JP2010113067A - Optical deflector array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の光偏向器が近接して一次元のアレイ状に配列された光偏向器アレイに関するものである。 The present invention relates to an optical deflector array in which a plurality of optical deflectors are arranged close to each other in a one-dimensional array.
光通信分野、映像分野等において、MEMS技術を応用した、光信号の経路を切り替えるための光スイッチが利用されている。光スイッチには光を偏向する光偏向器をアレイ化した光偏向器アレイが用いられる。光偏向器アレイは、例えば特許文献1に開示されている。この光偏向器アレイについて図13を用いて説明する。図13は、従来の光偏光器アレイ900の斜視構成を示す図である。
In the optical communication field, the video field, etc., an optical switch for switching the path of an optical signal using the MEMS technology is used. An optical deflector array in which optical deflectors for deflecting light are arrayed is used for the optical switch. An optical deflector array is disclosed in
支持部材921はある厚みをもった支柱状に形成されている。ジンバルフレーム908は支持部材上面の外周を囲うように、支持部材よりも薄い厚みで構成された枠状に形成されている。可動板903はジンバルフレーム908の外周を囲うように、支持部材921と同等な厚みで構成された枠状に形成されている。反射面905は可動板903の上面全面に形成されている。支持部材とジンバルフレーム908を連結しているヒンジ904はジンバルフレーム908をθy方向に傾斜可能となるように支持している。ジンバルフレーム908と可動板903を連結しているヒンジ902は可動板903をθx方向に傾斜可能となるように支持している。
The
駆動電極911乃至914は可動板903直下の対向領域内にのみ配置されており、1つの可動板903に対して4つの駆動電極911乃至914が形成されている。可動板903の可動部駆動電極(不図示)はGND電位に接続されており、4つの駆動電極911乃至914それぞれには独立に適切な電圧が印加される。可動板903と駆動電極911乃至914の間に生じる電位差により静電引力が発生し、その力によって可動板903が二軸(x軸、y軸)回りに傾斜される。この光偏向器901が近接して1列に配列された光偏向器アレイ900は可動板903同士の間隔が狭く形成されており、隣接する可動板903直下の駆動電極911乃至914同士の間隔も狭く形成されている。
The
同時に隣接する可動板903直下の駆動電極911乃至914間にはクロストーク対策のシールド壁(不図示)が配置されているため、1つの可動板903の対向位置に存在する駆動電極911乃至914は2つのシールド壁に挟まれた領域内に形成されることになる。
At the same time, a shield wall (not shown) for preventing crosstalk is disposed between the
しかしながら、特許文献1の光偏光器アレイ900では、可動部903をアレイの並び方向(x軸方向)と直交する軸(y軸)回りに傾斜せしめる駆動電極911乃至914がシールド壁に挟まれた限られた領域内に形成されるため、電極面積が狭くなり、駆動効率が悪いという課題を有する。
However, in the
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光偏向器の並び方向に直交する軸回りに可動部を傾斜せしめる駆動電極の電極面積を広くとれ、駆動効率を向上できる光偏光器アレイを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an optical polarizer array that can increase the electrode area of a drive electrode that inclines a movable portion around an axis orthogonal to the direction in which the optical deflectors are arranged, and can improve drive efficiency. The purpose is to provide.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の光偏向器が近接して1次元のアレイ状に配列された光偏向器アレイにおいて、支持部材と、可動部と、前記可動部の少なくとも一面に設けられた反射面と、前記可動部の前記反射面とは反対側の面に設けられている可動部対向電極と、前記支持部材と前記可動部に連結され、少なくともアレイ方向と直交する軸回りに前記可動部を傾斜可能に支持する少なくとも1対の弾性部材と、アレイ方向と直交する軸回りに前記可動部を傾斜せしめる第一の駆動電極と、前記第一の駆動電極ごとに印加する電圧を個別に制御する第一の電圧制御手段と、を有し、前記第一の駆動電極は、隣接する前記軸どうしの間で、かつ隣接する前記可動部にまたがるように形成され、前記第一の電圧制御手段は、前記可動部を傾斜させるときは、隣接する前記第一の駆動電極間に所定の電位差を付与することを特徴とする光偏向器アレイを提供できる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides an optical deflector array in which a plurality of optical deflectors are closely arranged in a one-dimensional array, a support member, a movable part, A reflection surface provided on at least one surface of the movable portion; a movable portion counter electrode provided on a surface opposite to the reflection surface of the movable portion; and the support member and the movable portion, At least one pair of elastic members that tiltably support the movable portion around an axis orthogonal to the array direction, a first drive electrode that tilts the movable portion around an axis orthogonal to the array direction, and the first First voltage control means for individually controlling a voltage to be applied to each drive electrode, and the first drive electrode extends between adjacent shafts and spans adjacent movable parts. Formed in the first voltage Control means, when tilting the movable part can provide an optical deflector array, wherein applying a predetermined potential difference between adjacent said first driving electrode.
また、本発明の好ましい態様によれば、アレイ状に配置された複数の前記光偏向器のうちの両端に位置する前記光偏向器の前記可動部について、前記両端に位置する前記可動部のうち隣接する前記可動部が存在しない側において、前記可動部対向電極に対向する領域に配置された第二の駆動電極を有し、前記第一の電圧制御手段は、前記第二の駆動電極に対して個別に電圧を印加し、前記第一の駆動電極と前記第二の駆動電極との間の電位差により、両端に位置する前記光偏向器の前記可動部を駆動することが望ましい。 Further, according to a preferred aspect of the present invention, the movable parts of the optical deflectors located at both ends of the plurality of optical deflectors arranged in an array are selected from the movable parts located at both ends. On the side where the adjacent movable part does not exist, it has a second drive electrode arranged in a region facing the movable part counter electrode, and the first voltage control means is provided with respect to the second drive electrode. It is desirable to individually apply a voltage and drive the movable parts of the optical deflectors located at both ends by a potential difference between the first drive electrode and the second drive electrode.
本発明の好ましい態様によれば、前記第一の駆動電極および/または前記第二の駆動電極は、アレイ方向と直交する方向の前記駆動電極の長さが、アレイ方向と直交する方向の前記可動部の長さよりも、長いことが望ましい。 According to a preferred aspect of the present invention, the first drive electrode and / or the second drive electrode is configured such that the length of the drive electrode in the direction perpendicular to the array direction is the movable in the direction perpendicular to the array direction. It is desirable that the length is longer than the length of the portion.
また、本発明の好ましい態様によれば、アレイ方向に沿った軸回りに前記可動部を傾斜せしめる第三の駆動電極と、前記第三の駆動電極ごとに印加する電圧を個別に制御する第二の電圧制御手段とを有することが望ましい。 According to a preferred aspect of the present invention, a third drive electrode for tilting the movable portion around an axis along the array direction and a second voltage for individually controlling the voltage applied to each of the third drive electrodes. It is desirable to have the voltage control means.
本発明にかかる光偏向器アレイによれば、隣接する可動部の軸どうしの間で、かつ隣接する可動部にまたがるように第一の駆動電極を設ける構成であるので、光偏向器の並び方向に直交する軸回りに可動部を傾斜せしめる駆動電極の電極面積を広くとることができ、駆動効率を改善できる。 According to the optical deflector array of the present invention, since the first drive electrode is provided between the axes of the adjacent movable parts and over the adjacent movable parts, the arrangement direction of the optical deflectors It is possible to increase the electrode area of the drive electrode that inclines the movable portion around an axis orthogonal to the drive axis, thereby improving the drive efficiency.
さらに、可動部を傾斜させるために、隣接する第一の駆動電極間に所定の電位差を第一の電圧制御手段により付与することにより、可動部の回転中心から離れた端部付近に大きな静電引力を発生させることで、可動部を傾斜するために利用できるトルクを大きくでき駆動効率を改善できるという効果を奏する。 Further, in order to incline the movable part, a predetermined potential difference is applied between the adjacent first drive electrodes by the first voltage control means, so that a large electrostatic force is generated near the end part away from the rotation center of the movable part. By generating the attractive force, it is possible to increase the torque that can be used to incline the movable part and improve the driving efficiency.
