JP2002182136A - 光偏向器用のミラー揺動体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光学性能を維持しながら可動部分の慣性モーメ
ントの低減が達成された光偏向器用のミラー揺動体を提
供する。 【解決手段】ミラー揺動体１００は、可動板１１０と、
反射面を有する可動板１１０を揺動可能に支持する一対
のトーションバー１２２，１２４と、トーションバー１
２２，１２４を保持する支持部材１２６，１２８とを備
えている。可動板１１０は、反射面を有する第一部分１
１２と、ミラー揺動体１００を駆動する駆動手段の一部
を構成する電気要素を有する第二部分１１４とを有して
いる。第一部分１１２は、反射面が形成された反射面形
成面１１６を有し、第二部分１１４は、電気要素が形成
された電気要素形成面１１８を有している。反射面形成
面１１６は、電気要素形成面１１８よりも小さく、電気
要素形成面１１８の長方形にほぼ内接する楕円形を有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光偏向器に用いら
れるミラー揺動体に関する。より詳しくは、反射面を有
する揺動可能に支持された可動ミラーを有しており、可
動ミラーを揺動して反射面の向きを変えることにより、
反射面で反射される光ビームの方向を変える光偏向器に
用いられるミラー揺動体に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型化可能な光偏向器として、マイクロ
マシニング技術を利用してミラー、弾性部材、駆動手段
などを一体に形成したものが開示されている。一般に高
速動作が可能な光偏向器はその共振周波数に一致した駆
動周波数で駆動する方式が用いられるが、共振周波数は
ミラーが形成された可動部の慣性モーメントに反比例
し、これを支持する弾性部材の剛性に比例する。一方、
偏向角は駆動力に比例し、弾性部材の剛性に反比例す
る。以上より、小さい力で大きな偏向角を得る(駆動効
率を上げる)ためには、可動板の慣性モーメントを低減
することが有効であることがわかる。

【０００３】特開平１０−６２７０９号は、楕円形の可
動ミラーを有するガルバノミラー装置を開示している。
一般に用いられる光ビームは円形の断面形状を有してい
るため、可動ミラーへの投影形状は円形または楕円形と
なる。特開平１０−６２７０９号のガルバノミラー装置
は、この点に着目して成されたもので、可動ミラーの形
状を、長方形ではなく、楕円形として、慣性モーメント
を低減することにより、駆動効率の向上を図っている。
楕円形の可動ミラーは、長方形の可動ミラーに比べて、
約６０％に低減された慣性モーメントを有する。

【０００４】また、可動ミラーの慣性モーメントは、そ
の形状を変えずとも、その厚さを低減することによって
も低減される。マイクロマシン技術により作製されるデ
ィジタルマイクロミラーデバイス(ＤＭＤ)は、アレイ状
に集積された１０数μｍ角のミラーを有している。その
ミラーは、Ａｌの薄膜で形成されており、極めて小さい
慣性モーメントを有しており、従って高速で動作可能で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開平１０−６２７０
９号に開示されているガルバノミラー装置は、可動ミラ
ーの慣性モーメントの低減に伴い、可動ミラーを揺動さ
せるための駆動用電極の面積も低減している。可動ミラ
ーの裏面全面が駆動電極であると仮定して、楕円形電極
による中立時駆動トルクは、長方形電極による中立時駆
動トルクの約６６％となる。中立時駆動トルクの低減は
慣性モーメントの低減より減少率が小さいため、駆動効
率は総合的に改善されているが、大幅な改善とは言えな
い。

【０００６】一方、可動ミラーの厚さの低減は、可動ミ
ラー自身の剛性の低下を引き起こす。ミラーを薄くする
とミラー自身の剛性が低下するという課題があった。前
述ＤＭＤでは、ミラーの大きさが１５μｍ角程度と小さ
いので大きな問題とはならないが、数ｍｍ角程度の大き
さのミラーでは、ミラーの厚さの過度の低減は、動的平
面度の悪化につながる。

【０００７】本発明は、以上の課題に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、光学性能が維持されながら可動
部分の慣性モーメントが低減された光偏向器用のミラー
揺動体を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、光偏向器用の
ミラー揺動体であり、光偏向器は、光を偏向するための
ミラー揺動体と、これを駆動するための駆動手段とを備
えており、ミラー揺動体は、反射面を有する可動板と、
これを揺動可能に支持するための弾性部材と、弾性部材
を支持する支持部とを備えており、駆動手段は、可動板
に設けられた電気要素を含んでおり、可動板は、反射面
を有する第一部分と、電気要素を有する第二部分とを有
しており、第一部分は反射面が形成された反射面形成面
を有し、第二部分は電気要素が形成された電気要素形成
面を有し、反射面形成面は電気要素形成面よりも小さい
面積を有している。第一部分の反射面形成面は、第二部
分の電気要素形成面の形状に対して、ほぼ内接する形状
を有している。

【０００９】本発明は、また、光偏向器用のミラー揺動
体であり、光偏向器は、光を偏向するためのミラー揺動
体と、これを駆動するための駆動手段とを備えており、
ミラー揺動体は、反射面を有する可動板と、これを揺動
可能に支持するための弾性部材と、弾性部材を支持する
支持部とを備えており、駆動手段は、可動板に設けられ
た電気要素を含んでおり、可動板は、反射面が形成され
た反射面形成面と、電気要素が形成された電気要素形成
面と、その内部に形成された少なくともひとつの空洞部
とを有している。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。

【００１１】第一の実施の形態 まず、第一の実施の形態について図面を参照しながら説
明する。

【００１２】図１〜図３に示されるように、ミラー揺動
体１００は、可動板１１０と、反射面を有する可動板１
１０を揺動可能に支持するための一対の弾性部材である
トーションバー１２２，１２４と、トーションバー１２
２，１２４を保持する支持部材１２６，１２８とを備え
ている。一対のトーションバー１２２，１２４は、矩形
の断面を有し、可動板１１０から両側に対称的に延びて
いる。従って、可動板１１０は、支持部材１２６，１２
８に対して、トーションバー１２２，１２４の内部を通
る揺動軸の周りに、揺動可能に支持されている。

【００１３】可動板１１０は、反射面を有する第一部分
１１２と、ミラー揺動体１００を駆動するための駆動手
段の一部を構成する電気要素を有する第二部分１１４と
を有している。第一部分１１２は、反射面が形成された
反射面形成面１１６を有し、第一部分１１２の側面は反
射面形成面１１６に直交している。第二部分１１４は、
電気要素が形成された電気要素形成面１１８を有してお
り、第二部分１１４の側面は電気要素形成面１１８に直
交している。反射面形成面１１６は電気要素形成面１１
８よりも小さい面積を有している。

【００１４】駆動手段の電気要素は、ミラー揺動体１０
０の駆動方式に応じて異なり、例えば、電磁駆動方式の
駆動手段においては、可動板１１０の縁を周回する駆動
コイルであり、静電駆動方式の駆動手段においては、可
動板１１０のほぼ全面に広がる一対の駆動電極である。
また、反射面は、反射面形成面１１６そのものであって
も、反射面形成面１１６に形成された反射膜の表面であ
ってもよい。

【００１５】図２に良く示されるように、電気要素形成
面１１８は長方形の形状あるいは輪郭を有しており、反
射面形成面１１６は楕円形の形状あるいは輪郭を有して
いる。反射面形成面１１６の楕円形は、特に好ましく
は、電気要素形成面１１８の長方形にほぼ内接する形状
あるいは輪郭を有している。

【００１６】可動板１１０とトーションバー１２２，１
２４と支持部材１２６，１２８は同じ厚さを有してい
る。また、トーションバー１２２，１２４と可動板１１
０の接続部分およびトーションバー１２２，１２４と支
持部材１２６，１２８の接続部分の凹状角部には、応力
の集中を防ぐために、丸み(Ｒ)が付与されている。

【００１７】このようなミラー揺動体１００は、例え
ば、半導体プロセスを利用して、単結晶シリコン基板か
らモノリシックに形成される。単結晶シリコンは、高い
剛性を有し、材料の内部減衰が少ないため、共振駆動用
のトーションバー１２２，１２４の材料に適しており、
外部部材に接着される支持部材１２６，１２８の材料に
も適している。

【００１８】前述したように、可動板１１０に設けられ
る電気要素は、ミラー揺動体１００の駆動方式に応じて
異なる。電磁駆動方式に対応したミラー揺動体１００Ａ
を図４に示す。また、このミラー揺動体１００Ａを用い
た電磁駆動型の光偏向器を図５に示す。これらの図は、
可動板１１０に設けられる電気要素である駆動コイルの
レイアウトを模式的に示しており、駆動コイルその他を
保護する絶縁膜等の図示は省略してある。

