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Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung zum Abtasten bzw. Scannen mit einem optischen Strahl.
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Im Laufe der letzten Jahre sind verschiedene Arten von optischen Abtastvorrichtungen vorgeschlagen worden, auf die MEMS-(microelectromechanical systems oder mikroelektromechanische Systeme)-Technologien angewandt werden, um eine physikalische Größe der optischen Abtastvorrichtung zu verringern. Gemäß solch einer herkömmlichen Vorrichtung wird ein Reflexionsabschnitt zum Reflektieren eines Lichtstrahls mittels eines piezoelektrischen Ansteuerabschnitts versetzt, um ein Abtasten mit dem Lichtstrahl zu realisieren. So offenbart beispielsweise die
JP 2008-040240 einen piezoelektrischen Ansteuerabschnitt mit einer balgartigen Struktur, der verwendet wird, um einen Schwingungswinkel eines Reflexionsabschnitts zu vergrößern.
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Da der piezoelektrische Ansteuerabschnitt aus dem Stand der Technik die balgartige Struktur aufweist und somit eine Gesamtlänge einer optischen Abtastvorrichtung zunimmt, verringert sich eine minimale Resonanzfrequenz. Wenn die minimale Resonanzfrequenz niedrig ist, kann die optische Abtastvorrichtung durch eine Störvibration (wie beispielsweise eine Fahrzeugvibration) nachteilig beeinflusst werden.
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Die vorliegende Erfindung ist angesichts des obigen Problems geschaffen worden, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Abtastvorrichtung bereitzustellen, gemäß der eine minimale Resonanzfrequenz auch dann nicht abnimmt, wenn ein Schwingungswinkel eines Reflexionsabschnitts vergrößert wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist eine optische Abtastvorrichtung 1 einen Reflexionsabschnitt 3 mit einer Reflexionsoberfläche 19 zum Reflektieren eines Lichtstrahls auf. Die Vorrichtung 1 weist ferner ein Paar von Außenbalkenelementen 7 auf, die entlang einer ersten Achse 18 jeweils an beiden Längsseiten des Reflexionsabschnitts 3 gebildet sind. Die erste Achse 18 führt durch eine Mitte des Reflexionsabschnitts 3. Die Vorrichtung 1 weist ferner einen Haltekörper 5 zum Halten des Reflexionsabschnitts 3 über das Paar von Außenbalkenelementen 7 auf. Die Vorrichtung 1 weist einen ersten Ansteuerabschnitt 9 auf, von dem ein Ende 9C mit dem Haltekörper 5 und das andere Ende 9D mit einem Ansteuerpunkt 3A des Reflexionsabschnitts 3 verbunden ist. Wenn der erste Ansteuerabschnitt 9 gebeugt wird, wird der Ansteuerpunkt 3A des Reflexionsabschnitts 3 entsprechend versetzt, um den Reflexionsabschnitt 3 in einer Drehschwingungsweise an der ersten Achse 18 in Schwingung zu versetzen. Der Ansteuerpunkt 3A des Reflexionsabschnitts 3 befindet sich an einer Position getrennt von der ersten Achse 18.
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Gemäß der obigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Reflexionsabschnitt 3 durch den Haltekörper 5 über das Paar von Außenbalkenelementen 7 und den ersten Ansteuerabschnitt 9 gehalten. Dies führt dazu, dass eine Steifigkeit des Reflexionsabschnitts 3 insgesamt erhöht wird und eine minimale Resonanzfrequenz des Reflexionsabschnitts 3 zunimmt. Gemäß der obigen Ausgestaltung ist es ferner möglich, den Schwingungswinkel des Reflexionsabschnitts 3 zu vergrößern.
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Die obige und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt/zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht zur Veranschaulichung einer Struktur einer optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie II-II in der 1;
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3 eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III in der 1;
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4 eine schematisch vergrößerte Draufsicht zur Veranschaulichung einer Struktur von relevanten Abschnitten um einen ersten Ansteuerabschnitt 9 der optischen Abtastvorrichtung 1;
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5 eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung eines Reflexionsabschnitts 3, der an einer ersten Achse 18 in Schwingung versetzt wird;
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6A und 6B schematische Abbildungen, die jeweils einen Innenumfangsabschnitt 13 zeigen, der an einer zweiten Achse 21 in Schwingung versetzt wird;
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7 eine schematische Draufsicht zur Veranschaulichung einer Struktur einer optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 eine schematische Draufsicht zur Veranschaulichung einer Struktur einer optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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9 eine schematische Draufsicht zur Veranschaulichung einer Struktur einer optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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10 eine schematische Draufsicht zur Veranschaulichung einer Struktur einer optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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11 eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie XI-XI in der 10.
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Die vorliegende Erfindung ist nachstehend anhand von mehreren Ausführungsformen beschrieben. Gleiche oder ähnliche Abschnitte und/oder Strukturen sind in allen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen versehen, um Redundanz in der Beschreibung zu vermeiden.
