JP2006133387A - Rocking body apparatus and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可動板が揺動運動する小型のアクチュエーターなどの揺動体装置、その作製方法等に関する。 The present invention relates to an oscillating device such as a small actuator in which a movable plate oscillates, a manufacturing method thereof, and the like.
可動板が揺動運動するアクチュエーターなどの揺動体装置は、例えば、レーザ光を偏向する用途に利用されるものである。従来、レーザ光を偏向・走査する走査ミラーとしては、ガルバノミラーがある。ガルバノミラーの駆動原理は次の如きものである。磁界中に配置した可動コイルに電流を流すと、電流と磁束とに関連して電磁力が発生して、電流に比例したトルクが生じる。そして、このトルクとバネ力とが平衡する角度まで可動コイルが回転し、この可動コイルを介して指針を振らせて電流の有無や大小を検出する。ガルバノミラーは、こうしたガルバノメータの原理を利用したもので、可動コイルと一体に回転する軸に、前記指針の代わりに反射鏡を設けて構成される。 An oscillating device such as an actuator in which a movable plate oscillates is used for, for example, a purpose of deflecting laser light. Conventionally, there is a galvanometer mirror as a scanning mirror for deflecting and scanning a laser beam. The driving principle of the galvanometer mirror is as follows. When a current is passed through a moving coil arranged in a magnetic field, an electromagnetic force is generated in relation to the current and the magnetic flux, and a torque proportional to the current is generated. Then, the movable coil rotates to an angle at which the torque and the spring force are balanced, and the presence or absence or magnitude of the current is detected by swinging the pointer through the movable coil. The galvanometer mirror uses the principle of such a galvanometer, and is configured by providing a reflecting mirror instead of the pointer on an axis that rotates integrally with the movable coil.
しかしながら、ガルバノミラーでは、機械巻きの駆動コイルと磁界発生のための大型ヨークが必要であり、主に出力トルクの理由から、これらの機械要素の小型化には限度がある。また同時に、各構成部材を組み上げる際のスペース等から、光偏向のための装置全体のサイズが大きくなっていた。 However, the galvanometer mirror requires a mechanically wound drive coil and a large yoke for generating a magnetic field, and there is a limit to downsizing these mechanical elements mainly due to the output torque. At the same time, the size of the entire device for deflecting the light has been increased due to the space for assembling the constituent members.
小型の光偏向器としては、半導体製造技術を応用して微小機械を半導体基板上に一体形成するマイクロマシニング技術を用いて作製した光偏向器がある。例えば、K.E.Petersen等によりシリコンで形成されるTorsional Scanning Mirrorが提案されている(非特許文献1参照)。この光偏向器は、図12に示す様に、機械的可動部が光偏向板としてのミラーとミラーを支持する梁からなり、ミラーと基板上に形成した固定電極との間に駆動電圧を印加して生じる静電引力により、梁にねじりモーメントを与えてねじり回転させ、ミラーの偏向角度を変えるものである。ミラー部の最大偏向角はミラー部と基板との空隙間隔t0にて一義的に決定される。一般に、光偏向器においては偏向角が大きいほど良く、これには空隙間隔を大きくとる必要がある。しかし、空隙間隔を大きくとると、固定電極とミラー部との距離が増加し、駆動電圧が著しく増加してしまう。逆に低電圧化を図るには空隙間隔を短くし、ミラー部の偏向角を抑える必要があり、こうして駆動電圧の低減化と大偏向角化は合い矛盾する要求であった。 As a small-sized optical deflector, there is an optical deflector manufactured using a micromachining technique in which a micromachine is integrally formed on a semiconductor substrate by applying a semiconductor manufacturing technique. For example, K.E.Petersen et al. Has proposed a Torsional Scanning Mirror formed of silicon (see Non-Patent Document 1). In this optical deflector, as shown in FIG. 12, the mechanically movable portion is composed of a mirror as an optical deflector and a beam supporting the mirror, and a drive voltage is applied between the mirror and a fixed electrode formed on the substrate. By the electrostatic attractive force generated in this way, a torsional moment is given to the beam to rotate it, and the deflection angle of the mirror is changed. The maximum deflection angle of the mirror part is uniquely determined by the gap interval t0 between the mirror part and the substrate. In general, in an optical deflector, the larger the deflection angle, the better, and this requires a large gap interval. However, if the gap interval is increased, the distance between the fixed electrode and the mirror portion increases, and the drive voltage significantly increases. On the contrary, in order to reduce the voltage, it is necessary to shorten the gap interval and suppress the deflection angle of the mirror portion. Thus, the reduction of the drive voltage and the increase of the deflection angle are contradictory requirements.
