TWI822686B - 光學裝置 - Google Patents

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TWI822686B TW107123426A TW107123426A TWI822686B TW I822686 B TWI822686 B TW I822686B TW 107123426 A TW107123426 A TW 107123426A TW 107123426 A TW107123426 A TW 107123426A TW I822686 B TWI822686 B TW I822686B
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鈴木智史
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日商濱松赫德尼古斯股份有限公司
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Abstract

本發明之光學裝置具備：彈性支持部，其以可動部能夠沿著第1方向移動之方式支持可動部；第1梳齒電極，其具有複數個第1梳齒；及第2梳齒電極，其具有複數個第2梳齒。彈性支持部具有：扭力棒，其沿著與第1方向垂直之第2方向延伸；及非線性緩和彈簧，其連接於扭力棒與可動部之間。非線性緩和彈簧構成為，於可動部於第1方向移動之狀態下，非線性緩和彈簧繞第2方向之變形量小於扭力棒繞第2方向之變形量，且與第1方向及第2方向垂直之第3方向上之非線性緩和彈簧之變形量大於第3方向上之扭力棒之變形量。相鄰之第1梳齒與第2梳齒係於第2方向上彼此相對。

Description

光學裝置
本發明係關於一種作為例如MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統)裝置構成之光學裝置。
作為MEMS裝置，已知有如下光學裝置，其具備：基座；可動部，其具有光學功能部；彈性支持部，其連接於基座與可動部之間，以可動部能夠沿著移動方向移動之方式支持可動部；第1梳齒電極，其設置於基座，且具有複數個第1梳齒；及第2梳齒電極，其設置於彈性支持部，且具有與複數個第1梳齒交替地配置之複數個第2梳齒(例如參照專利文獻1)。於此種光學裝置中，有彈性支持部包含當可動部沿著移動方向移動時發生扭轉變形之扭力棒而構成之情形。 先前技術文獻 非專利文獻
非專利文獻1：Thilo Sandner, Thomas Grasshoff, Harald Schenk，and Andreas Kenda, "Out-of-plane translator MEMS actuator with extraordinary large stroke for optical path length modulation in miniaturized FTIR Spectrometers", SENSOR+TEST Conferences 2011, ProceedingsIRS2, pp.151-156
[發明所欲解決之問題]
於如上所述之光學裝置中，根據彈性支持部之構成，當可動部於移動方向上移動時，扭力棒會於與其延伸方向垂直之方向上彎曲變形。於該情形時，由於扭力棒一面彎曲一面扭轉，故扭力棒之扭轉變形產生非線性。此種非線性有使可動部之控制特性降低之虞，因此，要求抑制產生。又，要求如上所述之光學裝置提高可靠性。
本發明之一態樣之目的在於提供一種可抑制扭力棒之扭轉變形產生非線性並且可獲得較高之可靠性的光學裝置。 [解決問題之技術手段]
本發明之一態樣之光學裝置具備：基座；可動部，其具有光學功能部；彈性支持部，其連接於基座與可動部之間，以可動部能夠沿著第1方向移動之方式支持可動部；第1梳齒電極，其設置於基座，且具有複數個第1梳齒；及第2梳齒電極，其設置於可動部及彈性支持部之至少一者，且具有與複數個第1梳齒交替地配置之複數個第2梳齒；彈性支持部具有沿著與第1方向垂直之第2方向延伸之扭力棒、及連接於扭力棒與可動部之間之非線性緩和彈簧，非線性緩和彈簧構成為，於可動部於第1方向移動之狀態下，非線性緩和彈簧繞第2方向之變形量小於扭力棒繞第2方向之變形量，且與第1方向及第2方向垂直之第3方向上之非線性緩和彈簧之變形量大於第3方向上之扭力棒之變形量，且相鄰之第1梳齒與第2梳齒係於第2方向上彼此相對。
於該光學裝置中，彈性支持部具有連接於扭力棒與可動部之間之非線性緩和彈簧。非線性緩和彈簧構成為，於可動部於第1方向移動之狀態下，非線性緩和彈簧繞第2方向之變形量小於扭力棒繞第2方向之變形量，且第3方向上之非線性緩和彈簧之變形量大於第3方向上之扭力棒之變形量。藉此，當可動部於第1方向上移動時，非線性緩和彈簧較扭力棒幅度更小地繞第2方向變形，並且較扭力棒幅度更大地於第3方向上變形，藉此可抑制扭力棒於第3方向上之彎曲變形。其結果，可抑制扭力棒之扭轉變形產生非線性。另一方面，於設置有非線性緩和彈簧之情形時，當作用外力時，第3方向上之第2梳齒電極之移動量相對容易變大。鑒於該點，於該光學裝置中，相鄰之第1梳齒與第2梳齒於第2方向上彼此相對，因此即便第2梳齒電極於第3方向上移動，第1梳齒與第2梳齒亦不易彼此接近。因此，可抑制因梳齒彼此之接觸引起之破損、或因梳齒彼此之接近引起之可動部之控制特性之降低。其結果，可獲得較高之可靠性。因此，根據該光學裝置，可抑制扭力棒之扭轉變形產生非線性，並且可獲得較高之可靠性。
於本發明之一態樣之光學裝置中，亦可為非線性緩和彈簧具有板狀部，且第2方向上之板狀部之長度長於扭力棒之長度。藉此，可有效地抑制扭力棒之扭轉變形產生非線性。
於本發明之一態樣之光學裝置中，亦可為非線性緩和彈簧具有一對板狀部，且一對板狀部於第3方向上彼此相對。藉此，可有效地抑制扭力棒之扭轉變形產生非線性。
於本發明之一態樣之光學裝置中，亦可為彈性支持部進而具有：桿，其於一端部經由扭力棒而連接於非線性緩和彈簧；及電極支持構件，其於自第1方向觀察之情形時於桿與可動部之間延伸；且第2梳齒電極設置於電極支持構件。藉此，可確保第2梳齒電極之配置區域，從而可確保藉由第1及第2梳齒電極產生之靜電力之大小。
於本發明之一態樣之光學裝置中，亦可為彈性支持部進而具有於一端部經由扭力棒而連接於非線性緩和彈簧的桿，且第2梳齒電極設置於桿。藉此，可確保第2梳齒電極之配置區域，從而可確保藉由第1及第2梳齒電極產生之靜電力之大小。
於本發明之一態樣之光學裝置中，亦可為彈性支持部具有一對桿，並且進而具有架設於一對桿間之連桿，且第2梳齒電極係遍及一對桿及連桿而配置。藉此，可有效地確保第2梳齒電極之配置區域，從而可較佳地確保藉由第1及第2梳齒電極產生之靜電力之大小。
於本發明之光學裝置中，彈性支持部亦可進而具有連接於桿之另一端部與基座之間之扭力棒。藉此，可實現可動部之移動量之增加。
於本發明之一態樣之光學裝置中，彈性支持部亦可進而具有：桿，其於一端部經由扭力棒而連接於非線性緩和彈簧；及扭力棒，其連接於桿之另一端部與基座之間。藉此，可實現可動部之移動量之增加。
於本發明之一態樣之光學裝置中，亦可為彈性支持部進而具有：桿，其於一端部經由扭力棒而連接於非線性緩和彈簧；及電極支持構件，其自桿延伸；且第2梳齒電極設置於電極支持構件。藉此，於使第1方向上之可動鏡之移動量增加之情形時，亦可確保第1梳齒電極與第2梳齒電極之間產生之靜電力。
於本發明之光學裝置中，非線性緩和彈簧亦可具有於自第1方向觀察之情形時蜿蜒地延伸之蜿蜒部。藉此，可有效地抑制扭力棒之扭轉變形產生非線性。 [發明之效果]
根據本發明之一態樣，能夠提供一種可抑制扭力棒之扭轉變形產生非線性並且可獲得較高之可靠性的光學裝置。
以下，一面參照圖式，一面對本發明之一態樣之實施形態進行詳細說明。再者，於各圖中，對相同或相當要素標註相同符號，並省略重複部分。 [光模組之構成]
如圖1所示，光模組1具備鏡單元2及分光鏡單元3。鏡單元2具有光學裝置10及固定鏡21。光學裝置10包含可動鏡(可動部)11。於光模組1中，藉由分光鏡單元3、可動鏡11及固定鏡21對測定光L0構成干涉光學系統。此處，干涉光學系統係邁克爾遜干涉光學系統。
