可变形镜及其制造方法、眼科装置以及自适应光学系统技术领域
本发明涉及可变形镜、诸如使用该可变形镜的自适应光学系统之
类的装置以及制造该可变形镜的方法。
背景技术
期望把由静电引力移位的类型的可移动镜和可变形镜应用到利用
光的各种领域。例如，可移动镜和可变形镜均可以用作将安装在眼底
检查装置、天文望远镜等中的自适应光学波前校正设备。作为其反射
面由静电引力移位的这种可移动镜的代表性示例，已知通过使用两个
平行板电极来使得能够移动的措施，但是这种平行板类型所具有的劣
势在于：移动量小，并且移位方向是垂直于反射面的一个方向。
相比之下，近年来，已经提出了使用梳状电极结构并且可以实现
更大移动量的可变形镜。美国专利No.6384952中公开了其示例。如
图10中所示，在可变形镜500中，支撑可移动侧的梳状电极520的支
撑部530和支撑固定侧的梳状电极510的支撑部570在图纸中分别位
于垂直方向上的上侧和下侧。可移动梳状电极和固定梳状电极彼此相
对，并且被布置为以一定距离交替排列。这样，可以实现比平行板类
型中的电极重叠面积大的电极重叠面积。因此，可以在梳状电极之间
产生更大的静电引力，从而可以增大与反射部550连接的连接部540
的移动量。
此外，在日本专利申请公开No.2013-148707中，公开了在垂直于
反射面的两个方向上移位的示例性结构。如图11A和图11B所示，在
这种可变形镜中，可移动梳状电极1001和固定梳状电极1002这两者
都在Z方向上被电分割。因此，即使两种电极处于同一水平面，也可
以通过施加电压来产生不重叠部分，并且可以将垂直于反射部903的
两个方向(±Z方向)上的移位力(displacementforce)施加到可移动
部1003。
在以上提及的相关技术的、具有图10中所示的美国专利No.
6384952中所公开的结构的静电垂直梳状电极类型的可变形镜中，当
该镜被驱动时，移位发生在垂直于反射面的一个方向上。具体地说，
在该可变形镜中，假设当没有电压施加于致动器、致动器不被驱动时
参考平面处于该镜的水平面，则当静电致动器被驱动时，该镜仅在朝
着致动器侧延伸并垂直于参考平面(在-Z方向侧)的一个方向上移位。
当该镜用作自适应光学波前校正设备等时，如果方向限于仅一个，则
大的可移动量和大的驱动电压有时是减小残余像差所必需的。因此需
要这样的结构：在该结构中，除了相关技术的驱动方向之外，还可以
在相反的方向上驱动。
同时，在图11A和图11B中所示的、日本专利申请公开No.
2013-148707中的上述示例中，移位力可以在垂直于反射部903的两
个方向上施加。然而，可移动梳状电极1001和固定梳状电极1002在
Z方向上被电分割，这使得结构复杂化并且使得难以制造该结构。此
外，有必要使用弹簧1004来分别向可移动梳状电极1001的上电极部
分和下电极部分施加不同的电压，因此，弹簧1004至少具有三个层，
并且弹簧1004的刚度趋向于变高。因此，出于获得可移动部1003和
反射部903所必需的可移动量的目的而产生的力变强，并且驱动电压
趋向于变大。
发明内容
鉴于上述问题而提出本发明，并且本发明的一个目的是提供一种
使用具有梳状电极结构的致动器的可变形镜，在所述梳状电极结构中，
当该镜被驱动时，移位可以发生在垂直于反射面的两个方向上，并且
该可变形镜比较容易制造。
根据用于解决上述问题的本发明的一个实施例的可变形镜采用以
下结构。即，该可变形镜包括：镜基底，包括反射面；以及致动器，
包括与镜基底连接的连接部、第一致动器和第二致动器。此外，所述
多个致动器中的每一个经由连接部而与镜基底连接，第一致动器包括
梳状电极结构的第一电极对，所述第一电极对用于在垂直于反射面的
第一方向上使连接部移位，第二致动器包括梳状电极结构的第二电极
对，所述第二电极对用于在与第一方向相反的第二方向上使连接部移
位，第二电极对与第一电极对分开形成。
参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其他特征将变
得清楚。
附图说明
图1是用于例示根据本发明的实施例的可变形镜的俯视图。
图2A和2B是用于例示图1的可变形镜的驱动方法的示意图。
图3A和3B是用于例示图1的可变形镜的另一驱动方法的示意
图。
图4A、4B和4C是用于例示根据本发明的另一实施例的可变形
镜的截面图和平面图。
图5A、5B、5C、5D和5E是用于例示图4A至图4C的可变形镜
的制造方法的截面图。
图6A、6B、6C、6D、6E、6F、6G和6H是图4A至图4C的可
变形镜的第一致动器及其制造方法的图示。
图7A、7B、7C、7D、7E、7F、7G和7H是图4A至图4C的可
变形镜的第二致动器及其制造方法的图示。
图8A、8B、8C和8D是用于例示根据本发明的具有静电梳状电
极结构的致动器的驱动方法的截面图。
图9是根据本发明的自适应光学系统和使用该自适应光学系统的
眼科装置的示意图。
图10是用于例示相关技术的示例的截面图。
图11A和11B是用于例示另一个相关技术的示例的平面图和截面
图。
具体实施方式
现在将根据附图来详细描述本发明的优选实施例。
根据本发明，为了使得镜面(反射面)可以在垂直于镜参考平面
的两个方向上移位，用于使镜面移位的致动器包括第一致动器和第二
致动器。第一致动器具有梳状电极结构的第一电极对，第一电极对被
形成为使与镜基底连接的连接部在与镜基底的反射面垂直的第一方向
上移位。第二致动器具有梳状电极结构的第二电极对，第二电极对与
第一电极对分开地形成为在与第一方向相反的第二方向上使连接部移
位。使连接部在相反的方向上移位的第一致动器和第二致动器不能同
时驱动，而是需要选择性地驱动。致动器的典型示例如下。第一致动
器和第二致动器中的每一个均包括可移动梳状电极、固定梳状电极、