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(Erste Ausführungsform)
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Nachstehend ist eine Struktur einer optischen Abtastvorrichtung 1 unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben. Die optische Abtastvorrichtung 1 ist aus einem Reflexionsabschnitt 3, einem Haltekörper 5, einem Paar von Außenbalkenelementen 7, einem Paar von ersten Ansteuerabschnitten 9 und dergleichen aufgebaut.
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Der Reflexionsabschnitt 3 ist aus einem Außenumfangsabschnitt 11, einem Innenumfangsabschnitt 13, einem Paar von Innenbalkenelementen 15 und einem zweiten Ansteuerabschnitt 17 aufgebaut.
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Der Außenumfangsabschnitt 11 ist ein rechteckiger Rahmen, in dem der Innenumfangsabschnitt 13 in einer Scheibenform und der zweite Ansteuerabschnitt 17 angeordnet sind. Der Außenumfangsabschnitt 11 weist die Außenbalkenelemente 7 an seinen Außenseiten in einer Längsrichtung auf. Jeder der Außenbalkenelemente 7 ist ein balkenförmiges Element. Jedes der Außenbalkenelemente 7 ist auf einer geraden Linie angeordnet, die sich in der Längsrichtung erstreckt, wobei die gerade Linie durch eine Mitte des Innenumfangsabschnitts 13 führt. Nachstehend ist die gerade Linie auch als eine erste Achse 18 bezeichnet.
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Der Innenumfangsabschnitt 13 weist eine Reflexionsoberfläche 19 auf einer der Oberflächen des Innenumfangsabschnitts 13 auf. Die Reflexionsoberfläche 19 ist in einem gesamten Bereich der Oberfläche des Innenumfangsabschnitts 13 zum Reflektieren eines optischen Strahls gebildet. Die Reflexionsoberfläche 19 ist aus einem dünnen Film aus Aluminium mit einer Dicke von 0,2 μm gebildet. Der Innenumfangsabschnitt 13 weist, wie in den 2 und 3 gezeigt, eine Rippe entlang seines Außenumfangs auf. Die Dicke des Innenumfangsabschnitts 13 innerhalb der Rippe ist geringer als diejenige des Außenumfangsabschnitts 11.
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Das Paar von Innenbalkenelementen 15 verbindet den Innenumfangsabschnitt 13 mit dem Außenumfangsabschnitt 11, und zwar an beiden Seiten des Innenumfangsabschnitts 13, so dass der Innenumfangsabschnitt 13 in einer Drehschwingungsweise in Schwingung versetzt wird. Jedes der Innenbalkenelemente 15 ist ein balkenförmiges Element. Jedes der Innenbalkenelemente 15 befindet sich auf einer geraden Linie, die sich in einer Richtung (nachstehend als eine zweite Achse 21 bezeichnet) erstreckt, die senkrecht zur ersten Achse 18 verläuft, wobei die gerade Linie durch die Mitte des Innenumfangsabschnitts 13 führt. Eine Dicke der Außenbalkenelemente 7 sowie eine Dicke der Innenbalkenelemente 15 ist, wie in den 2 und 3 gezeigt, geringer als diejenige des Außenumfangsabschnitts 11 und eines Paares von Haltearmen 5A und 5B (nachstehend noch beschrieben).
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Der zweite Ansteuerabschnitt 17 ist aus vier Ansteuerelementen 23, 25, 27 und 29 aufgebaut, die jeweils über eine Flexionsdeformität verfügen. Jedes der Ansteuerelemente 23, 25, 27 und 29 weist die gleiche Struktur auf. Das Ansteuerelement 23 verbindet einen linken oberen Abschnitt des Außenumfangsabschnitts 11 mit einem linksseitigen Abschnitt des Innenbalkenelements 15 (nachstehend auch als ein oberseitiges Balkenelement 15 bezeichnet). Das Ansteuerelement 25 verbindet einen rechten oberen Abschnitt des Außenumfangsabschnitts 11 mit einem rechtsseitigen Abschnitt des oberseitigen Balkenelements 15. Das Ansteuerelement 27 verbindet einen rechten unteren Abschnitt des Außenumfangsabschnitts 11 mit einem rechtsseitigen Abschnitt des Innenbalkenelements 15 (nachstehend auch als ein unterseitiges Balkenelement 15 bezeichnet). Das Ansteuerelement 29 verbindet einen linken unteren Abschnitt des Außenumfangsabschnitts 11 mit einem linksseitigen Abschnitt des unterseitigen Balkenelements 15.
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In der obigen Beschreibung sind „links oben”, „rechts oben”, „links unten”, „rechts unten”, „oberseitig” und „unterseitig” einzig in Verbindung mit der 1 verwendet und dienen lediglich zur Vereinfachung der Beschreibung. In einer tatsächlichen Anwendung entsprechen das obige „links oben” und dergleichen nicht stets denjenigen einer tatsächlichen Vorrichtung.
