形状可変ミラー
【課題】 圧電薄膜方式の形状可変ミラーにおいて精度よく収差補正を行う。
【解決手段】 形状可変ミラーは、内部可動枠と、内部可動枠の内側に形成される回動板と、第１のトーションバーを挟む形で形成された第１の圧電膜及び第１の電極と、第２のトーションバーを挟む形で形成された第２の圧電膜及び第２の電極と、を含み、第１の電極及び第２の電極に印加される電圧によって回動される回動板の回動角度が調整される圧電アクチュエータが複数配置された圧電アクチュエータアレイと、各圧電アクチュエータに設けられた前記回動板上に形成される柱部と、前記柱部によって下方より支持されるマイクロミラーと、を備え、各圧電アクチュエータに設けられた回動板の回動角度によって各マイクロミラーの反射面の角度が二次元的に調整されることによりミラー面全体の形状が変化されることを特徴とする。
【解決手段】 形状可変ミラーは、内部可動枠と、内部可動枠の内側に形成される回動板と、第１のトーションバーを挟む形で形成された第１の圧電膜及び第１の電極と、第２のトーションバーを挟む形で形成された第２の圧電膜及び第２の電極と、を含み、第１の電極及び第２の電極に印加される電圧によって回動される回動板の回動角度が調整される圧電アクチュエータが複数配置された圧電アクチュエータアレイと、各圧電アクチュエータに設けられた前記回動板上に形成される柱部と、前記柱部によって下方より支持されるマイクロミラーと、を備え、各圧電アクチュエータに設けられた回動板の回動角度によって各マイクロミラーの反射面の角度が二次元的に調整されることによりミラー面全体の形状が変化されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラー面の形状を変化させる形状可変ミラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電薄膜方式の形状可変ミラーとしては、例えば、基板上に下部電極、圧電膜、上部電極を形成した後、第１の電極と第２の電極の少なくとも一方を互いに空けて複数の電極を形成させ、各電極に印加する電圧を調整することにより一枚のミラー面の形状を変化させるものが知られている（特許文献１参照）。そして、圧電薄膜方式の形状可変ミラーは、静電方式の形状可変ミラーに比べて駆動力が大きく、消費電力を少なくできる利点を持っている。なお、このような形状可変ミラーは、補償光学系における収差補正用デバイスとして利用される可能性を持っている。
【特許文献１】特開２００７−３０４４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述のような圧電薄膜方式の形状可変ミラーの場合、ミラー面の形状変化が小さく、補償光学系に配置される形状可変ミラーとして十分な収差補正を行うことが困難であった。
【０００４】
本発明は、上記問題点を鑑み、精度よく収差補正を行うことができる圧電薄膜方式の形状可変ミラーを提供することを技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
【０００６】
（１） マイクロミラーが複数分離して配置され、各マイクロミラーがそれぞれ独立して駆動されることによりミラー面全体の形状を変化させる形状可変ミラーは、
基板上における固定部の内側に第１のトーションバーを介して形成される内部可動枠と、前記第１のトーションバーに対して直交する第２トーションバーを介して前記内部可動枠の内側に形成される回動板と、前記第１のトーションバーを挟む形で形成された第１の圧電膜及び該第１の圧電膜に電圧を印加する第１の電極と、前記第２のトーションバーを挟む形で形成された第２の圧電膜及び該第２の圧電膜に電圧を印加する第２の電極と、を含み、前記第１の電極及び前記第２の電極に印加される電圧によって前記第１及び第２トーションバーを回動軸として回動される前記回動板の回動角度が調整される圧電アクチュエータが複数配置された圧電アクチュエータアレイと、
該圧電アクチュエータアレイの各圧電アクチュエータに設けられた前記回動板上に形成される柱部と、
前記柱部によって下方より支持されるマイクロミラーであって、前記圧電アクチュエータの面積以上の大きさを持ち、隣り合う各マイクロミラー同士が近接して配置されるように前記柱部を介して圧電アクチュエータの上方に置かれるマイクロミラーと、を備え、
各圧電アクチュエータに設けられた回動板の回動角度によって各マイクロミラーの反射面の角度が二次元的に調整されることによりミラー面全体の形状が変化されることを特徴とする。
（２） （１）の形状可変ミラーにおいて、
前記第１の圧電膜及び該第１の電極と、前記第２の圧電膜及び該第２の電極は、内部可動枠上に形成されていることを特徴とする形状可変ミラー。
（３） （２）の形状可変ミラーにおいて、
前記柱部は前記第１のトーションバーによる回動軸と前記第２のトーションバーによる回動軸とが交わる位置に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、圧電薄膜方式の形状可変ミラーにおいて精度よく収差補正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態に係る形状可変ミラーを上方より見た場合の上方概略図であり、図２は本実施形態に係る形状可変ミラーの一部を側方より見た場合の要部断面図である。
【０００９】
形状可変ミラー１０は、複数の圧電アクチュエータ１０１が配列された圧電アクチュエータアレイ１００と、各圧電アクチュエータ１０１上に設けられた柱部３００と、各柱部３００の上部に設けられたマイクロミラー５００と、に大別される構成となっている。ここで、圧電アクチュエータ１０１が駆動されると、駆動された圧電アクチュエータ１０１に対応するマイクロミラー５００が傾斜され、マイクロミラー５００の反射角度が変化される。なお、形状可変ミラー１０は、セグメントタイプの形状可変ミラーであり、微小なミラー（マイクロミラー５００）が複数分離して配置されている。そして、各ミラーがそれぞれ独立して駆動されることにより、ミラー面全体が任意の形状に変化される。なお、マイクロミラー５００の大きさとしては、直径約１ｍｍ程度のものが考えられる。
【００１０】
ここで、圧電アクチュエータアレイ１００は、図１に示すように基板１０２上に複数の圧電アクチュエータ１０１が配列された構成となっている。本実施形態では、基板１０２上に、複数の圧電アクチュエータ１０１が格子状（ハニカム状）に配列されたような構成となっている。この場合、圧電アクチュエータが二次元的に所定の間隔で配置された構成であれば良く、例えば、複数の圧電アクチュエータが放射状に配列されたような構成であってもよい。なお、アクチュエータアレイ１００には、各圧電アクチュエータ１０１に対応する電極端子１０９が複数形成されており、各電極端子１０９を介して各圧電アクチュエータ１０１に対して電圧を供給できるようになっている。
【００１１】
図３は圧電アクチュエータ１０１を上方より見た場合の概略構成図である。図３において、第１トーションバー２１２ａ、２１２ｂによって基板１０２上の固定部２５０に対して内部可動枠２０３が回動可能に軸支される。また、第２トーションバー２０４ａ、２０４ｂによって内部可動枠２０３に対して回動板２０２が回動可能に軸支される。
【００１２】
固定部２５０と内部可動枠２０３との間には、空隙２５２（図３の黒塗り部分）が形成されており、内部可動枠２０３は、空隙部２５２の内側に形成されている。さらに、回動板２０２は、空隙部２５３（図３の黒塗り部分）を介して内部可動枠２０３の内側に形成されている。
【００１３】
内部可動枠２０３は、その１対の辺の中心位置から外側へ延びた第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを介して固定部２５０に弾性的に支持されている。また、回動板２０２は、その１対の辺の中心位置から外側へ延びた第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを介して内部可動枠２０３に弾性的に支持されている。ここで、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂと、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂとは、互いに直交関係にある。
【００１４】
内部可動枠２０３の上には、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを両側から挟む形で、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃ、２１７ｄが形成されている。また、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの下方には圧電膜１０３が形成され、圧電膜１０３の下方には下部電極１０５が形成されている（図７参照）。この場合、一枚の薄膜からなる圧電膜１０３に関して、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄ（以下、第１の上部電極１０７と省略する場合あり）の下方に形成された圧電膜１０３が第１の圧電膜として機能される。また、一枚の薄膜からなる下部電極１０５に関して、圧電膜１０３を挟んで第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの下方に形成された下部電極１０５が第１の下部電極として機能される。なお、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄは、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂと直交する方向が長手方向となるように形成される。
