JPH05157903A - 可変焦点凹面鏡 - Google Patents
可変焦点凹面鏡Info
- Publication number
- JPH05157903A JPH05157903A JP3349520A JP34952091A JPH05157903A JP H05157903 A JPH05157903 A JP H05157903A JP 3349520 A JP3349520 A JP 3349520A JP 34952091 A JP34952091 A JP 34952091A JP H05157903 A JPH05157903 A JP H05157903A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- inner peripheral
- thin plate
- peripheral part
- voltage
- concave mirror
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 収差の充分小さな可変焦点凹面鏡を提供す
る。 【構成】 外周枠部１２がガラス基板の壁部に接合固定
された単結晶シリコンの薄板１は内周部１１を、鏡面処
理した上面１１ａが平面で、下面１１ｂが中心に向け漸
次厚肉となる曲面に形成してある。間隔をおいて下方に
設けた電極膜との間に電圧を印加すると静電引力により
内周部１１は下方へ吸引湾曲せしめられ、内周部上面１
１ａは印加電圧に応じて深くなる凹状放物面に変形せし
められる。しかして、内周部上面１１ａに入射する平行
光線は充分小さな収差でその焦点上に集束される。
る。 【構成】 外周枠部１２がガラス基板の壁部に接合固定
された単結晶シリコンの薄板１は内周部１１を、鏡面処
理した上面１１ａが平面で、下面１１ｂが中心に向け漸
次厚肉となる曲面に形成してある。間隔をおいて下方に
設けた電極膜との間に電圧を印加すると静電引力により
内周部１１は下方へ吸引湾曲せしめられ、内周部上面１
１ａは印加電圧に応じて深くなる凹状放物面に変形せし
められる。しかして、内周部上面１１ａに入射する平行
光線は充分小さな収差でその焦点上に集束される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体等の薄板により凹
面鏡を構成した可変焦点凹面鏡に関するものである。
面鏡を構成した可変焦点凹面鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】かかる可変焦点凹面鏡はバーコード上に
精確にレーザ光を集光せしめる焦点合わせ機構として使
用する等、種々の用途があり、精力的にその開発が進め
られている。一例として単結晶シリコン薄板の背後に電
極板を設けて両者間に電圧を印加し、静電引力により上
記薄板を凹面に変形せしめるものが知られており、その
構造の概略を図３に示す。
精確にレーザ光を集光せしめる焦点合わせ機構として使
用する等、種々の用途があり、精力的にその開発が進め
られている。一例として単結晶シリコン薄板の背後に電
極板を設けて両者間に電圧を印加し、静電引力により上
記薄板を凹面に変形せしめるものが知られており、その
構造の概略を図３に示す。
【０００３】図において、単結晶シリコンの円形薄板１
にはＫＯＨ水溶液の異方性エッチング等により外周の厚
肉枠部１２と薄肉の内周部１１が形成され、内周部１１
は上面１ａが鏡面研磨してある。この内周部１１は径が
１０ｍｍ程度で、板厚は均一の数十μｍである。薄板１
の下方にはガラス基板３が配設され、該ガラス基板３は
ＨＦにより内周部に上記薄板内周部１１とほぼ同径で数
十μｍ深さの凹所が形成され、外周に残された壁部３１
上に上記薄板１の枠部１２が接合固定してある。
にはＫＯＨ水溶液の異方性エッチング等により外周の厚
肉枠部１２と薄肉の内周部１１が形成され、内周部１１
は上面１ａが鏡面研磨してある。この内周部１１は径が
１０ｍｍ程度で、板厚は均一の数十μｍである。薄板１
の下方にはガラス基板３が配設され、該ガラス基板３は
ＨＦにより内周部に上記薄板内周部１１とほぼ同径で数
十μｍ深さの凹所が形成され、外周に残された壁部３１
上に上記薄板１の枠部１２が接合固定してある。
【０００４】上記ガラス基板３の凹所底面にはスパッタ
によりタングステンシリサイド等の電極膜２が形成して
あり、間隔をおいて対向する電極膜２と上記薄板１の間
に外部の可変電源４より数百Ｖ〜千Ｖ程度の直流電圧を
印加する。電圧が印加されると静電引力により上記薄板
１の内周部は図の破線で示す如く下方へ湾曲変形し、鏡
面処理した上面１ａが凹面鏡となって入射する平行光線
