JP2011064964A - Optical scanner - Google Patents

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Jun Mizuno
純 水野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical scanner equipped with a movable part capable of preventing the transmission of vibration to ambient members as much as possible. <P>SOLUTION: A square pyramid recessed part 203 is formed by an anisotropic etching. A square grill masking is applied on a wafer, and the anisotropic etching is performed by using KOH or tetramethyl ammonium hydroxide. The masked portion form a summit in the cross section of an isosceles trapezium in first and second projections 240, 250. The anisotropic etching corrodes the wafer in a diagonal direction from the masked portion. The inclined face of the isosceles trapezium recessed part 203 is formed by the corrosion. The angle between the long side of the isosceles trapezium and the inclined face of the square pyramid is approximately 54.7 degrees. In the square grill masking, the distance between the grills is so decided that the distance between a light reflection face 201 and a back face 202 becomes approximately 2 to 5 μm. Thus, a plurality of square pyramid recessed parts 203 line up as a grill on the back face 202. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電極間に生じる静電力により回動されて光を所望の方向に反射する光スキャナに関する。   The present invention relates to an optical scanner that is rotated by an electrostatic force generated between electrodes and reflects light in a desired direction.

可動部と固定部とを備え、可動部及び固定部から交互に突出する櫛歯状の電極を備える光スキャナが知られている。電極に電圧を印加すると、可動部の電極と固定部の電極との間に電位差が生じ、電位差が電極どうしの間に静電力を生じる。これにより、可動部は固定部に対して回動される。光スキャナの特性を調整するため、可動部を軽量化する種々の手段が知られている(特許文献1)。   There is known an optical scanner that includes a movable portion and a fixed portion, and includes comb-like electrodes that alternately protrude from the movable portion and the fixed portion. When a voltage is applied to the electrodes, a potential difference is generated between the movable portion electrode and the fixed portion electrode, and the potential difference generates an electrostatic force between the electrodes. Thereby, the movable part is rotated with respect to the fixed part. Various means for reducing the weight of the movable part in order to adjust the characteristics of the optical scanner are known (Patent Document 1).

特開2006−18250号公報JP 2006-18250 A

可動部と固定部との間に可動支持部をさらに設け、可動支持部が可動部を支持し、固定部が可動支持部を支持する。これにより固定部に対して二軸回りに可動部を回動自在とする場合、単に可動部を軽量化しただけでは、可動部の回動が可動支持部などの周辺部材に伝わることがある。このとき、周辺部材は可動部の回動により波打つように振動し、光スキャナの駆動効率が低下する。   A movable support part is further provided between the movable part and the fixed part, the movable support part supports the movable part, and the fixed part supports the movable support part. Accordingly, when the movable part is rotatable about two axes with respect to the fixed part, the rotation of the movable part may be transmitted to peripheral members such as the movable support part simply by reducing the weight of the movable part. At this time, the peripheral member vibrates so as to wave with the rotation of the movable portion, and the driving efficiency of the optical scanner decreases.

本発明は、この問題を鑑みてなされたものであり、周辺部材に振動が伝わることを極力防止可能な可動部を備える光スキャナを得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of this problem, and an object of the present invention is to obtain an optical scanner including a movable part capable of preventing vibrations from being transmitted to peripheral members as much as possible.

本願第1の発明による光スキャナは、平面である光反射面及び裏面を有し、第1の回動軸回りに回動する可動部と、裏面から一定の長さで突出し、長手方向が裏面に対して平行な直線上を延びる第1の突起と、裏面から一定の長さで突出し、長手方向が第1の突起と直角かつ裏面に対して平行な直線上を延びる第2の突起とを備え、第1の突起は、第1の突起の長手方向及び裏面に対して直角な平面における断面が等脚台形を成し、第2の突起は、第2の突起の長手方向及び裏面に対して直角な平面における断面が等脚台形を成し、複数の第1の突起が、等間隔かつ平行に裏面から突出し、複数の第2の突起が、等間隔かつ平行に裏面から突出することを特徴とする。   An optical scanner according to a first invention of the present application has a light reflecting surface and a back surface which are flat surfaces, a movable portion that rotates around a first rotation axis, and protrudes from the back surface with a certain length, and the longitudinal direction is the back surface. A first protrusion that extends on a straight line parallel to the first protrusion, and a second protrusion that protrudes from the back surface with a certain length and that extends in a straight line whose longitudinal direction is perpendicular to the first protrusion and parallel to the back surface. The first protrusion has an isosceles trapezoidal cross section in a plane perpendicular to the longitudinal direction and the back surface of the first protrusion, and the second protrusion corresponds to the longitudinal direction and the back surface of the second protrusion. A cross section in a plane perpendicular to each other forms an isosceles trapezoid, a plurality of first protrusions protrude from the back surface at equal intervals and in parallel, and a plurality of second protrusions protrude from the back surface at equal intervals and in parallel. Features.

第1の突起どうしの間隔と第2の突起どうしの間隔とが同じ長さであることが好ましい。   It is preferable that the distance between the first protrusions and the distance between the second protrusions are the same length.

本願第2の発明による光スキャナは、平面である光反射面及び裏面を有し、第1の回動軸回りに回動する可動部を備え、可動部は、裏面上に正方格子状のマスキングを設けた後、異方性エッチングすることにより形成される正四角錐状の複数の凹部を有し、複数の凹部は、格子状に裏面上に並べられることを特徴とする。   An optical scanner according to a second invention of the present application has a light reflecting surface and a back surface that are flat surfaces, and includes a movable portion that rotates around a first rotation axis, and the movable portion is masked in a square lattice pattern on the back surface. And a plurality of concave portions having a regular quadrangular pyramid shape formed by anisotropic etching, and the plurality of concave portions are arranged on the back surface in a lattice shape.

