JP4098792B2 - Mirror device - Google Patents
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Description
本発明は、反射板の角度や位置を大きく可変するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for greatly changing the angle and position of a reflector.
例えば可変波長光源や光フィルタ等の光学装置では、ミラーの角度や位置を可変し、光の出射方向や光路長を可変するミラー装置が用いられている。
上記のようなミラー装置のうち、小型で精密性が要求される場合、半導体製造に用いる基板に対するエッチング処理により精密に且つ小型に形成した、所謂MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)構造のものが用いられている。
For example, in an optical device such as a variable wavelength light source or an optical filter, a mirror device that changes the angle and position of the mirror and changes the light emission direction and the optical path length is used.
Of the mirror devices described above, when a small size and high precision are required, a so-called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) structure that is precisely and smallly formed by etching a substrate used for semiconductor manufacturing is used. ing.
図13は、MEMS技術で構成されたミラー回動型のミラー装置(所謂光スキャナ)1の基本的な構造を示すものである。 FIG. 13 shows a basic structure of a mirror rotation type mirror device (so-called optical scanner) 1 constructed by the MEMS technology.
このミラー装置1は、矩形枠状の固定部2の内側に、捩れ変形自在な軸部3、4を介して反射板5を回動自在に支持しており、電界や磁界による力F、F′を反射板5の両端に交互に付与し、反射板5を回動させる。
This
このような構造のミラー装置1では、半導体基板に対するエッチング処理により薄く且つ小型に形成されているため、高速動作が可能となる。
Since the
ところが、上記のように薄型に形成されたミラー装置1の反射板5に対して直接力を加えると、反射板5自体に歪みが発生し、所望の反射特性が得られない場合がある。
However, when a force is directly applied to the reflecting
これを解決する技術として、反射板5に直接力を加えずに、軸部3、4に対して捩れ方向に力を与えることで、反射板5を間接的に回動駆動する方法が知られている。
As a technique for solving this, there is known a method of indirectly rotating and driving the reflecting
図14に示すミラー装置10は、上記間接駆動型の一例であり、矩形平板状の支持板11の一面側両端にピエゾ素子12、13をそれぞれ設け、各ピエゾ素子12、13上に、可動板14、15をそれぞれ支持している。
A
各可動板14、15は、外形コの字状で左右対称に形成され、基部14a、15aと、基部の両端から平行に延びた腕部14b、14c、15b、15cとを有し、互いの腕部の先端同士を近接させた状態で各ピエゾ素子12、13にそれぞれ支持されており、駆動信号に対するピエゾ素子12、13の厚さ方向の変形により、前後方向(支持板11の厚さ方向)に往復移動する。
Each of the
可動板14、15の内側中央には矩形状の反射板16が第1軸17および第2軸18を介して支持されている。
A rectangular reflecting
第1軸17は、反射板16の上縁中央から上方に直線状に延びて左右に分岐し、その一方が可動板14の腕部14bの先端に連結され、他方が可動板15の腕部15bの先端に連結されている。また、第2軸18は、反射板16の下縁中央から下方に直線状に延びて左右に分岐し、その一方が可動板14の腕部14cの先端に連結され、他方が可動板15の腕部15cの先端に連結されている。
The
この構造のミラー装置10では、例えば可動板14が支持板11側に移動すると、第1軸17および第2軸18が上方からみて時計回りに捩れ、反射板16が時計回りに回動し、逆に、可動板15が支持板11側に移動すると、第1軸17および第2軸18が上方からみて反時計回りに捩れ、反射板16が反時計回りに回動することになる。
In the
したがって、可動板14、15が交互に同一方向に移動するようにピエゾ素子12、13を駆動することで、反射板16を往復回動させることができる。
Therefore, the reflecting
なお、上記構造のミラー装置は例えば次の特許文献1に開示されている。
The mirror device having the above structure is disclosed in, for example, the following
しかしながら、上記構造のミラー装置10のように、ピエゾ素子12、13により、可動板14、15を支持板11に対して接近、離間するように移動させ、反射板16を回動させる構造では、反射板16に大きな振幅を与えることが困難であり、反射板16を広い角度範囲に回動させることができないという問題があった。また、2つの可動板14、15をそれぞれピエゾ素子12、13で支持する構造であるため、装置全体を薄く形成できないという別の問題もあった。
However, in the structure in which the
本発明は、この問題を解決し、反射板の角度や位置を大幅に可変でき、また、薄く形成できるミラー装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve this problem, and to provide a mirror device in which the angle and position of a reflecting plate can be greatly varied and can be formed thin.