【００１５】
また、内部可動枠２０３の上には、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを両側から挟む形で、第２の上部電極２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃ、２０９ｄが形成されている。また、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ（以下、第２の上部電極２０９と省略する場合あり）の下方には圧電膜１０３が形成され、圧電膜１０３の下方には下部電極１０５が形成されている。この場合、一枚の薄膜からなる圧電膜１０３に関して、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄの下方に形成された圧電膜が第２の圧電膜として機能される。また、一枚の薄膜からなる下部電極１０５に関して、圧電膜１０３を挟んで第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄの下方に形成された下部電極１０５が第２の下部電極として機能される。なお、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄは、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂと直交する方向が長手方向となるように形成される。
【００１６】
なお、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄは、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを介して電極端子１０９と電気的に接続される。この場合、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂが同じ電極端子１０９に接続され、第１の上部電極２１７ｃ、２１７ｄが同じ電極端子１０９に接続される。また、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ（以下、第２の上部電極２０９と省略する）においても、同様に、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを介して電極端子１０９と電気的に接続されている。この場合、第２の上部電極２０９と第１の上部電極２１７とが電気的に絶縁されるように、第１の上部電極２１７の上に絶縁膜（例えば、ＳｉＯ2）を施し、その絶縁膜の上に第２の上部電極２０９から電極端子１０９への配線が形成される。
【００１７】
そして、第２の上部電極２０９と第２の下部電極（下部電極１０５）との間に所定の電圧が印加されると、第２の圧電膜（圧電膜１０３）が凸状もしくは凹状に変形される。なお、本実施形態では、下部電極１０５が電気的に接地された状態（０Ｖ）において、第２の上部電極２０９に対してプラス電圧が印加されたときに第２圧電膜が凸状に変形され、第２の上部電極２０９に対してマイナス電圧が印加されたときに第２圧電膜が凹状に変形される。同様に、第１の上部電極２１７と第１の下部電極（下部電極１０５）との間に所定の電圧が印加されると、第１の圧電膜（圧電膜１０３）が凸状もしくは凹状に変形される。
【００１８】
図４は、回動板の回動動作について説明する図である。ここで、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂに対して同じ符号の直流電圧が印加され、これと異なる符号の直流電圧が第１の上部電極２１７ｃ、２１７ｄに対して印加されると、内部可動枠２０３の左辺及び右辺が変形される。この場合、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂに印加する電圧の符号と、第１の上部電極２１７ｃ、２１７ｄに印加する電圧の符号と、がプラスマイナス逆の関係となる。この場合、例えば、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂの下方に形成された第１の圧電膜が凸状に変形されたとき、第１の上部電極２１７ｃ、２１７ｄの下方に形成された第１の圧電膜が凹状に変形される。このとき、内部可動枠２０３には第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを中心とした回転トルクが作用され、内部可動枠２０３は、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを中心軸として傾斜される（回動される）。これにより、回動板２０２は、回転軸Ｘ１に関して回動される。
【００１９】
上記と同様の原理で、第２の上部電極２０９に直流電圧が印加され内部可動枠２０３の上辺及び下辺が変形されることにより、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを中心軸として回動板２０２が回動される。ここで、第１の上部電極２１７と第２の上部電極２０９に同時に電圧が印加されることにより、内部可動枠３が直交する方向にそれぞれ回動するので、回動板２０２は二次元的に傾斜角度が変化される。この場合、各電極に印加する電圧の絶対値が大きいほど、回動板２０２の傾斜角度（回動角度）が大きくなる。また、第１の上部電極２１７と第２の上部電極２０９に印加される電圧の大きさが維持されると、回動板２０２の傾斜角度は所定の傾斜角度に維持される。
【００２０】
次に、圧電アクチュエータ１０１（回動板２０２）上に配置される柱部３００とマイクロミラー５００について説明する。柱部３００は、回動板２０２の上面、より具体的には、第２トーションバー２０４ａ、２０４ｂによる回動軸Ｙ２と第１トーションバー２１２ａ、２１２ｂによる回動軸Ｘ１とが交わる交点位置上に形成される。そして、柱部３００は、回動板２０２とマイクロミラー５００を連結すると共に、マイクロミラー５００を下方から支持する。なお、本実施形態では柱部を第１トーションバーと第２トーションバーとの軸交点位置上に一つ形成するものとしているが、これに限るものではなく、マイクロミラーを支持するために回動板上の所定位置に一以上形成することもできる。
【００２１】
マイクロミラー５００は柱部３００の上面に固定保持された状態で形成されており、その表面には、金やアルミニウム等の金属薄膜がコーティングされ、マイクロミラー５００への入射光が効率よく反射されるような構成となっている。また、マイクロミラー５００は、圧電アクチュエータ１０１の配置関係に合わせて正六角形（ハニカム状）となっている（図１参照）。なお、マイクロミラー５００の反射面の大きさは、下部の圧電アクチュエータ１０１の大きさ（面積）以上の面積を有するとともに、隣接するマイクロミラー５００同士が干渉して接触しない程度の大きさとなっている。さらに、ミラー面全体に入射される光の波面を漏れなく補償できるように，近接して配置されるマイクロミラー５００同士の間隔は、出来る限り狭い方が好ましい。
【００２２】
ここで、圧電アクチュエータ１０１の駆動によって、回動板２０２が第２トーションバー２０４ａ、２０４ｂ（回動軸Ｙ１）を中心に回動されると、マイクロミラー５００は回動軸Ｙ１を中心に回動され、マイクロミラー５００の反射面がＸ１軸に対して傾斜される。一方、回動板２０２が第１トーションバー２１２ａ、２１２ｂ（回動軸Ｘ１）を中心に回動されると、マイクロミラー５００は回動軸Ｘ１を中心に回動され、マイクロミラー５００の反射面がＹ１軸に対して傾斜される（図２参照）。
【００２３】
すなわち、マイクロミラー５００は、圧電アクチュエータ１０１の駆動により互いに直交する２軸（回動軸Ｘ１及び回動軸Ｙ１）を中心に回動される。したがって、圧電アクチュエータに印加する電圧を調整することにより、Ｘ方向及びＹ方向におけるマイクロミラー５００の反射角度が任意調整可能となる（例えば、±１°の範囲内）。また、印加電圧の大きさを一定に保持することにより、所定の回動角度（傾斜角度）で保持させることができる。これにより、各圧電アクチュエータ１０１に設けられた回動板２０２の回動角度によって各マイクロミラー５００の反射面の角度が二次元的に調整されることによりミラー面全体の形状が変化される。
【００２４】
以上のような構成とすれば、各圧電アクチュエータ１０１に印加する電圧をそれぞれ調整することにより各マイクロミラー５００の反射角度を任意に調整できるため、ミラー面全体として十分な変位量を得るのと等価となる。よって、波面の形状を精度よく補償できる。なお、上記構成においては、第２の圧電膜及び第１の圧電膜が正方形状の内部可動枠２０３に形成されているため、Ｘ方向及びＹ方向に関して等方的な傾きが得られる。
