JP2006018176A - 静電型可変形状鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】低電圧の駆動で反射膜を大変形させ得る静電型可変形状鏡を提供すること。
【解決手段】可撓性を有する反射膜２０を静電気力により変形させ、上記反射膜２０へ入射する光の収束または発散または偏向する度合いを変化させる静電型可変形状鏡１０において、基板５０に固定されて配置された基板電極４０と、上記基板電極４０に対向して配置された導電性を有する薄板状部材３０と、を具備し、上記薄板状部材３０は、上記基板５０に固定された基板接続部と、上記反射膜２０に接合された反射膜接続部とを有し、上記基板電極４０と上記薄板状部材３０との間に電圧を印加し、該薄板状部材３０の形状を変形させることにより、上記反射膜接続部を上記基板方向へ変位させ、上記反射膜２０の曲率を変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可撓性を有する反射膜を静電気力により変形させ、上記反射膜へ入射する光の収束または発散または偏向する度合いを変化させる静電型可変形状鏡に関する。

従来より、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、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、反射膜の曲率を変えることができる超小型の可変形状鏡の提案が行われている。また、小型の撮像用光学系においても、可変形状鏡の適用は小型化に大きく寄与することができる。このような可変形状鏡では、半導体製造技術を適用した、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro-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。

このような可変形状鏡の一形態として、例えば特許文献１に、反射膜を有する上部電極と基板電極とを対向して配置し、両電極間に電圧を印加することで発生する静電引力を用いて反射膜の曲率を変化させる静電型可変形状鏡が開示されている。そのような静電型可変形状鏡は、永久磁石や電磁石を用いて磁力により反射膜の曲率を変化させる電磁型の可変形状鏡や、ポンプを用いて密閉空間内の圧力変化により反射膜の曲率を変化させる圧力型の可変形状鏡に比べ、低消費電力で駆動することができ、さらに薄型・小型に構成することができるという面で大きなメリットがある。
特開平２−１０１４０２号公報

一般的に、平行平板間に働く静電引力は、両電極間隔の自乗に反比例する。また、このような並行平板型の静電アクチュエータは、上部電極が初期電極間隔の約１／３以上変形すると、急激に基板電極に張り付いてしまうスタック現象が発生する。

これらのことから、従来の静電型可変形状鏡では、反射膜を大変形させる場合、それに伴い上部電極と基板電極との間隔を長く設定する必要があり、必然的に、印加する電圧が高くなる不都合が生じていた。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、低電圧の駆動で反射膜を大変形させ得る静電型可変形状鏡を提供することを目的とする。

本発明の静電型可変形状鏡の一態様は、
可撓性を有する反射膜を静電気力により変形させ、上記反射膜へ入射する光の収束または発散または偏向する度合いを変化させる静電型可変形状鏡において、
基板に固定されて配置された基板電極と、
上記基板電極に対向して配置された導電性を有する薄板状部材と、
を具備し、
上記薄板状部材は、上記基板に固定された基板接続部と、上記反射膜に接合された反射膜接続部とを有し、
上記基板電極と上記薄板状部材との間に電圧を印加し、該薄板状部材の形状を変形させることにより、上記反射膜接続部を上記基板方向へ変位させ、上記反射膜の曲率を変化させることを特徴とする。

本発明によれば、低電圧の駆動で反射膜を大変形させ得る静電型可変形状鏡を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る静電型可変形状鏡を図１（Ａ）乃至図９を用いて説明する。

まず、本第１実施形態に係る静電型可変形状鏡の構成について説明する。

図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施形態に係る静電型可変形状鏡１０の斜視図である。なお、図１（Ｂ）に示す静電型可変形状鏡１０は、図１（Ａ）に示す静電型可変形状鏡１０において、可撓性を有する反射膜２０を取り外して示す図である。

図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る静電型可変形状鏡１０は、基板５０、該基板５０に固定されて配置された複数の基板電極４０及び外部リード電極６０、上記基板電極４０を覆うように上記基板５０の表層に形成された絶縁膜７０、上記基板５０に少なくとも一端（基板接続部）が固定されていて、上記基板電極４０に対向して配置された複数の導電性を有する薄板状部材３０、及び、上記薄板状部材３０の上記基板５０に固定されていない一端（反射膜接続部）に結合され、上記薄板状部材３０に支持されている可撓性を有する反射膜２０から構成されている。

ここで、上記基板電極４０及び薄板状部材３０の詳細を、上記基板電極４０及び薄板状部材３０を拡大して示す斜視図である図２を用いて説明する。即ち、同図に示すように、上記基板電極４０は、基板５０上に円形状に形成されており、基板電極引き出し配線４１に接続している。また、この基板電極４０を覆うように上記基板５０の表層には上記絶縁膜７０が形成されている。一方、上記薄板状部材３０は、基板接続部となるその一端が上記基板５０に固定され、上記基板電極４０に対向し、螺旋状に突出した状態で形成されている。そして、この薄板状部材３０の上記基板５０に固定された部位は、絶縁膜７０に形成されたコンタクト孔８０を介して可動電極引き出し配線３１に接続している。

