JP6524367B1 - 光学デバイス - Google Patents

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Abstract

光学デバイスでは、可動部は、本体部と、本体部から所定の間隔を空けて本体部を囲む枠部と、本体部と枠部とを互いに連結する複数の連結部と、を有する。本体部の外縁部は、外縁部の厚さが中央部の厚さよりも厚くなるように形成された第1梁部を含む。枠部は、枠部の厚さが中央部の厚さよりも厚くなるように形成された第2梁部を含む。各連結部の幅は、本体部と枠部との間の間隔よりも大きく、且つ、枠部における各連結部との接続位置から一対の第1捩り支持部のそれぞれ及び一対の第2捩り支持部のそれぞれとの接続位置のいずれまでの距離よりも小さい。

Description

本開示は、例えばMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスとして構成される光学デバイスに関する。
MEMSデバイスとして、ベースと、光学機能部を有する可動部と、ベースと可動部との間に接続され、可動部が移動方向に沿って移動可能となるように可動部を支持する一対の弾性支持部と、を備える光学デバイスが知られている(例えば特許文献1参照)。このような光学デバイスでは、一対の弾性支持部のそれぞれが、可動部に接続された一対の捩り支持部を含んで構成される場合がある。
米国特許出願公開2008/0284078号明細書
上述したような光学デバイスでは、多くの捩り支持部が可動部に接続されているため、可動部が移動方向に沿って移動している際に、捩り支持部からの断面力によって可動部に歪みが生じ易い。可動部の歪みは光学特性の低下を招くおそれがあることから、その抑制が求められる。また、上述したような光学デバイスには、信頼性の確保が併せて求められる。
本開示の一側面は、可動部の歪みを抑制しつつ、信頼性を確保することができる光学デバイスを提供することを目的とする。
本開示の一側面に係る光学デバイスは、主面を有するベースと、光学機能部を有する可動部と、ベースと可動部との間に接続され、可動部が主面に垂直な所定方向に沿って移動可能となるように可動部を支持する第1弾性支持部及び第2弾性支持部と、を備え、可動部は、本体部と、所定方向から見た場合に本体部から所定の間隔を空けて本体部を囲む枠部と、本体部と枠部とを互いに連結する複数の連結部と、を有し、第1弾性支持部は、枠部に接続された一対の第1捩り支持部を有し、第2弾性支持部は、枠部に接続された一対の第2捩り支持部を有し、本体部は、光学機能部が設けられた中央部と、外縁部と、を含み、外縁部は、所定方向における外縁部の厚さが所定方向における中央部の厚さよりも厚くなるように形成された第1梁部を含み、枠部は、所定方向における枠部の厚さが所定方向における中央部の厚さよりも厚くなるように形成された第2梁部を含み、複数の連結部のそれぞれの幅は、間隔よりも大きく、且つ、枠部における複数の連結部のそれぞれとの接続位置から一対の第1捩り支持部のそれぞれ及び一対の第2捩り支持部のそれぞれとの接続位置のいずれまでの距離よりも小さい。
この光学デバイスでは、可動部が、本体部と、所定方向から見た場合に本体部から所定の間隔を空けて本体部を囲む枠部と、本体部と枠部とを互いに連結する複数の連結部と、を有している。これにより、一対の第1捩り支持部及び一対の第2捩り支持部からの断面力が本体部に伝わり難くなり、本体部の歪みを抑制することができる。また、第1梁部が形成されることにより、所定方向における外縁部の厚さが所定方向における中央部の厚さよりも厚くなっている。これにより、本体部の歪みを一層確実に抑制することができる。また、第2梁部が形成されることにより、所定方向における枠部の厚さが所定方向における中央部の厚さよりも厚くなっている。これにより、枠部の歪みを抑制することができ、ひいては枠部の歪みに起因する本体部の歪みを抑制することができる。また、この光学デバイスでは、複数の連結部のそれぞれの幅が、枠部における複数の連結部のそれぞれとの接続位置から一対の第1捩り支持部のそれぞれ及び一対の第2捩り支持部のそれぞれとの接続位置のいずれまでの距離よりも小さい。これにより、枠部における複数の連結部のそれぞれとの接続位置から一対の第1捩り支持部のそれぞれ及び一対の第2捩り支持部のそれぞれとの接続位置までの距離を確保することができる。その結果、一対の第1捩り支持部及び一対の第2捩り支持部からの断面力が本体部に一層伝わり難くなり、本体部の歪みをより一層確実に抑制することができる。更に、この光学デバイスでは、複数の連結部のそれぞれの幅が、本体部と枠部との間の間隔よりも大きい。これにより、連結部の強度を確保することができるため、本体部と枠部とを連結部によって互いに連結して本体部の歪みを抑制する場合でも、信頼性を確保することができる。以上により、この光学デバイスによれば、可動部の歪みを抑制しつつ、信頼性を確保することができる。
本開示の一側面に係る光学デバイスでは、枠部において、複数の連結部のそれぞれとの接続位置は、一対の第1捩り支持部のそれぞれとの接続位置と、一対の第2捩り支持部のそれぞれとの接続位置との間に位置してもよい。このような構成においても、可動部の歪みを抑制しつつ、信頼性を確保することができる。
本開示の一側面に係る光学デバイスでは、枠部において、複数の連結部のそれぞれとの接続位置は、一対の第1捩り支持部のそれぞれとの接続位置の間、又は、一対の第2捩り支持部のそれぞれとの接続位置の間に位置してもよい。このような構成においても、可動部の歪みを抑制しつつ、信頼性を確保することができる。
本開示の一側面に係る光学デバイスでは、複数の連結部は、所定方向から見た場合に、本体部の中心に関して互いに点対称に配置されていてもよい。この場合、可動部のバランスを向上することができ、本体部の歪みをより一層確実に抑制することができる。
本開示の一側面に係る光学デバイスでは、複数の連結部のそれぞれの幅は、枠部における複数の連結部のそれぞれとの接続位置から一対の第1捩り支持部のそれぞれ及び一対の第2捩り支持部のそれぞれとの接続位置のいずれまでの距離の1/3倍よりも小さくてもよい。この場合、一対の第1捩り支持部及び一対の第2捩り支持部からの断面力が本体部により一層伝わり難くなり、本体部の歪みをより一層確実に抑制することができる。
本開示の一側面に係る光学デバイスでは、複数の連結部のそれぞれの幅は、所定方向から見た場合における第1梁部の内縁から枠部の外縁までの距離よりも小さくてもよい。この場合、一対の第1捩り支持部及び一対の第2捩り支持部からの断面力が本体部により一層伝わり難くなり、本体部の歪みをより一層確実に抑制することができる。
本開示の一側面に係る光学デバイスでは、本体部及び光学機能部は、所定方向から見た場合に円形状を呈しており、複数の連結部のそれぞれは、所定方向から見た場合に、当該連結部の中心及び本体部の中心を通る直線に垂直で且つ光学機能部の外縁に接する直線と交差しないように、設けられていてもよい。この場合、一対の第1捩り支持部及び一対の第2捩り支持部からの断面力が本体部により一層伝わり難くなり、本体部の歪みをより一層確実に抑制することができる。
本開示の一側面に係る光学デバイスでは、複数の連結部のそれぞれは、所定方向における複数の連結部のそれぞれの厚さが所定方向における中央部の厚さよりも厚くなるように形成された第3梁部を含み、第3梁部は、第1梁部及び第2梁部に接続されていてもよい。この場合、連結部の歪みを抑制することができ、ひいては連結部の歪みに起因する本体部の歪みを抑制することができる。
本開示の一側面に係る光学デバイスでは、一対の第1捩り支持部のそれぞれ及び一対の第2捩り支持部のそれぞれは、所定方向に垂直な第2方向に沿って延在しており、所定方向から見た場合に、枠部と一対の第1捩り支持部の一方との接続位置、及び本体部の中心を通る直線と、第2方向に垂直で且つ本体部の中心を通る軸線とが成す角度、枠部と一対の第1捩り支持部の他方との接続位置、及び本体部の中心を通る直線と軸線とが成す角度、枠部と一対の第2捩り支持部の一方との接続位置、及び本体部の中心を通る直線と軸線とが成す角度、並びに、枠部と一対の第2捩り支持部の他方との接続位置、及び本体部の中心を通る直線と軸線とが成す角度は、いずれも、60度以下であってもよい。この場合、枠部における複数の連結部のそれぞれとの接続位置から一対の第1捩り支持部のそれぞれ及び一対の第2捩り支持部のそれぞれとの接続位置までの距離をより大きく確保することができる。その結果、一対の第1捩り支持部及び一対の第2捩り支持部からの断面力が本体部により一層伝わり難くなり、本体部の歪みをより一層確実に抑制することができる。
本開示の一側面に係る光学デバイスでは、一対の第1捩り支持部のそれぞれ及び一対の第2捩り支持部のそれぞれは、所定方向に垂直な第2方向に沿って延在しており、所定方向から見た場合に、枠部と一対の第1捩り支持部の一方との接続位置、及び本体部の中心を通る直線と、第2方向に垂直で且つ本体部の中心を通る軸線とが成す角度、枠部と一対の第1捩り支持部の他方との接続位置、及び本体部の中心を通る直線と軸線とが成す角度、枠部と一対の第2捩り支持部の一方との接続位置、及び本体部の中心を通る直線と軸線とが成す角度、並びに、枠部と一対の第2捩り支持部の他方との接続位置、及び本体部の中心を通る直線と軸線とが成す角度は、いずれも、30度以上70度以下であってもよい。この場合、枠部における複数の連結部のそれぞれとの接続位置から一対の第1捩り支持部のそれぞれ及び一対の第2捩り支持部のそれぞれとの接続位置までの距離を確保しつつ、第1弾性支持部及び第2弾性支持部におけるベースとの接続位置から可動部との接続位置までの距離を確保することができる。その結果、本体部の歪みを抑制しつつ、所定方向における可動部の移動量の増加を図ることができる。
