JP5287690B2 - Optical deflection device - Google Patents

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本願は、光ビームの反射方向を変える光偏向装置に関する。   The present application relates to an optical deflecting device that changes a reflection direction of a light beam.

基板上のミラーの外側の位置に一対の支持点を作成し、支持点の各々からミラー外周の両端2点をトーションビームで支持する構造を備える光偏向装置が開示されている。トーションビームは回動軸として作用する。そして、ミラーに静電気力などの力を加えることにより、トーションビームをねじることで、ミラーの回転動作を行なわせる。トーションビームのねじり剛性を低くすると小さな駆動力でミラーを動かすことができるが、沈み込みが発生しやすくなり、所望の傾き角を得ることが困難となる。特許文献1には、トーションビームに張力を生じさせることで、ミラーの沈み込み方向の剛性を高める技術が開示されている。 There is disclosed an optical deflecting device having a structure in which a pair of support points are formed at positions outside a mirror on a substrate, and two opposite ends of the mirror are supported by torsion beams from each of the support points. The torsion beam acts as a pivot axis. Then, the mirror is rotated by twisting the torsion beam by applying a force such as electrostatic force to the mirror. When the torsional rigidity of the torsion beam is lowered, the mirror can be moved with a small driving force, but sinking is likely to occur and it becomes difficult to obtain a desired tilt angle. Patent Document 1 discloses a technique for increasing the rigidity of the mirror in the sinking direction by generating tension in the torsion beam.

特開2005−321663号公報JP 2005-321663 A

光偏向装置の材料として、基板の熱膨張係数よりも小さな熱膨張係数を有する材料が用いられる場合がある。高温プロセスが終了し、光偏向装置が収縮する場合には、ミラーおよびトーションビームの収縮割合よりも、支持点間距離の収縮割合の方が大きくなる場合がある。すると、トーションビームに張力が印加されず、逆に押しつぶす力がかかることで、ミラーの沈み込みを防止することが困難となる場合がある。   A material having a thermal expansion coefficient smaller than the thermal expansion coefficient of the substrate may be used as the material of the optical deflecting device. When the high-temperature process is completed and the light deflection apparatus contracts, the contraction ratio of the distance between the support points may be larger than the contraction ratio of the mirror and the torsion beam. As a result, tension is not applied to the torsion beam, and conversely a crushing force is applied, which may make it difficult to prevent the mirror from sinking.

本願では、光偏向装置の材料の熱膨張係数の値にかかわらず、トーションビームに張力を生じさせ、沈み込みを防止することができる技術を提供する。   The present application provides a technique capable of generating tension in the torsion beam and preventing sinking regardless of the value of the coefficient of thermal expansion of the material of the optical deflecting device.

本明細書によって開示される技術は、光ビームの反射方向を変える光偏向装置に関する。この光偏向装置は、基板と、可動部と、一対の支持部と、一対の可動梁を備えている。可動部は、少なくとも1つの開口部を形成する枠形状を備えている。各々の支持部は、基板に固定されて基板から上方に伸びている。一対の支持部は、間隔を挟んで相互に離間しているとともに開口部内に配置されている。各々の可動梁は、対応する支持部と可動部の開口部の内周面とを接続している。一対の可動梁は、基板の表面に平行な同一直線上を伸びて、可動部を直線の周りに揺動可能に支持している。枠形状の可動部のうち、少なくとも間隔に沿って伸びる範囲に、基板よりも熱膨張係数が低い材料で形成されている低熱膨張部分が存在する。   The technology disclosed in this specification relates to an optical deflecting device that changes the reflection direction of a light beam. This optical deflecting device includes a substrate, a movable part, a pair of support parts, and a pair of movable beams. The movable part has a frame shape forming at least one opening. Each support portion is fixed to the substrate and extends upward from the substrate. The pair of support parts are spaced apart from each other and are disposed in the opening. Each movable beam connects the corresponding support portion and the inner peripheral surface of the opening of the movable portion. The pair of movable beams extend on the same straight line parallel to the surface of the substrate, and support the movable part so as to be swingable around the straight line. A low thermal expansion portion formed of a material having a lower thermal expansion coefficient than that of the substrate is present at least in a range extending along the interval in the frame-shaped movable portion.

枠形状を有する可動部の開口部内に支持部が配置されているため、支持部が可動部に囲まれている形状とされている。また、可動梁の各々は、基板の表面に平行な同一直線上を伸びて、開口部の内周面と支持部とを接続している。よって、光偏向装置は、可動部の内側から、開口部の内周面の2点を可動梁で支持する構造を有している。   Since the support portion is disposed in the opening of the movable portion having a frame shape, the support portion is surrounded by the movable portion. Each of the movable beams extends on the same straight line parallel to the surface of the substrate, and connects the inner peripheral surface of the opening and the support portion. Therefore, the light deflection apparatus has a structure in which two points on the inner peripheral surface of the opening are supported by the movable beam from the inside of the movable part.

