DE112020006869T5

DE112020006869T5 - Optische abtasteinrichtung, abstandsmesseinrichtung und verfahren zum herstellen einer optischen abtasteinrichtung

Info

Publication number: DE112020006869T5
Application number: DE112020006869.2T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka KAJIYAMA; Yoshiaki Hirata; Kozo Ishida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2023-01-12
Also published as: JP7317208B2; US20230047188A1; CN115210626B; WO2021181618A1; JPWO2021181618A1; CN115210626A

Abstract

Eine optische Abtasteinrichtung (100) weist Folgendes auf: einen Reflektor (10), einen Rotator (1), einen ersten Torsionsstab (21) und einen zweiten Torsionsstab (22), ein erstes Tragteil (31), ein zweites Tragteil (32), eine erste elastische Schicht (41) und eine zweite elastische Schicht (42). Die erste elastische Schicht (41) ist auf den ersten Torsionsstab (21) aufgebracht. Die zweite elastische Schicht (42) ist auf den zweiten Torsionsstab (22) aufgebracht. In einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung, in der der Rotator (1) zwischen dem ersten Torsionsstab (21) und dem zweiten Torsionsstab (22) angeordnet ist, ist die vertikale Abmessung einer aktiven Schicht (LA) kleiner als die horizontale Abmessung der aktiven Schicht (LA). Das Material der ersten elastischen Schicht (41) und der zweiten elastischen Schicht (42) weist eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall auf.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Abtasteinrichtung, eine Abstandsmesseinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Abtasteinrichtung.
STAND DER TECHNIK
Eine optische Abtasteinrichtung, die eine MEMS- (Micro Electro Mechanical Systems, mikroelektromechanische Systeme) Technologie verwendet, ist bekannt. Eine solche optische Abtasteinrichtung ist kompakt und wird mit hoher Genauigkeit betrieben. Die optische Abtasteinrichtung dient zum Abtasten von auf einen Reflektor emittiertem Licht durch Drehen eines Rotators, auf den der Reflektor aufgebracht ist, um einen ersten Torsionsstab und einen zweiten Torsionsstab.
Der Rotator, der erste Torsionsstab und der zweite Torsionsstab enthalten eine gemeinsame aktive Schicht. Die aktive Schicht besteht beispielsweise aus Silicium (Si). Die aktive Schicht wird beispielsweise mit einem Halbleiterprozess wie reaktivem Ionenätzen mit hohem Aspektverhältnis (DRIE, deep reactive ion etching) bearbeitet.
In der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2005 - 292321 A (Patentdokument 1) enthält beispielsweise ein planarer Aktuator (optische Abtasteinrichtung) einen Spiegel (Reflektor), eine bewegliche Platte (Rotator), einen Torsionsstab (erster Torsionsstab und zweiter Torsionsstab) und einen Metallfilm. Die bewegliche Platte und der Torsionsstab weisen eine gemeinsame aktive Schicht aus Silicium (aktive Schicht) auf. Der Metallfilm ist auf den Torsionsstab aufgebracht.
DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2005 - 292321 A
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Bei dem in Patentdokument 1 offenbarten planaren Aktuator (optische Abtasteinrichtung) ist der Metallfilm auf den Torsionsstab (erster Torsionsstab und zweiter Torsionsstab) aufgebracht. Dies kann eine Abmessung des planaren Aktuators des Torsionsstabs in einer Dickenrichtung vergrößern und eine Zunahme einer Breitenabmessung des Torsionsstabs begrenzen.
Dies wiederum kann einen Hartfedereffekt des planaren Aktuators an der Position des Torsionsstabs verringern und eine Verringerung eines maximalen Auslenkwinkels des Rotators begrenzen.
Der Hartfedereffekt wirkt sich dadurch aus, dass er eine Spitzenfrequenz erhöht. Die Drehung des Rotators beansprucht jedoch wiederholt die Metallschicht, so dass sich die Metallschicht verschlechtert. Dies kann eine langfristige Zuverlässigkeit des planaren Aktuators verringern.
Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine optische Abtasteinrichtung, eine Abstandsmesseinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Abtasteinrichtung anzugeben, wobei die optische Abtasteinrichtung in der Lage ist, einen Hartfedereffekt an Positionen eines ersten Torsionsstabs und eines zweiten Torsionsstabs zu verringern, eine Abnahme eines maximalen Auslenkwinkels eines Rotators zu begrenzen und eine hohe langfristige Zuverlässigkeit aufzuweisen.
Lösung für das Problem
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe mit einer optischen Abtasteinrichtung, die Folgendes aufweist: einen Reflektor zum Reflektieren von Licht; einen Rotator, auf den der Reflektor aufgebracht ist; einen ersten Torsionsstab und einen zweiten Torsionsstab, zwischen denen der Rotator angeordnet ist; ein erstes Tragteil, wobei der erste Torsionsstab zwischen dem ersten Tragteil und dem Rotator angeordnet ist; ein zweites Tragteil, wobei der zweite Torsionsstab zwischen dem zweiten Tragteil und dem Rotator angeordnet ist; eine erste elastische Schicht, die auf den ersten Torsionsstab aufgebracht ist; und eine zweite elastische Schicht, die auf den zweiten Torsionsstab aufgebracht ist, wobei der Rotator in Bezug auf das erste Tragteil und das zweite Tragteil drehbar ist, wobei der erste Torsionsstab und der zweite Torsionsstab eine Drehachse bilden, wobei der Rotator, der erste Torsionsstab und der zweite Torsionsstab eine gemeinsame aktive Schicht enthalten, und wobei in einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung, in der der Rotator zwischen dem ersten Torsionsstab und dem zweiten Torsionsstab angeordnet ist, wobei eine vertikale Abmessung der aktiven Schicht kleiner ist als eine horizontale Abmessung der aktiven Schicht und es sich bei einem Material der ersten elastischen Schicht und der zweiten elastischen Schicht um ein elastisches Material mit einer höheren Ermüdungslebensdauer als Metall handelt.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
In der optischen Abtasteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die erste elastische Schicht auf den ersten Torsionsstab aufgebracht. Die zweite elastische Schicht ist auf den zweiten Torsionsstab aufgebracht. Dies kann den Hartfedereffekt der optischen Abtasteinrichtung an den Positionen des ersten Torsionsstabs und des zweiten Torsionsstabs verringern und eine Verringerung eines maximalen Auslenkwinkels des Rotators begrenzen.
Die erste elastische Schicht und die zweite elastische Schicht sind ferner aus einem elastischen Material hergestellt, das eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall aufweist. Somit ist es möglich, der optischen Abtasteinrichtung eine hohe Langzeitzuverlässigkeit zu verleihen.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Konfiguration der optischen Abtasteinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III gemäß 1.
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung gemäß einer ersten Weiterbildung der ersten Ausführungsform.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung gemäß einer zweiten Weiterbildung der ersten Ausführungsform.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht der optischen Abtasteinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Vorbereitungsschritt.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Substrats, auf das ein elastisches Material aufgebracht ist, gemäß der ersten Ausführungsform.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht der optischen Abtasteinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Ausbildungsschritt.
9 ist eine schematische Querschnittsansicht der optischen Abtasteinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, in der eine Spulenleitung und dergleichen angeordnet sind.
10 ist eine schematische Querschnittsansicht der optischen Abtasteinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Laminierschritt.
11 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Dicke einer aktiven Schicht und θ/θ0 sowie eine Beziehung zwischen der Dicke der aktiven Schicht und einem Aspektverhältnis zeigt.
12 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
13 ist eine schematische Querschnittsansicht der Konfiguration der optischen Abtasteinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
14 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
15 ist eine schematische Querschnittsansicht der Konfiguration der optischen Abtasteinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform.
16 ist eine schematische Querschnittsansicht der optischen Abtasteinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform in einem Dotierschritt.
17 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Substrats, auf das ein elastisches Material aufgebracht ist, gemäß der dritten Ausführungsform.
18 ist eine schematische Querschnittsansicht der optischen Abtasteinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform in einem Ausbildungsschritt.
19 ist eine schematische Querschnittsansicht der optischen Abtasteinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform in einem Laminierschritt.
20 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
21 ist eine schematische Draufsicht auf die Konfiguration der optischen Abtasteinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform.
22 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform.
23 ist eine schematische Draufsicht auf die Konfiguration der optischen Abtasteinrichtung gemäß der fünften Ausführungsform.
24 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht.
25 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine weitere Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform veranschaulicht.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Um Redundanzen zu vermeiden, werden in der folgenden Beschreibung gleiche oder korrespondierende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Erste Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 wird eine Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. Der Einfachheit halber sind ein unterer und ein oberer Isolierfilm in 2 nicht dargestellt.
Wie in 1 veranschaulicht, beinhaltet eine optische Abtasteinrichtung 100 einen Reflektor 10, einen Rotator 1, einen ersten Torsionsstab 21 und einen zweiten Torsionsstab 22, ein erstes Tragteil 31, ein zweites Tragteil 32, eine erste elastische Schicht 41 und eine zweite elastische Schicht 42.
In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die optische Abtasteinrichtung 100 ferner einen Magnet M. Die optische Abtasteinrichtung 100 kann eine erste Metallleitung 61 und eine zweite Metallleitung 62 beinhalten.
Die optische Abtasteinrichtung 100 dient zum Abtasten von Licht. Bei der optischen Abtasteinrichtung 100 handelt es sich beispielsweise um eine optische MEMS-(mikroelektromechanisches System) Spiegel-Abtasteinrichtung. Eine solche optische MEMS-Spiegel-Abtasteinrichtung wird zum Beispiel in einer Abstandsmesseinrichtung, einem Projektor und dergleichen angewendet. Die optische Abtasteinrichtung 100 wird z.B. durch Bearbeiten eines Silicium-auf-Isolator- (SOI-, silicone on insulator) Substrats gebildet.
Wie in 1 dargestellt, enthalten der Rotator 1, der erste Torsionstab 21 und der zweite Torsionsstab 22 eine gemeinsame aktive Schicht LA. In einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung (X-Achsen-Richtung), in der der Rotator 1 zwischen dem ersten Torsionsstab 21 und dem zweiten Torsionsstab 22 angeordnet ist, ist eine vertikale Abmessung (Abmessung in einer Z-Achsen-Richtung) der aktiven Schicht LA kleiner als eine horizontale Abmessung (Abmessung in einer Y-Achsen-Richtung) der aktiven Schicht LA. Ein Verhältnis zwischen der vertikalen Abmessung (Abmessung in Z-Achsen-Richtung) der aktiven Schicht LA und der horizontalen Abmessung (Abmessung in Y-Achsen-Richtung) der aktiven Schicht LA ist kleiner als 1.
Das erste Tragteil 31 und das zweite Tragteil 32 enthalten die aktive Schicht LA, die dem Rotator 1, dem ersten Torsionsstab 21 und dem zweiten Torsionsstab 22 gemeinsam ist. Der Rotator 1, das erste Tragteil 31 und das zweite Tragteil 32 enthalten eine Tragschicht LS. Der Rotator 1, der erste Torsionsstab 21, der zweite Torsionsstab 22, das erste Tragteil 31 und das zweite Tragteil 32 können einen gemeinsamen Oberflächen-Oxidfilm LOS, einen gemeinsamen Zwischen-Oxidfilm LOI, einen gemeinsamen unteren Isolierfilm LI1 und einen gemeinsamen oberen Isolierfilm LI2 enthalten.
Der Reflektor 10 dient zum Reflektieren von Licht. Bei dem Reflektor 10 handelt es sich um einen Metallfilm. Der Reflektor 10 besteht vorzugsweise aus Metall mit einem hohen Reflexionsgrad bei einer Wellenlänge eines abzutastenden Lichts. Bei dem abzutastenden Licht handelt es sich beispielsweise um Infrarotstrahlen.
Wenn es sich bei dem abzutastenden Licht um Infrarotstrahlen handelt, ist der Reflektor 10 vorzugsweise ein Gold- (Au-) Film. Handelt es sich bei dem Reflektor 10 um einen Gold-(Au-) Film, so enthält der Reflektor 10 vorzugsweise eine Haftschicht (nicht veranschaulicht). Die Haftschicht (nicht veranschaulicht) haftet an der aktiven Schicht LA. Dadurch kann eine Haftung zwischen dem Reflektor 10 und der aktiven Schicht LA erhöht werden.
Der Reflektor 10 einschließlich der Haftschicht (nicht veranschaulicht) wird z.B. durch Laminieren eines Chrom- (Cr-) Films, eines Nickel- (Ni-) Films und eines Gold- (Au-) Films gebildet. Der Reflektor 10 einschließlich der Haftschicht (nicht veranschaulicht) wird beispielsweise durch Laminieren eines Titan- (Ti-) Films, eines Platin- (Pt-) Films und eines Gold- (Au-) Films gebildet.
Wenn die optische Abtasteinrichtung 100 gepackt wird, kann die optische Abtasteinrichtung 100 beispielsweise vakuumgekapselt werden, um den Reflektor 10 oxidationsbeständig zu machen. Beispielsweise kann die optische Abtasteinrichtung 100 beim Packen mit einem Inertgas wie Stickstoff (N2) gefüllt werden, um den Reflektor 10 oxidationsbeständig zu machen. Wenn der Reflektor 10 oxidationsbeständig gemacht wird, kann es sich bei dem Reflektor 10 um einen Aluminium- (Al-) Film handeln.