【００１９】図４と図５に示されるように、ミラー揺動
体１００Ａは、可動板１１０の周縁部を周回する駆動コ
イル１３２を備えている。駆動コイル１３２の一方の端
部は、トーションバー１２２を延び、支持部材１２６に
設けられた電極パッド１３４に電気的に接続されてい
る。また、駆動コイル１３２の他方の端部は、可動板１
１０の周縁部を周回する部分を飛び越え、トーションバ
ー１２４を延びており、支持部材１２６に設けられた電
極パッド１３６を電気的に接続されている。

【００２０】さらに、可動板１１０は、図４に示される
ように、駆動コイル１３２の内側を周回する速度検出コ
イル１４２を備えている。(図５では、速度検出コイル
１４２の図示は省略されている。)速度検出コイル１４
２の一方の端部は、トーションバー１２２を延び、支持
部材１２６に設けられた電極パッド１４４に電気的に接
続されている。速度検出コイル１４２の一方の端部は、
可動板１１０の周縁部を周回する部分を飛び越え、トー
ションバー１２４を延びており、支持部材１２６に設け
られた電極パッド１４６を電気的に接続している。

【００２１】図５に示されるように、電磁駆動型の光偏
向器は、図４に示されるミラー揺動体１００Ａと、一対
の永久磁石１５２，１５４とを備えている。一対の永久
磁石１５２，１５４は、可動板１１０の両側の近くに、
揺動軸にほぼ平行に配置されている。永久磁石１５２，
１５４の着磁方向は、互いに同じ向きで、静止状態の可
動板１１０の電気要素形成面にほぼ平行である。永久磁
石１５２，１５４は、可動板１１０の両側部分に位置す
る駆動コイル１３２の部分に対して、可動板１１０の電
気要素形成面内の方向で、揺動軸にほぼ直交する方向の
磁界を発生させる。

【００２２】支持部材１２６，１２８上の二個の電極パ
ッド１３４，１３６への交流電圧の印加に応じて、駆動
コイル１３２には交流電流が流れる。駆動コイル１３２
の永久磁石１５２，１５４に近い部分を流れる電流は、
永久磁石１５２，１５４によって発生された磁界との相
互作用によりローレンツ力を受ける。その結果、可動板
１１０は、板厚方向に、交流電圧の印加に対応して、周
期的に方向が切り替わる偶力を受ける。このため、可動
板１１０は、二本のトーションバー１２２，１２４の長
手方向に延びる揺動軸の周りで、揺動すなわち振動す
る。その結果、可動板１１０に設けられた反射面で反射
される光ビームは、一定の角度幅で周期的に偏向され
る。

【００２３】また、静電駆動方式に対応したミラー揺動
体１００Ｂを図６に示す。また、このミラー揺動体１０
０Ｂを用いた静電駆動型の光偏向器を図７に示す。これ
らの図は、可動板１１０に設けられる電気要素である駆
動電極のレイアウトを模式的に示しており、駆動電極そ
の他を保護する絶縁膜等の図示は省略してある。

【００２４】図６と図７に示されるように、ミラー揺動
体１００Ｂの可動板１１０は、一対の駆動電極１６２，
１７２を備えている。一対の駆動電極１６２，１７２
は、同じ形状を有し、揺動軸に対して対称に配置され、
電気要素形成面１１８のほぼ全体に広がっている。駆動
電極１６２は、トーションバー１２２を延びる配線１６
４を介して、支持部材１２６に設けられた電極パッド１
６６に電気的に接続されている。また、駆動電極１７２
は、トーションバー１２４を延びる配線１７４を介し
て、支持部材１２８に設けられた電極パッド１７６に電
気的に接続されている。

【００２５】図７に示されるように、静電駆動型の光偏
向器は、図６に示されるミラー揺動体１００Ｂと、可動
板１１０に設けられた駆動電極１６２，１７２に向き合
って配置された固定電極１８２とを備えている。固定電
極１８２は、図示しない部材に固定されており、一定の
向きに支持されている。

【００２６】固定電極１８２は、例えば、グラウンド電
位に保たれ、駆動電極１６２，１７２には、それぞれ対
応する電極パッド１６６，１７６を介して、所定の電位
が交互に印加される。これにより、駆動電極１６２，１
７２は、固定電極１８２との間の電位差に応じた静電引
力を受ける。その結果、可動板１１０は、板厚方向に、
電位の交互の印加に対応して、周期的に方向が切り替わ
る偶力を受ける。このため、可動板１１０は、二本のト
ーションバー１２２，１２４の長手方向に延びる揺動軸
の周りで、揺動すなわち振動する。その結果、可動板１
１０に設けられた反射面で反射される光ビームは、一定
の角度幅で周期的に偏向される。

【００２７】ミラー揺動体１００は、半導体プロセスを
利用して作製される。以下、図８を参照して、ミラー揺
動体１００の製造方法について説明する。図８に示され
る各工程は、図２のIII−III線に沿う断面で描かれてい
る。

【００２８】工程１(図８(ａ))：スタートウエハとし
て、両面研磨された単結晶シリコン基板１９０を用意す
る。単結晶シリコン基板１９０の例えば下面１９４(前
述の電気要素形成面１１８に相当する)に、駆動手段の
一部を構成する電気要素、例えば、駆動コイルや駆動電
極を形成する。このような電気要素は、フォトリソグラ
フィ技術により、例えば、金属薄膜の成膜・パターニン
グや絶縁膜の成膜などの工程を経て形成される。

【００２９】工程２(図８(ｂ))：単結晶シリコン基板１
９０を、電気要素の形成された下面１９４の側から、可
動板１１０の第二部分１１４とトーションバー１２２，
１２４と支持部材１２６，１２８に対応する形状に、所
定の深さエッチングする。エッチングは、エッチング側
面がほぼ基板の上面１９２と下面１９４に対して垂直に
なるように、例えばＩＣＰ(誘導結合プラズマ)を利用し
たＲＩＥ(反応性イオンエッチング)により行なわれる。
エッチングの深さは、例えばエッチング時間でコントロ
ールされる。

【００３０】工程３(図８(ｃ))：単結晶シリコン基板１
９０を、上面１９２の側から、可動板１１０の第一部分
１１２とトーションバー１２２，１２４と支持部材１２
６，１２８に対応する形状に、エッチングする。このエ
ッチングも例えばＩＣＰ−ＲＩＥにより行なわれる。エ
ッチングマスクのパターニングは、下面１９４に形成さ
れたパターンに正確にアライメント(位置合わせ)される
必要がある。この工程の結果、可動板１１０とトーショ
ンバー１２２，１２４と支持部材１２６，１２８を有す
る構造体が形成される。この構造体では、可動板１１０
はトーションバー１２２，１２４によってのみ支持部材
１２６，１２８と接続されている。

【００３１】工程４(図８(ｄ))：単結晶シリコン基板１
９０の上面１９２に対して、可動板１１０の第一部分１
１２に相当する部分に反射膜を形成する。

【００３２】通常、一枚のウエハには、前述の構造体が
多数並べられて製作される。最後に、ダイシングによ
り、個々の構造体を切り離して、図１〜図３に示される
ミラー揺動体１００が得られる。

【００３３】このように、ミラー揺動体１００は、半導
体プロセスを利用してモノリシックに形成されるため、
その後の組立作業は不要であり、超小型に安価に大量生
産することができる。また、寸法精度が非常に高く、従
って特性のばらつきがきわめて少ない。

【００３４】前述したように、ミラー揺動体１００は、
可動板１１０の第一部分１１２の反射面形成面１１６は
楕円形の形状あるいは輪郭を有し、可動板１１０の第二
部分１１４の電気要素形成面１１８が長方形の形状ある
いは輪郭を有しており、特に好ましい可動板１１０で
は、反射面形成面１１６は、電気要素形成面１１８の輪
郭の長方形にほぼ内接する楕円形の輪郭を有している。

【００３５】このような形状的な特徴により、このミラ
ー揺動体１００の可動板１１０は、実際に必要な大きさ
の反射面を確保しながらも、慣性モーメントが低減され
ている。以下、この点に関して詳しく説明する。

