JPH07306367A - Variable optical face, variable optical face unit, optical scanning system and condensing point position-movable optical system - Google Patents
Variable optical face, variable optical face unit, optical scanning system and condensing point position-movable optical systemInfo
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- JPH07306367A JPH07306367A JP12171594A JP12171594A JPH07306367A JP H07306367 A JPH07306367 A JP H07306367A JP 12171594 A JP12171594 A JP 12171594A JP 12171594 A JP12171594 A JP 12171594A JP H07306367 A JPH07306367 A JP H07306367A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、可変光学面、可変光学
面ユニット、光スキャニングシステム及び集光点位置可
動光学システムに関する。具体的にいうと、起歪層によ
り光学面を変形させる可変光学面と可変光学面ユニット
に関する。また、その可変光学面を利用した光スキャニ
ングシステム及び集光点位置可動光学システムに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable optical surface, a variable optical surface unit, an optical scanning system, and an optical system for moving a focal point. Specifically, the present invention relates to a variable optical surface and a variable optical surface unit that deforms an optical surface by a strain generating layer. Further, the present invention relates to an optical scanning system and a condensing point position movable optical system using the variable optical surface.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来例の可変光学面を図１に示す。これ
は、ＩＥＥＥ ＭＥＭＳ’９３（MicroElectro Mechanic
al Systems）に発表された可変光学面（可変焦点ミラ
ー）１であって、上面に凹部２ａを有する絶縁体基板２
の上に環状のシリコンフレーム３を固定してあり、シリ
コンフレーム３の内周部には放物面状をした薄肉状のシ
リコン製ミラー部４がシリコンフレーム３と一体に形成
され、ミラー部４の上面は鏡面４ａとなっている。ま
た、このミラー部４は導電性を有していて全体が電極と
して機能し、絶縁体基板２の凹部２ａ底面には対向電極
５が形成されている。2. Description of the Related Art FIG. 1 shows a conventional variable optical surface. This is an IEEE MEMS '93 (MicroElectro Mechanic
a variable optical surface (variable focus mirror) 1 announced in al Systems), and an insulator substrate 2 having a concave portion 2a on the upper surface.
An annular silicon frame 3 is fixed on top of the silicon frame 3, and a thin parabolic silicon mirror part 4 made of silicon is integrally formed with the silicon frame 3 on the inner peripheral part of the silicon frame 3. Has a mirror surface 4a. Further, the mirror portion 4 has conductivity and the whole functions as an electrode, and a counter electrode 5 is formed on the bottom surface of the concave portion 2a of the insulator substrate 2.
【０００３】しかして、この可変光学面１のミラー部４
に例えば平行光束６が入射すると、ミラー部４は放物面
鏡として働くので、その焦点位置７に集光される。ま
た、シリコンフレーム３を通してミラー部４と対向電極
５間に電圧を印加すると、ミラー部４と対向電極５間に
静電引力が発生してミラー部４が弾性変形するので、そ
の焦点距離が変化し、光束６の焦点位置７を変化させる
ことができる。例えば、直径９.７５ｍｍのミラー部
で、印加電圧７５０Ｖのときの焦点距離を２５０ｍｍと
した場合、コリメートされた６ｍｍ径のＨｅ−Ｎｅレー
ザー光を光源とし、直径４５μｍのスポット光を得てい
る。However, the mirror section 4 of the variable optical surface 1
When, for example, a parallel light beam 6 is incident on, the mirror portion 4 acts as a parabolic mirror and is condensed at the focal position 7. Further, when a voltage is applied between the mirror section 4 and the counter electrode 5 through the silicon frame 3, an electrostatic attractive force is generated between the mirror section 4 and the counter electrode 5 and the mirror section 4 is elastically deformed, so that the focal length changes. Then, the focal position 7 of the light beam 6 can be changed. For example, in the case of a mirror portion having a diameter of 9.75 mm and a focal length of 250 mm at an applied voltage of 750 V, collimated He-Ne laser light having a diameter of 6 mm is used as a light source to obtain spot light having a diameter of 45 μm.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の可動光
学面にあっては、ミラー部を放物面鏡として機能させる
ために必要な放物線の断面プロファイルを実現するため
には、特別な製作プロセス（すなわち、light intensit
y profile method）を使用し、ミラー部の加工時のレジ
スト膜厚を制御しなければならなかった。However, in the conventional movable optical surface, in order to realize the cross-sectional profile of the parabola necessary for the mirror section to function as a parabolic mirror, a special manufacturing process is required. (Ie light intensit
It was necessary to control the resist film thickness when processing the mirror part using the y profile method).
【０００５】さらに、ミラー部を変形させるためには対
向電極を必要とするため、可動光学面の構造や製造プロ
セスも複雑になるという問題があった。Further, there is a problem that the structure of the movable optical surface and the manufacturing process are complicated because the counter electrode is required to deform the mirror portion.
【０００６】また、静電引力によってミラー部を変形さ
せるため１方向にしか光学面（ミラー部）を変形させる
ことができず、しかも、対向電極とのギャップ量がミラ
ー部の変形量の上限となるので、光学面変形の自由度が
低かった。Further, since the mirror portion is deformed by electrostatic attraction, the optical surface (mirror portion) can be deformed only in one direction, and the gap amount with the counter electrode is the upper limit of the deformation amount of the mirror portion. Therefore, the degree of freedom of optical surface deformation was low.
【０００７】さらに、静電引力によってミラー部を強制
的に弾性変形させるため、ミラー部を変形させるための
駆動電圧が高かった。Further, since the mirror portion is forcibly elastically deformed by the electrostatic attraction, the driving voltage for deforming the mirror portion is high.
【０００８】さらに、ミラー部を別体の絶縁体基板に接
合しているため、ミラー部と絶縁体基板との熱膨張係数
の差により可動光学面の温度特性が劣化する恐れがあっ
た。Further, since the mirror portion is joined to the separate insulating substrate, there is a possibility that the temperature characteristic of the movable optical surface may be deteriorated due to the difference in thermal expansion coefficient between the mirror portion and the insulating substrate.
【０００９】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、起歪層を用
いて光学面を駆動する新規な原理による可動光学面を提
案することにより、駆動電圧が低く、変形の自由度も高
い可動光学面を提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of conventional examples, and an object thereof is to propose a movable optical surface based on a novel principle of driving an optical surface by using a strain generating layer. Accordingly, it is to provide a movable optical surface having a low driving voltage and a high degree of freedom of deformation.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の可動光学面は、
変形可能な基板と、基板に支持された光学面及び起歪層
とからなり、前記起歪層への電圧の印加により前記光学
面が変形することを特徴としている。The movable optical surface of the present invention comprises:
It is characterized in that it comprises a deformable substrate, an optical surface supported by the substrate, and a strain-generating layer, and the optical surface is deformed by applying a voltage to the strain-generating layer.
【００１１】前記起歪層は、絶縁膜及び起歪層への入力
用電極を介して基板に形成されている。さらに、前記起
歪層には、該起歪層への他方の入力用電極および該入力
用電極の保護層を形成したことを特徴としている。The strain generating layer is formed on the substrate via an insulating film and an input electrode to the strain generating layer. Further, the strain generating layer is characterized in that another input electrode for the strain generating layer and a protective layer for the input electrode are formed.
【００１２】また、前記起歪層は、前記基板の変形領域
にのみ形成することができる。The strain generating layer can be formed only in the deformed region of the substrate.
【００１３】前記基板は、少なくとも二辺をフレームに
固定してもよい。特に、基板を矩形状とし、該基板の少
なくとも対向する１組の辺をフレームに固定することが
できる。また、前記基板の全周をフレームに固定しても
よい。特に、基板を円形状とし、該基板の全周をフレー
ムに固定してもよい。At least two sides of the substrate may be fixed to the frame. In particular, the substrate can be rectangular and at least one set of opposing sides of the substrate can be fixed to the frame. Further, the entire circumference of the substrate may be fixed to the frame. In particular, the substrate may be circular and the entire circumference of the substrate may be fixed to the frame.