図３は、上記基板電極４０及び薄板状部材３０の他の形態を示したものである。即ち、同図に示すように、上記基板電極４０は、基板５０上に方形状に形成されており、基板電極引き出し配線４１に接続している。また、この基板電極４０を覆うように上記基板５０の表層には絶縁膜７０が形成されている。一方、上記薄板状部材３０は、基板接続部となるその一端が上記基板５０に固定され、上記基板電極４０に対向し、パンタグラフ状に突出した状態で形成されている。そして、上記薄板状部材３０の基板５０に固定された部位は、絶縁膜７０に形成されたコンタクト孔８０を介して可動電極引き出し配線３１に接続している。

勿論、これら図２及び図３に示した基板電極４０及び薄板状部材３０の他にも、様々な形態が考えられる。

なお、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示した各々の薄板状部材３０は、図２に示した可動電極引出し配線３１を介してそれぞれ上記外部リード電極６０に接続しており、また、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示した全ての基板電極４０は、図２に示した基板電極引出し配線４１を介して単一の外部リード電極６０に接続している。

次に、本第１実施形態に係る静電型可変形状鏡１０の動作について説明する。

図２に示した基板電極４０と薄板状部材３０との間に、外部リード電極６０より電圧を印加すると、両者の間に静電引力が働き、薄板状部材３０は基板電極４０側に引き付けられるように変形する。また、反射膜２０の当該薄板状部材３０に結合している部位（反射膜接続部）も、当該薄板状部材３０の変形に伴い、基板５０側へ変位する。このような薄板状部材３０及び反射膜２０の変位量は、基板電極４０と薄板状部材３０との間に印加する電圧値により制御することができる。

従って、図１（Ａ）及び（Ｂ）で示したように、基板電極４０及び薄板状部材３０を複数配置し、各々の薄板状部材３０の変位量を独立に制御したり、薄板状部材３０を複数のグループに分割し、グループ毎に制御することで、反射膜２０を所望の曲率に変化させ、反射膜２０に入射する光の収束または発散または偏向する度合いを変化させることができる。その制御方法に関する詳細については後述する。

なお、基板電極４０と薄板状部材３０との間に働く静電引力は、両者間の電位差に依存するため、接地状態等には因らない。例えば、基板電極４０を接地して薄板状部材３０に電圧を印加しても良いし、逆の関係にしても良い。また、片方を接地すること無く双方に異なる電圧を印加しても良い。そこで、本明細書においては、「基板電極と薄板状部材との間に電圧を印加する」と言う表現を用いて、その方法には因らず基板電極と薄板状部材に電位差を与えることを表すものとする。

以下、図４（Ａ）乃至（Ｄ）を用いて、反射膜２０の曲率を変化させる具体例を説明する。なお、これら図４（Ａ）乃至（Ｄ）は、図１（Ａ）及び（Ｂ）における静電型可変形状鏡１０をＡ−Ａ線で切断した断面図である。

即ち、図４（Ａ）は、全ての基板電極４０と薄板状部材３０に電圧を印加していない初期状態を示す図であり、この場合には、反射膜２０は平面となる。

図４（Ｂ）は、外周部から中央部に配置された基板電極４０と薄板状部材３０との間に次第に印加する電圧値を高くした場合を示す図である。このような印加状態では、外周部に比べ中央部に配置された薄板状部材３０の変位量が多くなる。よって、反射膜２０は凹面となる。なお、この場合、印加する電圧値を制御することで、その凹面となった反射膜２０の曲率を制御することができる。

図４（Ｃ）は、中央部から外周部に配置された基板電極４０と薄板状部材３０との間に次第に印加する電圧値を高くした場合を示している。このような印加状態では、中央部に比べ外周部に配置された薄板状部材３０の変位量が多くなるため、反射膜２０は凸面となる。なお、この場合、印加する電圧値を制御することで、その凸面となった反射膜２０の曲率を制御することができる。

図４（Ｄ）は、任意の基板電極４０と薄板状部材３０との間に電圧を印加した状態である。このような印加状態では、反射膜２０は自由波面となる。なお、この場合、印加する電圧値を制御することで、その自由波面となった反射膜２０の曲率を制御することができる。

このように、基板電極４０と薄板状部材３０との間に印加する電圧の分布を制御することで、反射膜２０を凹面、凸面、自由波面のように様々な曲率に変化させて、反射膜２０に入射する光を収束または発散または偏向することができ、しかも、印加する電圧値を制御することで、これら収束または発散または偏向の度合いを制御することができる。

なお、上記に示したように、本明細書における反射膜の「曲率」とは、図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示すような、球面の一部として捉えた曲率のみで無く、図４（Ｄ）に示すような部分的な曲がりも含め「曲率」とする。

次に、本第１実施形態に係る静電型可変形状鏡１０における薄板状部材３０及び反射膜２０の剛性について、薄板状部材３０と反射膜２０の接合部を拡大して示した図である図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。

