DE112020007168T5

DE112020007168T5 - Optische abtastvorrichtung und abstandsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE112020007168T5
Application number: DE112020007168.5T
Authority: DE
Inventors: Nobuaki Konno; Takahiko Ito
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2023-03-02
Also published as: JPWO2021229689A1; WO2021229689A1; US20230161153A1; JP7325623B2

Abstract

Eine optische Abtastvorrichtung (1) weist ein Substrat (2) und eine Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen (3) auf. Das Substrat (2) weist eine Hauptfläche (2a) auf. Die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente (3) ist zweidimensional auf der Hauptfläche (2a) des Substrats (2) angeordnet. Die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente (3) ist in der Lage, unabhängig voneinander zu arbeiten und ein Beugungsgitter zu bilden. Jedes der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente (3) weist einen Träger (18a), einen beweglichen Spiegel (20) und eine Stütze (23) auf. Der Träger (18a) ist in einer Richtung senkrecht zur Hauptfläche (2a) biegbar. Der bewegliche Spiegel (20) weist eine bewegliche Platte (21) und eine Spiegelschicht (22) auf, die auf der beweglichen Platte (21) angeordnet ist. Die Stütze (23) verbindet die bewegliche Platte (21) und den Träger (18a) miteinander.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Abtastvorrichtung und eine Abstandsmessvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Das japanische Patent Nr. 2722314 (PTL 1) offenbart einen planaren Galvanometerspiegel. Der planare Galvanometerspiegel weist ein Halbleitersubstrat, eine bewegliche Platte, einen Spiegel, der auf der beweglichen Platte angeordnet ist, und einen Torsionsstab auf, der die bewegliche Platte schwenkbar auf dem Halbleitersubstrat trägt.
LITERATURAUFSTELLUNG
PATENTLITERATUR
PTL 1: Japanisches Patent Nr. 2722314
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Bei dem oben beschriebenen Galvanometerspiegel wird die Spiegeleinheit, die die bewegliche Platte und die Spiegelschicht aufweist, durch die Resonanzfrequenz der Spiegeleinheit angetrieben, um einen Lichtstrahl mit einem großen Ablenkungswinkel so schnell wie möglich abzutasten. Um jedoch einen Torsionsbruch des Torsionsstabs zu verhindern, ist der Ablenkungswinkel des Galvanometerspiegels auf einen Winkel von maximal 20° begrenzt. Der auf den Galvanometerspiegel auftreffende Lichtstrahl wird von einem einzigen Spiegel empfangen. Dies hat zur Folge, dass die Größe und die Masse der Spiegeleinheit groß werden und somit die Beschleunigung der optischen Abtastung unter Verwendung des Galvanometerspiegels begrenzt ist.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen, und ein Ziel eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Abtastvorrichtung auszubilden, die in der Lage ist, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl mit einer höheren Geschwindigkeit und einem größeren Ablenkungswinkel durchzuführen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abstandsmessvorrichtung auszubilden, die in der Lage ist, einen Umgebungsabstand schneller und einfacher zu messen.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Die optische Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist ein Substrat und eine Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen auf. Das Substrat weist eine Hauptfläche auf, die sich in eine erste Richtung und eine zweite Richtung senkrecht zur ersten Richtung erstreckt. Die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente ist zweidimensional auf der Hauptfläche des Substrats in einer Draufsicht auf die Hauptfläche des Substrats angeordnet. Die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente ist in der Lage, unabhängig voneinander zu arbeiten und ein Beugungsgitter zu bilden. Jedes der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente weist einen Träger, eine erste Verankerung, eine zweite Verankerung, einen beweglichen Spiegel und eine Stütze auf. Der Träger ist in einer dritten Richtung senkrecht zur Hauptfläche biegbar. Die erste Verankerung ist auf der Hauptfläche des Substrats angeordnet, um ein erstes Ende des Trägers zu stützen. Die zweite Verankerung ist auf der Hauptfläche des Substrats angeordnet, um das zweite Ende des Trägers, das zum ersten Ende entgegengesetzt ist, zu stützen. Der bewegliche Spiegel weist eine bewegliche Platte auf, die in der dritten Richtung vom Träger getrennt ist, und eine Spiegelschicht, die auf der beweglichen Platte angeordnet ist. Die Stütze verbindet die bewegliche Platte und einen Bereich des Trägers, der nicht das erste Ende und das zweite Ende ist, miteinander.
Die Abstandsmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist die optische Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
In der optischen Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird der auf die optische Abtastvorrichtung einfallende Lichtstrahl von dem beweglichen Spiegel jedes der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente empfangen. Dadurch ist es möglich, die Größe und Masse jedes beweglichen Spiegels zu verringern, was es ermöglicht, jeden beweglichen Spiegel mit einer höheren Geschwindigkeit zu bewegen. Daher ist es für die optische Abtastvorrichtung möglich, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl mit höherer Geschwindigkeit durchzuführen. Ferner wird in der optischen Abtastvorrichtung der auf die optische Abtastvorrichtung einfallende Lichtstrahl unter Verwendung eines Beugungsgitters abgelenkt, das aus einer Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen gebildet ist, die unabhängig voneinander arbeiten können. Daher ist es möglich, dass die optische Abtastvorrichtung eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl mit einem größeren Ablenkungswinkel durchführt.
Die Abstandsmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist die optische Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf, die in der Lage ist, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl mit einer höheren Geschwindigkeit durchzuführen. Daher ist es für die Abstandsmessvorrichtung möglich, den Umgebungsabstand schneller zu messen. Die Abstandsmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist die optische Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf, die in der Lage ist, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl bei einem größeren Ablenkungswinkel durchzuführen. Daher ist es für die Abstandsmessvorrichtung möglich, den Umgebungsabstand leichter zu messen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, einer dritten Ausführungsform und einer vierten Ausführungsform zeigt;
2 ist eine teilweise vergrößerte schematische perspektivische Ansicht, die die optische Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist eine teilweise vergrößerte schematische Querschnittsansicht, die die optische Abtastvorrichtung der ersten Ausführungsform entlang einer in den 5 und 6 dargestellten Querschnittslinie III-III zeigt;
4 ist eine teilweise vergrößerte schematische Querschnittsansicht, die die optische Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
5 ist eine teilweise vergrößerte schematische Draufsicht, die die optische Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
6 ist eine teilweise vergrößerte schematische Draufsicht, die die optische Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
7 ist eine schematische vergrößerte Seitenansicht, die die optische Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
8 ist eine teilweise vergrößerte schematische perspektivische Ansicht, die die optische Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
9 ist eine teilweise vergrößerte schematische perspektivische Ansicht, die die optische Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
10 ist eine teilweise vergrößerte schematische Querschnittsansicht, die einen Schritt in einem Herstellungsverfahren der optischen Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
11 ist eine teilweise vergrößerte schematische Querschnittsansicht, die einen Schritt im Anschluss an den in 10 dargestellten Schritt in dem Herstellungsverfahren der optischen Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
12 ist eine teilweise vergrößerte schematische Querschnittsansicht, die einen auf den in 11 dargestellten Schritt folgenden Schritt im Herstellungsverfahren der optischen Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
13 ist eine teilweise vergrößerte schematische Querschnittsansicht, die einen Schritt in dem Herstellungsverfahren der optischen Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
14 ist eine teilweise vergrößerte schematische Querschnittsansicht, die einen Schritt im Anschluss an den in 13 dargestellten Schritt im Herstellungsverfahren der optischen Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
15 ist eine teilweise vergrößerte schematische Querschnittsansicht, die einen Schritt veranschaulicht, der auf den in den 12 und 14 dargestellten Schritt im Herstellungsverfahren der optischen Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform folgt;
16 ist eine teilweise vergrößerte schematische Querschnittsansicht, die einen Schritt veranschaulicht, der auf den in 15 veranschaulichten Schritt in dem Herstellungsverfahren der optischen Abtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform folgt;
17 ist eine teilweise vergrößerte schematische perspektivische Ansicht, die eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt;
18 ist eine teilweise vergrößerte schematische perspektivische Ansicht, die eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt;
19 ist eine teilweise vergrößerte schematische perspektivische Ansicht, die eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt;
20 ist eine schematische Ansicht, die eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
21 ist eine teilweise vergrößerte schematische Draufsicht, die die optische Abtastvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
22 ist eine teilweise vergrößerte schematische Draufsicht, die eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
23 ist eine teilweise vergrößerte schematische Draufsicht, die eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt;
24 ist eine schematische Ansicht, die eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt;
25 ist eine teilweise vergrößerte schematische Querschnittsansicht, die eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt;
26 ist eine schematische Ansicht, die eine Abstandsmessvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt; und
27 ist eine schematische Blockansicht, die eine in der Abstandsmessvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform enthaltene Steuerung zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Komponenten werden mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Erste Ausführungsform
Eine optische Abtastvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben. Die optische Abtastvorrichtung 1 weist ein Substrat 2, eine Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3 und eine Steuerung 7 auf.
Das Substrat 2 weist eine Hauptfläche 2a auf, die sich in einer ersten Richtung (x-Richtung) und einer zweiten Richtung (y-Richtung) senkrecht zur ersten Richtung (x-Richtung) erstreckt. Das Substrat 2 hat eine Dicke von z. B. 100 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, weist das Substrat 2 in der vorliegenden Ausführungsform ein leitfähiges Substrat 10 und eine erste Isolierschicht 11 auf, die auf dem leitfähigen Substrat 10 angeordnet ist. Das leitfähige Substrat 10 ist beispielsweise ein Siliciumsubstrat, das einen Dotierstoff enthält, und die erste Isolierschicht 11 ist beispielsweise eine Siliciumnitridschicht, eine Siliciumdioxidschicht oder eine laminierte Schicht aus einer Siliciumnitridschicht und einer Siliciumdioxidschicht. Das Substrat 2 kann ein isolierendes Substrat sein. Die erste Isolierschicht 11 hat eine Dicke von z. B. 0,01 µm oder mehr und 1,0 µm oder weniger. Handelt es sich bei dem Substrat 2 um ein isolierendes Substrat, kann auf die erste Isolierschicht 11 verzichtet werden.
In einer Draufsicht auf die Hauptfläche 2a des Substrats 2 ist die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 zweidimensional auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 ist in der Lage, unabhängig voneinander zu arbeiten und in der Lage, ein Beugungsgitter zu bilden. Jedes der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 weist eine Elektrode 12a, eine Elektrode 12b, eine Verdrahtung 13a, eine Verdrahtung 13b, eine Elektrode 14, eine Verdrahtung 15, eine Verankerung 17a, eine Verankerung 17b, einen Träger 18a, einen beweglichen Spiegel 20 und eine Stütze 23 auf. Jedes der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 kann ferner eine Elektrode 12c, eine Elektrode 12d, eine Verdrahtung 13c, eine Verdrahtung 13d, eine Verankerung 17c, eine Verankerung 17d und einen Träger 18b aufweisen.
Die Elektrode 12a und die Elektrode 12b sind auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Insbesondere sind die Elektrode 12a und die Elektrode 12b auf der ersten Isolierschicht 11 angeordnet und voneinander getrennt. Die Verdrahtung 13a und die Verdrahtung 13b befinden sich auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2. Insbesondere sind die Verdrahtung 13a und die Verdrahtung 13b auf der ersten Isolierschicht 11 angeordnet. Die Verdrahtung 13a ist mit der Elektrode 12a verbunden und so konfiguriert, dass sie eine Spannung an die Elektrode 12a liefert. Die Verdrahtung 13b ist mit der Elektrode 12b verbunden und so konfiguriert, dass sie eine Spannung an die Elektrode 12b liefert. Die Elektrode 12a, die Elektrode 12b, die Verdrahtung 13a und die Verdrahtung 13b bestehen je zum Beispiel aus leitfähigem Polysilicium oder einem Metall wie Aluminium, Gold oder Platin. Jede der Elektroden 12a, der Elektroden 12b, der Verdrahtung 13a und der Verdrahtung 13b hat eine Dicke von beispielsweise 0,10 µm oder mehr und 10 µm oder weniger.
Die Elektrode 12c und die Elektrode 12d sind auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Insbesondere sind die Elektrode 12c und die Elektrode 12d auf der ersten Isolierschicht 11 angeordnet und voneinander getrennt. Die Verdrahtung 13c und die Verdrahtung 13d befinden sich auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2. Insbesondere sind die Verdrahtung 13c und die Verdrahtung 13d auf der ersten Isolierschicht 11 angeordnet. Die Verdrahtung 13c ist mit der Elektrode 12c verbunden und so konfiguriert, dass sie eine Spannung an die Elektrode 12c liefert. Die Verdrahtung 13d ist mit der Elektrode 12d verbunden und so konfiguriert, dass sie eine Spannung an die Elektrode 12d liefert. Die Elektrode 12c, die Elektrode 12d, die Verdrahtung 13c und die Verdrahtung 13d bestehen je beispielsweise aus leitfähigem Polysilicium oder einem Metall wie Aluminium, Gold oder Platin. Jede der Elektrode 12c, der Elektrode 12d, der Verdrahtung 13c und der Verdrahtung 13d hat eine Dicke von z. B. 0,10 µm oder mehr und 10 µm oder weniger.
Die Elektrode 14 ist auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Insbesondere befindet sich die Elektrode 14 auf der ersten Isolierschicht 11 und ist elektrisch von den Elektroden 12a und 12b sowie den Elektroden 12c und 12d isoliert. Die Elektrode 14 liegt der Stütze 23 in einer dritten Richtung (z-Richtung) gegenüber. Die Verdrahtung 15 ist auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Insbesondere ist die Verdrahtung 15 auf der ersten Isolierschicht 11 angeordnet. Die Verdrahtung 15 ist mit der Elektrode 14 verbunden und so konfiguriert, dass sie eine Spannung an die Elektrode 14 liefert. Die Elektrode 14 und die Verdrahtung 15 bestehen zum Beispiel aus leitfähigem Polysilicium oder einem Metall wie Aluminium, Gold oder Platin. Sowohl die Elektrode 14 als auch die Verdrahtung 15 haben eine Dicke von z. B. 0,10 µm oder mehr und 10 µm oder weniger.