【００２５】
なお、圧電アクチュエータ１０１の構成は、上記構成に限るものではなく、図５に示すような構成であってもよい。この場合、固定部２５０と可動板２３０との間には、空隙２６３（図５の黒塗り部分）が形成されており、内部可動枠２０３は、空隙部２６４の内側に形成されている。さらに、回動板２０２は、空隙部２６５（図５の黒塗り部分）を介して内部可動枠２０３の内側に形成されている。
【００２６】
内部可動枠２０３は、その１対の辺の中心位置から外側へ延びた第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを介して可動板２３０に弾性的に支持されている。また、可動板２３０の一端は、固定部２５０に支持されている。また、回動板２０２は、その１対の辺の中心位置から外側へ延びた第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを介して内部可動枠２０３に弾性的に支持されている。
【００２７】
この場合、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄは、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを挟むように、内部可動枠２０３の上辺部分及び下辺部分に形成されている。また、図３と同様に、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄの下方には圧電膜１０３が形成され、圧電膜１０３の下方には下部電極１０５が形成されている。
【００２８】
また、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄは、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを挟むように可動板２３０上に形成されている。また、図３と同様に、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの下方には圧電膜１０３が形成され、圧電膜１０３の下方には下部電極１０５が形成されている。なお、図５のような圧電アクチュエータ１０１の動作については、上記説明と同様の駆動手法が適用できるため、説明を省略する。
【００２９】
次に、本実施形態に係る形状可変ミラーの製造方法について、図６〜図７を用いて説明する。図６及び図７は、形状可変ミラーの製造工程について説明する側断面図である。なお、図６は、図３に示すＡ−Ａ´線の断面、図７は、Ｂ―Ｂ´線の断面を模式的に示している。
【００３０】
基板１０２の材料としては、ＳｉやＭｇＯ等の単結晶材料を用いることにより圧電膜１０３の圧電特性を高くすることができるが、特に制限されるものではない（例えば、ＳＯＩ基板）。なお、本実施形態では、基板の厚みが約５２５μｍの単結晶Ｓｉ基板を使用した。また、基板１０２の上にγ−Ａｌ2Ｏ3（アルミナ：図番号１１０参照）を形成することにより圧電膜１０３の圧電特性が高くなるようにしておく。なお、γ−Ａｌ2Ｏ3の形成方法は、例えば、MBE法 (Molecular Beam Epitaxy)、CVD法 (Chemical Vapor Deposition)、と多くあるが、膜を形成できる技術であれば特に限定されることはない。
【００３１】
次に、基板１０２（アルミナ１１０）の上に下部電極１０５を形成する。下部電極１０５の材料としては、導電性の高い金属（例えば、Ｐｔ、Ｔｉ、等）が好適に利用される。次に、下部電極の上に圧電膜１０３を形成する。圧電膜１０３の材料としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム鉛）、ＰＺＴと同系のＰｂを含むペロブスカイトなどの圧電定数が高く変形の大きい材料が好適に使用される。
【００３２】
なお、電極膜及び圧電膜の形成方法は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）、又はゾルゲル法と多くあるが、膜を形成できる技術であれば特に制限されることはない。本実施形態においては、下部電極の材料には、ＰｔとＴｉを使用し、膜厚はそれぞれ１００ｎｍ（Ｔｉ）、１００ｎｍ（Ｐｔ）の二重構造とした。圧電膜１０３の材料にはＰＺＴを使用し、膜厚は約２〜３μｍとした。Ｐｔ及びＴｉの形成はスパッタ法を行い、ＰＺＴの形成はゾルゲル法を用いる。
【００３３】
次に、圧電膜１０３の上に上部電極１０７を形成する。上部電極１０７及び形成方法は下部電極１０５と同様である。本実施形態においては、材料はＰｔを使用し、膜厚は１００ｎｍとした。また、Ｐｔの形成はスパッタ法で行う（以上、図６（ａ）、図７（ａ）参照）。
【００３４】
次に、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ及び第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄを形成させる（図７（ｂ）参照）。この場合、各上部電極の周辺を圧電膜１０３が露出されるまで除去する。
【００３５】
より具体的には、上部電極１０７上にフォトレジストを塗布した後、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ及び第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの配列パターンが描かれたマスクを用いて感光した部分を残すように露光処理を行う。
【００３６】
次に、反応イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ及び第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの周辺部に対応する領域を選択的に取り除く。その後、プラズマエッチング、溶剤、等によって残ったフォトレジストを取り除く。その後、圧電アクチュエータアレイ１００の上面全体に対してＳｉＯ2（図番号１１２）を形成させる。なお、ＳｉＯ2の形成方法としては、ＣＶＤ法、スパッタリング法、などが考えられる。
【００３７】
なお、第２の上部電極２０９と電極端子１０９を電気的に接続させるべく、第１の上部電極２１７上にＳｉＯ2を形成させた後、そのＳｉＯ2の上に電極端子１０９に繋がる配線を形成させる。また、本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、上部電極１０７における回動板２０２に対応される部分が残されるように、フォトリソグラフィー及びエッチングがなされる。
【００３８】
上記処理により、第２の上部電極２０９に対向する領域に対応する下部電極１０５が第２の下部電極として機能され、第１の上部電極２１７に対向する領域に対応する下部電極１０５が第１の下部電極として機能される。また、第２の上部電極２０９に対向する領域に対応する圧電膜１０３が、第２の圧電膜として機能され、第１の上部電極２１７に対向する領域に対応する圧電膜１０３が第１の圧電膜として機能される。（以上、図６（ｂ）、図７（ｂ）参照）。
【００３９】
次に、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、空隙部２５２及び空隙部２５３を形成する。より具体的には、空隙部２５２及び空隙部２５３に対応する位置のＳｉＯ2膜、圧電膜１０３、下部電極１０５、γ―アルミナ１１０を除去して基板１０２の一部を露出させておく。なお、前述のように形成された空隙部２５２及び空隙部２５３は、後述する薄膜犠牲層４００及び基板１０２を除去するためのエッチングガスが通過するエッチングホールとしても利用される。
【００４０】
図６（ｄ）〜図６（ｈ）及び図７（ｄ）〜図７（ｆ）は、圧電アクチュエータアレイ１０１に薄膜犠牲層を形成させる工程からミラー面を形成させる工程までを説明する図である。ここで、図６（ｄ）及び図７（ｄ）に示すように、アクチュエータアレイ１００上に最終的除去される薄膜犠牲層４００を形成させる。
【００４１】
なお、薄膜犠牲層４００の材料としては、対応するエッチングガスによって除去されやすい特性を有するものが好ましく、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、等が用いられる。また、薄膜犠牲層４００の形成方法は、膜を形成できる技術であれば、特に制限されることはない。本実施形態においては、薄膜犠牲層４００の材料には、ポリシリコンを使用し、膜厚を約１０μｍとし、スパッタリング法またはCVD法によりアクチュエータアレイ１００の上側表面一面に製膜処理を施す。
【００４２】
次に、図６（ｅ）に示すように、圧電アクチュエータ１０１の回動板２０２に対応する位置における薄膜犠牲層４００に孔４５０を形成し、上部電極１０７を露出させる。次に、図６（ｆ）に示すように、露出した上部電極１０７上にマイクロミラー５００を支持する柱部３００を形成するために、犠牲層４００に形成された孔４５０を柱部用材料で埋没させる。
【００４３】
