可變形鏡及其制造方法、眼科裝置以及自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可變形鏡、諸如使用該可變形鏡的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)之類(lèi)的裝置以及制造該可變形鏡的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]期望把由靜電引力移位的類(lèi)型的可移動(dòng)鏡和可變形鏡應(yīng)用到利用光的各種領(lǐng)域。例如，可移動(dòng)鏡和可變形鏡均可以用作將安裝在眼底檢查裝置、天文望遠(yuǎn)鏡等中的自適應(yīng)光學(xué)波前校正設(shè)備。作為其反射面由靜電引力移位的這種可移動(dòng)鏡的代表性示例，已知通過(guò)使用兩個(gè)平行板電極來(lái)使得能夠移動(dòng)的措施，但是這種平行板類(lèi)型所具有的劣勢(shì)在于:移動(dòng)量小，并且移位方向是垂直于反射面的一個(gè)方向。
[0003]相比之下，近年來(lái)，已經(jīng)提出了使用梳狀電極結(jié)構(gòu)并且可以實(shí)現(xiàn)更大移動(dòng)量的可變形鏡。美國(guó)專(zhuān)利N0.6384952中公開(kāi)了其示例。如圖10中所示，在可變形鏡500中，支撐可移動(dòng)側(cè)的梳狀電極520的支撐部530和支撐固定側(cè)的梳狀電極510的支撐部570在圖紙中分別位于垂直方向上的上側(cè)和下側(cè)?？梢苿?dòng)梳狀電極和固定梳狀電極彼此相對(duì)，并且被布置為以一定距離交替排列。這樣，可以實(shí)現(xiàn)比平行板類(lèi)型中的電極重疊面積大的電極重疊面積。因此，可以在梳狀電極之間產(chǎn)生更大的靜電引力，從而可以增大與反射部550連接的連接部540的移動(dòng)量。
[0004]此外，在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)N0.2013-148707中，公開(kāi)了在垂直于反射面的兩個(gè)方向上移位的示例性結(jié)構(gòu)。如圖11A和圖11B所示，在這種可變形鏡中，可移動(dòng)梳狀電極1001和固定梳狀電極1002這兩者都在Z方向上被電分割。因此，即使兩種電極處于同一水平面，也可以通過(guò)施加電壓來(lái)產(chǎn)生不重疊部分，并且可以將垂直于反射部903的兩個(gè)方向(土Z方向)上的移位力(displacement force)施加到可移動(dòng)部1003。
[0005]在以上提及的相關(guān)技術(shù)的、具有圖10中所示的美國(guó)專(zhuān)利N0.6384952中所公開(kāi)的結(jié)構(gòu)的靜電垂直梳狀電極類(lèi)型的可變形鏡中，當(dāng)該鏡被驅(qū)動(dòng)時(shí)，移位發(fā)生在垂直于反射面的一個(gè)方向上。具體地說(shuō)，在該可變形鏡中，假設(shè)當(dāng)沒(méi)有電壓施加于致動(dòng)器、致動(dòng)器不被驅(qū)動(dòng)時(shí)參考平面處于該鏡的水平面，則當(dāng)靜電致動(dòng)器被驅(qū)動(dòng)時(shí)，該鏡僅在朝著致動(dòng)器側(cè)延伸并垂直于參考平面(在-Z方向側(cè))的一個(gè)方向上移位。當(dāng)該鏡用作自適應(yīng)光學(xué)波前校正設(shè)備等時(shí)，如果方向限于僅一個(gè)，則大的可移動(dòng)量和大的驅(qū)動(dòng)電壓有時(shí)是減小殘余像差所必需的。因此需要這樣的結(jié)構(gòu):在該結(jié)構(gòu)中，除了相關(guān)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)方向之外，還可以在相反的方向上驅(qū)動(dòng)。