Die Verankerung 17a und die Verankerung 17b sind auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Insbesondere ist die Verankerung 17a auf der Elektrode 12a angeordnet und ist auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 über die Elektrode 12a angeordnet. Die Verankerung 17b ist auf der Elektrode 12b angeordnet und ist über die Elektrode 12b auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Die Verankerung 17a und die Verankerung 17b stützen den Träger 18a. Insbesondere stützt die Verankerung 17a ein erstes Ende des Trägers 18a. Die Verankerung 17b stützt ein zweites Ende des Trägers 18a, das dem ersten Ende des Trägers 18a gegenüberliegt. Die Verankerung 17a und die Verankerung 17b können elektrisch leitfähig sein. Sowohl die Verankerung 17a als auch die Verankerung 17b bestehen zum Beispiel aus leitfähigem Polysilicium. Die Verankerung 17a ist elektrisch mit der Elektrode 12a verbunden. Die Verankerung 17b ist elektrisch mit der Elektrode 12b verbunden.
Die Verankerung 17c und die Verankerung 17d sind auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Insbesondere ist die Verankerung 17c auf der Elektrode 12c angeordnet und ist über die Elektrode 12c an der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Die Verankerung 17d ist an der Elektrode 12d angeordnet und ist über die Elektrode 12d auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Die Verankerung 17c und die Verankerung 17d stützen den Träger 18b. Insbesondere stützt die Verankerung 17c ein drittes Ende des Trägers 18b. Die Verankerung 17d stützt ein viertes Ende des Trägers 18b, das dem dritten Ende des Trägers 18b gegenüberliegt. Die Verankerung 17c und die Verankerung 17d können elektrisch leitfähig sein. Sowohl die Verankerung 17c als auch die Verankerung 17d bestehen zum Beispiel aus leitfähigem Polysilicium. Die Verankerung 17c ist elektrisch mit der Elektrode 12c verbunden. Die Verankerung 17d ist elektrisch mit der Elektrode 12d verbunden.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, ist der Träger 18a in der dritten Richtung (z-Richtung) senkrecht zur Hauptfläche 2a des Substrats 2 biegbar. Der Träger 18a ist mit der Verankerung 17c und der Verankerung 17d am Substrat 2 befestigt. Insbesondere wird das erste Ende des Trägers 18a von der Verankerung 17a gestützt. Das zweite Ende des Trägers 18a wird durch die Verankerung 17b gestützt. Der Träger 18a kann elektrisch leitfähig sein. Der Träger 18a besteht zum Beispiel aus leitfähigem Polysilicium. Der Träger 18a ist über die Verankerung 17a elektrisch mit der Elektrode 12a verbunden. Der Träger 18a ist über die Verankerung 17b elektrisch mit der Elektrode 12b verbunden.
Der Träger 18b ist in der dritten Richtung (z-Richtung) senkrecht zur Hauptfläche 2a des Substrats 2 biegbar. Der Träger 18b ist durch die Verankerung 17c und die Verankerung 17d am Substrat 2 befestigt. Insbesondere wird das dritte Ende des Trägers 18b durch die Verankerung 17c gestützt. Das vierte Ende des Trägers 18b wird durch die Verankerung 17d gestützt. Der Träger 18b kann elektrisch leitfähig sein. Der Träger 18b besteht zum Beispiel aus leitfähigem Polysilicium. Der Träger 18b ist über die Verankerung 17c elektrisch mit der Elektrode 12c verbunden. Der Träger 18b ist über die Verankerung 17d elektrisch mit der Elektrode 12d verbunden.
Wie in 6 dargestellt, schneidet in einer Draufsicht auf die Hauptfläche 2a des Substrats 2 die Längsrichtung des Trägers 18b in einem Bereich des Trägers 18b, der mit der Stütze 23 verbunden ist, die Längsrichtung des Trägers 18a in einem Bereich des Trägers 18a, der mit der Stütze 23 verbunden ist. Insbesondere ist in der Draufsicht auf die Hauptfläche 2a des Substrats 2 die Längsrichtung des Trägers 18b an dem mit der Stütze 23 verbundenen Bereich des Trägers 18b senkrecht zur Längsrichtung des Trägers 18a an dem mit der Stütze 23 verbundenen Bereich des Trägers 18a. Insbesondere ist in der Draufsicht auf die Hauptfläche 2a des Substrats 2 die Längsrichtung des Trägers 18a an dem mit dem Stütze 23 verbundenen Bereich des Trägers 18a die zweite Richtung (y-Richtung). In der Draufsicht auf die Hauptfläche 2a des Substrats 2 ist die Längsrichtung des Trägers 18b an dem Bereich des Trägers 18b, der mit der Stütze 23 verbunden ist, die erste Richtung (x-Richtung).
In der Draufsicht auf die Hauptfläche 2a des Substrats 2 hat der bewegliche Spiegel 20 zum Beispiel eine quadratische Form. Der bewegliche Spiegel 20 weist eine bewegliche Platte 21 und eine Spiegelschicht 22 auf. Die bewegliche Platte 21 ist von dem Träger 18a in der dritten Richtung (z-Richtung) getrennt. Die bewegliche Platte 21 ist in der dritten Richtung (z-Richtung) von dem Träger 18b getrennt. Die bewegliche Platte 21 besteht z. B. aus leitfähigem Silicium. Die Spiegelschicht 22 ist auf der beweglichen Platte 21 angeordnet. Bei der Spiegelschicht 22 handelt es sich beispielsweise um eine Cr/Ni/Au-Schicht oder eine Ti/Pt/Au-Schicht. Die Cr-Schicht und die Ti-Schicht verbessern die Haftung der Spiegelschicht 22 an der beweglichen Platte 21 aus Silicium. Da die oberste Schicht der Spiegelschicht 22 eine Au-Schicht ist, hat die Spiegelschicht 22 ein hohes Reflexionsvermögen für einen auf die optische Abtastvorrichtung 1 einfallenden Lichtstrahl.
Die Längsrichtung der Stütze 23 ist die dritte Richtung (z-Richtung). Die Stütze 23 verbindet die bewegliche Platte 21 mit einem anderen Bereich des Trägers 18a als dem ersten Ende des Trägers 18a und dem zweitem Ende des Trägers 18a. Insbesondere ist der Bereich des Trägers 18a ein zentraler Bereich des Trägers 18a, und die Stütze 23 ist mit dem zentralen Bereich des Trägers 18a verbunden. Die Stütze 23 verbindet die bewegliche Platte 21 und einen Bereich des Trägers 18b mit Ausnahme des dritten Endes des Trägers 18b und des vierten Endes des Trägers 18b. Insbesondere ist der Bereich des Trägers 18b ein zentraler Bereich des Trägers 18b, und die Stütze 23 ist mit dem zentralen Bereich des Trägers 18b verbunden. Die Stütze 23 ist mit einer Rückseite der beweglichen Platte 21 verbunden, die einer Vorderseite der beweglichen Platte 21, auf der die Spiegelschicht 22 angeordnet ist, gegenüberliegt. Die Stütze 23 kann über eine zweite Isolierschicht 24 mit der Rückseite der beweglichen Platte 21 verbunden sein. Die Stütze 23 besteht z. B. aus leitfähigem Silicium. Die zweite Isolierschicht 24 ist beispielsweise eine Siliciumdioxidschicht.
Die Stütze 23 und der Bereich des Trägers 18a, der mit der Stütze 23 verbunden ist, liegen der Elektrode 14 in der dritten Richtung (z-Richtung) gegenüber. Die Stütze 23 und der Bereich des Trägers 18b, der mit der Stütze 23 verbunden ist, sind in der dritten Richtung (z-Richtung) der Elektrode 14 gegenüberliegend. Der bewegliche Spiegel 20 und die Stütze 23 werden von dem Träger 18a getragen.
Der bewegliche Spiegel 20 und die Stütze 23 können durch den Träger 18a und den Träger 18b getragen werden. Da der bewegliche Spiegel 20 und die Stütze 23 von dem Träger 18a und dem Träger 18b getragen werden, ist es möglich, die Verschiebungsrichtung des beweglichen Spiegels 20 zuverlässiger auf die dritte Richtung (z-Richtung) senkrecht zu dem Substrat 2 einzustellen.
Die Steuerung 7 weist beispielsweise einen Halbleiterprozessor wie eine Zentraleinheit (CPU) auf. Die Steuerung 7 steuert einen vertikalen Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 in der dritten Richtung (z-Richtung), um ein Beugungsgitter aus der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 zu bilden.
Wie in 1 dargestellt, weist die Steuerung 7 insbesondere eine Spannungssteuereinheit 8 auf. Die Spannungssteuereinheit 8 ist mit den Elektroden 12a und 12b über die Verdrahtungen 13a und 13b verbunden. Über die Verdrahtungen 13c und 13d ist die Spannungssteuereinheit 8 mit den Elektroden 12c und 12d verbunden. Der Träger 18a ist über die Verankerung 17a elektrisch mit der Elektrode 12a verbunden. Der Träger 18a ist über die Verankerung 17b elektrisch mit der Elektrode 12b verbunden. Insbesondere ist die Elektrode 12a über die Verankerung 17a elektrisch mit dem ersten Ende des Trägers 18a verbunden. Die Elektrode 12b ist über die Verankerung 17b elektrisch mit dem zweiten Ende des Trägers 18a verbunden, das dem ersten Ende des Trägers 18a gegenüberliegt.
Der Träger 18b ist über die Verankerung 17c elektrisch mit der Elektrode 12c verbunden. Der Träger 18b ist über die Verankerung 17d elektrisch mit der Elektrode 12d verbunden. Insbesondere ist die Elektrode 12c über die Verankerung 17c elektrisch mit dem dritten Ende des Trägers 18b verbunden. Die Elektrode 12d ist über die Verankerung 17d elektrisch mit dem vierten Ende des Trägers 18b verbunden, das dem dritten Ende des Trägers 18b gegenüberliegt. Die Spannungssteuereinheit 8 steuert die Spannung des Trägers 18a, der elektrisch mit den Elektroden 12a und 12b verbunden ist. Die Spannungssteuereinheit 8 steuert die Spannung des Trägers 18b, der mit den Elektroden 12c und 12d elektrisch verbunden ist.
Die Spannungssteuereinheit 8 ist über die Verdrahtung 15 mit der Elektrode 14 verbunden. Die Spannungssteuereinheit 8 steuert die Spannung der Elektrode 14. So steuert die Spannungssteuereinheit 8 die Spannung zwischen dem Träger 18a und der Elektrode 14. Die Spannungssteuereinheit 8 steuert die Spannung zwischen dem Träger 18b und der Elektrode 14. Somit kann die Steuerung 7 einen vertikalen Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 in der dritten Richtung (z-Richtung) steuern.
Zum Beispiel ist die Spannung zwischen dem Träger 18a und der Elektrode 14 eines nicht schraffierten beweglichen Spiegelelements 3 in 2 relativ niedriger als die eines schraffierten beweglichen Spiegelelements 3 in 2. Wie in 3 dargestellt, ist der vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 eines nicht schraffierten beweglichen Spiegelelements 3 in 2 ein erster vertikaler Verschiebungsbetrag. Insbesondere ist die Spannung zwischen dem Träger 18a und der Elektrode 14 eines nicht schraffierten beweglichen Spiegelelements 3 in 2 gleich Null, und es wirkt keine elektrostatische Anziehungskraft zwischen dem Träger 18a und der Elektrode 14. Der Träger 18a eines nicht schraffierten beweglichen Spiegelelements 3 in 2 wird nicht gebogen, und dadurch ist der erste vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 Null.
Andererseits ist, wie in 4 dargestellt, ein zweiter vertikaler Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 eines schraffierten beweglichen Spiegelelements 3 in 2 größer als der erste vertikale Verschiebungsbetrag. In der dritten Richtung (z-Richtung) ist der bewegliche Spiegel 20 eines schraffierten beweglichen Spiegelelements 3 in 2 näher an der Hauptfläche 2a des Substrats 2 als der bewegliche Spiegel 20 eines nicht schraffierten beweglichen Spiegelelements 3 in 2. Insbesondere ist bei einem schraffierten beweglichen Spiegelelement 3 in 2 die Spannung zwischen dem Träger 18a und der Elektrode 14 nicht Null, so dass eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen dem Träger 18a und der Elektrode 14 wirkt. In einem schraffierten beweglichen Spiegelelement 3 von 2 ist der Träger 18a in Richtung der Hauptfläche 2a des Substrats 2 gebogen, und der zweite vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 ist größer als der erste vertikale Verschiebungsbetrag. Das oben in Bezug auf den Träger 18a Beschriebene gilt auch für den Träger 18b.
Wie in 2 dargestellt, konstruiert die Steuerung 7 eine Vielzahl von ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und eine Vielzahl von zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 aus der Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3. Die Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 werden aus einem Teil der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 aufgebaut, bei dem der vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 der erste vertikale Verschiebungsbetrag ist. Die Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 sind aus dem verbleibenden Teil der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 aufgebaut, in denen der vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 der zweite vertikale Verschiebungsbetrag ist, der größer als der erste vertikale Verschiebungsbetrag ist. In der Draufsicht auf die Hauptfläche 2a des Substrats 2 ist eine erste Längsrichtung jeder der Vielzahl von ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 parallel zu einer zweiten Längsrichtung jeder der Vielzahl von zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5. Die Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 sind abwechselnd und periodisch in einer Richtung senkrecht zur ersten Längsrichtung angeordnet. Auf diese Weise kann die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 ein Beugungsgitter bilden.
Wie in 7 dargestellt, fällt ein Lichtstrahl 40 in der dritten Richtung (z-Richtung) auf die beweglichen Spiegel 20 der Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3. Der Lichtstrahl 40 wird durch das von den beweglichen Spiegeln 20 der Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3 gebildete Beugungsgitter gebeugt. Ein Beugungswinkel θ des Lichtstrahls, der von der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 gebeugt wird, d.h. ein Ablenkungswinkel der optischen Abtastvorrichtung 1, wird durch die folgende Gleichung (1) gegeben. Der Beugungswinkel θ ist definiert als ein Winkel zwischen dem Lichtstrahl 40, der auf die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 auftrifft, und einem Beugungslichtstrahl (z. B. einem Lichtstrahl 41 mit Beugungsordnung +1.), der durch die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 gebeugt wird. „d“ steht für eine Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 (d.h. eine Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5). „λ“ steht für die Wellenlänge des Lichtstrahls 40, der auf die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 auftrifft. „m“ steht für eine ganze Zahl. $d \times sin θ = m λ$
Das von den beweglichen Spiegeln 20 der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 gebildete Beugungsgitter erzeugt zum Beispiel einen Lichtstrahl 41 mit Beugungsordnung +1 und einen Lichtstrahl 42 mit Beugungsordnung -1. Der Lichtstrahl 41 mit Beugungsordnung +1 ist ein Lichtstrahl mit einer Beugungsordnung von +1. Der Lichtstrahl 42 mit Beugungsordnung -1 ist ein Lichtstrahl mit einer Beugungsordnung von -1. Die Beugungsordnung des Beugungslichtstrahls ist gleich m.