以下に、本発明にかかる実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
(第1の実施形態)
(構成)
本実施形態の光偏向器アレイ101の構成を、図1(a)、(b)を用いて説明する。図1(a)は光偏向器アレイ101の上面構成を示す図であり、図1(b)は図1(a)の 線A−A’に沿った断面構成を示す図である。図1(a)の座標系は図1(a)に示したように、紙面の左右方向をx軸、上下方向をy軸、奥行き方向をz軸と定義し、x軸回りの回転をθx、y軸回りの回転をθyと定義する。図1(b)の座標系は図1(b)に示したように、紙面の左右方向をx軸、上下方向をz軸、奥行き方向をy軸と定義する。
Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
(First embodiment)
(Constitution)
A configuration of the
図1(a)、(b)に示す本実施形態の光偏向器アレイ101は、光偏向器の可動部1乃至5がx軸方向(すなわち、アレイ方向)に1列に配列されることで構成されている。本実施形態の光偏向器については、互いに同一の形状及び構成であるので、図1(a)、(b)に示した可動部2とθy駆動電極b、cを中心に説明する。
In the
図1(b)に示す配線基板11は光偏向器アレイ101の底面をなしている板状の基板であり、外的要因によって変形することの無い剛性を有している(例えば充分な厚みを有する)。配線基板11は絶縁材料から形成されており、本実施の形態においてはガラス材料等で構成されている。更に配線基板11上にはθy駆動電極b乃至eが形成されている。配線基板11上にはさらに配線13が形成されており、θy駆動電極b乃至eは配線13を介して外部に設けられた電圧制御手段15と電気的に接続されている。
A
また、θy駆動電極b乃至eの形状は図1(a)に示すようにx軸方向に対して長い長方形をなしている。θy駆動電極b乃至eと配線13は同一材料から一体的に形成されており、例えばスパッタ等で成膜されたAlをパターニングして形成される。
なお、本明細書における第一の駆動電極は、本実施形態ではθy駆動電極b乃至eのことを指している。図1(b)に示すスペーサ17は、後述する可動部1乃至5とθy駆動電極b乃至eとの間のz軸方向の間隔を形成するために設けられており、配線基板11の外周に沿って形成されたフレーム形状を有している。
The shape of the θy drive electrodes b to e is a long rectangle with respect to the x-axis direction as shown in FIG. The θy drive electrodes b to e and the
In the present embodiment, the first drive electrode in this specification refers to the θy drive electrodes b to e. The
スペーサ17の材料は配線基板11等と熱膨張率が近い材料であることが望ましく、さらに導電性を有していることが望ましい。図1(b)に示すミラー基板19はスペーサ17上に形成された枠状の支持部材21と支持部材21内に設けられた可動部1乃至5と支持部材21に接続され各可動部1乃至5を少なくともθy方向に傾斜(回転)可能に支持するθyヒンジ23とからなっている。図1(a)に示すように一つの可動部1乃至5に対してy軸方向に一対のθyヒンジ23a、23b(23)が設けられており、1対のθyヒンジ23a、23bによって可動部1乃至5をθy方向に傾斜させることが出来る。なお、本明細書における弾性部材とは、本実施の形態ではθyヒンジ23を意味する。
The material of the
ミラー基板19は同一の導電体或いは半導体材料から一体的に形成されており、その材料は不純物を含んだシリコン等が望ましい。反射面25は可動部1乃至5の上面に設けられ、光通信分野において本光偏向器アレイ101を用いる場合には、Auに代表される近赤外光に対する反射率の高い金属で形成されることが望ましく、映像分野等において本光偏向器アレイ101を用いる場合には、可視光領域全域に対して高い反射率を有するAl等の金属で形成されることが望ましい。可動部1乃至5の反射面25とは反対側の面には、可動部対向電極26が設けられている。
The
本明細書において、光偏向器が近接して1次元に配列されたとは、隣接する可動部に設けられた反射面同士のx軸方向のフィルファクターが高い(隣り合う間隔が狭い)ことを意味している。 In this specification, the fact that the optical deflectors are closely arranged in a one-dimensional manner means that the fill factor in the x-axis direction between the reflecting surfaces provided in the adjacent movable parts is high (the adjacent interval is narrow). is doing.
図1(a)、(b)に示すようにθy駆動電極bは、可動部1のz軸方向において対向する対向位置を含み、かつ可動部1に隣接している可動部2のz軸方向において対向する対向位置をも含むように可動部1、2にまたがった位置に配置されている。θy駆動電極cは可動部2の対向位置を含み、かつ隣接している可動部3の対向位置をも含むように可動部2、3にまたがった位置に配置されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the θy drive electrode b includes an opposing position in the z-axis direction of the
つまり、θy駆動電極b(c)は隣接する可動部1、2(2、3)間にまたがった領域の対向位置に配置されており、可動部2の対向位置には2つのθy駆動電極b、cが配置されていることになる。同様に可動部3の対向位置にはθy駆動電極c、dが配置されており、可動部4の対向位置にはθy駆動電極d、eが配置されている。光偏向器アレイ101の端に位置している可動部1の対向位置には1つのθy駆動電極bのみ配置されている。同様に可動部5の対向位置には1つのθy駆動電極eのみ配置されている。以上のように、図1(a)、(b)に示した光偏向器アレイ101は、5つの可動部1乃至5ならびに4つのθy駆動電極b乃至eから構成されている。
In other words, the θy drive electrode b (c) is disposed at a position facing the region extending between the adjacent
それぞれの可動部1乃至5の可動部対向電極26は、θyヒンジ23、支持部材21、スペーサ17を介して、電圧制御手段15との間の配線(不図示)により、GND電位に接続されている。
本明細書におけるアレイの並び方向と直交する軸とは、本実施形態ではy軸のことを示しており、アレイの並び方向とは、本実施形態ではx軸のことを示している。また、本明細書における光偏向器とは、本実施形態では、反射面を有し傾斜可能に支持された可動部とその可動部の対向位置に1つもしくは2つのθy駆動電極が配置されているユニットのことを示している。
The movable
In this specification, the axis orthogonal to the array direction of the array indicates the y axis in the present embodiment, and the array direction of the array indicates the x axis in the present embodiment. In the present embodiment, the optical deflector in the present specification refers to a movable part having a reflecting surface and supported so as to be capable of tilting, and one or two θy drive electrodes are arranged at positions opposed to the movable part. It shows the unit that is.
(動作原理)
本実施形態の光偏向器アレイ101の動作原理を図2(a)、(b)を用いて説明する。図2(a)は、一の電圧印加パターンに対して可動部1乃至5が傾斜した様子の断面構成を示す図であり、図2(b)は、別の電圧印加パターンに対して可動部1乃至5が傾斜した様子の断面構成を示す図である。
図2(a)、(b)に示した光偏向器アレイ101では、可動部1乃至5の可動部対向電極26はGND電位に接続されている。θy駆動電極b、c、d、eには所定の電圧を個別に印加することが可能である。図2(a)に示すように、可動部2、3、4は、その可動部の対向位置を含む2つのθy駆動電極に印加された電圧によって発生した静電引力の差分によりθy方向に傾斜される。したがって2つのθy駆動電極の印加電圧が同じ場合にはその可動部の傾斜は起こらず、差がある場合のみ、大きな電圧値の方へ引き込まれるように傾斜する。
(Operating principle)
The operation principle of the
In the
なお、可動部1乃至5とθy駆動電極b乃至e間の間隔は可動部の傾斜を阻害しないように、可動部1乃至5が最大傾斜した際にz軸方向に変位する変位量の3倍以上であることが望ましい。
The distance between the
図2(a)では、各θy駆動電極b乃至eの電圧値がb = c < d = eとなるように印加した場合の各可動部1乃至5の傾斜を示した。可動部2は、その対向位置にあるθy駆動電極b、cの印加電圧が同じであるため傾斜していない。可動部3は、その対向位置にあるθy駆動電極c、dの印加電圧に差があり、かつθy駆動電極dの方が大きな電圧値であるため、θy駆動電極dの方へ傾斜している。可動部4は、その対向位置にあるθy駆動電極d、eの印加電圧が同じであるため傾斜していない。
FIG. 2A shows the inclination of the
また図2(b)のように各θy駆動電極b、c、d、eに階段状に電圧を印加すれば、可動部2、3、4を同一の方向へ傾斜することも可能となる。図2(b)では、各θy駆動電極の電圧値がb < c < d < eとなるように印加した場合の各可動部の傾斜を示した。可動部2、3、4の対向位置にあるθy駆動電極b乃至eについて、隣接する2つの駆動電極についてはいずれも、図の右側のθy駆動電極(例えば、θy駆動電極b、cについては、θy駆動電極c)の方が大きな電圧値を印加されているため、各可動部1乃至5を図の右側へ傾斜せしめる静電引力が発生している。よって、可動部2、3、4はいずれも、図の右側へ傾斜している。
Further, if a voltage is applied stepwise to each θy drive electrode b, c, d, e as shown in FIG. 2B, the
図2(b)の傾斜方法は、同一方向への傾斜が可能になるという長所を有しているが、階段状に電圧を印加するため最大電圧が大きくなる可能性があり、最大電圧が固定されている場合には傾斜角が小さくなる可能性がある。 The tilt method in FIG. 2 (b) has the advantage that tilting in the same direction is possible, but the maximum voltage may increase because the voltage is applied stepwise, and the maximum voltage is fixed. If it is, the tilt angle may be reduced.