また、支持部は基板に固定されているため、支持部の間隔部分の熱膨張係数は、基板の熱膨張係数と同一となる。一方、可動部において支持部の間隔に沿って伸びる範囲には、基板よりも熱膨張係数が低い材料で形成されている部分(低熱膨張部分)が存在している。すると、可動部の低熱膨張部分の熱膨張係数と、支持部の間隔部分での熱膨張係数との間には、差が生じる。   Moreover, since the support part is being fixed to the board | substrate, the thermal expansion coefficient of the space | interval part of a support part becomes the same as the thermal expansion coefficient of a board | substrate. On the other hand, a portion (low thermal expansion portion) formed of a material having a lower thermal expansion coefficient than that of the substrate exists in a range extending along the interval between the support portions in the movable portion. Then, a difference arises between the thermal expansion coefficient of the low thermal expansion part of a movable part, and the thermal expansion coefficient in the space | interval part of a support part.

光偏向装置を形成するための各種プロセスには、成膜工程などの、数百℃の高温状態で行なわれるプロセスが存在する。そして高温状態のプロセスが終了し、高温状態から室温状態へ戻される際には、光偏向装置が収縮する。このとき、前述した熱膨張係数の差に起因して、支持部の間隔部分の収縮量に対して、可動部の低熱膨張部分の収縮量は小さくなる。すなわち、収縮量の差分だけ、支持部が可動部の中心側へ移動しようとする。そして、本願の光偏向装置は、可動部の内側から可動部を可動梁で支持する構造を有しているため、可動梁が支持部によって引っ張られることになる。これにより、可動梁に張力を印加することが可能となる。   Various processes for forming an optical deflector include processes performed at a high temperature of several hundred degrees C., such as a film forming process. Then, when the process in the high temperature state is finished and the temperature is returned from the high temperature state to the room temperature state, the light deflection device contracts. At this time, due to the above-described difference in thermal expansion coefficient, the shrinkage amount of the low thermal expansion portion of the movable portion is smaller than the shrinkage amount of the interval portion of the support portion. That is, the support portion tends to move toward the center of the movable portion by the difference in contraction amount. And since the optical deflection apparatus of this application has a structure which supports a movable part with a movable beam from the inside of a movable part, a movable beam will be pulled by a support part. This makes it possible to apply tension to the movable beam.

上記の光偏向装置では、可動部および一対の可動梁の全体が、低熱膨張部分とされていてもよい。例えば、可動部および一対の可動梁の表面全体に、熱膨張係数が低い材料が膜状に形成されているとしてもよい。これにより、可動部において支持部の間隔に沿って伸びる範囲に、容易に低熱膨張部分を作成することができる。   In the above optical deflection device, the entire movable portion and the pair of movable beams may be a low thermal expansion portion. For example, a material having a low thermal expansion coefficient may be formed in a film shape on the entire surface of the movable portion and the pair of movable beams. Thereby, a low thermal expansion part can be easily produced in the range extended along the space | interval of a support part in a movable part.

上記の光偏向装置では、基板と低熱膨張部分が、シリコンと酸化シリコンの積層材料で形成されていてもよい。そして、基板においてシリコンに対して酸化シリコンが占める比率よりも、低熱膨張部分においてシリコンに対して酸化シリコンが占める比率の方が高くされていてもよい。これにより、酸化シリコンが低熱膨張部分の熱膨張係数に与える影響は、酸化シリコンが基板の熱膨張係数に与える影響よりも大きくされる。そして、酸化シリコンの熱膨張係数の方が、シリコンの熱膨張係数よりも小さい。よって、基板の熱膨張係数よりも低熱膨張部分の熱膨張係数の方を小さくすることができる。なお、シリコンは、単結晶シリコンおよび多結晶シリコンを含む広い概念である。また、酸化シリコンは、熱酸化やCVD法など、各種の方法によって形成されたものを含む。   In the above optical deflecting device, the substrate and the low thermal expansion portion may be formed of a laminated material of silicon and silicon oxide. The ratio of silicon oxide to silicon in the low thermal expansion portion may be higher than the ratio of silicon oxide to silicon in the substrate. Thus, the influence of silicon oxide on the thermal expansion coefficient of the low thermal expansion portion is made larger than the influence of silicon oxide on the thermal expansion coefficient of the substrate. The thermal expansion coefficient of silicon oxide is smaller than the thermal expansion coefficient of silicon. Therefore, the thermal expansion coefficient of the low thermal expansion portion can be made smaller than the thermal expansion coefficient of the substrate. Silicon is a broad concept including single crystal silicon and polycrystalline silicon. Silicon oxide includes those formed by various methods such as thermal oxidation and CVD.

