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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1.
Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Spiegel von variabler Form,
der es gestattet, dass seine Spiegelfläche verändert wird, und insbesondere
betrifft sie die Verhinderung der Deformation, welche auftritt,
wenn die Spiegelfläche
eines Spiegels von variabler Form verändert wird. Die vorliegende
Erfindung betrifft ebenfalls eine optische Abnehmervorrichtung,
die mit einem Spiegel von variabler Form bereitgestellt wird, bei
dem die Deformation von dessen Spiegelfläche verhindert wird.
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2. Beschreibung verwandter
Techniken
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Wenn
Informationen unter Verwendung einer optischen Abnehmervorrichtung
aus einer optischen Scheibe, wie beispielsweise einer CD (Compact Disc,
Kompaktplatte) oder DVD (Digital Versatile Disc, digitale Bildplatte)
gelesen oder auf sie geschrieben werden, sollte die Beziehung zwischen
der optischen Achse der optischen Abnehmervorrichtung und der Scheibenoberfläche im Idealfall
senkrecht sein. In der Realität
jedoch bleibt ihre Beziehung nicht immer senkrecht, wenn sich die
Scheibe dreh. Im Ergebnis führt
dies dazu, dass bei einer optischen Scheibe, wie einer CD oder DVD,
wenn deren Scheibenfläche
relativ zur optischen Achse kippt, der optische Weg des Laserlichts
so gebeugt wird, dass er einen Koma-Abbildungsfehler bzw. ein Koma
erzeugt.
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Wenn
ein Koma-Abbildungsfehler erzeugt wird, weicht der Fleck des auf
die optische Scheibe fallenden Laserlichts von der korrekten Position
ab, und wenn der Koma-Abbildungsfehler größer als gestattet wird, wird
es in ungelegener Weise unmöglich, Information
präzise
zu schreiben oder zu lesen. Aus diesem Grund sind konventionellerweise
Verfahren zur Korrektur eines Koma-Abbildungsfehlers, wie er vorstehend
beschrieben ist, und anderer Abbildungsfehler durch die Verwendung
eines Spiegels von variabler Form vorgeschlagen worden.
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Beispielsweise
wird in der JP-A-H5-333274 ein Verfahren zur Durchführung einer
Phasensteuerung durch Verändern
der Form des Spiegels selbst bei einem Spiegel von variabler Form
durch die Verwendung mehrerer Betätigungselemente vorgeschlagen.
Nachteiligerweise ist dieses Verfahren jedoch für die Verwendung in einer kleinen
Komponente wie einer optischen Abnehmervorrichtung nicht geeignet,
da es die Verdrahtung und andere Faktoren nicht berücksichtigt.
Außerdem
ist es sowohl in technischer als auch in finanzieller Hinsicht schwierig, mehrschichtige
piezoelektrische Elemente, die als jene Betätigungselemente verwendet werden,
zu miniaturisieren.
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In
der JP-A-2003-172811 wird ein Spiegel von variabler Form vorgeschlagen,
der zwischen einem Spiegelbereich und einem den Spiegel haltenden
Spiegelhaltebereich einen abgedichteten Raum aufweist, der mit einem
Fluidmaterial, beispielsweise einem flüssigen, gasförmigen oder
Gelmaterial, gefüllt
ist. Gemäß dem Offenbarer
wird es durch dieses Verfahren möglich,
die Flachheit der Anfangsform der Spiegelfläche des Spiegelbereichs korrekt
zu steuern. Nachteiligerweise ist es jedoch technisch ziemlich schwierig,
einen abgedichteten Raum in einem Spiegel von variabler Form bereitzustellen.
Außerdem
kann sich die Spiegelfläche
verformen, wenn die Form des Spiegels verändert wird, obwohl die Flachheit
im anfänglichen
Zustand beibe halten wird. Wenn sich die Spiegelfläche verformt,
ist es unmöglich,
einen Koma-Abbildungsfehler zu korrigieren.
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In
der JP-A-2004-109562 wird ein Verfahren zur Verwendung in einem
Wellenfront-Abbildungsfehler-Korrekturspiegel vorgeschlagen, das
Abbildungsfehler durch Verschieben der Spiegelfläche einer Spiegelbasis durch
die Verwendung eines piezoelektrischen Elements korrigiert, wodurch
zum Zweck der Reduzierung der Verformung des Spiegels aufgrund des
Vorhandenseins von Klebemittel die Klebemittelschicht zwischen der
Spiegelbasis und dem piezoelektrischen Element dünn ausgebildet ist. Natürlich kann
durch dieses Verfahren die Klebemittelschicht dünn ausgebildet werden, aber nachteiligerweise
kann sich die Spiegelfläche
lokal verformen, wenn die Form des Spiegels mit dem piezoelektrischen
Element verändert
wird, da der Spiegel und das piezoelektrische Element mit einem
Klebemittel miteinander verbunden sind. Wenn eine Verformung aufgrund
dessen auftritt, dass der Spiegel und das piezoelektrische Element,
wie vorstehend beschrieben, miteinander verbunden sind, ist es unmöglich, einen
Koma-Abbildungsfehler richtig zu korrigieren.
