JP2014035429A - Light deflector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光偏向器に関する。 The present invention relates to an optical deflector.
光ファイバ通信におけるスイッチング素子や光学機器内で光ビームを走査する光スキャナ等に光偏向器が利用されている。光偏向器は、例えば、トーションバーを軸として傾斜可能な可動板を有しており、可動板の傾斜角度を変えることにより、例えば可動板によって反射される光ビームを偏向する。最近では、光偏向器には、MEMS技術を利用したマイクロミラーデバイスが利用されている。 An optical deflector is used for a switching element in optical fiber communication or an optical scanner that scans a light beam in an optical device. The optical deflector has, for example, a movable plate that can be tilted around a torsion bar, and deflects a light beam reflected by, for example, the movable plate by changing the tilt angle of the movable plate. Recently, micromirror devices using MEMS technology have been used for optical deflectors.
特許文献1は、トーションバーを軸とする可動板の傾斜以外の不所望な変位を抑える手法として、トーションバーに引っ張り応力を生じさせる技術を開示している。
特許文献1は、可動板の不所望な変位を抑えるには有効であるが、長期信頼性に難がある。
特許文献1は、薄膜の応力によりトーションバーに張力を生じさせることを開示しているが、多結晶膜によってトーションバーを形成すると、結晶粒界に沿った破損や、疲労が生じやすい。このため、トーションバーは、機械的強度の点で信頼性の高い単結晶シリコン等の材料で形成することが望ましい。
また、成膜条件等である程度の抑制は可能であるが、実際には膜応力に経時的変動が生じる場合が多い。膜応力の変動はトーションバーの機械特性を変化させるため、特に精密な角度制御が必要となる応用では特性変動の影響が無視出来なくなる場合がある。これは、単結晶シリコン製のトーションバーに多結晶膜を成膜して張力を持たせた場合においても同様である。 In addition, although a certain degree of suppression is possible depending on the film forming conditions and the like, in practice, there are many cases where the film stress varies with time. Since fluctuations in the film stress change the mechanical characteristics of the torsion bar, the effects of characteristic fluctuations may not be negligible in applications that require precise angle control. The same applies to the case where a polycrystalline film is formed on a torsion bar made of single crystal silicon to give tension.
特許文献1はまた、シリコンの熱変形で応力を生じさせる例も開示しているが、製造時の制御が難しく実用的には安定した特性を得ることが困難である。
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、可動板の不所望な変位が抑制された長期信頼性の高い光偏向器を提供することである。 The present invention has been made in consideration of such a situation, and an object thereof is to provide an optical deflector with high long-term reliability in which an undesired displacement of a movable plate is suppressed.
本発明による光偏向器は、可動板と、前記可動板を傾斜可能に支持している一対のトーションバーと、前記トーションバーを支持するための固定部と、前記トーションバーと前記固定部の間に介在する少なくとも一つの連結部を備えている。前記連結部の少なくとも一つは、前記トーションバーに引っ張り応力を生じさせる張力付与構造を備えている。 An optical deflector according to the present invention includes a movable plate, a pair of torsion bars that support the movable plate in a tiltable manner, a fixed portion for supporting the torsion bar, and a space between the torsion bar and the fixed portion. At least one connecting portion interposed therebetween. At least one of the connecting portions includes a tension applying structure that generates a tensile stress in the torsion bar.
本発明によれば、可動板の不所望な変位が抑制された長期信頼性の高い光偏向器が提供される。 According to the present invention, an optical deflector with high long-term reliability in which an undesired displacement of a movable plate is suppressed is provided.
以下、図面を参照しながら実施形態の光偏向器について説明する。図1は、実施形態の光偏向器の上面図であり、図2は、図1中に示すA−A’線に沿った断面図である。図3は、図1と図2に示した光偏向器の要部の斜視図であり、より詳しくは、図1中に示された領域Bの内側の構造体の斜視図である。 The optical deflector of the embodiment will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a top view of the optical deflector according to the embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ shown in FIG. 1. FIG. 3 is a perspective view of a main part of the optical deflector shown in FIGS. 1 and 2, and more specifically, a perspective view of a structure inside the region B shown in FIG.