Wie in 1 dargestellt, ist der Reflektor 10 auf den Rotator 1 aufgebracht. Der Rotator 1 ist zwischen dem ersten Torsionsstab 21 und dem zweiten Torsionsstab 22 angeordnet. Der Rotator 1 ist in Bezug auf das erste Tragteil 31 und das zweite Tragteil 32 drehbar, wobei der erste Torsionsstab 21 und der zweite Torsionsstab 22 eine Drehachse bilden.
Wie in 1 dargestellt, handelt es sich in der vorliegenden Ausführungsform bei einer Richtung, in der der Reflektor 10 auf den Rotator 1 aufgebracht ist, um die Z-Achsen-Richtung. Eine Richtung vom Rotator 1 zum Reflektor 10 ist eine positive Richtung der Z-Achse. Eine Richtung vom Reflektor 10 zum Rotator 1 ist eine negative Richtung der Z-Achse.
Bei einer Richtung, in der der Rotator 1 zwischen dem ersten Torsionsstab 21 und dem zweiten Torsionsstab 22 angeordnet ist, handelt es sich um die X-Achsen-Richtung. Eine Richtung vom ersten Torsionsträger 21 zum zweiten Torsionsträger 22 ist eine positive Richtung der X-Achse. Eine Richtung vom zweiten Torsionsträger 22 zum ersten Torsionsträger 21 ist eine negative Richtung der X-Achse. Bei einer Richtung, die sowohl zur X-Achse als auch zur Z-Achse orthogonal ist, handelt es sich um die Y-Achse. In der vorliegenden Ausführungsform bilden die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse ein rechtshändiges System.
Wie in 1 dargestellt, ist in einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung (Richtung der X-Achse), in der der Rotator 1 zwischen dem ersten Torsionsstab 21 und dem zweiten Torsionsstab 22 angeordnet ist, eine vertikale Abmessung (Abmessung in Richtung der Z-Achse) des ersten Torsionsstabs 21 der optischen Abtasteinrichtung 100 kleiner oder gleich einer horizontalen Abmessung (Abmessung in Richtung der Y-Achse) des ersten Torsionsstabs 21 der optischen Abtasteinrichtung 100. In einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung (Richtung der X-Achse), in der der Rotator 1 zwischen dem ersten Torsionsstab 21 und dem zweiten Torsionsstab 22 angeordnet ist, ist eine vertikale Abmessung (Abmessung in Richtung der Z-Achse) des zweiten Torsionsstabs 22 der optischen Abtasteinrichtung 100 kleiner oder gleich einer horizontalen Abmessung (Abmessung in Richtung der Y-Achse) des zweiten Torsionsstabs 22 der optischen Abtasteinrichtung 100.
Wie in 2 dargestellt, ist die erste elastische Schicht 41 auf den ersten Torsionsstab 21 aufgebracht. Die erste elastische Schicht 41 ist in positiver Richtung der Z-Achse auf den ersten Torsionsstab 21 aufgebracht. Die erste elastische Schicht 41 bedeckt zumindest einen Teil des ersten Torsionsstabs 21. Die erste elastische Schicht 41 erstreckt sich in Richtung der X-Achse. Die erste elastische Schicht 41 kann so angeordnet sein, dass sie sich vom ersten Tragteil 31 zum Rotator 1 erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Oberflächen-Oxidfilm LOS zwischen der ersten elastischen Schicht 41 und dem ersten Torsionsstab 21 angeordnet.
Wie in 2 dargestellt, ist die zweite elastische Schicht 42 auf den zweiten Torsionsstab 22 aufgebracht. Die zweite elastische Schicht 42 ist in positiver Richtung der Z-Achse auf den zweiten Torsionsstab 22 aufgebracht. Die zweite elastische Schicht 42 bedeckt zumindest einen Teil des zweiten Torsionsstabs 22. Die zweite elastische Schicht 42 erstreckt sich in Richtung der X-Achse. Die zweite elastische Schicht 42 kann so angeordnet sein, dass sie sich vom zweiten Tragteil 32 zum Rotator 1 erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Oberflächen-Oxidfilm LOS zwischen der zweiten elastischen Schicht 42 und dem zweiten Torsionsstab 22 angeordnet.
Die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 sind elastisch. Die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 weisen eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall auf.
Bei der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei der Ermüdungslebensdauer um die Anzahl der Beanspruchungen, bis ein Material, auf das die Beanspruchung wiederholt einwirkt, bricht. Die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 können eine höhere Ermüdungslebensdauer aufweisen als beispielsweise Aluminium (Al) und eine Legierung auf Aluminium- (Al-) Basis. Die Legierung auf Aluminium- (A1-) Basis ist beispielsweise eine Aluminium-Silicium-Legierung (Al-Si- Legierung). Die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 weisen eine höhere Ermüdungslebensdauer als ein Metallleitungselement auf. Ferner weisen die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 eine höhere Elastizitätsgrenze als Metall auf.
Selbst wenn eine Spannung durch eine auf die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 ausgeübte Beanspruchung erzeugt wird, sollen die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 die Spannung in Reaktion auf eine Beseitigung der Beanspruchung eliminieren. Das heißt, selbst wenn die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 verformt werden, sollen die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 in Reaktion auf die Beseitigung der Beanspruchung wieder ihre ursprüngliche Form annehmen.
Es ist zu beachten, dass die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42, wenn eine die Elastizitätsgrenze überschreitende Beanspruchung auf sie einwirkt, nicht in ihre ursprüngliche Form zurückkehren, selbst wenn die Beanspruchung aufgehoben wird.
Wie in 2 dargestellt, sind die jeweiligen Abmessungen des ersten Torsionsstabs 21, des zweiten Torsionsstabs 22, der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 in Richtung der Y-Achse kleiner als die Abmessungen des Rotators 1 in Richtung der Y-Achse. Der erste Torsionsstab 21 und die erste elastische Schicht 41 dienen als Torsionsfeder. Der zweite Torsionsstab 22 und die zweite elastische Schicht 42 dienen als Torsionsfeder.
Ein Material der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 ist ein elastisches Material mit einer höheren Ermüdungslebensdauer als Metall. Das Material der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 enthält beispielsweise Silicium (Si). Das Material der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 enthält z.B. Polysilicium.
In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei Polysilicium um polykristallines Silicium. Das Material der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 enthält beispielsweise monokristallines Silicium. Die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 können beispielsweise aus einem Wafer (Siliciumwafer) aus Silicium (Si) hergestellt sein. Das Material der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 enthält z.B. amorphes Silicium.
Wie in 2 dargestellt, ist der erste Torsionsstab 21 zwischen dem ersten Tragteil 31 und dem Rotator 1 angeordnet. Das erste Tragteil 31 trägt den ersten Torsionsstab 21. Der zweite Torsionsstab 22 ist zwischen dem zweiten Tragteil 32 und dem Rotator 1 angeordnet. Das zweite Tragteil 32 trägt den zweiten Torsionsstab 22. Das erste Tragteil 31 und das zweite Tragteil 32 sollen sich nicht drehen, wenn sich der Rotator 1, der erste Torsionsstab 21 und der zweite Torsionsstab 22 drehen. Das erste Tragteil 31 und das zweite Tragteil 32 sind beispielsweise an einem Tisch (nicht abgebildet) befestigt. Der Tisch (nicht abgebildet) ist z.B. in der negativen Richtung der Z-Achse relativ zum ersten Tragteil 31 und zum zweiten Tragteil 32 angeordnet.
Wie in 2 dargestellt, erstreckt sich eine erste Metallleitung 61 vom ersten Tragteil 31 über den ersten Torsionsstab 21 zum Rotator 1. Eine zweite Metallleitung 62 erstreckt sich vom zweiten Tragteil 32 über den zweiten Torsionsstab 22 zum Rotator 1. Die erste Metallleitung 61 und die zweite Metallleitung 62 sind entlang des oberen Isolierfilms LI2 angeordnet (vgl. 3). Die erste Metallleitung 61 und die zweite Metallleitung 62 sind aus Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit hergestellt. Zu Beispielen für das Material der ersten Metallleitung 61 und der zweiten Metallleitung 62 zählen Aluminium (Al), Aluminiumnitrid (AlN) und dergleichen.
Wie in 2 dargestellt, umfasst der Rotator 1 eine Spulenleitung 5. Die Spulenleitung 5 ist auf die aktive Schicht LA aufgebracht. Die Spulenleitung 5 beinhaltet eine Leitung, die sich in Richtung der X-Achse erstreckt. Die Spulenleitung 5 hat zum Beispiel eine Spiralform. Die erste Metallleitung 61 und die zweite Metallleitung 62 sind elektrisch mit der Spulenleitung 5 verbunden. Die Spulenleitung 5 ist aus Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit hergestellt. Zu Beispielen für das Material der Spulenleitung 5 zählen Aluminium (Al), Aluminiumnitrid (AlN) und dergleichen. Ein durch die Spulenleitung 5 fließender Strom fließt zumindest teilweise in Richtung der X-Achse.
Wie in 2 dargestellt, ist ein Magnet M getrennt vom Rotator 1 angeordnet. Bei dem Magnet M handelt es sich zum Beispiel um einen Dauermagnet. Der Magnet M beinhaltet einen ersten Magnet M1 und einen zweiten Magnet M2. Der Rotator 1 ist zwischen dem ersten Magnet M1 und dem zweiten Magnet M2 angeordnet, wobei zwischen dem Rotator 1, dem ersten Magnet M1 und dem zweiten Magnet M2 ein Spalt vorhanden ist. Der Rotator 1 ist in Richtung der Y-Achse zwischen dem ersten Magnet M1 und dem zweiten Magnet M2 angeordnet. Ein vom Magnet M erzeugtes Magnetfeld hat ein Magnetfeld in Richtung der Y-Achse. Der zweite Magnet M2 ist in der positiven Richtung der Y-Achse relativ zum ersten Magnet M1 angeordnet.
Der Rotator 1 wird durch Lorentzkraft, elektrostatische Kraft oder dergleichen in Drehung versetzt. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Rotator 1 durch eine Lorentzkraft, die durch den durch die Spulenleitung 5 fließenden Strom erzeugt wird, und eine vom Magnet M erzeugte Magnetkraft in Drehung versetzt. Wenn der Strom durch die Spulenleitung 5 fließt, fließt er in Richtung der X-Achse. Die Lorentzkraft in Richtung der Z-Achse wird in der Spulenleitung 5 durch den Strom, der in Richtung der X-Achse durch die Spulenleitung 5 fließt, und das vom Magnet M in Richtung der Y-Achse erzeugte Magnetfeld erzeugt. Hierdurch wird eine Kraft in Richtung der Z-Achse auf die Spulenleitung 5 des Rotators 1 ausgeübt. Dadurch wird im Rotator 1 ein Drehmoment um den ersten Torsionsstab 21 und den zweiten Torsionsstab 22 erzeugt. Dies wiederum bewirkt, dass sich der Rotator 1 um den ersten Torsionsstab 21 und den zweiten Torsionsstab 22 relativ zu den Tragteilen dreht.
Unter Bezugnahme auf 3 wird im Folgenden eine ausführliche Beschreibung von Konfigurationen der aktiven Schicht LA, der Tragschicht LS und dergleichen gemäß der ersten Ausführungsform gegeben.
Wie in 3 dargestellt, sind die Tragschicht LS, der Zwischen-Oxidfilm LOI, die aktive Schicht LA, der Oberflächen-Oxidfilm LOS, der untere Isolierfilm LI1 und der obere Isolierfilm LI2 in dieser Reihenfolge laminiert.
Die Tragschicht LS erstreckt sich in einer Richtung in der Ebene (entlang einer Ebene, die durch die X-Achse und die Y-Achse gebildet wird). Die Tragschicht LS ist in der Abmessung in der Dickenrichtung (Z-Achsen-Richtung) größer als die aktive Schicht LA.
Das Material der Tragschicht LS enthält beispielsweise Silicium (Si). Die Tragschicht LS beinhaltet eine erste Tragschicht 1S, eine zweite Tragschicht 31S und eine dritte Tragschicht 32S. Die erste Tragschicht 1S, die zweite Tragschicht 31S und die dritte Tragschicht 32S sind getrennt voneinander angeordnet.
Der Zwischen-Oxidfilm LOI ist in Richtung der Z-Achse direkt auf die Tragschicht LS laminiert. Das Material des Zwischen-Oxidfilms LOI enthält beispielsweise Silicium (Si). Der Zwischen-Oxidfilm LOI beinhaltet einen ersten Zwischen-Oxidfilm 1OI, einen zweiten Zwischen-Oxidfilm 31OI und einen dritten Zwischen-Oxidfilm 32OI. Der erste Zwischen-Oxidfilm 1OI, der zweite Zwischen-Oxidfilm 31OI und der dritte Zwischen-Oxidfilm 32OI sind getrennt voneinander angeordnet.
Die aktive Schicht LA ist in Richtung der Z-Achse direkt auf den Zwischen-Oxidfilm LOI laminiert. Die aktive Schicht LA kann in Richtung der Z-Achse eine einheitliche Abmessung aufweisen. Auf beiden Seiten der aktiven Schicht LA befinden sich Oxidfilme. Das Material der aktiven Schicht LA enthält beispielsweise Silicium (Si). Das Material der aktiven Schicht LA enthält beispielsweise monokristallines Silicium. Die aktive Schicht LA ist zum Beispiel aus einem monokristallinen Siliciumwafer hergestellt.
Die aktive Schicht LA beinhaltet eine erste aktive Schicht 1A, eine zweite aktive Schicht 31A, eine dritte aktive Schicht 32A, eine vierte aktive Schicht 21A und eine fünfte aktive Schicht 22A. Die erste aktive Schicht 1A, die zweite aktive Schicht 31A, die dritte aktive Schicht 32A, die vierte aktive Schicht 21A und die fünfte aktive Schicht 22A sind einteilig ausgebildet.