Die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 ist in der Lage, unabhängig voneinander zu arbeiten. Die Steuerung 7 ist in der Lage, die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 unabhängig voneinander zu steuern. Daher kann die Steuerung 7 die Anzahl der Reihen der beweglichen Spiegel 20, die in jeder der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 enthalten sind, ändern, um die Periode d der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 zu ändern. Die Steuerung 7 kann die Anzahl der Reihen der beweglichen Spiegel 20 ändern, die in jeder der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 enthalten sind, um die Periode d der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 zu ändern. Insbesondere kann, obwohl in dem in 2 dargestellten Beispiel die Anzahl der Reihen der beweglichen Spiegel 20, die in jeder der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 enthalten sind, zwei beträgt, die Anzahl der Reihen der beweglichen Spiegel 20, die in jeder der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 enthalten sind, auf eine oder drei oder mehr geändert werden. Obwohl in dem in 2 dargestellten Beispiel die Anzahl der Reihen der beweglichen Spiegel 20, die in jeder der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 enthalten sind, zwei beträgt, kann die Anzahl der Reihen der beweglichen Spiegel 20, die in jeder der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 enthalten sind, auf eine oder drei oder mehr geändert werden.
Das Ändern der Periode d der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und der Periode d der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 ermöglicht es, den Beugungswinkel θ des von der Vielzahl der beweglichen Spiegelelementen 3 gebeugten Lichtstrahls, d.h. den Ablenkungswinkel der optischen Abtastvorrichtung 1, zu ändern, wodurch es möglich ist, einen durch die optische Abtastvorrichtung 1 optisch abzutastenden Bereich zu ändern.
Mit Bezug auf 7 kann ein Absolutwert u der Differenz zwischen dem ersten vertikalen Verschiebungsbetrag und dem zweiten vertikalen Verschiebungsbetrag durch die folgende Gleichung (2) gegeben werden. „λ“ steht für die Wellenlänge des Lichtstrahls 40, der auf die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 einfällt, und „n“ steht für Null oder eine natürliche Zahl. Daher kann verhindert werden, dass der Lichtstrahl 40 (senkrecht) in Richtung der Einfallsrichtung (der dritten Richtung (z-Richtung)) des Lichtstrahls 40 in dem durch die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 gebildeten Beugungsgitter reflektiert wird. $u = (1 / 4 + n / 2) λ$
Die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 ist in der Lage, unabhängig voneinander zu arbeiten. Die Steuerung 7 kann die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 unabhängig voneinander steuern. Wie in den 2, 8 und 9 dargestellt, kann die Steuerung 7 daher in der Draufsicht auf die Hauptfläche 2a des Substrats 2 die erste Längsrichtung jeder der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die zweite Längsrichtung jeder der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in einer Ebene (einer Ebene entlang der Hauptfläche 2a des Substrats 2, d. h. einer xy-Ebene) ändern, die durch die erste Richtung (x-Richtung) und die zweite Richtung (y-Richtung) definiert ist. Der von den Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 gebeugte Lichtstrahl kann um eine Achse (z-Achse) parallel zur dritten Richtung (z-Richtung) herum abgetastet werden.
Wie in 7 dargestellt, kann der Absolutwert u die folgende Gleichung (3) erfüllen. „W“ stellt ein Intervall zwischen einem Paar von ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 dar, die unter der Vielzahl von ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 einander benachbart sind, und „θ“ stellt einen Beugungswinkel eines Lichtstrahls dar, der durch die Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3 gebeugt wird (d.h. einen Ablenkungswinkel der optischen Abtastvorrichtung 1). Daher ist es möglich, den für die optische Abtastung unnötigen Beugungslichtstrahl durch Verwendung der ersten beweglichen Spiegelanordnung 4 zu blockieren. $u \geq W / tan θ$
Wie in 7 dargestellt, enthält die optische Abtastvorrichtung 1 ferner ein Lichtabschirmungselement 43, das entweder den Lichtstrahl 41 mit Beugungsordnung +1 oder den durch das Beugungsgitter erzeugten Lichtstrahl 42 mit Beugungsordnung -1 blockiert. Wenn zum Beispiel der Lichtstrahl 42 mit Beugungsordnung -1 nicht für die optische Abtastung verwendet wird, blockiert das Lichtabschirmungselement 43 den Lichtstrahl 42 mit Beugungsordnung -1.
Das Lichtabschirmungselement 43 kann zum Beispiel ein lichtabsorbierendes Element sein.
Das Lichtabschirmungselement 43 kann ein optischer Verschluss sein. Abhängig von der Anwendung der optischen Abtastvorrichtung 1 kann der Lichtstrahl 42 mit Beugungsordnung -1 als Lichtstrahl für die optische Abtastung nicht erforderlich sein, oder sowohl der Lichtstrahl 42 mit Beugungsordnung -1 als auch der Lichtstrahl 41 mit Beugungsordnung +1 können als Lichtstrahl für die optische Abtastung erforderlich sein. Wenn der Lichtstrahl 42 mit Beugungsordnung -1 nicht als Lichtstrahl für die optische Abtastung benötigt wird, blockiert der optische Verschluss den Lichtstrahl 42 mit Beugungsordnung -1. Wenn sowohl der Lichtstrahl 42 mit Beugungsordnung -1 als auch der Lichtstrahl 41 mit Beugungsordnung +1 als Lichtstrahl für die optische Abtastung erforderlich sind, lässt der optische Verschluss den Lichtstrahl 42 mit Beugungsordnung -1 durch.
Der optische Verschluss kann z. B. ein mechanischer optischer Verschluss oder ein elektrooptischer Verschluss sein. Der elektrooptische Verschluss besteht beispielsweise aus einem Paar polarisierender Platten und einem elektrooptischen Medium (z. B. Flüssigkristall oder Bleilanthanzirkonattitanat (PLZT)), das zwischen dem Paar polarisierender Platten angeordnet ist.
Ein Verfahren zur Herstellung der optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 3, 5, 6 und 10 bis 16 beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung der optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform weist einen ersten Schritt zur Bildung einer ersten Struktur einschließlich des Substrats 2 und der Träger 18a und 18b (siehe 6 und 10 bis 12) auf, einen zweiten Schritt zur Bildung einer zweiten Struktur einschließlich der Spiegelschicht 22 und der Stütze 23 (siehe 13 und 14) und einen dritten Schritt zum Verbinden der zweiten Struktur mit der ersten Struktur (siehe 3, 5, 6, 15 und 16). Der erste Schritt kann vor dem zweiten Schritt oder nach dem zweiten Schritt durchgeführt werden.
Der erste Schritt der Bildung einer ersten Struktur mit dem Substrat 2 und den Trägern 18a und 18b wird unter Bezugnahme auf die 6 und 10 bis 12 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 10 wird das Substrat 2 vorbereitet. In der vorliegenden Ausführungsform weist das Substrat 2 ein leitfähiges Substrat 10 und eine erste Isolierschicht 11 auf, die auf dem leitfähigen Substrat 10 angeordnet ist. Das leitfähige Substrat 10 ist beispielsweise ein Siliciumsubstrat, das einen Dotierstoff enthält. Die erste Isolierschicht 11 ist beispielsweise eine Siliciumnitridschicht, eine Siliciumdioxidschicht oder eine laminierte Schicht aus einer Siliciumnitridschicht und einer Siliciumdioxidschicht. Die erste Isolierschicht 11 wird auf dem leitfähigen Substrat 10 beispielsweise durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) gebildet. Das Substrat 2 kann ein isolierendes Substrat sein.
Wie in den 6 und 10 dargestellt, werden die Elektroden 12a, 12b, 12c, 12d und 14 und die Verdrahtungen 13a, 13b, 13c, 13d und 15 auf der Hauptfläche 2a (oder der ersten Isolierschicht 11) des Substrats 2 ausgebildet.
Insbesondere wird auf der Hauptfläche 2a (oder der ersten Isolierschicht 11) des Substrats 2 eine leitfähige Schicht gebildet. Die leitfähige Schicht besteht aus leitfähigem Polysilicium oder einem Metall wie Aluminium, Gold oder Platin. Wenn die leitfähige Schicht aus leitfähigem Polysilicium besteht, wird die leitfähige Schicht auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 z. B. durch ein chemisches Niederdruck-Gasphasenabscheidungsverfahren (LPCVD) gebildet. Wenn die leitfähige Schicht aus einem Metall wie Aluminium, Gold oder Platin besteht, wird die leitfähige Schicht auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 z. B. durch ein Sputterverfahren gebildet. Handelt es sich bei dem Substrat 2 um ein isolierendes Substrat, kann die leitfähige Schicht direkt auf dem isolierenden Substrat gebildet werden. Das leitfähige Substrat 10, die erste Isolierschicht 11 und die leitfähige Schicht können ein Silicium-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat) bilden. Wenn das leitfähige Substrat 10, die erste Isolierschicht 11 und die leitfähige Schicht ein SOI-Substrat bilden, besteht die leitfähige Schicht aus einer leitfähigen Siliciumschicht mit einer hohen Dotierstoffkonzentration.
Dann wird die leitfähige Schicht strukturiert, um die Elektroden 12a, 12b, 12c, 12d und 14 und die Verdrahtungen 13a, 13b, 13c, 13d und 15 zu bilden. Insbesondere wird ein Resist (nicht dargestellt) auf einem Teil der leitfähigen Schicht gebildet, wo die Elektroden 12a, 12b, 12c, 12d und 14 und die Leitungen 13a, 13b, 13c, 13d und 15 gebildet werden sollen. Der verbleibende Teil der leitfähigen Schicht, der vom Resist freiliegt, wird durch ein reaktives Ionenätzverfahren (RIE), wie z. B. ein reaktives Ionenätzverfahren mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-RIE), geätzt. Der Resist wird z. B. durch ein Sauerstoffveraschungsverfahren entfernt.
Wie in 11 dargestellt, wird eine Opferschicht 30 auf der Elektrode 12a, 12b, 12c, 12d und 14, der Verdrahtung 13a, 13b, 13c, 13d und 15 und der Hauptfläche 2a des Substrats 2 gebildet. Die Opferschicht 30 besteht z. B. aus Phosphorsilikatglas (PSG). Die Opferschicht 30 wird z. B. durch LPCVD gebildet. Die Opferschicht 30 hat eine Dicke von z. B. 0,01 µm oder mehr und 20 µm oder weniger.
Wie in 11 dargestellt, wird ein Loch 31 in der Opferschicht 30 durch Entfernen eines Bereichs der Opferschicht 30 gebildet. Das Loch 31 wird in einem Bereich der Opferschicht 30 gebildet, der jeder der Elektroden 12a, 12b, 12c und 12d entspricht. Jede der Elektroden 12a, 12b, 12c und 12d in dem entsprechenden Loch 31 wird von der Opferschicht 30 freigelegt. Insbesondere wird auf der Opferschicht 30 ein Resist (nicht dargestellt) gebildet. Der Resist ist mit Löchern (nicht dargestellt) ausgebildet. Ein Teil der Opferschicht 30, der sich in jedem Loch des Resists befindet und vom Resist freiliegt, wird z. B. durch ein Trockenätzverfahren wie das RIE-Verfahren oder ein Nassätzverfahren entfernt. Der Resist wird z. B. durch ein Sauerstoffveraschungsverfahren entfernt.
Wie in den 6 und 12 dargestellt, werden die Verankerung 17a, 17b, 17c und 17d und die Träger 18a und 18b gebildet.
Insbesondere wird eine Schicht auf der Oberfläche der Opferschicht 30 und in jedem Loch 31 der Opferschicht 30 gebildet. Die in jedes Loch 31 der Opferschicht 30 gefüllte Schicht entspricht jeweils der Verankerung 17a, 17b, 17c bzw. 17d. Die Schicht besteht z. B. aus einem leitfähigen Material wie leitfähigem Polysilicium. Wenn die Schicht aus leitfähigem Polysilicium besteht, wird die Schicht beispielsweise durch LPCVD hergestellt. Um die Schicht zu planarisieren, kann sie z. B. einem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) unterzogen werden. Anschließend wird die auf der Oberfläche der Opferschicht 30 gebildete Schicht strukturiert, um die Träger 18a und 18b zu bilden. Ein Teil der Schicht wird durch ein RIE-Verfahren, wie z. B. ein ICP-RIE-Verfahren, geätzt. Auf diese Weise wird die erste Struktur mit dem Substrat 2 und den Träger 18a und 18b erhalten.
Der zweite Schritt der Bildung der zweiten Struktur, die die Spiegelschicht 22 und die Stütze 23 aufweist, wird unter Bezugnahme auf die 13 und 14 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 13 wird ein Silicium-auf-Isolator-Substrat (ein SOI-Substrat 36) hergestellt. Das SOI-Substrat 36 weist ein Siliciumsubstrat 33, eine auf dem Siliciumsubstrat 33 angeordnete Isolierschicht 34 und eine auf der Isolierschicht 34 angeordnete Siliciumschicht 35 auf. Das Siliciumsubstrat 33 hat eine Dicke von z. B. 10 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger. Die Isolierschicht 34 hat eine Dicke von z. B. 0,01 µm oder mehr und 2,0 µm oder weniger. Die Siliciumschicht 35 hat eine Dicke von z. B. 1,0 µm oder mehr und 100 µm oder weniger. Das Siliciumsubstrat 33 kann elektrisch leitfähig sein. Die Siliciumschicht 35 kann elektrisch leitfähig sein. Die Isolierschicht 34 ist zwischen dem Siliciumsubstrat 33 und der Siliciumschicht 35 angeordnet, um das Siliciumsubstrat 33 von der Siliciumschicht 35 elektrisch zu isolieren.
Wie in 13 dargestellt, wird die Spiegelschicht 22 auf dem SOI-Substrat 36 gebildet.