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Im Übrigen ist
es für
einen Spiegel von variabler Form erforderlich, dass er so gestaltet
ist, dass er eine möglichst
große
Spiegelverschiebung bietet, da es mit einer unzureichenden Spiegelverschiebung unmöglich ist,
Abbildungsfehler zufrieden stellend zu korrigieren.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts
der vorstehend erörterten
Nachteile, denen im Stand der Technik begegnet wird, ist es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, einen Spiegel von variabler Form zur
Verfügung
zu stellen, der die Form seiner Spiegelfläche verändert kann, wobei, wenn die Form
der Spiegelfläche
mit einem piezoelektrischen Element verändert wird, eine lokale Deformation
der Spiegelfläche
verhindert wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung eines Spiegels von variabler Form, der, obwohl
er so strukturiert ist, dass eine lokale Deformation bei seiner
Spiegelfläche
verhindert wird, einen ausreichend weiten Spiegelform-Variationsumfang
bietet. Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist
die Bereitstellung einer optischen Abnehmervorrichtung, die mit
einem Spiegel von variabler Form versehen ist, bei dessen Spiegelfläche eine
lokale Deformation verhindert wird und der somit Abbildungsfehler
in einem weiten Umfang richtig korrigieren kann.
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Zur
Lösung
der vorstehenden Aufgaben ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ein Spiegel von variabler Form versehen mit: einer Haltebasis;
einem Spiegelbereich, der so angeordnet ist, dass er der Haltebasis
zugewandt ist, und der auf einer Seite eine Spiegelfläche aufweist,
die von der Haltebasis abgewandt ist; einem piezoelektrischen Element,
das zwischen der Haltebasis und dem Spiegelbereich sandwichartig
eingeschlossen ist und das die Form der Spiegelfläche verändert; und
einem festen Bereich, der zwischen der Haltebasis und dem Spiegelbereich
sandwichartig eingeschlossen ist und der näher an der Außenkante
des Spiegelbereichs angeordnet ist als das piezoelektrische Element.
Hier ist der Spiegelbereich nur mit dem festen Bereich verbunden,
so dass, wenn das piezoelektrische Element nicht arbeitet, der Spiegelbereich,
der von dem piezoelektrischen Element eine vorgegebene Kraft erfährt, in
Kontakt mit dem piezoelektrischen Element kommt und, während er
den Kontakt mit dem piezoelektrischen Element hält, in dieselbe Richtung verschoben
wird, in der sich das piezoelektrische Element zusammenzieht.
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Mit
dieser Struktur ist bei dem Spiegel von variabler Form, der die
Form seiner Spiegelfläche
variieren kann, das piezoelektrische Element nicht mit dem Spiegelbereich
verbunden. Somit wird, selbst wenn sich das piezoelektrische Element
ausdehnt oder zusammenzieht, eine lokale Deformation der Spiegelfläche des
Spiegelbereichs aufgrund dessen, dass das piezoelektrische Element
und der Spiegelbereich miteinander verbunden sind, verhindert. Außerdem erfährt der
Spiegelbereich, wenn das piezoelektrische Element nicht arbeitet,
eine vorbestimmte Kraft von dem piezoelektrischen Element. Somit kann,
selbst wenn sich das piezoelektrische Element zusammenzieht, die
Gegenkraft des Spiegelbereichs dazu ausgenutzt werden, den Kontakt
zwischen dem Spiegelbereich und dem piezoelektrischen Element zu
halten und somit die elektrische Leitung zu dem piezoelektrischen
Element aufrechtzuerhalten. Somit ist es möglich, einen Formvariationsumfang
des Spiegelbereichs zu erhalten, der dem Ausdehnungs- und Kontraktionsumfang
des piezoelektrischen Elements gerade wie in einem Fall entspricht,
in dem der Spiegelbereich und das piezoelektrische Element miteinander
verbunden sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann bei einem Spiegel von variabler Form, der wie vorstehend
beschrieben strukturiert ist, der Spiegelbereich einen Vorsprung
aufweisen, der in einem Teil davon ausgebildet ist, wo der Spiegelbereich
mit dem piezoelektrischen Element in Kontakt kommt.
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Mit
dieser Struktur ist ein Vorsprung in jenem Teil des Spiegelbereichs
ausgebildet, wo er mit dem piezoelektrischen Element in Kontakt
kommt. Somit kann, wenn der Spiegelbereich mit dem festen Bereich
verbunden wird, der Spiegelbereich eine Kraft von dem piezoelektrischen
Element erfahren. Wenn sich das piezoelektrische Element zusammenzieht, kann
die Gegenkraft des Spiegelbereichs ge nutzt werden, um den Kontakt
zwischen dem Spiegelbereich und dem piezoelektrischen Element zu
halten.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann bei einem Spiegel von variabler Form, der wie vorstehend
beschrieben strukturiert ist, die Spiegelfläche des Spiegelbereichs konkav
ausgebildet sein.
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Mit
dieser Struktur kann, da der Spiegelbereich so geformt ist, dass
seine Spiegelfläche
konkav ist, wenn der Spiegelbereich mit dem festen Bereich verbunden
ist, der Spiegelbereich eine Kraft von dem piezoelektrischen Element
erfahren. Wenn sich das piezoelektrische Element zusammenzieht,
kann die Gegenkraft des Spiegelbereichs genutzt werden, um den Kontakt
zwischen dem Spiegelbereich und dem piezoelektrischen Element zu
halten.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann bei einem Spiegel von variabler Form, der wie vorstehend
beschrieben strukturiert ist, die Länge des piezoelektrischen Elements
in der zur Haltebasis senkrechten Richtung größer als die Länge des
festen Bereichs sein, gemessen von der Innenfläche der Haltebasis bis dorthin,
wo der feste Bereich mit dem Spiegelbereich verbunden ist.