Ｌを焦点Ｆに集光する。薄板１の変形量、すなわち凹面
鏡の深さは印加電圧が高い程大きくなり、これに応じて
焦点Ｆの位置も変化する。
によりタングステンシリサイド等の電極膜２が形成して
あり、間隔をおいて対向する電極膜２と上記薄板１の間
に外部の可変電源４より数百Ｖ〜千Ｖ程度の直流電圧を
印加する。電圧が印加されると静電引力により上記薄板
１の内周部は図の破線で示す如く下方へ湾曲変形し、鏡
面処理した上面１ａが凹面鏡となって入射する平行光線
Ｌを焦点Ｆに集光する。薄板１の変形量、すなわち凹面
鏡の深さは印加電圧が高い程大きくなり、これに応じて
焦点Ｆの位置も変化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の可変焦点凹
面鏡では、既述の如く薄板内周部１１の板厚が一定とな
っており、かかる内周部１１に静電引力による分布荷重
が加わるとその変形形状は４次曲面となって、凹面鏡と
して使用した場合に大きな収差を生じるという問題があ
る。
面鏡では、既述の如く薄板内周部１１の板厚が一定とな
っており、かかる内周部１１に静電引力による分布荷重
が加わるとその変形形状は４次曲面となって、凹面鏡と
して使用した場合に大きな収差を生じるという問題があ
る。
【０００６】本発明はかかる課題を解決するもので、収
差の充分小さな可変焦点凹面鏡を提供することを目的と
する。
差の充分小さな可変焦点凹面鏡を提供することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の構成を説明する
と、外周縁が固定された導体ないし半導体の薄板１の背
後に間隔をおいて電極板２を設け、これら薄板１と電極
板２間に電圧を印加して静電引力により上記薄板１の内
周部１１を電極板２方向へ吸引湾曲せしめて、印加電圧
に応じて深い凹面となる薄板内周部１１の前面１１ａを
焦点距離可変の凹面鏡となし、かつ、電圧非印加時にお
ける上記薄板内周部１１を、前面１１ａが平面で、後面
１１ｂが中心に向け漸次厚肉となる曲面に形成して、電
圧印加時の上記内周部前面１１ａを凹状放物面に変形せ
しめるものである。
と、外周縁が固定された導体ないし半導体の薄板１の背
後に間隔をおいて電極板２を設け、これら薄板１と電極
板２間に電圧を印加して静電引力により上記薄板１の内
周部１１を電極板２方向へ吸引湾曲せしめて、印加電圧
に応じて深い凹面となる薄板内周部１１の前面１１ａを
焦点距離可変の凹面鏡となし、かつ、電圧非印加時にお
ける上記薄板内周部１１を、前面１１ａが平面で、後面
１１ｂが中心に向け漸次厚肉となる曲面に形成して、電
圧印加時の上記内周部前面１１ａを凹状放物面に変形せ
しめるものである。
【０００８】
【作用】上記構成においては、薄板１の内周部１１を、
前面１１ａが平面で、後面１１ｂが中心に向け漸次厚肉
となる曲面に形成したから、鏡面となる上記内周部前面
１１ａは電圧印加時に凹状放物面に変形し、平行入射光
線は充分小さな収差でその焦点に集束される。
前面１１ａが平面で、後面１１ｂが中心に向け漸次厚肉
となる曲面に形成したから、鏡面となる上記内周部前面
１１ａは電圧印加時に凹状放物面に変形し、平行入射光
線は充分小さな収差でその焦点に集束される。
【０００９】
【実施例】図１には可変焦点凹面鏡を構成する単結晶シ
リコン薄板１の断面図を示す。なお、薄板１の外周枠部
１２を接合支持するガラス基板３（図３参照）および電
極膜２の構造は既に説明した従来例と同様であり、薄板
１と電極膜２の間隔は０．５ｍｍとする。
リコン薄板１の断面図を示す。なお、薄板１の外周枠部
１２を接合支持するガラス基板３（図３参照）および電
極膜２の構造は既に説明した従来例と同様であり、薄板
１と電極膜２の間隔は０．５ｍｍとする。
【００１０】上記薄板１はレーザアシストエッチングに
より図示の形状に成形され、厚肉の外周枠部１２を除く
内周部１１は径が１３ｍｍの円形をなし、鏡面加工した
前面（上面）１１ａを平面とし、電極膜に対向する後面
１１ｂを曲面としてある。上記内周部１１はさらに、内
周位置にある径が８ｍｍの放物面部１１１とその外周を
囲む３次曲面部１１２とより構成されている。
より図示の形状に成形され、厚肉の外周枠部１２を除く
内周部１１は径が１３ｍｍの円形をなし、鏡面加工した
前面（上面）１１ａを平面とし、電極膜に対向する後面
１１ｂを曲面としてある。上記内周部１１はさらに、内
周位置にある径が８ｍｍの放物面部１１１とその外周を
囲む３次曲面部１１２とより構成されている。
【００１１】放物面部１１１では後面１１ｂは下式で
表される曲線Ａに従う、中心に向けて漸次板厚ｔが厚く
なる曲面としてあり、一方、３次曲面部１１２では後面
１１ｂは下式で表される曲線Ｂに従う、外周に向けて
