(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、厚さ方向において、保持部材１３０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。【選択図】図１
2014021188.tif 000002
【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、前記保持部材の中心は、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、前記保持部材の第１面と、前記可動電極の第１面とは同一面を形成しており、かつ前記保持部材の第２面と、前記可動電極の第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、
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、枠体、保持部材、可動電極、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おり、かつ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。そして、厚さ方向において、保持部材の中心は、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】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】図１のＢ−Ｂ´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】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６】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７】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８】可動電極を１ｋＨｚで±５°の範囲で振動させたときの、可動電極と検出用電極の間の静電容量の変化を示している。
【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】
図１は、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。図３は、図１のＢ−Ｂ´断面図である。回転型アクチュエータ１００は、枠体１１０、保持部材１３０、可動電極１２０、固定電極１４０、及び検出用電極１５０を備えている。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、厚さ方向において、保持部材１３０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。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。
【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】
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。
【００１６】
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、保持部材１３０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、保持部材１３０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、保持部材１３０の全てが可動電極１２０と重なっている。そして、保持部材１３０の厚さは、例えば可動電極１２０の厚さの０．１倍以上１未満、好ましくは０．５倍以上０．７倍以下である。
【００１７】
保持部材１３０は、少なくとも可動電極１２０と接続している部分が、可動電極１２０よりも薄くなっている。保持部材１３０のうち枠体１１０と接続している部分は、可動電極１２０と同じ厚さであってもよい。
【００１８】
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。
【００１９】
また、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のうち少なくとも可動電極１２０に接続している部分は、上面及び下面のいずれも支持されていない。
【００２０】
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。
【００２１】
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の回転方向及び角度を所望の値に制御することができる。
【００２２】
また図２に示したように、保持部材１３０は、厚さ方向の中心が、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、厚さ方向で見た場合、可動電極１２０回転中心は、検出用電極１５０の中心からずれている。従って、詳細を後述するように、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。
【００２３】
また図３に示したように、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。
【００２４】
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。
【００２５】
図４、図５、及び図６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。これらの各図において、（ａ）は図１のＡ−Ａ´断面に相当しており、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ´断面に相当している。
【００２６】
まず、図４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。
【００２７】
次いで図５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、保持部材１３０は、可動電極１２０と同じ厚さを有している。
【００２８】
その後、図６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、固定電極１４０、及び検出用電極１５０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をマスクとして保持部材１３０をハーフエッチング（ドライエッチング）する。これにより、保持部材１３０は薄くなる。
【００２９】
その後、基板３１０の上にレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、基板３１０及び絶縁層３２０をエッチングする。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。
【００３０】
その後、レジストパターン（レジストパターン５２を含む）は除去される。このようにして、図１〜図３に示した回転型アクチュエータ１００が形成される。
【００３１】
図７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。実線は、図１〜図３に示した実施形態に係る回転型アクチュエータ１００におけるデータであり、点線（比較例）は、保持部材１３０の厚さが可動電極１２０の厚さと同じ回転型アクチュエータ１００におけるデータである。
【００３２】
比較例及び実施例の双方において、可動電極１２０の回転角度が０°、すなわち保持部材１３０がねじれていない場合、可動電極１２０と検出用電極１５０の間の静電容量は最大になる。そして、可動電極１２０が回転するにつれて、この静電容量は小さくなる。ここで、比較例においては、可動電極１２０の回転量と静電容量の減少量（又は絶対値）の相関は、回転方向が変わっても同一である。
【００３３】
これに対して実施形態においては、可動電極１２０の回転量と静電容量の減少量（又は絶対値）の相関は、回転方向によって異なる。具体的には、可動電極１２０が＋方向（図３における上方向）に回転した場合の静電容量は、可動電極１２０が−方向（図３における下方向）に回転した場合の静電容量よりも小さくなっている。
【００３４】
また、制御部２００は、可動電極１２０と固定電極１４０の間に印加する電圧によって、可動電極１２０の回転角度を算出できる。このため、制御部２００は、図７に示したデータを予め記憶しておくことにより、可動電極１２０の回転方向を判断することができる。
【００３５】
図８は、可動電極１２０を１ｋＨｚで±５°の範囲で振動させたときの、可動電極１２０と検出用電極１５０の間の静電容量の変化を示している。このグラフからも、可動電極１２０の回転方向を判断することが分かる。
【００３６】
以上、本実施形態によれば、厚さ方向において、保持部材１３０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、保持部材１３０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。
【００３７】
また本実施形態では、可動電極１２０の下面と、保持部材１３０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、保持部材１３０の上面とは同一面を形成していない。このような構成は、保持部材１３０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。
【００３８】
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】
【００３９】
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
２００ 制御部
３１０ 基板
３２０ 絶縁層
３３０ 導電層
５０ レジストパターン
５２ レジストパターン
【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】
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【図８】
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