JP2973272B2 - 可変光学面及び光スキャニングシステム - Google Patents
可変光学面及び光スキャニングシステムInfo
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- JP2973272B2 JP2973272B2 JP6121715A JP12171594A JP2973272B2 JP 2973272 B2 JP2973272 B2 JP 2973272B2 JP 6121715 A JP6121715 A JP 6121715A JP 12171594 A JP12171594 A JP 12171594A JP 2973272 B2 JP2973272 B2 JP 2973272B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、可変光学面及び光スキ
ャニングシステムに関する。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に関す
る。
ャニングシステムに関する。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に関す
る。
【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。
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。
【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。
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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の可変光
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。
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。
【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、可変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。
向電極を必要とするため、可変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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
の差により可変光学面の温度特性が劣化する恐れがあっ
た。
合しているため、ミラー部と絶縁体基板との熱膨張係数
の差により可変光学面の温度特性が劣化する恐れがあっ
た。
【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変光学面を提
案することにより、駆動電圧が低く、変形の自由度も高
い可変光学面を提供することにある。
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変光学面を提
案することにより、駆動電圧が低く、変形の自由度も高
い可変光学面を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１に
記載の可変光学面は、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ようになった可変光
学面において、前記基板は矩形状をなし、該基板の対向
する２辺のみがフレームに固定されていることを特徴と
している。
記載の可変光学面は、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ようになった可変光
学面において、前記基板は矩形状をなし、該基板の対向
する２辺のみがフレームに固定されていることを特徴と
している。
【００１１】本発明に係る請求項２に記載の可変光学面
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
光学面が変形するようになった可変光学面において、前
記基板の、起歪層が形成されていない領域に開口部が存
在することを特徴としている。
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
光学面が変形するようになった可変光学面において、前
記基板の、起歪層が形成されていない領域に開口部が存
在することを特徴としている。
【００１２】本発明に係る請求項３に記載の可変光学面
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
光学面が変形するようになった可変光学面において、前
記基板の厚みが一定でないことを特徴としている。
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
光学面が変形するようになった可変光学面において、前
記基板の厚みが一定でないことを特徴としている。
【００１３】本発明に係る請求項４に記載の可変光学面
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
光学面が変形するようになった可変光学面において、前
記起歪層への入力用電極は、それぞれ複数の電極部分か
らなることを特徴としている。
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
光学面が変形するようになった可変光学面において、前
記起歪層への入力用電極は、それぞれ複数の電極部分か
らなることを特徴としている。
【００１４】本発明に係る請求項５に記載の可変光学面
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
光学面が変形するようになった可変光学面において、前
記基板上に、基板の歪をモニターするための歪検出手段
を設けたことを特徴としている。
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
光学面が変形するようになった可変光学面において、前
記基板上に、基板の歪をモニターするための歪検出手段
を設けたことを特徴としている。
【００１５】本発明に係る請求項６に記載の可変光学面
は、請求項５に記載した可変光学面における前記歪検出
手段がピエゾ抵抗であって、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している。
は、請求項５に記載した可変光学面における前記歪検出
手段がピエゾ抵抗であって、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している。
【００１６】本発明に係る請求項７に記載の可変光学面
は、請求項５に記載した可変光学面において、前記起歪
層への入力を制限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シリコンウエハからなる
フレーム上に設けたことを特徴としている。
は、請求項５に記載した可変光学面において、前記起歪
層への入力を制限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シリコンウエハからなる
フレーム上に設けたことを特徴としている。
【００１７】本発明に係る請求項８に記載の光スキャニ
ングシステムは、請求項１〜７に記載の可変光学面と光
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。
ングシステムは、請求項１〜７に記載の可変光学面と光
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。
【００１８】
【作用】請求項１に記載の可変光学面によれば、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。 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。 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。 しかも、請求項１に記載の
可変光学面によれば、矩形状をした基板の対向する２辺
のみがフレームに固定されているから、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。
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。 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。 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。 しかも、請求項１に記載の
可変光学面によれば、矩形状をした基板の対向する２辺
のみがフレームに固定されているから、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。
【００１９】請求項２に記載の可変光学面によれば、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。 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。 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。 しかも、請求項２に