可動部の周囲に設けられる可動支持部と、可動支持部に対して第1の回動軸周りに回動自在となるように可動部を支持する第1の支持部と、可動支持部の周囲に設けられる固定部と、第1の回動軸と平行でない第2の回動軸周りに回動自在となるように固定部に対して可動支持部を支持する第2の支持部とをさらに備えることが好ましい。   A movable support portion provided around the movable portion, a first support portion that supports the movable portion so as to be rotatable around the first rotation axis with respect to the movable support portion, and a periphery of the movable support portion And a second support portion that supports the movable support portion with respect to the fixed portion so as to be rotatable around a second rotation axis that is not parallel to the first rotation axis. It is preferable to provide.

可動部は、板状の八角形であって、第1の回動軸に対して直角な2つの側面と、第1の回動軸に対して平行な2つの側面とを有し、第1の回動軸に対して平行な2つの側面から直角に突出する複数の第1の櫛歯電極を有し、第1の支持部は、第1の回動軸に対して直角な2つの側面の中央に接続され、可動支持部は、複数の第1の櫛歯電極に対して交互かつ平行に可動部に向けて突出する第2の櫛歯電極を有することが好ましい。   The movable portion is a plate-shaped octagon, and has two side surfaces perpendicular to the first rotation axis and two side surfaces parallel to the first rotation axis. A plurality of first comb-teeth electrodes projecting at right angles from two side surfaces parallel to the rotation axis of the first, and the first support portion has two side surfaces perpendicular to the first rotation axis It is preferable that the movable support part has a 2nd comb-tooth electrode which protrudes toward a movable part alternately and in parallel with respect to several 1st comb-tooth electrode.

可動支持部は、板状の八角形であって、可動部よりも大きい八角形の孔部を有し、孔部は、第1の回動軸に対して直角な2つの内側面と、第1の回動軸に対して平行な2つの内側面とを有し、第2の櫛歯電極は、第1の回動軸に対して平行な2つの内側面から直角に突出し、第1の支持部は、第1の回動軸に対して直角な2つの内側面の中央に接続され、可動支持部の外側面は、第1の回動軸に対して直角な2つの外側面と、第1の回動軸に対して平行な2つの外側面とを有し、第2の支持部は、第1の回動軸に対して平行な2つの外側面の中央から直角に突出し、第2の支持部から第2の回動軸に対して直角に突出する第3の櫛歯電極を有し、固定部は、複数の第3の櫛歯電極に対して交互かつ平行に第2の支持部に向けて突出する第4の櫛歯電極を有することが好ましい。   The movable support portion is a plate-shaped octagon, and has an octagonal hole portion larger than the movable portion, and the hole portion includes two inner surfaces perpendicular to the first rotation axis, And the second comb electrode protrudes at right angles from the two inner surfaces parallel to the first rotation axis, and the first comb electrode has the first inner surface parallel to the first rotation axis. The support part is connected to the center of two inner side surfaces perpendicular to the first rotation axis, and the outer side surface of the movable support part includes two outer side surfaces perpendicular to the first rotation axis; Two outer surfaces parallel to the first rotation axis, and the second support portion projects perpendicularly from the center of the two outer surfaces parallel to the first rotation axis, and The third comb electrode protrudes perpendicularly to the second rotation axis from the two support portions, and the fixing portion is arranged in parallel and alternately with the plurality of third comb electrodes. 4th projecting toward the support It is preferred to have teeth electrodes.

本発明によれば、周辺部材に振動が伝わることを極力防止可能な可動部を備える光スキャナを得る。   According to the present invention, an optical scanner including a movable part capable of preventing vibrations from being transmitted to peripheral members as much as possible is obtained.

光スキャナの背面斜視図である。It is a rear perspective view of an optical scanner. 可動部の一部正面図である。It is a partial front view of a movable part. 図2のIII−III線における可動部の一部断面図である。It is a partial cross section figure of the movable part in the III-III line of FIG. 可動部の背面の一部拡大断面図である。It is a partially expanded sectional view of the back surface of a movable part. 可動部中心からの距離と可動支持部の変位との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the distance from a movable part center, and the displacement of a movable support part.

以下、本発明による光スキャナ100について図を用いて説明する。   Hereinafter, an optical scanner 100 according to the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、静止状態における光スキャナ100の構成について、図1から4を用いて説明する。なお、図2のIV−IV線における可動部の一部断面形状は、図3に示す形状と同様である。   First, the configuration of the optical scanner 100 in a stationary state will be described with reference to FIGS. In addition, the partial cross-sectional shape of the movable part in the IV-IV line of FIG. 2 is the same as the shape shown in FIG.

光スキャナ100は、八角形の板である可動部200と、可動部200の周囲を取り囲むように設けられるジンバル部300とを有する。   The optical scanner 100 includes a movable part 200 that is an octagonal plate and a gimbal part 300 provided so as to surround the periphery of the movable part 200.