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Jedes der Ansteuerelemente 23, 25, 27 und 29 ist, wie in 3 gezeigt, aus einem Substrat 31 in einer Plattenform und einem piezoelektrischen Dünnfilm 33, der auf einer Oberfläche des Substrats 31 gebildet ist, aufgebaut. Der piezoelektrische Dünnfilm 33 weist eine bekannte Struktur auf, die aus einer oberseitigen Elektrode 35, einem PZT-(piezoelektrisches Zirkonattitanat)-Film 37 mit einer Dicke von 3 μm und einer unterseitigen Elektrode 39 aufgebaut ist, wobei die Elektroden 35 und 39 und der PZT-Film 37 in einer vertikalen Richtung geschichtet angeordnet sind. Sowohl die oberseitige als auch die unterseitige Elektrode 35 und 39 ist aus einer Schichtstruktur gebildet, wobei ein Platin-(Pt)-Film mit einer Dicke von 0,2 μm und ein Titan-(Ti)-Film mit einer Dicke von 0,1 μm geschichtet angeordnet sind.
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Jedes der Ansteuerelemente 23, 25, 27 und 29 ist über Verdrahtungsabschnitte 41 elektrisch mit Anschlussabschnitten 43 verbunden. Jeder der Anschlussabschnitte 43 ist auf dem Haltekörper 5 gebildet. Jeder der Verdrahtungsabschnitte 41, der auf einem Verbindungsabschnitt 9A (nachstehend noch beschrieben) und einem Substrat 45 gebildet ist, ist mit dem Anschlussabschnitt 43 verbunden. Eine Dicke des zweiten Ansteuerabschnitts 17 ist, wie in 3 gezeigt, geringer als diejenige des Außenumfangsabschnitts 11.
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Der Haltekörper 5 ist ein rechteckiger Rahmen, in dem der Reflexionsabschnitt 3 und das Paar von ersten Ansteuerabschnitten 9 angeordnet sind. Der Haltekörper 5 weist die Haltearme 5A und 5B innerhalb des Haltekörpers 5 auf. Die Haltearme 5A und 5B sind an beiden Seiten des Reflexionsabschnitts 3 in der Längsrichtung angeordnet. In jedem der Außenbalkenelemente 7 ist ein Ende des Außenbalkenelements 7 mit dem Außenumfangsabschnitt 11 verbunden, während das andere Ende des Außenbalkenelements 7 mit dem jeweiligen Haltearm 5A oder 5B verbunden ist. Das Paar von Haltearmen 5A und 5B hält, wie vorstehend beschrieben, den Reflexionsabschnitt 3 über das Paar von Außenbalkenelementen 7.
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Jeder der ersten Ansteuerabschnitte 9 ist an jeder der Längsseiten des Reflexionsabschnitts 3 gebildet. Jeder der ersten Ansteuerabschnitte 9 weist die gleiche Struktur auf. Ein unterseitiges Ende 9C des ersten Ansteuerabschnitts 9 ist mit dem Haltekörper 5 verbunden, während ein oberseitiges Ende 9D mit dem Reflexionsabschnitt 3 verbunden ist. Genauer gesagt, das oberseitige Ende 9D weist den Verbindungsabschnitt 9A auf, der sich in Richtung des Reflexionsabschnitts 3 erstreckt, und ein vorderes Ende des Verbindungsabschnitts 9A ist mit einem oberseitigen Ende 3A des Reflexionsabschnitts 3 verbunden. Das oberseitige Ende 3A ist an einer Position (nachstehend der Ansteuerpunkt 3A) angeordnet, der in Richtung der zweiten Achse 21 von der ersten Achse 18 getrennt ist.
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Jeder der ersten Ansteuerabschnitte 9 ist aus dem Substrat 45 und zwei Sheets von piezoelektrischen Dünnfilmen 47 und 49, die auf dem s 45 gebildet sind, aufgebaut. Jeder der piezoelektrischen Dünnfilme 47 und 49 erstreckt sich vom unterseitigen Ende 9C zum oberseitigen Ende 9D. Eine Schichtstruktur der piezoelektrischen Dünnfilme 47 und 49 ist gleich derjenigen des piezoelektrischen Dünnfilms 33 des zweiten Ansteuerabschnitts 17. Ein konstanter Spalt bzw. Abstand ist zwischen den piezoelektrischen Dünnfilmen 47 und 49 in Richtung der ersten Achse 18 gebildet. Das Substrat 45 weist einen Schlitz 51 zwischen den piezoelektrischen Dünnfilmen 47 und 49 von jedem ersten Ansteuerabschnitt 9 auf. Jeder der Schlitze 51 erstreckt sich in der Richtung der zweiten Achse 21.
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Jeder der ersten Ansteuerabschnitte 9 verfügt durch Biegungen der piezoelektrischen Dünnfilme 47 und 49 über die Flexionsdeformität. Eine Richtung der Biegung ist eine Richtung senkrecht zum Blatt der 1, in dem das oberseitige Ende 9D angehoben und/oder gesenkt wird.