図1に示すように、光偏向器100は、反射膜110を備えた可動板101と、可動板101を軸111の周りに傾斜可能に支持している一対のトーションバー102と、トーションバー102を支持するための一対の固定部104と、トーションバー102と固定部104の間にそれぞれ介在する一対の連結部103を備えている。トーションバー102は、可動板101から軸111に沿って両側に延びており、連結部103に接続されている。軸111は、トーションバー102の内部を通って延びており、例えばトーションバー102の中心軸に一致している。
As shown in FIG. 1, the
可動板101とトーションバー102と連結部103と固定部104はミラー層201で構成されており、固定部104は固定層202と絶縁層203を介して支持層204に強固に固定されている。したがって、可動板101とトーションバー102と連結部103は、固定部104によって両持ち支持された梁構造となっている。
The
図2に示すように、本実施形態の光偏向器100は、構造的には、ミラー層201と固定層202と絶縁層203と支持層204の4層の積層構造体で構成されている。ミラー層201と固定層202と支持層204は、P,As,B等の不純物を含み導電性を持つシリコン材料から構成されている。また絶縁層203は、シリコン酸化膜などの絶縁性材料から構成されている。
As shown in FIG. 2, the
図1に示すように、片側のトーションバー102と連結部103と固定部104に関して、連結部103と固定部104の接続部は、トーションバー102の両側に位置しており、トーションバー102の軸方向すなわち軸111に平行な方向に関して、可動板101とトーションバー102の接続部と、トーションバー102と連結部103の接続部の間に位置している。
As shown in FIG. 1, with respect to one side of the
各連結部103は、トーションバー102と固定部104の間に延びている連結部本体103aと、トーションバー102の両側に配置された一対の張力付与部103bを備えている。張力付与部103bは、トーションバー102に引っ張り応力を生じさせる張力付与構造を構成している。各張力付与部103bは、動作環境の温度域において、その周辺の連結部本体103aの部分をトーションバー102の軸方向に押圧している。
Each connecting
各張力付与部103bは、連結部103を厚さ方向に貫通して延び、トーションバー102に面する端面に露出している。張力付与部103bは、軸113に平行な方向に長い構造となっている。張力付与部103bの線膨張係数は連結部本体103aの線膨張係数よりも小さい。これに限定されないが、一例では、可動板101とトーションバー102と固定部104と連結部本体103aは単結晶シリコン材料から構成されており、張力付与部103bはシリコン熱酸化膜で構成されている。
Each
ここで、厚さ方向は、光偏向器100を構成している積層構造体の積層方向を意味している。また軸113は、軸111に垂直かつ積層方向に垂直な仮想的な直線を意味している。
Here, the thickness direction means the stacking direction of the stacked structure constituting the
可動板101は、複数の可動櫛歯106,107を有している。複数の可動櫛歯106,107は、可動板101の両側から外側に、軸113に平行な方向に延在している。可動櫛歯106,107は、軸111に平行な方向に間隔を置いて配置されている。光偏向器100はまた、複数の固定櫛歯108,109を有している。固定櫛歯108,109は、軸113に平行な方向に延在している。固定櫛歯108,109は、軸111に平行な方向に間隔を置いて配置されている。可動櫛歯106,107は、軸111と軸113が張る平面への投影において、それぞれ、固定櫛歯108,109の間にすき間を置いて配置されている。
The
図2と図3に示すように、可動板101が傾斜していない状態において、可動櫛歯106は、厚さ方向に関して、固定櫛歯108とは異なる位置にある。また図2に示すように、可動櫛歯106はミラー層201で構成されている。可動櫛歯107についても同様である。固定櫛歯108は、固定層202で構成され、絶縁層203を介して支持層204に強固に固定されている。固定櫛歯108を構成している固定層202の部分は、固定部104と接合されている固定層202の部分から電気的に独立している。固定櫛歯109についても同様である。
2 and 3, when the
ここで、光偏向器100の製造プロセスの一例について図4A〜4B,5A〜5C,6A〜6Dを参照しながら説明する。
Here, an example of a manufacturing process of the
図4Aに示すように、固定層202と絶縁層203と支持層204を有するSOIウェハを用意する。図4Bに示すように、このSOIウェハの固定層202上に固定部104と固定櫛歯108,109に対応した形状のマスクを形成し、このマスクを介してDeep RIEおよびHFによるウェットエッチングなどをおこなって固定層202と絶縁層203を選択的に除去して固定櫛歯108,109と固定部104の対応部分104aを形成する。