支撑部和弹性构件，其中，可移动梳状电极在沿着反射面的方向上从
与连接部连接的可移动部延伸，固定梳状电极与可移动梳状电极在它
们之间存在间隙的情况下啮合，支撑部用于支撑固定梳状电极，弹性
构件与支撑部、可移动部连接。第一致动器的可移动部和第二致动器
的可移动部是同一个公共的可移动部，并且该公共的可移动部和连接
部彼此连接以便整体地移位。下面就实施例1和示例1来详细描述这
个示例。致动器的另一个典型示例如下。在这种情况下，第一致动器
和第二致动器被形成为在垂直于反射面的方向上彼此垂直偏移，并且
第一致动器的可移动部是第一可移动部，第二致动器的可移动部是不
同于第一可移动部的第二可移动部。更具体地说，第一致动器包括可
移动梳状电极、固定梳状电极、支撑部和弹性构件，可移动梳状电极
在沿着反射面的方向上从与连接部连接的第一可移动部延伸，固定梳
状电极与可移动梳状电极在它们之间存在间隙的情况下啮合，支撑部
用于支撑固定梳状电极，弹性构件用于连接支撑部和第一可移动部。
第二致动器具有类似的结构，除了包括第二可移动部而非第一可移动
部之外。下面就实施例2来详细描述这个示例。
在下文中，更具体的结构被描述为下面的实施例和示例，但是不
言而喻，本发明不限于此。在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进
行各种变化和修改。
(实施例1)
参照图1、图2A、图2B、图3A和图3B描述根据本发明的实施
例1的可变形镜100。图1是该实施例的可变形镜100的俯视图。图
2A和图2B是该实施例的可变形镜100的具有梳状结构的第一电极对
在两种不同状态下沿着线A-A'所取的截面图。图3A和图3B是该实
施例的可变形镜100的具有梳状结构的第二电极对在两种不同状态下
沿着线B-B'所取的截面图。致动器101通过基板102的处理而形成。
可移动部103由支撑构件115通过四个或更多个弹性体(弹性构件)
106支撑。在这种情况下，每个均为片簧形状的弹性体106围绕具有
诸如正方形之类的旋转对称形状的截面的可移动部103等角地布置。
这确保可移动部103在垂直于图1的平面的方向上的稳定垂直移动。
第一可移动梳状电极104和第二可移动梳状电极108中的每一个
均在平行于基板102的表面的方向上从可移动部103延伸。全都经由
绝缘部107固定到支撑构件115的第一固定梳状电极105和第二固定
梳状电极109中的每一个均在平行于支撑构件115的上表面的方向上
延伸。可移动梳状电极104和固定梳状电极105被布置为彼此相对，
并且被布置为使得其梳齿以一定距离交替排列。可移动梳状电极108
和固定梳状电极109按类似的关系布置。第一可移动梳状电极104和
第一固定梳状电极105形成第一致动器的第一电极对。第二可移动梳
状电极108和第二固定梳状电极109形成第二致动器的第二电极对。
在这种情况下，存在两个第一电极对和两个第二电极对。两个电极对
被布置为关于它们之间的可移动部103而彼此180°旋转对称。可以
布置多个电极对。在这种情况下，优选的是，所述多个电极对围绕可
移动部103等角地布置。该结构也确保可移动部103在垂直于图1的
平面的方向上的稳定垂直移动。
接下来，参照图2A、图2B、图3A和图3B描述包括第一致动器
和第二致动器的致动器101以及可变形镜100的操作。在垂直于支撑
构件115的上表面的方向上，在两对第一可移动梳状电极104和第一
固定梳状电极105中的每对之间存在水平面差异。换句话说，可移动
梳状电极和固定梳状电极在垂直于支撑构件115的上表面的方向上具
有不重叠部分。这是因为该实施例采用了利用以下现象的方法(可变
重叠类型)：当梳状电极由于静电引力而彼此吸引时，在重叠方向上
力产生作用并且发生移位。在该现象中，当梳状电极彼此完全重叠时，
不发生进一步的移位，因此，要求在初始位置上减小重叠部分的尺寸，
使得当施加电压时，重叠部分的大小增大。第一可移动梳状电极104
和第一固定梳状电极105彼此电绝缘。通过在第一可移动梳状电极104
和第一固定梳状电极105之间施加电压，在保持电极104和105之间
的距离的状态下，可移动部103在垂直于支撑构件115的上表面的方
向上移位。当在第一可移动梳状电极104和第一固定梳状电极105之
间施加电位差时产生作用的、Z方向上的静电引力Fz由表达式(1)表
示。
Fz＝[(ε0·N·h)/(2g)]·(Vm-Vf)2···(1)
其中，ε0表示真空的介电常数，N表示梳状电极之间的间隙的数量，h
表示可移动梳状电极和固定梳状电极之间的重叠长度，Vm表示可移
动梳状电极的电位，Vf表示固定梳状电极的电位，g表示梳状电极之
间的间隙的宽度。
首先，如用于例示紧接着施加电压之后的状态的图2A所示，通
过在第一可移动梳状电极104和第一固定梳状电极105之间施加电位
差，产生了静电引力，并且电极彼此吸引。以这种方式，第一可移动
梳状电极104和第一固定梳状电极105彼此吸引，但是，相对于梳齿
彼此相对的方向，基本上一致的静电引力施加于电极的右侧和左侧。
因此，移位发生在垂直于反射面110的-Z方向上。
然后，如图2B所示，状态变得平衡。具体地说，第一可移动梳
状电极104停在弹性体106的回复力和引起可移动部103移位的静电
引力平衡的位置。当第一可移动梳状电极104和第一固定梳状电极105
之间的电位差被设为0V时，弹性体106的回复力使第一可移动梳状
电极104返回到其初始位置。
另一方面，关于图3A和图3B中所示的两对第二可移动梳状电极
108和第二固定梳状电极109中的每一对，第二可移动梳状电极108
和第二固定梳状电极109在没有电压对其施加时在Z方向上移位的方
向不同于第一可移动梳状电极104和第一固定梳状电极105的情况下
的方向。因此，由于通过所施加的电压而产生的静电引力，可移动部