Insbesondere wird eine reflektierende Schicht auf dem SOI-Substrat 36 gebildet. Die reflektierende Schicht wird auf der Siliciumschicht 35 zum Beispiel durch ein Sputterverfahren gebildet. Die reflektierende Schicht hat eine Dicke von z. B. 0,01 µm oder mehr und 1,0 µm oder weniger. Die reflektierende Schicht ist z. B. eine Cr/Ni/Au-Schicht oder eine Ti/Pt/Au-Schicht. Die Cr-Schicht und die Ti-Schicht verbessern die Haftung der Spiegelschicht 22 an der Siliciumschicht 35. Da die oberste Schicht der reflektierenden Schicht eine Au-Schicht ist, hat die reflektierende Schicht ein hohes Reflexionsvermögen für den auf die optische Abtastvorrichtung 1 einfallenden Lichtstrahl. Dann wird die reflektierende Schicht strukturiert, um die Spiegelschicht 22 zu bilden. Ein Bereich der reflektierenden Schicht wird beispielsweise durch ein Nassätzverfahren, ein Lift-off-Verfahren oder ein Ionenstrahlätzverfahren entfernt.
Wie in 14 dargestellt, wird ein Teil des Siliciumsubstrats 33 entfernt, um die Stütze 23 zu bilden. Der Teil des Siliciumsubstrats 33 kann z. B. durch das ICP-RIE-Verfahren entfernt werden. Ein Teil der Isolierschicht 34 wird entfernt, um die zweite Isolierschicht 24 zu bilden. Der Teil der Isolierschicht 34 kann z. B. durch das ICP-RIE-Verfahren entfernt werden. Auf diese Weise erhält man die zweite Struktur mit der Spiegelschicht 22 und der Stütze 23.
Der dritte Schritt des Verbindens der zweiten Struktur mit der ersten Struktur wird mit Bezug auf die 3, 5, 6, 15 und 16 beschrieben.
Wie in 15 dargestellt, wird die Stütze 23 mit den Trägern 18a und 18b verbunden. Die Stütze 23 wird mit den Trägern 18a und 18b beispielsweise durch ein Raumtemperaturklebeverfahren oder ein Plasmaoberflächenaktivierungsklebeverfahren verbunden. Die Stütze 23 liegt der Elektrode 14 in der dritten Richtung (z-Richtung) gegenüber.
Wie in 16 dargestellt, wird ein Teil der Siliciumschicht 35 entfernt, um die bewegliche Platte 21 zu bilden. Der Teil der Siliciumschicht 35 kann z. B. durch das ICP-RIE-Verfahren entfernt werden.
Dann wird die Opferschicht 30 durch ein Nassätzverfahren oder ein Trockenätzverfahren mit Flusssäure oder ähnlichem entfernt. So erhält man die in den 3, 5 und 6 dargestellte optische Abtastvorrichtung 1.
Eine Modifikation der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf die 17 bis 19 beschrieben. In der Modifikation der vorliegenden Ausführungsform hat der bewegliche Spiegel 20 in einer Draufsicht auf die Hauptfläche 2a des Substrats 2 eine regelmäßige dreieckige Form. Daher ist es einfach, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl in einer Vielzahl von Richtungen durchzuführen, die sich in einer Ebene (einer Ebene entlang der Hauptfläche 2a des Substrats 2, d. h. einer xy-Ebene), die durch die erste Richtung (x-Richtung) und die zweite Richtung (y-Richtung) definiert ist, um 60° voneinander unterscheiden. In der Draufsicht auf die Hauptfläche 2a des Substrats 2 kann der bewegliche Spiegel 20 eine regelmäßige Sechseckform oder eine regelmäßige Achteckform haben.
Die Wirkungen der optischen Abtastvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform werden beschrieben.
Die optische Abtastvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform weist ein Substrat 2 und eine Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3 auf. Das Substrat 2 weist eine Hauptfläche 2a, die sich in einer ersten Richtung (x-Richtung) und einer zweiten Richtung (y-Richtung) senkrecht zur ersten Richtung (x-Richtung) erstreckt, auf. Die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 sind zweidimensional auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 in einer Draufsicht auf die Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 sind in der Lage, unabhängig voneinander zu arbeiten und ein Beugungsgitter zu bilden. Jedes der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 weist einen Träger (z. B. einen Träger 18a), eine erste Verankerung (z. B. eine Verankerung 17a), eine zweite Verankerung (z. B. eine Verankerung 17b), einen beweglichen Spiegel 20 und eine Stütze 23 auf. Der Träger ist in einer dritten Richtung (z-Richtung) senkrecht zur Hauptfläche 2a des Substrats 2 biegbar. Die erste Verankerung ist auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet, um das erste Ende des Trägers zu stützen. Die zweite Verankerung ist auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet, um das zweite Ende des Trägers gegenüber dem ersten Ende zu stützen. Der bewegliche Spiegel 20 weist eine bewegliche Platte 21 auf, die in der dritten Richtung (z-Richtung) vom Träger getrennt ist, und eine Spiegelschicht 22, die auf der beweglichen Platte 21 angeordnet ist. Die Stütze 23 verbindet die bewegliche Platte 21 mit einem anderen Bereich des Trägers als dem ersten Ende und dem zweiten Ende.
In der optischen Abtastvorrichtung 1 wird der auf die optische Abtastvorrichtung 1 auftreffende Lichtstrahl 40 von den beweglichen Spiegeln 20 der Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3 empfangen. Dadurch ist es möglich, die Größe und die Masse jedes beweglichen Spiegels 20 zu reduzieren, was es ermöglicht, jeden beweglichen Spiegel 20 mit einer höheren Geschwindigkeit zu bewegen. Daher ist es für die optische Abtastvorrichtung 1 möglich, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl mit höherer Geschwindigkeit durchzuführen. Ferner wird in der optischen Abtastvorrichtung 1 der auf die optische Abtastvorrichtung 1 einfallende Lichtstrahl 40 durch ein Beugungsgitter abgelenkt, das aus einer Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3 gebildet wird, die unabhängig voneinander arbeiten können. Daher ist es für die optische Abtastvorrichtung 1 möglich, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl mit einem größeren Ablenkungswinkel durchzuführen.
Da der Träger (z. B. der Träger 18a) in der dritten Richtung (z-Richtung) senkrecht zur Hauptfläche 2a des Substrats 2 biegbar ist, ist es möglich, dass der mit dem Träger verbundene bewegliche Spiegel 20 sich in der dritten Richtung (z-Richtung) bewegt. Daher ist es möglich, den beweglichen Spiegel 20 zu bewegen, ohne den Träger zu verdrehen, was es ermöglicht, einen Torsionsbruch des Trägers zu verhindern, wenn der bewegliche Spiegel 20 zur Bewegung angetrieben wird. Daher hat die optische Abtastvorrichtung 1 eine längere Lebensdauer. Ferner ist es mit der optischen Abtastvorrichtung 1 möglich, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl bei einem größeren Ablenkungswinkel durchzuführen, ohne die Antriebsfrequenz des beweglichen Spiegels 20 auf die Resonanzfrequenz des beweglichen Spiegels 20 einzustellen. Daher kann die optische Abtastvorrichtung 1 eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl bei einem größeren Ablenkungswinkel stabiler durchführen, unabhängig von der Antriebsfrequenz des beweglichen Spiegels 20.
Die optische Abtastvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist ferner eine Steuerung 7 auf, die einen vertikalen Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 in der dritten Richtung (z-Richtung) steuert. Die Steuerung 7 baut eine Vielzahl von ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und eine Vielzahl von zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 aus der Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3 auf. Die Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 ist aus einem Teil der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 aufgebaut, in dem der vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 ein erster vertikaler Verschiebungsbetrag ist. Die Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 ist aus dem verbleibenden Teil der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 aufgebaut, in denen der vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 ein zweiter vertikaler Verschiebungsbetrag ist, der größer als der erste vertikale Verschiebungsbetrag ist. In der Draufsicht auf die Hauptfläche 2a des Substrats 2 ist die erste Längsrichtung jeder der Vielzahl von ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 parallel zur zweiten Längsrichtung jeder der Vielzahl von zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5. Die Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 sind abwechselnd und periodisch in einer Richtung senkrecht zur ersten Längsrichtung angeordnet. In der Draufsicht auf die Hauptfläche 2a des Substrats 2 ist die Steuerung 7 in der Lage, die erste Längsrichtung und die zweite Längsrichtung zu ändern.
Daher ist es für die optische Abtastvorrichtung 1 möglich, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl um eine Achse parallel zur dritten Richtung (z-Richtung) mit einer höheren Geschwindigkeit durchzuführen.
In der optischen Abtastvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist der Absolutwert u der Differenz zwischen dem ersten vertikalen Verschiebungsbetrag und dem zweiten vertikalen Verschiebungsbetrag durch die folgende Gleichung (4) gegeben. „λ“ steht für die Wellenlänge des Lichtstrahls, der auf die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 einfällt, und „n“ steht für Null oder eine natürliche Zahl. $u = (1 / 4 + n / 2) λ$
Daher wird verhindert, dass der Lichtstrahl 40 durch das aus der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 gebildete Beugungsgitter (senkrecht) zur Einfallsrichtung (die dritte Richtung (z-Richtung)) des Lichtstrahls 40 reflektiert wird.
In der optischen Abtastvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform erfüllt der Absolutwert u die folgende Gleichung (5). „W“ stellt einen Abstand zwischen einem Paar von ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 dar, die unter der Vielzahl von ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 aneinander angrenzen, und „θ“ stellt einen Beugungswinkel eines Lichtstrahls dar, der durch die Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3 gebeugt wird. $u \geq W / tan θ$
Daher ist es möglich, den Beugungslichtstrahl, der für die optische Abtastung nicht benötigt wird, unter Verwendung der ersten beweglichen Spiegelanordnung 4 zu blockieren.
Die optische Abtastvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform weist ferner ein Lichtabschirmungselement 43 auf, das einen von zwei durch das Beugungsgitter erzeugten Beugungslichtstrahlen blockiert. Daher ist es möglich, den Beugungslichtstrahl zu blockieren, der nicht für die optische Abtastung benötigt wird.
In der optischen Abtastvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist das Lichtabschirmungselement 43 ein optischer Verschluss. Daher wird je nach Anwendung der optischen Abtastvorrichtung 1 einer der beiden Beugungslichtstrahlen blockiert oder durchgelassen. Es ist möglich, die Anwendung der optischen Abtastvorrichtung 1 zu erweitern.
In der optischen Abtastvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist der Träger (zum Beispiel der Träger 18a) elektrisch leitfähig. Jedes der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3 weist eine erste Elektrode (zum Beispiel die Elektrode 12a) und eine zweite Elektrode (zum Beispiel die Elektrode 12b) auf. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode befinden sich auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 und sind elektrisch voneinander isoliert. Die erste Elektrode ist elektrisch mit dem Träger verbunden. Die zweite Elektrode liegt der Stütze 23 und einem Teil des Trägers in der dritten Richtung (z-Richtung) gegenüber.
Daher wird der Träger (z. B. der Träger 18a) in Übereinstimmung mit einer zwischen der ersten Elektrode (z. B. der Elektrode 12a) und der zweiten Elektrode (z. B. der Elektrode 12b) angelegten Spannung angetrieben, was es der optischen Abtastvorrichtung 1 ermöglicht, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl mit einer höheren Geschwindigkeit und einem größeren Ablenkungswinkel durchzuführen.
Zweite Ausführungsform
Eine optische Abtastvorrichtung 1b gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 20 und 21 beschrieben. Die optische Abtastvorrichtung 1b der vorliegenden Ausführungsform hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die optische Abtastvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich aber von der optischen Abtastvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform hauptsächlich in den folgenden Punkten.
Die optische Abtastvorrichtung 1b weist ferner Magnete 51 und 52 auf. Bei den Magneten 51 und 52 handelt es sich beispielsweise um Permanentmagnete oder Elektromagnete. Die Magnete 51 und 52 sind auf beiden Seiten des Substrats 2 in der ersten Richtung (x-Richtung) angeordnet. Das Substrat 2 ist in der ersten Richtung (x-Richtung) zwischen dem Magneten 51 und dem Magneten 52 sandwichartig eingeschlossen. Die Magnete 51 und 52 erzeugen ein Magnetfeld entlang der Hauptfläche 2a des Substrats 2 auf dem Träger 18a. Insbesondere erzeugen die Magnete 51 und 52 ein Magnetfeld in der Richtung (die erste Richtung (x-Richtung)) entlang der Hauptfläche 2a des Substrats 2, die senkrecht zur Längsrichtung (die zweite Richtung (y-Richtung)) des Trägers 18a auf einem Bereich des Trägers 18a ist, der mit der Stütze 23 verbunden ist.
Die optische Abtastvorrichtung 1b kann außerdem Magnete 53 und 54 enthalten. Bei den Magneten 53 und 54 handelt es sich beispielsweise um Permanentmagnete oder Elektromagnete. Die Magnete 53 und 54 sind auf beiden Seiten des Substrats 2 in der zweiten Richtung (y-Richtung) angeordnet. Das Substrat 2 ist zwischen dem Magneten 53 und dem Magneten 54 in der zweiten Richtung (y-Richtung) sandwichartig eingeschlossen. Die Magnete 53 und 54 erzeugen ein Magnetfeld entlang der Hauptfläche 2a des Substrats 2 auf dem Träger 18b. Insbesondere erzeugen die Magnete 53 und 54 ein Magnetfeld in der Richtung (der zweiten Richtung (y-Richtung)) entlang der Hauptfläche 2a des Substrats 2, die senkrecht zur Längsrichtung (der ersten Richtung (x-Richtung)) des Trägers 18b auf einem Bereich des Trägers 18b ist, der mit der Stütze 23 verbunden ist.
In Bezug auf 21 ist die Verdrahtung 13a mit der Elektrode 12a verbunden und so konfiguriert, dass sie der Elektrode 12a einen Strom zuführt. Die Verdrahtung 13b ist mit der Elektrode 12b verbunden und so konfiguriert, dass sie einen Strom an die Elektrode 12b liefert. Die Verdrahtung 13c ist mit der Elektrode 12c verbunden und so konfiguriert, dass sie die Elektrode 12c mit Strom versorgt. Die Verdrahtung 13d ist mit der Elektrode 12d verbunden und so konfiguriert, dass sie einen Strom an die Elektrode 12d liefert. Im Unterschied zu der Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3 der ersten Ausführungsform weist die Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3b der vorliegenden Ausführungsform nicht die Elektrode 14 und die Verdrahtung 15 auf.
Wie in 20 dargestellt, weist die Steuerung 7b mindestens eine Stromsteuereinheit 8b oder eine Magnetfeldsteuereinheit 9b auf.