As shown in FIG. 4A, an SOI wafer having a fixed
また、図5Aに示すように、ミラー層201と絶縁層205と支持層206を有するSOIウェハを用意する。図5Bに示すように、このSOIウェハのミラー層201上に、CVDを利用して窒化シリコン膜207を成膜し、この窒化シリコン膜207を張力付与部103bに対応した形状にパターニングした後、RIEなどを利用して窒化シリコン膜207とミラー層201を貫通する溝208を形成する。次に、約1000℃の炉の中でウェット熱酸化をおこない、溝208が完全に埋まるまで酸化した後、窒化シリコン膜207を除去する。その結果、図5Cに示すように、張力付与部103bが形成される。ミラー層201はシリコンで構成されており、張力付与部103bは熱酸化膜で構成されている。熱酸化膜の線膨張係数はシリコンの線膨張係数の1/10程度である。このため、酸化後に温度が常温に下がったとき、シリコンの方が熱酸化膜よりも縮みが大きい。このため、常温では熱酸化膜には圧縮応力が生じている状態となる。
5A, an SOI wafer having a
図6Aに示すように、各ウェハの固定層202とミラー層201を直接接合により接合する。次に、図6Bに示すように、支持層206と絶縁層205を除去し、金属膜を成膜し、パターニングし、エッチングして反射膜110を形成する。続けて、図6Cに示すように、ミラー層201上にフォトレジスト層209を形成し、可動板101と可動櫛歯106,107とトーションバー102と連結部103と固定部104に対応した形状にフォトレジスト層209をパターニングする。さらに、図6Dに示すように、フォトレジスト層209をマスクとしてICP−RIEによりミラー層201をエッチングした後、フォトレジスト層209を除去して光偏向器100が完成する。
As shown in FIG. 6A, the fixed
フォトレジスト層209をマスクとしてミラー層201をエッチングすることによって、ミラー層201の不要部分が選択的に除去され、トーションバー102に面する端面に各張力付与部103bが露出する。その結果、熱酸化膜製の張力付与部103bに生じている圧縮応力の一部が解放されて、張力付与部103bがその周辺の連結部本体103aの部分をトーションバー102の軸方向に押圧している状態になる。これにより、連結部本体103aは、トーションバー102と連結部103の接続部を軸111に沿って可動板101から遠ざけるように変形し、トーションバー102に引っ張り応力が生じている状態となる。
By etching the
<基本動作>
以下に光偏向器100の駆動方法を示す。固定部104を例えばグラウンド電位に接続する。これにより、可動櫛歯106,107を含むミラー層201全体と、固定櫛歯108,109を除いた固定層202の部分がグランド電位となる。また、周辺電位を安定させるために支持層204も同じくグラウンド電位に接続することが望ましい。一方、固定櫛歯108,109にはそれぞれ任意の電位V1,V2を与える。これにより、可動櫛歯106と固定櫛歯108の間と、可動櫛歯107と固定櫛歯109の間に、それぞれ静電引力が生じる。電極間のアライメントが理想的に調整されていて、電極間の静電ギャップが同一であれば、個々の櫛歯に働く力は、軸111と軸113が張る平面に垂直な方向になり、結果として軸111を中心として可動板101を傾斜させることが出来る。電位V1,V2の相対的な大きさを調整することにより、軸111を中心として可動板101を時計回りと反時計回りの両方に傾斜させることが可能であり、また可動板101の傾斜角度を所定の範囲内で任意の角度に制御することが可能である。そのため、可動板101の反射膜110によって反射される光ビームを一次元的に任意の方向に偏向することが可能である。
<Basic operation>
A method for driving the
<基本動作の課題>
静電アクチュエータを利用した光偏向器において、大振れ角化または低電力化を達成するためには、トーションバーのねじりばね定数を小さくしたり、静電引力によるトルクを大きくしたりすることが必要となる。トーションバーのねじりばね定数を小さくするには、トーションバーの長さを大きくするか、幅や高さを小さくすればよい。静電引力によるトルクを大きくするためには、櫛歯型静電アクチュエータを利用した光偏向器では、櫛歯間の静電ギャップを小さくしたり、櫛歯数を増やしたり櫛歯長を大きくして対向面積を大きくしたりして静電容量を大きくしたり、櫛歯を傾斜の中心となる軸から遠い位置に配置したりすることが必要となる。
<Problems of basic operation>