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In der 4 beschreibt ein Bezugszeichen 9B einen Abschnitt der piezoelektrischen Dünnfilme 47 und 49, der durch die Flexionsdeformität verformbar ist. Ein Mittelpunkt 52 eines solchen verformbaren Abschnitts 9B befindet sich auf der ersten Achse 18. Jeder der piezoelektrischen Dünnfilmen 47 und 49 ist über einen Verdrahtungsabschnitt 53 elektrisch mit dem Anschlussabschnitt 55 verbunden. Die Verdrahtungsabschnitte 53 und die Anschlussabschnitte 55 sind auf dem Haltekörper 5 gebildet.
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Die optische Abtastvorrichtung 1 kann beispielsweise wie folgt gefertigt werden.
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Zunächst wird ein SOI-(Silicon-on-Insulator oder Silizium-auf-Isolator)-Wafer vorbereitet. Der SOI-Wafer ist aus einer Trageschicht aus Si (Silizium) mit einer Dicke von 350 μm, einem Zwischenoxidfilm mit einer Dicke von 2 μm und einer aktiven Schicht aus Si (Silizium) mit einer Dicke von 10 μm aufgebaut, wobei diese Komponenten in dieser Reihenfolge geschichtet angeordnet sind.
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Der SOI-Wafer wird selektiv geätzt, um den Haltekörper 5 (einschließlich der Haltearme 5A und 5B), die Außenbalkenelemente 7, das Substrat 45, die Verbindungsabschnitte 9A, den Außenumfangsabschnitt 11, die Innenbalkenelemente 15 und den Innenumfangsabschnitt 13 (mit Ausnahme der Reflexionsoberfläche 19) zu bilden. Die obigen Abschnitte sind als eine Einheit, d. h. einstückig gebildet. In diesem Zustand weisen, wie in den 2 uns 3 gezeigt, sowohl der Haltekörper 5 als auch ein Teil des Innenumfangsabschnitts 13 als auch der Außenumfangsabschnitt 11 eine Trageschicht 201, eine Zwischenoxidschicht 203 und eine aktive Schicht 205 auf. Demgegenüber sind sowohl die Außenbalkenelemente 7 als auch das Substrat 45 als auch die Verbindungsabschnitte 9A als auch die Innenbalkenelemente 15 als auch ein verbleibender Teil des Innenumfangsabschnitts 13 aus der aktiven Schicht 205 aufgebaut, ohne jedoch die Trageschicht 201 und die Zwischenoxidschicht 203 aufzuweisen.
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Anschließend werden die Reflexionsoberfläche 19, die piezoelektrischen Dünnfilme 33, 47 und 49, die Verdrahtungsabschnitte 41 und 53, die Anschlussabschnitte 43 und 55 auf einer der Oberflächen des SOI-Wafers gebildet.
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Nachstehend ist ein Betrieb der optischen Abtastvorrichtung 1 unter Bezugnahme auf die 1, 5, 6A und 6B beschrieben. Eine erste Ansteuersignaleinheit 101 ist, wie in 1 gezeigt, mit jedem der Anschlussabschnitte 55 verbunden, zum Zuführen eines Ansteuersignals S1 von 60 kHz an jeden der Anschlussabschnitte 55. Anschließend werden, wie in 5 gezeigt, die piezoelektrischen Dünnfilme 47 und 49 des ersten Ansteuerabschnitts 9 durch das erste Ansteuersignal S1 gebeugt. Da das oberseitige Ende 3A (der Ansteuerpunkt 3A) des Reflexionsabschnitts 3 mit dem Verbindungsabschnitt 9A jedes Ansteuerabschnitts 9 verbunden ist, wird das oberseitige Ende 3A des Reflexionsabschnitts 3 durch die Beugung des ersten Ansteuerabschnitts 9 in der Richtung senkrecht zum Blatt der 1 (in einer Oben-Unten-Richtung in der 5) verformt.
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Dies führt dazu, dass der Reflexionsabschnitt 3 in einer Drehschwingungsweise um die Außenbalkenelemente 7 herum (d. h. um die erste Achse 18 herum) in Schwingung versetzt wird. Die Schwingung des Reflexionsabschnitts 3 ist eine nicht-resonante Schwingung.
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Eine zweite Ansteuersignaleinheit 103 ist direkt mit einem der Anschlussabschnitte 43 verbunden, während die zweite Ansteuersignaleinheit 103 über eine Phasenumkehrungsschaltung 105 mit dem anderen Anschlussabschnitt 43 verbunden ist. Dies führt dazu, dass ein zweites Ansteuersignal S2 von 30 kHz an einen der Anschlussabschnitte 43 gegeben wird, während ein drittes Ansteuersignal S3 von 30 kHz der umgekehrten Phase an den anderen Anschlussabschnitt 43 gegeben wird. Anschließend wird, wie in den 6A und 6B gezeigt, der zweite Ansteuerabschnitt 17 durch das zweite und dritte Ansteuersignal S2 und S3 gebeugt. Dies führt dazu, dass der Innenumfangsabschnitt 13 in einer Drehschwingungsweise um die Innenbalkenelemente 15 herum (d. h. um die zweite Achse 21 herum) in Schwingung versetzt wird. Die Schwingung des Innenumfangsabschnitts 13 ist eine Resonanzschwingung.