これに対して、別の小型の光偏向器として、図13に示す様に、可動ミラー(可動板)上に可動櫛型電極を形成し、これと互いに間隔を置いて噛み合う様に固定櫛型電極を上下に配置し、可動櫛型電極と固定櫛型電極との間に上下に引き合うような静電引力を生じさせ、可動ミラーを偏向させるものがある(特許文献1参照)。この構成の光偏向器は、電極間の距離が狭く構成できるため、駆動電圧を低くすることが可能となる。また、トーションバーに対しては、ねじり方向以外の変位(上下、左右の変位)を抑えることが可能なため、軸ズレを低減できる。また、非共振駆動においては、トーションバーを柔らかくすることが低電圧での駆動において重要となるが、この構成においては、上下に引き合うような静電引力を生じさせるので、トーションバーを柔らかくすることが可能である。
この様な可動櫛型電極と固定櫛型電極との間のアライメントは非常に高精度に行う必要がある。しかしながら、上記の構成においては、ミラー(可動板)上に形成される可動櫛型電極と、その上下に配置される固定櫛型電極を別々に形成しているため、個々の基板に形成される櫛型電極同士のアライメントが相当に難しく、それ相応に生産コストがかかる。 Such alignment between the movable comb electrode and the fixed comb electrode needs to be performed with very high accuracy. However, in the above configuration, the movable comb-shaped electrode formed on the mirror (movable plate) and the fixed comb-shaped electrodes disposed above and below it are formed separately, so that they are formed on individual substrates. The alignment between the comb electrodes is considerably difficult, and the production cost is accordingly increased.
上記課題に鑑み、本発明の揺動体装置は、可動板と、可動板を支持基板に対して揺動可能に軸支する少なくとも1つのトーションバーなどの軸支部と、可動板から延びる可動櫛歯状構造体と、可動櫛歯状構造体と隔間して噛み合う位置に配置される固定櫛歯状構造体と、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体との間に静電力を働かせて可動板を揺動・変位させる静電駆動手段を備え、前記可動櫛歯状構造体が、互いに接続層で接合される第一の可動櫛歯層と第二の可動櫛歯層からなり、前記固定櫛歯状構造体が、互いに電気的に分離する絶縁層で接合される第一の固定櫛歯層と第二の固定櫛歯層からなることを特徴とする。 In view of the above problems, the oscillator device of the present invention includes a movable plate, at least one shaft support portion such as a torsion bar that pivotably supports the movable plate with respect to the support substrate, and movable comb teeth extending from the movable plate. An electrostatic force between the movable comb-like structure, the fixed comb-like structure disposed at a position where the movable comb-like structure is engaged with the movable comb-like structure, and the movable comb-like structure and the fixed comb-like structure. The movable comb-like structure is composed of a first movable comb layer and a second movable comb layer that are joined to each other by a connection layer. The fixed comb-like structure is composed of a first fixed comb-tooth layer and a second fixed comb-tooth layer that are joined together by an insulating layer that is electrically separated from each other.
典型的には、前記軸支部はトーションバーであり、第一の可動櫛歯状構造体及び第二の可動櫛歯状構造体は、トーションバーの伸長方向に略直交する方向に延びるが、軸支部が片持ち梁式の形態で可動板を揺動可能に軸支して、軸支部のある側と反対側の可動板の端部から可動櫛歯状構造体が片持ち梁式軸支部の伸長方向に略平行な方向に延びる如き形態も可能である。 Typically, the shaft support portion is a torsion bar, and the first movable comb-like structure and the second movable comb-like structure extend in a direction substantially perpendicular to the extending direction of the torsion bar. The support is pivotally supported so that the movable plate can swing in the form of a cantilever type, and the movable comb-like structure from the end of the movable plate on the side opposite to the side where the shaft support is located A form extending in a direction substantially parallel to the extending direction is also possible.