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Mit
dieser Struktur ist, wenn von der Haltebasis und dem Spiegelbereich
die erstere am Boden bezüglich
dessen oberer Seite platziert ist, die Höhe des piezoelektrischen Elements
größer als
jene des festen Bereichs. Somit kann, wenn der Spiegelbereich mit
dem festen Bereich verbunden wird, der Spiegelbereich eine Kraft
von dem piezoelektrischen Element erfahren. Wenn sich das piezoelektrische Element
zusammenzieht, kann die Gegenkraft des Spiegelbereichs genutzt werden,
um den Kontakt zwischen dem Spiegelbereich und dem piezoelektrischen
Element zu halten.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können bei
einem Spiegel von variabler Form, der wie vorstehend beschrieben
strukturiert ist, vier der piezoelektrischen Elemente in kreuzförmigen Richtungen
symmetrisch vorgesehen sein.
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Mit
dieser Struktur ist es möglich,
die Form der Spiegelfläche
gut ausbalanciert zu verändern,
da vier piezoelektrische Elemente symmetrisch bereitgestellt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine optische Abnehmervorrichtung
mit dem Spiegel von variabler Form, der wie vorstehend beschrieben
strukturiert ist, versehen.
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Mit
dieser Struktur ist es möglich,
eine lokale Deformation bei der Spiegelfläche des Spiegels von variabler
Form zu verhindern und einen breiten Spiegelform-Variationsumfang
zu erhalten, während
eine Deformation verhindert wird. Somit ist es möglich, Abbildungsfehler in
weitem Umfang sicher zu korrigieren.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A ist
ein Diagramm, das die Struktur des Spiegels von variabler Form einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei es dessen Komponenten in
einer auseinander gezogenen perspektivischen Ansicht zeigt;
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1B ist
eine Schnittansicht des Spiegels von variabler Form der ersten Ausführungsform längs einer
in 1A gezeigten Linie a-a;
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1C ist
eine Vorderansicht des Spiegelbereichs des Spiegels von variabler
Form der ersten Ausführungsform,
von hinter der Spiegelfläche
aus gesehen;
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2A ist
eine Schnittansicht des Spiegels von variabler Form der ersten Ausführungsform längs einer
in 1A gezeigten Linie a-a, die die Betätigung des Spiegels von variabler
Form zeigt;
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2B ist
eine Schnittansicht des Spiegels von variabler Form der ersten Ausführungsform längs einer
in 1A gezeigten Linie a-a, die die Betätigung des Spiegels von variabler
Form zeigt;
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2C ist
eine Schnittansicht des Spiegels von variabler Form der ersten Ausführungsform längs einer
in 1A gezeigten Linie a-a, die die Betätigung des Spiegels von variabler
Form zeigt;
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3 ist
eine Schnittansicht des Spiegels von variabler Form einer zweiten
Ausführungsform der
Erfindung längs
einer in 1A gezeigten Linie a-a;
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4A ist
eine Schnittansicht des Spiegels von variabler Form der zweiten
Ausführungsform längs einer
in 1A gezeigten Linie a-a, die die Betätigung des Spiegels von variabler
Form zeigt;
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4B ist
eine Schnittansicht des Spiegels von variabler Form der zweiten
Ausführungsform längs einer
in 1A gezeigten Linie a-a, die die Betätigung des Spiegels von variabler
Form zeigt;
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4C ist
eine Schnittansicht des Spiegels von variabler Form der zweiten
Ausführungsform längs einer
in 1A gezeigten Linie a-a, die die Betätigung des Spiegels von variabler
Form zeigt;
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5 ist
eine Schnittansicht des Spiegels von variabler Form einer dritten
Ausführungsform
der Erfindung längs
einer in 1A gezeigten Linie a-a;
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6A ist
eine Schnittansicht des Spiegels von variabler Form der dritten
Ausführungsform längs einer
in 1A gezeigten Linie a-a, die die Betätigung des Spiegels von variabler
Form zeigt;
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6B ist
eine Schnittansicht des Spiegels von variabler Form der dritten
Ausführungsform längs einer
in 1A gezeigten Linie a-a, die die Betätigung des Spiegels von variabler
Form zeigt;
-
6C ist
eine Schnittansicht des Spiegels von variabler Form der dritten
Ausführungsform längs einer
in 1A gezeigten Linie a-a, die die Betätigung des Spiegels von variabler
Form zeigt; und
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7 ist
ein Diagramm, das den Umriss des optischen Systems einer optischen
Abnehmervorrichtung zeigt, die einen Spiegel von variabler Form verwendet,
welcher die vorliegende Erfindung verkörpert.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es sollte verstanden werden, dass die nachstehend beschriebenen
Ausführungsformen
nur Beispiele sind und daher die Art, in der die vorliegende Erfindung
ausgeführt
werden kann, in keinerlei Weise beschränken sollen. Es sollte auch
verstanden werden, dass in den Zeichnungen die Größen und
Dicken der Bestandteile, der Betrag der Verdrängung, welche auftritt, wenn
sich die Form verändert
usw., zum Zweck des leichten Verständnisses übertrieben sind und diese Dimensionen
daher von denjenigen, welche tatsächlich beobachtet werden, verschieden
sind.
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1A ist
ein Diagram, das die Struktur des Spiegels von variabler Form einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei sie dessen Komponenten in
einer auseinander gezogenen perspektivischen Ansicht zeigt. 1 B ist eine Schnittansicht längs der
in 1A gezeigten Linie a-a. 1C ist
eine Vorderansicht des Spiegelbereichs des Spiegels von variabler
Form, von hinter der Spiegelfläche
aus gesehen.
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Das
Bezugszeichen 1 stellt einen Spiegel von variabler Form
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar und das Bezugszeichen 2 stellt eine Haltebasis
dar, auf der piezoelektrische Elemente 4 und feste Bereiche 5 eingepasst
sind. Die Haltebasis 2 ist beispielsweise aus einem isolierenden
Keramikmaterial wie etwa Glas gebildet. Die Haltebasis 2 weist
in ihr ausgebildete Elektrodenlöcher 6 auf,
durch die eine Spannung zu den piezoelektrischen Elementen 4 geleitet
wird.