漸次板厚ｔが厚くなる曲面としてある。これら放物面部
１１１と３次曲面部１１２の境界は適当な円弧で滑らか
に接続してある。なお、上記各式、のｒは薄板１の
中心からの距離（単位ｍｍ）であり、放物面部１１１の
最大板厚は１１．８５μｍ、最小板厚は４．８３μｍと
なっている。
表される曲線Ａに従う、中心に向けて漸次板厚ｔが厚く
なる曲面としてあり、一方、３次曲面部１１２では後面
１１ｂは下式で表される曲線Ｂに従う、外周に向けて
漸次板厚ｔが厚くなる曲面としてある。これら放物面部
１１１と３次曲面部１１２の境界は適当な円弧で滑らか
に接続してある。なお、上記各式、のｒは薄板１の
中心からの距離（単位ｍｍ）であり、放物面部１１１の
最大板厚は１１．８５μｍ、最小板厚は４．８３μｍと
なっている。
【００１２】
【数１】 式 ｔ（ｒ）＝ａ0 ＋ａ2 ・ｒ2 ＋ａ4 ・ｒ4 ＋ａ6 ・ｒ6 （０≦ｒ≦４） ａ0 ＝ 1.1854×10-2 ａ2 ＝−2.8926×10-4 ａ4 ＝ 1.4085×10-5 ａ6 ＝−1.4664×10-6 単位：ｍｍ
【００１３】
【数２】 式 ｔ（ｒ）＝ａ0 ＋ａ1 ・ｒ＋ａ2 ・ｒ2 ＋ａ3 ・ｒ3 ＋ａ4 ・ｒ4 ＋ａ5 ・ｒ5 （４＜ｒ≦６．５） ａ0 ＝ 2.5353 ａ1 ＝−2.4577 ａ2 ＝ 9.4147×10-1 ａ3 ＝−1.7809×10-1 ａ4 ＝ 1.6674×10-2 ａ5 ＝−6.1893×10-4 単位：ｍｍ
【００１４】上記形状の薄板１と電極膜の間に１０００
Ｖの直流電圧を印加すると薄板内周部１１が変形し、放
物面部１１１の前面１１ａは焦点距離１９２．３ｍｍの
凹状放物面に変形して平行入射光を充分小さい収差で焦
点上に集束せしめる。また、３次曲面部１１２の前面１
１ａは、上記放物面部１１１の前面１１ａと滑らかに連
続する凸状の３次曲面となる。
Ｖの直流電圧を印加すると薄板内周部１１が変形し、放
物面部１１１の前面１１ａは焦点距離１９２．３ｍｍの
凹状放物面に変形して平行入射光を充分小さい収差で焦
点上に集束せしめる。また、３次曲面部１１２の前面１
１ａは、上記放物面部１１１の前面１１ａと滑らかに連
続する凸状の３次曲面となる。
【００１５】印加電圧を変更するとこれに応じて上記凹
状放物面の深さが変化して焦点距離が変わる。表１には
１０００Ｖを中心に７００Ｖ〜１２００Ｖまで印加電圧
を変化せしめた場合の焦点距離と近軸域焦点面でのスポ
ットサイズを示す。併せて示した均一板厚（１０μｍ）
の従来例に比してスポットサイズは１／２０程度とな
り、収差は充分小さくなっている。
状放物面の深さが変化して焦点距離が変わる。表１には
１０００Ｖを中心に７００Ｖ〜１２００Ｖまで印加電圧
を変化せしめた場合の焦点距離と近軸域焦点面でのスポ
ットサイズを示す。併せて示した均一板厚（１０μｍ）
の従来例に比してスポットサイズは１／２０程度とな
り、収差は充分小さくなっている。
【００１６】なお、放物面部１１１と３次曲面部１１２
の境界を円弧で補完したことによる影響については、表
２に示す如く、３．７５ｍｍ≦ｒ≦４．００ｍｍの範囲
で板厚を±１０％増減してもスポットサイズが急激に大
きくなることはなく、影響は殆どない。
の境界を円弧で補完したことによる影響については、表
２に示す如く、３．７５ｍｍ≦ｒ≦４．００ｍｍの範囲
で板厚を±１０％増減してもスポットサイズが急激に大
きくなることはなく、影響は殆どない。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】上記薄板１の板厚分布の算出手順は、図２
に示す電界解析ステップと板厚分布最適化ステップに大
別され、後者はさらに応力解析ステップ、感度解析ステ
ップ、板厚分布最適化ステップに分けられる。
に示す電界解析ステップと板厚分布最適化ステップに大
別され、後者はさらに応力解析ステップ、感度解析ステ
ップ、板厚分布最適化ステップに分けられる。
【００２０】電界解析ステップにおいては、薄板１をｍ
個の要素に分割し、各要素ｊの板厚をｔj （ｊ＝１，
２，…，ｍ）とする。そして、所定印加電圧の下で放物
面部１１１および３次曲面部１１２が所望形状に変形し
た場合に上記各要素ｊに作用する静電引力ｐj を求め
る。
個の要素に分割し、各要素ｊの板厚をｔj （ｊ＝１，
２，…，ｍ）とする。そして、所定印加電圧の下で放物
面部１１１および３次曲面部１１２が所望形状に変形し
た場合に上記各要素ｊに作用する静電引力ｐj を求め
る。
【００２１】応力解析ステップにおいては、板厚ｔj の
初期値の下で、上記電界解析ステップで得た静電引力ｐ
j が分布荷重として作用した時の、薄板１の各点ｉ（ｉ
＝１，２，…，ｎ）の変位量ｕi を求める。この変位量