また、上記課題に鑑み、本発明の揺動体装置の作製方法は、2つのシリコン層が絶縁層を介して接合されたシリコンウエハから、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体が隔間して噛み合うためのアライメントを、フォトリソグラフィーとエッチングでシリコンウエハの表面に形成するマスクにより行いつつ、可動板と軸支部と可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体を形成することを特徴とする In view of the above problems, the method of manufacturing the oscillator device according to the present invention separates the movable comb-like structure and the fixed comb-like structure from a silicon wafer in which two silicon layers are bonded via an insulating layer. Forming a movable plate, a shaft support, a movable comb-like structure, and a fixed comb-like structure while performing alignment for meshing with a mask formed on the surface of the silicon wafer by photolithography and etching. Characterize
また、上記課題に鑑み、本発明の光偏向器は、上記の揺動体装置の可動板上に反射鏡を形成して構成されていることを特徴とし、そして本発明の画像表示装置、画像形成装置などの光学機器は、この光偏向器、及び光偏向器に入射させる光を出射する光源を具備することを特徴とする。
Further, in view of the above problems, the optical deflector of the present invention is characterized in that a reflecting mirror is formed on the movable plate of the oscillator device, and the image display apparatus and image formation of the present invention are characterized in that An optical apparatus such as an apparatus includes the optical deflector and a light source that emits light incident on the optical deflector.
上記構成を有する本発明の揺動体装置によれば、上記の如き本発明の作製方法を用いて作製することができるので、比較的容易に、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体を隔間して噛み合う位置に配置することができる。つまり、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体を別々の基板に形成した場合に必要となるアライメント精度を要する組み立て工程が不要となる。 According to the oscillator device of the present invention having the above-described configuration, the movable comb-shaped structure and the fixed comb-shaped structure can be manufactured relatively easily because the manufacturing method of the present invention as described above can be used. Can be arranged at positions that engage with each other. That is, an assembly process requiring alignment accuracy required when the movable comb-like structure and the fixed comb-like structure are formed on separate substrates is not necessary.
以下に、具体的な実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
(第一の実施例)
図1乃至図5と図9を用いて、アクチュエーターないし揺動体装置に係る本発明の第一の実施例を説明する。図1は本実施例の構成を示す上面図、図2はその揺動体装置の構成を示す断面図、図3はその揺動体装置の駆動方法を説明する断面図、図4と図5は、本実施例の可動櫛歯状構造体と、固定櫛歯状構造体の作製工程を説明する断面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail using specific examples.
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention relating to an actuator or oscillator device will be described with reference to FIGS. 1 to 5 and FIG. 1 is a top view showing the configuration of the present embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the oscillator device, FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for driving the oscillator device, and FIGS. It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the movable comb-tooth-like structure of a present Example, and a fixed comb-tooth-like structure.