可動部200は、厚みを有する正八角柱であって、厚みは、正八角形の一辺の長さよりも極めて小さい。正八角柱の頂面は鏡面である光反射面201を成し、底面は裏面202を成す。光反射面201と裏面202との間の長さは約2から5μmである。正四角錐状の複数の凹部203が裏面202に形成される。   The movable part 200 is a regular octagonal prism having a thickness, and the thickness is extremely smaller than the length of one side of the regular octagon. The top surface of the regular octagonal prism forms a light reflecting surface 201 that is a mirror surface, and the bottom surface forms a back surface 202. The length between the light reflecting surface 201 and the back surface 202 is about 2 to 5 μm. A plurality of regular quadrangular pyramid-shaped recesses 203 are formed on the back surface 202.

ジンバル部300は、可動部200と同じ厚みを有する角筒である。角筒は厚さ方向に貫通する開口部310を有する。角筒の外縁301及び開口部310は八角形を成す。開口部310の中には可動部200が置かれる。   The gimbal part 300 is a square tube having the same thickness as the movable part 200. The square tube has an opening 310 that penetrates in the thickness direction. The outer edge 301 and the opening 310 of the rectangular tube form an octagon. The movable part 200 is placed in the opening 310.

可動部200は、第1のX方向支持軸211及び第2のX方向支持軸212により開口部310と接続される。第1のX方向支持軸211及び第2のX方向支持軸212は、第1の回動軸L上に設けられ、可動部200の側面の中央と、開口部310の側面の中央とに接続される。第1のX方向支持軸211が接続される可動部及び開口部310の側面と、第2のX方向支持軸212が接続される可動部及び開口部310の側面とは、互いに平行である。第1及び第2のX方向支持軸211、212が接続される可動部及び開口部310の側面は、第1の回動軸Lに対して直角である。   The movable unit 200 is connected to the opening 310 by the first X-direction support shaft 211 and the second X-direction support shaft 212. The first X-direction support shaft 211 and the second X-direction support shaft 212 are provided on the first rotation axis L, and are connected to the center of the side surface of the movable unit 200 and the center of the side surface of the opening 310. Is done. A side surface of the movable portion and the opening 310 to which the first X-direction support shaft 211 is connected and a side surface of the movable portion and the opening 310 to which the second X-direction support shaft 212 is connected are parallel to each other. The movable portion to which the first and second X-direction support shafts 211 and 212 are connected and the side surface of the opening 310 are perpendicular to the first rotation axis L.

第1の回動軸Lに対して平行である可動部200の側面から、第1及び第2の可動部側櫛歯電極221、222が直角に突出する。第1及び第2の可動部側櫛歯電極221、222は、複数の直方体から成り、一定の間隔を置いて並べられる。   From the side surface of the movable part 200 that is parallel to the first rotation axis L, the first and second movable part side comb electrodes 221 and 222 protrude at right angles. The 1st and 2nd movable part side comb-tooth electrodes 221 and 222 consist of a plurality of rectangular parallelepipeds, and are arranged at regular intervals.

第1の回動軸Lに対して平行である開口部310の側面から、第1及び第2のジンバル側櫛歯電極321、322が直角に突出する。第1及び第2のジンバル側櫛歯電極321、322は、複数の直方体から成り、第1及び第2の可動部側櫛歯電極221、222と交互になるように、一定の間隔を置いて並べられる。   The first and second gimbal side comb electrodes 321 and 322 protrude from the side surface of the opening 310 parallel to the first rotation axis L at a right angle. The first and second gimbal side comb-teeth electrodes 321 and 322 are composed of a plurality of rectangular parallelepipeds, and are spaced apart from each other so as to alternate with the first and second movable part side comb-teeth electrodes 221 and 222. Are lined up.

ジンバル部300は、第1のY方向支持軸311及び第2のY方向支持軸312により図示しない固定部と接続される。第1のY方向支持軸311及び第2のY方向支持軸312は、第1の回動軸Lに対して直角である第2の回動軸M上に設けられる。第1のY方向支持軸311は、ジンバル部300の1つの外側面の中央に接続され、第2のY方向支持軸312は、ジンバル部300の他の外側面の中央に接続される。第1のY方向支持軸311が接続される外側面は、第2のY方向支持軸312が接続される外側面と平行であると共に、第1の回動軸Lに対して平行である。第1のY方向支持軸311及び第2のY方向支持軸312は、弾性力を有する第1及び第2のヒンジ部331、332を介して固定部と接続される。   The gimbal part 300 is connected to a fixed part (not shown) by the first Y direction support shaft 311 and the second Y direction support shaft 312. The first Y-direction support shaft 311 and the second Y-direction support shaft 312 are provided on a second rotation axis M that is perpendicular to the first rotation axis L. The first Y-direction support shaft 311 is connected to the center of one outer surface of the gimbal portion 300, and the second Y-direction support shaft 312 is connected to the center of the other outer surface of the gimbal portion 300. The outer surface to which the first Y-direction support shaft 311 is connected is parallel to the outer surface to which the second Y-direction support shaft 312 is connected and is parallel to the first rotation axis L. The first Y-direction support shaft 311 and the second Y-direction support shaft 312 are connected to the fixed portion via first and second hinge portions 331 and 332 having elasticity.

以下、第1の回動軸Lが延びる方向をX軸、第2の回動軸Mが延びる方向をY軸、可動部200の厚さ方向をZ軸とする右手系座標を用いて説明する。   In the following, description will be made using right-handed coordinates where the direction in which the first rotation axis L extends is the X axis, the direction in which the second rotation axis M extends is the Y axis, and the thickness direction of the movable part 200 is the Z axis. .