図2(a)、(b)の場合にはアレイ両端の可動部1(5)の対向位置には、一つのθy駆動電極b(e)しか存在しないため、θy駆動電極bならびにeに電圧が印加されている状態においては、可動部1(5)はアレイの中央側に向かって傾斜しつづけることとなる。よって可動部1、5の傾斜角はアレイの中央側へ向かう場合には制御可能であるが、その反対側への傾斜は制御不可能となる。
In the case of FIGS. 2A and 2B, there is only one θy drive electrode b (e) at the opposite position of the movable portion 1 (5) at both ends of the array, so that a voltage is applied to the θy drive electrodes b and e. In the state where is applied, the movable portion 1 (5) continues to be inclined toward the center side of the array. Therefore, the inclination angle of the
次に図3(a)、(b)を用いて、本実施形態の電圧制御手段について説明する。図3(a)は一の電圧制御系を示すブロック図であり、図3(b)は他の電圧制御系を示すブロック図である。
図3(a)では、4個のθy駆動電極b、c、d、eそれぞれに対して、個々にアンプ31が接続されており、それらが1つのコントローラ41に接続されている。それぞれのアンプ31とコントローラ41との接続は配線43により繋がっている。コントローラ41が出力した電圧値が、各アンプ31によって増幅され、各θy駆動電極b、c、d、eへ印加電圧が印加されることになる。コントローラ41は各アンプ31に対して出力する電圧値を独立に設定でき、各アンプ31に対して同時に電圧を出力することも出来る。この場合の印加電圧はDC電圧でもAC電圧でも構わない。ただしAC電圧の場合は、AC電圧の周波数を、可動部1乃至5のθy傾斜方向に対する固有振動数よりも高く設定することが望ましい。
Next, the voltage control means of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3A is a block diagram showing one voltage control system, and FIG. 3B is a block diagram showing another voltage control system.
In FIG. 3A, an
図3(b)では、4個のθy駆動電極b、c、d、eそれぞれに対して、コンデンサ45等で形成された電圧保持手段47が個々に接続されており、それらがスイッチ49を介してアンプ51に接続され、アンプ51はコントローラ53に接続されている。
In FIG. 3B, voltage holding means 47 formed of a
ここで、電圧保持手段とは、電圧が印加されている状態が途切れた場合に、それまで印加されていた電圧がコンデンサ45によって駆動電極b、c、d、e側に一定時間閉じ込められ、電圧が保持される機構であると定義する。それぞれの電圧保持手段47とスイッチ49との接続は配線55により繋がっている。スイッチ49はコントローラ53から制御可能であり、スイッチ49とコントローラ53はスイッチ制御用配線57により繋がっている。
Here, the voltage holding means means that when the state in which the voltage is applied is interrupted, the voltage that has been applied so far is confined to the driving electrodes b, c, d, e by the
コントローラ53が出力した電圧値が、アンプ51によって増幅され、コントローラ53の制御によりスイッチ49が切り替わることによって選択されたθy駆動電極b、c、d、eへ印加電圧が印加される。各θy駆動電極b、c、d、eへの印加電圧はコントローラ53によって独立に設定でき、スイッチ49を制御して任意のθy駆動電極に印加することが可能である。各θy駆動電極b、c、d、eは電圧保持手段47を有しているため、スイッチ49が切り替わり電圧の供給が止まっても、θy駆動電極b、c、d、eに印加された電圧は一定時間保持されることとなり、可動部1乃至5は傾斜した状態を保つことになる。このように、スイッチ49の切り替えによって順次異なるθy駆動電極b、c、d、eが選択され、そのθy駆動電極b、c、d、eへ印加電圧が入力されることになる。電圧保持手段47によって電圧が保持されている時間内に、各駆動電極b、c、d、eに対して電圧の印加が再度行われる。この場合の印加電圧はDC電圧であることが望ましい。
The voltage value output from the
図3(a)、3(b)を比較した場合、図3(a)の電圧制御系は各駆動電極b、c、d、eに対して同時に電圧を印加できるため高速な制御が可能であるという長所を有しているが、駆動電極b、c、d、eの数と同数のアンプ31が必要になり高価になる可能性がある。図3(b) の電圧制御系は駆動電極b、c、d、eの数よりも少ない数のアンプ51で回路を形成できるという長所を有しているが、各駆動電極b、c、d、eに対して同時に電圧を印加できないため制御が遅くなるという可能性がある。
When comparing FIGS. 3A and 3B, the voltage control system of FIG. 3A can simultaneously apply a voltage to each of the drive electrodes b, c, d, and e, so that high-speed control is possible. Although it has an advantage, there is a possibility that the same number of
(作用・効果)
本実施形態の光偏向器アレイ101は、一列に近接して配列された静電駆動型の光偏向器から構成されている。ここで言う静電駆動を、図4(a)、(b)を用いて説明する。図4(a)は従来の静電駆動における静電引力発生のイメージを示す図であり、図4(b)は本実施の形態の静電駆動における静電引力発生のイメージを示す図である。
(Action / Effect)
The
静電駆動とは可動部の可動部対向電極とθy駆動電極とに異なる電圧を印加し、与えられた電位差によって発生する静電引力により、光偏向器が傾斜する駆動を指している。静電駆動の駆動しやすさは発生する静電引力と、可動部の回転中心からその引力の発生地点までの距離と、の積であるトルクによって決定される。 The electrostatic drive refers to a drive in which a different voltage is applied to the movable portion counter electrode and the θy drive electrode of the movable portion, and the optical deflector is tilted by an electrostatic attractive force generated by a given potential difference. The driveability of electrostatic drive is determined by the torque that is the product of the generated electrostatic attractive force and the distance from the center of rotation of the movable part to the point where the attractive force is generated.