【００１４】また、前記基板の起歪層が形成されていな
い領域には開口部を設けてもよい。あるいは、前記基板
の厚みが一定でないようにしてもよい。Further, an opening may be provided in a region of the substrate where the strain generating layer is not formed. Alternatively, the thickness of the substrate may not be constant.
【００１５】さらに、前記入力用電極は、それぞれ複数
の電極部分からなっていてもよい。その場合には、各電
極部分に異なる大きさの信号を印加するようにできる。Furthermore, each of the input electrodes may include a plurality of electrode portions. In that case, signals of different magnitudes can be applied to the respective electrode portions.
【００１６】また、前記基板上には歪検出手段を設けて
もよい。Further, strain detecting means may be provided on the substrate.
【００１７】前記歪検出手段としてピエゾ抵抗を用い、
該ピエゾ抵抗上に誘電体膜を介して金属薄膜もしくは低
抵抗のポリシリコンを形成し、該金属薄膜もしくはポリ
シリコンと前記基板とを電気的に導通させることもでき
る。A piezoresistor is used as the strain detecting means,
A metal thin film or low resistance polysilicon may be formed on the piezoresistor via a dielectric film to electrically connect the metal thin film or polysilicon to the substrate.
【００１８】また、前記歪検出手段には、フレームに設
けた温度補償用の抵抗やオフセット調整用の抵抗をつな
いでもよい。Further, a resistor for temperature compensation or a resistor for offset adjustment provided on the frame may be connected to the strain detecting means.
【００１９】また、前記起歪層への入力を制御する回路
や前記歪検出手段からの出力を検知する回路等の回路部
分をフレーム上に設けてもよい。Further, circuit portions such as a circuit for controlling the input to the strain generating layer and a circuit for detecting the output from the strain detecting means may be provided on the frame.
【００２０】起歪層としては、圧電薄膜や電歪薄膜、磁
歪薄膜等の内部歪を発生する機能薄膜を用いることがで
きる。As the magnetostrictive layer, a functional thin film such as a piezoelectric thin film, an electrostrictive thin film, a magnetostrictive thin film or the like which generates an internal strain can be used.
【００２１】また、この可動光学面においては、複数の
光学面をアレイ状に配列してもよい。On this movable optical surface, a plurality of optical surfaces may be arranged in an array.
【００２２】本発明の可動光学面ユニットは、前記可動
光学面を不活性ガスと共にパッケージ内に封止したこと
を特徴としている。The movable optical surface unit of the present invention is characterized in that the movable optical surface is sealed in a package together with an inert gas.
【００２３】本発明の別な可動光学面ユニットは、前記
可動光学面をパッケージ内に減圧封止したことを特徴と
している。Another movable optical surface unit of the present invention is characterized in that the movable optical surface is sealed in a package under reduced pressure.
【００２４】本発明の光スキャニングシステムは、前記
可動光学面と光源とを備え、光源からの光を可変光学面
の変形によって走査させるようにしたことを特徴として
いる。The optical scanning system of the present invention is characterized by comprising the movable optical surface and a light source, and scanning the light from the light source by the deformation of the variable optical surface.
【００２５】本発明の集光点位置可動光学システムは、
前記可動光学面と光源とを備え、光源からの光を集光さ
せ、その集光点を可変光学面の変形によって移動させる
ようにしたことを特徴としている。The optical system for moving the focal point position of the present invention comprises:
The movable optical surface and the light source are provided, and the light from the light source is condensed, and the condensing point is moved by the deformation of the variable optical surface.
【００２６】[0026]
【作用】本発明の可動光学面によれば、光学面を有する
基板に起歪層を設け、起歪層により光学面を変形させる
ようにしているので、光学面の両方向への変位が可能と
なる。また、従来例のように対向電極を持たないので光
学面の変位の上限も存在しない。従って、光学面の変形
の自由度が高いという利点がある。According to the movable optical surface of the present invention, since the strain generating layer is provided on the substrate having the optical surface and the optical surface is deformed by the strain generating layer, it is possible to displace the optical surface in both directions. Become. Further, unlike the conventional example, since there is no counter electrode, there is no upper limit of displacement of the optical surface. Therefore, there is an advantage that the degree of freedom of deformation of the optical surface is high.
【００２７】また、起歪層に電圧を印加して光学面を変
形させるので、駆動電圧も低くできる。さらに、光学面
を変形させるために対向電極が必要なく、基板等の形状
や構造も簡略化できるため、製造プロセスも簡単にする
ことができ、製造コストを安価にすることができる。Since a voltage is applied to the strain generating layer to deform the optical surface, the driving voltage can be lowered. Further, since the counter electrode is not required to deform the optical surface and the shape and structure of the substrate and the like can be simplified, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
【００２８】また、従来例のように基板を別体の絶縁体
基板等に取り付ける必要がないので、熱膨張係数の違い
による温度特性の劣化がない。Further, since it is not necessary to attach the substrate to a separate insulator substrate or the like as in the conventional example, the temperature characteristics are not deteriorated due to the difference in thermal expansion coefficient.
【００２９】また、起歪層を基板の全体でなく、変形領
域にのみ形成すれば、基板の変形が容易となり、光学面
をより小さな駆動電圧により大きく変形させることがで
きる。Further, if the strain generating layer is formed not in the entire substrate but only in the deformation region, the substrate can be easily deformed and the optical surface can be largely deformed by a smaller driving voltage.
【００３０】また、前記基板の二辺をフレームに固定し
たり、全周をフレームに固定したり、フレームを矩形状
にしたり、円形状にしたりすることにより、基板に設け
られた光学面の変形時のプロファイルを制御することが
できる。Further, the optical surface provided on the substrate is deformed by fixing the two sides of the substrate to the frame, fixing the entire circumference to the frame, making the frame rectangular or circular. You can control the time profile.
【００３１】さらに、基板の起歪層が形成されていない
領域に開口部を設ければ、開口部によって基板が変形し
易くなるので、小さな駆動電圧で光学面の変形を大きく
することができる。さらに、開口部のパターンによって
基板の変形の仕方を変化させることができる。Further, if the opening is provided in the region of the substrate where the strain-defining layer is not formed, the substrate is easily deformed by the opening, so that the deformation of the optical surface can be increased with a small driving voltage. Further, the pattern of the opening can change the way the substrate is deformed.
【００３２】また、入力用電極が複数の電極部分からな
っていれば、その電極パターンや各電極部分に印加する
異なる電圧により、所望の形状に光学面を変形させるこ
とができる。If the input electrode is composed of a plurality of electrode portions, the optical surface can be deformed into a desired shape by the electrode pattern or different voltages applied to the electrode portions.
【００３３】また、前記基板上に歪検出手段を設けてあ
れば、該歪検出手段によって基板ないし光学面の変形の
具合を検出することができ、光学面の変形をコントロー
ルすることができる。Further, if the strain detecting means is provided on the substrate, the degree of deformation of the substrate or the optical surface can be detected by the strain detecting means, and the deformation of the optical surface can be controlled.
【００３４】さらに、歪検出手段であるピエゾ抵抗上に
誘電体膜を介して金属薄膜もしくは低抵抗のポリシリコ
ンを形成し、これを基板と導通させておけば、外部電磁
波をシールドできると共にピエゾ抵抗の温度特性も向上
し、出力ノイズを低減できる。Furthermore, if a metal thin film or low resistance polysilicon is formed on the piezoresistor which is the strain detecting means via a dielectric film and is made conductive with the substrate, external electromagnetic waves can be shielded and the piezoresistor can be shielded. The temperature characteristic of is also improved and output noise can be reduced.