Die Stromsteuereinheit 8b ist mit der Elektrode 12a und der Elektrode 12b über die Verdrahtung 13a und die Verdrahtung 13b verbunden. Die Stromsteuereinheit 8b ist über die Verdrahtungen 13c und 13d mit der Elektrode 12c und der Elektrode 12d verbunden. Die Elektrode 12a ist über die Verankerung 17a elektrisch mit dem ersten Ende des Trägers 18a verbunden. Die Elektrode 12b ist über die Verankerung 17b elektrisch mit dem zweiten Ende des Trägers 18a verbunden, das dem ersten Ende des Trägers 18a gegenüberliegt. Die Elektrode 12c ist über die Verankerung 17c elektrisch mit dem dritten Ende des Trägers 18b verbunden. Die Elektrode 12d ist über die Verankerung 17d elektrisch mit dem vierten Ende des Trägers 18b verbunden, das dem dritten Ende des Trägers 18b gegenüberliegt. Die Träger 18a und 18b sind elektrisch leitfähig. Die Stromsteuereinheit 8b steuert einen Strom, der durch den mit der Elektrode 12a und der Elektrode 12b elektrisch verbundenen Träger 18a fließt. Die Stromsteuereinheit 8b steuert einen Strom, der durch den mit der Elektrode 12c und der Elektrode 12d elektrisch verbundenen Träger 18b fließt.
Wenn es sich bei den Magneten 51 und 52 um Elektromagneten handelt, steuert die Magnetfeldsteuereinheit 9b die Magnete 51 und 52, um das von den Magneten 51 und 52 auf dem Träger 18a zu bildende Magnetfeld zu steuern. Wenn es sich bei den Magneten 53 und 54 um Elektromagneten handelt, steuert die Magnetfeldsteuereinheit 9b die Magnete 53 und 54, um das von den Magneten 53 und 54 auf dem Träger 18b erzeugte Magnetfeld zu steuern. Auf diese Weise kann die Steuerung 7b den vertikalen Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 in der dritten Richtung (z-Richtung) steuern.
Als erstes Beispiel, wenn die Magnete 51 und 52 Dauerelektromagnete sind, liefert die Stromsteuereinheit 8b einen Nullstrom an den Träger 18a. Es wirkt keine Lorentzkraft auf den Träger 18a. Der Träger 18a wird nicht gekrümmt, und dadurch ist der erste vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 gleich Null. Somit ist es möglich, die beweglichen Spiegelelemente 3b zu realisieren, bei denen der vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 der erste vertikale Verschiebungsbetrag ist. Andererseits wirkt eine Lorentzkraft auf den Träger 18a, wenn die Stromsteuereinheit 8b dem Träger 18a einen von Null verschiedenen Strom zuführt. Der Träger 18a wird in Richtung der Hauptfläche 2a des Substrats 2 gebogen, und der zweite vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 ist größer als der erste vertikale Verschiebungsbetrag. Somit ist es möglich, die beweglichen Spiegelelemente 3b zu realisieren, bei denen der vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 der zweite vertikale Verschiebungsbetrag ist. Das oben in Bezug auf den Träger 18a Beschriebene gilt auch für den Träger 18b.
Als zweites Beispiel, wenn die Magnete 51 und 52 Elektromagnete sind, liefert die Stromsteuereinheit 8b einen Strom an den Träger 18a, und die Magnetfeldsteuereinheit 9b schaltet die Magnete 51 und 52 aus. Da von den Magneten 51 und 52 kein Magnetfeld auf den Träger 18a erzeugt wird, wirkt keine Lorentzkraft auf den Träger 18a. Der Träger 18a wird nicht gekrümmt, und dadurch ist der erste vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 gleich Null. Somit ist es möglich, die beweglichen Spiegelelemente 3b zu realisieren, bei denen der vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 der erste vertikale Verschiebungsbetrag ist. Andererseits liefert die Stromsteuereinheit 8b einen Strom an den Träger 18a, und die Magnetfeldsteuereinheit 9b schaltet die Magnete 51 und 52 ein. Da durch die Magnete 51 und 52 ein Magnetfeld auf dem Träger 18a erzeugt wird, wirkt eine Lorentzkraft auf den Träger 18a. Der Träger 18a wird in Richtung der Hauptfläche 2a des Substrats 2 gebogen, und dadurch ist der zweite vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 größer als der erste vertikale Verschiebungsbetrag. Somit ist es möglich, die beweglichen Spiegelelemente 3b zu realisieren, bei denen der vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 der zweite vertikale Verschiebungsbetrag ist. Das oben in Bezug auf den Träger 18a Beschriebene gilt auch für den Träger 18b.
Die optische Abtastvorrichtung 1b gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat zusätzlich zu den Wirkungen der optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die folgenden Wirkungen.
Die optische Abtastvorrichtung 1b der vorliegenden Ausführungsform weist ferner einen ersten Magneten (z. B. mindestens einen der Magneten 51 und 52) auf, der ein erstes Magnetfeld entlang der Hauptfläche 2a des Substrats 2 auf einem Träger (z. B. dem Träger 18a) erzeugt. Der Träger ist elektrisch leitfähig. Jedes der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3b weist eine erste Elektrode (z. B. die Elektrode 12a) und eine zweite Elektrode (z. B. die Elektrode 12b) auf. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode befinden sich auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 und sind voneinander getrennt. Die erste Elektrode ist elektrisch mit dem ersten Ende des Trägers verbunden. Die zweite Elektrode ist elektrisch mit dem zweiten Ende des Trägers verbunden.
Daher wird der Träger in Übereinstimmung mit dem durch den Träger (z. B. den Träger 18a) fließenden Strom und dem ersten Magnetfeld, das durch den ersten Magneten (z. B. mindestens einen der Magneten 51 und 52) auf dem Träger gebildet wird, angetrieben, was es der optischen Abtastvorrichtung 1b ermöglicht, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl mit einer höheren Geschwindigkeit und einem größeren Ablenkungswinkel durchzuführen.
Dritte Ausführungsform
Eine optische Abtastvorrichtung 1c gemäß einer dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 und 22 beschrieben. Die optische Abtastvorrichtung 1c der vorliegenden Ausführungsform hat im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die optische Abtastvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich aber von der optischen Abtastvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform hauptsächlich in den folgenden Punkten.
Die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3c weist piezoelektrische Schichten 61 und 62 auf. Die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3c kann ferner piezoelektrische Schichten 63 und 64 aufweisen. Die piezoelektrischen Schichten 61, 62, 63, 64 bestehen zum Beispiel aus Bleizirkonattitanat (PZT), Bariumtitanat (BaTiO₃), Bleititanat (PbTiO₃) oder Zinkoxid (ZnO).
Die piezoelektrischen Schichten 61 und 62 sind auf dem Träger 18a angeordnet. Insbesondere sind die piezoelektrischen Schichten 61 und 62 auf einer vorderen Oberfläche des Trägers 18a gegenüber einer hinteren Oberfläche des Trägers 18a gegenüber der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Die piezoelektrische Schicht 61 befindet sich auf einem Bereich des Trägers 18a, der sich näher an der Elektrode 12a oder der Verankerung 17a befindet als ein Bereich des Trägers 18a (z. B. ein zentraler Teil des Trägers 18a), der mit der Stütze 23 verbunden ist. Die piezoelektrische Schicht 62 befindet sich auf einem Bereich des Trägers 18a, der näher an der Elektrode 12b oder der Verankerung 17b liegt als ein mit der Stütze 23 verbundener Bereich des Trägers 18a (z. B. ein zentraler Bereich des Trägers 18a). Die piezoelektrische Schicht 63 ist auf einem Bereich des Trägers 18b angeordnet, der näher an der Elektrode 12c oder der Verankerung 17c liegt als ein Bereich des Trägers 18b (z. B. ein zentraler Bereich des Trägers 18b), der mit der Stütze 23 verbunden ist. Die piezoelektrische Schicht 64 ist auf einem Bereich des Trägers 18b angeordnet, der näher an der Elektrode 12d oder der Verankerung 17d liegt als ein Bereich des Trägers 18b (z. B. ein zentraler Bereich des Trägers 18b), der mit der Stütze 23 verbunden ist.
Im Unterschied zu der Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3c der ersten Ausführungsform weist die Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen 3c der vorliegenden Ausführungsform nicht die Elektrode 14 und die Verdrahtung 15 auf.
Die Steuerung 7c weist eine Spannungssteuereinheit 8c auf. Die Spannungssteuereinheit 8c ist mit der Elektrode 12a und der Elektrode 12b über die Verdrahtung 13a und die Verdrahtung 13b verbunden. Die Spannungssteuereinheit 8c ist über die Verdrahtungen 13c und 13d mit der Elektrode 12c und der Elektrode 12d verbunden. Die piezoelektrische Schicht 61 ist über die Verankerung 17a und den Träger 18a elektrisch mit der Elektrode 12a verbunden. Die piezoelektrische Schicht 62 ist über die Verankerung 17b und den Träger 18a elektrisch mit der Elektrode 12b verbunden. Die piezoelektrische Schicht 63 ist über die Verankerung 17c und den Träger 18b elektrisch mit der Elektrode 12c verbunden. Die piezoelektrische Schicht 64 ist über die Verankerung 17d und den Träger 18b elektrisch mit der Elektrode 12d verbunden.
Die Spannungssteuereinheit 8c steuert die Spannung der piezoelektrischen Schicht 61, die elektrisch mit der Elektrode 12a verbunden ist. Die Spannungssteuerungseinheit 8c steuert die Spannung der piezoelektrischen Schicht 62, die elektrisch mit der Elektrode 12b verbunden ist. Die Spannungssteuerungseinheit 8c steuert die Spannung der piezoelektrischen Schicht 63, die elektrisch mit der Elektrode 12c verbunden ist. Die Spannungssteuereinheit 8c steuert die Spannung der piezoelektrischen Schicht 64, die elektrisch mit der Elektrode 12d verbunden ist. Auf diese Weise kann die Steuereinheit 7c den vertikalen Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 in der dritten Richtung (z-Richtung) steuern.
Die Spannungssteuereinheit 8c legt beispielsweise eine Nullspannung an die piezoelektrischen Schichten 61 und 62 an. Der Träger 18a wird nicht gekrümmt, und dadurch ist der erste vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 gleich Null. Somit ist es möglich, die beweglichen Spiegelelemente 3c zu realisieren, bei denen der vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 der erste vertikale Verschiebungsbetrag ist. Andererseits legt die Spannungssteuereinheit 8c eine von Null verschiedene Spannung an die piezoelektrischen Schichten 61 und 62 an. Der Träger 18a wird in Richtung der Hauptfläche 2a des Substrats 2 gebogen, und dadurch ist der zweite vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 größer als der erste vertikale Verschiebungsbetrag. Was oben für den Träger 18a beschrieben wurde, gilt auch für den Träger 18b. Somit ist es möglich, die beweglichen Spiegelelemente 3c zu realisieren, bei denen der vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 der zweite vertikale Verschiebungsbetrag ist.
Die optische Abtastvorrichtung 1c gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat zusätzlich zu den Wirkungen der optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die folgenden Wirkungen.
In der optischen Abtastvorrichtung 1c der vorliegenden Ausführungsform weisen die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3c eine piezoelektrische Schicht (z. B. mindestens eine der piezoelektrischen Schichten 61 und 62) auf, die auf einem Träger (z. B. dem Träger 18a) angeordnet ist. Daher wird der Träger in Übereinstimmung mit der an die piezoelektrische Schicht angelegte Spannung angetrieben, was es der optischen Abtastvorrichtung 1c ermöglicht, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl mit einer höheren Geschwindigkeit und einem größeren Ablenkungswinkel durchzuführen.
Vierte Ausführungsform
Eine optische Abtastvorrichtung 1d gemäß einer vierten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 und 23 beschrieben. Die optische Abtastvorrichtung 1d der vorliegenden Ausführungsform hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die optische Abtastvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich aber von der optischen Abtastvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform hauptsächlich in den folgenden Punkten.
Die optische Abtastvorrichtung 1d weist ferner eine Antriebseinheit 70 auf gleicher Ebene auf, die die Träger 18a und 18b antreibt, damit sie sich in mindestens eine Richtung der ersten Richtung (x-Richtung) oder der zweiten Richtung (y-Richtung) bewegen. Die Antriebseinheit 70 auf gleicher Ebene weist kammförmige Elektroden 71a und 71b und kammförmige Elektroden 74a und 74b auf.
Jedes der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3d weist kammförmige Elektroden 71a und 71b, Verdrahtungen 72a und 72b, Antriebselektroden 73a und 73b sowie kammförmige Elektroden 74a und 74b auf. Die Verdrahtungen 72a und 72b sind auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Die Verdrahtungen 72a und 72b bestehen beispielsweise aus demselben Material wie die Verdrahtungen 13a, 13b, 13c, 13d oder 15. Die Verdrahtungen 72a und 72b werden z. B. im gleichen Schritt wie die Verdrahtung 13a, 13b, 13c, 13d oder 15 ausgebildet.
Die Antriebselektrode 73a ist auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 über die Verdrahtung 72a angeordnet. Die Antriebselektrode 73a kann z. B. aus dem gleichen Material wie die Verankerung 17a hergestellt sein. Die Antriebselektrode 73b ist über die Verdrahtung 72b an der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Die Antriebselektroden 73a und 73b können z. B. aus dem gleichen Material wie die Verankerung 17b hergestellt sein. Die Antriebselektroden 73a und 73b werden beispielsweise in demselben Schritt hergestellt wie die Verankerung 17a und 17b.
Die kammförmige Elektrode 74a ist auf der Antriebselektrode 73a angeordnet. Die kammförmige Elektrode 74a ragt in der ersten Richtung (x-Richtung) aus einer Seitenfläche der Antriebselektrode 73a heraus. Die kammförmige Elektrode 74b ist an der Antriebselektrode 73b angeordnet. Die kammförmige Elektrode 74b ragt in der ersten Richtung (x-Richtung) aus einer Seitenfläche der Antriebselektrode 73b heraus. Die kammförmigen Elektroden 74a und 74b bestehen beispielsweise aus demselben Material wie der Träger 18a. Die kammförmigen Elektroden 74a und 74b werden z. B. in demselben Schritt hergestellt wie der Träger 18a. Die kammförmigen Elektroden 74a und 74b fungieren als fixierte kammförmige Elektroden.