In an optical deflector using an electrostatic actuator, it is necessary to reduce the torsion spring constant of the torsion bar or increase the torque due to electrostatic attraction in order to achieve a large deflection angle or low power. It becomes. In order to reduce the torsion spring constant of the torsion bar, the length of the torsion bar may be increased, or the width and height may be decreased. In order to increase the torque due to electrostatic attraction, in optical deflectors using comb-type electrostatic actuators, the electrostatic gap between the comb teeth is reduced, the number of comb teeth is increased, or the comb tooth length is increased. Therefore, it is necessary to increase the capacitance by increasing the facing area, or to arrange the comb teeth at a position far from the axis that is the center of the inclination.
以下では、説明を簡潔にするとともに理解を容易にするために、本実施形態と相違する一般的な光偏向器についても、適宜、本実施形態の用語(例えば軸111,113)と参照符号を流用して説明する。
In the following, for the sake of brevity and easy understanding, the terms of the present embodiment (for example, the
光偏向器において、可動板101に生じる変位は、軸111の周りの傾斜だけであることが理想であるが、実際にはそれ以外の変位も生じ得る。そのような変位のひとつは、軸115の周りの可動板101の回転である。ここで、軸115は、軸111と軸113の両方に垂直かつ可動板101の中心を通る仮想的な直線を意味している。また、以下では、軸115の周りの可動板101の回転を、可動板101の面内回転と呼ぶ。
In the optical deflector, it is ideal that the displacement generated in the
このような可動板101の面内回転は、例えば、光偏向器100に振動や衝撃が加わることによって生じ得る。また、櫛歯型静電アクチュエータを利用した光偏向器では、可動櫛歯106,107と固定櫛歯108,109の若干の製造誤差によるアンバランスによっても生じ得る。
Such in-plane rotation of the
可動板101の面内回転の発生は、櫛歯型静電アクチュエータを利用した光偏向器にとっては重要な問題である。駆動電圧の印加時に可動板101の面内回転がある角度を超えると、可動櫛歯106,107と固定櫛歯108,109が引き付けられて接触する。可動櫛歯106,107と固定櫛歯108,109が接触すると、接触部に大電流が流れて可動櫛歯106,107と固定櫛歯108,109が融着して復帰不能な状態となってしまう。このような接触は、大振れ角化や低電力化を目指した設計にするほど助長される。このため、多くの場合、最大振れ角や必要駆動電力は、櫛歯の接触に対する安全性によって規定され制限される。
Generation of in-plane rotation of the
なお、トーションバー102のねじり剛性を保ちつつこの接触を抑制するには、トーションバー102の幅を大きく、厚さを薄くして、軸115の周りの剛性を高めることがある程度有効である。しかし、その場合、トーションバー102の厚さ方向の剛性が小さくなるため、振動等による厚さ方向の可動板101の変位が起こりやすくなる。可動板101が厚さ方向に変位すると、可動櫛歯106,107と固定櫛歯108,109の位置関係が変化し、可動板101の傾斜角度の変動となって現れるため、精密な角度制御が必要な用途への適用が難しくなる。トーションバー102のねじり剛性に対して他の方向の剛性はいずれも高く保っておく必要がある。
In order to suppress this contact while maintaining the torsional rigidity of the
<基本動作の課題に対する効果>
