WO2019009394A1 - 光学デバイス - Google Patents

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WO2019009394A1
WO2019009394A1 PCT/JP2018/025636 JP2018025636W WO2019009394A1 WO 2019009394 A1 WO2019009394 A1 WO 2019009394A1 JP 2018025636 W JP2018025636 W JP 2018025636W WO 2019009394 A1 WO2019009394 A1 WO 2019009394A1
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WO
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axis direction
comb
torsion bar
pair
electrode
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PCT/JP2018/025636
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Inventor
達哉 杉本
智史 鈴木
恭輔 港谷
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
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Publication date
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Priority to JP2019503584A priority patent/JP6503150B1/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G02B26/001Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical device configured as, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • a MEMS device As a MEMS device, a base, a movable part having an optical function part, an elastic support part connected between the base and the movable part and supporting the movable part such that the movable part can move along the moving direction
  • a first comb-tooth electrode provided on the base and having a plurality of first comb teeth
  • a second comb-tooth provided on the elastic support portion and having a plurality of second comb teeth arranged alternately with the plurality of first comb teeth
  • an optical device provided with a comb-tooth electrode (see, for example, Patent Document 1).
  • the elastic support portion may be configured to include a torsion bar that is torsionally deformed when the movable portion moves along the moving direction.
  • the torsion bar is bent and deformed in the direction perpendicular to the extending direction.
  • the torsion bar bends and twists, non-linearity occurs in the torsional deformation of the torsion bar. Since such non-linearity may deteriorate the control characteristics of the movable part, it is required to suppress the occurrence.
  • the optical device as described above is required to have improved reliability.
  • An object of the present disclosure is to provide an optical device capable of obtaining high reliability while suppressing the occurrence of non-linearity in torsional deformation of a torsion bar.
  • An optical device is connected between a base, a movable portion having an optical function portion, and the base and the movable portion, and the movable portion is movable so as to be movable in a first direction.
  • the elastic support portion for supporting the portion, the first comb-tooth electrode provided on the base and having the plurality of first comb teeth, and at least one of the movable portion and the elastic support portion are arranged alternately with the plurality of first comb teeth
  • a non-linear relief spring connected between the non-linear relief spring and the portion, wherein the non-linear relief spring is configured such that the amount of deformation of the non-linear relief spring around the second direction is Less than the amount of deformation of
  • the elastic support portion has a non-linearity relaxation spring connected between the torsion bar and the movable portion.
  • the non-linear relaxation spring In the non-linear relaxation spring, the amount of deformation of the non-linear relaxation spring around the second direction becomes smaller than the amount of deformation of the torsion bar around the second direction when the movable part moves in the first direction, and
  • the deformation amount of the non-linearity relaxation spring in the direction is configured to be larger than the deformation amount of the torsion bar in the third direction.
  • the non-linearity relaxation spring may have a plate-like portion, and the length of the plate-like portion in the second direction may be longer than the length of the torsion bar. According to this, it is possible to effectively suppress the occurrence of non-linearity in the torsional deformation of the torsion bar.
  • the non-linearity relaxation spring may have a pair of plate-like portions, and the pair of plate-like portions may face each other in the third direction. According to this, it is possible to effectively suppress the occurrence of non-linearity in the torsional deformation of the torsion bar.
  • the elastic support portion is between the lever connected to the non-linearity relaxation spring via the torsion bar at one end, and between the lever and the movable portion when viewed from the first direction.
  • the second comb-tooth electrode may be provided on the electrode support member. According to this, the arrangement region of the second comb electrode can be secured, and the magnitude of the electrostatic force generated by the first and second comb electrodes can be secured.
  • the elastic support further includes a lever connected to the non-linearity relaxation spring via the torsion bar at one end, and the second comb electrode is provided on the lever May be According to this, the arrangement region of the second comb electrode can be secured, and the magnitude of the electrostatic force generated by the first and second comb electrodes can be secured.
  • the elastic support includes a pair of levers and further includes a link suspended between the pair of levers, and the second comb-tooth electrode extends over the pair of levers and links It may be arranged. According to this, the arrangement region of the second comb electrode can be effectively secured, and the magnitude of the electrostatic force generated by the first and second comb electrodes can be suitably secured.
  • the elastic support may further include a torsion bar connected between the other end of the lever and the base. According to this, the movement amount of the movable portion can be increased.
  • the elastic support is a torsion lever connected at one end to the non-linearity relaxation spring via the torsion bar, and a torsion connected between the other end of the lever and the base. It may further have a bar. According to this, the movement amount of the movable portion can be increased.
  • the elastic support further includes a lever connected to the non-linearity relaxation spring via the torsion bar at one end, and an electrode support member extending from the lever;
  • the second comb electrode may be provided on the electrode support member. According to this, even when the moving amount of the movable mirror in the first direction is increased, the electrostatic force generated between the first comb electrode and the second comb electrode can be secured.
  • the non-linearity relaxation spring may have a serpentine portion that extends in a serpentine manner when viewed from the first direction. According to this, it is possible to effectively suppress the occurrence of non-linearity in the torsional deformation of the torsion bar.
  • an optical device capable of obtaining high reliability while suppressing the occurrence of non-linearity in torsional deformation of a torsion bar.
  • FIG. 3 is a plan view of the optical device shown in FIG. 2; It is a graph which shows the change of the deformation amount of the torsion bar and the non-linearity relaxation spring around the Y-axis direction with respect to the movement amount of a movable mirror. It is a graph which shows the change of the deformation amount of the torsion bar in an X-axis direction with respect to the movement amount of a movable mirror, and a non-linear relaxation spring.
  • A) And (b) is a figure for demonstrating the effect of the optical device shown by FIG.
  • (A) And (b) is a figure for demonstrating the effect of the optical device shown by FIG. It is a graph which shows the relationship between the movement amount of the movable mirror in the case where nonlinearity exists, and the case where it does not exist, and the restoring force which acts on a movable mirror. It is a graph which shows the relationship between the movement amount of the movable mirror in each of embodiment and a comparative example, and the restoring force which acts on a movable mirror. It is a graph which shows the relationship between the drive frequency and moving amount
  • the optical module 1 includes a mirror unit 2 and a beam splitter unit 3.
  • the mirror unit 2 has an optical device 10 and a fixed mirror 21.
  • the optical device 10 includes a movable mirror (movable portion) 11.
  • the beam splitter unit 3, the movable mirror 11 and the fixed mirror 21 form an interference optical system for the measurement light L 0.
  • the interference optical system here is a Michelson interference optical system.
  • the optical device 10 includes, in addition to the movable mirror 11, a base 12, a drive unit 13, a first optical function unit 17, and a second optical function unit 18.
  • the base 12 has a major surface 12 a.
  • the movable mirror 11 has a mirror surface (optical function portion) 11a along a plane parallel to the major surface 12a.
  • the movable mirror 11 is supported by the base 12 so as to be movable along a Z-axis direction (a direction parallel to the Z-axis, a first direction) perpendicular to the major surface 12 a.
  • the drive unit 13 moves the movable mirror 11 along the Z-axis direction.
  • the first optical function unit 17 is disposed on one side of the movable mirror 11 in the X-axis direction (a direction parallel to the X-axis, a third direction) perpendicular to the Z-axis direction when viewed from the Z-axis direction There is.
  • the second optical function unit 18 is disposed on the other side of the movable mirror 11 in the X-axis direction when viewed from the Z-axis direction.
  • Each of the first optical function unit 17 and the second optical function unit 18 is a light passing opening provided in the base 12 and is open on one side and the other side in the Z-axis direction. In the optical module 1, the second optical function unit 18 is not used as a light passing aperture.
  • at least one of the first optical function unit 17 and the second optical function unit 18 may be used as an optical function unit, or the first optical function unit 17 and Both of the second optical function units 18 may not be used as optical function units.
  • the fixed mirror 21 has a mirror surface 21a along a plane parallel to the major surface 12a (a plane perpendicular to the Z-axis direction).
  • the position of the fixed mirror 21 with respect to the base 12 is fixed.
  • the mirror surface 11 a of the movable mirror 11 and the mirror surface 21 a of the fixed mirror 21 face one side in the Z-axis direction (the beam splitter unit 3 side).
  • the mirror unit 2 has a support 22, a submount 23 and a package 24.
  • the package 24 accommodates the optical device 10, the fixed mirror 21, the support 22 and the submount 23.
  • the package 24 includes a bottom wall 241, side walls 242 and a top wall 243.
  • the package 24 is formed in, for example, a rectangular box shape.
  • the package 24 has, for example, a size of about 30 ⁇ 25 ⁇ 10 (thickness) mm.
  • the bottom wall 241 and the side wall 242 are integrally formed.
  • the top wall 243 faces the bottom wall 241 in the Z-axis direction, and is fixed to the side wall 242.
  • the top wall 243 is light transmissive to the measurement light L0.
  • a space S is formed by the package 24.
  • the space S is opened to the outside of the mirror unit 2 through, for example, a vent or a gap provided in the package 24.
  • the space S may be an airtight space in which a high degree of vacuum is maintained, or an airtight space filled with an inert gas such as nitrogen.
  • the support 22 is fixed to the inner surface of the bottom wall 241 via the submount 23.
  • the support 22 is formed, for example, in a rectangular plate shape.
  • the support 22 is light transmissive to the measurement light L0.
  • the base 12 of the optical device 10 is fixed to the surface 22 a of the support 22 opposite to the submount 23. That is, the base 12 is supported by the support 22.
  • a recess 22 b is formed on the surface 22 a of the support 22, and a gap (a part of the space S) is formed between the optical device 10 and the top wall 243.
  • An opening 23 a is formed in the submount 23.
  • the fixed mirror 21 is disposed on the surface 22c of the support 22 on the submount 23 side so as to be located in the opening 23a. That is, the fixed mirror 21 is disposed on the surface 22 c of the support 22 opposite to the base 12.
  • the fixed mirror 21 is disposed on one side of the movable mirror 11 in the X-axis direction when viewed from the Z-axis direction.
  • the fixed mirror 21 overlaps the first optical function unit 17 of the optical device 10 when viewed in the Z-axis direction.
  • the mirror unit 2 further includes a plurality of lead pins 25 and a plurality of wires 26.
  • Each lead pin 25 is fixed to the bottom wall 241 in a state of penetrating the bottom wall 241.
  • Each lead pin 25 is electrically connected to the drive unit 13 via the wire 26.
  • an electrical signal for moving the movable mirror 11 along the Z-axis direction is applied to the drive unit 13 via the plurality of lead pins 25 and the plurality of wires 26.
  • the beam splitter unit 3 is supported by the top wall 243 of the package 24. Specifically, the beam splitter unit 3 is fixed to the surface 243 a of the top wall 243 opposite to the optical device 10 by the optical resin 4.
  • the optical resin 4 is light transmissive to the measurement light L0.
  • the beam splitter unit 3 has a half mirror surface 31, a total reflection mirror surface 32, and a plurality of optical surfaces 33a, 33b, 33c, and 33d.
  • the beam splitter unit 3 is configured by bonding a plurality of optical blocks.
  • the half mirror surface 31 is formed of, for example, a dielectric multilayer film.
  • the total reflection mirror surface 32 is formed of, for example, a metal film.
  • the optical surface 33a is, for example, a surface perpendicular to the Z-axis direction, and overlaps the first optical function portion 17 of the optical device 10 and the mirror surface 21a of the fixed mirror 21 when viewed from the Z-axis direction.
  • the optical surface 33a transmits the measurement light L0 incident along the Z-axis direction.
  • the half mirror surface 31 is, for example, a surface inclined 45 degrees with respect to the optical surface 33a, and overlaps the first optical function portion 17 of the optical device 10 and the mirror surface 21a of the fixed mirror 21 when viewed from the Z-axis direction. ing.
  • the half mirror surface 31 reflects a part of the measurement light L0 incident on the optical surface 33a along the Z-axis direction along the X-axis direction, and the remaining part of the measurement light L0 along the Z-axis direction. Permeate to the side.
  • the total reflection mirror surface 32 is a surface parallel to the half mirror surface 31.
  • the total reflection mirror surface 32 overlaps the mirror surface 11a of the movable mirror 11 when viewed from the Z axis direction and when viewed from the X axis direction. And overlap.
  • the total reflection mirror surface 32 reflects a part of the measurement light L0 reflected by the half mirror surface 31 toward the movable mirror 11 along the Z-axis direction.
  • the optical surface 33 b is a surface parallel to the optical surface 33 a and overlaps the mirror surface 11 a of the movable mirror 11 when viewed in the Z-axis direction.
  • the optical surface 33b transmits a part of the measurement light L0 reflected by the total reflection mirror surface 32 to the movable mirror 11 side along the Z-axis direction.
  • the optical surface 33c is a surface parallel to the optical surface 33a, and overlaps the mirror surface 21a of the fixed mirror 21 when viewed from the Z-axis direction.
  • the optical surface 33 c transmits the remaining portion of the measurement light L 0 transmitted through the half mirror surface 31 to the fixed mirror 21 side along the Z-axis direction.
  • the optical surface 33 d is, for example, a surface perpendicular to the X-axis direction, and overlaps the half mirror surface 31 and the total reflection mirror surface 32 when viewed from the X-axis direction.
  • the optical surface 33d transmits the measurement light L1 along the X-axis direction.
  • the measurement light L1 is sequentially reflected by the mirror surface 11a of the movable mirror 11 and the total reflection mirror surface 32 and transmitted through the half mirror surface 31.
  • a part of the measurement light L0 and the mirror surface 21a of the fixed mirror 21 and the half mirror surface This is interference light with the remaining part of the measurement light L0 sequentially reflected by 31.
  • the optical module 1 configured as described above, when the measurement light L0 is incident on the beam splitter unit 3 from the outside of the optical module 1 via the optical surface 33a, a part of the measurement light L0 has the half mirror surface 31 and all The light is reflected sequentially by the reflection mirror surface 32 and travels toward the mirror surface 11 a of the movable mirror 11. Then, a part of the measurement light L0 is reflected by the mirror surface 11a of the movable mirror 11, travels in the opposite direction on the same optical path (optical path P1 described later), and passes through the half mirror surface 31 of the beam splitter unit 3. Do.
  • the remaining part of the measurement light L 0 passes through the half mirror surface 31 of the beam splitter unit 3, passes through the first optical function unit 17, passes through the support 22, and passes through the mirror surface 21 a of the fixed mirror 21. Progress towards The remaining portion of the measurement light L0 is reflected by the mirror surface 21a of the fixed mirror 21, travels in the opposite direction on the same optical path (optical path P2 described later), and is reflected by the half mirror surface 31 of the beam splitter unit 3. Ru.
  • the measurement light L1 is emitted from the beam splitter unit 3 to the outside of the optical module 1 via the optical surface 33d.
