JP2006136084A - 揺動体装置、及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体の間の噛み合いアライメントを比較的容易に達成できる揺動体装置である。
【解決手段】揺動体装置は、可動板１０２と、可動板１０２を支持基板１０５に対して揺動可能に軸支する軸支部１０１と、可動板１０２から延びる第一の可動櫛歯状構造体１０４と、第一の可動櫛歯状構造体１０４上に設けられる接続層１１１と、接続層１１１を介して第一の可動櫛歯状構造体１０４に接合され且つ第一の可動櫛歯状構造体１０４とほぼ同じ方向に延びる第二の可動櫛歯状構造体１１２と、第一の可動櫛歯状構造体１０４と隔間して噛み合わさる位置に配置される第一の固定櫛歯状構造体１１５、１１６と、第二の可動櫛歯状構造体１１２と隔間して噛み合わさる位置に配置される第二の固定櫛歯状構造体１１３、１１４と、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体との間に静電力を働かせて可動板１０２を揺動・変位させる静電駆動手段を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、可動板が揺動運動する小型のアクチュエーターなどの揺動体装置、その作製方法等に関する。

可動板が揺動運動するアクチュエーターなどの揺動体装置は、例えば、レーザ光を偏向する用途に利用されるものである。従来、レーザ光を偏向・走査する走査ミラーとしては、ガルバノミラーがある。ガルバノミラーの駆動原理は次の如きものである。磁界中に配置した可動コイルに電流を流すと、電流と磁束とに関連して電磁力が発生して、電流に比例したトルクが生じる。そして、このトルクとバネ力とが平衡する角度まで可動コイルが回転し、この可動コイルを介して指針を振らせて電流の有無や大小を検出する。ガルバノミラーは、こうしたガルバノメータの原理を利用したもので、可動コイルと一体に回転する軸に、前記指針の代わりに反射鏡を設けて構成される。

しかしながら、ガルバノミラーでは、機械巻きの駆動コイルと磁界発生のための大型ヨークが必要であり、主に出力トルクの理由から、これらの機械要素の小型化には限度がある。また同時に、各構成部材を組み上げる際のスペース等から、光偏向のための装置全体のサイズが大きくなっていた。

小型の光偏向器としては、半導体製造技術を応用して微小機械を半導体基板上に一体形成するマイクロマシニング技術を用いて作製した光偏向器がある。例えば、K.E.Petersen等によりシリコンで形成されるTorsional Scanning Mirrorが提案されている（非特許文献１参照）。この光偏向器は、図１３に示す様に、機械的可動部が光偏向板としてのミラーとミラーを支持する梁からなり、ミラーと基板上に形成した固定電極との間に駆動電圧を印加して生じる静電引力により、梁にねじりモーメントを与えてねじり回転させ、ミラーの偏向角度を変えるものである。ミラー部の最大偏向角はミラー部と基板との空隙間隔ｔ０にて一義的に決定される。一般に、光偏向器においては偏向角が大きいほど良く、これには空隙間隔を大きくとる必要がある。しかし、空隙間隔を大きくとると、固定電極とミラー部との距離が増加し、駆動電圧が著しく増加してしまう。逆に低電圧化を図るには空隙間隔を短くし、ミラー部の偏向角を抑える必要があり、こうして駆動電圧の低減化と大偏向角化は合い矛盾する要求であった。

これに対して、別の小型の光偏向器として、図１４に示す様に、可動ミラー（可動板）上に可動櫛型電極を形成し、これと互いに間隔を置いて噛み合う様に固定櫛型電極を上下に配置し、可動櫛型電極と固定櫛型電極との間に上下に引き合うような静電引力を生じさせ、可動ミラーを偏向させるものがある（特許文献１参照）。この構成の光偏向器は、電極間の距離が狭く構成できるため、駆動電圧を低くすることが可能となる。また、トーションバーに対しては、ねじり方向以外の変位（上下、左右の変位）を抑えることが可能なため、軸ズレを低減できる。また、非共振駆動においては、トーションバーを柔らかくすることが低電圧での駆動において重要となるが、この構成においては、上下に引き合うような静電引力を生じさせるので、トーションバーを柔らかくすることが可能である。
IBM J.RES. DEVELOP.,VOL.24,NO5,9,1980.P631-637 特開平２００３−２４１１３４号公報