光學裝置10除了包含可動鏡11以外，還包含基座12、驅動部13、第1光學功能部17及第2光學功能部18。基座12具有主面12a。可動鏡11具有沿著與主面12a平行之平面之鏡面(光學功能部)11a。可動鏡11係以能夠沿著與主面12a垂直之Z軸方向(平行於Z軸之方向、第1方向)移動的方式支持於基座12。驅動部13使可動鏡11沿著Z軸方向移動。第1光學功能部17係於自Z軸方向觀察之情形時，配置於與Z軸方向垂直之X軸方向(平行於X軸之方向、第3方向)上之可動鏡11之一側。第2光學功能部18係於自Z軸方向觀察之情形時，配置於X軸方向上之可動鏡11之另一側。第1光學功能部17及第2光學功能部18分別係設置於基座12之光通過開口部，朝Z軸方向上之一側及另一側開口。再者，於光模組1中，第2光學功能部18不用作光通過開口部。於將光學裝置10應用於其他裝置之情形時，既存在第1光學功能部17及第2光學功能部18之至少一者用作光學功能部的情況，又存在第1光學功能部17及第2光學功能部18之兩者不用作光學功能部的情況。
固定鏡21具有沿著與主面12a平行之平面(與Z軸方向垂直之平面)之鏡面21a。固定鏡21相對於基座12之位置固定。於鏡單元2中，可動鏡11之鏡面11a及固定鏡21之鏡面21a朝向Z軸方向上之一側(分光鏡單元3側)。
鏡單元2除了具有光學裝置10及固定鏡21以外，還具有支持體22、子安裝基板23及封裝體24。封裝體24收容光學裝置10、固定鏡21、支持體22及子安裝基板23。封裝體24包含底壁241、側壁242及頂壁243。封裝體24例如形成為長方體箱狀。封裝體24例如具有30×25×10(厚度)mm左右之尺寸。底壁241及側壁242係一體地形成。頂壁243於Z軸方向上與底壁241對向，且固定於側壁242。頂壁243對於測定光L0具有透光性。於鏡單元2中，由封裝體24形成空間S。空間S例如經由設置於封裝體24之透氣孔或間隙等而開放至鏡單元2之外部。於如此空間S並非氣密空間之情形時，可抑制因來自存在於封裝體24內之樹脂材料之釋氣、或存在於封裝體24內之水分等引起的鏡面11a之污染或起霧等。再者，空間S亦可為維持高真空度之氣密空間、或填充有氮氣等惰性氣體之氣密空間。
於底壁241之內面，介隔子安裝基板23固定有支持體22。支持體22例如形成為矩形板狀。支持體22對於測定光L0具有透光性。於支持體22中之與子安裝基板23為相反側之表面22a，固定有光學裝置10之基座12。即，基座12由支持體22支持。於支持體22之表面22a形成有凹部22b，於光學裝置10與頂壁243之間形成有間隙(空間S之一部分)。藉此，可防止當可動鏡11沿著Z軸方向移動時可動鏡11及驅動部13與支持體22及頂壁243接觸。
於子安裝基板23形成有開口23a。固定鏡21係以位於開口23a內之方式，配置於支持體22中之子安裝基板23側之表面22c。即，固定鏡21配置於支持體22中之與基座12為相反側之表面22c。固定鏡21於自Z軸方向觀察之情形時，配置於X軸方向上之可動鏡11之一側。固定鏡21於自Z軸方向觀察之情形時，與光學裝置10之第1光學功能部17重疊。
鏡單元2進而具有複數個引線接腳25及複數條導線26。各引線接腳25以貫通底壁241之狀態固定於底壁241。各引線接腳25經由導線26與驅動部13電性連接。於鏡單元2中，將用以使可動鏡11沿著Z軸方向移動之電性信號經由複數個引線接腳25及複數條導線26賦予至驅動部13。
分光鏡單元3由封裝體24之頂壁243支持。具體而言，分光鏡單元3藉由光學樹脂4固定於頂壁243中之與光學裝置10為相反側之表面243a。光學樹脂4對於測定光L0具有透光性。
分光鏡單元3具有半反射鏡面31、全反射鏡面32及複數個光學面33a、33b、33c、33d。分光鏡單元3藉由將複數個光學區塊接合而構成。半反射鏡面31例如由介電多層膜形成。全反射鏡面32例如由金屬膜形成。
光學面33a例如係與Z軸方向垂直之面，於自Z軸方向觀察之情形時，與光學裝置10之第1光學功能部17及固定鏡21之鏡面21a重疊。光學面33a使沿著Z軸方向入射之測定光L0透過。
半反射鏡面31例如係相對於光學面33a傾斜45度之面，於自Z軸方向觀察之情形時，與光學裝置10之第1光學功能部17及固定鏡21之鏡面21a重疊。半反射鏡面31係使沿著Z軸方向入射至光學面33a之測定光L0之一部分沿著X軸方向反射且使該測定光L0之剩餘部分沿著Z軸方向透過至固定鏡21側。
全反射鏡面32係與半反射鏡面31平行之面，於自Z軸方向觀察之情形時與可動鏡11之鏡面11a重疊且於自X軸方向觀察之情形時與半反射鏡面31重疊。全反射鏡面32將經半反射鏡面31反射之測定光L0之一部分沿著Z軸方向反射至可動鏡11側。
光學面33b係與光學面33a平行之面，於自Z軸方向觀察之情形時與可動鏡11之鏡面11a重疊。光學面33b使經全反射鏡面32反射之測定光L0之一部分沿著Z軸方向透過至可動鏡11側。
光學面33c係與光學面33a平行之面，於自Z軸方向觀察之情形時與固定鏡21之鏡面21a重疊。光學面33c使已透過半反射鏡面31之測定光L0之剩餘部分沿著Z軸方向透過至固定鏡21側。
光學面33d例如係與X軸方向垂直之面，於自X軸方向觀察之情形時與半反射鏡面31及全反射鏡面32重疊。光學面33d使測定光L1沿著X軸方向透過。測定光L1係於可動鏡11之鏡面11a及全反射鏡面32依次反射並透過半反射鏡面31之測定光L0之一部分、與於固定鏡21之鏡面21a及半反射鏡面31依次反射之測定光L0之剩餘部分的干涉光。
於如以上般構成之光模組1中，若測定光L0自光模組1之外部經由光學面33a入射至分光鏡單元3，則測定光L0之一部分於半反射鏡面31及全反射鏡面32依次反射，朝向可動鏡11之鏡面11a前進。並且，測定光L0之一部分於可動鏡11之鏡面11a反射，於相同之光路(下述光路P1)上朝相反方向前進，並透過分光鏡單元3之半反射鏡面31。
另一方面，測定光L0之剩餘部分透過分光鏡單元3之半反射鏡面31之後，通過第1光學功能部17，進而透過支持體22，朝向固定鏡21之鏡面21a前進。並且，測定光L0之剩餘部分於固定鏡21之鏡面21a反射，於相同之光路(下述光路P2)上朝相反方向前進，並於分光鏡單元3之半反射鏡面31反射。
已透過分光鏡單元3之半反射鏡面31之測定光L0之一部分、與於分光鏡單元3之半反射鏡面31反射之測定光L0之剩餘部分成為作為干涉光之測定光L1，測定光L1自分光鏡單元3經由光學面33d出射至光模組1之外部。根據光模組1，由於能夠使可動鏡11沿著Z軸方向高速地往返移動，故可提供小型且高精度之FTIR(傅立葉轉換型紅外分光分析儀)。
支持體22對分光鏡單元3與可動鏡11之間之光路P1和分光鏡單元3與固定鏡21之間之光路P2之間的光路差進行修正。具體而言，光路P1係自半反射鏡面31依次經由全反射鏡面32及光學面33b到達至位於基準位置之可動鏡11之鏡面11a的光路，係測定光L0之一部分前進之光路。光路P2係自半反射鏡面31依次經由光學面33c及第1光學功能部17到達至固定鏡21之鏡面21a的光路，係測定光L0之剩餘部分前進之光路。支持體22係以光路P1之光路長度(考慮光路P1經過之各介質之折射率之光路長度)與光路P2之光路長度(考慮光路P2經過之各介質之折射率之光路長度)之差變小(例如成為0)的方式，修正光路P1與光路P2之間之光路差。再者，支持體22例如可由與構成分光鏡單元3之各光學區塊相同之透光性材料形成。於該情形時，支持體22之厚度(Z軸方向上之長度)可設為與X軸方向上之半反射鏡面31和全反射鏡面32之距離相同。 [光學裝置之構成]
如圖2及圖3所示，可動鏡11中鏡面11a以外之部分、基座12、驅動部13、第1光學功能部17及第2光學功能部18係由SOI(Silicon On Insulator，絕緣層上矽)基板50構成。即，光學裝置10由SOI基板50構成。光學裝置10例如形成為矩形板狀。光學裝置10例如具有15×10×0.3(厚度)mm左右之尺寸。SOI基板50包含支持層51、裝置層52及中間層53。具體而言，支持層51係SOI基板50之第1矽層。裝置層52係SOI基板50之第2矽層。中間層53係SOI基板50之絕緣層，配置於支持層51與裝置層52之間。可動鏡11及驅動部13係利用MEMS技術(圖案化及蝕刻)而一體地形成於裝置層52之一部分。
