JP2004252337A

JP2004252337A - Optical scanner and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP2004252337A
Application number: JP2003044687A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Nishikawa; 英昭西川; Takao Iwaki; 隆雄岩城; Toshiyuki Morishita; 敏之森下; Kazuhiro Tsuruta; 和弘鶴田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-09-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To broaden the emission range of an optical beam in an optical scanner. <P>SOLUTION: A mirror part 120 which reflects a laser beam is supported on a fixed part 102 serving as a base by a circular-arcuate deforming parts 114L and 114R provided via connection parts 112L and 112R in a microscanner 100. When an electric potential is applied between deforming side electrodes 122L and 122R provided at deforming parts 114L and 114R and fixed part side electrodes 128L and 128R provided at the fixed part 102, a strong electrostatic attraction force acts in the vicinity of the connection parts 112L and 112R at which the deformed parts 114L and 114R and the fixed part 102 are proximate to each other, thus, the deforming parts 114L and 114R are elastically deformed toward the fixed part 102 side. The electrostatic force becomes stronger by the elastic deformation and a chain elastic deformation is caused. Thus, the mirror part 120 is largely dislocated with a low driving voltage and the laser beam is emitted in a broad range. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームを走査する光走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、小型の光走査装置として、マイクロマシニング技術を用いて製作するマイクロスキャナが広く研究されている。
例えば、非特許文献１には、光ビームを反射して出射する平板状のミラープレートを、その両側からねじりバネによってフレームの内側に支持した構造のマイクロスキャナが開示されている。そして、このマイクロスキャナでは、ミラープレートの反射面とは反対側の面と対向する位置に駆動電極が設けられており、この駆動電極とミラープレートとの間に電圧が印加されることによって駆動電極とミラープレートとの間に静電引力が生じ、この静電引力によるミラープレートの変位に伴い、光ビームが走査されるようになっている。
【０００３】
また、特許文献１には、圧電アクチュエータによって形成された片持ち梁の自由端側に、光ビームを反射して出射するミラーが設けられたマイクロスキャナが開示されている。そして、このマイクロスキャナでは、圧電アクチュエータが変形することによるミラーの変位に伴い、光ビームが走査されるようになっている。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｔａｅ−ＳｉｋＫｉｍ，Ｓａｎｇ−ＳｈｉｎＬｅｅ，ＹｏｕｎｇｊｏｏＹｅｅ，ＪｏｎｇＵｋＢｕ，Ｈｙｕｎ−ＨｏＯｈ，Ｃｈｉｌ−ＧｅｕｎＰａｒｋ，ａｎｄＭａｎ−ＨｙｏＨａ，「ＥＬＥＣＴＲＯＳＴＡＴＩＣＭＩＣＲＯＭＩＲＲＯＲＷＩＴＨＢＵＩＬＴ−ＩＮＬＡＲＧＥＡＩＲ−ＧＡＰＦＯＲＷＩＤＥＲＡＮＧＥＯＦＲＯＴＡＴＩＯＮＡＬＡＣＴＵＡＴＩＯＮ」，「２００１ＩＥＥＥ／ＬＥＯＳＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＯｐｔｉｃａｌＭＥＭＳ２００１」，ＢａｎｋｏｋｕＳｈｉｎｒｙｏｋａｎ，Ｏｋｉｎａｗａ，Ｊａｐａｎ，ＳｐｏｎｓｏｒｅｄｂｙＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＭｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｓＳｏｃｉｅｔｙ，ｔｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓｏｆＪａｐａｎ，２５−２８Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２００１，ｐ．９９−１００
【特許文献１】
特開平６−４６２０７号公報（第３−４頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した非特許文献１に記載のマイクロスキャナの構成では、ミラープレートを静電引力によって駆動するようにしているが、静電引力の大きさは距離の２乗に反比例するため、十分な静電引力が得られる程度に駆動電極をミラープレートの近傍に設ける必要がある。このため、ミラープレートと駆動電極とが接触しないように、ミラープレートの変位する範囲、すなわち、光ビームの出射範囲を狭くしなければならないという問題がある。
【０００６】
また、前述した特許文献１に記載のマイクロスキャナの構成では、圧電アクチュエータを用いてミラーを変位させるようにしているため、圧電アクチュエータの性質上、ミラーの変位を大きくすることは困難であり、この構成によっても、光ビームの出射範囲が狭くなってしまう。
【０００７】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、光ビームの出射範囲を広くすることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の光走査装置は、円弧状に湾曲した板状の変形部と、この変形部の凸側曲面と対向して設けられ、この凸側曲面における円周方向の一端が連結された固定部と、変形部により支持され、光ビームを出射する出射手段と、電圧が印加されることにより、変形部の凸側曲面と、この凸側曲面と対向する固定部の対向面との間に引力を生じさせる引力発生手段とを備えている。そして、本光走査装置では、引力発生手段により生じる引力によって変形部が弾性変形することで、出射手段から出射される光ビームが走査される。
【０００９】
つまり、本光走査装置において、変形部の凸側曲面は、固定部との連結位置近傍でこの固定部の対向面と近接している。このため、引力発生手段に電圧が印加されると、凸側曲面における上記連結位置近傍で対向面との間に強い引力が生じ、変形部が固定部側へ弾性変形する。すると、この弾性変形により凸側曲面と対向面との距離が縮まり、凸側曲面と対向面との間の引力が強まるため、更なる弾性変形が引き起こされる。こうして、変形部は、凸側曲面における上記連結位置近傍から連鎖的に対向面側へ引き寄せられていく。
【００１０】
よって、本光走査装置によれば、凸側曲面における対向面との距離が遠い部分についても対向面近傍まで弾性変形させることが可能となる。このため、低い駆動電圧であっても変形部を大きく変形させて出射手段を大きく変位させることができ、その結果、光ビームの出射範囲を広くすることができる。
【００１１】
ここで、変形部は、例えば請求項２〜４に記載のように、ポリシリコン、ポリイミド又は金属により形成することができる。
次に、請求項５に記載の光走査装置は、上記請求項１〜４の装置において、変形部及び引力発生手段をそれぞれ２つ備えている。そして、本光走査装置では、２つの引力発生手段が、２つの変形部の各凸側曲面と、各凸側曲面と対向する固定部の各対向面との間に独立して引力を生じさせるようになっており、さらに、出射手段が、２つの変形部によって支持されている。この構成によれば、各変形部を独立して変形させることで出射手段を二次元方向に変位させることができ、その結果、光ビームを二次元方向に走査することができる。
【００１２】
次に、請求項６に記載の光走査装置では、上記請求項１〜５の装置において、変形部に、この変形部の弾性変形の度合いを検出する歪ゲージが設けられている。この構成によれば、変形部の弾性変形度合いの検出値に基づき、光ビームの出射方向を特定することができる。特に、本請求項６の歪ゲージを、上記請求項５の装置に適用し、２つの変形部のそれぞれについて弾性変形の度合いを検出するようにすれば、２つの変形部に特性の違いがあったとしても、各変形部の弾性変形度合いの検出値に基づきその特性の違いを補正することができるため、光ビームの出射方向を高精度に制御することが可能となる。
【００１３】
ところで、変形部の凸側曲面と固定部の対向面との間に引力を生じさせる引力発生手段は、例えば請求項７に記載のように、変形部に設けられた変形部側電極と、固定部に設けられた固定部側電極とを備えており、変形部側電極と固定部側電極との間に電圧が印加されることにより、変形部の凸側曲面と固定部の対向面との間に静電引力を生じさせる構成とすることができる。
【００１４】
そして、請求項８に記載のように、変形部の凸側曲面及び固定部の対向面のうちの少なくとも一方の表面が絶縁体で形成されていれば、変形部の弾性変形により凸側曲面と対向面とが接触したとしても、変形部側電極と固定部側電極とが短絡してしまうことを防ぐことができる。
【００１５】
また、請求項９に記載のように、変形部側電極が、変形部における円周方向全域にわたって設けられており、固定部側電極が、変形部の弾性変形によりこの変形部の凸側曲面と固定部の対向面とが重なり合った際に、変形部側電極と重なり合う領域に設けられていれば、変形部をその円周方向全域にわたって固定部近傍まで弾性変形させることができ、その結果、光ビームの出射範囲を一層広くすることができる。
【００１６】
