PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102007010334A1 31.10.2007
Titel Spiegel von variabler Form und diesen aufweisende optische Abnehmervorrichtung
Anmelder Funai Electric Co., Ltd., Daito, Osaka, JP
Erfinder Tanaka, Fuminori, Daito, Osaka, JP
Vertreter BEETZ & PARTNER Patentanwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 02.03.2007
DE-Aktenzeichen 102007010334
Offenlegungstag 31.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2007
IPC-Hauptklasse G02B 7/185(2006.01)A, F, I, 20070810, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G02B 5/10(2006.01)A, L, I, 20070810, B, H, DE   G02B 26/08(2006.01)A, L, I, 20070810, B, H, DE   G11B 7/135(2006.01)A, L, I, 20070810, B, H, DE   
Zusammenfassung Der Spiegel (1) von variabler Form beinhaltet ein Substrat (2) und einen piezoelektrischen Bulkmaterialkörper (3). Auf dem piezoelektrischen Körper (3) ist eine spiegelde Oberfläche (4) ausgebildet, und weiterhin sind mehrere Rillen (5a-5e) in einem vorgegebenen Intervall ausgebildet. Die Rillen (5a-5e) sind so angeordnet, dass sie die spiegelnde Oberfläche (4) umgeben und mit den leitenden Elementen gefüllt sind. Die in die Rillen (5a-5e) eingebetteten leitenden Elemente sind mit einer von einem Paar allgemeiner Elektroden (7a und 7b), das so angeordnet ist, dass es die Rillen (5a-5e) kreuzt, elektrisch verbunden, und sie sind so ausgebildet, dass sie Elektroden mit unterschiedlichen Polaritäten in abwechselnder Weise in Richtung von der Innenseite zur Außenseite der Rillen (5a-5e) sind.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiegel von variabler Form, der in einer optischen Vorrichtung, wie etwa einer optischen Abnehmervorrichtung, vorgesehen ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Spiegel von variabler Form, der unter Verwendung eines Bulkmaterials mit piezoelektrischen Eigenschaften ausgebildet wird. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine optische Abnehmervorrichtung mit einem Spiegel von variabler Form.

Beschreibung der verwandten Technik

Herkömmlicherweise gibt es viele Berichte, die einen Spiegel von variabler Form betreffen, der eine Form seiner spiegelnden Oberfläche ändern kann, und es gibt, wie folgt, grob zwei Typen von Spiegeln von variabler Form.

Ein erster Typ ist ein Spiegel von variabler Form, der durch Laminieren von Dünnfilmen ausgebildet wird. Dieser Typ Spiegel von variabler Form mit einem Aufbau, bei dem von Dünnfilme laminiert werden, wird beispielsweise durch Laminieren von Dünnfilmen in der Reihenfolge: ein Substrat, eine untere Elektrode, ein piezoelektrischer Körper, eine obere Elektrode, ein Isolator und ein Reflexionsfilm ausgebildet. Außerdem gibt es, wie beispielsweise in JP-A-2005-196859 beschrieben ist, einen anderen Typ Spiegel. von variabler Form, bei dem Dünnfilme auf ein Substrat in der Reihenfolge: eine untere Elektrode, ein piezoelektrischer Körper, eine obere Elektrode und ein elastischer Körper laminiert werden und die Seite des Substrats, die der Seite gegenüberliegt, auf der die Dünnfilme laminiert sind, wird zu einem kreisförmigen Hohlraumabschnitt gemacht, auf der ein Reflexionsfilm ausgebildet wird. Weiterhin kann der Spiegel von variabler Form, der wie in JP-A-2005-196859 beschrieben ausgebildet wird, bei niedriger Spannung eine große Formänderung erzielen, da die Dicke eines Films an einem beweglichen Teil dünn ausgeführt werden kann.

Ein zweiter Typ ist ein Typ Spiegel von variabler Form, der keinen piezoelektrischen Körper aus einem Dünnfilm verwendet, sondern Ausdehnung und Zusammenziehen in der vertikalen Richtung eines piezoelektrischen Elements aus einem Bulkmaterial nutzt, um die Form seiner spiegelnden Oberfläche zu ändern. Dieser Typ Spiegel von variabler Form besteht aus einem Spiegelelement mit einer Form wie ein Dünnfilm einschließlich einer spiegelnden Oberfläche, einem Spiegelhaltesubstrat zum Halten des Spiegelelements, mehreren zwischen dem Spiegelelement und dem Spiegelhaltesubstrat angeordneten piezoelektrischen Elementen und Elektroden, die so angeordnet sind, dass eine Spannung an jedes der piezoelektrischen Elemente angelegt werden kann, wie beispielsweise in JP-A-2004-220702 beschrieben ist.

Jedoch hat der erste Typ Spiegel von variabler Form, der ein durch Laminieren von Dünnfilmen ausgebildeter Typ ist, eventuell keine ausreichende Leistung, die für einen Spiegel von variabler Form erforderlich ist, indem der piezoelektrische Körper ein Dünnfilm ist und die piezoelektrische Eigenschaft des piezoelektrischen Körpers dem Fall eines piezoelektrischen Bulkmaterialkörpers unterlegen ist. Außerdem erfordert die Laminierung von Dünnfilmen zur Herstellung des Spiegels von variabler Form eine aufwändigere Herstellungstechnik, so dass es Probleme mit hohen Herstellungskosten beim Spiegel von variabler Form und einer schweren Belastung der Herstellungsanlagen geben kann.