基座12由支持層51、裝置層52及中間層53形成。基座12之主面12a係裝置層52中之與中間層53為相反側之表面。基座12中與主面12a對向之主面12b係支持層51中之與中間層53為相反側之表面。於光模組1中，基座12之主面12a與支持體22之表面22a彼此接合(參照圖1)。
可動鏡11具有本體部111、環狀部112、一對連結部113、及壁部114。本體部111、環狀部112、一對連結部113由裝置層52形成。本體部111於自Z軸方向觀察之情形時呈圓形狀，但亦可形成為八邊形狀等任意形狀。於本體部111中之主面12b側之表面111a，藉由形成金屬膜而設置有鏡面11a。環狀部112係沿著本體部111之外緣延伸，且於自Z軸方向觀察之情形時以包圍本體部111之方式形成為環狀。環狀部112之內緣及外緣於自Z軸方向觀察之情形時呈八邊形狀，但亦可形成為圓形狀等任意形狀。一對連結部113相對於本體部111分別配置於與Z軸方向及X軸方向垂直之Y軸方向(平行於Y軸之方向、第2方向)之一側與另一側。各連結部113將本體部111與環狀部112彼此連結。
壁部114由支持層51及中間層53形成。壁部114具有內側壁部114a、外側壁部114b及一對連結部114c。內側壁部114a設置於本體部111之表面111a。內側壁部114a係於自Z軸方向觀察之情形時包圍鏡面11a。作為一例，內側壁部114a係以如下方式設置於本體部111之表面111a，即，於自Z軸方向觀察之情形時，於本體部111之外緣之內側沿著該外緣，且於自Z軸方向觀察之情形時，於鏡面11a之外緣之外側沿著該外緣。
外側壁部114b設置於環狀部112中之主面12b側之表面112a。作為一例，外側壁部114b係以如下方式設置於環狀部112之表面112a，即，於自Z軸方向觀察之情形時，於環狀部112之外緣之內側沿著該外緣，且於自Z軸方向觀察之情形時，於環狀部112之內緣之外側沿著該內緣。一對連結部114c分別設置於一對連結部113中之主面12b側之表面。各連結部114c將內側壁部114a與外側壁部114b彼此連結。
可動鏡11進而具有一對支架116。各支架116由裝置層52形成。各支架116係於自Z軸方向觀察之情形時呈矩形狀。一個支架116係以向第1光學功能部17側突出之方式，設置於環狀部112中之第1光學功能部17側之表面。另一個支架116係以向第2光學功能部18側(與第1光學功能部17為相反側)突出之方式，設置於環狀部112中之第2光學功能部18側之表面。
驅動部13具有第1彈性支持部14、第2彈性支持部15及致動器部16。第1彈性支持部14、第2彈性支持部15及致動器部16由裝置層52形成。
第1彈性支持部14及第2彈性支持部15之各者連接於基座12與可動鏡11之間。第1彈性支持部14及第2彈性支持部15係以可動鏡11能夠沿Z軸方向移動之方式支持可動鏡11。
第1彈性支持部14包含一對桿141、一對支架142、連桿143、一對電極支持構件144、一對支架145、連桿146、一對第1扭力棒147、一對第2扭力棒148、及一對非線性緩和彈簧149。一對桿141係自可動鏡11側沿著與Z軸方向垂直之平面向Y軸方向上之第1光學功能部17之兩側延伸。於本實施形態中，一對桿141係自可動鏡11與第1光學功能部17之間，沿著基座12之主面12a向Y軸方向上之第1光學功能部17之兩側延伸。
各桿141具有配置於可動鏡11側之第1部分141a、及相對於第1部分141a配置於與可動鏡11為相反側之第2部分141b。於一對桿141中，第1部分141a係以越是遠離可動鏡11則越是彼此分離之方式傾斜地延伸。各第2部分141b沿著X軸方向延伸。
一對支架142係以向可動鏡11側突出之方式，設置於第1部分141a中之可動鏡11側之表面。各支架142係於自Z軸方向觀察之情形時，呈向同一側屈曲成曲柄狀之形狀。連桿143架設於各桿141中之可動鏡11側之端部141c間。連桿143沿著Y軸方向延伸。
各電極支持構件144係於自Z軸方向觀察之情形時呈矩形狀。一個電極支持構件144係於一個桿141與可動鏡11之間延伸，且於Y軸方向上較可動鏡11向外側突出。另一個電極支持構件144係於另一個桿141與可動鏡11之間延伸，且於Y軸方向上較可動鏡11向外側突出。一對電極支持構件144係於自Z軸方向觀察之情形時，配置於與Y軸方向平行之同一條中心線上。
一對支架145係以向第1光學功能部17側突出之方式，設置於電極支持構件144中之第1光學功能部17側之表面。各支架145係於自Z軸方向觀察之情形時，呈向同一側(其中，與各支架142為相反側)屈曲成曲柄狀之形狀。一個支架145之前端部係於Y軸方向上與一個支架142之前端部相對。另一個支架145之前端部係於Y軸方向上與另一個支架142之前端部相對。
連桿146架設於各電極支持構件144中之內側之端部間。連桿146係於自Z軸方向觀察之情形時，呈朝向可動鏡11側開口之大致U字狀。連桿146係於Y軸方向上與可動鏡11之一個支架116相對。更詳細而言，連桿146具有沿X軸方向延伸且於Y軸方向上彼此相對之一對邊部146a，一個支架116配置於一對邊部146a間。
於一個支架142之前端部與一個支架145之前端部之間、及另一個支架142之前端部與另一個支架145之前端部之間，分別架設有第1扭力棒147。於彼此朝相反側屈曲成曲柄狀之支架142與支架145之間，架設有第1扭力棒147。即，各桿141之端部141c經由第1扭力棒147連接於電極支持構件144。一對第1扭力棒147係配置於與Y軸方向平行之同一條軸線上。
於一個桿141中之與可動鏡11為相反側之端部141d與基座12之間、及另一個桿141中之與可動鏡11為相反側之端部141d與基座12之間，分別架設有第2扭力棒148。即，各桿141之端部141d經由第2扭力棒148連接於基座12。一對第2扭力棒148係配置於與Y軸方向平行之同一條軸線上。於各桿141之端部141d，設置有向Y軸方向上之外側突出之突出部141e，且第2扭力棒148連接於突出部141e。
一對非線性緩和彈簧149相對於可動鏡11之一個支架116分別配置於Y軸方向之一側與另一側。各非線性緩和彈簧149係經由一個支架116連接於可動鏡11，並且經由連桿146、電極支持構件144及支架145連接於第1扭力棒147。即，各非線性緩和彈簧149連接於可動鏡11與第1扭力棒147之間。各非線性緩和彈簧149具有架設於一個支架116與連桿146之一對邊部146a之間之一對板狀部149a。
各板狀部149a呈與X軸方向垂直之平板狀。於一個非線性緩和彈簧149中，一對板狀部149a係於X軸方向上彼此相對。一對非線性緩和彈簧149中，位於X軸方向上之一側之板狀部149a係沿著與X軸方向垂直之一個平面配置，位於X軸方向上之另一側之板狀部149a係沿著與X軸方向垂直之另一個平面配置。
各板狀部149a例如形成為長度(Y軸方向上之長度)380 μm、寬度(X軸方向上之長度)5～10 μm、厚度(Z軸方向上之長度)70 μm左右。各板狀部149a之長度較第1扭力棒147之長度及第2扭力棒148之長度之各者長。各板狀部149a之寬度較第1扭力棒147之寬度及第2扭力棒148之寬度之各者窄。再者，於板狀部149a中之支架116側及邊部146a側之至少一側之端部設置有越是遠離該端部則寬度越大之擴寬部的情形時，板狀部149a之長度係指不包含該擴寬部之板狀部149a之長度。該點對於第1扭力棒147及第2扭力棒148、以及下述之第1扭力棒157、第2扭力棒158及板狀部159a之各者亦同樣。
第2彈性支持部15包含一對桿151、一對支架152、連桿153、一對電極支持構件154、一對支架155、連桿156、一對第1扭力棒157、一對第2扭力棒158、及一對非線性緩和彈簧159。一對桿151係自可動鏡11側沿著與Z軸方向垂直之平面向Y軸方向上之第2光學功能部18之兩側延伸。於本實施形態中，一對桿151係自可動鏡11與第2光學功能部18之間，沿著基座12之主面12a向Y軸方向上之第2光學功能部18之兩側延伸。
各桿151具有配置於可動鏡11側之第1部分151a、及相對於第1部分151a配置於與可動鏡11為相反側之第2部分151b。一對桿151中，第1部分151a係以越是遠離可動鏡11則越是彼此分離之方式傾斜地延伸。各第2部分151b沿著X軸方向延伸。