103可以在垂直于反射面110的+Z方向上相对移位。以这种方式，固
定梳状电极和可移动梳状电极被布置为当电压控制单元不施加电压时
在垂直于支撑构件115的上表面的方向上具有不重叠部分。致动器101
包括第一电极对和第二电极对，在每个第一电极对中，可移动梳状电
极104相对于固定梳状电极105移位到反射面110侧，在每个第二电
极对中，可移动梳状电极108相对于固定梳状电极109移位到与反射
面110侧相对的一侧。因此，通过从第一电极对和第二电极对中选择
被施加电压的梳状电极，可移动部103可以移位到垂直于反射面110
的两个方向(±Z方向)。
此外，根据该实施例，如图1至图3B所示，即使在可移动梳状
电极和固定梳状电极之间施加电压以产生静电引力并且电极彼此吸
引，这两个梳状电极也都不会与连接到其它梳状电极的构件碰撞。
在上述美国专利No.6384952中所公开的结构中，当可移动梳状
电极移位时，固定梳状电极和支撑部被布置在垂直于基板的表面的方
向上，该方向是可移动梳状电极的移动方向。因此，可以在可移动梳
状电极的前端表面和支撑部表面之间产生静电引力，以在产生与弹簧
的回复力相比过大的静电引力时引起拉入(pull-in)，从而在可移动
梳状电极和支撑部之间可能发生碰撞。然而，根据该实施例的结构，
支撑部不被布置在垂直于基板的表面的方向(该方向是可移动梳状电
极的移动方向)上，因此，不发生拉入。换句话说，采用该实施例的
结构，即使静电引力产生作用，两个梳状电极也可以在不碰撞的情况
下彼此通过。因此，不发生拉入，并且电极的短路也不会发生。
另一方面，在日本专利申请公开No.2013-148707中的示例中所公
开的结构中，通过在Z方向上电分割可移动梳状电极和固定梳状电极
这两者，可以引起垂直于反射面的两个方向上的移位。为了实现这个，
有必要形成用于在Z方向上电分割梳状电极的绝缘结构，这趋向于使
结构及其制造方法复杂化。此外，有必要通过弹簧构件向梳状电极的
上电极部分和下电极部分施加不同的电压，因此，弹簧具有包括绝缘
层的三个或更多个层，这趋向于使结构复杂化。更进一步，为了获得
必要的电阻值和必要的绝缘性，弹簧构件的刚度趋向于变高，并且出
于获得必要的可移动量的目的而产生的力趋向于变强。然而，根据该
实施例的结构和操作原理，用于电分割可移动梳状电极和固定梳状电
极的复杂结构不是必要的。此外，可移动部和可移动梳状电极是公共
的电极，因此，弹簧(弹性体)具有简单的单层结构，这可以降低弹
簧的刚度以降低使弹簧变形所必需的驱动电压。根据该实施例，包括
用于向各个固定梳状电极施加不同电压的电压施加单元，但是公共的
可移动部、第一可移动梳状电极和第二可移动梳状电极在电气上具有
相同的电位。
(示例1)
示例1是根据上述实施例1的可变形镜的更具体的模式。参照图
1、图2A和图2B描述根据该示例的可变形镜100。在该示例中，包
括第一致动器和第二致动器的致动器101通过对由硅制成的基板102
进行处理而形成。出于在处理基板102时抑制其破损等目的，基板102
具有300μm至800μm的厚度。可移动部103由基板102通过四个弹
性体106支撑。弹性体106每个均通过对由硅制成的弹性体层进行处
理而形成，该弹性体层经由绝缘层(BOX层)113形成在基板102上。
四个弹性体106的纵向方向在它们之间形成90°角以禁止弹性体106
在不必要的方向上旋转。全都在平行于基板的表面的方向上从可移动
部103延伸的第一可移动梳状电极104和第二可移动梳状电极108中
的每一个均在形成于可移动部103上的两个相邻的弹性体106的端部
之间形成。第一固定梳状电极105和第二固定梳状电极109中的每一
个均在平行于支撑构件115的上表面的方向上延伸。第一可移动梳状
电极104和第一固定梳状电极105以及第二可移动梳状电极108和第
二固定梳状电极109被布置为彼此相对，并且被布置为使得其梳状电
极交替地排列。
如以上表达式(1)中所表示的，随着可移动梳状电极104(108)和
固定梳状电极105(109)之间的重叠长度h变大以及它们之间的间隙
变小，所产生的力变强。期望的是，可移动梳状电极104(108)具有
300μm或更大的长度，并且可移动梳状电极104(108)和固定梳状
电极105(109)之间的间隙为4μm至10μm。可移动梳状电极104
(108)和固定梳状电极105(109)通过光刻处理和干法蚀刻处理形
成。此外，所形成的可移动梳状电极104(108)和固定梳状电极105
(109)均具有与基板102的厚度大致相同的高度，该高度为300μm
至800μm。
可移动梳状电极104(108)和固定梳状电极105(109)被处理为
当电压控制单元不施加电压时在垂直于反射面110的方向上具有不重
叠部分。在第一电极对中，第一可移动梳状电极104相对于第一固定
梳状电极105移位到反射面110侧，在第二电极对中，第二可移动梳
状电极108相对于第二固定梳状电极109移位到与反射面110侧相对
的一侧。该结构可以通过部分修改以下实施例2中所述的制造方法来
制造。该方法包括例如以下步骤：制备包括硅层、绝缘层和处理层的
第一基板；在第二基板上形成多个连接部和多个致动器，其中每个致
动器均包括具有梳状电极结构的第一电极对的第一致动器和具有梳状
电极结构的第二电极对的第二致动器；经由在第二基板上形成的多个
连接部将第一基板和第二基板接合在一起；并且移除第一基板的处理
层和绝缘层以形成反射构件。
第一可移动梳状电极104、第二可移动梳状电极108和可移动部
103由相同的材料形成，并且被配置为在电气上具有相同电位。因此，
通过选择将被施加电压的固定梳状电极，可移动部103可以移位到垂
直于基板的表面的两个方向(±Z方向)。致动器101的结构和操作原