Die erste aktive Schicht 1A ist in einer Richtung in der Ebene zwischen der vierten aktiven Schicht 21A und der fünften aktiven Schicht 22A angeordnet. Die vierte aktive Schicht 21A ist in einer Richtung in der Ebene zwischen der ersten aktiven Schicht 1A und der zweiten aktiven Schicht 31A angeordnet. Die fünfte aktive Schicht 22A ist in einer Richtung in der Ebene zwischen der ersten aktiven Schicht 1A und der dritten aktiven Schicht 32A angeordnet.
Der Oberflächen-Oxidfilm LOS ist in Richtung der Z-Achse direkt auf die aktive Schicht LA laminiert. Der Oberflächen-Oxidfilm LOS kann in Richtung der Z-Achse eine einheitliche Abmessung aufweisen. Die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 sind direkt auf den Oberflächen-Oxidfilm LOS laminiert. Das Material des Oberflächen-Oxidfilms LOS enthält beispielsweise Silicium (Si).
Der Oberflächen-Oxidfilm LOS beinhaltet einen ersten Oberflächen-Oxidfilm 1OS, einen zweiten Oberflächen-Oxidfilm 31OS, einen dritten Oberflächen-Oxidfilm 32OS, einen vierten Oberflächen-Oxidfilm 21OS und einen fünften Oberflächen-Oxidfilm 22OS. Der erste Oberflächen-Oxidfilm 1OS, der zweite Oberflächen-Oxidfilm 31OS, der dritte Oberflächen-Oxidfilm 32OS, der vierte Oberflächen-Oxidfilm 21OS und der fünfte Oberflächen-Oxidfilm 22OS sind einteilig ausgebildet.
Der erste Oberflächen-Oxidfilm 1OS ist in einer Richtung in der Ebene zwischen dem vierten Oberflächen-Oxidfilm 21OS und dem fünften Oberflächen-Oxidfilm 22OS angeordnet. Der vierte Oberflächen-Oxidfilm 21OS ist in einer Richtung in der Ebene zwischen dem ersten Oberflächen-Oxidfilm 1OS und dem zweiten Oberflächen-Oxidfilm 3105 angeordnet. Der fünfte Oberflächen-Oxidfilm 22OS ist in einer Richtung in der Ebene zwischen dem ersten Oberflächen-Oxidfilm 1OS und dem dritten Oberflächen-Oxidfilm 32OS angeordnet.
Der untere Isolierfilm LI1 ist in Richtung der Z-Achse direkt auf die aktive Schicht LA, die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 laminiert. Die Spulenleitung 5 ist auf dem unteren Isolierfilm LI1 angeordnet. Der untere Isolierfilm LI1 ist beispielsweise ein Oxidfilm, ein organischer Film oder dergleichen.
Der untere Isolierfilm LI1 beinhaltet einen ersten unteren Isolierfilm 1I1, einen zweiten unteren Isolierfilm 3111, einen dritten unteren Isolierfilm 32I1, einen vierten unteren Isolierfilm 2111 und einen fünften unteren Isolierfilm 22I1. Der erste untere Isolierfilm 1I1, der zweite untere Isolierfilm 31I1, der dritte untere Isolierfilm 32I1, der vierte untere Isolierfilm 2111 und der fünfte untere Isolierfilm 22I1 sind einteilig ausgebildet.
Der erste untere Isolierfilm 1I1 ist in einer Richtung in der Ebene zwischen dem vierten unteren Isolierfilm 2111 und dem fünften unteren Isolierfilm 22I1 angeordnet. Der vierte untere Isolierfilm 2111 ist in einer Richtung in der Ebene zwischen dem ersten unteren Isolierfilm 1I1 und dem zweiten unteren Isolierfilm 31I1 angeordnet. Der fünfte untere Isolierfilm 22I1 ist in einer Richtung in der Ebene zwischen dem ersten unteren Isolierfilm 1I1 und dem dritten unteren Isolierfilm 32I1 angeordnet.
Der obere Isolierfilm LI2 ist direkt auf den unteren Isolierfilm LI1 und die Spulenleitung 5 laminiert. Der Reflektor 10 ist auf dem oberen Isolierfilm LI2 angeordnet. Die erste Metallleitung 61 und die zweite Metallleitung 62 sind auf dem oberen Isolierfilm LI2 angeordnet. Ein Abstand zwischen dem oberen Isolierfilm LI2 und dem Oberflächen-Oxidfilm LOS kann in Richtung der Z-Achse einheitlich sein. Der obere Isolierfilm LI2 ist beispielsweise ein Oxidfilm, ein organischer Film oder dergleichen.
Der obere Isolierfilm LI2 beinhaltet einen ersten oberen Isolierfilm 112, einen zweiten oberen Isolierfilm 3112, einen dritten oberen Isolierfilm 32I2, einen vierten oberen Isolierfilm 2112 und einen fünften oberen Isolierfilm 22I2. Der erste obere Isolierfilm 112, der zweite obere Isolierfilm 3112, der dritte obere Isolierfilm 32I2, der vierte obere Isolierfilm 2112 und der fünfte obere Isolierfilm 22I2 sind einteilig ausgebildet.
Der erste obere Isolierfilm 112 ist in einer Richtung in der Ebene zwischen dem vierten oberen Isolierfilm 2112 und dem fünften oberen Isolierfilm 22I2 angeordnet. Der vierte obere Isolierfilm 2112 ist in einer Richtung in der Ebene zwischen dem ersten oberen Isolierfilm 112 und dem zweiten oberen Isolierfilm 3112 angeordnet. Der fünfte obere Isolierfilm 22I2 ist in einer Richtung in der Ebene zwischen dem ersten oberen Isolierfilm 1I2 und dem dritten oberen Isolierfilm 32I2 angeordnet.
Wie in 3 dargestellt, beinhaltet der Rotator 1 eine erste Tragschicht 1S, einen ersten Zwischen-Oxidfilm 1OI, eine erste aktive Schicht 1A, einen ersten Oberflächen-Oxidfilm 1OS, einen ersten unteren Isolierfilm 1I1 und einen ersten oberen Isolierfilm 1I2. Die erste Tragschicht 1S, der erste Zwischen-Oxidfilm 1OI, die erste aktive Schicht 1A, der erste Oberflächen-Oxidfilm 1OS, der erste untere Isolierfilm 1I1 und der erste obere Isolierfilm 1I2 sind in dieser Reihenfolge laminiert.
Der erste Torsionsstab 21 beinhaltet die vierte aktive Schicht 21A, den vierten Oberflächen-Oxidfilm 21OS, den vierten unteren Isolierfilm 21I1 und den vierten oberen Isolierfilm 21I2. Die vierte aktive Schicht 21A, der vierte Oberflächen-Oxidfilm 210S, die erste elastische Schicht 41, der vierte untere Isolierfilm 2111 und der vierte obere Isolierfilm 21I2 sind in dieser Reihenfolge laminiert.
Der zweite Torsionsstab 22 beinhaltet die fünfte aktive Schicht 22A, den fünften Oberflächen-Oxidfilm 22OS, den fünften unteren Isolierfilm 22I1 und den fünften oberen Isolierfilm 22I2. Die fünfte aktive Schicht 22A, der fünfte Oberflächen-Oxidfilm 22OS, die zweite elastische Schicht 42, der fünfte untere Isolierfilm 22I1 und der fünfte obere Isolierfilm 22I2 sind in dieser Reihenfolge laminiert.
Das erste Tragteil 31 beinhaltet eine zweite Tragschicht 31S, einen zweiten Zwischen-Oxidfilm 31OI, eine zweite aktive Schicht 31A, einen zweiten Oberflächen-Oxidfilm 31OS, einen zweiten unteren Isolierfilm 3111 und einen zweiten oberen Isolierfilm 31I2. Die zweite Tragschicht 31S, der zweite Zwischen-Oxidfilm 31OI, die zweite aktive Schicht 31A, der zweite Oberflächen-Oxidfilm 31OS, der zweite untere Isolierfilm 3111 und der zweite obere Isolierfilm 3112 sind in dieser Reihenfolge laminiert.
Das zweite Tragteil 32 beinhaltet eine dritte Tragschicht 32S, einen dritten Zwischen-Oxidfilm 32OI, eine dritte aktive Schicht 32A, einen dritten Oberflächen-Oxidfilm 32OS, einen dritten unteren Isolierfilm 32I1 und einen dritten oberen Isolierfilm 32I2. Die dritte Tragschicht 32S, der dritte Zwischen-Oxidfilm 32OI, die dritte aktive Schicht 32A, der dritte Oberflächen-Oxidfilm 32OS, der dritte untere Isolierfilm 32I1 und der dritte obere Isolierfilm 32I2 sind in dieser Reihenfolge laminiert.
Unter Bezugnahme auf 4 wird im Folgenden eine Konfiguration der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß einer ersten Weiterbildung der ersten Ausführungsform beschrieben. Wie in 4 dargestellt, beinhaltet der Rotator 1 eine Vertiefung 11. Die Vertiefung 11 ist in Bezug auf die aktive Schicht LA zu einer dem Reflektor 10 gegenüberliegenden Seite (siehe 1) hin offen. Die Vertiefung 11 ist in negativer Richtung der Z-Achse offen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Vertiefung 11 in der Tragschicht LS vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Tragschicht LS teilweise hohl. Der Rotator 1 ist leichter als der Rotator 1 mit massiver Tragschicht LS. Der Rotator 1 hat eine Rippenstruktur, die sich in Richtung der Z-Achse erstreckt. Die Tragschicht LS kann in einer Abmessung in Richtung der X-Achse kleiner als die aktive Schicht LA sein. Die Tragschicht LS kann in einer Abmessung Richtung der Y-Achse kleiner als die aktive Schicht LA sein.
Unter Bezugnahme auf 5 wird im Folgenden eine Konfiguration der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß einer zweiten Weiterbildung der ersten Ausführungsform beschrieben. In der zweiten Weiterbildung der ersten Ausführungsform ist der untere Isolierfilm LI1 durch die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 in positiver Richtung der Z-Achse nach oben 42 gekrümmt. Der obere Isolierfilm LI2 ist in positiver Richtung der Z-Achse entlang der Aufwärtskrümmung des unteren Isolierfilms LI1 nach oben gekrümmt. Eine erste Metallleitung 61 und eine zweite Metallleitung 62 sind entlang der Aufwärtskrümmung des unteren Isolierfilms LI1 und der Aufwärtskrümmung des oberen Isolierfilms LI2 angeordnet. Dies führt dazu, dass sich die erste Leiterbahn 71 und die zweite Leiterbahn in positiver Richtung der Z-Achse verformen.
Unter Bezugnahme auf 3 und 6 bis 10 wird nachstehend ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. Das Verfahren zum Herstellen der optischen Abtasteinrichtung 100 umfasst einen Vorbereitungsschritt, einen Ausbildungsschritt, einen Laminierschritt und einen Bildungsschritt.
Wie in 6 dargestellt, wird im Vorbereitungsschritt ein Substrat SUB vorbereitet. Bei dem Substrat SUB handelt es sich beispielsweise um ein Silicium-auf-Isolator- (SOI-) Substrat. Das Substrat SUB beinhaltet die aktive Schicht LA und die Tragschicht LS. Das Substrat SUB kann den Oberflächen-Oxidfilm LOS und den Zwischen-Oxidfilm LOI beinhalten. Die aktive Schicht LA und die Tragschicht LS werden laminiert. Der Oberflächen-Oxidfilm LOS, die aktive Schicht LA, der Zwischen-Oxidfilm LOI und die Tragschicht LS werden in dieser Reihenfolge laminiert.
Anschließend wird, wie in 7 dargestellt, eine elastische Schicht 4 in Bezug auf die aktive Schicht LA des Substrats SUB auf einer der Tragschicht LS gegenüberliegenden Seite ausgebildet. Die elastische Schicht 4 ist ein elastisches Material, das eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall aufweist. Die elastische Schicht 4 enthält beispielsweise Silicium (Si) als Material.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die elastische Schicht 4 auf dem Oberflächen-Oxidfilm LOS gebildet. Die elastische Schicht 4 kann beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD, chemical vapor deposition) oder dergleichen gebildet werden. Wenn es sich bei der elastischen Schicht 4 um einen Wafer aus Silicium (Si) handelt, kann die elastische Schicht 4 beispielsweise durch raumtemperaturaktiviertes Bonding, plasmaaktiviertes Bonding oder dergleichen auf den Oberflächen-Oxidfilm LOS gebondet werden.
Anschließend wird, wie in 8 dargestellt, im Ausbildungsschritt die erste elastische Schicht 41 in Bezug auf die aktive Schicht LA des Substrats SUB auf der der Tragschicht LS gegenüberliegenden Seite ausgebildet. Im Ausbildungsschritt wird die zweite elastische Schicht 42 getrennt von der ersten elastischen Schicht 41 in Bezug auf die aktive Schicht LA des Substrats SUB auf der der Tragschicht LS gegenüberliegenden Seite ausgebildet.
Die erste elastische Schicht 41 ist ein elastisches Material, das eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall aufweist. Die erste elastische Schicht 41 enthält beispielsweise Silicium (Si) als Material. Die zweite elastische Schicht 42 ist ein elastisches Material, das eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall aufweist. Die zweite elastische Schicht 42 enthält beispielsweise Silicium (Si) als Material.