本実施例の揺動体装置は、図1及び図2に示す様に、可動板105と、可動板105を支持基板107に対して揺動可能に軸支する2つのトーションバー104と、可動板105の両縁部からトーションバー104の伸長方向に略直交する方向に延びる可動櫛歯状構造体108、109と、可動櫛歯状構造体108、109と隔間して噛み合う位置にアライメントされて配置される固定櫛歯状構造体110〜113と(ここで、隔間して噛み合うとは、図1に示す様に、一方の櫛歯状構造体の前記略直交方向に延びる凹部の両壁からほぼ等距離だけ隔たって他方の櫛歯状構造体の前記略直交方向に延びる凸部が配される噛み合い関係を言う)、可動櫛歯状構造体108、109と固定櫛歯状構造体110〜113との間に静電力を働かせて可動板105を揺動・変位させる静電駆動手段(可動櫛歯状構造体108、109と固定櫛歯状構造体110〜113に配線するためのコンタクトパッド114〜118を除いて、不図示)を備える。そして、前記可動櫛歯状構造体が接続層103で接合される第一の可動櫛歯層108と第二の可動櫛歯層109からなり、前記固定櫛歯状構造体が、電気的に分離する絶縁層103で接合される第一の固定櫛歯層110、111と第二の固定櫛歯層112、113からなり、可動板105が揺動しない状態において、接続層103と絶縁層103とが同一平面内にあり、そして、充分大きな変位角の可動板105の揺動運動を可能とする様に、接続層103及び絶縁層103に垂直な厚さ方向において可動櫛歯状構造体108、109の厚みが固定櫛歯状構造体110〜113の厚みよりも小さく設定されている。ここで、可動板105上に反射鏡を形成すれば光偏向器として構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the oscillator device of the present embodiment includes a
本実施例において、厚みが100μmの第一及び第二のシリコン層101、102、厚さ0.4μmのシリコン層に挟まれる絶縁層103からなるSOI基板を用いる。トーションバー104は、可動板105に対して、その中心部を通る一直線上にあって且つ可動板105の重心を両側で支持する様に位置する。また、トーションバー104は、固定端106で支持基板107に固定されている。トーションバー104は本実施例では2本あるが、1本であっても良い。第一の可動櫛歯層108と第二の可動櫛歯層109、第一の固定櫛歯層110、111と第二の固定櫛歯層112、113は、それぞれ、同形状で絶縁層103を挟んで対称な位置に配置される。この構成において、第一の可動櫛歯層108と第二の可動櫛歯層109との接続層103も絶縁層103である。
In this embodiment, an SOI substrate including first and second silicon layers 101 and 102 having a thickness of 100 μm and an
接続層103で接合された第一及び第二の可動櫛歯層からなる可動櫛歯状構造体108、109は、本実施例では、トーションバー104を隔てて対称な両側の位置に形成されているが、一方の側のみに形成される構造も可能である。これらのトーションバー104、可動板105、第一の可動櫛歯層108、及び第一の固定櫛歯層110、111は、第一のシリコン層101を除去加工して一体形成することができる。
In this embodiment, the movable comb-
また、第一の可動櫛歯層108上には、絶縁層103を介して第二の可動櫛歯層109がトーションバー104と略直交する方向に延びていて、この第二の可動櫛歯層109は、第二の固定櫛歯層112、113と共に、第二のシリコン層102を除去加工して一体形成することができる。第二の可動櫛歯層109は金属薄膜層(不図示)で可動板105と電気的に接続されている。金属薄膜層としては、例えば、蒸着で成膜されるアルミでもよく、例えば、本実施例のアクチュエーターを光偏向器として用いる場合には、金属薄膜層は、可動板105上の反射鏡としての機能を兼ねることができる。
On the first
上記した様に、第一の固定櫛歯層110、111は、第一のシリコン層101を除去加工して形成され、可動櫛歯状構造体108、109が傾くときにこれと離間して噛み合う位置に配置される。また、第二の固定櫛歯層112、113も、第二のシリコン層102を除去加工して形成され、可動櫛歯状構造体108、109が傾くときにこれと離間して噛み合う位置に配置される。勿論、可動櫛歯状構造体108、109と、固定櫛歯状構造体110〜113とは電気的に絶縁されている。また、固定櫛歯状構造体110〜113は、絶縁層103によって、それぞれ互いに電気的に絶縁されている。
As described above, the first fixed comb-
支持基板107には、パイレックス(登録商標)ガラス基板を用いることができ、上記SOI基板は第二のシリコン層102側でパイレックスガラス基板107に陽極接合して固定することができる。パイレックスガラス基板107上には、可動櫛歯状構造体や固定櫛歯状構造体に電圧を印加するための配線、コンタクトパッド114〜118が形成され、貫通孔119を設けることで、可動板105が角変位したときに可動板105とパイレックスガラス基板107とが干渉しない様にしている。
The
この構成の揺動体装置において、可動板105と第二の可動櫛歯層109が上記金属薄膜層で接続し、また可動板105と第一の可動櫛歯層108とは第一のシリコン層101を除去加工して一体形成されているため、上述した様に、第一の可動櫛歯層108と第二の可動櫛歯層109は電気的に接続している。したがって、図3に示すように、第一の固定櫛歯層110と第二の固定櫛歯層113に正のバイアス電圧を加え、第一の固定櫛歯層111と第二の固定櫛歯層112に負のバイアス電圧を加え、可動櫛歯状構造体(第一及び第二の可動櫛歯層108、109)に、例えば、図9に示す様なノコギリ波の駆動電圧を加えると、図3に示す様に、可動櫛歯状構造体は、固定櫛歯状構造体110と113、111と112に交互に静電引力によって引き付けられ、可動板105の変位角の応答波形も印加電圧波形と同様のノコギリ波となる(図3(a)、(b)、(c)の状態1〜3は図9(b)の状態1〜3と一致)。これにより、可動板105はトーションバー104を回転軸として揺動運動する。
In the oscillator device having this configuration, the
この際、可動櫛歯状構造体(第一及び第二の可動櫛歯層108、109)と固定櫛歯状構造体(第一の固定櫛歯層110、111と第二の固定櫛歯層112、113)は、間隔をもって噛み合う様に正確にアライメントされているので、両者が深く噛み合う揺動運動が可能である。図3はこの揺動運動の様子を示している。ただし、第一の固定櫛歯層110、111と第二の固定櫛歯層112、113の間に、厚み方向において、隙間を形成しておいて、第一の可動櫛歯層108と第二の可動櫛歯層109のうちのいずれかが、第一の固定櫛歯層110、111または第二の固定櫛歯層112、113と浅く噛み合う揺動運動も可能である。