理如以上参照图2A、图2B、图3A和图3B所描述的那样。此外，可
移动梳状电极104(108)和固定梳状电极105(109)之间的移位量确
定包括第一致动器和第二致动器的致动器的可移动区域，因此，希望
移位量为5μm或更大。
此外，通过二维地布置致动器101的多个致动器并且经由连接部
121将致动器101的致动器连接到一个反射构件(镜部分或镜基底)
111，来形成可变形镜。出于减小所产生的使反射构件111变形所必需
的力的目的，希望反射构件111具有10μm或更小的厚度。该示例的
可变形镜100可以通过分别通过第一致动器或第二致动器使与连接部
121连接的公共的可移动部103移位来获得希望的形状。这可以改变
由反射构件111在希望的位置处反射的光的光路长度，从而可以使用
可变形镜作为波前校正设备。
在该示例中，描述了具有经由可移动部和连接部连接到致动器
101的多个致动器的一个连续的反射构件111的类型，但是致动器101
的多个致动器中的每一个经由可移动部和连接部连接到一个镜部分的
类型也是可能的。这可以改变由每个致动器反射的光的光路长度，从
而可以使用可变形镜作为波前校正设备。
(实施例2)
参照图4A至图4C和图5A至图5E描述根据本发明的实施例2
的可变形镜10。图4C是可变形镜的平面图，图4A和图4B是图4C
的平面图分别沿着线A-A'所取和沿着线B-B'所取的截面图。可变形镜
10包括镜部分(镜基底)11、第一致动器阵列20和第二致动器阵列
30。镜部分11经由作为连接部的支柱40和周边连接部41连接到第一
致动器阵列20。第二致动器阵列30经由支柱50和周边连接部51连
接到第一致动器阵列20。注意，在图4C中，支柱40和周边连接部
41在镜基底11的后表面侧，因此用虚线表示。
支柱40经由绝缘层26连接到第一致动器阵列20的可移动部24。
周边连接部41经由绝缘层26连接到第一致动器阵列20的外围固定部
42。支柱50经由绝缘层36连接到第二致动器阵列30的可移动部34。
周边连接部51经由绝缘层36连接到第二致动器阵列30的外围固定部
52。在图4C中所示的可变形镜10中，具有七个可移动部24的第一
致动器阵列20连接到具有连续反射面的一个镜基底11。如图4A中所
示，第二致动器阵列30的七个可移动部34分别同轴地连接到第一致
动器阵列20的可移动部24的后表面。这种同轴连接中的第一致动器
阵列20和第二致动器阵列30之间的对齐精度例如在±0.5μm内，因
此，图4A中的垂直方向(垂直于反射面的方向)上的致动器的驱动
几乎不受影响。换句话说，在垂直方向上的驱动中几乎不会引起水平
方向上的移位。注意，在图4A和图4B中，第一致动器阵列20还包
括硅处理层21、绝缘层(BOX层)22和SOI层23，第二致动器阵列
30还包括硅处理层31、绝缘层(BOX层)32和SOI层33。
可变形镜10包括第一致动器和第二致动器，因此，可以在垂直于
镜参考平面的两个(±)方向上被驱动。具体地说，通过形成各自包
括彼此垂直移位并且同轴连接的第一致动器和第二致动器的多个致动
器，并且经由连接部将致动器连接到镜基底，可变形镜10可以在两个
(±)方向上被驱动。以下参照附图对此进行详细描述。如图4A中所
示，第一致动器阵列20具有这样的结构：在该结构中，固定部25、
外围固定部42和可移动部24通过弹性体29连接。绝缘层(BOX层)
22在固定部25、外围固定部42和可移动部24中的每一个与弹性体
29之间形成以在它们之间进行电绝缘。此外，如图4B中所示，第一
致动器阵列20包括分别连接到可移动部24的可移动梳状电极27和固
定地连接到固定部25的固定梳状电极28。当第一致动器阵列20未被
驱动时，在与镜基底11的镜面垂直的方向上，可移动梳状电极27的
上表面和下表面分别被定位为比固定梳状电极28的上表面和下表面
更高(更靠近镜面)。
如图4A所示，第二致动器阵列30具有这样的结构：在该结构中，
固定部35、外围固定部52和可移动部34通过弹性体39连接。绝缘
层(BOX层)32在固定部35、外围固定部52和可移动部34中的每
一个与弹性体39之间形成以在它们之间进行电绝缘。第二致动器阵列
30包括分别连接到可移动部34的可移动梳状电极37和固定地连接到
固定部35的固定梳状电极38。当第二致动器阵列30未被驱动时，在
与镜基底11的镜面垂直的方向上，可移动梳状电极37的上表面和下
表面分别被定位为比固定梳状电极38的上表面和下表面更低(更远离
镜面)。
图8A至图8D是用于例示根据该实施例的静电梳状类型的致动器
的驱动方法的截面图。作为静电梳状类型的致动器的结构，为了简洁
起见，仅例示了可移动梳状电极90的梳齿和固定梳状电极91的梳齿。
如图8A中所示，紧接着施加电压之后，通过在分别向可移动梳状电
极90和固定梳状电极91给予相反极性的电荷的情况下而在梳状电极
之间产生的静电引力，可移动梳状电极90移位到与基板垂直的方向(Z
方向)的+Z方向侧。换句话说，支撑可移动梳状电极90的可移动部
(在此未示出)可以由在梳状电极之间产生的静电引力驱动。如以上
在实施例1中所述，静电引力使可移动梳状电极90接近固定梳状电极
91，但是，关于水平方向(X方向)，在电极的左侧和右侧施加了基
本上一致的静电引力。因此，移位仅发生在向上的垂直方向上。在图
8B中所示的平衡状态下，弹性体(在此未示出)参与使可移动梳状电
极90停在这样的位置：在该位置，当可移动梳状电极90被静电引力
移位时，静电引力和弹性体的回复力平衡。在电压如图8C中所示被
释放之后，梳状电极之间的静电引力被释放以致静电引力和弹性体的
回复力之间失去平衡，并且弹性体的回复力作用在可移动梳状电极90
上。在如图8D中所示发生移位后，弹性体的回复力使可移动梳状电
极90返回到其初始位置。上述驱动方法与上述实施例1的驱动方法相