Im Ausbildungsschritt wird konkret das elastische Material teilweise entfernt, um die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 ausgebildet. Das elastische Material wird zum Beispiel durch Ätzen und Strukturieren teilweise entfernt.
Das auf dem Oberflächen-Oxidfilm LOS angeordnete elastische Material kann auf dem Oberflächen-Oxidfilm LOS geätzt und strukturiert werden. Hierdurch wird das elastische Material in eine gewünschte Form gebracht, um eine erste elastische Schicht 41 und eine zweite elastische Schicht 42 auszubilden.
Das elastische Material kann z.B. durch Nassätzen mit einem Ätzmittel oder durch Trockenätzen wie reaktives Ionenätzen (RIE, reactive ion etching) geätzt werden. Die Ätzbedingungen werden so gewählt, dass eine hohe Selektivität zwischen der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 und dem Oberflächen-Oxidfilm LOS erreicht wird.
Die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 können bevorzugt durch ein fotolithografisches Verfahren unter Verwendung eines Resistfilms (nicht dargestellt) als Schutzfilm strukturiert werden. Der Resistfilm (nicht abgebildet) wird beispielsweise durch O2-Veraschung oder dergleichen entfernt.
Wie in 9 dargestellt, wird der untere Isolierfilm LI1 auf dem Oberflächen-Oxidfilm LOS, der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 gebildet. Der obere Isolierfilm LI2 wird auf dem unteren Isolierfilm LI1 gebildet. Der obere Isolierfilm LI2 kann auf dem unteren Isolierfilm LI1 nach demselben Verfahren wie der untere Isolierfilm LI1 hergestellt werden.
Wie in 9 dargestellt, wird die Spulenleitung 5 auf dem unteren Isolierfilm LI1 angeordnet. Die Spulenleitung 5 wird so angeordnet, dass sie zumindest teilweise vom oberen Isolierfilm LI2 freigelegt ist. Die Spulenleitung 5 wird auf dem unteren Isolierfilm LI1 durch Sputtern oder dergleichen gebildet. Die so gebildete Spulenleitung 5 kann geätzt und strukturiert werden. Dies bewirkt, dass die gebildete Spulenleitung 5 eine gewünschte Form annimmt.
Die auf dem unteren Isolierfilm LI1 angeordnete Spulenleitung 5 kann z.B. durch Nassätzen mit einem Ätzmittel oder durch Trockenätzen wie reaktives Ionenätzen (RIE) geätzt werden. Die Ätzbedingungen werden so gewählt, dass eine hohe Selektivität zwischen der Spulenleitung 5 und dem unteren Isolierfilm LI1 erreicht wird. Die Spulenleitung 5 kann bevorzugt durch ein fotolithografisches Verfahren unter Verwendung eines Resistfilms (nicht abgebildet) als Schutzfilm strukturiert werden.
Die erste Metallleitung 61 und die zweite Metallleitung 62 werden auf dem oberen Isolierfilm LI2 angeordnet. Die erste Metallleitung 61 und die zweite Metallleitung 62 werden elektrisch mit der Spulenleitung 5 verbunden. Die erste Metallleitung 61 und die zweite Metallleitung 62 können auf dem oberen Isolierfilm LI2 nach demselben Verfahren wie bei der Spulenleitung 5 angeordnet werden.
Wie in 10 dargestellt, wird im Laminierschritt der Reflektor 10 auf die aktive Schicht LA zwischen der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 laminiert. Der Reflektor 10 dient zum Reflektieren von Licht. Der Reflektor 10 wird auf dem oberen Isolierfilm LI2 durch Sputtern oder dergleichen gebildet. Der so gebildete Reflektor 10 kann geätzt und strukturiert werden.
Dies bewirkt, dass der gebildete Reflektor 10 eine gewünschte Form annimmt. Der auf dem oberen Isolierfilm LI2 angeordnete Reflektor 10 kann z.B. durch Nassätzen mit einem Ätzmittel oder durch Trockenätzen wie reaktives Ionenätzen (RIE) geätzt werden. Die Ätzbedingungen werden so gewählt, dass eine hohe Selektivität zwischen dem Reflektor 10 und dem oberen Isolierfilm LI2 erreicht wird. Der Reflektor 10 kann bevorzugt durch ein fotolithografisches Verfahren unter Verwendung eines Resistfilms (nicht abgebildet) als Schutzfilm strukturiert werden.
Anschließend wird, wie in 10 und 3 dargestellt, im Bildungsschritt die Tragschicht LS in Bezug auf die aktive Schicht LA auf einer der ersten elastischen Schicht 41 gegenüberliegenden Seite entfernt, um den ersten Torsionsstab 21 zu bilden. Im Bildungsschritt wird die Tragschicht LS in Bezug auf die aktive Schicht LA auf einer der zweiten elastischen Schicht 42 gegenüberliegenden Seite entfernt, um den zweiten Torsionsstab 22 zu bilden.
In einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung (X-Achsen-Richtung), in der der Rotator 1 zwischen dem ersten Torsionsstab 21 und dem zweiten Torsionsstab 22 angeordnet ist, ist eine vertikale Abmessung (Abmessung in der Z-Achsen-Richtung) der aktiven Schicht LA kleiner als eine horizontale Abmessung (Abmessung in der Y-Achsen-Richtung) der aktiven Schicht LA. Der erste Torsionsstab 21 und der zweite Torsionsstab 22 werden gebildet, und der Rotator 1, das erste Tragteil 31 und das zweite Tragteil 32 werden entsprechend gebildet. Der Rotator 1 wird zwischen dem ersten Torsionsstab 21 und dem zweiten Torsionsstab 22 angeordnet. Der Reflektor 10 wird auf den Rotator 1 aufgebracht.
Die Tragschicht LS wird beispielsweise durch Strukturieren entfernt. Nachdem die Tragschicht LS in Bezug auf die aktive Schicht LA auf einer dem Reflektor 10 gegenüberliegenden Seite strukturiert wurde, wird der Zwischen-Oxidfilm LOI strukturiert. Auch wenn dies nicht dargestellt ist, können der Oberflächen-Oxidfilm LOS und die aktive Schicht LA in Bezug auf die aktive Schicht LA auf einer der Tragschicht LS gegenüberliegenden Seite strukturiert werden. Die Tragschicht LS und der Zwischen-Oxidfilm LOI können bevorzugt durch ein fotolithografisches Verfahren unter Verwendung eines Resistfilms (nicht dargestellt) als Schutzfilm strukturiert werden.
Der Zwischen-Oxidfilm LOI kann z.B. durch Nassätzen mit einem Ätzmittel oder durch Trockenätzen wie reaktives Ionenätzen (RIE) geätzt werden. Beim RIE-Ätzen des Zwischen-Oxidfilms LOI wird bevorzugt ein Cl4-Gas als Ätzmittel verwendet.
Die Tragschicht LS und die aktive Schicht LA werden vorzugsweise durch reaktives Ionenätzen mit hohem Aspektverhältnis (DRIE) nach dem Bosch-Verfahren geätzt. Hierdurch können die Tragschicht LS und die aktive Schicht LA mit einem hohen Aspektverhältnis geätzt werden. Nach dem Ätzen der Tragschicht LS und der aktiven Schicht LA wird der Resistfilm entfernt. Es ist zu beachten, dass es sich in der vorliegenden Ausführungsform beim Aspektverhältnis um ein Verhältnis zwischen einer Ätztiefe und einer Ätzbreite handelt.
Nachfolgend wird ein Kompromiss zwischen dem Hartfedereffekt und dem maximalen Auslenkwinkel unter Bezugnahme auf eine optische Abtasteinrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel beschrieben. Der Hartfedereffekt wirkt sich dadurch aus, dass er eine Spitzenfrequenz erhöht.
Das Auftreten des Hartfedereffekts erschwert die Steuerung der Drehung des Rotators 1. Beim maximalen Auslenkwinkel handelt es sich um einen maximalen Winkel, um den sich der Rotator 1 drehen kann. Je größer der maximale Auslenkwinkel, desto mehr kann sich der Rotator 1 drehen, so dass der Reflektor 10 Licht in einem weiten Bereich reflektieren kann.
Der Hartfedereffekt (HSE, hard spring effect) wird durch Zugbeanspruchung verursacht, die durch Ausdehnung und Kontraktion in Längsrichtung entstehen, wenn der Stab verdreht wird, und wird mit einer Abweichung eines Abmessungsverhältnisses zwischen der Breite des Stabs und der Dicke des Stabs von 1 tendenziell größer. Eine Form mit geringer Dicke und großer Breite ist daher zu vermeiden.
Um den maximalen Auslenkwinkel des Rotators zu erhöhen, ist es andererseits notwendig, die Dicke der aktiven Schicht zu verringern. Dies liegt daran, dass der maximale Auslenkwinkel umgekehrt proportional zum Trägheitsmoment des Rotators ist. Wenn die aktive Schicht dünn ist, muss die Breite des Stabs vergrößert werden, um die Federkonstante zu erhöhen und so eine gewünschte Resonanzfrequenz zu erhalten. Je dünner der Stab ist, desto mehr weicht das Aspektverhältnis des Stabquerschnitts von 1 ab, so dass der Hartfedereffekt tendenziell größer wird. Wird dagegen die Dicke der aktiven Schicht erhöht, kann zwar der Hartfedereffekt verringert werden, aber der maximale Auslenkwinkel nimmt ab.
Wie vorstehend beschrieben, bilden bei einem Stab mit geringer Dicke und großer Breite die Stärke des Hartfedereffekts und der maximale Auslenkwinkel einen Zielkonflikt, und mit dem MEMS-Spiegel (der optischen Abtasteinrichtung 100) gemäß dem einschlägigen Stand der Technik kann der Auslenkwinkel durch eine Zunahme des HSE begrenzt sein.
Die optische Abtasteinrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel enthält nicht die erste elastische Schicht 41, die zweite elastische Schicht 42, den Oberflächen-Oxidfilm LOS, den unteren Isolierfilm LI1 und den oberen Isolierfilm LI2. Die optische Abtasteinrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel unterscheidet sich von der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform hauptsächlich dadurch, dass die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 nicht enthalten sind.
Die optische Abtasteinrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel beinhaltet eine Vertiefung 11. Die optische Abtasteinrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel beinhaltet eine Oberflächenschicht, die auf die aktive Schicht LA laminiert ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Stabdicke eine Abmessung des ersten Torsionsstabs 21 und des zweiten Torsionsstabs 22 in Richtung der Z-Achse der optischen Abtasteinrichtung 100. Bei einer Stabbreite handelt es sich um eine Abmessung des ersten Torsionsstabs 21 und des zweiten Torsionsstabs 22 in Richtung der Y-Achse der optischen Abtasteinrichtung 100. Bei einem Aspektverhältnis handelt es sich um ein Verhältnis der Stabbreite zur Stabdicke (Stabbreite/Stabdicke).
Wie vorstehend beschrieben, hängt der Hartfedereffekt mit dem Aspektverhältnis zusammen. Je näher das Aspektverhältnis bei 1 liegt, desto größer ist der Hartfedereffekt. Da die Stabdicke kleiner ist als die Stabbreite, ist das Aspektverhältnis größer als 1. In einem Bereich, in dem die Dicke des Stabs kleiner oder gleich der Breite des Stabs ist, liegt das Aspektverhältnis umso näher bei 1, je größer die Stabbreite ist. Je größer die Stabdicke, desto geringer ist somit der Hartfedereffekt. Je größer die Stabdicke ist, desto mehr kann der Hartfedereffekt reduziert werden.
Die Beziehung zwischen der Dicke des Stabs und dem maximalen Auslenkwinkel wird formuliert. Anschließend wird die Beziehung zwischen der Stabdicke und dem Aspektverhältnis formuliert und der Zielkonflikt zwischen der Größe des maximalen Auslenkwinkels und der Reduzierung des Hartfedereffekts aufgezeigt. Eine Resonanzfrequenz fc des Rotators 1 wird durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt.
Gleichung 1 $ƒ_{c} = \frac{1}{2 π} \sqrt{\frac{k_{0}}{I_{0}}}$
Das Trägheitsmoment I0 des Rotators 1 ist die Summe aus dem Trägheitsmoment Ia der aktiven Schicht LA und dem Trägheitsmoment Is der Tragschicht LS. Daher wird das Trägheitsmoment I0 des Rotators 1 durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt.
Gleichung 2 $I_{0} = I_{s} + I_{a}$
Die aktive Schicht LA wird als ebene Platte angenommen. Wenn also die Dicke der aktiven Schicht LA mit α multipliziert wird, wird das Trägheitsmoment I des Rotators 1 durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt.
Gleichung 3 $I_{0} = I_{s} + α I_{a}$
Eine Torsionsfederkonstante k des ersten Torsionsstabs 21 und des zweiten Torsionsstabs 22, wenn die Dicke der aktiven Schicht LA mit α multipliziert wird, wird durch die folgende Gleichung (4) unter Verwendung der Gleichungen (1) und (3) ausgedrückt.
Gleichung 4 $k = \frac{I}{I_{0}} k_{0} = \frac{I_{s} + α I_{a}}{I_{s} + I_{a}} k_{0}$
Die Torsionsfederkonstante k und der maximale Auslenkwinkel θ sind umgekehrt proportional zueinander. Daher wird, bezogen auf den Auslenkwinkel θ0 bei α = 1, der maximale Auslenkwinkel θ durch die folgende Gleichung (5) ausgedrückt.