  • FTIR Fastier transform infrared spectrometer
  • the support 22 corrects the optical path difference between the optical path P 1 between the beam splitter unit 3 and the movable mirror 11 and the optical path P 2 between the beam splitter unit 3 and the fixed mirror 21.
  • the optical path P1 is an optical path from the half mirror surface 31 to the mirror surface 11a of the movable mirror 11 located at the reference position through the total reflection mirror surface 32 and the optical surface 33b sequentially It is a light path along which a part of the light L0 travels.
  • the optical path P2 is an optical path from the half mirror surface 31 to the mirror surface 21a of the fixed mirror 21 sequentially through the optical surface 33c and the first optical function unit 17, and is an optical path through which the remaining portion of the measurement light L0 travels. is there.
  • the support 22 has an optical path length of the optical path P1 (optical path length considering the refractive index of each medium through which the optical path P1 passes) and an optical path length of the optical path P2 (optical path length considering the refractive index of each medium through which the optical path P2 passes).
  • the optical path difference between the optical path P1 and the optical path P2 is corrected so that the difference becomes smaller (for example, 0).
  • the support 22 can be made of, for example, the same light transmitting material as each optical block constituting the beam splitter unit 3. In that case, the thickness (length in the Z-axis direction) of the support 22 can be made equal to the distance between the half mirror surface 31 and the total reflection mirror surface 32 in the X-axis direction.
  • the movable mirror 11 except the mirror surface 11 a, the base 12, the drive unit 13, the first optical function unit 17, and the second optical function unit 18 are SOI (Silicon On Insulator). ) Is configured by the substrate 50. That is, the optical device 10 is configured of the SOI substrate 50.
  • the optical device 10 is formed, for example, in a rectangular plate shape.
  • the optical device 10 has, for example, a size of about 15 ⁇ 10 ⁇ 0.3 (thickness) mm.
  • the SOI substrate 50 includes a support layer 51, a device layer 52 and an intermediate layer 53.
  • the support layer 51 is a first silicon layer of the SOI substrate 50.
  • the device layer 52 is a second silicon layer of the SOI substrate 50.
  • the intermediate layer 53 is an insulating layer of the SOI substrate 50, and is disposed between the support layer 51 and the device layer 52.
  • the movable mirror 11 and the drive unit 13 are integrally formed on a part of the device layer 52 by MEMS technology (patterning and etching).
  • the base 12 is formed by the support layer 51, the device layer 52 and the intermediate layer 53.
  • the major surface 12 a of the base 12 is the surface of the device layer 52 opposite to the intermediate layer 53.
  • the main surface 12 b of the base 12 facing the main surface 12 a is the surface of the support layer 51 opposite to the intermediate layer 53.
  • the main surface 12a of the base 12 and the surface 22a of the support 22 are bonded to each other (see FIG. 1).
  • the movable mirror 11 has a main body portion 111, an annular portion 112, a pair of connecting portions 113, and a wall portion 114.
  • the main body portion 111, the annular portion 112, and the pair of connecting portions 113 are formed by the device layer 52.
  • the main body portion 111 has a circular shape when viewed in the Z-axis direction, but may have an arbitrary shape such as an octagonal shape.
  • a mirror surface 11 a is provided on the surface 111 a of the main body portion 111 on the main surface 12 b side by forming a metal film.
  • the annular portion 112 extends along the outer edge of the main body portion 111, and is annularly formed so as to surround the main body portion 111 when viewed from the Z-axis direction.
  • the inner edge and the outer edge of the annular portion 112 have an octagonal shape when viewed in the Z-axis direction, but may be formed into any shape such as a circular shape.
  • the pair of connecting parts 113 is on one side and the other side of the main body part 111 in the Y-axis direction (direction parallel to the Y-axis, second direction) perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction. It is arranged.
  • Each connecting portion 113 connects the main body portion 111 and the annular portion 112 to each other.
  • the wall portion 114 is formed by the support layer 51 and the intermediate layer 53.
  • the wall portion 114 has an inner side wall portion 114a, an outer side wall portion 114b, and a pair of connecting portions 114c.
  • the inner side wall portion 114 a is provided on the surface 111 a of the main body portion 111.
  • the inner side wall portion 114a surrounds the mirror surface 11a when viewed in the Z-axis direction. As an example, when viewed from the Z-axis direction, the inner side wall portion 114a follows the outer edge on the inner side of the outer edge of the main body portion 111 and the outer edge of the mirror surface 11a when viewed from the Z-axis direction. It is provided in the surface 111a of the main-body part 111 so that the said outer edge may be followed outside.
  • the outer wall portion 114 b is provided on the surface 112 a of the annular portion 112 on the main surface 12 b side.
  • the outer side wall 114b is an inner edge of the outer edge of the annular portion 112 along the outer edge when viewed from the Z-axis direction, and an outer edge of the inner edge of the annular portion 112 when viewed from the Z-axis direction. It is provided in the surface 112a of the annular part 112 so that the said inner edge may be followed outside.
  • the pair of connecting portions 114 c is provided on the surface of the pair of connecting portions 113 on the main surface 12 b side. Each connecting portion 114 c connects the inner side wall portion 114 a and the outer side wall portion 114 b to each other.
  • the movable mirror 11 further includes a pair of brackets 116.
  • Each bracket 116 is formed by a device layer 52.
  • Each bracket 116 has a rectangular shape when viewed from the Z-axis direction.
  • One of the brackets 116 is provided on the surface of the annular portion 112 on the side of the first optical function portion 17 so as to protrude to the side of the first optical function portion 17.
  • the other bracket 116 is provided on the surface of the annular portion 112 on the side of the second optical function portion 18 so as to protrude to the side of the second optical function portion 18 (the side opposite to the first optical function portion 17).
  • the drive unit 13 has a first elastic support 14, a second elastic support 15, and an actuator 16.
  • the first elastic support portion 14, the second elastic support portion 15 and the actuator portion 16 are formed by the device layer 52.
  • Each of the first elastic support portion 14 and the second elastic support portion 15 is connected between the base 12 and the movable mirror 11.
  • the first elastic support portion 14 and the second elastic support portion 15 support the movable mirror 11 so that the movable mirror 11 can move along the Z-axis direction.
  • the first elastic support portion 14 includes a pair of levers 141, a pair of brackets 142, a link 143, a pair of electrode support members 144, a pair of brackets 145, a link 146, a pair of first torsion bars 147, and a pair of second torsion bars 148 and a pair of non-linear relief springs 149.
  • the pair of levers 141 extends from the movable mirror 11 side to both sides of the first optical function portion 17 in the Y-axis direction along a plane perpendicular to the Z-axis direction. In the present embodiment, the pair of levers 141 extend along the main surface 12 a of the base 12 on both sides of the first optical function portion 17 in the Y-axis direction from between the movable mirror 11 and the first optical function portion 17. It exists.
  • Each lever 141 has a first portion 141a disposed on the movable mirror 11 side, and a second portion 141b disposed on the opposite side of the movable mirror 11 with respect to the first portion 141a.
  • the first portions 141a extend so as to be apart from each other as the distance from the movable mirror 11 increases.
  • Each second portion 141 b extends along the X-axis direction.
  • the pair of brackets 142 is provided on the surface of the first portion 141 a on the movable mirror 11 side so as to protrude to the movable mirror 11 side.
  • Each bracket 142 has a cranked shape on the same side when viewed from the Z-axis direction.
  • the link 143 is bridged between the ends 141 c of the levers 141 on the movable mirror 11 side. The link 143 extends along the Y-axis direction.
  • Each electrode support member 144 has a rectangular shape when viewed from the Z-axis direction.
  • One electrode support member 144 extends between one lever 141 and the movable mirror 11 and protrudes outside the movable mirror 11 in the Y-axis direction.
  • the other electrode support member 144 extends between the other lever 141 and the movable mirror 11 and protrudes outward beyond the movable mirror 11 in the Y-axis direction.
  • the pair of electrode support members 144 are disposed on the same center line parallel to the Y-axis direction when viewed from the Z-axis direction.
  • the pair of brackets 145 is provided on the surface of the electrode support member 144 on the side of the first optical function portion 17 so as to project to the side of the first optical function portion 17.
  • Each of the brackets 145 has a cranked shape on the same side (the side opposite to each bracket 142) when viewed in the Z-axis direction.
  • the tip of one bracket 145 faces the tip of one bracket 142 in the Y-axis direction.
  • the tip of the other bracket 145 faces the tip of the other bracket 142 in the Y-axis direction.
  • the links 146 are bridged between the inner ends of the electrode support members 144.
  • the link 146 has a substantially U shape opened toward the movable mirror 11 when viewed from the Z-axis direction.
  • the link 146 faces one bracket 116 of the movable mirror 11 in the Y-axis direction. More specifically, the link 146 extends in the X-axis direction and has a pair of side portions 146a facing each other in the Y-axis direction, and one bracket 116 is disposed between the pair of side portions 146a. There is.
  • a first torsion bar 147 is provided between the end of one bracket 142 and the end of one bracket 145 and between the end of the other bracket 142 and the end of the other bracket 145. It has been passed. A first torsion bar 147 is stretched between a bracket 142 and a bracket 145 which are cranked in opposite directions. That is, the end 141 c of each lever 141 is connected to the electrode support member 144 via the first torsion bar 147. The pair of first torsion bars 147 are disposed on the same axis parallel to the Y-axis direction.
  • Each second torsion bar 148 is stretched. That is, the end 141 d of each lever 141 is connected to the base 12 via the second torsion bar 148.
  • the pair of second torsion bars 148 are disposed on the same axis parallel to the Y-axis direction.
  • the end 141 d of each lever 141 is provided with a projecting portion 141 e that protrudes outward in the Y-axis direction, and the second torsion bar 148 is connected to the projecting portion 141 e.
  • the pair of non-linearity relieving springs 149 are respectively disposed on one side and the other side in the Y-axis direction with respect to one bracket 116 of the movable mirror 11.
  • Each non-linearity relieving spring 149 is connected to the movable mirror 11 via one bracket 116 and to the first torsion bar 147 via the link 146, the electrode support member 144 and the bracket 145. That is, each non-linearity relieving spring 149 is connected between the movable mirror 11 and the first torsion bar 147.
  • Each non-linearity relieving spring 149 has a pair of plate-like portions 149 a bridged between one bracket 116 and a pair of side portions 146 a of the link 146.
  • Each plate-like portion 149a has a flat plate shape perpendicular to the X-axis direction.
  • the pair of plate-like parts 149a face each other in the X-axis direction.
  • the plate-like portion 149a located on one side in the X-axis direction is disposed along one plane perpendicular to the X-axis direction, and on the other side in the X-axis direction The plate-like portion 149a located is disposed along another plane perpendicular to the X-axis direction.
  • Each plate-like portion 149a is formed to have, for example, a length (length in the Y-axis direction) of 380 ⁇ m, a width (length in the X-axis direction) of 5-10 ⁇ m, and a thickness (length in the Z-axis direction) of about 70 ⁇ m. There is.
  • the length of each plate-like portion 149 a is longer than each of the length of the first torsion bar 147 and the length of the second torsion bar 148.
  • the width of each plate-like portion 149a is narrower than the width of the first torsion bar 147 and the width of the second torsion bar 148, respectively.
  • the length of the plate portion 149a Means the length of the plate-like part 149a which does not include the said wide part.
  • the second elastic support 15 includes a pair of levers 151, a pair of brackets 152, a link 153, a pair of electrode support members 154, a pair of brackets 155, a link 156, a pair of first torsion bars 157, and a pair of second torsion bars 158 and a pair of non-linearity relief springs 159.
  • the pair of levers 151 extends from the movable mirror 11 side to both sides of the second optical function portion 18 in the Y-axis direction along a plane perpendicular to the Z-axis direction. In the present embodiment, the pair of levers 151 extend along the main surface 12 a of the base 12 on both sides of the second optical function portion 18 in the Y-axis direction from between the movable mirror 11 and the second optical function portion 18. It exists.
  • Each lever 151 has a first portion 151a disposed on the movable mirror 11 side, and a second portion 151b disposed on the opposite side of the movable mirror 11 with respect to the first portion 151a.
  • the first portions 151a extend so as to be apart from each other as the distance from the movable mirror 11 increases.
  • Each second portion 151 b extends along the X-axis direction.
  • the pair of brackets 152 is provided on the surface of the first portion 151 a on the movable mirror 11 side so as to protrude to the movable mirror 11 side.
  • Each of the brackets 152 has a cranked shape on the same side (the side opposite to each bracket 142) when viewed in the Z-axis direction.
  • the links 153 are bridged between the ends 151 c of the levers 151 on the movable mirror 11 side.
  • the link 153 extends along the Y-axis direction.
  • Each electrode support member 154 has a rectangular shape when viewed from the Z-axis direction.
  • One electrode support member 154 extends between one lever 151 and the movable mirror 11 and protrudes outside the movable mirror 11 in the Y-axis direction.
  • the other electrode support member 154 extends between the other lever 151 and the movable mirror 11 and protrudes outward beyond the movable mirror 11 in the Y-axis direction.
  • the pair of electrode support members 154 is disposed on the same center line parallel to the Y-axis direction when viewed from the Z-axis direction.
  • the pair of brackets 155 is provided on the surface of the electrode support member 154 on the second optical function unit 18 side so as to protrude to the second optical function unit 18 side.
  • Each of the brackets 155 has a cranked shape on the same side (the side opposite to each bracket 152) when viewed in the Z-axis direction.
  • the tip of one bracket 155 faces the tip of one bracket 152 in the Y-axis direction.
  • the tip of the other bracket 155 faces the tip of the other bracket 152 in the Y-axis direction.
  • the links 156 are bridged between the inner ends of the electrode support members 154.
  • the link 156 has a substantially U shape opened toward the movable mirror 11 when viewed in the Z-axis direction.
  • the link 156 faces the other bracket 116 of the movable mirror 11 in the Y-axis direction. More specifically, the link 156 extends in the X-axis direction and has a pair of side portions 156a facing each other in the Y-axis direction, and the other bracket 116 is disposed between the pair of side portions 156a. There is.
  • a first torsion bar 157 is provided between the end of one bracket 152 and the end of one bracket 155 and between the end of the other bracket 152 and the end of the other bracket 155, respectively. It has been passed.
  • a first torsion bar 157 is bridged between a bracket 152 and a bracket 155 which are cranked in opposite directions. That is, the end 151 c of each lever 151 is connected to the electrode support member 154 via the first torsion bar 157.
  • the pair of first torsion bars 157 is disposed on the same axis parallel to the Y-axis direction.
  • the second torsion bars 158 are stretched around each other. That is, the end 151 d of each lever 151 is connected to the base 12 via the second torsion bar 158.
