JP2002311213A - 可変形状光学素子及び光学素子ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、応答性が高く、小型で十分な変位の
得られる低コストの可変形状光学素子及び光学素子ユニ
ット及び小型で高効率の透過型の可変形状光学素子及び
光学素子ユニットを提供する。 【解決手段】本発明の一態様によると、第１の面の弾性
率が、該第１の面に対向する第２の面より高くなされて
いる光透過性の弾性部材からなり、前記弾性部材の前記
第２の面の側に圧力が加えられることにより、前記弾性
部材の前記第２の面を選択的に変形させて、焦点距離が
可変とされることを特徴とする可変形状光学素子が提供
される。本発明の別の態様によると、光透過性の弾性部
材と、前記弾性部材の第１の面に接合される透明な剛性
部材とを有し、前記弾性部材の前記第１の面に対向する
第２の面に圧力が加えられることにより、前記弾性部材
の前記第２の面を選択的に変形させて、焦点距離が可変
とされることを特徴とする可変形状光学素子が提供され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は曲率を連続的に可変
せしめる可変形状光学素子及び光学素子ユニットに係
り、特に、半導体技術を応用した小型の可変形状光学素
子光学素子ユニットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ピックアップなどのマイクロオプティ
クスに適用される微小な光学系において、従来は電磁式
アクチュエータを用いていたフォーカシング等に関係す
る機構の簡素化を目的として、反射面の曲率を変えるこ
とができる超小型の可変焦点鏡の提案が行われている。

【０００３】また、小型の撮像用光学系においても、可
変焦点鏡の適用は小型化に大きく寄与することができ
る。

【０００４】このような可変焦点鏡では、半導体製造技
術を適用した、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ）技
術を適用することによって、低コスト・高精度の製作が
期待できる。

【０００５】この種の可変形状鏡の駆動方法としては、
特開平２−１０１４０２号公報に開示されている静電引
力を用いる方法や、特公平３−８１１３２号公報に開示
されている圧電効果を利用する方法や特開平１−２１９
８０１号公報に開示されている流体圧を用いる方法など
が知られている。

【０００６】これらの方式にはそれぞれ一長一短がある
が、凹面から凸面まで比較的大きな変位を必要とする用
途には流体圧を利用する方法が特に適している。

【０００７】このような流体圧駆動の可変形状鏡の例と
して、上述の特開平１−２１９８０１号公報に開示され
た手法について、図１を用いて簡単に説明する。

【０００８】この可変焦点鏡１は、シェル２と、室圧調
整装置３と、反射鏡４とにより構成されている。

【０００９】シェル２には圧力室５が形成され、その開
口部にはＯリング６により反射鏡４を気密に保持する保
持部７が形成されている。

【００１０】圧力室５には、室圧調整装置３の圧力計８
と配管９とが接続されている。

【００１１】配管９は圧縮機配管系９ａと真空ポンプ配
管系９ｂとにわかれ、電磁式操作弁１０ａ、１０ｂによ
り圧縮機１１ａと真空ポンプ１１ｂとに適宜切り替え可
能に構成されている。

【００１２】この切り替えは制御部１２により、電磁式
操作弁１０ａ、１０ｂをそれぞれ開閉操作することによ
り行うべく構成されている。

【００１３】反射鏡４は薄板よりなり、その反射面１３
にはアルミニウムなどの反射材料がコーティングされて
いる。

【００１４】以上のように構成された可変焦点鏡１にお
いて、凹面の反射面１３ａとするには制御部１２の操作
により電磁式操作弁１０ａを閉じ、電磁式操作弁１０ｂ
を解放する。

【００１５】圧力室５は、真空ポンプ配管系９ｂに通じ
ていることにより、真空ポンプ１１ｂにより負圧とな
る。

【００１６】従って、反射鏡４は圧力室５側へ撓み、凹
面状の反射面１３ａとなる。

【００１７】一方、凸面の反射面１３ｂとするには、制
御部１２の操作により電磁式操作弁１０ａを解放し、電
磁式操作弁１０ｂを閉じる。

【００１８】圧力室５は圧縮機配管系９ａに通じている
ことにより、圧縮機１１ａにより正圧となる。

【００１９】従って、反射鏡４は、圧力室５とは反対側
に撓み、凸面状の反射面１３ｂとなる。

【００２０】さらには、圧力室５の圧力を外部圧と同一
になるように制御してやれぱ、反射面１３は自身の弾性
により平滑な反射面１３ｃとなる。

【００２１】また、反射面１３の形状は圧力計８の計測
値に基づいて制御部１２の動作を制御することによっ
て、反射鏡４を任意の焦点距離に連続的に設定すること
ができる。