【００３６】通常、光偏向器には、円形の断面を持つ光
ビームが、光偏向器の反射面に斜めに入射される。この
ため、反射面に形成される光ビームのスポットは一般に
楕円形になる。従って、光ビームを反射する機能だけに
注目すれば、反射面を持つ可動板の形状は、長方形であ
る必要はなく、楕円形が好ましい。

【００３７】以下、長方形の可動板と楕円形の可動板の
諸特性について考察する。

【００３８】まず、長方形の可動板と楕円形の可動板の
慣性モーメントの違いについて考察する。続く考察で
は、厚み方向は単位厚さとして無視し、材料密度をρと
する。長方形の可動板の重心周りの慣性モーメントＩ_r
は、長方形の長辺の長さをａ、短辺の長さをｂとする
と、次式(１)で表される。

【００３９】

【数１】

【００４０】一方、楕円形の可動板の重心周りの慣性モ
ーメントＩ_eは、楕円形の長軸の長さをａ、短軸の長さ
をｂとすると、次式(２)で表される。

【００４１】

【数２】

【００４２】従って、両者の比は、次式(３)で与えられ
る。

【００４３】

【数３】

【００４４】式(３)から、楕円形の可動板の慣性モーメ
ントは、長方形の可動板の慣性モーメントの約６０％で
あることが分かる。つまり、可動板の慣性モーメント
は、その形状を長方形から楕円形に変更することによ
り、約６０％に低減される。これは、従来技術の項で説
明した通りである。

【００４５】次に、長方形の可動板と楕円形の可動板の
駆動力の違いについて考察する。

【００４６】まず、図７に示される静電駆動方式におけ
る駆動力の違いについて説明する。続く考察では、可動
板は中立位置にあるものとし、空気の誘電率をε、電極
間の間隔をＳ、印加電圧をＶとし、揺動軸に対して片側
の全面積(可動板の面積の半分)が電極として寄与すると
仮定する。長方形の可動板の中立位置における発生トル
クＴ_rは、次式(４)で表される。

【００４７】

【数４】

【００４８】一方、楕円形の可動板の中立位置における
発生トルクＴ_eは、次式(５)で表される。

【００４９】

【数５】

【００５０】従って、両者の比は、次式(６)で与えられ
る。

【００５１】

【数６】

【００５２】式(６)から、楕円形の可動板の駆動トルク
は、長方形の可動板の駆動トルクの約６６．７％である
ことが分かる。つまり、可動板の駆動トルクは、その形
状を長方形から楕円形に変更することにより、約６６．
７％に低下してしまう。結局、慣性モーメントの低減に
伴って駆動トルクも低減するため、慣性モーメントの低
減の利点の一部が失われていると言える。

【００５３】長方形の可動板の(駆動トルク/慣性モーメ
ント)の値に対する楕円形の可動板の(駆動トルク/慣性
モーメント)の値は、可動板の形状を長方形から楕円形
に変更したことによる総合的な駆動効率改善の効果を表
す指標となる。長方形の可動板の(駆動トルク/慣性モー
メント)の値を１とすると、楕円形の可動板の(駆動トル
ク/慣性モーメント)の値は１．１３となる。

【００５４】続いて、図５に示される電磁駆動方式にお
ける駆動力の違いについて説明する。続く考察では、駆
動コイルは可動板の周縁に設けられていると仮定する。
磁束密度が一様であると仮定すると、駆動トルクはコイ
ルが囲む面積に比例する。長方形の可動板の中立位置に
おける発生トルクは、比例定数Ｋを用いて、次式(７)で
表される。

【００５５】

【数７】

【００５６】楕円形の可動板の中立位置における発生ト
ルクは、比例定数Ｋを用いて、次式(８)で表される。

【００５７】

【数８】

【００５８】従って、両者の比は、次式(９)で与えられ
る。

【００５９】

【数９】

【００６０】式(９)から、楕円形の可動板の駆動トルク
は、長方形の可動板の駆動トルクの約７８．５％である
ことが分かる。つまり、可動板の駆動トルクは、その形
状を長方形から楕円形に変更することにより、約７８．
５％に低下してしまう。

【００６１】また、可動板の形状を長方形から楕円形に
変更したことによる総合的な駆動効率改善の効果を表す
指標である(駆動トルク/慣性モーメント)の値に関して
は、長方形の可動板の(駆動トルク/慣性モーメント)の
値を１とすると、楕円形の可動板の(駆動トルク/慣性モ
ーメント)の値は１．３１となる。

【００６２】この値は前述の静電駆動方式よりも良い
が、実際の電磁駆動方式では、磁束密度は一様でなく、
一般に可動板の周縁近くで強く、内側に近づくにつれて
弱くなるため、楕円形の可動板の駆動トルクは前述の計
算式の値よりも小さくなると予想される。

【００６３】本実施形態のミラー揺動体１００では、前
述したように、可動板１１０は、反射面を有する第一部
分１１２と、電気要素を有する第二部分１１４とを有し
ており、第一部分１１２の反射面形成面１１６の輪郭は
楕円形であり、第二部分１１４の電気要素形成面１１８
の輪郭は長方形である。従って、ミラー揺動体１００
は、可動板１１０の第一部分１１２において、楕円形の
可動板と同様に光ビームの反射に寄与しない不要な部分
を省くことによる慣性モーメントの低減の利益を得なが
らも、第二部分１１４において、長方形の可動板と同じ
広さの電気要素形成面１１８を確保しており、駆動トル
クの低下の不利益を得ない。

【００６４】この可動板１１０の慣性モーメントＩは、
全体の厚さにおいて第二部分と同様の輪郭(長方形)を有
する場合の慣性モーメントをＩ_r'、第一部分１１２の厚
さを可動板１１０の厚さのｘ％とすると、次式(１０)で
表される。

【００６５】

【数１０】

【００６６】可動板１１０の(駆動トルク/慣性モーメン
ト)の値は、この逆数となる。１．３１の値を与えるｘ
は約５９である。従って、電磁駆動方式においては、可
動板１１０は、第一部分１１２が全体の約６０％の厚さ
を有していれば、楕円形の可動板と同じ駆動効率を与え
る。実際には、磁束密度分布が一様でないため、楕円形
の可動板の(駆動トルク/慣性モーメント)の値は１．３
１より小さいことが予想されるため、第一部分１１２の
厚さが可動板１１０の厚さの５０％程度であれば、楕円
形の可動板と差がないことが予想される。駆動効率は第
一部分１１２の厚さが増すにつれて更に向上する。可動
板１１０は、静電駆動方式においては、電磁駆動方式よ
りも高い駆動効率を与える。

【００６７】以上の説明から分かるように、本実施形態
のミラー揺動体１００は、可動板１１０が、反射面を有
する楕円形の第一部分１１２と、駆動用の電気要素を有
する長方形の第二部分１１４とで構成されているので、
光ビームの反射に実際に必要な大きさの反射面を維持し
ながら、可動板の慣性モーメントの低減を達成してい
る。このようなミラー揺動体は、駆動効率の高い光偏向
器の提供に貢献する。

【００６８】本実施形態のミラー揺動体１００は、発明
の要旨を逸脱しない範囲の中において、様々な変形や修
正が可能である。駆動手段の一部を構成する電気要素
は、図４〜図７に示されるものに限定されるものではな
く、駆動コイルのレイアウトや駆動電極の形状等は適宜
変更されてもよい。可動板の支持形態は、両持ち支持に
限定されるものではなく、他の支持形態、例えば片持ち
支持であってもよい。弾性部材は、トーションバーに限
定されるものではなく、たわみバネなどであってもよ
い。可動板の揺動は、一方向に限定されるものではな
く、二方向であってもよい。

【００６９】また、作製方法においては、電気要素形成
面側の加工と反射面形成面側の加工は逆の順序で行なわ
れてもよい。また、スタートウエハは、単結晶シリコン
基板に限定されるものでなく、ＳＯＩ(Silicon-on-Insu
lator)基板等が用いられてもよい。ＳＯＩ基板の使用に
おいては、中間絶縁層であるシリコン酸化膜を各面から
のエッチングの停止層として利用できる。

【００７０】さらに、ミラー揺動体１００の作製方法
は、半導体プロセスを使用したものに限定されるもので
はない。ミラー揺動体１００は、例えば図９に示される
ように、楕円形の可動板１１１０とトーションバー１１
２０，１１３０と支持部材１１４０，１１５０を有する
構造体１１００と、長方形の可動板１２１０とトーショ
ンバー１２２０，１２３０と支持部材１２４０，１２５
０を有する構造体１２００とを貼り合わせることによっ
て作製されてもよい。