【００３５】また、歪検出手段に温度補償用の抵抗をつ
ないでおけば、歪検出手段から出力される信号の温度特
性を安定させることができる。あるいは、歪検出手段に
オフセット調整用の抵抗をつないでおけば、歪検出手段
によって構成されるブリッジ回路等の出力をオフセット
調整することができる。If a resistor for temperature compensation is connected to the strain detecting means, the temperature characteristic of the signal output from the strain detecting means can be stabilized. Alternatively, if a resistance for offset adjustment is connected to the distortion detecting means, the output of the bridge circuit or the like constituted by the distortion detecting means can be offset adjusted.
【００３６】また、前記起歪層への入力を制御する回路
や前記歪検出手段からの出力を検知する回路等の回路部
分をフレーム上に設ければ、当該回路部分を含めた可動
光学面の構成をコンパクトにまとめることができ、可動
光学面を小型化することができる。If circuit portions such as a circuit for controlling the input to the strain generating layer and a circuit for detecting the output from the strain detecting means are provided on the frame, the movable optical surface including the circuit portion can be The configuration can be compactly formed, and the movable optical surface can be downsized.
【００３７】また、複数の光学面をアレイ状に配列して
おけば、可動光学面に入射する光を各光学面毎に個々に
調整することができる。If a plurality of optical surfaces are arranged in an array, the light incident on the movable optical surface can be adjusted individually for each optical surface.
【００３８】本発明の可動光学面ユニットでは、可動光
学面を不活性ガスと共にパッケージ内に封止しているの
で、内部の可動光学面の経年的な変化を小さくでき、寿
命を長くすることができる。また、可動光学面をパッケ
ージ内に減圧封止しておけば、可動光学面の周波数特性
を向上させることができる。In the movable optical surface unit of the present invention, since the movable optical surface is sealed in the package together with the inert gas, it is possible to reduce the secular change of the internal movable optical surface and prolong the life. it can. Further, if the movable optical surface is sealed in the package under reduced pressure, the frequency characteristic of the movable optical surface can be improved.
【００３９】[0039]
【実施例】図２（ａ）は本発明の一実施例による可動光
学面１１を示す一部破断した斜視図、図２（ｂ）は図２
（ａ）のＸ１部拡大断面図である。以下、この可動光学
面１１の構造を図２（ａ）（ｂ）に従って説明する。矩
形枠状をしたフレーム１２の内周部には、弾性変形可能
な薄肉状の基板１３が設けられ、基板１３の全周はフレ
ーム１２の内周部に固定ないし一体形成されており、基
板１３の表面にはスパッタ等によってアルミニウムや銀
等の金属薄膜を蒸着させることにより光学面（反射ミラ
ー面）１４が形成されている。また、図２（ｂ）に示す
ように、基板１３及びフレーム１２の裏面全面には絶縁
層１５が形成されている。例えば、フレーム１２及び基
板１３は、シリコンウエハをエッチング加工及びダイシ
ングカットすることによって作製することができ、その
場合には絶縁層１５はシリコンウエハの酸化膜（ＳｉＯ
2）ないし窒化膜（ＳｉＮ）によって形成することがで
きる。さらに、裏面側において、絶縁層１５の上には金
属蒸着膜等によって電極層１６が形成され、電極層１６
の上にはスパッタ法やデポジション法等によって起歪層
１７が設けられ、起歪層１７の上には同じく金属蒸着膜
等によって電極層１６が形成されている。電極層１６は
保護層１８によって覆われており、使用環境下における
腐食ガスや湿気等から保護されている。起歪層１７は、
起歪層１７を挟んで両面に形成された電極層１６間に電
圧を印加すると、横方向歪（すなわち、電極層１６と平
行な方向の伸縮歪）を発生するものであって、例えば圧
電薄膜、電歪薄膜、磁歪薄膜などの内部応力を発生する
機能薄膜を用いることができる。2A is a partially cutaway perspective view showing a movable optical surface 11 according to an embodiment of the present invention, and FIG.
It is an X1 section expanded sectional view of (a). The structure of the movable optical surface 11 will be described below with reference to FIGS. An elastically deformable thin-walled substrate 13 is provided on the inner peripheral portion of the frame 12 having a rectangular frame shape, and the entire periphery of the substrate 13 is fixed to or integrally formed with the inner peripheral portion of the frame 12. An optical surface (reflective mirror surface) 14 is formed on the surface of the substrate by depositing a metal thin film such as aluminum or silver by sputtering or the like. Further, as shown in FIG. 2B, an insulating layer 15 is formed on the entire back surfaces of the substrate 13 and the frame 12. For example, the frame 12 and the substrate 13 can be manufactured by etching and dicing a silicon wafer, and in that case, the insulating layer 15 is an oxide film (SiO 2) of the silicon wafer.
2 ) or a nitride film (SiN). Further, on the back surface side, the electrode layer 16 is formed on the insulating layer 15 by a metal vapor deposition film or the like.
A strain generating layer 17 is provided on the strain generating layer 17 by a sputtering method or a deposition method, and an electrode layer 16 is also formed on the strain generating layer 17 by a metal vapor deposition film or the like. The electrode layer 16 is covered with a protective layer 18 and is protected from corrosive gas, moisture and the like under the use environment. The strain generating layer 17 is
When a voltage is applied between the electrode layers 16 formed on both sides of the strain-generating layer 17, lateral strain (that is, expansion / contraction strain in a direction parallel to the electrode layer 16) is generated. Functional thin films that generate internal stress, such as electrostrictive thin films and magnetostrictive thin films, can be used.
【００４０】この実施例においては、両電極層１６間に
電圧を印加していない場合には基板１３、起歪層１７及
び光学面１４はいずれも平板状をしており、光学面１４
は単なる平面ミラーとしての機能しか有していないが、
両電極層１６間に電圧を印加すると起歪層１７に横方向
歪が発生するために基板１３が変形し、それによって光
学面１４が変形する。例えば、起歪層１７に収縮横歪が
発生する場合には基板１３が座屈して弧面状に湾曲し、
あるいは起歪層１７に伸張横歪が発生する場合には基板
１３が膨らみ、やはり弧面状に湾曲する。このようにし
て例えば図３（ａ）に示すように光学面１４が凹面状に
引っ込むと、光学面１４は凹面鏡として働き、光学面１
４に入射したコリメート光ｒは集光する。しかも、電極
層１６間に印加する駆動電圧を変化させることによって
基板１３及び光学面１４の変形量（曲率）も変化するの
で、焦点位置を調整することができる。逆に、図３
（ｂ）に示すように光学面１４が膨出すると、光学面１
４は凸面鏡として働き、光学面１４に入射したコリメー
ト光ｒは発散する。この場合も駆動電圧によって基板１
３及び光学面１４の湾曲具合を調整できるので、発散光
の発散中心も駆動電圧によって制御できる。In this embodiment, when no voltage is applied between the electrode layers 16, the substrate 13, the strain generating layer 17 and the optical surface 14 are all flat plates, and the optical surface 14
Has only a function as a plane mirror,
When a voltage is applied between both electrode layers 16, the substrate 13 is deformed because lateral strain is generated in the strain generating layer 17, and thus the optical surface 14 is deformed. For example, when contraction lateral strain occurs in the strain generating layer 17, the substrate 13 buckles and curves in an arc surface,
Alternatively, when a tensile lateral strain occurs in the strain generating layer 17, the substrate 13 swells and also curves in an arc surface. Thus, for example, when the optical surface 14 is recessed as shown in FIG. 3A, the optical surface 14 functions as a concave mirror and the optical surface 1
The collimated light r incident on the beam No. 4 is condensed. Moreover, since the deformation amount (curvature) of the substrate 13 and the optical surface 14 also changes by changing the drive voltage applied between the electrode layers 16, the focus position can be adjusted. Conversely, FIG.
When the optical surface 14 swells as shown in (b), the optical surface 1
4 acts as a convex mirror, and the collimated light r incident on the optical surface 14 is diverged. In this case also, the substrate
Since it is possible to adjust the degree of curvature of 3 and the optical surface 14, the divergence center of divergent light can also be controlled by the drive voltage.