Die kammförmige Elektrode 71a ist auf dem Träger 18a angeordnet. Insbesondere ist die kammförmige Elektrode 71a auf einem Bereich des Trägers 18a angeordnet, der sich näher an der Elektrode 12a oder der Verankerung 17a befindet als ein Bereich des Trägers 18a (zum Beispiel ein zentraler Bereich des Trägers 18a), der mit der Stütze 23 verbunden ist. Die kammförmige Elektrode 71a ragt in der ersten Richtung (x-Richtung) von einer ersten Seitenfläche des Trägers 18a weg. Die kammförmige Elektrode 71b ist auf dem Träger 18a angeordnet. Insbesondere ist die kammförmige Elektrode 71b auf einem Bereich des Trägers 18a angeordnet, der sich näher an der Elektrode 12b oder der Verankerung 17b befindet als der Bereich des Trägers 18a (z. B. der zentrale Bereich des Trägers 18a), der mit der Stütze 23 verbunden ist. Die kammförmige Elektrode 71b ragt in der ersten Richtung (x-Richtung) von einer zweiten Seitenfläche des Trägers 18a gegenüber der ersten Seitenfläche des Trägers 18a weg. Die kammförmigen Elektroden 71a und 71b sind beispielsweise aus dem gleichen Material wie der Träger 18a gefertigt. Die kammförmigen Elektroden 71a und 71b werden z. B. in demselben Schritt wie der Träger 18a hergestellt. Die kammförmigen Elektroden 71a und 71b fungieren als bewegliche kammförmige Elektroden.
Die kammförmige Elektrode 71a und die kammförmige Elektrode 74a sind einander gegenüberliegend. Die kammförmige Elektrode 71b und die kammförmige Elektrode 74b sind einander gegenüberliegend.
Die Antriebseinheit 70 auf gleicher Ebene kann ferner kammförmige Elektroden 71c und 71d und kammförmige Elektroden 74c und 74d aufweisen.
Jedes der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3d weist außerdem kammförmige Elektroden 71c und 71d, Verdrahtungen 72c und 72d, Antriebselektroden 73c und 73d sowie kammförmige Elektroden 74c und 74d auf. Die Verdrahtungen 72c und 72d sind auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Die Verdrahtungen 72c und 72d bestehen beispielsweise aus demselben Material wie die Verdrahtungen 13a, 13b, 13c, 13d und 15. Die Verdrahtungen 72c und 72d werden beispielsweise in demselben Schritt wie die Verdrahtung 13a, 13b, 13c, 13d und 15 hergestellt.
Die Antriebselektrode 73c ist auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 über die Verdrahtung 72c angeordnet. Die Antriebselektrode 73c kann z. B. aus dem gleichen Material wie die Verankerung 17c hergestellt sein. Die Antriebselektrode 73d ist über die Verdrahtung 72d an der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet. Die Antriebselektroden 73c und 73d können z. B. aus dem gleichen Material wie die Verankerung 17d hergestellt sein. Die Antriebselektroden 73c und 73d werden beispielsweise in demselben Schritt hergestellt wie die Verankerung 17c und 17d.
Die kammförmige Elektrode 74c ist auf der Antriebselektrode 73c angeordnet. Die kammförmige Elektrode 74c ragt in der zweiten Richtung (y-Richtung) von einer Seitenfläche der Antriebselektrode 73c weg. Die kammförmige Elektrode 74d ist an der Antriebselektrode 73d angeordnet. Die kammförmige Elektrode 74d ragt in der zweiten Richtung (y-Richtung) von einer Seitenfläche der Antriebselektrode 73d weg. Die kammförmigen Elektroden 74c und 74d bestehen beispielsweise aus demselben Material wie der Träger 18b. Die kammförmigen Elektroden 74c und 74d werden z. B. in demselben Schritt wie der Träger 18b hergestellt. Die kammförmigen Elektroden 74c und 74d fungieren als fixierte kammförmige Elektroden.
Die kammförmige Elektrode 71c ist auf dem Träger 18b angeordnet. Insbesondere ist die kammförmige Elektrode 71c auf einem Bereich des Trägers 18b angeordnet, der sich näher an der Elektrode 12c oder der Verankerung 17c befindet als ein Bereich des Trägers 18b (zum Beispiel ein zentraler Bereich des Trägers 18b), der mit der Stütze 23 verbunden ist. Die kammförmige Elektrode 71c ragt in der zweiten Richtung (y-Richtung) von einer dritten Seitenfläche des Trägers 18b weg. Die kammförmige Elektrode 71d ist auf dem Träger 18b angeordnet. Insbesondere ist die kammförmige Elektrode 71d auf einem Bereich des Trägers 18b angeordnet, der sich näher an der Elektrode 12d oder der Verankerung 17d befindet als der Bereich des Trägers 18b (z. B. der zentrale Bereich des Trägers 18b), der mit der Stütze 23 verbunden ist. Die kammförmige Elektrode 71d ragt in der zweiten Richtung (y-Richtung) von einer vierten Seitenfläche des Trägers 18b gegenüber der dritten Seitenfläche des Trägers 18b weg. Die kammförmigen Elektroden 71c und 71d sind beispielsweise aus dem gleichen Material wie der Träger 18b gefertigt. Die kammförmigen Elektroden 71c und 71d werden z. B. in demselben Schritt wie der Träger 18b hergestellt. Die kammförmigen Elektroden 71c und 71d fungieren als bewegliche kammförmige Elektroden.
Die kammförmige Elektrode 71c und die kammförmige Elektrode 74c sind einander gegenüberliegend. Die kammförmige Elektrode 71d und die kammförmige Elektrode 74d sind einander gegenüberliegend angeordnet.
Die Steuerung 7d weist eine Spannungssteuereinheit 8d auf. Die Spannungssteuereinheit 8d der vorliegenden Ausführungsform ähnelt der Spannungssteuereinheit 8 der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich aber in den folgenden Punkten von der Spannungssteuereinheit 8 der ersten Ausführungsform.
Die Spannungssteuereinheit 8d steuert ferner die Spannung des Trägers 18a. Der Träger 18a ist elektrisch leitfähig. Daher steuert die Spannungssteuereinheit 8d ferner die Spannungen der kammförmigen Elektroden 71a und 71b, die auf dem Träger 18a angeordnet sind. Die Spannungssteuereinheit 8d steuert außerdem die Spannung des Trägers 18b. Der Träger 18b ist elektrisch leitfähig. Daher steuert die Spannungssteuereinheit 8d ferner die Spannungen der kammförmigen Elektroden 71c und 71d, die auf dem Träger 18b angeordnet sind.
Die Spannungssteuereinheit 8d ist über die Verdrahtung 72a mit der Antriebselektrode 73a verbunden. Daher steuert die Spannungssteuereinheit 8d auch die Spannung der kammförmigen Elektrode 74a. Die Spannungssteuereinheit 8d ist über die Verdrahtung 72b mit der Antriebselektrode 73b verbunden. Daher steuert die Spannungssteuereinheit 8d auch die Spannung der kammförmigen Elektrode 74b. Die Spannungssteuereinheit 8d ist über die Verdrahtung 72c mit der Antriebselektrode 73c verbunden. Daher steuert die Spannungssteuereinheit 8d auch die Spannung der kammförmigen Elektrode 74c. Die Spannungssteuereinheit 8d ist über die Verdrahtung 72d mit der Antriebselektrode 73d verbunden. Daher steuert die Spannungssteuereinheit 8d auch die Spannung der kammförmigen Elektrode 74d.
Die Spannungssteuereinheit 8d steuert die Spannung zwischen den kammförmigen Elektroden 71a und 74a. Die Spannungssteuereinheit 8d steuert die Spannung zwischen den kammförmigen Elektroden 71b und 74b. Die Spannungssteuereinheit 8d steuert die Spannung zwischen den kammförmigen Elektroden 71c und 74c.
Die Spannungssteuereinheit 8d steuert die Spannung zwischen den kammförmigen Elektroden 71d und 74d. Somit kann die Steuerung 7d den horizontalen Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 in der ersten Richtung (x-Richtung) oder in der zweiten Richtung (y-Richtung) steuern.
Wenn beispielsweise die beweglichen Spiegel 20 der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3d wie in den 2 und 7 dargestellt angeordnet sind, kann der Beugungswinkel θ durch Ändern der Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und der Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der ersten Richtung (x-Richtung) geändert werden.
Insbesondere steuert die Spannungssteuereinheit 8d die Spannung zwischen der kammförmigen Elektrode 71a und der kammförmigen Elektrode 74a, um eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen der kammförmigen Elektrode 71a und der kammförmigen Elektrode 74a zu erzeugen, die bewirkt, dass sich der bewegliche Spiegel 20 zusammen mit dem Träger 18a in der positiven ersten Richtung (+x-Richtung) bewegt. Andererseits steuert die Spannungssteuereinheit 8d die Spannung zwischen der kammförmigen Elektrode 71b und der kammförmigen Elektrode 74b, um eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen der kammförmigen Elektrode 71b und der kammförmigen Elektrode 74b zu erzeugen, die bewirkt, dass sich der bewegliche Spiegel 20 zusammen mit dem Träger 18a in die negative erste Richtung (-x-Richtung) bewegt.
Der Bewegungsbetrag jedes beweglichen Spiegels 20 in der ersten Richtung (x-Richtung) wird für jeden beweglichen Spiegel 20 geändert. Somit kann die Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der ersten Richtung (x-Richtung) geändert werden. Wenn zum Beispiel die Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der ersten Richtung (x-Richtung) kleiner gemacht werden, wird der Beugungswinkel θ größer. Wenn die Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der ersten Richtung (x-Richtung) größer gemacht werden, wird der Beugungswinkel θ kleiner. Das oben in Bezug auf den Träger 18a Beschriebene gilt auch für den Träger 18b.
Wenn die beweglichen Spiegel 20 der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3d wie in 9 dargestellt angeordnet sind, kann der Beugungswinkel θ durch Ändern der Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 und der Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der zweiten Richtung (y-Richtung) geändert werden.
Insbesondere steuert die Spannungssteuereinheit 8d die Spannung zwischen der kammförmigen Elektrode 71c und der kammförmigen Elektrode 74c, um eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen der kammförmigen Elektrode 71c und der kammförmigen Elektrode 74c zu erzeugen, die bewirkt, dass sich der bewegliche Spiegel 20 zusammen mit dem Träger 18b in der positiven zweiten Richtung (+y-Richtung) bewegt. Andererseits steuert die Spannungssteuereinheit 8d die Spannung zwischen der kammförmigen Elektrode 71d und der kammförmigen Elektrode 74d, um eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen der kammförmigen Elektrode 71d und der kammförmigen Elektrode 74d zu erzeugen, die bewirkt, dass sich der bewegliche Spiegel 20 zusammen mit dem Träger 18b in die negative zweite Richtung (-y-Richtung) bewegt.
Der Bewegungsbetrag jedes beweglichen Spiegels 20 in der zweiten Richtung (y-Richtung) wird für jeden beweglichen Spiegel 20 geändert. Somit kann die Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der zweiten Richtung (y-Richtung) geändert werden. Wenn zum Beispiel die Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der zweiten Richtung (y-Richtung) kleiner gemacht werden, wird der Beugungswinkel θ größer. Wenn die Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der zweiten Richtung (y-Richtung) größer gemacht werden, wird der Beugungswinkel θ kleiner. Das oben in Bezug auf den Träger 18a Beschriebene gilt auch für den Träger 18b.
Die optische Abtastvorrichtung 1d gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat zusätzlich zu den Wirkungen der optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die folgenden Wirkungen.
Die optische Abtastvorrichtung 1d der vorliegenden Ausführungsform weist ferner eine Antriebseinheit 70 auf gleicher Ebene auf, die den Träger (z. B. den Träger 18a) antreibt, um sich in mindestens eine Richtung der ersten Richtung (x-Richtung) oder der zweiten Richtung (y-Richtung) zu bewegen. Daher ist es möglich, den Ablenkungswinkel der optischen Abtastvorrichtung 1d zu ändern, was es der optischen Abtastvorrichtung 1d ermöglicht, den optisch abzutastenden Bereich zu ändern.
In der optischen Abtastvorrichtung 1d der vorliegenden Ausführungsform ist der Träger (z. B. der Träger 18a) elektrisch leitfähig. Die Antriebseinheit 70 auf gleicher Ebene weist eine erste kammförmige Elektrode (z. B. die kammförmige Elektrode 71a) auf, die auf dem Träger angeordnet ist, eine Antriebselektrode (z. B. die Antriebselektrode 73a), die auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 angeordnet ist, und eine zweite kammförmige Elektrode (z. B. die kammförmige Elektrode 74a), die auf der Antriebselektrode angeordnet ist. Die erste kammförmige Elektrode und die zweite kammförmige Elektrode sind einander gegenüberliegend.
Daher ist es möglich, den Ablenkungswinkel der optischen Abtastvorrichtung 1d in Abhängigkeit von der zwischen der ersten kammförmigen Elektrode und der zweiten kammförmigen Elektrode angelegten Spannung zu ändern, was es der optischen Abtastvorrichtung 1d ermöglicht, den optisch abzutastenden Bereich zu ändern.
Fünfte Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die 24 und 25 wird eine optische Abtastvorrichtung 1e gemäß einer fünften Ausführungsform beschrieben. Die optische Abtastvorrichtung 1e der vorliegenden Ausführungsform hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die optische Abtastvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich aber von der optischen Abtastvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform hauptsächlich in den folgenden Punkten.
Die optische Abtastvorrichtung 1e weist ferner eine Antriebseinheit 70e auf gleicher Ebene auf, die die Träger 18a und 18b antreibt, damit sie sich in mindestens eine Richtung der ersten Richtung (x-Richtung) oder der zweiten Richtung (y-Richtung) bewegen. Die Antriebseinheit 70e auf gleicher Ebene weist einen Magneten 77 auf. Der Magnet 77 ist beispielsweise ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet. Der Magnet 77 ist an einer Seite angeordnet, die sich in Bezug auf das Substrat 2 distal zum beweglichen Spiegel 20 befindet. Der Magnet 77 erzeugt ein Magnetfeld senkrecht zur Hauptfläche 2a des Substrats 2 auf den Trägern 18a und 18b. Der Magnet 77 erzeugt ein Magnetfeld entlang der dritten Richtung (z-Richtung) auf den Trägern 18a und 18b.