【００７１】第二の実施の形態 次に、第二の実施の形態について図面を参照しながら説
明する。

【００７２】図１０〜図１２に示されるように、ミラー
揺動体２００は、可動板２１０と、反射面を有する可動
板２１０を揺動可能に支持するための一対の弾性部材で
あるトーションバー２２２，２２４と、トーションバー
２２２，２２４を保持する支持部材２２６，２２８とを
備えている。一対のトーションバー２２２，２２４は、
矩形の断面を有し、可動板２１０から両側に対称的に延
びている。従って、可動板２１０は、支持部材２２６，
２２８に対して、トーションバー２２２，２２４の内部
を通る揺動軸の周りに、揺動可能に支持されている。

【００７３】可動板２１０は、反射面を有する第一部分
２１２と、ミラー揺動体２００を駆動するための駆動手
段の一部を構成する電気要素を有する第二部分２１４と
を有している。反射面は、第一実施形態で説明したよう
に、反射面形成面２１６そのものであっても、反射面形
成面２１６に形成された反射膜の表面であってもよい。
また、電気要素形成面２１８には、第一実施形態で説明
したように、駆動コイルや駆動電極などの駆動用の電気
要素が形成されている。

【００７４】第一部分２１２は、反射面が形成された反
射面形成面２１６を有し、第一部分２１２の側面は反射
面形成面２１６に直交している。第二部分２１４は、電
気要素が形成された電気要素形成面２１８を有してお
り、第二部分２１４の側面は電気要素形成面２１８に直
交している。反射面形成面２１６は電気要素形成面２１
８よりも小さい面積を有している。

【００７５】図１１に良く示されるように、電気要素形
成面２１８は長方形の形状あるいは輪郭を有しており、
反射面形成面２１６は楕円形の形状あるいは輪郭を有し
ている。反射面形成面２１６の楕円形は、電気要素形成
面２１８の長方形に内接する楕円形よりも若干小さくな
っている。また、トーションバー２２２，２２４と可動
板２１０の接続部分およびトーションバー２２２，２２
４と支持部材２２６，２２８の接続部分の凹状角部に
は、応力の集中を防ぐために、丸み(Ｒ)が付与されてい
る。

【００７６】図１２に良く示されるように、可動板２１
０と支持部材２２６，２２８は同じ厚さを有し、トーシ
ョンバー２２２，２２４は可動板２１０と支持部材２２
６，２２８に比較して薄い厚さを有している。別の言い
方をすれば、支持部材２２６，２２８は、それぞれ、反
射面側の第一部分２３２，２４２と、電気要素側の第二
部分２３４，２４４とを有しており、可動板２１０の第
二部分２１４とトーションバー２２２，２２４と支持部
材２２６，２２８の第二部分２３４，２４４は同じ厚さ
を有している。

【００７７】このようなミラー揺動体２００は、例え
ば、半導体プロセスを利用して、ＳＯＩ(Silicon-on-In
sulator)基板からモノリシックに形成され、トーション
バー２２２，２２４は、中間絶縁層の一方の側のシリコ
ン層つまり反射面が形成される側のシリコン層に対して
形成される。

【００７８】このミラー揺動体２００では、可動板２１
０は、その第一部分２１２が第二部分２１４よりも小さ
いため、図１２に示されるように、第一部分２１２と第
二部分２１４の段差を有し、この段差はトーションバー
２２２，２２４の近くに位置している。同様に、支持部
材２２６，２２８は第一部分２３２，２４２と第二部分
２３４，２４４の段差を有し、これらの段差はトーショ
ンバー２２２，２２４の近くに位置している。

【００７９】ＩＣＰ−ＲＩＥによるシリコンの加工で
は、エッチング側面はウエハ表面にほぼ垂直に形成され
るので、段差は、図１３(ａ)に示されるように、ほぼ９
０°の凹状角部を有する。このような９０°の凹状角部
には、応力集中が起こり易く、トーションバーの変形時
に破断の原因になるおそれがあるので、段差の凹状角部
は、図１３(ｂ)に示されるように、丸み(Ｒ)が付与され
ると更に好ましい。このような丸み(Ｒ)の付与は必ずし
も容易ではないが、例えば反射面形成面側のシリコンエ
ッチングの条件を変えることにより、垂直壁付近のエッ
チングレートのみ低下するようなプロセスを取り入れる
ことにより達成することができる。

【００８０】ミラー揺動体２００は、半導体プロセスを
利用して作製される。以下、図１４を参照して、ミラー
揺動体２００の製造方法について説明する。図１４に示
される各工程は、図１１のXII−XII線に沿う断面で描か
れている。

【００８１】工程１(図１４(ａ))：スタートウエハとし
て、両面研磨されたＳＯＩ基板２５０を用意する。ＳＯ
Ｉ基板２５０は第一のシリコン層２５２と第二のシリコ
ン層２５４を有し、両者は中間絶縁層２５６を介して接
合されている。第二のシリコン層２５４に対して、駆動
手段の一部を構成する電気要素、例えば、駆動コイルや
駆動電極を形成する。このような電気要素は、フォトリ
ソグラフィ技術により、例えば、金属薄膜の成膜・パタ
ーニングや絶縁膜の成膜などの工程を経て形成される。

【００８２】工程２(図１４(ｂ))：第二のシリコン層２
５４を、可動板２１０の第二部分２１４とトーションバ
ー２２２，２２４と支持部材２２６，２２８に対応する
形状に、例えばＩＣＰ−ＲＩＥによりエッチングする。
エッチングは、中間絶縁層である酸化シリコン層２５６
で停止する。

【００８３】工程３(図１４(ｃ))：第一のシリコン層２
５２を、可動板２１０の第一部分２１２と支持部材２２
６，２２８に対応する形状に、例えばＩＣＰ−ＲＩＥに
よりエッチングする。エッチングマスクのパターニング
は、第二のシリコン層２５４に形成されたパターンに正
確にアライメント(位置合わせ)される必要があるが、楕
円形の可動板２１０の第一部分２１２は長方形の可動板
２１０の第二部分２１４に内接する楕円形よりも一回り
小さいので、要求される精度は第一実施形態よりも低
い。エッチングは、中間絶縁層である酸化シリコン層２
５６で停止する。望ましくは、エッチングの停止直前
に、図１３(ｂ)に示されるように、凹状角部に丸み(Ｒ)
を付与する。

【００８４】工程４(図１４(ｄ))：酸化シリコン層２５
６の露出している部分をエッチングにより除去する。こ
の工程の結果、可動板２１０とトーションバー２２２，
２２４と支持部材２２６，２２８を有する構造体が形成
される。この構造体では、可動板２１０はトーションバ
ー２２２，２２４によってのみ支持部材２２６，２２８
と接続されている。さらに、第一のシリコン層２５２に
対して、可動板２１０の第一部分２１２に相当する部分
に反射膜を形成する。

【００８５】通常、一枚のウエハには、前述の構造体が
多数並べられて製作される。最後に、ダイシングによ
り、個々の構造体を切り離して、図１０〜図１２に示さ
れるミラー揺動体２００が得られる。

【００８６】このように、ミラー揺動体２００は、半導
体プロセスを利用してモノリシックに形成されるため、
その後の組立作業は不要であり、超小型に安価に大量生
産することができる。また、寸法精度が非常に高く、従
って特性のばらつきがきわめて少ない。

【００８７】本実施形態のミラー揺動体２００において
も、可動板２１０が、反射面を有する楕円形の第一部分
２１２と、駆動用の電気要素を有する長方形の第二部分
２１４とで構成されているので、第一実施形態と同様
に、光ビームの反射に実際に必要な大きさの反射面を維
持しながら、可動板の慣性モーメントの低減を達成して
いる。

【００８８】本実施形態のミラー揺動体２００は、発明
の要旨を逸脱しない範囲の中において、様々な変形や修
正が可能である。電気要素や可動板の支持形態や弾性部
材の機能等に関しては、第一実施形態と同様の変形が成
されてもよい。

【００８９】また、作製方法に関して、スタートウエハ
に単結晶シリコン基板を用い、可動板や支持部材に比べ
て薄いトーションバーはエッチング深さを時間で制御す
ることにより形成されてもよい。

【００９０】さらに、ミラー揺動体２００の作製方法
は、半導体プロセスを使用したものに限定されるもので
はない。ミラー揺動体２００は、例えば図１５に示され
るように、長方形の可動板１３１０とトーションバー１
３２０，１３３０と支持部材１３４０，１３５０を有す
る構造体１３００に、反射面を有する楕円形のミラー部
材１３６０を貼り付けることによって作製されてもよ
い。