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Das
Bezugszeichen 3 stellt einen Spiegelbereich dar, der das
aus einer Lichtquelle emittierte Licht reflektiert. Der Spiegelbereich 3 ist
vorzugsweise aus einem Material gebildet, das starr bzw. steif ist und
das elektrisch leitend ist, so dass es eine Spannung zu den piezoelektrischen
Elementen 4 leiten kann. Beispiele eines solchen Materials
umfassen Silicium und Metalle wie etwa Aluminium und Eisen. Der
Spiegelbereich 3 kann aus einem isolierenden Material,
wie etwa Glas, gebildet sein, obwohl er dann keine elektrische Leitfähigkeit
bietet. In einem Fall, in dem der Spiegelbereich 3 aus
einem isolierenden Material, wie etwa Glas, gebildet ist, ist es notwendig,
auf der Seite des Spiegelbereichs 3 gegenüber seiner
Spiegelfläche
durch Dampfabscheidung von Gold oder dergleichen ein Elektrodenmuster
auszubilden oder eine Elektrode an der Seite des Spiegelbereichs 3 gegenüber seiner
Spiegelfläche einzupassen,
um eine elektrische Leitung zu den piezoelektrischen Elementen 4 zu
erhalten.
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Das
heißt,
wenn der Spiegelbereich 3 aus einem isolierenden Material
gebildet ist, ist er als ein Bauteil einschließlich eines (nicht dargestellten) Elektrodenbereichs
gebaut, das auf der Seite des Spiegelbereichs 3 gegenüber dessen
Spiegelfläche vorgesehen
ist, und dies lässt
die piezoelektrischen Elemente 4 arbeiten. Der Spiegelbereich 3 kann
aus einem einzigen Material gebildet sein. Alternativ ist es auch
möglich,
einen Basisbereich des Spiegelbereichs 3 mit Silicium zu
bilden und dann seine Oberseite zu beschichten, indem ein Überzug aus
Aluminium oder dergleichen zur Bildung einer Spiegelfläche gelegt
wird. Es ist auch möglich,
mehrere Schichten auf dem Basisbereich auszubilden.
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Wie
in den 1B und 1C gezeigt
ist, weist der Spiegelbereich 3 auf seiner Seite gegenüber der
Spiegelfläche
Vorsprünge 3a auf,
die in denjenigen Teilen ausgebildet sind, wo der Spiegelbereich 3 mit
den piezoelektrischen Elementen 4 in Kontakt kommt. Diese
Vorsprünge 3a werden
beispielsweise in einem Fall, in dem der Spiegelbereich 3 aus
Silicium besteht, durch Trockenätzen,
wie nachstehend beschrieben, ausgebildet. Die Vorsprünge 3a können auch
durch einen beliebigen anderen Vorgang als Trockenätzen ausgebildet
werden.
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Zunächst wird
auf der Oberfläche
einer Siliciumscheibe lichtempfindliches Harz als Photolack aufgetragen.
Dann wird zur Bildung eines Maskenmusters auf der Siliciumscheibe,
auf der der Photolack aufgetragen wurde, eine Belichtung durchgeführt. Als
nächstes
wird durch die Entwicklung der andere Teil als jener, wo die Vorsprünge ausgebildet werden
sollen, zur Bildung eines Lackmusters entfernt. Dann wird das Silicium
in dem anderen Teil als jenem, der mit dem Lack maskiert ist, mit
einem Ätzgas,
wie etwa Chlor, geätzt.
Dann wird der die Maske bildende Lack entfernt, um eine Siliciumscheibe
mit den darauf ausgebildeten gewünschten
Vorsprüngen zu
erhalten.
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Wenn
die Vorsprungshöhe 3b der
auf der Seite des Spiegelbereichs 3 gegenüber der
Spiegelfläche
ausgebildeten Vorsprünge 3a klein
ist, können die
Vorsprünge 3a dabei
versagen, in Kontakt mit den piezoelektrischen Elementen 4 zu
kommen, wenn sich die piezoelektrischen Elemente 4 zusammenziehen.
Um dies zu verhindern, wird die Vorsprungshöhe 3b so eingestellt,
dass die Vorsprünge 3a ebenso viel
verschoben werden, wie sich die piezoelektrischen Elemente 4 zusammenziehen.
Die Größe, mit der
die Projektionen 3a auf der Seite gegenüber der Spiegelfläche ausgebildet
werden, wird nur durch die Größe der Komponenten
wie dem Spiegelbereich 3 selbst beschränkt; d. h. solange die Vorsprünge 3a in Kontakt
mit den piezoelektrischen Elementen 4 kommen können, können sie
größer oder
kleiner als die oberen Flächen
der in 1B gezeigten piezoelektrischen
Elemente 4 ausgebildet werden. In dieser Ausführungsform,
die in 1C gezeigt ist, sind die Vorsprünge 3a rechteckig;
sie können
jedoch eine beliebige andere Form, zum Beispiel kreisförmig, erhalten.