より具体的には、薄膜犠牲層４００に形成された孔４５０に金属（Ｉｎ、金、等）を流し込むことにより上部電極（Ｐｔ）１０７の上に柱部３００を形成する。また、柱部３００の形成方法は、柱部を形成できる技術であれば、特に制限されることはない（例えば、電解めっき、蒸着法、等）。本実施形態においては、柱部３００の材料には、Ｉｎを使用し、孔４５０に液体上のＩｎを流し込んでから冷却処理を施すことにより柱部３００を形成する。この場合、ＰｔとＩｎとの間にＡｕが形成されることにより、密着性が向上されるのが好ましい。なお、より好ましくは、Ｎｉ又はＣｒが用いられる。
【００４４】
その後、薄膜犠牲層４００及び柱部３００の上面を平坦化させておく。この場合、例えば、ＣＭＰ（化学機械研磨）を用いた手法が考えられる。これにより、平坦な上面を有する薄膜犠牲層４００及び柱部３００が形成される。なお、平坦化に際して、ＳｉＯ2１１２からの柱部３００の高さが予め設定された高さになるまで、平坦化を行うようにしてもよい。
【００４５】
次に、図６（ｇ）及び図７（ｅ）に示すように、平坦化された薄膜犠牲層４００及び柱部３００の上面にマイクロミラー５００の基板５１０を形成する。この場合、基板の材料としては、厚膜レジスト、ＳｉＯ2、ＳＯＩ基板、等が使用される。なお、圧膜レジストを用いる場合、スピンコート法が使用される、ＳＩＯ2を用いる場合、ＣＶＤ法もしくはスパッタ法が使用される。この場合、基板を形成できる技術であれば特に制限されることはない。
【００４６】
上記のようにマイクロミラー５００の基板５１０が形成された後、次に、図１に示すように、各圧電アクチュエータ１０１に対応するマイクロミラー５００を分離独立させるために、フォトリソグラフィー及びエッチング法によって空隙部５１５を形成する。この場合、正六角形上のマイクロミラー５００を形成させる。なお、空隙部５１５は、ドライエッチング用の気体が通過する第１通過孔としても用いられる。
【００４７】
次に、図６（ｈ）及び図７（ｆ）に示すように、犠牲層４００をエッチング法により除去する。より具体的には、薄膜犠牲層４００及び基板１０２に反応するガス中にアクチュエータアレイ１００を配置することにより、空隙部５１５を介して薄膜犠牲層４００及び基板１０２を除去する。本実施形態では、薄膜犠牲層４００としてポリシリコンが使用され、基板１０２としてＳｉ基板が使用されているため、シリコンをエッチングする特性を有するエッチングガス（例えば、ＸｅＦ2）を用いるようなことが考えられる。この場合、薄膜犠牲層４００及び基板１０２以外の物質（例えば、マイクロミラー５００、柱部３００、ＳｉＯ２膜、等）は、エッチングガスの影響を受けずに残る。なお、上記のように反応ガス中に薄膜犠牲層４００及び基板１０２を曝す方法に限るものではなく、プラズマによってエッチングガスをイオン化してエッチングさせる反応性イオンエッチング法を用いても良い。
【００４８】
ここで、エッチング処理が開始されると、空隙部５１５を通過するエッチングガスが薄膜犠牲層４００を削っていく。そして、柱部３００（圧電アクチュエータ１０１の中心部）に向けて進行するエッチングガスによって薄膜犠牲層４００の柱部３００を取り囲んでいた部分が除去される。また、隣接して配置された圧電アクチュエータ１０１（圧電アクチュエータ１０１の周辺側）に向けて進行するエッチングガスによって各圧電アクチュエータ１０１間に形成された薄膜犠牲層４００が除去されると、各圧電アクチュエータ１０１の回動板２０２上に設けられた柱部３００によってマイクロミラー５００が下方より支持された状態となる。
【００４９】
また、空隙部５１５から下方向に向けて進行するエッチングガスによって、薄膜犠牲層４００が除去された後、エッチングガスが空隙部２５２及び空隙部２５２を通過して基板１０２に達し、基板１０２の上部がドライエッチング用の気体に曝されると、基板１０２が削られていき、基板１０２の上部が所定量除去される。
【００５０】
ここで、圧電アクチュエータ１０１の中央部分に向けて進行するエッチングガスは、基板１０２における回動板２０２及び内部可動枠２０３の下側表面部分を除去する。これにより、回動板２０２及び内部可動枠２０３と、基板１０２の間に空洞部５９０が形成される。なお、回動板２０２及び内部可動枠２０３の下部に形成された空洞部５９０は、回動板２０２及び内部可動枠２０３が揺動されるときのスペースとして利用される。
【００５１】
なお、上記のようにエッチングガスによる犠牲層４００及び基板１０２の上部の一部を除去する場合、実験等により、エッチングガスの投入後、犠牲層４００の除去及び空洞部５９０の形成がなされるまでの時間を予め求めておけばよい。
【００５２】
なお、上記のようにして、犠牲層４００の除去が完了したら、マイクロミラー５００の基板５１０の表面にミラーコーティングを施し、基板５１０にミラー面５２０を形成させる。なお、ミラー面５２０の材料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、等の金属、ＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5などの低屈折率誘電体／高屈折率誘電体のλ／４多層膜が好適に使用される。また、ミラー面５２０の形成方法について、例えば、スパッタ法又は蒸着法と多くあるが、膜を形成できる技術であれば特に制限されることはない。
【００５３】
以上のような製造方法とすれば、手間なく高い精度の形状可変ミラーを作成できる。ここで、上記のような形状可変ミラー１０のミラー面に光が入射された場合、圧電アクチュエータアレイ１００の駆動により各ミラーの反射角度が変化されると、入射光の波面の傾きが各ミラーで調整される。したがって、精度良く収差を補償できるようになる。よって、例えば、眼底撮影等の分野において被検眼の波面収差を補償する収差補償光学系を介して眼底撮影を行うような収差補償機能付眼底カメラにおいて、本ミラーを設けることにより精度良く収差を補償できるようになり、収差が除去された精密な眼底像を得ることが可能となる。
【００５４】
なお、以上の説明においては、回動板２０２及び内部可動枠２０３の下部に空洞部５９０を形成させ、回動板２０２及び内部可動枠２０３が揺動されるときのスペースとして用いるものとしたが、フォトリソグラフィー及びエッチング法によって基板１０２を下から除去し、回動板２０２及び内部可動枠２０３に対応する領域に凹部を形成させるようにしてもよい。
【００５５】
また、以上の説明においては、圧電アクチュエータ１００、柱部３００、及びマイクロミラー５００が一体的に作成されたが、柱部３００及びマイクロミラー５００と、圧電アクチュエータ１００とが別々に作成された後に、これらが連結されるような手法でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施形態に係る形状可変ミラーを上方より見た場合の上方概略図である。
【図２】本実施形態に係る形状可変ミラーの一部を側方より見た場合の要部断面図である。
【図３】圧電アクチュエータ１０１を上方より見た場合の概略構成図である。
【図４】回動板の回動動作について説明する図である。
【図５】圧電アクチュエータ１０１の構成の変容例について説明する図である。
【図６】本実施形態に係る形状可変ミラーの製造方法について説明する図である（Ａ−Ａ´線の断面）。
【図７】本実施形態に係る形状可変ミラーの製造方法について説明する図である（Ｂ―Ｂ´線の断面）。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 形状可変ミラー
１００ 圧電アクチュエータアレイ
１０１ 圧電アクチュエータ
１０３ 圧電膜
１０５ 下部電極
２０２ 回動板
２０３ 内部可動枠
２０４ 第２トーションバー
２１２ 第１トーションバー
２１７ 第１の上部電極
３００ 柱部
５００ マイクロミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラー面の形状を変化させる形状可変ミラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電薄膜方式の形状可変ミラーとしては、例えば、基板上に下部電極、圧電膜、上部電極を形成した後、第１の電極と第２の電極の少なくとも一方を互いに空けて複数の電極を形成させ、各電極に印加する電圧を調整することにより一枚のミラー面の形状を変化させるものが知られている（特許文献１参照）。そして、圧電薄膜方式の形状可変ミラーは、静電方式の形状可変ミラーに比べて駆動力が大きく、消費電力を少なくできる利点を持っている。なお、このような形状可変ミラーは、補償光学系における収差補正用デバイスとして利用される可能性を持っている。
【特許文献１】特開２００７−３０４４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述のような圧電薄膜方式の形状可変ミラーの場合、ミラー面の形状変化が小さく、補償光学系に配置される形状可変ミラーとして十分な収差補正を行うことが困難であった。
【０００４】
本発明は、上記問題点を鑑み、精度よく収差補正を行うことができる圧電薄膜方式の形状可変ミラーを提供することを技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
【０００６】