即ち、図５（Ａ）は、薄板状部材３０の剛性と反射膜２０の剛性とが適度にバランスが取れている状態を示している。この場合には、反射膜２０は曲面となる。

これに対して、図５（Ｂ）は、反射膜２０の剛性が薄板状部材３０の剛性に比べ極端に低い状態を示している。このような状況では、反射膜２０が薄板状部材３０の接合部で急激に曲げられ、反射膜２０は曲面では無く平面の集合体となる。本実施形態に係る静電型可変形状鏡１０の一般的な用いられ方は、反射膜２０を曲面として用いるため、このような図５（Ｂ）に示した状態では不都合が生じる。

一方、図示していないが、反射膜２０の剛性が薄板状部材３０の剛性に比べ極端に高い状態では、反射膜２０が変形しにくくなり、反射膜２０は平面状態のまま、並進またはチルトのような挙動を示す。このような状態では、本実施形態に係る静電型可変形状鏡１０の本来の目的である、反射膜２０に入射する光を収束または発散させることはできない。

上述のように反射膜２０を曲面に変形させるためには、反射膜２０の剛性が、薄板状部材３０の剛性の０．５倍〜１．５倍の範囲とすると良い。また、望ましくは、反射膜２０の剛性と薄板状部材３０の剛性をほぼ等しくすると良い。

次に、本第１実施形態に係る静電型可変形状鏡１０における基板電極４０及び薄板状部材３０の配置について、静電型可変形状鏡１０の反射膜２０を所望の曲率に変化させた状態における基板電極４０及び薄板状部材３０の配置例を示した図である図６（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。なお、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の静電型可変形状鏡１０をＢ−Ｂ線で切断した断面図を示している。

ここで、図６（Ａ）において、破線は、反射膜２０を所望の曲率に変化させた状態において、反射膜２０面内の各点の変位量が等しくなる点を結んだ等変位線１００である。また、図６（Ｂ）における一点鎖線は、薄板状部材３０の変位を示すレベル１０１である。

上記等変位線１００は、反射膜２０の変位量が等しい点であるので、図６（Ｂ）に示すように等変位線１００に沿って配置した薄板状部材３０を等しく変形させることで、所望の曲率を容易に得ることができる。よって、等変位線１００に沿って基板電極４０と薄板状部材３０を配置することで、比較的容易に所望の曲率を得ることができる。

また、図６（Ａ）及び（Ｂ）において、右側の等変位線１００の間隔は左側の等変位線１００の間隔に比べ広い。等変位線１００の間隔は、反射膜２０の曲率を表しており、等変位線１００の間隔が狭くなると反射膜２０の曲率は大きくなる。膜曲率を大きくさせる場合、その歪は大きくなり、変形に要する力も大きくなる。よって、曲率の大きい部位、つまり、等変位線１００の間隔が狭い部位には、基板電極４０及び薄板状部材３０を密に配置することが望ましい。

また、反射膜２０の曲率を変化させる場合、実質、反射膜２０の変形量を制御できるのは、薄板状部材３０と接合している部分であり、接合部以外については、周囲の変形状態と反射膜２０の剛性とによってその曲率が決まる。そこで、反射膜２０を所望の曲率に変化させた状態において、曲率を厳密に制御する必要がある部位とその必要が無い部位とが存在する場合、曲率を厳密に制御する必要がある部位に、より基板電極４０及び薄板状部材３０を密に配置することが望ましい。

図７（Ａ）及び（Ｂ）、及び、図８（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、上記基板電極４０及び薄板状部材３０の別の配置例を説明するための図である。

図７（Ａ）及び（Ｂ）は、正円の反射膜２０に対し円対称に曲率を持たせる静電型可変形状鏡１０の場合における基板電極４０及び薄板状部材３０の配置例を示した図である。なお、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の静電型可変形状鏡１０をＣ−Ｃ線で切断した断面図を示している。このような静電型可変形状鏡１０では、前述のように反射膜２０の等変位線１００は同心円となるので、基板電極４０及び薄板状部材３０は、同心円状に配置することが望ましい。

また、図８（Ａ）及び（Ｂ）は、方形の反射膜２０に対し波面状に曲率を持たせる静電型可変形状鏡１０の場合における基板電極４０及び薄板状部材３０の配置例を示した図である。なお、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の静電型可変形状鏡１０をＤ−Ｄ線で切断した断面図を示している。このような静電型可変形状鏡１０では、前述のように反射膜２０の等変位線１００は平行線になるので、基板電極４０及び薄板状部材３０は、平行線上に配置することが望ましい。

次に、本第１実施形態に係る静電型可変形状鏡１０における薄板状部材３０の制御方法について説明する。

図１（Ａ）及び（Ｂ）に示した静電型可変形状鏡１０の制御方法として、例えば、全ての基板電極４０を共通の外部リード電極６０に接続してこれを接地し、各々の薄板状部材３０をそれぞれ外部リード電極６０に接続して独立に電圧を印加すれば良い。もちろん、基板電極４０と薄板状部材３０の接続状態を逆にしても良い。また、片方を接地すること無く双方に異なる電圧を印加しても良い。