本実施形態の光偏向器100では、トーションバー102と連結部103と固定部104は単結晶シリコンから一体に形成されている。張力付与部103bは、前に述べたように、熱酸化膜で構成されており、1000℃前後の高温下で形成された後に常温まで冷却される。熱酸化膜の線膨張係数はシリコンの線膨張係数の1/10程度であるため、熱酸化膜よりもシリコンの方が冷却時の縮みが大きく、相対的に見ると常温では張力付与部103bが若干膨らんだ状態となる。張力付与部103bはトーションバー102に面する端面に露出しており、張力付与部103bの周辺部分では連結部本体103aは張力付与部103bによって分離されている。そのため、張力付与部103bの両側の連結部本体103aの部分は互いに離されるように力を受ける。固定部104は強固に固定されているため、連結部本体103aは、トーションバー102と連結部103の接続部を可動板101から遠ざけるように変形する。その結果、トーションバー102に引っ張り応力が生じる。
<Effects on basic operation issues>
In the
図7は、トーションバーに引っ張り応力が生じていない従来の一般的な光偏向器において可動板の面内回転発生時のトーションバーに加わる力を示した概略図である。可動板101が面内回転することにより、トーションバー102は回転時に若干の伸びを含んだ変形をする。実際には伸びと曲げによりトーションバー102内は複雑な応力分布になるが、ここでは簡単のためトーションバー102の長手方向に加わる平均的な力で考える。変形によりトーションバー102の内部の長手方向には平均的には伸びに比例した引っ張り応力F1が生じる。この引っ張り応力F1が可動板101を元の状態に戻す復元力となり、トーションバー102の変形による引っ張り応力F1と面内回転を発生させる力によるモーメントM1の釣り合いにより可動板101の回転量が決まる。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the force applied to the torsion bar when the in-plane rotation of the movable plate occurs in a conventional general optical deflector in which no tensile stress is generated in the torsion bar. When the
図8は、本実施形態の光偏向器100において可動板の面内回転時のトーションバー102に加わる力を示した概略図である。比較のため、図7と同等の面内回転が可動板101に発生したと仮定する。この場合、可動板101の面内回転が発生していない状態において、トーションバー102にはすでに張力付与部103bの圧縮応力に起因する引っ張り応力F2が生じている。可動板101が面内回転した場合、トーションバー102には、伸びによる引っ張り応力F1と初期の引っ張り応力F2の和の引っ張り応力F1’が生じ、これが可動板101を元の状態に戻す復元力となる。したがって、同一の外力に対して発生する可動板101の面内回転は、本実施形態の光偏向器100の方が一般的な光偏向器よりも小さい。つまり、本実施形態の光偏向器100は、一般的な光偏向器よりも、可動板101が面内回転しにくい。この引っ張り応力F2は、トーションバー102のねじれに対しては大きな影響を与えないため、結果として可動板101の軸111の周りの傾斜以外の可動板101の不所望な変位が相対的に小さく抑えられる。
FIG. 8 is a schematic view showing the force applied to the
<特許文献1の課題と本実施形態の効果>
例えば特許文献1に開示されているように、トーションバーに薄膜を成膜して引っ張り応力を持たせた構成では、引っ張り応力を決めるのは主に成膜時に生じたトーションバーと薄膜の間の残留応力と、それに伴うトーションバーの反りである。通常、トーションバーと薄膜の間の残留応力は経時的に開放されるため、引っ張り応力の微小な変動が直接的に長期的なデバイス特性の変化となってしまう。特に、金属膜を用いた場合には引っ張り応力が変動しやすく、その影響は顕著である。
<The subject of
For example, as disclosed in
本実施形態の光偏向器100においてトーションバー102に引っ張り応力を生じさせる手法の特徴として、引っ張り応力F2が主に平面内の幾何学的寸法によって決まる点が挙げられる。この方法において引っ張り応力F2を決めるのは主に、張力付与部103bが、その周辺の連結部本体103aの部分を軸111に平行に押し出す距離である。固定部104は固定層202に強固に固定されているため、引っ張り応力F2の変動は生じにくい。また張力付与部103bは、一般的におこなわれているシリコンエッチングと熱酸化によって形成が可能であり、その形状の制御は容易である。
In the
また、特許文献1に開示されているように、多結晶膜を利用してトーションバーを形成すると、結晶粒界に沿った破損や疲労が生じやすく、信頼性に問題が生じやすい。一方、本実施形態では、トーションバーは、機械的強度の点で信頼性の高い単結晶シリコンで形成することが出来る。また、張力付与部103bは、シリコン熱酸化膜で形成することが出来る。シリコン熱酸化膜は安定性が高く、トーションバーに応力を生じさせる材料に適している。
Further, as disclosed in