また、本願の光偏向装置は、基板と、可動部と、一対の支持部と、一対の可動梁を備えている。可動部は、少なくとも1つの開口部を形成する枠形状を備えている。各々の支持部は、基板に固定されて基板から上方に伸びている。一対の支持部は、間隔を挟んで相互に離間しているとともに開口部内に配置されている。各々の可動梁は、対応する支持部と可動部の開口部の内周面とを接続している。一対の可動梁は、基板の表面に平行な同一直線上を伸びて、可動部を直線の周りに揺動可能に支持している。一対の可動梁に引っ張り応力が作用している。可動梁に張力を加えることにより、揺動方向(可動梁の周りの回転方向)の剛性に比して、上下方向の剛性を高めることができるため、可動部の沈み込みを防止することが可能となる。   The optical deflecting device of the present application includes a substrate, a movable part, a pair of support parts, and a pair of movable beams. The movable part has a frame shape forming at least one opening. Each support portion is fixed to the substrate and extends upward from the substrate. The pair of support parts are spaced apart from each other and are disposed in the opening. Each movable beam connects the corresponding support portion and the inner peripheral surface of the opening of the movable portion. The pair of movable beams extend on the same straight line parallel to the surface of the substrate, and support the movable part so as to be swingable around the straight line. A tensile stress acts on the pair of movable beams. By applying tension to the movable beam, the rigidity in the vertical direction can be increased compared to the rigidity in the oscillating direction (rotating direction around the movable beam), so the sinking of the movable part can be prevented. It becomes.

本願によれば、光偏向装置の材料の熱膨張係数の値にかかわらず、可動梁に張力を生じさせ、可動部の沈み込みを防止することができる技術を提供することが可能となる。   According to the present application, it is possible to provide a technique capable of generating tension in the movable beam and preventing the sinking of the movable part regardless of the value of the thermal expansion coefficient of the material of the optical deflecting device.

本実施例の光偏向装置の斜視図である。It is a perspective view of the optical deflection apparatus of a present Example. 本実施例の光偏向装置の断面図である。It is sectional drawing of the optical deflection | deviation apparatus of a present Example. 本実施例の光偏向装置の上面図である。It is a top view of the light deflection apparatus of the present embodiment. 光偏向装置の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of an optical deflection apparatus.

以下に説明する実施例の主要な特徴を整理しておく。
(特徴1)可動部および一対の可動梁は多結晶シリコンで形成されており、その表面に熱酸化膜が形成されている。
The main features of the embodiment described below are organized.
(Feature 1) The movable portion and the pair of movable beams are formed of polycrystalline silicon, and a thermal oxide film is formed on the surface thereof.

図面を参照して実施例を説明する。図1に、光偏向装置100の斜視図を示す。光偏向装置100は、基板12上に立設している。光偏向装置100は、可動部42と、一対の支持部19aおよび19bと、一対の可動梁41aおよび41bを備えている。また、支持部19aの中心と支持部19bの中心とを結ぶ線の方向を、x方向と定義する。また、基板12に平行な面内でx方向に直交している方向を、y方向と定義する。また、xy平面に直交し基板12の上方へ向かう方向を、z方向と定義する。   Embodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of the light deflecting device 100. The light deflection apparatus 100 is erected on the substrate 12. The optical deflection apparatus 100 includes a movable portion 42, a pair of support portions 19a and 19b, and a pair of movable beams 41a and 41b. The direction of the line connecting the center of the support portion 19a and the center of the support portion 19b is defined as the x direction. A direction orthogonal to the x direction in a plane parallel to the substrate 12 is defined as a y direction. Further, a direction orthogonal to the xy plane and directed upward of the substrate 12 is defined as a z direction.

可動部42は、開口部43が形成されることで、枠形状とされている。支持部19aおよび19bの各々は、基板12に固定されて、基板12から上方に伸びている。一対の支持部19aおよび19bは、間隔D1を挟んで相互に離間している。また、支持部19aおよび19bは、z方向の上方から観測したときに、開口部43の内側に配置されている。   The movable portion 42 has a frame shape by forming the opening 43. Each of the support portions 19 a and 19 b is fixed to the substrate 12 and extends upward from the substrate 12. The pair of support portions 19a and 19b are separated from each other with a gap D1 therebetween. Further, the support portions 19a and 19b are disposed inside the opening 43 when observed from above in the z direction.

可動梁41aおよび41bは、x方向の同一線上に、基板12の表面と平行に伸びた形状を有して形成されている。可動梁41aは、一端が支持部19aのx方向負側の端部に固定されており、他端は点P1aで開口部43の内周面と接続されている。可動梁41bは、一端が支持部19bのx方向正側の端部に固定されており、他端は点P1bで開口部43の内周面と接続されている。また、可動梁41aおよび41bの中心線を通る軸を、揺動軸S1と定義する。可動部42は、可動梁41aおよび41bによって、揺動軸S1の周りに揺動可能に支持されている。   The movable beams 41a and 41b are formed on the same line in the x direction and have a shape extending in parallel with the surface of the substrate 12. One end of the movable beam 41a is fixed to the end on the negative side in the x direction of the support portion 19a, and the other end is connected to the inner peripheral surface of the opening 43 at a point P1a. One end of the movable beam 41b is fixed to the end on the positive side in the x direction of the support portion 19b, and the other end is connected to the inner peripheral surface of the opening 43 at a point P1b. An axis passing through the center line of the movable beams 41a and 41b is defined as a swing axis S1. The movable portion 42 is supported by the movable beams 41a and 41b so as to be swingable around the swing axis S1.