前記目的を達成するために、本発明の請求項1のミラー装置は、
枠板状に形成された固定部(21)と、
基部(25a)および該基部の両端から該基部と直交する方向に延びた一対の腕部(25b、25c)とにより略コの字状に形成され、該一対の腕部を前記固定部の枠内の中央側に向けた状態で前記枠内の一端側に配置された第1駆動板(25)と、
前記第1駆動板の一方の腕部の外縁から前記固定部の内縁との間を連結し、その長さ方向に捩れ変形可能な第1駆動軸(26)と、
前記第1駆動板の他方の腕部の外縁から前記第1駆動軸と一直線上に並ぶように延びて前記固定部の内縁との間を連結し、その長さ方向に捩れ変形可能に形成され、前記第1駆動軸とともに前記固定部の枠内で前記第1駆動板を回動自在に支持する第2駆動軸(27)と、
基部(30a)および該基部の両端から該基部と直交する方向に延びた一対の腕部(30b、30c)とにより略コの字状に形成され、該一対の腕部を前記固定部の枠内の中央部に向けた状態で前記枠内の他端側に配置された第2駆動板(30)と、
前記第2駆動板の一方の腕部の外縁から前記固定部の内縁との間を連結し、その長さ方向に捩れ変形可能な第3駆動軸(31)と、
前記第2駆動板の他方の腕部の外縁から前記第3駆動軸と一直線上に並ぶように延びて前記固定部の内縁との間を連結し、その長さ方向に捩れ変形可能に形成され、前記第3駆動軸とともに前記固定部の枠内で前記第2駆動板を回動自在に支持する第4駆動軸(32)と、
前記固定部の枠内で且つ前記第1駆動板および第2駆動板とで囲まれた領域のほぼ中央に配置され、光を反射するための反射面が少なくとも一面側に形成された反射板(35)と、
前記第1駆動板の一方の腕部に近い前記反射板の外縁と該第1駆動板の一方の腕部の先端との間を連結し、その長さ方向に沿った捩れ変形を含み弾性変形自在な第1支持軸(36)と、
前記第1駆動板の他方の腕部に近い前記反射板の外縁と該第1駆動板の他方の腕部の先端との間を連結し、その長さ方向に沿った捩れ変形を含み弾性変形自在な第2支持軸(37)と、
前記第2駆動板の一方の腕部に近い前記反射板の外縁と該第2駆動板の一方の腕部の先端との間を連結し、その長さ方向に沿った捩れ変形を含み弾性変形自在な第3支持軸(38)と、
前記第2駆動板の他方の腕部に近い前記反射板の外縁と該第2駆動板の他方の腕部の先端との間を連結し、その長さ方向に沿った捩れ変形を含み弾性変形自在な第4支持軸(39)と、
前記第1駆動板の基部および第2駆動板の基部に力を付与して前記第1駆動板および第2駆動板を回動させ、前記反射板の角度または位置を変化させる駆動手段(22、23、40)とを備えている。
In order to achieve the above object, the mirror device according to
A fixing portion (21) formed in a frame plate shape;
The base portion (25a) and a pair of arm portions (25b, 25c) extending in a direction orthogonal to the base portion from both ends of the base portion are formed in a substantially U-shape, and the pair of arm portions are formed into a frame of the fixing portion. A first drive plate (25) arranged on one end side in the frame in a state directed toward the center side inside,
A first drive shaft (26) that connects between an outer edge of one arm portion of the first drive plate and an inner edge of the fixed portion, and is capable of being twisted and deformed in the length direction thereof;
The first drive plate extends from the outer edge of the other arm portion so as to be aligned with the first drive shaft, connects the inner edge of the fixed portion, and is formed to be able to be twisted and deformed in the length direction thereof. A second drive shaft (27) for rotatably supporting the first drive plate within the frame of the fixed portion together with the first drive shaft;
The base portion (30a) and a pair of arm portions (30b, 30c) extending in a direction orthogonal to the base portion from both ends of the base portion are formed in a substantially U-shape, and the pair of arm portions is formed into a frame of the fixing portion. A second drive plate (30) disposed on the other end side in the frame in a state of being directed toward the center of the inside,
A third drive shaft (31) that connects between an outer edge of one arm portion of the second drive plate and an inner edge of the fixed portion, and is capable of being twisted and deformed in the length direction thereof;
The second drive plate extends from the outer edge of the other arm of the second drive plate so as to be aligned with the third drive shaft, and is connected to the inner edge of the fixed portion so that it can be twisted and deformed in the length direction. A fourth drive shaft (32) for rotatably supporting the second drive plate within the frame of the fixed portion together with the third drive shaft;
A reflecting plate (disposed in the frame of the fixed portion and at substantially the center of the region surrounded by the first driving plate and the second driving plate) and having a reflecting surface for reflecting light formed on at least one surface side ( 35)
The outer edge of the reflection plate close to one arm portion of the first drive plate is connected to the tip of one arm portion of the first drive plate, and elastic deformation including torsional deformation along the length direction thereof. A free first support shaft (36);
The outer edge of the reflection plate close to the other arm portion of the first drive plate is connected to the tip of the other arm portion of the first drive plate, and elastic deformation including torsional deformation along its length direction A free second support shaft (37);
The outer edge of the reflection plate near one arm portion of the second drive plate is connected to the tip of the one arm portion of the second drive plate, and includes elastic deformation including torsional deformation along the length direction thereof. A free third support shaft (38);
The outer edge of the reflection plate close to the other arm portion of the second drive plate is connected to the tip of the other arm portion of the second drive plate, and includes elastic deformation including torsional deformation along the length direction thereof. A free fourth support shaft (39);
Driving means (22, for applying a force to the base of the first drive plate and the base of the second drive plate to rotate the first drive plate and the second drive plate to change the angle or position of the reflection plate) 23, 40).