したがって、本実施形態によれば、可動板101の不所望な変位が良好に抑制された長期信頼性の高い光偏向器を提供することが出来る。特に、可動板101の面内回転が抑えられることにより、可動櫛歯106,107と固定櫛歯108,109の接触の発生が好適に防止される。
Therefore, according to this embodiment, it is possible to provide an optical deflector with high long-term reliability in which the undesired displacement of the
本実施形態では、可動櫛歯106,107への電位供給の目的で、張力付与部103bは連結部103の一部に形成し、シリコンの連結部本体103aを残した構造としているが、別途電位を供給可能な場合には、固定部104と連結部本体103aのシリコン部分を完全に分断するような構成にしてもよい。
In the present embodiment, for the purpose of supplying a potential to the
本実施形態では、連結部103は、バランスを考慮してトーションバー102の両側の固定部104に接続された構成であるが、必ずしもそのような構成である必要はなく、例えば片側の固定部104のみに接続された構成であってもよい。
In the present embodiment, the connecting
また、本実施形態では連結部103と固定部104の接続部は、軸111に平行な方向に関して可動板101とトーションバー102の接続部と、トーションバー102と連結部103の接続部の間に位置しているが、例えば連結部103の一部が可動板101側に伸びたような形状であれば、トーションバー102と連結部103の接続部が可動板101とトーションバー102の接続部と連結部103と固定部104の接続部の間にあってもよい。
In this embodiment, the connecting portion between the connecting
また、トーションバー102と張力付与部103bの構成材料はそれぞれ上記に示すようにシリコンとシリコン熱酸化膜が効果的ではあるが必ずしもそれに限定されるものではない。例えば張力付与部103bの構成材料に、熱酸化膜の代わりにCVDにより形成した酸化膜を使用してもよい。
Further, as shown above, silicon and a silicon thermal oxide film are effective as constituent materials for the
(変形例1)
張力付与部103bの形状は、図1に示した形状に限らず、さまざまに変更することが可能である。本変形例によるトーションバー102と連結部103と固定部104を図9に示す。本変形例では、連結部303は連結部本体303aと一対の張力付与部303bを有し、各張力付与部303bはトーションバー102に平行な方向と垂直な方向に蛇行している。つまり、張力付与部303bは、トーションバー102の軸方向に延びている複数の部分と、トーションバー102の軸方向に垂直な方向に延びている複数の部分を有し、それらの部分は互いに連続している。トーションバー102の軸方向に延びている部分と、トーションバー102の軸方向に垂直な方向に延びている部分は、それぞれ、一つであってもよい。本変形例においても、張力付与部303bは、張力付与部103bと同様に、連結部103を厚さ方向に貫通して延び、トーションバー102に面する端面に露出している。
(Modification 1)
The shape of the
熱酸化膜は酸化工程においてその両側のシリコンが成長して接触することで形成されるため、完全に一体の構造ではない。そのため、一体構造と比較してその界面での破断が生じやすい。蛇行形状にして界面の接触する方向を複数にすることにより、ある一方向からの力に対して複数の方向の接触面を持たせることで破断が生じにくくすることが出来る。 Since the thermal oxide film is formed by the growth and contact of silicon on both sides in the oxidation process, it is not a completely integrated structure. Therefore, the fracture at the interface is likely to occur as compared with the integral structure. By providing a plurality of directions in which the interfaces contact with each other in a meandering shape, it is possible to prevent breakage by providing a contact surface in a plurality of directions with respect to a force from a certain direction.