  • the pair of second torsion bars 158 are disposed on the same axis parallel to the Y-axis direction.
  • the end 151 d of each lever 151 is provided with a protrusion 151 e that protrudes outward in the Y-axis direction, and the second torsion bar 158 is connected to the protrusion 151 e.
  • the pair of non-linearity relieving springs 159 is disposed on one side and the other side in the Y-axis direction with respect to the other bracket 116 of the movable mirror 11.
  • Each non-linearity relieving spring 159 is connected to the movable mirror 11 via the other bracket 116 and to the first torsion bar 157 via the link 156, the electrode support member 154 and the bracket 155. That is, each non-linearity relieving spring 159 is connected between the movable mirror 11 and the first torsion bar 157.
  • Each non-linearity relieving spring 159 has a pair of plate-like portions 159 a bridged between the other bracket 116 and the pair of side portions 156 a of the link 156.
  • Each plate-like portion 159a has a flat plate shape perpendicular to the X-axis direction.
  • the pair of plate-like parts 159a face each other in the X-axis direction.
  • the plate-like portion 159a located on one side in the X-axis direction is disposed along one plane perpendicular to the X-axis direction, and on the other side in the X-axis direction The plate-like portion 159a located is disposed along another plane perpendicular to the X-axis direction.
  • Each plate-like portion 159a is formed, for example, in the same shape as the plate-like portion 149a.
  • the length of each plate-like portion 159a is longer than the length of the first torsion bar 157 and the length of the second torsion bar 158, respectively.
  • the width of each plate-like portion 159a is narrower than the width of the first torsion bar 157 and the width of the second torsion bar 158, respectively.
  • Each of the first optical function unit 17 and the second optical function unit 18 is a light passing aperture formed in the SOI substrate 50.
  • Each of the first optical function unit 17 and the second optical function unit 18 has a circular cross section when viewed from the Z-axis direction, but may have an arbitrary shape such as an octagonal cross section.
  • the first optical function unit 17 and the second optical function unit 18 may be hollow or may be made of a material having optical transparency to the measurement light L0.
  • the first elastic support portion 14 and the second elastic support portion 15 pass through the center of the movable mirror 11 and also pass through the center of the movable mirror 11 and perpendicular to the Y axis direction. Also with respect to the plane, they do not have mutually symmetrical structures.
  • the portion of the first elastic support portion 14 excluding the pair of brackets 142 and the pair of brackets 145 and the portion of the second elastic support portion 15 excluding the pair of brackets 152 and the pair of brackets 155 are movable
  • the structures are symmetrical to each other with respect to a plane passing through the center of the mirror 11 and perpendicular to the X-axis direction and with respect to a plane passing through the center of the movable mirror 11 and perpendicular to the Y-axis direction.
  • the actuator unit 16 moves the movable mirror 11 along the Z-axis direction.
  • the actuator portion 16 includes a pair of first comb-shaped electrodes 161, a pair of second comb-shaped electrodes 162, a pair of first comb-shaped electrodes 163, and a pair of second comb-shaped electrodes 164.
  • the first comb-shaped electrodes 161 and 163 are fixed-side comb-shaped electrodes whose positions are fixed, and the second comb-shaped electrodes 162 and 164 are movable comb-shaped electrodes that move along with the movement of the movable mirror 11. It is.
  • One first comb-shaped electrode 161 is provided on the surface of the device layer 52 of the base 12 facing the one electrode support member 144.
  • the other first comb-shaped electrode 161 is provided on the surface of the device layer 52 facing the other electrode support member 144.
  • Each first comb electrode 161 has a plurality of first comb teeth 161 a extending along a plane perpendicular to the Y-axis direction.
  • the first comb teeth 161a are arranged side by side at a predetermined interval in the Y-axis direction.
  • One second comb-like electrode 162 is provided on the surface on the movable mirror 11 side of the one electrode support member 144 and the surface on the lever 141 side.
  • the other second comb-like electrode 162 is provided on each of the surface of the other electrode support member 144 on the movable mirror 11 side and the surface on the lever 141 side.
  • Each second comb electrode 162 has a portion located between the movable mirror 11 and the lever 141 when viewed in the Z-axis direction.
  • Each second comb electrode 162 has a plurality of second comb teeth 162 a extending along a plane perpendicular to the Y-axis direction. The second comb teeth 162a are arranged side by side at a predetermined interval in the Y-axis direction.
  • first comb-tooth electrode 161 and one second comb-tooth electrode 162 a plurality of first comb teeth 161a and a plurality of second comb teeth 162a are alternately arranged. That is, each first comb tooth 161 a of one first comb tooth electrode 161 is located between each second comb tooth 162 a of one second comb tooth electrode 162.
  • a plurality of first comb teeth 161a and a plurality of second comb teeth 162a are alternately arranged. That is, the first comb teeth 161 a of the other first comb electrode 161 are located between the second comb teeth 162 a of the other second comb electrode 162.
  • adjacent first comb teeth 161a and second comb teeth 162a face each other in the Y-axis direction.
  • the distance between the adjacent first comb teeth 161a and the second comb teeth 162a is, for example, about several ⁇ m.
  • One first comb-like electrode 163 is provided on the surface of the device layer 52 of the base 12 facing the one electrode support member 154.
  • the other first comb-like electrode 163 is provided on the surface of the device layer 52 facing the other electrode support member 154.
  • Each first comb electrode 163 has a plurality of first comb teeth 163 a extending along a plane perpendicular to the Y-axis direction.
  • the first comb teeth 163a are arranged side by side at predetermined intervals in the Y-axis direction.
  • One second comb-tooth electrode 164 is provided on the surface on the movable mirror 11 side of one electrode support member 154 and the surface on the lever 151 side.
  • the other second comb-shaped electrode 164 is provided on the surface of the other electrode support member 154 on the movable mirror 11 side and the surface on the lever 151 side.
  • Each second comb electrode 164 has a portion located between the movable mirror 11 and the lever 151 when viewed in the Z-axis direction.
  • Each second comb electrode 164 has a plurality of second comb teeth 164 a extending along a plane perpendicular to the Y-axis direction. The second comb teeth 164a are arranged side by side at a predetermined interval in the Y-axis direction.
  • first comb-tooth electrode 163 and one second comb-tooth electrode 164 a plurality of first comb teeth 163a and a plurality of second comb teeth 164a are alternately arranged. That is, the first comb teeth 163 a of the first comb electrode 163 are located between the second comb teeth 164 a of the second comb electrode 164. In the other first comb-tooth electrode 163 and the other second comb-tooth electrode 164, a plurality of first comb teeth 163a and a plurality of second comb teeth 164a are alternately arranged.
  • first comb teeth 163 a of the other first comb electrode 163 are located between the second comb teeth 164 a of the other second comb electrode 164.
  • the adjacent first comb teeth 163a and the second comb teeth 164a face each other in the Y-axis direction.
  • the distance between the first comb teeth 163a and the second comb teeth 164a adjacent to each other is, for example, about several ⁇ m.
  • the base 12 is provided with a plurality of electrode pads 121 and 122.
  • Each of the electrode pads 121 and 122 is formed on the surface of the device layer 52 in an opening 12 c formed on the main surface 12 b of the base 12 so as to reach the device layer 52.
  • Each electrode pad 121 is electrically connected to the first comb electrode 161 or the first comb electrode 163 via the device layer 52.
  • Each electrode pad 122 has a second comb electrode 162 through the first elastic support 14 and the main body 111 of the movable mirror 11 or through the second elastic support 15 and the main body 111 of the movable mirror 11. Alternatively, it is electrically connected to the second comb electrode 164.
  • the wires 26 are stretched between the electrode pads 121 and 122 and the lead pins 25.
  • the Z axis An electrostatic force is generated between the first comb-like electrodes 161, 163 and the second comb-like electrodes 162, 164 facing each other so as to move the movable mirror 11 to one side in the direction.
  • the torsion bars 147, 148, 157, and 158 are twisted in the first elastic support portion 14 and the second elastic support portion 15, and an elastic force is generated in the first elastic support portion 14 and the second elastic support portion 15.
  • the movable mirror 11 is reciprocated at the resonance frequency level along the Z-axis direction by applying a periodic electrical signal to the drive unit 13 via the plurality of lead pins 25 and the plurality of wires 26. be able to.
  • the drive unit 13 functions as an electrostatic actuator.
  • FIG. 4 is a graph showing changes in the amount of deformation of the first torsion bar 147, the second torsion bar 148, and the non-linearity relaxation spring 149 around the Y axis direction with respect to the movement amount of the movable mirror 11 in the Z axis direction.
  • FIG. 5 is a graph showing changes in the amount of deformation of the first torsion bar 147, the second torsion bar 148, and the non-linearity relaxation spring 149 in the X axis direction with respect to the movement amount of the movable mirror 11 in the Z axis direction.
  • the amounts of deformation of the first torsion bar 147, the second torsion bar 148, and the non-linearity relaxation spring 149 around the Y-axis direction mean, for example, the absolute value of the amount of twist (twist angle).
  • the amount of deformation of the first torsion bar 147, the second torsion bar 148, and the non-linearity relaxation spring 149 in the X-axis direction means, for example, the absolute value of the amount of bending.
  • the amount of deformation of the non-linearity relaxation spring 149 around the Y-axis direction means, for example, the amount of deformation of one plate-like portion 149a of the non-linearity relaxation spring 149 around the Y-axis direction.
  • the amount of deformation of the non-linearity relaxation spring 149 in the X-axis direction means, for example, the amount of deformation in the X-axis direction of one plate-like portion 149a constituting the non-linearity relaxation spring 149.
  • the amount of deformation of a member about the Y-axis direction means the amount of deformation of the member in the circumferential direction of a circle centered on an axis passing through the center of the member and parallel to the Y-axis.
  • the first torsion bar 147, the second torsion bar 148, and the non-linearity relaxation spring 149 deform in the same direction around the Y-axis direction. Do. As the amount of movement of the movable mirror 11 increases, the amounts of deformation of the first torsion bar 147, the second torsion bar 148, and the non-linearity relaxation spring 149 around the Y-axis direction linearly increase.
  • the amount of deformation of the first torsion bar 147 is smaller than the amount of deformation of the second torsion bar 148 when the amount of movement of the movable mirror 11 is the same.
  • the amount of deformation of the relaxation spring 149 is much smaller than the amount of deformation of the first torsion bar 147 and the amount of deformation of the second torsion bar 148.
  • the non-linearity relaxation spring 149 is largely deformed in the X-axis direction, while the first torsion bar 147 and the second torsion bar 148 are in the X-axis direction.
  • Hardly transform into The direction in which the first torsion bar 147 is deformed is the same as the direction in which the non-linearity relaxation spring 149 is deformed, and opposite to the direction in which the second torsion bar 148 is deformed.
  • the amount of movement of the movable mirror 11 increases, the amount of deformation of the non-linearity relaxation spring 149 in the X-axis direction increases quadratically.
  • the amount of deformation of the first torsion bar 147 is approximately the same as the amount of deformation of the second torsion bar 148,
  • the amount of deformation of the non-linearity relieving spring 149 is much larger than the amount of deformation of the first torsion bar 147 and the amount of deformation of the second torsion bar 148, respectively.
  • the amount of deformation of the non-linearity relaxation spring 149 around the Y-axis direction is each of the torsion bars 147 and 148 around the Y-axis direction.
  • the amount of deformation of the non-linearity relaxing spring 149 in the X-axis direction is larger than the amount of deformation of the torsion bars 147 and 148 in the X-axis direction.
  • the amount of deformation of the non-linearity relaxation spring 159 around the Y-axis direction is the respective torsion bars 157 and 158 around the Y-axis direction.
  • the deformation amount is smaller than the deformation amount
  • the deformation amount of the non-linearity relaxing spring 159 in the X-axis direction is larger than the deformation amounts of the torsion bars 157 and 158 in the X-axis direction.
  • the relationship between the amount of deformation around each member in the Y-axis direction and the amount of deformation in the X-axis direction may be satisfied within a predetermined movable range of the movable mirror 11.
  • FIGS. 6 and 7 a part of the configuration of the optical device 10 as viewed from the Y-axis direction is shown in a simplified manner.
  • FIG. 6 is a view showing a comparative example
  • FIG. 7 is a view showing the optical device 10 of the above embodiment.
  • the comparative example corresponds to an example in which the non-linearity relaxation springs 149 and 159 are not provided in the optical device 10 of the above embodiment, and the respective brackets 116 and the electrode support members 144 and 154 are connected by a rigid member. Do.
  • the movable mirror 1011, the levers 1141 and 1151, the first torsion bars 1147 and 1157, and the second torsion bars 1148 and 1158 of the comparative example are the movable mirror 11, the levers 141 and 151, and the first torsion bar of the optical device 10 of the above embodiment. It corresponds to 147 and 157, and the 2nd torsion bar 148 and 158, respectively.
  • first torsion bar 1157 side is described as an example, the same applies to the first torsion bar 1147 side.
  • the first torsion bar 1157 moves only by torsional deformation of the second torsion bar 1158
  • the first torsion bar 1157 It moves to the position B, and moves away from the movable mirror 1011 by the distance L between the position A and the position B. Therefore, in reality, the first torsion bar 1157 and the second torsion bar 1158 bend and deform in the X-axis direction by the distance L.
  • the movable mirror 1011 when the movable mirror 1011 moves in the Z-axis direction, the first torsion bar 1157 and the second torsion bar 1158 bend and twist. Therefore, non-linearity occurs in the torsional deformation of the first torsion bar 1157 and the second torsion bar 1158. If such non-linearity exists, the control characteristics of the movable mirror 11 may be degraded as described later.
  • the non-linearity relaxation spring 159 is smaller than the first torsion bar 157 and the second torsion bar 158 and the Y axis While deforming around the direction, it deforms more in the X-axis direction than the first torsion bar 157 and the second torsion bar 158.
  • bending deformation in the X-axis direction of the first torsion bar 157 and the second torsion bar 158 can be suppressed, and as a result, non-linearity is caused in torsional deformation of the first torsion bar 157 and the second torsion bar 158. It can be suppressed to occur.
  • the amount of movement of the second comb electrode 162 and 164 in the X-axis direction becomes relatively large when an external force acts. easy.
  • adjacent first comb teeth 161a and second comb teeth 162a face each other in the Y-axis direction, and adjacent first comb teeth 163a and second comb teeth 164a are Y-axis. Since they face each other in the direction, even if the second comb electrodes 162 and 164 move in the X-axis direction, the first comb teeth 161a and 163a and the second comb teeth 162a and 164a do not easily approach each other.
  • the length of the plate-like portion 149a in the Y-axis direction is longer than the lengths of the first torsion bar 147 and the second torsion bar 148.