【００９１】第三の実施の形態 次に、第三の実施の形態について図面を参照しながら説
明する。

【００９２】図１６と図１７に示されるように、ミラー
揺動体３００は、第二実施形態のミラー揺動体２００に
似た構造体であり、可動板３１０と、反射面を有する可
動板３１０を揺動可能に支持するための一対の弾性部材
であるトーションバー３２２，３２４と、トーションバ
ー３２２，３２４を保持する支持部材３２６，３２８と
を備えている。一対のトーションバー３２２，３２４
は、矩形の断面を有し、可動板３１０から両側に対称的
に延びている。

【００９３】可動板３１０は、反射面を有する第一部分
３１２と、ミラー揺動体３００を駆動するための駆動手
段の一部を構成する電気要素を有する第二部分３１４と
を有している。第一部分３１２は、反射面が形成された
反射面形成面３１６を有し、第一部分３１２の側面は反
射面形成面３１６に対して傾斜している。第二部分３１
４は、電気要素が形成された電気要素形成面３１８を有
しており、第二部分３１４の側面は電気要素形成面３１
８に直交している。

【００９４】電気要素形成面３１８は長方形の形状を有
しており、反射面形成面３１６は十二角形の形状を有
し、これに対応して第一部分３１２の底面(第二部分３
１４との境界の輪郭)も十二角形を有している。第一部
分３１２の底面の十二角形は、反射面形成面３１６の十
二角形よりも一回り大きく、電気要素形成面３１８の長
方形に内接する楕円形よりも若干小さい。

【００９５】また、支持部材３２６，３２８は、それぞ
れ、反射面側の第一部分３３２，３４２と、電気要素側
の第二部分３３４，３４４とを有しており、第一部分３
３２，３４２は傾斜した側面を有している。

【００９６】このようなミラー揺動体３００は、第二実
施形態と同様に、例えば、半導体プロセスを利用して、
ＳＯＩ(Silicon-on-Insulator)基板からモノリシックに
形成される。ただし、可動板３１０の第一部分３１２
と、支持部材３２６，３２８の第一部分３３２，３４２
と第二部分３３４，３４４は、中間絶縁層の一方の側の
シリコン層に対して、ウェットエッチングを行なうこと
により形成される。それ以外の工程は、第二実施形態と
同様である。

【００９７】可動板３１０の第一部分３１２と支持部材
３２６，３２８の第一部分３３２，３４２の材料となる
シリコンには、(１００)の面方位を持つ単結晶シリコン
が使用される。このような単結晶シリコンの表面に酸化
シリコンや窒化シリコン等の長方形のマスクを形成し、
ＴＭＡＨやＫＯＨ等のアルカリ性のエッチャントでウエ
ットエッチングを行なうと、エッチング側面に(１１１)
面が斜面として現れる形でエッチングが進行する。ただ
し、長方形のマスクの各コーナでは、より高次でエッチ
ングレートが速い面のエッチングが進行し、例えば(３
１１)面などが現れる。

【００９８】このようなウェットエッチングの結果、図
１６と図１７に示されるように、傾斜した側面を持つ可
動板３１０の第一部分３１２と傾斜した側面を持つ支持
部材３２６，３２８の第一部分３３２，３４２が形成さ
れる。

【００９９】本実施形態においても、可動板３１０は、
図１８(ａ)に示されるように、トーションバー３２２，
３２４の近くに、第一部分３１２と第二部分３１４の段
差を有する。支持部材３２６，３２８も、同様に、トー
ションバー３２２，３２４の近くに、第一部分３３２，
３４２と第二部分３３４，３４４の段差を有する。この
ような段差は、鈍角の凹状角部を有するので、応力集中
は比較的発生し難いが、図１８(ｂ)に示されるように、
丸み(Ｒ)が付与されると更に好ましい。このような丸み
(Ｒ)の付与は必ずしも容易ではないが、例えば上述した
シリコンのウエットエッチング工程の終了間際に、エッ
チャントに添加剤を加えたり、別のエッチャントを使用
したりする変更を加えて、エッチング特性を変化させる
ことにより程度可能となる。

【０１００】本実施形態のミラー揺動体３００において
も、可動板３１０が、反射面を有する楕円形の第一部分
３１２と、駆動用の電気要素を有する長方形の第二部分
３１４とで構成されているので、第一実施形態や第二実
施形態と同様に、光ビームの反射に実際に必要な大きさ
の反射面を維持しながら、可動板の慣性モーメントの低
減を達成している。これにより、駆動効率の高い光偏向
器が提供されるようになる。

【０１０１】また、ミラー揺動体３００は、可動板３１
０の第一部分３１２と支持部材３２６，３２８の第一部
分３３２，３４２がウェットエッチングによって形成さ
れるので、第一実施形態や第二実施形態に比べて、加工
コストが低減される。

【０１０２】本実施形態のミラー揺動体３００は、発明
の要旨を逸脱しない範囲の中において、様々な変形や修
正が可能である。電気要素や可動板の支持形態や弾性部
材の機能等に関しては、第一実施形態と同様の変形が成
されてもよい。また、半導体プロセスを用いない作製方
法も適用可能であるが、反射面形成面の形状を十二角形
にする利点は特にない。

【０１０３】第四の実施の形態 次に、第四の実施の形態について図面を参照しながら説
明する。

【０１０４】図１９〜図２１に示されるように、ミラー
揺動体４００は、第三実施形態のミラー揺動体３００に
類似した構造体であり、可動板４１０と、反射面を有す
る可動板４１０を揺動可能に支持するための一対の弾性
部材であるトーションバー４２２，４２４と、トーショ
ンバー４２２，４２４を保持する支持部材４２６，４２
８とを備えている。一対のトーションバー４２２，４２
４は、台形の断面を有し、可動板４１０から両側に対称
的に延びている。

【０１０５】可動板４１０は、反射面を有する第一部分
４１２と、ミラー揺動体４００を駆動するための駆動手
段の一部を構成する電気要素を有する第二部分４１４と
を有している。第一部分４１２は、反射面が形成された
反射面形成面４１６を有し、第一部分４１２の側面は反
射面形成面４１６に対して傾斜している。第二部分４１
４は、電気要素が形成された電気要素形成面４１８を有
しており、第二部分４１４の側面は電気要素形成面４１
８に対して傾斜している。

【０１０６】電気要素形成面４１８は長方形の形状を有
しており、反射面形成面４１６は十二角形の形状を有
し、これに対応して第一部分４１２の底面(第二部分４
１４との境界の輪郭)も十二角形を有している。第一部
分４１２の底面の十二角形は、反射面形成面４１６の十
二角形よりも一回り大きく、電気要素形成面４１８の長
方形に内接する楕円形よりも若干小さい。

【０１０７】また、支持部材４２６，４２８は、それぞ
れ、反射面側の第一部分４３２，４４２と、電気要素側
の第二部分４３４，４４４とを有しており、第一部分４
３２，４４２と第二部分４３４，４４４は共に傾斜した
側面を有している。

【０１０８】このようなミラー揺動体４００は、第二実
施形態と同様に、例えば、半導体プロセスを利用して、
ＳＯＩ基板からモノリシックに形成される。ただし、使
用するＳＯＩ基板の二つのシリコン層は共に、(１００)
の面方位を持つ単結晶シリコンであり、可動板４１０と
トーションバー４２２，４２４と支持部材４２６，４２
８は共に、ウェットエッチングによるシリコン加工を行
なうことで形成される。

【０１０９】ウェットエッチングの進行は、第三実施形
態で説明した通りであるが、可動板４１０の長方形の第
二部分４１４の加工においては、予めエッチングマスク
に補償パターンと呼ばれるパターンを入れておき、可動
板４１０の反射面側の第一部分４１２のように角部が速
くエッチングされるのを防ぐことによって、可動板４１
０の第二部分４１４は直角の角部を持つように形成され
る。

【０１１０】ウェットエッチングの使用の結果、図１９
〜図２１に示されるように、傾斜した側面を持つ可動板
４１０と、台形の断面を持つトーションバー４２２，４
２４と、傾斜した側面を持つ支持部材４２６，４２８と
を備えているミラー揺動体４００が形成される。

【０１１１】本実施形態のミラー揺動体４００において
も、第一〜第二実施形態と同様に、光ビームの反射に実
際に必要な大きさの反射面を維持しながら、可動板の慣
性モーメントの低減を達成している。これにより、駆動
効率の高い光偏向器が提供されるようになる。