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Wie
in 1A gezeigt ist, sind die piezoelektrischen Elemente 4 zwischen
der Haltebasis 2 und dem Spiegelbereich 3 sandwichartig
eingeschlossen und vier davon sind symmetrisch in kreuzförmigen Richtungen
angeordnet. Außerdem
sind, wie beispielsweise in 1B gezeigt,
die piezoelektrischen Elemente 4 durch die an den Bodenflächen der
piezoelektrischen Elemente 4 ausgebildeten Elektrodenlöcher 6 mit
einzelnen (nicht gezeigten) Elektroden verbunden. Die oberen Flächen der
piezoelektrischen Elemente 4 kommen in Kontakt mit den
Vorsprüngen 3a,
die auch als gemeinsame Elektrode dienen, des Spiegelbereichs 3,
und dies erlaubt es den piezoelektrischen Elementen 4,
sich auszudehnen und zusammenzuziehen. In einem Fall, in dem, wie
vorstehend beschrieben, der Spiegelbereich 3 aus einem
isolierenden Material gebildet ist, wird eine Elektrodenschicht
auf dessen Seite gegenüber
der Spiegelseite dampfabgeschieden, um auf dem Spiegelbereich 3 eine
Elektrodenschicht vorzusehen, und diese Elektrode wird als gemeinsame
Elektrode eingesetzt.
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Die
piezoelektrischen Elemente 4 sind aus einer piezoelektrischen
Keramik, wie zum Beispiel PZT (Blei(II)titanatzirconat, Pb(ZrxTi1-x)) oder einem piezoelektrischen
Polymer, wie zum Beispiel Polyvinylidenfluorid, ausgebildet. Von
diesen wird ein piezoelektrisches Keramikmaterial wegen seiner hohen mechanischen
Festigkeit bevorzugt.
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In
dieser Ausführungsform
sind die piezoelektrischen Elemente 4 von rechteckiger
Säulenform, diese
können
jedoch eine beliebige andere Form erhalten, beispielsweise eine
Kreis-Säulenform,
oder sie können
feiner an ihren Enden ausgebildet sein, an denen sie mit dem Spiegelbereich 3 in
Kontakt kommen. Es kann eine beliebige Anzahl von piezoelektrischen
Elementen 4 in beliebiger anderer Anordnung, als in dieser
Ausführungsform
spezifisch beschrieben ist, bereitgestellt sein. Um jedoch die Form der
Spiegelfläche
des Spiegelbereichs 3 gleichmäßig an verschiedenen Positionen
zu verändern,
wird es bevorzugt, dass mehrere piezoelektrische Elemente 4 symmetrisch
vorgesehen sind; wenn die Größe des Spiegelbereichs 3 und
andere Faktoren berücksichtig
werden, wird es bevorzugt, dass vier piezoelektrische Elemente 4 symmetrisch
in kreuzförmigen
Richtungen angeordnet sind. In einem Fall, in dem mehrere piezoelektrische
Elemente 4 vorgesehen sind, wird es bevorzugt, die Höhen der
piezoelektrischen Elemente einzeln einzustellen, um eine Deformation auf
der Spiegelfläche
des Spiegelbereichs 3 zu verhindern. Um die Form der Spiegelfläche korrekter
Zu verändern,
wird es bevorzugt, dass die piezoelektrischen Elemente 4 symmetrisch
in kreuzförmigen Richtungen
um eine Achse angeordnet sind, die durch die Mitte der Spiegelfläche des
Spiegelbereichs 3 hindurchgeht, wie in einer Draufsicht
zu sehen ist.
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Das
Bezugszeichen 5 stellt feste Bereiche dar. Wie in den 1A und 1B gezeigt
ist, sind die festen Bereiche 5 sandwichartig zwischen
der Haltebasis 2 und dem Spiegelbereich 3 eingeschlossen
und sind außerhalb
der piezoelektrischen Elemente 4 positioniert, die symmetrisch
in kreuzförmigen
Richtungen angeordnet sind. Die festen Bereiche 5 sind
an ihren oberen Flächen
mit dem Spiegelbereich 3 verbunden. In dieser Ausführungsform
sind die festen Bereiche 5 separat von der Haltebasis 2; alternativ
können
die Haltebasis 2 und die festen Bereiche 5 einstückig ausgebildet
sein oder können
im Umfang der Aufgaben der vorliegenden Erfindung beliebige andere
Formen erhalten oder anderweitig modifiziert werden. Es wird bevorzugt,
dass die Höhen
der einzelnen festen Bereiche 5 gleich gemacht werden,
um eine Deformation auf der Spiegelfläche des Spiegelbereichs 3 zu
verhindern, und es wird auch bevorzugt, dass die Beziehung zwischen
den Höhen
der festen Bereiche 5 und der piezoelektrischen Elemente 4 so
eingestellt wird, dass sie keine Deformation erzeugt.
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In
dieser Ausführungsform,
wie in den 1A bis 1C gezeigt
ist, erhält
der Spiegel 1 von variabler Form insgesamt die Form eines
rechteckigen Parallelepipeds; seine Form ist jedoch nicht auf diese
besondere Form beschränkt,
sondern kann im Umfang der Aufgaben der vorliegenden Erfindung modifiziert
werden. Beispielsweise können
die Haltebasis 2, der Spiegelbereich 3 oder beliebige
andere Komponenten kreisförmig
ausgebildet sein und die Haltebasis 2 kann größer als
der Spiegelbereich 3 ausgebildet sein.
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Nun
wird die Betätigung
des Spiegels 1 von variabler Form, der wie vorstehend beschrieben strukturiert
ist, unter Bezugnahme auf die 2A, 2B und 2C beschrieben.
Wenn beispielsweise die piezoelektrischen Elemente 4 betrieben werden,
verändert
der Spiegel 1 von variabler Form seine Form, wie in den 2A bis 2C gezeigt ist.
Die 2A bis 2C sind
Schnittansichten des Spiegels 1 von variabler Form längs der
in 1A gezeigten Linie a-a.