また、本発明の請求項2のミラー装置は、請求項1記載のミラー装置において、
前記駆動手段は、
前記固定部に設けられ、前記第1駆動板の基部との間に静電的な引力を生じさせるための電圧を印加するための第1電極(22)と、
前記固定部に設けられ、前記第2駆動板の基部との間に静電的な引力を生じさせるための電圧を印加するための第2電極(23)と、
前記第1電極および第2電極に電圧を与えて前記第1駆動板および第2駆動板を回動させる駆動信号発生器(40)とを含んでいることを特徴としている。
The mirror device according to claim 2 of the present invention is the mirror device according to
The driving means includes
A first electrode (22) provided on the fixed part and for applying a voltage for generating an electrostatic attractive force between the fixed part and the base of the first drive plate;
A second electrode (23) for applying a voltage for generating an electrostatic attraction between the fixed portion and the base of the second drive plate;
And a drive signal generator (40) for applying a voltage to the first electrode and the second electrode to rotate the first drive plate and the second drive plate.
また、本発明の請求項3のミラー装置は、請求項2記載のミラー装置において、
絶縁層(101)を第1導電層(102)と第2導電層(103)とで挟む3層構造の一枚のSOI基板(100)に対するエッチング処理により一体的に形成されたミラー装置であって、
前記固定部は、前記絶縁層を第1導電層と第2導電層とで挟む3層構造を有し、
前記第1電極および第2電極は、前記SOI基板の導電層に対するエッチング処理で形成されたギャップ(24)により前記固定部から絶縁されて形成されていることを特徴としている。
The mirror device according to
A mirror device integrally formed by etching a single SOI substrate (100) having a three-layer structure in which an insulating layer (101) is sandwiched between a first conductive layer (102) and a second conductive layer (103). And
The fixing portion has a three-layer structure in which the insulating layer is sandwiched between a first conductive layer and a second conductive layer,
The first electrode and the second electrode are formed so as to be insulated from the fixed portion by a gap (24) formed by etching the conductive layer of the SOI substrate.
また、本発明の請求項4のミラー装置は、請求項3記載のミラー装置において、
前記第1電極と第2電極は前記SOI基板の一方の導電層に形成されていることを特徴としている。
The mirror device according to claim 4 of the present invention is the mirror device according to
The first electrode and the second electrode are formed in one conductive layer of the SOI substrate.
また、本発明の請求項5のミラー装置は、請求項3記載のミラー装置において、
前記第1電極は前記SOI基板の一方の導電層に形成され、第2電極は前記SOI基板の他方の導電層に形成されていることを特徴としている。
The mirror device according to
The first electrode is formed on one conductive layer of the SOI substrate, and the second electrode is formed on the other conductive layer of the SOI substrate.
上記のように、本発明のミラー装置は、固定部の枠内の両端に設けた第1駆動板および第2駆動板の回動駆動により、反射板の第1駆動板寄りの位置および第2駆動板寄りの位置が固定部の表面から突出する方向あるいは引っ込む方向に変化して、反射板の角度あるいは位置が変化する構造であるため、その角度や位置を大きく可変することができる。 As described above, according to the mirror device of the present invention, the first driving plate and the second driving plate provided at both ends in the frame of the fixed portion are driven to rotate and the second driving plate is positioned closer to the first driving plate. Since the position near the drive plate changes in the direction protruding from the surface of the fixed portion or in the retracting direction and the angle or position of the reflection plate changes, the angle and position can be varied greatly.