（１） マイクロミラーが複数分離して配置され、各マイクロミラーがそれぞれ独立して駆動されることによりミラー面全体の形状を変化させる形状可変ミラーは、
基板上における固定部の内側に第１のトーションバーを介して形成される内部可動枠と、前記第１のトーションバーに対して直交する第２トーションバーを介して前記内部可動枠の内側に形成される回動板と、前記第１のトーションバーを挟む形で形成された第１の圧電膜及び該第１の圧電膜に電圧を印加する第１の電極と、前記第２のトーションバーを挟む形で形成された第２の圧電膜及び該第２の圧電膜に電圧を印加する第２の電極と、を含み、前記第１の電極及び前記第２の電極に印加される電圧によって前記第１及び第２トーションバーを回動軸として回動される前記回動板の回動角度が調整される圧電アクチュエータが複数配置された圧電アクチュエータアレイと、
該圧電アクチュエータアレイの各圧電アクチュエータに設けられた前記回動板上に形成される柱部と、
前記柱部によって下方より支持されるマイクロミラーであって、前記圧電アクチュエータの面積以上の大きさを持ち、隣り合う各マイクロミラー同士が近接して配置されるように前記柱部を介して圧電アクチュエータの上方に置かれるマイクロミラーと、を備え、
各圧電アクチュエータに設けられた回動板の回動角度によって各マイクロミラーの反射面の角度が二次元的に調整されることによりミラー面全体の形状が変化されることを特徴とする。
（２） （１）の形状可変ミラーにおいて、
前記第１の圧電膜及び該第１の電極と、前記第２の圧電膜及び該第２の電極は、内部可動枠上に形成されていることを特徴とする形状可変ミラー。
（３） （２）の形状可変ミラーにおいて、
前記柱部は前記第１のトーションバーによる回動軸と前記第２のトーションバーによる回動軸とが交わる位置に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、圧電薄膜方式の形状可変ミラーにおいて精度よく収差補正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態に係る形状可変ミラーを上方より見た場合の上方概略図であり、図２は本実施形態に係る形状可変ミラーの一部を側方より見た場合の要部断面図である。
【０００９】
形状可変ミラー１０は、複数の圧電アクチュエータ１０１が配列された圧電アクチュエータアレイ１００と、各圧電アクチュエータ１０１上に設けられた柱部３００と、各柱部３００の上部に設けられたマイクロミラー５００と、に大別される構成となっている。ここで、圧電アクチュエータ１０１が駆動されると、駆動された圧電アクチュエータ１０１に対応するマイクロミラー５００が傾斜され、マイクロミラー５００の反射角度が変化される。なお、形状可変ミラー１０は、セグメントタイプの形状可変ミラーであり、微小なミラー（マイクロミラー５００）が複数分離して配置されている。そして、各ミラーがそれぞれ独立して駆動されることにより、ミラー面全体が任意の形状に変化される。なお、マイクロミラー５００の大きさとしては、直径約１ｍｍ程度のものが考えられる。
【００１０】
ここで、圧電アクチュエータアレイ１００は、図１に示すように基板１０２上に複数の圧電アクチュエータ１０１が配列された構成となっている。本実施形態では、基板１０２上に、複数の圧電アクチュエータ１０１が格子状（ハニカム状）に配列されたような構成となっている。この場合、圧電アクチュエータが二次元的に所定の間隔で配置された構成であれば良く、例えば、複数の圧電アクチュエータが放射状に配列されたような構成であってもよい。なお、アクチュエータアレイ１００には、各圧電アクチュエータ１０１に対応する電極端子１０９が複数形成されており、各電極端子１０９を介して各圧電アクチュエータ１０１に対して電圧を供給できるようになっている。
【００１１】
図３は圧電アクチュエータ１０１を上方より見た場合の概略構成図である。図３において、第１トーションバー２１２ａ、２１２ｂによって基板１０２上の固定部２５０に対して内部可動枠２０３が回動可能に軸支される。また、第２トーションバー２０４ａ、２０４ｂによって内部可動枠２０３に対して回動板２０２が回動可能に軸支される。
【００１２】
固定部２５０と内部可動枠２０３との間には、空隙２５２（図３の黒塗り部分）が形成されており、内部可動枠２０３は、空隙部２５２の内側に形成されている。さらに、回動板２０２は、空隙部２５３（図３の黒塗り部分）を介して内部可動枠２０３の内側に形成されている。
【００１３】
内部可動枠２０３は、その１対の辺の中心位置から外側へ延びた第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを介して固定部２５０に弾性的に支持されている。また、回動板２０２は、その１対の辺の中心位置から外側へ延びた第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを介して内部可動枠２０３に弾性的に支持されている。ここで、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂと、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂとは、互いに直交関係にある。
【００１４】
内部可動枠２０３の上には、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを両側から挟む形で、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃ、２１７ｄが形成されている。また、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの下方には圧電膜１０３が形成され、圧電膜１０３の下方には下部電極１０５が形成されている（図７参照）。この場合、一枚の薄膜からなる圧電膜１０３に関して、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄ（以下、第１の上部電極１０７と省略する場合あり）の下方に形成された圧電膜１０３が第１の圧電膜として機能される。また、一枚の薄膜からなる下部電極１０５に関して、圧電膜１０３を挟んで第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの下方に形成された下部電極１０５が第１の下部電極として機能される。なお、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄは、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂと直交する方向が長手方向となるように形成される。
【００１５】
また、内部可動枠２０３の上には、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを両側から挟む形で、第２の上部電極２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃ、２０９ｄが形成されている。また、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ（以下、第２の上部電極２０９と省略する場合あり）の下方には圧電膜１０３が形成され、圧電膜１０３の下方には下部電極１０５が形成されている。この場合、一枚の薄膜からなる圧電膜１０３に関して、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄの下方に形成された圧電膜が第２の圧電膜として機能される。また、一枚の薄膜からなる下部電極１０５に関して、圧電膜１０３を挟んで第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄの下方に形成された下部電極１０５が第２の下部電極として機能される。なお、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄは、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂと直交する方向が長手方向となるように形成される。
【００１６】
なお、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄは、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを介して電極端子１０９と電気的に接続される。この場合、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂが同じ電極端子１０９に接続され、第１の上部電極２１７ｃ、２１７ｄが同じ電極端子１０９に接続される。また、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ（以下、第２の上部電極２０９と省略する）においても、同様に、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを介して電極端子１０９と電気的に接続されている。この場合、第２の上部電極２０９と第１の上部電極２１７とが電気的に絶縁されるように、第１の上部電極２１７の上に絶縁膜（例えば、ＳｉＯ2）を施し、その絶縁膜の上に第２の上部電極２０９から電極端子１０９への配線が形成される。