  • the length of the plate-like portion 159a in the Y-axis direction is longer than the lengths of the first torsion bar 157 and the second torsion bar 158.
  • a pair of plate-like parts 149a face each other in the X-axis direction.
  • a pair of plate-like parts 159a face each other in the X-axis direction.
  • the second comb electrode 162 is provided on the electrode support member 144 extending between the lever 141 and the movable mirror 11 when viewed in the Z-axis direction.
  • a second comb electrode 162 is provided on the electrode support member 154 extending between the lever 151 and the movable mirror 11 when viewed in the Z-axis direction.
  • the first elastic support 14 has a second torsion bar 148 connected between the end 141 d of the lever 141 and the base 12.
  • the second elastic support 15 has a second torsion bar 158 connected between the end 151 d of the lever 151 and the base 12.
  • the resilience increases linearly.
  • the restoring force acting on the movable mirror 11 increases at an accelerated rate. growing.
  • the spring having the characteristics as in the comparative example is referred to as a hardening type spring (or a graduated spring).
  • FIGS. 10 and 11 are graphs showing the relationship between the drive frequency of the movable mirror 11 and the amount of movement for each of the cases where nonlinearity is small and large.
  • the frequency characteristic in the case where there is no nonlinearity is shown by a broken line
  • the frequency characteristic in the case where there is a nonlinearity is shown by a solid line.
  • the frequency characteristic is distorted and the moving amount of the movable mirror 11 at the peak of the graph is smaller than in the case where non-linearity is not present.
  • the frequency characteristic is not limited to this.
  • the behavior of the movable mirror 11 differs between when performing control to increase the drive frequency from a relatively small initial value and when performing control to decrease the drive frequency from a relatively large initial value.
  • the moving amount of the movable mirror 11 becomes the moving amount corresponding to the point X1 or the point X2 due to external influences such as shock or vibration. The operation becomes unstable due to the corresponding movement amount. Therefore, the control becomes complicated and the control characteristic of the movable mirror 11 may be degraded.
  • the operation waveform of the movable mirror 11 is controlled to have, for example, a sinusoidal waveform when nonlinearity exists
  • the operation waveform is obtained by adding the third harmonic (a frequency component three times the target frequency) to the operation waveform. Is difficult to control to a desired shape, which may also deteriorate the control characteristics of the movable mirror 11.
  • the control characteristics of the movable mirror 11 may be degraded.
  • the occurrence of such non-linearity can be suppressed, and the decrease in control characteristics of the movable mirror 11 can be suppressed.
  • the drive unit 13 may have another elastic support unit connected to the base 12 and the movable mirror 11 in addition to the first elastic support unit 14 and the second elastic support unit 15.
  • the fixed mirror 21 may be provided not only directly below the first optical function unit 17 as the optical module 1 but also directly below the second optical function unit 18. With this configuration, while the second optical function unit 18 is used in the same manner as the first optical function unit 17 to achieve multifunctionalization of the device, the reduction of the movable performance of the movable mirror 11 and the enlargement of the entire device are suppressed. be able to.
  • the fixed mirror 21 may be provided on the major surface 12 a of the device layer 52. In this case, the light passing aperture which functions as the first optical function unit 17 and the second optical function unit 18 is not formed in the SOI substrate 50.
  • the optical device 10 may be configured as in a first modification shown in FIG.
  • the second comb electrode 162 is disposed across the first portion 141 a of the pair of levers 141 and the link 143.
  • the second comb electrode 162 is provided on the surface of the first portion 141 a and the link 143 opposite to the movable mirror 11.
  • the second comb electrode 164 is disposed across the first portion 151 a of the pair of levers 151 and the link 153.
  • the second comb electrode 164 is provided on the surface of the first portion 151 a and the link 153 opposite to the movable mirror 11.
  • each intermediate member 144A is connected to the lever 141 via the brackets 142 and 145 and the first torsion bar 147, and is connected to one bracket 116 via the link 146 and the non-linearity relief spring 149.
  • a pair of intermediate members 154A are provided in place of the pair of electrode support members 154.
  • Each intermediate member 154A is connected to the lever 151 via the brackets 152 and 155 and the first torsion bar 157, and connected to the bracket 116 via the link 156 and the non-linearity relief spring 159.
  • the first optical function unit 17 When viewed from the Z-axis direction, the first optical function unit 17 is disposed on one side of the movable mirror 11 in the Y-axis direction, and the second optical function unit 18 is the other of the movable mirror 11 in the Y-axis direction. It is arranged on the side.
  • the second comb-shaped electrodes 162 and 164 are provided over the levers 141 and 151 and the links 143 and 153, the arrangement area of the second comb-shaped electrodes 162 and 164 can be effectively secured.
  • the magnitude of the electrostatic force generated by the comb electrodes 161 and 163 and the second comb electrodes 162 and 164 can be suitably secured.
  • the optical device 10 may be configured as a second modification shown in FIG.
  • the inner edge and the outer edge of the annular portion 112 of the movable mirror 11 have a circular shape when viewed from the Z-axis direction.
  • the movable mirror 11 has a pair of brackets 116A, a pair of brackets 116B, and a pair of brackets 116C.
  • the one bracket 116A is provided at an end of the annular portion 112 on the first optical function portion 17 side so as to protrude to one side and the other side in the Y-axis direction.
  • the other bracket 116A is provided at an end of the annular portion 112 on the second optical function portion 18 side so as to protrude to one side and the other side in the Y-axis direction.
  • the pair of brackets 116B are respectively provided on the surface on one side and the surface on the other side of the annular portion 112 in the Y-axis direction so as to extend along the one bracket 116A.
  • the pair of brackets 116C are respectively provided on the surface on one side and the surface on the other side of the annular portion 112 in the Y-axis direction so as to extend along the other bracket 116A.
  • the first elastic support portion 14 includes a pair of levers 141, a pair of brackets 142, a link 143, a pair of intermediate members 144B, a pair of first torsion bars 147, a pair of second torsion bars 148, a pair , A link 171, and a pair of electrode support members 172.
  • Each lever 141 extends along the X-axis direction.
  • the pair of brackets 142 has a shape bent in a crank shape on different sides when viewed from the Z-axis direction.
  • the pair of first torsion bars 147 is stretched between the tip of one bracket 142 and one intermediate member 144B and between the tip of the other bracket 142 and the other intermediate member 144B. ing.
  • one plate-like portion 149a is bridged between one intermediate member 144B and one bracket 116A, and the other plate-like portion 149a is one intermediate member 144B and It is bridged between one of the brackets 116B.
  • one plate-like portion 149a is bridged between the other intermediate member 144B and the other bracket 116A, and the other plate-like portion 149a is the other intermediate member 144B and It is stretched between the other bracket 116B.
  • the non-linearity relaxation spring 149 is the torsion bar 147 around the Y-axis direction in the amount of deformation of the non-linearity relaxation spring 149 around the Y-axis direction when the movable mirror 11 is moved in the Z-axis direction. And is configured to be smaller than the respective deformation of 148 and to be larger than the respective deformations of the torsion bars 147, 148 in the X-axis direction in the X-axis direction. There is.
  • Each electrode support member 172 has a rectangular shape when viewed from the Z-axis direction.
  • the pair of electrode support members 172 is provided at the outer edge of the pair of levers 141 in the Y-axis direction so as to protrude outward in the Y-axis direction.
  • the pair of electrode support members 172 extends from the pair of levers 141 along the Y-axis direction.
  • Each electrode support member 172 is disposed outside the center of the lever 141 in the X-axis direction (the opposite side of the movable mirror 11 with respect to the center of the lever 141).
  • the first optical function unit 17 is not a light passing opening formed in the SOI substrate 50 but a light passing opening defined by the pair of levers 141, the link 143, and the link 171.
  • the pair of second comb-tooth electrodes 162 is provided on each of the pair of electrode support members 172, and the pair of first comb-tooth electrodes 161 is provided at a position corresponding to the pair of second comb-tooth electrodes 162 in the base 12. It is done.
  • the second elastic support portion 15 includes a pair of levers 151, a pair of brackets 152, a link 153, a pair of intermediate members 154B, a pair of first torsion bars 157, a pair of second torsion bars 158, and a pair of non-linearity relief springs 159. , A link 181, and a pair of electrode support members 182.
  • Each lever 151 extends along the X-axis direction.
  • the pair of brackets 152 has a shape bent in a crank shape on different sides when viewed from the Z-axis direction.
  • the pair of first torsion bars 157 is stretched between the tip of one bracket 152 and one intermediate member 154B and between the tip of the other bracket 152 and the other intermediate member 154B. ing.
  • one plate-like portion 159a is bridged between one intermediate member 154B and one bracket 116A, and the other plate-like portion 159a is one intermediate member 154B and It is bridged between one of the brackets 116C.
  • one plate-like portion 159a is bridged between the other intermediate member 154B and the other bracket 116A, and the other plate-like portion 159a is the other intermediate member 154B and It is bridged between the other bracket 116C.
  • the non-linearity relaxation spring 159 is a torsion bar 157 around the Y-axis direction, with the amount of deformation of the non-linearity relaxation spring 159 around the Y-axis direction when the movable mirror 11 moves in the Z-axis direction. And is configured to be smaller than the respective deformation of 158 and to be larger than the respective deformations of the torsion bars 157 and 158 in the X-axis direction in the X-axis direction. There is.
  • the link 181 is bridged between the ends of the levers 151 opposite to the movable mirror 11.
  • Each electrode support member 182 has a rectangular shape when viewed from the Z-axis direction.
  • the pair of electrode support members 182 is provided at the outer edge of the pair of levers 151 in the Y-axis direction so as to protrude outward in the Y-axis direction.
  • the pair of electrode support members 182 extend from the pair of levers 151 along the Y-axis direction.
  • Each electrode support member 182 is disposed outside the center of the lever 151 in the X-axis direction (opposite the movable mirror 11 with respect to the center of the lever 151).
  • the second optical function unit 18 is not a light passing opening formed in the SOI substrate 50 but a light passing opening defined by the pair of levers 151, the link 153, and the link 181.
  • the pair of second comb-tooth electrodes 164 is provided on each of the pair of electrode support members 182, and the pair of first comb-tooth electrodes 163 is provided at a position corresponding to the pair of second comb-tooth electrodes 164 in the base 12. It is done.
  • a second comb electrode 162 is provided on the electrode support member 172 extending from the lever 141.
  • a second comb electrode 164 is provided on the electrode support member 182 extending from the lever 151.
  • first comb-tooth electrodes 161 and 163 and the second comb-tooth electrodes 162 and 164 are arranged at positions where the displacement amount in the Z-axis direction during driving is relatively small, the displacement in the Z-axis direction It is possible to suppress a decrease in the facing area between the first comb-shaped electrodes 161 and 163 and the second comb-shaped electrodes 162 and 164 resulting therefrom. As a result, even when the amount of movement of the movable mirror 11 in the Z-axis direction is increased, the electrostatic force generated between the first comb electrode 161, 163 and the second comb electrode 162, 164 can be secured. .
  • the pair of levers 141 are connected to each other by the link 171 and the pair of levers 151 are connected to each other by the link 181, resistance to shock can be improved. Furthermore, since the first optical function portion 17 is disposed between the pair of levers 141 and the second optical function portion 18 is disposed between the pair of levers 151, the first comb electrode 161, 163 and the second An arrangement space for the comb electrodes 162 and 164 can be secured, and the number of the first comb teeth 161a and 163a and the second comb teeth 162a and 164a can be increased.
  • the optical device 10 may be configured as in a third modification shown in FIG.
  • the movable mirror 11 does not have the brackets 116A to 116C
  • the first elastic support 14 has an intermediate member 144C instead of the intermediate member 144B
  • the second elastic support 15 has an intermediate member 154B.
  • the first elastic support portion 14 has a pair of non-linearity relaxation springs 173 instead of the pair of non-linearity relaxation springs 149
  • the second elastic support portion 15 has a pair of non-linearity
  • the second modification is different from the second modification in that a pair of non-linearity relaxation springs 183 is provided instead of the relaxation spring 159.
  • the intermediate member 144C is disposed on the first optical function unit 17 side with respect to the movable mirror 11, and extends along the Y-axis direction.
  • the intermediate member 144C is connected to the first torsion bar 147 and the non-linearity relaxation spring 173 at each of both end portions in the Y-axis direction.
  • the intermediate member 154C is disposed on the second optical function unit 18 side with respect to the movable mirror 11, and extends along the Y-axis direction.
  • the intermediate member 154 ⁇ / b> C is connected to the first torsion bar 157 and the non-linearity relaxation spring 183 at each of both end portions in the Y-axis direction.
  • Each non-linearity relieving spring 173 has a meandering portion 174 extending in a meandering manner when viewed from the Z-axis direction.
  • the meandering portion 174 extends in the Y-axis direction, has a plurality of linear portions 174a aligned in the X-axis direction, and a plurality of folded portions 174b alternately connecting both ends of the plurality of linear portions 174a. There is.
  • One end of the meandering portion 174 is connected to the intermediate member 144 C, and the other end is connected to the annular portion 112.
  • the portion of the meandering portion 174 on the annular portion 112 side has a shape along the outer edge of the annular portion 112.
  • the amount of deformation of the non-linearity relaxation spring 173 around the Y-axis direction when the movable mirror 11 moves in the Z-axis direction is based on the respective amounts of deformation of the torsion bars 147 and 148 around the Y-axis direction. Also, the deformation amount of the non-linearity relaxation spring 173 in the X-axis direction is larger than the deformation amount of the torsion bars 147 and 148 in the X-axis direction.
  • Each non-linearity relieving spring 183 has a meandering portion 184 extending in a meandering manner when viewed from the Z-axis direction.
  • the meandering portion 184 extends in the Y-axis direction and has a plurality of linear portions 184a aligned in the X-axis direction and a plurality of folded portions 184b alternately connecting both ends of the plurality of linear portions 184a. There is.
  • One end of the meandering portion 184 is connected to the intermediate member 154 C, and the other end is connected to the annular portion 112.
  • the portion of the meandering portion 184 on the annular portion 112 side has a shape along the outer edge of the annular portion 112.
  • the amount of deformation of the non-linearity relaxation spring 183 around the Y-axis direction is based on the respective amounts of deformation of the torsion bars 147 and 148 around the Y-axis direction when the movable mirror 11 moves in the Z-axis direction. Also, the deformation amount of the non-linearity relaxation spring 183 in the X-axis direction is larger than the deformation amount of each of the torsion bars 147 and 148 in the X-axis direction.
  • the first optical function portion 17 is disposed between the pair of levers 141 and the second optical function portion 18 is disposed between the pair of levers 151, the first comb electrode 161, 163 and the second An arrangement space for the comb electrodes 162 and 164 can be secured, and the number of the first comb teeth 161a and 163a and the second comb teeth 162a and 164a can be increased.