また、絶縁層を第1導電層と第2導電層とで挟む3層構造のSOI基板により形成された固定部の導電層に対するエッチング処理で形成されたギャップにより、駆動手段を構成する第1電極と第2電極とを固定部から絶縁して形成したものでは、一枚の既成のSOI基板に対する簡単なエッチング処理によりミラー装置全体を構成することができ、少ない工程および材料で低コストに且つ薄型に製造できる。 The first electrode constituting the driving means is formed by a gap formed by etching the conductive layer of the fixed portion formed of the three-layer SOI substrate sandwiching the insulating layer between the first conductive layer and the second conductive layer. And the second electrode are insulated from the fixed portion, the entire mirror device can be formed by a simple etching process on a single existing SOI substrate, and it is low-cost and thin with fewer processes and materials. Can be manufactured.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1、図2は、本発明を適用したミラー装置20の構成を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show a configuration of a
これらの図に示しているように、ミラー装置20は、例えばSiO2の絶縁層101を厚さが等しく高い導電性を有するシリコン(Si)の第1導電層102と第2導電層103とで挟む3層構造のSOI基板100に対するエッチング処理により一体的に形成されたものである。
As shown in these figures, the
固定部21は、上記した絶縁層101、第1導電層102および第2導電層103からなる3層構造を有し、上板21a、下板21b、側板21c、21dにより矩形枠状に形成されている。
The fixing
固定部21の側板21c、21dの一面側の第1導電層102部分には、櫛型の第1電極22、第2電極23が左右対称に設けられている。
Comb-shaped
第1電極22および第2電極23は、エッチング処理により形成されたギャップ24、24により固定部21の第1導電層部分と絶縁されている。
The
第1電極22には、固定部21の枠の内側へ向かって延びた複数の突起22aが所定間隔で設けられ、第2電極23にも、固定部21の枠の内側へ向かって延びた複数の突起23aが所定間隔で設けられている。
The
固定部21の枠内には、略コの字状に形成され左右対称の第1駆動板25と第2駆動板30とが配置され、第1駆動板25と第2駆動板30の間に反射板35が配置されている。
A
第1駆動板25は、固定部21の側板21cに沿って延びた帯状の基部25a、基部25aの両端から基部25aと直交する方向(固定部21の上板21a、下板21bにそれぞれ沿った方向)に延びた一対の腕部25b、25cとにより略コの字状に形成されており、一対の腕部25b、25cを固定部21の枠内の中央に向けた状態で固定部21の枠内の左側に配置されている。
The
また、基部25aの外縁には、第1電極22の複数の突起22aの隙間にそれぞれの先端部が進入するように延びた複数本の突起25dが平行に設けられている。
In addition, a plurality of
第1駆動板25の腕部25bの上縁と固定部21の上板21aの内縁と間は、長さ方向に捩れ変形可能に細く形成された第1駆動軸26によって連結されている。また、第1駆動板25の腕部25cの下縁と固定部21の下板21bとの間は、長さ方向に捩れ変形可能に細く形成された第2駆動軸27によって連結されている。
The upper edge of the
第1駆動軸26と第2駆動軸27は、固定部21の側板21c、21dと平行で且つ互いに一直線上に並ぶ位置に設けられており、固定部21の内側で第1駆動板25を回動自在に支持している。
The
第2駆動板30は、第1駆動板25と左右対称に形成され、固定部21の側板21dに沿って延びた帯状の基部30a、基部30aの両端から基部30aと直交する方向(固定部21の上板21a、下板21bにそれぞれ沿った方向)に延びた一対の腕部30b、30cとにより略コの字状に形成されており、一対の腕部30b、30cを固定部21の枠内の中央に向けた状態で固定部21の枠内の右側に配置されている。
The
また、基部30aの外縁には、第2電極23の複数の突起23aの隙間にそれぞれの先端部が進入するように延びた複数本の突起30dが平行に設けられている。
In addition, a plurality of
第2駆動板30の腕部30bの上縁と固定部21の上板21aの内縁と間は、長さ方向に捩れ変形可能に細く形成された第3駆動軸31によって連結されている。また、第2駆動板30の腕部30cの下縁と固定部21の下板21bとの間は、長さ方向に捩れ変形可能に細く形成された第4駆動軸32によって連結されている。
The upper edge of the
第3駆動軸31と第4駆動軸32は、固定部21の側板21c、21dと平行で且つ互いに一直線上に並ぶ位置に設けられており、固定部21の枠内で第2駆動板30を回動自在に支持している。
The
反射板35は、外形が横長矩形で、第1駆動板25と第2駆動板30とで囲まれた矩形の領域の中央に配置されている。反射板35の両面または一方の面には光を反射するための反射面が形成されている。
The
