(57)【要約】【課題】可動電極の回転方向及び回転角度の双方を検出することができ、回転型アクチュエータが厚くなることを抑制でき、かつ回転角度の検出精度が低くなることを抑制できるようにする。【解決手段】保持部材１３０は、可動電極１２０を枠体１１０に取り付けており、かつ可動電極１２０の回転軸となる。固定電極１４０は、平面視で可動電極１２０に対向している。検出用電極１５０は、可動電極１２０及び固定電極１４０から絶縁されており、平面視において可動電極１２０の一辺に対向している。そして図２に示すように、検出用電極１５０は、厚さ方向において、可動電極１２０と少なくとも一部が重なっており、かつ中心が、可動電極１２０の厚さ方向の中心と重なっていない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動電極と、
枠体と、
前記可動電極を前記枠体に取り付け、前記可動電極の回転軸となる保持部材と、
平面視で前記可動電極に対向している固定電極と、
前記可動電極及び前記固定電極から絶縁されており、平面視において前記可動電極の一辺に対向している検出用電極と、
を備え、
厚さ方向において、前記検出用電極は、前記可動電極と少なくとも一部が重なっており、かつ中心が、前記可動電極の厚さ方向の中心と重なっていない回転型アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転型アクチュエータにおいて、
厚さ方向で見た場合、前記可動電極の第１面と、前記検出用電極の第１面とは同一面を形成しており、かつ前記可動電極の第２面と、前記検出用電極の第２面とは同一面を形成していない回転型アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転型アクチュエータにおいて、
２つの前記固定電極が、前記可動電極を介して互いに対向するように配置されており、
前記検出用電極は、前記可動電極のうち前記２つの固定電極に面する２辺それぞれに設けられている回転型アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転型アクチュエータにおいて、
前記可動電極の一面は鏡面である回転型アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転型アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転型アクチュエータは、例えば光スキャナーなどにおいて光の方向を変えるために用いられている。このような用途の回転型アクチュエータは、可動部である可動電極と、固定電極と、検出用電極を有している。可動電極は、可動電極と固定電極の間に印加される電圧によって揺動する。可動電極の回転角度は、可動電極と検出用電極の間に生じる静電容量の変化に基づいて検出される（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
特に特許文献２に記載の技術では、可動電極と検出用電極が厚さ方向にずれて配置されている。このため、可動電極と検出用電極の間に生じる静電容量の変化に基づいて、可動電極の回転方向も検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０８２５１号公報
【特許文献２】特開２００４−１０９５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２に記載の技術では、可動電極と検出用電極が厚さ方向にずれて配置されている。このため、回転型アクチュエータが厚くなってしまう。また、可動電極と検出用電極の間に生じる静電容量の変化が小さくなるため、回転角度の検出精度が低くなってしまう。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可動電極の回転方向及び回転角度の双方を検出することができ、回転型アクチュエータが厚くなることを抑制でき、かつ回転角度の検出精度が低くなることを抑制できる回転型アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、回転型アクチュエータは、可動電極、枠体、保持部材、固定電極、及び検出用電極を備えている。保持部材は、可動電極を枠体に取り付けている。また保持部材は、可動電極の回転軸となる。固定電極は、平面視で可動電極に対向している。検出用電極は、可動電極及び固定電極から絶縁されており、平面視において可動電極の一辺に対向している。また検出用電極は、厚さ方向において、可動電極と少なくとも一部が重なっており、かつ中心が、可動電極の厚さ方向の中心と重なっていない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、可動電極の回転方向及び回転角度の双方を検出することができ、回転型アクチュエータが厚くなることを抑制でき、かつ回転角度の検出精度が低くなることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る回転型アクチュエータの構成を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ´断面図である。