ここで、光ビームを出射する出射手段としては、光ビームの発光源を備えた構成も考えられるが、例えば請求項１０に記載のように、出射手段が、外部からの光ビームを反射することで光ビームを出射するミラーであれば、光走査装置を小型化するのに有利である。
【００１７】
そして、この場合には、例えば請求項１１に記載のように、ミラー及び変形部側電極をアルミニウムで形成するとよい。アルミニウムは導電性がよく、しかも反射率が高いため、ミラーとしても電極としても用いることができ、このようにミラー及び変形部側電極を同じ材料とすることで、製造工程の効率化を図ることができるからである。
【００１８】
また、請求項１２に記載のように、アルミニウムに代えて金を用いてもよい。金は赤外光に対する反射率が高いため、光ビームとして赤外光を用いる場合に特に有効である。
さらに、請求項１３に記載のように、ミラー及び変形部側電極が、同じ厚さに形成されている場合にも、製造工程の効率化を図ることができる。
【００１９】
一方、引力発生手段は、例えば請求項１４に記載のように、変形部及び固定部のうちの何れか一方に設けられたソレノイドと、変形部及び固定部のうち、ソレノイドが設けられていない側に設けられた強磁性体とを備えており、ソレノイドに電圧が印加されることにより、変形部の凸側曲面と固定部の対向面との間に磁気吸引力を生じさせる構成とすることもできる。
【００２０】
また、請求項１５に記載のように、強磁性体に代えて磁石を用いることもできる。
ここで、光ビームを出射する出射手段としては、上記請求項１０の装置について述べた理由と同様の理由から、請求項１６に記載のように、外部からの光ビームを反射することで光ビームを出射するミラーを用いることが好ましい。
【００２１】
そして、上記請求項１０〜１３，１６の装置のように出射手段がミラーである構成において、例えば請求項１７に記載のように、ミラーの表面が保護膜（例えば酸化シリコン）で覆われていれば、ミラーの表面を腐食させやすい環境で用いられる場合に有効である。
【００２２】
また、上記請求項１０〜１３，１６，１７の装置のように出射手段がミラーである構成については、例えば請求項１８に記載のように、平らな基板上にミラーを設ける第１の工程と、この第１の工程によってミラーが設けられた基板から変形部及び固定部を形成する第２の工程とを含んだ製造方法により製造するようにすれば、ミラーを平らに形成しやすくすることができる。
【００２３】
次に、請求項１９に記載の光走査装置は、光ビームを出射する出射手段が設けられた可動部と、バイメタルを用いて形成され可動部を土台としての固定部に連結する支持部とを備えている。そして、本光走査装置では、支持部が加熱されて変形することによる可動部の変位に伴って、出射手段から出射される光ビームが走査される。この構成によれば、バイメタルを用いて形成された支持部により、可動部を固定部に対して大きく変位させることができる。その結果、光ビームの出射範囲を広くすることができる。
【００２４】
ここで、光ビームを出射する出射手段としては、上記請求項１０の装置について述べた理由と同様の理由から、請求項２０に記載のように、外部からの光ビームを反射することで光ビームを出射するミラーを用いることが好ましい。
そして、出射手段がミラーである構成においては、上記請求項１７の装置について述べた理由と同様の理由から、請求項２１に記載のように、ミラーの表面が保護膜で覆われていることが好ましい。
【００２５】
一方、支持部の材料としては、例えば請求項２２に記載のように、少なくともアルミニウムが用いられていることが好ましい。アルミニウムは、シリコンプロセスでよく用いられるものであり、低コストだからである。
また、同様の理由から、例えば請求項２３に記載のように、支持部の材料として、少なくとも単結晶シリコンが用いられていることが好ましい。
【００２６】
次に、請求項２４に記載の光走査装置では、上記請求項１９〜２３の装置において、支持部が、通電されることにより発熱して当該支持部を加熱する加熱手段を備えている。この構成によれば、光ビームの出射方向を通電により制御することができる。
【００２７】
ここで、支持部の加熱手段が、例えば請求項２５に記載のように、通電されることにより発熱する導電体であり、当該支持部における加熱対象の部分で蛇行形状に設けられていれば、簡単な構成で実現することができる。
次に、請求項２６に記載の光走査装置では、請求項２４，２５に記載の光走査装置において、支持部が、一端が可動部に連結され、他端が固定部に連結された蛇行形状となっている。この構成によれば、支持部の変位量を一層大きくすることができ、その結果、光ビームの出射範囲を一層広くすることができる。
【００２８】
そして、請求項２７に記載の光走査装置では、請求項２６の装置において、支持部が、互いに平行な複数の支持梁と、当該支持部が蛇行形状となるように複数の支持梁の端部を連結する連結梁とを有しており、支持部の加熱手段が、当該支持部における複数の支持梁のうち、可動部側から数えて奇数番目又は偶数番目の支持梁を加熱するように構成されている。この構成によれば、可動部を一方向に変位させる支持梁のみが変形することとなり、可動部の変位が相殺されてしまうことを防ぐことができる。その結果、光ビームの出射範囲を効率よく広げることができる。
【００２９】
さらに、請求項２８に記載の光走査装置では、請求項２７の装置において、支持部が、加熱手段を２つ備えている。そして、本光走査装置では、これら２つの加熱手段のうちの一方が、複数の支持梁のうち、可動部側から数えて奇数番目の支持梁を加熱するように構成されており、２つの加熱手段のうちの他方が、複数の支持梁のうち、可動部側から数えて偶数番目の支持梁を加熱するように構成されている。この構成によれば、２つの加熱手段により加熱対象の支持梁を切り換えることによって、可動部を相異なる２つの方向に変位させることができる。その結果、光ビームの出射範囲を一層効率よく広げることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
まず図１は、第１実施形態の光走査装置としてのマイクロスキャナ１００の外観図である。
【００３１】
図１に示すように、このマイクロスキャナ１００は、土台としての固定部１０２と、この固定部１０２に支持された可動部１０４とに大別される。
固定部１０２は、Ｐ型シリコン基板１０６と、Ｐ型シリコン基板１０６における一方の面を覆う窒化シリコンＳｉＮ製の絶縁膜１０８と、Ｐ型シリコン基板１０６における絶縁膜１０８で覆われた面とは反対側の面の四隅に設けられた脚部１１０とを備えている。
【００３２】
一方、可動部１０４は、Ｐ型シリコン基板１０６における絶縁膜１０８で覆われた面の左右両側位置に並設され、接続部１１２Ｌ，１１２Ｒを介して絶縁膜１０８に連結されるとともに、この接続部１１２Ｌ，１１２Ｒから円弧状に湾曲して延びる薄板状の変形部１１４Ｌ，１１４Ｒと、左右の変形部１１４Ｌ，１１４Ｒによりその各自由端と連結部１１６Ｌ，１１６Ｒを介して連結されることで支持されるとともに、光ビームとしてのレーザ光を反射するためのアルミニウム製のミラー１１８が表面に形成された平板状のミラー部１２０とを備えている。
【００３３】
なお、固定部１０２には、その中央位置に長方形の貫通孔１０２ａが形成されており、ミラー部１２０は、その貫通孔１０２ａの内側に位置している。
変形部１１４Ｌ，１１４Ｒは、図２に示すように、当該変形部１１４Ｌ，１１４Ｒの形作る円弧が固定部１０２における絶縁膜１０８の設けられた面に正接する向き（固定部１０２の面が円弧の接線方向となる向き）に設けられている。このため、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒの凸側曲面における接続部１１２Ｌ，１１２Ｒの近傍位置では、固定部１０２における対向面と極めて近い距離で対向しており、接続部１１２Ｌ，１１２Ｒから離れた位置ほど、固定部１０２の表面との距離が遠くなる。
【００３４】
一方、左右の変形部１１４Ｌ，１１４Ｒの表面には、アルミニウム製の変形部側電極１２２Ｌ，１２２Ｒがそれぞれ設けられている。この変形部側電極１２２Ｌ，１２２Ｒは、各変形部１１４Ｌ，１１４Ｒの円周方向に沿った一端から他端までの全域にわたって設けられているとともに、絶縁膜１０８上に設けられた変形部側連結電極１２４によって一つに連結されている。さらに、変形部側連結電極１２４の中央位置には変形部側端子１２６が設けられている。
【００３５】
また、固定部１０２における各変形部１１４Ｌ，１１４Ｒの凸側曲面と対向する領域には、絶縁膜１０８の下層にＮ型シリコン製の固定部側電極１２８Ｌ，１２８Ｒがそれぞれ設けられている。この固定部側電極１２８Ｌ，１２８Ｒは、各変形部１１４Ｌ，１１４Ｒが直線状に弾性変形した際に、各変形部１１４Ｌ，１１４Ｒ上の変形部側電極１２２Ｌ，１２２Ｒと重なり合う領域に設けられているとともに、絶縁膜１０８の下層に形成された固定部側連結電極１３０によって一つに連結されている。さらに、固定部側連結電極１３０の中央位置には固定部側端子１３２が設けられている。
【００３６】
また、左右の変形部１１４Ｌ，１１４Ｒの表面には、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒの弾性変形の度合いを検出するための歪ゲージ１３４Ｌ，１３４Ｒがそれぞれ設けられている。
次に、本マイクロスキャナ１００を駆動するための構成について説明する。
【００３７】
図３に示すように、マイクロスキャナ１００には、歪ゲージ１３４Ｌ，１３４Ｒの各抵抗変化を検出するとともに、変形部側端子１２６に駆動電圧を印加する制御装置１３６が接続されている。なお、固定部側端子１３２はグランド（接地電位＝０Ｖ）に接続されている。
【００３８】
制御装置１３６は、歪ゲージ１３４Ｌ，１３４Ｒの抵抗変化に基づき変形部１１４Ｌ，１１４Ｒの弾性変形度合いを判断し、この弾性変形度合いからレーザ光の出射方向を判断する。そして、制御装置１３６は、レーザ光の出射方向が所望の方向となるように、変形部側端子１２６に印加する駆動電圧の電圧値を制御する。
【００３９】
すなわち、変形部側端子１２６と固定部側端子１３２との間に電圧が印加されると、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒの凸側曲面と、この凸側曲面と対向する固定部１０２の対向面との間に静電引力が生じる。特に、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒのうち、変形部側電極１２２Ｌ，１２２Ｒと固定部側電極１２８Ｌ，１２８Ｒとの距離が短い接続部１１２Ｌ，１１２Ｒ近傍に強い静電引力が作用し、この接続部１１２Ｌ，１１２Ｒ近傍が大きく弾性変形する。すると、この弾性変形により変形部側電極１２２Ｌ，１２２Ｒが固定部側電極１２８Ｌ，１２８Ｒに近づき、強い静電引力が働く範囲が広がって、更なる弾性変形が生じる。こうして、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒは、接続部１１２Ｌ，１１２Ｒ近傍から連鎖的に引き寄せられて円弧状の形状が直線状に変化していき、近似的に仮想軸Ａ（図２参照）を中心とした回転移動をする。一方、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒの弾性変形が大きくなるにつれ、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒ自体の弾性力（反力）も大きくなるため、この弾性力と静電引力とが釣り合う位置で弾性変形の進行が止まる。このため、変形部側端子１２６と固定部側端子１３２との間に印加する電圧値を変えることにより、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒの弾性変形の度合い（ひいてはレーザ光の出射方向）がその電圧値に応じた分だけ変化する。
