Si基板62a、SiO2層(図示を省略)およびSi層(図示を省略)により構成されるSOI構造をなしている。また、Si基板62aの枠部の面上に、スペーサ62fが形成されている。スペーサ62fは、既述のスペーサ32fと同じ構成および機能を有する。さらに、ミラー基板62では、Si基板62aの内壁に一体的に形成されたトーションバー62eを介して円形のマイクロミラー62dが形成されている。また、既述の通り、マイクロミラー62dの反射率を高めたい場合、マイクロミラー62dの表面に金属膜を形成することができる。なお、ミラー基板62のサイズは、例えば、縦の長さを、100μmから3000μm、横の長さを、100μmから3000μm、厚さを、10μmから3000μmとして、マイクロミラー62dのサイズは、例えば、直径を、0.1μmから5mm、厚さを、0.1μmから500μmとする。
図12は、第4の実施の形態における光波面制御システムを構成する光波面制御部の、(A)は上部ガラス基板の、(B)は下部ガラス基板の平面模式図である。
図13は、第4の実施の形態における光波面制御システムを構成する光波面制御部の上部ガラス基板の別の平面模式図である。
前記入力光を入力すると、前記入力光の波面の位相を制御する波面制御信号および前記入力光の収差の歪を制御する収差制御信号に従って、前記位相および前記歪をそれぞれ制御して、前記出力光を出力する光波面制御部と、
前記光波面制御部から前記出力光を入力すると、前記出力光の波面および前記出力光の収差に関する光情報を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記光情報に基づき、前記波面制御信号および前記収差制御信号を前記光波面制御部に出力する制御回路部と、
を有することを特徴とする光波面制御システム。
(付記3) 光路変更部をさらに有し、
前記光路変更部を介して、前記光波面制御部からの前記出力光を前記検出部へ入力させることを特徴とする付記1または2に記載の光波面制御システム。
前記別の光路変更部を介して、前記光路変更部からの前記出力光を前記検出部へ入力させるとともに、外部へ出力させることを特徴とする付記3記載の光波面制御システム。
(付記6) 前記収差制御信号は、ゼルニケ多項式に基づいた信号であることを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項に記載の光波面制御システム。
(付記8) 前記光波面制御部は、
額縁状の支持基板層および額縁状の中間層が順に積層してなる底面部と、前記底面部上に形成され、内壁にトーションバーを介してマイクロミラーが一体的に形成され、枠部の上面にスペーサを備えるデバイス部とを有するミラー基板と、
複数の透明電極が、前記マイクロミラーの反射面に重なるように形成され、前記スペーサを介して前記ミラー基板と接続し、前記波面制御信号が入力される上部ガラス基板と、
高さが前記中間層の積層高さと等しく、電極が形成された突起部を備え、前記突起部が前記底面部に嵌合して、前記ミラー基板と接続し、前記収差制御信号が入力される下部ガラス基板と、
を備えることを特徴とする付記1乃至7のいずれか1項に記載の光波面制御システム。
(付記11) 前記マイクロミラーの形状は、円形または方形であることを特徴とする付記8乃至10のいずれか1項に記載の光波面制御システム。
(付記13) 前記下部ガラス基板および前記支持基板層に代わって、電圧が印加される下部基板層を前記中間層の下に備えることを特徴とする付記8乃至11のいずれか1項に記載の光波面制御システム。
額縁状の支持基板層および額縁状の中間層が順に積層してなる底面部と、前記底面部上に形成され、内壁にトーションバーを介してマイクロミラーが一体的に形成され、枠部の上面にスペーサを備えるデバイス部とを有するミラー基板と、
複数の透明電極が、前記マイクロミラーの反射面に重なるように配置され、前記スペーサを介して前記ミラー基板と接合する上部ガラス基板と、
高さが前記中間層の積層高さと等しく、電極が形成された突起部を備え、前記突起部が前記底面部に嵌合して、前記ミラー基板と接続する下部ガラス基板と、
を有することを特徴とする光波面制御装置。
(付記17) 前記マイクロミラーの形状は、円形または方形であることを特徴とする付記14乃至16のいずれか1項に記載の光波面制御装置。