【００４１】図４（ａ）は本発明の別な実施例による可
動光学面２１を示す一部破断した斜視図、図４（ｂ）は
図４（ａ）のＸ２部拡大断面図である。この実施例にあ
っては、起歪層１７及び両面の電極層１６を基板１３の
全面でなく、基板１３の変形領域にのみ設けている。こ
の可動光学面２１では、基板１３の周囲領域には起歪層
１７等が設けられていないので、基板１３が変形し易く
なっており、小さな駆動電圧によって光学面１４を大き
く変形させることができる。FIG. 4A is a partially cutaway perspective view showing a movable optical surface 21 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4B is an enlarged sectional view of a portion X2 of FIG. 4A. In this embodiment, the strain generating layer 17 and the electrode layers 16 on both sides are provided not in the entire surface of the substrate 13 but only in the deformed region of the substrate 13. In this movable optical surface 21, since the strain generating layer 17 and the like are not provided in the peripheral region of the substrate 13, the substrate 13 is easily deformed, and the optical surface 14 can be largely deformed by a small driving voltage. .
【００４２】図５は本発明のさらに別な実施例による可
動光学面２２を示す一部破断した斜視図である。この実
施例では、円環状をしたフレーム１２の内周部に円形状
をした基板１３を設けて基板１３の全周をフレーム１２
に固定している。このような可動光学面２２によれば、
駆動電圧を印加して起歪層１７を変形させた時、基板１
３や光学面１４の変形が中心軸に関して軸対称となる。
従って、光学面１４も中心軸に対して軸対称な放物面鏡
のように変形し、光学面１４で反射される光線の光学的
な収差を小さくすることができる。FIG. 5 is a partially cutaway perspective view showing a movable optical surface 22 according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, a circular substrate 13 is provided on the inner peripheral portion of the ring-shaped frame 12, and the entire circumference of the substrate 13 is covered by the frame 12.
It is fixed to. According to such a movable optical surface 22,
When the drive voltage is applied to deform the strain generating layer 17, the substrate 1
3 and the deformation of the optical surface 14 are axisymmetric with respect to the central axis.
Therefore, the optical surface 14 is also deformed like a parabolic mirror that is axially symmetric with respect to the central axis, and the optical aberration of the light beam reflected by the optical surface 14 can be reduced.
【００４３】図６は本発明のさらに別な実施例による可
動光学面２３を示す一部破断した斜視図である。この可
動光学面２３では、起歪層１７等を備えた矩形薄膜状の
基板１３を矩形枠状をしたフレーム１２の内周部に配置
し、基板１３の対向する二辺のみをフレーム１２の内周
部に固定している。この可動光学面２３では、基板１３
の二辺２４が固定され、他の二辺２５がフリーになって
いるので、起歪層１７が変形すると基板１３は略円筒状
に変形する。このため、駆動電圧を印加したときにシリ
ンドリカルミラー状の光学面１４を得ることができ、そ
の曲率は駆動電圧によって調整することができる。FIG. 6 is a partially cutaway perspective view showing a movable optical surface 23 according to still another embodiment of the present invention. In this movable optical surface 23, a rectangular thin film substrate 13 provided with a strain generating layer 17 and the like is arranged on the inner peripheral portion of a frame 12 having a rectangular frame shape, and only two opposing sides of the substrate 13 are included in the frame 12. It is fixed to the circumference. On this movable optical surface 23, the substrate 13
Since the two sides 24 are fixed and the other two sides 25 are free, when the strain generating layer 17 is deformed, the substrate 13 is deformed into a substantially cylindrical shape. Therefore, when the drive voltage is applied, the cylindrical mirror-shaped optical surface 14 can be obtained, and its curvature can be adjusted by the drive voltage.
【００４４】図７は本発明のさらに別な実施例による可
動光学面２６を示す一部破断した斜視図である。この実
施例にあっては、基板１３の全周をフレーム１２の内周
に固定し、起歪層１７及び両面の電極層１６を基板１３
の周辺領域を除く領域にのみ設けている。さらに、基板
１３の起歪層１７等の設けられていない周辺領域には、
適宜複数個の開口部２７があけられている。この可動光
学面２６では、基板１３の周辺領域には起歪層１７等が
設けられておらず、さらに開口部２７が設けられている
ので、より一層基板１３が変形し易くなっており、駆動
電圧に対する光学面１４の変形が大きくなる。また、開
口部２７のパターンによって基板１３の変形具合を調整
することもできる。さらに、可動光学面２６の製造後に
おいても、開口部２７を設けることによって光学面１４
の変形の大きさを調整することができる。FIG. 7 is a partially cutaway perspective view showing a movable optical surface 26 according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the entire circumference of the substrate 13 is fixed to the inner circumference of the frame 12, and the strain generating layer 17 and the electrode layers 16 on both sides are provided on the substrate 13.
It is provided only in the area excluding the peripheral area. Further, in the peripheral region of the substrate 13 where the strain generation layer 17 and the like are not provided,
A plurality of openings 27 are appropriately opened. In the movable optical surface 26, since the strain generating layer 17 and the like are not provided in the peripheral area of the substrate 13 and the opening 27 is further provided, the substrate 13 is more easily deformed, and the driving is performed. The deformation of the optical surface 14 with respect to the voltage increases. Further, the degree of deformation of the substrate 13 can be adjusted by the pattern of the opening 27. Further, even after the movable optical surface 26 is manufactured, the optical surface 14 is provided by providing the opening 27.
The size of the deformation can be adjusted.
【００４５】図８（ａ）は本発明の別な実施例による可
動光学面２８を示す一部破断した斜視図、図８（ｂ）は
図８（ａ）のＸ３部拡大断面図である。この実施例にあ
っては、基板１３の厚みが一定でなく、基板１３の厚み
の異なる部分が設けられている。具体的にいうと、図８
（ａ）では基板１３の下面に突出した環状の厚肉部２９
が設けられているが、このようなパターンに限るもので
はない。例えば、同心状に複数個の環状厚肉部を設けた
り、放射状に厚肉部を設けたり、その他任意のパターン
で設けることができる。そして、この基板１３の厚みや
厚みの変化のパターンを変えることによって、駆動電圧
を印加されたときの基板１３及び光学面１４の変形時の
プロファイルを制御することができる。また、図示しな
いが、基板１３の厚みは連続的に変化させることもでき
る。FIG. 8A is a partially cutaway perspective view showing a movable optical surface 28 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8B is an enlarged sectional view of a portion X3 of FIG. 8A. In this embodiment, the thickness of the substrate 13 is not constant, and portions where the thickness of the substrate 13 is different are provided. Specifically, FIG.
In (a), an annular thick portion 29 protruding from the lower surface of the substrate 13
Is provided, but the pattern is not limited to such a pattern. For example, a plurality of annular thick-walled portions may be provided concentrically, radial thick-walled portions may be provided, or any other pattern may be provided. Then, by changing the thickness of the substrate 13 or the pattern of change in the thickness, it is possible to control the profile of the substrate 13 and the optical surface 14 at the time of deformation when the drive voltage is applied. Although not shown, the thickness of the substrate 13 can be continuously changed.
【００４６】図９（ａ）は本発明のさらに別な実施例に
よる可動光学面３０を示す平面図、図９（ｂ）は図９
（ａ）のＹーＹ線に沿った断面図である。この実施例に
あっては、各電極層１６を分割して複数の電極部分１６
ａ，１６ａ，…を起歪層１７の両面に配置している。こ
の可動光学面３０にあっては、電極部分１６ａ，１６
ａ，…の配置パターンによって起歪層１７における歪の
分布パターンを決めることができるので、基板１３及び
光学面１４の変形時のプロファイルを自由に設計するこ
とができる。しかも、起歪層１７自体の変形をコントロ
ールできるので、基板１３の厚みを変える方法よりも効
果的にプロファイルをコントロールすることができる。
また、電極部分１６ａ，１６ａ，…のパターンによって
プロファイルを変えるだけでなく、各電極パターンが独
立していれば、可動光学面３０の製造後においても、各
電極部分１６ａ，１６ａ，…に印加する電圧を異ならせ
ることによってもプロファイルをコントロールすること
ができる。FIG. 9A is a plan view showing a movable optical surface 30 according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 9B is FIG.