この様な可動櫛型電極と固定櫛型電極との間のアライメントは非常に高精度に行う必要がある。しかしながら、上記の構成においては、ミラー（可動板）上に形成される可動櫛型電極と、その上下に配置される固定櫛型電極を別々に形成しているため、個々の基板に形成される櫛型電極同士のアライメントが相当に難しく、それ相応に生産コストがかかる。

上記課題に鑑み、本発明の揺動体装置は、可動板と、可動板を支持基板に対して揺動可能に軸支する少なくとも１つのトーションバーなどの軸支部と、可動板から延びる第一の可動櫛歯状構造体と、第一の可動櫛歯状構造体上に設けられる接続層と、接続層を介して第一の可動櫛歯状構造体に接合され且つ第一の可動櫛歯状構造体とほぼ同じ方向に延びる第二の可動櫛歯状構造体と、第一の可動櫛歯状構造体と隔間して噛み合わさる位置に配置される第一の固定櫛歯状構造体と、第二の可動櫛歯状構造体と隔間して噛み合わさる位置に配置される第二の固定櫛歯状構造体と、第一の可動櫛歯状構造体と第一の固定櫛歯状構造体、または第二の可動櫛歯状構造体と第二の固定櫛歯状構造体との間に静電力を働かせて可動板を揺動・変位させる静電駆動手段を備えることを特徴とする。

典型的には、前記軸支部はトーションバーであり、第一の可動櫛歯状構造体及び第二の可動櫛歯状構造体は、トーションバーの伸長方向に略直交する方向に延びるが、軸支部が片持ち梁式の形態で可動板を揺動可能に軸支して、軸支部のある側と反対側の可動板の端部から第一の可動櫛歯状構造体及び第二の可動櫛歯状構造体が片持ち梁式軸支部の伸長方向に略平行な方向に延びる如き形態も可能である。

また、上記課題に鑑み、本発明の揺動体装置の作製方法は、上記の如き構成を有し、可動板と軸支部と第一の可動櫛歯状構造体と第一の固定櫛歯状構造体が第一の共通基板から形成されて成り、第二の可動櫛歯状構造体と第二の固定櫛歯状構造体が第二の共通基板から形成されて成り、第一の共通基板と第二の共通基板段が接続層を介して接合されて位置決めされている揺動体装置の作製方法であって、可動板と軸支部と第一の可動櫛歯状構造体と第一の固定櫛歯状構造体を第一の共通基板からほぼ形成する第一の工程と、第二の可動櫛歯状構造体と第二の固定櫛歯状構造体を第二の共通基板からほぼ形成する第二の工程と、これら第一の共通基板と第二の共通基板を、第一の可動櫛歯状構造体と第二の可動櫛歯状構造体がそれぞれほぼ形成された側の面で、絶縁膜からなる接続層を介して接合する第三の工程を含むことを特徴とする。

また、上記課題に鑑み、本発明の光偏向器は、上記の揺動体装置の可動板上に反射鏡を形成して構成されていることを特徴とし、そして本発明の画像表示装置、画像形成装置などの光学機器は、この光偏向器、及び光偏向器に入射させる光を出射する光源を具備することを特徴とする。

上記構成を有する本発明の揺動体装置によれば、上記の如き本発明の作製方法を用いて作製できるので、比較的容易に、第一の可動櫛歯状構造体と第一の固定櫛歯状構造体を隔間して噛み合わさる位置に配置し、第二の可動櫛歯状構造体と第二の固定櫛歯状構造体を隔間して噛み合わさる位置に配置することができる。そして、第一の可動櫛歯状構造体と第一の固定櫛歯状構造体の組と、第二の可動櫛歯状構造体と第二の固定櫛歯状構造体の組の間には、必ずしも、高精度なアライメントを必要としない。つまり、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体を別々の基板に形成した場合に必要となるアライメント精度を要する組み立て工程が不要となる。

以下に、具体的な実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
（第一の実施例）
図１乃至図５と図１０を用いて、アクチュエーターないし揺動体装置に係る本発明の第一の実施例を説明する。図１は本実施例の構成を示す上面図、図２はその揺動体装置の構成を示す断面図、図３はその揺動体装置の駆動方法を説明する断面図、図４と図５は、本実施例の第一及び第二の可動櫛歯状構造体と、第一及び第二の固定櫛歯状構造体の作製工程を説明する断面図である。