以上より光偏向装置100は、開口部43の内周面の点P1aおよびp1bを、可動部42の内側に存在する可動梁41aおよび41bによって支持する構造を有している。また、可動梁41aおよび41bを支持する支持部19aおよび19bが、間隔D1を挟んで相互に離間している構造を有している。   As described above, the optical deflecting device 100 has a structure in which the points P1a and p1b on the inner peripheral surface of the opening 43 are supported by the movable beams 41a and 41b existing inside the movable portion. Further, the support portions 19a and 19b that support the movable beams 41a and 41b have a structure in which they are separated from each other with a gap D1 therebetween.

図2に、図1の光偏向装置100のII−II線における断面図を示す。基板12は、単結晶シリコン層111の表面に酸化シリコン層112が形成されている構造を有する。基板12の単結晶シリコン層111のz方向の厚さは525(μm)、酸化シリコン層112のz方向の厚さは0.2(μm)である。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of the optical deflecting device 100 of FIG. The substrate 12 has a structure in which a silicon oxide layer 112 is formed on the surface of the single crystal silicon layer 111. The thickness of the single crystal silicon layer 111 of the substrate 12 in the z direction is 525 (μm), and the thickness of the silicon oxide layer 112 in the z direction is 0.2 (μm).

支持部19aは、多結晶シリコン層113aの表面に酸化シリコン層114aが形成されている構造を有する。支持部19bは、多結晶シリコン層113bの表面に酸化シリコン層114bが形成されている構造を有する。   The support portion 19a has a structure in which a silicon oxide layer 114a is formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 113a. The support portion 19b has a structure in which a silicon oxide layer 114b is formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 113b.

可動梁41aは、多結晶シリコン層115aの表面に酸化シリコン層116aが形成されている構造を有する。可動梁41bは、多結晶シリコン層115bの表面に酸化シリコン層116bが形成されている構造を有する。可動部42は、多結晶シリコン層117の表面に酸化シリコン層118が形成されている構造を有する。多結晶シリコン層115a、115b、117のz方向の厚さは0.3(μm)である。また、酸化シリコン層116a、116b、118のz方向の厚さは0.1(μm)である。なお、光偏向装置100の製造方法の詳細については、従来公知の方法を用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。   The movable beam 41a has a structure in which a silicon oxide layer 116a is formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 115a. The movable beam 41b has a structure in which a silicon oxide layer 116b is formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 115b. The movable part 42 has a structure in which a silicon oxide layer 118 is formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 117. The thicknesses of the polycrystalline silicon layers 115a, 115b, and 117 in the z direction are 0.3 (μm). The thicknesses of the silicon oxide layers 116a, 116b, and 118 in the z direction are 0.1 (μm). In addition, about the detail of the manufacturing method of the optical deflection | deviation apparatus 100, since a conventionally well-known method can be used, detailed description is abbreviate | omitted here.

また図示しないが、可動部42上に、支柱部で支えられたミラーが形成される。ミラーを可動部42と別体で作成することにより、可動部42よりも広い面積を有するミラーを形成することができる。なお、ミラーの構造は可動部42との別体構造に限られず、可動部42の上面に反射膜が形成される構造としてもよい。また、ミラーの詳細な構造の説明は、ここでは省略する。   Although not shown, a mirror supported by a support column is formed on the movable part 42. By creating the mirror separately from the movable portion 42, a mirror having a larger area than the movable portion 42 can be formed. The structure of the mirror is not limited to a separate structure from the movable part 42, and a structure in which a reflective film is formed on the upper surface of the movable part 42 may be used. A detailed description of the mirror structure is omitted here.

次に、光偏向装置100の駆動方法について説明する。可動部42の下面には、可動部電極(不図示)が形成されている。可動部電極は、揺動軸S1を中心とした対称位置に形成されている。また基板12の表面には、可動部電極の対向する位置に、一対の基板電極(不図示)が形成されている。   Next, a method for driving the optical deflection apparatus 100 will be described. A movable part electrode (not shown) is formed on the lower surface of the movable part 42. The movable part electrode is formed at a symmetrical position around the swing axis S1. A pair of substrate electrodes (not shown) are formed on the surface of the substrate 12 at positions where the movable portion electrodes are opposed to each other.

例えば、可動部電極を接地し、駆動信号生成器(不図示)を用いて、一対の基板電極の一方に駆動電圧を印加すると、接地されている可動部電極と駆動電圧が印加された基板電極との間に静電引力が発生し、可動部42が基板12側に吸引される。可動梁41aおよび41bはねじり剛性が低いため、可動部42を揺動軸S1の周りに揺動させることができる。   For example, when a movable part electrode is grounded and a drive voltage is applied to one of a pair of substrate electrodes using a drive signal generator (not shown), the grounded movable part electrode and the substrate electrode to which the drive voltage is applied Electrostatic attractive force is generated between the movable portion 42 and the movable portion 42 is attracted to the substrate 12 side. Since the movable beams 41a and 41b have low torsional rigidity, the movable portion 42 can be swung around the swing axis S1.