【０１１２】また、ミラー揺動体４００は、可動板４１
０とトーションバー４２２，４２４と支持部材４２６，
４２８を形成するためのシリコンの加工がすべてウェッ
トエッチングによって行なわれるので、第三実施形態に
比べて、加工コストが更に低減される。

【０１１３】第五の実施の形態 次に、第五の実施の形態について図面を参照しながら説
明する。

【０１１４】図２２と図２３に示されるように、ミラー
揺動体５００は、反射面５０８を有する可動板５１０
と、可動板５１０を揺動可能に支持するための一対の弾
性部材であるトーションバー５２２，５２４と、トーシ
ョンバー５２２，５２４を保持する支持部材５２６，５
２８とを備えている。一対のトーションバー５２２，５
２４は、可動板５１０から両側に対称的に延びている。

【０１１５】可動板５１０は、反射面５０８が形成され
た反射面形成面５１６と、電気要素が形成された電気要
素形成面５１８と、その内部に形成された多数の空洞部
５３２とを有している。可動板５１０は、好ましくは、
剛性を補強するためのリブ構造を有している。リブ構造
は、例えば、図示されるように、空洞部５３２を矩形に
画定する格子状に延びる格子壁５３４であるが、空洞部
５３２を六角形に画定するハニカム構造であってもよ
い。格子壁５３４は、多数のスリット５３６を有してお
り、各空洞部５３２は、これらのスリット５３６を介し
て、外部空間と連絡されている。このような空洞部５３
２と外部空間の連絡は、これがないと外部の温度と空洞
部５３２の温度の違いによって引き起こされる反射面の
変形を抑える。

【０１１６】図２２に示される光偏向器は、静電駆動型
であり、可動板５１０に設けられた電気要素は、図２２
では見えないが、電気要素形成面５１８のほぼ全体に広
がる駆動電極であり、これらは、これに向き合う固定電
極５５０と共働して、ミラー揺動体５００を駆動するた
めの駆動手段を構成している。電気要素形成面５１８に
形成された駆動電極は、それぞれ、コンタクトホール５
４２，５４４を介して、トーションバー５２２，５２４
を通る配線５４６，５４８と電気的に接続されており、
配線５４６，５４８を介して図示しない外部装置から駆
動電圧が適宜印加される。

【０１１７】次に、可動板５１０の断面構造およびコン
タクトホール５４２，５４４の構造について図２４を参
照しながら説明する。

【０１１８】図２４に示されるように、可動板５１０
は、三つの単結晶シリコン層５６２，５６４，５６６を
有しており、これらの層間は、それぞれ、例えば厚さ約
０．１μｍの熱酸化膜５６８，５７０によって、互いに
電気的に絶縁されている。最も下側の単結晶シリコン層
５６２は、抵抗率の高いＦＺタイプのシリコン(ＦＺ−
Ｓｉ)であり、例えば約１μｍの厚さを有している。

【０１１９】中間の単結晶シリコン層５６４は、例え
ば、ＣＺタイプのシリコン(ＣＺ−Ｓｉ)で、約８μｍの
厚さを有している。単結晶シリコン層５６４は、選択的
除去により形成された複数の穴を有しており、これらの
穴が空洞部５３２を構成する。

【０１２０】最も上側の単結晶シリコン層５６６は、例
えば、ＣＺ−Ｓｉで、約１μｍの厚さを有している。こ
の単結晶シリコン層５６６は、単結晶シリコン層５６４
に形成された空洞部５３２を画定する穴を覆っている。

【０１２１】また、中間の単結晶シリコン層５６４と上
側の単結晶シリコン層５６６は、コンタクトホール５４
２，５４４に相当する部分に形成された、傾斜した側面
を持つ角錐台形状の開口を有している。

【０１２２】上側の単結晶シリコン層５６６とコンタク
トホール５４２，５４４の表面は、下側の単結晶シリコ
ン層５６２との電気的接続部分を除いて、絶縁膜５７２
によって覆われている。絶縁膜５７２の表面に、Ａｌ等
の金属を成膜しパターニングすることにより、コンタク
トホール５４２，５４４を介して、下側の単結晶シリコ
ン層５６２と電気的に接続された配線５４６，５４８が
形成されている。

【０１２３】下側の単結晶シリコン層５６２は、ＦＺ−
Ｓｉであり、高い抵抗を有しているため、二つのコンタ
クトホール５４２，５４４の間に印加される電位差を維
持することができる。このため、単結晶シリコン層５６
２は、物質的には連続体であるが、実質的に、第一実施
形態において図７を参照して説明した互いに電気的に分
離されている一対の駆動電極１６２，１６４と同等に機
能する。

【０１２４】続いて、図２５を参照しながら、ミラー揺
動体５００の製造方法について説明する。図２５に示さ
れる各工程は、図２２のXXIII−XXIII線に沿う断面で描
かれている。

【０１２５】工程１(図２５(ａ))：(１００)の面方位を
持つシリコンウエハである支持体ウエハ５８０を用意
し、その上面に例えば８０μｍ程度の深さのギャップ５
８２を形成する。この構造体に、前述の下側の単結晶シ
リコン層５６２となるＦＺ−Ｓｉウエハ５８４を接合す
る。接合後、研磨やエッチング等により、ＦＺ−Ｓｉウ
エハ５８４を例えば１μｍ程度の厚さに薄くする。

【０１２６】工程２(図２５(ｂ))：前述の中間の単結晶
シリコン層５６４となるＣＺ−Ｓｉウエハ５８６を用意
し、これに前述の熱酸化膜５６８となる例えば０．１μ
ｍの厚さの熱酸化膜(図示せず)を形成する。このような
ＣＺ−Ｓｉウエハ５８６を、ＦＺ−Ｓｉウエハ５８４に
接合し、接合後、研磨やエッチング等により８μｍ程度
まで薄くする。その後、ｌＣＰ−ＲＩＥなどにより、可
動板５１０の輪郭を画定する溝５８８と、空洞部５３２
を画定する複数の穴５９０とを形成する。その際、穴５
９０を区切る隔壁には、前述したように空洞部５３２を
外部空間と連絡するためのスリット５３６となる切り欠
きが一緒に形成される。

【０１２７】工程３(図２５(ｃ))：前述の上側の単結晶
シリコン層５６６となるＣＺ−Ｓｉウエハ５９２を用意
し、これに前述の熱酸化膜５７０となる例えば０．１μ
ｍの厚さの熱酸化膜(図示せず)を形成する。このような
ＣＺ−Ｓｉウエハ５９２を、ＣＺ−Ｓｉウエハ５８６に
接合し、接合後、研磨やエッチング等により１μｍ程度
まで薄くする。その後、ＣＺ−Ｓｉウエハ５９２を、ｌ
ＣＰ−ＲＩＥなどにより、可動板５１０の形状にエッチ
ングする。さらに、コンタクトホールを形成する部分
に、ＴＭＡＨ等を使用したウエットエッチングにより、
ＣＺ−Ｓｉウエハ５８６とＣＺ−Ｓｉウエハ５９２を貫
通する角錐台形状の開口５９４を形成する。

【０１２８】工程４(図２５(ｄ))：溝５８８によって分
離されたＣＺ−Ｓｉウエハ５９２を跨ぐトーションバー
５９８を窒化シリコンやポリイミド等で形成する。さら
に、角錐台形状の開口５９４を介してＦＺ−Ｓｉウエハ
５８４と電気的に接続された配線をＡｌ等で形成する。
配線は、例えば、可動板上に広い面積を持つように形成
され、この部分が反射面を兼ねてもよい。また、反射面
は、研磨されたシリコンの表面で構成されてもよい。最
後に、等方性のシリコンエッチングを利用して、溝５８
８の底面として露出しているＦＺ−Ｓｉウエハ５８４を
除去することにより、ミラー揺動体５００が得られる。
この構造体において、支持体ウエハ５８０をグラウンド
電位にして、支持体ウエハ５８０のギャップ５８２の底
面を、前述の固定電極５５０として機能させてもよい。

【０１２９】本実施形態のミラー揺動体５００は、可動
板５１０がその内部に形成された空洞部５３２を有して
いることにより、可動板の慣性モーメントの低減を達成
している。リブ構造をハニカム構造とした概算によれ
ば、中実構造の長方形の可動板の半分程度に慣性モーメ
ントを低減することが可能である。勿論、可動板５１０
の反射面形成面５１６と電気要素形成面５１８は共に、
中実構造の長方形の可動板に比べて減少してはいない。
従って、ミラー揺動体５００は、反射面の大きさや駆動
トルクを維持したまま、可動板の慣性モーメントの低減
を達成している。