It is sectional drawing which followed the YY line of (a). In this embodiment, each electrode layer 16 is divided into a plurality of electrode portions 16
, a are arranged on both sides of the strain generating layer 17. In this movable optical surface 30, the electrode portions 16a, 16
Since the distribution pattern of strain in the strain generating layer 17 can be determined by the arrangement pattern of a, ..., The profile of the substrate 13 and the optical surface 14 when deformed can be freely designed. Moreover, since the deformation of the strain generating layer 17 itself can be controlled, the profile can be controlled more effectively than the method of changing the thickness of the substrate 13.
Further, not only the profile is changed according to the pattern of the electrode portions 16a, 16a, ... If the electrode patterns are independent, it is applied to the electrode portions 16a, 16a, ... Even after the movable optical surface 30 is manufactured. The profile can also be controlled by changing the voltage.
【００４７】図１０は本発明のさらに別な実施例による
可動光学面３１を示す断面図である。この可動光学面３
１はシリコンウエハ３２に半導体製造技術を適用して作
製されている。エッチング加工前のシリコンウエハ３２
はｐ型シリコンウエハ（ｐ層３３）の下面に基板１３の
厚みとなるようにｎ型不純物を注入してｎ層３４が形成
されている。このｐ層３３とｎ層３４からなるシリコン
ウエハ３２の中央部においてｐ層３３をエッチング除去
することによって周囲にｐ層３３からなるフレーム１２
を形成すると共にその下面内周部にｎ層３４からなる基
板１３が形成されている。また、エッチング後のシリコ
ンウエハ３２の上面には光学面１４が形成されている。
この光学面１４はｎ層３４等の表面そのものとしてもよ
い。また、ｎ層３４の下面に、酸化膜や窒化膜等によっ
て形成されている絶縁層１５は、適宜開口されており、
絶縁層１５にあけた窓からｎ層３４へｐ型不純物を注入
することによってピエゾ抵抗３５がｎ層３４に埋め込ま
れている。なお、３６はピエゾ抵抗３５に接続された金
属配線、３７は金属配線を覆う絶縁層である。３８はｎ
+層３９を介してｎ層３４の電位を一定に保つための電
極パッドである。また、基板１３の下面には両面に電極
層１６を設けられた起歪層１７が設けられている。FIG. 10 is a sectional view showing a movable optical surface 31 according to still another embodiment of the present invention. This movable optical surface 3
1 is manufactured by applying a semiconductor manufacturing technique to a silicon wafer 32. Silicon wafer 32 before etching
Forms an n-layer 34 by implanting n-type impurities into the lower surface of the p-type silicon wafer (p-layer 33) to the thickness of the substrate 13. By removing the p-layer 33 by etching in the central portion of the silicon wafer 32 composed of the p-layer 33 and the n-layer 34, the frame 12 made of the p-layer 33 is surrounded.
And the substrate 13 formed of the n layer 34 is formed on the inner peripheral portion of the lower surface thereof. The optical surface 14 is formed on the upper surface of the silicon wafer 32 after etching.
The optical surface 14 may be the surface itself of the n layer 34 or the like. Further, the insulating layer 15 formed of an oxide film, a nitride film, or the like is appropriately opened on the lower surface of the n layer 34,
A piezoresistor 35 is embedded in the n layer 34 by implanting a p-type impurity into the n layer 34 through a window formed in the insulating layer 15. Incidentally, 36 is a metal wiring connected to the piezoresistor 35, and 37 is an insulating layer covering the metal wiring. 38 is n
It is an electrode pad for keeping the potential of the n layer 34 constant via the + layer 39. Further, on the lower surface of the substrate 13, a strain generating layer 17 having electrode layers 16 on both surfaces is provided.
【００４８】しかして、この可動光学面３１にあって
は、基板１３の適宜箇所に埋め込まれたピエゾ抵抗３５
によって基板１３の各部の歪を検出することができるの
で、基板１３の各部の歪をモニターしながら起歪層１７
に印加する駆動電圧を調整することができる。On the movable optical surface 31, however, the piezoresistor 35 embedded in the substrate 13 at an appropriate position.
Since the strain of each part of the substrate 13 can be detected by the strain generating layer 17 while monitoring the strain of each part of the substrate 13,
The drive voltage applied to the can be adjusted.
【００４９】図１１は本発明のさらに別な実施例による
可動光学面４０を示す断面図である。この実施例におい
ては、さらに、ｎ層３４に埋め込まれたピエゾ抵抗３５
を覆うように誘電体膜４１を介して金属薄膜もしくは低
抵抗のポリシリコン４２を形成してあり、この金属薄膜
もしくはポリシリコン４２はｎ+層４３を通してｎ層３
４と電気的に接続されている。この可動光学面４０にお
いては、基板１３と導通した金属薄膜もしくは低抵抗の
ポリシリコン４２によってｐ型のピエゾ抵抗３５を覆っ
ているので、ピエゾ抵抗３５はほぼ全周囲を基板１３な
いしフレーム１２と等しい電位によって囲まれており、
外部電磁波をシールドされると共に温度特性も向上し、
ピエゾ抵抗３５からの出力のノイズを低減することがで
きる。FIG. 11 is a sectional view showing a movable optical surface 40 according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the piezoresistor 35 embedded in the n-layer 34 is further added.
A metal thin film or low-resistance polysilicon 42 is formed so as to cover the n layer 3 through the n + layer 43.
4 is electrically connected. In this movable optical surface 40, since the p-type piezoresistor 35 is covered with the metal thin film or the low-resistance polysilicon 42 which is electrically connected to the substrate 13, the piezoresistor 35 is substantially the same as the substrate 13 or the frame 12 in its entire circumference. Is surrounded by a potential
Shields external electromagnetic waves and improves temperature characteristics,
The noise of the output from the piezoresistor 35 can be reduced.
【００５０】また、図１２（ａ）（ｂ）は本発明のさら
に別な実施例による可動光学面４４を示す下面図（起歪
層１７等を省略している）及びピエゾ抵抗３５により構
成されたブリッジ回路４５を示す図である。この実施例
にあっては、基板１３周囲の４箇所に埋め込まれたピエ
ゾ抵抗３５によって図１２（ｂ）に示すようなブリッジ
回路４５を構成し、その出力電圧Ｖをモニターすること
により基板１３が均等に変形しているかどうか監視する
ことができる。さらに、フレーム１２の下面（ｎ層３
４）には温度補償用の抵抗４６を埋め込んであり、この
温度補償用抵抗４６を図１２（ｂ）のようにピエゾ抵抗
３５の１つと並列接続してブリッジ回路４５に挿入して
いる。この温度補償用抵抗４６はピエゾ抵抗３５とは逆
の温度特性を有するものであって、この温度補償用抵抗
４６をブリッジ回路４５に挿入することによりブリッジ
回路４５の温度特性を安定させることができる。12 (a) and 12 (b) are composed of a bottom view (the strain generating layer 17 and the like are omitted) showing a movable optical surface 44 according to another embodiment of the present invention and a piezoresistor 35. It is a figure which shows the bridge circuit 45. In this embodiment, the piezoresistors 35 embedded in four places around the substrate 13 form a bridge circuit 45 as shown in FIG. It is possible to monitor for even deformation. Furthermore, the lower surface of the frame 12 (n layer 3
In FIG. 4), a temperature compensating resistor 46 is embedded, and this temperature compensating resistor 46 is connected in parallel with one of the piezoresistors 35 as shown in FIG. The temperature compensating resistor 46 has a temperature characteristic opposite to that of the piezoresistor 35, and the temperature characteristic of the bridge circuit 45 can be stabilized by inserting the temperature compensating resistor 46 into the bridge circuit 45. .