次に、可動梁41aおよび41bに引張応力を発生させる作用について説明する。まず、熱膨張係数について説明する。ここで、熱膨張係数とは、単位温度当たりにおける、温度の上昇によって物体の長さが膨張する割合である。   Next, the action of generating a tensile stress on the movable beams 41a and 41b will be described. First, the thermal expansion coefficient will be described. Here, the coefficient of thermal expansion is the rate at which the length of an object expands with increasing temperature per unit temperature.

酸化シリコンの熱膨張係数の一般的な値は7.0×10−7(1/K)、単結晶シリコンの熱膨張係数の一般的な値は2.5×10−6(1/K)、多結晶シリコンの熱膨張係数の一般的な値は2.8×10−6(1/K)である。単結晶シリコンの熱膨張係数と多結晶シリコンの熱膨張係数とは同程度の値を有している。また酸化シリコンの熱膨張係数は、単結晶シリコンの熱膨張係数および多結晶シリコンの熱膨張係数よりも小さい。この大小関係は、酸化シリコンの形成条件に依存せずに成立する。なお、以下の説明では、単結晶シリコンおよび多結晶シリコンの熱膨張係数を、シリコン熱膨張係数αと定義して説明する。また、酸化シリコンの熱膨張係数を、酸化シリコン熱膨張係数γと定義して説明する。 The general value of thermal expansion coefficient of silicon oxide is 7.0 × 10 −7 (1 / K), and the general value of thermal expansion coefficient of single crystal silicon is 2.5 × 10 −6 (1 / K). The general value of the thermal expansion coefficient of polycrystalline silicon is 2.8 × 10 −6 (1 / K). The thermal expansion coefficient of single crystal silicon and the thermal expansion coefficient of polycrystalline silicon have the same value. The thermal expansion coefficient of silicon oxide is smaller than the thermal expansion coefficient of single crystal silicon and the thermal expansion coefficient of polycrystalline silicon. This magnitude relationship is established without depending on the silicon oxide formation conditions. In the following description, the thermal expansion coefficient of single crystal silicon and polycrystalline silicon is defined as the silicon thermal expansion coefficient α. In addition, the thermal expansion coefficient of silicon oxide is defined as a silicon oxide thermal expansion coefficient γ.

図2で説明したように、基板12において、単結晶シリコン層111の厚さに対する酸化シリコン層112の厚さの比率は十分に小さい。よって、酸化シリコン層112が基板12の熱膨張係数に与える影響を無視することができる。よって、基板12における間隔D1の部分の熱膨張係数は、シリコン熱膨張係数αとみなすことができる。   As described with reference to FIG. 2, the ratio of the thickness of the silicon oxide layer 112 to the thickness of the single crystal silicon layer 111 in the substrate 12 is sufficiently small. Therefore, the influence of the silicon oxide layer 112 on the thermal expansion coefficient of the substrate 12 can be ignored. Therefore, the thermal expansion coefficient of the portion of the distance D1 in the substrate 12 can be regarded as the silicon thermal expansion coefficient α.

また、支持部19aにおいて、多結晶シリコン層113aのz方向厚さに対する酸化シリコン層114aのz方向厚さの比率は十分に小さい。同様に、支持部19bにおいて、多結晶シリコン層113bのz方向厚さに対する酸化シリコン層114bのz方向厚さの比率は十分に小さい。よって、酸化シリコン層114aおよび114bが、支持部19aおよび19bのx方向の熱膨張係数に与える影響を無視することができる。よって、支持部19aおよび19bの熱膨張係数も、シリコン熱膨張係数αとみなすことができる。   In the support portion 19a, the ratio of the thickness in the z direction of the silicon oxide layer 114a to the thickness in the z direction of the polycrystalline silicon layer 113a is sufficiently small. Similarly, in the support portion 19b, the ratio of the thickness in the z direction of the silicon oxide layer 114b to the thickness in the z direction of the polycrystalline silicon layer 113b is sufficiently small. Therefore, the influence of the silicon oxide layers 114a and 114b on the thermal expansion coefficient in the x direction of the support portions 19a and 19b can be ignored. Therefore, the thermal expansion coefficients of the support portions 19a and 19b can also be regarded as the silicon thermal expansion coefficient α.