ここで静電引力は図4に示すように対向する平板(例えば、図4(a)の71と72)の電極間で発生するが、図4(a)のように直線的な引力f1のみでなく、図4(b)のようにフリンジ効果と呼ばれる斜めの引力f2やまわり込む引力が発生する。つまり図4(b)に示したように可動部1、2の対向位置においてまたいで配置される駆動電極cを有する構造の場合には、可動部1、2の端部1a、2a付近には引力が集中し、回転中心1b、2b付近に比べ大きな引力が発生することとなる。
Here, the electrostatic attractive force is generated between the electrodes of the opposing flat plates (for example, 71 and 72 in FIG. 4A) as shown in FIG. 4, but only the linear attractive force f1 as shown in FIG. 4A. Instead, as shown in FIG. 4 (b), an oblique attractive force f2 called a fringe effect and a surrounding attractive force are generated. That is, as shown in FIG. 4B, in the case of the structure having the drive electrode c arranged across the position where the
よって図4(b)のような構成では、z軸方向に対して可動部1、2の端部1a、2aに対向し、かつまたぐようにθy駆動電極cが配置されていることから、可動部1、2の回転中心1b、2bから離れた端部1a、2a付近に大きな引力が発生することにより、可動部1、2が傾斜するために使われるトルク(力×距離)が大きくなるという作用が生じ、結果として駆動効率(単位電圧当りの傾斜角)が改善されるという効果を得ることが出来る。
Therefore, in the configuration as shown in FIG. 4B, the θy drive electrode c is disposed so as to face and straddle the
トルクは次式(1)で与えられる。
T=∫F(x)dx ・・・(1)
式(1)のTはトルクを示しており、F(x)は回転中心からの距離の関数として表した静電引力を示している。またdxは回転中心からの距離を示している。
なお、式(1)は図4に示したようなある断面(xz平面による断面)におけるトルクのみを表しているので、正確には図の奥行き(y軸)方向に対しても積分する必要がある。式(1)から、回転中心から離れた1a(2a)で大きな引力が発生する事で、トルクは引力の増分以上に大きくなる事がわかる。
The torque is given by the following equation (1).
T = ∫F (x) dx (1)
In Equation (1), T represents torque, and F (x) represents electrostatic attraction expressed as a function of distance from the center of rotation. Dx indicates the distance from the center of rotation.
Note that since the expression (1) represents only the torque in a certain cross section (cross section by the xz plane) as shown in FIG. 4, it is necessary to accurately integrate in the depth (y-axis) direction of the figure. is there. From formula (1), it can be seen that a large attractive force is generated at 1a (2a) away from the center of rotation, whereby the torque becomes larger than the increment of the attractive force.
また光偏向器が近接配列された光偏向器アレイは、ある可動部の可動部対向電極の対向位置に配置された駆動電極で発生する静電引力によって、隣接する別の可動部の傾斜角が変化する可能性があり、その変化は、可動部と隣接駆動電極との距離が近いほど大きく現れる。この現象を静電引力の干渉と呼ぶことにする。 In addition, an optical deflector array in which optical deflectors are arranged close to each other has an inclination angle of another adjacent movable part due to an electrostatic attraction generated by a drive electrode disposed at a position opposite to the movable part counter electrode of a certain movable part. There is a possibility that the change will occur, and the change becomes more significant as the distance between the movable part and the adjacent drive electrode is shorter. This phenomenon will be called electrostatic attraction interference.
上述の背景技術で説明したように、一般に光偏向器が近接配列された光偏向器アレイは、各可動部直下の対向領域に駆動電極を形成している。これはそれぞれの可動部の傾斜角を独立に制御するためである。特にアレイの並び方向に直交する方向を軸として可動部を傾斜せしめる駆動電極においては、一の可動部に隣接する別の可動部の対向位置にも駆動電極が存在するため駆動電極を形成できる面積が制限され、駆動効率が悪化するという欠点を有している。駆動効率を改善するために少しでも駆動電極を大きく形成したいが、駆動電極を大きくすると隣接する駆動電極との距離が縮まり、隣接する可動部の直下に設けられた駆動電極による静電引力と、一の可動部の直下に設けられた駆動電極による静電引力との干渉が発生しやすくなる可能性がある。これは可動部の直下に設けられた駆動電極のみにより、可動部を独立に精密に制御する場合には都合が悪い。そのため先行技術においては、隣接する可動部の直下に設けられた駆動電極は、両側の可動部の駆動電極からの干渉を防ぐために両側にシールド壁が設けられており、シールド壁が形成される面積によって、駆動電極を形成する面積が制限されている。 As described in the background art above, in an optical deflector array in which optical deflectors are generally arranged close to each other, a drive electrode is formed in an opposing region immediately below each movable part. This is to control the inclination angle of each movable part independently. In particular, in the drive electrode in which the movable part is inclined with respect to the direction orthogonal to the array direction, the drive electrode can be formed because the drive electrode is also present at a position opposite to another movable part adjacent to one movable part. However, the driving efficiency is deteriorated. In order to improve the driving efficiency, I want to make the driving electrode as large as possible, but when the driving electrode is enlarged, the distance between the adjacent driving electrode is reduced, and the electrostatic attractive force by the driving electrode provided immediately below the adjacent movable part, There is a possibility that interference with electrostatic attraction by a drive electrode provided immediately below one movable part is likely to occur. This is inconvenient when the movable part is controlled independently and precisely only by the drive electrode provided immediately below the movable part. Therefore, in the prior art, the drive electrode provided immediately below the adjacent movable part is provided with shield walls on both sides to prevent interference from the drive electrodes of the movable parts on both sides, and the area where the shield wall is formed Therefore, the area for forming the drive electrode is limited.
図2に示したように本実施の形態では、可動部1乃至5をθy方向に傾斜せしめるθy駆動電極b乃至eを隣接可動部にまたがった位置に配置している。たとえば可動部2はその対向位置に2つのθy駆動電極b、cを有することになり、それらの電位差によって傾斜角は制御され、隣接する可動部3もまたその対向位置に配置された2つのθy駆動電極c、dの電位差によって傾斜角が制御されている。つまり、図2においては近接配列された5個の可動部1、2、3、4、5に対して、隣接可動部間にまたがった対向位置にθy駆動電極b、c、d、eを配置する構成とし、4個のθy駆動電極b、c、d、eへの電圧制御により3個の可動部2、3、4のθy方向への傾斜を制御できるという効果を得ることが出来る。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, the θy drive electrodes b to e that incline the