本開示の一側面に係る光学デバイスでは、第1弾性支持部は、一対の第1捩り支持部にそれぞれ接続された一対の第1レバーと、一対の第1レバーとベースとの間にそれぞれ接続された一対の第3捩り支持部と、を更に有し、第2弾性支持部は、一対の第2捩り支持部にそれぞれ接続された一対の第2レバーと、一対の第2レバーとベースとの間にそれぞれ接続された一対の第4捩り支持部と、を更に有してもよい。このような構成においても、可動部の歪みを抑制しつつ、信頼性を確保することができる。
本開示の一側面によれば、可動部の歪みを抑制しつつ、信頼性を確保することができる光学デバイスを提供できる。
図1は、一実施形態に係る光学デバイスを備える光モジュールの縦断面図である。 図2は、図1に示される光学デバイスの平面図である。 図3は、図2の一部を拡大して示す平面図である。 図4は、図2のIV−IV線に沿っての断面図である。 図5は、図2の一部を拡大して示す平面図である。 図6は、第1変形例に係る光学デバイスを示す平面図である。 図7は、第2変形例に係る光学デバイスを示す平面図である。
以下、本開示の一側面に係る実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
[光モジュールの構成]
図1に示されるように、光モジュール1は、ミラーユニット2及びビームスプリッタユニット3を備えている。ミラーユニット2は、光学デバイス10及び固定ミラー21を有している。光学デバイス10は、可動ミラー(可動部)11を含んでいる。光モジュール1では、ビームスプリッタユニット3、可動ミラー11及び固定ミラー21によって、測定光L0について干渉光学系が構成されている。干渉光学系は、ここでは、マイケルソン干渉光学系である。
光学デバイス10は、可動ミラー11に加え、ベース12、駆動部13、第1光学機能部17及び第2光学機能部18を含んでいる。ベース12は、主面12aを有している。可動ミラー11は、主面12aに平行な平面に沿ったミラー面(光学機能部)11aを有している。可動ミラー11は、主面12aに垂直なZ軸方向(Z軸に平行な方向、所定方向)に沿って移動可能となるようにベース12において支持されている。駆動部13は、Z軸方向に沿って可動ミラー11を移動させる。第1光学機能部17は、Z軸方向から見た場合に、Z軸方向に垂直なX軸方向(X軸に平行な方向、第3方向)における可動ミラー11の一方の側に配置されている。第2光学機能部18は、Z軸方向から見た場合に、X軸方向における可動ミラー11の他方の側に配置されている。第1光学機能部17及び第2光学機能部18のそれぞれは、ベース12に設けられた光通過開口部であり、Z軸方向における一方の側及び他方の側に開口している。なお、光モジュール1では、第2光学機能部18は、光通過開口部として用いられていない。光学デバイス10が他の装置に適用される場合、第1光学機能部17及び第2光学機能部18の少なくとも一方が光学機能部として用いられてもよいし、第1光学機能部17及び第2光学機能部18の両方が光学機能部として用いられなくてもよい。
固定ミラー21は、主面12aに平行な平面(Z軸方向に垂直な平面)に沿って延在するミラー面21aを有している。固定ミラー21のベース12に対する位置は、固定されている。ミラーユニット2においては、可動ミラー11のミラー面11a及び固定ミラー21のミラー面21aが、Z軸方向における一方の側(ビームスプリッタユニット3側)を向いている。
ミラーユニット2は、光学デバイス10及び固定ミラー21に加え、支持体22、サブマウント23及びパッケージ24を有している。パッケージ24は、光学デバイス10、固定ミラー21、支持体22及びサブマウント23を収容している。パッケージ24は、底壁241、側壁242及び天壁243を含んでいる。パッケージ24は、例えば、直方体箱状に形成されている。パッケージ24は、例えば、30×25×10(厚さ)mm程度のサイズを有している。底壁241及び側壁242は、互いに一体的に形成されている。天壁243は、Z軸方向において底壁241と対向しており、側壁242に固定されている。天壁243は、測定光L0に対して光透過性を有している。ミラーユニット2では、パッケージ24によって空間Sが形成されている。空間Sは、例えば、パッケージ24に設けられた通気孔又は隙間等を介してミラーユニット2の外部に開放されている。このように空間Sが気密な空間でない場合、パッケージ24内に存在する樹脂材料からのアウトガス、又はパッケージ24内に存在する水分等に起因するミラー面11aの汚染又は曇り等を抑制することができる。なお、空間Sは、高い真空度が維持された気密な空間、或いは窒素等の不活性ガスが充填された気密な空間であってもよい。
底壁241の内面には、サブマウント23を介して支持体22が固定されている。支持体22は、例えば、矩形板状に形成されている。支持体22は、測定光L0に対して光透過性を有している。支持体22におけるサブマウント23とは反対側の表面22aには、光学デバイス10のベース12が固定されている。つまり、ベース12は、支持体22によって支持されている。支持体22の表面22aには、凹部22bが形成されており、光学デバイス10と天壁243との間には、隙間(空間Sの一部)が形成されている。これにより、可動ミラー11がZ軸方向に沿って移動させられた際に、可動ミラー11及び駆動部13が支持体22及び天壁243に接触することが防止される。
サブマウント23には、開口23aが形成されている。固定ミラー21は、開口23a内に位置するように、支持体22におけるサブマウント23側の表面22cに配置されている。つまり、固定ミラー21は、支持体22におけるベース12とは反対側の表面22cに配置されている。固定ミラー21は、Z軸方向から見た場合に、X軸方向における可動ミラー11の一方の側に配置されている。固定ミラー21は、Z軸方向から見た場合に、光学デバイス10の第1光学機能部17と重なっている。
ミラーユニット2は、複数のリードピン25及び複数のワイヤ26を更に有している。各リードピン25は、底壁241を貫通した状態で、底壁241に固定されている。各リードピン25は、ワイヤ26を介して駆動部13と電気的に接続されている。ミラーユニット2では、可動ミラー11をZ軸方向に沿って移動させるための電気信号が、複数のリードピン25及び複数のワイヤ26を介して駆動部13に付与される。
ビームスプリッタユニット3は、パッケージ24の天壁243によって支持されている。具体的には、ビームスプリッタユニット3は、天壁243における光学デバイス10とは反対側の表面243aに光学樹脂4によって固定されている。光学樹脂4は、測定光L0に対して光透過性を有している。
ビームスプリッタユニット3は、ハーフミラー面31、全反射ミラー面32及び複数の光学面33a,33b,33c,33dを有している。ビームスプリッタユニット3は、複数の光学ブロックが接合されることで構成されている。ハーフミラー面31は、例えば誘電体多層膜によって形成されている。全反射ミラー面32は、例えば金属膜によって形成されている。
光学面33aは、例えばZ軸方向に垂直な面であり、Z軸方向から見た場合に、光学デバイス10の第1光学機能部17及び固定ミラー21のミラー面21aと重なっている。光学面33aは、Z軸方向に沿って入射した測定光L0を透過させる。
ハーフミラー面31は、例えば光学面33aに対して45度傾斜した面であり、Z軸方向から見た場合に、光学デバイス10の第1光学機能部17及び固定ミラー21のミラー面21aと重なっている。ハーフミラー面31は、Z軸方向に沿って光学面33aに入射した測定光L0の一部をX軸方向に沿って反射し且つ当該測定光L0の残部をZ軸方向に沿って固定ミラー21側に透過させる。
全反射ミラー面32は、ハーフミラー面31に平行な面であり、Z軸方向から見た場合に可動ミラー11のミラー面11aと重なっており且つX軸方向から見た場合にハーフミラー面31と重なっている。全反射ミラー面32は、ハーフミラー面31によって反射された測定光L0の一部をZ軸方向に沿って可動ミラー11側に反射する。
光学面33bは、光学面33aに平行な面であり、Z軸方向から見た場合に可動ミラー11のミラー面11aと重なっている。光学面33bは、全反射ミラー面32によって反射された測定光L0の一部をZ軸方向に沿って可動ミラー11側に透過させる。
光学面33cは、光学面33aに平行な面であり、Z軸方向から見た場合に固定ミラー21のミラー面21aと重なっている。光学面33cは、ハーフミラー面31を透過した測定光L0の残部をZ軸方向に沿って固定ミラー21側に透過させる。
光学面33dは、例えばX軸方向に垂直な面であり、X軸方向から見た場合にハーフミラー面31及び全反射ミラー面32と重なっている。光学面33dは、測定光L1をX軸方向に沿って透過させる。測定光L1は、可動ミラー11のミラー面11a及び全反射ミラー面32で順次に反射されてハーフミラー面31を透過した測定光L0の一部と、固定ミラー21のミラー面21a及びハーフミラー面31で順次に反射された測定光L0の残部との干渉光である。
以上のように構成された光モジュール1では、光モジュール1の外部から光学面33aを介してビームスプリッタユニット3に測定光L0が入射すると、測定光L0の一部は、ハーフミラー面31及び全反射ミラー面32で順次に反射されて、可動ミラー11のミラー面11aに向かって進行する。そして、測定光L0の一部は、可動ミラー11のミラー面11aで反射されて、同一の光路(後述する光路P1)上を逆方向に進行し、ビームスプリッタユニット3のハーフミラー面31を透過する。
一方、測定光L0の残部は、ビームスプリッタユニット3のハーフミラー面31を透過した後、第1光学機能部17を通過し、更に、支持体22を透過して、固定ミラー21のミラー面21aに向かって進行する。そして、測定光L0の残部は、固定ミラー21のミラー面21aで反射されて、同一の光路(後述する光路P2)上を逆方向に進行し、ビームスプリッタユニット3のハーフミラー面31で反射される。