【００２２】このような流体圧を駆動源とする可変形状
鏡は、変位量が電極間距離で制限される静電引力駆動や
反射面の材料の制限から大きな撓みを与えることが難し
い圧電駆動式による可変形状鏡と比較して、特に広範囲
の焦点距離変化を必要とする用途に好適である。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上述のような流体圧式
の可変焦点鏡の問題は、ポンプもしくは圧縮機を必要と
するため小型化が非常に困難であるということである。

【００２４】また、上述のような流体圧式の可変焦点鏡
は、バルブなどの複雑な機構を有し、ポンプと圧力室の
流路に起因した効率や応答性の低下といった問題もあ
る。

【００２５】本発明の目的は、応答性が高く、小型で十
分な変位の得られる低コストの可変形状光学素子及び光
学素子ユニットを提供することである。

【００２６】また、流体圧を利用する方法は原理上可変
焦点鏡の変形部位に均一な力を作用させることになるの
で変形形状は回転対称になるが、反射光学系は光路の関
係で斜め方向からの入射となるのが一般的であるので大
きな収差が生じる。

【００２７】この点では透過型の可変形状光学素子（す
なわち、可変形状レンズ）が有利であるが、例えば、特
開平３−２７０９０号公報のような従来の可変焦点レン
ズは変形部材を容器に封止する必要があり、組立が複雑
で小型化に適したものではないという問題がある。

【００２８】本発明の他の目的は、小型で高効率の透過
型の可変形状光学素子及び光学素子ユニットを提供する
ことである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、（１） 第１の面の弾性率が、該
第１の面に対向する第２の面より高くなされている光透
過性の弾性部材からなり、前記弾性部材の前記第２の面
の側に圧力が加えられることにより、前記弾性部材の前
記第２の面を選択的に変形させて、焦点距離が可変とさ
れることを特徴とする可変形状光学素子が提供される。

【００３０】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（２） 光透過性の弾性部材と、前記弾性部
材の第１の面に接合される透明な剛性部材とを有し、前
記弾性部材の前記第１の面に対向する第２の面に圧力が
加えられることにより、前記弾性部材の前記第２の面を
選択的に変形させて、焦点距離が可変とされることを特
徴とする可変形状光学素子が提供される。

【００３１】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（３） 弾性部分に圧力が加えられることに
より、前記弾性部分の形状を変化させて焦点距離が可変
とされる可変形状光学素子と、前記可変形状光学素子の
一部と接合されると共に、前記可変形状光学素子を支持
する構造体と、前記可変形状光学素子の前記弾性部分に
圧力を加えるように、前記可変形状光学素子の前記弾性
部分に接合される圧力室と、チャンバーと、該チャンバ
ーの側壁の一部を兼ねるダイアフラムと、前記チャンバ
ーに接続される吸入及び排出用ノズルとを有するポンプ
手段と、前記ポンプ手段のダイアフラムを振動させる振
動手段とを具備し、前記ポンプ手段は、前記圧力室と前
記構造体外部に接続され、かつ、少なくとも前記圧力室
の一部と前記ポンプ手段のチャンバーの一部とが同一の
構造体内に設けられ、前記振動手段の振動周波数または
振幅を制御することにより、前記可変形状光学素子の焦
点距離を可変とすることを特徴とする光学素子ユニット
が提供される。

【００３２】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（４） 前記構造体の可視部分に光軸調整用
の標点を具備することを特徴とする（３）記載の光学素
子ユニットが提供される。

【００３３】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（５） 前記可変形状光学素子は、光透過性
であり、第１の面は剛性を有し、前記第１の面に対向す
る第２の面は第１の面よりも低い弾性率を有し、前記第
２の面が圧力を加えるべき弾性部分とした可変形状レン
ズであることを特徴とする（３）または（４）記載の光
学素子ユニットが提供される。

【００３４】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（６） 前記可変形状光学素子は、少なくと
も第１の面に反射面をもつ可撓性薄膜であり、前記可撓
性薄膜の第２の面側が、前記圧力を加えるべき弾性部分
とした可変形状鏡であることを特徴とする（３）または
（４）記載の光学素子ユニットが提供される。

