(57)【要約】【課題】低電圧駆動を保ちつつ低コストで動特性を向上させることを可能にする。【解決手段】基板１１と、この基板上に設けられた複数の電極２１〜２ｎと、基板上に配置されたスペーサ１３と、このスペーサ上に配置され、基板に対向する側の面から基板に対向する側の面と反対側の面に貫通する開口２６を有する支持部材１６と、この支持部材の基板に対向する側の面に設けられた絶縁膜１７と、複数の電極に対向するように間隔を持って配置されるとともに開口を覆うように形成され、絶縁膜を介して支持部材に支持される変形可能な電極膜１８と、電極膜の、複数の電極と反対側の面に設けられた反射膜１９と、反射膜および電極膜を貫通する複数の貫通孔２２と、を備え、支持部材は、電極膜、絶縁膜およびスペーサを介して基板上に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に設けられた複数の電極と、前記基板上に配置されたスペーサと、このスペーサ上に配置され、前記基板に対向する側の面から前記基板に対向する側の面と反対側の面に貫通する開口を有する支持部材と、この支持部材の前記基板に対向する側の面に設けられた絶縁膜と、前記複数の電極に対向するように間隔を持って配置されるとともに前記開口を覆うように形成され、前記絶縁膜を介して前記支持部材に支持される変形可能な電極膜と、前記電極膜の、前記複数の電極と反対側の面に設けられた反射膜と、前記反射膜および前記電極膜を貫通する複数の貫通孔と、を備え、
前記支持部材は、前記電極膜、前記絶縁膜および前記スペーサを介して前記基板上に配置されていることを特徴とする形状可変鏡装置。
【請求項２】
前記貫通孔は、収差補正有効範囲外の領域に配置されていることを特徴とする請求項１記載の形状可変鏡装置。
【請求項３】
前記貫通孔は、同心円上に等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の形状可変鏡装置。
【請求項４】
前記支持部材はシリコンを主成分とし、前記絶縁膜はシリコン酸化物を主成分とし、前記電極膜は不純物が導入されたシリコン膜を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の形状可変鏡装置。
【請求項５】
被検眼の眼底を観察するための照明光を前記眼底に照射する眼底照明系と、
請求項１乃至４のいずれかに記載の形状可変鏡装置を有し、与えられた補正量に従って前記形状可変鏡装置の形状を変化させることにより前記眼底照明系の照明光による前記眼底からの反射像を補正する補償光学部と、
前記補償光学部によって補正された前記眼底の像を受光し、眼底画像を形成する眼底画像形成用光学系と、
前記眼底画像形成光学系で形成された前記眼底画像を受光する眼底画像受光部と、
を備えたことを特徴とする眼底観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電気力による表面形状を変化させる形状可変鏡装置およびこの形状可変鏡装置を用いた眼底観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、眼底観察装置は、被検眼の眼底を観察するために、照明光を上記被検眼の眼底に照射し、眼底画像形成用光学系を通して、上記被検眼の眼底の像を受光し、検出する撮像デバイス（例えば、ＣＣＤカメラ）を備えた装置である。眼に関する病気の検知、予防の為には、出来るだけ検出精度および分解能が高いことが望ましい。しかし、眼球は収差が無い理想的なレンズではないため、検出精度および分解能を低下させる要因となる波面収差を持つ。
【０００３】
そこで、眼底の像を検出する撮像デバイスと被検眼の眼底との間に、コントローラからの情報により、その表面形状を変化させることが可能な形状可変鏡装置が設けられる。この形状可変鏡装置を介した被検眼の眼底からの像を波面センサ（例えば、シャックハルトマンセンサ）に導き、波面収差を検出する。この検出された波面収差に基づいて、波面収差を低減または無くするように、制御装置によって形状可変鏡装置の電極に電圧を印加し、形状可変鏡に静電気力を作用させて変形させる。この変形によって、波面収差のない像が撮像デバイスで得られる。
【０００４】