記載の可変光学面によれば、基板の、起歪層が形成され
ていない領域に開口部が存在しているから、開口部によ
って基板が変形し易くなり、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。
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。 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。 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。 しかも、請求項２に
記載の可変光学面によれば、基板の、起歪層が形成され
ていない領域に開口部が存在しているから、開口部によ
って基板が変形し易くなり、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。
【００２０】請求項３に記載の可変光学面によれば、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。 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。 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。 しかも、請求項３に
記載の可変光学面によれば、前記基板の厚みが一定でな
いから、基板の厚みや基板の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及
び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。
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。 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。 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。 しかも、請求項３に
記載の可変光学面によれば、前記基板の厚みが一定でな
いから、基板の厚みや基板の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及
び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。
【００２１】請求項４に記載の可変光学面によれば、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。 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。 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。 しかも、請求項４に
記載の可変光学面によれば、前記起歪層への入力用電極
が、それぞれ複数の電極部分からなるので、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。
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。 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。 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。 しかも、請求項４に
記載の可変光学面によれば、前記起歪層への入力用電極
が、それぞれ複数の電極部分からなるので、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。
【００２２】請求項５に記載の可変光学面によれば、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。 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。 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。 しかも、請求項５に
記載の可変光学面によれば、前記基板上に、基板の歪を
モニターするための歪検出手段を設けているから、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。
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。 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。 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。 しかも、請求項５に
記載の可変光学面によれば、前記基板上に、基板の歪を
モニターするための歪検出手段を設けているから、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。
【００２３】請求項６に記載の可変光学面は、請求項５
に記載した前記歪検出手段がピエゾ抵抗であって、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ているから、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。
に記載した前記歪検出手段がピエゾ抵抗であって、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ているから、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。
【００２４】請求項７に記載の可変光学面は、請求項５
に記載した前記起歪層への入力を制限する回路や前記歪
検出手段からの出力を検知する回路等の回路部分をシリ
コンウエハからなるフレーム上に設けているから、当該
回路部分を含めた可変光学面の構成をコンパクトにまと
めることができ、可変光学面を小型化することができ
る。
に記載した前記起歪層への入力を制限する回路や前記歪
検出手段からの出力を検知する回路等の回路部分をシリ
コンウエハからなるフレーム上に設けているから、当該
回路部分を含めた可変光学面の構成をコンパクトにまと
めることができ、可変光学面を小型化することができ
る。
【００２５】請求項８に記載の光スキャニングシステム
は、請求項１〜７に記載の可変光学面と光源とを備えて
いるから、光源から出射された光ビームを光学面で反射
させ、可変光学面を変形させることによって反射光ビー
ムの反射方向を変化させることにより光ビームを走査す
ることができる。
は、請求項１〜７に記載の可変光学面と光源とを備えて
いるから、光源から出射された光ビームを光学面で反射
させ、可変光学面を変形させることによって反射光ビー
ムの反射方向を変化させることにより光ビームを走査す
ることができる。
【００２６】
【実施例】図２（ａ）は可変光学面１１の基本構造を示
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、この可変光学面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（ＳｉＯ2）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。
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、この可変光学面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（ＳｉＯ2）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。
【００２７】この可変光学面１１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１４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１４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１３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。
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１４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１４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１３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。
【００２８】図４（ａ）は異なる構造の可変光学面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。この可変光学面２１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
変光学面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。
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。この可変光学面２１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