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2A zeigt
einen Zustand, in dem keine Spannung an den piezoelektrischen Elementen 4 angelegt
ist. Der Spiegelbereich 3 erfährt eine Kraft von den piezoelektrischen
Elementen 4 und wird dadurch gebogen. Wenn eine Spannung
an die piezoelektrischen Ele mente 4 angelegt wird, dehnen
sie sich aus oder ziehen sich zusammen. 2B zeigt
einen Zustand, in dem sich die piezoelektrischen Elemente 4 zusammengezogen
haben. Wenn sich die piezoelektrischen Elemente 4 zusammenziehen,
neigt der Spiegelbereich 3, da er nicht von Anfang an gebogen ist,
dazu, durch seine Gegenkraft die in 2B gezeigte
Form aus der in 2A gezeigten Form wiederherzustellen.
Wenn die Vorsprungshöhe 3b (siehe 1B)
des Spiegelbereichs 3 so eingestellt ist, dass die Vorsprünge 3a ebenso
viel verschoben werden, wie die piezoelektrischen Elemente 4 sich
zusammenziehen, bleiben keine Lücken
zwischen den piezoelektrischen Elementen 4 und dem Spiegel 1 von
variabler Form, selbst wenn sich die piezoelektrischen Elemente 4 zusammengezogen
haben, und somit bleibt die elektrische Leitung zu den piezoelektrischen
Elementen 4 erhalten. 2C zeigt
einen Zustand, in dem die piezoelektrischen Elemente 4 sich
ausgedehnt haben. Auf diese Weise gestattet der Spiegel 1 von
variabler Form, dass die Form der Spiegelfläche des Spiegelbereichs 3 über den
maximalen Umfang hinweg verändert
wird, in dem die piezoelektrischen Elemente 4 sich ausdehnen
und zusammenziehen können.
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Wie
sich die einzelnen piezoelektrischen Elemente 4 ausdehnen
oder zusammenziehen, kann auf eine beliebige andere Weise als derjenigen,
die hier spezifisch beschrieben ist, kombiniert werden. Beispielsweise
kann in den 2A bis 2C eines der
linksseitigen und rechtsseitigen piezoelektrischen Elemente 4 zum
Ausdehnen gebracht werden, während
das andere zum Zusammenziehen gebracht wird. Selbst in diesem und ähnlichen
Fällen wird
die elektrische Leitung zu den piezoelektrischen Elementen 4 aufrechterhalten.
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Als
nächstes
wird der Spiegel von variabler Form einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Mit Ausnahme der Struktur
des Spiegelbereichs 3 weist der Spiegel von vari abler Form
der zweiten Ausführungsform
dieselbe Struktur wie der Spiegel von variabler Form der ersten
Ausführungsform
auf und daher wird keine überschneidende
Beschreibung wiederholt. In der folgenden Beschreibung sind solche
Komponenten, wie sie auch in der ersten Ausführungsform zu finden sind, mit
gemeinsamen Bezugszeichen identifiziert.
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3 ist
eine Schnittansicht des Spiegels 1 von variabler Form längs der
in 1A gezeigten Linie a-a. Der Spiegelbereich 3 ist
als Spiegel mit konkaver Oberfläche
mit einer konkaven Spiegelfläche gebaut.
In anderer Hinsicht ist der Spiegelbereich 3 auf dieselbe
Weise strukturiert wie in der ersten Ausführungsform und daher erfolgt
zu ihm keine weitere Beschreibung.
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Der
Spiegelbereich 3 mit konkaver Fläche wird ausgebildet, indem
beispielsweise Materialien mit verschiedenen Wärmekontraktionskoeffizienten zusammengelegt
werden. Insbesondere sei ein Fall betrachtet, bei dem der Spiegelbereich 3 mit
einem Basisbereich und einem darauf aufgebauten Spiegelflächenbereich
gebaut ist. Beispielsweise ist der Basisbereich aus Silicium ausgebildet
und dann wird bei hoher Temperatur Aluminium dampfabgeschieden oder
der Spiegelflächenbereich
wird auf andere Weise ausgebildet. Wenn diese abgekühlt sind,
wird ein Spiegel mit konkaver Fläche
erhalten, da das Aluminium einen höheren Wärmekontraktionskoeffizienten aufweist.
Der Spiegelbereich 3 kann anstatt mit zwei Schichten mit
drei oder mehr Schichten gebaut werden. Der Grad der Konkavität 3c des
Spiegelbereichs 3 wird in Relation zu den piezoelektrischen
Elementen 4 bestimmt. Insbesondere ist der Grad der Konkavität 3c so
eingestellt, dass die Teile des Spiegelbereichs 3, wo er
in Kontakt mit den piezoelektrischen Elementen 4 kommt,
ebenso viel verschoben werden, wie sich die auf der Haltebasis 2 angeordneten
piezoelektrischen Elemente 4 zusammenziehen.
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Nun
wird die Betätigung
des Spiegels 1 von variabler Form, der mit dem vorstehend
beschriebenen Spiegelbereich 3 gebaut ist, unter Bezugnahme auf
die 4A, 4B und 4C beschrieben. Wenn
beispielsweise die piezoelektrischen Elemente 4 betrieben
werden, verändert
der Spiegel 1 von variabler Form seine Form, wie in den 4A bis 4C gezeigt
ist. Die 4A bis 4C sind Schnittansichten
des Spiegels 1 von variabler Form längs der in 1A gezeigten
Linie a-a.
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4A zeigt
einen Zustand, in dem keine Spannung an den piezoelektrischen Elementen 4 angelegt
ist. Der Spiegelbereich 3 erfährt eine Kraft von den piezoelektrischen
Elementen 4 und wird dadurch in einer Flachplattenform
gehalten. Wenn eine Spannung an die piezoelektrischen Elemente 4 angelegt wird,
ziehen sie sich zusammen. 4B zeigt
einen Zustand, in dem sich die piezoelektrischen Elemente 4 zusammengezogen
haben. Wenn sich die piezoelektrischen Elemente 4 zusammenziehen,
neigt der Spiegelbereich 3, da er anfangs konvex ist, dazu, durch
seine Gegenkraft die in 4B gezeigte
Form aus der in 4A gezeigten Form wiederherzustellen.