本実施例の揺動体装置は、図１及び図２に示す様に、可動板１０２と、可動板１０２を支持基板１０５に対して揺動可能に軸支する２つのトーションバー１０１と、可動板１０２の両縁部からトーションバー１０１の伸長方向に略直交する方向に延びる第一の可動櫛歯状構造体１０４と、第一の可動櫛歯状構造体１０４と第一の固定櫛歯状構造体１１５、１１６上に形成される絶縁膜からなる接続層１１１と、接続層１１１上に形成され且つトーションバー１０１の伸長方向に略直交する方向に延びる第二の可動櫛歯状構造体１１２と、第一の可動櫛歯状構造体１０４と隔間して噛み合わさる位置にアライメントされて配置される第一の固定櫛歯状構造体１１５、１１６と（ここで、隔間して噛み合うとは、図１に示す様に、一方の櫛歯状構造体の前記略直交方向に延びる凹部の両壁からほぼ等距離だけ隔たって他方の櫛歯状構造体の前記略直交方向に延びる凸部が配される噛み合い関係を言う）、第二の可動櫛歯状構造体１１２と隔間して噛み合わさる位置にアライメントされて配置され、接続層１１１上に形成されている第二の固定櫛歯状構造体１１３、１１４と、第一の可動櫛歯状構造体１０４と第一の固定櫛歯状構造体１１５、１１６、または第二の可動櫛歯状構造体１１２と第二の固定櫛歯状構造体１１３、１１４との間に静電力を働かせて可動板１０２を揺動・変位させる静電駆動手段（第一の可動櫛歯状構造体１０４、第二の可動櫛歯状構造体１１２、第一の固定櫛歯状構造体１１５、１１６、第二の固定櫛歯状構造体１１３、１１４に配線するためのコンタクトパッド１０６〜１１０を除いて、不図示）と
を備えている。ここで、可動板１０２上に反射鏡を形成すれば光偏向器として構成される。この場合、アルミなどの金属で反射鏡を第二の可動櫛歯状構造体１１２までかかる様に形成すれば、第一の可動櫛歯状構造体１０４上に絶縁膜の接続層１１１を介して接合された第二の可動櫛歯状構造体１１２と第一の可動櫛歯状構造体１０４を電気的に一体にできる。

この実施例において、トーションバー１０１は、可動板１０２に対して、その中心部を通る一直線上にあって且つ可動板１０２の重心を両側で支持する様に位置する。また、トーションバー１０１は、固定端１０３で支持基板１０５に固定されている。トーションバー１０１は本実施例では２本あるが、１本であっても良い。後述する様に、これらのトーションバー１０１、可動板１０２、第一の可動櫛歯状構造体１０４及び第一の固定櫛歯状構造体１１５、１１６は第一の共通基板を除去加工して一体形成することができる。第一の共通基板には、例えば単結晶シリコン基板を用いることができ、支持基板１０５にパイレックス（登録商標）ガラス基板を用いてこれに陽極接合して固定できる。パイレックスガラス基板１０５上には、可動櫛歯状構造体や固定櫛歯状構造体に電圧を印加するための配線、コンタクトバッド１０６〜１１０などが形成され、可動板１０２の揺動運動に干渉しない様に貫通孔１２０が形成されている。

また、第一の可動櫛歯状構造体１０４上に接続層１１１を介して接合されている第二の可動櫛歯状構造体１１２、及び第一の固定櫛歯状構造体１１５、１１６上に接続層１１１を介して接合されている第二の固定櫛歯状構造体１１３、１１４も、第二の共通基板を除去加工して一体形成することができる。この共通基板としても、例えば単結晶シリコン基板を用いることができる。第二の可動櫛歯状構造体１１２は金属薄膜層（不図示）で可動板１０２と電気的に接続されていて、したがって第一の可動櫛歯状構造体１０４と電気的に接続されている。金属薄膜層としては、例えば、蒸着で成膜されるアルミでもよく、本実施例の揺動体装置を光偏向器として用いる場合には、上記の如く金属薄膜層は、可動板上の反射鏡としての機能を兼ねられる。

また、固定櫛歯状構造体１１３〜１１６は、第一及び第二の可動櫛歯状構造体１０４、１１２が揺動して傾くときに、いずれか一方と噛み合うような位置に配置される。上記した様に、固定櫛歯状構造体１１３〜１１６は、それぞれ、それと噛み合う可動櫛歯状構造体１０４、１１２と同一の単結晶シリコン基板を除去加工して形成することができる。勿論、第一及び第二の可動櫛歯状構造体１０４、１１２と固定櫛歯状構造体１１３〜１１６とは電気的な接続はない。また、固定櫛歯状構造体１１３〜１１６は、それぞれ、絶縁層からなる接続層１１１の存在により、電気的に絶縁されている。