【００５１】また、図１３（ａ）（ｂ）は本発明のさら
に別な実施例による可動光学面４７を示す下面図（起歪
層１７等を省略している）及びピエゾ抵抗３５により構
成されたブリッジ回路４５を示す図である。この実施例
にあっては、フレーム１２の下面（ｎ層３４）にオフセ
ット調整用のトリム抵抗４８を埋め込んであり、このト
リム抵抗４８を図１２（ｂ）に示すようにピエゾ抵抗３
５の１つと直列接続してブリッジ回路４５に挿入してい
る。この実施例にあっては、トリム抵抗４８をレーザー
光等によって一部蒸発させることによって抵抗値を調整
し、ブリッジ回路４５の出力電圧Ｖのオフセット量を調
整することができる。13 (a) and 13 (b) are bottom views showing the movable optical surface 47 according to still another embodiment of the present invention (the strain generating layer 17 and the like are omitted) and a piezoresistor 35. It is a figure which shows the bridge circuit 45. In this embodiment, a trim resistor 48 for offset adjustment is embedded in the lower surface (n layer 34) of the frame 12, and the trim resistor 48 is used as shown in FIG.
It is inserted in the bridge circuit 45 by being connected in series with one of the five. In this embodiment, the resistance value can be adjusted by partially evaporating the trim resistor 48 with laser light or the like, and the offset amount of the output voltage V of the bridge circuit 45 can be adjusted.
【００５２】図１４は本発明のさらに別な実施例による
可動光学面４９を示す断面図であって、フレーム１２の
下面に回路部分５０を埋め込んだものである。例えば、
この回路部分５０としては、プリッジ回路等から出力さ
れる信号（出力電圧Ｖ）の変化を検知するための回路や
起歪層１７への入力を制御するための回路等とすること
ができる。FIG. 14 is a sectional view showing a movable optical surface 49 according to still another embodiment of the present invention, in which a circuit portion 50 is embedded in the lower surface of the frame 12. For example,
The circuit portion 50 may be a circuit for detecting a change in the signal (output voltage V) output from the bridge circuit or the like, a circuit for controlling the input to the strain generating layer 17, or the like.
【００５３】図１５は本発明のさらに別な実施例による
可動光学面５１を示す概略断面図である。この実施例に
おいては、起歪層１７に駆動電圧を印加していない状態
で基板１３及び光学面１４が湾曲しており、起歪層１７
に駆動電圧を印加して起歪層１７を変形させると、基板
１３及び光学面１４がより大きく湾曲する方向に、ある
いは湾曲が小さくなる方向に変形する。FIG. 15 is a schematic sectional view showing a movable optical surface 51 according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the substrate 13 and the optical surface 14 are curved in the state in which the drive voltage is not applied to the strain generating layer 17,
When a drive voltage is applied to the strain-generating layer 17 to deform it, the substrate 13 and the optical surface 14 are deformed in a direction in which the substrate 13 and the optical surface 14 are curved more greatly or in a direction in which the curvature is reduced.
【００５４】なお、上記各実施例において、光学面は基
板側でなく、起歪層側に形成することも可能であるが、
基板の上に形成することにより平滑度を高めることがで
き、光学面の反射率を高くすることができる。In each of the above embodiments, the optical surface can be formed not on the substrate side but on the strain generating layer side.
By forming it on the substrate, the smoothness can be increased and the reflectance of the optical surface can be increased.
【００５５】図１６に示すものは本発明による可動光学
面ユニット５２を示す断面図である。この可動光学面ユ
ニット５２は、本発明による可動光学面５３をベース５
４の上面に実装すると共に電極層１６やピエゾ抵抗３５
等を端子５５にワイヤボンディング等で接続してあり、
ガラスや透明プラスチック等の透光部５６と筒部５７か
らなるパッケージ５８内に可動光学面５３を封止し、パ
ッケージ５８内部を減圧している。あるいは、パッケー
ジ５８内にＮｅやＡｒ等の不活性ガスを封入しておいて
もよい。FIG. 16 is a sectional view showing the movable optical surface unit 52 according to the present invention. The movable optical surface unit 52 includes a movable optical surface 53 according to the present invention as a base 5.
4 and the electrode layer 16 and the piezoresistor 35.
Etc. are connected to the terminal 55 by wire bonding,
The movable optical surface 53 is sealed in a package 58 composed of a transparent portion 56 such as glass or transparent plastic and a tubular portion 57 to reduce the pressure inside the package 58. Alternatively, the package 58 may be filled with an inert gas such as Ne or Ar.
【００５６】このように可動光学面５３をパッケージ５
８内に封止しておけば、耐環境性が保証され、素子寿命
を長くすることができる。さらに、内部に不活性ガスを
封入してあれば、可動光学面５３の経年的な劣化を小さ
くでき、内部を減圧してあれば、可動光学面５３の周波
数特性を向上させることができる。In this way, the movable optical surface 53 is attached to the package 5
If it is sealed within 8, the environmental resistance is guaranteed and the life of the element can be extended. Further, if an inert gas is filled inside, the deterioration of the movable optical surface 53 over time can be reduced, and if the inside pressure is reduced, the frequency characteristic of the movable optical surface 53 can be improved.
【００５７】図１７はアレイ状に構成された可動光学面
５９を示す平面図である。すなわち、シリコンウエハ等
から形成された格子状をした共通のフレーム１２に一定
ピッチ毎にアレイ状に配列させて弾性変形可能な複数の
基板１３を設け、各基板１３にそれぞれ光学面１４と起
歪層１７等を設けたものである。このようにアレイ状に
形成された可動光学面５９によれば、複数個分を小さな
スペースに構成することができる。また、各光学面１４
は各起歪層１７によって互いに独立して駆動される。こ
のようなアレイ状をした可動光学面５９を用いれば、各
光学面１４にそれぞれ異なる光ビームを照射させるよう
にしてもよく、あるいは全体に１本の光ビームを照射さ
せてマイクロレンズアレイと似た使い方をしてもよい。FIG. 17 is a plan view showing the movable optical surface 59 arranged in an array. That is, a plurality of elastically deformable substrates 13 arranged in an array at a constant pitch are provided on a common frame 12 in the form of a lattice formed of a silicon wafer or the like, and each substrate 13 has an optical surface 14 and a flexure strain. The layer 17 and the like are provided. According to the movable optical surfaces 59 thus formed in an array, a plurality of them can be formed in a small space. In addition, each optical surface 14
Are independently driven by each strain generation layer 17. If the movable optical surface 59 having such an array shape is used, different light beams may be irradiated to the respective optical surfaces 14, or a single light beam may be irradiated to the entire optical surface 14 to resemble a microlens array. You may use it in different ways.
【００５８】図１８は本発明による光スキャニングシス
テム６０を示す概略構成図である。この光スキャニング
システム６０は本発明の可動光学面５３と、その光学面
１４に光ビームを照射する光源６１とからなっている。
可動光学面５３の起歪層１７には交流電圧が印加されて
おり、それによって光学面１４は一定周期で膨張した
り、収縮したりするように周期的に変形している。光源
６１から出射されている光ビームｒは、このようにして
振動している光学面１４の中心から外れた位置に照射さ
れており、光学面１４で反射された光ビームｒは光学面
１４の振動によって反射方向が変化し、図１８に示すよ
うに走査される。FIG. 18 is a schematic block diagram showing an optical scanning system 60 according to the present invention. The optical scanning system 60 comprises a movable optical surface 53 of the present invention and a light source 61 for irradiating the optical surface 14 with a light beam.
An alternating voltage is applied to the strain generating layer 17 of the movable optical surface 53, whereby the optical surface 14 is periodically deformed so as to expand or contract at a constant cycle. The light beam r emitted from the light source 61 is applied to a position deviated from the center of the vibrating optical surface 14 in this manner, and the light beam r reflected by the optical surface 14 is reflected by the optical surface 14. The vibration changes the reflection direction, and scanning is performed as shown in FIG.