第1のY方向支持軸311及び第2のY方向支持軸312から第2の回動軸Mに対して直角に、第1から第8の支持軸側櫛歯電極321−328が直角に突出する。第1から第4の支持軸側櫛歯電極321−328は、複数の直方体から成り、一定の間隔を置いて並べられる。   From the first Y-direction support shaft 311 and the second Y-direction support shaft 312, the first to eighth support shaft-side comb electrodes 321 to 328 protrude perpendicularly to the second rotation axis M. To do. The first to fourth support shaft side comb-teeth electrodes 321 to 328 are composed of a plurality of rectangular parallelepipeds, and are arranged at regular intervals.

第1のY方向支持軸311及び第2のY方向支持軸312に向けて固定部から図示しない第1から第8の固定部側櫛歯電極が直角に突出する。第1から第8の固定部側櫛歯電極は、複数の直方体から成り、第1から第8の支持軸側櫛歯電極321−328と交互になるように、一定の間隔を置いて並べられる。   The first to eighth fixed portion side comb-teeth electrodes (not shown) project at right angles from the fixed portion toward the first Y-direction support shaft 311 and the second Y-direction support shaft 312. The first to eighth fixed portion side comb-teeth electrodes are composed of a plurality of rectangular parallelepipeds, and are arranged at regular intervals so as to alternate with the first to eighth support shaft side comb-teeth electrodes 321 to 328. .

次に、裏面202の形状について説明する。   Next, the shape of the back surface 202 will be described.

裏面202には、第1及び第2の突起240、250が設けられる。第1及び第2の突起240、250は、裏面202から一定の長さで突出し、格子を形成する。   First and second protrusions 240 and 250 are provided on the back surface 202. The first and second protrusions 240 and 250 protrude from the back surface 202 with a certain length to form a lattice.

第1の突起240は、等脚台形形状を成す頂面241及び底面を有する角柱である。等脚台形の底辺を有する側面が裏面202に接続される。角柱の高さ方向、すなわち第1の突起240の長手方向は、裏面及び第1の回動軸Lに対して平行である。第1の突起240は複数であって、互いに等間隔かつ平行である。   The first protrusion 240 is a prism having a top surface 241 and a bottom surface that form an isosceles trapezoidal shape. A side surface having a base of an isosceles trapezoid is connected to the back surface 202. The height direction of the prism, that is, the longitudinal direction of the first protrusion 240 is parallel to the back surface and the first rotation axis L. There are a plurality of first protrusions 240 that are equidistant and parallel to each other.

第2の突起250は、第1の突起240と同形状の角柱である。等脚台形の底辺を成す側面が裏面202に接続される。角柱の高さ方向、すなわち第2の突起250の長手方向は、裏面及び第2の回動軸Mに対して平行である。つまり、第2の突起250の長手方向は、第1の突起240の長手方向と直角に交わる。第2の突起250は複数であって、互いに等間隔かつ平行である。また、第1の突起240どうしの間隔と第2の突起250どうしの間隔は、同じである。   The second protrusion 250 is a prism having the same shape as the first protrusion 240. The side surface forming the bottom of the isosceles trapezoid is connected to the back surface 202. The height direction of the prism, that is, the longitudinal direction of the second protrusion 250 is parallel to the back surface and the second rotation axis M. That is, the longitudinal direction of the second protrusion 250 intersects with the longitudinal direction of the first protrusion 240 at a right angle. There are a plurality of second protrusions 250 that are equidistant and parallel to each other. In addition, the interval between the first protrusions 240 and the interval between the second protrusions 250 are the same.

第1及び第2の突起240、250は、格子状に配された凸部を裏面202に形成し、第1の突起240と第2の突起250との間に正四角錐状の凹部203が形成される。   The first and second protrusions 240 and 250 form convex portions arranged in a lattice shape on the back surface 202, and a regular pyramid-shaped concave portion 203 is formed between the first protrusion 240 and the second protrusion 250. Is done.

正四角錐状の凹部203は、異方性エッチングにより形成される。ウェハ上に正方格子状のマスキングを施し、KOH、あるいは水酸化テトラメチルアンモニウムを用いてウェットエッチングの1つである異方性エッチングを行う。マスキングを施された部位が第1及び第2の突起240、250における等脚台形の断面において、頂辺を形成する。異方性エッチングは、マスキングされた部位から斜め方向にウェハを腐食させる。腐食により、正四角錐状の凹部203の斜面が形成される。等脚台形の長辺と正四角錐の斜面との角度は約54.7度である。正方格子状のマスキングにおいて、格子どうしの距離は、光反射面201と裏面202との間の長さが約2から5μmとなるように決定される。これにより、複数の正四角錐状の凹部203が格子状に裏面202上に並べられる。   The regular quadrangular pyramid-shaped recess 203 is formed by anisotropic etching. A square lattice masking is performed on the wafer, and anisotropic etching, which is one of wet etching, is performed using KOH or tetramethylammonium hydroxide. The masked portion forms the top side in the isosceles trapezoidal cross section of the first and second protrusions 240 and 250. Anisotropic etching corrodes the wafer in an oblique direction from the masked portion. Due to the corrosion, a slope of the concave portion 203 having a regular quadrangular pyramid shape is formed. The angle between the long side of the isosceles trapezoid and the slope of the regular quadrangular pyramid is about 54.7 degrees. In the square lattice masking, the distance between the lattices is determined so that the length between the light reflecting surface 201 and the back surface 202 is about 2 to 5 μm. Accordingly, a plurality of regular quadrangular pyramid-shaped recesses 203 are arranged on the back surface 202 in a lattice pattern.

