JP7325623B2 - 光走査装置及び距離測定装置 - Google Patents
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Description
図1から図6を参照して、実施の形態1の光走査装置1を説明する。光走査装置1は、基板2と、複数の可動ミラー素子3と、コントローラ7とを備える。
複数の可動ミラー素子3の可動ミラー20によって形成される回折格子は、例えば、+1次回折光41と-1次回折光42を発生させる。+1次回折光41は、+1の回折次数を有する回折光である。-1次回折光42は、-1の回折次数を有する回折光である。回折光の回折次数は、mに等しい。
複数の可動ミラー素子3は、互いに独立して動作可能である。コントローラ7は、複数の可動ミラー素子3を互いに独立して制御可能である。そのため、図2、図8及び図9に示されるように、基板2の主面2aの平面視において、コントローラ7は、複数の第1可動ミラー列4の各々の第1長手方向と複数の第2可動ミラー列5の各々の第2長手方向とを、第1方向(x方向)と第2方向(y方向)とで規定される面内(基板2の主面2aに沿う面内、xy面内)において、変更することができる。複数の可動ミラー素子3で回折された光は、第3方向(z方向)に平行な軸(z軸)周りに走査され得る。
図7に示されるように、光走査装置1は、回折格子によって生じる+1次回折光41と-1次回折光42のうちの一つを遮断する遮光部材43をさらに備える。例えば、光走査のために-1次回折光42を利用しない場合、遮光部材43は-1次回折光42を遮る。遮光部材43は、例えば、光吸収部材であってもよい。
具体的には、SOI基板36上に、反射膜を形成する。反射膜は、例えば、スパッタ法を用いて、シリコン層35上に形成される。反射膜は、例えば、0.01μm以上1.0μm以下の厚さを有している。反射膜は、例えば、Cr/Ni/Au膜またはTi/Pt/Au膜である。Cr膜とTi膜とは、シリコン層35へのミラー膜22の密着性を向上させる。反射膜の最上層がAu膜であるため、反射膜は、光走査装置1に入射する光に対して、高い反射率を有する。それから、反射膜をパターニングして、ミラー膜22を形成する。反射膜の一部は、例えば、ウェットエッチング法、リフトオフ法、または、イオンビームエッチング法を用いて、除去される。
本実施の形態の光走査装置1は、基板2と、複数の可動ミラー素子3とを備える。基板2は、第1方向(x方向)と第1方向(x方向)に垂直な第2方向(y方向)とに延在する主面2aを含む。複数の可動ミラー素子3は、基板2の主面2aの平面視において、基板2の主面2a上に二次元的に配列されている。複数の可動ミラー素子3は、互いに独立して動作可能であり、かつ、回折格子を形成可能である。複数の可動ミラー素子3は、それぞれ、梁(例えば、梁18a)と、第1アンカー(例えば、アンカー17a)と、第2アンカー(例えば、アンカー17b)と、可動ミラー20と、柱23とを含む。梁は、基板2の主面2aに垂直な第3方向(z方向)に撓み得る。第1アンカーは、基板2の主面2a上に設けられており、かつ、梁の第1端部を支持する。第2アンカーは、基板2の主面2a上に設けられており、かつ、第1端部とは反対側の梁の第2端部を支持する。可動ミラー20は、梁から第3方向(z方向)に離間されている可動板21と、可動板21上に設けられているミラー膜22とを含む。柱23は、可動板21と、第1端部及び第2端部とは異なる梁の部分とを接続する。
そのため、光40が複数の可動ミラー素子3によって形成される回折格子において光40の入射方向(第3方向(z方向))に向けて(すなわち、垂直に)反射されることが、抑制され得る。
そのため、光走査に不要な回折光を、第1可動ミラー列4で遮ることができる。
図20及び図21を参照して、実施の形態2の光走査装置1bを説明する。本実施の形態の光走査装置1bは、実施の形態1の光走査装置1と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態1の光走査装置1と異なっている。
図1及び図22を参照して、実施の形態3の光走査装置1cを説明する。本実施の形態の光走査装置1cは、実施の形態1の光走査装置1と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態1の光走査装置1と異なっている。
図1及び図23を参照して、実施の形態4の光走査装置1dを説明する。本実施の形態の光走査装置1dは、実施の形態1の光走査装置1と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態1の光走査装置1と異なっている。
図24及び図25を参照して、実施の形態5の光走査装置1eを説明する。本実施の形態の光走査装置1eは、実施の形態1の光走査装置1と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態1の光走査装置1と異なっている。
図26及び図27を参照して、実施の形態6の距離測定装置80を説明する。距離測定装置80は、例えば、光検出と測距(Light Detection and Ranging(LiDAR))システムである。
Claims (15)
- 第1方向と前記第1方向に垂直な第2方向とに延在する主面を含む基板と、
前記主面の平面視において、前記主面上に二次元的に配列されている複数の可動ミラー素子と、
コントローラとを備え、
前記複数の可動ミラー素子は、互いに独立して動作可能であり、かつ、回折格子を形成可能であり、