さらに近接配列された5個の可動部1、2、3、4、5に対して、隣接可動部間にまたがった対向位置にθy駆動電極b、c、d、eを配置したという同様の構成により、可動部2、3、4には隣接するθy駆動電極同士による静電引力の干渉が発生しないという効果をも得ることが出来る。
Further, a similar configuration in which θy drive electrodes b, c, d, e are arranged at opposed positions across adjacent movable parts with respect to five
そして、y軸方向に対して可動部1乃至5の端部(例えば図4の1a、2a)を越えてθy駆動電極b、c、d、eが延在していることから、可動部1乃至5の回転中心(例えば、図4の1b、2b)から離れた端部(例えば、図4の1a、2a)付近に大きな引力が発生することにより、可動部1乃至5が傾斜するために使われるトルク(力×距離)が大きくなるという作用を有し、駆動効率(単位電圧当りの傾斜角)が改善されるという効果を得ることが出来る。
Since the θy drive electrodes b, c, d and e extend beyond the end portions (for example, 1a and 2a in FIG. 4) of the
なお、本実施形態ではθyヒンジ23をストレートバーで示したが、ミアンダ等の屈曲した形状の部材のように、可動部1乃至5を少なくともθyに傾斜可能に支持する弾性変形可能なものであれば良い。θyヒンジ23のxz平面に関する断面は長方形のみでなく、楕円や多角形でも良い。可動部1乃至5の上面形状は長方形のみでなく、楕円や多角形でもよい。
In this embodiment, the θy hinge 23 is shown as a straight bar. However, like the bent member such as meander, any one that can be elastically deformed to support the
可動部1乃至5のxz平面に関する断面形状は長方形のみでなく、楕円や多角形等の半導体製造プロセスで作製可能な形状であればよい。反射面25の形状は可動部1乃至5の上面形状と同等とするのみでなく、可動部1乃至5の上面形状とは異なる任意の形状をとることができる。反射面25の材質はAu、Alのみでなく、その他の金属や誘電膜等の所望の反射率を確保できる材質であればよい。θyヒンジ23の材料はSiに限らず、シリコン窒化物、ポリシリコン、ポリイミド等の弾性変形可能な材質であれば良い。
The cross-sectional shape of the
また、配線基板11は支持部材21の外周形状と同等な板状の部材として図示したが、もちろん支持部材21の外形形状と同等でなくともよく、可動部1乃至5の対向位置を含む領域に駆動電極b乃至eを配置できる形状であればよい。さらに、本実施形態では可動部1乃至5が五個並んだアレイとして図示したが、もちろん可動部の数は五個以上でも五個以下でもよい。支持部材21はアレイ外周を囲うように図示したが、θyヒンジ23の可動部1乃至5に連結されていない端部が支持部材21に固定できれば形状は問わない。θy駆動電極b乃至eの形状は長方形のみでなく、楕円や多角形等の半導体製造プロセスで作製可能な形状であればよい。
Further, although the
(変形例)
第1の実施形態の変形例を、図5(a)、(b)、図6(a)、(b)を用いて説明する。変形例は、第1の実施形態とほとんどの部分が同様であるため、ここでは異なる部分を中心に説明する。図5(a)は光偏向器アレイ201の上面構成を示す図であり、図5(b)は図5(a)の線A−A’に沿った断面構成を示す図である。図6(a)は一の電圧印加パターンに対する可動部1乃至5の傾斜の様子の断面構成を示す図であり、図6(b)は別の電圧印加パターンに対する可動部1乃至5の傾斜の様子の断面構成を示す図である。
(Modification)
The modification of 1st Embodiment is demonstrated using Fig.5 (a), (b), Fig.6 (a), (b). Since most of the modification is the same as that of the first embodiment, different parts will be mainly described here. FIG. 5A is a diagram illustrating a top surface configuration of the
図1に示す第1実施形態では、光偏向器アレイ101の両端に位置する可動部1、5に対して、隣接可動部が存在しない側にはθy駆動電極を設けなかったが、図5に示したように、本変形例では、アレイ両端に位置する可動部1、5の隣接可動部が存在しない側にもθy駆動電極b、dに隣接するθy駆動電極aおよびfが形成されている。すなわち、θy駆動電極aは、可動部1の隣接可動部が存在しない側の対向位置を含む領域の配線基板11上に配置されている。また、θy駆動電極fは可動部5の隣接可動部が存在しない側の対向位置を含む領域の配線基板11上に配置されている。本明細書において第二の駆動電極とは、本変形例ではθy駆動電極a、fを示し、θy駆動電極a、fは、θy駆動電極b、c、d、eと同じ電圧制御手段(第一の電圧制御手段)15で制御される駆動電極である。
In the first embodiment shown in FIG. 1, the θy drive electrode is not provided on the side where the adjacent movable part does not exist with respect to the
図6(a)では、各θy駆動電極の電圧値がa = b = c <d = e =fとなるように印加した場合の各可動部1乃至5の傾斜を示した。可動部1は、その対向位置にあるθy駆動電極a、bの印加電圧が同じであるため傾斜していない。可動部2は、その対向位置にあるθy駆動電極b、cの印加電圧が同じであるため傾斜していない。可動部3は、その対向位置にあるθy駆動電極c、dの印加電圧に差があり、かつθy駆動電極dの方が大きな電圧値であるため、θy駆動電極dの方へ傾斜している。可動部4は、その対向位置にあるθy駆動電極d、eの印加電圧が同じであるため傾斜していない。可動部5は、その対向位置にあるθy駆動電極e、fの印加電圧が同じであるため傾斜していない。
FIG. 6A shows the inclinations of the
また図6(b)のように各θy駆動電極a、b、c、d、e、fに階段状に電圧を印加すれば、可動部1、2、3、4、5を同一の方向へ傾斜することも可能となる。図6(b)では、各θy駆動電極の電圧値がa < b < c < d < e < fとなるように印加した場合の各可動部の傾斜を示した。可動部1、2、3、4、5の対向位置にある2つのθy駆動電極a、b、c、d、e、fはいずれも、図の右側のθy駆動電極の方が大きな電圧値を印加されているため、各可動部a、b、c、d、e、fを図の右側へ傾斜せしめる静電引力が発生している。よって、可動部1、2、3、4、5はいずれも、図の右側へ傾斜している。
Further, as shown in FIG. 6B, if a voltage is applied stepwise to each θy drive electrode a, b, c, d, e, f, the
さらに、各θy駆動電極a、b、c、d、e、fのy軸方向の電極長さが、可動部1、2、3、4、5のy軸方向の長さよりも長くなっている(図5(a)参照)。本明細書において第一の電圧制御手段により制御される駆動電極とは、本実施形態ではθy駆動電極a、b、c、d、e、fを示している。図2(a)、(b)では光偏向器アレイ101中の三個の可動部b、c、dしか制御できなかったが、変形例では光偏向器アレイ201の両端にθy駆動電極a、fを有する構成によって、五個全ての可動部1乃至5のθy方向の傾斜を制御可能となるという効果を得ることができる。
Furthermore, the electrode length in the y-axis direction of each θy drive electrode a, b, c, d, e, f is longer than the length in the y-axis direction of the
θy駆動電極のy軸方向長さが長く静電引力を発生させる面積が大きくなるという作用によって、さらなる駆動効率の改善という効果を得ることが出来る。
さらにθy駆動電極のy軸方向長さを長くするという構成によって、可動部に対するθy駆動電極のy軸方向への位置ズレに対する許容幅を大きくできるという効果を得ることが出来る。
The effect of further improving the driving efficiency can be obtained by the action that the y-axis direction length of the θy driving electrode is long and the area for generating the electrostatic attractive force is increased.
Further, the configuration in which the length of the θy drive electrode in the y-axis direction is increased can provide an effect that the allowable width for the positional deviation of the θy drive electrode with respect to the movable portion in the y-axis direction can be increased.
<第2の実施形態>
(構成)
第2の実施形態の第1の例及び第2の例を、図7(a)、(b)、図8(a)、(b)を用いて説明する。第2の実施形態は、第1の実施形態とほとんどの部分が同様であるため、ここでは異なる部分を中心に説明する。図7(a)はθy方向への駆動効率を優先した第2の実施形態の第1の例に係る光偏向器アレイ301の上面構成を示す図であり、図7(b)は図7(a)の線A−A’に沿った断面構成を示す図である。図8(a)はθx方向への駆動効率を優先した第2の実施形態の第2の例に係る光偏向器アレイ401の上面構成を示す図であり、図8(b)は図8(a)の線A−A’に沿った断面構成を示す図である。
<Second Embodiment>
(Constitution)
A first example and a second example of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 7A, 7B, 8A, and 8B. Since the second embodiment is almost the same as the first embodiment, only the different parts will be described here. FIG. 7A is a diagram illustrating a top surface configuration of the