この構成の揺動体装置において、可動板１０２と第二の可動櫛歯状構造体１１２が金属薄膜層で接続し、また可動板１０２と第一の可動櫛歯状構造体１０４とは共通基板を除去加工して一体形成されているため、上述した様に、第一の可動櫛歯状構造体１０４と第二の可動櫛歯状構造体１１２は電気的に接続している。したがって、固定櫛歯状構造体１１３、１１６に正のバイアス電圧を加え、固定櫛歯状構造体１１４、１１５に負のバイアス電圧を加え、可動櫛歯状構造体１０４、１１２に、例えば、図１０に示す様なノコギリ波の駆動電圧を加えると、図３に示す様に、第一及び第二の可動櫛歯状構造体１０４、１１２は、固定櫛歯状構造体１１３と１１６、１１４と１１５に交互に静電引力によって引き付けられ、変位角の応答波形も印加電圧波形と同様のノコギリ波となる（図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の状態１〜３は図１０（ｂ）の状態１〜３と一致）。これにより、可動板１０２はトーションバー１０１を回転軸として揺動運動する。

この際、第二の可動櫛歯状構造体１１２と第二の固定櫛歯状構造体１１３、１１４及び第一の可動櫛歯状構造体１０４と第一の固定櫛歯状構造体１１５、１１６は、それぞれ、噛み合う様に正確にアライメントされているが、第二の可動櫛歯状構造体１１２と第一の固定櫛歯状構造体１１５、１１６及び第一の可動櫛歯状構造体１０４と第二の固定櫛歯状構造体１１３、１１４は必ずしも正確にアライメントされていないので、第一及び第二の可動櫛歯状構造体１０４、１１２の両方が固定櫛歯状構造体１１３と１１６、１１４と１１５と噛み合う揺動運動ではなく、第一及び第二の可動櫛歯状構造体１０４、１１２の片方のみが固定櫛歯状構造体１１３と１１６、１１４と１１５と噛み合う揺動運動が行われる。図３はこの揺動運動の様子を示している。ただし、第二の可動櫛歯状構造体１１２と第一の固定櫛歯状構造体１１５、１１６及び第一の可動櫛歯状構造体１０４と第二の固定櫛歯状構造体１１３、１１４も正確にアライメントされているのなら、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体が深く噛み合う揺動運動も可能となる。

第一及び第二の可動櫛歯状構造体１０４、１１２、第一の固定櫛歯状構造体１１５、１１６、第二の固定櫛歯状構造体１１３、１１４へのバイアス電圧の加え方は、上記の方法に限られず、トーションバー１０１を回転軸とする可動板１０２の揺動運動を可能とする限り、種々の方法が可能である。また、可動櫛歯状構造体１０４、１１２と固定櫛歯状構造体１１５、１１６、１１３、１１４の少なくとも１つの組が、可動板１０２の揺動・変位に伴って変化するそれらの間の静電容量を検出するための静電容量検出手段を兼ねることもできる。これにより、可動板１０２の変位角の情報を検出でき、この角変位情報をもとにフィードバック制御することで可動板１０２の変位角を高精度に制御できる。この場合、静電容量の変化の差動検出も可能である。

ここで、第一及び第二の可動櫛歯状構造体と、第一及び第二の固定櫛歯状構造体の作製工程の一例を図４と図５に沿って説明する。まず、共通基板１から、第一の可動櫛歯状構造体１０４と第一の固定櫛歯状構造体１１５、１１６を形成する作製工程を説明する。共通基板１には、厚さ２００μｍの単結晶シリコンを用い、基板の表面には、酸化膜からなる第一の可動櫛歯状構造体用のマスク５０１、第一の固定櫛歯状構造体用のマスク５０２がフォトリソグラフィーとエッチングにより形成される。可動櫛歯状構造体用のマスク５０１の厚みは１．５μｍ、固定櫛歯状構造体用のマスク５０２の厚みは０．５μｍである。また、共通基板１の裏面には、第一の固定櫛歯状構造体用のマスク５０２にほぼ対応して、酸化膜からなるマスク５０５が形成される。マスク５０５の厚みは１．５μｍである。（図４（１-a））

次に、ICP-RIEを用いて共通基板１を表面から厚さ方向へ８０μｍエッチングする（図４（１-b））。続いて、固定櫛歯状構造体用のマスク５０２を除去する（図４（１-c））。除去する方法としては高速原子線エッチングを用いても良い。このとき同じ酸化膜からなるマスク５０１の厚みも減少するが、除去前の厚みに差を設けておくことで、マスク５０１を残してマスク５０２を除去することができる。