同。注意，向可移动梳状电极90和固定梳状电极91施加的电压的极
性(给定电荷的极性)可以与图8A至图8D所示的极性相反。换句话
说，在该实施例中，根据分别向可移动梳状电极和固定梳状电极施加
的电压来控制可移动部的移位。
当在可移动梳状电极和固定梳状电极之间给予电位差时起作用
的、Z方向上的静电引力Fz由上面的表达式(1)表示。因此，在第一
致动器阵列20中，固定梳状电极28接地，并且电压经由分别与可移
动部24连接的布线(未示出)而被施加到与多个可移动部24连接的
可移动梳状电极27，并且所述多个可移动部24分别在与镜参考平面
垂直的方向的与镜基底侧相对的-Z方向上移位。此外，在第二致动器
阵列30中，固定梳状电极38接地，并且电压经由分别所述多个可移
动部34连接的布线(未示出)而被施加到可移动梳状电极37，并且
所述多个可移动部34分别在与镜参考平面垂直的方向的在镜基底侧
的+Z方向上移位。因此，参照作为沿着线B-B'所取的截面图的图4B，
可变形镜10包括在与镜面垂直的两个(±)方向上驱动的三个致动器
60、70和80，其中，参考平面是当没有电压施加于该镜时该镜的水平
面。因此，在可变形镜10中，在垂直于镜参考平面的方向上，当镜部
分11要在-Z方向上移位时，第一致动器阵列20被驱动，而当镜部分
11在+Z方向上移位时，第二致动器阵列30被驱动。以这种方式，可
以在两个(±)方向上驱动可变形镜10。
根据该实施例的可变形镜可以在两个(±)方向上驱动，因此，
与相关技术的可变形镜相比，可以以大约一半的驱动量实现希望的镜
形状。注意，在图4C中，例示了其中七个致动器连接到具有连续反
射面的可变形镜部分11的结构，但是这仅仅是示例性的。通过增加致
动器的数量，可以精确地实现更复杂的镜面形状。此外，第一致动器
阵列和第二致动器阵列在垂直于镜面的方向上的布置可以与上述布置
相反。具体地说，第二致动器阵列可以连接到镜基底11，第一致动器
阵列可以连接到第二致动器阵列的后表面。
此外，根据该实施例的第一致动器和第二致动器中的可移动梳状
电极和固定梳状电极的尺寸可以是相同的，或者可以是不同的。此外，
根据该实施例的第一致动器和第二致动器的梳齿在平行于镜面的表面
中的纵向方向可以彼此平行，可以彼此正交，或者可以形成角度。此
外，根据该实施例的第一致动器和第二致动器均具有这样的阵列结构：
该阵列结构具有相同的间距，使得其可移动部同轴地布置。然而，例
如，第一致动器的阵列间距可以是第二致动器的阵列间距的整数倍，
反之亦然。例如，具有整数倍的间距的可移动部可以横向延伸，但是
其上的连接部可以以相同的方式布置。此外，关于从垂直于镜面的方
向所看到的根据该实施例的第一致动器和第二致动器的弹簧(弹性体)
的布局，弹簧可以彼此重叠，或者可以被布置为点对称，以在它们之
间形成适当的角度。此外，根据该实施例的第一致动器和第二致动器
的最大驱动量可以是相同的，或者可以是不同的。简而言之，只要实
现可移动部以令人满意的精度在两个(±)方向上驱动的预期目的，
可以视情况以各种方式修改第一致动器和第二致动器。
(制造可变形镜的方法)
接下来，参照图5A至图5E描述根据该实施例的制造可变形镜的
方法。图5A至图5E是沿着图4C的线A-A'所取的处理截面图。在根
据该实施例的制造可变形镜的方法中，SOI基板1的SOI层(硅层)
是要转移到包括第一致动器阵列20和第二致动器阵列30的致动器上
的镜基底11。
首先，制备作为包括硅层、绝缘层和处理层这三层的第一基板的
例如SOI基板1。SOI基板1包括例如由硅制成的SOI层11、处理层
13以及形成在它们之间的氧化硅的BOX层(绝缘层)12。然后，如
图5B中所示，制备用于使镜基底11变形到垂直于镜参考平面的方向
的-Z方向侧的第一致动器阵列20。在第一致动器阵列20的可移动部
24上形成用作到镜基底11的连接部的支柱40，并且在外围固定部42
上形成要连接到镜基底11的外围的周边连接部41。
然后，如图5C所示，制备用于使镜基底11变形到垂直于镜参考
平面的方向的+Z方向侧的第二致动器阵列3。在第二致动器阵列30
的可移动部34上形成用作到第一致动器阵列20的连接部的支柱50，
并且在外围固定部52上形成要连接到第一致动器阵列20的后表面的
周边连接部51。然后，经由支柱40和周边连接部41把用于形成镜基
底11的第一基板和第一致动器阵列20接合在一起。然后，在此之后，
经由支柱50和周边连接部51把第二致动器阵列30的基板接合到第一
致动器阵列20的后表面。这使第一致动器阵列20的可移动部24和第
二致动器阵列30的可移动部34连接以便通过作为弹性体的SOI层23
和33的作用而整体地移位。此外，第一致动器阵列20的外围固定部
42和第二致动器阵列30的外围固定部52彼此整体地固定。
使用例如Au凸块作为支柱40和50以及周边连接部41和51。在
这种情况下，在镜基底11和第一致动器阵列20的基板的后表面上形
成Au焊盘(未示出)。然后，使这些(支柱40和周边连接部41、镜
基底11上的Au焊盘、支柱50和周边连接部51、以及第一致动器阵
列20的基板的后表面上的Au焊盘)分别精确地对齐以接合在一起。
在该接合中，例如使用Au-Au表面活化接合。在该方法中，在Au凸
块和Au焊盘的表面通过用Ar等离子体去除其有机物质而被活化之后
执行所述接合。注意，根据该实施例使用室温表面活化接合作为接合
方法，但是本发明不限于此。
在这种情况下，用于形成镜基底11的第一基板和第一致动器阵列
20的基板在被接合在一起时通过使在第一致动器阵列20的基板上形
成的对齐标记M(未示出)与在第一基板上形成的对齐标记L(未示
出)对齐来彼此对齐。
此外，如图5D中所示，第一致动器阵列20的基板和第二致动器
阵列30的基板在被接合在一起时通过使在第二致动器阵列30的基板