この方法は、各々の薄板状部材３０の変位量を独立に制御することができるので、反射膜２０の曲率を自由に設定する場合や、複数のパターンに設定する場合に用いることができる。

また、他の方法として、薄板状部材３０または基板電極４０を複数のグループに分割する方法も考えられる。図９は、図６（Ａ）及び（Ｂ）の静電型可変形状鏡１０において、反射膜２０と薄板状部材３０を抜粋して示した図である。

上記、基板電極４０と薄板状部材３０の配置で説明したように、反射膜２０を所望の曲率に変化させる場合、同一の等変位線１００に沿って配置された薄板状部材３０を等しく変形させることで、所望の曲率を得ることができる。そこで、図９に示すように、各々の等変位線１００−１乃至１００−４に沿って配置された薄板状部材３０−１乃至３０−４をそれぞれグループに分割する。そして、全ての基板電極４０を共通の外部リード電極６０に接続してこれを接地し、グループに分割した薄板状部材３０−１乃至３０−４をそれぞれ外部リード電極６０に接続してグループ毎に電圧を印加する。このようにすることで、各グループに属する薄板状部材３０を等しく変形することができるので、同一の等変位線１００に沿って配置された薄板状部材３０を容易に等しく変形させることができる。もちろん、基板電極４０と薄板状部材３０の接続状態を逆にしても良い。また、片方を接地すること無く双方に異なる電圧を印加しても良い。

次に、本第１実施形態に係る静電型可変形状鏡１０の作用及び効果について説明する。

一般的に、平行平板間に働く静電引力は、両電極間隔の自乗に反比例する。また、このような並行平板型の静電アクチュエータは、上部電極が初期電極間隔の１／３以上変形すると、急激に基板電極に張り付いてしまうスタック現象が発生する。

従来の静電型可変形状鏡の構成では、反射膜と一体に上部電極を形成しているため、反射膜を大変形させる場合、それに伴い上部電極と基板電極との間隔を長く設定する必要があり、必然的に、印加する電圧が高くなる不都合が生じていた。

これに対して、本第１実施形態に係る静電型可変形状鏡１０は、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、基板電極４０と反射膜２０と間に電圧を印加する訳ではなく、基板電極４０と薄板状部材３０と間に電圧を印加し、薄板状部材３０を変形させることで、間接的に反射膜２０の曲率を変化させている。さらに、薄板状部材３０の根元部は基板電極４０に近接しているため、薄板状部材３０の根元部には大きな静電引力が発生し、比較的低い電圧で薄板状部材３０は変形し始める。このような構成によると、薄板状部材３０の変形は、基板電極４０と反射膜２０との間隔に関係が無いので、反射膜２０を大変形させるために、基板電極４０と反射膜２０との間隔を長く設定しても、低電圧で駆動することが可能となる。

また、電極間に働く静電引力は、吸引力のみで反発力は発生しない。そのため、従来の静電型可変形状鏡の構成では、反射膜を凹面に変形することしかできなかった。また、従来の構成を用いて反射膜を凸面に変形する方法としては、反射膜の全面に透明電極を形成した透明基板等を用いて、透明電極と反射膜との間に電圧を印加することで発生する静電引力で反射膜を凸面に変形させる必要があり、構成が複雑で大型化する恐れがあった。

これに対して、本第１実施形態に係る静電型可変形状鏡１０は、前述のように、反射膜２０を凹凸面及び自由波面のように、様々な形状に変形させることが可能である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る静電型可変形状鏡を図１０（Ａ）乃至（Ｃ）を参照して説明する。なおここで、図１０（Ａ）は、本第２実施形態に係る静電型可変形状鏡１０の上面図を示しており、図１０（Ｂ）及び（Ｃ）は共に、図１０（Ａ）における静電型可変形状鏡１０をＥ−Ｅ線で切断した断面図である。

本第２実施形態に係る静電型可変形状鏡１０は、反射膜２０が枠材９０により支持されている点で、上記第１実施形態とは異なる。

上記第１実施形態のように、反射膜２０を薄板状部材３０のみで支持する場合、最低でも薄板状部材３０が２つ以上必要となり、実際に使用する場合はさらに多くの薄板状部材３０が必要となる。

これに対して、本第２実施形態の構成によると、一つの薄板状部材３０だけで反射膜２０の曲率を変化させることができる。

また、反射膜２０は、薄板状部材３０のみでなく、枠材９０によっても支持されているため、反射膜２０に比較的剛性の低い薄膜を用いても高い初期平面度を得ることができる。例えば、反射膜２０として樹脂材料で膜厚も比較的薄い薄膜を用いた場合、薄板状部材３０のみで支持すると、高い初期平面度を得ることは困難である。しかし、反射膜２０にある程度の張力を与えた状態で枠材９０により支持することで、高い初期平面度を得ることが可能となる。

本第２実施形態の構成の静電型可変形状鏡１０は、上記第１実施形態と同様に、基板電極４０と薄板状部材３０との間に電圧を印加することで、反射膜２０の曲率を変化させ、平面から凹面とすることができる。