【００３５】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（７） 前記ポンプ手段及び振動手段をそれ
ぞれ複数具備し、少なくとも一つ以上の前記ポンプ手段
が前記圧力室を加圧するように接続され、他の一つ以上
の前記ポンプ手段が前記圧力室を減圧するように接続さ
れ、前記複数のポンプ手段の各チャンバーが前記可変形
状光学素子の光軸に直交する線を挟んで配置されること
を特徴とする（３）または（４）記載の光学素子ユニッ
トが提供される。

【００３６】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（８） 前記加圧用のポンプ手段の振動手段
または減圧用のポンプ手段の振動手段を停止させて、前
記圧力室内の圧力を所望の値に制御することを特徴とす
るとする（７）記載の光学素子ユニットが提供される。

【００３７】なお、以上の構成並びに本明細書で使用す
るテクニカルタームは、以下のような定義に基づいてい
る。

【００３８】・可変形状光学素子：圧力、静電気力など
でその形状を制御して、焦点距離を可変とした光学素
子。

【００３９】・ダイアフラム：振動する薄膜、隔膜。

【００４０】・圧力室：可変形状光学素子の弾性部分に
圧力を加えるための空間。

【００４１】・ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ
−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、半導体製造プ
ロセスを用いたマイクロマシン。

【００４２】・排気用チャンバー：圧力室からの排気ポ
ンプのチャンバーであって、ダイアフラムも含む。

【００４３】・吸気用チャンバー：圧力室への吸気ポン
プのチャンバーであって、ダイアフラムを含む。

【００４４】・チャンバー：ポンプの圧力室（チャンバ
ー）であって、ダイアフラム自体も含む。

【００４５】・ノズル：チャンバーと圧力室または外部
を接続し、流体の流路となり、チャンバー側とその逆側
では断面積が異なる。

【００４６】・標点：光学素子の光軸を合わせる調整の
ためのマーク。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。

【００４８】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態について図２乃至図５を用いて説明する。

【００４９】図２の（ａ），（ｂ）は、本発明による第
１の実施の形態における可変形状光学素子の全体構成を
示す上面斜視図と背面斜視図である。

【００５０】図２の（ａ），（ｂ）に示すように、可変
形状光学素子は、上部基板２０１と下部基板２０２とが
接合されており、上部基板２０１の上部には透明な可撓
性薄膜部材２０３が形成されている。

【００５１】また、下部基板２０２には、２つの圧電振
動子２０４と、４つのアルミニウム薄膜よりなる＋字状
の標点パターン２００が形成されている。

【００５２】ここで、特に、図示していないが、各々の
圧電振動子２０４の電極にはリード線が接続され、外部
の駆動パルス発生器に接続されているものとする。

【００５３】図３の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図１の
上部基板２０１の構造を示す上面斜視図と背面斜視図及
び断面図である。

【００５４】まず、図３の（ａ）に示すように、上部基
板２０１を構成する単結晶シリコンよりなる基板２０８
の上面には、厚さ１μｍのポリイミド薄膜２０５が形成
されている。

【００５５】また、基板２０８の可撓性薄膜部材２０３
が形成されている領域には、図３の（ｂ）に示すよう
に、円形の開口部２０６が形成されている。

【００５６】ここで、図３の（ｃ）に示すように、基板
２０８の裏面２０７が前記下部基板２０２との接合面と
なる。

【００５７】図４の（ａ），（ｂ）は、図１の下部基板
２０２の構造を示す上面斜視図と背面斜視図である。

【００５８】図４の（ａ），（ｂ）に示すように、下部
基板２０２は、単結晶シリコン基板２０８にシリコン酸
化膜２０９が積層された構造となっている。

【００５９】そして、この下部基板２０２単結晶シリコ
ン基板２０８のシリコン酸化膜２０９が形成されていな
い面２１０が、前記上部基板２０１との接合面となる。

【００６０】そして、単結晶シリコン基板２０８には、
前記上部基板２０１の円形の開口部２０６に対向する部
位に円形の開口部が形成され、シリコン酸化膜２０９の
みが残存する凹部２１１が構成される。

【００６１】そして、その凹部２１１の両側には、シリ
コン基板２０８の矩形開口部が形成され、シリコン酸化
膜２０９のみが残存する吸気用チャンバー２１２と、排
気用チャンバー２１３とが構成される。