Des Weiteren erfordern im Fall des zweiten Typs von Spiegel von variabler Form die mehreren piezoelektrischen Elemente, die zwischen dem Spiegelelement und dem Spiegelhaltesubstrat angeordnet sind, bei ihrem maschinellen Bearbeitungsprozess eine Feineinstellung, so dass jede Größe von ihnen passend ist oder in einer sehr kleinen Größe ausgeschnitten werden muss. Daher besteht das Problem einer Zunahme der Herstellungskosten oder dergleichen, da beim Schneidvorgang ein Materialverlust entsteht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spiegel von variabler Form bereitzustellen, der einen großen Verformungsbetrag erzielen und mit einem einfachen Vorgang zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Außerdem ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Abnehmervorrichtung vorzusehen, die mit einem solchen Spiegel von variabler Form ausgestattet ist, die einen Wellen-Abbildungsfehler entsprechend korrigieren und zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann.

Zur Lösung der oben beschriebenen ersten Aufgabe beinhaltet ein Spiegel von variabler Form gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung: eine spiegelnde Oberfläche; einen piezoelektrischen Körper, der eine Form der spiegelnden Oberfläche durch deren Ausdehnung und Zusammenziehung ändert, wenn eine Spannung angelegt wird; und ein Substrat zum Halten des piezoelektrischen Körpers. Außerdem ist der Spiegel von variabler Form gekennzeichnet durch einen Aufbau, in dem der piezoelektrische Körper aus einem Bulkmaterial hergestellt ist, die spiegelnde Oberfläche auf dem piezoelektrischen Körper ausgebildet ist, das Substrat den piezoelektrischen Körper auf der Seite hält, die der Seite gegenüberliegt, auf der die spiegelnde Oberfläche ausgebildet ist, mehrere Rillen in einem vorgegebenen Intervall auf der Oberfläche des piezoelektrischen Körpers ausgebildet sind, auf dem die spiegelnde Oberfläche ausgebildet ist, wobei die Rillen so angeordnet sind, dass sie die spiegelnde Oberfläche umgeben und mit den leitenden Elementen gefüllt sind, und die in den Rillen eingebetteten leitenden Elemente so ausgebildet sind, dass sie Elektroden mit unterschiedlichen Polaritäten in abwechselnder Form in Richtung von der Innenseite zur Außenseite der mehreren Rillen sind.

Außerdem ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen mehreren ausgebildeten Rillen analoge Formen hinsichtlich einer Form des Umgebens der spiegelnden Oberfläche in dem Spiegel von variabler Form aufweisen, der den oben beschriebenen Aufbau hat.

Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen mehreren ausgebildeten Rillen in im Wesentlichen konzentrischen Kreisen in dem Spiegel von variabler Form angeordnet sind, der den oben beschriebenen Aufbau hat.

Außerdem ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Körper und das Substrat aus demselben Material hergestellt und als einzelne Einheit in dem Spiegel von variabler Form ausgebildet sind, der den oben beschriebenen Aufbau hat.

Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen mehreren ausgebildeten Rillen dieselbe Anzahl von Leitungselement-Fehlabschnitten aufweisen, in die das leitende Element nicht gefüllt ist, und dass Bereiche mit derselben Anzahl wie die Leitungselement-Fehlabschnitte, die die Ausdehnung und das Zusammenziehen des piezoelektrischen Körpers steuern können, auf dem piezoelektrischen Körper in dem Spiegel von variabler Form ausgebildet sind, der den oben beschriebenen Aufbau hat.

Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass jede der jeweiligen mehreren ausgebildeten Rillen dieselbe Anzahl von Leitungselement-Fehlabschnitten aufweisen, in denen die Rille unterbrochen ist, so dass das leitende Element fehlt, und dass Bereiche mit derselben Anzahl wie die Leitungselement-Fehlabschnitte, die die Ausdehnung und das Zusammenziehen des piezoelektrischen Körpers steuern können, auf dem piezoelektrischen Körper in dem Spiegel von variabler Form ausgebildet sind, der den oben beschriebenen Aufbau hat.

Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie eine optische Abnehmervorrichtung ist, die mit dem Spiegel von variabler Form mit dem oben beschriebenen Aufbau ausgestattet ist.

Gemäß dem ersten Aufbau der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Spiegel von variabler Form zu erhalten, der eine gute piezoelektrische Eigenschaft besitzt und eine Form seiner spiegelnden Oberfläche ändern kann, weil der piezoelektrische Körper aus einem Bulkmaterial hergestellt ist. Außerdem ist ein Schritt zum Schneiden des aus einem Bulkmaterial bestehenden piezoelektrischen Körpers in kleine Stücke und zum Einstellen von deren Größen nicht notwendig und der aus einem Bulkmaterial bestehende piezoelektrische Körper kann durch einen einfachen Vorgang maschinell bearbeitet werden, um den Spiegel von variabler Form zu erhalten. Außerdem kann, da der aus einem Bulkmaterial bestehende piezoelektrische Körper kostengünstig ist und durch einen einfachen Vorgang hergestellt werden kann, der Spiegel von variabler Form zu niedrigen Kosten hergestellt werden.

Zusätzlich kann gemäß dem zweiten Aufbau der vorliegenden Erfindung die Verformung der spiegelnden Oberfläche in dem Spiegel von variabler Form mit dem oben beschriebenen Aufbau effizient durchgeführt werden.

Zusätzlich kann gemäß dem dritten Aufbau der vorliegenden Erfindung die spiegelnde Oberfläche in dem Spiegel von variabler Form mit dem oben beschriebenen ersten oder zweiten Aufbau effizienter durchgeführt werden.