【図３】回転型アクチュエータの製造方法を示すための断面図である。
【図４】回転型アクチュエータの製造方法を示すための断面図である。
【図５】可動電極の回転角度θと、可動電極と検出用電極の間に生じる静電容量との関係を示す図である。
【図６】可動電極と検出用電極の間に生じる静電容量のピーク位置の一例を示す図である。
【図７】可動電極を±２°で１ｋＨｚの周波数で振動させたときの静電容量の変化を示す図である。
【図８】可動電極を±１０°で１ｋＨｚの周波数で振動させたときの静電容量の変化を示す図である。
【図９】第２の実施形態に係る回転型アクチュエータの構成を示す平面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る回転型アクチュエータの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る回転型アクチュエータ１００の構成を示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ´断面図である。なお図２においては、説明のため、保持部材１３０を点線で示している。図１に示すように、本実施形態に係る回転型アクチュエータ１００は、可動電極１２０、枠体１１０、保持部材１３０、固定電極１４０、及び検出用電極１５０を有している。保持部材１３０は、可動電極１２０を枠体１１０に取り付けており、かつ可動電極１２０の回転軸となる。固定電極１４０は、平面視で可動電極１２０に対向している。検出用電極１５０は、可動電極１２０及び固定電極１４０から絶縁されており、平面視において可動電極１２０の一辺に対向している。そして図２に示すように、検出用電極１５０は、厚さ方向において、可動電極１２０と少なくとも一部が重なっており、かつ中心が、可動電極１２０の厚さ方向の中心と重なっていない。以下、詳細に説明する。
【００１２】
図１に示すように、可動電極１２０の平面形状は矩形である。そして固定電極１４０は、平面視で可動電極１２０を挟むように２つ設けられている。可動電極１２０のうち固定電極１４０と対向する辺（図１においてＸ方向に伸びている辺）は、櫛歯形状となっている。枠体１１０は、可動電極１２０の４辺のうち固定電極１４０と対向していない２つの辺（図１においてＹ方向に伸びている辺）それぞれに対向している。保持部材１３０は、可動電極１２０のうち枠体１１０と対向している２辺それぞれに対して設けられている。詳細には、保持部材１３０は、可動電極１２０のうち枠体１１０と対向している辺の中心に接続している。そして２つの保持部材１３０を結ぶ線が、可動電極１２０の回転軸となっている。本実施形態では、枠体１１０、可動電極１２０、及び保持部材１３０は一体的に形成されている。
【００１３】
固定電極１４０のうち可動電極１２０と対向する辺は、櫛歯形状となっており、可動電極１２０の櫛歯部分とかみ合っている。このため、固定電極１４０と可動電極１２０は、互いに対向する部分の面積が大きくなり、その結果、可動電極１２０の駆動力は大きくなる。
【００１４】
検出用電極１５０は、固定電極１４０と並んでおり、可動電極１２０のうち固定電極１４０と対向している辺に対向している。本図に示す例では、固定電極１４０は、可動電極１２０の辺の中心部分に対向している。そして検出用電極１５０は、固定電極１４０を挟むように設けられており、可動電極１２０の辺の両端それぞれに対向している。固定電極１４０は、検出用電極１５０よりも大きい。本図に示す例では、検出用電極１５０は、可動電極１２０のうち対向する２辺に設けられている。すなわち検出用電極１５０は、保持部材１３０を基準として線対称となるように設けられている。ただし、検出用電極１５０は、可動電極１２０の一辺にのみ設けられていても良い。
【００１５】
また、図２に示すように、厚さ方向で見た場合、可動電極１２０の第１面（図２における下面）と、検出用電極１５０のうち可動電極１２０と対向している部分の第１面（図２における下面）とは同一面を形成しているが、可動電極１２０の第２面（図２における上面）と、検出用電極１５０のうち可動電極１２０と対向している部分の第２面（図２における上面）とは同一面を形成していない。このため、本実施形態では、厚さ方向で見た場合、可動電極１２０が回転していない状態において、検出用電極１５０の全てが可動電極１２０と重なっている。
【００１６】
具体的には、検出用電極１５０は、厚肉部１５２と薄肉部１５４を有している。薄肉部１５４は、検出用電極１５０のうち可動電極１２０に対向している部分に設けられている。厚肉部１５２の厚さは可動電極１２０の厚さとほぼ等しい。厚肉部１５２は、検出用電極１５０のうち可動電極１２０とは逆側の部分に位置している。そして薄肉部１５４は、検出用電極１５０のうち可動電極１２０に対向している部分に位置している。薄肉部１５４は、可動電極１２０よりも薄く、そのため、薄肉部１５４の第２面は、可動電極１２０の第２面よりも低くなっている。薄肉部１５４の厚さは、例えば可動電極１２０の厚さの０．３倍以上１倍未満、好ましくは０．５倍以上０．７倍以下である。なお、固定電極１４０の上面は、可動電極１２０の上面及び枠体１１０の上面と同一面を形成しており、固定電極１４０の下面は、可動電極１２０の下面及び枠体１１０の下面と同一面を形成している。