【００６２】ここで、吸気用チャンバー２１２と凹部２
１１とは、シリコン基板２０８に形成された溝で構成さ
れる吸気ノズル２１４で連結されている。

【００６３】また、排気用チャンバー２１３と凹部２１
１とは、シリコン基板２０８に形成された溝で構成され
る排気ノズル２１５で連結されている。

【００６４】そして、吸気ノズル２１４の幅は、図示し
たように、凹部２１１側で大きくなされている。

【００６５】また、排気ノズル２１５の幅は、逆に、凹
部２１１側で小さい形状となっている。

【００６６】そして、吸気用チャンバー２１２とシリコ
ン基板２０８の端面との間には、シリコン基板２０８に
形成された溝で構成される吸気側開口２１６が形成され
ている。

【００６７】さらに、排気用チャンバー２１３とシリコ
ン基板２０８との端面の間には、シリコン基板２０８に
形成された溝で構成される排気側開口２１７が形成され
ている。

【００６８】ここで、吸気側開口２１６の幅は、図示し
たようにシリコン基板２０８の端面側で小さくなされて
いる。

【００６９】また、排気側開口２１７の幅は、逆に、シ
リコン基板２０８の端面側で大きい形状となっている。

【００７０】次に、可撓性薄膜部材２０３の構造につい
て図５を用いて説明する。

【００７１】図５の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図１の
可撓性薄膜部材２０３の構造及び動作を説明するための
断面図である。

【００７２】図５の（ａ）に示すように、単結晶シリコ
ン基板２０８の開口部２０６の領域でポリイミド薄膜２
０５上に設けられた可撓性薄膜部材２０３は、ポリイミ
ド薄膜側の透明でゲル状の軟性部材２１８と、その上部
に被着したガラス薄板２１９の２層構造となっている。

【００７３】この構造で、開口部２０６側から正圧が加
えられると、図５の（ｂ）に示すように、ポリイミド薄
膜２０５は上方に押し上げられて凸形状に変形するが、
上面のガラス薄板２１９は十分に剛性が高いので、全体
としてはやや上方に移動するがほぼ平面形状を維持す
る。

【００７４】このため、ゲル状の軟性部材２１８は中心
部分では薄く、周辺部分では厚い形状となり、凹レンズ
として機能する。

【００７５】逆に、開口部２０６側から負圧が加えられ
ると、図５の（ｃ）に示すように、ポリイミド薄膜２０
５は下方に押し下げられて凹形状に変形するが、上面の
ガラス薄板２１９は十分に剛性が高いので、全体として
はやや下方に移動するがほぼ平面形状を維持する。

【００７６】このため、ゲル状の軟性部材２１８は中心
部分では厚く、周辺部分では薄い形状となり、凸レンズ
として機能する。

【００７７】このように、可撓性薄膜部材２０３は、開
口部２０６の圧力を制御することによって、凹レンズか
ら凸レンズまで連続的に変化する。

【００７８】この方法は、液溜めを用いて弾性薄膜を変
形させる方法や、特開平３−２７０９０号公報に開示さ
れているように、弾性部材を容器に封止する方法と比較
すると、構造が単純で小型化に特に適している。

【００７９】また、ここでは、可撓性薄膜部材２０３
は、軟性部材２１８とガラス基板２１９との２層構造と
したが、下面（ポリイミド薄膜２０５に接する面）の剛
性が十分に小さく、上面側で高い剛性を有するように剛
性が厚み方向で連続的に変化する透明な材料を用いても
同様の効果が得られる。

【００８０】なお、ここでは軟性部材２１８について、
単に、ゲル状と記したが、形状を維持できる範囲で十分
に弾性率が小さく、透明であれば、特に、ゲル状に限定
されるものではない。

【００８１】次に、本実施の形態の可変形状光学素子の
動作について説明する。

【００８２】すなわち、上部基板２０１と下部基板２０
２とが接合されているので、上部基板の開口部２０６と
下部基板の凹部２１１は圧力室を構成する。

【００８３】また、吸気用チャンバー２１２は圧電素子
２０４の駆動によって振動する吸気用チャンバーポンプ
を構成する。

【００８４】ここで、吸気用ノズル２１４は開口面積に
おいて圧力室側の方がポンプ側よりも大きく、吸気側開
口においてはポンプ側の開口がシリコン基板２０８の端
部よりも大きいことから、外気（シリコン基板２０８の
端部の外側）から圧力室に向かう流速が生じる。

【００８５】一方、排気用チャンバー２１３は圧電素子
２０４の駆動によって振動する排気用チャンバーポンプ
を構成する。

【００８６】ここで、排気用ノズル２１５は開口面積に
おいて圧力室側の方がポンプ側よりも小さく、吸気側開
口においてはポンプ側の開口がシリコン基板２０８の端
部よりも小さいことから、圧力室から外気（シリコン基
板２０８の端部の外側）に向かう流速が生じる。