一對支架152係以向可動鏡11側突出之方式，設置於第1部分151a中之可動鏡11側之表面。各支架152係於自Z軸方向觀察之情形時，呈向同一側(其中，與各支架142為相反側)屈曲成曲柄狀之形狀。連桿153架設於各桿151中之可動鏡11側之端部151c間。連桿153沿著Y軸方向延伸。
各電極支持構件154係於自Z軸方向觀察之情形時呈矩形狀。一個電極支持構件154係於一個桿151與可動鏡11之間延伸，且於Y軸方向上較可動鏡11向外側突出。另一個電極支持構件154係於另一個桿151與可動鏡11之間延伸，且於Y軸方向上較可動鏡11向外側突出。一對電極支持構件154係於自Z軸方向觀察之情形時，配置於與Y軸方向平行之同一條中心線上。
一對支架155係以向第2光學功能部18側突出之方式，設置於電極支持構件154中之第2光學功能部18側之表面。各支架155係於自Z軸方向觀察之情形時，呈向同一側(其中，與各支架152為相反側)屈曲成曲柄狀之形狀。一個支架155之前端部係於Y軸方向上與一個支架152之前端部相對。另一個支架155之前端部係於Y軸方向上與另一個支架152之前端部相對。
連桿156架設於各電極支持構件154中之內側之端部間。連桿156係於自Z軸方向觀察之情形時，呈朝向可動鏡11側開口之大致U字狀。連桿156係於Y軸方向上與可動鏡11之另一個支架116相對。更詳細而言，連桿156具有沿X軸方向延伸且於Y軸方向上彼此相對之一對邊部156a，另一個支架116配置於一對邊部156a間。
於一個支架152之前端部與一個支架155之前端部之間、及另一個支架152之前端部與另一個支架155之前端部之間，分別架設有第1扭力棒157。於彼此向相反側屈曲成曲柄狀之支架152與支架155之間，架設有第1扭力棒157。即，各桿151之端部151c經由第1扭力棒157連接於電極支持構件154。一對第1扭力棒157配置於與Y軸方向平行之同一條軸線上。
於一個桿151中之與可動鏡11為相反側之端部151d與基座12之間、及另一個桿151中之與可動鏡11為相反側之端部151d與基座12之間，分別架設有第2扭力棒158。即，各桿151之端部151d經由第2扭力棒158連接於基座12。一對第2扭力棒158配置於與Y軸方向平行之同一條軸線上。於各桿151之端部151d設置有向Y軸方向上之外側突出之突出部151e，且第2扭力棒158連接於突出部151e。
一對非線性緩和彈簧159相對於可動鏡11之另一個支架116分別配置於Y軸方向之一側與另一側。各非線性緩和彈簧159經由另一個支架116連接於可動鏡11，並且經由連桿156、電極支持構件154及支架155連接於第1扭力棒157。即，各非線性緩和彈簧159連接於可動鏡11與第1扭力棒157之間。各非線性緩和彈簧159具有架設於另一個支架116與連桿156之一對邊部156a之間之一對板狀部159a。
各板狀部159a呈與X軸方向垂直之平板狀。於一個非線性緩和彈簧159中，一對板狀部159a於X軸方向上彼此相對。一對非線性緩和彈簧159中，位於X軸方向上之一側之板狀部159a係沿著與X軸方向垂直之一個平面配置，位於X軸方向上之另一側之板狀部159a係沿著與X軸方向垂直之另一個平面配置。
各板狀部159a例如形成為與板狀部149a相同之形狀。各板狀部159a之長度較第1扭力棒157之長度及第2扭力棒158之長度之各者長。各板狀部159a之寬度較第1扭力棒157之寬度及第2扭力棒158之寬度之各者窄。
第1光學功能部17及第2光學功能部18分別係形成於SOI基板50之光通過開口部。第1光學功能部17及第2光學功能部18於自Z軸方向觀察之情形時分別呈剖面圓形狀，但亦可形成為剖面八邊形狀等任意形狀。第1光學功能部17及第2光學功能部18可為空腔，亦可由對於測定光L0具有透光性之材料構成。
第1彈性支持部14與第2彈性支持部15不具有相對於經過可動鏡11之中心且與X軸方向垂直之平面及經過可動鏡11之中心且與Y軸方向垂直之平面均彼此對稱的構造。但，第1彈性支持部14中除一對支架142及一對支架145以外之部分、與第2彈性支持部15中除一對支架152及一對支架155以外之部分具有相對於經過可動鏡11之中心且與X軸方向垂直之平面及經過可動鏡11之中心且與Y軸方向垂直之平面均彼此對稱的構造。
致動器部16使可動鏡11沿著Z軸方向移動。致動器部16具有一對第1梳齒電極161、一對第2梳齒電極162、一對第1梳齒電極163、及一對第2梳齒電極164。第1梳齒電極161、163係位置固定之固定側之梳齒電極，第2梳齒電極162、164係伴隨可動鏡11之移動而移動之可動側之梳齒電極。
一個第1梳齒電極161係設置於基座12之裝置層52中之與一個電極支持構件144相對之表面。另一個第1梳齒電極161係設置於裝置層52中之與另一個電極支持構件144相對之表面。各第1梳齒電極161具有沿著與Y軸方向垂直之平面延伸之複數個第1梳齒161a。各第1梳齒161a係於Y軸方向上空開特定之間隔而並排配置。
一個第2梳齒電極162係設置於一個電極支持構件144中之可動鏡11側之表面及桿141側之表面之各者。另一個第2梳齒電極162係設置於另一個電極支持構件144中之可動鏡11側之表面及桿141側之表面之各者。各第2梳齒電極162具有於自Z軸方向觀察之情形時位於可動鏡11與桿141之間之部分。各第2梳齒電極162具有沿著與Y軸方向垂直之平面延伸之複數個第2梳齒162a。各第2梳齒162a係於Y軸方向上空開特定之間隔而並排配置。
於一個第1梳齒電極161及一個第2梳齒電極162中，複數個第1梳齒161a與複數個第2梳齒162a交替地配置。即，一個第1梳齒電極161之各第1梳齒161a位於一個第2梳齒電極162之各第2梳齒162a間。於另一個第1梳齒電極161及另一個第2梳齒電極162中，複數個第1梳齒161a與複數個第2梳齒162a交替地配置。即，另一個第1梳齒電極161之各第1梳齒161a位於另一個第2梳齒電極162之各第2梳齒162a間。於一對第1梳齒電極161及一對第2梳齒電極162中，相鄰之第1梳齒161a與第2梳齒162a係於Y軸方向上彼此相對。相鄰之第1梳齒161a及第2梳齒162a間之距離例如為數μm左右。
一個第1梳齒電極163係設置於基座12之裝置層52中之與一個電極支持構件154相對之表面。另一個第1梳齒電極163係設置於裝置層52中之與另一個電極支持構件154相對之表面。各第1梳齒電極163具有沿著與Y軸方向垂直之平面延伸之複數個第1梳齒163a。各第1梳齒163a係於Y軸方向上空開特定之間隔而並排配置。
一個第2梳齒電極164係設置於一個電極支持構件154中之可動鏡11側之表面及桿151側之表面之各者。另一個第2梳齒電極164係設置於另一個電極支持構件154中之可動鏡11側之表面及桿151側之表面之各者。各第2梳齒電極164具有於自Z軸方向觀察之情形時位於可動鏡11與桿151之間之部分。各第2梳齒電極164具有沿著與Y軸方向垂直之平面延伸之複數個第2梳齒164a。各第2梳齒164a係於Y軸方向上空開特定之間隔而並排配置。
於一個第1梳齒電極163及一個第2梳齒電極164中，複數個第1梳齒163a與複數個第2梳齒164a交替地配置。即，一個第1梳齒電極163之各第1梳齒163a位於一個第2梳齒電極164之各第2梳齒164a間。於另一個第1梳齒電極163及另一個第2梳齒電極164中，複數個第1梳齒163a與複數個第2梳齒164a交替地配置。即，另一個第1梳齒電極163之各第1梳齒163a位於另一個第2梳齒電極164之各第2梳齒164a間。一對第1梳齒電極163及一對第2梳齒電極164中，相鄰之第1梳齒163a與第2梳齒164a係於Y軸方向上彼此相對。彼此相鄰之第1梳齒163a及第2梳齒164a間之距離例如為數μm左右。
於基座12設置有複數個電極墊121、122。各電極墊121、122係於以到達至裝置層52之方式形成於基座12之主面12b之開口12c內，形成於裝置層52之表面。各電極墊121經由裝置層52與第1梳齒電極161或第1梳齒電極163電性連接。各電極墊122經由第1彈性支持部14及可動鏡11之本體部111或經由第2彈性支持部15及可動鏡11之本體部111與第2梳齒電極162或第2梳齒電極164電性連接。導線26架設於各電極墊121、122與各引線接腳25之間。