  • the non-linearity relieving spring 149 is not limited to that of the above embodiment.
  • the length of the plate-like portion 149a in the Y-axis direction may be equal to or less than the length of the torsion bars 147, 148.
  • the width (length in the X-axis direction) of the plate-like portion 149 a may be equal to or greater than the width of the torsion bars 147 and 148.
  • the plate portion 149a may extend at an angle to the Z-axis direction or the Y-axis direction.
  • the non-linearity relaxation spring 149 may include a single or three or more plate-like portions 149a.
  • non-linearity relaxation spring 149 are provided in the first elastic support portion 14 in the above embodiment, a single or three or more non-linearity relaxation springs 149 may be provided.
  • the non-linearity relaxation spring 149 may be configured without including the plate-like portion 149a. These points also apply to the non-linearity relaxation spring 159.
  • the first comb teeth 161a and the second comb teeth 162a adjacent to each other may be opposed to each other in the Y axis direction, and at least one of the first comb teeth 161a and the second comb teeth 162a is in the Y axis direction. It may extend obliquely with respect to the plane perpendicular to. Alternatively, at least one of the first comb teeth 161 a and the second comb teeth 162 a may have a shape curved in an arc when viewed from the Z-axis direction. These points also apply to the first comb teeth 163a and the second comb teeth 164a.
  • the second comb electrode 162 may be provided on the movable mirror 11 or may be provided on both the first elastic support portion 14 and the movable mirror 11.
  • the second comb-tooth electrode 164 may be provided on the movable mirror 11 or may be provided on both the second elastic support portion 15 and the movable mirror 11.
  • the optical device 10 may be provided with a movable portion provided with an optical function portion other than the mirror surface 11 a instead of the movable mirror 11.
  • a lens etc. are mentioned, for example.
  • the optical module 1 is not limited to that which comprises FTIR, but may comprise another optical system.
  • the first torsion bars 147 and 157 and the second torsion bars 148 and 158 may be configured to be torsionally deformable, and may have any shape such as a plate shape or a rod shape.

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Abstract

光学デバイスは、可動部が第1方向に沿って移動可能となるように可動部を支持する弾性支持部と、複数の第1櫛歯を有する第1櫛歯電極と、複数の第2櫛歯を有する第2櫛歯電極と、を備える。弾性支持部は、第1方向に垂直な第2方向に沿って延在するトーションバーと、トーションバーと可動部との間に接続された非線形性緩和バネと、を有する。非線形性緩和バネは、可動部が第1方向に移動した状態において、第2方向周りにおける非線形性緩和バネの変形量が第2方向周りにおけるトーションバーの変形量よりも小さくなり、且つ、第1方向及び第2方向に垂直な第3方向における非線形性緩和バネの変形量が第3方向におけるトーションバーの変形量よりも大きくなるように、構成されている。隣り合う第1櫛歯と第2櫛歯とは、第2方向において互いに向かい合っている。

Description

光学デバイス
 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弾性支持部と、ベースに設けられ、複数の第1櫛歯を有する第1櫛歯電極と、弾性支持部に設けられ、複数の第1櫛歯と互い違いに配置された複数の第2櫛歯を有する第2櫛歯電極と、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、弾性支持部が、可動部が移動方向に沿って移動する際に捩れ変形するトーションバーを含んで構成される場合がある。
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
 上述したような光学デバイスでは、弾性支持部の構成によっては、可動部が移動方向に移動した際に、トーションバーがその延在方向に垂直な方向に曲げ変形する。この場合、トーションバーが曲がりながら捩れるため、トーションバーの捩れ変形に非線形性が生じる。このような非線形性は、可動部の制御特性を低下させるおそれがあるため、発生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、信頼性の向上が求められる。
 本開示の一側面は、トーションバーの捩れ変形に非線形性が生じることを抑制しつつ、高い信頼性を得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、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、可動部が第1方向に沿って移動可能となるように可動部を支持する弾性支持部と、ベースに設けられ、複数の第1櫛歯を有する第1櫛歯電極と、可動部及び弾性支持部の少なくとも一方に設けられ、複数の第1櫛歯と互い違いに配置された複数の第2櫛歯を有する第2櫛歯電極と、を備え、弾性支持部は、第1方向に垂直な第2方向に沿って延在するトーションバーと、トーションバーと可動部との間に接続された非線形性緩和バネと、を有し、非線形性緩和バネは、可動部が第1方向に移動した状態において、第2方向周りにおける非線形性緩和バネの変形量が第2方向周りにおけるトーションバーの変形量よりも小さくなり、且つ、第1方向及び第2方向に垂直な第3方向における非線形性緩和バネの変形量が第3方向におけるトーションバーの変形量よりも大きくなるように、構成されており、隣り合う第1櫛歯と第2櫛歯とは、第2方向において互いに向かい合っている。
 この光学デバイスでは、トーションバーと可動部との間に接続された非線形性緩和バネを弾性支持部が有している。非線形性緩和バネは、可動部が第1方向に移動した状態において、第2方向周りにおける非線形性緩和バネの変形量が第2方向周りにおけるトーションバーの変形量よりも小さくなり、且つ、第3方向における非線形性緩和バネの変形量が第3方向におけるトーションバーの変形量よりも大きくなるように、構成されている。これにより、可動部が第1方向に移動した際に、非線形性緩和バネがトーションバーよりも小さく第2方向周りに変形しつつ、トーションバーよりも大きく第3方向に変形することで、トーションバーの第3方向への曲げ変形を抑制することができる。その結果、トーションバーの捩れ変形に非線形性が生じるのを抑制することができる。一方で、非線形性緩和バネが設けられている場合、外力が作用した際に、第3方向における第2櫛歯電極の移動量が比較的大きくなり易い。この点、この光学デバイスでは、隣り合う第1櫛歯と第2櫛歯とが第2方向において互いに向かい合っているため、第2櫛歯電極が第3方向に移動したとしても、第1櫛歯と第2櫛歯とが互いに接近し難い。そのため、櫛歯同士の接触による破損、又は櫛歯同士の接近による可動部の制御特性の低下を抑制することができる。その結果、高い信頼性を得ることができる。よって、この光学デバイスによれば、トーションバーの捩れ変形に非線形性が生じるのを抑制しつつ、高い信頼性を得ることができる。
 本開示の一側面に係る光学デバイスでは、非線形性緩和バネは、板状部を有し、第2方向における板状部の長さは、トーションバーの長さよりも長くてもよい。これによれば、トーションバーの捩れ変形に非線形性が生じるのを効果的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、非線形性緩和バネは、一対の板状部を有し、一対の板状部は、第3方向において互いに向かい合っていてもよい。これによれば、トーションバーの捩れ変形に非線形性が生じるのを効果的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、弾性支持部は、一端部においてトーションバーを介して非線形性緩和バネに接続されたレバーと、第1方向から見た場合にレバーと可動部との間に延在する電極支持部材と、を更に有し、第2櫛歯電極は、電極支持部材に設けられていてもよい。これによれば、第2櫛歯電極の配置領域を確保することができ、第1及び第2櫛歯電極によって生じる静電気力の大きさ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、弾性支持部は、一端部においてトーションバーを介して非線形性緩和バネに接続されたレバーを更に有し、第2櫛歯電極は、レバーに設けられていてもよい。これによれば、第2櫛歯電極の配置領域を確保することができ、第1及び第2櫛歯電極によって生じる静電気力の大きさ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、弾性支持部は、レバーを一対有すると共に、一対のレバー間に掛け渡されたリンクを更に有し、第2櫛歯電極は、一対のレバー及びリンクにわたって配置されていてもよい。これによれば、第2櫛歯電極の配置領域を効果的に確保することができ、第1及び第2櫛歯電極によって生じる静電気力の大きさを好適に確保することができる。
 本開示の光学デバイスでは、弾性支持部は、レバーの他端部とベースとの間に接続されたトーションバーを更に有していてもよい。これによれば、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、弾性支持部は、一端部においてトーションバーを介して非線形性緩和バネに接続されたレバーと、レバーの他端部とベースとの間に接続されたトーションバーと、を更に有していてもよい。これによれば、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、弾性支持部は、一端部においてトーションバーを介して非線形性緩和バネに接続されたレバーと、レバーから延在する電極支持部材と、を更に有し、第2櫛歯電極は、電極支持部材に設けられていてもよい。これによれば、第1方向における可動ミラーの移動量を増加させた場合でも、第1櫛歯電極と第2櫛歯電極との間に生じる静電気力を確保することができる。
 本開示の光学デバイスでは、非線形性緩和バネは、第1方向から見た場合に蛇行して延在する蛇行部を有していてもよい。これによれば、トーションバーの捩れ変形に非線形性が生じるのを効果的に抑制することができる。
 本開示の一側面によれば、トーションバーの捩れ変形に非線形性が生じることを抑制しつつ、高い信頼性を得ることができる光学デバイスを提供することが可能となる。
一実施形態の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1に示される光学デバイスの縦断面図である。 図2に示される光学デバイスの平面図である。 可動ミラーの移動量に対するY軸方向周りにおけるトーションバー及び非線形性緩和バネの変形量の変化を示すグラフである。 可動ミラーの移動量に対するX軸方向におけるトーションバー及び非線形性緩和バネの変形量の変化を示すグラフである。 (a)及び(b)は、図3に示される光学デバイスの作用効果を説明するための図である。 (a)及び(b)は、図3に示される光学デバイスの作用効果を説明するための図である。 非線形性が存在する場合及び存在しない場合のそれぞれにおける可動ミラーの移動量と可動ミラーに作用する復元力との関係を示すグラフである。 実施形態及び比較例のそれぞれにおける可動ミラーの移動量と可動ミラーに作用する復元力との関係を示すグラフである。 非線形性が小さい場合における可動ミラーの駆動周波数と移動量との関係を示すグラフである。 非線形性が大きい場合における可動ミラーの駆動周波数と移動量との関係を示すグラフである。 光学デバイスの第1変形例の平面図である。 光学デバイスの第2変形例の平面図である。 光学デバイスの第3変形例の平面図である。
 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、各図において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する部分を省略する。
[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、第1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には、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ることもあるし、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いこともある。
 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)に沿ったミラー面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)に向いている。
 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、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0となる)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及び図3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を含んでいる。具体的には、支持層51は、SOI基板50の第1シリコン層である。デバイス層52は、SOI基板50の第2シリコン層である。中間層53は、SOI基板50の絶縁層であり、支持層51とデバイス層52との間に配置されている。可動ミラー11及び駆動部13は、MEMS技術(パターニング及びエッチング)によってデバイス層52の一部に一体的に形成されている。
 ベース12は、支持層51、デバイス層52及び中間層53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において主面12aと対向する主面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、本体部111、環状部112、一対の連結部113、及び壁部114を有している。本体部111、環状部112、一対の連結部113は、デバイス層52によって形成されている。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が、八角形状等の任意の形状に形成されてもよい。本体部111における主面12b側の表面111aには、金属膜が形成されることで、ミラー面11aが設けられている。環状部112は、本体部111の外縁に沿って延在し、Z軸方向から見た場合に本体部111を包囲するように環状に形成されている。環状部112の内縁及び外縁は、Z軸方向から見た場合に八角形状を呈しているが、円形状等の任意の形状に形成されてもよい。一対の連結部113は、本体部111に対して、Z軸方向及びX軸方向に垂直なY軸方向(Y軸に平行な方向、第2方向)の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、本体部111と環状部112とを互いに連結している。