ビームスプリッタユニット3のハーフミラー面31を透過した測定光L0の一部と、ビームスプリッタユニット3のハーフミラー面31で反射された測定光L0の残部とは、干渉光である測定光L1となり、測定光L1は、ビームスプリッタユニット3から光学面33dを介して光モジュール1の外部に出射する。光モジュール1によれば、Z軸方向に沿って可動ミラー11を高速で往復動させることができるので、小型且つ高精度のFTIR(フーリエ変換型赤外分光分析器)を提供することができる。
支持体22は、ビームスプリッタユニット3と可動ミラー11との間の光路P1と、ビームスプリッタユニット3と固定ミラー21との間の光路P2との間の光路差を補正する。具体的には、光路P1は、ハーフミラー面31から、全反射ミラー面32及び光学面33bを順次に介して、基準位置に位置する可動ミラー11のミラー面11aに至る光路であって、測定光L0の一部が進行する光路である。光路P2は、ハーフミラー面31から、光学面33c及び第1光学機能部17を順次に介して、固定ミラー21のミラー面21aに至る光路であって、測定光L0の残部が進行する光路である。支持体22は、光路P1の光路長(光路P1が通る各媒質の屈折率を考慮した光路長)と光路P2の光路長(光路P2が通る各媒質の屈折率を考慮した光路長)との差が小さくなる(例えば無くなる)ように、光路P1と光路P2との間の光路差を補正する。なお、支持体22は、例えば、ビームスプリッタユニット3を構成する各光学ブロックと同一の光透過性材料によって形成することができる。その場合、支持体22の厚さ(Z軸方向における長さ)は、X軸方向におけるハーフミラー面31と全反射ミラー面32との距離と同一とすることができる。
[光学デバイスの構成]
図2、図3及び図4に示されるように、可動ミラー11のうちミラー面11a以外の部分、ベース12、駆動部13、第1光学機能部17及び第2光学機能部18は、SOI(Silicon On Insulator)基板50によって構成されている。つまり、光学デバイス10は、SOI基板50によって構成されている。光学デバイス10は、例えば、矩形板状に形成されている。光学デバイス10は、例えば、15×10×0.3(厚さ)mm程度のサイズを有している。SOI基板50は、支持層51、デバイス層52及び中間層53を有している。支持層51は、第1シリコン層である。デバイス層52は、第2シリコン層である。中間層53は、支持層51とデバイス層52との間に配置された絶縁層である。
ベース12は、支持層51、デバイス層52及び中間層53の一部によって形成されている。ベース12の主面12aは、デバイス層52における中間層53とは反対側の表面である。ベース12における主面12aとは反対側の主面12bは、支持層51における中間層53とは反対側の表面である。光モジュール1では、ベース12の主面12aと支持体22の表面22aとが互いに接合されている(図1参照)。
可動ミラー11は、軸線R1と軸線R2との交点を中心位置(重心位置)として配置されている。軸線R1と軸線R2との交点は、後述する本体部111の中心C1と一致する。軸線R1は、X軸方向に延在する直線である。軸線R2は、X軸方向及びZ軸方向に垂直なY軸方向(Y軸に平行な方向、第2方向)に延在する直線である。光学デバイス10は、Z軸方向から見た場合に、軸線R1に関して線対称且つ軸線R2に関して線対称な形状を呈している。
可動ミラー11は、本体部111、枠部112及び一対の連結部113を有している。本体部111は、Z軸方向から見た場合に円形状を呈している。本体部111は、中央部114及び外縁部115を有している。中央部114における主面12b側の表面上には、例えば、金属膜が形成されることで、円形状のミラー面11aが設けられている。中央部114は、デバイス層52の一部によって形成されている。外縁部115は、Z軸方向から見た場合に中央部114を囲んでいる。外縁部115は、第1本体部115a及び第1梁部115bを有している。第1本体部115aは、デバイス層52の一部によって形成されている。
第1梁部115bは、支持層51及び中間層53の一部によって形成されている。第1梁部115bは、第1本体部115aにおける主面12b側の表面上に設けられている。第1梁部115bは、Z軸方向における外縁部115の厚さがZ軸方向における中央部114の厚さよりも厚くなるように形成されている。第1梁部115bは、Z軸方向から見た場合に、円環状を呈し、ミラー面11aを囲んでいる。第1梁部115bは、Z軸方向から見た場合に、本体部111の外縁に沿って延在している。本実施形態では、第1梁部115bの外縁は、Z軸方向から見た場合に、本体部111の外縁から所定の間隔を空けて、本体部111の外縁に沿って延在している。第1梁部115bの内縁は、Z軸方向から見た場合に、ミラー面11aの外縁から所定の間隔を空けて、ミラー面11aの外縁に沿って延在している。
枠部112は、Z軸方向から見た場合に、本体部111から所定の間隔G(図5参照)を空けて本体部111を囲んでいる。枠部112は、Z軸方向から見た場合に円環状を呈している。枠部112と本体部111との間には、Z軸方向から見た場合に、断面円弧状の一対のスリットSLが形成されている。スリットSLの幅は、間隔Gと等しい。枠部112は、Z軸方向から見た場合に、本体部111を囲むように環状に延在している。例えば、本実施形態では、Z軸方向から見た場合に、枠部112の内縁は、本体部111の外縁に沿って延在しており、枠部112の外縁は、枠部112の内縁に沿って延在している。枠部112は、第2本体部112a及び第2梁部112bを有している。第2本体部112aは、デバイス層52の一部によって形成されている。
第2梁部112bは、支持層51及び中間層53の一部によって形成されている。第2梁部112bは、第2本体部112aにおける主面12b側の表面上に設けられている。第2梁部112bは、Z軸方向における枠部112の厚さがZ軸方向における中央部114の厚さよりも厚くなるように形成されている。第2梁部112bは、Z軸方向から見た場合に円環状を呈している。第2梁部112bの外縁は、Z軸方向から見た場合に、枠部112の外縁から所定の間隔を空けて、枠部112の外縁に沿って延在している。第2梁部112bの内縁は、Z軸方向から見た場合に、枠部112の内縁から所定の間隔を空けて、枠部112の内縁に沿って延在している。
Z軸方向における第2梁部112bの厚さは、Z軸方向における第1梁部115bの厚さと等しい。Z軸方向から見た場合に、第2梁部112bの幅は、第1梁部115bの幅よりも広い。Z軸方向から見た場合における第1梁部115bの幅とは、第1梁部115bの延在方向に垂直な方向における第1梁部115bの長さであり、本実施形態では、第1梁部115bの半径方向における第1梁部115bの長さである。この点は、Z軸方向から見た場合における第2梁部112bの幅についても同様である。
一対の連結部113のそれぞれは、本体部111と枠部112とを互いに連結している。一対の連結部113は、Z軸方向から見た場合に、本体部111の中心C1に関して互いに点対称に配置されている。一対の連結部113は、本体部111に対してY軸方向における一方の側と他方の側とにそれぞれ配置されている。各連結部113は、第3本体部113a及び第3梁部113bを有している。第3本体部113aは、デバイス層52の一部によって形成されている。第3本体部113aは、第1本体部115a及び第2本体部112aに接続されている。
第3梁部113bは、支持層51及び中間層53の一部によって形成されている。第3梁部113bは、第1梁部115b及び第2梁部112bに接続されている。第3梁部113bは、第3本体部113aにおける主面12b側の表面上に設けられている。第3梁部113bは、Z軸方向における連結部113の厚さがZ軸方向における中央部114の厚さよりも厚くなるように形成されている。Z軸方向における第3梁部113bの厚さは、Z軸方向における第1梁部115b及び第2梁部112bのそれぞれの厚さと等しい。第3梁部113bの幅は、第1梁部115b及び第2梁部112bのそれぞれの幅よりも大きい。第3梁部113bの幅とは、第1梁部115bの延在方向に沿っての第3梁部113bの長さである。
可動ミラー11は、一対のブラケット116及び一対のブラケット117を更に有している。各ブラケット116及び各ブラケット117は、デバイス層52の一部によって形成されている。各ブラケット116は、Y軸方向に沿って延在し、Z軸方向から見た場合に矩形状を呈している。一方のブラケット116は、枠部112の側面からY軸方向における一方の側に向かって突出しており、他方のブラケット116は、枠部112の側面からY軸方向における他方の側に向かって突出している。一対のブラケット116は、Y軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。各ブラケット116は、枠部112における第1光学機能部17側の端部から延在している。
各ブラケット117は、Y軸方向に沿って延在し、Z軸方向から見た場合に矩形状を呈している。一方のブラケット117は、枠部112の側面からY軸方向における一方の側に向かって突出しており、他方のブラケット117は、枠部112の側面からY軸方向における他方の側に向かって突出している。一対のブラケット117は、Y軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。各ブラケット117は、枠部112における第2光学機能部18側(第1光学機能部17とは反対側)の端部から延在している。
駆動部13は、第1弾性支持部14、第2弾性支持部15及びアクチュエータ部16を有している。第1弾性支持部14、第2弾性支持部15及びアクチュエータ部16は、デバイス層52によって形成されている。
第1弾性支持部14及び第2弾性支持部15のそれぞれは、ベース12と可動ミラー11との間に接続されている。第1弾性支持部14及び第2弾性支持部15は、可動ミラー11がZ軸方向に沿って移動可能となるように可動ミラー11を支持している。