(付記19) 前記下部ガラス基板および前記支持基板層に代わって、電圧が印加される下部基板層を前記中間層の下に備えることを特徴とする付記14乃至17のいずれか1項に記載の光波面制御装置。
光波面制御部が、前記入力光を入力すると、前記入力光の波面の位相を制御する波面制御信号および前記入力光の収差の歪を制御する収差制御信号に従って、前記位相および前記歪をそれぞれ制御して、前記出力光を出力し、
検出部が、前記光波面制御部から前記出力光を入力すると、前記出力光の波面および前記出力光の収差に関する光情報を検出し、
制御回路部が、前記検出部が検出した前記光情報に基づき、前記波面制御信号および前記収差制御信号を前記光波面制御部に出力する、
ことを特徴とする光波面制御方法。
11a,11b,11c 入力光
12a,12b,12c,12d 出力光
13 入力光学系
14a 波面制御信号
14b 収差制御信号
15 光波面制御部
16 検出部
17 制御回路部
18a,18b 光路変更部
A,B 波形
Claims (2)
- 入力光の波面を制御して、波面整形された出力光を出力する光波面制御システムにおいて、
前記入力光が入力されると、前記入力光をコリメートする入力光学系と、
前記入力光学系によりコリメートされた入力光の波面の位相を制御する波面制御信号および前記コリメートされた入力光の収差の歪を制御する、ゼルニケ多項式に基づく収差制御信号に従って、前記位相および前記歪をそれぞれ制御して、前記出力光を出力する光波面制御部と、
前記光波面制御部により出力された前記出力光の光路を変更する光路変更部と、
前記光路変更部を介して前記出力光が入力されると、前記出力光の波面および前記出力光の収差に関する光情報を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記光情報に基づき、前記波面制御信号および前記収差制御信号を前記光波面制御部に出力する制御回路部と、
を有し、
前記光波面制御部は、
額縁状の支持基板層および額縁状の中間層が順に積層してなる底面部と、前記底面部上に形成され、内壁にトーションバーを介してマイクロミラーが一体的に形成され、枠部の上面にスペーサを備えるデバイス部とを有するミラー基板と、
複数の透明電極が、前記マイクロミラーの反射面に重なるように形成され、前記スペーサを介して前記ミラー基板と接続し、前記制御回路部から入力される前記波面制御信号に基づき前記透明電極に電圧を印加して前記マイクロミラーを動作させて前記入力光の前記位相を制御する上部ガラス基板と、
高さが前記中間層の積層高さと等しく、電極が形成された突起部を備え、前記突起部が前記底面部に嵌合して、前記ミラー基板と接続し、前記制御回路部から入力される前記収差制御信号に基づき前記電極に電圧を印加して前記マイクロミラーを動作させて前記入力光の前記歪を制御する下部ガラス基板と、
を備える、
ことを特徴とする光波面制御システム。 - 入力光の波面を制御して、波面整形された出力光を出力する光波面制御方法において、
額縁状の支持基板層および額縁状の中間層が順に積層してなる底面部と、前記底面部上に形成され、内壁にトーションバーを介してマイクロミラーが一体的に形成され、枠部の上面にスペーサを備えるデバイス部とを有するミラー基板と、複数の透明電極が、前記マイクロミラーの反射面に重なるように形成され、前記スペーサを介して前記ミラー基板と接続する上部ガラス基板と、高さが前記中間層の積層高さと等しく、電極が形成された突起部を備え、前記突起部が前記底面部に嵌合して、前記ミラー基板と接続する下部ガラス基板と、を備える光波面制御部が、前記入力光が入力されると、前記入力光の波面の位相を制御する波面制御信号に基づき前記上部ガラス基板の前記透明電極に電圧を印加して前記ミラー基板のマイクロミラーを動作させて前記入力光の前記位相を制御し、前記入力光の収差の歪を制御する収差制御信号に基づき前記下部ガラス基板の前記電極に電圧を印加して前記ミラー基板のマイクロミラーを動作させて前記入力光の前記歪を制御して、前記出力光を出力し、
検出部が、前記光波面制御部から前記出力光が入力されると、前記出力光の波面および前記出力光の収差に関する光情報を検出し、
制御回路部が、前記検出部が検出した前記光情報に基づき、前記波面制御信号および前記収差制御信号を前記光波面制御部の上部ガラス基板および下部ガラス基板にそれぞれ出力する、
ことを特徴とする光波面制御方法。
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