【００８７】なお、このようなダイアフラムポンプすな
わちバルブレスディフューザポンプの動作原理について
は、例えば、Ｊ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．９（１９９９）３
４−４４，”Ａｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｓ
ｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｌｖｅｌｅｓｓ ｄｉｆ
ｆｕｓｅｒ ｐｕｍｐ ｕｓｉｎｇ ａ ｌｕｍｐｅｄ
−ｍａｓｓ ｍｏｄｅｌ”に詳述されている。

【００８８】ここで、例えば、２つの圧電振動子２０４
を同じ周波数、同じ振幅で駆動させると２つのダイアフ
ラムポンプの流速が釣り合い、可撓性薄膜部材２０３は
中立位置を維持する。

【００８９】しかるに、吸気用チャンバー２１２上の圧
電振動子２０４の振幅を排気用チャンバー２１３上の圧
電振動子２０４の振幅より大きくすると、圧力室の圧力
が外気に対して増大する。

【００９０】また、逆に、吸気用チャンバー２１２の圧
電振動子２０４の振幅を排気用チャンバー２１３上の圧
電振動子２０４の振幅よりも小さくすると、圧力室が外
気に対して減少する。

【００９１】このようにして、２つの圧電振動子２０４
の振幅をコントロールすることによって、圧力室の圧力
を正圧から負圧に連続的に変化させ、結果として可撓性
薄膜部材２０３を凸レンズから凹レンズに連続的に変化
させて機能させることが可能になる。

【００９２】このように本実施の形態にあっては、比較
的大きな力量を得られるバルブレスディフューザポンプ
のようなマイクロポンプを、２つの基板の張り合わせと
いう非常に単純な構成で実現することができる。

【００９３】そして、このバルブレスディフューザポン
プのようなマイクロポンプでは、バルブ等の複雑な機能
がなく、半導体製造プロセスによって基板自体の加工も
一括して行えるので、フォトリソグラフィー技術の適用
により、非常に、小型のデバイスを実現することができ
る。

【００９４】なお、本実施の形態にあっては、ダイアフ
ラムと各ノズル及び開口となる溝を下部基板に形成した
が、これらを上部基板に形成して下部基板を単なる透明
平板としても良い。

【００９５】次に、本実施の形態による可変形状光学素
子の製造方法について、簡単に言及する。

【００９６】上部基板２０１と、ポリイミド膜２０５
と、下部基板２０２とのシリコン酸化膜２０９は、半導
体プロセスによる一般的なスピンコートやＬＰＣＶＤを
用いて形成される。

【００９７】また、上部基板２０１の開口部２０６と、
下部基板２０２の凹部２１１と、吸気用チャンバー２１
２と、排気用チャンバー２１３及び吸気用ノズル２１４
と、排気用ノズル２１５と、吸気側開口２１６と、排気
用開口２１７とについては、それぞれ、一般的なＭＥＭ
Ｓ技術で用いられるＲＩＥ（反応性イオンエッチング）
による微細加工が可能である。

【００９８】また、標点２００についても、アルミニウ
ム薄膜のスパッタとフォトリソグラフィーで高精度に形
成することができる。

【００９９】可撓性薄膜部材２０３については、材料に
よって異なるが、スクリーン印刷やスピンコートと各種
の化学処理などによって形成することができる。

【０１００】実際の製造工程では、上部基板２０１と、
下部基板２０２とのそれぞれをシリコンウェハー（基板
２０８）上に、多数形成して、各基板間２０１、２０２
間を一括して接合し、その後、単位可変形状光学素子ご
とにダイシングにより切り離す。

【０１０１】圧電振動子２０４については、バルク材を
切り出した素子を個別に接着するか、ゾル・ゲル法で基
板上に形成する方法などが可能である。

【０１０２】このように本実施の形態の可変形状光学素
子にあっては、製造工程の大半で半導体製造プロセスも
しくはそこから派生したＭＥＭＳ技術を適用することが
できるので、特に、小型化と低コスト化の点で有利であ
る。

【０１０３】また、本実施の形態においては、可変形状
レンズについて言及したが、後述する第２の実施の形態
に示すように、ポリイミド膜２０５上の可撓性薄膜部材
２０３部分にアルミニウム蒸着膜をコートすることによ
って、開口部２１１の領域のポリイミド膜２０５が変形
する可変形状ミラーとして機能させることも可能であ
る。