他方、Deep RIEにより凹部203を形成する手法を採ることも考えられるが、Deep RIEによれば凹部は直方体状に形成される。このとき、凹部の底部を平滑に形成させることが困難であるため、可動部200全体において均一な重量分布及び強度分布を得ることができない。そのため、可動部200の共振周波数に個体差が生じる可能性がある。しかし、本実施形態によれば、Deep RIEによるエッチング手段よりも可動部200全体が均一な重量分布及び強度分布を得ることができるため、可動部200の共振周波数における個体差を抑えることができる。   On the other hand, although it is conceivable to adopt a method of forming the concave portion 203 by Deep RIE, the concave portion is formed in a rectangular parallelepiped shape by Deep RIE. At this time, since it is difficult to form the bottom of the concave portion smoothly, uniform weight distribution and strength distribution cannot be obtained in the entire movable portion 200. Therefore, individual differences may occur in the resonance frequency of the movable part 200. However, according to this embodiment, since the entire movable part 200 can obtain a uniform weight distribution and intensity distribution as compared with the etching means using Deep RIE, individual differences in the resonance frequency of the movable part 200 can be suppressed.

次に、光スキャナ100の動作について説明する。   Next, the operation of the optical scanner 100 will be described.

まず、可動部200の回動について説明する。   First, the rotation of the movable part 200 will be described.

図示しない電源装置により、第1及び第2の可動部側櫛歯電極221、222と第1及び第2のジンバル側櫛歯電極321、322との間に電位差が与えられると、第1及び第2の可動部側櫛歯電極221、222と第1及び第2のジンバル側櫛歯電極321、322との間には、静電力により互いに引き合う引力、すなわち静電引力が生じる。ここで、第1及び第2の可動部側櫛歯電極221、222と第1及び第2のジンバル側櫛歯電極321、322との間に静電引力が生じさせる駆動トルクTは、第1及び第2の可動部側櫛歯電極221、222と第1及び第2のジンバル側櫛歯電極321、322との間の電位差、すなわち光スキャナ100の駆動電圧に応じて増減する。可動部200が共振現象により共振周波数frで回動するように、駆動電圧が調整される。   When a potential difference is applied between the first and second movable part side comb electrodes 221 and 222 and the first and second gimbal side comb electrodes 321 and 322 by a power supply device (not shown), the first and second Between the two movable part side comb-teeth electrodes 221 and 222 and the first and second gimbal side comb-teeth electrodes 321 and 322, an attractive force, that is, an electrostatic attractive force is generated by electrostatic force. Here, the driving torque T that causes electrostatic attraction between the first and second movable part side comb electrodes 221 and 222 and the first and second gimbal side comb electrodes 321 and 322 is the first torque Further, it increases or decreases according to the potential difference between the second movable part side comb-tooth electrodes 221 and 222 and the first and second gimbal side comb-tooth electrodes 321 and 322, that is, the driving voltage of the optical scanner 100. The drive voltage is adjusted so that the movable part 200 rotates at the resonance frequency fr due to the resonance phenomenon.

そして、静電引力により第1及び第2のX方向支持軸211、212が捻れて、第1及び第2の可動部側櫛歯電極221、222が第1及び第2のジンバル側櫛歯電極321、322と重なりあう方向に移動する。これにより可動部200が第1及び第2のX方向支持軸211、212周り、つまり第1の回動軸回りに回動する。可動部200が回動すると、ジンバル部300に対する光反射面201の角度が変化し、光反射面201による反射光の射出方向が変化する。   Then, the first and second X-direction support shafts 211 and 212 are twisted by electrostatic attraction, and the first and second movable part side comb-teeth electrodes 221 and 222 become the first and second gimbal side comb-teeth electrodes. It moves in the direction that overlaps 321 and 322. As a result, the movable portion 200 rotates around the first and second X-direction support shafts 211 and 212, that is, around the first rotation shaft. When the movable part 200 rotates, the angle of the light reflecting surface 201 with respect to the gimbal part 300 changes, and the emission direction of the reflected light from the light reflecting surface 201 changes.

第1及び第2のX方向支持軸211、212回りに回動する可動部200の共振周波数frは、以下の式による。
fr=(1/2π)√(k/I) (1)
ここで、kはねじりバネ定数、Iは慣性モーメントである。この式を参照すると、共振周波数frは、ねじりバネ定数kと慣性モーメントIとにより決定されることがわかる。
The resonance frequency fr of the movable portion 200 that rotates about the first and second X-direction support shafts 211 and 212 is obtained by the following equation.
fr = (1 / 2π) √ (k / I) (1)
Here, k is a torsion spring constant, and I is a moment of inertia. Referring to this equation, it can be seen that the resonance frequency fr is determined by the torsion spring constant k and the moment of inertia I.

一方、光スキャナ100の駆動トルクTは以下の式による。
T=kθ (2)
ここで、kはねじりバネ定数、θは可動部200の振れ角度である。この式により、駆動トルクTが一定の場合、ねじりバネ定数kを小さくすると、振れ角度θが大きくなることがわかる。なお、光スキャナ100の駆動電圧を一定にしたとき、駆動トルクTが一定となる。
On the other hand, the driving torque T of the optical scanner 100 is based on the following equation.
T = kθ (2)
Here, k is a torsion spring constant, and θ is a swing angle of the movable part 200. From this equation, it can be seen that when the driving torque T is constant, the deflection angle θ increases as the torsion spring constant k is decreased. Note that when the driving voltage of the optical scanner 100 is constant, the driving torque T is constant.