【００４０】
次に、本マイクロスキャナ１００の製造方法について、図４〜図１１を用いて説明する。なお、図４〜図１１において、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はその断面図（図４〜図９はＡ−Ａ断面図、図１０，図１１はＢ−Ｂ断面図）である。本マイクロスキャナ１００の製造には、半導体プロセスを利用したＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術が用いられる。なお、以下の説明では、単体のマイクロスキャナの製造方法を示しているが、実際には１枚のウエハから多数のマイクロスキャナを製造することができ、大量生産が可能である。
【００４１】
［工程１］
まずＰ型シリコン基板１０６をパターニングし、その部分にリンイオンを注入してＮ型拡散層を形成する。このＮ型拡散層が、固定部側電極１２８Ｌ，１２８Ｒ及び固定部側連結電極１３０となる（図４参照）。なお、リンイオンに代えて、砒素イオンを注入してもよい。
【００４２】
［工程２］
ＬＰ−ＣＶＤ装置を用いて、基板表面全体に窒化シリコンＳｉＮを同一膜厚で成膜する。これにより、絶縁膜１０８が形成される（図５参照）。
［工程３］
ＬＰ−ＣＶＤ装置を用いて、基板表面全体に酸化シリコンＳｉＯ_２を同一膜厚で成膜する。そしてさらに、成膜された酸化シリコン膜をパターニングして、後の工程で変形部１１４Ｌ，１１４Ｒを分離するための犠牲層１３８を形成する（図６参照）。
【００４３】
［工程４］
基板表面全体にポリシリコンＰｏｌｙ−Ｓｉを成膜する。その際、成膜条件（温度や時間等）を調整し、ポリシリコン膜に圧縮応力が残留応力として発生している状態にする。そしてさらに、成膜されたポリシリコン膜をパターニングして、接続部１１２Ｌ，１１２Ｒ、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒ、連結部１１６Ｌ，１１６Ｒ及びミラー部１２０の下地を形成する（図７参照）。
【００４４】
［工程５］
絶縁膜１０８をパターニングして固定部側端子１３２用の領域を露出させた後、基板表面全体にアルミニウムＡｌを同一膜厚で成膜し、この成膜されたアルミニウム膜をパターニングして、ミラー１１８、変形部側電極１２２Ｌ，１２２Ｒ、変形部側連結電極１２４、変形部側端子１２６及び固定部側端子１３２を形成する（図８参照）。
【００４５】
［工程６］
変形部１１４Ｌ，１１４Ｒの部分のそれぞれに、歪ゲージ１３４Ｌ，１３４Ｒを形成する（図９参照）。
［工程７］
Ｐ型シリコン基板１０６を裏面からエッチングして、ミラー部１２０となる部分を含む平坦部を形成する。そしてさらに、ミラー部１２０となる部分を分離する（図１０参照）。これにより、ミラー部１２０となる部分は、Ｐ型シリコン基板１０６に対し、窒化シリコン膜とポリシリコン膜とで連結された状態となる。
【００４６】
［工程８］
上記工程３で形成した酸化シリコン膜の犠牲層１３８をエッチング（具体的には、フッ酸で溶解）する。これにより、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒが固定部１０２から分離される。ここで、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒを形成しているポリシリコン膜には圧縮応力が残留応力として発生しているため、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒが円弧状に反り返る。なお、ミラー部１２０の裏面はＰ型シリコンであるため、ポリシリコン膜に残留応力が発生してもミラー１１８は平坦に保たれる。
【００４７】
その後、Ｐ型シリコン基板１０６の四隅に脚部１１０を設けることで図１に示す構造となる（図１１参照）。
なお、本第１実施形態のマイクロスキャナ１００では、変形部側電極１２２Ｌ及び固定部側電極１２８Ｌと、変形部側電極１２２Ｒ及び固定部側電極１２８Ｒとが、それぞれ引力発生手段に相当している。また、上記工程５が、第１の工程に相当し、上記工程７及び工程８が、第２の工程に相当している。
【００４８】
以上のように、本第１実施形態のマイクロスキャナ１００によれば、円弧状の変形部１１４Ｌ，１１４Ｒを接続部１１２Ｌ，１１２Ｒの近傍から徐々に弾性変形させていく構成であるため、低い駆動電圧でミラー部１２０を大きく変位させることができ、その結果、レーザ光の出射範囲を広くすることができる。
【００４９】
また、固定部１０２の表面には絶縁膜１０８が設けられているため、変形部側電極１２２Ｌ，１２２Ｒと固定部側電極１２８Ｌ，１２８Ｒとが短絡してしまうことを防ぐことができる。
さらに、変形部側電極１２２Ｌ，１２２Ｒが、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒの円周方向に沿った一端から他端までの全域にわたって形成されているため、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒを直線状となるまで弾性変形させることが可能となり、その結果、レーザ光の出射方向の範囲を極めて広くすることができる。
【００５０】
一方、本マイクロスキャナ１００では、ミラー１１８、変形部側電極１２２Ｌ，１２２Ｒ、変形部側連結電極１２４、変形部側端子１２６及び固定部側端子１３２が、同一の材料及び同一の膜厚で形成されているため、同一の工程にて効率的に製造することができる。
【００５１】
加えて、本マイクロスキャナ１００では、Ｐ型シリコン基板１０６から変形部１１４Ｌ，１１４Ｒを分離する工程の前にミラー１１８を形成する工程を行うようにしているため、ミラー１１８を精度の高い平面に形成することができる。
なお、上記工程５の後で、ミラー１１８の表面に保護膜（例えば酸化シリコンＳｉＯ_２）を形成してもよい。このようにすれば、アルミニウムを腐食させやすい環境で本マイクロスキャナ１００を使用する場合に特に有効である。
【００５２】
また、上記第１実施形態のマイクロスキャナ１００では、ミラー１１８、変形部側電極１２２Ｌ，１２２Ｒ、変形部側連結電極１２４、変形部側端子１２６及び固定部側端子１３２をアルミニウムで形成しているが、これに限ったものではなく、例えば金で形成してもよい。金は、赤外光に対する反射率が大きいため、特に、赤外線のレーザ光を走査したい場合に効果的である。
【００５３】
また、上記第１実施形態のマイクロスキャナ１００では、変形部１１４Ｌ，１１４Ｒがポリシリコンで形成されているが、これに限ったものではなく、例えばポリイミドや金属薄膜で形成してもよい。
また、上記第１実施形態のマイクロスキャナ１００では、左右の変形部１１４Ｌ，１１４Ｒに歪ゲージ１３４Ｌ，１３４Ｒがそれぞれ設けられているが、これに限ったものではなく、片側にのみ設けた構成であってもよい。
【００５４】
また、上記第１実施形態のマイクロスキャナ１００では、左右の変形部側電極１２２Ｌ，１２２Ｒが変形部側連結電極１２４により連結されて同電位となっているが、これに限ったものではない。例えば、図１２に示すように、左右の変形部側電極１２２Ｌ，１２２Ｒを連結せず、それぞれの電位を独立して制御できるようにしてもよい。この構成によれば、変形部側電極１２２Ｌと固定部側電極１２８Ｌとの間と、変形部側電極１２２Ｒと固定部側電極１２８Ｒとの間とで、独立して静電引力を生じさせることができる。このため、左右の変形部１１４Ｌ，１１４Ｒを独立して弾性変形させることができ、その結果、レーザ光を二次元方向に走査することができる。加えて、左右の変形部１１４Ｌ，１１４Ｒに特性の違い（例えば、一定の駆動電圧に対する弾性変形度合いの違い）があったとしても、歪ゲージ１３４Ｌ，１３４Ｒの検出値に基づきその特性の違いを補正することができるため、レーザ光の出射方向を高精度に制御することができる。
【００５５】
また、上記第１実施形態のマイクロスキャナ１００では、左右の変形部１１４Ｌ，１１４Ｒによりミラー部１２０を支持しているが、これに限ったものではなく、例えば、変形部を１つだけ有しており、その変形部でミラー部１２０を支持するようにしてもよい。
【００５６】
一方、上記第１実施形態のマイクロスキャナ１００では、静電引力を利用して変形部１１４Ｌ，１１４Ｒを弾性変形させるようにしているが、これに限ったものではない。例えば、図１３に示すように、変形部側電極１２２Ｌ，１２２Ｒに代えて薄膜磁石１４０Ｌ，１４０Ｒを設けるとともに、固定部側電極１２８Ｌ，１２８Ｒに代えてコイル（ソレノイド）パターン１４２Ｌ，１４２Ｒを設けた構成であってもよい。この構成によれば、コイルパターン１４２Ｌ，１４２Ｒに通電されることにより、薄膜磁石１４０Ｌとコイルパターン１４２Ｌとの間、及び薄膜磁石１４０Ｒとコイルパターン１４２Ｌとの間に磁気吸引力が生じ、静電引力の場合と同様に変形部１１４Ｌ，１１４Ｒが弾性変形することとなる。なお、薄膜磁石１４０Ｌ，１４０Ｒに代えて、強磁性体を成膜してもよい。また、この構成では、薄膜磁石１４０Ｌ及びコイルパターン１４２Ｌと、薄膜磁石１４０Ｒ及びコイルパターン１４２Ｒとが、それぞれ引力発生手段に相当している。
【００５７】
次に、第２実施形態の光走査装置としてのマイクロスキャナ２００について説明する。
図１４に示すように、このマイクロスキャナ２００は、マイクロマシニング技術を用いてＳＯＩウエハを加工することにより製作されたものであり、光ビームとしてのレーザ光を反射するためのミラーが表面に形成された矩形状のミラープレート２１０と、このミラープレート２１０を囲むフレーム２２０と、ミラープレート２１０をフレーム２２０の内側に連結する２つの蛇行状支持部材２３０，２４０とを備えている。
【００５８】
蛇行状支持部材２３０は、ミラープレート２１０における特定の辺（以下、第１連結辺という。）２１０ａの中央位置に連結されるとともに第１連結辺２１０ａと垂直に延びるミラー側軸梁２３２と、このミラー側軸梁２３２の延長上でフレーム２２０の内側に連結されたフレーム側軸梁２３４と、第１連結辺２１０ａと平行に延びる複数の支持梁２３６ａ，２３６ｂ，２３６ｃ，２３６ｄ，２３６ｅと、支持梁２３６ａ〜２３６ｅの端部を蛇行形状に連結する連結梁２３８ａ，２３８ｂ，２３８ｃ，２３８ｄとが、一体形成されたものである。
【００５９】