次に、ICP-RIEを用いて共通基板１を表面から更に７０μｍエッチングする（図４（１-d））。このエッチングにより、図２や図３で示す様な第一固定櫛歯状構造体１１３、１１４と第二の固定櫛歯状構造体１１５、１１６との間のギャップの半分が形成される。続いて、共通基板１の表面側に酸化膜５０３を形成する（図４（１-e））。この酸化膜５０３はプラズマTEOS−CVDを用いて成膜してもよい。続いて、共通基板１とパイレックスガラス基板５０４を陽極接合する（図４（１-f））。パイレックスガラス基板５０４には貫通孔５１４が設けられている。

次に、共通基板２から、第二の可動櫛歯状構造体１１２と第二の固定櫛歯状構造体１１３、１１４を形成する作製工程を説明する。共通基板２には、厚さ２００μｍの単結晶シリコンを用い、基板の表面には、酸化膜からなる第二の可動櫛歯状構造体用のマスク５０６、第二の固定櫛歯状構造体用のマスク５０７がフォトリソグラフィーとエッチングにより形成される。可動櫛歯状構造体用のマスク５０６の厚みは１．５μｍ、固定櫛歯状構造体用のマスク５０７の厚みは０．５μｍである。また、基板２の裏面には、第二の固定櫛歯状構造体用のマスク５０７にほぼ対応して、酸化膜からなるマスク５０８が形成される。マスク５０８の厚みは１．５μｍである。（図４（２-a））

次に、ICP-RIEを用いて共通基板２を表面から厚さ方向へ８０μｍエッチングする（図４（２-b））。続いて、固定櫛歯状構造体のマスク５０７を除去する（図４（２-c））。除去する方法としては高速原子線エッチングを用いても良い。このとき同じ酸化膜からなるマスク５０６の厚みも減少するが、除去前の厚みに差を設けておくことで、マスク５０６を残してマスク５０７を除去することができる。

次に、ICP-RIEを用いて共通基板２を表面から更に７０μｍエッチングする（図４（２-d））。このエッチングにより、図２や図３で示す様な第一固定櫛歯状構造体１１３、１１４と第二の固定櫛歯状構造体１１５、１１６との間のギャップの他の半分が形成される。続いて、マスク５０６を除去する（図４（２-e））。次に、表面側に絶縁材料の接着層５０９を形成する（図４（２-f））。

次に、上記工程で加工された共通基板１と共通基板２を接着層５０９で接着する（図５（３-a））。そして、共通基板１、２の裏面側（酸化膜からなるマスク５０８のある側と酸化膜からなるマスク５０５のある側）からICP-RIEを用いて、厚さ方向へ８０μｍエッチングする（図５（３-b））。これにより、第二の可動櫛歯状構造体５１１と第二の固定櫛歯状構造体５１３が切り離されて形成されると共に、第一の可動櫛歯状構造体５１０と第一の固定櫛歯状構造体５１２が、酸化膜５０３による接続部を除いて、切り離されて形成される。最後に、酸化膜５０３を除去する（図５（３-c））。酸化膜５０３を除去する方法としては、HFの蒸気を用いたドライプロセスを用いることができる。なお、上記工程において、共通基板１には、可動板１０２、トーションバー１０１、固定端１０３も適当なパターニングとエッチングにより並行的に形成される。また、可動板１０２上にミラーを形成する場合は、図５（３-c）の工程のところで行えばよい。

この作製方法では、第一の可動櫛歯状構造体５１０及び第二の可動櫛歯状構造体５１１は、それぞれ、それと隔間して噛み合う第一の固定櫛歯状構造体５１２及び第二の固定櫛歯状構造体５１３と共に、共通基板を除去加工して形成され、かつ可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体のアライメントは、初期のフォトリソグラフィーとエッチングで共通基板の表面に形成されるマスク５０１及びマスク５０２、マスク５０６及びマスク５０７により決定される。したがって、可動櫛歯状構造と固定櫛歯状構造体の形成後の両者間のアライメントを必要としない。また、共通基板１と共通基板２の接着には高精度なアライメントを必要としない（勿論、高精度なアライメントをしても構わなく、この場合には、可動櫛歯状構造と固定櫛歯状構造体が深く噛み合う様な揺動運動も可能となる）。つまり、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体を別々の基板に形成した場合に必要となるアライメント精度を要する組み立て工程が不要であり、生産が容易となる。また、固定櫛歯状構造体を第一及び第二の可動櫛歯状構造体を挟む様に配置し、可動櫛歯状構造体を上下に引き合う様に電位を与えることができる。これにより、トーションバーにねじり以外の変位（左右及び上下の変位）を与えることが抑えられる。したがって、トーションバーを柔らかく形成でき、低電圧で大きな角変位を可動板に生じさせることができる。また、大型のヨークなどを必要としないため構造を小型にできる。その様な小型の揺動体装置は、光偏向器、この光偏向器を用いた光学機器を提供するにあたり、その利点を発揮する。