Die Verdrahtung 13a ist mit der Elektrode 12a verbunden und so konfiguriert, dass sie eine Spannung und einen Strom an die Elektrode 12a liefert. Die Verdrahtung 13b ist mit der Elektrode 12b verbunden und so konfiguriert, dass sie eine Spannung und einen Strom an die Elektrode 12b liefert. Die Verdrahtung 13c ist mit der Elektrode 12c verbunden und so konfiguriert, dass sie eine Spannung und einen Strom an die Elektrode 12c liefert. Die Verdrahtung 13d ist mit der Elektrode 12d verbunden und so konfiguriert, dass sie eine Spannung und einen Strom an die Elektrode 12d liefert.
Die Elektrode 12a ist über die Verankerung 17a elektrisch mit dem ersten Ende des Trägers 18a verbunden. Die Elektrode 12b ist über die Verankerung 17b elektrisch mit dem zweiten Ende des Trägers 18a verbunden, das dem ersten Ende des Trägers 18a gegenüberliegt. Die Elektrode 12c ist über die Verankerung 17c elektrisch mit dem dritten Ende des Trägers 18b verbunden. Die Elektrode 12d ist über die Verankerung 17d elektrisch mit dem vierten Ende des Trägers 18b verbunden, das dem dritten Ende des Trägers 18b gegenüberliegt.
Wie in 24 dargestellt, weist die Steuerung 7e eine Spannungssteuereinheit 8 und mindestens eine Stromsteuereinheit 8b oder eine Magnetfeldsteuereinheit 9e auf.
Die Stromsteuereinheit 8b der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die Stromsteuereinheit 8b der zweiten Ausführungsform. Die Stromsteuereinheit 8b ist mit der Elektrode 12a und der Elektrode 12b über die Verdrahtung 13a und die Verdrahtung 13b verbunden. Die Stromsteuereinheit 8b ist über die Verdrahtungen 13c und 13d mit der Elektrode 12c und der Elektrode 12d verbunden. Die Stromsteuereinheit 8b steuert einen Strom, der durch den mit der Elektrode 12a und der Elektrode 12b verbundenen Träger 18a fließt. Die Stromsteuereinheit 8b steuert einen Strom, der durch den mit der Elektrode 12c und der Elektrode 12d verbundenen Träger 18b fließt. Die Träger 18a und 18b sind elektrisch leitfähig.
Wenn es sich bei dem Magneten 77 um einen Elektromagneten handelt, steuert die Magnetfeld-Steuereinheit 9e den Magneten 77, um das von dem Magneten 77 auf den Trägern 18a und 18b erzeugte Magnetfeld zu steuern. So kann die Steuerung 7e den horizontalen Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 in der ersten Richtung (x-Richtung) oder in der zweiten Richtung (y-Richtung) steuern.
Wenn beispielsweise die beweglichen Spiegel 20 der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3d wie in den 2 und 7 dargestellt angeordnet sind, kann der Beugungswinkel θ durch Ändern der Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und der Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der ersten Richtung (x-Richtung) geändert werden.
Wenn, als erstes Beispiel, es sich bei dem Magneten 77 um einen Dauerelektromagneten handelt, liefert die Stromsteuereinheit 8b einen Nullstrom an den Träger 18a. Es wirkt keine Lorentzkraft auf den Träger 18a. Der Träger 18a wird nicht gebogen, und dadurch bewegt sich der bewegliche Spiegel 20 nicht in horizontaler Richtung. Der horizontale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 ist Null. Andererseits wirkt eine Lorentzkraft auf den Träger 18a, wenn die Stromsteuereinheit 8b dem Träger 18a einen von Null verschiedenen Strom zuführt. Die Richtung der auf den Träger 18a wirkenden Lorentzkraft ist die erste Richtung (x-Richtung) senkrecht zur Längsrichtung (die zweite Richtung (y-Richtung)) des Trägers 18a in dem Bereich des Trägers 18a, mit dem die Stütze 23 verbunden ist, und die Richtung (die dritte Richtung (z-Richtung)) des durch den Magneten 77 auf dem Träger 18a erzeugten Magnetfeldes. Der Träger 18a wird in der ersten Richtung (x-Richtung) gebogen, und dadurch bewegt sich der bewegliche Spiegel 20 in der ersten Richtung (x-Richtung). Der horizontale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 wird ungleich Null.
Als zweites Beispiel, wenn der Magnet 77 ein Elektromagnet ist, liefert die Stromsteuereinheit 8b einen Strom an den Träger 18a, und die Magnetfeldsteuereinheit 9e schaltet den Magneten 77 aus. Da vom Magneten 77 kein Magnetfeld auf dem Träger 18a erzeugt wird, wirkt keine Lorentzkraft auf den Träger 18a. Der Träger 18a wird nicht gekrümmt, und dadurch ist der horizontale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 gleich Null. Andererseits liefert die Stromsteuereinheit 8b einen Strom an den Träger 18a, und die Magnetfeldsteuereinheit 9e schaltet den Magneten 77 ein. Da der Magnet 77 ein Magnetfeld auf dem Träger 18a erzeugt, wirkt eine Lorentzkraft auf den Träger 18a. Die Richtung der auf den Träger 18a wirkenden Lorentzkraft ist die erste Richtung (x-Richtung) senkrecht zur Längsrichtung (die zweite Richtung (y-Richtung)) des Trägers 18a in dem Bereich des Trägers 18a, mit dem die Stütze 23 verbunden ist, und die Richtung (die dritte Richtung (z-Richtung)) des durch den Magneten 77 auf dem Träger 18a erzeugten Magnetfeldes. Der Träger 18a wird in der ersten Richtung (x-Richtung) gebogen, und dadurch bewegt sich der bewegliche Spiegel 20 in der ersten Richtung (x-Richtung). Der horizontale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 wird ungleich Null.
Der Bewegungsbetrag jedes beweglichen Spiegels 20 in der ersten Richtung (x-Richtung) wird für jeden beweglichen Spiegel 20 geändert. Somit kann die Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der ersten Richtung (x-Richtung) geändert werden. Wenn zum Beispiel die Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der ersten Richtung (x-Richtung) kleiner gemacht werden, wird der Beugungswinkel θ größer. Wenn die Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der ersten Richtung (x-Richtung) größer gemacht werden, wird der Beugungswinkel θ kleiner. Das oben in Bezug auf den Träger 18a Beschriebene gilt auch für den Träger 18b.
Wenn die beweglichen Spiegel 20 der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3d wie in 9 dargestellt angeordnet sind, kann der Beugungswinkel θ durch Ändern der Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und der Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der zweiten Richtung (y-Richtung) geändert werden.
Wenn, als erstes Beispiel, es sich bei dem Magneten 77 um einen Dauerelektromagneten handelt, liefert die Stromsteuereinheit 8b beispielsweise einen Nullstrom an den Träger 18b. Es wirkt keine Lorentzkraft auf den Träger 18b. Der Träger 18b wird nicht gekrümmt, und dadurch bewegt sich der bewegliche Spiegel 20 nicht in horizontaler Richtung. Der horizontale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 ist Null. Andererseits wirkt eine Lorentz-Kraft auf den Träger 18b, wenn die Stromsteuereinheit 8b dem Träger 18b einen von Null verschiedenen Strom zuführt. Die Richtung der auf den Träger 18b wirkenden Lorentz-Kraft ist die zweite Richtung (y-Richtung) senkrecht zur Längsrichtung (die erste Richtung (x-Richtung)) des Trägers 18b in dem Bereich des Trägers 18b, mit dem die Stütze 23 verbunden ist, und die Richtung (die dritte Richtung (z-Richtung)) des durch den Magneten 77 auf dem Träger 18a erzeugten Magnetfeldes. Der Träger 18b wird in der zweiten Richtung (y-Richtung) gebogen, und dadurch bewegt sich der bewegliche Spiegel 20 in der zweiten Richtung (y-Richtung). Der horizontale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 wird ungleich Null.
Als zweites Beispiel, wenn der Magnet 77 ein Elektromagnet ist, liefert die Stromsteuereinheit 8b einen Strom an den Träger 18b, und die Magnetfeldsteuereinheit 9e schaltet den Magneten 77 ab. Da der Magnet 77 kein Magnetfeld auf den Träger 18b erzeugt, wirkt keine Lorentzkraft auf den Träger 18b. Der Träger 18b wird nicht gekrümmt, und dadurch ist der horizontale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 gleich Null. Andererseits liefert die Stromsteuereinheit 8b einen Strom an den Träger 18b, und die Magnetfeldsteuereinheit 9e schaltet den Magneten 77 ein. Da der Magnet 77 ein Magnetfeld auf dem Träger 18b erzeugt, wirkt eine Lorentz-Kraft auf den Träger 18b. Die Richtung der auf den Träger 18b wirkenden Lorentzkraft ist die zweite Richtung (y-Richtung) senkrecht zur Längsrichtung (die erste Richtung (x-Richtung)) des Trägers 18b in dem Bereich des Trägers 18b, mit dem die Stütze 23 verbunden ist, und die Richtung (die dritte Richtung (z-Richtung)) des durch den Magneten 77 auf dem Träger 18b erzeugten Magnetfelds. Der Träger 18b wird in der zweiten Richtung (y-Richtung) gebogen, und dadurch bewegt sich der bewegliche Spiegel 20 in der zweiten Richtung (y-Richtung). Der horizontale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels 20 wird ungleich Null.
Der Bewegungsbetrag jedes beweglichen Spiegels 20 in der zweiten Richtung (y-Richtung) wird für jeden beweglichen Spiegel 20 geändert. Somit kann die Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der zweiten Richtung (y-Richtung) geändert werden. Wenn zum Beispiel die Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der zweiten Richtung (y-Richtung) kleiner gemacht werden, wird der Beugungswinkel θ größer. Wenn die Periode der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen 4 und die Periode der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen 5 in der zweiten Richtung (y-Richtung) größer gemacht werden, wird der Beugungswinkel θ kleiner. Das oben in Bezug auf den Träger 18a Beschriebene gilt auch für den Träger 18b.
Die optische Abtastvorrichtung 1e gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat zusätzlich zu den Wirkungen der optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die folgenden Wirkungen.
In der optischen Abtastvorrichtung 1e der vorliegenden Ausführungsform weist die Antriebseinheit 70e auf gleicher Ebene einen zweiten Magneten (z. B. den Magneten 77) auf, der ein zweites Magnetfeld senkrecht zur Hauptfläche 2a des Substrats 2 auf dem Träger (z. B. dem Träger 18a) erzeugt. Der Träger ist elektrisch leitfähig. Jedes der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente 3d enthält eine erste Elektrode (z. B. die Elektrode 12a) und eine zweite Elektrode (z. B. die Elektrode 12b). Die erste Elektrode und die zweite Elektrode befinden sich auf der Hauptfläche 2a des Substrats 2 und sind voneinander getrennt. Die erste Elektrode ist elektrisch mit dem ersten Ende des Trägers verbunden. Die zweite Elektrode ist elektrisch mit dem zweiten Ende des Trägers verbunden.
Daher ist es möglich, den Ablenkungswinkel der optischen Abtastvorrichtung 1e in Abhängigkeit von einem Strom, der durch den Träger (z. B. den Träger 18a) fließt, und dem zweiten Magnetfeld, das durch den zweiten Magneten (z. B. den Magneten 77) auf dem Träger gebildet wird, zu ändern, was es der optischen Abtastvorrichtung 1e ermöglicht, den optisch abzutastenden Bereich zu ändern.
Sechste Ausführungsform
Mit Bezug auf die 26 und 27 wird eine Abstandsmessvorrichtung 80 gemäß einer sechsten Ausführungsform beschrieben. Bei der Abstandsmessvorrichtung 80 handelt es sich beispielsweise um ein Light Detection and Ranging- (LiDAR) Messsystem.
Wie in 26 dargestellt, weist die Abstandsmessvorrichtung 80 eine Lichtquelle 82, eine optische Abtastvorrichtung 83 und einen Lichtempfänger 86 auf. Die Abstandsmessvorrichtung 80 kann ferner einen Strahlteiler 84, ein Gehäuse 81, ein transparentes Fenster 85 und ein Lichtabschirmungselement 43 aufweisen.
Die Lichtquelle 82 emittiert einen Lichtstrahl 40 in Richtung der optischen Abtastvorrichtung 83. Bei der Lichtquelle 82 handelt es sich beispielsweise um eine Laserlichtquelle wie einen Halbleiterlaser. Der von der Lichtquelle 82 emittierte Lichtstrahl 40 ist beispielsweise ein Laserlicht. Der von der Lichtquelle 82 emittierte Lichtstrahl 40 kann eine Wellenlänge im nahen Infrarotbereich von 800 nm bis 1600 nm haben. Ein Lichtstrahl im nahen Infrarot-Wellenlängenbereich ist weniger empfindlich gegenüber Sonnenlicht und für das menschliche Auge unschädlich. Daher ist ein Lichtstrahl im nahen Infrarot-Wellenlängenbereich als Lichtstrahl 40 für die Entfernungsmessvorrichtung 80 zu bevorzugen. Der von der Lichtquelle 82 emittierte Lichtstrahl 40 kann eine Terahertz-Welle mit einer Wellenlänge von 30 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger sein. Da die Terahertz-Welle für den menschlichen Körper unschädlich ist und eine hohe Transparenz für ein Objekt aufweist, wird sie vorzugsweise als Lichtstrahl für die Abstandsmessvorrichtung 80 verwendet.
Insbesondere kann die Lichtquelle 82 eine wellenlängenvariable Lichtquelle sein. Bei der Lichtquelle 82 kann es sich beispielsweise um einen wellenlängenvariablen Halbleiterlaser handeln. Die Lichtquelle 82 emittiert den Lichtstrahl 40 beispielsweise in der dritten Richtung (z-Richtung). Der von der Lichtquelle 82 emittierte Lichtstrahl 40 durchläuft den Strahlteiler 84 und fällt auf die optische Abtastvorrichtung 83.
Die optische Abtastvorrichtung 83 ist beispielsweise eine der optischen Abtastvorrichtungen 1, 1b, 1c, 1d bzw. 1e gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform. Die Lichtabtastvorrichtung 83 beugt den von der Lichtquelle 82 ausgesandten Lichtstrahl 40 in Richtung der Peripherie der Abstandsmessvorrichtung 80 und tastet die Peripherie mit dem Lichtstrahl ab.