反射板35の外縁のうち、第1駆動板25の上側の腕部25bに近い位置と、第1駆動板25の上側の腕部25bの先端との間は、その長さ方向に沿った捩れ変形を含む弾性変形可能に細く且つS字に形成された第1支持軸36を介して連結され、反射板35の外縁のうち、第1駆動板25の下側の腕部25cに近い位置と、第1駆動板25の下側の腕部25bの先端との間も、第1支持軸36と同一形状の第2支持軸37を介して連結されている。
Between the position of the outer edge of the reflecting
また、反射板35の外縁のうち、第2駆動板30の上側の腕部30bに近い位置と、第2駆動板30の上側の腕部30bの先端との間は、第1支持軸36と左右対称な第3支持軸38を介して連結され、反射板35の外縁のうち、第2駆動板30の下側の腕部30cに近い位置と、第2駆動板30の下側の腕部30bの先端との間は、第2支持軸37と左右対称な第4支持軸39を介して連結されている。
Further, between the outer edge of the reflecting
なお、図2に示しているように、上記した各駆動板25、30、各駆動軸26、27、31、32、反射板35および各支持軸36〜39は、前記SOI基板100の第2導電層103により形成されており、非駆動状態(静止状態)において、各駆動板25、30の突起25d、30dと、各電極22、23の突起22a、23aとは厚さ方向にずれている。
As shown in FIG. 2, the
このため、各電極22、23と各駆動板25、30との間に電圧を印加すると、突起間の生じる静電的な吸引力により、各駆動板25、30はその突起25d、30dの厚さ中心が電極22、23の突起22a、23aの厚さ中心に一致する方向に回動することになる。
For this reason, when a voltage is applied between the
固定部21の裏面(第2導電層部分)の任意の点、第1電極22および第2電極23は駆動信号発生器40に接続されている。
Arbitrary points on the back surface (second conductive layer portion) of the fixing
駆動信号発生器40は、第1電極22および第2電極23とともにこの実施形態の駆動手段を構成するものであり、固定部21の第2導電層部分を基準電位として、第1電極22および第2電極23に対して駆動信号S1、S2を与え、反射板35の位置あるいは角度を所望状態にする。
The
ここで、反射板35に対する駆動形態は位置可変と角度可変とがある。
位置可変の場合には、基本的に各電極22、23に駆動信号S1、S2を直流の同一電圧Vに設定する。
Here, the driving mode for the reflecting
In the case of variable position, the drive signals S1, S2 are basically set to the same DC voltage V for the
この場合、図3の(a)のように、第1駆動板25は電圧Vに対応した力を受け、駆動軸26、27を中心にして反時計回りに回動し、第2駆動板30も同じ大きさの力を受け、駆動軸31、32を中心にして時計回りに回動する。
In this case, as shown in FIG. 3A, the
第1駆動板25が反時計回りに回動すると、その腕部25b、25cの先端は、図3において上方へ移動し、腕部25b、25cの先端と第1支持軸36、第2支持軸37を介して連結されている反射板35の左部も図3において上方に移動する。
When the
同様に、第2駆動板30が時計回りに回動すると、その腕部30b、30cの先端は、図3において上方へ移動し、腕部30b、30cの先端と第3支持軸38、第4支持39を介して連結されている反射板35の右部も図3において上方に移動する。
Similarly, when the
上記したように、このミラー装置20は左右対称構造であるので、反射板35は固定部21の表面に平行な状態を維持したまま図3において上方へ平行移動することになり、各駆動板25、30の回動力と、各駆動軸26、27、31、32および各支持軸36〜39の変形に対する復帰力とが釣り合った位置で静止することになる。
As described above, since the
各駆動板25、30の回動力は電圧Vの大きさ(絶対値)に依存しているから、印加電圧をより高くすれば、図3の(b)のように、反射板35の位置をさらに上方に移動させることができる。
Since the rotational force of each
このように、各電極22、23に印加する電圧の絶対値が等しい状態でその値を可変することで、反射板35を固定部21に対して平行状態のまま所定範囲内で任意の位置に設定することができる。
In this way, by varying the value of the voltage applied to the
なお、機構的に不平衡要因がある場合、上記のように同一電圧を印加しても反射板35が固定部21に対して角度をもつ場合があるが、その場合には、印加電圧に僅かに差を与えて平行状態に補正すればよい。
When there is a mechanical imbalance factor, the
また、反射板35の位置を連続的に且つ周期的に可変する場合には、例えば図4に示すように時間経過に伴って電圧が単調変化する三角波(正弦波でもよい)の信号を前記駆動信号S1、S2として第1電極22、第2電極23に同相供給すればよい。
Further, when the position of the
一方、角度可変の場合、基本的に駆動信号S1、S2の電圧を異なる値に設定する。
例えばS1=V、S2=0とすると、図5の(a)のように、第1駆動板25は直流電圧Vに対応した力を受けて反時計回りに回動するが、第2駆動板30は第2電極23からの力を受けない。
On the other hand, when the angle is variable, the voltages of the drive signals S1 and S2 are basically set to different values.