【０１０４】最後に、標点２００の機能についてである
が、これは本実施の形態の可変形状光学素子を光学系に
組み込む際の合わせマークとして機能する。

【０１０５】すなわち、上部基板２０１と下部基板２０
２とは高精度に接合されているため、この標点２０５を
基準として上部基板２０１のレンズもしくは反射鏡の高
精度の光軸合わせを容易に行うことができる。

【０１０６】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態について図６を用いて説明する。

【０１０７】図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明
による第２の実施の形態における可変形状光学素子の上
部基板２０１の構造を示す上面斜視図と背面斜視図及び
断面図である。

【０１０８】なお、ここでは、説明しない各部の構成
は、前述した第１の実施の形態のそれと同様になされて
いるものとする。

【０１０９】本実施の形態では、前述した第１の実施の
形態のポリイミド膜２０５上の可撓性薄膜部材２０３部
分にアルミニウム蒸着膜をコートすることによって、開
口部２１１の領域のポリイミド膜２０５が変形する可撓
性ミラーすなわち可変形状ミラーとして機能させるもの
である。

【０１１０】まず、図６の（ａ）に示すように、上部基
板２０１を構成する単結晶シリコンよりなる基板２０８
の上面には、厚さ１μｍのポリイミド薄膜２０５が形成
されている。

【０１１１】また、基板２０８のアルミニウム蒸着膜４
０１が形成されている領域には、図６の（ｂ）に示すよ
うに、円形の開口部２０６が形成されている。

【０１１２】ここで、図６の（ｃ）に示すように、基板
２０８の裏面２０７が前記下部基板２０２との接合面と
なる。

【０１１３】そして、上部基板２０１に設けられている
ポリイミド薄膜２０５には、アルミニウム蒸着膜４０１
がコートされていることにより、可撓性ミラーすなわち
可変形状ミラー（反射鏡）が構成される。

【０１１４】なお、このような可変焦点反射鏡は、通常
の結像光学系に用いる場合、斜め方向の光入射となるの
で、大きな収差を生じるが、それほど高精細の撮像は必
要とされない用途や、自由曲面反射鏡と組み合わせて収
差補正が可能な場合には、構造が単純で、ＭＥＭＳ技術
により低コストで生産できるので好適である。

【０１１５】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態について図７及び図８を用いて説明する。

【０１１６】図７の（ａ），（ｂ）は、本発明による第
３の実施の形態における可変形状光学素子の全体構成を
示す上面斜視図と背面斜視図である。

【０１１７】図８の（ａ），（ｂ）は、本発明による第
３の実施の形態における可変形状光学素子の上面分解斜
視図と背面分解斜視図である。

【０１１８】なお、ここでは、図示しない各部の構成
は、前述した第１及び第２の実施の形態のそれと同様に
なされているものとする。

【０１１９】本実施の形態では、前述した第１の実施の
形態の２つの圧電振動子２０４と、２つのダイアフラム
ポンプをそれぞれ、図７の（ａ），（ｂ）及び図８の
（ａ），（ｂ）に示すように１つの圧電振動子５０６
と、１つのダイアフラムポンプすなわち１つのバルブレ
スディフューザポンプとしたものである。

【０１２０】具体的には、図８の（ａ），（ｂ）に示す
ように、上部基板２０１には第１の実施の形態の可撓性
薄膜部材２０３に相当する位置に薄膜ミラー（レンズで
も可）５０１が形成される。

【０１２１】また、下部基板２０２には第１の実施の形
態の開口部２０６に相当する圧力室５０２が形成される
とともに、この圧力室５０２に内部ノズル５０３を介し
て連通されるダイアフラム５０４と、このダイアフラム
５０４の他端に外部ノズル５０５が形成されている。

【０１２２】また、下部基板２０２にはダイアフラム５
０４に対応して圧電振動子５０６が設けられているとと
もに、＋字状の標点５００が形成されている。

【０１２３】ここで、内部ノズル５０３、外部ノズル５
０５は、それぞれ、第１の実施の形態の吸気用ノズル２
１４、吸気側開口２１６に相当する形状となされてい
る。

【０１２４】このような構成において、圧電振動子５０
６の駆動によってダイアフラム５０４が動作すると、外
部ノズル５０５から内部ノズル５０３の方向に流速が生
じて圧力室５０２の圧力が増大し、薄膜ミラー５０１が
凸形状に変形する。