前記複数の可動ミラー素子は、それぞれ、
前記主面に垂直な第3方向に撓み得る梁と、
前記主面上に設けられており、かつ、前記梁の第1端部を支持する第1アンカーと、
前記主面上に設けられており、かつ、前記第1端部とは反対側の前記梁の第2端部を支持する第2アンカーと、
前記梁から前記第3方向に離間されている可動板と、前記可動板上に設けられているミラー膜とを含む可動ミラーと、
前記可動板と、前記第1端部及び前記第2端部とは異なる前記梁の部分とを接続する柱とを含み、
前記コントローラは、前記第3方向における前記可動ミラーの垂直変位量を制御し、
前記コントローラは、前記複数の可動ミラー素子から、複数の第1可動ミラー列と複数の第2可動ミラー列とを形成し、
前記複数の第1可動ミラー列は、前記可動ミラーの前記垂直変位量が第1垂直変位量である前記複数の可動ミラー素子の一部からなり、
前記複数の第2可動ミラー列は、前記可動ミラーの前記垂直変位量が前記第1垂直変位量より大きな第2垂直変位量である前記複数の可動ミラー素子の残部からなり、
前記主面の前記平面視において、前記複数の第1可動ミラー列の各々の第1長手方向は、前記複数の第2可動ミラー列の各々の第2長手方向に平行であり、
前記複数の第1可動ミラー列と前記複数の第2可動ミラー列とは、前記第1長手方向に垂直な方向に交互にかつ周期的に配列されており、
前記主面の前記平面視において、前記コントローラは、前記第1長手方向と前記第2長手方向とを変更することができる、光走査装置。 - 前記第1垂直変位量と前記第2垂直変位量との差の絶対値uは、下記式(1)で与えられ、
u=(1/4+n/2)λ (1)
λは前記複数の可動ミラー素子へ入射する光の波長を表し、nはゼロまたは自然数を表す、請求項1に記載の光走査装置。 - 前記絶対値uは、下記式(2)を満たし、
u≧W/tanθ (2)
Wは、前記複数の第1可動ミラー列のうち互いに隣り合う一対の前記第1可動ミラー列の間の間隔を表し、θは前記複数の可動ミラー素子によって回折される前記光の回折角を表す、請求項2に記載の光走査装置。 - 前記主面の前記平面視において、前記可動ミラーは、正方形の形状を有している、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記主面の前記平面視において、前記可動ミラーは、正三角形の形状を有している、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記回折格子によって生じる一対の回折光のうちの一つを遮断する遮光部材をさらに備える、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記遮光部材は光シャッターである、請求項6に記載の光走査装置。
- 前記梁は、導電性を有しており、
前記複数の可動ミラー素子は、第1電極と、第2電極とを含み、
前記第1電極と前記第2電極とは、前記主面上に設けられており、かつ、互いに電気的に絶縁されており、
前記第1電極は、前記梁に電気的に接続されており、
前記第2電極は、前記第3方向において前記柱と前記梁の前記部分とに対向している、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 前記梁において前記主面に沿う第1磁界を形成する第1磁石をさらに備え、
前記梁は、導電性を有しており、
前記複数の可動ミラー素子は、第1電極と第2電極とを含み、
前記第1電極と前記第2電極とは、前記主面上に設けられており、かつ、互いに離間されており、
前記第1電極は、前記梁の前記第1端部に電気的に接続されており、
前記第2電極は、前記梁の前記第2端部に電気的に接続されている、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 前記複数の可動ミラー素子は、前記梁に設けられている圧電膜を含む、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記梁を前記第1方向または前記第2方向の少なくとも一つに移動させ得る面内駆動部をさらに備える、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記梁は、導電性を有しており、
前記面内駆動部は、前記梁に設けられている第1櫛歯電極と、前記主面上に設けられている駆動電極と、前記駆動電極に設けられている第2櫛歯電極とを含み、
前記第1櫛歯電極と前記第2櫛歯電極とは互いに対向している、請求項11に記載の光走査装置。 - 前記面内駆動部は、前記梁において前記主面に垂直な第2磁界を形成する第2磁石を含み、
前記梁は、導電性を有しており、
前記複数の可動ミラー素子は、第1電極と第2電極とを含み、
前記第1電極と前記第2電極とは、前記主面上に設けられており、かつ、互いに離間されており、
前記第1電極は、前記梁の前記第1端部に電気的に接続されており、
前記第2電極は、前記梁の前記第2端部に電気的に接続されている、請求項11に記載の光走査装置。 - 距離測定装置であって、
光源と、
前記光源から放射された光を前記距離測定装置の周囲に向けて回折させかつ走査する請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の前記光走査装置と、
前記距離測定装置の前記周囲で反射または拡散反射された前記光を受光する受光器とを備える、距離測定装置。 - 前記光源は、波長可変光源である、請求項14に記載の距離測定装置。
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