For example, if S1 = V and S2 = 0, as shown in FIG. 5A, the
したがって、第1駆動板25の反時計回りに回動により、反射板35の左部が図5において上方に移動する。このとき、反射板35の左部に連結されている第1支持軸36、第2支持軸37は反時計回りに捩れ、その復帰力により反射板35の右部を上方に移動させる方向、即ち、第2駆動板30を時計回りに回動させる方向に働くが、第2駆動板30を支持している第3駆動軸31および第4駆動軸32は各支軸軸36〜39より太く、支持軸の復帰力ではほとんど回動しない。
Therefore, the left portion of the reflecting
したがって、反射板35の右部の位置も非駆動時とほぼ変わらず、左部のみが大きく上方に移動した状態、即ち時計回りに回動した状態で静止することになる。
Therefore, the position of the right part of the reflecting
逆に、S1=0、S2=Vの場合には、図5の(b)のように、第2駆動板30は直流電圧Vに対応した力を受けて時計回りに回動するが、第1駆動板25は第1電極22からの力を受けない。
Conversely, when S1 = 0 and S2 = V, the
したがって、第2駆動板30の時計回りに回動により反射板35の右部が上方に移動し、左部の位置は前記同様にほとんど変化しないため、反射板35は反時計回りに回動した状態で静止することになる。
Accordingly, the right portion of the reflecting
よって、例えば電極22、23に対して印加する駆動信号S1、S2の直流電圧の絶対値およびその大小関係を可変することにより、固定部21に対する反射板35の角度を所定範囲内で任意に設定することができる。
Therefore, for example, by changing the absolute value of the DC voltage of the drive signals S1 and S2 applied to the
また、反射板35の角度を連続的に且つ周期的に可変する場合には、例えば図6の(a)、(b)に示すように最大電圧Vの矩形波の駆動信号S1と、これを反転した駆動信号S2とをそれぞれ第1電極22、第2電極23に供給すればよい。
When the angle of the
また、上記位置設定と角度設定とを併用することで、例えば図7に示すように、反射板35から遠く離れた点Oを中心にして反射板35を回動させて任意の角度で停止させることができる。この動作モードは、半導体レーザ、回折格子とともにリトロー型の外部共振式可変波長光源を形成するミラー装置に適用できる。
Further, by using the position setting and the angle setting together, for example, as shown in FIG. 7, the reflecting
このような実施形態のミラー装置20は、反射板35の両端にそれぞれ弾性変形可能な各支持軸36〜39を介して連結された第1駆動板25と第2駆動板30とを回動駆動することで、反射板35の位置または角度を変化させているので、反射板35の移動距離や角度を格段に大きくすることができる。
The
次に、上記ミラー装置20の製造方法の一例について説明する。
始めに、図8の(a)のように、SOI基板100の第1導電層102の表面のうち、固定部21、第1電極22、第2電極23の形成部分に、マスク201をフォトリソグラフィ技術により形成してから、図8の(b)のように、ICP−RIE装置でマスク201に覆われていない第1導電層部分をエッチング除去する。
Next, an example of a method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 8A, a
次に、第1導電層102側のマスク201を除去して、図8の(c)のように、SOI基板100の裏面側、即ち、第2導電層103の表面の固定部21、各駆動板25、30、各駆動軸26、27、31、32、反射板35、各支持軸36〜39の形成部分にマスク202を形成してから、図8の(d)のように、マスク202に覆われていない第2導電層部分をエッチング除去する。
Next, the
最後に、フッ酸(FH)を用いて図8の(e)のように、絶縁層101のうち、ギャップ24の部分を除いて表面に露出している不要部分を除去することで、前記構成のミラー装置20が完成する。
Finally, by using hydrofluoric acid (FH), as shown in FIG. 8E, the unnecessary portion exposed on the surface of the insulating
このように、上記実施形態のミラー装置20は、一枚の既成のSOI基板100に対する簡単なエッチング処理により構成することができ、少ない工程および材料で低コストに且つ薄型に製造できる。
As described above, the
なお、前記実施形態では、反射板35の移動距離や回動角を大きくするために、各支持軸36〜39をS字状に形成し、変形の余裕度を大きくしていたが、移動距離や回動角を微小変化させる場合には、図9のように各支持軸36〜39を直線に形成してもよい。
In the above embodiment, the
また、前記実施形態では、第1駆動板25および第2駆動板30を第2導電層103のみで形成していたが、第1駆動板25および第2駆動板30を、絶縁層101、第1導電層102および第2導電層103からなる3層構造で形成してもよい。ただし、各支持軸36〜39は弾性変形しやすいように一方の導電層で薄く形成することが望ましい。
In the above embodiment, the
また、前記実施形態では、第1電極22と第2電極23を同一面(同一導電層)に設けていたが、反射板35の角度のみを可変する場合には、図10、図11に示すミラー装置20′のように、第1電極22を一方の導電層(第1導電層)側に設け、第2電極2をギャップ24を含めて他方の導電層(第2導電層)側に設けるとともに、各駆動板25、30の基部25a、30aを3層構造とし、第1駆動板25には前記同様に第2導電層側に突起25dを形成し、第2駆動板30には第1導電層側に突起30dを形成する。
Moreover, in the said embodiment, although the
このミラー装置20′の場合、両電極22、23に同一電圧の駆動信号S1、S2を与えることで、図12のように、第1駆動板25と第2駆動板30とを反時計回りに回動させることができ、これにより反射板35を時計回りに大きく回動させることができる。ただしこの場合、原理的に反射板35を反時計回りに回動させた状態で静止させることはできない。
In the case of this mirror device 20 ', by applying drive signals S1, S2 of the same voltage to both
20、20′……ミラー装置、21……固定部、22……第1電極、23……第2電極、24……ギャップ、25……第1駆動板、26……第1駆動軸、27……第2駆動軸、30……第2駆動板、31……第3駆動軸、32……第4駆動軸、35……反射板、36……第1支持軸、37……第2支持軸、38……第3支持軸、39……第4支持軸、40……駆動信号発生器