【０１２５】そして、圧電振動子５０６が停止すると、
薄膜ミラー５０１自体の膜張力によって、薄膜ミラー５
０１は平坦な形状となる。

【０１２６】従って、圧電振動子５０６の駆動電圧を調
整することによって、薄膜ミラー５０１を平面から凸面
に連続的に変形させることができる。

【０１２７】また、外部ノズル５０５と、内部ノズル５
０３との形状を逆にすることによって、平面から凹面に
連続的に変形する薄膜ミラー（レンズでも可）を実現す
ることができる。

【０１２８】このように、１つのダイアフラムポンプす
なわち１つのバルブレスディフューザポンプとした本実
施の形態では、ダイアフラムポンプを２つ備える第１の
実施の形態と比較すると、凸面または凹面の一方への変
形しかできないものの、より小型化が可能である。

【０１２９】ところで、薄膜ミラー５０１に加えて、第
１の実施の形態で示される可撓性薄膜部材２０３を使用
しても同様の効果が期待できる。

【０１３０】以上のように、本発明による可変形状光学
素子は、（１）可変形状レンズとして透明弾性部材の片
面に剛性のある透明部材を張り付けたもの、（２）可変
形状鏡として可撓性薄膜部材の片面に反射物を付加した
ものがあり、与圧手段としてはバルブレスディフューザ
ポンプ（ダイアフラムポンプ）を用いる。

【０１３１】そして、その構造としては、可変形状光学
素子の弾性部分と圧力室の一部を接するように配置し、
この「圧力室」と「圧力室への圧力の供給を行うポン
プ」を同一構造体内に設ける。

【０１３２】また、その制御としては、ポンプ（ダイア
フラム）の振動振幅、周波数を制御することにより、可
変形状光学素子の焦点距離を所望の値にする。

【０１３３】このような本発明による可変形状光学素子
では、光学素子の組立性の向上を図ることができる。

【０１３４】特に、（１）可変形状レンズとしては、剛
性材料状にスピンコートして切り出すことによって製造
が容易となる。

【０１３５】また、（２）可変形状ミラーとしてはＭＥ
ＭＳ製造プロセスを利用して製造することが可能となる
ため、上記と同様に生産性が良くなる。

【０１３６】また、このような本発明による可変形状光
学素子では、光学素子とユニット（ポンプ部分）を含め
た組立性の向上を図ることができる。

【０１３７】特に、同一構造体（基板）中に圧力室、ポ
ンプチャンバーを設けたため、それぞれを構成した基板
材を積層することにより、マイクロポンプ付光学素子ユ
ニットの組立が完了するため、小型でありながら、組立
性が著しく改善される。

【０１３８】なお、マイクロポンプの好ましい制御方法
としては、吸気または排気のいずれかのポンプを停止さ
せ、圧力室の圧を調整する方法が挙げられ、より省エネ
ルギー化を達成することができる。

【０１３９】なお、第１の実施の形態の効果上の特徴と
しては、他の実施の形態と比べて、透過光学系であるた
め、反射光学系より収差が少ないということがある。

【０１４０】また、このような本発明による可変形状光
学素子では、光学素子とユニット（ポンプ部分）を含め
て最短距離に配置されているため、応答速度を改善する
ことができる。

【０１４１】また、このような本発明による可変形状光
学素子では、上記のように小型化、組立性の改善、応答
性の改善に加えて、光学素子の変形量を増加することが
でき、静電駆動型のものよりも大きな変位量が得られ
る。

【０１４２】

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明に
よれば、応答性が高く、小型で十分な変位の得られる低
コストの可変形状光学素子及び光学素子ユニット並びに
小型で高効率の透過型の可変形状光学素子及び光学素子
ユニットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、特開平１−２１９８０１号公報に開示
された従来の技術について説明するための図である。

【図２】図２の（ａ），（ｂ）は、本発明による第１の
実施の形態における可変形状光学素子の全体構成を示す
上面斜視図と背面斜視図である。

【図３】図３の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図１の上部
基板２０１の構造を示す上面斜視図と背面斜視図及び断
面図である。

【図４】図４の（ａ），（ｂ）は、図１の下部基板２０
２の構造を示す上面斜視図と背面斜視図である。

【図５】図５の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図１の可撓
性薄膜部材２０３の構造及び動作を説明するための断面
図である。

【図６】図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明によ
る第２の実施の形態における可変形状光学素子の上部基
板２０１の構造を示す上面斜視図と背面斜視図及び断面
図である。