Zusätzlich kann gemäß dem vierten Aufbau der vorliegenden Erfindung die Anzahl von Bestandteilen reduziert werden und der Spiegel von variabler Form kann leicht durch einen einfachen Vorgang in dem Spiegel von variabler Form mit irgendeinem der oben beschriebenen ersten bis dritten Aufbauten hergestellt werden.

Zusätzlich kann gemäß dem fünften oder dem sechsten Aufbau der vorliegenden Erfindung die Steuerung des Verformens der spiegelnden Oberfläche durch mehrere Positionen durchgeführt werden und die Feineinstellung und komplizierte Verformung kann betreffend die Verformung der spiegelnden Oberfläche in dem Spiegel von variabler Form mit irgendeinem der oben beschriebenen ersten bis vierten Aufbauten durchgeführt werden.

Zusätzlich kann gemäß dem siebten Aufbau der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der optischen Abnehmervorrichtung, die mit dem Spiegel von variabler Form ausgestattet ist, der irgendeinen der ersten bis sechsten Aufbauten hat, die Korrektur eines Wellen-Abbildungsfehlers angemessen durchgeführt werden, weil der Spiegel von variabler Form die spiegelnde Oberfläche in großem Umfang verformen kann. Außerdem kann, da der Spiegel von variabler Form zu niedrigen Kosten einfach ausgebildet werden kann, ein Spiegel von variabler Form, der zu einer angemessenen Korrektur eines Wellen-Abbildungsfehlers imstande ist, zu niedrigen Kosten hergestellt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1A-1C sind schematische Diagramme, die einen Aufbau eines Spiegels von variabler Form gemäß einer ersten Ausführungsform zeigen; 1A ist eine perspektivische Ansicht von diesem, 1B ist eine Draufsicht von diesem und 1C ist eine Ansicht von unten von diesem.

2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Aufbau des Spiegels von variabler Form gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.

3 ist ein Erläuterungsdiagramm zur Beschreibung einer Betätigung des Spiegels von variabler Form gemäß der ersten Ausführungsform.

4 ist eine schematische Draufsicht, die einen Aufbau eines Spiegels von variabler Form gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.

5 ist ein schematisches Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Systems einer optischen Abnehmervorrichtung zeigt, die mit dem Spiegel von variabler Form gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. An diesem Punkt sind die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele und die vorliegende Erfindung sollte nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt werden.

1A-1C sind schematische Diagramme, die einen Aufbau eines Spiegels von variabler Form gemäß einer ersten Ausführungsform beschreiben. 1A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Spiegels 1 von variabler Form gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, 1B ist eine Ansicht von oben, die den Aufbau des Spiegels 1 von variabler Form gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, und 1C ist eine Ansicht von unten, die den Aufbau des Spiegels 1 von variabler Form gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. An diesem Punkt sind die allgemeinen Elektroden 7a und 7b in 1B gezeigt, sind aber in 1A weggelassen.

Der Spiegel 1 von variabler Form ist besteht hauptsächlich aus einem Substrat 2 und einem piezoelektrischen Körper 3. Zuerst wird ein piezoelektrischer Körper 3 beschrieben. Der piezoelektrische Körper 3 weist einen Aufbau wie eine Platte von im Wesentlichen quadratischer Form auf und besteht aus einem keramischen Bulkmaterial. An diesem Punkt sollte die Form des piezoelektrischen Körpers 3 nicht auf die Form der vorliegenden Ausführungsform beschränkt werden, sondern kann eine andere plattenartige Form von kreisförmiger Form, elliptischer Form oder einer anderen polygonalen Form sein.

Das keramische Material, das den piezoelektrischen Körper 3 formt, sollte nicht auf ein bestimmtes beschränkt werden, solange das Material eine piezoelektrische Eigenschaft aufweist, die Ausdehnung und Zusammenziehen zeigt, wenn eine Spannung nach einer Polarisierungsbehandlung angelegt wird. Beispielsweise kann PZT (Blei(II)-titanatzirconat, Pb(ZrxTi1-x)O3) oder ein Bariumtitanat (BaTiO3) verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist PZT unter Berücksichtigung seiner Überlegenheit in der piezoelektrischen Eigenschaft und anderen Vorteilen zum Ausbilden des Spiegels 1 von variabler Form eingesetzt.

An einem Mittelabschnitt der oberen Oberfläche des in einer im Wesentlichen quadratischen Form ausgebildeten piezoelektrischen Körpers 3 ist eine spiegelnde Oberfläche 4 mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Form ausgebildet. Diese spiegelnde Oberfläche 4 wird durch Ausbilden eines Reflexionsfilms auf dem piezoelektrischen Körper 3 unter Verwendung eines Dampfabscheidungsverfahrens oder eines Sputterverfahrens erhalten. Ein Material, das für den die spiegelnde Oberfläche 4 bildenden Reflexionsfilm verwendet wird, sollte nicht auf ein bestimmtes beschränkt werden, kann aber zum Beispiel Aluminium (Al), Gold (Au), Silber (Ag) oder dergleichen sein. In der vorliegenden Ausführungsform wird Aluminium wegen seiner geringen Kosten und anderer Vorteile eingesetzt.