静電吸引力により形状が変化する形状可変鏡装置は知られている（例えば、特許文献１の図２参照）。この特許文献１の図２に記載の形状可変鏡装置は、絶縁性基板１１上に固定電極膜１２を形成し、中央に開口を有するスペーサ部１８をこの固定電極膜１２上に形成し、上記開口を覆うようにスペーサ部１８上に、反射膜１７、可動電極膜１６、およびＳｉＯ２からなる絶縁膜１４を積層し、中央に開口を有するシリコン基板１３を上記積層膜上に形成した構成となっている。したがって、反射膜１７、可動電極膜１６およびＳｉＯ２の絶縁膜１４からなる積層膜は、スペーサ部１８およびシリコン基板１３によって周辺が固定され、固定電極１２と可動電極膜１６との間の静電力により中央部が変形するメンブレン部となるように構成されている。
【特許文献１】特開平２−１０１４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
眼底視細胞の観察の為には、眼球の回転や並進運動といった動作に対してもメンブレン部の変形を追従させる必要があり、高い動特性が要求される。静電吸引力により形状が変化する形状可変鏡装置は、スペーサ部を介して、固定電極とメンブレン部が対向するように構成されている。
【０００６】
静電吸引力は、Ｆを静電吸引力、εを空気の誘電率（＝８．８５×１０−１２［Ｆ／ｍ］）、Ｓを電極面積、ｇを固定電極とメンブレン部との間の初期距離（ギャップ）、ｘをメンブレン部のたわみ量、Ｖを印加電圧とすると、下記の（１）式に示すように、
【数１】
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固定電極とメンブレン部との間の距離が小さいほど大きく働く。このため、低電圧で形状可変鏡を駆動しようとすると、その距離を非常に狭くしなくてはならない。
【０００７】
一方、対向する２面間の相対的な垂直方向の振動により、隙間内圧力の一周期間の時間平均圧力が周囲の圧力より高くなるスクイーズフィルム効果が知られている。このスクイーズフィルム効果が、固定電極とメンブレン部との間で生じ、メンブレン部の振動特性に大きな影響を及ぼす。従来、スクイーズフィルム効果による振動系の粘性係数Ｃを低減する方法として、固定電極とメンブレン部とを含む形状可変鏡装置全体を減圧環境下に封止することで対策が講じられてきた。しかし、減圧封止（減圧パッケージング）には、非常にコストがかかり、且つ減圧用ガスのリークが生じると不良品となってしまう問題があり、効率が良くなかった。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、低電圧駆動を保ちつつ、低コストで動特性を向上させることのできる静電駆動型の形状可変鏡装置およびこの形状可変鏡装置を用いた眼底観察装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様による形状可変鏡装置は、基板と、この基板上に設けられた複数の電極と、前記基板上に配置されたスペーサと、このスペーサ上に配置され、前記基板に対向する側の面から前記基板に対向する側の面と反対側の面に貫通する開口を有する支持部材と、この支持部材の前記基板に対向する側の面に設けられた絶縁膜と、前記複数の電極に対向するように間隔を持って配置されるとともに前記開口を覆うように形成され、前記絶縁膜を介して前記支持部材に支持される変形可能な電極膜と、前記電極膜の、前記複数の電極と反対側の面に設けられた反射膜と、前記反射膜および前記電極膜を貫通する複数の貫通孔と、を備え、前記支持部材は、前記電極膜、前記絶縁膜および前記スペーサを介して前記基板上に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第２の態様による眼底観察装置は、被検眼の眼底を観察するための照明光を前記眼底に照射する眼底照明系と、第１の態様の形状可変鏡装置を有し、与えられた補正量に従って前記形状可変鏡装置の形状を変化させることにより前記眼底照明系の照明光による前記眼底からの反射像を補正する補償光学部と、前記補償光学部によって補正された前記眼底の像を受光し、眼底画像を形成する眼底画像形成用光学系と、前記眼底画像形成光学系で形成された前記眼底画像を受光する眼底画像受光部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低電圧駆動を保ちつつ低コストで動特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による形状可変鏡装置を図１に示す。