【００１７】
そして、第２の上部電極２０９と第２の下部電極（下部電極１０５）との間に所定の電圧が印加されると、第２の圧電膜（圧電膜１０３）が凸状もしくは凹状に変形される。なお、本実施形態では、下部電極１０５が電気的に接地された状態（０Ｖ）において、第２の上部電極２０９に対してプラス電圧が印加されたときに第２圧電膜が凸状に変形され、第２の上部電極２０９に対してマイナス電圧が印加されたときに第２圧電膜が凹状に変形される。同様に、第１の上部電極２１７と第１の下部電極（下部電極１０５）との間に所定の電圧が印加されると、第１の圧電膜（圧電膜１０３）が凸状もしくは凹状に変形される。
【００１８】
図４は、回動板の回動動作について説明する図である。ここで、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂに対して同じ符号の直流電圧が印加され、これと異なる符号の直流電圧が第１の上部電極２１７ｃ、２１７ｄに対して印加されると、内部可動枠２０３の左辺及び右辺が変形される。この場合、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂに印加する電圧の符号と、第１の上部電極２１７ｃ、２１７ｄに印加する電圧の符号と、がプラスマイナス逆の関係となる。この場合、例えば、第１の上部電極２１７ａ、２１７ｂの下方に形成された第１の圧電膜が凸状に変形されたとき、第１の上部電極２１７ｃ、２１７ｄの下方に形成された第１の圧電膜が凹状に変形される。このとき、内部可動枠２０３には第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを中心とした回転トルクが作用され、内部可動枠２０３は、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを中心軸として傾斜される（回動される）。これにより、回動板２０２は、回転軸Ｘ１に関して回動される。
【００１９】
上記と同様の原理で、第２の上部電極２０９に直流電圧が印加され内部可動枠２０３の上辺及び下辺が変形されることにより、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを中心軸として回動板２０２が回動される。ここで、第１の上部電極２１７と第２の上部電極２０９に同時に電圧が印加されることにより、内部可動枠３が直交する方向にそれぞれ回動するので、回動板２０２は二次元的に傾斜角度が変化される。この場合、各電極に印加する電圧の絶対値が大きいほど、回動板２０２の傾斜角度（回動角度）が大きくなる。また、第１の上部電極２１７と第２の上部電極２０９に印加される電圧の大きさが維持されると、回動板２０２の傾斜角度は所定の傾斜角度に維持される。
【００２０】
次に、圧電アクチュエータ１０１（回動板２０２）上に配置される柱部３００とマイクロミラー５００について説明する。柱部３００は、回動板２０２の上面、より具体的には、第２トーションバー２０４ａ、２０４ｂによる回動軸Ｙ２と第１トーションバー２１２ａ、２１２ｂによる回動軸Ｘ１とが交わる交点位置上に形成される。そして、柱部３００は、回動板２０２とマイクロミラー５００を連結すると共に、マイクロミラー５００を下方から支持する。なお、本実施形態では柱部を第１トーションバーと第２トーションバーとの軸交点位置上に一つ形成するものとしているが、これに限るものではなく、マイクロミラーを支持するために回動板上の所定位置に一以上形成することもできる。
【００２１】
マイクロミラー５００は柱部３００の上面に固定保持された状態で形成されており、その表面には、金やアルミニウム等の金属薄膜がコーティングされ、マイクロミラー５００への入射光が効率よく反射されるような構成となっている。また、マイクロミラー５００は、圧電アクチュエータ１０１の配置関係に合わせて正六角形（ハニカム状）となっている（図１参照）。なお、マイクロミラー５００の反射面の大きさは、下部の圧電アクチュエータ１０１の大きさ（面積）以上の面積を有するとともに、隣接するマイクロミラー５００同士が干渉して接触しない程度の大きさとなっている。さらに、ミラー面全体に入射される光の波面を漏れなく補償できるように，近接して配置されるマイクロミラー５００同士の間隔は、出来る限り狭い方が好ましい。
【００２２】
ここで、圧電アクチュエータ１０１の駆動によって、回動板２０２が第２トーションバー２０４ａ、２０４ｂ（回動軸Ｙ１）を中心に回動されると、マイクロミラー５００は回動軸Ｙ１を中心に回動され、マイクロミラー５００の反射面がＸ１軸に対して傾斜される。一方、回動板２０２が第１トーションバー２１２ａ、２１２ｂ（回動軸Ｘ１）を中心に回動されると、マイクロミラー５００は回動軸Ｘ１を中心に回動され、マイクロミラー５００の反射面がＹ１軸に対して傾斜される（図２参照）。
【００２３】
すなわち、マイクロミラー５００は、圧電アクチュエータ１０１の駆動により互いに直交する２軸（回動軸Ｘ１及び回動軸Ｙ１）を中心に回動される。したがって、圧電アクチュエータに印加する電圧を調整することにより、Ｘ方向及びＹ方向におけるマイクロミラー５００の反射角度が任意調整可能となる（例えば、±１°の範囲内）。また、印加電圧の大きさを一定に保持することにより、所定の回動角度（傾斜角度）で保持させることができる。これにより、各圧電アクチュエータ１０１に設けられた回動板２０２の回動角度によって各マイクロミラー５００の反射面の角度が二次元的に調整されることによりミラー面全体の形状が変化される。
【００２４】
以上のような構成とすれば、各圧電アクチュエータ１０１に印加する電圧をそれぞれ調整することにより各マイクロミラー５００の反射角度を任意に調整できるため、ミラー面全体として十分な変位量を得るのと等価となる。よって、波面の形状を精度よく補償できる。なお、上記構成においては、第２の圧電膜及び第１の圧電膜が正方形状の内部可動枠２０３に形成されているため、Ｘ方向及びＹ方向に関して等方的な傾きが得られる。
【００２５】
なお、圧電アクチュエータ１０１の構成は、上記構成に限るものではなく、図５に示すような構成であってもよい。この場合、固定部２５０と可動板２３０との間には、空隙２６３（図５の黒塗り部分）が形成されており、内部可動枠２０３は、空隙部２６４の内側に形成されている。さらに、回動板２０２は、空隙部２６５（図５の黒塗り部分）を介して内部可動枠２０３の内側に形成されている。
【００２６】
内部可動枠２０３は、その１対の辺の中心位置から外側へ延びた第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを介して可動板２３０に弾性的に支持されている。また、可動板２３０の一端は、固定部２５０に支持されている。また、回動板２０２は、その１対の辺の中心位置から外側へ延びた第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを介して内部可動枠２０３に弾性的に支持されている。
【００２７】
この場合、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄは、第２のトーションバー２０４ａ、２０４ｂを挟むように、内部可動枠２０３の上辺部分及び下辺部分に形成されている。また、図３と同様に、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄの下方には圧電膜１０３が形成され、圧電膜１０３の下方には下部電極１０５が形成されている。
【００２８】
また、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄは、第１のトーションバー２１２ａ、２１２ｂを挟むように可動板２３０上に形成されている。また、図３と同様に、第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの下方には圧電膜１０３が形成され、圧電膜１０３の下方には下部電極１０５が形成されている。なお、図５のような圧電アクチュエータ１０１の動作については、上記説明と同様の駆動手法が適用できるため、説明を省略する。
【００２９】
次に、本実施形態に係る形状可変ミラーの製造方法について、図６〜図７を用いて説明する。図６及び図７は、形状可変ミラーの製造工程について説明する側断面図である。なお、図６は、図３に示すＡ−Ａ´線の断面、図７は、Ｂ―Ｂ´線の断面を模式的に示している。
【００３０】
基板１０２の材料としては、ＳｉやＭｇＯ等の単結晶材料を用いることにより圧電膜１０３の圧電特性を高くすることができるが、特に制限されるものではない（例えば、ＳＯＩ基板）。なお、本実施形態では、基板の厚みが約５２５μｍの単結晶Ｓｉ基板を使用した。また、基板１０２の上にγ−Ａｌ2Ｏ3（アルミナ：図番号１１０参照）を形成することにより圧電膜１０３の圧電特性が高くなるようにしておく。なお、γ−Ａｌ2Ｏ3の形成方法は、例えば、MBE法 (Molecular Beam Epitaxy)、CVD法 (Chemical Vapor Deposition)、と多くあるが、膜を形成できる技術であれば特に限定されることはない。