一方、図2で説明したように、可動梁41aにおいて、多結晶シリコン層115aの厚さに対する酸化シリコン層116aの厚さの比率は大きい。よって、酸化シリコン層116aが可動梁41aのx方向の熱膨張係数に与える影響を無視することはできない。すると、可動梁41aのx方向の熱膨張係数は、シリコン熱膨張係数αよりも小さい値となる。また同様にして、可動梁41bおよび可動部42のx方向の熱膨張係数も、シリコン熱膨張係数αよりも小さい値となる。ここで、可動梁41a、41bおよび可動部42のx方向の熱膨張係数を、熱膨張係数βと定義する。熱膨張係数βは、酸化シリコン熱膨張係数γよりも大きく、シリコン熱膨張係数αよりも小さい値となる。   On the other hand, as described in FIG. 2, in the movable beam 41a, the ratio of the thickness of the silicon oxide layer 116a to the thickness of the polycrystalline silicon layer 115a is large. Therefore, the influence of the silicon oxide layer 116a on the thermal expansion coefficient in the x direction of the movable beam 41a cannot be ignored. Then, the thermal expansion coefficient in the x direction of the movable beam 41a becomes a value smaller than the silicon thermal expansion coefficient α. Similarly, the thermal expansion coefficients in the x direction of the movable beam 41b and the movable portion 42 are also smaller than the silicon thermal expansion coefficient α. Here, the thermal expansion coefficient in the x direction of the movable beams 41a and 41b and the movable portion 42 is defined as a thermal expansion coefficient β. The thermal expansion coefficient β is larger than the silicon oxide thermal expansion coefficient γ and smaller than the silicon thermal expansion coefficient α.

次に、可動梁41aおよび41bに引張応力を発生させる作用について、図3を用いて説明する。図3は、光偏向装置100の上面図である。図3に示すように、間隔D1および支持部19a、19bを含む領域を、領域R1と定義する。領域R1のx方向の熱膨張係数は、シリコン熱膨張係数αとみなせる。また、枠形状の可動部42のうち、領域R1に沿って伸びる範囲を領域R2(図3の斜線部分)と定義する。領域R2は、間隔D1に沿って伸びる範囲を少なくとも有している領域である。領域R2のx方向の熱膨張係数は、熱膨張係数βである。すると、領域R1と領域R2との間では、x方向の熱膨張係数の値に差が生じている。なお、可動部42の領域R2以外の部分と、可動梁41aおよび41bとの間では、熱膨張係数の値に差がないため、熱応力が発生しない。よって以下では、領域R1およびR2に着目して、引張応力を発生させる作用について説明する。   Next, the action of generating a tensile stress in the movable beams 41a and 41b will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a top view of the light deflection apparatus 100. As shown in FIG. 3, a region including the interval D1 and the support portions 19a and 19b is defined as a region R1. The thermal expansion coefficient in the x direction of the region R1 can be regarded as the silicon thermal expansion coefficient α. Further, a range extending along the region R1 in the frame-shaped movable portion 42 is defined as a region R2 (shaded portion in FIG. 3). The region R2 is a region having at least a range extending along the interval D1. The thermal expansion coefficient in the x direction of the region R2 is the thermal expansion coefficient β. Then, there is a difference in the value of the thermal expansion coefficient in the x direction between the region R1 and the region R2. In addition, since there is no difference in the value of a thermal expansion coefficient between parts other than area | region R2 of the movable part 42, and the movable beams 41a and 41b, a thermal stress does not generate | occur | produce. Therefore, in the following, focusing on the regions R1 and R2, the action of generating a tensile stress will be described.

光偏向装置100を形成するための各種プロセスには、成膜工程などの、数百℃の高温状態で行なわれるプロセスが存在する。高温状態では、光偏向装置100には応力が発生しておらず、ストレスフリーな状態とされている。そして光偏向装置100が高温状態から室温状態へ戻されると、光偏向装置100の全体が収縮するため、熱膨張係数が異なる部分には熱応力が発生する。   Various processes for forming the optical deflection apparatus 100 include processes performed at a high temperature of several hundred degrees C., such as a film forming process. In the high temperature state, no stress is generated in the optical deflecting device 100, and the stress is free. When the optical deflecting device 100 is returned from the high temperature state to the room temperature state, the entire optical deflecting device 100 contracts, and thermal stress is generated in the portions having different thermal expansion coefficients.

ここで、高温状態と室温状態との温度差をDTと定義する。また、領域R1の収縮量を収縮量C1と定義すると、収縮量C1は下式(1)により求められる。
収縮量C1=シリコン熱膨張係数α×温度差DT×間隔D1・・・式(1)
また、領域R2の収縮量を収縮量C2と定義すると、収縮量C2は下式(2)により求められる。
収縮量C2=熱膨張係数β×温度差DT×間隔D1・・・式(2)
そして、シリコン熱膨張係数α>熱膨張係数βであるため、収縮量C1>収縮量C2となる。すなわち、領域R1の方が領域R2よりもより多く収縮する。その収縮量差DDは、下式(3)により求められる。
収縮量差DD=収縮量C1−収縮量C2=(シリコン熱膨張係数α−熱膨張係数β)×温度差DT×間隔D1・・・式(3)
Here, the temperature difference between the high temperature state and the room temperature state is defined as DT. Further, when the contraction amount of the region R1 is defined as the contraction amount C1, the contraction amount C1 is obtained by the following expression (1).
Shrinkage amount C1 = silicon thermal expansion coefficient α × temperature difference DT × interval D1 Formula (1)
Further, when the contraction amount of the region R2 is defined as the contraction amount C2, the contraction amount C2 is obtained by the following expression (2).
Shrinkage amount C2 = thermal expansion coefficient β × temperature difference DT × interval D1 Formula (2)
Since silicon thermal expansion coefficient α> thermal expansion coefficient β, shrinkage amount C1> shrinkage amount C2. That is, the region R1 contracts more than the region R2. The shrinkage difference DD is obtained by the following equation (3).
Shrinkage difference DD = shrinkage amount C1−shrinkage amount C2 = (silicon thermal expansion coefficient α−thermal expansion coefficient β) × temperature difference DT × interval D1 (3)