At this time, the movable comb-like structure (first and second movable comb layers 108 and 109) and the fixed comb-like structure (first fixed comb layers 110 and 111 and the second fixed comb layer). 112 and 113) are precisely aligned so that they are engaged with each other at a distance, so that a swinging motion in which both are engaged deeply is possible. FIG. 3 shows the state of this swinging motion. However, a gap is formed in the thickness direction between the first fixed comb-
可動櫛歯状構造体(第一及び第二の可動櫛歯層108、109)、第一の固定櫛歯層110、111、第二の固定櫛歯層112、113へのバイアス電圧ないし駆動電圧の加え方は、上記の方法に限られず、トーションバー104を回転軸とする可動板105の揺動運動を可能とする限り、種々の方法が可能である。また、可動櫛歯状構造体108、109と固定櫛歯状構造体(第一の固定櫛歯層110、111と第二の固定櫛歯層112、113)のうちの少なくとも1つの組(例えば、第一の可動櫛歯層108と第一の固定櫛歯層110の組と第二の可動櫛歯層109と第二の固定櫛歯層113の組)が、可動板105の揺動・変位に伴って変化するそれらの間の静電容量を検出するための静電容量検出手段を兼ねることもできる。これにより、可動板105の変位角の情報を検出でき、この角変位情報をもとにフィードバック制御することで可動板105の変位角を高精度に制御できる。この場合、静電容量の変化の差動検出も可能である。
Bias voltage or drive voltage to movable comb-like structures (first and second movable comb layers 108 and 109), first fixed comb layers 110 and 111, and second fixed comb layers 112 and 113 The method of adding is not limited to the above-described method, and various methods are possible as long as the
ここで、第一及び第二の可動櫛歯層と、第一及び第二の固定櫛歯層の作製工程の一例を図4と図5に沿って説明する。例えば、厚さがそれぞれ100μmの第一及び第二のシリコン層501、502と酸化膜からなる絶縁層503を有するSOI基板を用いることができる。まず、SOI基板の表面には酸化膜からなる第一及び第二の可動櫛歯層用のマスク504、第一及び第二の固定櫛歯層用のマスク505がフォトリソグラフィーとエッチングにより形成される。可動櫛歯状構造体用のマスク504の厚みは0.5μm、固定櫛歯状構造体用のマスク505の厚みは1.5μmである。また、SOI基板の裏面には、第一及び第二の固定櫛歯層用のマスク505にほぼ対応して、酸化膜からなるマスク506が形成される。このマスク506の厚みは1.5μmである。(図4(1-a))
Here, an example of a manufacturing process of the first and second movable comb layers and the first and second fixed comb layers will be described with reference to FIGS. 4 and 5. For example, an SOI substrate having first and second silicon layers 501 and 502 each having a thickness of 100 μm and an insulating
次に、ICP-RIEを用いて第二のシリコン層502を裏面から厚さ方向へ50μmエッチングする(図4(1-b))。これにより、第二の可動櫛歯層109の厚さが規定される。そして、マスク506を除去する(図4(1-c))。続いて、トレンチ構造が形成された第二のシリコン層502の裏面にメタル層507を蒸着する(図4(1-d))。このメタル層507には、例えばアルミを用いることができる。次に、ICP-RIEを用いて第一のシリコン層501を表面から厚さ方向へ100μmエッチングする(図4(1-e))。これにより、第一の固定櫛歯層110、111が形成される。
Next, the
次に、図4(1-e)の工程で露出した絶縁層503を除去する(図5(1-f))。そして、ICP-RIEを用いて第二のシリコン層502を裏面から厚さ方向へ50μmエッチングする(図5(1-g))。これにより、第二の可動櫛歯層109が形成され、第二の固定櫛歯層112、113がほぼ形成される。続いて、可動櫛歯状構造体用のマスク504を除去する(図5(1-h))。除去する方法としては、高速原子線エッチングを用いることができる。このとき、同じ酸化膜からなるマスク505の厚みも減少するが、除去前の厚みに差を設けておくことで、マスク505を残してマスク504を除去することができる。次に、図5(1-h)の工程で、マスク504を除去して露出した第一のシリコン層501と、第二のシリコン層502を厚さ方向へ50μmエッチングする(図5(1-i))。第一のシリコン層501のエッチングにより、第一の可動櫛歯層108が、その厚さが規定されて形成される。また、第二のシリコン層502のエッチングにより、第二の固定櫛歯層112、113が完全に形成される。メタル層507の存在が、これらの確実な形成に寄与している。
Next, the insulating
次に、マスク505及びメタル層507を除去した後に、SOI基板とパイレックスガラス基板508を陽極接合する(図5(1-j))。パイレックスガラス基板508には貫通孔が設けられている。こうして、可動櫛歯状構造体(第一及び第二の可動櫛歯層108、109)、第一の固定櫛歯層110、111、第二の固定櫛歯層112、113が形成される。なお、上記工程において、第一のシリコン層501には、可動板105、トーションバー104、固定端106も適当なパターニングとエッチングにより並行的に形成される。また、可動板105上にミラーを形成する場合は、図5(1-j)の工程のところで行えばよい。
Next, after removing the