この実施形態の形状可変鏡装置１０は、積層セラミック基板１１上に複数の電極１２１〜１２ｎ、１２ｇが形成されている。また、電極１２ｇ上に配置された例えばシリカボールを用いたスペーサ１３を介して駆動部１５が設けられている。なお、電極１２ｇと駆動部１５とはスペーサ１３を介して導電性接着剤１４を用いて接着されている。駆動部１５は、中央に開口２６を有する例えば単結晶シリコンを主成分とする支持部材１６と、この支持部材１６のセラミック基板１１に対向する面上に、例えばＳｉＯ２を主成分とする絶縁膜１７が設けられている。また、絶縁膜１７のセラミック基板１１に対向する面上に、支持部材１６の上記開口２６を覆いかつ電極１２１〜１２ｎに対向するように不純物がドーピングされた単結晶シリコンを主成分とする電極膜１８が設けられている。この電極膜１８は、絶縁膜１７を介して支持部材１６に支持されている。また、電極膜１８の電極１２１〜１２ｎと反対側の面上の領域であって、支持部材１６の上記開口と重なる領域には、反射膜１９（反射部）が設けられている。電極膜１８と、反射膜１９とが変形可能なメンブレン部２０を構成する。
【００１４】
複数の電極１２１〜１２ｎ、１２ｇの表面と、駆動部１５の底面との間の距離（ギャップ）がスペーサ１３および電極１２ｇによって調整される。その際、電極１２ｇが接地電極としての役割を果たす。ここで、ギャップを調整するスペーサ１３と、駆動部１５からの接地のための電極１２ｇをそれぞれ別の位置に設ける構造でも、もちろん構わない。複数の電極１２１〜１２ｎにはそれぞれ電圧発生部２８から発生された電圧Ｖ１〜Ｖｎが印加される。複数の電極１２１〜１２ｎに電圧Ｖ１〜Ｖｎが印加されることにより、メンブレン部２０に静電吸引力が作用し、変形する。この変形したメンブレン部を符号２０ａで示す。
【００１５】
また、本実施形態においては、メンブレン部２０に、少なくとも３個以上の貫通孔２２が設けられている。これらの貫通孔２２は、図２に示すように、収差補正のために利用する有効範囲２５（シャック−ハルトマン波面センサ等による参照点範囲）以外の領域で、かつメンブレン部２０の中心から同心円状に等間隔に配置された構成となっている。なお、図２においては、貫通孔２２は８個設けられている。
【００１６】
次に、本実施形態による形状可変鏡装置の製造方法を図３（ａ）乃至図４（ｃ）を参照して説明する。
【００１７】
まず、図３（ａ）に示すように、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板１６、１７、１８を用意する。一般的に、ＳＯＩ基板は、以下のように形成される。単結晶Ｓｉウェハーを用意し、熱酸化炉等によりウェハー全体（表裏面共に）にＳｉＯ２膜を生成する（膜厚は表裏共に同一）。その後、もう一枚の単結晶Ｓｉウェハーを、ＳｉＯ２膜を介して接合し、接合後、接合した単結晶Ｓｉウェハーを所望の厚さとなるまで研磨工程により薄くする。その後、接合面として用いなかったＳｉＯ２膜を除去し、単結晶Ｓｉ層（支持部材）１６／ＳｉＯ２膜（絶縁膜）１７／単結晶Ｓｉ層（電極膜）１８の三層構造によるＳＯＩ基板１６、１７、１８を得る。なお、単結晶Ｓｉ層１８には不純物が導入され、導電性の膜となっている。
【００１８】
続いて、図３（ｂ）に示すように、単結晶Ｓｉ層１６上に、フォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対して露光、現像を行うことにより、中央に開口を有するレジストパターン１００を形成する。
【００１９】
次に、図３（ｃ）に示すように、レジストパターン１００をマスクとして、単結晶Ｓｉ層１６をＤｅｅｐ−ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)を用いたドライエッチングにより単結晶Ｓｉ層１６の中央に開口２６を形成する（図３（ｃ）参照）。単結晶Ｓｉ層１６のエッチング工程は、ＳｉＯ２膜１７をエッチングストップとして用いる。すなわち、ＳｉＯ２膜１７が露出したらエッチングを終了する。
【００２０】