第1弾性支持部14は、一対のレバー(第1レバー)141、リンク142、リンク143、一対のブラケット144、一対の第1トーションバー(第1捩り支持部)145、一対の第3トーションバー(第3捩り支持部)146、及び一対の電極支持部147を有している。一対のレバー141は、Y軸方向における第1光学機能部17の両側に配置されている。各レバー141は、Z軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈している。本実施形態では、各レバー141は、X軸方向に沿って延在している。
リンク142は、一対のレバー141における可動ミラー11側の端部141a間に掛け渡されている。リンク142は、Z軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈している。リンク142は、Y軸方向に沿って延在している。リンク143は、一対のレバー141における可動ミラー11とは反対側の端部141b間に掛け渡されている。リンク143は、Z軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈し、Y軸方向に沿って延在している。本実施形態では、第1光学機能部17は、一対のレバー141、リンク142及びリンク143によって画定された開口部である。第1光学機能部17は、Z軸方向から見た場合に矩形状を呈している。第1光学機能部17は、例えば空洞である。或いは、第1光学機能部17を構成する開口部内には、測定光L0に対して光透過性を有する材料が配置されてもよい。
各ブラケット144は、Z軸方向から見た場合に矩形状を呈している。各ブラケット144は、可動ミラー11側に突出するように、リンク142における可動ミラー11側の表面に設けられている。一方のブラケット144は、リンク142の一端の近傍に配置されており、他方のブラケット144は、リンク142の他端の近傍に配置されている。
一対の第1トーションバー145は、それぞれ、一方のブラケット116の先端部と一方のブラケット144との間、及び、他方のブラケット116の先端部と他方のブラケット144との間に掛け渡されている。つまり、一対の第1トーションバー145は、それぞれ、一対のレバー141と可動ミラー11との間に接続されている。各第1トーションバー145は、Y軸方向に沿って延在している。一対の第1トーションバー145は、Y軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。
一対の第3トーションバー146は、それぞれ、一方のレバー141における可動ミラー11とは反対側の端部141bとベース12との間、及び、他方のレバー141における可動ミラー11とは反対側の端部141bとベース12との間に掛け渡されている。つまり、一対の第3トーションバー146は、それぞれ、一対のレバー141とベース12との間に接続されている。各第3トーションバー146は、Y軸方向に沿って延在している。一対の第3トーションバー146は、Y軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。各レバー141の端部141bには、Y軸方向における外側に突出した突出部141cが設けられており、第3トーションバー146は、突出部141cに接続されている。
各電極支持部147は、Y軸方向に沿って延在し、Z軸方向から見た場合に矩形状を呈している。一方の電極支持部147は、一方のレバー141の中間部から第1光学機能部17とは反対側に向かって延在している。他方の電極支持部147は、他方のレバー141の中間部から第1光学機能部17とは反対側に突出している。一対の電極支持部147は、Z軸方向から見た場合に、Y軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。
第2弾性支持部15は、一対のレバー(第2レバー)151、リンク152、リンク153、一対のブラケット154、一対の第2トーションバー(第2捩り支持部)155、一対の第4トーションバー(第4捩り支持部)156、及び一対の電極支持部157を有している。一対のレバー151は、Y軸方向における第2光学機能部18の両側に配置されている。各レバー151は、Z軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈している。本実施形態では、各レバー151は、X軸方向に沿って延在している。
リンク152は、一対のレバー151における可動ミラー11側の端部151a間に掛け渡されている。リンク152は、Z軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈している。リンク152は、Y軸方向に沿って延在している。リンク153は、一対のレバー151における可動ミラー11とは反対側の端部151b間に掛け渡されている。リンク153は、Z軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈し、Y軸方向に沿って延在している。本実施形態では、第2光学機能部18は、一対のレバー151、リンク152及びリンク153によって画定された開口部である。第2光学機能部18は、Z軸方向から見た場合に断面矩形状を呈している。第2光学機能部18は、例えば空洞である。或いは、第2光学機能部18を構成する開口部内には、測定光L0に対して光透過性を有する材料が配置されてもよい。
各ブラケット154は、Z軸方向から見た場合に矩形状を呈している。各ブラケット154は、可動ミラー11側に突出するように、リンク152における可動ミラー11側の表面に設けられている。一方のブラケット154は、リンク152の一端の近傍に配置されており、他方のブラケット154は、リンク152の他端の近傍に配置されている。
一対の第2トーションバー155は、それぞれ、一方のブラケット117の先端部と一方のブラケット154との間、及び、他方のブラケット117の先端部と他方のブラケット154との間に掛け渡されている。つまり、一対の第2トーションバー155は、それぞれ、一対のレバー151と可動ミラー11との間に接続されている。各第2トーションバー155は、Y軸方向に沿って延在している。一対の第2トーションバー155は、Y軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。
一対の第4トーションバー156は、それぞれ、一方のレバー151における可動ミラー11とは反対側の端部151bとベース12との間、及び、他方のレバー151における可動ミラー11とは反対側の端部151bとベース12との間に掛け渡されている。つまり、一対の第4トーションバー156は、それぞれ、一対のレバー151とベース12との間に接続されている。各第4トーションバー156は、Y軸方向に沿って延在している。一対の第4トーションバー156は、Y軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。各レバー151の端部151bには、Y軸方向における外側に突出した突出部151cが設けられており、第4トーションバー156は、突出部151cに接続されている。
各電極支持部157は、Y軸方向に沿って延在し、Z軸方向から見た場合に矩形状を呈している。一方の電極支持部157は、一方のレバー151の中間部から第2光学機能部18とは反対側に向かって延在している。他方の電極支持部157は、他方のレバー151の中間部から第2光学機能部18とは反対側に突出している。一対の電極支持部157は、Z軸方向から見た場合に、Y軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。
アクチュエータ部16は、Z軸方向に沿って可動ミラー11を移動させる。アクチュエータ部16は、一対の固定櫛歯電極161、一対の可動櫛歯電極162、一対の固定櫛歯電極163、及び一対の可動櫛歯電極164を有している。固定櫛歯電極161,163の位置は、固定されている。可動櫛歯電極162,164は、可動ミラー11の移動に伴って移動する。
一方の固定櫛歯電極161は、ベース12のデバイス層52における一方の電極支持部147と向かい合う表面に設けられている。他方の固定櫛歯電極161は、デバイス層52における他方の電極支持部147と向かい合う表面に設けられている。各固定櫛歯電極161は、Y軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の固定櫛歯161aを有している。これらの固定櫛歯161aは、Y軸方向に所定の間隔を空けて並んで配置されている。
一方の可動櫛歯電極162は、一方の電極支持部147におけるX軸方向の両側の表面に設けられている。他方の可動櫛歯電極162は、他方の電極支持部147におけるX軸方向の両側の表面に設けられている。各可動櫛歯電極162は、Y軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の可動櫛歯162aを有している。これらの可動櫛歯162aは、Y軸方向に所定の間隔を空けて並んで配置されている。
一方の固定櫛歯電極161及び一方の可動櫛歯電極162においては、複数の固定櫛歯161aと複数の可動櫛歯162aとが互い違いに配置されている。つまり、一方の固定櫛歯電極161の各固定櫛歯161aが一方の可動櫛歯電極162の可動櫛歯162a間に位置している。他方の固定櫛歯電極161及び他方の可動櫛歯電極162においては、複数の固定櫛歯161aと複数の可動櫛歯162aとが互い違いに配置されている。つまり、他方の固定櫛歯電極161の各固定櫛歯161aが他方の可動櫛歯電極162の可動櫛歯162a間に位置している。一対の固定櫛歯電極161及び一対の可動櫛歯電極162において、隣り合う固定櫛歯161aと可動櫛歯162aとは、Y軸方向において互いに向かい合っている。隣り合う固定櫛歯161a及び可動櫛歯162a間の距離は、例えば数μm程度である。