 壁部114は、支持層51及び中間層53によって形成されている。壁部114は、内側壁部114a、外側壁部114b及び一対の連結部114cを有している。内側壁部114aは、本体部111の表面111aに設けられている。内側壁部114aは、Z軸方向から見た場合にミラー面11aを包囲している。一例として、内側壁部114aは、Z軸方向から見た場合に、本体部111の外縁の内側において当該外縁に沿うように、且つ、Z軸方向から見た場合に、ミラー面11aの外縁の外側において当該外縁に沿うように、本体部111の表面111aに設けられている。
 外側壁部114bは、環状部112における主面12b側の表面112aに設けられている。一例として、外側壁部114bは、Z軸方向から見た場合に、環状部112の外縁の内側において当該外縁に沿うように、且つ、Z軸方向から見た場合に、環状部112の内縁の外側において当該内縁に沿うように、環状部112の表面112aに設けられている。一対の連結部114cは、一対の連結部113における主面12b側の表面にそれぞれ設けられている。各連結部114cは、内側壁部114aと外側壁部114bとを互いに連結している。
 可動ミラー11は、一対のブラケット116を更に有している。各ブラケット116は、デバイス層52によって形成されている。各ブラケット116は、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、第1光学機能部17側に突出するように、環状部112における第1光学機能部17側の表面に設けられている。他方のブラケット116は、第2光学機能部18側(第1光学機能部17とは反対側)に突出するように、環状部112における第2光学機能部18側の表面に設けられている。
 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141、一対のブラケット142、リンク143、一対の電極支持部材144、一対のブラケット145、リンク146、一対の第1トーションバー147、一対の第2トーションバー148、及び一対の非線形性緩和バネ149を含んでいる。一対のレバー141は、可動ミラー11側から、Y軸方向における第1光学機能部17の両側に、Z軸方向に垂直な平面に沿って延在している。本実施形態では、一対のレバー141は、可動ミラー11と第1光学機能部17との間から、Y軸方向における第1光学機能部17の両側に、ベース12の主面12aに沿って延在している。
 各レバー141は、可動ミラー11側に配置された第1部分141aと、第1部分141aに対して可動ミラー11とは反対側に配置された第2部分141bと、を有している。一対のレバー141において、第1部分141aは、可動ミラー11から遠ざかるほど互いに離れるように傾斜して延在している。各第2部分141bは、X軸方向に沿って延在している。
 一対のブラケット142は、可動ミラー11側に突出するように、第1部分141aにおける可動ミラー11側の表面に設けられている。各ブラケット142は、Z軸方向から見た場合に、同一の側にクランク状に屈曲した形状を呈している。リンク143は、各レバー141における可動ミラー11側の端部141c間に掛け渡されている。リンク143は、Y軸方向に沿って延在している。
 各電極支持部材144は、Z軸方向から見た場合に矩形状を呈している。一方の電極支持部材144は、一方のレバー141と可動ミラー11との間に延在し、Y軸方向において可動ミラー11よりも外側に突出している。他方の電極支持部材144は、他方のレバー141と可動ミラー11との間に延在し、Y軸方向において可動ミラー11よりも外側に突出している。一対の電極支持部材144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。
 一対のブラケット145は、第1光学機能部17側に突出するように、電極支持部材144における第1光学機能部17側の表面に設けられている。各ブラケット145は、Z軸方向から見た場合に、同一の側(ただし、各ブラケット142とは反対側)にクランク状に屈曲した形状を呈している。一方のブラケット145の先端部は、Y軸方向において一方のブラケット142の先端部と向かい合っている。他方のブラケット145の先端部は、Y軸方向において他方のブラケット142の先端部と向かい合っている。
 リンク146は、各電極支持部材144における内側の端部間に掛け渡されている。リンク146は、Z軸方向から見た場合に、可動ミラー11側に向けて開口した略U字状を呈している。リンク146は、Y軸方向において可動ミラー11の一方のブラケット116と向かい合っている。より詳細には、リンク146は、X軸方向に延在し、Y軸方向において互いに向かい合う一対の辺部146aを有しており、一方のブラケット116は、一対の辺部146a間に配置されている。
 一方のブラケット142の先端部と一方のブラケット145の先端部との間、及び、他方のブラケット142の先端部と他方のブラケット145の先端部との間には、それぞれ、第1トーションバー147が掛け渡されている。互いに反対側にクランク状に屈曲したブラケット142とブラケット145との間に、第1トーションバー147が掛け渡されている。つまり、各レバー141の端部141cは、第1トーションバー147を介して電極支持部材144に接続されている。一対の第1トーションバー147は、Y軸方向に平行な同一の軸線上に配置されている。
 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141d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141dとベース12との間には、それぞれ、第2トーションバー148が掛け渡されている。つまり、各レバー141の端部141dは、第2トーションバー148を介してベース12に接続されている。一対の第2トーションバー148は、Y軸方向に平行な同一の軸線上に配置されている。各レバー141の端部141dには、Y軸方向における外側に突出した突出部141eが設けられており、第2トーションバー148は、突出部141eに接続されている。
 一対の非線形性緩和バネ149は、可動ミラー11の一方のブラケット116に対してY軸方向の一方の側と他方の側とにそれぞれ配置されている。各非線形性緩和バネ149は、一方のブラケット116を介して可動ミラー11に接続されると共に、リンク146、電極支持部材144及びブラケット145を介して第1トーションバー147に接続されている。つまり、各非線形性緩和バネ149は、可動ミラー11と第1トーションバー147との間に接続されている。各非線形性緩和バネ149は、一方のブラケット116とリンク146の一対の辺部146aとの間に掛け渡された一対の板状部149aを有している。
 各板状部149aは、X軸方向に垂直な平板状を呈している。一の非線形性緩和バネ149において、一対の板状部149aは、X軸方向において互いに向かい合っている。一対の非線形性緩和バネ149において、X軸方向における一方の側に位置する板状部149aは、X軸方向に垂直な一の平面に沿って配置されており、X軸方向における他方の側に位置する板状部149aは、X軸方向に垂直な他の平面に沿って配置されている。
 各板状部149aは、例えば、長さ(Y軸方向における長さ)380μm、幅(X軸方向における長さ)5~10μm、厚さ(Z軸方向における長さ)70μm程度に形成されている。各板状部149aの長さは、第1トーションバー147の長さ及び第2トーションバー148の長さのそれぞれよりも長い。各板状部149aの幅は、第1トーションバー147の幅及び第2トーションバー148の幅のそれぞれよりも狭い。なお、板状部149aにおけるブラケット116側及び辺部146a側の少なくとも一方の端部に、当該端部から離れるほど幅が広がる拡幅部が設けられている場合には、板状部149aの長さとは、当該拡幅部を含めない板状部149aの長さを意味する。この点は、第1トーションバー147及び第2トーションバー148、並びに、後述する第1トーションバー157、第2トーションバー158及び板状部159aのそれぞれについても同様である。
 第2弾性支持部15は、一対のレバー151、一対のブラケット152、リンク153、一対の電極支持部材154、一対のブラケット155、リンク156、一対の第1トーションバー157、一対の第2トーションバー158、及び一対の非線形性緩和バネ159を含んでいる。一対のレバー151は、可動ミラー11側からY軸方向における第2光学機能部18の両側に、Z軸方向に垂直な平面に沿って延在している。本実施形態では、一対のレバー151は、可動ミラー11と第2光学機能部18との間から、Y軸方向における第2光学機能部18の両側に、ベース12の主面12aに沿って延在している。
 各レバー151は、可動ミラー11側に配置された第1部分151aと、第1部分151aに対して可動ミラー11とは反対側に配置された第2部分151bと、を有している。一対のレバー151において、第1部分151aは、可動ミラー11から遠ざかるほど互いに離れるように傾斜して延在している。各第2部分151bは、X軸方向に沿って延在している。
 一対のブラケット152は、可動ミラー11側に突出するように、第1部分151aにおける可動ミラー11側の表面に設けられている。各ブラケット152は、Z軸方向から見た場合に、同一の側(ただし、各ブラケット142とは反対側)にクランク状に屈曲した形状を呈している。リンク153は、各レバー151における可動ミラー11側の端部151c間に掛け渡されている。リンク153は、Y軸方向に沿って延在している。
 各電極支持部材154は、Z軸方向から見た場合に矩形状を呈している。一方の電極支持部材154は、一方のレバー151と可動ミラー11との間に延在し、Y軸方向において可動ミラー11よりも外側に突出している。他方の電極支持部材154は、他方のレバー151と可動ミラー11との間に延在し、Y軸方向において可動ミラー11よりも外側に突出している。一対の電極支持部材154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。
 一対のブラケット155は、第2光学機能部18側に突出するように、電極支持部材154における第2光学機能部18側の表面に設けられている。各ブラケット155は、Z軸方向から見た場合に、同一の側(ただし、各ブラケット152とは反対側)にクランク状に屈曲した形状を呈している。一方のブラケット155の先端部は、Y軸方向において一方のブラケット152の先端部と向かい合っている。他方のブラケット155の先端部は、Y軸方向において他方のブラケット152の先端部と向かい合っている。
 リンク156は、各電極支持部材154における内側の端部間に掛け渡されている。リンク156は、Z軸方向から見た場合に、可動ミラー11側に向けて開口した略U字状を呈している。リンク156は、Y軸方向において可動ミラー11の他方のブラケット116と向かい合っている。より詳細には、リンク156は、X軸方向に延在し、Y軸方向において互いに向かい合う一対の辺部156aを有しており、他方のブラケット116は、一対の辺部156a間に配置されている。
 一方のブラケット152の先端部と一方のブラケット155の先端部との間、及び、他方のブラケット152の先端部と他方のブラケット155の先端部との間には、それぞれ、第1トーションバー157が掛け渡されている。互いに反対側にクランク状に屈曲したブラケット152とブラケット155との間に、第1トーションバー157が掛け渡されている。つまり、各レバー151の端部151cは、第1トーションバー157を介して電極支持部材154に接続されている。一対の第1トーションバー157は、Y軸方向に平行な同一の軸線上に配置されている。
 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151d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151dとベース12との間には、それぞれ、第2トーションバー158が掛け渡されている。つまり、各レバー151の端部151dは、第2トーションバー158を介してベース12に接続されている。一対の第2トーションバー158は、Y軸方向に平行な同一の軸線上に配置されている。各レバー151の端部151dには、Y軸方向における外側に突出した突出部151eが設けられており、第2トーションバー158は、突出部151eに接続されている。
 一対の非線形性緩和バネ159は、可動ミラー11の他方のブラケット116に対してY軸方向の一方の側と他方の側とにそれぞれ配置されている。各非線形性緩和バネ159は、他方のブラケット116を介して可動ミラー11に接続されると共に、リンク156、電極支持部材154及びブラケット155を介して第1トーションバー157に接続されている。つまり、各非線形性緩和バネ159は、可動ミラー11と第1トーションバー157との間に接続されている。各非線形性緩和バネ159は、他方のブラケット116とリンク156の一対の辺部156aとの間に掛け渡された一対の板状部159aを有している。
 各板状部159aは、X軸方向に垂直な平板状を呈している。一の非線形性緩和バネ159において、一対の板状部159aは、X軸方向において互いに向かい合っている。一対の非線形性緩和バネ159において、X軸方向における一方の側に位置する板状部159aは、X軸方向に垂直な一の平面に沿って配置されており、X軸方向における他方の側に位置する板状部159aは、X軸方向に垂直な他の平面に沿って配置されている。
 各板状部159aは、例えば、板状部149aと同一の形状に形成されている。各板状部159aの長さは、第1トーションバー157の長さ及び第2トーションバー158の長さのそれぞれよりも長い。各板状部159aの幅は、第1トーションバー157の幅及び第2トーションバー158の幅のそれぞれよりも狭い。
 第1光学機能部17及び第2光学機能部18は、それぞれ、SOI基板50に形成された光通過開口部である。第1光学機能部17及び第2光学機能部18は、それぞれ、Z軸方向から見た場合に断面円形状を呈しているが、断面八角形状等の任意の形状に形成されてもよい。第1光学機能部17及び第2光学機能部18は、空洞であってもよいし、測定光L0に対して光透過性を有する材料によって構成されていてもよい。
 第1弾性支持部14と第2弾性支持部15とは、可動ミラー11の中心を通り且つX軸方向に垂直な平面に関しても、また、可動ミラー11の中心を通り且つY軸方向に垂直な平面に関しても、互いに対称の構造を有していない。ただし、第1弾性支持部14のうち一対のブラケット142及び一対のブラケット145を除いた部分と、第2弾性支持部15のうち一対のブラケット152及び一対のブラケット155を除いた部分とは、可動ミラー11の中心を通り且つX軸方向に垂直な平面に関しても、また、可動ミラー11の中心を通り且つY軸方向に垂直な平面に関しても、互いに対称の構造を有している。
 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、一対の第1櫛歯電極161、一対の第2櫛歯電極162、一対の第1櫛歯電極163、及び一対の第2櫛歯電極164を有している。第1櫛歯電極161,163は、位置が固定された固定側の櫛歯電極であり、第2櫛歯電極162,164は、可動ミラー11の移動に伴って移動する可動側の櫛歯電極である。
 一方の第1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材144と向かい合う表面に設けられている。他方の第1櫛歯電極161は、デバイス層52における他方の電極支持部材144と向かい合う表面に設けられている。各第1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第1櫛歯161aを有している。各第1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。
 一方の第2櫛歯電極162は、一方の電極支持部材144における可動ミラー11側の表面及びレバー141側の表面のそれぞれに設けられている。他方の第2櫛歯電極162は、他方の電極支持部材144における可動ミラー11側の表面及びレバー141側の表面のそれぞれに設けられている。各第2櫛歯電極162は、Z軸方向から見た場合に、可動ミラー11とレバー141との間に位置する部分を有している。各第2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第2櫛歯162aを有している。各第2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。
 一方の第1櫛歯電極161及び一方の第2櫛歯電極162においては、複数の第1櫛歯161aと複数の第2櫛歯162aとが互い違いに配置されている。つまり、一方の第1櫛歯電極161の各第1櫛歯161aが一方の第2櫛歯電極162の各第2櫛歯162a間に位置している。他方の第1櫛歯電極161及び他方の第2櫛歯電極162においては、複数の第1櫛歯161aと複数の第2櫛歯162aとが互い違いに配置されている。つまり、他方の第1櫛歯電極161の各第1櫛歯161aが他方の第2櫛歯電極162の各第2櫛歯162a間に位置している。一対の第1櫛歯電極161及び一対の第2櫛歯電極162において、隣り合う第1櫛歯161aと第2櫛歯162aとは、Y軸方向において互いに向かい合っている。隣り合う第1櫛歯161a及び第2櫛歯162a間の距離は、例えば数μm程度である。
 一方の第1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材154と向かい合う表面に設けられている。他方の第1櫛歯電極163は、デバイス層52における他方の電極支持部材154と向かい合う表面に設けられている。各第1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第1櫛歯163aを有している。各第1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。