【００５９】図１９は本発明による集光点位置可動光学
システム６２を示す概略構成図である。この集光点位置
可動光学システム６２は、本発明の可動光学面５３と、
コリメート光ないしコヒーレント光を出射する発光ダイ
オード（及びレンズ系）や半導体レーザ素子のような光
源６３とからなる。図３（ａ）（ｂ）において説明した
ように、この集光点位置可動光学システム６２において
は、光源６３から出射され光学面１４で反射された光は
集光し、その集光点６４の位置は起歪層１７に印加する
駆動電圧によって可変とすることができる。FIG. 19 is a schematic block diagram showing a condensing point position movable optical system 62 according to the present invention. This condensing point position movable optical system 62 includes the movable optical surface 53 of the present invention,
A light source 63 such as a light emitting diode (and a lens system) or a semiconductor laser device that emits collimated light or coherent light. As described with reference to FIGS. 3A and 3B, in the light-condensing point position movable optical system 62, the light emitted from the light source 63 and reflected by the optical surface 14 is condensed, and the light of the light condensing point 64 is changed. The position can be changed by the drive voltage applied to the strain generating layer 17.
【００６０】[0060]
【発明の効果】本発明によれば、起歪層により光学面を
変形させるようにしているので、光学面の両方向への変
位が可能となり、また、従来例のように対向電極を持た
ないので光学面の変位の上限もなく、光学面の変形の自
由度の高い可動光学面を製作することができるという利
点がある。また、起歪層に電圧を印加して光学面を変形
させるので、駆動電圧も低くできる。さらに、光学面を
変形させるために対向電極が必要なく、基板等の形状や
構造も簡略化できるため、製造プロセスも簡単にするこ
とができ、製造コストを安価にできる。しかも、スクィ
ーズドフィルムダンピングによる高周波領域における応
答の低下も起こらないという利点がある。また、従来例
のように基板を別体の絶縁体基板等に取り付ける必要が
ないので、熱膨張係数の違いによる温度特性の劣化がな
い。According to the present invention, since the optical surface is deformed by the strain generating layer, it is possible to displace the optical surface in both directions, and, unlike the conventional example, no counter electrode is provided. There is an upper limit of the displacement of the optical surface, and there is an advantage that a movable optical surface having a high degree of freedom of deformation of the optical surface can be manufactured. Moreover, since a voltage is applied to the strain generating layer to deform the optical surface, the driving voltage can be lowered. Further, since the counter electrode is not required to deform the optical surface and the shape and structure of the substrate and the like can be simplified, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. Moreover, there is an advantage that the response is not deteriorated in the high frequency region due to the squeezed film damping. Further, unlike the conventional example, it is not necessary to attach the substrate to a separate insulating substrate or the like, so that the temperature characteristics are not deteriorated due to the difference in thermal expansion coefficient.
【００６１】また、起歪層を基板の変形領域にのみ形成
したり、基板の起歪層以外の部分に開口部を設けたりす
れば、基板の変形が容易となり、光学面をより小さな駆
動電圧により大きく変形させることができ、バッテリー
駆動等も可能になる。Further, if the strain generating layer is formed only in the deformed region of the substrate, or if the opening is provided in a portion other than the strain generating layer of the substrate, the substrate can be easily deformed and the optical surface can be driven with a smaller driving voltage. It can be greatly deformed and can be driven by a battery.
【００６２】また、前記基板の全周や一部をフレームに
固定したり、フレームの形状を変化させたり、基板に開
口部を設けたり、複数の電極部分のパターンを変えた
り、複数の電極部分に印加する電圧を異ならせたりする
ことにより、駆動電圧印加時の光学面のプロファイルを
コントロールすることができる。Further, the entire circumference or a part of the substrate is fixed to the frame, the shape of the frame is changed, the opening is provided in the substrate, the pattern of the plurality of electrode portions is changed, and the plurality of electrode portions are changed. It is possible to control the profile of the optical surface when the drive voltage is applied by changing the voltage applied to the.
【００６３】また、ピエゾ抵抗等の歪検出手段を設けて
おけば、光学面の変形のようすを検知することができ、
歪検出手段の出力をモニターしながら、光学面を変形さ
せることによって光学面を高い形状精度で変形させるこ
とができる。If a strain detecting means such as a piezoresistor is provided, it is possible to detect the deformation of the optical surface.
By deforming the optical surface while monitoring the output of the strain detecting means, the optical surface can be deformed with high shape accuracy.
【００６４】さらに、前記起歪層への入力を制御する回
路や前記歪検出手段からの出力を検知する回路等の回路
部分をフレーム上に設ければ、当該回路部分を含めた可
動光学面の構成をコンパクトにまとめることができ、可
動光学面を小型化することができる。Further, if circuit portions such as a circuit for controlling the input to the strain generating layer and a circuit for detecting the output from the strain detecting means are provided on the frame, the movable optical surface including the circuit portion can be formed. The configuration can be compactly formed, and the movable optical surface can be downsized.
【００６５】また、複数の光学面を並べてアレイ状の可
動光学面を構成したり、パッケージ内に不活性ガス封止
又は減圧封止したりすることもでき、用途に応じた形態
で使用することができる。Further, it is possible to arrange a plurality of optical surfaces to form a movable optical surface in the form of an array, or to seal the inside of the package with an inert gas or to seal under reduced pressure. You can
【００６６】さらに、本発明の可動光学面を用いれば、
光ビームの集光位置等の調整の自由度が高く、駆動電圧
も低く、小型の光スキャニングシステムや集光点位置可
動光学システムを構成することができる。Furthermore, by using the movable optical surface of the present invention,
The degree of freedom of adjusting the light beam focusing position and the like is high, the driving voltage is low, and a small optical scanning system or a focusing point position movable optical system can be configured.
【図１】従来の可動光学面の構造を示す一部破断した斜
視図である。FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a structure of a conventional movable optical surface.
【図２】（ａ）は本発明の一実施例による可動光学面を
示す一部破断した斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ１部を示
す拡大断面図である。2A is a partially cutaway perspective view showing a movable optical surface according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is an enlarged sectional view showing a portion X1 of FIG. 2A.
【図３】（ａ）（ｂ）は同上の動作説明図である。3 (a) and 3 (b) are diagrams for explaining the above operation.
【図４】（ａ）は本発明の別な実施例による可動光学面
を示す一部破断した斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ２部を
示す拡大断面図である。4A is a partially cutaway perspective view showing a movable optical surface according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view showing a portion X2 of FIG. 4A.
【図５】本発明のさらに別な実施例による可動光学面を
示す一部破断した斜視図である。FIG. 5 is a partially cutaway perspective view showing a movable optical surface according to still another embodiment of the present invention.
【図６】本発明のさらに別な実施例による可動光学面を
示す一部破断した斜視図である。FIG. 6 is a partially cutaway perspective view showing a movable optical surface according to still another embodiment of the present invention.
【図７】本発明のさらに別な実施例による可動光学面を
示す一部破断した斜視図である。FIG. 7 is a partially cutaway perspective view showing a movable optical surface according to still another embodiment of the present invention.
【図８】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による可動
光学面を示す一部破断した斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ
３部を示す拡大断面図である。FIG. 8A is a partially cutaway perspective view showing a movable optical surface according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 8B is an X of FIG.
It is an expanded sectional view showing 3 parts.
【図９】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による可動
光学面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図
である。9A is a plan view showing a movable optical surface according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a sectional view taken along line YY of FIG. 9A.
【図１０】本発明のさらに別な実施例による可動光学面
を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a movable optical surface according to still another embodiment of the present invention.
【図１１】本発明のさらに別な実施例による可動光学面
を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a movable optical surface according to still another embodiment of the present invention.
【図１２】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による可
動光学面を示す一部省略した下面図、（ｂ）はそのピエ
ゾ抵抗によるブリッジ回路の構成を示す図である。12A is a partially omitted bottom view showing a movable optical surface according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 12B is a view showing a configuration of a bridge circuit by the piezoresistor.