Wenn der Grad der Konkavität 3c so
eingestellt ist, dass die Teile des Spiegelbereichs 3,
wo er in Kontakt mit den piezoelektrischen Elementen 4 kommt,
ebenso viel verschoben werden, wie sich die piezoelektrischen Elemente 4 zusammenziehen, bleiben
somit keine Lücken
zwischen den piezoelektrischen Elementen 4 und dem Spiegelbereich 3 zurück, selbst
wenn sich die piezoelektrischen Elemente 4 zusammengezogen
haben, und somit wird die elektrische Leitung zu den piezoelektrischen
Elementen 4 aufrechterhalten. 4C zeigt
einen Zustand, in dem die piezoelektrischen Elemente 4 sich ausgedehnt
haben. Auf diese Weise gestattet der Spiegel 1 von variabler
Form, dass die Form der Spiegelfläche des Spiegelbereichs 3 über den maximalen
Umfang hinweg verändert
wird, in dem die piezoelektrischen Elemente 4 sich ausdehnen
und zusammenziehen können.
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Wie
sich die einzelnen piezoelektrischen Elemente 4 ausdehnen
oder zusammenziehen, kann auf beliebige andere Weise als hier spezifisch
beschrieben kombiniert werden. Beispielsweise kann in den 4A bis 4C eines
der linksseitigen und rechtsseitigen piezoelektrischen Elemente 4 zum Ausdehnen
gebracht werden, während
das andere zum Zusammenziehen gebracht wird. Selbst in diesem und ähnlichen
Fällen
wird die elektrische Leitung zu den piezoelektrischen Elementen 4 aufrechterhalten.
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Als
nächstes
wird der Spiegel variabler Form einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird
keine Beschreibung wiederholt, die sich mit jener der ersten und
zweiten Ausführungsform überschneidet.
In der folgenden Beschreibung werden solche Komponenten, die auch
in der ersten oder zweiten Ausführungsform
zu finden sind, mit gemeinsamen Bezugszeichen identifiziert.
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5 ist
eine Schnittansicht des Spiegels 1 von variabler Form längs der
in 1A gezeigten Linie a-a. In der dritten Ausführungsform
ist der Spiegelbereich 3 in der Form einer flachen Platte
ausgebildet und die piezoelektrischen Elemente 4 erhalten eine
größere Höhe als die
festen Bereiche 5. Da der Spiegelbereich 3 flachplattenförmig ist,
muss den piezoelektrischen Elementen 4 in diesem Fall eine
gleiche Höhe
gegeben werden. In anderer Hinsicht sind der Spiegelbereich 3 und
die piezoelektrischen Elemente 4 auf dieselbe Weise wie
in der ersten Ausführungsform
strukturiert und daher erfolgt keine weitere Beschreibung darüber.
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Nun
wird die Betätigung
des Spiegels 1 von variabler Form, der wie vorstehend beschrieben strukturiert
ist, unter Bezugnahme auf die 6A, 6B und 6C beschrieben.
Wenn beispielsweise die piezoelektrischen Elemente 4 betrieben werden,
verändert
der Spiegel 1 von variabler Form seine Form, wie in den 6A bis 6C gezeigt ist.
Die 6A bis 6C sind
Schnittansichten des Spiegels 1 von variabler Form längs der
in 1A gezeigten Linie a-a.
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6A zeigt
einen Zustand, in dem keine Spannung an den piezoelektrischen Elementen 4 angelegt
ist. Da die piezoelektrischen Elemente 4 länger als
die festen Bereiche 5 sind, ist der Spiegelbereich 3 verformt.
Wenn eine Spannung an die piezoelektrischen Elemente 4 angelegt
wird, ziehen sie sich zusammen. 6B zeigt
einen Zustand, in dem sich die piezoelektrischen Elemente 4 zusammengezogen
haben. Wenn sich die piezoelektrischen Elemente 4 zusammenziehen,
neigt der Spiegelbereich 3, da er ursprünglich flachplattenförmig ist,
dazu, durch seine Gegenkraft die in 6B gezeigte
Form aus der in 6A gezeigten Form wiederherzustellen.
Wenn somit die Differenz zwischen der Höhe der piezoelektrischen Elemente 4 und
jener der festen Bereiche 5 länger eingestellt ist als der
Abstand, über den
sich die piezoelektrischen Elemente 4 zusammenziehen, bleiben
keine Lücken
zwischen den piezoelektrischen Elementen 4 und dem Spiegelbereich 3 zurück, selbst
wenn sich die piezoelektrischen Elemente 4 zusammengezogen
haben, und die elektrische Leitung zu den piezoelektrischen Elementen 4 wird
aufrechterhalten. 6C zeigt einen Zustand, in dem
die piezoelektrischen Elemente 4 sich ausgedehnt haben.
Auf diese Weise gestattet der Spiegel 1 von variabler Form,
dass die Form der Spiegelfläche des
Spiegelbereichs 3 über
den maximalen Umfang hinweg verändert
wird, in dem die piezoelektrischen Elemente 4 sich ausdehnen
und zusammenziehen können.