20, 20 '... mirror device, 21 ... fixed part, 22 ... first electrode, 23 ... second electrode, 24 ... gap, 25 ... first drive plate, 26 ... first drive shaft, 27 …… Second drive shaft, 30 …… Second drive plate, 31 …… Third drive shaft, 32 …… Fourth drive shaft, 35 …… Reflector plate, 36 …… First support shaft, 37 …… First 2
Claims (5)
基部(25a)および該基部の両端から該基部と直交する方向に延びた一対の腕部(25b、25c)とにより略コの字状に形成され、該一対の腕部を前記固定部の枠内の中央側に向けた状態で前記枠内の一端側に配置された第1駆動板(25)と、
前記第1駆動板の一方の腕部の外縁から前記固定部の内縁との間を連結し、その長さ方向に捩れ変形可能な第1駆動軸(26)と、
前記第1駆動板の他方の腕部の外縁から前記第1駆動軸と一直線上に並ぶように延びて前記固定部の内縁との間を連結し、その長さ方向に捩れ変形可能に形成され、前記第1駆動軸とともに前記固定部の枠内で前記第1駆動板を回動自在に支持する第2駆動軸(27)と、
基部(30a)および該基部の両端から該基部と直交する方向に延びた一対の腕部(30b、30c)とにより略コの字状に形成され、該一対の腕部を前記固定部の枠内の中央部に向けた状態で前記枠内の他端側に配置された第2駆動板(30)と、
前記第2駆動板の一方の腕部の外縁から前記固定部の内縁との間を連結し、その長さ方向に捩れ変形可能な第3駆動軸(31)と、
前記第2駆動板の他方の腕部の外縁から前記第3駆動軸と一直線上に並ぶように延びて前記固定部の内縁との間を連結し、その長さ方向に捩れ変形可能に形成され、前記第3駆動軸とともに前記固定部の枠内で前記第2駆動板を回動自在に支持する第4駆動軸(32)と、
前記固定部の枠内で且つ前記第1駆動板および第2駆動板とで囲まれた領域のほぼ中央に配置され、光を反射するための反射面が少なくとも一面側に形成された反射板(35)と、
前記第1駆動板の一方の腕部に近い前記反射板の外縁と該第1駆動板の一方の腕部の先端との間を連結し、その長さ方向に沿った捩れ変形を含み弾性変形自在な第1支持軸(36)と、
前記第1駆動板の他方の腕部に近い前記反射板の外縁と該第1駆動板の他方の腕部の先端との間を連結し、その長さ方向に沿った捩れ変形を含み弾性変形自在な第2支持軸(37)と、
前記第2駆動板の一方の腕部に近い前記反射板の外縁と該第2駆動板の一方の腕部の先端との間を連結し、その長さ方向に沿った捩れ変形を含み弾性変形自在な第3支持軸(38)と、
前記第2駆動板の他方の腕部に近い前記反射板の外縁と該第2駆動板の他方の腕部の先端との間を連結し、その長さ方向に沿った捩れ変形を含み弾性変形自在な第4支持軸(39)と、
前記第1駆動板の基部および第2駆動板の基部に力を付与して前記第1駆動板および第2駆動板を回動させ、前記反射板の角度または位置を変化させる駆動手段(22、23、40)とを備えたミラー装置。 A fixing portion (21) formed in a frame plate shape;
The base portion (25a) and a pair of arm portions (25b, 25c) extending in a direction orthogonal to the base portion from both ends of the base portion are formed in a substantially U-shape, and the pair of arm portions are formed into a frame of the fixing portion. A first drive plate (25) arranged on one end side in the frame in a state directed toward the center side inside,
A first drive shaft (26) that connects between an outer edge of one arm portion of the first drive plate and an inner edge of the fixed portion, and is capable of being twisted and deformed in the length direction thereof;
The first drive plate extends from the outer edge of the other arm portion so as to be aligned with the first drive shaft, connects the inner edge of the fixed portion, and is formed to be able to be twisted and deformed in the length direction thereof. A second drive shaft (27) for rotatably supporting the first drive plate within the frame of the fixed portion together with the first drive shaft;
The base portion (30a) and a pair of arm portions (30b, 30c) extending in a direction orthogonal to the base portion from both ends of the base portion are formed in a substantially U-shape, and the pair of arm portions is formed into a frame of the fixing portion. A second drive plate (30) disposed on the other end side in the frame in a state of being directed toward the center of the inside,
A third drive shaft (31) that connects between an outer edge of one arm portion of the second drive plate and an inner edge of the fixed portion, and is capable of being twisted and deformed in the length direction thereof;
The second drive plate extends from the outer edge of the other arm of the second drive plate so as to be aligned with the third drive shaft, and is connected to the inner edge of the fixed portion so that it can be twisted and deformed in the length direction. A fourth drive shaft (32) for rotatably supporting the second drive plate within the frame of the fixed portion together with the third drive shaft;