この作製方法では、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体のアライメントは、初期のフォトリソグラフィーとエッチングで第一のシリコン層501の表面に形成されるマスク504及びマスク505により決定されており、可動櫛歯状構造体及び固定櫛歯状構造体形成後のアライメントを必要としない。つまり、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体を別々の基板に形成した場合に必要となるアライメント精度を要する組み立て工程が不要であり、生産が容易となる。また、第一及び第二の固定櫛歯層で可動櫛歯状構造体108、109を挟む様に配置し、可動櫛歯状構造体を上下に引き合う様に電位を与えることができる。これにより、トーションバーにねじり以外の変位(左右及び上下の変位)を与えることが抑えられる。したがって、トーションバーを柔らかく形成でき、低電圧で大きな角変位を可動板に生じさせることができる。また、大型のヨークなどを必要としないため構造を小型にできる。この様な小型の揺動体装置は、光偏向器、この光偏向器を用いた光学機器を構成するにあたり、その利点を発揮する
In this manufacturing method, the alignment between the movable comb-like structure and the fixed comb-like structure is determined by the
(第二の実施例)
次に、第二の実施例の揺動体装置を図6乃至9に沿って説明する。図6は本実施例の構成を示す上面図、図7はこの揺動体装置の断面図、図8と図9は本実施例の揺動体装置の駆動方法を説明する図である。可動櫛歯状構造体及び固定櫛歯状構造体の作製には、先に示した実施例と同様の方法を用いた。第二の実施例が第一の実施例と異なる点は、第一の実施例の様に可動櫛歯状構造体を可動板の縁部(トーションバーの伸長方向に略垂直な方向についての縁部)から伸ばして形成するのではなく、可動櫛歯状構造体をトーションバーに近接してその両側に配し、その伸長方向に略垂直な方向に伸ばして形成していることである。その他の点は第一の実施例と実質的に同じである。
(Second embodiment)
Next, the oscillator device of the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a top view showing the configuration of the present embodiment, FIG. 7 is a cross-sectional view of the oscillator device, and FIGS. 8 and 9 are diagrams for explaining a driving method of the oscillator device of this embodiment. For the production of the movable comb-like structure and the fixed comb-like structure, the same method as in the above-described example was used. The second embodiment is different from the first embodiment in that the movable comb-like structure is arranged at the edge of the movable plate (the edge in the direction substantially perpendicular to the extension direction of the torsion bar) as in the first embodiment. The movable comb-like structures are arranged close to the torsion bar on both sides thereof, and extended in a direction substantially perpendicular to the extending direction. Other points are substantially the same as the first embodiment.
本実施例でも、厚みが100μmの第一及び第二のシリコン層601、602、厚さ0.4μmのシリコン層に挟まれる絶縁層603からなるSOI基板を用いる。トーションバー604は、可動板605に対して、その中心部を通る一直線上にあり且つ可動板605の重心を両側で支持するように配置されている。また、可動板605は、トーションバー604と略平行な支持部614を有する。そして、トーションバー604は固定端606でパイレックスガラス基板607に固定されている。第一の可動櫛歯層608と第二の可動櫛歯層609、第一の固定櫛歯層610、611と第二の固定櫛歯層612、613とは、それぞれ、同形状で絶縁層603を挟んで対称な位置に配置されている。
Also in this embodiment, an SOI substrate including first and second silicon layers 601 and 602 having a thickness of 100 μm and an insulating layer 603 sandwiched between silicon layers having a thickness of 0.4 μm is used. The
第一の可動櫛歯層608は、可動板605の一部である支持部614からトーションバー604と略直交する方向に延びている。第一の可動櫛歯層608は、トーションバー604を隔てて対称な両側の位置に配置されている。これらのトーションバー604、可動板605、及び第一の可動櫛歯層608は第一のシリコン層601を除去加工して一体形成することができる。また、第一の可動櫛歯層608上には絶縁層603を介して第二の可動櫛歯層609がトーションバー604と略直交する方向に延びている。第二の可動櫛歯層609は、第二のシリコン層602を除去加工して一体形成することができる。第二の可動櫛歯層609は金属薄膜層(不図示)で可動板605と電気的に接続されている。
The first
第一の固定櫛歯層610、611は、第一のシリコン層601を除去加工して形成し、可動櫛歯状構造体(第一及び第二の可動櫛歯層608、609)が傾くときにこれと離間して噛み合う位置に配置されている。また、第二の固定櫛歯層612、613は、第二のシリコン層602を除去加工して形成し、可動櫛歯状構造体が傾くときにこれと離間して噛み合う位置に配置されている。勿論、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体の間には電気的な接続はない。また、第一の固定櫛歯層610、611と第二の固定櫛歯層612、613は、絶縁層603の存在によって、それぞれ互いに絶縁されている。
The first fixed comb layers 610 and 611 are formed by removing the
