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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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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