また同様に、蛇行状支持部材２４０は、ミラープレート２１０における第１連結辺２１０ａと対向する辺（以下、第２連結辺という。）２１０ｂの中央位置に連結されるとともに第２連結辺２１０ｂと垂直に延びるミラー側軸梁２４２と、このミラー側軸梁２４２の延長上でフレーム２２０の内側に連結されたフレーム側軸梁２４４と、第２連結辺２１０ｂと平行に延びる複数の支持梁２４６ａ，２４６ｂ，２４６ｃ，２４６ｄ，２４６ｅと、支持梁２４６ａ〜２４６ｅの端部を蛇行形状に連結する連結梁２４８ａ，２４８ｂ，２４８ｃ，２４８ｄとが、一体形成されたものである。
【００６０】
なお、蛇行状支持部材２３０と蛇行状支持部材２４０とは、第１連結辺２１０ａ及び第２連結辺２１０ｂと平行なミラープレート２１０の中心線で対称形状となっており、ミラー側軸梁２３２，２４２及びフレーム側軸梁２３４，２４４は、同一直線上に位置している。
【００６１】
次に、蛇行状支持部材２３０，２４０の構造について説明する。
図１５（ａ）に示すように、蛇行状支持部材２３０，２４０は、窒化シリコン層ＳｉＮ（ＰＥ−ＳｉＮ）、アルミニウム層Ａｌ、酸化シリコン層ＳｉＯ_２（ＰＥ−ＴＥＯＳ）及びシリコン層Ｓｉの４層構造となっている。ここで、各層の熱膨張係数は、「Ａｌ＞＞Ｓｉ＞＞ＳｉＯ_２，Ｓｉ（ＳｉＯ_２とＳｉとは、ほぼ等しい）」という関係であるが、この蛇行状支持部材２３０，２４０では、窒化シリコン層及び酸化シリコン層が、アルミニウム層やシリコン層に比べ十分に薄く形成されているため、蛇行状支持部材２３０，２４０は、アルミニウム層とシリコン層とによるバイメタル構造となっており、熱膨張することで図１５（ｂ）のように変形する。
【００６２】
そして、本マイクロスキャナ２００では、アルミニウム層に通電されることにより蛇行状支持部材２３０，２４０が変形するように構成されている。
すなわち、本マイクロスキャナ２００では、図１６に示すように、蛇行状支持部材２３０，２４０のアルミニウム層が、フレーム側軸梁２３４からミラープレート２１０を介してフレーム側軸梁２４４まで延びる２本の導電体２５０，２５２を形成している。そして、このうちの第１の導電体２５０が、蛇行状支持部材２３０，２４０における複数の支持梁２３６ａ〜２３６ｅ，２４６ａ〜２４６ｅのうち、ミラープレート２１０から数えて奇数番目の支持梁２３６ａ，２３６ｃ，２３６ｅ，２４６ａ，２４６ｃ，２４６ｅをそれぞれ加熱するためのヒータとして機能する。一方、第２の導電体２５２が、蛇行状支持部材２３０，２４０における複数の支持梁２３６ａ〜２３６ｅ，２４６ａ〜２４６ｅのうち、ミラープレート２１０から数えて偶数番目の支持梁２３６ｂ，２３６ｄ，２４６ｂ，２４６ｄを加熱するためのヒータとして機能する。
【００６３】
具体的には、図１７に示すように、アルミニウム層Ａｌが配線状となっており、加熱対象の部分では細く形成されているとともに蛇行形状に折り返されており、加熱対象でない部分では太く形成されている。このため、通電されることにより加熱対象の部分で集中的に発熱する。
【００６４】
ここで、第１の導電体２５０に通電した場合の本マイクロスキャナ２００の動作について説明する。
第１の導電体２５０に通電されると、ミラープレート２１０から数えて奇数番目の支持梁２３６ａ，２３６ｃ、２３６ｅ，２４６ａ，２４６ｃ，２４６ｅが加熱されて変形する。これにより、図１８に示すように、ミラープレート２１０が一定の回転方向に変位する。ここで、一つおきに設けられた支持梁２３６ａ，２３６ｃ、２３６ｅ，２４６ａ，２４６ｃ，２４６ｅを加熱するようにしているのは、全ての支持梁２３６ａ〜２３６ｅ，２４６ａ〜２４６ｅを加熱すると、ミラープレート２１０の変位が相殺されてしまうからである。
【００６５】
つまり、第２の導電体２５２に通電されることで、ミラープレート２１０から数えて偶数番目の支持梁２３６ｂ，２３６ｄ，２４６ｂ，２４６ｄが加熱されて変形すると、ミラープレート２１０が第１の導電体２５０に通電された場合の回転方向とは反対の回転方向に変位するのである。このため、第１の導電体２５０への通電と第２の導電体２５２への通電とを切り換えることにより、ミラープレート２１０を相異なる回転方向に変位させることができる。また、その際の通電量により、ミラープレート２１０の変位量（ひいては、レーザ光の出射方向）を制御することができる。
【００６６】
次に、本マイクロスキャナ２００の製造方法について、図１９を用いて説明する。
まず、酸化シリコン層ＳｉＯ_２の両側に単結晶シリコン層Ｓｉが設けられたＳＯＩ基板を用意する（図１９（ａ）参照）。なお、本実施形態では、基板のシリコンの面方位は（１００）である。
【００６７】
次に、ＰＥ−ＣＶＤ装置を用いて、基板表面全体に酸化シリコンＳｉＯ_２（ＰＥ−ＴＥＯＳ）を同一膜厚で成膜する（図１９（ｂ）参照）。
次に、基板表面にスパッタ又は蒸着でアルミニウムＡｌを成膜し、この成膜されたアルミニウム膜をパターニング（フォトリソグラフィ＋エッチング）する（図１９（ｃ）参照）。これにより、第１の導電体２５０及び第２の導電体２５２が形成される。
【００６８】
次に、ＰＥ−ＣＶＤ装置を用いて、基板表面全体に窒化シリコンＳｉＮ（ＰＥ−ＳｉＮ）を成膜する（図１９（ｄ）参照）。
次に、この成膜されたＰＥ−ＳｉＮ膜をパターニングする。そしてさらに、ＰＥ−ＳｉＮ膜をエッチングしたことによって露出したＰＥ−ＴＥＯＳの所定領域をエッチングする。その際、下のシリコン層まで続けてエッチングする（図１９（ｅ）参照）。
【００６９】
次に、裏面からＳｉ層を削り（研削）、裏面を研磨してミラー面を形成する。さらに、裏面にＰＥ−ＣＶＤ装置を用いて窒化シリコンＳｉＮを成膜し、そのＳｉＮ膜の所定の領域が残るようにエッチングする。さらに、そのＳｉＮ膜をマスクとして、裏面から、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）水溶液やＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液などのアルカリ液で、基板のシリコン層をエッチング（異方性エッチング）する（図１９（ｆ）参照）。
【００７０】
最後に、酸化シリコン膜をエッチングすることで、可動構造体を形成する（図１９（ｇ）参照）。
なお、本第２実施形態のマイクロスキャナ２００では、ミラープレート２１０が、可動部に相当し、フレーム２２０が、固定部に相当し、蛇行状支持部材２３０，２４０が、支持部に相当している。また、第１の導電体２５０及び第２の導電体２５２のそれぞれが、加熱手段に相当している。
【００７１】
以上のように、本第２実施形態のマイクロスキャナ２００によれば、バイメタル構造の蛇行状支持部材２３０，２４０の変形に伴いミラープレート２１０を変位させる構成により、ミラープレート２１０を大きく変位させることができる。その結果、レーザ光の出射範囲を広くすることができる。
【００７２】
また、本マイクロスキャナ２００では、蛇行状支持部材２３０，２４０を構成する第１の導電体２５０及び第２の導電体２５２に通電することで蛇行状支持部材２３０，２４０を変形させることができるため、レーザ光の出射方向を容易に制御することができる。また、外部から加熱する構成に比べ、応答性を向上させることができるとともに、通電量に対する変形量を安定させることができる。
【００７３】
なお、第１実施形態の場合と同様、ミラープレート２１０の表面に保護膜を形成してもよい。
また、上記第２実施形態のマイクロスキャナ２００では、蛇行状支持部材２３０，２４０を第１の導電体２５０及び第２の導電体２５２により相異なる二方向に変位させることができる構成としているが、これに限ったものではなく、例えば、一方向にのみ変位させる構成（例えば第２の導電体２５２を有していない構成）であっても、通電量を制御することでレーザ光の出射方向を制御することができる。ただし、相異なる二方向に変位させる構成の方が、レーザ光の出射範囲を広くすることができるという面で有利である。
【００７４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
例えば、上記各実施形態のマイクロスキャナ１００，２００は、外部からのレーザ光をミラーで反射することによりレーザ光を出射する構成となっているが、これに限ったものではなく、例えば、ミラーに代えてレーザ光の発光源を設けてもよい。ただし、装置を小型化できるという面で、ミラーを用いたほうが有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のマイクロスキャナの外観図である。
【図２】第１実施形態のマイクロスキャナの側面図である。
【図３】第１実施形態のマイクロスキャナを駆動する構成の説明図である。
【図４】第１実施形態のマイクロスキャナの製造方法の説明図（その１）である。
【図５】第１実施形態のマイクロスキャナの製造方法の説明図（その２）である。
【図６】第１実施形態のマイクロスキャナの製造方法の説明図（その３）である。
【図７】第１実施形態のマイクロスキャナの製造方法の説明図（その４）である。
【図８】第１実施形態のマイクロスキャナの製造方法の説明図（その５）である。
【図９】第１実施形態のマイクロスキャナの製造方法の説明図（その６）である。
【図１０】第１実施形態のマイクロスキャナの製造方法の説明図（その７）である。
【図１１】第１実施形態のマイクロスキャナの製造方法の説明図（その８）である。
【図１２】電位を独立して制御する構成のマイクロスキャナの外観図である。
【図１３】磁気吸引力を利用した構成のマイクロスキャナの外観図である。
【図１４】第２実施形態のマイクロスキャナの説明図である。
【図１５】蛇行状支持部材の構造の説明図である。
【図１６】導電体の説明図である。
【図１７】アルミニウム層の説明図である。
【図１８】ミラープレートの変位の説明図である。
【図１９】第２実施形態のマイクロスキャナの製造方法の説明図である。
【符号の説明】
１００…マイクロスキャナ、１０２…固定部、１０４…可動部、１０６…Ｐ型シリコン基板、１０８…絶縁膜、１１０…脚部、１１２Ｌ，１１２Ｒ…接続部、１１４Ｌ，１１４Ｒ…変形部、１１６Ｌ，１１６Ｒ…連結部、１１８…ミラー、１２０…ミラー部、１２２Ｌ，１２２Ｒ…変形部側電極、１２４…変形部側連結電極、１２６…変形部側端子、１２８Ｌ，１２８Ｒ…固定部側電極、１３０…固定部側連結電極、１３２…固定部側端子、１３４Ｌ，１３４Ｒ…歪ゲージ、１３６…制御装置、１４０Ｌ，１４０Ｒ…薄膜磁石、１４２Ｌ，１４２Ｒ…コイルパターン、２００…マイクロスキャナ、２１０…ミラープレート、２２０…フレーム、２３０，２４０…蛇行状支持部材、２３２，２４２…ミラー側軸梁、２３４，２４４…フレーム側軸梁、２３６ａ〜２３６ｅ，２４６ａ〜２４６ｅ…支持梁、２３８ａ〜２３８ｄ，２４８ａ〜２４８ｄ…連結梁、２５０，２５２…導電体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning device that scans a light beam.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a small optical scanning device, a microscanner manufactured using a micromachining technology has been widely studied.