（第二の実施例）
次に、第二の実施例の揺動体装置を図６乃至１０に沿って説明する。図６は本実施例の構成を示す上面図、図７はこの揺動体装置の断面図、図８は本実施例の揺動体装置の構成を示す分解上面図、図９と図１０は本実施例の揺動体装置の駆動方法を説明する図である。第二の実施例が第一の実施例と異なる点は、第一の実施例の様に可動櫛歯状構造体を可動板の縁部（トーションバーの伸長方向に略垂直な方向についての縁部）から伸ばして形成するのではなく、可動櫛歯状構造体をトーションバーに近接してその両側に配し、その伸長方向に略垂直な方向に伸ばして形成していることである。その他の点は第一の実施例と実質的に同じである。

本実施例でも、共通基板１として、厚さ２００μｍの単結晶シリコン基板を用い、この単結晶シリコン基板をＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて垂直エッチングすることにより、トーションバー６０１、トーションバー６０１と略平行な支持部６０３を有する可動板６０２、第一の可動櫛歯状構造体６０４、第一の可動櫛歯状構造体６０４と隔間して噛み合う固定櫛歯状構造体６０５、６０６を形成している（図８（ａ））。トーションバー６０１は固定端６０７で、コンタクトパッド（Ti/Pt）６０８〜６１２が形成されたパイレックスガラス基板６１３に陽極接合されている。同様に、固定櫛歯状構造体６０５、６０６もパイレックスガラス基板６１３に陽極接合されている。固定櫛歯状構造体６０５はコンタクトパッド６０９と、固定櫛歯状構造体６０６はコンタクトバッド６０８と、固定端６０７はコンタクトパッド６１０と陽極接合時にそれぞれ接触し、電気的にそれぞれ接続している。また、パイレックスガラス基板６１３の可動板６０２の直下に位置する個所には貫通孔６１４が設けてある。

他方、共通基板２としても、厚さ２００μｍの単結晶シリコン基板を用い、この単結晶シリコン基板をＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて垂直エッチングすることにより、第二の可動櫛歯状構造体６１５、第二の可動櫛歯状構造体６１５と隔間して噛み合う固定櫛歯状構造体６１６、６１７を形成している（図８（ｂ））。また、第二の可動櫛歯構造体６１５は、接続層６１８を介して第一の可動櫛歯状構造体６０４と可動板６０２上に配置されている。接続層６１８には絶縁体の酸化膜を用いている。固定櫛歯状構造体６１６はコンタクトパッド６１２と、固定櫛歯状構造体６１７はコンタクトパッド６１１とそれぞれワイヤーボンディング（不図示）で電気的に接続している。

可動板６０２と第二の可動櫛歯状構造体６１５はミラーなどの金属薄膜層（不図示）で接続し、また可動板６０２と第一の可動櫛歯状構造体６０４とは一体形成されているため、第一の可動櫛歯状構造体６０４と第二の可動櫛歯状構造体６１５は電気的に接続している。一方、各固定櫛歯状構造体間は電気的に絶縁されている。したがって、本実施例でも、固定櫛歯状構造体６０５、６１７に負のバイアス電圧、固定櫛歯状構造体６０６、６１６に正のバイアス電圧を加え、可動櫛歯状構造体６０４、６１５に、例えば、図１０に示すようなノコギリ波の駆動電圧を加えると、図９に示す様に、第一及び第二の可動櫛歯状構造体６０４、６１５は、それぞれ、固定櫛歯状構造体６０５と６１７、６０６と６１６に交互に静電引力によって引き付けられ、変位角の応答波形も印加電圧波形と同様のノコギリ波となる（図９の状態１〜３は図１０（ｂ）の状態１〜３と一致）。これにより、可動板６０２はトーションバー６０１を回転軸として揺動運動する。