[0006]同時(shí)，在圖11A和圖11B中所示的、日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)N0.2013-148707中的上述示例中，移位力可以在垂直于反射部903的兩個(gè)方向上施加。然而，可移動(dòng)梳狀電極1001和固定梳狀電極1002在Z方向上被電分割，這使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜化并且使得難以制造該結(jié)構(gòu)。此外，有必要使用彈簧1004來(lái)分別向可移動(dòng)梳狀電極1001的上電極部分和下電極部分施加不同的電壓，因此，彈簧1004至少具有三個(gè)層，并且彈簧1004的剛度趨向于變高。因此，出于獲得可移動(dòng)部1003和反射部903所必需的可移動(dòng)量的目的而產(chǎn)生的力變強(qiáng)，并且驅(qū)動(dòng)電壓趨向于變大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于上述問(wèn)題而提出本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種使用具有梳狀電極結(jié)構(gòu)的致動(dòng)器的可變形鏡，在所述梳狀電極結(jié)構(gòu)中，當(dāng)該鏡被驅(qū)動(dòng)時(shí)，移位可以發(fā)生在垂直于反射面的兩個(gè)方向上，并且該可變形鏡比較容易制造。
[0008]根據(jù)用于解決上述問(wèn)題的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變形鏡采用以下結(jié)構(gòu)。S卩，該可變形鏡包括:鏡基底，包括反射面；以及致動(dòng)器，包括與鏡基底連接的連接部、第一致動(dòng)器和第二致動(dòng)器。此外，所述多個(gè)致動(dòng)器中的每一個(gè)經(jīng)由連接部而與鏡基底連接，第一致動(dòng)器包括梳狀電極結(jié)構(gòu)的第一電極對(duì)，所述第一電極對(duì)用于在垂直于反射面的第一方向上使連接部移位，第二致動(dòng)器包括梳狀電極結(jié)構(gòu)的第二電極對(duì)，所述第二電極對(duì)用于在與第一方向相反的第二方向上使連接部移位，第二電極對(duì)與第一電極對(duì)分開(kāi)形成。
[0009]參照附圖閱讀示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其他特征將變得清楚。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是用于例示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可變形鏡的俯視圖。
[0011]圖2A和2B是用于例示圖1的可變形鏡的驅(qū)動(dòng)方法的示意圖。
[0012]圖3A和3B是用于例示圖1的可變形鏡的另一驅(qū)動(dòng)方法的示意圖。
[0013]圖4A、4B和4C是用于例示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的可變形鏡的截面圖和平面圖。
[0014]圖5A、5B、5CJD和5E是用于例示圖4A至圖4C的可變形鏡的制造方法的截面圖。
[0015]圖6A、6B、6C、6D、6E、6F、6G和6H是圖4A至圖4C的可變形鏡的第一致動(dòng)器及其制造方法的圖示。
[0016]圖7A、7B、7C、7D、7E、7F、7G和7H是圖4A至圖4C的可變形鏡的第二致動(dòng)器及其制造方法的圖示。
[0017]圖8A、8B、8C和8D是用于例示根據(jù)本發(fā)明的具有靜電梳狀電極結(jié)構(gòu)的致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法的截面圖。
[0018]圖9是根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)和使用該自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的眼科裝置的示意圖。
[0019]圖10是用于例示相關(guān)技術(shù)的示例的截面圖。