変光学面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。
【００２９】図５はさらに異なる構造の可変光学面２２
を示す一部破断した斜視図である。この可変光学面２２
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。このような可変光学面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１３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。
を示す一部破断した斜視図である。この可変光学面２２
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。このような可変光学面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１３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。
【００３０】図６は本発明の一実施例による可変光学面
２３を示す一部破断した斜視図である。この可変光学面
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。この可変光学面２３では、基板１３の二辺２
４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。
２３を示す一部破断した斜視図である。この可変光学面
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。この可変光学面２３では、基板１３の二辺２
４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。
【００３１】図７は本発明の別な実施例による可変光学
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。この可変光学面２
６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２
７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、可変光学面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。
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。この可変光学面２
６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２
７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、可変光学面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。
【００３２】図８（ａ）は本発明のさらに別な実施例に
よる可変光学面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１
３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。
よる可変光学面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１
３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。
【００３３】図９（ａ）は本発明のさらに別な実施例に
よる可変光学面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
の可変光学面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、可変光学面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。
よる可変光学面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
の可変光学面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、可変光学面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。
【００３４】図１０は本発明のさらに別な実施例による
可変光学面３１を示す断面図である。この可変光学面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。
可変光学面３１を示す断面図である。この可変光学面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。
【００３５】しかして、この可変光学面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。
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。
【００３６】図１１は本発明のさらに別な実施例による
可変光学面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。この可変光学面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。
可変光学面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。この可変光学面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。
【００３７】また、図１２（ａ）（ｂ）は本発明のさら
に別な実施例による可変光学面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。
に別な実施例による可変光学面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。
【００３８】また、図１３（ａ）（ｂ）は本発明のさら
に別な実施例による可変光学面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。
に別な実施例による可変光学面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。
【００３９】図１４は本発明のさらに別な実施例による
可変光学面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。
可変光学面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。
【００４０】図１５は本発明のさらに別な実施例による
可変光学面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。
可変光学面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。
【００４１】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。
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。
【００４２】図１６に示すものは本発明による可変光学
面ユニット５２を示す断面図である。この可変光学面ユ
ニット５２は、本発明による可変光学面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内に可変光学面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。
面ユニット５２を示す断面図である。この可変光学面ユ
ニット５２は、本発明による可変光学面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内に可変光学面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。
【００４３】このように可変光学面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、可変光学面５３の経年的な劣化を小さ
くでき、内部を減圧してあれば、可変光学面５３の周波
数特性を向上させることができる。
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、可変光学面５３の経年的な劣化を小さ
くでき、内部を減圧してあれば、可変光学面５３の周波
数特性を向上させることができる。
【００４４】図１７はアレイ状に構成された可変光学面
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
形成された可変光学面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変光学面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。
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
形成された可変光学面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変光学面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。