於如以上般構成之光學裝置10中，若經由複數個引線接腳25及複數條導線26對複數個電極墊121與複數個電極墊122之間施加電壓，則例如以使可動鏡11向Z軸方向上之一側移動之方式，於彼此對向之第1梳齒電極161、163與第2梳齒電極162、164之間產生靜電力。此時，於第1彈性支持部14及第2彈性支持部15中各扭力棒147、148、157、158發生扭轉，於第1彈性支持部14及第2彈性支持部15產生彈性力。於光學裝置10中，藉由經由複數個引線接腳25及複數條導線26對驅動部13賦予週期性之電性信號，可使可動鏡11沿著Z軸方向以其共振頻率位準往返移動。如此，驅動部13作為靜電致動器發揮功能。
圖4係表示繞Y軸方向之第1扭力棒147、第2扭力棒148及非線性緩和彈簧149之變形量相對於Z軸方向上之可動鏡11之移動量之變化的曲線圖。圖5係表示X軸方向上之第1扭力棒147、第2扭力棒148及非線性緩和彈簧149之變形量相對於Z軸方向上之可動鏡11之移動量之變化的曲線圖。再者，繞Y軸方向之第1扭力棒147、第2扭力棒148及非線性緩和彈簧149之變形量例如係指扭轉量(扭轉角度)之絕對值。X軸方向上之第1扭力棒147、第2扭力棒148及非線性緩和彈簧149之變形量例如係指撓曲量之絕對值。繞Y軸方向之非線性緩和彈簧149之變形量例如係指構成該非線性緩和彈簧149之一個板狀部149a之繞Y軸方向之變形量。X軸方向上之非線性緩和彈簧149之變形量例如係指構成該非線性緩和彈簧149之一個板狀部149a之X軸方向上之變形量。繞Y軸方向之某構件之變形量係指以經過該構件之中心且與Y軸平行之軸線為中心的圓之圓周方向上之該構件之變形量。
如圖4所示，若可動鏡11於Z軸方向上移動，則第1扭力棒147、第2扭力棒148及非線性緩和彈簧149分別繞Y軸方向朝同一方向變形。若可動鏡11之移動量增加，則繞Y軸方向之第1扭力棒147、第2扭力棒148及非線性緩和彈簧149之變形量分別直線地增加。若將各構件之繞Y軸方向之變形量進行比較，則於可動鏡11之移動量相同之情形時，第1扭力棒147之變形量小於第2扭力棒148之變形量，非線性緩和彈簧149之變形量遠小於第1扭力棒147之變形量及第2扭力棒148之變形量之各者。
如圖5所示，若可動鏡11於Z軸方向上移動，則非線性緩和彈簧149於X軸方向上大幅度地變形，另一方面，第1扭力棒147及第2扭力棒148於X軸方向上幾乎不變形。第1扭力棒147變形之方向係與非線性緩和彈簧149變形之方向相同，且與第2扭力棒148變形之方向相反。若可動鏡11之移動量增加，則X軸方向上之非線性緩和彈簧149之變形量以二次函數之形式增加。若將各構件之X軸方向上之變形量進行比較，則於可動鏡11之移動量相同之情形時，第1扭力棒147之變形量與第2扭力棒148之變形量為大致相同程度，非線性緩和彈簧149之變形量遠大於第1扭力棒147之變形量及第2扭力棒148之變形量之各者。
如此，非線性緩和彈簧149構成為，於可動鏡11於Z軸方向移動之狀態下，非線性緩和彈簧149繞Y軸方向之變形量小於扭力棒147、148各者繞Y軸方向之變形量，且X軸方向上之非線性緩和彈簧149之變形量大於X軸方向上之扭力棒147、148之各者之變形量。同樣地，非線性緩和彈簧159構成為，於可動鏡11於Z軸方向移動之狀態下，非線性緩和彈簧159繞Y軸方向之變形量小於扭力棒157、158各者繞Y軸方向之變形量，且X軸方向上之非線性緩和彈簧159之變形量大於X軸方向上之扭力棒157、158各者之變形量。再者，此種各構件之繞Y軸方向之變形量及X軸方向上之變形量之關係只要於可動鏡11之特定之可動範圍內滿足即可。
繼而，一面參照圖6及圖7，一面對光學裝置10之作用效果進行說明。於圖6及圖7中，簡化表示自Y軸方向觀察之情形時之光學裝置10之構成之一部分。圖6係表示比較例之圖，圖7係表示上述實施形態之光學裝置10之圖。比較例相當於在上述實施形態之光學裝置10中未設置非線性緩和彈簧149、159、且各支架116與電極支持構件144、154由具有剛性之構件連接之例。比較例之可動鏡1011、桿1141、1151、第1扭力棒1147、1157、第2扭力棒1148、1158分別對應於上述實施形態之光學裝置10之可動鏡11、桿141、151、第1扭力棒147、157、第2扭力棒148、158。
以下，列舉第1扭力棒1157側為例進行說明，但關於第1扭力棒1147側亦同樣。如圖6所示，於比較例中可動鏡1011於Z軸方向上移動之情形時，若假定僅藉由第2扭力棒1158之扭轉變形使第1扭力棒1157移動，則第1扭力棒1157移動至位置B，以位置A與位置B之間之距離L遠離可動鏡1011。因此，實際上，第1扭力棒1157及第2扭力棒1158以距離L之量於X軸方向上彎曲變形。即，比較例中，可動鏡1011於Z軸方向上移動時，第1扭力棒1157及第2扭力棒1158一面彎曲一面扭轉。因此，第1扭力棒1157及第2扭力棒1158之扭轉變形產生非線性。若存在此種非線性，則如下所述，有可動鏡11之控制特性降低之虞。
與此相對，如圖7所示，於光學裝置10中可動鏡11於Z軸方向上移動之情形時，非線性緩和彈簧159較第1扭力棒157及第2扭力棒158幅度更小地繞Y軸方向變形，並且較第1扭力棒157及第2扭力棒158幅度更大地於X軸方向上變形。藉此，可抑制第1扭力棒157及第2扭力棒158於X軸方向上之彎曲變形，其結果，可抑制第1扭力棒157及第2扭力棒158之扭轉變形產生非線性。
另一方面，於如光學裝置10般設置有非線性緩和彈簧149、159之情形時，當作用外力時，X軸方向上之第2梳齒電極162、164之移動量相對容易變大。與此相對，於光學裝置10中，相鄰之第1梳齒161a與第2梳齒162a於Y軸方向上彼此相對，且相鄰之第1梳齒163a與第2梳齒164a於Y軸方向上彼此相對，因此，即便第2梳齒電極162、164於X軸方向上移動，第1梳齒161a、163a與第2梳齒162a、164a亦不易彼此接近。因此，可抑制因第1梳齒161a、163a與第2梳齒162a、164a之接觸引起之破損、或因第1梳齒161a、163a與第2梳齒162a、164a之接近引起之可動鏡11之控制特性之降低，其結果，可獲得較高之可靠性。因此，根據光學裝置10，可抑制第1扭力棒147、157及第2扭力棒148、158之扭轉變形產生非線性，並且可獲得較高之可靠性。
於光學裝置10中，Y軸方向上之板狀部149a之長度長於第1扭力棒147及第2扭力棒148之長度。同樣地，Y軸方向上之板狀部159a之長度長於第1扭力棒157及第2扭力棒158之長度。藉此，可有效地抑制第1扭力棒147、157及第2扭力棒148、158之扭轉變形產生非線性。
於光學裝置10中，一對板狀部149a於X軸方向上彼此相對。同樣地，一對板狀部159a於X軸方向上彼此相對。藉此，可有效地抑制第1扭力棒147、157及第2扭力棒148、158之扭轉變形產生非線性。
於光學裝置10中，於自Z軸方向觀察之情形時於桿141與可動鏡11之間延伸的電極支持構件144，設置有第2梳齒電極162。同樣地，於自Z軸方向觀察之情形時於桿151與可動鏡11之間延伸的電極支持構件154，設置有第2梳齒電極162。藉此，可確保第2梳齒電極162、164之配置區域，從而可確保藉由第1梳齒電極161、163及第2梳齒電極162、164產生之靜電力之大小。
於光學裝置10中，第1彈性支持部14具有連接於桿141之端部141d與基座12之間之第2扭力棒148。同樣地，第2彈性支持部15具有連接於桿151之端部151d與基座12之間之第2扭力棒158。藉此，可實現可動鏡11之移動量之增加。
此處，一面參照圖8～圖11，一面對第1扭力棒147、157及第2扭力棒148、158之扭轉變形存在非線性之情形時會產生的問題進行說明。於圖8中，以虛線表示不存在非線性之情形時之可動鏡11之移動量與作用於可動鏡11之回復力之關係，以實線表示存在非線性之情形時之該關係。如圖8及圖9所示，於如光學裝置10般非線性不存在(減小)之情形時，若Z軸方向上之可動鏡11之移動量增加，則作用於可動鏡11之回復力直線地增加。另一方面，於如比較例般存在非線性之情形時，若Z軸方向上之可動鏡11之移動量增加，則作用於可動鏡11之回復力加速度地增加，與光學裝置10之情形相比變大。具有如比較例般之特性之彈簧被稱為硬化型彈簧(或漸硬彈簧)。
