JP2006133387A - 揺動体装置、及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体の間の噛み合いアライメントを比較的容易に達成できる揺動体装置である。
【解決手段】揺動体装置は、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軸支部１０４と、可動板１０５から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配置される固定櫛歯状構造体１１０〜１１３と、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を備える。可動櫛歯状構造体１０８、１０９が、互いに接続層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、固定櫛歯状構造体１１０〜１１３が、互いに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からなる。
【選択図】図２

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。

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。

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。

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。

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。
IBM J.RES. DEVELOP., VOL.24,NO5,9,1980.P631-637 特開平２００３−２４１１３４号公報

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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））

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。

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。

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。

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

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

本発明の揺動体装置の第一の実施例を示す上面図である。 本発明の揺動体装置の第一の実施例を示す断面図である。 本発明の揺動体装置の第一の実施例の駆動方法を説明する断面図である。 本発明の揺動体装置の第一の実施例の櫛歯状構造体の作製方法を説明する断面図である。 本発明の揺動体装置の第一の実施例の櫛歯状構造体の作製方法を説明する断面図である。 本発明の揺動体装置の第二の実施例を示す上面図である。 本発明の揺動体装置の第二の実施例を示す断面図である。 本発明の揺動体装置の第二の実施例の駆動方法を説明する断面図である。 本発明の揺動体装置の可動櫛歯状構造体への印加電圧と可動体の変位角変化を示す図である。 本発明の揺動体装置を光偏向器として用いた第三実施例に係る画像形成装置を示す図である。 本発明の揺動体装置を光偏向器として用いた第四実施例に係る画像形成装置を示す図である。 従来例を示す図である。 他の従来例を示す図である。

符号の説明

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）

Claims (10)

1. 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揺動体装置。
2. 前記軸支部はトーションバーであり、前記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請求項１記載の揺動体装置。
3. 前記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と接続層と絶縁層は、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形成されて成る請求項１または２記載の揺動体装置。
4. 前記可動板が揺動していない状態において、前記接続層と前記絶縁層が同一平面内にあり、接続層及び絶縁層に垂直な厚さ方向において前記可動櫛歯状構造体の厚みが前記固定櫛歯状構造体の厚みよりも小さい請求項１乃至３のいずれかに記載の揺動体装置。
5. 前記可動櫛歯状構造体は、前記略直交する方向における可動板の縁部から延びている請求項２乃至４のいずれかに記載の揺動体装置。
6. 前記可動櫛歯状構造体は、前記軸支部に近接してその伸長方向に略平行な方向に可動部から延びた支持部から延びている請求項２乃至４のいずれかに記載の揺動体装置。
7. 可動櫛歯状構造体の第一の可動櫛歯層と第二の可動櫛歯層及び固定櫛歯状構造体の第一の固定櫛歯層と第二の固定櫛歯層のうちの少なくとも１つの組が、可動板の揺動・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請求項１乃至６のいずれかに記載の揺動体装置。
8. 請求項３記載の揺動体装置の作製方法であって、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揺動体装置の作製方法。
   
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載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する光偏向器。
10. 請求項９記載の光偏向器、及び前記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光学機器。

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