【００１７】
なお、枠体１１０の下面、検出用電極１５０の下面、及び固定電極１４０の下面は、絶縁層３２０を介して基板３１０によって支持されている。これに対して可動電極１２０及び保持部材１３０は、上面及び下面のいずれも支持されていない。
【００１８】
回転型アクチュエータ１００の可動電極１２０は、例えば上面が鏡面になっている。この鏡面は、例えば可動電極１２０の上面に金属膜（例えばＡｌ膜）を形成することにより、形成されている。そして可動電極１２０の角度を変えることにより、可動電極１２０に入射してきた光の反射角を変える。回転型アクチュエータ１００は、例えば光スキャナーやモーションセンサに用いられる。
【００１９】
制御部２００は、可動電極１２０の動きを制御する。具体的には、可動電極１２０を回転させるとき、制御部２００は、可動電極１２０と固定電極１４０の間に、交流電圧と直流電圧とを重畳させた電圧を印加する。これにより、可動電極１２０は回転する。可動電極１２０が回転すると、可動電極１２０と検出用電極１５０の間に生じる容量が異なる。このため、制御部２００は、この容量の大きさに基づいて可動電極１２０の回転角度を算出することができる。従って、制御部２００は、可動電極１２０の回転角度を所望の値に制御することができる。
【００２０】
また図２に示したように、検出用電極１５０の薄肉部１５４は、厚さ方向において、中心が、可動電極１２０の厚さ方向の中心と重なっていない。このため、制御部２００は、可動電極１２０と検出用電極１５０の間に生じる容量の変化の推移に基づいて、可動電極１２０の回転方向を判断することができる。
【００２１】
また図２に示したように、検出用電極１５０の薄肉部１５４は、厚さ方向において、可動電極１２０と少なくとも一部が重なっている。このため、可動電極１２０が回転したとき、可動電極１２０と検出用電極１５０の間に生じる容量の変化は大きくなる。また、回転型アクチュエータ１００が厚くなることを抑制できる。
【００２２】
なお図１に示す例では、検出用電極１５０は、可動電極１２０のうち互いに対向する２辺に設けられている。このような場合、制御部２００は、一方の辺に設けられた検出用電極１５０のみを用いて、可動電極１２０の回転方向を判断する。制御部２００が行う判断の詳細については後述する。
【００２３】
図３及び図４は、回転型アクチュエータ１００の製造方法を示すための断面図である。これらの図に示す断面は、図１のＡ−Ａ´断面に相当している。まず、図３（ａ）に示すように、基板３１０上に絶縁層３２０及び導電層３３０を形成したものを準備する。基板３１０、絶縁層３２０、及び導電層３３０は、例えばＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板である。この場合、導電層３３０は、不純物が導入されたシリコン層である。次いで、基板３１０の下面及び導電層３３０の上面を洗浄する。
【００２４】
次いで図３（ｂ）に示すように、導電層３３０上にレジストパターン５０を形成する。次いで、レジストパターン５０をマスクとして導電層３３０をドライエッチングする。これにより、枠体１１０、可動電極１２０、保持部材１３０、固定電極１４０、及び検出用電極１５０が形成される。なお、この状態において、検出用電極１５０は、保持部材１３０及び固定電極１４０と同じ厚さを有している。
【００２５】
その後、図４（ａ）に示すように、レジストパターン５０を除去する。次いで、枠体１１０、可動電極１２０、保持部材１３０、固定電極１４０、及び検出用電極１５０のうち厚肉部１５２となる部分をレジストパターン５２で覆う。そして、レジストパターン５２をマスクとして検出用電極１５０をハーフエッチング（ドライエッチング）する。これにより、検出用電極１５０に薄肉部１５４が形成される。
【００２６】
次いで、図４（ｂ）に示すように、基板３１０の下面にレジストパターン５４を形成する。次いで、レジストパターン５４をマスクとして基板３１０をドライエッチングする。これにより、基板３１０及び絶縁層３２０のうち可動電極１２０及び保持部材１３０の下に位置している部分は除去される。
【００２７】
その後、レジストパターン５２及びレジストパターン５４は除去される。このようにして、図１及び図２に示した回転型アクチュエータ１００が形成される。
【００２８】
図５は、可動電極１２０の回転角度θと、可動電極１２０と検出用電極１５０の間に生じる静電容量との関係を示す図である。図５に示すように、可動電極１２０が第１の方向に回転した場合（図中左側）の容量の推移と、第２の方向に回転した場合（図中右側）に回転した場合の容量の推移は異なる。このため、図５に示したデータを予め記憶しておくことにより、制御部２００は、可動電極１２０の回転方向及び回転角度を判断することができる。
【００２９】