【０１３０】本実施形態のミラー揺動体５００は、発明
の要旨を逸脱しない範囲の中において、様々な変形や修
正が可能である。例えば、上述の実施形態では、弾性部
材であるトーションバー５２２，５２４は、最上層のＣ
Ｚ−Ｓｉウエハ５９２の上に成膜された薄膜で作られて
いるが、最上層のＣＺ−Ｓｉウエハ５９２のエッチング
の際に部分的に残すことによりＣＺ−Ｓｉウエハ５９２
で作られてもよく、さらに必要であれば、中間層のＣＺ
−Ｓｉウエハ５８６や最下層のＦＺ−Ｓｉウエハ５８４
と組み合わせて作られてもよい。

【０１３１】図２６は、本実施形態の変形例であるミラ
ー揺動体５００Ａを用いた光偏向器を示している。この
ミラー揺動体５００Ａでは、図２６に示されるように、
可動板５１０の下側の単結晶シリコン層５６２は、抵抗
率の低いＣＺタイプのシリコン(ＣＺ−Ｓｉ)であり、ス
リット５３８によって空間的に分離されている。

【０１３２】図２２に示される光偏向器では、可動板５
１０は、これに向き合って配置される固定電極５５０と
の電位差によって駆動されるが、駆動電極として機能す
る可動板５１０の下側の単結晶シリコン層５６２が抵抗
率の高いＦＺ−Ｓｉであるため、固定電極５５０に対し
て大きい電位差を有する部分は、コンタクトホール５４
２，５４４の近くに限られ、そこから比較的遠い部分
は、ほとんど駆動力に貢献しない。

【０１３３】図２６に示されるように、ミラー揺動体５
００Ａを用いた光偏向器では、駆動電極として機能する
可動板５１０の下側の単結晶シリコン層５６２が抵抗率
の低いＣＺ−Ｓｉであり、スリット５３８で分離された
単結晶シリコン層５６２の片側全体が同電位となり、可
動板５１０の駆動力に寄与するので、駆動力が格段に向
上する。

【０１３４】また、シリコンの機械強度は、それに含ま
れる格子間酸素濃度が高いほど増大することが知られて
いる(阿部孝夫著、シリコン結晶とドーピング(丸善
(株))Ｐ３２)。ＣＺ−Ｓｉは、ＦＺ−Ｓｉに比べて格子
間酸素濃度が極めて高い。従って、ミラー揺動体５００
Ａは、図２２に示されるミラー揺動体５００に比べて、
高い衝撃耐性を有している。

【０１３５】図２７は、本実施形態の別の変形例である
ミラー揺動体５００Ｂを用いた光偏向器を示している。
このミラー揺動体５００Ｂでは、図２７に示されるよう
に、駆動電極５５２，５５４は、反射面５０８が形成さ
れた反射面形成面５１６に設けられている。また、固定
電極５５６，５５８は、それぞれ、駆動電極５５２，５
５４と向き合うように、支持部材５２６，５２８に固定
されている。

【０１３６】このようなミラー揺動体５００Ｂを用いた
光偏向器では、駆動電極５５２，５５４が反射面形成面
５１６に設けられているため、必然的に面積が小さくな
るぶん駆動力は低下するが、可動板５１０に空洞部５３
２を設けた利点である可動板５１０の慣性モーメントの
低減は達成されている。また、駆動電極と反射面を兼用
するように、電極を反射面形成面のほぼ全面に形成し、
駆動力を確保することも可能である。

【０１３７】本実施形態では、静電駆動方式の光偏向器
に対応した駆動電極を有するミラー揺動体５００のみを
図示して説明したが、ミラー揺動体は、電磁駆動方式の
光偏向器に対応するように、駆動コイルを有していても
よい。

【０１３８】図２８と図２９は、本実施形態の更に別の
変形例であるミラー揺動体６００を示している。ミラー
揺動体６００は、基本的に本実施形態のミラー揺動体５
００をジンバル構造に拡張したものである。

【０１３９】図２８と図２９に示されるように、ミラー
揺動体６００は、楕円形の可動板６１０と、可動板６１
０を揺動可能に支持するための第一の一対のトーション
バー６２２，６２４と、第一の一対のトーションバー６
２２，６２４を保持する可動枠６２６と、可動枠６２６
を揺動可能に支持するための第二の一対のトーションバ
ー６２８，６３０と、第二の一対のトーションバー６２
８，６３０を保持する支持部材６３２，６３４とを備え
ている。第一のトーションバー６２２，６２４と、第二
のトーションバー６２８，６３０は、互いに直交する方
向に延びている。また、可動板６１０と可動枠６２６は
共に、ハニカム構造によって画定された六角形の複数の
空洞部を有している。

【０１４０】このミラー揺動体６００では、可動部分で
ある可動板６１０と可動枠６２６が共に空洞部を有して
いることにより、それらの慣性モーメントの低減が達成
されている。可動板６１０と可動枠６２６に形成される
駆動電極は、図２６に関する変形例で説明したように、
スリットによって分離された抵抗率の低いＣＺタイプの
シリコンによって構成されているとよい。

【０１４１】さらに、本実施形態のミラー揺動体は、基
本的にウエハ接合により空洞部を有する可動板を形成し
ているので、半導体プロセスを使用せずに、適当に機械
加工された板状部品を積層して作製されてもよい。

【０１４２】これまで、いくつかの実施の形態について
図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上
述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。

【０１４３】従って、本発明の光偏向器について、以下
のことが言える。

【０１４４】１．一方の面に光反射部材、もう一方の面
に駆動力発生部材が形成された可動板、弾性部材、支持
部材を有し、前記可動板に作用する駆動力によって前記
弾性部材が変形し、可動板が揺動することにより光反射
部材に照射された光の反射光を偏向する光偏向器におい
て、前記可動板は前記駆動力発生部材が設けられた面の
面積よりも、前記光反射部材が設けられた面の面積の方
が小さくなるよう構成されていることを特徴とする光偏
向器。

【０１４５】(作用効果)駆動力を維持した状態で、可動
板の慣性モーメントを低減できるため、駆動効率の向上
が可能である。

【０１４６】２．前記反射部材が設けられた面の形状
は、前記駆動力発生部材が設けられた面の形状に内接す
る形状であることを特徴とする請求項１に記載の光偏向
器。

【０１４７】(作用効果)光偏向に必要な反射面積を確保
し、かつ可動板の慣性モーメントを必要最小限におさえ
ることができる。

【０１４８】３．前記反射部材が設けられた面の輪郭形
状が楕円形であることを特徴とする第１項に記載の光偏
向器。

【０１４９】(作用効果)楕円形にすることにより、光学
的性能を保ったままで可動板の慣性モーメントを最小に
することが可能となる。

【０１５０】４．可動板が単結晶シリコン基板により形
成されている第１項または第３項に記載の光偏向器。

【０１５１】(作用効果)単結晶シリコン基板とその加工
技術を利用することにより、比較的安価な精密加工によ
って光偏向器を製造することが可能となる。

【０１５２】５．前記光反射部材が設けられた面の輪郭
形状が１２角形であることを特徴とする第１項に記載の
光偏向器。

【０１５３】(作用効果)可動板に(１００)シリコンウエ
ハを使用し、反射手段が設けられた面を結晶異方性を利
用したウエットエッチングで加工することが可能である
ため、再現性の良い精密な加工が低コストで可能とな
る。

【０１５４】６．単結晶シリコン基板が、２層の単結晶
シリコン層とその中間の絶縁層からなることを特徴とす
る第５項に記載の光偏向器。

【０１５５】(作用効果)可動板を両面から加工する際
に、加工深さの決定が容易にできる。

【０１５６】７．前記２層の単結晶シリコン層の少なく
とも１層の表面が(１００)面であり、この層に結晶異方
性を利用したウエットエッチングにより略楕円形状およ
び/または略長方形形状を形成することを特徴とする第
６項に記載の光偏向器。

【０１５７】(作用効果)再現性の良い精密な加工が低コ
ストで可能となる。

【０１５８】８．前記２層の単結晶シリコン層の少なく
とも１層にドライエッチングにより略楕円形状および/
または略長方形形状を形成することを特徴とする第４項
または第５項に記載の光偏向器。