次に、レジストパターン１００を除去する（図３（ｄ）参照）。その後、例えば、稀釈弗酸もしくはフッ化アンモン等に浸し、開口２６の底部に存在するＳｉＯ２膜１７を除去する（図３（ｅ））。
【００２１】
次に、光学的な反射特性を得るために、少なくとも開口２６の底部を覆うように例えばＡｌを主成分とする金属薄膜１９ａを例えば蒸着等により形成し（図４（ａ））、続いて、傷および汚れ等への対策を担う保護膜としてＳｉＯ２薄膜１９ｂを例えば蒸着によりを成膜する（図４（ｂ））。なお、本実施形態においては、開口２６の側面および単結晶Ｓｉ層１６上にも金属薄膜１９ａおよびＳｉＯ２薄膜１９ｂが形成される。金属薄膜１９ａおよびＳｉＯ２薄膜１９ｂが反射膜１９となる。その後、リソグラフィー技術と異方性エッチング法を用いて開口２６の底に形成された反射膜１９に複数の貫通孔２２を設ける（図４（ｂ））。このようにして、形状可変鏡装置の駆動部１５を完成させる。なお、駆動部１５は、図２に示すように、例えば外形形状（平面形状）が正方形である。また、貫通孔２２をＤｅｅｐ−ＲＩＥを用いて設けた後に、反射膜１９を成膜してもよい。
【００２２】
次に、図４（ｃ）に示すように、駆動部１５を、電極１２１〜１２ｎが形成されたセラミック基板１１にスペーサ１３を介して接着剤１４により接着し、形状可変鏡装置を完成する。
【００２３】
次に、本実施形態のように、メンブレン部２０に貫通孔２２を同心円状に等間隔で配置する構造とすることにより、メンブレン部２０の振動系の粘性係数Ｃを低減することが可能になることを、以下に説明する。
【００２４】
メンブレン部２０の、収差補正のために利用する有効範囲２５（シャック−ハルトマン波面センサ等による参照点範囲）以外の領域で、且つメンブレン部２０の中心から同心円状に等間隔で１２個の貫通孔２２が配置した際の、貫通孔２２の径の大きさを変化させたときの、スクイーズフィルム減衰係数およびスクイーズフィルム剛性係数の変化を解析した結果を図５に示す。スクイーズフィルム減衰係数およびスクイーズフィルム剛性係数は、応答性劣化の原因となる。
【００２５】
図５からわかるように、貫通孔２２の径が大きくなるほど、スクイーズフィルム減衰係数およびスクイーズフィルム剛性係数が低減している。これは、流体が、メンブレン部２０と、セラミック基板１１との間のギャップからのみでなく、メンブレン部２０に形成された貫通孔２２からも出入りすることが可能になったと考えられる。これにより、スクイーズフィルム減衰係数およびスクイーズフィルム剛性係数が低減し、その結果、メンブレン部２０の応答性向上が期待できる。更に、複数の電極１２１〜１２ｎ、１２ｇの表面と、メンブレン部２０との間の実際のギャップによって、静電吸引力は働くので、駆動電圧を増加させる必要がない。また、図５からわかるように、貫通孔２２の径は０．５ｍｍ以上であれば、スクイーズフィルム減衰係数およびスクイーズフィルム剛性係数を低減させることができる。
【００２６】
なお、図５においては、貫通孔２２の個数が１２であったが、３個以上であれば、図５に示した場合と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
以上、説明したように、本実施形態によれば、メンブレン部２０の、収差補正のために利用する有効範囲２５（シャック−ハルトマン波面センサ等による参照点範囲）以外の領域で、且つ前記メンブレン部の中心から同心円状に等間隔で複数の貫通孔２２が配置されている構造にすることにより、メンブレン部２０の応答性、すなわち動特性の向上が期待でき、且つ駆動電圧増加の必要性も無くすことができる。また、減圧装置は必要がないので、低コストとなる。
【００２８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による眼底観察装置を説明する。
【００２９】
本実施形態の眼底観察装置は第１実施形態の形状可変鏡装置１０を備えており、その概略構成を図６に示す。本実施形態の眼底観察装置１は、波面補正系８と、眼底照明系２と、眼底観察系３と、アライメント系４と、固視系５と、補償光学部７０と、を備える。波面補正系８は、点像投影光学系８１、点像受光光学系８２、点像受光部８３（ＣＣＤ）を備える波面測定系８０と、コンピュータ８４と、制御部８５を有する。コン