ｕi は上記各要素ｊの板厚ｔj の関数であり、続く感度
解析ステップでは、各要素ｊの板厚変化により上記変位
量ｕi がどの程度変化するかを示す感度係数を算出す
る。板厚分布最適化ステップでは、感度係数方程式を解
き、各点ｉの変位量ｕi が最も所望形状に近くなる各要
素ｊの板厚変化量Δｔj の集合たる移動ベクトルΔｔを
求める。
初期値の下で、上記電界解析ステップで得た静電引力ｐ
j が分布荷重として作用した時の、薄板１の各点ｉ（ｉ
＝１，２，…，ｎ）の変位量ｕi を求める。この変位量
ｕi は上記各要素ｊの板厚ｔj の関数であり、続く感度
解析ステップでは、各要素ｊの板厚変化により上記変位
量ｕi がどの程度変化するかを示す感度係数を算出す
る。板厚分布最適化ステップでは、感度係数方程式を解
き、各点ｉの変位量ｕi が最も所望形状に近くなる各要
素ｊの板厚変化量Δｔj の集合たる移動ベクトルΔｔを
求める。
【００２２】上記応力ステップ〜板厚分布最適化ステッ
プを繰り返して、各点ｉの変位量ｕi が最も所望形状に
近くなる最終的な各要素ｊの板厚ｔj を得て、かかる板
厚分布を多項式近似し、上式、で示される如き滑ら
かな曲面を得る。
プを繰り返して、各点ｉの変位量ｕi が最も所望形状に
近くなる最終的な各要素ｊの板厚ｔj を得て、かかる板
厚分布を多項式近似し、上式、で示される如き滑ら
かな曲面を得る。
【００２３】なお、本実施例において、３次曲面部は放
物面部と滑らかに連続すれば良く、必ずしも３次曲面と
する必要はない。また、薄板の材料としてはシリコン以
外の半導体、導体を使用することができる。
物面部と滑らかに連続すれば良く、必ずしも３次曲面と
する必要はない。また、薄板の材料としてはシリコン以
外の半導体、導体を使用することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上の如く、本発明の可変焦点凹面鏡に
よれば、平行入射光線を充分小さな収差で焦点上に集束
せしめることができる。
よれば、平行入射光線を充分小さな収差で焦点上に集束
せしめることができる。
【図１】可変焦点凹面鏡を構成する薄板の全体断面図で
ある。
ある。
【図２】板厚算出手順を説明する図である。
【図３】従来の可変焦点凹面鏡の全体断面図である。
１ 薄板 １１ 内周部 １１ａ 前面 １１ｂ 後面 １２ 枠部 ２ 電極膜（電極板） ３ ガラス基板 ４ 可変電源
Claims (1)
- 【請求項１】 外周縁が固定された導体ないし半導体の
薄板の背後に間隔をおいて電極板を設け、これら薄板と
電極板間に電圧を印加して静電引力により上記薄板の内
周部を電極板方向へ吸引湾曲せしめて、印加電圧に応じ
て深い凹面となる薄板内周部の前面を焦点距離可変の凹
面鏡となし、かつ、電圧非印加時における上記薄板内周
部を、前面が平面で、後面が中心に向け漸次厚肉となる
曲面に形成して、電圧印加時の上記内周部前面を凹状放
物面に変形せしめたことを特徴とする可変焦点凹面鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3349520A JPH05157903A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 可変焦点凹面鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3349520A JPH05157903A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 可変焦点凹面鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157903A true JPH05157903A (ja) | 1993-06-25 |
Family
ID=18404294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3349520A Pending JPH05157903A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 可変焦点凹面鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05157903A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5557477A (en) * | 1993-10-08 | 1996-09-17 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Apparatus for and method of correcting for aberrations in a light beam |