一方の固定櫛歯電極163は、ベース12のデバイス層52における一方の電極支持部157と向かい合う表面に設けられている。他方の固定櫛歯電極163は、デバイス層52における他方の電極支持部157と向かい合う表面に設けられている。各固定櫛歯電極163は、Y軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の固定櫛歯163aを有している。これらの固定櫛歯163aは、Y軸方向に所定の間隔を空けて並んで配置されている。
一方の可動櫛歯電極164は、一方の電極支持部157におけるX軸方向の両側の表面に設けられている。他方の可動櫛歯電極164は、他方の電極支持部157におけるX軸方向の両側の表面に設けられている。各可動櫛歯電極164は、Y軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の可動櫛歯164aを有している。これらの可動櫛歯164aは、Y軸方向に所定の間隔を空けて並んで配置されている。
一方の固定櫛歯電極163及び一方の可動櫛歯電極164においては、複数の固定櫛歯163aと複数の可動櫛歯164aとが互い違いに配置されている。つまり、一方の固定櫛歯電極163の各固定櫛歯163aが一方の可動櫛歯電極164の可動櫛歯164a間に位置している。他方の固定櫛歯電極163及び他方の可動櫛歯電極164においては、複数の固定櫛歯163aと複数の可動櫛歯164aとが互い違いに配置されている。つまり、他方の固定櫛歯電極163の各固定櫛歯163aが他方の可動櫛歯電極164の可動櫛歯164a間に位置している。一対の固定櫛歯電極163及び一対の可動櫛歯電極164において、隣り合う固定櫛歯163aと可動櫛歯164aとは、Y軸方向において互いに向かい合っている。互いに隣り合う固定櫛歯163a及び可動櫛歯164a間の距離は、例えば数μm程度である。
ベース12には、複数の電極パッド121,122が設けられている。各電極パッド121,122は、デバイス層52に至るようにベース12の主面12bに形成された開口12c内において、デバイス層52の表面に形成されている。各電極パッド121は、デバイス層52を介して、固定櫛歯電極161又は固定櫛歯電極163と電気的に接続されている。各電極パッド122は、第1弾性支持部14又は第2弾性支持部15を介して、可動櫛歯電極162又は可動櫛歯電極164と電気的に接続されている。ワイヤ26は、各電極パッド121,122と各リードピン25との間に掛け渡されている。
以上のように構成された光学デバイス10では、複数のリードピン25及び複数のワイヤ26を介して、複数の電極パッド121と複数の電極パッド122との間に電圧が印加されると、例えばZ軸方向における一方の側に可動ミラー11を移動させるように、互いに対向する固定櫛歯電極161と可動櫛歯電極162との間、及び、互いに対向する固定櫛歯電極163と可動櫛歯電極164との間に静電気力が生じる。このとき、第1弾性支持部14及び第2弾性支持部15において第1トーションバー145、第3トーションバー146、第2トーションバー155及び第4トーションバー156が捩れて、第1弾性支持部14及び第2弾性支持部15に弾性力が生じる。光学デバイス10では、複数のリードピン25及び複数のワイヤ26を介して駆動部13に周期的な電気信号を付与することで、Z軸方向に沿って可動ミラー11をその共振周波数レベルで往復動させることができる。このように、駆動部13は、静電アクチュエータとして機能する。
[可動ミラーの詳細な構成]
図5を参照しつつ、可動ミラー11の構成を更に詳細に説明する。図5では、第1梁部115b、第2梁部112b及び第3梁部113bが省略されている。以下、枠部112と各連結部113とが互いに接続される位置を接続位置A1とし、枠部112と各第1トーションバー145とが互いに接続される位置を接続位置A2とし、枠部112と各第2トーションバー155とが互いに接続される位置を接続位置A3として説明する。
接続位置A2は、本実施形態のように枠部112と第1トーションバー145とが他の要素(本実施形態ではブラケット116)を介して互いに接続されている場合、枠部112と当該他の要素とが互いに接続される位置である。接続位置A2は、換言すれば、第1捩り支持部と枠部112との接続位置であり、例えば、第1捩り支持部が第1トーションバー145以外の要素を有している場合、当該第1トーションバー145以外の要素と枠部112とが互いに接続される位置であってもよい。例えば、第1捩り支持部が、Z軸方向から見た場合に蛇行して延在し、第1トーションバー145と枠部112とに接続された蛇行部を有している場合、接続位置A2は、蛇行部と枠部112とが互いに接続される位置である。同様に、接続位置A3は、本実施形態のように枠部112と第1トーションバー145とが他の要素(本実施形態ではブラケット117)を介して互いに接続されている場合、枠部112と当該他の要素とが互いに接続される位置である。接続位置A3は、換言すれば、第2捩り支持部と枠部112との接続位置であり、例えば、第2捩り支持部が第2トーションバー155以外の要素を有している場合、当該第2トーションバー155以外の要素と枠部112とが互いに接続される位置であってもよい。
接続位置A1は、例えば、枠部112と連結部113との接続部分の中央部であり、本実施形態では、枠部112の内縁と、連結部113の中心C2及び本体部111の中心C1を通る直線(図5の例では軸線R2)との交点の位置である。接続位置A2は、例えば、枠部112と第1トーションバー145(第1捩り支持部)との接続部分の中央部であり、本実施形態では、枠部112の外縁(外縁を仮想的に延長した線分)と、第1トーションバー145及びブラケット116の中心線との交点の位置である。枠部112と第1トーションバー145とが他の要素を介して接続されている場合、接続位置A2は、例えば、枠部112と当該他の要素との接続部分の中央部である。接続位置A3は、例えば、枠部112と第2トーションバー155(第2捩り支持部)との接続部分の中央部であり、本実施形態では、枠部112の外縁(外縁を仮想的に延長した線分)と、第2トーションバー155及びブラケット117の中心線との交点の位置である。枠部112と第2トーションバー155とが他の要素を介して接続されている場合、接続位置A3は、例えば、枠部112と当該他の要素との接続部分の中央部である。
枠部112において、各連結部113との接続位置A1は、各第1トーションバー145との接続位置A2と、各第2トーションバー155との接続位置A3との間に位置している。すなわち、図5に示されるように、枠部112において、一方の連結部113との接続位置A1は、一方の第1トーションバー145との接続位置A2と、一方の第2トーションバー155との接続位置A3との間に位置している。同様に、枠部112において、他方の連結部113との接続位置A1は、他方の第1トーションバー145との接続位置A2と、他方の第2トーションバー155との接続位置A3との間に位置している。
Z軸方向から見た場合に、枠部112と一方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線LN1と、軸線R1(Y軸方向に垂直で且つ本体部111の中心C1を通る直線)とが成す角度θ1は、45度以下である。角度θ1は、例えば、17度程度である。同様に、Z軸方向から見た場合に、枠部112と他方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線と、軸線R1とが成す角度は、45度以下である。
Z軸方向から見た場合に、枠部112と一方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線LN2と軸線R1とが成す角度θ2は、45度以下である。角度θ2は、例えば、角度θ1と等しい。同様に、Z軸方向から見た場合に、枠部112と他方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線と軸線R1とが成す角度は、45度以下である。
各連結部113の幅Wは、本体部111と枠部112との間の間隔Gよりも大きい。換言すれば、連結部113の幅Wは、連結部113の長さTよりも大きい。連結部113の幅Wとは、枠部112の延在方向に沿っての連結部113の長さであり、本実施形態では、枠部112の周方向に沿っての連結部113の長さである。連結部113の長さTとは、枠部112の延在方向に垂直な方向における連結部113の長さであり、本実施形態では、枠部112の半径方向における連結部113の長さである。本実施形態では、間隔Gが周方向の全ての位置において一定であるが、間隔Gは、周方向の全ての位置において一定でなくてもよく、例えば、間隔Gが互いに異なる複数の領域が存在していてもよい。この場合、各連結部113の幅Wは、間隔Gの最小値よりも大きければよい。
各連結部113の幅Wは、枠部112における各連結部113との接続位置A1から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置A2,A3までのいずれの距離よりも小さい。すなわち、図5に示されるように、一方の連結部113の幅Wは、枠部112における一方の連結部113との接続位置A1から一方の第1トーションバー145との接続位置A2までの距離D1よりも小さく、且つ、枠部112における一方の連結部113との接続位置A1から一方の第2トーションバー155との接続位置A3までの距離D2よりも小さい。距離D1は、枠部112における一方の連結部113との接続位置A1から他方の第1トーションバー145との接続位置までの距離よりも小さい。距離D2は、枠部112における一方の連結部113との接続位置A1から他方の第2トーションバー155との接続位置までの距離よりも小さい。したがって、一方の連結部113の幅Wは、枠部112における一方の連結部113との接続位置A1から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置A2,A3までのいずれの距離よりも小さい。同様に、他方の連結部113の幅Wは、枠部112における他方の連結部113との接続位置A1から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置A2,A3までのいずれの距離よりも小さい。なお、距離D1,D2とは、枠部112の延在方向に沿っての距離であり、本実施形態では、枠部112の周方向に沿っての距離である。