式(1)から、共振周波数frを一定に保持しようとするとき、慣性モーメントIを小さくすれば、ねじりバネ定数kを小さくすることができる。ねじりバネ定数kを小さくすることができれば、式(2)より、振れ角度θを大きくすることができる。   From Equation (1), when the resonance frequency fr is to be kept constant, the torsion spring constant k can be reduced by reducing the moment of inertia I. If the torsion spring constant k can be reduced, the deflection angle θ can be increased from the equation (2).

ここで、可動部200の慣性モーメントIは一般に次式により求められる。
I=(a2+b2)・M/12 (3)
ここで、Mは可動部200の質量、aは可動部200の回動軸に対して直角方向に対する可動部200の長辺方向長さ、bは回動軸に対して直角方向に対する可動部200の短辺方向長さである。すなわち、慣性モーメントIは、回動軸からの距離と質量の積で表される。そのため、回動する部位の質量を軽くできれば、慣性モーメントIを小さくすることができる。
Here, the inertia moment I of the movable part 200 is generally obtained by the following equation.
I = (a2 + b2) · M / 12 (3)
Here, M is the mass of the movable part 200, a is the length of the long side direction of the movable part 200 with respect to the direction perpendicular to the rotational axis of the movable part 200, and b is the movable part 200 with respect to the direction perpendicular to the rotational axis. The length in the short side direction. That is, the moment of inertia I is represented by the product of the distance from the rotation axis and the mass. Therefore, if the mass of the rotating part can be reduced, the inertia moment I can be reduced.

本実施形態では、可動部200の裏面202に凹部203が形成されない場合と比較して、可動部200の質量が小さくなる。そのため、可動部200の慣性モーメントIが小さくなり、駆動電圧が等しい条件では従来と比較して共振周波数fr及び振れ角度θを大きくすることができる。すなわち、可動部200の共振周波数frは、裏面202に凹部203を形成しない場合、5.74kHzであるが、本実施形態によれば6.53kHzであり、約1kHz共振周波数を高くすることができる。   In the present embodiment, the mass of the movable portion 200 is smaller than when the concave portion 203 is not formed on the back surface 202 of the movable portion 200. Therefore, the inertia moment I of the movable part 200 is reduced, and the resonance frequency fr and the swing angle θ can be increased as compared with the conventional case under the condition where the drive voltage is equal. That is, the resonance frequency fr of the movable portion 200 is 5.74 kHz when the concave portion 203 is not formed on the back surface 202, but according to the present embodiment, it is 6.53 kHz, and the resonance frequency can be increased by about 1 kHz. .

次に、ジンバル部300の回動について説明する。   Next, rotation of the gimbal unit 300 will be described.

図示しない電源装置により、第1から第8の支持軸側櫛歯電極321−328と第1から第8の固定部側櫛歯電極との間に電位差が与えられると、第1から第8の支持軸側櫛歯電極321−328と第1から第8の固定部側櫛歯電極との間には、静電力により互いに引き合う引力、すなわち静電引力が生じる。この静電引力により、ジンバル部300は固定部に対して回動する。ここで、ジンバル部300は、共振現象を利用せずに第1から第8の支持軸側櫛歯電極321−328と第1から第8の固定部側櫛歯電極との間に生じる電位差のみにより回動する、すなわちDC駆動される。   When a potential difference is applied between the first to eighth support shaft side comb electrodes 321 to 328 and the first to eighth fixed portion side comb electrodes by a power supply device (not shown), the first to eighth An attractive force, that is, an electrostatic attractive force that is attracted to each other by an electrostatic force is generated between the support shaft side comb-tooth electrodes 321 to 328 and the first to eighth fixed portion side comb-tooth electrodes. Due to the electrostatic attractive force, the gimbal portion 300 rotates with respect to the fixed portion. Here, the gimbal portion 300 is configured so that only the potential difference generated between the first to eighth support shaft side comb electrodes 321 to 328 and the first to eighth fixed portion side comb electrodes without using the resonance phenomenon. , That is, DC driven.

可動部200が高周波数で回動する場合、可動部200の慣性質量によって生じた振動がジンバル部300に伝わることがある。これにより、ジンバル部300が波打つ、すなわちジンバル部300がZ軸方向に振動する。この振動は、可動部200の慣性質量によるものであるため、可動部200の慣性質量が減少すれば、低減することができる。   When the movable part 200 rotates at a high frequency, vibration generated by the inertial mass of the movable part 200 may be transmitted to the gimbal part 300. Thereby, the gimbal part 300 undulates, that is, the gimbal part 300 vibrates in the Z-axis direction. Since this vibration is due to the inertial mass of the movable part 200, it can be reduced if the inertial mass of the movable part 200 decreases.

図5を用いて、裏面202に凹部203を形成した場合と形成しない場合におけるジンバル部300の振動量、すなわちZ軸正方向における変位について説明する。図5は、最大Z軸方向変位を1μmとして可動部200を回動させたときのZ軸正方向におけるジンバル部300の変位を示す。   The amount of vibration of the gimbal portion 300 when the concave portion 203 is formed on the back surface 202 and when the concave portion 203 is not formed, that is, the displacement in the Z-axis positive direction will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the displacement of the gimbal part 300 in the positive Z-axis direction when the movable part 200 is rotated with the maximum displacement in the Z-axis direction being 1 μm.