Gleichung 5 $θ = \frac{I_{s} + I_{a}}{I_{s} + α I_{a}} θ_{0}$
Die Torsionsfederkonstante k wird durch die folgende Gleichung (6) unter Verwendung des Elastizitätsmoduls E und der Poissonzahl γ ausgedrückt. Es ist zu beachten, dass a in Gleichung (6) durch die folgende Gleichung (7) ausgedrückt wird.
Gleichung 6 $k = \frac{2 aGw t^{3}}{L} = \frac{aE w t^{3}}{L (1 - γ)}$
Gleichung 7 $a = \frac{1}{3} (1 - \frac{192}{π^{5}} \frac{t}{w} t a n h (\frac{π w}{2 t}))$
Aus den Gleichungen (4) und (6) wird eine Stabbreite w bei einer Stabdicke t = α * t0 durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt, wenn die Stabdicke t kleiner als die Stabbreite w ist.
Gleichung 8 $w = \frac{I_{s} + α I_{a}}{I_{s} + I_{a}} (w_{0} - 0.63 t_{0}) \frac{1}{α^{3}} + 0.63 α t_{0}$
Aus Gleichung (8) ergibt sich ein Verhältnis zwischen der Stabbreite w und der Stabdicke t, das durch die folgende Gleichung (9) ausgedrückt wird.
Gleichung 9 $\frac{w}{α t_{0}} = \frac{I_{s} + α I_{a}}{I_{s} + I_{a}} (w_{0} - 0.63 t_{0}) \frac{1}{α^{4} t_{0}} + 0.63$
Wie in den Gleichungen (5) und (9) gezeigt, ändern sich, wenn das Verhältnis des Trägheitsmoments Ia der aktiven Schicht LA zum Gesamtträgheitsmoment I des Rotators 1 hoch ist, der maximale Auslenkwinkel und das Aspektverhältnis stark in einer Weise, die von einer Änderung der Dicke der aktiven Schicht LA abhängt.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf ein erstes Vergleichsbeispiel und ein zweites Vergleichsbeispiel Änderungen des maximalen Auslenkwinkels und des Aspektverhältnisses berechnet, die durch eine Änderung der Dicke der aktiven Schicht LA verursacht werden. Tabelle 1 zeigt Parameter des ersten Vergleichsbeispiels und des zweiten Vergleichsbeispiels. Tabelle 1

Parameter	Erstes Vergleichsbeispiel	Zweites Vergleichsbeispiel
Siliciumdichte	2331 kg/m³
Breite des Rotators	2500 µm
Länge des Rotators	2500 µm
Dicke der Tragschicht	200 µm
Rippenbreite	20 µm
α	1	1,33
Dicke der aktiven Schicht	15 µm	20 µm
Stabbreite	500 µm	276 µm

Im ersten Vergleichsbeispiel und im zweiten Vergleichsbeispiel beträgt die Silicium- (Si-) Dichte 2331 (kg/m3). Die Breite des Rotators 1 beträgt 2500 µm. Die Länge des Rotators 1 beträgt 2500 µm. Eine Rippenbreite D (vgl. 12) beträgt 20 µm. Die Dicke der Tragschicht LS beträgt 200 µm.
Im ersten Vergleichsbeispiel ist α gleich 1. Die Dicke der aktiven Schicht LA beträgt 15 µm. Die Stabbreite beträgt 500 µm. Das Aspektverhältnis beträgt 33,3. Im ersten Vergleichsbeispiel ist α gleich 1,33. Die Dicke der aktiven Schicht LA beträgt 20 µm. Die Stabbreite beträgt 276 µm. Das Aspektverhältnis beträgt 13,8.
Im ersten Vergleichsbeispiel und im zweiten Vergleichsbeispiel wurde das Trägheitsmoment auf Grundlage der vorstehend beschriebenen Abmessungen und dergleichen berechnet. Wenn sich α ändert, ändern sich die Dicke der aktiven Schicht LA und die Stabbreite. Wenn α zunimmt, nimmt die Dicke der aktiven Schicht LA zu.
11 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Dicke der aktiven Schicht LA und 0/00 unter Verwendung einer ersten Achse auf der linken Seite von 11 zeigt und die Beziehung zwischen der Dicke der aktiven Schicht LA und dem Aspektverhältnis unter Verwendung einer zweiten Achse auf der rechten Seite von 11 zeigt.
Wie in 11 gezeigt, ist in einem Bereich, in dem die Breite des Stabs größer als die Dicke des Stabs ist (einem Bereich, in dem das Aspektverhältnis größer als 1 ist), das Aspektverhältnis umso größer, je größer der maximale Auslenkwinkel ist. Je größer der maximale Auslenkwinkel ist, desto wahrscheinlicher ist es somit, dass der Hartfedereffekt auftritt. Daher stehen die Größe des maximalen Auslenkwinkels und die Verringerung des Hartfedereffekts in einem Zielkonflikt.
Im zweiten Vergleichsbeispiel ist α größer als im ersten Vergleichsbeispiel. Das Aspektverhältnis ist kleiner als im ersten Vergleichsbeispiel. Das Aspektverhältnis ist näher an 1 als im ersten Vergleichsbeispiel. Daher kann im zweiten Vergleichsbeispiel das Auftreten des Hartfedereffekts im Vergleich zum ersten Vergleichsbeispiel verringert werden. Im zweiten Vergleichsbeispiel ist der maximale Auslenkwinkel jedoch um mindestens 20 % kleiner als im ersten Vergleichsbeispiel.
Um eine Abnahme des maximalen Auslenkwinkels zu begrenzen und das Auftreten des Hartfedereffekts zu reduzieren, ist es daher notwendig, eine Zunahme der Dicke der ersten aktiven Schicht 1A des Rotators 1 zu begrenzen und die Abmessung (Stabdicke) des ersten Torsionsstabs 21 und des zweiten Torsionsstabs 22 der optischen Abtasteinrichtung 100 zu erhöhen.
Da in der vorliegenden Ausführungsform die Dicke der aktiven Schicht LA nicht verändert wird, ist α = 1 erfüllt, und somit ist das Trägheitsmoment I des Rotators 1 gemäß den Gleichungen (2) und (3) I = I0. Nach Gleichung (5) beträgt der maximale Auslenkwinkel daher θ = θ0.
Ferner wird das Aspektverhältnis (Stabbreite/Stabdicke), wenn unter Verwendung der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 ohne Änderung des Trägheitsmoments I0 des Rotators nur die Stabdicke mit α multipliziert wird, durch die folgende Gleichung (10) ausgedrückt.
Gleichung 10 $\frac{w}{α t_{0}} = (w_{0} - 0.63 t_{0}) \frac{1}{α^{4} t_{0}} + 0.63$
Wie aus Gleichung (10) hervorgeht, ist das Aspektverhältnis (Stabbreite/Stabdicke) umso kleiner, je größer α (Stabdicke) ist. Das heißt, das Aspektverhältnis (Stabbreite/Stabdicke) nähert sich 1 an.
Als Nächstes werden Wirkungen und Effekte der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, wie in 1 dargestellt, beinhaltet die optische Abtasteinrichtung 100 eine erste elastische Schicht 41 und eine zweite elastische Schicht 42. Die erste elastische Schicht 41 ist auf den ersten Torsionsstab 21 aufgebracht. Die zweite elastische Schicht 42 ist auf den zweiten Torsionsstab 22 aufgebracht. Dies ermöglicht eine Vergrößerung der Abmessungen des ersten Torsionsstabs 21 und des zweiten Torsionsstabs 22 der optischen Abtasteinrichtung 100 in Dickenrichtung (Z-Achsen-Richtung).
Die vertikale Abmessung (in Richtung der Z-Achse) der aktiven Schicht LA ist kleiner als die horizontale Abmessung (in Richtung der Y-Achse) der aktiven Schicht LA. Dadurch liegt das Aspektverhältnis des ersten Torsionsstabs 21 und des zweiten Torsionsstabs 22 nahe bei 1 im Vergleich zu einem Fall, in dem die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 nicht angeordnet sind.
Dadurch kann der Hartfedereffekt der optischen Abtasteinrichtung 100 an den Positionen des ersten Torsionsstabs 21 und des zweiten Torsionsstabs 22 gegenüber dem Fall, in dem die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 nicht angeordnet sind, verringert werden.
Wie in 1 dargestellt, ist die erste elastische Schicht 41 auf den ersten Torsionsstab 21 aufgebracht. Die zweite elastische Schicht 42 ist auf den zweiten Torsionsstab 22 aufgebracht. Dadurch vergrößert sich die Abmessung des ersten Torsionsstabs 21 und des zweiten Torsionsstabs 22 der optischen Abtasteinrichtung 100 in Dickenrichtung (Z-Achsen-Richtung), und eine Zunahme der Abmessung der aktiven Schicht LA in der Dickenrichtung (Z-Achsen-Richtung) wird begrenzt.
Dies wiederum begrenzt eine Zunahme der Abmessung der aktiven Schicht LA des Rotators 1 in Dickenrichtung (Z-Achsen-Richtung). Es ist daher möglich, eine Abnahme des maximalen Auslenkwinkels des Rotators 1 zu begrenzen. Dadurch ist es möglich, sowohl eine Verringerung des Hartfedereffekts der optischen Abtasteinrichtung 100 an den Positionen des ersten Torsionsstabs 21 und des zweiten Torsionsstabs 22 als auch eine Verringerung des maximalen Auslenkwinkels des Rotators 1 zu erreichen.
Wie in 1 veranschaulicht, handelt es sich bei der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 um ein elastisches Material mit einer höheren Ermüdungslebensdauer als Metall. Dies macht die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 weniger anfällig für eine Verschlechterung, selbst wenn die Drehung des Rotators 1 wiederholt die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 beansprucht.
Insbesondere ist es möglich, die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 weniger anfällig für Verschlechterung zu machen als in einem Fall, in dem das Material der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 aus Metall besteht. Somit ist es möglich, der optischen Abtasteinrichtung 100 eine hohe Langzeitzuverlässigkeit zu verleihen.
Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die optische Abtasteinrichtung 100 den Magnet M. Der Rotator 1 umfasst die Spulenleitung 5. Der Rotator 1 wird durch die Lorentz-Kraft gedreht, die durch den durch die Spulenleitung 5 fließenden Strom und die vom Magnet M erzeugte Magnetkraft erzeugt wird. Dadurch kann sich der auf den Rotator 1 aufgebrachte Reflektor 10 drehen. Hierdurch wiederum kann der Reflektor 10 Licht in einem gewünschten Reflexionswinkel reflektieren.
Wie in 2 dargestellt, enthält das Material der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 Silicium (Si). Silicium (Si) hat eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall. Hierdurch weisen die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall auf. Dadurch können wiederum die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 weniger anfällig für Verschlechterung gemacht werden als in einem Fall, in dem das Material der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 Metall enthält.
Wie in 2 dargestellt, enthält das Material der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 Polysilicium. Polysilicium hat eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall. Hierdurch weisen die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall auf. Dadurch können wiederum die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 weniger anfällig für Verschlechterung gemacht werden als in einem Fall, in dem das Material der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 Metall enthält.
Wie in 2 dargestellt, enthält das Material der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 monokristallines Silicium (Si). Monokristallines Silicium (Si) hat eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall. Hierdurch weisen die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall auf.
Dadurch können wiederum die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 weniger anfällig für Verschlechterung gemacht werden als in einem Fall, in dem das Material der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 Metall enthält.
Wie in 2 dargestellt, enthält das Material der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 monokristallines Silicium (Si). Daher sind die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 beispielsweise aus einem monokristallinen Siliciumwafer hergestellt. Die Dicke des monokristallinen Siliciumwafers kann leichter kontrolliert werden als die Dicke von Polysilicium.
Wenn die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 aus Polysilicium hergestellt werden, wird die Dicke der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 auf Grundlage der Zeit gesteuert, die zum Bilden der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 auf dem Oberflächen-Oxidfilm LOS benötigt wird.
Wenn die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 aus einem monokristallinen Siliciumwafer hergestellt werden, kann die Dicke des monokristallinen Siliciumwafers während der Herstellung des monokristallinen Siliciumwafers vorab kontrolliert werden. Dies erleichtert die Steuerung der Dicken der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 im Vergleich zu einem Fall, in dem die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 Polysilicium enthalten.
In der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der ersten Weiterbildung der ersten Ausführungsform, wie in 4 dargestellt, beinhaltet der Rotator 1 eine Vertiefung 11. Dadurch ist der Rotator 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform leichter als der massive Rotator 1. Dadurch ist das Trägheitsmoment des Rotators 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kleiner als das Trägheitsmoment des massiven Rotators 1. Dies wiederum ermöglicht eine Vergrößerung des maximalen Auslenkwinkels.
In der ersten Weiterbildung der ersten Ausführungsform ist das Verhältnis zwischen dem Trägheitsmoment der aktiven Schicht LA und dem Trägheitsmoment des gesamten Rotators 1 höher als ein entsprechendes Verhältnis für den massiven Rotator 1. Vergrößert sich also die Abmessung der aktiven Schicht LA in Dickenrichtung (Richtung der Z-Achse), so verringert sich der maximale Auslenkwinkel im Vergleich zum massiven Rotator 1.
Da in der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 auf die zweite aktive Schicht 31A aufgebracht sind, ist es möglich, eine Zunahme der Abmessung der aktiven Schicht LA in Dickenrichtung (Richtung der Z-Achse) zu begrenzen. Daher ist es bei der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Verringerung des maximalen Auslenkwinkels zu begrenzen, auch wenn der Rotator 1 eine Vertiefung 11 beinhaltet.