Obwohl die spiegelnde Oberfläche 4 in der vorliegenden Ausführungsform eine im Wesentlichen kreisförmige Form aufweist, kann sie an diesem Punkt andere verschiedene Formen aufweisen, ohne auf die kreisförmige Form beschränkt zu sein. Außerdem sollte, obwohl die spiegelnde Oberfläche 4 in der vorliegenden Ausführungsform durch Ausbilden des Reflexionsfilms direkt auf dem piezoelektrischen Körper 3 durch Dampfabscheidung oder dergleichen erhalten wird, die vorliegende Erfindung nicht so interpretiert werden, dass sie auf diesen Aufbau beschränkt ist. Der Aufbau kann im Gedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung modifiziert werden, ohne von deren Aufgabe abzuweichen. Beispielsweise ist es möglich, ein aus Silicium (Si), Glas oder dergleichen hergestelltes Element, das eine Glätte erreichen kann, auf dem piezoelektrischen Körper 3 anzuordnen und einen Reflexionsfilm auf dem Element auszubilden, der eine Glätte durch Dampfabscheidung oder dergleichen erreichen kann, so dass die spiegelnde Oberfläche 4 erhalten wird. Dieser Aufbau ist effektiv, wenn die Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 3, die die spiegelnde Oberfläche 4 bildet, schwierig zu glätten ist.

Auf der Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 3, auf dem die spiegelnde Oberfläche 4 ausgebildet ist (entsprechend der oberen Oberfläche in 1A und 1B), sind mehrere Rillen 5a-5e in einer im Wesentlichen konzentrischen Weise (mit im Wesentlichen demselben Mittelpunkt wie dem Mittelpunkt der spiegelnden Oberfläche 4) in einem vorgegebenen Intervall ausgebildet, das die spiegelnde Oberfläche 4 umgibt, die in im Wesentlichen kreisförmiger Form ausgebildet ist. Ein leitendes Element aus einem Metall oder dergleichen ist in den Rillen 5a-5e eingebettet und das leitende Element bildet eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung an den piezoelektrischen Körper. Dies wird später beschrieben.

Das Substrat 2 spielt eine Rolle des Haltens des piezoelektrischen Körpers 3 von der wie einer Platte ausgebildeten Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 3, die gegenüber der Oberfläche liegt, auf der die spiegelnde Oberfläche 4 ausgebildet ist. Außerdem ist, wie in 1C gezeigt ist, das Substrat 2 mit einem im Wesentlichen kreisförmigen hohlen Abschnitt 6 versehen und ein Teil des piezoelektrischen Körpers 3, auf dem die spiegelnde Oberfläche 4 ausgebildet ist, wird beweglich, so dass die spiegelnde Oberfläche 4 wegen der Anwesenheit des hohlen Abschnitts 6 verformt werden kann.

Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform ein im Wesentlichen kreisförmiger hohler Abschnitt 6 an dem Substrat 2 vorgesehen ist, sollte dieser Aufbau nicht in einer einschränkenden Weise interpretiert werden, sondern er kann verschiedentlich modifiziert werden. Beispielsweise ist es möglich, einen Aufbau zu übernehmen, in dem die Form des hohlen Abschnitts 6 in eine polygonale Form oder eine elliptische Form geändert ist. Außerdem ist es möglich, das Substrat 2 an vier Ecken des piezoelektrischen Körpers 3 ohne den hohlen Abschnitt 6 anzuordnen. Damit jedoch die spiegelnde Oberfläche 4 wie oben beschrieben verformt werden kann, sollte das Substrat 2 zum Halten des piezoelektrischen Körpers 3 zumindest nicht an der Position angeordnet sein, die gegenüber der Position ist, auf der die spiegelnde Oberfläche 4 ausgebildet ist.

Außerdem sollte das Material, das das Substrat 2 bildet, nicht auf ein bestimmtes beschränkt sein, und es können beispielsweise Glas, Silicium oder dergleichen verwendet werden. In diesem Fall sind das Substrat 2 und der piezoelektrische Körper 3 zum Beispiel unter Verwendung von Klebemittel oder dergleichen verbunden. An diesem Punkt ist es möglich, das Substrat 2 unter Verwendung desselben Materials wie für den piezoelektrischen Körper 3 herzustellen und das Substrat 2 und den piezoelektrischen Körper 3 in der vorliegenden Ausführungsform als einzelne Einheit auszubilden.

2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1B, die einen Aufbau des Spiegels 1 von variabler Form zeigt. Unter Bezugnahme auf 1B und 2 wird ein Aufbau eines in Rillen 5a-5e eingebetteten leitenden Elements beschrieben, das als Elektrode arbeitet. Das in den Rillen 5a-5e eingebettete leitende Element arbeitet so, wie es ist, nicht als Elektrode, daher ist es notwendig, eine Verdrahtung auszubilden, so dass eine Spannung an es angelegt werden kann. Aus diesem Grund werden eine allgemeine Elektrode 7a und eine allgemeine Elektrode 7b bereitgestellt, so dass das in den Rillen 5a-5b eingebettete leitende Element in der vorliegenden Ausführungsform als Elektrode arbeiten kann.

Die allgemeine Elektrode 7a und die allgemeine Elektrode 7b sind an Positionen angeordnet, die einander auf dem piezoelektrischen Körper 3 gegenüberliegen, so dass jede von ihnen die Rillen 5a-5e kreuzt. Des Weiteren ist eine Harzschicht 8 aus beispielsweise Polyimid oder dergleichen zwischen den allgemeinen Elektroden 7a und 7b und dem piezoelektrischen Körper 3 angeordnet. Diese Harzschicht 8 ist zum Zweck des Verhinderns, dass die allgemeinen Elektroden 7a und 7b mit allen in den Rillen 5a-5e eingebetteten leitenden Elementen in Kontakt kommen, und des Verhinderns, dass alle in den Rillen 5a-5e eingebetteten leitenden Elemente dasselbe Potenzial aufweisen, vorgesehen, so dass verschiedene Potenziale an die allgemeine Elektrode 7a und die allgemeine Elektrode 7b angelegt werden können.