図5において、光反射面201の中央からY軸正方向に750μm離れた位置は、可動部200と第2の可動部側櫛歯電極222との接合位置である。また、光反射面201の中央からY軸正方向に1600μm離れた位置は、ジンバル部300と第1のY方向支持軸311との接合位置である。そして、光反射面201の中央からY軸正方向に2300μm離れた位置は、第1のY方向支持軸311の最先端、つまり第2のY方向支持軸312と第2のヒンジ部332との接合部である。   In FIG. 5, the position away from the center of the light reflecting surface 201 by 750 μm in the positive Y-axis direction is the joining position of the movable part 200 and the second movable part side comb-teeth electrode 222. Further, the position 1600 μm away from the center of the light reflecting surface 201 in the Y-axis positive direction is a joint position between the gimbal portion 300 and the first Y-direction support shaft 311. The position 2300 μm away from the center of the light reflecting surface 201 in the Y-axis positive direction is the forefront of the first Y-direction support shaft 311, that is, the second Y-direction support shaft 312 and the second hinge portion 332. It is a junction.

第2のY方向支持軸312のZ軸正方向に対する変位は、ジンバル部300との接合位置において、裏面202に凹部203を形成しない場合、0.065μm変位する。一方、本実施形態によれば0.047μm変位する。   The displacement of the second Y-direction support shaft 312 with respect to the positive Z-axis direction is 0.065 μm when the concave portion 203 is not formed on the back surface 202 at the joint position with the gimbal portion 300. On the other hand, according to this embodiment, the displacement is 0.047 μm.

第2のY方向支持軸312のZ軸正方向に対する変位は、第2のヒンジ部332との接合位置において、裏面202に凹部203を形成しない場合、0.050μm変位する。一方、本実施形態によれば0.028μm変位する。   The displacement of the second Y-direction support shaft 312 with respect to the positive direction of the Z-axis is 0.050 μm when the concave portion 203 is not formed on the back surface 202 at the joint position with the second hinge portion 332. On the other hand, according to the present embodiment, the displacement is 0.028 μm.

すなわち、裏面202に凹部203を形成した場合、形成しない場合と比較して、可動部200の周辺部材における振動量、すなわちZ軸正方向における変位が減少する。   That is, when the concave portion 203 is formed on the back surface 202, the vibration amount in the peripheral member of the movable portion 200, that is, the displacement in the Z-axis positive direction is reduced as compared with the case where the concave portion 203 is not formed.

本実施形態によれば、ジンバル部300などの周辺部材に、可動部200の振動が伝わることを極力防止でき、これにより正確に光を反射できる。また、第1及び第2の突起240、250が格子状に配されるため、可動部200の強度を十分に確保することができる。これにより、回動による回動部の歪みを最小限に抑えて、所望の方向へ正確に光を反射することができる。   According to the present embodiment, it is possible to prevent the vibration of the movable part 200 from being transmitted to peripheral members such as the gimbal part 300 as much as possible, and thereby light can be accurately reflected. Further, since the first and second protrusions 240 and 250 are arranged in a lattice shape, the strength of the movable part 200 can be sufficiently ensured. Thereby, distortion of the rotation part by rotation can be suppressed to the minimum, and light can be accurately reflected in a desired direction.

なお、回動軸が2軸の光スキャナ100について説明したが、回動軸は2軸に限定されない。   Although the optical scanner 100 having two rotation axes has been described, the rotation axis is not limited to two axes.

また、異方性エッチングに用いられる薬剤は、KOH、あるいは水酸化テトラメチルアンモニウムに限定されない。   Moreover, the chemical | medical agent used for anisotropic etching is not limited to KOH or tetramethylammonium hydroxide.

100 光スキャナ
200 可動部
201 光反射面
202 裏面
203 凹部
211 第1のX方向支持軸
212 第2のX方向支持軸
221 第2の可動部側櫛歯電極
240 第1の突起
250 第2の突起
300 ジンバル部
310 開口部
311 第1のY方向支持軸
312 第2のY方向支持軸
L 第1の回動軸
M 第2の回動軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Optical scanner 200 Movable part 201 Light reflection surface 202 Back surface 203 Concave part 211 1st X direction support shaft 212 2nd X direction support shaft 221 2nd movable part side comb-tooth electrode 240 1st protrusion 250 2nd protrusion 300 Gimbal part 310 Opening part 311 1st Y direction support shaft 312 2nd Y direction support axis L 1st rotation axis M 2nd rotation axis

Claims (6)