上記SOI基板は、第二のシリコン層602側でパイレックスガラス基板607に陽極接合して固定されている。パイレックスガラス基板607上には、電圧印加するための配線及びコンタクトバッド615〜619が形成されている。第一の固定櫛歯層610、611はそれぞれコンタクトパッド619、618とワイヤーボンディング(不図示)で電気的に接続され、第二の固定櫛歯層612、613はそれぞれコンタクトパッド616、615と電気的に接続されている。パイレックスガラス基板607には貫通孔620を設けてあり、可動板605が角変位したときに可動板605とパイレックスガラス基板607とが干渉しない様になっている。
The SOI substrate is fixed by anodic bonding to the
この構成のアクチュエーターにおいても、可動板605と第二の可動櫛歯層609が金属薄膜層で接続し、また可動板605と第一の可動櫛歯層608とは第一のシリコン層601を除去加工して一体形成されているため、第一の可動櫛歯層608と第二の可動櫛歯層609は電気的に接続している。したがって、図8に示すように、第一の固定櫛歯層610と第二の固定櫛歯層613に正のバイアス電圧を加え、第一の固定櫛歯層611と第二の固定櫛歯層612に負のバイアス電圧を加え、可動櫛歯状構造体608、609に、例えば、図9に示すようなノコギリ波の駆動電圧を加えると、可動櫛歯状構造体は、固定櫛歯状構造体610と613、611と612に交互に静電引力によって引き付けられ、変位角の応答波形も印加電圧波形と同様のノコギリ波となる(図8の状態1〜3は図9(b)の状態1〜3と一致)。これにより、可動板605はトーションバー604を回転軸として揺動運動する。
Also in the actuator of this configuration, the movable plate 605 and the second movable
本実施例でも、第一の実施例の効果とほぼ同じ効果が奏される。本実施例に特有の効果として、この構成の揺動体装置を共振駆動させる場合に、揺動体装置の慣性モーメントが、可動板の縁に可動櫛歯を形成した構成の場合よりも小さくできるので、可動板の角変位のスピードの高速化が可能である。また、非共振駆動においては、慣性モーメントが小さくできるので駆動波形に対する応答性が高くでき、変位角の応答波形を、急激に変化する部分を持つ三角波などにすることも可能である。また、可動櫛歯状構造体が可動板の一部である支持体に設けられており、可動板の変位角と可動櫛歯状構造体の変位角が略一致しており、単位変位角あたりの可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体との重なり面積の変化量が大きい。これにより、変位角あたりの可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体とで形成する静電容量の変化量が大きくなり、低電圧で大きな変位角を生じさせることが可能である。このことは、第一の実施例でも同様である。 In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment is obtained. As an effect peculiar to the present embodiment, when the oscillator device having this configuration is driven to resonate, the moment of inertia of the oscillator device can be made smaller than in the case where the movable comb teeth are formed on the edge of the movable plate. The speed of angular displacement of the movable plate can be increased. In non-resonant driving, since the moment of inertia can be reduced, the responsiveness to the driving waveform can be increased, and the response waveform of the displacement angle can be changed to a triangular wave having a rapidly changing portion. In addition, the movable comb-like structure is provided on a support that is a part of the movable plate, and the displacement angle of the movable plate and the displacement angle of the movable comb-like structure are approximately the same, The amount of change in the overlapping area between the movable comb-like structure and the fixed comb-like structure is large. As a result, the amount of change in the capacitance formed by the movable comb-shaped structure and the fixed comb-shaped structure per displacement angle is increased, and a large displacement angle can be generated at a low voltage. The same applies to the first embodiment.
(第三実施例)
次に、第三実施例に係る光学機器について説明する。本実施例の光学機器では、上記実施例で説明した揺動体装置の可動板上の金属薄膜を反射鏡として用いた光偏向器を使用している。図10は、光学機器として画像表示装置の場合を例として示す図である。
(Third embodiment)
Next, an optical apparatus according to the third embodiment will be described. In the optical apparatus of this embodiment, an optical deflector using a metal thin film on the movable plate of the oscillator device described in the above embodiment as a reflecting mirror is used. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an image display device as an optical apparatus.