 一方の第2櫛歯電極164は、一方の電極支持部材154における可動ミラー11側の表面及びレバー151側の表面のそれぞれに設けられている。他方の第2櫛歯電極164は、他方の電極支持部材154における可動ミラー11側の表面及びレバー151側の表面のそれぞれに設けられている。各第2櫛歯電極164は、Z軸方向から見た場合に、可動ミラー11とレバー151との間に位置する部分を有している。各第2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第2櫛歯164aを有している。各第2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。
 一方の第1櫛歯電極163及び一方の第2櫛歯電極164においては、複数の第1櫛歯163aと複数の第2櫛歯164aとが互い違いに配置されている。つまり、一方の第1櫛歯電極163の各第1櫛歯163aが一方の第2櫛歯電極164の各第2櫛歯164a間に位置している。他方の第1櫛歯電極163及び他方の第2櫛歯電極164においては、複数の第1櫛歯163aと複数の第2櫛歯164aとが互い違いに配置されている。つまり、他方の第1櫛歯電極163の各第1櫛歯163aが他方の第2櫛歯電極164の各第2櫛歯164a間に位置している。一対の第1櫛歯電極163及び一対の第2櫛歯電極164において、隣り合う第1櫛歯163aと第2櫛歯164aとは、Y軸方向において互いに向かい合っている。互いに隣り合う第1櫛歯163a及び第2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、第1櫛歯電極161又は第1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及び可動ミラー11の本体部111を介して、又は、第2弾性支持部15及び可動ミラー11の本体部111を介して、第2櫛歯電極162又は第2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、互いに対向する第1櫛歯電極161,163と第2櫛歯電極162,164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において各トーションバー147,148,157,158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。
 図4は、Z軸方向における可動ミラー11の移動量に対するY軸方向周りにおける第1トーションバー147、第2トーションバー148及び非線形性緩和バネ149の変形量の変化を示すグラフである。図5は、Z軸方向における可動ミラー11の移動量に対するX軸方向における第1トーションバー147、第2トーションバー148及び非線形性緩和バネ149の変形量の変化を示すグラフである。なお、Y軸方向周りにおける第1トーションバー147、第2トーションバー148及び非線形性緩和バネ149の変形量とは、例えば、捩れ量(捩れ角度)の絶対値を意味する。X軸方向における第1トーションバー147、第2トーションバー148及び非線形性緩和バネ149の変形量とは、例えば、撓み量の絶対値を意味する。Y軸方向周りにおける非線形性緩和バネ149の変形量とは、例えば、当該非線形性緩和バネ149を構成する一の板状部149aのY軸方向周りにおける変形量を意味する。X軸方向における非線形性緩和バネ149の変形量とは、例えば、当該非線形性緩和バネ149を構成する一の板状部149aのX軸方向における変形量を意味する。Y軸方向周りにおける或る部材の変形量とは、当該部材の中心を通り且つY軸に平行な軸線を中心とする円の周方向における当該部材の変形量を意味する。
 図4に示されるように、可動ミラー11がZ軸方向に移動すると、第1トーションバー147、第2トーションバー148及び非線形性緩和バネ149は、それぞれ、Y軸方向周りに同一の方向に変形する。可動ミラー11の移動量が増加すると、Y軸方向周りにおける第1トーションバー147、第2トーションバー148及び非線形性緩和バネ149の変形量は、それぞれ、直線的に増加する。各部材のY軸方向周りにおける変形量を比較すると、可動ミラー11の移動量が同一である場合、第1トーションバー147の変形量は、第2トーションバー148の変形量よりも小さく、非線形性緩和バネ149の変形量は、第1トーションバー147の変形量及び第2トーションバー148の変形量のそれぞれよりも遙かに小さい。
 図5に示されるように、可動ミラー11がZ軸方向に移動すると、非線形性緩和バネ149がX軸方向に大きく変形する一方、第1トーションバー147及び第2トーションバー148は、X軸方向にほとんど変形しない。第1トーションバー147が変形する方向は、非線形性緩和バネ149が変形する方向と同一であり、第2トーションバー148が変形する方向とは反対である。可動ミラー11の移動量が増加すると、X軸方向における非線形性緩和バネ149の変形量は、二次関数的に増加する。各部材のX軸方向における変形量を比較すると、可動ミラー11の移動量が同一である場合、第1トーションバー147の変形量は、第2トーションバー148の変形量と略同程度であり、非線形性緩和バネ149の変形量は、第1トーションバー147の変形量及び第2トーションバー148の変形量のそれぞれよりも遙かに大きい。
 このように、非線形性緩和バネ149は、可動ミラー11がZ軸方向に移動した状態において、Y軸方向周りにおける非線形性緩和バネ149の変形量がY軸方向周りにおけるトーションバー147,148のそれぞれの変形量よりも小さくなり、且つ、X軸方向における非線形性緩和バネ149の変形量がX軸方向におけるトーションバー147,148のそれぞれの変形量よりも大きくなるように、構成されている。同様に、非線形性緩和バネ159は、可動ミラー11がZ軸方向に移動した状態において、Y軸方向周りにおける非線形性緩和バネ159の変形量がY軸方向周りにおけるトーションバー157,158のそれぞれの変形量よりも小さくなり、且つ、X軸方向における非線形性緩和バネ159の変形量がX軸方向におけるトーションバー157,158のそれぞれの変形量よりも大きくなるように、構成されている。なお、このような各部材のY軸方向周りにおける変形量及びX軸方向における変形量の関係は、可動ミラー11の所定の可動範囲内において満たされていればよい。
 続いて、図6及び図7を参照しつつ、光学デバイス10の作用効果を説明する。図6及び図7では、Y軸方向から見た場合の光学デバイス10の構成の一部が簡略化されて示されている。図6は、比較例を示す図であり、図7は、上記実施形態の光学デバイス10を示す図である。比較例は、上記実施形態の光学デバイス10において非線形性緩和バネ149,159が設けられておらず、各ブラケット116と電極支持部材144,154とが剛性を有する部材によって接続されている例に相当する。比較例の可動ミラー1011、レバー1141,1151、第1トーションバー1147,1157、第2トーションバー1148,1158は、上記実施形態の光学デバイス10の可動ミラー11、レバー141,151、第1トーションバー147,157、第2トーションバー148,158にそれぞれ対応する。
 以下、第1トーションバー1157側を例に挙げて説明するが、第1トーションバー1147側についても同様である。図6に示されるように、比較例において可動ミラー1011がZ軸方向に移動する場合、第2トーションバー1158の捩れ変形のみによって第1トーションバー1157が移動すると仮定すると、第1トーションバー1157は位置Bに移動し、位置Aと位置Bとの間の距離Lだけ可動ミラー1011から遠ざかることとなる。そのため、実際には、第1トーションバー1157及び第2トーションバー1158が距離Lの分だけX軸方向に曲げ変形する。つまり、比較例においては、可動ミラー1011がZ軸方向に移動する際に、第1トーションバー1157及び第2トーションバー1158が曲がりながら捩れる。このため、第1トーションバー1157及び第2トーションバー1158の捩れ変形に非線形性が生じる。このような非線形性が存在すると、後述するように、可動ミラー11の制御特性が低下するおそれがある。
 これに対し、図7に示されるように、光学デバイス10において可動ミラー11がZ軸方向に移動した場合、非線形性緩和バネ159が第1トーションバー157及び第2トーションバー158よりも小さくY軸方向周りに変形しつつ、第1トーションバー157及び第2トーションバー158よりも大きくX軸方向に変形する。これにより、第1トーションバー157及び第2トーションバー158のX軸方向への曲げ変形を抑制することができ、その結果、第1トーションバー157及び第2トーションバー158の捩れ変形に非線形性が生じるのを抑制することができる。
 一方で、光学デバイス10のように非線形性緩和バネ149,159が設けられている場合、外力が作用した際に、X軸方向における第2櫛歯電極162,164の移動量が比較的大きくなり易い。これに対し、光学デバイス10では、隣り合う第1櫛歯161aと第2櫛歯162aとがY軸方向において互いに向かい合い、且つ、隣り合う第1櫛歯163aと第2櫛歯164aとがY軸方向において互いに向かい合っているため、第2櫛歯電極162,164がX軸方向に移動したとしても、第1櫛歯161a,163aと第2櫛歯162a,164aとが互いに接近し難い。そのため、第1櫛歯161a,163aと第2櫛歯162a,164aとの接触による破損、又は第1櫛歯161a,163aと第2櫛歯162a,164aとの接近による可動ミラー11の制御特性の低下を抑制することができ、その結果、高い信頼性を得ることができる。よって、光学デバイス10によれば、第1トーションバー147,157及び第2トーションバー148,158の捩れ変形に非線形性が生じるのを抑制しつつ、高い信頼性を得ることができる。
 光学デバイス10では、Y軸方向における板状部149aの長さが、第1トーションバー147及び第2トーションバー148の長さよりも長い。同様に、Y軸方向における板状部159aの長さが、第1トーションバー157及び第2トーションバー158の長さよりも長い。これにより、第1トーションバー147,157及び第2トーションバー148,158の捩れ変形に非線形性が生じるのを効果的に抑制することができる。
 光学デバイス10では、一対の板状部149aが、X軸方向に互いに向かい合っている。同様に、一対の板状部159aが、X軸方向において互いに向かい合っている。これにより、第1トーションバー147,157及び第2トーションバー148,158の捩れ変形に非線形性が生じるのを効果的に抑制することができる。
 光学デバイス10では、Z軸方向から見た場合にレバー141と可動ミラー11との間に延在する電極支持部材144に、第2櫛歯電極162が設けられている。同様に、Z軸方向から見た場合にレバー151と可動ミラー11との間に延在する電極支持部材154に、第2櫛歯電極162が設けられている。これにより、第2櫛歯電極162,164の配置領域を確保することができ、第1櫛歯電極161,163及び第2櫛歯電極162,164によって生じる静電気力の大きさを確保することができる。
 光学デバイス10では、第1弾性支持部14が、レバー141の端部141dとベース12との間に接続された第2トーションバー148を有している。同様に、第2弾性支持部15が、レバー151の端部151dとベース12との間に接続された第2トーションバー158を有している。これにより、可動ミラー11の移動量の増加を図ることができる。
 ここで、図8~図11を参照しつつ、第1トーションバー147,157及び第2トーションバー148,158の捩れ変形に非線形性が存在する場合に生じる課題について説明する。図8では、非線形性が存在しない場合における可動ミラー11の移動量と可動ミラー11に作用する復元力との関係が破線で示され、非線形性が存在する場合における当該関係が実線で示されている。図8及び図9に示されるように、光学デバイス10のように非線形性が存在しない(低減されている)場合、Z軸方向における可動ミラー11の移動量が増加すると、可動ミラー11に作用する復元力は直線的に増加する。一方、比較例のように非線形性が存在する場合、Z軸方向における可動ミラー11の移動量が増加すると、可動ミラー11に作用する復元力は加速度的に増加し、光学デバイス10の場合よりも大きくなる。比較例のような特性を有するバネは、ハードニング型のバネ(又は漸硬バネ)と呼ばれる。
 図10及び図11は、非線形性が小さい場合と大きい場合のそれぞれについて可動ミラー11の駆動周波数と移動量との関係を示すグラフである。図10及び図11では、非線形性が存在しない場合の周波数特性が破線で示され、非線形性が存在する場合の周波数特性が実線で示されている。図10及び図11に示されるように、非線形性が存在する場合、非線形性が存在しない場合と比べて、周波数特性が歪み、グラフのピークにおける可動ミラー11の移動量が小さくなる。そのため、可動ミラー11を同一の移動量だけ移動させるためには、非線形性が存在する場合の方が大きな力が必要となり、可動ミラー11の制御特性が低下する。なお、図10及び図11では周波数特性の一例が示されているが、周波数特性はこのようになるとは限らない。
 また、図11に示されるように、非線形性が大きくなると、同一の駆動周波数に対して点X1及び点X2の2つの解(重解)が存在する場合がある。この場合、駆動周波数を比較的小さな初期値から増加させる制御を行う場合と、駆動周波数を比較的大きな初期値から減少させる制御を行う場合とで、可動ミラー11の挙動が異なる。また、重解に対応する周波数を含む周波数範囲において連続動作させると、衝撃又は振動等の外部的な影響によって、可動ミラー11の移動量が点X1に対応する移動量となったり、点X2に対応する移動量になったりすることで、動作が不安定となる。そのため、制御が複雑化し、可動ミラー11の制御特性が低下するおそれがある。更に、非線形性が存在する場合、可動ミラー11の動作波形を例えば正弦波状に制御する場合に、動作波形に第3高調波(狙いの周波数の3倍の周波数成分)が加わることで、動作波形を所望の形状に制御することが困難となり、このことによっても、可動ミラー11の制御特性が低下するおそれがある。このように、第1トーションバー147,157及び第2トーションバー148,158の捩れ変形に非線形性が存在すると、可動ミラー11の制御特性が低下するおそれがある。これに対し、上述のとおり、光学デバイス10によれば、そのような非線形性の発生を抑制することができ、可動ミラー11の制御特性の低下を抑制することができる。
[変形例]
 以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されない。例えば、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。その一例として、駆動部13は、第1弾性支持部14及び第2弾性支持部15に加えて、ベース12及び可動ミラー11に接続された他の弾性支持部を有していてもよい。
 固定ミラー21は、光モジュール1のように第1光学機能部17の直下のみに配置されるだけでなく、第2光学機能部18の直下に設けられてもよい。この構成によって、第2光学機能部18を第1光学機能部17と同様に使用して装置の多機能化を図りつつも、可動ミラー11の可動性能の低下及び装置全体の大型化を抑制することができる。固定ミラー21は、デバイス層52の主面12a上に設けられていてもよい。この場合、第1光学機能部17及び第2光学機能部18として機能する光通過開口部がSOI基板50に形成されない。
 光学デバイス10は、図12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、第2櫛歯電極162は、一対のレバー141における第1部分141a、及びリンク143にわたって配置されている。第2櫛歯電極162は、第1部分141a及びリンク143における可動ミラー11とは反対側の表面に設けられている。第2櫛歯電極164は、一対のレバー151における第1部分151a、及びリンク153にわたって配置されている。第2櫛歯電極164は、第1部分151a及びリンク153における可動ミラー11とは反対側の表面に設けられている。
 第1変形例では、一対の電極支持部材144に代えて、一対の中間部材144Aが設けられている。各中間部材144Aは、ブラケット142,145及び第1トーションバー147を介してレバー141に接続されると共に、リンク146及び非線形性緩和バネ149を介して一方のブラケット116に接続されている。一対の電極支持部材154に代えて、一対の中間部材154Aが設けられている。各中間部材154Aは、ブラケット152,155及び第1トーションバー157を介してレバー151に接続されると共に、リンク156及び非線形性緩和バネ159を介してブラケット116に接続されている。Z軸方向から見た場合に、第1光学機能部17は、Y軸方向における可動ミラー11の一方の側に配置され、第2光学機能部18は、Y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。
 このような第1変形例によっても、上記実施形態の場合と同様に、第1トーションバー147,157及び第2トーションバー148,158の捩れ変形に非線形性が生じるのを抑制しつつ、高い信頼性を得ることができる。また、第2櫛歯電極162,164がレバー141,151に設けられているため、第2櫛歯電極162,164の配置領域を確保することができ、第1櫛歯電極161,163及び第2櫛歯電極162,164によって生じる静電気力の大きさを確保することができる。更に、第2櫛歯電極162,164がレバー141,151及びリンク143,153にわたって設けられているため、第2櫛歯電極162,164の配置領域を効果的に確保することができ、第1櫛歯電極161,163及び第2櫛歯電極162,164によって生じる静電気力の大きさを好適に確保することができる。