【００３１】
次に、基板１０２（アルミナ１１０）の上に下部電極１０５を形成する。下部電極１０５の材料としては、導電性の高い金属（例えば、Ｐｔ、Ｔｉ、等）が好適に利用される。次に、下部電極の上に圧電膜１０３を形成する。圧電膜１０３の材料としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム鉛）、ＰＺＴと同系のＰｂを含むペロブスカイトなどの圧電定数が高く変形の大きい材料が好適に使用される。
【００３２】
なお、電極膜及び圧電膜の形成方法は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）、又はゾルゲル法と多くあるが、膜を形成できる技術であれば特に制限されることはない。本実施形態においては、下部電極の材料には、ＰｔとＴｉを使用し、膜厚はそれぞれ１００ｎｍ（Ｔｉ）、１００ｎｍ（Ｐｔ）の二重構造とした。圧電膜１０３の材料にはＰＺＴを使用し、膜厚は約２〜３μｍとした。Ｐｔ及びＴｉの形成はスパッタ法を行い、ＰＺＴの形成はゾルゲル法を用いる。
【００３３】
次に、圧電膜１０３の上に上部電極１０７を形成する。上部電極１０７及び形成方法は下部電極１０５と同様である。本実施形態においては、材料はＰｔを使用し、膜厚は１００ｎｍとした。また、Ｐｔの形成はスパッタ法で行う（以上、図６（ａ）、図７（ａ）参照）。
【００３４】
次に、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ及び第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄを形成させる（図７（ｂ）参照）。この場合、各上部電極の周辺を圧電膜１０３が露出されるまで除去する。
【００３５】
より具体的には、上部電極１０７上にフォトレジストを塗布した後、第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ及び第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの配列パターンが描かれたマスクを用いて感光した部分を残すように露光処理を行う。
【００３６】
次に、反応イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて第２の上部電極２０９ａ〜２０９ｄ及び第１の上部電極２１７ａ〜２１７ｄの周辺部に対応する領域を選択的に取り除く。その後、プラズマエッチング、溶剤、等によって残ったフォトレジストを取り除く。その後、圧電アクチュエータアレイ１００の上面全体に対してＳｉＯ2（図番号１１２）を形成させる。なお、ＳｉＯ2の形成方法としては、ＣＶＤ法、スパッタリング法、などが考えられる。
【００３７】
なお、第２の上部電極２０９と電極端子１０９を電気的に接続させるべく、第１の上部電極２１７上にＳｉＯ2を形成させた後、そのＳｉＯ2の上に電極端子１０９に繋がる配線を形成させる。また、本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、上部電極１０７における回動板２０２に対応される部分が残されるように、フォトリソグラフィー及びエッチングがなされる。
【００３８】
上記処理により、第２の上部電極２０９に対向する領域に対応する下部電極１０５が第２の下部電極として機能され、第１の上部電極２１７に対向する領域に対応する下部電極１０５が第１の下部電極として機能される。また、第２の上部電極２０９に対向する領域に対応する圧電膜１０３が、第２の圧電膜として機能され、第１の上部電極２１７に対向する領域に対応する圧電膜１０３が第１の圧電膜として機能される。（以上、図６（ｂ）、図７（ｂ）参照）。
【００３９】
次に、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、空隙部２５２及び空隙部２５３を形成する。より具体的には、空隙部２５２及び空隙部２５３に対応する位置のＳｉＯ2膜、圧電膜１０３、下部電極１０５、γ―アルミナ１１０を除去して基板１０２の一部を露出させておく。なお、前述のように形成された空隙部２５２及び空隙部２５３は、後述する薄膜犠牲層４００及び基板１０２を除去するためのエッチングガスが通過するエッチングホールとしても利用される。
【００４０】
図６（ｄ）〜図６（ｈ）及び図７（ｄ）〜図７（ｆ）は、圧電アクチュエータアレイ１０１に薄膜犠牲層を形成させる工程からミラー面を形成させる工程までを説明する図である。ここで、図６（ｄ）及び図７（ｄ）に示すように、アクチュエータアレイ１００上に最終的除去される薄膜犠牲層４００を形成させる。
【００４１】
なお、薄膜犠牲層４００の材料としては、対応するエッチングガスによって除去されやすい特性を有するものが好ましく、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、等が用いられる。また、薄膜犠牲層４００の形成方法は、膜を形成できる技術であれば、特に制限されることはない。本実施形態においては、薄膜犠牲層４００の材料には、ポリシリコンを使用し、膜厚を約１０μｍとし、スパッタリング法またはCVD法によりアクチュエータアレイ１００の上側表面一面に製膜処理を施す。
【００４２】
次に、図６（ｅ）に示すように、圧電アクチュエータ１０１の回動板２０２に対応する位置における薄膜犠牲層４００に孔４５０を形成し、上部電極１０７を露出させる。次に、図６（ｆ）に示すように、露出した上部電極１０７上にマイクロミラー５００を支持する柱部３００を形成するために、犠牲層４００に形成された孔４５０を柱部用材料で埋没させる。
【００４３】
より具体的には、薄膜犠牲層４００に形成された孔４５０に金属（Ｉｎ、金、等）を流し込むことにより上部電極（Ｐｔ）１０７の上に柱部３００を形成する。また、柱部３００の形成方法は、柱部を形成できる技術であれば、特に制限されることはない（例えば、電解めっき、蒸着法、等）。本実施形態においては、柱部３００の材料には、Ｉｎを使用し、孔４５０に液体上のＩｎを流し込んでから冷却処理を施すことにより柱部３００を形成する。この場合、ＰｔとＩｎとの間にＡｕが形成されることにより、密着性が向上されるのが好ましい。なお、より好ましくは、Ｎｉ又はＣｒが用いられる。
【００４４】
その後、薄膜犠牲層４００及び柱部３００の上面を平坦化させておく。この場合、例えば、ＣＭＰ（化学機械研磨）を用いた手法が考えられる。これにより、平坦な上面を有する薄膜犠牲層４００及び柱部３００が形成される。なお、平坦化に際して、ＳｉＯ2１１２からの柱部３００の高さが予め設定された高さになるまで、平坦化を行うようにしてもよい。
【００４５】
次に、図６（ｇ）及び図７（ｅ）に示すように、平坦化された薄膜犠牲層４００及び柱部３００の上面にマイクロミラー５００の基板５１０を形成する。この場合、基板の材料としては、厚膜レジスト、ＳｉＯ2、ＳＯＩ基板、等が使用される。なお、圧膜レジストを用いる場合、スピンコート法が使用される、ＳＩＯ2を用いる場合、ＣＶＤ法もしくはスパッタ法が使用される。この場合、基板を形成できる技術であれば特に制限されることはない。
【００４６】
上記のようにマイクロミラー５００の基板５１０が形成された後、次に、図１に示すように、各圧電アクチュエータ１０１に対応するマイクロミラー５００を分離独立させるために、フォトリソグラフィー及びエッチング法によって空隙部５１５を形成する。この場合、正六角形上のマイクロミラー５００を形成させる。なお、空隙部５１５は、ドライエッチング用の気体が通過する第１通過孔としても用いられる。
【００４７】
次に、図６（ｈ）及び図７（ｆ）に示すように、犠牲層４００をエッチング法により除去する。より具体的には、薄膜犠牲層４００及び基板１０２に反応するガス中にアクチュエータアレイ１００を配置することにより、空隙部５１５を介して薄膜犠牲層４００及び基板１０２を除去する。本実施形態では、薄膜犠牲層４００としてポリシリコンが使用され、基板１０２としてＳｉ基板が使用されているため、シリコンをエッチングする特性を有するエッチングガス（例えば、ＸｅＦ2）を用いるようなことが考えられる。この場合、薄膜犠牲層４００及び基板１０２以外の物質（例えば、マイクロミラー５００、柱部３００、ＳｉＯ２膜、等）は、エッチングガスの影響を受けずに残る。なお、上記のように反応ガス中に薄膜犠牲層４００及び基板１０２を曝す方法に限るものではなく、プラズマによってエッチングガスをイオン化してエッチングさせる反応性イオンエッチング法を用いても良い。
【００４８】
ここで、エッチング処理が開始されると、空隙部５１５を通過するエッチングガスが薄膜犠牲層４００を削っていく。そして、柱部３００（圧電アクチュエータ１０１の中心部）に向けて進行するエッチングガスによって薄膜犠牲層４００の柱部３００を取り囲んでいた部分が除去される。また、隣接して配置された圧電アクチュエータ１０１（圧電アクチュエータ１０１の周辺側）に向けて進行するエッチングガスによって各圧電アクチュエータ１０１間に形成された薄膜犠牲層４００が除去されると、各圧電アクチュエータ１０１の回動板２０２上に設けられた柱部３００によってマイクロミラー５００が下方より支持された状態となる。