本実施形態では、各連結部113の幅Wは、枠部112における各連結部113との接続位置A1から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置A2,A3までのいずれの距離の1/3倍よりも小さい。各連結部113の幅Wは、Z軸方向から見た場合における第1梁部115bの内縁から枠部112の外縁までの距離D3(図3参照)よりも小さい。距離D3は、例えば、枠部112の延在方向に垂直な方向における第1梁部115bの内縁から枠部112の外縁までの距離である。
各連結部113は、Z軸方向から見た場合に、当該連結部113の中心C2及び本体部111の中心C1を通る直線(図5の例では軸線R2)に垂直で且つミラー面11aの外縁に接する直線LN3と交差しないように、設けられている。すなわち、連結部113の幅Wが所定の幅よりも広く設定された場合、連結部113が直線LN3と交差するが、本実施形態では、連結部113の幅は、連結部113が直線LN3と交差しないように設定されている。換言すれば、各連結部113は、直線LN3よりもY軸方向における外側に配置されている。
[作用及び効果]
以上説明した光学デバイス10では、可動ミラー11が、本体部111と、Z軸方向から見た場合に本体部111から所定の間隔Gを空けて本体部111を囲む枠部112と、本体部111と枠部112とを互いに連結する一対の連結部113と、を有している。これにより、各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155からの断面力が本体部111に伝わり難くなり、本体部111の歪みを抑制することができる。また、第1梁部115bが形成されることにより、Z軸方向における外縁部115の厚さがZ軸方向における中央部114の厚さよりも厚くなっている。これにより、本体部111の歪みを一層確実に抑制することができる。また、第2梁部112bが形成されることにより、Z軸方向における枠部112の厚さがZ軸方向における中央部114の厚さよりも厚くなっている。これにより、枠部112の歪みを抑制することができ、ひいては枠部112の歪みに起因する本体部111の歪みを抑制することができる。
更に、光学デバイス10では、各連結部113の幅Wが、枠部112における各連結部113との接続位置A1から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置A2,A3のいずれまでの距離よりも小さい。これにより、枠部112における各連結部113との接続位置A1から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置までの距離を確保することができる。その結果、各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155からの断面力が本体部111に一層伝わり難くなり、本体部111の歪みをより一層確実に抑制することができる。更に、光学デバイス10では、各連結部113の幅Wが、本体部111と枠部112との間の間隔Gよりも大きい。これにより、連結部113の強度を確保することができるため、本体部111と枠部112とを連結部113によって互いに連結して本体部111の歪みを抑制する場合でも、信頼性を確保することができる。以上により、光学デバイス10によれば、可動ミラー11の歪みを抑制しつつ、信頼性を確保することができる。
また、光学デバイス10では、枠部112において、各連結部113のとの接続位置A1が、各第1トーションバー145との接続位置A2と、各第2トーションバー155との接続位置A3との間に位置している。このような構成においても、可動ミラー11の歪みを抑制しつつ、信頼性を確保することができる。
また、光学デバイス10では、一対の連結部113が、Z軸方向から見た場合に、本体部111の中心C1に関して互いに点対称に配置されている。これにより、可動ミラー11のバランスを向上することができ、本体部111の歪みをより一層確実に抑制することができる。
また、光学デバイス10では、各連結部113の幅Wが、枠部112における各連結部113との接続位置から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置のいずれまでの距離の1/3倍よりも小さい。これにより、各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155からの断面力が本体部111により一層伝わり難くなり、本体部111の歪みをより一層確実に抑制することができる。
また、光学デバイス10では、各連結部113の幅Wが、Z軸方向から見た場合における第1梁部115bの内縁から枠部112の外縁までの距離D3よりも小さい。これにより、各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155からの断面力が本体部111により一層伝わり難くなり、本体部111の歪みをより一層確実に抑制することができる。
また、光学デバイス10では、各連結部113が、Z軸方向から見た場合に、当該連結部113の中心C2及び本体部111の中心C1を通る軸線R1に垂直で且つミラー面11aの外縁に接する直線LN3と交差しないように、設けられている。これにより、各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155からの断面力が本体部111により一層伝わり難くなり、本体部111の歪みをより一層確実に抑制することができる。
また、光学デバイス10では、各連結部113が、Z軸方向における各連結部113の厚さがZ軸方向における中央部114の厚さよりも厚くなるように形成された第3梁部113bを含んでいる。第3梁部113bは、第1梁部115b及び第2梁部112bに接続されている。これにより、連結部113の歪みを抑制することができ、ひいては連結部113の歪みに起因する本体部111の歪みを抑制することができる。
また、光学デバイス10では、Z軸方向から見た場合に、枠部112と一方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線LN1と軸線R1とが成す角度θ1、枠部112と他方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線と軸線R1とが成す角度、枠部112と一方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線LN2と軸線R1とが成す角度θ2、並びに、枠部112と他方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線と軸線R1とが成す角度は、いずれも、45度以下である。これにより、枠部112における各連結部113との接続位置A1から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置A2,A3までの距離をより大きく確保することができる。その結果、各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155からの荷重(断面力)が本体部111により一層伝わり難くなり、本体部111の歪みをより一層確実に抑制することができる。また、軸線R2から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155までの距離を確保することができるため、可動ミラー11がZ軸方向に沿って移動している際に可動ミラー11が軸線R2周りに回転してしまうのを抑制することができる。また、隣り合う第1トーションバー145と第2トーションバー155との間の距離を確保することができるため、可動ミラー11の設計自由度を向上することができる。例えば、可動櫛歯電極162,164が枠部112の外縁に沿って配置される場合に、可動櫛歯電極162,164の配置スペースを確保することができる。
また、光学デバイス10では、第1弾性支持部14が、各第1トーションバー145にそれぞれ接続された一対のレバー141と、一対のレバー141とベース12との間にそれぞれ接続された一対の第3トーションバー146と、を有する。第2弾性支持部15が、一対の第2トーションバー155にそれぞれ接続された一対のレバー151と、一対のレバー151とベース12との間にそれぞれ接続された一対の第4トーションバー156と、を有する。このような構成においても、可動ミラー11の歪みを抑制しつつ、信頼性を確保することができる。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限られない。光学デバイス10は、図6に示される第1変形例のように構成されてもよい。第1変形例では、枠部112と各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置A2,A3が、上記実施形態と比べて、枠部112と各連結部113との接続位置A1側に位置している。第1変形例では、Z軸方向から見た場合に、枠部112と一方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線LN1と軸線R1とが成す角度θ1は、60度以下である。角度θ1は、例えば、45度程度である。同様に、Z軸方向から見た場合に、枠部112と他方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線と軸線R1とが成す角度は、60度以下である。