Des Weiteren ist die allgemeine Elektrode 7a mit den in den Rillen 5b und 5 eingebetteten leitenden Elementen elektrisch verbunden und die allgemeine Elektrode 7b ist mit den in den Rillen 5a, 5c und 5e eingebetteten leitenden Elementen elektrisch verbunden. Daher werden, wenn die Spannung angelegt wird, so dass die allgemeine Elektrode 7a ein positiver Pol wird, während die allgemeine Elektrode 7b eine negativer Pol wird, die in den Rillen 5b und 5d eingebetteten leitenden Elemente positiv, während die in den Rillen 5a, 5c und 5e eingebetteten leitenden Elemente negative Pole werden, so dass die positiven Pole und die negativen Pole abwechselnd angeordnet sind. Daher ist es möglich, Spannungen an ein Teil zwischen der Rille 5a und der Rille 5b, an ein Teil zwischen der Rille 5b und der Rille 5c, an ein Teil zwischen der Rille 5c und der Rille 5d und an ein Teil zwischen der Rille 5d und der Rille 5e in dem piezoelektrischen Körper 3 anzulegen, so dass der piezoelektrische Körper 3 an diesen Teilen, die sandwichartig zwischen den Rillen positioniert sind, ausgedehnt und zusammengezogen werden kann.

An diesen Punkt sollte die Anordnung der allgemeinen Elektroden 7a und 7b nicht auf die Anordnung der vorliegenden Ausführungsform beschränkt werden, sondern kann im Umfang der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung von deren Zweck modifiziert werden. Beispielsweise ist es möglich, die allgemeinen Elektroden 7a und 7b Seite an Seite anzuordnen, anstatt sie an Positionen anzuordnen, die einander gegenüberliegen. Alternativ ist es möglich, die allgemeinen Elektroden 7a und 7b beispielsweise auf der Außenumfangsseite auf dem piezoelektrischen Körper 3 anzuordnen, wo die Rillen 5a-5e nicht angeordnet sind. Mit anderen Worten, der Aufbau ist nicht beschränkt, solange Potenziale so angelegt werden können, dass Polaritäten der als Elektroden beabsichtigten leitenden Elemente, die in den Rillen 5a-5e eingebettet sind, in Richtung von der Innenseite zur Außenseite der Rillen 5a-5e abwechselnd unterschiedliche Polaritäten werden.

3 zeigt eine Situation, in der der Spiegel 1 von variabler Form der vorliegenden Ausführungsform seine Form in Vergleich zu 2 ändert. Wie in 3 gezeigt ist, wird, wenn eine Spannung so angelegt wird, dass die allgemeine Elektrode 7a und die allgemeine Elektrode 7b der positive Pol bzw. der negative Pol werden, das Teil, an das die Spannung angelegt wird, verformt, so dass es in Richtung des Mittelpunkts der spiegelnden Oberfläche 4 (in die Richtung, die in 3 durch Pfeile angezeigt ist) ausgedehnt wird, und das Teil des piezoelektrischen Körpers 3, auf dem die spiegelnde Oberfläche 4 ausgebildet ist, wird verformt, so dass es nach unten konvex wird. Mit anderen Worten, die spiegelnde Oberfläche 4 wird eine konkave Oberfläche.

Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die allgemeine Elektrode 7a auf einen positiven Pol eingestellt wird, während die allgemeine Elektrode 7b auf einen negativen Pol eingestellt wird, so dass das Teil, an das die Spannung angelegt wird, in Richtung des Mittelpunkts der spiegelnden Oberfläche 4 ausgedehnt wird, ist es an diesem Punkt möglich, eine anderen Aufbau zu übernehmen, in dem die allgemeine Elektrode 7a auf einen negativen Pol eingestellt wird, während die allgemeine Elektrode 7b auf einen positiven Pol eingestellt wird, so dass das Teil, an das die Spannung angelegt wird, in Richtung des Mittelpunkts der spiegelnden Oberfläche 4 ausgedehnt wird. Außerdem ist es, obwohl das Teil, an das die Spannung angelegt wird, in der vorliegenden Ausführungsform ausgedehnt wird, so dass das Teil, auf dem die spiegelnde Oberfläche 4 ausgebildet wird, nach unten konvex wird, möglich, einen anderen Aufbau zu übernehmen, in dem das Teil, auf dem die spiegelnde Oberfläche 4 ausgebildet ist, nach oben konvex wird, indem an dem beweglichen Teil eine Kerbe vorgesehen wird.

Weiterhin können hinsichtlich des Spiegels 1 von variabler Form mit dem oben beschriebenen Aufbau die Anzahl der Rillen 5a-5e, ein Intervall (w) der Rillen 5a-5e, eine Tiefe (d) der Rillen 5a-5e, die Dicke des piezoelektrischen Körpers 3 oder dergleichen entsprechend einer Entwurfsspezifikation in Abhängigkeit von Eigenschaften oder dergleichen, die für den Spiegel 1 von variabler Form erforderlich sind, verschiedentlich modifiziert werden. Insbesondere ist das Intervall der Rillen mit einer Anwendungsspannung verknüpft, wenn der piezoelektrische Körper angetrieben wird, und die Tiefe der Rillen ist mit einer erzeugten Kraft, wenn die Spannung angelegt wird, verknüpft. Außerdem kann, obwohl die vorliegende Ausführungsform einen Aufbau hat, in dem eine Form der die spiegelnde Oberfläche 4 einschließenden Rillen 5a-5e eine kreisförmige Form ist, ein anderer Aufbau übernommen werden, in dem die Form zum Beispiel eine polygonale Form, eine elliptische Form oder dergleichen wird.

Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Spiegels 1 von variabler Form mit dem oben beschriebenen Aufbau beschrieben. Zuerst wird der piezoelektrische Körper 3 in einer gewünschten Größe und Form ausgeschnitten (ein erster Schritt). Bei dieser Gelegenheit wird der piezoelektrische Körper 3 bei Bedarf zum Zweck des Einstellens der Dicke des piezoelektrischen Körpers 3 oder zum Erhalt von dessen Glätte abgeschliffen. Der erhaltene piezoelektrische Körper 3 wird maschinell bearbeitet, so dass im Wesentlichen konzentrische kreisförmige Rillen 5a-5e in einem vorgegebenen Intervall zwischen den Rillen ausgebildet werden (ein zweiter Schritt). An diesem Punkt ist es möglich, einen Aufbau zu übernehmen, in dem die Rillen 5a-5e anstelle des maschinellen Bearbeitungsvorgangs durch Brennen erhalten werden, nachdem die Rillen zuvor unter Verwendung einer Form ausgebildet wurden.

Eine Metallschicht (ein leitendes Element) wird durch die Dampfabscheidung, das Sputtern oder dergleichen in den Rillen 5a-5e ausgebildet und die Rillen 5a-5e werden durch Elektroplattieren mit dem Metall gefüllt (ein dritter Schritt). Bei Bedarf wird eine Maske auf die Rillen 5a-5e gelegt und eine Isolierschicht 8 aus beispielsweise Polyimid oder dergleichen wird durch Dampfabscheidung oder dergleichen ausgebildet (ein vierter Schritt). Danach werden die allgemeinen Elektroden 7a und 7b durch Dampfabscheidung, Sputtern oder dergleichen ausgebildet (ein fünfter Schritt). Eine vorgegebene hohe Gleichspannung wird angelegt (während bei Bedarf erwärmt wird), um die Polarisierungsbehandlung in Bezug auf den piezoelektrischen Körper 3 durchzuführen (der sechste Schritt).

Der piezoelektrische Körper 3 ist mit dem Substrat 2 verbunden und der hohle Abschnitt 6 des Substrats 2 wird durch Ätzen oder dergleichen ausgebildet (ein siebter Schritt). Der hohle Abschnitt 6 kann durch einen maschinellen Bearbeitungsschritt ohne Begrenzung auf das Ätzen oder dergleichen ausgebildet werden. Schließlich wird die spiegelnde Oberfläche 4 durch Dampfabscheidung, Sputtern oder dergleichen ausgebildet (ein achter Schritt). An diesem Punkt sollte das Ausbildungsverfahren des Spiegels 1 von variabler Form nicht auf das oben beschriebene Verfahren begrenzt werden, sondern kann verschiedentlich modifiziert werden.

Im Fall des Spiegels 1 von variabler Form der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird die Steuerung der Spannung, die an den piezoelektrischen Körper 3 zum Verformen der spiegelnden Oberfläche 4 anzulegen ist, nur durch die Steuerung der Spannung durchgeführt, die an ein Paar allgemeine Elektroden 7a und 7b anzulegen ist. Daher ist es schwierig, eine komplizierte Steuerung durchzuführen, so dass die Feineinstellung durchgeführt wird oder dergleichen, wenn die spiegelnde Oberfläche 4 verformt wird. Ein Spiegel von variabler Form gemäß einer zweiten Ausführungsform, der unter Berücksichtigung des vorstehend angeführten Punkts aufgebaut ist, wird nachstehend beschrieben. An diesen Punkt werden Teile, die sich mit dem Spiegel 1 von variabler Form der ersten Ausführungsform überschneiden, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf ihre Beschreibung wird verzichtet, ausgenommen den Fall, in dem die Beschreibung insbesondere notwendig ist.

4 ist eine schematische Draufsicht auf den Spiegel 11 von variabler Form gemäß der zweiten Ausführungsform, und zwar von oben gesehen. Der Spiegel 11 von variabler Form der zweiten Ausführungsform besteht in derselben Weise wie im Fall der ersten Ausführungsform ebenfalls aus einem piezoelektrischen Körper 3 und einem Substrat 2 (siehe 1). An einem Mittelabschnitt der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 3 ist eine spiegelnde Oberfläche 4 mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Form ausgebildet und mehrere Rillen 5a-5e mit im Wesentlichen konzentrischen kreisförmigen Formen werden so ausgebildet, dass sie die spiegelnde Oberfläche 4 umgeben, so dass ein leitendes Element, wie etwa ein Metall, in die Rillen 5a-5e eingebettet wird. Jedoch weist jede der Rillen 5a-5e Leitungselement-Fehlabschnitte 12 an vier Positionen auf, in denen das leitende Element nicht eingebettet ist, so dass das leitende Element fehlt.

Der Spiegel 11 von variabler Form ist mit vier Paaren allgemeiner Elektroden 14 versehen und von dem Paar wird eine ein positiver Pol, während die andere ein negativer Pol wird. Jede der allgemeinen Elektroden 14 ist in rechteckiger Form ausgebildet und die allgemeinen Elektroden 14a und 14b sind an benachbarten Positionen angeordnet. Außerdem sind die beiden allgemeinen Elektroden 14a und 14b so angeordnet, dass sie unter vier Bereichen 13a-13d, die zwischen zwei Leitungselement-Fehlabschnitten 12 der Rillen 5a-5e sandwichartig eingefügt sind, denselben Bereich kreuzen (wie in 4 durch Pfeile gezeigt). Außerdem kreuzen die vier Paare allgemeiner Elektroden 14 verschiedene Bereiche.