図６は、検出用電極１５０に薄肉部１５４を設けたことによって可動電極１２０と検出用電極１５０の間に生じる静電容量のピークがどこに位置するかシミュレーションした結果の一例を示している。本図に示すように、可動電極１２０と検出用電極１５０の間に生じる静電容量は、薄肉部１５４を設けたことによって、可動電極１２０の回転角度が０°以外のときにピークとなる。ただし、可動電極１２０と検出用電極１５０の間に生じる静電容量は、可動電極１２０の回転角度がある程度小さい範囲では、ピークとなる回転角度を基準として線対称な関係を示す。
【００３０】
図７は、可動電極１２０を±２°で１ｋＨｚの周波数で振動させたときの静電容量の変化を示している。また図８は、可動電極１２０を±１０°で１ｋＨｚの周波数で振動させたときの静電容量の変化を示している。いずれの場合も、可動電極１２０の回転方向が異なる場合、可動電極１２０の回転角度が同一であっても可動電極１２０と検出用電極１５０の容量の推移は異なる。特に図７に示すように、可動電極１２０の振動角度が、図６に示したピークとなる回転角度よりも小さいとき、可動電極１２０の回転方向が異なると、可動電極１２０の回転角度が同一であっても、可動電極１２０の回転方向が異なる可動電極１２０と検出用電極１５０の容量の大きさは異なる。このため、制御部２００は、可動電極１２０の回転方向及び回転角度を判断することができる。
【００３１】
以上、本実施形態によれば、厚さ方向において、検出用電極１５０の中心は、可動電極１２０の厚さ方向の中心と重なっていない。このため、制御部２００は、可動電極１２０と検出用電極１５０の間に生じる容量の変化の推移に基づいて、可動電極１２０の回転方向を判断することができる。また、検出用電極１５０は、少なくとも一部が可動電極１２０と重なっている。このため、回転型アクチュエータ１００が厚くなることを抑制でき、かつ回転角度の検出精度が低くなることを抑制できる。
【００３２】
また本実施形態では、可動電極１２０の下面と、検出用電極１５０の薄肉部１５４の下面とは同一面を形成しているが、可動電極１２０の上面と、検出用電極１５０の薄肉部１５４の上面とは同一面を形成していない。このような構成は、検出用電極１５０をハーフエッチングするのみで実現できる。従って、回転型アクチュエータ１００の製造コストは低くなる。
【００３３】
また本実施形態では、検出用電極１５０は、可動電極１２０のうち互いに対向する２辺に設けられている。このため、回転型アクチュエータ１００の構造を、可動電極１２０の回転軸を基準として線対称にすることができる。この場合、制御部２００は、可動電極１２０の回転を制御しやすい。
【００３４】
（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る回転型アクチュエータ１００の構成を示す平面図である。本図に示す回転型アクチュエータ１００は、固定電極１４０と検出用電極１５０の間に接地電極１６０を有している点を除いて、第１の実施形態に示した回転型アクチュエータ１００と同様の構成である。接地電極１６０は、接地されており、固定電極１４０に印加される電圧が検出用電極１５０と可動電極１２０の間に生じる容量に影響を与えることを抑制している。
【００３５】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、接地電極１６０は、固定電極１４０に印加される電圧が検出用電極１５０と可動電極１２０の間に生じる容量に影響を与えることを抑制している。このため、制御部２００は精度良く可動電極１２０の回転角度を検出することができる。
【００３６】
（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態に係る回転型アクチュエータ１００の構成を示す図である。本図に示す回転型アクチュエータ１００は、固定電極１４０及び検出用電極１５０のレイアウトを除いて、第１の実施形態に係る回転型アクチュエータ１００と同様の構成である。
【００３７】
本実施形態において、検出用電極１５０は、可動電極１２０の辺の中心部分に対向している。そして固定電極１４０は、検出用電極１５０を挟むように設けられており、可動電極１２０の辺の両端それぞれに対向している。固定電極１４０は、検出用電極１５０よりも大きい。
【００３８】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態において、第２の実施形態に示した接地電極１６０をもうけても良い。この場合、第２の実施形態と同様の効果も得られる。
【００３９】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００４０】
５０ レジストパターン
５２ レジストパターン
５４ レジストパターン
１００ 回転型アクチュエータ
１１０ 枠体
１２０ 可動電極
１３０ 保持部材
１４０ 固定電極
１５０ 検出用電極
１５２ 厚肉部
１５４ 薄肉部
１６０ 接地電極
２００ 制御部
３１０ 基板
３２０ 絶縁層
３３０ 導電層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014023207.tif 000009
【図８】
2014023207.tif 000010
【図９】
2014023207.tif 000011
【図１０】
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