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Die auf dem Innenumfangsabschnitt 13 des Reflexionsabschnitts 3 gebildete Reflexionsoberfläche 19 kann, wie vorstehend beschrieben, in jeder der Richtungen um die erste Achse 18 und die zweite Achse 21 herum in Schwingung versetzt wird, so dass reflektiertes Licht, das an der Reflexionsoberfläche 19 reflektiert wird, zum Abtasten in zwei Dimensionen (zum zweidimensionalen Abtasten) verwendet werden kann.
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Die vorliegende Ausführungsform bringt die folgenden Vorteile hervor.
- (1) Der Reflexionsabschnitt 3 ist über die Außenbalkenelemente 7 und die ersten Ansteuerabschnitte 9 mit dem Haltekörper 5 verbunden. Folglich werden die Steifigkeit des Reflexionsabschnitts 3 insgesamt und eine minimale Resonanzfrequenz des Reflexionsabschnitts 3 erhöht.
- (2) Jeder der ersten Ansteuerabschnitte 9 weist zwei piezoelektrische Dünnfilme 47 und 49 auf. Und jeder der zwei Dünnfilme 47 und 49 wird in der gleichen Richtung gebeugt. Folglich kann ein Schwingungswinkel des Reflexionsabschnitts 3 vergrößert werden. Ferner wird, da der erste Ansteuerabschnitt 9 den Schlitz 51 zwischen den zwei piezoelektrischen Dünnfilmen 47 und 49 aufweist, der erste Ansteuerabschnitt 9 nicht einfach in solch einer Richtung gebeugt, die sich von einer gewünschten Richtung (d. h. der Richtung senkrecht zum Blatt der 1) unterscheidet. Dies führt dazu, dass der erste Ansteuerabschnitt 9 leichter in der gewünschten Richtung gebeugt wird und der Schwingungswinkel des Reflexionsabschnitts 3 somit weiter vergrößert werden kann.
- (3) Da sich der Mittelpunkt 52 des verformbaren Abschnitts 9B des ersten Ansteuerabschnitts 9 auf der ersten Achse 18 befindet, kommt ein Rotationszentrum des Reflexionsabschnitts 3, der durch den ersten Ansteuerabschnitt 9 in Schwingung versetzt wird, sehr viel näher zur ersten Achse 18. Dies führt dazu, dass eine Kraft zur Verformung der Außenbalkenelemente 7 in der Richtung senkrecht zum Blatt der 1 (die Richtung in der Oben-Unten-Richtung in der 5) und somit die auf die Außenbalkenelemente 7 aufgebrachte Belastung verringert werden können. Folglich kann verhindert werden, dass die Außenbalkenelemente 7 zerbrechen, und kann der Reflexionsabschnitt 3 problemlos bzw. gleichmäßig (smoothly) in Schwingung versetzt werden.
- (4) Bei der optischen Abtastvorrichtung 1 kann, zusätzlich zur Drehschwingung (twisting vibration) des Reflexionsabschnitts 3 bezüglich des Haltekörpers 5, der Innenumfangsabschnitt 13 ebenso bezüglich des Außenumfangsabschnitts 11 in der Drehschwingungsweise in Schwingung versetzt werden. Folglich kann das reflektierte Licht, dass durch die Reflexionsoberfläche 19 reflektiert wird, zum zweidimensionalen Abtasten verwendet werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine Struktur einer optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform (7) ist im Wesentlichen gleich derjenigen der ersten Ausführungsform. Nachstehend sind im Wesentlichen unterschiedliche Abschnitte beschrieben.
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Gleich der ersten Ausführungsform ist der Reflexionsabschnitt 3 aus dem Außenumfangsabschnitt 11, dem Innenumfangsabschnitt 13 und dem Paar von Innenbalkenelementen 15 aufgebaut. Der Reflexionsabschnitt 3 weist jedoch keine Struktur entsprechend dem zweiten Ansteuerabschnitt 17 der ersten Ausführungsform auf. Ferner weist die optische Abtastvorrichtung der zweiten Ausführungsform keine Struktur entsprechend den Verdrahtungsabschnitten 41 und den Anschlussabschnitten 43 auf. Die optische Abtastvorrichtung 1 kann mittels Prozessen gleich denjenigen der ersten Ausführungsform gefertigt werden.
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Nachstehend ist ein Betrieb der optischen Abtastvorrichtung 1 unter Bezugnahme auf die 5 und 7 beschrieben. Die erste Ansteuersignaleinheit 101 ist mit jedem der Anschlussabschnitte 55 verbunden, zum Zuführen des Ansteuersignals S1 von 60 kHz an jeden der Anschlussabschnitte 55. Anschließend werden, wie in 5 gezeigt, die piezoelektrischen Dünnfilme 47 und 49 des ersten Ansteuerabschnitts 9 durch das erste Ansteuersignal S1 gebeugt. Da das oberseitige Ende 3A (der Ansteuerpunkt 3A) des Reflexionsabschnitts 3 mit dem Verbindungsabschnitt 9A jedes Ansteuerabschnitts 9 verbunden ist, wird das oberseitige Ende 3A des Reflexionsabschnitts 3 durch die Beugung des ersten Ansteuerabschnitts 9 in der Richtung senkrecht zum Blatt der 7 (in der Oben-Unten-Richtung in der 5) verformt.