Obwohl sie in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, ist eine Isolierschicht zwischen der allgemeinen Elektrode 14 und dem piezoelektrischen Körper 3 in derselben Weise wie im Fall der ersten Ausführungsform angeordnet, und die Isolierschicht steuert die elektrische Verbindung zwischen jedem der in den Rillen 5a-5e eingebetteten leitenden Elemente und der allgemeinen Elektrode 14. In der vorliegenden Ausführungsform sind die in den Rillen 5b und 5d eingebetteten leitenden Elemente elektrisch mit der allgemeine Elektrode 14a verbunden, die ein positiver Pol wird, während die in den Rillen 5a, 5c und 5d eingebetteten leitenden Elemente elektrisch mit der allgemeinen Elektrode 14b verbunden sind, die ein negativer Pol wird.

Die vier Paare allgemeiner Elektroden 14 sind so ausgebildet, dass eine Spannung unabhängig voneinander angelegt werden kann, und es ist möglich, die Verformung der spiegelnden Oberfläche 4 von vier Bereichen fein zu steuern, indem Spannungen, die an jede der beiden allgemeinen Elektroden 14 anzulegen sind, einzeln gesteuert werden. An diesem Punkt sollte, obwohl die vorliegende Ausführungsform einen Aufbau übernimmt, in dem ein Teil der Rillen 5a-5d nicht mit dem leitenden Element gefüllt ist, wenn die Leitungselement-Fehlabschnitte 12 ausgebildet werden, die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt werden. Beispielsweise ist es möglich, einen anderen Aufbau zu übernehmen, in dem jede der Rillen 5a-5e intermittierend ausgebildet ist, um den Leitungselement-Fehlabschnitt 12 auszubilden.

Außerdem sollte der Aufbau des Spiegels 11 von variabler Form der zweiten Ausführungsform nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt werden, sondern er kann in derselben Weise wie im Fall der ersten Ausführungsform verschiedentlich modifiziert werden. Des Weiteren ist, obwohl die vorliegende Ausführungsform einen Aufbau übernimmt, in der die Position zum Steuern der Verformung des piezoelektrischen Körpers 3 in vier Bereichen angeordnet ist, um die Verformung der spiegelnden Oberfläche 4 zu steuern, die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Es ist möglich, einen Aufbau zu übernehmen, in dem nicht vier, sondern mehrere Bereiche so angeordnet sind, dass sie die Verformung der spiegelnden Oberfläche steuern.

Als Nächstes wird eine optische Abnehmervorrichtung beschrieben, die mit dem Spiegel von variabler Form der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Eine optische Abnehmervorrichtung 20, die imstande ist, Information von mehreren Typen optischer Aufzeichnungsmedien zu lesen oder Information auf die optischen Aufzeichnungsmedien zu schreiben, kann das Problem der Erzeugung eines sphärischen Abbildungsfehlers bewirken, da eine Schutzschicht zum Schützen einer Aufzeichnungsoberfläche des optischen Aufzeichnungsmediums entsprechend den Typen der optischen Aufzeichnungsmedien verschiedene Dicken aufweist. Außerdem wird, wenn die optische Achse der optischen Abnehmervorrichtung in Bezug auf das optische Aufzeichnungsmedium geneigt ist, ein Koma-Abbildungsfehler erzeugt, der ebenfalls ein Problem bewirken kann. Die hier beschriebene optische Abnehmervorrichtung ist eine optische Abnehmervorrichtung, die einen Wellen-Abbildungsfehler, wie zum Beispiel einen sphärischen Abbildungsfehler und einen Koma-Abbildungsfehler, korrigieren kann.

5 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform einer optischen Abnehmervorrichtung 21 zeigt, die mit dem Spiegel von variabler Form der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, und sie ist ein schematisches Diagramm, die ein optisches System der optischen Abnehmervorrichtung zeigt. Das optische System der optischen Abnehmervorrichtung 21 beinhaltet eine erste Lichtquelle 22, eine zweite Lichtquelle 23, ein dichroitisches Prisma 24, eine Kollimatorlinse 25, einen Strahlteiler 26, einen Spiegel 1 von variabler Form, eine Viertelwellenlängenplatte 28, eine Objektivlinse 29, eine Kondensorlinse 30 und einen Photodetektor 31.

Die erste und die zweite Lichtquelle 22 und 23 sind Halbleiterlaser, von denen jeder einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge emittiert, die einem Typ des optischen Aufzeichnungsmediums 32 entspricht, auf dem unter Verwendung der optischen Abnehmervorrichtung 21 Information aufgezeichnet oder wiedergegeben wird. An diesem Punkt kann jede der Lichtquellen 22 und 23 ein integrierter Zwei-Wellenlängen-Halbleiterlaser oder dergleichen sein. Außerdem kann die Anzahl der Lichtquellen entsprechend den Typen der optischen Aufzeichnungsmedien, auf denen unter Verwendung der optischen Abnehmervorrichtung 21 Information aufgezeichnet oder wiedergegeben wird, geändert werden.

Die aus der ersten Lichtquelle 22 und der zweiten Lichtquelle 23 emittierten Lichtstrahlen werden durch das dichroitische Prisma 24 dazu gebracht, dieselbe optische Achse zu haben, werden durch die Kollimatorlinse 25 in parallele Strahlen umgewandelt, gehen durch den Strahlteiler 26 hindurch und werden durch den Spiegel 1 von variabler Form so reflektiert, dass ihre optische Achse im Wesentlichen senkrecht zum optischen Aufzeichnungsmedium 32 wird. Der durch den Spiegel 1 variabler Form reflektierte Lichtstrahl wird durch die Viertelwellenlängenplatte 28 dazu gebracht, eine kreisförmige Polarisierung zu haben, und wird auf der Aufzeichnungsoberfläche 32a des optischen Aufzeichnungsmediums 32 durch die Objektivlinse 29 komprimiert.