【０１５９】(作用効果)ドライエッチングを利用するこ
とにより、任意の形状を精密に加工できる。

【０１６０】９．前記２層の単結晶シリコン層のうち、
どちらか一層にのみ弾性部材が形成されていることを特
徴とする第１項ないし第８項のいずれかひとつに記載の
光偏向器。

【０１６１】(作用効果)両面から加工する際の位置含わ
せ誤差が、その性能にほとんど影響しない光偏向器を得
ることが可能となる。

【０１６２】１０．前記可動板の輪郭面において、前記
２層の単結晶シリコン層の境界部にコーナーＲが形成さ
れていることを特徴とする第１項ないし第８項のいずれ
かひとつに記載の光偏向器。

【０１６３】(作用効果)２層の単結晶シリコン層の境界
部に応力が集中しにくい光偏向器が得られ、信頼性が向
上する。

【０１６４】１１．前記駆力発生部材が電極であること
を特徴とする第１項ないし第８項のいずれかひとつに記
載の光偏向器。

【０１６５】(作用効果)静電駆動方式を取ることによ
り、駆動発生部材を小型化することができる。

【０１６６】１２．前記駆動力発生部材が可動コイルで
あることを特徴とする第１項ないし第８項のいずれかひ
とつに記載の光偏向器。

【０１６７】(作用効果)可動コイル方式により、大きな
駆動トルクが低電圧で得られる。

【０１６８】１３．可動板の一方の面に前記駆動力発生
部を設ける工程と、前記可動板の前記駆動力発生部材側
の面を略長方形に加工する工程と、前記可動板の他方の
面に光反射部材を設ける工程と、前記可動の前記光反射
部材側の面を前記略長方形にほぼ内接する形状に加工す
る工程を含むことを特徴とする光偏向器の製造方法。

【０１６９】(作用効果)駆動力を維持した状態で、可動
板の慣性モーメントを低減し、駆動効率を向上させた光
偏向器を製造することができる。

【０１７０】１４．反射部材が形成された可動板、弾性
部材、支持部材を有し、前記可動板に作用する駆動力に
よって前記弾性部材が変形し、可動板が揺動することに
より光反射手段に照射された光の反射光を偏向する光偏
向器において、可動板内部に空洞が設けられていること
を特徴とする光偏向器。

【０１７１】(作用効果)駆動力を維持した状態で、可動
板の慣性モーメントを更に大きく低減し、駆動効率を更
に向上させることが可能となる。

【０１７２】１５．可動板内部に、さらに補強用リブ構
造が設けられていることを特徴とする第１４項に記載の
光偏向器。

【０１７３】(作用効果)可動板の剛性を損なうことな
く、慣性モーメントを低減することが可能となる。

【０１７４】１６．可動板内部に設けられた補強用リブ
構造がハニカム構造であることを特徴とする第１５項に
記載の光偏向器。

【０１７５】(作用効果)可動板慣性低減に対する剛性維
持の効果を最適にすることが可能となる。

【０１７６】１７．可動板内部に設けられた前記補強用
リブ構造に通気孔が設けられていることを特徴とする第
１５項に記載の光偏向器。

【０１７７】(作用効果)製造工程で発生する可動板内外
の圧力差をなくし、不要な可動板変形を防止することが
できる。

【０１７８】

【発明の効果】本発明によれば、光学性能を維持しなが
ら可動部分の慣性モーメントの低減が達成された光偏向
器用のミラー揺動体が提供される。このようなミラー揺
動体は、これを用いた光偏向器の駆動効率の改善に貢献
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施の形態によるミラー揺動体の斜視図
である。

【図２】図１に示されるミラー揺動体の反射ミラー側か
ら見た平面図である。

【図３】図２のIII−III線に沿ったミラー揺動体の断面
図である。

【図４】電磁駆動用の電気要素である駆動コイルを有す
るミラー揺動体の平面図である。

【図５】図４に示されるミラー揺動体と一対の永久磁石
とを含んでいる電磁駆動型の光偏向器の斜視図である。

【図６】静電駆動用の電気要素である駆動電極を有する
ミラー揺動体の平面図である。

【図７】図６に示されるミラー揺動体と固定電極とを含
んでいる静電駆動型の光偏向器の斜視図である。

【図８】図１のミラー揺動体を作製するための一連の工
程を示しており、各工程は図２のIII−III線に沿ったミ
ラー揺動体の断面で描かれている。

【図９】図１のミラー揺動体を作製するための別の手法
を示してている。

【図１０】第二の実施の形態によるミラー揺動体の斜視
図である。

【図１１】図１０に示されるミラー揺動体の反射ミラー
側から見た平面図である。

【図１２】図１１のXII−XII線に沿ったミラー揺動体の
断面図である。

【図１３】図１２に示される可動板と弾性部材の接続部
分を拡大して示している。

【図１４】図１０のミラー揺動体を作製するための一連
の工程を示しており、各工程は図１１のXII−XII線に沿
ったミラー揺動体の断面で描かれている。

【図１５】図１１のミラー揺動体を作製するための別の
手法を示してている。

【図１６】第三の実施の形態によるミラー揺動体の反射
ミラー側から見た平面図である。

【図１７】図１６のXVII−XVII線に沿ったミラー揺動体
の断面図である。

【図１８】図１６に示される可動板と弾性部材の接続部
分を拡大して示している。

【図１９】第四の実施の形態によるミラー揺動体の反射
ミラー側から見た平面図である。

【図２０】図１９のXX−XX線に沿ったミラー揺動体の断
面図である。

【図２１】図１９に示されるミラー揺動体の裏側から見
た平面図である。

【図２２】第五の実施の形態によるミラー揺動体を用い
た光偏向器の斜視図である。

【図２３】図２２のXXIII−XXIII線に沿ったミラー揺動
体の断面図である。

【図２４】図２２と図２３に示されるミラー揺動体おけ
るコンタクトホールの周辺部分を拡大して示す断面図で
ある。

【図２５】図２２のミラー揺動体を作製するための一連
の工程を示しており、各工程は図２２のXXIII−XXIII線
に沿ったミラー揺動体の断面で描かれている。

【図２６】第五の実施の形態の変形例であるミラー揺動
体を用いた光偏向器を示している。

【図２７】第五の実施の形態の別の変形例であるミラー
揺動体を用いた光偏向器を示している。

【図２８】第五の実施の形態の更に別の変形例であるミ
ラー揺動体を用いた光偏向器を示している。

【図２９】図２８のIXXX−IXXX線に沿ったミラー揺動体
の断面図である。

【符号の説明】

１００ ミラー揺動体 １１２ 第一部分 １１４ 第二部分 １１６ 反射面形成面 １１８ 電気要素形成面 １１０ 可動板 １２２，１２４ トーションバー １２６，１２８ 支持部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H041 AA12 AB14 AC04 AC06 AZ08 5C051 DB06 DB07 DB24 DB35 DC03 DC04 DC07 DE09 5C072 BA04 DA04 HA14 WA05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光偏向器用のミラー揺動体であり、光偏
   向器は、光を偏向するためのミラー揺動体と、これを駆
   動するための駆動手段とを備えており、ミラー揺動体
   は、反射面を有する可動板と、これを揺動可能に支持す
   るための弾性部材と、弾性部材を支持する支持部とを備
   えており、駆動手段は、可動板に設けられた電気要素を
   含んでおり、可動板は、反射面を有する第一部分と、電
   気要素を有する第二部分とを有しており、第一部分は反
   射面が形成された反射面形成面を有し、第二部分は電気
   要素が形成された電気要素形成面を有し、反射面形成面
   は電気要素形成面よりも小さい面積を有している、光偏
   向器用のミラー揺動体。
2. 【請求項２】 第一部分の反射面形成面は、第二部分の
   電気要素形成面の形状に対して、ほぼ内接する形状を有
   している、ミラー揺動体。
3. 【請求項３】 光偏向器用のミラー揺動体であり、光偏
   向器は、光を偏向するためのミラー揺動体と、これを駆
   動するための駆動手段とを備えており、ミラー揺動体
   は、反射面を有する可動板と、これを揺動可能に支持す
   るための弾性部材と、弾性部材を支持する支持部とを備
   えており、駆動手段は、可動板に設けられた電気要素を
   含んでおり、可動板は、反射面が形成された反射面形成
   面と、電気要素が形成された電気要素形成面と、その内
   部に形成された少なくともひとつの空洞部とを有してい
   る、光偏向器用のミラー揺動体。