JP5988592B2 - 可動ミラー、波面補正デバイスおよび眼底検査装置 - Google Patents
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Description
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を接続するポストと、
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、
前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極に電圧を印加して、前記可動櫛歯電極と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、
前記可動部に接続され、前記可動櫛歯電極と前記可動部が前記反射面の前記法線方向以外に変位することを抑制するばねと、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
ことを特徴とする可動ミラーである。
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を接続するポストと、
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、
前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極に電圧を印加して、前記可動櫛歯電極と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、
前記可動部に接続され、前記可動櫛歯電極と前記可動部が前記反射面の前記法線方向以外に変位することを抑制するばねと、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
ことを特徴とする可動ミラーである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
5a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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (18)
- 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を接続するポストと、
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、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に電圧を印加して、前記可動櫛歯電極と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、
前記可動部に接続され、前記可動櫛歯電極と前記可動部が前記法線方向以外の方向に変位することを抑制するばねと、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可動部の前記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
ことを特徴とする可動ミラー。 - 前記可動櫛歯電極は、前記可動部によって片持ち状に支持され、
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、
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に記載の可動ミラー。 - 前記電圧制御手段は、前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極ごとに異なる電圧を印加するものである
ことを特徴とする請求項1または2に記載の可動ミラー。 - 前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極は、前記電圧制御手段が電圧を印加しないとき、前記法線方向において重なり合わない部分を持つように配置される
ことを特徴とする請求項3に記載の可動ミラー。 - 前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極は、前記電圧制御手段が電圧を印加しないとき、前記法線方向において重なり合う部分と重なり合わない部分を有し、前記可動櫛歯電極の前記重なり合わない部分は、前記重なり合う部分に対して前記法線方向における第1の向きに突出し、かつ、前記固定櫛歯電極の前記重なり合わない部分は、前記重なり合う部分に対して前記法線方向における前記第1の向きと逆の向きに突出し、
前記電圧制御手段が電圧を印加すると、前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極は、前記重なる部分が増大するように変位する
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の可動ミラー。 - 前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極はそれぞれ、前記法線方向において電気的に分割された複数の電極を含む
ことを特徴とする請求項1または2に記載の可動ミラー。 - 前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極は、前記電圧制御手段が電圧を印加しないとき、前記法線方向において重なり合うように配置される
ことを特徴とする請求項6に記載の可動ミラー。 - 前記ばねは、前記支持部と電気的に分離した第2の支持部に固定され、前記可動部と前記第2の支持部を接続することにより、前記可動櫛歯電極と前記可動部が前記法線方向以外の方向に変位するのを抑制する
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の可動ミラー。 - 前記ばねは、前記反射面に対して水平方向に拡がる
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の可動ミラー。 - 前記ばねによる前記変位の抑制は、前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極の静電容量値に基づいてフィードバック制御される
ことを特徴とする請求項8に記載の可動ミラー。 - 複数のアクチュエータを有し、
前記複数のアクチュエータの少なくとも1つが請求項1ないし10のいずれか1項に記載されたアクチュエータであることを特徴とする可動ミラー。 - 前記反射部材は、前記複数のアクチュエータを連続して覆うものである
ことを特徴とする請求項11に記載の可動ミラー。 - 前記反射部材は、複数に分割されており、分割された反射部材それぞれは、前記複数のアクチュエータそれぞれを個別に覆うものである
ことを特徴とする請求項11に記載の可動ミラー。 - 前記ばねの前記法線方向における厚みは、前記可動部の前記法線方向における厚みよりも小さい
ことを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載の可動ミラー。 - 前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極の長さは等しい
ことを特徴とする請求項1ないし14のいずれか1項に記載の可動ミラー。 - 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を接続するポストと、
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、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に電圧を印加して、前記可動櫛歯電極と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、
前記可動部に接続され、前記可動櫛歯電極と前記可動部が前記法線方向以外の方向に変位することを抑制するばねと、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。 - 請求項1ないし16のいずれか1項に記載の可動ミラーを備える波面補正デバイス。
- 請求項1ないし16のいずれか1項に記載の可動ミラーを備える眼底検査装置。
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