Von der Aufzeichnungsoberfläche 32a reflektiertes Reflexionslicht geht durch die Objektivlinse 29 hindurch, wird durch die Viertelwellenlängenplatte 28 dazu gebracht, eine lineare Polarisierung zu haben, die um 90 Grad vom äußeren Licht verschoben ist, wird durch den Spiegel 1 von variabler Form reflektiert, dann weiterhin durch den Strahlteiler 26 reflektiert und wird durch einen (nicht gezeigten) Lichtempfangsabschnitt des Photodetektors 31 über die Kondensorlinse 30 empfangen. Der Photodetektor 31 wandelt in dem empfangenen Reflexionslicht eingeschlossene Lichtinformation in ein elektrisches Signal um.

In der optischen Abnehmervorrichtung 21 mit dem oben beschriebenen Aufbau hat der Spiegel 1 von variabler Form nicht nur die Rolle eine so genannten Totalreflexionsspiegels zum Ändern der optischen Achse des Lichtstrahls, sondern auch eine Rolle des Korrigierens eines Wellen-Abbildungsfehlers durch Anlegen einer Spannung an den piezoelektrischen Körper 3, damit er ausgedehnt und zusammengezogen wird, so dass die spiegelnde Oberfläche 4 zum Einstellen einer Brechungsindexverteilung in einem Querschnitt verformt wird, der senkrecht zur optischen Achse des Lichtstrahls ist, der durch die spiegelnde Oberfläche 4 reflektiert wird.

An diesem Punkt ist der Aufbau des optischen Systems der oben beschriebenen optischen Abnehmervorrichtung lediglich ein Beispiel und er kann entsprechend seinem Zweck verschiedentlich modifiziert werden. Außerdem kann der Spiegel von variabler Form der vorliegenden Erfindung nicht nur bei der optischen Abnehmervorrichtung, sondern auch bei anderen optischen Vorrichtungen mit einem optischen System angewendet werden, das ein optisches Element von variabler Form einschließt, beispielsweise bei einem Videoprojektor, einer Digitalkamera und dergleichen.

Der Spiegel von variabler Form der vorliegenden Erfindung ist in den piezoelektrischen Eigenschaften überlegen, weil er aus einem Bulkmaterial hergestellt ist. Außerdem kann er durch einen einfachen Vorgang und ferner zu niedrigen Kosten hergestellt werden. Daher kann er bei verschiedenen optischen Vorrichtungen mit einem optischen System angewendet werden, das ein optisches Element von variabler Form beinhaltet, so dass jede optische Vorrichtung in ihren Eigenschaften verbessert und zu niedrigen Kosten bereitgestellt werden kann.


Anspruch[de]
Spiegel von variabler Form mit:

einer spiegelnden Oberfläche;

einem piezoelektrischen Körper, der eine Form der spiegelnden Oberfläche durch deren Ausdehnung und Zusammenziehung ändert, wenn eine Spannung angelegt wird; und

einem Substrat zum Halten des piezoelektrischen Körpers, dadurch gekennzeichnet, dass

der piezoelektrische Körper aus einem Bulkmaterial hergestellt ist,

die spiegelnde Oberfläche auf dem piezoelektrischen Körper ausgebildet ist,

das Substrat den piezoelektrischen Körper auf der Seite hält, die der Seite gegenüberliegt, auf der die spiegelnde Oberfläche ausgebildet ist,

mehrere Rillen in einem vorgegebenen Intervall auf der Oberfläche des piezoelektrischen Körpers ausgebildet sind, auf dem die spiegelnde Oberfläche ausgebildet ist, wobei die Rillen so angeordnet sind, dass sie die spiegelnde Oberfläche umgeben und mit den leitenden Elementen gefüllt sind, und

die in den Rillen eingebetteten leitenden Elemente so ausgebildet sind, dass sie Elektroden mit unterschiedlichen Polaritäten in abwechselnder Form in Richtung von der Innenseite zur Außenseite der mehreren Rillen sind.
Spiegel von variabler Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen mehreren ausgebildeten Rillen analoge Formen hinsichtlich einer Form des Umgebens der spiegelnden Oberfläche aufweisen. Spiegel von variabler Form nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen mehreren ausgebildeten Rillen in im Wesentlichen konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Spiegel von variabler Form nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Körper und das Substrat aus demselben Material hergestellt und als einzelne Einheit ausgebildet sind. Spiegel von variabler Form nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen mehreren ausgebildeten Rillen dieselbe Anzahl von Leitungselement-Fehlabschnitten aufweisen, in die das leitende Element nicht gefüllt ist, und Bereiche mit derselben Anzahl wie die Leitungselement-Fehlabschnitte, die die Ausdehnung und das Zusammenziehen des piezoelektrischen Körpers steuern können, auf dem piezoelektrischen Körper ausgebildet sind. Spiegel von variabler Form nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen mehreren ausgebildeten Rillen dieselbe Anzahl von Leitungselement-Fehlabschnitten aufweisen, in denen die Rille unterbrochen ist, so dass das leitende Element fehlt, und Bereiche mit derselben Anzahl wie die Leitungselement-Fehlabschnitte, die die Ausdehnung und das Zusammenziehen des piezoelektrischen Körpers steuern können, auf dem piezoelektrischen Körper ausgebildet sind. Optische Abnehmervorrichtung, die mit dem Spiegel von variabler Form nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 ausgestattet ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com