【００４５】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は本発明の可変光学面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。
可変光学面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。
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は本発明の可変光学面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。
可変光学面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。
【００４６】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、本発明の可変光学面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。
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、本発明の可変光学面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。
【００４７】
【発明の効果】請求項１〜５に記載の可変光学面によれ
ば、いずれも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変光学面を製作すること
ができる。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。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。
ば、いずれも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変光学面を製作すること
ができる。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。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。
【００４８】加えて、請求項１に記載の可変光学面によ
れば、矩形状をした基板の対向する２辺のみがフレーム
に固定されているから、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。
れば、矩形状をした基板の対向する２辺のみがフレーム
に固定されているから、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。
【００４９】また、加えて請求項２に記載の可変光学面
によれば、基板の、起歪層が形成されていない領域に開
口部が存在しているから、開口部によって基板が変形し
易くなり、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。
さらに、開口部のパターンによって駆動電圧印加時の光
学面の変形の仕方をコントロールすることができる。
によれば、基板の、起歪層が形成されていない領域に開
口部が存在しているから、開口部によって基板が変形し
易くなり、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。
さらに、開口部のパターンによって駆動電圧印加時の光
学面の変形の仕方をコントロールすることができる。
【００５０】また、加えて請求項３に記載の可変光学面
によれば、前記基板の厚みが一定でないから、基板の厚
みや基板の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及び光学面の変形
時のプロファイルを制御することができる。
によれば、前記基板の厚みが一定でないから、基板の厚
みや基板の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及び光学面の変形
時のプロファイルを制御することができる。
【００５１】また、加えて請求項４に記載の可変光学面
によれば、前記起歪層への入力用電極が、それぞれ複数
の電極部分からなるので、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。
によれば、前記起歪層への入力用電極が、それぞれ複数
の電極部分からなるので、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。
【００５２】また、加えて請求項５に記載の可変光学面
によれば、前記基板上に、基板の歪をモニターするため
の歪検出手段を設けているから、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。
によれば、前記基板上に、基板の歪をモニターするため
の歪検出手段を設けているから、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。
【００５３】請求項６に記載の可変光学面は、請求項５
に記載した前記歪検出手段がピエゾ抵抗であって、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 導通させているから、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。
に記載した前記歪検出手段がピエゾ抵抗であって、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 導通させているから、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。
【００５４】請求項７に記載の可変光学面は、請求項５
に記載した前記起歪層への入力を制限する回路や前記歪
検出手段からの出力を検知する回路等の回路部分をシリ
コンウエハからなるフレーム上に設けているから、当該
回路部分を含めた可変光学面の構成をコンパクトにまと
めることができ、可変光学面を小型化することができ
る。
に記載した前記起歪層への入力を制限する回路や前記歪
検出手段からの出力を検知する回路等の回路部分をシリ
コンウエハからなるフレーム上に設けているから、当該
回路部分を含めた可変光学面の構成をコンパクトにまと
めることができ、可変光学面を小型化することができ
る。
【００５５】請求項８に記載の光スキャニングシステム
は、請求項１〜７に記載の可変光学面と光源とを備えて
いるから、光源から出射された光ビームを光学面で反射
させ、可変光学面を変形させることによって反射光ビー
ムの反射方向を変化させることにより光ビームを走査す
ることができる。そして、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
グシステムを構成することができる。
は、請求項１〜７に記載の可変光学面と光源とを備えて
いるから、光源から出射された光ビームを光学面で反射
させ、可変光学面を変形させることによって反射光ビー
ムの反射方向を変化させることにより光ビームを走査す
ることができる。そして、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
グシステムを構成することができる。
【図１】従来の可変光学面の構造を示す一部破断した斜
視図である。
視図である。
【図２】（ａ）は可変光学面の基本構造を示す一部破断
した斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ１部を示す拡大断面図
である。
した斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ１部を示す拡大断面図
である。
【図３】（ａ）（ｂ）は同上の動作説明図である。
【図４】（ａ）は別な構造の可変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。
した斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ２部を示す拡大断面図
である。
【図５】さらに別な構造の可変光学面を示す一部破断し
た斜視図である。
た斜視図である。
【図６】本発明の一実施例による可変光学面を示す一部
破断した斜視図である。
破断した斜視図である。
【図７】本発明の別な実施例による可変光学面を示す一
部破断した斜視図である。
部破断した斜視図である。
【図８】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による可変
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。
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。
【図９】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による可変
光学面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図
である。
光学面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図
である。
【図１０】本発明のさらに別な実施例による可変光学面
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１１】本発明のさらに別な実施例による可変光学面