よって、支持部19aの可動部42に対する相対的な位置が、収縮量差DDの半分の距離だけ、x方向の正側(図3右側)へ移動する。そして、可動梁41aは支持部19aと可動部42とを接続しているため、可動梁41aに張力を印加することが可能となる。同様に、支持部19bの可動部42に対する相対的な位置が、収縮量差DDの半分の距離だけ、x方向の負側(図3左側)へ移動する。そして、可動梁41bは支持部19bと可動部42とを接続しているため、可動梁41bに張力を印加することが可能となる。   Therefore, the relative position of the support portion 19a with respect to the movable portion 42 moves to the positive side in the x direction (right side in FIG. 3) by a distance that is half the contraction amount difference DD. Since the movable beam 41a connects the support portion 19a and the movable portion 42, it is possible to apply a tension to the movable beam 41a. Similarly, the relative position of the support portion 19b with respect to the movable portion 42 moves to the negative side (left side in FIG. 3) in the x direction by a distance that is half the contraction amount difference DD. Since the movable beam 41b connects the support portion 19b and the movable portion 42, it is possible to apply tension to the movable beam 41b.

なお、可動梁41aおよび41bに印加される張力を大きくするためには、式(3)より、間隔D1を大きくすればよいことが分かる。   In addition, in order to enlarge the tension | tensile_strength applied to the movable beams 41a and 41b, it turns out that the space | interval D1 should just be enlarged from Formula (3).

本実施例に係る光偏向装置100の効果を説明する。本実施例の光偏向装置100では、第1に、一対の支持部19aおよび19bが間隔D1を挟んで相互に離間する構造とされている。これにより、領域R1と領域R2との間で、熱膨張係数の値に差を生じさせることができる。よって、支持部19aおよび19bが可動部42の中心側へ移動するように、熱応力を発生させることができる。また本実施例の光偏向装置100では、第2に、可動梁41aおよび41bが可動部42の内側に存在する構造を有している。これにより、支持部19aおよび19bによって可動梁41aおよび41bが引っ張られる形態とすることができる。すなわち、熱応力の発生方向を、可動梁41aおよび41bの張力方向に一致させることができる。以上より、光偏向装置100を構成する材料の熱膨張係数の値にかかわらず、可動梁41aおよび41bに張力を印加することができる。よって、揺動方向(可動梁の周りの回転方向)の剛性に比して、上下方向の剛性を高めることができるため、可動部の沈み込みを防止することが可能となる。   The effect of the optical deflection apparatus 100 according to the present embodiment will be described. In the optical deflecting device 100 of the present embodiment, first, a pair of support portions 19a and 19b are structured to be separated from each other with a gap D1 therebetween. Thereby, a difference can be caused in the value of the thermal expansion coefficient between the region R1 and the region R2. Therefore, thermal stress can be generated so that the support parts 19a and 19b move to the center side of the movable part 42. Secondly, the optical deflecting device 100 according to the present embodiment has a structure in which the movable beams 41 a and 41 b exist inside the movable portion 42. Thereby, it can be set as the form by which the movable beams 41a and 41b are pulled by the support parts 19a and 19b. That is, the generation direction of the thermal stress can be matched with the tension direction of the movable beams 41a and 41b. As described above, tension can be applied to the movable beams 41a and 41b regardless of the value of the thermal expansion coefficient of the material constituting the optical deflecting device 100. Therefore, since the rigidity in the vertical direction can be increased as compared with the rigidity in the swing direction (the rotation direction around the movable beam), it is possible to prevent the movable part from sinking.

なお、開口部の数は1つに限られず、複数あってもよい。図4に示す光偏向装置100aのように、複数の開口部43aおよび43bがあってもよい。この場合には、領域R1aと領域R2aとの間での、x方向の熱膨張係数の値の差に起因して、可動梁41aおよび41bに張力が印加される。   Note that the number of openings is not limited to one, and a plurality of openings may be provided. There may be a plurality of openings 43a and 43b as in the optical deflecting device 100a shown in FIG. In this case, tension is applied to the movable beams 41a and 41b due to the difference in the value of the thermal expansion coefficient in the x direction between the region R1a and the region R2a.