また、図１０（Ｃ）に示すように、初期状態において、反射膜２０を凸面にしておくことで、凸面から平面及び凹面とすることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る静電型可変形状鏡を図１１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。なお、図１１（Ａ）は、本第３実施形態に係る静電型可変形状鏡１０の上面図を示しており、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）における静電型可変形状鏡１０をＦ−Ｆ線で切断した断面図である。

本第３実施形態に係る静電型可変形状鏡１０は、反射膜２０が枠材９０により支持されている点で前述の第１実施形態とは異なり、また、基板電極４０及び薄板状部材３０が複数形成されている点で上記第２実施形態とは異なる。

即ち、本第３実施形態に係る静電型可変形状鏡１０では、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、反射膜２０を枠材９０により支持することで、反射膜２０に比較的剛性の低い膜を用いても高い初期平面度を得ることができる。また、薄板状部材３０が複数形成されていることで、反射膜２０を単純な凹凸面だけでなく、曲率の異なる凹凸面や複雑な波面状に変形することができる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。

（１） 可撓性を有する反射膜を静電気力により変形させ、上記反射膜へ入射する光の収束または発散または偏向する度合いを変化させる静電型可変形状鏡において、
基板に固定されて配置された基板電極と、
上記基板電極に対向して配置された導電性を有する薄板状部材と、
を具備し、
上記薄板状部材は、上記基板に固定された基板接続部と、上記反射膜に接合された反射膜接続部とを有し、
上記基板電極と上記薄板状部材との間に電圧を印加し、該薄板状部材の形状を変形させることにより、上記反射膜接続部を上記基板方向へ変位させ、上記反射膜の曲率を変化させることを特徴とする静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（１）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１乃至第３実施形態が対応する。

（作用効果）
この（１）に記載の静電型可変形状鏡は、基板５０上に、基板電極４０と、基板５０に少なくとも一端が固定されていて基板電極４０に対向して配置された導電性を有する薄板状部材３０と、薄板状部材３０の基板５０に固定されていない一端に結合され、薄板状部材３０に支持されている反射膜２０とが形成されている。または、基板５０上に、基板電極４０と、基板５０に少なくとも一端が固定されていて、基板電極４０に対向して配置された導電性を有する薄板状部材３０と、薄板状部材３０の基板５０に固定されていない一端に結合され、枠材９０に支持されている反射膜２０とが形成されている。

従って、この（１）に記載の静電型可変形状鏡によれば、基板電極４０と薄板状部材３０との間に電圧を印加し、薄板状部材３０を変形させ、間接的に反射膜２０の曲率を変化させるので、反射膜２０を大変形させるために基板電極４０と反射膜２０の初期間隔を長く設定しても、低電圧で駆動することが可能となる。

（２） 上記可撓性を有する反射膜が枠材により支持されていることを特徴とする（１）に記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（２）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第２及び第３実施形態が対応する。

（作用効果）
この（２）に記載の静電型可変形状鏡は、反射膜２０が枠材９０により支持されている。

従って、この（２）に記載の静電型可変形状鏡によれば、反射膜２０にある程度の張力を与えた状態で枠材９０により支持することで、高い初期平面度を得ることが可能となる。

（３） 上記可撓性を有する反射膜の剛性が上記薄板状部材の剛性にほぼ等しいことを特徴とする（１）又は（２）に記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（３）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
反射膜２０の剛性が薄板状部材３０の剛性に比べ極端に低い状態では、反射膜２０が薄板状部材３０の接合部で急激に曲げられるため、反射膜２０は曲面では無く平面の集合体となる。また、反射膜２０の剛性が薄板状部材３０の剛性に比べ極端に高い状態では、反射膜２０が変形しにくくなり、反射膜２０は平面状態のまま、並進またはチルトのような挙動を示してしまう。

そこで、この（３）に記載の静電型可変形状鏡は、反射膜２０と薄板状部材３０の剛性をほぼ等しくしている。

従って、この（３）に記載の静電型可変形状鏡によれば、反射膜２０を曲面に変形することができる。

（４） 上記可撓性を有する反射膜の剛性が上記薄板状部材の剛性の０．５倍〜１．５倍の範囲とすることを特徴とする（１）又は（２）に記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（４）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
反射膜２０の剛性が薄板状部材３０の剛性に比べ極端に低い状態では、反射膜２０が薄板状部材３０の接合部で急激に曲げられるため、反射膜２０は曲面では無く平面の集合体となる。また、反射膜２０の剛性が薄板状部材３０の剛性に比べ極端に高い状態では、反射膜２０が変形しにくくなり、反射膜２０は平面状態のまま、並進またはチルトのような挙動を示してしまう。

そこで、この（４）に記載の静電型可変形状鏡は、反射膜２０の剛性を薄板状部材３０の剛性の０．５倍〜１．５倍の範囲としている。

従って、この（４）に記載の静電型可変形状鏡によれば、反射膜２０を曲面に変形することができる。

（５） 上記基板電極及び上記薄板状部材が複数配置されていることを特徴とする（１）に記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（５）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１及び第３実施形態が対応する。