| US5574598A (en) * | 1993-08-05 | 1996-11-12 | Nippondenso Co., Ltd. | Varifocal lens |
| JP2002156514A (ja) * | 2000-11-16 | 2002-05-31 | Olympus Optical Co Ltd | 可変形状鏡及びその作成方法 |
| US6464363B1 (en) | 1999-03-17 | 2002-10-15 | Olympus Optical Co., Ltd. | Variable mirror, optical apparatus and decentered optical system which include variable mirror, variable-optical characteristic optical element or combination thereof |
| WO2006011594A1 (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-02 | Sony Corporation | 変形可能ミラー装置、変形ミラー板 |
| US7145739B1 (en) | 2002-03-07 | 2006-12-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Lightweight optical mirrors formed in single crystal substrate |
| JP2007304254A (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-22 | Sony Corp | 変形可能ミラー装置 |
| CN100432742C (zh) * | 2004-07-30 | 2008-11-12 | 索尼株式会社 | 可变形镜器件和可变形镜板 |
-
1991
- 1991-12-06 JP JP3349520A patent/JPH05157903A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5574598A (en) * | 1993-08-05 | 1996-11-12 | Nippondenso Co., Ltd. | Varifocal lens |
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| US6464363B1 (en) | 1999-03-17 | 2002-10-15 | Olympus Optical Co., Ltd. | Variable mirror, optical apparatus and decentered optical system which include variable mirror, variable-optical characteristic optical element or combination thereof |
| US7025468B2 (en) | 1999-03-17 | 2006-04-11 | Olympus Corporation | Variable mirror, optical apparatus and decentered optical system which include variable mirror, variable-optical characteristic optical element or combination thereof |
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| CN100432742C (zh) * | 2004-07-30 | 2008-11-12 | 索尼株式会社 | 可变形镜器件和可变形镜板 |
| US7874688B2 (en) | 2004-07-30 | 2011-01-25 | Sony Corporation | Deformable mirror device, deformable mirror plate |
| JP2007304254A (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-22 | Sony Corp | 変形可能ミラー装置 |
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