For example, Non-Patent Document 1 discloses a microscanner having a structure in which a flat mirror plate that reflects and emits a light beam is supported inside a frame from both sides by a torsion spring. In this microscanner, a drive electrode is provided at a position facing a surface of the mirror plate opposite to the reflection surface, and a drive electrode is applied by applying a voltage between the drive electrode and the mirror plate. An electrostatic attractive force is generated between the mirror plate and the mirror plate, and the light beam is scanned by the displacement of the mirror plate due to the electrostatic attractive force.
[0003]
Patent Document 1 discloses a microscanner in which a mirror that reflects and emits a light beam is provided on a free end side of a cantilever formed by a piezoelectric actuator. In this micro scanner, a light beam is scanned in accordance with displacement of a mirror due to deformation of a piezoelectric actuator.
[0004]
[Non-patent document 1]
Tae-Sik Kim, Sang-Shin Lee, Youngjoo Yee, Jong Uk Bu, Hyun-Ho Oh, Chil-Geun Park, and Man-Hyo-Ratio Radio-Igator Radio-Igator Radio-Igital Radio-Rite Radio-Rite Radio-Igital Radio-Igator "," 2001 IEEE / LEOS International Conferencing on Optical MEMS 2001 ", Bankoku Shinryokan, Okinawa, Japan, Sponsored biotechnology and Microelectronics and Microelectronics and Microelectronics. gineers of Japan, 25-28 September 2001, p. 99-100
[Patent Document 1]
JP-A-6-46207 (page 3-4, FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the configuration of the micro scanner described in Non-Patent Document 1 described above, the mirror plate is driven by the electrostatic attraction. However, since the magnitude of the electrostatic attraction is inversely proportional to the square of the distance, it is not sufficient. It is necessary to provide a drive electrode near the mirror plate to such an extent that an electrostatic attraction can be obtained. For this reason, there is a problem that the range in which the mirror plate is displaced, that is, the emission range of the light beam, must be narrowed so that the mirror plate does not come into contact with the drive electrode.
[0006]
Further, in the configuration of the micro scanner described in Patent Document 1 described above, since the mirror is displaced using the piezoelectric actuator, it is difficult to increase the displacement of the mirror due to the nature of the piezoelectric actuator. Depending on the configuration, the emission range of the light beam is narrowed.
[0007]
The present invention has been made in view of such a problem, and has as its object to widen the emission range of a light beam.
[0008]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
The optical scanning device according to claim 1, wherein the optical scanning device is provided to face the convex curved surface of the deformed portion, and the convex curved surface of the deformed portion. A fixed portion to which one end in the circumferential direction is connected, an emitting unit that is supported by the deforming portion and emits a light beam, and a voltage is applied, so that the convex curved surface of the deformed portion and the convex curved surface And an attractive force generating means for generating an attractive force between the opposed fixed surface and the opposed surface. In the present optical scanning device, the light beam emitted from the emission unit is scanned by the elastic deformation of the deformed portion by the attraction generated by the attraction generation unit.
[0009]
That is, in the present optical scanning device, the convex-side curved surface of the deformed portion is close to the facing surface of the fixed portion in the vicinity of the connection position with the fixed portion. For this reason, when a voltage is applied to the attractive force generating means, a strong attractive force is generated between the convex surface and the opposing surface in the vicinity of the connection position, and the deformed portion is elastically deformed toward the fixed portion. Then, the distance between the convex curved surface and the opposing surface is reduced by the elastic deformation, and the attractive force between the convex curved surface and the opposing surface is increased, so that further elastic deformation is caused. In this way, the deformed portion is successively drawn to the facing surface side from the vicinity of the connection position on the convex curved surface.
[0010]
Therefore, according to the present optical scanning device, it is possible to elastically deform a portion of the convex curved surface far from the opposing surface to near the opposing surface. For this reason, even if the driving voltage is low, the deforming portion can be largely deformed and the emitting unit can be largely displaced, and as a result, the emitting range of the light beam can be widened.
[0011]
Here, the deformed portion can be formed of, for example, polysilicon, polyimide, or metal as described in claims 2 to 4.
Next, an optical scanning device according to a fifth aspect of the present invention is the optical scanning device according to the first to fourth aspects, further comprising two deformation portions and two attractive force generating means. In the optical scanning device, the two attractive force generating means independently generate an attractive force between each convex curved surface of the two deformed portions and each opposed surface of the fixed portion facing each convex curved surface. In addition, the emission means is supported by the two deformed portions. According to this configuration, the emitting unit can be displaced in the two-dimensional direction by independently deforming each of the deformed portions, and as a result, the light beam can be scanned in the two-dimensional direction.
[0012]
Next, in the optical scanning device according to the sixth aspect, in the device according to the first to fifth aspects, the deformation portion is provided with a strain gauge for detecting a degree of elastic deformation of the deformation portion. According to this configuration, the emission direction of the light beam can be specified based on the detected value of the degree of elastic deformation of the deformed portion. In particular, if the strain gauge of claim 6 is applied to the device of claim 5, and the degree of elastic deformation is detected for each of the two deformed portions, there is a difference in characteristics between the two deformed portions. Even if it does, the difference in the characteristics can be corrected based on the detected value of the degree of elastic deformation of each deformed portion, so that the emission direction of the light beam can be controlled with high accuracy.
[0013]
By the way, the attractive force generating means for generating an attractive force between the convex curved surface of the deformed portion and the opposing surface of the fixed portion includes, for example, a deformed portion side electrode provided in the deformed portion and a fixed portion. A fixed portion side electrode provided in the portion, and a voltage is applied between the deformed portion side electrode and the fixed portion side electrode, so that the convex curved surface of the deformed portion and the opposing surface of the fixed portion. A configuration in which an electrostatic attractive force is generated between them may be adopted.
[0014]
In addition, if at least one surface of the convex curved surface of the deformed portion and the opposing surface of the fixed portion is formed of an insulator, the deformed portion has a convex curved surface due to elastic deformation. Even if the opposing surface makes contact, it is possible to prevent a short circuit between the deformable portion side electrode and the fixed portion side electrode.
[0015]
Further, as set forth in claim 9, the deformed portion side electrode is provided over the entire circumferential direction of the deformed portion, and the fixed portion side electrode is formed on the convex side curved surface of the deformed portion by elastic deformation of the deformed portion. If the deformed portion is provided in a region overlapping with the deformed portion side electrode when the opposed surface of the fixed portion overlaps, the deformed portion can be elastically deformed to the vicinity of the fixed portion over the entire circumferential direction, and as a result, the light The beam emission range can be further increased.
[0016]
Here, as an emission unit that emits a light beam, a configuration including a light source of a light beam may be considered. For example, the emission unit may reflect an external light beam as described in claim 10. Any mirror that emits a light beam is advantageous in reducing the size of the optical scanning device.
[0017]
In this case, the mirror and the deformable portion side electrode may be formed of aluminum, for example. Aluminum has good conductivity and high reflectivity, so it can be used as both a mirror and an electrode. By using the same material for the mirror and the electrode on the deformed part, the efficiency of the manufacturing process can be improved. Because it can be.
[0018]
Further, as described in claim 12, gold may be used instead of aluminum. Since gold has a high reflectance to infrared light, it is particularly effective when infrared light is used as a light beam.
Furthermore, even when the mirror and the deformable portion side electrode are formed to have the same thickness, the efficiency of the manufacturing process can be improved.
[0019]
On the other hand, for example, the attractive force generating means may include a solenoid provided on one of the deformed portion and the fixed portion, and a side of the deformed portion and the fixed portion on which the solenoid is not provided. And a structure in which a magnetic attraction is generated between the convex curved surface of the deformed portion and the facing surface of the fixed portion by applying a voltage to the solenoid. it can.
[0020]
Further, a magnet can be used instead of the ferromagnetic material.
Here, as the emitting means for emitting the light beam, for the same reason as described for the device of claim 10, the light beam is reflected by reflecting an external light beam as described in claim 16. It is preferable to use a mirror that emits light.
[0021]
In a configuration in which the emitting means is a mirror as in the above-described devices of claims 10 to 13, and 16, for example, as in claim 17, the surface of the mirror is covered with a protective film (for example, silicon oxide). This is effective when used in an environment where the mirror surface is likely to corrode.
[0022]
Further, as for the configuration in which the light emitting means is a mirror as in the above-described devices of the tenth to thirteenth, sixteenth, and seventeenth aspects, for example, as in the eighteenth aspect, the first step of providing the mirror on a flat substrate and A second step of forming a deformed portion and a fixed portion from the substrate provided with the mirror in the first step, the mirror can be easily formed flat. it can.
[0023]
Next, the optical scanning device according to claim 19, further comprising: a movable portion provided with an emission unit for emitting a light beam; and a support portion formed using bimetal and connecting the movable portion to a fixed portion serving as a base. Have. In the optical scanning device, the light beam emitted from the emission unit is scanned in accordance with the displacement of the movable portion caused by the heating and deformation of the support portion. According to this configuration, the movable portion can be largely displaced with respect to the fixed portion by the support portion formed using the bimetal. As a result, the emission range of the light beam can be widened.
[0024]
Here, as the emitting means for emitting the light beam, for the same reason as described for the device of the above claim 10, as described in claim 20, the light beam is reflected by reflecting an external light beam. It is preferable to use a mirror that emits light.
In the configuration in which the light emitting means is a mirror, the surface of the mirror may be covered with a protective film as described in claim 21 for the same reason as described for the device in claim 17 above. preferable.
[0025]
On the other hand, it is preferable that at least aluminum is used as the material of the support portion, for example, as described in claim 22. Aluminum is commonly used in the silicon process and has a low cost.
For the same reason, it is preferable that at least single-crystal silicon is used as the material of the support portion, for example, as described in claim 23.
[0026]
Next, in the optical scanning device according to the twenty-fourth aspect, in the apparatus according to the nineteenth to twenty-third aspects, the support unit includes a heating unit that generates heat when energized to heat the support unit. According to this configuration, the emission direction of the light beam can be controlled by energization.