[0020]圖11A和11B是用于例示另一個(gè)相關(guān)技術(shù)的示例的平面圖和截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]現(xiàn)在將根據(jù)附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，為了使得鏡面(反射面)可以在垂直于鏡參考平面的兩個(gè)方向上移位，用于使鏡面移位的致動(dòng)器包括第一致動(dòng)器和第二致動(dòng)器。第一致動(dòng)器具有梳狀電極結(jié)構(gòu)的第一電極對(duì)，第一電極對(duì)被形成為使與鏡基底連接的連接部在與鏡基底的反射面垂直的第一方向上移位。第二致動(dòng)器具有梳狀電極結(jié)構(gòu)的第二電極對(duì)，第二電極對(duì)與第一電極對(duì)分開(kāi)地形成為在與第一方向相反的第二方向上使連接部移位。使連接部在相反的方向上移位的第一致動(dòng)器和第二致動(dòng)器不能同時(shí)驅(qū)動(dòng)，而是需要選擇性地驅(qū)動(dòng)。致動(dòng)器的典型示例如下。第一致動(dòng)器和第二致動(dòng)器中的每一個(gè)均包括可移動(dòng)梳狀電極、固定梳狀電極、支撐部和彈性構(gòu)件，其中，可移動(dòng)梳狀電極在沿著反射面的方向上從與連接部連接的可移動(dòng)部延伸，固定梳狀電極與可移動(dòng)梳狀電極在它們之間存在間隙的情況下嚙合，支撐部用于支撐固定梳狀電極，彈性構(gòu)件與支撐部、可移動(dòng)部連接。第一致動(dòng)器的可移動(dòng)部和第二致動(dòng)器的可移動(dòng)部是同一個(gè)公共的可移動(dòng)部，并且該公共的可移動(dòng)部和連接部彼此連接以便整體地移位。下面就實(shí)施例1和示例1來(lái)詳細(xì)描述這個(gè)示例。致動(dòng)器的另一個(gè)典型示例如下。在這種情況下，第一致動(dòng)器和第二致動(dòng)器被形成為在垂直于反射面的方向上彼此垂直偏移，并且第一致動(dòng)器的可移動(dòng)部是第一可移動(dòng)部，第二致動(dòng)器的可移動(dòng)部是不同于第一可移動(dòng)部的第二可移動(dòng)部。更具體地說(shuō)，第一致動(dòng)器包括可移動(dòng)梳狀電極、固定梳狀電極、支撐部和彈性構(gòu)件，可移動(dòng)梳狀電極在沿著反射面的方向上從與連接部連接的第一可移動(dòng)部延伸，固定梳狀電極與可移動(dòng)梳狀電極在它們之間存在間隙的情況下嚙合，支撐部用于支撐固定梳狀電極，彈性構(gòu)件用于連接支撐部和第一可移動(dòng)部。第二致動(dòng)器具有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，除了包括第二可移動(dòng)部而非第一可移動(dòng)部之外。下面就實(shí)施例2來(lái)詳細(xì)描述這個(gè)示例。
[0023]在下文中，更具體的結(jié)構(gòu)被描述為下面的實(shí)施例和示例，但是不言而喻，本發(fā)明不限于此。在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變化和修改。
[0024](實(shí)施例1)
[0025]參照?qǐng)D1、圖2A、圖2B、圖3A和圖3B描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的可變形鏡100。圖1是該實(shí)施例的可變形鏡100的俯視圖。圖2A和圖2B是該實(shí)施例的可變形鏡100的具有梳狀結(jié)構(gòu)的第一電極對(duì)在兩種不同狀態(tài)下沿著線(xiàn)A-A’所取的截面圖。圖3A和圖3B是該實(shí)施例的可變形鏡100的具有梳狀結(jié)構(gòu)的第二電極對(duì)在兩種不同狀態(tài)下沿著線(xiàn)B-B’所取的截面圖。致動(dòng)器101通過(guò)基板102的處理而形成。可移動(dòng)部103由支撐構(gòu)件115通過(guò)四個(gè)或更多個(gè)彈性體(彈性構(gòu)件)106支撐。在這種情況下，每個(gè)均為片簧形狀的彈性體106圍繞具有諸如正方形之類(lèi)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)形狀的截面的可移動(dòng)部103等角地布置。這確?？梢苿?dòng)部103在垂直于圖1的平面的方向上的穩(wěn)定垂直移動(dòng)。