In der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der zweiten Weiterbildung der ersten Ausführungsform, wie in 5 dargestellt, ist der untere Isolierfilm LI1 entlang der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 nach oben gekrümmt. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, den Abstand zwischen der Oberseite des unteren Isolierfilms LI1 und dem Oberflächen-Oxidfilm LOS einheitlich zu gestalten. Der untere Isolierfilm LI1 kann somit leicht bearbeitet werden.
Das Verfahren zum Herstellen der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst den Ausbildungsschritt. Wie in 8 dargestellt, wird im Ausbildungsschritt die erste elastische Schicht 41 in Bezug auf die aktive Schicht LA des Substrats SUB auf der der Tragschicht LS gegenüberliegenden Seite ausgebildet. Im Ausbildungsschritt wird die zweite elastische Schicht 42 getrennt von der ersten elastischen Schicht 41 in Bezug auf die aktive Schicht LA des Substrats SUB auf der der Tragschicht LS gegenüberliegenden Seite ausgebildet.
Wie in 8 und 3 veranschaulicht, vergrößert sich dadurch die Abmessung des ersten Torsionsstabs 21 und des zweiten Torsionsstabs 22 der optischen Abtasteinrichtung 100 in Dickenrichtung (Z-Achsen-Richtung), und eine Zunahme der Abmessung der aktiven Schicht LA in der Dickenrichtung (Z-Achsen-Richtung) wird begrenzt. Auf diese Weise kann der Hartfedereffekt reduziert und eine Verringerung des maximalen Auslenkwinkels des Rotators 1 begrenzt werden.
Wie in 8 dargestellt, wird im Ausbildungsschritt die erste elastische Schicht 41 in Bezug auf die aktive Schicht LA des Substrats SUB auf der der Tragschicht LS gegenüberliegenden Seite ausgebildet. Im Ausbildungsschritt wird die zweite elastische Schicht 42 getrennt von der ersten elastischen Schicht 41 in Bezug auf die aktive Schicht LA des Substrats SUB auf der der Tragschicht LS gegenüberliegenden Seite ausgebildet. Die erste elastische Schicht 41 ist ein elastisches Material, das eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall aufweist. Die zweite elastische Schicht 42 ist ein elastisches Material, das eine höhere Ermüdungslebensdauer als Metall aufweist. Somit ist es möglich, der optischen Abtasteinrichtung 100 eine hohe Langzeitzuverlässigkeit zu verleihen.
Zweite Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 12 und 13 wird eine Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Die zweite Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration, das gleiche Herstellungsverfahren und die gleichen Wirkungen und Effekte wie die erste Ausführungsform, sofern nicht anders angegeben. Daher werden die gleichen Komponenten wie die Komponenten gemäß der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um eine redundante Beschreibung zu vermeiden.
Wie in 12 dargestellt, beinhaltet die optische Abtasteinrichtung 100 eine erste Leiterbahn 71 und eine zweite Leiterbahn 72. Die erste Leiterbahn 71 ist auf dem ersten Tragteil 31 angeordnet. Die zweite Leiterbahn 72 ist auf dem zweiten Tragteil 32 angeordnet. Der Rotator 1 der vorliegenden Ausführungsform kann eine Vertiefung 11 beinhalten (vgl. 4).
Bei dem Material der ersten Leiterbahn 71 und der zweiten Leiterbahn 72 handelt es sich um ein Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Zu Beispielen für das Material der ersten Leiterbahn 71 und der zweiten Leiterbahn 72 zählen Aluminium (Al), Aluminiumnitrid (AlN) und dergleichen. Die erste Leiterbahn 71 verläuft in Richtung des ersten Torsionsstabs 21, erreicht diesen aber nicht. Die zweite Leiterbahn 72 verläuft in Richtung des zweiten Torsionsstabs 22, erreicht diesen aber nicht.
Wie in 13 dargestellt, beinhaltet die erste elastische Schicht 41 einen ersten Diffusionsleitungsbereich 41D. Der erste Diffusionsleitungsbereich 41D erstreckt sich vom ersten Tragteil 31 zum Rotator 1. Die zweite elastische Schicht 42 beinhaltet einen zweiten Diffusionsleitungsbereich 42D. Ein zweiter Diffusionsleitungsbereich 42D erstreckt sich vom zweiten Tragteil 32 zum Rotator 1.
Der erste Diffusionsleitungsbereich 41D der ersten elastischen Schicht 41 und der zweite Diffusionsleitungsbereich 42D der zweiten elastischen Schicht 42 haben eine höhere Elastizitätsgrenze als die erste Metallleitung 61 und die zweite Metallleitung 62. Ein Material des ersten Diffusionsleitungsbereichs 41D und des zweiten Diffusionsleitungsbereichs 42D enthält Silicium (Si).
Der erste Diffusionsleitungsbereich 41D ist mit einem Fremdstoff dotiert. Der zweite Diffusionsleitungsbereich 42D ist mit einem Fremdstoff dotiert. Dadurch werden der erste Diffusionsleitungsbereich 41D und der zweite Diffusionsleitungsbereich 42D elektrisch leitfähig. Der erste Diffusionsleitungsbereich 41D und der zweite Diffusionsleitungsbereich 42D dienen als Leitungen. Die erste Leiterbahn 71 ist mit der zweiten Leiterbahn 72 über den ersten Diffusionsleitungsbereich 41D, die Spulenleitung 5 und den zweiten Diffusionsleitungsbereich 42D elektrisch verbunden.
Zu Beispielen für den Fremdstoff zählen Bor (B) und Phosphor (P). Die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 sind mit dem Fremdstoff in hoher Dotierungsdichte dotiert. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei der Dotierungsdichte um eine Dichte des zur Dotierung verwendeten Fremdstoffs. Die Dotierungsdichte beträgt beispielsweise 1 × 10²⁰ (cm^-3).
Als Nächstes werden Wirkungen und Effekte der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform, wie in 13 dargestellt, beinhaltet die erste elastische Schicht 41 den ersten Diffusionsleitungsbereich 41D. Die zweite elastische Schicht 42 beinhaltet den zweiten Diffusionsleitungsbereich 42D. Wenn eine auf die Stableitungen (erster Diffusionsleitungsbereich 41D und zweiter Diffusionsleitungsbereich 42D oder erste Metallleitung 61 und zweite Metallleitung 62) ausgeübte Beanspruchung größer ist als die Elastizitätsgrenze der Stableitungen, können sich die Stableitungen verschlechtern.
Es ist daher erforderlich, dass eine auf die Stableitungen ausgeübte Beanspruchung niedriger ist als die Elastizitätsgrenze der Stableitungen. Je größer der maximale Auslenkwinkel ist, desto größer ist die auf die Stableitungen wirkende Beanspruchung. Daher kann bei höherer Elastizitätsgrenze der Stableitungen der maximale Auslenkwinkel vergrößert werden. Der erste Diffusionsleitungsbereich 41D und der zweite Diffusionsleitungsbereich 42D haben eine höhere Elastizitätsgrenze als die erste Metallleitung 61 und die zweite Metallleitung 62. Dadurch kann die optische Abtasteinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen großen Auslenkwinkel gegenüber einem Fall erreichen, in dem die erste Metallleitung 61 und die zweite Metallleitung 62 als Stableitungen vorgesehen sind.
Wie in 13 dargestellt, beinhaltet die erste elastische Schicht 41 einen ersten Diffusionsleitungsbereich 41D. Die zweite elastische Schicht 42 beinhaltet den zweiten Diffusionsleitungsbereich 42D. Der erste Diffusionsleitungsbereich 41D und der zweite Diffusionsleitungsbereich 42D haben eine höhere Elastizitätsgrenze als die erste Metallleitung 61 und die zweite Metallleitung 62.
Dies kann die Stableitungen selbst bei großem maximalem Auslenkwinkel weniger anfällig für Verschlechterung machen. Es ist daher möglich, eine optische Abtasteinrichtung 100 bereitzustellen, die eine höhere Langzeitzuverlässigkeit aufweist als eine optische Abtasteinrichtung 100 mit einer ersten Metallleitung 61 und einer zweiten Metallleitung 62.
Wie in 12 veranschaulicht, erstreckt sich die erste Leiterbahn 71 in Richtung des ersten Torsionsstabs 21, erreicht diesen aber nicht. Die zweite Leiterbahn 72 erstreckt sich in Richtung des zweiten Torsionsstabs 22, erreicht diesen aber nicht. Dadurch wird verhindert, dass sich die erste Leiterbahn 71 und die zweite Leiterbahn 72 drehen, selbst wenn sich der Rotator 1 zusammen mit dem ersten Torsionsstab 21 und dem zweiten Torsionsstab 22 dreht. Dies kann die erste Leiterbahn (71) und die zweite Leiterbahn (72) weniger anfällig für Verschlechterung machen.
Wie in 13 veranschaulicht, ist die erste Leiterbahn 71 mit der zweiten Leiterbahn 72 über den ersten Diffusionsleitungsbereich 41D, die Spulenleitung 5 und den zweiten Diffusionsleitungsbereich 42D elektrisch verbunden. Dadurch kann verhindert werden, dass die erste Metallleitung und die zweite Metallleitung jeweils entlang der Aufwärtskrümmung einer entsprechenden der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht verformt werden (vgl. 5). Dies wiederum kann verhindern, dass die Leitungen beschädigt werden. Dies ist insbesondere in der optischen Abtasteinrichtung 100 wirksam, in der die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 große Abmessungen in Dickenrichtung aufweisen.
Dritte Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 14 und 15 wird eine Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. Die dritte Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration, das gleiche Herstellungsverfahren und die gleichen Wirkungen und Effekte wie die erste Ausführungsform, sofern nicht anders angegeben. Daher werden die gleichen Komponenten wie die Komponenten gemäß der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um eine redundante Beschreibung zu vermeiden.
Wie in 14 dargestellt, beinhaltet die optische Abtasteinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine erste Leiterbahn 71 und eine zweite Leiterbahn 72. Die erste Leiterbahn 71 ist auf dem ersten Tragteil 31 angeordnet. Die zweite Leiterbahn 72 ist auf dem zweiten Tragteil 32 angeordnet. Der Rotator 1 der vorliegenden Ausführungsform kann eine Vertiefung 11 beinhalten (vgl. 4).
Wie in 15 dargestellt, beinhaltet die aktive Schicht LA einen Diffusionsleitungsbereich LAD. Der Diffusionsleitungsbereich LAD ist mit einem Fremdstoff dotiert. Die Dotierungsdichte beträgt beispielsweise 1 × 10²⁰ (cm^-3). Dies bewirkt, dass der Diffusionsleitungsbereich LAD als Leitung fungiert. Die erste Leiterbahn 71 ist mit der zweiten Leiterbahn 72 über den Diffusionsleitungsbereich LAD und die Spulenleitung 5 elektrisch verbunden.
Wie in 15 dargestellt, beinhaltet der Diffusionsleitungsbereich LAD einen dritten Diffusionsleitungsbereich LAD1 und einen vierten Diffusionsleitungsbereich LAD2. Der dritte Diffusionsleitungsbereich LAD1 ist elektrisch mit der ersten Leiterbahn 71 und der Spulenleitung 5 verbunden. Der dritte Diffusionsleitungsbereich LAD1 erstreckt sich vom ersten Tragteil 31 zum Rotator 1. Der vierte Diffusionsleitungsbereich LAD2 ist elektrisch mit der zweiten Leiterbahn 72 und der Spulenleitung 5 verbunden. Der vierte Diffusionsleitungsbereich LAD2 erstreckt sich vom zweiten Tragteil 32 zum Rotator 1.
Das Material der aktiven Schicht LA enthält Silicium (Si). Dadurch liegt die Elastizitätsgrenze des Diffusionsleitungsbereichs LAD höher als die der ersten Metallleitung 61 und der zweiten Metallleitung 62.
Unter Bezugnahme auf 15 bis 19 wird nachstehend ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Das Verfahren zum Herstellen der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet einen Vorbereitungsschritt, einen Dotierschritt einen Ausbildungsschritt, einen Laminierschritt und einen Bildungsschritt.
Wie in 16 dargestellt, wird im Vorbereitungsschritt ein Substrat SUB vorbereitet. Die aktive Schicht LA des Substrats SUB enthält Silicium (Si) als Material. Anschließend wird, wie in 16 dargestellt, im Dotierungsschritt die aktive Schicht LA mit einem Fremdstoff dotiert. Infolgedessen wird in der aktiven Schicht LA der Diffusionsleitungsbereich LAD gebildet.
Anschließend wird, wie in 17 dargestellt, ein Siliciumsubstrat in Bezug auf die aktive Schicht LA an eine der Tragschicht LS gegenüberliegende Seite gebondet. Zum Bonden werden beispielsweise oberflächenaktiviertes Bonding und raumtemperaturaktiviertes Bonding verwendet. Das Siliciumsubstrat beinhaltet eine elastische Schicht 4 und einen Oberflächen-Oxidfilm LOS.
In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei der elastischen Schicht 4 beispielsweise um monokristallines Silicium (Si). Der Oberflächen-Oxidfilm LOS wird auf einer Oberfläche der elastischen Schicht 4 ausgebildet. Bei dem Oberflächen-Oxidfilm LOS handelt es sich vorzugsweise um einen thermischen Oxidfilm mit hoher Ebenheit. Der Oberflächen-Oxidfilm LOS wird zwischen der elastischen Schicht 4 und der aktiven Schicht LA angeordnet.
Wie in 18 dargestellt, werden anschließend im Ausbildungsschritt die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 ausgebildet. Die elastische Schicht 4 (vgl. 17) wird teilweise entfernt, um die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 zu erhalten. Die elastische Schicht 4 (vgl. 17) wird durch Strukturieren, beispielsweise durch reaktives Ionenätzen mit hohem Aspektverhältnis (DRIE) oder dergleichen, teilweise entfernt.