[0027]
Here, if the heating means of the support portion is a conductor that generates heat when energized as described in, for example, claim 25 and provided in a meandering shape at a portion to be heated in the support portion, It can be realized with a simple configuration.
Next, in the optical scanning device according to the twenty-sixth aspect, in the optical scanning device according to the twenty-fourth and twenty-fifth aspects, the support portion has a meandering shape in which one end is connected to the movable portion and the other end is connected to the fixed portion. It has become. According to this configuration, the amount of displacement of the support portion can be further increased, and as a result, the emission range of the light beam can be further increased.
[0028]
In the optical scanning device according to the twenty-seventh aspect, in the device according to the twenty-sixth aspect, the support portion includes a plurality of parallel support beams and ends of the plurality of support beams such that the support portion has a meandering shape. And a connecting beam for connecting the supporting portion, wherein the heating means of the supporting portion heats an odd-numbered or even-numbered supporting beam counted from the movable portion side among the plurality of supporting beams in the supporting portion. Have been. According to this configuration, only the support beam that displaces the movable portion in one direction is deformed, and it is possible to prevent the displacement of the movable portion from being offset. As a result, the emission range of the light beam can be efficiently expanded.
[0029]
Further, in the optical scanning device according to claim 28, in the device according to claim 27, the support portion includes two heating means. In the optical scanning device, one of these two heating means is configured to heat an odd-numbered support beam counted from the movable portion side among the plurality of support beams, and The other of the means is configured to heat an even-numbered support beam of the plurality of support beams as counted from the movable portion side. According to this configuration, the movable section can be displaced in two different directions by switching the supporting beam to be heated by the two heating means. As a result, the emission range of the light beam can be expanded more efficiently.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 is an external view of a microscanner 100 as an optical scanning device according to the first embodiment.
[0031]
As shown in FIG. 1, the micro scanner 100 is roughly divided into a fixed part 102 as a base and a movable part 104 supported by the fixed part 102.
The fixing portion 102 is opposite to the P-type silicon substrate 106, an insulating film 108 made of silicon nitride SiN covering one surface of the P-type silicon substrate 106, and the surface of the P-type silicon substrate 106 covered with the insulating film 108. And legs 110 provided at four corners of the side surface.
[0032]
On the other hand, the movable portion 104 is arranged in parallel on the left and right sides of the surface of the P-type silicon substrate 106 covered with the insulating film 108, and is connected to the insulating film 108 via the connecting portions 112L and 112R. The thin plate-shaped deformed portions 114L and 114R extending in an arc shape from the 112L and 112R and left and right deformed portions 114L and 114R are supported by being connected to their free ends via connecting portions 116L and 116R. Further, a flat mirror portion 120 having a mirror 118 made of aluminum for reflecting a laser beam as a light beam formed on a surface thereof is provided.
[0033]
Note that a rectangular through-hole 102a is formed in the center of the fixed part 102, and the mirror part 120 is located inside the through-hole 102a.
As shown in FIG. 2, the deformed portions 114L and 114R are oriented such that the arcs formed by the deformed portions 114L and 114R are tangent to the surface of the fixed portion 102 where the insulating film 108 is provided (the surface of the fixed portion 102 is a tangent to the arc). Direction). For this reason, at positions near the connecting portions 112L and 112R on the convex-side curved surfaces of the deformed portions 114L and 114R, the opposing surfaces of the fixed portion 102 are opposed at a very short distance, and as the distance from the connecting portions 112L and 112R increases, The distance from the surface of the fixing part 102 becomes longer.
[0034]
On the other hand, on the surfaces of the left and right deformed portions 114L, 114R, deformed portion side electrodes 122L, 122R made of aluminum are provided, respectively. The deformed portion side electrodes 122L and 122R are provided over the entire area from one end to the other end of the deformed portions 114L and 114R along the circumferential direction, and the deformed portion side connection electrodes provided on the insulating film 108. They are linked together by 124. Further, a deformable portion side terminal 126 is provided at a central position of the deformable portion side connection electrode 124.
[0035]
In the region of the fixing portion 102 facing the convex curved surface of each of the deformed portions 114L and 114R, N-type silicon fixing portion electrodes 128L and 128R are provided below the insulating film 108, respectively. The fixed portion-side electrodes 128L and 128R are provided in regions overlapping with the deformed portion-side electrodes 122L and 122R on the deformed portions 114L and 114R when the deformed portions 114L and 114R are elastically deformed linearly. Are connected to each other by a fixed portion side connection electrode 130 formed below the insulating film 108. Further, a fixed portion side terminal 132 is provided at a center position of the fixed portion side connection electrode 130.
[0036]
In addition, strain gauges 134L and 134R for detecting the degree of elastic deformation of the deformed portions 114L and 114R are provided on the surfaces of the left and right deformed portions 114L and 114R, respectively.
Next, a configuration for driving the microscanner 100 will be described.
[0037]
As shown in FIG. 3, the microscanner 100 is connected to a control device 136 that detects a change in resistance of each of the strain gauges 134L and 134R and applies a drive voltage to the deformable portion side terminal 126. The fixed part side terminal 132 is connected to the ground (ground potential = 0 V).
[0038]
The control device 136 determines the degree of elastic deformation of the deformed portions 114L and 114R based on the resistance change of the strain gauges 134L and 134R, and determines the emission direction of the laser light from the degree of elastic deformation. Then, the control device 136 controls the voltage value of the driving voltage applied to the deformable portion side terminal 126 so that the emission direction of the laser light becomes a desired direction.
[0039]
In other words, when a voltage is applied between the deformable portion side terminal 126 and the fixed portion side terminal 132, the convex curved surfaces of the deformable portions 114L and 114R and the opposing surface of the fixed portion 102 facing the convex curved surface. An electrostatic attraction occurs between them. In particular, of the deformed portions 114L and 114R, strong electrostatic attraction acts near the connecting portions 112L and 112R where the distance between the deformed portion side electrodes 122L and 122R and the fixed portion side electrodes 128L and 128R is short. The vicinity of 112R undergoes large elastic deformation. Then, the deformable portion-side electrodes 122L and 122R approach the fixed portion-side electrodes 128L and 128R due to this elastic deformation, and the range in which a strong electrostatic attraction acts is expanded, and further elastic deformation occurs. In this way, the deformed portions 114L and 114R are drawn in a chain from the vicinity of the connection portions 112L and 112R, and the circular arc shape changes linearly, and is approximately centered on the virtual axis A (see FIG. 2). Make a rotational movement. On the other hand, as the elastic deformation of the deforming portions 114L and 114R increases, the elastic force (reaction force) of the deforming portions 114L and 114R themselves also increases, so that the elastic deformation progresses at a position where the elastic force and the electrostatic attraction balance. Stop. For this reason, by changing the voltage value applied between the deformable portion side terminal 126 and the fixed portion side terminal 132, the degree of elastic deformation of the deformable portions 114L and 114R (and, consequently, the emission direction of the laser beam) becomes the voltage value. It changes by the amount corresponding to it.
[0040]
Next, a method for manufacturing the microscanner 100 will be described with reference to FIGS. 4 to 11, (a) is a plan view, and (b) is a sectional view thereof (FIGS. 4 to 9 are AA sectional views, and FIGS. 10 and 11 are BB sectional views). It is. The micro scanner 100 is manufactured using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technique using a semiconductor process. In the following description, a method for manufacturing a single microscanner is shown. However, in practice, a large number of microscanners can be manufactured from one wafer, and mass production is possible.
[0041]
[Step 1]
First, the P-type silicon substrate 106 is patterned, and phosphorus ions are implanted into the portion to form an N-type diffusion layer. This N-type diffusion layer becomes the fixed portion side electrodes 128L and 128R and the fixed portion side connection electrode 130 (see FIG. 4). Note that arsenic ions may be implanted instead of phosphorus ions.
[0042]
[Step 2]
Using an LP-CVD apparatus, silicon nitride SiN is formed with the same thickness over the entire substrate surface. Thus, an insulating film 108 is formed (see FIG. 5).
[Step 3]
Using LP-CVD equipment, silicon oxide SiO ₂ Are formed with the same film thickness. Further, the formed silicon oxide film is patterned to form a sacrificial layer 138 for separating the deformed portions 114L and 114R in a later step (see FIG. 6).
[0043]
[Step 4]
Polysilicon Poly-Si is formed on the entire surface of the substrate. At this time, the film forming conditions (temperature, time, etc.) are adjusted so that a compressive stress is generated as a residual stress in the polysilicon film. Further, the formed polysilicon film is patterned to form the bases of the connection parts 112L and 112R, the deformation parts 114L and 114R, the connection parts 116L and 116R, and the mirror part 120 (see FIG. 7).
[0044]
[Step 5]
After patterning the insulating film 108 to expose a region for the fixed part side terminal 132, aluminum Al is formed in the same thickness on the entire surface of the substrate, and the formed aluminum film is patterned to form a mirror 118. The deformed portion side electrodes 122L and 122R, the deformed portion side connection electrode 124, the deformed portion side terminal 126, and the fixed portion side terminal 132 are formed (see FIG. 8).
[0045]
[Step 6]
Strain gauges 134L and 134R are formed on the deformed portions 114L and 114R, respectively (see FIG. 9).
[Step 7]
The P-type silicon substrate 106 is etched from the back surface to form a flat portion including a portion to be the mirror portion 120. Then, the part to be the mirror unit 120 is further separated (see FIG. 10). As a result, the portion serving as the mirror unit 120 is connected to the P-type silicon substrate 106 by the silicon nitride film and the polysilicon film.
[0046]
[Step 8]
The sacrificial layer 138 of the silicon oxide film formed in the above step 3 is etched (specifically, dissolved with hydrofluoric acid). As a result, the deformed portions 114L and 114R are separated from the fixed portion 102. Here, since compressive stress is generated as residual stress in the polysilicon film forming the deformed portions 114L and 114R, the deformed portions 114L and 114R are curved in an arc shape. Since the back surface of the mirror section 120 is made of P-type silicon, the mirror 118 is kept flat even if a residual stress occurs in the polysilicon film.
[0047]
Thereafter, by providing the legs 110 at the four corners of the P-type silicon substrate 106, the structure shown in FIG. 1 is obtained (see FIG. 11).