[0026]第一可移動(dòng)梳狀電極104和第二可移動(dòng)梳狀電極108中的每一個(gè)均在平行于基板102的表面的方向上從可移動(dòng)部103延伸。全都經(jīng)由絕緣部107固定到支撐構(gòu)件115的第一固定梳狀電極105和第二固定梳狀電極109中的每一個(gè)均在平行于支撐構(gòu)件115的上表面的方向上延伸?？梢苿?dòng)梳狀電極104和固定梳狀電極105被布置為彼此相對(duì)，并且被布置為使得其梳齒以一定距離交替排列。可移動(dòng)梳狀電極108和固定梳狀電極109按類(lèi)似的關(guān)系布置。第一可移動(dòng)梳狀電極104和第一固定梳狀電極105形成第一致動(dòng)器的第一電極對(duì)。第二可移動(dòng)梳狀電極108和第二固定梳狀電極109形成第二致動(dòng)器的第二電極對(duì)。在這種情況下，存在兩個(gè)第一電極對(duì)和兩個(gè)第二電極對(duì)。兩個(gè)電極對(duì)被布置為關(guān)于它們之間的可移動(dòng)部103而彼此180°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)?？梢圆贾枚鄠€(gè)電極對(duì)。在這種情況下，優(yōu)選的是，所述多個(gè)電極對(duì)圍繞可移動(dòng)部103等角地布置。該結(jié)構(gòu)也確保可移動(dòng)部103在垂直于圖1的平面的方向上的穩(wěn)定垂直移動(dòng)。
[0027]接下來(lái)，參照?qǐng)D2A、圖2B、圖3A和圖3B描述包括第一致動(dòng)器和第二致動(dòng)器的致動(dòng)器101以及可變形鏡100的操作。在垂直于支撐構(gòu)件115的上表面的方向上，在兩對(duì)第一可移動(dòng)梳狀電極104和第一固定梳狀電極105中的每對(duì)之間存在水平面差異。換句話(huà)說(shuō)，可移動(dòng)梳狀電極和固定梳狀電極在垂直于支撐構(gòu)件115的上表面的方向上具有不重疊部分。這是因?yàn)樵搶?shí)施例采用了利用以下現(xiàn)象的方法(可變重疊類(lèi)型):當(dāng)梳狀電極由于靜電引力而彼此吸引時(shí)，在重疊方向上力產(chǎn)生作用并且發(fā)生移位。在該現(xiàn)象中，當(dāng)梳狀電極彼此完全重疊時(shí)，不發(fā)生進(jìn)一步的移位，因此，要求在初始位置上減小重疊部分的尺寸，使得當(dāng)施加電壓時(shí)，重疊部分的大小增大。第一可移動(dòng)梳狀電極104和第一固定梳狀電極105彼此電絕緣。通過(guò)在第一可移動(dòng)梳狀電極104和第一固定梳狀電極105之間施加電壓，在保持電極104和105之間的距離的狀態(tài)下，可移動(dòng)部103在垂直于支撐構(gòu)件115的上表面的方向上移位。當(dāng)在第一可移動(dòng)梳狀電極104和第一固定梳狀電極105之間施加電位差時(shí)產(chǎn)生作用的、Z方向上的靜電引力Fz由表達(dá)式(1)表示。
[0028]Fz = [(ε0.Ν.1ι)/ (2g) ].(Vm-Vf)2...(1)
[0029]其中，ε。表示真空的介電常數(shù)，Ν表示梳狀電極之間的間隙的數(shù)量，h表示可移動(dòng)梳狀電極和固定梳狀電極之間的重置長(zhǎng)度，Vm表不可移動(dòng)梳狀電極的電位，Vf表不固定梳狀電極的電位，g表示梳狀電極之間的間隙的寬度。
[0030]首先，如用于例示緊接著施加電壓之后的狀態(tài)的圖2A所示，通過(guò)在第一可移動(dòng)梳狀電極104和第一固定梳狀電極10