（作用効果）
この（５）に記載の静電型可変形状鏡は、基板電極４０及び薄板状部材３０が複数形成されている。

従って、この（５）に記載の静電型可変形状鏡によれば、反射膜２０の曲率を、単一な凹凸面のみでなく、複雑な凹凸面及び自由波面に変化させることができる。

（６） 上記可撓性を有する反射膜が上記薄板状部材により支持されていることを特徴とする（５）に記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（６）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
この（６）に記載の静電型可変形状鏡は、反射膜２０が薄板状部材３０により支持されている。

従って、この（６）に記載の静電型可変形状鏡によれば、反射膜２０に張力がかかっていないため、反射膜２０の曲率を変える際に伸びの影響が小さくなるので、比較的小さな静電引力で反射膜２０の曲率を変化させることができる。

（７） 上記可撓性を有する反射膜が枠材により支持されていることを特徴とする（５）に記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（７）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第２及び第３実施形態が対応する。

（作用効果）
この（７）に記載の静電型可変形状鏡は、反射膜２０が枠材９０により支持されている。

従って、この（７）に記載の静電型可変形状鏡によれば、反射膜２０にある程度の張力を与えた状態で枠材９０により支持することで、高い初期平面度を得ることが可能となる。

（８） 上記可撓性を有する反射膜の剛性が上記薄板状部材の剛性にほぼ等しいことを特徴とする（５）乃至（７）の何れかに記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（８）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
反射膜２０の剛性が薄板状部材３０の剛性に比べ極端に低い状態では、反射膜２０が薄板状部材３０の接合部で急激に曲げられるため、反射膜２０は曲面では無く平面の集合体となる。また、反射膜２０の剛性が薄板状部材３０の剛性に比べ極端に高い状態では、反射膜２０が変形しにくくなり、反射膜２０は平面状態のまま、並進またはチルトのような挙動を示してしまう。

そこで、この（８）に記載の静電型可変形状鏡は、反射膜２０と薄板状部材３０の剛性をほぼ等しくしている。

従って、この（８）に記載の静電型可変形状鏡によれば、反射膜２０を曲面に変形することができる。

（９） 上記可撓性を有する反射膜の剛性が上記薄板状部材の剛性の０．５倍〜１．５倍の範囲とすることを特徴とする（５）乃至（７）の何れかに記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（９）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
反射膜２０の剛性が薄板状部材３０の剛性に比べ極端に低い状態では、反射膜２０が薄板状部材３０の接合部で急激に曲げられるため、反射膜２０は曲面では無く平面の集合体となる。また、反射膜２０の剛性が薄板状部材３０の剛性に比べ極端に高い状態では、反射膜２０が変形しにくくなり、反射膜２０は平面状態のまま、並進またはチルトのような挙動を示してしまう。

そこで、この（９）に記載の静電型可変形状鏡は、反射膜２０の剛性を薄板状部材３０の剛性の０．５倍〜１．５倍の範囲としている。

従って、この（９）に記載の静電型可変形状鏡によれば、反射膜２０を曲面に変形することができる。

（１０） 上記可撓性を有する反射膜を所望の曲率に変化させる場合において、上記反射膜の各点における変位量が等しくなる曲線または直線に沿って、上記基板電極及び上記薄板状部材が配置されていることを特徴とする（５）乃至（９）の何れかに記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（１０）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
この（１０）に記載の静電型可変形状鏡は、反射膜２０の変位量が等しくなる等変位線１００に沿って薄板状部材３０を配置し、同一の等変位線上の薄板状部材３０を等しく変形させる。

従って、この（１０）に記載の静電型可変形状鏡によれば、所望の曲率を容易に得ることができる。

（１１） 上記可撓性を有する反射膜を所望の曲率に変化させる場合において、上記反射膜の曲率を厳密に制御する必要の無い部位に配置した、上記基板電極及び上記薄板状部材に対し、上記反射膜の曲率を厳密に制御する必要のある部位に配置した、上記基板電極及び上記薄板状部材が、より密に配置されていることを特徴とする（５）乃至（１０）の何れかに記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（１１）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
この（１１）に記載の静電型可変形状鏡は、反射膜２０を所望の曲率に変化させた状態において、曲率を厳密に制御する必要がある部位とその必要が無い部位が存在する場合、曲率を厳密に制御する必要がある部位に対して基板電極４０と薄板状部材３０を密に配置する。

従って、この（１１）に記載の静電型可変形状鏡によれば、より厳密に反射膜２０の曲率を制御することができる。

（１２） 上記可撓性を有する反射膜を所望の曲率に変化させる場合において、上記反射膜の曲率が小さい部位に配置した、上記基板電極及び上記薄板状部材に対し、上記反射膜の曲率が大きい部位に配置した、上記基板電極及び上記薄板状部材が、より密に配置されていることを特徴とする（５）乃至（１０）の何れかに記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（１２）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
反射膜２０の等変位線１００の間隔が狭くなると曲率は大きくなる。膜の曲率を大きく変形させる場合、その歪は大きくなり変形に要する力も大きくなる。よって、この（１２）に記載の静電型可変形状鏡は、曲率の大きい部位、つまり、等変位線１００の間隔が狭い部位に対して基板電極４０と薄板状部材３０を密に配置する。