In the microscanner 100 according to the first embodiment, the deformable portion-side electrode 122L and the fixed portion-side electrode 128L, and the deformable portion-side electrode 122R and the fixed portion-side electrode 128R correspond to attractive force generating means. Step 5 corresponds to the first step, and steps 7 and 8 correspond to the second step.
[0048]
As described above, according to the microscanner 100 of the first embodiment, the arc-shaped deformed portions 114L and 114R are configured to be gradually elastically deformed from the vicinity of the connection portions 112L and 112R, so that a low driving voltage is used. By this, the mirror section 120 can be largely displaced, and as a result, the emission range of the laser beam can be widened.
[0049]
In addition, since the insulating film 108 is provided on the surface of the fixed portion 102, it is possible to prevent a short circuit between the deformable portion side electrodes 122L and 122R and the fixed portion side electrodes 128L and 128R.
Further, since the deformable portion-side electrodes 122L and 122R are formed over the entire area from one end to the other end along the circumferential direction of the deformable portions 114L and 114R, the deformable portions 114L and 114R are elastically deformed until they become linear. As a result, the range of the emission direction of the laser light can be extremely widened.
[0050]
On the other hand, in the present microscanner 100, the mirror 118, the deformable portion side electrodes 122L and 122R, the deformable portion side connection electrode 124, the deformable portion side terminal 126, and the fixed portion side terminal 132 are formed of the same material and the same thickness. Therefore, it can be efficiently manufactured in the same process.
[0051]
In addition, in the microscanner 100, since the step of forming the mirror 118 is performed before the step of separating the deformed portions 114L and 114R from the P-type silicon substrate 106, the mirror 118 is formed on a plane with high precision. can do.
After the above step 5, a protective film (for example, silicon oxide SiO 2) is formed on the surface of the mirror 118. ₂ ) May be formed. This is particularly effective when the microscanner 100 is used in an environment where aluminum is easily corroded.
[0052]
In the micro-scanner 100 according to the first embodiment, the mirror 118, the deformed portion side electrodes 122L and 122R, the deformed portion side connection electrode 124, the deformed portion side terminal 126, and the fixed portion side terminal 132 are formed of aluminum. However, the present invention is not limited to this, and may be made of, for example, gold. Since gold has a high reflectance to infrared light, it is particularly effective when scanning with infrared laser light is desired.
[0053]
Further, in the microscanner 100 of the first embodiment, the deformed portions 114L and 114R are formed of polysilicon, but are not limited to this, and may be formed of, for example, polyimide or a metal thin film.
In the microscanner 100 of the first embodiment, the strain gauges 134L and 134R are provided on the left and right deformed portions 114L and 114R, respectively. However, the present invention is not limited to this. You may.
[0054]
In the micro-scanner 100 of the first embodiment, the left and right deforming portion side electrodes 122L and 122R are connected by the deforming portion side connecting electrode 124 to have the same potential, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 12, the left and right deformation portion side electrodes 122L and 122R may not be connected, and each potential may be independently controlled. According to this configuration, it is possible to independently generate electrostatic attraction between the deformed portion side electrode 122L and the fixed portion side electrode 128L and between the deformed portion side electrode 122R and the fixed portion side electrode 128R. it can. Therefore, the left and right deformation portions 114L and 114R can be elastically deformed independently, and as a result, the laser beam can be scanned in the two-dimensional direction. In addition, even if there is a difference between the characteristics of the left and right deformation portions 114L and 114R (for example, a difference in the degree of elastic deformation with respect to a constant drive voltage), the difference in the characteristics is corrected based on the detected values of the strain gauges 134L and 134R. Therefore, the emission direction of the laser beam can be controlled with high accuracy.
[0055]
Further, in the micro-scanner 100 of the first embodiment, the mirror unit 120 is supported by the left and right deformation units 114L and 114R. However, the present invention is not limited to this. For example, only one deformation unit is provided. The mirror portion 120 may be supported by the deformed portion.
[0056]
On the other hand, in the microscanner 100 of the first embodiment, the deformable portions 114L and 114R are elastically deformed by using the electrostatic attraction, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 13, a configuration in which thin-film magnets 140L and 140R are provided in place of the deformable portion side electrodes 122L and 122R, and coil (solenoid) patterns 142L and 142R are provided in place of the fixed portion side electrodes 128L and 128R. It may be. According to this configuration, when the coil patterns 142L and 142R are energized, magnetic attraction is generated between the thin film magnet 140L and the coil pattern 142L and between the thin film magnet 140R and the coil pattern 142L, and the electrostatic attraction is generated. As in the case of, the deformed portions 114L and 114R are elastically deformed. Note that a ferromagnetic material may be formed instead of the thin film magnets 140L and 140R. In this configuration, the thin film magnet 140L and the coil pattern 142L and the thin film magnet 140R and the coil pattern 142R each correspond to an attractive force generating unit.
[0057]
Next, a micro scanner 200 as an optical scanning device according to a second embodiment will be described.
As shown in FIG. 14, the micro-scanner 200 is manufactured by processing an SOI wafer using a micro-machining technique, and a mirror for reflecting a laser beam as a light beam is formed on the surface. The mirror plate 210 includes a rectangular mirror plate 210, a frame 220 surrounding the mirror plate 210, and two meandering support members 230 and 240 connecting the mirror plate 210 to the inside of the frame 220.
[0058]
The meandering support member 230 is connected to a central position of a specific side (hereinafter, referred to as a first connection side) 210a of the mirror plate 210 and extends perpendicularly to the first connection side 210a. A frame-side shaft beam 234 connected to the inside of the frame 220 on an extension of the mirror-side shaft beam 232; a plurality of support beams 236a, 236b, 236c, 236d, 236e extending parallel to the first connection side 210a; Connection beams 238a, 238b, 238c, 238d for connecting the ends of 236a to 236e in a meandering shape are integrally formed.
[0059]
Similarly, the meandering support member 240 is connected to a center position of a side (hereinafter, referred to as a second connection side) 210b of the mirror plate 210 facing the first connection side 210a, and is perpendicular to the second connection side 210b. , A frame-side shaft beam 244 connected to the inside of the frame 220 on an extension of the mirror-side shaft beam 242, and a plurality of support beams 246a, 246b extending parallel to the second connection side 210b. , 246c, 246d, 246e and connecting beams 248a, 248b, 248c, 248d for connecting the ends of the support beams 246a to 246e in a meandering shape.
[0060]
The meandering support member 230 and the meandering support member 240 are symmetrical with respect to the center line of the mirror plate 210 that is parallel to the first connection side 210a and the second connection side 210b. 242 and the frame-side shaft beams 234 and 244 are located on the same straight line.
[0061]
Next, the structure of the meandering support members 230 and 240 will be described.
As shown in FIG. 15A, the meandering support members 230 and 240 are made of a silicon nitride layer SiN (PE-SiN), an aluminum layer Al, and a silicon oxide layer SiO ₂ (PE-TEOS) and a silicon layer Si. Here, the thermal expansion coefficient of each layer is “Al >> Si >> SiO ₂ , Si (SiO ₂ In this meandering support member 230, 240, the silicon nitride layer and the silicon oxide layer are formed sufficiently thinner than the aluminum layer and the silicon layer. The meandering support members 230 and 240 have a bimetal structure including an aluminum layer and a silicon layer, and deform as shown in FIG. 15B by thermal expansion.
[0062]
The micro-scanner 200 is configured so that the meandering support members 230 and 240 are deformed by supplying electricity to the aluminum layer.
That is, in the present microscanner 200, as shown in FIG. 16, the aluminum layers of the meandering support members 230 and 240 are two conductive layers extending from the frame-side shaft beam 234 to the frame-side shaft beam 244 via the mirror plate 210. The bodies 250, 252 are formed. The first conductor 250 among the plurality of support beams 236 a to 236 e and 246 a to 246 e of the meandering support members 230 and 240 is an odd-numbered support beam 236 a, 236 c, counted from the mirror plate 210. 236e, 246a, 246c, and 246e each function as a heater for heating. On the other hand, among the plurality of support beams 236a to 236e and 246a to 246e of the meandering support members 230 and 240, the second conductor 252 is an even-numbered support beam 236b, 236d, 246b, 246d counted from the mirror plate 210. Function as a heater for heating the substrate.
[0063]
Specifically, as shown in FIG. 17, the aluminum layer Al is in a wiring shape, is formed to be thin in a portion to be heated and is folded back in a meandering shape, and is formed to be thick in a portion not to be heated. ing. For this reason, when electricity is supplied, heat is intensively generated in a portion to be heated.
[0064]
Here, an operation of the present microscanner 200 when the first conductor 250 is energized will be described.
When power is supplied to the first conductor 250, the odd-numbered support beams 236a, 236c, 236e, 246a, 246c, and 246e counted from the mirror plate 210 are heated and deformed. Thereby, as shown in FIG. 18, the mirror plate 210 is displaced in a certain rotation direction. Here, every other supporting beam 236a, 236c, 236e, 246a, 246c, 246e is heated because all the supporting beams 236a to 236e, 246a to 246e are heated when the mirror plate is heated. This is because the displacement of 210 is canceled.
[0065]
That is, when the second conductor 252 is energized and the even-numbered support beams 236b, 236d, 246b, 246d counted from the mirror plate 210 are heated and deformed, the mirror plate 210 is deformed by the first conductor 250. Is displaced in the direction of rotation opposite to the direction of rotation when power is supplied to the. Therefore, the mirror plate 210 can be displaced in different rotational directions by switching between energization of the first conductor 250 and energization of the second conductor 252. In addition, the displacement amount of the mirror plate 210 (and, consequently, the emission direction of the laser beam) can be controlled by the amount of current flow at that time.
[0066]
Next, a method for manufacturing the microscanner 200 will be described with reference to FIG.
First, a silicon oxide layer SiO ₂ An SOI substrate provided with a single-crystal silicon layer Si on both sides is prepared (see FIG. 19A). In this embodiment, the plane orientation of silicon of the substrate is (100).
[0067]
Next, using a PE-CVD apparatus, silicon oxide SiO ₂ (PE-TEOS) is formed to have the same film thickness (see FIG. 19B).
Next, aluminum Al is formed on the surface of the substrate by sputtering or vapor deposition, and the formed aluminum film is patterned (photolithography + etching) (see FIG. 19C). Thus, a first conductor 250 and a second conductor 252 are formed.