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Dies führt dazu, dass der Reflexionsabschnitt 3 in der Drehschwingungsweise um die Außenbalkenelemente 7 (d. h. um die erste Achse 18) in Schwingung versetzt wird. Die Schwingung des Reflexionsabschnitts 3 ist die nicht-resonante Schwingung.
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Ferner ist die zweite Ansteuersignaleinheit 103 direkt mit einem der Anschlussabschnitte 55 verbunden, während die zweite Ansteuersignaleinheit 103 über die Phasenumkehrungsschaltung 105 mit dem anderen Anschlussabschnitt 55 verbunden ist. Dies führt dazu, dass das zweite Ansteuersignal S2 von 30 kHz an einen der Anschlussabschnitte 55 gegeben wird, an dem das zweite Ansteuersignal S2 mit dem ersten Ansteuersignal S1 überlagert wird. Und das dritte Ansteuersignal S3 von 30 kHz der umgekehrten Phase wird an den anderen Anschlussabschnitt 55 gegeben, an dem das dritte Ansteuersignal S3 mit dem ersten Ansteuersignal S1 überlagert wird.
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Gemäß der obigen überlagernden Bereitstellung der Ansteuersignale S1, S2 und S3 wird jeder der ersten Ansteuerabschnitte 9 im Ansprechen auf das erste Ansteuersignal S1, wie vorstehend beschrieben, zunächst in der Richtung senkrecht zum Blatt der 7 (in der Oben-Unten-Richtung in der 5) verformt. Ferner wird einer der ersten Ansteuerabschnitte 9 (wie beispielsweise der rechtsseitige Ansteuerabschnitt) ferner in der Richtung senkrecht zum Blatt der 7 (in der Oben-Unten-Richtung in der 5) verformt, im Ansprechen auf das zweite Ansteuersignal 82 von 30 kHz, während der andere der ersten Ansteuerabschnitte 9 (wie beispielsweise der linksseitige Ansteuerabschnitt) ferner in der Richtung senkrecht zum Blatt der 7 (in der Oben-Unten-Richtung in der 5), jedoch in der Richtung entgegengesetzt zu derjenigen des rechtsseitigen Ansteuerabschnitts) verformt wird, im Ansprechen auf das dritte Ansteuersignal S3 von 30 kHz in der umgekehrten Phase.
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Der Innenumfangsabschnitt 13 und der Außenumfangsabschnitt 11 bilden ein torsionsgekoppeltes System mit einem Schwingungsmodus, in dem ein Schwingungswinkel der Drehschwingung für den Innenumfangsabschnitt 13 an der zweiten Achse 21 zunimmt, während ein Schwingungswinkel der Drehschwingung für den Außenumfangsabschnitt 11 an der zweiten Achse 21 abnimmt.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise ein Verhältnis des Schwingungswinkels für die Drehschwingung zwischen dem Schwingungswinkel für den Innenumfangsabschnitt 13 und dem Schwingungswinkel für den Außenumfangsabschnitt 11 auf ein Verhältnis von 10 (zehn) zu 1 (eins), d. h. 10:1 gesetzt, während eine Resonanzfrequenz für den obigen Schwingungsmodus auf 30 kHz gesetzt ist. Anschließend wird der obige Schwingungsmodus aktiviert, wenn das Ansteuersignal von 30 kHz an einen der ersten Ansteuerabschnitte 9 gegeben wird, während das Ansteuersignal von 30 kHz der umgekehrten Phase an den anderen der ersten Ansteuerabschnitte 9 gegeben wird. Dies führt dazu, dass die Schwingung des Innenumfangsabschnitts 13 im Wesentlichen resoniert wird.
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Die auf dem Innenumfangsabschnitt 13 des Reflexionsabschnitts 3 gebildete Reflexionsoberfläche 19 kann, wie vorstehend beschrieben, unabhängig an der ersten Achse 18 und an der zweiten Achse 21 in Schwingung versetzt werden. Folglich kann das reflektierte Licht, das von der Reflexionsoberfläche 19 reflektiert wird, zum zweidimensionalen Abtasten bzw. Scannen verwendet werden.
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Die zweite Ausführungsform bringt die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform hervor.
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Ferner kann die Struktur vereinfacht und eine Größe der optischen Abtastvorrichtung 1 verringert werden, da die optische Abtastvorrichtung der zweiten Ausführungsform nicht diejenigen Strukturen entsprechend dem zweiten Ansteuerabschnitt 17, den Verdrahtungsabschnitten 41 und den Anschlussabschnitten 43 der ersten Ausführungsform aufweist.