Z軸方向から見た場合に、枠部112と一方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線LN2と軸線R1とが成す角度θ2は、60度以下である。角度θ2は、例えば、角度θ1と等しい。同様に、Z軸方向から見た場合に、枠部112と他方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線と軸線R1とが成す角度は、60度以下である。第1変形例においても、各連結部113の幅Wは、枠部112における各連結部113との接続位置A1から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置A2,A3までのいずれの距離よりも小さい。
このような第1変形例によっても、上記実施形態と同様に、可動ミラー11の歪みを抑制しつつ、信頼性を確保することができる。また、第1変形例では、Z軸方向から見た場合に、枠部112と一方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線LN1と軸線R1とが成す角度θ1、枠部112と他方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線と軸線R1とが成す角度、枠部112と一方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線LN2と軸線R1とが成す角度θ2、並びに、枠部112と他方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線と軸線R1とが成す角度は、いずれも、60度以下である。これにより、枠部112における各連結部113との接続位置A1から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置A2,A3までの距離をより大きく確保することができる。その結果、各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155からの断面力が本体部111により一層伝わり難くなり、本体部111の歪みをより一層確実に抑制することができる。また、軸線R2から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155までの距離を確保することができるため、可動ミラー11がZ軸方向に沿って移動している際に可動ミラー11が軸線R2周りに回転してしまうのを抑制することができる。また、隣り合う第1トーションバー145と第2トーションバー155との間の距離を確保することができるため、可動ミラー11の設計自由度を向上することができる。例えば、可動櫛歯電極162,164が枠部112の外縁に沿って配置される場合に、可動櫛歯電極162,164の配置スペースを確保することができる。
光学デバイス10は、図7に示される第2変形例のように構成されてもよい。第2変形例では、一対の連結部113が、本体部111に対してX軸方向における一方の側と他方の側とにそれぞれ配置されている。第2変形例は、その他の点については第1変形例と同様に構成されている。第2変形例では、枠部112において、各連結部113との接続位置A1は、各第1トーションバー145との接続位置A2の間、又は、各第2トーションバー155との接続位置A3の間に位置している。すなわち、枠部112において、一方の連結部113との接続位置A1は、各第1トーションバー145との接続位置A2の間に位置している。枠部112において、他方の連結部113との接続位置A1は、各第2トーションバー155との接続位置A3の間に位置している。
第2変形例では、Z軸方向から見た場合に、枠部112と一方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線LN1と軸線R1とが成す角度θ1は、30度以上70度以下である。角度θ1は、例えば、45度程度である。同様に、Z軸方向から見た場合に、枠部112と他方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線と軸線R1とが成す角度は、30度以上70度以下である。Z軸方向から見た場合に、枠部112と一方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線LN2と軸線R1とが成す角度θ2は、30度以上70度以下である。角度θ2は、例えば、角度θ1と等しい。同様に、Z軸方向から見た場合に、枠部112と他方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線と軸線R1とが成す角度は、30度以上70度以下である。
第2変形例においても、各連結部113の幅Wは、枠部112における各連結部113との接続位置A1から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置A2,A3までのいずれの距離よりも小さい。すなわち、図7に示されるように、一方の連結部113の幅Wは、枠部112における一方の連結部113との接続位置A1から一方の第1トーションバー145との接続位置A2までの距離D1よりも小さく、且つ、枠部112における一方の連結部113との接続位置A1から一方の第2トーションバー155との接続位置A3までの距離D2よりも小さい。距離D1は、枠部112における一方の連結部113との接続位置A1から他方の第1トーションバー145との接続位置までの距離と等しい。距離D2は、枠部112における一方の連結部113との接続位置A1から他方の第2トーションバー155との接続位置までの距離と等しい。したがって、一方の連結部113の幅Wは、枠部112における一方の連結部113との接続位置A1から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置A2,A3までのいずれの距離よりも小さい。同様に、他方の連結部113の幅Wは、枠部112における他方の連結部113との接続位置A1から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置A2,A3までのいずれの距離よりも小さい。
このような第2変形例によっても、上記実施形態と同様に、可動ミラー11の歪みを抑制しつつ、信頼性を確保することができる。また、第2変形例では、Z軸方向から見た場合に、枠部112と一方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線LN1と軸線R1とが成す角度θ1、枠部112と他方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線と軸線R1とが成す角度、枠部112と一方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線LN2と軸線R1とが成す角度θ2、並びに、枠部112と他方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線と軸線R1とが成す角度は、いずれも、30度以上70度以下である。これにより、枠部112における各連結部113との接続位置A1から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155との接続位置A2,A3までの距離を確保しつつ、第1弾性支持部14及び第2弾性支持部15におけるベース12との接続位置から可動ミラー11との接続位置までの距離を確保することができる。その結果、本体部111の歪みを抑制しつつ、Z軸方向における可動ミラー11の移動量の増加を図ることができる。また、軸線R2から各第1トーションバー145及び各第2トーションバー155までの距離を確保することができるため、可動ミラー11がZ軸方向に沿って移動している際に可動ミラー11が軸線R2周りに回転してしまうのを抑制することができる。
上記実施形態及び各変形例において、可動ミラー11は、3つ以上の連結部113を有していてもよい。例えば、3つの連結部113が、Z軸方向から見た場合に、本体部111の中心C1に関して互いに点対称に配置されていてもよい。第1弾性支持部14は、X軸方向に沿って延在し、一対のレバー141に対してY軸方向の両側に配置される一対の第3レバーと、一対の第3レバーとベース12との間にそれぞれ接続される一対の第5捩り支持部と、を更に有していてもよい。この場合、一対の第3トーションバー146は、一対のレバー141と一対の第3レバーとの間にそれぞれ接続される。同様に、第2弾性支持部15は、X軸方向に沿って延在し、一対のレバー151に対してY軸方向の両側に配置される配置される一対の第4レバーと、一対の第4レバーとベース12との間にそれぞれ接続される一対の第6捩り支持部と、を更に有していてもよい。この場合、一対の第4トーションバー156は、一対のレバー151と一対の第3レバーとの間にそれぞれ接続される。
上記実施形態及び第1変形例において、Z軸方向から見た場合に、枠部112と一方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線LN1と軸線R1とが成す角度θ1、枠部112と他方の第1トーションバー145との接続位置A2、及び本体部111の中心C1を通る直線と軸線R1とが成す角度、枠部112と一方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線LN2と軸線R1とが成す角度θ2、並びに、枠部112と他方の第2トーションバー155との接続位置A3、及び本体部111の中心C1を通る直線と軸線R1とが成す角度は、いずれも、0度であってもよい。このような例として、例えば、可動ミラー11が、枠部112から軸線R1に沿ってX軸方向における一方の側に突出する第1ブラケットと、枠部112から軸線R1に沿ってX軸方向における他方の側に突出する第2ブラケットと、を有し、各第1トーションバー145が第1ブラケットに接続され、各第2トーションバー155が第2ブラケットに接続される構成が挙げられる。