本実施例の揺動体装置でも、大型のヨークなどを必要としないため小型にできる。また、第一及び第二の可動櫛歯状構造体は、それぞれ、それと隔間して噛み合う固定櫛歯状構造体と共に、共通基板を除去加工して形成されているため、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体とが干渉することはない。つまり、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体を別々の基板に形成した場合に必要となるアライメント精度を要する組み立て工程が不要である。また、固定櫛歯状構造体を第一及び第二の可動櫛歯状構造体を上下から挟む様に配置し、上下に引き合う様に電位を与えられるので、トーションバーにねじり以外の変位（左右及び上下の変位）を与えることが抑えられる。したがって、トーションバーを柔らかく形成でき、低電圧で大きな角変位を生じることができる。また、可動櫛歯状構造体が可動板の一部である支持体上に設けられており、可動板の変位角と可動櫛歯状構造体の変位角が略一致しており、単位変位角あたりの可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体との重なり面積の変化量が大きい。これにより、変位角あたりの可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体とで形成する静電容量の変化量が大きくなり、低電圧で大きな変位角を生じさせることが可能になる。これらは、第一の実施例の効果とほぼ同じである。

本実施例に特有の効果として、この構成の揺動体装置を共振駆動させる場合には、揺動体装置の慣性モーメントが、可動板の縁に可動櫛歯を形成した構成の場合よりも小さくできるので、可動板の角変位のスピードの高速化が可能である。また、非共振駆動においては、慣性モーメントが小さくできるので駆動波形に対する応答性が高くでき、変位角の応答波形を、急激に変化する部分を持つ三角波などにすることも可能である。

（第三実施例）
次に、第三実施例に係る光学機器について説明する。本実施例の光学機器では、上記実施例で説明した揺動体装置の可動板上の金属薄膜を反射鏡として用いた光偏向器を使用している。図１１は、光学機器として画像表示装置の場合を例として示す図である。

図１１において、１１０１は、図１などの光偏向器を偏向方向が互いに直交する様に２個配置した光偏向器群であり、この場合は、水平・垂直方向に入射光をラスタスキャンする光スキャナ装置として用いている。１１０２はレーザ光源である。１１０３はレンズ或いはレンズ群であり、１００４は書き込みレンズ又はレンズ群、１１０５は投影面である。レーザ光源１１０２から射出されたレーザ光は、光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、光偏向器群１１０１により２次元的に走査される。走査されたレーザ光は、書き込みレンズ１１０４を透過して投影面１１０５上に画像を形成する。これにより、大走査角を特徴とし且つ生産性が良く低消費電力の光スキャナ装置を実現できる。

（第四実施例）
図１２は、上記実施例で示した揺動体装置の可動板上の金属薄膜を反射鏡として用いた光偏向器を画像形成装置に用いた場合の第四実施例を示す図である。

図１２において、１２０１は図１などに示された光偏向器であり、この場合は、入射光を１次元に走査する光スキャナ装置として用いている。１２０２はレーザ光源である。１２０３はレンズ或いはレンズ群であり、１２０４は書き込みレンズ或いはレンズ群、１２０５は感光体である。レーザ光源１２０２から射出されたレーザ光は光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、光偏向器１２０１により１次元的に走査される。走査されたレーザ光は、書き込みレンズ１２０４により感光体１２０５上へ画像を形成する。感光体１２０５は図示しない帯電器により一様に帯電されており、この上に光を走査することにより静電潜像が形成される。そして、図示しない現像器により静電潜像の画像部分にトナー像が形成され、これを、例えば、図示しない用紙に転写・定着することで用紙上に可視像が形成される。これにより、大走査角を特徴とし且つ生産性が良く低消費電力の画像形成装置を実現できる。

本発明の揺動体装置の第一の実施例を示す上面図である。 本発明の揺動体装置の第一の実施例を示す断面図である。 本発明の揺動体装置の第一の実施例の駆動方法を説明する断面図である。 本発明の揺動体装置の第一の実施例の櫛歯状構造体の作製方法を説明する断面図である。 本発明の揺動体装置の第一の実施例の櫛歯状構造体の作製方法を説明する断面図である。 本発明の揺動体装置の第二の実施例を示す上面図である。 本発明の揺動体装置の第二の実施例を示す断面図である。 本発明の揺動体装置の第二の実施例の分解上面図である。 本発明の揺動体装置の第二の実施例の駆動方法を説明する断面図である。 本発明の揺動体装置の可動櫛歯状構造体への印加電圧と可動体の変位角変化を示す図である。 本発明の揺動体装置を光偏向器として用いた第三実施例に係る画像形成装置を示す図である。 本発明の揺動体装置を光偏向器として用いた第四実施例に係る画像形成装置を示す図である。 従来例を示す図である。 他の従来例を示す図である。