A reflecting plate (disposed in the frame of the fixed portion and at substantially the center of the region surrounded by the first driving plate and the second driving plate) and having a reflecting surface for reflecting light formed on at least one surface side ( 35)
The outer edge of the reflection plate close to one arm portion of the first drive plate is connected to the tip of one arm portion of the first drive plate, and elastic deformation including torsional deformation along the length direction thereof. A free first support shaft (36);
The outer edge of the reflection plate close to the other arm portion of the first drive plate is connected to the tip of the other arm portion of the first drive plate, and elastic deformation including torsional deformation along its length direction A free second support shaft (37);
The outer edge of the reflection plate near one arm portion of the second drive plate is connected to the tip of the one arm portion of the second drive plate, and includes elastic deformation including torsional deformation along the length direction thereof. A free third support shaft (38);
The outer edge of the reflection plate close to the other arm portion of the second drive plate is connected to the tip of the other arm portion of the second drive plate, and includes elastic deformation including torsional deformation along the length direction thereof. A free fourth support shaft (39);
Driving means (22, for applying a force to the base of the first drive plate and the base of the second drive plate to rotate the first drive plate and the second drive plate to change the angle or position of the reflection plate) 23, 40).
前記固定部に設けられ、前記第1駆動板の基部との間に静電的な引力を生じさせるための電圧を印加するための第1電極(22)と、
前記固定部に設けられ、前記第2駆動板の基部との間に静電的な引力を生じさせるための電圧を印加するための第2電極(23)と、
前記第1電極および第2電極に電圧を与えて前記第1駆動板および第2駆動板を回動させる駆動信号発生器(40)とを含んでいることを特徴とする請求項1記載のミラー装置。 The driving means includes
A first electrode (22) provided on the fixed part and for applying a voltage for generating an electrostatic attractive force between the fixed part and the base of the first drive plate;
A second electrode (23) for applying a voltage for generating an electrostatic attraction between the fixed portion and the base of the second drive plate;
The mirror according to claim 1, further comprising a drive signal generator (40) for applying a voltage to the first electrode and the second electrode to rotate the first drive plate and the second drive plate. apparatus.
前記固定部は、前記絶縁層を第1導電層と第2導電層とで挟む3層構造を有し、
前記第1電極および第2電極は、前記SOI基板の導電層に対するエッチング処理で形成されたギャップ(24)により前記固定部から絶縁されて形成されていることを特徴とする請求項2記載のミラー装置。 A mirror device integrally formed by etching a single SOI substrate (100) having a three-layer structure in which an insulating layer (101) is sandwiched between a first conductive layer (102) and a second conductive layer (103). And
The fixing portion has a three-layer structure in which the insulating layer is sandwiched between a first conductive layer and a second conductive layer,
3. The mirror according to claim 2, wherein the first electrode and the second electrode are formed to be insulated from the fixed portion by a gap (24) formed by etching the conductive layer of the SOI substrate. apparatus.
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