図7に示した第1の例及び図8に示した第2の例はどちらもθx駆動電極61、63、65を有している。図7に示した第2の実施形態の第1の例では、θx駆動電極61、63、65は、θy駆動電極b、c、d、eを2つ備えた可動部2、3、4に対して、その可動部2、3、4の対向位置を含む領域の配線基板11上に形成された駆動電極であり、各可動部2、3、4のy軸方向に離間して上下に1対(61a、61b)ずつ設けられている。各θx駆動電極61、63、65は、図示しないが配線を介して外部に設けられたθy駆動電極b乃至e制御用の電圧制御手段15とは別の電圧制御手段(不図示)と電気的に接続されている。よってθx駆動電極61、63、65にはθy駆動電極b乃至eと異なる適切な電圧が供給されるため、θy駆動電極b乃至eと物理的に離れて形成される必要がある。またθyヒンジ69は可動部2乃至4がθy方向とθx方向へ傾斜しやすいように、屈曲したヒンジで形成されている。
Both the first example shown in FIG. 7 and the second example shown in FIG. 8 have θx drive
図7(a)に示すようにθx駆動電極61、63、65はy軸に対して長い長方形で形成されており、2つのθy駆動電極(bとc、cとd、dとeの間)に挟まれた領域に配置されている。
As shown in FIG. 7A, the θx drive
図8に示す第2の実施形態の第2の例は、図7に示した第2の実施形態の第1の例とは、θx駆動電極61、63、65およびθy駆動電極b、c、d、eの形状および配置が異なった形態を示している。図8(a)に示すようにθx駆動電極61、63、65はx軸に対して長い長方形で形成されており、x軸に対して長い長方形で形成されたθy駆動電極b、c、d、eを挟むように配置されている。
The second example of the second embodiment shown in FIG. 8 differs from the first example of the second embodiment shown in FIG. 7 with the θx drive
(動作原理)
第2の実施形態の第1及び第2の例のθy駆動電極b、c、d、eの動作原理に関しては、上述した第1の実施形態と同じである。よってθx駆動電極61、63、65の動作原理のみを説明する。θx駆動電極61、63、65もθy駆動電極b、c、d、e同様、θx駆動電極61、63、65毎に異なる電圧を印加し、隣り合うθx駆動電極61、63、65間に電位差を与えることで静電引力を発生させる静電駆動型の駆動を行うための駆動電極である。図7及び図8では可動部2、3、4それぞれに対して、その対向位置を含む領域にy軸方向上下に1つずつ1対のθx駆動電極61、63、65が配置されており、印加された電圧値により発生した静電引力の差分によりθx方向への傾斜が起こる。印加電圧はDC電圧でもAC電圧でも構わない。
(Operating principle)
The operation principle of the θy drive electrodes b, c, d, and e of the first and second examples of the second embodiment is the same as that of the first embodiment described above. Therefore, only the operation principle of the θx drive
(作用・効果)
第2の実施形態は、第1の実施形態で上述した作用・効果を有するのはもちろんのこと、さらに、θx駆動電極61、63、65が配置されたことにより、可動部2乃至4をθx方向へ傾斜するための静電引力を発生させられるという作用を有し、θx方向への傾斜も可能になるため、可動部2乃至4が二軸(x軸、y軸)方向に傾斜可能になるという効果を得ることが出来る。
(Action / Effect)
The second embodiment not only has the operations and effects described above in the first embodiment, but also has the θx drive
図7に示す第1の例では、θx駆動電極61、63、65のx軸方向の長さがy軸方向の長さよりも短い長方形で形成されているので、θy駆動電極61、63、65の可動部の直下のy軸方向の長さが大きく、つまり可動部直下のθy駆動電極の面積を大きく確保でき、θy方向への傾斜を効率よく行えるという効果を得ることが出来る。図8に示す第2の例では、θx駆動電極61、63、65のx軸方向の長さがy軸方向の長さよりも長い長方形で形成されているので、可動部直下のθx駆動電極の面積が大きく確保でき、θx方向への傾斜を効率よく行えるという効果を得ることが出来る。
In the first example shown in FIG. 7, the θx drive
なお、第2の実施形態のθyヒンジ69とθx駆動電極61、63、65以外の構成については、上述した第1の実施形態と同じである。θyヒンジ69は、屈曲ヒンジを用いたが、可動部1乃至5をθx方向とθy方向の二軸回りに傾斜可能に支持する弾性変形可能なものであれば良い。x駆動電極61、63、65は各可動部2乃至4に対して1対ずつ設けたが、もちろん各可動部に対して中心をずらした1つでもよい。θx駆動電極61、63、65のzx平面による断面は長方形のみでなく、楕円や多角形でもよい。
The configuration other than the θy hinge 69 and the θx drive
(変形例)
図7(a)、(b)に示した第2の実施形態の第1の例の変形例を図9(a)、(b)を用いて説明する。変形例は、第2の実施形態の第1の例とほとんどの部分が同様であるため、ここでは異なる部分を中心に説明する。
図9(a)は光偏向器アレイ501の上面構成を示す図であり、図9(b)は図9(a)の線A−A’に沿った断面構成を示す図である。
(Modification)
A modification of the first example of the second embodiment shown in FIGS. 7A and 7B will be described with reference to FIGS. 9A and 9B. Since most parts of the modification are the same as those of the first example of the second embodiment, different parts will be mainly described here.
FIG. 9A is a diagram showing a top surface configuration of the
図9(a)の座標系は図9(a)に示したように、紙面の左右方向をx軸、上下方向をy軸、奥行き方向をz軸と定義し、x軸回りの回転をθx、y軸回りの回転をθyと定義する。図9(b)の座標系は図9(b)に示したように、紙面の左右方向をx軸、上下方向をz軸、奥行き方向をy軸と定義する。 In the coordinate system of FIG. 9A, as shown in FIG. 9A, the horizontal direction of the page is defined as the x axis, the vertical direction is defined as the y axis, and the depth direction is defined as the z axis, and the rotation about the x axis is defined as θx. , Rotation around the y axis is defined as θy. In the coordinate system of FIG. 9B, as shown in FIG. 9B, the horizontal direction of the page is defined as the x axis, the vertical direction is defined as the z axis, and the depth direction is defined as the y axis.
本変形例では、光偏向器アレイ501の両端の可動部1、5の隣接可動部が存在しない側にもθy駆動電極aおよびfが形成されている。すなわち、θy駆動電極aは可動部1の隣接可動部が存在しない側のz方向についての対向位置を含む領域の配線基板11上に配置されている。また、θy駆動電極fは可動部5の隣接可動部が存在しない側の対向位置を含む領域の配線基板11上に配置されている。本明細書における第二の駆動電極とは、本実施形態ではθy駆動電極a、fを示し、θy駆動電極a、fはθy駆動電極b、c、d、eと同じ電圧制御手段15で制御される駆動電極である。
In this modification, the θy drive electrodes a and f are also formed on the side of the
さらに、各θy駆動電極a、b、c、d、e、fのy軸方向の電極長さが、可動部1乃至5のy軸方向の長さよりも長くなっている。
また、光偏向器アレイ501の両端の可動部1、5に対して、それぞれθx駆動電極60、66が形成されている。各θx駆動電極60、66は図示しないが配線を介して外部に設けられたθx駆動電極61、63、65制御用の電圧制御手段(不図示)と電気的に接続されている。よってθx駆動電極60、61、63、65、66にはθy駆動電極a乃至fと異なる適切な電圧が供給され、θx方向へ可動部1乃至5を傾斜させる構成である。
本明細書における第一の電圧制御手段により制御される駆動電極とは、本実施形態ではθy駆動電極a、b、c、d、e、fを示している。
Furthermore, the electrode length in the y-axis direction of each θy drive electrode a, b, c, d, e, f is longer than the length of the
Further, θx drive
In the present embodiment, the drive electrodes controlled by the first voltage control means in this specification indicate θy drive electrodes a, b, c, d, e, and f.
図7の光偏向器アレイ301では、三個の可動部2、3、4しかθy方向の制御ができなかったが、本変形例では光偏向器アレイ501の両端にθy駆動電極a、fとθx駆動電極60、66とを有する構成によって、五個全ての可動部1乃至5のθy方向及びθx方向の傾斜を制御可能となるという効果を得ることができる。
In the
また、本変形例では、θy駆動電極a乃至fのy軸方向長さが長く、静電引力を発生させる面積が大きくなるという構成によって、さらなる駆動効率の改善という効果を得ることが出来る。
さらにθy駆動電極a乃至fのy軸方向長さが長くなるという構成であるので、可動部1乃至5に対するθy駆動電極a乃至fのy軸方向への位置ズレに対する許容幅を大きくできるという効果を得ることが出来る。
Further, in this modified example, the configuration in which the y-axis direction length of the θy drive electrodes a to f is long and the area for generating the electrostatic attractive force is increased, and the effect of further improving the drive efficiency can be obtained.