上形成的对齐标记N(未示出)与在第一基板上形成的对齐标记L(未
示出)对齐来彼此对齐。上述两种类型的接合的对齐精度可以为±0.5
μm或更小，从而可以在高精度地对齐的状态下分别同轴地布置多个
可移动部24和34。
然后，如图5E中所示，去除作为第一基板的SOI基板1的处理
层13和绝缘层(BOX层)12。这可以形成这样的基板：在该基板中，
由SOI层形成的镜基底11连接到包括第一致动器阵列20和第二致动
器阵列30的致动器。处理层13通过例如硅干法蚀刻而被去除。蚀刻
的结束由等离子体发射光谱法控制，并且SOI基板1的绝缘层(BOX
层)12用作蚀刻终止层。在该硅干法蚀刻中，通过采用作为蚀刻终止
层的绝缘层(BOX层)12和处理层13之间的蚀刻选择比高的条件，
绝缘层(BOX层)12保护SOI层11，因此，SOI层11不被蚀刻。处
理层13可以通过使用四甲基氢氧化铵(TMAH)等的水溶液的湿法
蚀刻来去除。
然后，通过例如使用缓冲氢氟酸(BHF)的湿法蚀刻来去除绝缘
层(BOX层)12。在这种情况下，绝缘层(BOX层)12下面的SOI
层(镜基底)11相对于绝缘层(BOX层)12具有高蚀刻选择比，从
而几乎不被蚀刻。因此，可以在不损伤镜基底11的情况下去除绝缘层
(BOX层)12。除此之外，可以通过使用蒸汽氢氟酸的干法蚀刻来去
除绝缘层(BOX层)12。
然后，可以通过在镜基底11上形成反射膜来提高可变形镜10的
反射率。反射膜由例如Au制成，并且可以使用例如Ti作为粘合层。
如上所述，根据该实施例的制造可变形镜的方法至少包括以下步
骤：制备包括SOI层、绝缘层和处理层这三层的第一基板；在第二基
板上形成多个第一致动器；并且在第三基板上形成多个第二致动器。
此外，该制造方法包括：将SOI层的区域中的连接部和第一致动器接
合在一起以连接第一基板和第二基板；连接第二基板和第三基板；并
且去除第一基板的处理层和绝缘层。上述方法可以相对容易地形成具
有可以在两个(±)方向上驱动的致动器的可变形镜。
(制造第一致动器阵列的方法)
参照图6A至图6H来描述图4A至图4C中所示的适合于根据该
实施例的可变形镜的第一致动器阵列20的结构和制造方法。第一致动
器阵列20是静电梳状类型的致动器，用于引起到垂直于镜参考平面的
方向的例如-Z方向侧的移位。移位行程(最大位移量)相对较小，例
如为20μm，但是具有移位量可以被精细控制的优点。
图6A是当从后表面侧来看时的第一致动器阵列中的一个第一致
动器的平面图。如图4A至图4C中所示，可变形镜包括致动器阵列，
每个致动器阵列包括多个致动器，但是在图6A至图6H中仅例示了一
个致动器151。图6B至图6H是沿着图6A的线A-A'所取的截面图，
并且是制造图6A中所示的结构的方法的图示。
第一致动器151包括可移动梳状电极154、固定梳状电极155、可
移动部156、弹性体157和固定部158(158a和158b)。可移动部156
耦接到弹性体157，并且连接到可移动梳状电极154。此外，每个弹性
体157的一个末端连接到固定部158a之一。可移动梳状电极154和弹
性体157连接到可移动部156的侧壁。可移动梳状电极154在x方向
上从可移动部156的平行于y-z平面(垂直于x轴的平面)的侧壁延
伸，固定梳状电极155在x方向上从固定部158b的平行于y-z平面的
侧壁延伸。换句话说，可移动部156的其上设有可移动梳状电极154
的侧壁和固定部158b的其上设有固定梳状电极155的侧壁分别彼此相
对，因此，可移动梳状电极154和固定梳状电极155被布置为分别彼
此相对。此外，电极被布置为使得其梳状电极以一定距离交替排列。
接下来，描述制造第一致动器151的方法。这里，仅取一个致动
器作为示例来描述通过SOI基板的处理同时形成多个致动器的情况。
首先，如图6B中所示，制备包括处理层160、BOX层161和硅活性
层162的SOI基板159。然后，如图6C中所示，分别在SOI基板159
的两个表面上形成绝缘层163(163a和163b)的图案。具体地说，在
使用通过热氧化形成的氧化硅(SiO2)形成绝缘层163之后，形成抗
蚀剂图案(未示出)，并且通过将这些抗蚀剂图案用作掩模来对绝缘
层163进行蚀刻。在蚀刻绝缘层163时，使用例如使用四氟甲烷(CF4)、
二氟甲烷(CH2F2)或三氟甲烷(CHF3)的等离子体蚀刻，其中CF4、
CH2F2或CHF3都是基于含氯氟烃的气体。这些基于含氯氟烃的气体
可以单独使用，或者在与另一基于含氯氟烃的气体混合或者与诸如氩
(Ar)或氦(He)之类的惰性气体混合的状态下使用。
然后，如图6D中所示，形成直通电极164，每个直通电极164
均具有接触孔图案。首先，在SOI基板159的后表面上形成抗蚀剂图
案(未示出)。通过将抗蚀剂图案用作掩模来对硅活性层162和BOX
层161进行蚀刻以形成通孔。此外，在用作电极材料的铬(Cr)膜和
金(Au)膜堆叠之后，形成抗蚀剂图案(未示出)。通过将抗蚀剂图
案用作掩模来对金(Au)膜和铬(Cr)膜进行蚀刻。
然后，如图6E中所示，形成用于形成梳齿形状的掩模。在SOI
基板159的处理层160侧的表面上形成抗蚀剂图案165，并且对处理
层160的表面上的绝缘层163b进行蚀刻和图案化。在蚀刻绝缘层163b
时，使用在图6C所示的步骤中所例示的使用基于含氯氟烃的气体的
等离子体蚀刻。
然后，如图6F中所示，可移动梳状电极154和固定梳状电极155
由处理层160形成。这是通过将如图6E中所示那样形成的抗蚀剂图
案165和绝缘层163b用作掩模来对处理层160进行蚀刻的步骤。在该
步骤中，为了蚀刻处理层160以形成希望的梳齿形状，使用使得能够
在与处理层的表面垂直的方向上进行蚀刻的电感耦合等离子体反应离