(変形例2)
本変形例によるトーションバー102と連結部103と固定部104を図10に示す。本変形例では、連結部403は連結部本体403aと一対の張力付与部403bを有し、各張力付与部403bはトーションバー102の軸方向に複数に分かれて存在している。言い換えれば、各張力付与部403bは、トーションバー102の軸方向に関して互いに離間して配置された複数の要素403b1,403b2,403b3,403b4を有している。これらの要素403b1〜403b4は、トーションバー102の軸方向に垂直な方向に延びている。本変形例においても、張力付与部403bの各要素403b1〜403b4は、張力付与部103bと同様に、連結部103を厚さ方向に貫通して延び、トーションバー102に面する端面に露出している。
(Modification 2)
A
本実施形態では、トーションバー102に引っ張り応力を生じさせるために連結部本体103aを歪ませている。トーションバー102に生じる引っ張り応力を大きくするために張力付与部103bを厚い熱酸化膜で構成した場合には、連結部本体103aの一部に力が過剰にかかって連結部本体103aが破損するおそれがある。本変形例では、
張力付与部403bの各要素403b1〜403b4により連結部本体103aの複数の個所を歪ませることによってトーションバー102に生じる引っ張り応力を大きくするため、連結部本体103aの一部への力の集中が避けられる。また、幅の広い一つの貫通溝を埋める熱酸化膜を形成するよりも、幅の狭い複数の貫通溝を埋める熱酸化膜を形成する方が酸化工程の時間を短くて済む。
In the present embodiment, the connecting portion
In order to increase the tensile stress generated in the
(変形例3)
本変形例によるトーションバー102と連結部103と固定部104を図11に示す。本変形例では、連結部503は連結部本体503aと一対の張力付与部503bを有し、各張力付与部503bは、トーションバー102の軸方向に垂直な方向に関して空間を介して配置された複数の要素503b1,503b2,503b3を有している。各要素503b1〜503b3は、連結部103を厚さ方向に貫通して延びており、また要素503b1は、トーションバー102に面する端面に露出している。また、別の見方をすれば、連結部本体503aは、トーションバー102の軸方向に垂直な方向に整列した貫通孔503c1,503c2,503c3を有しており、要素503b1の一端は貫通孔503c1に露出し、要素503b2の両端は貫通孔503c1,503c2に露出し、要素503b3の両端は貫通孔503c2,503c3に露出している。
(Modification 3)
A
本変形例では、トーションバー102の軸方向に垂直な方向の各要素503b1〜503b3の両端面が空間に露出しているため、張力付与部503bの各要素503b1〜503b3と連結部本体103aの界面に発生する余分な内部応力が開放され、トーションバー102に引っ張り応力を生じさせることに寄与しない変形や過剰な応力集中を抑えることが出来る。
In this modification, since both end faces of the elements 503b1 to 503b3 in the direction perpendicular to the axial direction of the
ここでは、張力付与部の形状の変形例1〜変形例3を示したが、張力付与部の形状は、変形例1〜変形例3に限定されるものではなく、そのほかのさまざまな形状に変形されてもよい。
Here,
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. Also good. The various modifications and changes described here include an implementation in which the above-described embodiments are appropriately combined.