[0068]
Next, using a PE-CVD apparatus, silicon nitride SiN (PE-SiN) is formed on the entire surface of the substrate (see FIG. 19D).
Next, the formed PE-SiN film is patterned. Further, a predetermined region of PE-TEOS exposed by etching the PE-SiN film is further etched. At this time, etching is continued to the lower silicon layer (see FIG. 19E).
[0069]
Next, the Si layer is scraped (ground) from the back surface, and the back surface is polished to form a mirror surface. Further, a silicon nitride (SiN) film is formed on the back surface using a PE-CVD apparatus, and etching is performed so that a predetermined region of the SiN film remains. Further, using the SiN film as a mask, the silicon layer of the substrate is etched (anisotropically etched) from the back surface with an alkaline solution such as a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution or a KOH (potassium hydroxide) aqueous solution (FIG. 19 (f)).
[0070]
Finally, a movable structure is formed by etching the silicon oxide film (see FIG. 19G).
In the micro scanner 200 according to the second embodiment, the mirror plate 210 corresponds to a movable unit, the frame 220 corresponds to a fixed unit, and the meandering support members 230 and 240 correspond to support units. . Further, each of the first conductor 250 and the second conductor 252 corresponds to a heating unit.
[0071]
As described above, according to the microscanner 200 of the second embodiment, the mirror plate 210 is largely displaced by the configuration in which the mirror plate 210 is displaced in accordance with the deformation of the meandering support members 230 and 240 having the bimetal structure. it can. As a result, the emission range of the laser light can be widened.
[0072]
Further, in the micro-scanner 200, the meandering support members 230 and 240 can be deformed by energizing the first conductor 250 and the second conductor 252 constituting the meandering support members 230 and 240. In addition, the emission direction of the laser beam can be easily controlled. In addition, the responsiveness can be improved as compared with a configuration in which heating is performed from the outside, and the amount of deformation with respect to the amount of electricity can be stabilized.
[0073]
Note that, similarly to the first embodiment, a protective film may be formed on the surface of the mirror plate 210.
The micro-scanner 200 according to the second embodiment has a configuration in which the meandering support members 230 and 240 can be displaced in two different directions by the first conductor 250 and the second conductor 252. The present invention is not limited to this. For example, even in a configuration in which the laser beam is displaced only in one direction (for example, a configuration in which the second conductor 252 is not provided), the emission direction of the laser beam is controlled by controlling the amount of current. Can be controlled. However, the configuration of displacing in two different directions is more advantageous in that the emission range of the laser beam can be widened.
[0074]
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention can take various forms.
For example, the micro scanners 100 and 200 of the above embodiments are configured to emit laser light by reflecting external laser light by a mirror. However, the present invention is not limited to this. Instead, a light emitting source of laser light may be provided. However, it is more advantageous to use a mirror in that the device can be miniaturized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of a micro scanner according to a first embodiment.
FIG. 2 is a side view of the micro scanner according to the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a configuration for driving the micro scanner of the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory view (No. 1) of the method for manufacturing the micro scanner of the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory view (No. 2) of the method for manufacturing the microscanner of the first embodiment.
FIG. 6 is an explanatory view (No. 3) of the method for manufacturing the microscanner of the first embodiment.
FIG. 7 is an explanatory view (No. 4) of the method for manufacturing the microscanner of the first embodiment.
FIG. 8 is an explanatory view (No. 5) of the method for manufacturing the microscanner of the first embodiment.
FIG. 9 is an explanatory view (No. 6) of the method for manufacturing the microscanner of the first embodiment.
FIG. 10 is an explanatory view (No. 7) of the method for manufacturing the microscanner of the first embodiment.
FIG. 11 is an explanatory view (No. 8) of the method for manufacturing the microscanner of the first embodiment.
FIG. 12 is an external view of a micro scanner configured to control potentials independently.
FIG. 13 is an external view of a microscanner having a configuration using magnetic attraction.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a micro scanner according to a second embodiment.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a structure of a meandering support member.
FIG. 16 is an explanatory diagram of a conductor.
FIG. 17 is an explanatory diagram of an aluminum layer.
FIG. 18 is an explanatory diagram of displacement of a mirror plate.
FIG. 19 is an explanatory diagram of the method for manufacturing the micro scanner of the second embodiment.
[Explanation of symbols]
100 micro scanner, 102 fixed part, 104 movable part, 106 P-type silicon substrate, 108 insulating film, 110 leg, 112L, 112R connecting part, 114L, 114R deformed part, 116L, 116R Connecting portion, 118: mirror, 120: mirror portion, 122L, 122R: deformed portion side electrode, 124: deformed portion side connection electrode, 126: deformed portion side terminal, 128L, 128R: fixed portion side electrode, 130: fixed portion side Connection electrode, 132: fixed part side terminal, 134L, 134R: strain gauge, 136: control device, 140L, 140R: thin film magnet, 142L, 142R: coil pattern, 200: micro scanner, 210: mirror plate, 220: frame, 230, 240: meandering support member, 232, 242: mirror side beam, 234, 244: frame side Beams, 236a~236e, 246a~246e ... support beams, 238a~238d, 248a~248d ... connecting beams, 250, 252 ... conductor

Claims

A plate-shaped deformed part curved in an arc shape,
A fixing portion that is provided to face the convex side curved surface of the deformed portion, and one end of the convex side curved surface in the circumferential direction is connected;
An emission unit that is supported by the deformation unit and emits a light beam;
When a voltage is applied, a convex curved surface of the deformed portion, and an attractive force generating means for generating an attractive force between an opposing surface of the fixed portion facing the convex curved surface,
Comprising, by being elastically deformed by the attraction force generated by the attraction force generation means, the light beam emitted from the emission means is configured to be scanned,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to claim 1,
The deformed portion is formed of polysilicon;
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to claim 1,
The deformed portion is formed of polyimide,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to claim 1,
The deformed portion is formed of metal;
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 4,
Two each of the deforming part and the attraction generating means,
The two attractive force generating means independently generate an attractive force between each convex curved surface of the two deformed portions and each opposed surface of the fixed portion facing each convex curved surface. Yes,
Further, the emitting means is supported by the two deformed portions,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to any one of claims 1 to 5,
The deformation section is provided with a strain gauge for detecting the degree of elastic deformation of the deformation section,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to any one of claims 1 to 6,
The attraction generating means,
A deforming portion side electrode provided in the deforming portion,
A fixed part side electrode provided in the fixed part,
A voltage is applied between the deformable portion side electrode and the fixed portion side electrode to generate an electrostatic attraction between the convex curved surface of the deformable portion and the facing surface of the fixed portion. Is configured as
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to claim 7,
At least one surface of the convex curved surface of the deformed portion and the opposing surface of the fixed portion is formed of an insulator,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

In the optical scanning device according to claim 7 or 8,
The deformed portion side electrode is provided over the entire circumferential direction of the deformed portion,
The fixed portion side electrode, when the convex curved surface of the deformed portion and the facing surface of the fixed portion overlap due to the elastic deformation of the deformed portion, is provided in an area overlapping with the deformed portion side electrode,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to any one of claims 7 to 9,
The emission unit is a mirror that emits a light beam by reflecting a light beam from the outside,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to claim 10,
The mirror and the deformation portion side electrode are formed of aluminum;
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to claim 10,
The mirror and the deformation portion side electrode are formed of gold;
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

In the optical scanning device according to any one of claims 10 to 12,
The mirror and the deformation portion side electrode are formed to the same thickness,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to any one of claims 1 to 6,
The attraction generating means,
A solenoid provided on one of the deformed portion and the fixed portion,
Of the deformed portion and the fixed portion, a ferromagnetic body provided on a side where the solenoid is not provided,
Comprising, by applying a voltage to the solenoid, is configured to generate a magnetic attraction force between the convex curved surface of the deformed portion and the facing surface of the fixed portion,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to any one of claims 1 to 6,
The attraction generating means,
A solenoid provided on one of the deformed portion and the fixed portion,
A magnet provided on the side where the solenoid is not provided, of the deformed portion and the fixed portion,
Comprising, by applying a voltage to the solenoid, is configured to generate a magnetic attraction force between the convex curved surface of the deformed portion and the facing surface of the fixed portion,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

In the optical scanning device according to claim 14 or 15,
The emission unit is a mirror that emits a light beam by reflecting a light beam from the outside,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

In the optical scanning device according to any one of claims 10 to 13 and 16,
The mirror, the surface of which is covered with a protective film,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

A method for manufacturing the optical scanning device according to any one of claims 10 to 13, and any one of claims 16 and 17, wherein
A first step of providing said mirror on a flat substrate;
A second step of forming the deformed part and the fixed part from the substrate provided with the mirror in the first step;
A method for manufacturing an optical scanning device, comprising:

A movable portion provided with an emission unit for emitting a light beam,
A supporting portion formed by using bimetal and connecting the movable portion to a fixed portion as a base;
Comprising, with the displacement of the movable portion due to heating and deformation of the support portion, is configured to scan the light beam emitted from the emission means,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to claim 19,
The emission unit is a mirror that emits a light beam by reflecting a light beam from the outside,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to claim 20,
The mirror, the surface of which is covered with a protective film,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to any one of claims 19 to 21,
That at least aluminum is used as the material of the support portion,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to any one of claims 19 to 21,
At least single-crystal silicon is used as a material of the support portion,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to any one of claims 19 to 23,
The support unit includes a heating unit that generates heat when energized and heats the support unit.
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to claim 24,
The heating means of the support portion is a conductor that generates heat when energized, and is provided in a meandering shape at a portion to be heated in the support portion,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to claim 24 or claim 25,
The support portion has a meandering shape in which one end is connected to the movable portion and the other end is connected to the fixed portion.
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to claim 26,
The support portion has a plurality of support beams parallel to each other, and a connection beam that connects ends of the plurality of support beams so that the support portion has a meandering shape,
The heating means of the support portion, among the plurality of support beams in the support portion, is configured to heat the odd-numbered or even-numbered support beams counted from the movable portion side,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.

The optical scanning device according to claim 27,
The support unit includes two of the heating units,
One of the two heating means is configured to heat an odd-numbered support beam of the plurality of support beams, counting from the movable unit side,
The other of the two heating means is configured to heat an even-numbered support beam of the plurality of support beams, counting from the movable unit side,
An optical scanning device characterized by the above-mentioned.