【図７】図７の（ａ），（ｂ）は、本発明による第３の
実施の形態における可変形状光学素子の全体構成を示す
上面斜視図と背面斜視図である。

【図８】図８の（ａ），（ｂ）は、本発明による第３の
実施の形態における可変形状光学素子の上面分解斜視図
と背面分解斜視図である。

【符号の説明】

２０１…上部基板、 ２０２…下部基板、 ２０３…可撓性薄膜部材、 ２０４…圧電振動子、 ２００…標点パターン、 ２０８…単結晶シリコンよりなる基板、 ２０５…ポリイミド薄膜、 ２０６…開口部、 ２０７…基板２０８の裏面、 ２０９…シリコン酸化膜、 ２１０…シリコン酸化膜２０９が形成されていない面、 ２１１…凹部、 ２１２…吸気用チャンバー、 ２１３…排気用チャンバー、 ２１４…吸気ノズル、 ２１５…排気ノズル、 ２１６…吸気側開口、 ２１７…排気側開口、 ２１８…軟性部材、 ２１９…ガラス薄板、 ４０１…アルミニウム蒸着膜、 ５０１…薄膜ミラー（レンズでも可）、 ５０２…圧力室、 ５０３…内部ノズル、 ５０４…ダイアフラム、 ５０５…外部ノズル、 ５０６…圧電振動子、 ５００…標点。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の面の弾性率が、該第１の面に対向
   する第２の面より高くなされている光透過性の弾性部材
   からなり、 前記弾性部材の前記第２の面の側に圧力が加えられるこ
   とにより、前記弾性部材の前記第２の面を選択的に変形
   させて、焦点距離が可変とされることを特徴とする可変
   形状光学素子。
2. 【請求項２】 光透過性の弾性部材と、 前記弾性部材の第１の面に接合される透明な剛性部材と
   を有し、 前記弾性部材の前記第１の面に対向する第２の面に圧力
   が加えられることにより、 前記弾性部材の前記第２の面を選択的に変形させて、焦
   点距離が可変とされることを特徴とする可変形状光学素
   子。
3. 【請求項３】 弾性部分に圧力が加えられることによ
   り、前記弾性部分の形状を変化させて焦点距離が可変と
   される可変形状光学素子と、 前記可変形状光学素子の一部と接合されると共に、前記
   可変形状光学素子を支持する構造体と、 前記可変形状光学素子の前記弾性部分に圧力を加えるよ
   うに、前記可変形状光学素子の前記弾性部分に接合され
   る圧力室と、 チャンバーと、該チャンバーの側壁の一部を兼ねるダイ
   アフラムと、前記チャンバーに接続される吸入及び排出
   用ノズルとを有するポンプ手段と、 前記ポンプ手段のダイアフラムを振動させる振動手段と
   を具備し、 前記ポンプ手段は、前記圧力室と前記構造体外部に接続
   され、 かつ、少なくとも前記圧力室の一部と前記ポンプ手段の
   チャンバーの一部とが同一の構造体内に設けられ、 前記振動手段の振動周波数または振幅を制御することに
   より、 前記可変形状光学素子の焦点距離を可変とすることを特
   徴とする光学素子ユニット。
4. 【請求項４】 前記構造体の可視部分に光軸調整用の標
   点を具備することを特徴とする請求項３記載の光学素子
   ユニット。
5. 【請求項５】前記可変形状光学素子は、 光透過性であり、 第１の面は剛性を有し、 前記第１の面に対向する第２の面は第１の面よりも低い
   弾性率を有し、前記第２の面が、前記圧力を加えるべき
   弾性部分とした可変形状レンズであることを特徴とする
   請求項３または４記載の光学素子ユニット。
6. 【請求項６】前記可変形状光学素子は、 少なくとも第１の面に反射面をもつ可撓性薄膜であり、 前記可撓性薄膜の第２の面側が圧力を加えるべき弾性部
   分とした可変形状鏡であることを特徴とする請求項３ま
   たは４記載の光学素子ユニット。
7. 【請求項７】 前記ポンプ手段及び振動手段をそれぞれ
   複数具備し、 少なくとも一つ以上の前記ポンプ手段が前記圧力室を加
   圧するように接続され、他の一つ以上の前記ポンプ手段
   が前記圧力室を減圧するように接続され、 前記複数のポンプ手段の各チャンバーが前記可変形状光
   学素子の光軸に直交する線を挟んで配置されることを特
   徴とする請求項３または４記載の光学素子ユニット。
8. 【請求項８】 前記加圧用のポンプ手段の振動手段また
   は減圧用のポンプ手段の振動手段を停止させて、前記圧
   力室内の圧力を所望の値に制御することを特徴とすると
   する請求項７記載の光学素子ユニット。