圖10及圖11係對非線性較小之情形與較大之情形之各情形表示可動鏡11之驅動頻率與移動量之關係的曲線圖。於圖10及圖11中，以虛線表示不存在非線性之情形之頻率特性，以實線表示存在非線性之情形之頻率特性。如圖10及圖11所示，存在非線性之情形與不存在非線性之情形相比，頻率特性發生畸變，曲線圖之峰值之可動鏡11之移動量變小。因此，為了使可動鏡11以相同之移動量移動，存在非線性之情形需要更大之力，而可動鏡11之控制特性降低。再者，於圖10及圖11中，示出頻率特性之一例，但頻率特性不侷限於如此。
又，如圖11所示，若非線性變大，則有對於相同之驅動頻率存在點X1及點X2之2個解(重解)之情形。於該情形時，於進行使驅動頻率自相對較小之初始值增加之控制之情形、與進行使驅動頻率自相對較大之初始值減少之控制之情形時，可動鏡11之行為不同。又，若於包含與重解對應之頻率之頻率範圍內連續動作，則受衝擊或振動等外部影響而可動鏡11之移動量成為與點X1對應之移動量或成為與點X2對應之移動量，由此導致動作變得不穩定。因此，有控制複雜化而可動鏡11之控制特性降低之虞。進而，於存在非線性之情形時，於將可動鏡11之動作波形控制為例如正弦波狀之情形時，對動作波形添加三次諧波(目標頻率之3倍之頻率成分)，由此導致難以將動作波形控制為所期望之形狀，因此，亦有可動鏡11之控制特性降低之虞。如此，若第1扭力棒147、157及第2扭力棒148、158之扭轉變形存在非線性，則有可動鏡11之控制特性降低之虞。與此相對，如上所述，根據光學裝置10，可抑制此種非線性之產生，而可抑制可動鏡11之控制特性降低。 [變化例]
以上，對本發明之一實施形態進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態。例如，各構成之材料及形狀並不限於上述材料及形狀，可採用各種材料及形狀。作為其中一例，驅動部13亦可除了具有第1彈性支持部14及第2彈性支持部15以外，還具有連接於基座12及可動鏡11之其他彈性支持部。
固定鏡21亦可不僅如光模組1般僅配置於第1光學功能部17之正下方，亦設置於第2光學功能部18之正下方。藉由該構成，可與第1光學功能部17同樣地使用第2光學功能部18而實現裝置之多功能化，並且亦可抑制可動鏡11之可動性能之降低及裝置整體之大型化。固定鏡21亦可設置於裝置層52之主面12a上。於該情形時，不於SOI基板50形成作為第1光學功能部17及第2光學功能部18發揮功能之光通過開口部。
光學裝置10亦可如圖12所示之第1變化例般構成。於第1變化例中，第2梳齒電極162係遍及一對桿141中之第1部分141a、及連桿143而配置。第2梳齒電極162係設置於第1部分141a及連桿143中之與可動鏡11為相反側之表面。第2梳齒電極164係遍及一對桿151中之第1部分151a、及連桿153而配置。第2梳齒電極164係設置於第1部分151a及連桿153中之與可動鏡11為相反側之表面。
於第1變化例中，設置有一對中間構件144A代替一對電極支持構件144。各中間構件144A係經由支架142、145及第1扭力棒147連接於桿141，並且經由連桿146及非線性緩和彈簧149連接於一個支架116。設置有一對中間構件154A代替一對電極支持構件154。各中間構件154A係經由支架152、155及第1扭力棒157連接於桿151，並且經由連桿156及非線性緩和彈簧159連接於支架116。於自Z軸方向觀察之情形時，第1光學功能部17配置於Y軸方向上之可動鏡11之一側，第2光學功能部18配置於Y軸方向上之可動鏡11之另一側。
根據此種第1變化例，亦與上述實施形態之情形同樣地，可抑制第1扭力棒147、157及第2扭力棒148、158之扭轉變形產生非線性，並且可獲得較高之可靠性。又，由於第2梳齒電極162、164設置於桿141、151，故可確保第2梳齒電極162、164之配置區域，從而可確保藉由第1梳齒電極161、163及第2梳齒電極162、164產生之靜電力之大小。進而，由於第2梳齒電極162、164遍及桿141、151及連桿143、153而設置，故可有效地確保第2梳齒電極162、164之配置區域，從而可較佳地確保藉由第1梳齒電極161、163及第2梳齒電極162、164產生之靜電力之大小。
光學裝置10亦可如圖13所示之第2變化例般構成。於第2變化例中，可動鏡11之環狀部112之內緣及外緣於自Z軸方向觀察之情形時呈圓形狀。可動鏡11具有一對支架116A、一對支架116B、及一對支架116C。一個支架116A係以向Y軸方向上之一側及另一側突出之方式，設置於環狀部112中之第1光學功能部17側之端部。另一個支架116A係以向Y軸方向上之一側及另一側突出之方式，設置於環狀部112中之第2光學功能部18側之端部。一對支架116B分別以沿著一個支架116A延伸之方式，設置於Y軸方向上之環狀部112之一側之表面及另一側之表面。一對支架116C分別以沿著另一個支架116A延伸之方式，設置於Y軸方向上之環狀部112之一側之表面及另一側之表面。
於第2變化例中，第1彈性支持部14具有一對桿141、一對支架142、連桿143、一對中間構件144B、一對第1扭力棒147、一對第2扭力棒148、一對非線性緩和彈簧149、連桿171、及一對電極支持構件172。各桿141沿著X軸方向延伸。一對支架142係於自Z軸方向觀察之情形時，呈彼此朝不同側屈曲成曲柄狀之形狀。一對第1扭力棒147分別架設於一個支架142之前端部與一個中間構件144B之間、及另一個支架142之前端部與另一個中間構件144B之間。於一個非線性緩和彈簧149中，一個板狀部149a架設於一個中間構件144B與一個支架116A之間，另一個板狀部149a架設於一個中間構件144B與一個支架116B之間。於另一個非線性緩和彈簧149中，一個板狀部149a架設於另一個中間構件144B與另一個支架116A之間，另一個板狀部149a架設於另一個中間構件144B與另一個支架116B之間。於第2變化例中，非線性緩和彈簧149亦以如下方式構成，即，於可動鏡11於Z軸方向上移動之狀態下，繞Y軸方向之非線性緩和彈簧149之變形量較繞Y軸方向之扭力棒147、148之各者之變形量小，且X軸方向上之非線性緩和彈簧149之變形量較X軸方向上之扭力棒147、148之各者之變形量大。
連桿171架設於各桿141中之與可動鏡11為相反側之端部間。各電極支持構件172於自Z軸方向觀察之情形時呈矩形狀。一對電極支持構件172分別以向Y軸方向上之外側突出之方式設置於Y軸方向上之一對桿141之外側之緣部。一對電極支持構件172分別自一對桿141沿著Y軸方向延伸。各電極支持構件172係於X軸方向上配置於較桿141之中心更外側(相對於桿141之中心與可動鏡11為相反側)。於第2變化例中，第1光學功能部17並非形成於SOI基板50之光通過開口部，而是由一對桿141、連桿143及連桿171劃定之光通過開口部。一對第2梳齒電極162分別設置於一對電極支持構件172，一對第1梳齒電極161設置於基座12中之與一對第2梳齒電極162對應之位置。
第2彈性支持部15具有一對桿151、一對支架152、連桿153、一對中間構件154B、一對第1扭力棒157、一對第2扭力棒158、一對非線性緩和彈簧159、連桿181、及一對電極支持構件182。各桿151沿著X軸方向延伸。一對支架152係於自Z軸方向觀察之情形時，呈彼此朝不同側屈曲成曲柄狀之形狀。一對第1扭力棒157分別架設於一個支架152之前端部與一個中間構件154B之間、及另一個支架152之前端部與另一個中間構件154B之間。於一個非線性緩和彈簧159中，一個板狀部159a架設於一個中間構件154B與一個支架116A之間，另一個板狀部159a架設於一個中間構件154B與一個支架116C之間。於另一個非線性緩和彈簧159中，一個板狀部159a架設於另一個中間構件154B與另一個支架116A之間，另一個板狀部159a架設於另一個中間構件154B與另一個支架116C之間。於第2變化例中，非線性緩和彈簧159亦以如下方式構成，即，於可動鏡11於Z軸方向上移動之狀態下，繞Y軸方向之非線性緩和彈簧159之變形量較繞Y軸方向之扭力棒157、158之各者之變形量小，且X軸方向上之非線性緩和彈簧159之變形量較X軸方向上之扭力棒157、158之各者之變形量大。