上記実施形態及び各変形例において、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。例えば、本体部111及びミラー面11aのそれぞれは、Z軸方向から見た場合に、矩形状、八角形状等の任意の形状を呈していてよい。枠部112は、Z軸方向から見た場合に、矩形環状、八角形環状等の任意の環形状を呈していてよい。上記実施形態では、第1捩り支持部が板状の第1トーションバー145によって構成されていたが、第1捩り支持部の構成はこれに限られない。第1トーションバー145は、棒状等の任意の形状であってよい。第1捩り支持部は、複数(例えば2つ)のトーションバーが接続部を介して直列に接続されることにより構成されてもよい。これらの点は第2トーションバー155(第2捩り支持部)、第3トーションバー146(第3捩り支持部)及び第4トーションバー156(第4捩り支持部)についても同様である。
第1梁部115b、第2梁部112b及び第3梁部113bのそれぞれは、任意の形状に形成されてよい。例えば、梁部は、直線状に延在していたり、ジグザグ状に延在していたりしてもよい。各梁部の配置、数、長さ、幅及び厚さは任意に設定されてよい。第3梁部113bは省略されてもよく、Z軸方向における連結部113の厚さはZ軸方向における中央部114の厚さと等しくてもよい。上記実施形態では、第1梁部115bが第1本体部115aにおける主面12b側の表面上に設けられていたが、第1梁部115bは、第1本体部115aにおける主面12a側の表面上に設けられていてもよい。この点は第2梁部112b及び第3梁部113bについても同様である。
各ブラケット116は省略されてもよく、各第1トーションバー145が枠部112に直接に接続されてもよい。同様に、各ブラケット117は省略されてもよく、各第2トーションバー155が枠部112に直接に接続されてもよい。リンク143,153が省略されてもよい。この場合、第1光学機能部17及び第2光学機能部18のそれぞれは、SOI基板50に形成された開口によって構成されてもよい。第1光学機能部17及び第2光学機能部18のそれぞれは、Z軸方向から見た場合に円形状、八角形状等の任意の形状を有していてもよい。可動櫛歯電極162,164は、可動ミラー11に設けられていてもよく、例えば、枠部112の外縁に沿って配置されていてもよい。光学デバイス10は、可動ミラー11に代えて、ミラー面11a以外の他の光学機能部が設けられた可動部を備えていてもよい。他の光学機能部としては、例えば、レンズ等が挙げられる。アクチュエータ部16は、静電アクチュエータに限定されず、例えば、圧電式アクチュエータ、電磁式アクチュエータ等であってもよい。光モジュール1は、FTIRを構成するものに限定されず、他の光学系を構成するものであってもよい。光学デバイス10は、SOI基板50以外によって構成されてもよく、例えば、シリコンのみからなる基板によって構成されてもよい。
10…光学デバイス、11…可動ミラー(可動部)、11a…ミラー面(光学機能部)、12…ベース、12a…主面、14…第1弾性支持部、15…第2弾性支持部、111…本体部、112…枠部、112b…第2梁部、113…連結部、113b…第3梁部、114…中央部、115…外縁部、115b…第1梁部、141…レバー(第1レバー)、145…第1トーションバー(第1捩り支持部)、146…第3トーションバー(第3捩り支持部)、151…レバー(第2レバー)、155…第2トーションバー(第2捩り支持部)、156…第4トーションバー(第4捩り支持部)。

Claims (11)

  1. 主面を有するベースと、
    光学機能部を有する可動部と、
    前記ベースと前記可動部との間に接続され、前記可動部が前記主面に垂直な所定方向に沿って移動可能となるように前記可動部を支持する第1弾性支持部及び第2弾性支持部と、を備え、
    前記可動部は、本体部と、前記所定方向から見た場合に前記本体部から所定の間隔を空けて前記本体部を囲む枠部と、前記本体部と前記枠部とを互いに連結する複数の連結部と、を有し、
    前記第1弾性支持部は、前記枠部に接続された一対の第1捩り支持部を有し、
    前記第2弾性支持部は、前記枠部に接続された一対の第2捩り支持部を有し、
    前記本体部は、前記光学機能部が設けられた中央部と、外縁部と、を含み、
    前記外縁部は、前記所定方向における前記外縁部の厚さが前記所定方向における前記中央部の厚さよりも厚くなるように形成された第1梁部を含み、
    前記枠部は、前記所定方向における前記枠部の厚さが前記所定方向における前記中央部の厚さよりも厚くなるように形成された第2梁部を含み、
    前記複数の連結部のそれぞれの幅は、前記間隔よりも大きく、且つ、前記枠部における前記複数の連結部のそれぞれとの接続位置から前記一対の第1捩り支持部のそれぞれ及び前記一対の第2捩り支持部のそれぞれとの接続位置のいずれまでの距離よりも小さい、光学デバイス。
  2. 前記枠部において、前記複数の連結部のそれぞれとの接続位置は、前記一対の第1捩り支持部のそれぞれとの接続位置と、前記一対の第2捩り支持部のそれぞれとの接続位置との間に位置する、請求項1に記載の光学デバイス。
  3. 前記枠部において、前記複数の連結部のそれぞれとの接続位置は、前記一対の第1捩り支持部のそれぞれとの接続位置の間、又は、前記一対の第2捩り支持部のそれぞれとの接続位置の間に位置する、請求項1に記載の光学デバイス。
  4. 前記複数の連結部は、前記所定方向から見た場合に、前記本体部の中心に関して互いに点対称に配置されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  5. 前記複数の連結部のそれぞれの幅は、前記枠部における前記複数の連結部のそれぞれとの接続位置から前記一対の第1捩り支持部のそれぞれ及び前記一対の第2捩り支持部のそれぞれとの接続位置のいずれまでの距離の1/3倍よりも小さい、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  6. 前記複数の連結部のそれぞれの幅は、前記所定方向から見た場合における前記第1梁部の内縁から前記枠部の外縁までの距離よりも小さい、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  7. 前記本体部及び前記光学機能部は、前記所定方向から見た場合に円形状を呈しており、
    前記複数の連結部のそれぞれは、前記所定方向から見た場合に、当該連結部の中心及び前記本体部の中心を通る直線に垂直で且つ前記光学機能部の外縁に接する直線と交差しないように、設けられている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  8. 前記複数の連結部のそれぞれは、前記所定方向における前記複数の連結部のそれぞれの厚さが前記所定方向における前記中央部の厚さよりも厚くなるように形成された第3梁部を含み、
    前記第3梁部は、前記第1梁部及び前記第2梁部に接続されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  9. 前記一対の第1捩り支持部のそれぞれ及び前記一対の第2捩り支持部のそれぞれは、前記所定方向に垂直な第2方向に沿って延在しており、
    前記所定方向から見た場合に、
    前記枠部と前記一対の第1捩り支持部の一方との接続位置、及び前記本体部の中心を通る直線と、前記第2方向に垂直で且つ前記本体部の中心を通る軸線とが成す角度、
    前記枠部と前記一対の第1捩り支持部の他方との接続位置、及び前記本体部の中心を通る直線と前記軸線とが成す角度、
    前記枠部と前記一対の第2捩り支持部の一方との接続位置、及び前記本体部の中心を通る直線と前記軸線とが成す角度、並びに、
    前記枠部と前記一対の第2捩り支持部の他方との接続位置、及び前記本体部の中心を通る直線と前記軸線とが成す角度は、いずれも、60度以下である、請求項2に記載の光学デバイス。
  10. 前記一対の第1捩り支持部のそれぞれ及び前記一対の第2捩り支持部のそれぞれは、前記所定方向に垂直な第2方向に沿って延在しており、
    前記所定方向から見た場合に、
    前記枠部と前記一対の第1捩り支持部の一方との接続位置、及び前記本体部の中心を通る直線と、前記第2方向に垂直で且つ前記本体部の中心を通る軸線とが成す角度、
    前記枠部と前記一対の第1捩り支持部の他方との接続位置、及び前記本体部の中心を通る直線と前記軸線とが成す角度、
    前記枠部と前記一対の第2捩り支持部の一方との接続位置、及び前記本体部の中心を通る直線と前記軸線とが成す角度、並びに、
    前記枠部と前記一対の第2捩り支持部の他方との接続位置、及び前記本体部の中心を通る直線と前記軸線とが成す角度は、いずれも、30度以上70度以下である、請求項3に記載の光学デバイス。
  11. 前記第1弾性支持部は、前記一対の第1捩り支持部にそれぞれ接続された一対の第1レバーと、前記一対の第1レバーと前記ベースとの間にそれぞれ接続された一対の第3捩り支持部と、を更に有し、
    前記第2弾性支持部は、前記一対の第2捩り支持部にそれぞれ接続された一対の第2レバーと、前記一対の第2レバーと前記ベースとの間にそれぞれ接続された一対の第4捩り支持部と、を更に有する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の光学デバイス。
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