また本実施例の光偏向装置では、可動部42および可動梁41a、41bの全体の熱膨張係数が、シリコン熱膨張係数αよりも低くされている場合を説明したが、この形態に限られない。図3において、領域R2のみの熱膨張係数が、シリコン熱膨張係数αよりも低くされている形態であってもよい。また、領域R2の熱膨張係数を低下させる方法としては、熱膨張係数の低い材料を領域R2に膜状に形成する方法が挙げられる。   In the optical deflecting device of this embodiment, the case where the overall thermal expansion coefficient of the movable portion 42 and the movable beams 41a and 41b is lower than the silicon thermal expansion coefficient α has been described. However, the present invention is not limited to this configuration. . In FIG. 3, the thermal expansion coefficient of only the region R2 may be lower than the silicon thermal expansion coefficient α. In addition, as a method of reducing the thermal expansion coefficient of the region R2, a method of forming a material having a low thermal expansion coefficient in the region R2 in a film shape can be given.

また、可動部42および可動梁41a、41bの構成については、特に限定されないことは言うまでもない。   Moreover, it cannot be overemphasized that it is not specifically limited about the structure of the movable part 42 and the movable beams 41a and 41b.

以上、本願の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   As mentioned above, although the specific example of this application was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

12 基板
19a、19b 支持部
41a、41b 可動梁
42 可動部
100 光偏向装置
D1 間隔
R1、R2 領域
12 Substrate 19a, 19b Support part 41a, 41b Movable beam 42 Movable part 100 Optical deflecting device D1 Spacing R1, R2 region

Claims (4)

光の反射方向を変化させる光偏向装置であって、
基板と、可動部と、一対の支持部と、一対の可動梁を備えており、
可動部は、少なくとも1つの開口部を形成する枠形状を備えており、
各々の支持部は、基板に固定されて基板から上方に伸びており、
一対の支持部は、間隔を挟んで相互に離間しているとともに前記開口部内に配置されており、
各々の可動梁は、対応する支持部と前記可動部の開口部の内周面とを接続しており、
一対の可動梁は、基板の表面に平行な同一直線上を伸びて、前記可動部を前記直線の周りに揺動可能に支持しており、
前記枠形状の可動部のうち、少なくとも前記間隔に沿って伸びる範囲に、前記基板よりも熱膨張係数が低い材料で形成されている低熱膨張部分が存在する
ことを特徴とする光偏向装置。
An optical deflecting device that changes the reflection direction of light,
A substrate, a movable part, a pair of support parts, and a pair of movable beams;
The movable part has a frame shape that forms at least one opening,
Each support portion is fixed to the substrate and extends upward from the substrate.
The pair of support portions are spaced apart from each other with an interval between them and disposed in the opening,
Each movable beam connects the corresponding support part and the inner peripheral surface of the opening of the movable part,
The pair of movable beams extend on the same straight line parallel to the surface of the substrate, and support the movable part so as to be swingable around the straight line.
The light deflection apparatus characterized in that a low thermal expansion portion made of a material having a lower thermal expansion coefficient than the substrate exists in at least a range extending along the interval in the frame-shaped movable portion.
可動部および一対の可動梁の全体が、前記低熱膨張部分とされている
ことを特徴とする請求項1に記載の光偏向装置。
The optical deflection apparatus according to claim 1, wherein the entire movable portion and the pair of movable beams are the low thermal expansion portion.
基板と低熱膨張部分が、シリコンと酸化シリコンの積層材料で形成されており、
基板においてシリコンに対して酸化シリコンが占める比率よりも、低熱膨張部分においてシリコンに対して酸化シリコンが占める比率の方が高くされている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光偏向装置。
The substrate and the low thermal expansion part are made of a laminated material of silicon and silicon oxide,
3. The optical deflection apparatus according to claim 1, wherein a ratio of silicon oxide to silicon in the low thermal expansion portion is higher than a ratio of silicon oxide to silicon in the substrate. .
光の反射方向を変化させる光偏向装置であって、
基板と、可動部と、一対の支持部と、一対の可動梁を備えており、
可動部は、少なくとも1つの開口部を形成する枠形状を備えており、
各々の支持部は、基板に固定されて基板から上方に伸びており、
一対の支持部は、間隔を挟んで相互に離間しているとともに前記開口部内に配置されており、
各々の可動梁は、対応する支持部と前記可動部の開口部の内周面とを接続しており、
一対の可動梁は、基板の表面に平行な同一直線上を伸びて、前記可動部を前記直線の周りに揺動可能に支持しており、
前記一対の可動梁に引っ張り応力が作用している
ことを特徴とする光偏向装置。
An optical deflecting device that changes the reflection direction of light,
A substrate, a movable part, a pair of support parts, and a pair of movable beams;
The movable part has a frame shape that forms at least one opening,
Each support portion is fixed to the substrate and extends upward from the substrate.
The pair of support portions are spaced apart from each other with an interval between them and disposed in the opening,
Each movable beam connects the corresponding support part and the inner peripheral surface of the opening of the movable part,
The pair of movable beams extend on the same straight line parallel to the surface of the substrate, and support the movable part so as to be swingable around the straight line.
An optical deflecting device, wherein a tensile stress acts on the pair of movable beams.
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