連桿181架設於各桿151中之與可動鏡11為相反側之端部間。各電極支持構件182於自Z軸方向觀察之情形時呈矩形狀。一對電極支持構件182分別以向Y軸方向上之外側突出之方式設置於Y軸方向上之一對桿151之外側之緣部。一對電極支持構件182分別自一對桿151沿著Y軸方向延伸。各電極支持構件182係於X軸方向上配置於較桿151之中心更外側(相對於桿151之中心與可動鏡11為相反側)。於第2變化例中，第2光學功能部18並非形成於SOI基板50之光通過開口部，而是由一對桿151、連桿153及連桿181劃定之光通過開口部。一對第2梳齒電極164分別設置於一對電極支持構件182，一對第1梳齒電極163設置於基座12中之與一對第2梳齒電極164對應之位置。
根據此種第2變化例，亦與上述實施形態之情形同樣地，可抑制第1扭力棒147、157及第2扭力棒148、158之扭轉變形產生非線性，並且可獲得較高之可靠性。又，於自桿141延伸之電極支持構件172設置有第2梳齒電極162。同樣地，於自桿151延伸之電極支持構件182設置有第2梳齒電極164。藉此，於驅動時於Z軸方向上之位移量相對較少之位置配置有第1梳齒電極161、163及第2梳齒電極162、164，因此，可抑制因於Z軸方向上之位移引起之第1梳齒電極161、163及第2梳齒電極162、164之間之對向面積之減少。其結果，於使Z軸方向上之可動鏡11之移動量增加之情形時，亦可確保第1梳齒電極161、163與第2梳齒電極162、164之間產生之靜電力。進而，由於藉由連桿171將一對桿141彼此連接，並且藉由連桿181將一對桿151彼此連接，故可提高對衝擊之耐受性。進而，由於在一對桿141間配置第1光學功能部17，並且在一對桿151間配置第2光學功能部18，故可確保第1梳齒電極161、163及第2梳齒電極162、164之配置空間，從而可使第1梳齒161a、163a與第2梳齒162a、164a之數量增加。
光學裝置10亦可如圖14所示之第3變化例般構成。第3變化例與第2變化例之不同點在於：可動鏡11不具有支架116A～116C、第1彈性支持部14具有中間構件144C代替中間構件144B、第2彈性支持部15具有中間構件154C代替中間構件154B、第1彈性支持部14具有一對非線性緩和彈簧173代替一對非線性緩和彈簧149、及第2彈性支持部15具有一對非線性緩和彈簧183代替一對非線性緩和彈簧159。中間構件144C相對於可動鏡11配置於第1光學功能部17側，且沿著Y軸方向延伸。中間構件144C係於Y軸方向上之兩端部之各者連接於第1扭力棒147與非線性緩和彈簧173。中間構件154C相對於可動鏡11配置於第2光學功能部18側，且沿著Y軸方向延伸。中間構件154C係於Y軸方向上之兩端部之各者連接於第1扭力棒157與非線性緩和彈簧183。
各非線性緩和彈簧173具有於自Z軸方向觀察之情形時蜿蜒地延伸之蜿蜒部174。蜿蜒部174具有沿Y軸方向延伸且沿X軸方向排列之複數個直線狀部分174a、及將複數個直線狀部分174a之兩端交替地連結之複數個回折部分174b。蜿蜒部174之一端部連接於中間構件144C，另一端部連接於環狀部112。蜿蜒部174中之環狀部112側之部分呈沿著環狀部112之外緣之形狀。非線性緩和彈簧173以如下方式構成，即，於可動鏡11於Z軸方向上移動之狀態下，繞Y軸方向之非線性緩和彈簧173之變形量較繞Y軸方向之扭力棒147、148之各者之變形量小，且X軸方向上之非線性緩和彈簧173之變形量較X軸方向上之扭力棒147、148之各者之變形量大。
各非線性緩和彈簧183具有於自Z軸方向觀察之情形時蜿蜒地延伸之蜿蜒部184。蜿蜒部184具有沿Y軸方向延伸且沿X軸方向排列之複數個直線狀部分184a、及將複數個直線狀部分184a之兩端交替地連結之複數個回折部分184b。蜿蜒部184之一端部連接於中間構件154C，另一端部連接於環狀部112。蜿蜒部184中之環狀部112側之部分呈沿著環狀部112之外緣之形狀。非線性緩和彈簧183以如下方式構成，即，於可動鏡11於Z軸方向上移動之狀態下，繞Y軸方向之非線性緩和彈簧183之變形量較繞Y軸方向之扭力棒147、148之各者之變形量小，且X軸方向上之非線性緩和彈簧183之變形量較X軸方向上之扭力棒147、148之各者之變形量大。
根據此種第3變化例，亦與上述實施形態之情形同樣地，可抑制第1扭力棒147、157及第2扭力棒148、158之扭轉變形產生非線性，並且可獲得較高之可靠性。又，由於在驅動時於Z軸方向上之位移量相對較少之位置配置第1梳齒電極161、163及第2梳齒電極162、164，故可抑制因於Z軸方向上之位移引起之第1梳齒電極161、163及第2梳齒電極162、164之間之對向面積之減少。其結果，於使Z軸方向上之可動鏡11之移動量增加之情形時，亦可確保第1梳齒電極161、163與第2梳齒電極162、164之間產生之靜電力。進而，由於藉由連桿171將一對桿141彼此連接，並且藉由連桿181將一對桿151彼此連接，故可提高對衝擊之耐受性。進而，由於在一對桿141間配置第1光學功能部17，並且在一對桿151間配置第2光學功能部18，故可確保第1梳齒電極161、163及第2梳齒電極162、164之配置空間，從而可使第1梳齒161a、163a與第2梳齒162a、164a之數量增加。
非線性緩和彈簧149並不限定於上述實施形態者。例如，板狀部149a於Y軸方向上之長度亦可與扭力棒147、148之長度相同或為扭力棒147、148之長度以下。板狀部149a之寬度(X軸方向上之長度)亦可與扭力棒147、148之寬度相同或為扭力棒147、148之寬度以上。板狀部149a亦可相對於Z軸方向或Y軸方向傾斜地延伸。非線性緩和彈簧149亦可包含單個或3個以上之板狀部149a。於上述實施形態中，於第1彈性支持部14設置有一對非線性緩和彈簧149，但亦可設置單個或3個以上之非線性緩和彈簧149。非線性緩和彈簧149亦可不包含板狀部149a地構成。該等方面對於非線性緩和彈簧159亦同樣。
於上述實施形態中，相鄰之第1梳齒161a與第2梳齒162a只要於Y軸方向上彼此相對即可，亦可為第1梳齒161a及第2梳齒162a之至少一者相對於與Y軸方向垂直之平面傾斜地延伸。或者，亦可為第1梳齒161a及第2梳齒162a之至少一者具有於自Z軸方向觀察之情形時彎曲成弧狀之形狀。該等方面對於第1梳齒163a及第2梳齒164a亦同樣。第2梳齒電極162可設置於可動鏡11，亦可設置於第1彈性支持部14及可動鏡11之兩者。同樣地，第2梳齒電極164可設置於可動鏡11，亦可設置於第2彈性支持部15及可動鏡11之兩者。於上述實施形態中，光學裝置10亦可具備設置有鏡面11a以外之其他光學功能部之可動部代替可動鏡11。作為其他光學功能部，例如可列舉透鏡等。光模組1並不限定於構成FTIR者，亦可為構成其他光學系統者。第1扭力棒147、157及第2扭力棒148、158只要構成為能夠扭轉變形即可，可為板狀、棒狀等任意形狀。