Further, since the length of the θy drive electrodes a to f is increased in the y-axis direction, an effect of increasing the allowable width for the positional deviation of the θy drive electrodes a to f in the y-axis direction with respect to the
さらに、図7に示した第2の実施形態の第2の例でθx駆動電極61、63、65のx軸方向の長さがy軸方向の長さよりも長い長方形で形成されている場合に、x軸方向の長さを長くしていくと、隣接するθx駆動電極(例えば、61、63)同士で静電引力の干渉が引き起こり、隣接可動部のθx方向の傾斜角にクロストークが発生する。しかし、図9に示した第2の実施形態の第1例の変形例の場合、隣り合うθx駆動電極60、61、63、65、66の中間位置に存在しているθy駆動電極b乃至eと可動部1乃至5との間に電場が形成されるという作用を有するため、θx駆動電極同士のクロストークが低減されるという効果を得ることが出来る。
Further, in the second example of the second embodiment shown in FIG. 7, when the
<第3の実施形態>
(構成)
第3の実施形態の第1の例及び第2の例に係る光偏向器アレイを図10(a)、(b)、図11(a)、(b)を用いて説明する。第3の実施形態の第1の例及び第2の例に係る光偏向器アレイ601、701は、第2の実施形態の第1の例及び第2の例に係る光偏向器アレイ301、401とミラー基板以外はほとんどの部分が同様であるため、ここでは異なるミラー基板を中心に説明する。
<Third Embodiment>
(Constitution)
An optical deflector array according to the first and second examples of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 10 (a), 10 (b), 11 (a), and 11 (b). The
図10(a)はθy方向への駆動効率を優先した第3の実施形態の第1の例に係る光偏向器アレイ601の上面構成を示す図であり、図10(b)は図10(a)の線A-A’に沿った断面構成を示す図であり、図10(c)は図10(a)の線B-B’に沿った断面構成を示す図である。
図11(a)はθx方向への駆動効率を優先した第3の実施形態の第2の例に係る光偏向器アレイ701の上面構成を示す図であり、図11(b)は図11(a)の線A-A’に沿った断面構成を示す図である。
FIG. 10A is a diagram illustrating a top surface configuration of the
FIG. 11A is a diagram illustrating a top surface configuration of an
図10の光偏向器アレイ601及び図11の光偏向器アレイ701は上述した第2の実施形態の光偏向器アレイ301、401に対して、さらにθxヒンジ81ならびにジンバルフレーム83を有した構成となっている。なお、図10の第1の例の光偏向器601と図11の第2の例の光偏向器701とはミラー基板19の形状は同等であり、配線基板11上の形成されたθx駆動電極およびθy駆動電極の形状および配置のみが異なっている。
The
図10(b)及び図11(b)に示すミラー基板19は、スペーサ17上に形成された枠状の支持部材21と、支持部材21内に設けられた可動部1乃至5と、各可動部1乃至5の配線基板11に対向する板状部材91の外周を囲むように設けられた枠状のジンバルフレーム83と、支持部材21に接続され各ジンバルフレーム83を少なくともθy方向に傾斜可能に支持するθyヒンジ23と、ジンバルフレーム83に接続され各可動部1乃至5を少なくともθx方向に傾斜可能に支持するθxヒンジ81と、からなっている。θxヒンジ81ならびにジンバルフレーム83は、可動部1乃至5の板状部材91、θyヒンジ23、支持部材21と同一材料から一体的に形成されることが望ましい。また、ジンバルフレーム83の配線基板11に対向する面には、可動部対向電極(図示せず)が形成されており、GND電位に接続されている。同様に板状部材91の配線基板11に対向する面にも、可動部対向電極(図示せず)が形成されており、GND電位に接続されている。
A
図10(a)及び図11(a)に示すように可動部1乃至5に対してx軸方向にそれぞれ一対のθxヒンジ81a、81bが設けられており、1対のθxヒンジ81a、81bによって可動部1乃至5をθx方向に傾斜させることが出来る。また一つのジンバルフレーム83に対してy軸方向に一対のθyヒンジ23a、23bが設けられており、1対のθyヒンジ23a、23bによってジンバルフレーム83の傾斜を通して可動部1乃至5をθy方向に傾斜させることが出来る。なお、本明細書における弾性部材とは、本実施の形態ではθxヒンジ81ならびにθyヒンジ23を意味する。
As shown in FIGS. 10 (a) and 11 (a), a pair of θx hinges 81a and 81b are provided in the x-axis direction with respect to the
通常、ジンバルフレーム83を有する光偏向器は、θx方向ならびにθy方向の2軸傾斜可能な構造であるが、ジンバルフレーム83を付加した分だけ可動部1乃至5が小さくなるために可動部上に形成する反射面25が小さくなり、また反射面の間隔も広がるためにフィルファクターが低下してしまう。そこで図10(b)及び図11(b)に示すように、本実施形態の第1の例では、可動部1乃至5は、ジンバルフレーム83やθxヒンジ81と同じ層に形成された板状部材91と、その板状部材91の上に固定された支柱93と、さらにその支柱93の上に固定された別の板状部材95とから成るユニットであり、最上部に位置する板状部材95の上面全面に反射面25が形成されている。
Usually, the optical deflector having the
図10(a)及び図11(a)に示したように、このような可動部1乃至5の形状をとることによって、本実施形態の第1の例の光偏向器アレイ601及び第2の例の光偏向器アレイ701は、反射面25がジンバルフレーム83を覆い隠すような形状になり、フィルファクターを低下させることなくθx方向ならびにθy方向へ可動部1乃至5を傾斜可能とする構造を実現している。
図10に示した本実施形態の第1の例のθx駆動電極61、63、65ならびにθy駆動電極b乃至eの形状ならびに配置は、図7で示した第2の実施形態の第1の例と同様である。また図11に示した本実施形態の第2の例のθx駆動電極61、63、65ならびにθy駆動電極b乃至eの形状ならびに配置は図8で示した第2の実施形態の第2の例と同様である。
As shown in FIGS. 10A and 11A, by taking the shape of the
The shape and arrangement of the θx drive
(動作原理)
θx駆動電極61、63、65に関しては、上述した第2の実施形態と同様であるため、ここではθy駆動電極b乃至eについてのみ説明を行う。第3の実施形態のθy駆動電極b乃至eが第2の実施形態と同様に静電駆動型の駆動電極であることに変わりはなく、第2の実施形態と異なる点は静電引力を発生する箇所のみとなる。具体的には、上述してきた第1の実施形態ならびに第2の実施形態においては、θy駆動電極は可動部との間に生じる電位差により静電引力が発生していたが、本実施形態においては、θy駆動電極b乃至eとジンバルフレーム83に設けられた可動部対向電極(図示せず)との間に生じる電位差により静電引力を発生することとなる。
(Operating principle)
Since the θx drive
(作用・効果)
第3の実施形態の第1の例の光偏向器アレイ601及び第2の例の光偏向器アレイ701は、上述した第1の実施形態ならびに第2の実施形態の光偏向器アレイと同様の作用・効果を有することはもちろんのこと、さらにθxヒンジ81とジンバルフレーム83と大きな反射面25とを有することで、フィルファクターを低下させることなくθx、θy両方向へのねじり剛性を独立に設定できるという作用を有し、θx、θy両方向への駆動効率を改善できるという効果を得ることが出来る。
(Action / Effect)
The
さらに図10、11に示したようなθyヒンジ23が、支持部材21とジンバルフレーム83とをy軸方向に連結した場合には、θy駆動電極b乃至eとジンバルフレーム83との間に発生する静電引力は可動部1乃至5をθy方向に傾斜させる力として働くため、回転中心(θyヒンジ23)から遠い箇所に作用する大きな力による駆動力(図4(b))により、θy方向への駆動効率が改善されることとなる。
Further, the θy hinge 23 as shown in FIGS. 10 and 11 is generated between the θy drive electrodes b to e and the
なお、本実施形態ではθxヒンジ81をストレートバーとしたが、ミアンダ等の屈曲した形状のように、可動部1乃至5を少なくともθx方向に傾斜可能に支持する弾性変形可能なものであれば良い。また、同様にθyヒンジ23をストレートバーとしたが、ミアンダ等の屈曲した形状のように、ジンバルフレームを少なくともθy方向に傾斜可能に支持する弾性変形可能なものであれば良い。θxヒンジ81のxz面に沿った断面は長方形のみでなく、楕円や多角形でも良い。θyヒンジのxz面に沿った断面は長方形のみでなく、楕円や多角形でも良い。ジンバルフレーム83は四角い枠としたが楕円でも多角形でもよい。またU字等の枠状でない形状でもよい。
In the present embodiment, the θx hinge 81 is a straight bar. However, as long as it is elastically deformable to support the
(変形例)
図10(a)、(b)に示した第3の実施形態の第1の例の変形例を図12(a)、(b)を用いて説明する。本変形例は、第3の実施形態の第1の例とほとんどの部分が同様であるため、ここでは異なる部分を中心に説明する。
(Modification)
A modification of the first example of the third embodiment shown in FIGS. 10A and 10B will be described with reference to FIGS. Since this modification is almost the same as the first example of the third embodiment, only the different parts will be described here.