Anschließend wird, wie in 19 dargestellt, im Laminierschritt der Reflektor 10 auf die aktive Schicht LA laminiert.
Anschließend werden, wie in 19 und 15 dargestellt, im Bildungsschritt der erste Torsionsstab 21, der zweite Torsionsstab 22, der Rotator 1, das erste Tragteil 31 und das zweite Tragteil 32 gebildet.
Als Nächstes werden Wirkungen und Effekte der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform, wie in 15 dargestellt, beinhaltet die aktive Schicht LA einen Diffusionsleitungsbereich LAD. Die Elastizitätsgrenze des Diffusionsleitungsbereichs LAD liegt höher als die der ersten Metallleitung 61 und der zweiten Metallleitung 62.
Dadurch kann die optische Abtasteinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen großen maximalen Auslenkwinkel gegenüber einem Fall erreichen, in dem die erste Metallleitung 61 und die zweite Metallleitung 62 als Stableitungen (Diffusionsleitungsbereich LAD oder erste Metallleitung 61 und zweite Metallleitung 62) vorgesehen sind.
Wie in 15 dargestellt, beinhaltet die aktive Schicht LA den Diffusionsleitungsbereich LAD. Die Elastizitätsgrenze des Diffusionsleitungsbereichs LAD liegt höher als die der ersten Metallleitung 61 und der zweiten Metallleitung 62. Dies kann die Stableitungen selbst bei großem maximalem Auslenkwinkel weniger anfällig für Verschlechterung machen. Es ist daher möglich, eine optische Abtasteinrichtung 100 bereitzustellen, die eine höhere Langzeitzuverlässigkeit aufweist als eine optische Abtasteinrichtung 100 mit einer ersten Metallleitung 61 und einer zweiten Metallleitung 62.
Wie in 15 veranschaulicht, erstreckt sich die erste Leiterbahn 71 in Richtung des ersten Torsionsstabs 21, erreicht diesen aber nicht. Die zweite Leiterbahn 72 erstreckt sich in Richtung des zweiten Torsionsstabs 22, erreicht diesen aber nicht. Dadurch wird verhindert, dass sich die erste Leiterbahn 71 und die zweite Leiterbahn 72 drehen, selbst wenn sich der Rotator 1 zusammen mit dem ersten Torsionsstab 21 und dem zweiten Torsionsstab 22 dreht. Dies kann die erste Leiterbahn (71) und die zweite Leiterbahn (72) weniger anfällig für Verschlechterung machen.
Wie in 15 veranschaulicht, ist die erste Leiterbahn 71 mit der zweiten Leiterbahn 72 über den Diffusionsleitungsbereich LAD und die Spulenleitung 5 elektrisch verbunden. Dadurch kann verhindert werden, dass die erste Metallleitung 61 und die zweite Metallleitung 62 jeweils entlang der Aufwärtskrümmung einer entsprechenden der ersten elastischen Schicht 41 und der zweiten elastischen Schicht 42 verformt werden (vgl. 5). Dies wiederum kann verhindern, dass die Leitungen beschädigt werden. Dies ist insbesondere in der optischen Abtasteinrichtung 100 wirksam, in der die erste elastische Schicht 41 und die zweite elastische Schicht 42 große Abmessungen in Dickenrichtung aufweisen.
Vierte Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 20 und 21 wird eine Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. Die vierte Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration, das gleiche Herstellungsverfahren und die gleichen Wirkungen und Effekte wie die erste Ausführungsform, sofern nicht anders angegeben. Daher werden die gleichen Komponenten wie die Komponenten gemäß der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um eine redundante Beschreibung zu vermeiden.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 20 dargestellt, beinhaltet die optische Abtasteinrichtung 100 ferner eine erste kammförmige Elektrode E1. Der Rotator 1 beinhaltet eine zweite kammförmige Elektrode E2. Die optische Abtasteinrichtung 100 enthält keinen Magnet M (vgl. 1). Die optische Abtasteinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform hauptsächlich dadurch, dass der Magnet M (vgl. 1) nicht enthalten ist.
Wie in 20 dargestellt, beinhaltet die optische Abtasteinrichtung 100 ein drittes Tragteil 33. Das dritte Tragteil 33 verbindet das erste Tragteil 31 und das zweite Tragteil 32. Die erste kammförmige Elektrode E1 ist am dritten Tragteil 33 angebracht. Die erste kammförmige Elektrode E1 erstreckt sich vom dritten Tragteil 33 in Richtung des Rotators 1 in Richtung der Y-Achse. Der Rotator 1 der vorliegenden Ausführungsform kann eine Vertiefung 11 beinhalten (vgl. 4).
Wie in 21 dargestellt, soll die zweite kammförmige Elektrode E2 alternierend mit der ersten kammförmigen Elektrode E1 ineinandergreifen. Die zweite kammförmige Elektrode E2 erstreckt sich in Richtung des dritten Tragteils 33 in Richtung der Y-Achse. Die erste kammförmige Elektrode E1 und die zweite kammförmige Elektrode E2 sollen eine elektrostatische Kraft zwischen der ersten kammförmigen Elektrode E1 und der zweiten kammförmigen Elektrode E2 erzeugen, wenn eine Spannung an die erste kammförmige Elektrode E1 und die zweite kammförmige Elektrode E2 angelegt wird.
Die elektrostatische Kraft wirkt auf die erste kammförmige Elektrode E1 und die zweite kammförmige Elektrode E2, so dass sich die erste kammförmige Elektrode E1 und die zweite kammförmige Elektrode E2 gegenseitig anziehen. Die elektrostatische Kraft erzeugt ein Drehmoment um den ersten Torsionsstab 21 und den zweiten Torsionsstab 22 im Rotator 1. Der Rotator 1 wird durch die elektrostatische Kraft gedreht. Dies bewirkt, dass sich der Rotator 1 um den ersten Torsionsstab 21 und den zweiten Torsionsstab 22 dreht.
Als Nächstes werden Wirkungen und Effekte der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß einer vierten Ausführungsform, wie in 20 dargestellt, beinhaltet die optische Abtasteinrichtung 100 ferner eine erste kammförmige Elektrode E1 und eine zweite kammförmige Elektrode E2. Der Rotator 1 wird durch die elektrostatische Kraft gedreht.
Dadurch entfällt die Notwendigkeit, dass die optische Abtasteinrichtung 100 den Magnet M enthält (vgl. 1). Wenn der Rotator 1 der optischen Abtasteinrichtung 100 durch elektromagnetische Kraft gedreht werden soll, bewirkt der Magnet M eine Vergrößerung der Abmessungen der optischen Abtasteinrichtung 100 (vgl. 1). Da gemäß der vorliegenden Ausführungsform die optische Abtasteinrichtung 100 keinen Magnet M enthalten muss (vgl. 1), kann die Abmessung der optischen Abtasteinrichtung 100 in Richtung der Y-Achse reduziert werden.
Fünfte Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 22 und 23 wird eine Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß einer fünften Ausführungsform beschrieben. Die fünfte Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration, das gleiche Herstellungsverfahren und die gleichen Wirkungen und Effekte wie die erste Ausführungsform, sofern nicht anders angegeben. Daher werden die gleichen Komponenten wie die Komponenten gemäß der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um eine redundante Beschreibung zu vermeiden.
Wie in 22 dargestellt, beinhaltet die optische Abtasteinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner einen ersten piezoelektrischen Aktuator 81 und einen zweiten piezoelektrischen Aktuator 82. Die optische Abtasteinrichtung 100 beinhaltet ein drittes Tragteil 33. Die optische Abtasteinrichtung 100 enthält keinen Magnet M (vgl. 1). Die optische Abtasteinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform hauptsächlich dadurch, dass der Magnet M (vgl. 1) nicht enthalten ist.
Wie in 23 dargestellt, ist der erste piezoelektrische Aktuator 81 mit dem ersten Torsionsstab 21 verbunden. Der zweite piezoelektrische Aktor 82 ist mit dem zweiten Torsionsstab 22 verbunden. Der Rotator 1 wird durch den ersten piezoelektrischen Aktuator 81 und den zweiten piezoelektrischen Aktuator 82 in Drehung versetzt. Der Rotator 1 der vorliegenden Ausführungsform kann eine Vertiefung 11 beinhalten (vgl. 4).
Der erste piezoelektrische Aktuator 81 beinhaltet ein erstes piezoelektrisches Element 80a und ein zweites piezoelektrisches Element 80b, die sich über den ersten Torsionsstab 21 hinweg gegenüberliegen. Der zweite piezoelektrische Aktuator 82 beinhaltet ein erstes piezoelektrisches Element 80a und ein zweites piezoelektrisches Element 80b, die sich über den zweiten Torsionsstab 22 hinweg gegenüberliegen. Das erste piezoelektrische Element 80a und das zweite piezoelektrische Element 80b erzeugen Druck, wenn eine Spannung angelegt wird.
Das erste piezoelektrische Element 80a wird gegenphasig zum zweiten piezoelektrischen Element 80b betrieben. Dadurch wird das erste piezoelektrische Element 80a gegenphasig zum zweiten piezoelektrischen Element 80b in Schwingung versetzt.
Die Schwingungen des ersten piezoelektrischen Elements 80a und des zweiten piezoelektrischen Elements 80b bewirken, dass sich der erste Torsionsstab 21 und der zweite Torsionsstab 22 drehen. Dadurch wird der mit dem ersten Torsionsstab 21 und dem zweiten Torsionsstab 22 verbundene Rotator 1 durch den ersten piezoelektrischen Aktuator 81 und den zweiten piezoelektrischen Aktuator 82 in Drehung versetzt.
Als Nächstes werden Wirkungen und Effekte der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß der fünften Ausführungsform, wie in 22 dargestellt, beinhaltet die optische Abtasteinrichtung 100 ferner den ersten piezoelektrischen Aktuator 81 und den zweiten piezoelektrischen Aktuator 82. Der Rotator 1 wird durch den ersten piezoelektrischen Aktuator 81 und den zweiten piezoelektrischen Aktuator 82 in Drehung versetzt.
Dadurch entfällt die Notwendigkeit, dass die optische Abtasteinrichtung 100 den Magnet M enthält (vgl. 1). Wenn der Rotator 1 der optischen Abtasteinrichtung 100 durch elektromagnetische Kraft gedreht werden soll, bewirkt der Magnet M eine Vergrößerung der Abmessungen der optischen Abtasteinrichtung 100 (vgl. 1). Da gemäß der vorliegenden Ausführungsform die optische Abtasteinrichtung 100 keinen Magnet M enthalten muss (vgl. 1), kann die Abmessung der optischen Abtasteinrichtung 100 in Richtung der Y-Achse reduziert werden.
Sechste Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 24 und 25 wird eine Konfiguration einer optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß einer sechsten Ausführungsform beschrieben. Die sechste Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration, das gleiche Herstellungsverfahren und die gleichen Wirkungen und Effekte wie die erste Ausführungsform, sofern nicht anders angegeben. Daher werden die gleichen Komponenten wie die Komponenten gemäß der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um eine redundante Beschreibung zu vermeiden.
Wie in 24 dargestellt, wird die optische Abtasteinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf eine Abstandsmesseinrichtung 200 angewendet. Bei der Abstandsmesseinrichtung 200 handelt es sich um eine Abstandsmesseinrichtung 200 zum Erzeugen eines Abstandsbilds eines Messobjekts 300.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform das Abstandsbild des Messobjekts 300 ein Bild ist, das einen Abstand zwischen der Abstandsmesseinrichtung 200 und dem Messobjekt 300 zeigt. Wie in 24 dargestellt, beinhaltet die Abstandsmesseinrichtung 200 eine optische Abtasteinrichtung 100, eine Lichtquelle 91, einen Fotodetektor 92 und eine Betriebseinheit 93. Die optische Abtasteinrichtung 100 ist eine optische Abtasteinrichtung 100 gemäß einer der ersten bis fünften Ausführungsformen. Die Abstandsmesseinrichtung 200 kann ein Fenster 94, einen Strahlteiler 95 und ein Gehäuse 96 beinhalten.
Die Lichtquelle 91 emittiert Licht in Richtung des Reflektors 10 der optischen Abtasteinrichtung 100. Bei der Lichtquelle 91 handelt es sich beispielsweise um eine Laserlichtquelle oder dergleichen. In 24 und 25 enthält die Abstandsmesseinrichtung 200 eine Lichtquelle 91, jedoch kann die Abstandsmesseinrichtung 200 auch mehrere Lichtquellen 91 enthalten. Bei dem Licht handelt es sich zum Beispiel um Laserlicht mit einer Wellenlänge von einschließlich 870 nm bis einschließlich 1500 nm.
Der Strahlteiler 95 ist zwischen der Lichtquelle 91 und der optischen Abtasteinrichtung 100 angeordnet. Der Strahlteiler 95 dient dazu, das von der Lichtquelle 91 emittierte Licht zur optischen Abtasteinrichtung 100 durchzulassen. Der Strahlteiler 95 reflektiert das vom Reflektor 10 der optischen Abtasteinrichtung 100 reflektierte Licht.
Die optische Abtasteinrichtung 100 soll den Reflektor 10 veranlassen, das von der Lichtquelle 91 emittierte Licht auf das Messobjekt 300 zu reflektieren. Die optische Abtasteinrichtung 100 soll einfallendes Licht ablenken und reflektieren. Die optische Abtasteinrichtung 100 kann dazu dienen, das vom Messobjekt 300 reflektierte Licht zum Fotodetektor 92 zu reflektieren.