【００４９】
また、空隙部５１５から下方向に向けて進行するエッチングガスによって、薄膜犠牲層４００が除去された後、エッチングガスが空隙部２５２及び空隙部２５２を通過して基板１０２に達し、基板１０２の上部がドライエッチング用の気体に曝されると、基板１０２が削られていき、基板１０２の上部が所定量除去される。
【００５０】
ここで、圧電アクチュエータ１０１の中央部分に向けて進行するエッチングガスは、基板１０２における回動板２０２及び内部可動枠２０３の下側表面部分を除去する。これにより、回動板２０２及び内部可動枠２０３と、基板１０２の間に空洞部５９０が形成される。なお、回動板２０２及び内部可動枠２０３の下部に形成された空洞部５９０は、回動板２０２及び内部可動枠２０３が揺動されるときのスペースとして利用される。
【００５１】
なお、上記のようにエッチングガスによる犠牲層４００及び基板１０２の上部の一部を除去する場合、実験等により、エッチングガスの投入後、犠牲層４００の除去及び空洞部５９０の形成がなされるまでの時間を予め求めておけばよい。
【００５２】
なお、上記のようにして、犠牲層４００の除去が完了したら、マイクロミラー５００の基板５１０の表面にミラーコーティングを施し、基板５１０にミラー面５２０を形成させる。なお、ミラー面５２０の材料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、等の金属、ＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5などの低屈折率誘電体／高屈折率誘電体のλ／４多層膜が好適に使用される。また、ミラー面５２０の形成方法について、例えば、スパッタ法又は蒸着法と多くあるが、膜を形成できる技術であれば特に制限されることはない。
【００５３】
以上のような製造方法とすれば、手間なく高い精度の形状可変ミラーを作成できる。ここで、上記のような形状可変ミラー１０のミラー面に光が入射された場合、圧電アクチュエータアレイ１００の駆動により各ミラーの反射角度が変化されると、入射光の波面の傾きが各ミラーで調整される。したがって、精度良く収差を補償できるようになる。よって、例えば、眼底撮影等の分野において被検眼の波面収差を補償する収差補償光学系を介して眼底撮影を行うような収差補償機能付眼底カメラにおいて、本ミラーを設けることにより精度良く収差を補償できるようになり、収差が除去された精密な眼底像を得ることが可能となる。
【００５４】
なお、以上の説明においては、回動板２０２及び内部可動枠２０３の下部に空洞部５９０を形成させ、回動板２０２及び内部可動枠２０３が揺動されるときのスペースとして用いるものとしたが、フォトリソグラフィー及びエッチング法によって基板１０２を下から除去し、回動板２０２及び内部可動枠２０３に対応する領域に凹部を形成させるようにしてもよい。
【００５５】
また、以上の説明においては、圧電アクチュエータ１００、柱部３００、及びマイクロミラー５００が一体的に作成されたが、柱部３００及びマイクロミラー５００と、圧電アクチュエータ１００とが別々に作成された後に、これらが連結されるような手法でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施形態に係る形状可変ミラーを上方より見た場合の上方概略図である。
【図２】本実施形態に係る形状可変ミラーの一部を側方より見た場合の要部断面図である。
【図３】圧電アクチュエータ１０１を上方より見た場合の概略構成図である。
【図４】回動板の回動動作について説明する図である。
【図５】圧電アクチュエータ１０１の構成の変容例について説明する図である。
【図６】本実施形態に係る形状可変ミラーの製造方法について説明する図である（Ａ−Ａ´線の断面）。
【図７】本実施形態に係る形状可変ミラーの製造方法について説明する図である（Ｂ―Ｂ´線の断面）。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 形状可変ミラー
１００ 圧電アクチュエータアレイ
１０１ 圧電アクチュエータ
１０３ 圧電膜
１０５ 下部電極
２０２ 回動板
２０３ 内部可動枠
２０４ 第２トーションバー
２１２ 第１トーションバー
２１７ 第１の上部電極
３００ 柱部
５００ マイクロミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロミラーが複数分離して配置され、各マイクロミラーがそれぞれ独立して駆動されることによりミラー面全体の形状を変化させる形状可変ミラーは、
基板上における固定部の内側に第１のトーションバーを介して形成される内部可動枠と、前記第１のトーションバーに対して直交する第２トーションバーを介して前記内部可動枠の内側に形成される回動板と、前記第１のトーションバーを挟む形で形成された第１の圧電膜及び該第１の圧電膜に電圧を印加する第１の電極と、前記第２のトーションバーを挟む形で形成された第２の圧電膜及び該第２の圧電膜に電圧を印加する第２の電極と、を含み、前記第１の電極及び前記第２の電極に印加される電圧によって前記第１及び第２トーションバーを回動軸として回動される前記回動板の回動角度が調整される圧電アクチュエータが複数配置された圧電アクチュエータアレイと、
該圧電アクチュエータアレイの各圧電アクチュエータに設けられた前記回動板上に形成される柱部と、
前記柱部によって下方より支持されるマイクロミラーであって、前記圧電アクチュエータの面積以上の大きさを持ち、隣り合う各マイクロミラー同士が近接して配置されるように前記柱部を介して圧電アクチュエータの上方に置かれるマイクロミラーと、を備え、
各圧電アクチュエータに設けられた回動板の回動角度によって各マイクロミラーの反射面の角度が二次元的に調整されることによりミラー面全体の形状が変化されることを特徴とする形状可変ミラー。
【請求項２】
請求項１の形状可変ミラーにおいて、
前記第１の圧電膜及び該第１の電極と、前記第２の圧電膜及び該第２の電極は、内部可動枠上に形成されていることを特徴とする形状可変ミラー。
【請求項３】
請求項２の形状可変ミラーにおいて、
前記柱部は前記第１のトーションバーによる回動軸と前記第２のトーションバーによる回動軸とが交わる位置に配置されていることを特徴とする形状可変ミラー。
【請求項１】
マイクロミラーが複数分離して配置され、各マイクロミラーがそれぞれ独立して駆動されることによりミラー面全体の形状を変化させる形状可変ミラーは、
基板上における固定部の内側に第１のトーションバーを介して形成される内部可動枠と、前記第１のトーションバーに対して直交する第２トーションバーを介して前記内部可動枠の内側に形成される回動板と、前記第１のトーションバーを挟む形で形成された第１の圧電膜及び該第１の圧電膜に電圧を印加する第１の電極と、前記第２のトーションバーを挟む形で形成された第２の圧電膜及び該第２の圧電膜に電圧を印加する第２の電極と、を含み、前記第１の電極及び前記第２の電極に印加される電圧によって前記第１及び第２トーションバーを回動軸として回動される前記回動板の回動角度が調整される圧電アクチュエータが複数配置された圧電アクチュエータアレイと、
該圧電アクチュエータアレイの各圧電アクチュエータに設けられた前記回動板上に形成される柱部と、
前記柱部によって下方より支持されるマイクロミラーであって、前記圧電アクチュエータの面積以上の大きさを持ち、隣り合う各マイクロミラー同士が近接して配置されるように前記柱部を介して圧電アクチュエータの上方に置かれるマイクロミラーと、を備え、
各圧電アクチュエータに設けられた回動板の回動角度によって各マイクロミラーの反射面の角度が二次元的に調整されることによりミラー面全体の形状が変化されることを特徴とする形状可変ミラー。
【請求項２】
請求項１の形状可変ミラーにおいて、
前記第１の圧電膜及び該第１の電極と、前記第２の圧電膜及び該第２の電極は、内部可動枠上に形成されていることを特徴とする形状可変ミラー。
【請求項３】
請求項２の形状可変ミラーにおいて、
前記柱部は前記第１のトーションバーによる回動軸と前記第２のトーションバーによる回動軸とが交わる位置に配置されていることを特徴とする形状可変ミラー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−８５８７２（Ｐ２０１０−８５８７２Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５６８９６（Ｐ２００８−２５６８９６）
【出願日】平成２０年１０月１日（２００８．１０．１）
【出願人】（０００１３５１８４）株式会社ニデック (745)
【出願人】（３０４０２７３４９）国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１日（２００８．１０．１）
【出願人】（０００１３５１８４）株式会社ニデック (745)
【出願人】（３０４０２７３４９）国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【Ｆターム（参考）】
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