図12(a)は第3の実施形態の第1の例の変形例に係る光偏向器アレイ801の上面構成を示す図であり、図12(b)は図12(a)の線A-A’に沿った断面構成を示す図である。
FIG. 12A is a diagram showing a top surface configuration of an
本変形例では、光偏向器アレイ801の両端の可動部a、fの隣接可動部が存在しない(支持部材21)側にもθy駆動電極aおよびfが形成されている。すなわち、θy駆動電極aは可動部1の隣接可動部が存在しない側の対向位置を含む領域の配線基板11上に配置されている。また、θy駆動電極fは可動部5の隣接可動部が存在しない側の対向位置を含む領域の配線基板11上に配置されている。本明細書における第二の駆動電極とは、本変形例ではθy駆動電極a、fを示し、θy駆動電極a、fは、θy駆動電極b、c、d、eと同じ電圧制御手段15で制御される駆動電極である。
さらに、各θy駆動電極a、b、c、d、e、fのy軸方向の電極長さが、可動部1乃至5のy軸方向の長さよりも長くなっている。
In this modification, the θy drive electrodes a and f are also formed on the side where the movable portions a and f adjacent to the movable portions a and f at both ends of the
Furthermore, the electrode length in the y-axis direction of each θy drive electrode a, b, c, d, e, f is longer than the length of the
また、光偏向器アレイ801の両端の可動部1、5に対して、それぞれθx駆動電極60、66が形成されている。各θx駆動電極60、66は図示しないが配線を介して外部に設けられたθx駆動電極61、63、65制御用の電圧制御手段(不図示)と電気的に接続されている。よってθx駆動電極60、61、63、65、66にはθy駆動電極b乃至eと異なる適切な電圧が供給され、θx方向へ可動部1乃至5を傾斜させる構成である。
Further, θx drive
本明細書において、第一の電圧制御手段により制御される駆動電極とは、本実施形態ではθy駆動電極a、b、c、d、e、fを示している。
図10の第3の実施形態の第1の例では光偏向器アレイ601中の三個の可動部2乃至4しか制御できなかったが、本変形例によれば、光偏向器アレイ801の両端にθy駆動電極a、fとθx駆動電極60、66とを有するという構成によって、五個全ての可動部1乃至5のθy方向及びθx方向の傾斜を制御可能となるという効果を得ることができる。
In this specification, the drive electrodes controlled by the first voltage control means indicate the θy drive electrodes a, b, c, d, e, and f in this embodiment.
In the first example of the third embodiment in FIG. 10, only the three
第3の実施形態の第1の例と比較して、本変形例によれば、θy駆動電極のy軸方向長さが長く静電引力を発生させる面積が大きくなるという作用によって、さらなる駆動効率の改善という効果を得ることが出来る。さらにθy駆動電極のy軸方向長さが長くなるという作用によって、可動部1乃至5に対するθy駆動電極a乃至fのy軸方向への位置ズレに対する許容幅を大きくできるという効果を得ることが出来る。
Compared with the first example of the third embodiment, according to the present modification, the y-axis direction length of the θy drive electrode is long and the area for generating electrostatic attraction increases, thereby further increasing the driving efficiency. The effect of improvement can be obtained. Further, the effect that the length of the θy drive electrode in the y-axis direction becomes longer can provide an effect that the allowable width of the displacement of the θy drive electrodes a to f with respect to the
さらに、図7に示した第2の実施形態の第2の例でθx駆動電極61、63、65のx軸方向の長さがy軸方向の長さよりも長い長方形で形成されている場合に、x軸方向の長さを長くしていくと、隣接するθx駆動電極同士で静電引力の干渉が引き起こり、隣接可動部1乃至5のθx傾斜角にクロストークが発生するが、図12に示した本変形例の場合、θx駆動電極60、61、63、65、66間の中間位置に存在しているθy駆動電極b乃至eと可動部1乃至5との間に電場が形成されるという作用を有するため、θx駆動電極同士のクロストークが低減されるという効果を得ることが出来る。
Further, in the second example of the second embodiment shown in FIG. 7, when the
1、2、3、4、5 可動部
11 配線基板
13 配線
15 電圧制御手段(第一の電圧制御手段)
17 スペーサ
19 ミラー基板
21 支持部材
23 θyヒンジ(弾性部材)
25 反射面
26 可動部対向電極
45 コンデンサ
47 電圧保持手段
49 スイッチ
51 アンプ
53 コントローラ
55 配線
57 スイッチ制御用配線
60、61、63、65、66 θx駆動電極(第三の駆動電極)
69 θyヒンジ(弾性部材)
81 θxヒンジ(弾性部材)
83 ジンバルフレーム
101、201、301、401、501、601、701、801 光偏向器アレイ
a、f θy駆動電極(第二の駆動電極)
b、c、d、e θy駆動電極(第一の駆動電極)
1, 2, 3, 4, 5
17
25 Reflecting
69 θy hinge (elastic member)
81 θx hinge (elastic member)
83
b, c, d, e θy drive electrode (first drive electrode)
Claims (4)
支持部材と、
可動部と、
前記可動部の少なくとも一面に設けられた反射面と、
前記可動部の前記反射面とは反対側の面に設けられている可動部対向電極と、
前記支持部材と前記可動部に連結され、少なくともアレイ方向と直交する軸回りに前記可動部を傾斜可能に支持する少なくとも1対の弾性部材と、
アレイ方向と直交する軸回りに前記可動部を傾斜せしめる第一の駆動電極と、
前記第一の駆動電極ごとに印加する電圧を個別に制御する第一の電圧制御手段と、
を有し、
前記第一の駆動電極は、隣接する前記軸どうしの間で、かつ隣接する前記可動部にまたがるように形成され、
前記第一の電圧制御手段は、前記可動部を傾斜させるときは、隣接する前記第一の駆動電極間に所定の電位差を付与すること
を特徴とする光偏向器アレイ。 In an optical deflector array in which a plurality of optical deflectors are arranged close to each other in a one-dimensional array,
A support member;
Moving parts;
A reflective surface provided on at least one surface of the movable part;
A movable portion counter electrode provided on a surface of the movable portion opposite to the reflecting surface;
At least one pair of elastic members coupled to the support member and the movable portion and supporting the movable portion so as to be inclined at least about an axis orthogonal to the array direction;
A first drive electrode for inclining the movable part around an axis orthogonal to the array direction;
First voltage control means for individually controlling the voltage applied to each of the first drive electrodes;
Have
The first drive electrode is formed so as to straddle the adjacent movable parts between the adjacent shafts,
The first voltage control means provides a predetermined potential difference between the adjacent first drive electrodes when the movable portion is tilted, the optical deflector array.
前記両端に位置する前記可動部のうち隣接する前記可動部が存在しない側において、前記可動部対向電極に対向する領域に配置された第二の駆動電極を有し、
前記第一の電圧制御手段は、前記第二の駆動電極に対して個別に電圧を印加し、
前記第一の駆動電極と前記第二の駆動電極との間の電位差により、両端に位置する前記光偏向器の前記可動部を駆動すること
を特徴とする請求項1に記載の光偏向器アレイ。 About the movable part of the optical deflector located at both ends of the plurality of optical deflectors arranged in an array,
On the side where the adjacent movable part does not exist among the movable parts located at both ends, the second drive electrode disposed in a region facing the movable part counter electrode,
The first voltage control means individually applies a voltage to the second drive electrode,
2. The optical deflector array according to claim 1, wherein the movable portion of the optical deflector positioned at both ends is driven by a potential difference between the first drive electrode and the second drive electrode. 3. .
前記第三の駆動電極ごとに印加する電圧を個別に制御する第二の電圧制御手段と
を有することを特徴とする請求項1、2または3に記載の光偏向器アレイ。 A third drive electrode for inclining the movable part about an axis along the array direction;
4. The optical deflector array according to claim 1, further comprising second voltage control means for individually controlling a voltage applied to each of the third drive electrodes.
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JP2008284225A JP2010113067A (en) | 2008-11-05 | 2008-11-05 | Optical deflector array |
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JP2014021338A (en) * | 2012-07-19 | 2014-02-03 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Control method for optical signal selection device and optical signal selection device |
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-
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