ピュータ８４は、光学特性測定部８４１と、画像データ形成部８４２と、補償量決定部８４３と、メモリ８４４と、表示部８４５とを備える。
【００３０】
眼底照明系２は、第２光源部、集光レンズ、およびビームスプリッタを備え、第２光源部からの第２光束で被検眼網膜上の所定領域を照明するためのものである。眼底観察系３は、眼底画像形成用光学系３６と眼底画像受光部３８（ＣＣＤ）とを備える。眼底画像形成用光学系３６は、例えばアフォーカルレンズ８８、補償光学部７０、集光レンズ、ビームスプリッタを備え、眼底６１で反射した光を、補償光学部７０を介して眼底画像受光部３８に導く。補償光学部７０は、測定光の収差を補償する形状可変鏡装置１０、光軸方向に移動して球面成分を補正する移動プリズムや球面レンズを有している。補償光学部７０は、点像投影光学系８１と眼底画像形成用光学系３６中に配置され、例えば被検眼６０から反射して戻ってくる反射光束の収差を補償する。
【００３１】
アライメント系４は、集光レンズ、アライメント受光部を備え、光源部から発せられて被検眼６０の角膜６２から反射して戻ってくる光束をアライメント受光部に導く。固視系５は、例えば被検眼６０の固視や雲霧をさせる為の視標を投影する光路を含むものであって、第３光源部５１、固視標５２、リレーレンズを備える。第３光源部５１からの光束で固視標５２を眼底６１に照射することができ、被検眼６０にその像を観察させる。
【００３２】
光学特性測定部８４１は、点像受光部８３からの出力に基づき、被検眼６０の高次収差を含む光学特性を求める。画像データ形成部８４２は、光学特性に基づき視標の見え具合のシミュレーションを行ない、シミュレーション画像データ又は見え具合を示すＭＴＦ等の被検眼データを算出する。メモリ８４４は、形状可変鏡装置１０を調整するための複数の電圧変化テンプレートを記憶している。補償量決定部８４３は、メモリ８４４に記憶されている電圧変化テンプレートを選択して、選択した電圧変化テンプレートに基づき、形状可変鏡装置１０の補正量を決定して、補正量を制御部８５に出力する。制御部８５は、補償量決定部８４３からの出力に基づいて形状可変鏡装置１０を変形させる。
【００３３】
本実施形態の眼底観察装置によれば、以下の効果がある。即ち、被検眼６０の眼底からの反射光は、眼光学系が不完全であるため収差を含み、鮮明な眼底像は得られない。そこで、現在の眼底カメラにおいて、シリンダー成分（Zernike（２．±２）成分）は補正用シリンダーレンズを光路に入れて補正しているが、シリンダーレンズの屈折度数間隔もある一定間隔｛例えば３Ｄ（ディオプター）間隔｝と制限があり、充分に収差補正された鮮明な眼底像を得ることができない。そこで、この光学的ひずみを形状可変鏡装置１０で補正することができる。メンブレン部と電極間距離を大きくとり、形状可変鏡装置１０を高い駆動電圧で駆動すると、シリンダーレンズの屈折度数間隔をカバーできるような大きな収差量が補正できる。また、メンブレン部下の電極数を多くすることで、複雑な収差を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態による形状可変鏡装置を示す断面図。
【図２】第１実施形態に係るメンブレン部を示す斜視図。
【図３】第１実施形態による形状可変鏡装置の製造方法を示す断面図。
【図４】第１実施形態による形状可変鏡装置の製造方法を示す断面図。
【図５】貫通孔の径に対する減衰係数および剛性係数の特性を示す図。
【図６】本発明の第２実施形態による眼底観察装置を示すブロック図。
【符号の説明】
【００３５】
１０  形状可変鏡装置
１１    積層セラミック基板
１２１〜１２ｎ  駆動電極
１２ｇ  グランド電極
１３  スペーサ（シリカボール）
１４  導電性接着剤
１５  駆動部
１６  支持部材
１７  絶縁膜
１８  導電膜
１９  反射膜
１９ａ  Ａｌ薄膜
１９ｂ  ＳｉＯ２薄膜（保護膜）
２０  メンブレン部（変形前）
２０ａ  メンブレン部（変形後）
２２  貫通孔
２５  収差補正有効範囲
２６  開口
２８  電圧発生部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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