 光学デバイス10は、図13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、可動ミラー11の環状部112の内縁及び外縁は、Z軸方向から見た場合に円形状を呈している。可動ミラー11は、一対のブラケット116A、一対のブラケット116B、及び一対のブラケット116Cを有している。一方のブラケット116Aは、Y軸方向における一方の側及び他方の側に突出するように、環状部112における第1光学機能部17側の端部に設けられている。他方のブラケット116Aは、Y軸方向における一方の側及び他方の側に突出するように、環状部112における第2光学機能部18側の端部に設けられている。一対のブラケット116Bは、それぞれ、一方のブラケット116Aに沿って延在するように、Y軸方向における環状部112の一方の側の表面及び他方の側の表面に設けられている。一対のブラケット116Cは、それぞれ、他方のブラケット116Aに沿って延在するように、Y軸方向における環状部112の一方の側の表面及び他方の側の表面に設けられている。
 第2変形例では、第1弾性支持部14は、一対のレバー141、一対のブラケット142、リンク143、一対の中間部材144B、一対の第1トーションバー147、一対の第2トーションバー148、一対の非線形性緩和バネ149、リンク171、及び一対の電極支持部材172を有している。各レバー141は、X軸方向に沿って延在している。一対のブラケット142は、Z軸方向から見た場合に、互いに異なる側にクランク状に屈曲した形状を呈している。一対の第1トーションバー147は、それぞれ、一方のブラケット142の先端部と一方の中間部材144Bとの間、及び、他方のブラケット142の先端部と他方の中間部材144Bとの間に掛け渡されている。一方の非線形性緩和バネ149においては、一方の板状部149aが一方の中間部材144Bと一方のブラケット116Aとの間に掛け渡されており、他方の板状部149aが一方の中間部材144Bと一方のブラケット116Bとの間に掛け渡されている。他方の非線形性緩和バネ149においては、一方の板状部149aが他方の中間部材144Bと他方のブラケット116Aとの間に掛け渡されており、他方の板状部149aが他方の中間部材144Bと他方のブラケット116Bとの間に掛け渡されている。第2変形例においても、非線形性緩和バネ149は、可動ミラー11がZ軸方向に移動した状態において、Y軸方向周りにおける非線形性緩和バネ149の変形量がY軸方向周りにおけるトーションバー147,148のそれぞれの変形量よりも小さくなり、且つ、X軸方向における非線形性緩和バネ149の変形量がX軸方向におけるトーションバー147,148のそれぞれの変形量よりも大きくなるように、構成されている。
 リンク171は、各レバー141における可動ミラー11とは反対側の端部間に掛け渡されている。各電極支持部材172は、Z軸方向から見た場合に矩形状を呈している。一対の電極支持部材172は、それぞれ、Y軸方向における外側に突出するように、Y軸方向における一対のレバー141の外側の縁部に設けられている。一対の電極支持部材172は、それぞれ、一対のレバー141からY軸方向に沿って延在している。各電極支持部材172は、X軸方向においてレバー141の中心よりも外側(レバー141の中心に対して可動ミラー11とは反対側)に配置されている。第2変形例では、第1光学機能部17は、SOI基板50に形成された光通過開口部ではなく、一対のレバー141、リンク143及びリンク171によって画定された光通過開口部である。一対の第2櫛歯電極162は、一対の電極支持部材172にそれぞれ設けられており、一対の第1櫛歯電極161は、ベース12における一対の第2櫛歯電極162に対応する位置に設けられている。
 第2弾性支持部15は、一対のレバー151、一対のブラケット152、リンク153、一対の中間部材154B、一対の第1トーションバー157、一対の第2トーションバー158、一対の非線形性緩和バネ159、リンク181、及び一対の電極支持部材182を有している。各レバー151は、X軸方向に沿って延在している。一対のブラケット152は、Z軸方向から見た場合に、互いに異なる側にクランク状に屈曲した形状を呈している。一対の第1トーションバー157は、それぞれ、一方のブラケット152の先端部と一方の中間部材154Bとの間、及び、他方のブラケット152の先端部と他方の中間部材154Bとの間に掛け渡されている。一方の非線形性緩和バネ159においては、一方の板状部159aが一方の中間部材154Bと一方のブラケット116Aとの間に掛け渡されており、他方の板状部159aが一方の中間部材154Bと一方のブラケット116Cとの間に掛け渡されている。他方の非線形性緩和バネ159においては、一方の板状部159aが他方の中間部材154Bと他方のブラケット116Aとの間に掛け渡されており、他方の板状部159aが他方の中間部材154Bと他方のブラケット116Cとの間に掛け渡されている。第2変形例においても、非線形性緩和バネ159は、可動ミラー11がZ軸方向に移動した状態において、Y軸方向周りにおける非線形性緩和バネ159の変形量がY軸方向周りにおけるトーションバー157,158のそれぞれの変形量よりも小さくなり、且つ、X軸方向における非線形性緩和バネ159の変形量がX軸方向におけるトーションバー157,158のそれぞれの変形量よりも大きくなるように、構成されている。
 リンク181は、各レバー151における可動ミラー11とは反対側の端部間に掛け渡されている。各電極支持部材182は、Z軸方向から見た場合に矩形状を呈している。一対の電極支持部材182は、それぞれ、Y軸方向における外側に突出するように、Y軸方向における一対のレバー151の外側の縁部に設けられている。一対の電極支持部材182は、それぞれ、一対のレバー151からY軸方向に沿って延在している。各電極支持部材182は、X軸方向においてレバー151の中心よりも外側(レバー151の中心に対して可動ミラー11とは反対側)に配置されている。第2変形例では、第2光学機能部18は、SOI基板50に形成された光通過開口部ではなく、一対のレバー151、リンク153及びリンク181によって画定された光通過開口部である。一対の第2櫛歯電極164は、一対の電極支持部材182にそれぞれ設けられており、一対の第1櫛歯電極163は、ベース12における一対の第2櫛歯電極164に対応する位置に設けられている。
 このような第2変形例によっても、上記実施形態の場合と同様に、第1トーションバー147,157及び第2トーションバー148,158の捩れ変形に非線形性が生じるのを抑制しつつ、高い信頼性を得ることができる。また、レバー141から延在する電極支持部材172に第2櫛歯電極162が設けられている。同様に、レバー151から延在する電極支持部材182に第2櫛歯電極164が設けられている。これにより、駆動時におけるZ軸方向への変位量が比較的少ない位置に第1櫛歯電極161,163及び第2櫛歯電極162,164が配置されているため、Z軸方向への変位に起因する第1櫛歯電極161,163及び第2櫛歯電極162,164との間の対向面積の減少を抑制することができる。その結果、Z軸方向における可動ミラー11の移動量を増加させた場合でも、第1櫛歯電極161,163と第2櫛歯電極162,164との間に生じる静電気力を確保することができる。更に、リンク171によって一対のレバー141が互いに接続されると共に、リンク181によって一対のレバー151が互いに接続されているため、衝撃に対する耐性を向上することができる。更に、一対のレバー141間に第1光学機能部17が配置されると共に、一対のレバー151間に第2光学機能部18が配置されているため、第1櫛歯電極161,163及び第2櫛歯電極162,164の配置スペースを確保することができ、第1櫛歯161a,163aと第2櫛歯162a,164aの数を増加させることができる。
 光学デバイス10は、図14に示される第3変形例のように構成されてもよい。第3変形例は、可動ミラー11がブラケット116A~116Cを有しない点、第1弾性支持部14が中間部材144Bに代えて中間部材144Cを有する点、第2弾性支持部15が中間部材154Bに代えて中間部材154Cを有する点、第1弾性支持部14が一対の非線形性緩和バネ149に代えて一対の非線形性緩和バネ173を有する点、及び、第2弾性支持部15が一対の非線形性緩和バネ159に代えて一対の非線形性緩和バネ183を有する点において、第2変形例と相違する。中間部材144Cは、可動ミラー11に対して第1光学機能部17側に配置され、Y軸方向に沿って延在している。中間部材144Cは、Y軸方向における両端部のそれぞれにおいて、第1トーションバー147と非線形性緩和バネ173とに接続されている。中間部材154Cは、可動ミラー11に対して第2光学機能部18側に配置され、Y軸方向に沿って延在している。中間部材154Cは、Y軸方向における両端部のそれぞれにおいて、第1トーションバー157と非線形性緩和バネ183とに接続されている。
 各非線形性緩和バネ173は、Z軸方向から見た場合に蛇行して延在する蛇行部174を有している。蛇行部174は、Y軸方向に延在し、X軸方向に並ぶ複数の直線状部分174aと、複数の直線状部分174aの両端を交互に連結する複数の折り返し部分174bと、を有している。蛇行部174の一端部は中間部材144Cに接続され、他端部は環状部112に接続されている。蛇行部174における環状部112側の部分は、環状部112の外縁に沿った形状を呈している。非線形性緩和バネ173は、可動ミラー11がZ軸方向に移動した状態において、Y軸方向周りにおける非線形性緩和バネ173の変形量がY軸方向周りにおけるトーションバー147,148のそれぞれの変形量よりも小さくなり、且つ、X軸方向における非線形性緩和バネ173の変形量がX軸方向におけるトーションバー147,148のそれぞれの変形量よりも大きくなるように、構成されている。
 各非線形性緩和バネ183は、Z軸方向から見た場合に蛇行して延在する蛇行部184を有している。蛇行部184は、Y軸方向に延在し、X軸方向に並ぶ複数の直線状部分184aと、複数の直線状部分184aの両端を交互に連結する複数の折り返し部分184bと、を有している。蛇行部184の一端部は中間部材154Cに接続され、他端部は環状部112に接続されている。蛇行部184における環状部112側の部分は、環状部112の外縁に沿った形状を呈している。非線形性緩和バネ183は、可動ミラー11がZ軸方向に移動した状態において、Y軸方向周りにおける非線形性緩和バネ183の変形量がY軸方向周りにおけるトーションバー147,148のそれぞれの変形量よりも小さくなり、且つ、X軸方向における非線形性緩和バネ183の変形量がX軸方向におけるトーションバー147,148のそれぞれの変形量よりも大きくなるように、構成されている。
 このような第3変形例によっても、上記実施形態の場合と同様に、第1トーションバー147,157及び第2トーションバー148,158の捩れ変形に非線形性が生じるのを抑制しつつ、高い信頼性を得ることができる。また、駆動時におけるZ軸方向への変位量が比較的少ない位置に第1櫛歯電極161,163及び第2櫛歯電極162,164が配置されているため、Z軸方向への変位に起因する第1櫛歯電極161,163及び第2櫛歯電極162,164との間の対向面積の減少を抑制することができる。その結果、Z軸方向における可動ミラー11の移動量を増加させた場合でも、第1櫛歯電極161,163と第2櫛歯電極162,164との間に生じる静電気力を確保することができる。更に、リンク171によって一対のレバー141が互いに接続されると共に、リンク181によって一対のレバー151が互いに接続されているため、衝撃に対する耐性を向上することができる。更に、一対のレバー141間に第1光学機能部17が配置されると共に、一対のレバー151間に第2光学機能部18が配置されているため、第1櫛歯電極161,163及び第2櫛歯電極162,164の配置スペースを確保することができ、第1櫛歯161a,163aと第2櫛歯162a,164aの数を増加させることができる。
 非線形性緩和バネ149は、上記実施形態のものに限定されない。例えば、Y軸方向における板状部149aの長さは、トーションバー147,148の長さと同一又はそれ以下であってもよい。板状部149aの幅(X軸方向における長さ)は、トーションバー147,148の幅と同一又はそれ以上であってもよい。板状部149aは、Z軸方向又はY軸方向に対して傾斜して延在していてもよい。非線形性緩和バネ149は、単一の又は3つ以上の板状部149aを含んでいてもよい。上記実施形態では一対の非線形性緩和バネ149が第1弾性支持部14に設けられていたが、単一の又は3つ以上の非線形性緩和バネ149が設けられていてもよい。非線形性緩和バネ149は、板状部149aを含むことなく構成されていてもよい。これらの点は、非線形性緩和バネ159についても同様である。
 上記実施形態において、隣り合う第1櫛歯161aと第2櫛歯162aとは、Y軸方向において互いに向かい合っていればよく、第1櫛歯161a及び第2櫛歯162aの少なくとも一方がY軸方向に垂直な平面に対して傾斜して延在していてもよい。或いは、第1櫛歯161a及び第2櫛歯162aの少なくとも一方が、Z軸方向から見た場合に弧状に湾曲した形状を有していてもよい。これらの点は、第1櫛歯163a及び第2櫛歯164aについても同様である。第2櫛歯電極162は、可動ミラー11に設けられていてもよいし、第1弾性支持部14及び可動ミラー11の双方に設けられていてもよい。同様に、第2櫛歯電極164は、可動ミラー11に設けられていてもよいし、第2弾性支持部15及び可動ミラー11の双方に設けられていてもよい。上記実施形態において、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。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。第1トーションバー147,157及び第2トーションバー148,158は、捩れ変形可能に構成されていればよく、板状、棒状等の任意の形状であってよい。
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、14…第1弾性支持部、15…第2弾性支持部、141,151…レバー、141c,151c…端部(一端部)、141d,151d…端部(他端部)、144,154…電極支持部材、146,156…リンク、147,157…第1トーションバー、148,158…第2トーションバー、149,159…非線形性緩和バネ、149a,159a…板状部、161,163…第1櫛歯電極、161a,163a…第1櫛歯、162,164…第2櫛歯電極、162a,164a…第2櫛歯、蛇行部174,184。

Claims (10)

  1.  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、前記可動部が第1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弾性支持部と、
     前記ベースに設けられ、複数の第1櫛歯を有する第1櫛歯電極と、
     前記可動部及び前記弾性支持部の少なくとも一方に設けられ、前記複数の第1櫛歯と互い違いに配置された複数の第2櫛歯を有する第2櫛歯電極と、を備え、
     前記弾性支持部は、前記第1方向に垂直な第2方向に沿って延在するトーションバーと、前記トーションバーと前記可動部との間に接続された非線形性緩和バネと、を有し、
     前記非線形性緩和バネは、前記可動部が前記第1方向に移動した状態において、前記第2方向周りにおける前記非線形性緩和バネの変形量が前記第2方向周りにおける前記トーションバーの変形量よりも小さくなり、且つ、前記第1方向及び前記第2方向に垂直な第3方向における前記非線形性緩和バネの変形量が前記第3方向における前記トーションバーの変形量よりも大きくなるように、構成されており、
     隣り合う前記第1櫛歯と前記第2櫛歯とは、前記第2方向において互いに向かい合っている、光学デバイス。
  2.  前記非線形性緩和バネは、板状部を有し、前記第2方向における前記板状部の長さは、前記トーションバーの長さよりも長い、請求項1に記載の光学デバイス。
  3.  前記非線形性緩和バネは、一対の板状部を有し、
     前記一対の板状部は、前記第3方向において互いに向かい合っている、請求項1に記載の光学デバイス。
  4.  前記弾性支持部は、一端部において前記トーションバーを介して前記非線形性緩和バネに接続されたレバーと、前記第1方向から見た場合に前記レバーと前記可動部との間に延在する電極支持部材と、を更に有し、
     前記第2櫛歯電極は、前記電極支持部材に設けられている、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  5.  前記弾性支持部は、一端部において前記トーションバーを介して前記非線形性緩和バネに接続されたレバーを更に有し、
     前記第2櫛歯電極は、前記レバーに設けられている、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  6.  前記弾性支持部は、前記レバーを一対有すると共に、前記一対のレバー間に掛け渡されたリンクを更に有し、
     前記第2櫛歯電極は、前記一対のレバー及び前記リンクにわたって配置されている、請求項5に記載の光学デバイス。
  7.  前記弾性支持部は、前記レバーの他端部と前記ベースとの間に接続されたトーションバーを更に有する、請求項5又は6に記載の光学デバイス。
  8.  前記弾性支持部は、一端部において前記トーションバーを介して前記非線形性緩和バネに接続されたレバーと、前記レバーの他端部と前記ベースとの間に接続されたトーションバーと、を更に有している、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  9.  前記弾性支持部は、一端部において前記トーションバーを介して前記非線形性緩和バネに接続されたレバーと、前記レバーから延在する電極支持部材と、を更に有し、
     前記第2櫛歯電極は、前記電極支持部材に設けられている、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学デバイス。
  10.  前記非線形性緩和バネは、前記第1方向から見た場合に蛇行して延在する蛇行部を有している、請求項1~9のいずれか一項に記載の光学デバイス。
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