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(Dritte Ausführungsform)
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Eine Struktur einer optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform (8) ist ebenso im Wesentlichen gleich derjenigen der ersten Ausführungsform. Nachstehend sind im Wesentlichen unterschiedliche Abschnitte beschrieben.
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Der Reflexionsabschnitt 3 weist, wie in 8 gezeigt, keine Struktur entsprechend dem Außenumfangsabschnitt 11 und dem Innenumfangsabschnitt 13 der ersten Ausführungsform auf. Genauer gesagt, der Außenumfangsabschnitt 11 und der Innenumfangsabschnitt 13 sind nicht separat definiert, sondern als ein Abschnitt, d. h. einstückig definiert. Folglich weist der Reflexionsabschnitt 3 keine Struktur entsprechend den Innenbalkenelementen 15 auf. Die Reflexionsoberfläche 19 ist an einer Mitte des Reflexionsabschnitts 3 gebildet. Ferner sind der Verdrahtungsabschnitt 53 und der Anschlussabschnitt 55 gemeinsam auf dem Haltekörper 5 für die zwei Paar von ersten Ansteuerabschnitten 9 vorgesehen. Die optische Abtastvorrichtung 1 kann mittels der Prozesse gleich denjenigen der ersten Ausführungsform gefertigt werden.
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Nachstehend ist ein Betrieb der optischen Abtastvorrichtung 1 unter Bezugnahme auf die 5 und 8 beschrieben. Die erste Ansteuersignaleinheit 101 ist mit dem Anschlussabschnitt 55 verbunden, zum Zuführen des Ansteuersignals S1 von 60 kHz an den Anschlussabschnitt 55. Anschließend werden, wie in 5 gezeigt, die piezoelektrischen Dünnfilme 47 und 49 des ersten Ansteuerabschnitts 9 durch das erste Ansteuersignal S1 gebeugt. Da das oberseitige Ende 3A (der Ansteuerpunkt 3A) des Reflexionsabschnitts 3 mit dem Verbindungsabschnitt 9A des ersten Ansteuerabschnitts 9 verbunden ist, wird das oberseitige Ende 3A des Reflexionsabschnitts 3 durch die Beugung des ersten Ansteuerabschnitts 9 in der Richtung senkrecht zum Blatt der 8 (in der Oben-Unten-Richtung in der 5) verformt. Dies führt dazu, dass der Reflexionsabschnitt 3 in der Drehschwingungsweise um die Balkenelemente 7 (d. h. um die erste Achse 18) in Schwingung versetzt wird.
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Folglich kann die auf dem Reflexionsabschnitt 3 gebildete Reflexionsoberfläche 19 an der ersten Achse 18 in Schwingung versetzt werden. Dementsprechend kann das reflektierte Licht, das von der Reflexionsoberfläche 19 reflektiert wird, zum eindimensionalen Abtasten verwendet werden.
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Die dritte Ausführungsform bringt im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform hervor.
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Ferner kann die Struktur des Reflexionsabschnitts 3 vereinfacht werden.
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(Vierte Ausführungsform)
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Eine Struktur einer optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß einer vierten Ausführungsform (9) ist im Wesentlichen gleich derjenigen der dritten Ausführungsform. Nachstehend sind im Wesentlichen unterschiedliche Abschnitte beschrieben.
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Jeder der ersten Ansteuerabschnitte 9 weist, wie in 9 gezeigt, einen piezoelektrischen Dünnfilmen 47, jedoch keine Struktur entsprechend dem Schlitz 51 der ersten Ausführungsform auf.
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Die optische Abtastvorrichtung 1 kann mittels der Prozesse gleich denjenigen in der ersten Ausführungsform gefertigt werden.
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Nachstehend ist ein Betrieb der optischen Abtastvorrichtung 11 unter Bezugnahme auf die 5 und 9 beschrieben. Die erste Ansteuersignaleinheit 101 ist mit dem Anschlussabschnitt 55 verbunden, zum Zuführen des Ansteuersignals S1 von 60 kHz an den Anschlussabschnitt 55. Anschließend wird, wie in 5 gezeigt, jeder der piezoelektrischen Dünnfilme 47 des ersten Ansteuerabschnitts 9 durch das erste Ansteuersignal S1 gebeugt. Da das oberseitige Ende 3A (der Ansteuerpunkt 3A) des Reflexionsabschnitts 3 mit dem Verbindungsabschnitt 9A des ersten Ansteuerabschnitts 9 verbunden ist, wird das oberseitige Ende 3A des Reflexionsabschnitts 3 in der Richtung senkrecht zum Blatt der 9 (in der Oben-Unten-Richtung in der 5) verformt, und zwar durch die Beugung des ersten Ansteuerabschnitts 9. Dies führt dazu, dass der Reflexionsabschnitt 3 in der Drehschwingungsweise (twisting vibration manner) um die Balkenelemente 7 d. h. um die erste Achse 18 in Schwingung versetzt wird.