図10において、1101は、図1などの光偏向器を偏向方向が互いに直交する様に2個配置した光偏向器群であり、この場合は、水平・垂直方向に入射光をラスタスキャンする光スキャナ装置として用いている。1102はレーザ光源である。1103はレンズ或いはレンズ群であり、1004は書き込みレンズ又はレンズ群、1105は投影面である。レーザ光源1102から射出されたレーザ光は、光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、光偏向器群1101により2次元的に走査される。走査されたレーザ光は、書き込みレンズ1104を透過して投影面1105上に画像を形成する。これにより、大走査角を特徴とし且つ生産性が良く低消費電力の光スキャナ装置を実現できる。 In FIG. 10, reference numeral 1101 denotes an optical deflector group in which two optical deflectors shown in FIG. 1 or the like are arranged so that the deflection directions are orthogonal to each other. In this case, light for raster scanning incident light in the horizontal and vertical directions. Used as a scanner device. Reference numeral 1102 denotes a laser light source. Reference numeral 1103 denotes a lens or a lens group, 1004 denotes a writing lens or lens group, and 1105 denotes a projection surface. Laser light emitted from the laser light source 1102 is subjected to predetermined intensity modulation related to the timing of optical scanning, and is scanned two-dimensionally by the optical deflector group 1101. The scanned laser light passes through the writing lens 1104 and forms an image on the projection surface 1105. Thereby, it is possible to realize an optical scanner device characterized by a large scanning angle, high productivity and low power consumption.
(第四実施例)
図11は、上記実施例で示した揺動体装置の可動板上の金属薄膜を反射鏡として用いた光偏向器を画像形成装置に用いた場合の第四実施例を示す図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing a fourth embodiment in the case where an optical deflector using a metal thin film on a movable plate of the oscillator device shown in the above embodiment as a reflecting mirror is used in an image forming apparatus.
図11において、1201は図1などに示された光偏向器であり、この場合は、入射光を1次元に走査する光スキャナ装置として用いている。1202はレーザ光源である。1203はレンズ或いはレンズ群であり、1204は書き込みレンズ或いはレンズ群、1205は感光体である。レーザ光源1202から射出されたレーザ光は光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、光偏向器1201により1次元的に走査される。走査されたレーザ光は、書き込みレンズ1204により感光体1205上へ画像を形成する。感光体1205は図示しない帯電器により一様に帯電されており、この上に光を走査することにより静電潜像が形成される。そして、図示しない現像器により静電潜像の画像部分にトナー像が形成され、これを、例えば、図示しない用紙に転写・定着することで用紙上に可視像が形成される。これにより、大走査角を特徴とし且つ生産性が良く低消費電力の画像形成装置を実現できる。
In FIG. 11,
101、501、601 第一のシリコン層
102、502、602 第二のシリコン層
103、503、603 絶縁層
104、604 軸支部(トーションバー)
105、605 可動板
107、508、607 支持基板(ガラス基板)
108、608 第一の可動櫛歯層(可動櫛歯状構造体)
109、609 第二の可動櫛歯層(可動櫛歯状構造体)
110、111、610、611 第一の固定櫛歯層(固定櫛歯状構造体)
112、113、612、613 第二の固定櫛歯層(固定櫛歯状構造体)
114〜118、615〜619 コンタクトパッド(静電駆動手段)
113、503、603 接続層(絶縁層)
614 支持部
1101、1201 光偏向器
1102、1202 光源(レーザ)
101, 501, 601
105, 605
108,608 First movable comb layer (movable comb-like structure)
109,609 Second movable comb layer (movable comb-like structure)
110, 111, 610, 611 First fixed comb layer (fixed comb-like structure)
112, 113, 612, 613 Second fixed comb layer (fixed comb-like structure)
114-118, 615-619 Contact pad (electrostatic drive means)
113, 503, 603 Connection layer (insulating layer)
614
Claims (10)
4. The method for manufacturing an oscillator device according to claim 3, wherein the movable comb-like structure and the fixed comb-like structure are spaced from a silicon wafer in which two silicon layers are bonded via an insulating layer. The movable plate, the shaft support, the movable comb-like structure, and the fixed comb-like structure are formed while performing alignment for meshing with a mask formed on the surface of the silicon wafer by photolithography and etching. A method of manufacturing an oscillator device.
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