従って、この（１２）に記載の静電型可変形状鏡によれば、反射膜２０を所望の曲率に設定することができる。

（１３） 上記複数の薄板状部材に対し各々独立に印加する電圧値を制御すると共に上記複数の基板電極を共通の電位とすることを特徴とする（５）乃至（１２）の何れかに記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（１３）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
この（１３）に記載の静電型可変形状鏡は、全ての基板電極４０を共通の外部リード電極６０に接続してこれを接地し、各々の薄板状部材３０をそれぞれ外部リード電極６０に接続して独立に電圧を印加する。

従って、この（１３）に記載の静電型可変形状鏡によれば、各々の薄板状部材３０の変位量を独立に制御することができるので、反射膜２０の曲率を自由に設定したり、複数のパターンに設定することができる。

（１４） 上記複数の薄板状部材を、２つ以上のグループ要素を最低１つ有するグループに分割し、
各々のグループに対し独立に印加する電圧値を制御すると共に上記複数の基板電極を共通の電位とすることを特徴とする（５）乃至（１２）の何れかに記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（１４）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
この（１４）に記載の静電型可変形状鏡は、等変位線１００−１乃至１００−４に沿って配置された薄板状部材３０−１乃至３０−４をそれぞれグループに分割し、全ての基板電極４０を共通の外部リード電極６０に接続してこれを接地する。そこで、グループに分割した薄板状部材３０−１乃至３０−４をそれぞれグループ毎に外部リード電極６０に接続して電圧を印加する。

従って、この（１４）に記載の静電型可変形状鏡によれば、各グループに属する薄板状部材を等しく変形することができるので、同一の等変位線に沿って配置された薄板状部材を容易に等しく変形させ、反射膜２０を所望の曲率に容易に設定することができる。

（１５） 上記複数の基板電極に対し各々独立に印加する電圧値を制御すると共に上記複数の薄板状部材を共通の電位とすることを特徴とする（５）乃至（１２）の何れかに記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（１５）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
この（１５）に記載の静電型可変形状鏡は、全ての薄板状部材を共通の外部リード電極に接続してこれを接地し、各々の基板電極をそれぞれ外部リード電極に接続して独立に電圧を印加する。

従って、この（１５）に記載の静電型可変形状鏡によれば、各々の薄板状部材の変位量を独立に制御することができるので、反射膜の曲率を自由に設定したり、複数のパターンに設定することができる。

（１６） 上記複数の基板電極を、２つ以上のグループ要素を最低１つ有するグループに分割し、
各々のグループに対し独立に印加する電圧値を制御すると共に上記複数の薄板状部材を共通の電位とすることを特徴とする（５）乃至（１２）の何れかに記載の静電型可変形状鏡。

（対応する実施形態）
この（１６）に記載の静電型可変形状鏡に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
この（１６）に記載の静電型可変形状鏡は、各等変位線に沿って配置された基板電極をそれぞれグループに分割し、全ての薄板状部材を共通の外部リード電極に接続してこれを接地する。そこで、グループに分割した基板電極をそれぞれグループ毎に外部リード電極接続して電圧を印加する。

従って、この（１６）に記載の静電型可変形状鏡によれば、各グループに属する基板電極に対応した薄板状部材を等しく変形することができるので、同一の等変位線に沿って配置された薄板状部材を容易に等しく変形させ、反射膜を所望の曲率に容易に設定することができる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る静電型可変形状鏡の構成を説明するための斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の静電型可変形状鏡において反射膜を取り外して示す図である。 第１実施形態に係る静電型可変形状鏡における基板電極及び薄板状部材を拡大して示す斜視図である。 第１実施形態に係る静電型可変形状鏡における基板電極及び薄板状部材の他の形態を示す図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）はそれぞれ図１（Ａ）の静電型可変形状鏡のＡ−Ａ線断面図であり、特に、（Ａ）は全ての基板電極と薄板状部材に電圧を印加していない初期状態を示す図、（Ｂ）は外周部から中央部に配置された基板電極と薄板状部材との間に次第に印加する電圧値を高くした場合を示す図、（Ｃ）は中央部から外周部に配置された基板電極と薄板状部材との間に次第に印加する電圧値を高くした場合を示す図であり、（Ｄ）は任意の基板電極と薄板状部材との間に電圧を印加した状態を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ第１実施形態に係る静電型可変形状鏡における薄板状部材及び反射膜の剛性を説明するため薄板状部材と反射膜の接合部を拡大して示す図であり、特に、（Ａ）は薄板状部材の剛性と反射膜の剛性とが適度にバランスが取れている場合を示す図であり、（Ｂ）は反射膜の剛性が薄板状部材の剛性に比べ極端に低い場合を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ第１実施形態に係る静電型可変形状鏡の反射膜を所望の曲率に変化させた状態における基板電極及び薄板状部材の配置例を説明するための上面図及び断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ正円の反射膜に対し円対称に曲率を持たせる場合における基板電極及び薄板状部材の配置例を説明するための上面図及び断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ方形の反射膜に対し波面状に曲率を持たせる場合における基板電極及び薄板状部材の配置例を説明するための上面図及び断面図である。 薄板状部材または基板電極を複数のグループに分割する場合における基板電極及び薄板状部材の配置例を説明するための反射膜と薄板状部材を抜粋して示す図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態に係る静電型可変形状鏡の上面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ（Ａ）の静電型可変形状鏡のＥ−Ｅ線断面図である。 （Ａ）は本発明の第３実施形態に係る静電型可変形状鏡の上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の静電型可変形状鏡のＦ−Ｆ線断面図である。