Der zur Peripherie der optischen Abtastvorrichtung 83 emittierte Lichtstrahl (z. B. der Lichtstrahl 41 mit Beugungsordnung +1) wird von einem Objekt, das sich in der Peripherie der optischen Abtastvorrichtung 83 befindet, reflektiert oder diffus reflektiert. Der Lichtempfänger 86 empfängt einen Lichtstrahl 41b, der von der Peripherie der Abstandsmessvorrichtung 80 reflektiert oder diffus reflektiert wird. Insbesondere kehrt der von der Peripherie der Abstandsmessvorrichtung 80 reflektierte oder diffus reflektierte Lichtstrahl 41b zur optischen Abtastvorrichtung 83 zurück. Der von der Peripherie der Abstandsmessvorrichtung 80 reflektierte oder diffus reflektierte Lichtstrahl 41b wird von der Lichtabtastvorrichtung 83 gebeugt, vom Strahlteiler 84 reflektiert und fällt auf den Lichtempfänger 86. Der Lichtempfänger 86 ist z. B. eine Fotodiode.
Das Gehäuse 81 enthält die Lichtquelle 82, die optische Abtastvorrichtung 83, den Lichtempfänger 86 und den Strahlteiler 84. Das Gehäuse 81 kann mit einem transparenten Fenster 85 versehen sein. Das transparente Fenster 85 überträgt den von der optischen Abtastvorrichtung 83 gebeugten Lichtstrahl 41 mit Beugungsordnung +1 und den von der Peripherie der Abstandsmessvorrichtung 80 reflektierten oder diffus reflektierten Lichtstrahl 41b. Das transparente Fenster 85 besteht aus transparentem Glas oder transparentem Harz. Das Gehäuse 81 kann mit einem Lichtabschirmungselement 43 ausgebildet sein. Das Lichtabschirmungselement 43 ist das gleiche wie das in der ersten Ausführungsform beschriebene.
Die Steuerung 7f ist kommunikativ mit der Lichtquelle 82 verbunden. Wie in 27 dargestellt, weist die Steuerung 7f eine Lichtquellen-Steuereinheit 91 auf. Die Lichtquellen-Steuereinheit 91 steuert die Lichtquelle 82, d.h. sie steuert einen Lichtemissionszeitpunkt oder eine Lichtemissionsrate der Lichtquelle 82. Die Steuerung 7f ist mit dem Lichtempfänger 86 kommunikativ verbunden. Die Steuerung 7f weist eine Abstandsberechnungseinheit 92 auf. Die Steuerung 7f empfängt ein Signal von dem Lichtempfänger 86. Die Abstandsberechnungseinheit 92 ist so konfiguriert, dass sie das Signal verarbeitet, um einen Abstand von einem Objekt, das sich in der Peripherie der Abstandsmessvorrichtung 80 befindet, zu der Abstandsmessvorrichtung 80 zu berechnen. Wenn das Lichtabschirmungselement 43 ein optischer Verschluss ist, weist die Steuerung 7f eine Steuereinheit 93 für den optischen Verschluss auf. Die Steuereinheit 93 für den optischen Verschluss steuert eine optische Durchlässigkeit des optischen Verschlusses.
Die Steuerung 7f kann ferner eine Spannungssteuereinheit 8 oder ähnliches enthalten, abhängig von der Konfiguration der optischen Abtastvorrichtung 83. Wenn es sich bei der optischen Abtastvorrichtung 83 beispielsweise um die optische Abtastvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform handelt, weist die Steuerung 7f außerdem die Spannungssteuereinheit 8 der ersten Ausführungsform auf.
Die Abstandsmessvorrichtung 80 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat zusätzlich zu den Wirkungen der optischen Abtastvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die folgenden Wirkungen.
Die Abstandsmessvorrichtung 80 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Lichtquelle 82, eine optische Abtastvorrichtung 83 und einen Lichtempfänger 86 auf. Die Lichtabtastvorrichtung 83 beugt den von der Lichtquelle 82 emittierten Lichtstrahl 40 in Richtung der Peripherie der Abstandsmessvorrichtung 80 und tastet die Peripherie mit dem Lichtstrahl ab. Der Lichtempfänger 86 empfängt den von der Peripherie der Abstandsmessvorrichtung 80 reflektierten oder diffus reflektierten Lichtstrahl 41b.
Die Abstandsmessvorrichtung 80 weist eine optische Abtastvorrichtung 83 auf, die in der Lage ist, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl mit höherer Geschwindigkeit durchzuführen. Daher kann die Abstandsmessvorrichtung 80 den Abstand eines Objekts in der Peripherie der Abstandsmessvorrichtung 80 schneller messen. Die Abstandsmessvorrichtung 80 weist eine optische Abtastvorrichtung 83 auf, die in der Lage ist, eine optische Abtastung mit einem Lichtstrahl mit einem größeren Ablenkungswinkel durchzuführen. Daher kann die Abstandsmessvorrichtung 80 den Abstand eines Objekts in der Peripherie der Abstandsmessvorrichtung 80 leichter messen.
In der Abstandsmessvorrichtung 80 der vorliegenden Ausführungsform ist die Lichtquelle 82 eine wellenlängenvariable Lichtquelle. Der Beugungswinkel des von der Lichtabtastvorrichtung 83 gebeugten Lichtstrahls (der Ablenkungswinkel der Lichtabtastvorrichtung 83) kann durch Änderung der Wellenlänge des von der Lichtquelle 82 emittierten Lichtstrahls geändert werden. Die Abstandsmessvorrichtung 80 kann den Abstand eines Objekts in ihrer Peripherie über einen größeren Bereich messen.
Es sollte klar sein, dass die hier offengelegte erste bis sechste Ausführungsform illustrativ und in jeder Hinsicht nicht beschränkend ist. Mindestens zwei der hierin offenbarten ersten bis sechsten Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, sofern sie nicht im Widerspruch zueinander stehen. Beispielsweise kann die Antriebseinheit 70 auf gleicher Ebene der vierten Ausführungsform oder die Antriebseinheit 70e auf gleicher Ebene der fünften Ausführungsform zu der optischen Abtastvorrichtung 1b der zweiten Ausführungsform oder der optischen Abtastvorrichtung 1c der dritten Ausführungsform hinzugefügt werden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die obige Beschreibung beschränkt ist, sondern durch den Umfang der Ansprüche definiert wird und alle Änderungen umfasst, die in Bedeutung und Umfang äquivalent zu den Ansprüchen sind.
Bezugszeichenliste

1, 1b, 1c, 1d, 1e, 83: optische Abtastvorrichtung
2: Substrat
2a: Hauptfläche
3, 3b, 3c, 3d: bewegliches Spiegelelement
4: erste bewegliche Spiegelanordnung
5: zweite bewegliche Spiegelanordnung
7, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f: Steuerung
8, 8c, 8d: Spannungssteuereinheit
8b: Stromsteuereinheit
9b, 9e: Magnetfeldsteuereinheit
10: leitfähiges Substrat
11: erste Isolierschicht
12a, 12b, 12c, 12d, 14: Elektrode
13a, 13b, 13c, 13d, 15, 72a, 72b, 72c, 72d: Verdrahtung
17a, 17b, 17c, 17d: Verankerung
18a, 18b: Träger
20: beweglicher Spiegel
21: bewegliche Platte
22: Spiegelschicht
23: Stütze
24: zweite Isolierschicht
30: Opferschicht
31: Loch
33: Siliciumsubstrat
34: Isolierschicht
35: Siliciumschicht
36: SOI-Substrat (Silicium-auf-Isolator-Substrat)
40, 41b: Lichtstrahl
41: Lichtstrahl mit Beugungsordnung +1
42: Lichtstrahl mit Beugungsordnung -1
43: Lichtabschirmungselement
51,52,53,54,77: Magnet
61, 62, 63, 64: piezoelektrische Schicht
70, 70e: Antriebseinheit auf gleicher Ebene
71a, 71b, 71c, 71d: kammförmige Elektrode
73a, 73b, 73c, 73d: Antriebselektrode
74a, 74b, 74c, 74d: kammförmige Elektrode
80: Abstandsmessvorrichtung
81: Gehäuse
82: Lichtquelle
84: Strahlteiler
85: transparentes Fenster
86: Lichtempfänger
91: Lichtquellen-Steuereinheit
92: Abstandsberechnungseinheit
93: Steuereinheit für optischen Verschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2722314 [0002, 0003]

Claims

Optische Abtastvorrichtung, welche Folgendes aufweist: ein Substrat mit einer Hauptfläche, die sich in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erstreckt; und eine Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen, die zweidimensional auf der Hauptfläche in einer Draufsicht auf die Hauptfläche angeordnet sind, wobei die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente in der Lage ist, unabhängig voneinander zu arbeiten, und in der Lage ist, ein Beugungsgitter zu bilden, wobei jedes der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente Folgendes aufwei st: einen Träger, der in einer dritten Richtung senkrecht zur Hauptfläche biegbar ist; eine erste Verankerung, die auf der Hauptfläche angeordnet ist, um ein erstes Ende des Trägers zu stützen, eine zweite Verankerung, die auf der Hauptfläche angeordnet ist, um ein zweites Ende des Trägers, das zum ersten Ende entgegengesetzt ist, zu stützen; einen beweglichen Spiegel, der eine in der dritten Richtung vom Träger getrennte bewegliche Platte und eine auf der beweglichen Platte angeordnete Spiegelschicht aufweist; und eine Stütze, die die bewegliche Platte und einen anderen Bereich des Trägers, der nicht das erste Ende und nicht das zweite Ende ist, miteinander verbindet.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner Folgendes aufweist: eine Steuerung, die einen vertikalen Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels in der dritten Richtung steuert, wobei die Steuerung eine Vielzahl von ersten beweglichen Spiegelanordnungen und eine Vielzahl von zweiten beweglichen Spiegelanordnungen aus der Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen konstruiert, die Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen aus einem Teil der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente konstruiert ist, in dem der vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels ein erster vertikaler Verschiebungsbetrag ist, die Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen aus einem verbleibenden Teil der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente konstruiert ist, in denen der vertikale Verschiebungsbetrag des beweglichen Spiegels ein zweiter vertikaler Verschiebungsbetrag ist, der größer als der erste vertikale Verschiebungsbetrag ist, in der Draufsicht auf die Hauptfläche eine erste Längsrichtung jeder der Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen parallel zu einer zweiten Längsrichtung jeder der Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen ist, die Vielzahl der ersten beweglichen Spiegelanordnungen und die Vielzahl der zweiten beweglichen Spiegelanordnungen abwechselnd und periodisch in einer Richtung senkrecht zu der ersten Längsrichtung angeordnet sind, und die Steuerung in der Draufsicht auf die Hauptfläche in der Lage ist, die erste Längsrichtung und die zweite Längsrichtung zu ändern.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein absoluter Wert u einer Differenz zwischen dem ersten vertikalen Verschiebungsbetrag und dem zweiten vertikalen Verschiebungsbetrag durch die folgende Gleichung (1) gegeben ist: $u = (1 / 4 + n / 2) λ$
wobei λ eine Wellenlänge eines auf die Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen auftreffenden Lichtstrahls darstellt und n Null oder eine natürliche Zahl darstellt.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Absolutwert u den folgenden Ausdruck (2) erfüllt: $u \geq W / tan θ$
wobei W ein Intervall zwischen einem Paar erster beweglicher zueinander benachbarter Spiegelanordnungen unter der Vielzahl erster beweglicher Spiegelanordnungen darstellt, und θ einen Beugungswinkel des Lichtstrahls darstellt, der durch die Vielzahl beweglicher Spiegelelemente gebeugt wird.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in der Draufsicht auf die Hauptfläche der bewegliche Spiegel eine quadratische Form aufweist.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der bewegliche Spiegel in der Draufsicht auf die Hauptfläche eine regelmäßige dreieckige Form aufweist.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend ein Lichtabschirmungselement, das einen von zwei durch das Beugungsgitter gebeugten Lichtstrahlen blockiert.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Lichtabschirmungselement ein optischer Verschluss ist.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Träger elektrisch leitfähig ist, jedes der Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, die erste Elektrode und die zweite Elektrode auf der Hauptfläche angeordnet sind und voneinander elektrisch isoliert sind, die erste Elektrode elektrisch mit dem Träger verbunden ist, und die zweite Elektrode der Stütze und dem Bereich des Trägers in der dritten Richtung gegenüberliegt.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend einen ersten Magneten, der ein erstes Magnetfeld entlang der Hauptfläche auf dem Träger erzeugt, wobei der Träger elektrisch leitfähig ist, jedes der Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, die erste Elektrode und die zweite Elektrode auf der Hauptfläche angeordnet und voneinander getrennt sind, die erste Elektrode elektrisch mit dem ersten Ende des Träger verbunden ist, und die zweite Elektrode elektrisch mit dem zweiten Ende des Trägers verbunden ist.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vielzahl der beweglichen Spiegelelemente eine piezoelektrische Schicht aufweist, die auf dem Träger angeordnet ist.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend eine Antriebseinheit auf gleicher Ebene, die den Träger antreibt, sich in mindestens eine Richtung der ersten Richtung oder der zweiten Richtung zu bewegen.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Träger elektrisch leitfähig ist, die Antriebseinheit auf gleicher Ebene eine erste kammförmige Elektrode, die auf dem Träger angeordnet ist, eine Antriebselektrode, die auf der Hauptfläche angeordnet ist, und eine zweite kammförmige Elektrode, die auf der Antriebselektrode angeordnet ist, aufweist, und die erste kammförmige Elektrode und die zweite kammförmige Elektrode einander gegenüberliegen.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der auf gleicher Ebene liegende Antriebsbereich einen zweiten Magneten aufweist, der ein zweites Magnetfeld senkrecht zur Hauptfläche auf dem Träger erzeugt, der Träger elektrisch leitfähig ist, jedes der Vielzahl von beweglichen Spiegelelementen eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, die erste Elektrode und die zweite Elektrode auf der Hauptfläche angeordnet und voneinander getrennt sind, die erste Elektrode elektrisch mit dem ersten Ende des Trägers verbunden ist, und die zweite Elektrode elektrisch mit dem zweiten Ende des Trägers verbunden ist.
Abstandsmessvorrichtung, welche Folgendes aufweist: eine Lichtquelle; die optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die einen von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahl in Richtung einer Peripherie der Abstandsmessvorrichtung beugt und diese abtastet; und einen Lichtempfänger, der den von der Peripherie der Abstandsmessvorrichtung reflektierten oder diffus reflektierten Lichtstrahl empfängt.
Abstandsmessvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Lichtquelle eine wellenlängenvariable Lichtquelle ist.