符号の説明

１０１、６０１ 軸支部（トーションバー）
１０２、６０２ 可動板
１０４、５１０、６０４ 第一の可動櫛歯状構造体
１０５、５０４、６１３ 支持基板
１１１、５０９、６１８ 接続層
１１２、５１１、６１５ 第二の可動櫛歯状構造体
１１３、１１４、５１３、６１６、６１７ 第二の固定櫛歯状構造体
１１５、１１６、５１２、６０５、６０６ 第一の固定櫛歯状構造体
６０３ 支持部
１１０１、１２０１ 光偏向器
１１０２、１２０２ 光源（レーザ）

Claims (10)

1. 可動板と、可動板を支持基板に対して揺動可能に軸支する少なくとも１つの軸支部と、可動板から延びる第一の可動櫛歯状構造体と、第一の可動櫛歯状構造体上に設けられる接続層と、接続層を介して第一の可動櫛歯状構造体に接合され且つ第一の可動櫛歯状構造体とほぼ同じ方向に延びる第二の可動櫛歯状構造体と、第一の可動櫛歯状構造体と隔間して噛み合わさる位置に配置される第一の固定櫛歯状構造体と、第二の可動櫛歯状構造体と隔間して噛み合わさる位置に配置される第二の固定櫛歯状構造体と、第一の可動櫛歯状構造体と第一の固定櫛歯状構造体、または第二の可動櫛歯状構造体と第二の固定櫛歯状構造体との間に静電力を働かせて可動板を揺動・変位させる静電駆動手段を備えることを特徴とする揺動体装置。
2. 前記軸支部はトーションバーであり、前記第一の可動櫛歯状構造体及び第二の可動櫛歯状構造体は、トーションバーの伸長方向に略直交する方向に延びる請求項１記載の揺動体装置。
3. 前記可動板と軸支部と第一の可動櫛歯状構造体と第一の固定櫛歯状構造体は第一の共通基板から形成されて成り、前記第二の可動櫛歯状構造体と第二の固定櫛歯状構造体は第二の共通基板から形成されて成り、第一の共通基板と第二の共通基板段は接続層を介して接合されて位置決めされている請求項１または２記載の揺動体装置。
4. 前記第一の可動櫛歯状構造体は、前記略直交する方向における可動板の縁部から延びている請求項２または３記載の揺動体装置。
5. 前記第一の可動櫛歯状構造体は、前記軸支部に近接してその伸長方向に略平行な方向に可動部から延びた支持部から延びている請求項２または３記載の揺動体装置。
6. 前記第一の可動櫛歯状構造体と第一の固定櫛歯状構造体の組と前記第二の可動櫛歯状構造体と第二の固定櫛歯状構造体の組の少なくとも一方が、可動板の揺動・変位に伴って変化するそれらの間の静電容量を検出するための静電容量検出手段を兼ねる請求項１乃至５のいずれかに記載の揺動体装置。
7. 請求項３記載の揺動体装置の作製方法であって、可動板と軸支部と第一の可動櫛歯状構造体と第一の固定櫛歯状構造体を第一の共通基板からほぼ形成する第一の工程と、第二の可動櫛歯状構造体と第二の固定櫛歯状構造体を第二の共通基板からほぼ形成する第二の工程と、これら第一の共通基板と第二の共通基板を、第一の可動櫛歯状構造体と第二の可動櫛歯状構造体がそれぞれほぼ形成された側の面で、絶縁膜からなる接続層を介して接合する第三の工程を含むことを特徴とする揺動体装置の作製方法。
8. 前記第一の工程において、第一の可動櫛歯状構造体と第一の固定櫛歯状構造体との前記隔間して噛み合うためのアライメントを、フォトリソグラフィーとエッチングで第一の共通基板の表面に形成するマスクにより行い、前記第二の工程において、第二の可動櫛歯状構造体と第二の固定櫛歯状構造体との前記隔間して噛み合うためのアライメントを、フォトリソグラフィーとエッチングで第二の共通基板の表面に形成するマスクにより行う請求項７記載の揺動体装置の作製方法。
   
9. 請求項１乃至６のいずれかに記載の揺動体装置の可動板上に反射鏡を形成して構成されていることを特徴とする光偏向器。
10. 請求項９記載の光偏向器、及び前記光偏向器に入射させる光を出射する光源を具備することを特徴とする光学機器。

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