Der Fotodetektor 92 dient zum Empfangen von Licht. Der Fotodetektor 92 soll insbesondere das vom Messobjekt 300 reflektierte Licht erfassen.
Die Betriebseinheit 93 ist mit der optischen Abtasteinrichtung 100 und der Lichtquelle 91 verbunden. Die Betriebseinheit 93 beinhaltet beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder einen Prozessor. Die Betriebseinheit 93 beinhaltet beispielsweise eine Schaltung mit einer Betriebsfunktion. Die Betriebseinheit 93 erzeugt das Abstandsbild durch Vergleichen des von der Lichtquelle 91 emittierten Lichts mit dem vom Messobjekt 300 reflektierten Licht.
Innerhalb des Gehäuses 96 sind die optische Abtasteinrichtung 100, die Lichtquelle 91, der Fotodetektor 92 und die Betriebseinheit 93 angeordnet. Das Fenster 94 ist im Gehäuse 96 ausgebildet.
Als Nächstes wird ein optischer Weg beschrieben, wenn die Abstandsmesseinrichtung 200 das Abstandsbild des Messobjekts 300 erzeugt.
Licht wird von der Lichtquelle 91 emittiert. Das von der Lichtquelle 91 emittierte Licht trifft auf den Strahlteiler 95. Das auf den Strahlteiler 95 treffende Licht wird geteilt. Ein Teil des vom Strahlteiler 95 geteilten Lichts trifft auf den Reflektor 10 der optischen Abtasteinrichtung 100. Das auf den Reflektor 10 treffende Licht wird vom Reflektor 10 zum Messobjekt 300 reflektiert. Das vom Reflektor 10 reflektierte Licht wird durch das Fenster 94 auf das Messobjekt 300 gelenkt. Das auf das Messobjekt 300 gelenkte Licht wird vom Messobjekt 300 reflektiert. Das vom Messobjekt 300 reflektierte Licht trifft durch das Fenster 94 auf den Reflektor 10. Das auf den Reflektor 10 treffende Licht wird vom Reflektor 10 reflektiert. Das vom Reflektor 10 reflektierte Licht trifft auf den Strahlteiler 95. Das auf den Strahlteiler 95 treffende Licht wird geteilt. Ein Teil des auf den Strahlteiler 95 treffenden Lichts wird von einem Reflektor des Strahlteilers 95 reflektiert. Das vom Reflektor des Strahlteilers 95 reflektierte Licht trifft auf den Fotodetektor 92.
Die Betriebseinheit 93 erzeugt das Abstandsbild durch Vergleichen des von der Lichtquelle 91 emittierten Lichts (ausgehendes Licht) mit dem vom Messobjekt 300 reflektierten Licht (einfallendes Licht). Wenn beispielsweise das ausgehende Licht in Impulsen emittiert wird, trifft das einfallende Licht ebenfalls in Impulsen auf den Fotodetektor 92. Zum Beispiel berechnet die Betriebseinheit 93 einen Abstand zwischen der Abstandsmesseinrichtung 200 und dem Messobjekt 300 auf Grundlage einer Zeitdifferenz zwischen dem Impuls des ausgehenden Lichts und dem Impuls des einfallenden Lichts.
Da die optische Abtasteinrichtung 100 Licht zweidimensional abtasten kann, ist es möglich, auf Grundlage von Informationen über das abgetastete Licht ein Abstandsbild der Umgebung der Abstandsmesseinrichtung 200 zu erhalten.
Unter Bezugnahme auf 25 wird im Folgenden eine Konfiguration der optischen Abtasteinrichtung 100 gemäß einer Weiterbildung der sechsten Ausführungsform beschrieben.
Die optische Abtasteinrichtung 100 gemäß der Weiterbildung der sechsten Ausführungsform beinhaltet ferner ein weiteres optisches System 301. Das vom Messobjekt 300 reflektierte Licht trifft über ein weiteres optisches System 301 auf die Entfernungsmesseinrichtung 200.
Als Nächstes werden Wirkungen und Effekte der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Die Abstandsmesseinrichtung 200 gemäß der sechsten Ausführungsform beinhaltet eine Betriebseinheit 93. Die Betriebseinheit 93 erzeugt das Abstandsbild durch Vergleichen des von der Lichtquelle 91 emittierten Lichts mit dem vom Messobjekt 300 reflektierten Licht. Auf diese Weise erhält man ein Abstandsbild, das Abstände zum Messobjekt 300 anzeigt.
Die Abstandsmesseinrichtung 200 beinhaltet die optische Abtasteinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Dadurch kann die Abstandsmesseinrichtung 200 den Hartfedereffekt reduzieren. Die Abstandsmesseinrichtung 200 kann eine Abnahme des maximalen Auslenkwinkels des Rotators 1 begrenzen. Die Abstandsmesseinrichtung 200 weist eine hohe Langzeitzuverlässigkeit auf.
Es ist zu beachten, dass die vorliegend offenbarten Ausführungsformen in jeder Hinsicht nur veranschaulichend und nicht einschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird eher durch die Ansprüche als durch die vorstehende Beschreibung definiert, und die vorliegende Erfindung soll die Ansprüche, Äquivalente der Ansprüche und alle Weiterbildungen innerhalb des Umfangs umfassen.
Bezugszeichenliste

1: Rotator
5: Spulenleitung
10: Reflektor
11: Vertiefung
21: erster Torsionsstab
22: zweiter Torsionsstab
31: erstes Tragteil
32: zweites Tragteil
41: erste elastische Schicht
41D: erster Diffusionsleitungsbereich
42: zweite elastische Schicht
42D: zweiter Diffusionsleitungsbereich
71: erste Leiterbahn
72: zweite Leiterbahn
81: erster piezoelektrischer Aktuator
82: zweiter piezoelektrischer Aktuator
91: Lichtquelle
92: Fotodetektor
93: Betriebseinheit
100: optische Abtasteinrichtung
200: Abstandsmesseinrichtung
E1: erste kammförmige Elektrode
E2: zweite kammförmige Elektrode
LA: aktive Schicht
LAD: Diffusionsleitungsbereich
LS: Tragschicht
M: Magnet
SUB: Substrat

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005292321 A [0004, 0005]

Claims

Optische Abtasteinrichtung, die Folgendes aufweist: einen Reflektor zum Reflektieren von Licht; einen Rotator, auf den der Reflektor aufgebracht ist; einen ersten Torsionsstab und einen zweiten Torsionsstab, zwischen denen der Rotator angeordnet ist; ein erstes Tragteil, wobei der erste Torsionsstab zwischen dem ersten Tragteil und dem Rotator angeordnet ist; ein zweites Tragteil, wobei der zweite Torsionsstab zwischen dem zweiten Tragteil und dem Rotator angeordnet ist; eine erste elastische Schicht, die auf den ersten Torsionsstab aufgebracht ist; eine zweite elastische Schicht, die auf den zweiten Torsionsstab aufgebracht ist, wobei der Rotator in Bezug auf das erste Tragteil und das zweite Tragteil drehbar ist, wobei der erste Torsionsstab und der zweite Torsionsstab eine Drehachse bilden, der Rotator, der erste Torsionsstab und der zweite Torsionsstab eine gemeinsame aktive Schicht enthalten, und wobei in einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung, in der der Rotator zwischen dem ersten Torsionsstab und dem zweiten Torsionsstab angeordnet ist, eine vertikale Abmessung der aktiven Schicht kleiner ist als eine horizontale Abmessung der aktiven Schicht, und wobei es sich bei einem Material der ersten elastischen Schicht und der zweiten elastischen Schicht um ein elastisches Material mit einer höheren Ermüdungslebensdauer als Metall handelt.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rotator eine Vertiefung aufweist, und die Vertiefung in Bezug auf die aktive Schicht auf einer dem Reflektor gegenüberliegenden Seite offen ist.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die einen von dem Rotator getrennt angeordneten Magnet aufweist, wobei der Rotator eine Spulenleitung aufweist, die auf die aktive Schicht aufgebracht ist, und der Rotator durch eine Lorentzkraft, die durch einen durch die Spulenleitung fließenden Strom erzeugt wird, und eine vom Magnet erzeugte Magnetkraft in Drehung versetzt wird.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 3, die Folgendes aufweist: eine erste Leiterbahn, die auf dem ersten Tragteil angeordnet ist; und eine zweite Leiterbahn, die auf dem zweiten Tragteil angeordnet ist, wobei die erste elastische Schicht einen ersten Diffusionsleitungsbereich aufweist, der mit einem Fremdstoff dotiert ist, und wobei die zweite elastische Schicht einen zweiten Diffusionsleitungsbereich aufweist, der mit einem Fremdstoff dotiert ist, und die erste Leiterbahn mit der zweiten Leiterbahn über den ersten Diffusionsleitungsbereich, die Spulenleitung und den zweiten Diffusionsleitungsbereich elektrisch verbunden ist.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 3, die Folgendes aufweist: eine erste Leiterbahn, die auf dem ersten Tragteil angeordnet ist; und eine zweite Leiterbahn, die auf dem zweiten Tragteil angeordnet ist, wobei das Material der aktiven Schicht Silicium enthält, die aktive Schicht einen Diffusionsleitungsbereich aufweist, der mit einem Fremdstoff dotiert ist, und die erste Leiterbahn mit der zweiten Leiterbahn über den Diffusionsleitungsbereich und die Spulenleitung elektrisch verbunden ist.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine erste kammförmige Elektrode aufweist, wobei der Rotator eine zweite kammförmige Elektrode aufweist, die alternierend mit der ersten kammförmigen Elektrode ineinandergreift, die erste kammförmige Elektrode und die zweite kammförmige Elektrode eine elektrostatische Kraft zwischen der ersten kammförmigen Elektrode und der zweiten kammförmigen Elektrode erzeugen, wenn eine Spannung an die erste kammförmige Elektrode und die zweite kammförmige Elektrode angelegt wird, und der Rotator durch die elektrostatische Kraft gedreht wird.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die Folgendes aufweist: einen ersten piezoelektrischen Aktuator, der mit dem ersten Torsionsstab verbunden ist; und einen zweiten piezoelektrischen Aktuator, der mit dem zweiten Torsionsstab verbunden ist, und wobei der Rotator durch den ersten piezoelektrischen Aktuator und den zweiten piezoelektrischen Aktuator gedreht wird.
Optische Abtasteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Material der ersten elastischen Schicht und der zweiten elastischen Schicht Silicium enthält.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 8, wobei das Material der ersten elastischen Schicht und der zweiten elastischen Schicht Polysilicium enthält.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 8, wobei das Material der ersten elastischen Schicht und der zweiten elastischen Schicht monokristallines Silicium enthält.
Abstandsmesseinrichtung zum Erzeugen eines Abstandsbilds eines Messobjekts, wobei die Abstandsmesseinrichtung Folgendes aufweist: eine optische Abtasteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10; eine Lichtquelle zum Emittieren des Lichts in Richtung des Reflektors der optischen Abtasteinrichtung; einen Fotodetektor zum Empfangen des Lichts; und eine Betriebseinheit, die mit der optischen Abtasteinrichtung und der Lichtquelle verbunden ist, wobei die optische Abtasteinrichtung dazu eingerichtet ist, dass der Reflektor das von der Lichtquelle emittierte Licht auf das Messobjekt reflektiert, und wobei der Fotodetektor das vom Messobjekt reflektierte Licht erfasst, und wobei die Betriebseinheit das Abstandsbild durch Vergleichen des von der Lichtquelle emittierten Lichts mit dem vom Messobjekt reflektierten Licht erzeugt soll.
Verfahren zum Herstellen einer optischen Abtasteinrichtung, das Folgendes aufweist: Vorbereiten eines Substrats, auf das eine aktive Schicht und eine Tragschicht laminiert werden; Ausbilden einer ersten elastischen Schicht und einer zweiten elastischen Schicht in Bezug auf die aktive Schicht auf einer der Tragschicht gegenüberliegenden Seite, wobei die erste elastische Schicht und die zweite elastische Schicht aus einem elastischen Material mit einer höheren Ermüdungslebensdauer als Metall hergestellt sind und die erste elastische Schicht und die zweite elastische Schicht getrennt voneinander ausgebildet werden; Laminieren eines Reflektors zum Reflektieren von Licht auf der aktiven Schicht zwischen der ersten elastischen Schicht und der zweiten elastischen Schicht; und Ausbilden folgender Komponenten: eines ersten Torsionsstabs durch Entfernen der Tragschicht in Bezug auf die aktive Schicht auf einer der ersten elastischen Schicht gegenüberliegenden Seite; eines zweiten Torsionsstabs durch Entfernen der Tragschicht in Bezug auf die aktive Schicht auf einer der zweiten elastischen Schicht gegenüberliegenden Seite; eines Rotators, der zwischen dem ersten Torsionsstab und dem zweiten Torsionsstab angeordnet wird und auf den der Reflektor aufgebracht wird; eines ersten Tragteils, wobei der erste Torsionsstab zwischen dem ersten Tragteil und dem Rotator angeordnet wird; und eines zweiten Tragteils, wobei der zweite Torsionsstab zwischen dem zweiten Tragteil und dem Rotator angeordnet wird, wobei in einem Querschnitt orthogonal zu einer Richtung, in der der Rotator zwischen dem ersten Torsionsstab und dem zweiten Torsionsstab angeordnet ist, die vertikale Abmessung der aktiven Schicht kleiner ist als die horizontale Abmessung der aktiven Schicht.