【図１３】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による可
動光学面を示す一部省略した下面図、（ｂ）はそのピエ
ゾ抵抗によるブリッジ回路の構成を示す図である。FIG. 13A is a partially omitted bottom view showing a movable optical surface according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 13B is a view showing a configuration of a bridge circuit by the piezo resistance.
【図１４】本発明のさらに別な実施例による可動光学面
を示す断面図である。FIG. 14 is a sectional view showing a movable optical surface according to still another embodiment of the present invention.
【図１５】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による可
動光学面を示す一部破断した斜視図、（ｂ）は同上の基
板部分の一部を示す拡大断面図である。FIG. 15A is a partially cutaway perspective view showing a movable optical surface according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 15B is an enlarged sectional view showing a part of a substrate portion of the same.
【図１６】本発明のさらに別な実施例による可動光学面
ユニットを示す断面図である。FIG. 16 is a sectional view showing a movable optical surface unit according to still another embodiment of the present invention.
【図１７】本発明のさらに別な実施例による可動光学面
を示す平面図である。FIG. 17 is a plan view showing a movable optical surface according to still another embodiment of the present invention.
【図１８】本発明のさらに別な実施例による光スキャニ
ングシステムを示す概略図である。FIG. 18 is a schematic view showing an optical scanning system according to still another embodiment of the present invention.
【図１９】本発明のさらに別な実施例による集光点位置
可動光学システムを示す概略図である。FIG. 19 is a schematic view showing an optical system for moving a focus point according to still another embodiment of the present invention.
１２ フレーム １３ 基板 １４ 光学面 １６ 電極層 １７ 起歪層 ３５ ピエゾ抵抗 12 frame 13 substrate 14 optical surface 16 electrode layer 17 strain generating layer 35 piezoresistance
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 善之 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 池田 正哲 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Yoshiyuki Morita, No. 10 Hanazono Dodo-cho, Ukyo-ku, Kyoto City, Kyoto Prefecture Omron Co., Ltd. (72) Inventor Masaaki Ikeda No. 10 Hanazono-Todo-cho, Kyoto City, Kyoto Omron Within the corporation
Claims (23)
学面及び起歪層とからなり、 前記起歪層への電圧の印加により前記光学面が変形する
ようになった可変光学面。1. A variable optical surface comprising a deformable substrate, an optical surface supported by the substrate, and a strain-generating layer, wherein the optical surface is deformed by applying a voltage to the strain-generating layer.
力用電極を介して基板に形成されていることを特徴とす
る請求項１に記載の可変光学面。2. The variable optical surface according to claim 1, wherein the strain generating layer is formed on the substrate via an insulating film and an input electrode to the strain generating layer.
方の入力用電極および該入力用電極の保護層を形成した
ことを特徴とする請求項２に記載の可変光学面。3. The variable optical surface according to claim 2, further comprising an input electrode on the other side of the strain generating layer and a protective layer for the input electrode formed on the strain generating layer.
み形成されていることを特徴とする請求項１，２又は３
に記載の可変光学面。4. The strain generating layer is formed only in a deformed region of the substrate.
The variable optical surface described in.
固定したことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記
載の可変光学面。5. The variable optical surface according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein at least two sides of the substrate are fixed to a frame.
とを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の可変光
学面。6. The variable optical surface according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the entire circumference of the substrate is fixed to a frame.
くとも対向する１組の辺がフレームに固定されているこ
とを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の可変光
学面。7. The variable optical surface according to claim 1, wherein the substrate has a rectangular shape, and at least one pair of opposing sides of the substrate is fixed to the frame. .
がフレームに固定されていることを特徴とする請求項
１，２，３又は４に記載の可変光学面。8. The variable optical surface according to claim 1, wherein the substrate has a circular shape, and the entire circumference of the substrate is fixed to a frame.
領域に開口部が存在することを特徴とする請求項１，
２，３，４，５，６，７又は８に記載の可変光学面。9. An opening is present in a region of the substrate where no strain generating layer is formed.
The variable optical surface according to 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8.
徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８又は９
に記載の可変光学面。10. The thickness of said substrate is not constant, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or 9.
The variable optical surface described in.
極部分からなることを特徴とする請求項２，３，４，
５，６，７，８，９又は１０に記載の可変光学面。11. The input electrode comprises a plurality of electrode portions, respectively.
The variable optical surface described in 5, 6, 7, 8, 9 or 10.
を印加するようにした請求項１１に記載の可変光学面。12. The variable optical surface according to claim 11, wherein signals of different magnitudes are applied to the respective electrode portions.
項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１又
は１２に記載の可変光学面。13. The variable optical surface according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or 12, wherein strain detecting means is provided on the substrate.
て、該ピエゾ抵抗上に誘電体膜を介して金属薄膜もしく
は低抵抗のポリシリコンを形成し、該金属薄膜もしくは
ポリシリコンと前記基板とを電気的に導通させたことを
特徴とする請求項１３に記載の可変光学面。14. The strain detecting means is a piezoresistor, and a metal thin film or low resistance polysilicon is formed on the piezoresistor via a dielectric film, and the metal thin film or polysilicon and the substrate are formed. The variable optical surface according to claim 13, wherein the variable optical surface is electrically connected.
れた温度補償用の抵抗をつないでいることを特徴とする
請求項１３に記載の可変光学面。15. The variable optical surface according to claim 13, wherein a resistance for temperature compensation provided on the frame is connected to the distortion detecting means.
れたオフセット調整用の抵抗をつないでいることを特徴
とする請求項１３に記載の可変光学面。16. The variable optical surface according to claim 13, wherein a resistance for offset adjustment provided on a frame is connected to the distortion detecting means.
前記歪検出手段からの出力を検知する回路等の回路部分
をフレーム上に設けたことを特徴とする請求項１，２，
３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１
３，１４，１５又は１６に記載の可動光学面。17. The circuit portion, such as a circuit for controlling an input to the strain generating layer and a circuit for detecting an output from the strain detecting means, is provided on a frame.
3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1
The movable optical surface according to 3, 14, 15 or 16.
膜、磁歪薄膜等の内部歪を発生する機能薄膜を用いたこ
とを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６又
は１７に記載の可動光学面。18. A functional thin film that generates an internal strain, such as a piezoelectric thin film, an electrostrictive thin film, or a magnetostrictive thin film, is used as the strain generating layer. , 7,
The movable optical surface according to 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 or 17.
れていることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，
６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１
５，１６，１７又は１８に記載の可動光学面。19. A plurality of said optical surfaces are arranged in an array form, 1, 2, 3, 4, 5,
6,7,8,9,10,11,12,13,14,1
The movable optical surface according to 5, 16, 17 or 18.
８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，
１７，１８又は１９に記載の可動光学面を、不活性ガス
と共にパッケージ内に封止したことを特徴とする可動光
学面ユニット。20. Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,
A movable optical surface unit characterized in that the movable optical surface described in 17, 18 or 19 is sealed in a package together with an inert gas.
８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，
１７，１８又は１９に記載の可動光学面をパッケージ内
に減圧封止したことを特徴とする可動光学面ユニット。21. Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,
A movable optical surface unit, wherein the movable optical surface according to item 17, 18 or 19 is sealed in a package under reduced pressure.
８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，
１７，１８又は１９に記載の可動光学面と光源とを備
え、光源からの光を可変光学面の変形によって走査させ
るようにした光スキャニングシステム。22. Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,
An optical scanning system comprising the movable optical surface according to 17, 18 or 19 and a light source, wherein light from the light source is scanned by deformation of the variable optical surface.
８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，
１７，１８又は１９に記載の可動光学面と光源とを備
え、光源からの光を集光させ、その集光点を可変光学面
の変形によって移動させるようにした集光点位置可動光
学システム。23. Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,
A movable condensing point position optical system comprising the movable optical surface according to 17, 18, or 19 and a light source, condensing light from the light source, and moving the condensing point by deformation of the variable optical surface.
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