子蚀刻(inductively-coupled-plasma-reactive-ion-etching，ICP-RIE)
等。通过使用ICP-RIE，可以形成具有高深宽比(aspectratio)的精
细的梳状电极结构。
然后，如图6G中所示，形成可移动梳状电极154和固定梳状电
极155的水平面差异。为了调整可移动梳状电极154的下表面的水平
面以形成水平面差异，通过将后表面上的绝缘层(SiO2)163a用作掩
模来对硅活性层162进行蚀刻。然后，通过将经蚀刻和图案化的硅活
性层162用作掩模来对BOX层161进行蚀刻。此外，通过将经蚀刻
和图案化的BOX层161用作掩模来把可移动梳状电极154的硅(Si)
从后表面侧蚀刻到例如20μm的深度。
此外，为了调整固定梳状电极155的上表面的水平面以形成水平
面差异，在前表面上的抗蚀剂图案165被分离之后，通过将前表面上
的绝缘层(SiO2)163b用作掩模来把固定梳状电极155的硅(Si)从
前表面侧蚀刻到例如20μm的深度。在蚀刻硅(Si)层和绝缘层时，
使用参照图6C所例示的使用基于含氯氟烃的气体的等离子体蚀刻、
参照图6E所例示的ICP-RIE等。在形成梳状电极的水平面差异的这
些步骤中，对可移动梳状电极154的下表面的水平面和固定梳状电极
155的上表面的水平面进行调整以形成可移动梳状电极154和固定梳
状电极155的水平面差异。以这种方式，在第一致动器151中，形成
这样的梳状电极结构：在该梳状电极结构中，当施加电压时，连接部
170移位到与镜参考平面垂直的方向的后表面侧。
然后，如图6H中所示，对BOX层(SiO2)161进行蚀刻以释放
固定梳状电极155和弹性体157。在蚀刻BOX层161时，例如，使用
缓冲氢氟酸(BHF)来选择性地对BOX层161进行湿法蚀刻。
注意，上述致动器阵列及其制造方法仅仅是示例性的，本发明不
限于此。关于第一致动器151，阵列例如是三角形栅格，阵列间距例
如为800μm。在上述示例性的制造方法中，使用可以形成精细图案的
光刻技术对第一致动器进行处理。因此，与普通的机械加工相比，可
以更容易地、更高精度地形成致动器。
(制造第二致动器阵列的方法)
参照图7A至图7H来描述图4A至图4C中所示的适合于根据该
实施例的可变形镜的第二致动器阵列30的结构和制造方法。第二致动
器阵列30也是静电梳状类型的致动器，用于引起到与镜参考平面垂直
的方向的例如+Z方向侧的移位。移位行程(最大位移量)相对较小，
例如为20μm，但是具有位移量可以被精细地控制的优点。
图7A是当从后表面侧来看时的第二致动器阵列中的一个第二致
动器的平面图。注意，如图4A至图4C中所示，可变形镜包括致动器
阵列，每个致动器阵列包括多个致动器，但是在图7A至图7H中仅例
示了一个致动器201。图7B至图7H是沿着图7A的线A-A'所取的截
面图，并且是制造图7A中所示的结构的方法的图示。
第二致动器201与参照图6A至图6H所描述的第一致动器151
的不同之处在于固定梳状电极和可移动梳状电极的水平面差异结构。
在第一致动器151中，如上所述，在与镜参考平面大致垂直的方向上，
可移动梳状电极的上表面和下表面分别(在镜侧)高于固定梳状电极
的上表面和下表面。另一方面，在第二致动器201中，可移动梳状电
极的上表面和下表面分别低于固定梳状电极的上表面和下表面。
第二致动器201包括可移动梳状电极204、固定梳状电极205、可
移动部206、弹性体207以及固定部208(208a和208b)。可移动部
206耦接到弹性体207，并且连接到可移动梳状电极204。此外，每个
弹性体207的一个末端连接到固定部208a之一。可移动梳状电极204
和弹性体207连接到可移动部206的侧壁。可移动梳状电极204在x
方向上从可移动部206的平行于y-z平面(垂直于x轴的平面)的侧
壁延伸，固定梳状电极205在x方向上从固定部208b的平行于y-z平
面的侧壁延伸。可移动部206的其上设有可移动梳状电极204的侧壁
和固定部208b的其上设有固定梳状电极205的侧壁分别彼此相对，因
此，可移动梳状电极204和固定梳状电极205被布置为分别彼此相对。
此外，电极被布置为使得其梳齿以一定距离交替排列。上述结构与第
一致动器151的结构相同。
接下来，描述制造第二致动器201的方法。这里，仅取一个致动
器作为示例来描述通过SOI基板的处理同时形成多个致动器的情况。
注意，在这种情况下，描述与参照图6A至图6H所描述的制造第一致
动器151的方法不同的要点，并且省略对其余要点的描述。
首先，如图7B中所示，制备包括处理层210、BOX层211和硅
活性层212的SOI基板209。然后，如图7C中所示，分别在SOI基
板209的两个表面上形成绝缘层213的图案。具体地说，在使用通过
热氧化形成的氧化硅(SiO2)形成绝缘层213之后，形成抗蚀剂图案
(未示出)，并且通过将抗蚀剂图案用作掩模来对绝缘层213进行蚀
刻。通过与参照图6B所描述的方法相同的方法来对绝缘层213进行
蚀刻。
然后，如图7D中所示，形成直通电极214，每个直通电极214
具有接触孔图案。首先，在SOI基板209的后表面上形成抗蚀剂图案
(未示出)。通过将抗蚀剂图案用作掩模来对硅活性层212和BOX
层211进行蚀刻以形成通孔。此外，在用作电极材料的铬(Cr)膜和
金(Au)膜堆叠之后，形成抗蚀剂图案(未示出)。通过将抗蚀剂图
案用作掩模来对金(Au)膜和铬(Cr)膜进行蚀刻。
然后，如图7E中所示，形成用于形成梳齿形状的掩模。在SOI
基板209的处理层210侧的表面上形成抗蚀剂图案215，并且对处理
层210的表面上的绝缘层213b进行蚀刻和图案化。通过与参照图6C
描述的方法相同的方法来蚀刻绝缘层213b。
然后，如图7F中所示，可移动梳状电极204和固定梳状电极205