符号の説明

１０…静電型可変形状鏡、 ２０…反射膜、 ３０…薄板状部材、 ３１…可動電極引出し配線、 ４０…基板電極、 ４１…基板電極引出し配線、 ５０…基板、 ６０…外部リード電極、 ７０…絶縁膜、 ８０…コンタクト孔、 ９０…枠材、 １００…等変位線、 １０１…薄板状部材の変位を示すレベル。

Claims (16)

1. 可撓性を有する反射膜を静電気力により変形させ、上記反射膜へ入射する光の収束または発散または偏向する度合いを変化させる静電型可変形状鏡において、
   基板に固定されて配置された基板電極と、
   上記基板電極に対向して配置された導電性を有する薄板状部材と、
   を具備し、
   上記薄板状部材は、上記基板に固定された基板接続部と、上記反射膜に接合された反射膜接続部とを有し、
   上記基板電極と上記薄板状部材との間に電圧を印加し、該薄板状部材の形状を変形させることにより、上記反射膜接続部を上記基板方向へ変位させ、上記反射膜の曲率を変化させることを特徴とする静電型可変形状鏡。
2. 上記可撓性を有する反射膜が枠材により支持されていることを特徴とする請求項１に記載の静電型可変形状鏡。
3. 上記可撓性を有する反射膜の剛性が上記薄板状部材の剛性にほぼ等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電型可変形状鏡。
4. 上記可撓性を有する反射膜の剛性が上記薄板状部材の剛性の０．５倍〜１．５倍の範囲とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電型可変形状鏡。
5. 上記基板電極及び上記薄板状部材が複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載の静電型可変形状鏡。
6. 上記可撓性を有する反射膜が上記薄板状部材により支持されていることを特徴とする請求項５に記載の静電型可変形状鏡。
7. 上記可撓性を有する反射膜が枠材により支持されていることを特徴とする請求項５に記載の静電型可変形状鏡。
8. 上記可撓性を有する反射膜の剛性が上記薄板状部材の剛性にほぼ等しいことを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の静電型可変形状鏡。
9. 上記可撓性を有する反射膜の剛性が上記薄板状部材の剛性の０．５倍〜１．５倍の範囲とすることを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の静電型可変形状鏡。
10. 上記可撓性を有する反射膜を所望の曲率に変化させる場合において、上記反射膜の各点における変位量が等しくなる曲線または直線に沿って、上記基板電極及び上記薄板状部材が配置されていることを特徴とする請求項５乃至９の何れかに記載の静電型可変形状鏡。
11. 上記可撓性を有する反射膜を所望の曲率に変化させる場合において、上記反射膜の曲率を厳密に制御する必要の無い部位に配置した、上記基板電極及び上記薄板状部材に対し、上記反射膜の曲率を厳密に制御する必要のある部位に配置した、上記基板電極及び上記薄板状部材が、より密に配置されていることを特徴とする請求項５乃至１０の何れかに記載の静電型可変形状鏡。
12. 上記可撓性を有する反射膜を所望の曲率に変化させる場合において、上記反射膜の曲率が小さい部位に配置した、上記基板電極及び上記薄板状部材に対し、上記反射膜の曲率が大きい部位に配置した、上記基板電極及び上記薄板状部材が、より密に配置されていることを特徴とする請求項５乃至１０の何れかに記載の静電型可変形状鏡。
13. 上記複数の薄板状部材に対し各々独立に印加する電圧値を制御すると共に上記複数の基板電極を共通の電位とすることを特徴とする請求項５乃至１２の何れかに記載の静電型可変形状鏡。
14. 上記複数の薄板状部材を、２つ以上のグループ要素を最低１つ有するグループに分割し、
    各々のグループに対し独立に印加する電圧値を制御すると共に上記複数の基板電極を共通の電位とすることを特徴とする請求項５乃至１２の何れかに記載の静電型可変形状鏡。
15. 上記複数の基板電極に対し各々独立に印加する電圧値を制御すると共に上記複数の薄板状部材を共通の電位とすることを特徴とする請求項５乃至１２の何れかに記載の静電型可変形状鏡。
16. 上記複数の基板電極を、２つ以上のグループ要素を最低１つ有するグループに分割し、
    各々のグループに対し独立に印加する電圧値を制御すると共に上記複数の薄板状部材を共通の電位とすることを特徴とする請求項５乃至１２の何れかに記載の静電型可変形状鏡。

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