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１２】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による可
変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。
変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。
【図１３】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による可
変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。
変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。
【図１４】本発明のさらに別な実施例による可変光学面
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１５】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による可
変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。
変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。
【図１６】本発明のさらに別な実施例による可変光学面
ユニットを示す断面図である。
ユニットを示す断面図である。
【図１７】本発明のさらに別な実施例による可変光学面
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【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。
ングシステムを示す概略図である。
【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。
可動光学システムを示す概略図である。
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
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 (56)参考文献 特開 平２−176701（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 26/08 G02B 26/10
Claims (8)
- 【請求項１】 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ようになった可変光学面に
おいて、 前記基板は矩形状をなし、該基板の対向する２辺のみが
フレームに固定されていることを特徴とする可変光学
面。 - 【請求項２】 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ようになった可変光学面に
おいて、 前記基板の、起歪層が形成されていない領域に開口部が
存在することを特徴とする可変光学面。 - 【請求項３】 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ようになった可変光学面に
おいて、 前記基板の厚みが一定でないことを特徴とする可変光学
面。 - 【請求項４】 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ようになった可変光学面に
おいて、 前記起歪層への入力用電極は、それぞれ複数の電極部分
からなることを特徴とする可変光学面。 - 【請求項５】 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ようになった可変光学面に
おいて、 前記基板上に、基板の歪をモニターするための歪検出手
段を設けたことを特徴とする可変光学面。 - 【請求項６】 前記歪検出手段がピエゾ抵抗であって、
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５に記載の可変光学面。 - 【請求項７】 前記起歪層への入力を制限する回路や前
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
シリコンウエハからなるフレーム上に設けたことを特徴
とする請求項５に記載の可変光学面。 - 【請求項８】 請求項１〜７に記載の可変光学面と光源
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6121715A JP2973272B2 (ja) | 1994-05-10 | 1994-05-10 | 可変光学面及び光スキャニングシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6121715A JP2973272B2 (ja) | 1994-05-10 | 1994-05-10 | 可変光学面及び光スキャニングシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07306367A JPH07306367A (ja) | 1995-11-21 |
| JP2973272B2 true JP2973272B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=14818092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6121715A Expired - Fee Related JP2973272B2 (ja) | 1994-05-10 | 1994-05-10 | 可変光学面及び光スキャニングシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2973272B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2002156515A (ja) * | 2000-11-16 | 2002-05-31 | Olympus Optical Co Ltd | 可変形状鏡 |
| JP2003090969A (ja) * | 2001-09-17 | 2003-03-28 | Olympus Optical Co Ltd | 可変形状シリンダミラー |
| JP3767577B2 (ja) | 2003-05-29 | 2006-04-19 | 三菱電機株式会社 | スキャン装置 |
| KR100645640B1 (ko) | 2003-11-03 | 2006-11-15 | 삼성전기주식회사 | 회절형 박막 압전 마이크로 미러 및 그 제조 방법 |
| 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 |
| JP4442505B2 (ja) * | 2004-07-30 | 2010-03-31 | ソニー株式会社 | 変形可能ミラー装置、変形ミラー板 |
| JP2007086143A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Sony Corp | 可変焦点レンズおよび可変焦点ミラー |
| JP2007249174A (ja) * | 2006-02-16 | 2007-09-27 | Olympus Corp | 可変形状鏡 |
| JP4595879B2 (ja) * | 2006-05-10 | 2010-12-08 | ソニー株式会社 | 変形可能ミラー装置 |
| NO326372B1 (no) * | 2006-09-21 | 2008-11-17 | Polight As | Polymerlinse |
| FR2919073B1 (fr) * | 2007-07-19 | 2010-10-15 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif optique a moyens d'actionnement d'une membrane deformable compacts |
| JP5300624B2 (ja) * | 2009-06-30 | 2013-09-25 | 日本信号株式会社 | プレーナ型アクチュエータ及び光走査装置 |
| JP2011070052A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Sony Corp | 変形可能ミラー装置、信号処理装置 |
| JP6134494B2 (ja) * | 2012-10-26 | 2017-05-24 | 株式会社日立メディアエレクトロニクス | レーザビーム表示装置並びにそのミラー制御方法 |
| JP5979073B2 (ja) * | 2013-04-24 | 2016-08-24 | 株式会社デンソー | 可変焦点型光学装置 |
| CN105022163B (zh) * | 2015-07-27 | 2017-09-19 | 宁波大学 | 一种可调焦距的反射镜 |
-
1994
- 1994-05-10 JP JP6121715A patent/JP2973272B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH07306367A (ja) | 1995-11-21 |
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