1‧‧‧光模組2‧‧‧鏡單元3‧‧‧分光鏡單元4‧‧‧光學樹脂10‧‧‧光學裝置11‧‧‧可動鏡(可動部)11a‧‧‧鏡面(光學功能部)12‧‧‧基座12a‧‧‧主面12b‧‧‧主面12c‧‧‧開口13‧‧‧驅動部14‧‧‧第1彈性支持部15‧‧‧第2彈性支持部16‧‧‧致動器部17‧‧‧第1光學功能部18‧‧‧第2光學功能部21‧‧‧固定鏡21a‧‧‧鏡面22‧‧‧支持體22a‧‧‧表面22b‧‧‧凹部22c‧‧‧表面23‧‧‧子安裝基板23a‧‧‧開口24‧‧‧封裝體25‧‧‧引線接腳26‧‧‧導線31‧‧‧半反射鏡面32‧‧‧全反射鏡面33a、33b、33c、33d‧‧‧光學面50‧‧‧SOI基板51‧‧‧支持層52‧‧‧裝置層53‧‧‧中間層111‧‧‧本體部111a‧‧‧表面112‧‧‧環狀部112a‧‧‧表面113‧‧‧連結部114‧‧‧壁部114a‧‧‧內側壁部114b‧‧‧外側壁部114c‧‧‧連結部116‧‧‧支架116A‧‧‧支架116B‧‧‧支架116C‧‧‧支架121、122‧‧‧電極墊141‧‧‧桿141a‧‧‧第1部分141b‧‧‧第2部分141c‧‧‧端部(一端部)141d‧‧‧端部(另一端部)141e‧‧‧突出部142‧‧‧支架143‧‧‧連桿144‧‧‧電極支持構件144A‧‧‧中間構件144B‧‧‧中間構件144C‧‧‧中間構件145‧‧‧支架146‧‧‧連桿146a‧‧‧邊部147‧‧‧第1扭力棒148‧‧‧第2扭力棒149‧‧‧非線性緩和彈簧149a‧‧‧板狀部151‧‧‧桿151a‧‧‧第1部分151b‧‧‧第2部分151c‧‧‧端部(一端部)151d‧‧‧端部(另一端部)151e‧‧‧突出部152‧‧‧支架153‧‧‧連桿154‧‧‧電極支持構件154A‧‧‧中間構件154B‧‧‧中間構件154C‧‧‧中間構件155‧‧‧支架156‧‧‧連桿156a‧‧‧邊部157‧‧‧第1扭力棒158‧‧‧第2扭力棒159‧‧‧非線性緩和彈簧159a‧‧‧板狀部161‧‧‧第1梳齒電極161a‧‧‧第1梳齒162‧‧‧第2梳齒電極162a‧‧‧第2梳齒163‧‧‧第1梳齒電極163a‧‧‧第1梳齒164‧‧‧第2梳齒電極164a‧‧‧第2梳齒171‧‧‧連桿172‧‧‧電極支持構件173‧‧‧非線性緩和彈簧174‧‧‧蜿蜒部174a‧‧‧直線狀部分174b‧‧‧回折部分181‧‧‧連桿182‧‧‧電極支持構件183‧‧‧非線性緩和彈簧184‧‧‧蜿蜒部184a‧‧‧直線狀部分184b‧‧‧回折部分241‧‧‧底壁242‧‧‧側壁243‧‧‧頂壁243a‧‧‧表面1011‧‧‧可動鏡1141‧‧‧桿1147‧‧‧第1扭力棒1148‧‧‧第2扭力棒1151‧‧‧桿1157‧‧‧第1扭力棒1158‧‧‧第2扭力棒A‧‧‧位置B‧‧‧位置L‧‧‧距離L0‧‧‧測定光L1‧‧‧測定光P1‧‧‧光路P2‧‧‧光路S‧‧‧空間
圖1係具備一實施形態之光學裝置之光模組之縱剖視圖。 圖2係圖1所示之光學裝置之縱剖視圖。 圖3係圖2所示之光學裝置之俯視圖。 圖4係表示繞Y軸方向之扭力棒及非線性緩和彈簧之變形量相對於可動鏡之移動量之變化的曲線圖。 圖5係表示X軸方向上之扭力棒及非線性緩和彈簧之變形量相對於可動鏡之移動量之變化的曲線圖。 圖6(a)及(b)係用以說明圖3所示之光學裝置之作用效果之圖。 圖7(a)及(b)係用以說明圖3所示之光學裝置之作用效果之圖。 圖8係表示非線性存在之情形及不存在之情形之各情形時之可動鏡之移動量與作用於可動鏡之回復力之關係的曲線圖。 圖9係表示實施形態及比較例之各者中之可動鏡之移動量與作用於可動鏡之回復力之關係的曲線圖。 圖10係表示非線性較小之情形時之可動鏡之驅動頻率與移動量之關係的曲線圖。 圖11係表示非線性較大之情形時之可動鏡之驅動頻率與移動量之關係的曲線圖。 圖12係光學裝置之第1變化例之俯視圖。 圖13係光學裝置之第2變化例之俯視圖。 圖14係光學裝置之第3變化例之俯視圖。
10‧‧‧光學裝置
11‧‧‧可動鏡(可動部)
11a‧‧‧鏡面(光學功能部)
12‧‧‧基座
12b‧‧‧主面
12c‧‧‧開口
13‧‧‧驅動部
14‧‧‧第1彈性支持部
15‧‧‧第2彈性支持部
16‧‧‧致動器部
17‧‧‧第1光學功能部
18‧‧‧第2光學功能部
50‧‧‧SOI基板
51‧‧‧支持層
111‧‧‧本體部
112‧‧‧環狀部
113‧‧‧連結部
114‧‧‧壁部
114a‧‧‧內側壁部
114b‧‧‧外側壁部
114c‧‧‧連結部
116‧‧‧支架
121、122‧‧‧電極墊
141‧‧‧桿
141a‧‧‧第1部分
141b‧‧‧第2部分
141c‧‧‧端部(一端部)
141d‧‧‧端部(另一端部)
141e‧‧‧突出部
142‧‧‧支架
143‧‧‧連桿
144‧‧‧電極支持構件
145‧‧‧支架
146‧‧‧連桿
146a‧‧‧邊部
147‧‧‧第1扭力棒
148‧‧‧第2扭力棒
149‧‧‧非線性緩和彈簧
149a‧‧‧板狀部
151‧‧‧桿
151a‧‧‧第1部分
151b‧‧‧第2部分
151c‧‧‧端部(一端部)
151e‧‧‧突出部
151d‧‧‧端部(另一端部)
151e‧‧‧突出部
152‧‧‧支架
153‧‧‧連桿
154‧‧‧電極支持構件
155‧‧‧支架
156‧‧‧連桿
156a‧‧‧邊部
157‧‧‧第1扭力棒
158‧‧‧第2扭力棒
159‧‧‧非線性緩和彈簧
159a‧‧‧板狀部
161‧‧‧第1梳齒電極
161a‧‧‧第1梳齒
162‧‧‧第2梳齒電極
162a‧‧‧第2梳齒
163‧‧‧第1梳齒電極
163a‧‧‧第1梳齒
164‧‧‧第2梳齒電極
164a‧‧‧第2梳齒

Claims (18)

  1. 一種光學裝置，其具備：基座；可動部，其具有光學功能部；彈性支持部，其連接於上述基座與上述可動部之間，以上述可動部能夠沿著第1方向移動之方式支持上述可動部；第1梳齒電極，其設置於上述基座，且具有複數個第1梳齒；及第2梳齒電極，其設置於上述可動部及上述彈性支持部之至少一者，且具有與上述複數個第1梳齒交替地配置之複數個第2梳齒；上述彈性支持部具有沿著與上述第1方向垂直之第2方向延伸之扭力棒、及連接於上述扭力棒與上述可動部之間之非線性緩和彈簧，上述非線性緩和彈簧構成為，於上述可動部於上述第1方向移動之狀態下，上述非線性緩和彈簧繞上述第2方向之變形量小於上述扭力棒繞上述第2方向之變形量，且與上述第1方向及上述第2方向垂直之第3方向上之上述非線性緩和彈簧之變形量大於上述第3方向上之上述扭力棒之變形量，且相鄰之上述第1梳齒與上述第2梳齒於上述第2方向上彼此相對。
  2. 如請求項1之光學裝置，其中上述非線性緩和彈簧具有板狀部，且上述第2方向上之上述板狀部之長度長於上述扭力棒之長度。
  3. 如請求項1之光學裝置，其中上述非線性緩和彈簧具有一對板狀部， 且上述一對板狀部於上述第3方向上彼此相對。
  4. 如請求項1至3中任一項之光學裝置，其中上述彈性支持部進而具有：桿，其於一端部經由上述扭力棒連接於上述非線性緩和彈簧；及電極支持構件，其於自上述第1方向觀察之情形時於上述桿與上述可動部之間延伸；且上述第2梳齒電極設置於上述電極支持構件。
  5. 如請求項1至3中任一項之光學裝置，其中上述彈性支持部進而具有於一端部經由上述扭力棒而連接於上述非線性緩和彈簧的桿，且上述第2梳齒電極設置於上述桿。
  6. 如請求項5之光學裝置，其中上述彈性支持部具有一對上述桿，並且進而具有架設於上述一對桿間之連桿，且上述第2梳齒電極係遍及上述一對桿及上述連桿而配置。
  7. 如請求項5之光學裝置，其中上述彈性支持部進而具有連接於上述桿之另一端部與上述基座之間之扭力棒。
  8. 如請求項6之光學裝置，其中上述彈性支持部進而具有連接於上述桿之另一端部與上述基座之間之扭力棒。
  9. 如請求項1至3中任一項之光學裝置，其中上述彈性支持部進而具有：桿，其於一端部經由上述扭力棒而連接於上述非線性緩和彈簧；及扭力棒，其連接於上述桿之另一端部與上述基座之間。
  10. 如請求項1至3中任一項之光學裝置，其中上述彈性支持部進而具有：桿，其於一端部經由上述扭力棒而連接於上述非線性緩和彈簧；及電極支持構件，其自上述桿延伸；且上述第2梳齒電極設置於上述電極支持構件。
  11. 如請求項1至3中任一項之光學裝置，其中上述非線性緩和彈簧具有於自上述第1方向觀察之情形時蜿蜒地延伸之蜿蜒部。
  12. 如請求項4之光學裝置，其中上述非線性緩和彈簧具有於自上述第1方向觀察之情形時蜿蜒地延伸之蜿蜒部。
  13. 如請求項5之光學裝置，其中上述非線性緩和彈簧具有於自上述第1方向觀察之情形時蜿蜒地延伸之蜿蜒部。
  14. 如請求項6之光學裝置，其中上述非線性緩和彈簧具有於自上述第1方向觀察之情形時蜿蜒地延伸之蜿蜒部。
  15. 如請求項7之光學裝置，其中上述非線性緩和彈簧具有於自上述第1方向觀察之情形時蜿蜒地延伸之蜿蜒部。
  16. 如請求項8之光學裝置，其中上述非線性緩和彈簧具有於自上述第1方向觀察之情形時蜿蜒地延伸之蜿蜒部。
  17. 如請求項9之光學裝置，其中上述非線性緩和彈簧具有於自上述第1方向觀察之情形時蜿蜒地延伸之蜿蜒部。
  18. 如請求項10之光學裝置，其中上述非線性緩和彈簧具有於自上述第1方向觀察之情形時蜿蜒地延伸之蜿蜒部。
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