実施形態では、一対の連結部103を有し、各連結部103が張力付与部103bを有している構成を示したが、一方の連結部103だけが張力付与部103bを有している構成であってもよい。また、一方のトーションバー102と固定部104の間にだけ連結部103が介在し、他方のトーションバー102は固定部104に直接接続された構成であってもよい。また、一対の固定部104は、互いに分離されているが、一体化された構成であってもよい。
In the embodiment, the configuration in which the pair of connecting
また実施形態では、可動板の面内回転の抑制が強く望まれる櫛歯型静電アクチュエータを利用した光偏向器を例に挙げたが、本実施形態の技術思想は、静電アクチュエータを利用した光偏向器や、さらには他の駆動方式の光偏向器に適用されてもよい。いずれの光偏向器に対しても、可動板の面内回転のほかに、トーションバーの軸方向に垂直な方向の可動板の変位も抑制されるため有用である。 Further, in the embodiment, the optical deflector using the comb-shaped electrostatic actuator that strongly suppresses the in-plane rotation of the movable plate is taken as an example, but the technical idea of the present embodiment uses the electrostatic actuator. The present invention may be applied to an optical deflector and further to an optical deflector of another driving method. Both optical deflectors are useful because the displacement of the movable plate in the direction perpendicular to the axial direction of the torsion bar is suppressed in addition to the in-plane rotation of the movable plate.
100…光偏向器、101…可動板、102…トーションバー、103…連結部、103a…連結部本体、103b…張力付与部、104…固定部、104a…対応部分、106,107…可動櫛歯、108,109…固定櫛歯、110…反射膜、111,113,115…軸、201…ミラー層、202…固定層、203…絶縁層、204…支持層、205…絶縁層、206…支持層、207…窒化シリコン膜、208…溝、209…フォトレジスト層、303b…張力付与部、403b…張力付与部、403b1〜403b4…要素、503b…張力付与部、503b1〜503b3…要素、503c1〜503c3…貫通孔、F1,F1’,F2…引っ張り応力、M1…モーメント、V1,V2…電位。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記可動板を傾斜可能に支持している一対のトーションバーと、
前記トーションバーを支持するための固定部と、
前記トーションバーと前記固定部の間に介在する少なくとも一つの連結部を備えており、
前記連結部の少なくとも一つは、前記トーションバーに引っ張り応力を生じさせる張力付与構造を備えている、光偏向器。 A movable plate,
A pair of torsion bars supporting the movable plate in a tiltable manner;
A fixing part for supporting the torsion bar;
Comprising at least one connecting portion interposed between the torsion bar and the fixed portion;
At least one of the connecting portions is an optical deflector provided with a tension applying structure that generates a tensile stress in the torsion bar.
前記連結部は、連結部本体と前記張力付与構造から構成されており、前記張力付与構造は、少なくとも一つの張力付与部を備えており、前記張力付与部は、その周辺の連結部本体の部分を前記トーションバーの軸方向に押圧する、請求項1に記載の光偏向器。 The movable plate, the torsion bar, and the connecting portion have a beam structure that is supported at both ends by the fixed portion,
The connecting portion includes a connecting portion main body and the tension applying structure, and the tension applying structure includes at least one tension applying portion, and the tension applying portion is a portion of the surrounding connecting portion main body. The optical deflector according to claim 1, wherein the optical deflector is pressed in an axial direction of the torsion bar.
前記張力付与構造は、前記連結部が接続されているトーションバーの両側に配置された一対の張力付与部を備えており、各張力付与部は、その周辺の連結部本体の部分を前記トーションバーの軸方向に押圧する、請求項2に記載の光偏向器。 The connecting part between the connecting part and the fixed part is located on both sides of the torsion bar to which the connecting part is connected, and the torsion bar and the movable plate to which the connecting part is connected in the axial direction of the torsion bar. Between the connecting portion, the torsion bar to which the connecting portion is connected, and the connecting portion of the connecting portion,
The tension applying structure includes a pair of tension applying portions arranged on both sides of a torsion bar to which the connecting portion is connected, and each tension applying portion has a portion of the connecting portion main body around the torsion bar. The optical deflector according to claim 2, wherein the optical deflector is pressed in the axial direction.
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