由处理层210形成。这是通过将如图7E中所示那样形成的抗蚀剂图
案215和绝缘层213b用作掩模来对处理层210进行蚀刻的步骤。通过
与参照图6F描述的方法相同的方法来蚀刻处理层210以形成希望的
梳齿形状。
然后，如图7G中所示，形成可移动梳状电极204和固定梳状电
极205的水平面差异。为了调整固定梳状电极205的下表面的水平面
以形成水平面差异，通过将后表面上的绝缘层(SiO2)213a用作掩模
来对硅活性层212进行蚀刻。然后，通过将经蚀刻和图案化的硅活性
层212用作掩模来对BOX层211进行蚀刻。此外，通过将经蚀刻和
图案化的BOX层211用作掩模来把固定梳状电极205的硅(Si)从后
表面侧蚀刻到例如20μm的深度。此外，为了调整可移动梳状电极204
的上表面的水平面以形成水平面差异，在前表面上的抗蚀剂图案215
被分离之后，通过将前表面上的绝缘层(SiO2)213b用作掩模来把可
移动梳状电极204的硅(Si)从前表面侧蚀刻到例如20μm的深度。
通过与参照图6G描述的方法相同的方法来蚀刻硅(Si)层和绝缘层。
在形成梳状电极的水平面差异的这些步骤中，对可移动梳状电极204
的上表面的水平面和固定梳状电极205的下表面的水平面调整以形成
可移动梳状电极204和固定梳状电极205的水平面差异。以这种方式，
在第二致动器201中，形成这样的梳状电极结构：在该梳状电极结构
中，当施加电压时，可移动部206移位到与镜参考平面垂直的方向的
前表面侧。
然后，如图7H中所示，对BOX层(SiO2)211进行蚀刻以释放
可移动梳状电极204和弹性体207。通过与参照图6H描述的方法相同
的方法来蚀刻BOX层211。其余要点与制造第一致动器的方法中所描
述的那些要点相同。
(第三实施例：眼科装置)
以激光扫描检眼镜(下文中描述为“SLO装置”)作为示例来描
述使用上述可变形镜作为对光学像差进行补偿的波前校正设备的自适
应光学系统。SLO装置是用光照射眼底以使得能够观察感光体、视网
膜神经纤维层、血液动力学等的眼科装置。
图9是该实施例的SLO装置的示意性配置的图示。从光源301
发出的光行进通过单模光纤302，并且穿过准直仪303以变为准直的
光束。准直的光束透射通过用作分光单元的分束器304，以作为要被
引导到自适应光学系统320的测量光305。用于发出例如激光的光源
301的波长不受特别限制，但是特定地对于眼底成像，大约800nm至
1,500nm的波长(例如，850nm或更短的波长)适合用于防止被验者
目眩以及保持分辨率。自适应光学系统320包括用作分光单元的分束
器306、波前传感器(像差测量单元)315、形成反射光学调制器(波
前校正设备)的可变形镜308、以及用于把光引导到这些构件的反射
镜307-1至307-4。各个反射镜307被放置为使得至少待检查的眼睛的
瞳孔、波前传感器315和可变形镜308具有在光学上共轭的关系。
已经穿过自适应光学系统320的光由光扫描部309一维或二维地
扫描。由光扫描部309扫描的测量光通过目镜透镜310-1和310-2辐
射到待检查的眼睛311。通过调整目镜透镜310-1和310-2的位置，可
以根据待检查的眼睛311的可见度来执行最佳照射。在这种情况下，
在目镜部分中使用透镜，但是可以改为使用球面镜等。
辐射到待检查的眼睛311的测量光被眼底(视网膜)反射或散射。
在待检查的眼睛311的眼底处反射或散射的光在相反的方向上行进与
在进入期间的通路类似的通路，并且由分束器306部分反射以进入波
前传感器315。从而，光束的波前用于测量。作为波前传感器315，可
以使用已知的Shack-Hartmann传感器。已经透射通过分束器306的
经反射或散射的光由分束器304部分反射以通过准直仪312和光纤
313被引导到光强度传感器314。已进入光强度传感器314的光被转换
为电信号以被图像处理单元325处理为眼底图像。
波前传感器315连接到用作控制单元的自适应光学控制器316以
将所接收的光束的波前发送到自适应光学控制器316。自适应光学控
制器316连接到可变形镜308，并且可变形镜308被变形为自适应光
学控制器316所指示的形状。自适应光学控制器316基于从波前传感
器315获得的波前的测量结果来计算使得能够校正为没有像差的波前
的镜形状。然后，为了再现可变形镜308的形状，计算每个梳状电极
所必需的施加电压差，并且将该施加电压差发送到可变形镜308。在
可变形镜308中，在可移动梳状电极和固定梳状电极之间施加从自适
应光学控制器316发送的电位差，由此使镜面变形为预定形状。
波前传感器315对波前的测量、波前到自适应光学控制器316的
传输、以及如上所述的自适应光学控制器316对可变形镜的用于校正
像差的指令被重复地处理，以进行反馈控制，从而不断地获得最佳波
前。注意，仅必要的是，形成反射光学调制器的可变形镜被布置为校
正测量光或返回光中的至少一个的波前像差。
在根据该实施例的自适应光学系统中，静电梳状类型的致动器可
以在垂直于镜面的两个(±)方向上移位，因此，可以以相关技术的
可变形镜的驱动量的大约一半来执行自适应光学处理。
根据本发明的一个实施例，可以实现使用具有梳状电极结构的静
电致动器的可变形镜，该可变形镜可以被相对容易地制造，并且当被
驱动时，在与镜参考平面垂直的两个(±)方向上移位。结果，例如，
可以以相关技术的静电致动器的驱动量的大约一半来使该镜变形为希
望的形状，并且可以减小残余像差。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不
限于所公开的示例性实施例。权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，
以涵盖所有这种修改以及等同的结构和功能。