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Folglich kann die auf dem Reflexionsabschnitt 3 gebildete Reflexionsoberfläche 19 an der ersten Achse 18 in Schwingung versetzt wird. Dementsprechend kann das reflektierte Licht, das durch die Reflexionsoberfläche 19 reflektiert wird, zum eindimensionalen Abtasten verwendet werden.
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Die vierte Ausführungsform bringt nahezu die gleichen Vorteile wie die dritte Ausführungsform hervor.
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Ferner kann die Struktur des ersten Ansteuerabschnitts 9 vereinfacht werden.
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(Fünfte Ausführungsform)
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Eine Struktur einer optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß einer fünften Ausführungsform (10 und 11) ist im Wesentlichen gleich derjenigen der zweiten Ausführungsform. Nachstehend sind im Wesentlichen unterschiedliche Abschnitte beschrieben.
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Die optische Abtastvorrichtung 1 weist, wie in den 10 und 11 gezeigt, eine Rippe 57 und eine Rippe 59 auf. Die Rippe 57 ist in solch einem Bereich gebildet, der die oberseitigen Enden 9D der ersten Ansteuerabschnitte 9, die Verbindungsabschnitte 9A und ein oberseitiges Ende des Außenumfangsabschnitts 11 aufweist. Die Rippe 59 ist an drei Außenumfangsseiten des Außenumfangsabschnitts 11 gebildet, mit Ausnahme des oberseitigen Endes, an dem die Rippe 57 gebildet ist.
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Die Rippe 57 ist, wie in 11 gezeigt, an einem Abschnitt des Substrats 45 gebildet, dessen Dicke größer als diejenige der anderen Abschnitte ausgelegt ist. In gleicher Weise ist eine Dicke des Substrats für die Rippe 59 größer als diejenige der anderen Abschnitte ausgelegt.
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Die Rippen 57 und 59 können in dem Prozess zum Ätzen des SOI-Wafers gebildet werden. Genauer gesagt, die Rippen 57 und 59 werden derart gebildet, dass Abschnitte des SOI-Wafers entsprechend den Rippen 57 und 59 in dem Ätzprozess nicht geätzt werden.
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Die optische Abtastvorrichtung 1 kann auf die gleiche Weise wie die zweite Ausführungsform betrieben werden.
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Die fünfte Ausführungsform bringt die gleichen Vorteile wie die zweite Ausführungsform hervor.
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Ferner werden das oberseitige Ende 9D und der Verbindungsabschnitt 9A nicht einfach gebogen, wenn die ersten Ansteuerabschnitte 9 gebeugt werden, da die optische Abtastvorrichtung 1 die Rippe 57 aufweist. Dies führt dazu, dass die Biegung der ersten Ansteuerabschnitte 9 effektiv auf den Reflexionsabschnitt 3 übertragen werden kann, um so ferner den Schwingungswinkel des Reflexionsabschnitts 3 weiter zu vergrößern.
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Ferner wird der Außenumfangsabschnitt 11 nicht einfach gebogen, wenn die ersten Ansteuerabschnitte 9 gebeugt werden, da die optische Abtastvorrichtung 1 die Rippe 59 aufweist. Dies führt dazu, dass die Biegung der ersten Ansteuerabschnitte 9 effektiv auf den Reflexionsabschnitt 3 übertragen werden kann, um so den Schwingungswinkel des Reflexionsabschnitts 3 weiter zu vergrößern.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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In der obigen ersten bis fünften Ausführungsform kann der erste Ansteuerabschnitt beispielsweise einzig auf einer Längsseite des Reflexionsabschnitts 3 gebildet sein.
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In der obigen ersten bis fünften Ausführungsform kann sich der Mittelpunkt 52 des verformbaren Abschnitts 9B des ersten Ansteuerabschnitts 9 an einem anderen Punkt getrennt von der ersten Achse 18 befinden.
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Vorstehend ist eine optische Abtastvorrichtung beschrieben.
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Eine optische Abtastvorrichtung 1 weist einen Reflexionsabschnitt 3 und einen Haltekörper 5 zum Halten des Reflexionsabschnitts 3 auf. Der Reflexionsabschnitt weist eine Reflexionsoberfläche 19 zum Reflektieren eines Lichtstrahls auf. Ein Paar von Außenbalkenelementen 7 ist in einer Längsrichtung der Vorrichtung zwischen dem Reflexionsabschnitt 3 und dem Haltekörper 5 angeordnet. Die Vorrichtung weist ferner einen ersten Ansteuerabschnitt 9 auf, von dem ein erstes Ende 9C mit dem Haltekörper 5 verbunden ist, während das andere Ende 9D mit einem Ansteuerpunkt 3A des Reflexionsabschnitts 3 verbunden ist. Wenn der erste Ansteuerabschnitt 9 gebeugt wird, wird der Reflexionsabschnitt 3 in einer Drehschwingungsweise an einer ersten Achse 18 in Schwingung versetzt. Der Ansteuerpunkt 3A des Reflexionsabschnitts 3 befindet sich an einer Position separat von der ersten Achse 18.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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