平面である光反射面及び裏面を有し、第1の回動軸回りに回動する可動部と、
前記裏面から一定の長さで突出し、長手方向が前記裏面に対して平行な直線上を延びる第1の突起と、
前記裏面から一定の長さで突出し、長手方向が前記第1の突起と直角かつ前記裏面に対して平行な直線上を延びる第2の突起とを備え、
前記第1の突起は、前記第1の突起の長手方向及び前記裏面に対して直角な平面における断面が等脚台形を成し、
前記第2の突起は、前記第2の突起の長手方向及び前記裏面に対して直角な平面における断面が等脚台形を成し、
複数の前記第1の突起が、等間隔かつ平行に前記裏面から突出し、
複数の前記第2の突起が、等間隔かつ平行に前記裏面から突出する光スキャナ。
A movable portion that has a light reflecting surface and a back surface that are flat surfaces and rotates about a first rotation axis;
A first protrusion that protrudes from the back surface with a certain length, and whose longitudinal direction extends on a straight line parallel to the back surface;
A second protrusion that protrudes from the back surface with a certain length and that extends in a straight line whose longitudinal direction is perpendicular to the first protrusion and parallel to the back surface;
The first protrusion has an isosceles trapezoidal cross section in a plane perpendicular to the longitudinal direction and the back surface of the first protrusion,
The second protrusion has an isosceles trapezoidal cross section in a plane perpendicular to the longitudinal direction and the back surface of the second protrusion.
A plurality of the first protrusions protrude from the back surface at equal intervals and in parallel,
An optical scanner in which a plurality of the second protrusions protrude from the back surface at equal intervals and in parallel.
前記第1の突起どうしの間隔と前記第2の突起どうしの間隔とが同じ長さである請求項1に記載の光スキャナ。   The optical scanner according to claim 1, wherein an interval between the first protrusions and an interval between the second protrusions are the same length. 平面である光反射面及び裏面を有し、第1の回動軸回りに回動する可動部を備え、
前記可動部は、前記裏面上に正方格子状のマスキングを設けた後、異方性エッチングすることにより形成される正四角錐状の複数の凹部を有し、
前記複数の凹部は、格子状に前記裏面上に並べられる光スキャナ。
It has a light reflecting surface and a back surface that are flat surfaces, and includes a movable portion that rotates around a first rotation axis,
The movable part has a plurality of square quadrangular pyramid recesses formed by anisotropic etching after providing a square lattice masking on the back surface,
The plurality of recesses are optical scanners arranged on the back surface in a grid pattern.
前記可動部の周囲に設けられる可動支持部と、
前記可動支持部に対して前記第1の回動軸周りに回動自在となるように前記可動部を支持する第1の支持部と、
前記可動支持部の周囲に設けられる固定部と、
前記第1の回動軸と平行でない第2の回動軸周りに回動自在となるように前記固定部に対して前記可動支持部を支持する第2の支持部とをさらに備える請求項1又は3に記載の光スキャナ。
A movable support provided around the movable part;
A first support portion that supports the movable portion so as to be rotatable around the first rotation axis with respect to the movable support portion;
A fixed portion provided around the movable support portion;
2. A second support portion that supports the movable support portion with respect to the fixed portion so as to be rotatable around a second rotation shaft that is not parallel to the first rotation shaft. Or the optical scanner of 3.
前記可動部は、板状の八角形であって、前記第1の回動軸に対して直角な2つの側面と、前記第1の回動軸に対して平行な2つの側面とを有し、前記第1の回動軸に対して平行な2つの側面から直角に突出する複数の第1の櫛歯電極を有し、
前記第1の支持部は、前記第1の回動軸に対して直角な2つの側面の中央に接続され、
前記可動支持部は、前記複数の第1の櫛歯電極に対して交互かつ平行に前記可動部に向けて突出する第2の櫛歯電極を有する請求項4に記載の光スキャナ。
The movable part is a plate-like octagon, and has two side surfaces perpendicular to the first rotation axis and two side surfaces parallel to the first rotation axis. A plurality of first comb electrodes protruding perpendicularly from two side surfaces parallel to the first rotation axis,
The first support portion is connected to the center of two side surfaces perpendicular to the first rotation axis,
5. The optical scanner according to claim 4, wherein the movable support portion includes second comb-shaped electrodes that protrude toward the movable portion alternately and in parallel with the plurality of first comb-shaped electrodes.
前記可動支持部は、板状の八角形であって、前記可動部よりも大きい八角形の孔部を有し、
前記孔部は、前記第1の回動軸に対して直角な2つの内側面と、前記第1の回動軸に対して平行な2つの内側面とを有し、前記第2の櫛歯電極は、前記第1の回動軸に対して平行な2つの内側面から直角に突出し、
前記第1の支持部は、前記第1の回動軸に対して直角な2つの内側面の中央に接続され、
前記可動支持部の外側面は、前記第1の回動軸に対して直角な2つの外側面と、前記第1の回動軸に対して平行な2つの外側面とを有し、
前記第2の支持部は、前記第1の回動軸に対して平行な2つの外側面の中央から直角に突出し、前記第2の支持部から前記第2の回動軸に対して直角に突出する第3の櫛歯電極を有し、
前記固定部は、前記複数の第3の櫛歯電極に対して交互かつ平行に前記第2の支持部に向けて突出する第4の櫛歯電極を有する請求項5に記載の光スキャナ。
The movable support part is a plate-shaped octagon, and has an octagonal hole larger than the movable part,
The hole has two inner surfaces perpendicular to the first rotation axis, and two inner surfaces parallel to the first rotation axis, and the second comb teeth The electrode protrudes perpendicularly from two inner surfaces parallel to the first rotation axis,
The first support portion is connected to the center of two inner surfaces perpendicular to the first rotation axis,
The outer surface of the movable support portion has two outer surfaces perpendicular to the first rotation axis, and two outer surfaces parallel to the first rotation axis,
The second support part protrudes at a right angle from the center of two outer surfaces parallel to the first rotation axis, and is perpendicular to the second rotation axis from the second support part. A protruding third comb electrode;
The optical scanner according to claim 5, wherein the fixing portion includes fourth comb electrodes protruding toward the second support portion alternately and in parallel with the plurality of third comb electrodes.
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