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Wie
sich die einzelnen piezoelektrischen Elemente 4 ausdehnen
oder zusammenziehen, kann auf beliebige andere Weise als hier spezifisch
beschrieben kombiniert werden. Beispielsweise kann in den 6A bis 6C eines
der linksseitigen und rechtsseitigen piezoelektrischen Elemente 4 zum Ausdehnen
gebracht werden, während
das andere zum Zusammenziehen gebracht wird. Selbst in diesem und ähnlichen
Fällen
wird die elektrische Leitung zu den piezoelektrischen Elementen 4 aufrechterhalten.
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Als
nächstes
wird als weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine optische Abnehmervorrichtung 11 beschrieben,
die einen Spiegel von variabler Form gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet. Die optische Abnehmervorrichtung 11, die den
Spiegel 1 von variabler Form gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweist, umfasst ein optisches System, das beispielsweise wie in 7 gezeigt
konstruiert ist. Das optische System der optischen Abnehmervorrichtung 11 kann
auf eine beliebige andere Weise im Umfang der Aufgaben der vorliegenden
Erfindung konstruiert sein.
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Der
in 7 gezeigte Spiegel 1 von variabler Form
ist mit einem Halbleiterlaser 12, einer Kollimatorlinse 13,
einem Strahlteiler 14, einem Spiegel 1 von variabler
Form gemäß der vorliegenden
Erfindung, einer Viertelwellenplatte 15, einer Objektivlinse 16,
einer Kondensatorlinse 18 und einem Photodetektor 19 versehen.
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Das
aus dem Halbleiterlaser 12 emittierte Laserlicht wird durch
die Kollimatorlinse 13 in einen Parallelstrahl umgewandelt.
Dieser Parallelstrahl wird durch den Strahlteiler 14 geschickt,
dann wird sein Polarisationszustand durch die Viertelwellenplatte 15 geändert, dann
wird er von dem Spiegel 1 von variabler Form reflektiert
und danach durch die Objektivlinse 16 komprimiert, so dass
er auf eine optische Scheibe 17 fokussiert wird. Das von
der optischen Scheibe 17 reflektierte Laserlicht geht durch
die Objektivlinse 16 hindurch, wird dann durch den Spiegel 1 von
variabler Form reflektiert, geht dann durch die Viertelwellenplatte 15 hindurch,
wird danach durch den Strahlteiler 14 reflektiert und dann
durch die Kondensatorlinse 18 komprimiert, so dass es zum
Photodetektor 19 gelenkt wird.
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In
dieser Ausführungsform
funktioniert der Spiegel 1 von variabler Form einerseits
als konventionell verwendeter Erhöhungsspiegel. Andererseits wird
in diesem optischen System, beispielsweise, wenn die optische Scheibe 17 relativ
zur optischen Achse des Laserlichts kippt, wie zuvor beschrieben ein
Koma-Abbildungsfehler erzeugt. Zur Korrektur dieses Koma-Abbildungsfehlers
wird die Form der Spiegelfläche
des Spiegels 1 von variabler Form verändert; d. h. der Spiegel 1 von
variabler Form dient auch zur Korrektur von Abbildungsfehlern. Insbesondere
führt eine
(nicht gezeigte) Steuerungsvorrichtung, die in der optischen Abnehmervorrichtung 11 vorgesehen
ist, dem Spiegel 1 von variabler Form ein Signal auf der
Grundlage des von dem Photodetektor 19 erhaltenen Signals
zu, wenn eine Korrektur von Wellenfront-Abbildungsfehlern, wie etwa
ein Koma-Abbildungsfehler, notwendig ist, um ihn anzuweisen, die
Form des Spiegelbereichs 3 zu verändern, um die Abbildungsfehler
zu korrigieren.
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Mit
einem Spiegel 1 von variabler Form gemäß der vorliegenden Erfindung
entwickelt die Spiegelfläche
keine lokale Deformation, wenn die Form der Spiegelfläche verändert wird.
Somit bietet der Spiegelbereich 3 einen Form-Variationsumfang,
der dem Umfang der Ausdehnung und Kontraktion der piezoelektrischen
Elemente entspricht. Dies ermöglicht es,
Abbildungsfehler richtig zu korrigieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind bei einem Spiegel von variabler Form, der die Form
seiner Spiegelfläche
verändert,
die pie zoelektrischen Elemente nicht mit dem Spiegelbereich verbunden. Somit
entwickelt die Spiegelfläche
aufgrund dessen, dass die piezoelektrischen Elemente und der Spiegelbereich
miteinander verbunden sind, keine lokale Deformation, selbst wenn
sich die piezoelektrischen Elemente zusammenziehen.
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Des
Weiteren erhält
der Spiegelbereich einen charakteristische Form und die piezoelektrischen
Elemente erhalten eine charakteristische Größe, obwohl die piezoelektrischen
Elementen nicht mit dem Spiegelbereich verbunden sind. Somit ist
es möglich,
den Kontakt zwischen dem Spiegelbereich und den piezoelektrischen
Elementen aufrechtzuerhalten, selbst wenn sich die piezoelektrischen
Elemente zusammenziehen, und dadurch die elektrische Leitung zu
den piezoelektrischen Elementen zu bewahren. Auf diese Weise kann
ein Spiegelform-Variationsumfang erhalten werden, der mit jenem
vergleichbar ist, der erhalten wird, wenn der Spiegelbereich und
die piezoelektrischen Elemente miteinander verbunden sind.
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Mit
einer optischen Abnehmervorrichtung, die einen Spiegel von variabler
Form gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet, ist es möglich,
eine lokale Deformation bei der Spiegelfläche des Spiegels von variabler
Form zu verhindern und einen weiten Spiegelform-Variationsumfang zu erzielen, während eine
Deformation verhindert wird. Somit ist es möglich, Abbildungsfehler in
einem weiten Umfang sicher zu korrigieren.