(57)【要約】  反射面を表面に有する第１移動部と、第１移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを支持部の上下で片持ち支持梁形式で連結する第１の梁および平行移動梁と、第１移動部を移動させるための駆動部とを備え、第１移動部を第１反射面に垂直な方向に共振振動させることで小さなエネルギーで大きな振幅を得ることができ、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光反射機構、光干渉計および分光分析器を提供することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１反射面を表面に有する第１移動部と、
前記第１移動部を支持する支持部と、
前記第１移動部と前記支持部とを連結する第１の梁と、
前記第１移動部と前記支持部とを、前記第１の梁とは前記第１反射面に垂直な方向に異なる位置で連結する平行移動梁と、
前記第１移動部を移動させるための駆動部とを備え、
前記駆動部は、前記第１移動部を、前記第１反射面に垂直な方向に共振振動させることを特徴とする光反射機構。
【請求項２】
請求項１に記載の光反射機構と、
固定された第２反射面と、
入射光を前記光反射機構と前記第２反射面とに分割するビームスプリッタとを備え、
前記光反射機構の前記第１移動部と前記第２反射面とで１つの光束の光を反射させて２つに分割し、前記ビームスプリッタで分割された入射光の一方を試料に入射させて透過させ、透過した光と分割された反射光の他方とを干渉させることを特徴とする光干渉計。
【請求項３】
請求項１に記載の光反射機構と、
固定された第２反射面とを備え、
試料で反射された光を、前記光反射機構の前記第１移動部の前記第１反射面と、前記第２反射面とで反射させて２つに分割し、分割された２つの反射光を干渉させることを特徴とする分光分析器。
【請求項４】
第１反射面を表面に有する第１移動部と、
前記第１反射面と同一平面上に形成された第２反射面を表面に有する第２移動部と、
前記第１移動部および前記第２移動部を支持する支持部と、
前記第１移動部と前記支持部とを連結する第１の梁と、
前記第２移動部と前記支持部とを連結する第２の梁と、
前記第１移動部および前記第２移動部を移動させるための駆動部とを備え、
前記駆動部は、前記第１移動部と前記第２移動部とを、前記第１反射面および前記第２反射面に垂直な方向に、互いに逆位相で移動させることを特徴とする光反射機構。
【請求項５】
前記第１移動部と前記第２移動部との移動は、逆位相の共振振動であることを特徴とする請求項４に記載の光反射機構。
【請求項６】
前記光反射機構は、前記第１反射面および前記第２反射面に平行な平板状に構成され、
前記第１移動部、前記第２移動部および前記支持部は、相対的に厚い平板状の層で構成され、
前記第１の梁および前記第２の梁は、相対的に薄い平板状の層で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の光反射機構。
【請求項７】
請求項４に記載の光反射機構を備え、
前記光反射機構の前記第１移動部と前記第２移動部とで１つの光束の光を反射させて２つに分割し、分割された反射光の一方を試料に入射させて透過させ、透過した光と分割された反射光の他方とを干渉させることを特徴とする光干渉計。
【請求項８】
請求項４に記載の光反射機構を備え、
試料で反射された光を、前記光反射機構の前記第１移動部と前記第２移動部とで反射させて２つに分割し、分割された２つの反射光を干渉させることを特徴とする分光分析器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光反射機構、光干渉計および分光分析器に関し、特に微細加工技術によって形成された光反射機構、光干渉計および分光分析器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レンズやプリズム等の光学部品の形状を検査する分野で光干渉計が用いられている。これは、レーザ光源からの光を一旦２つに分岐し、分岐した一方の光をレンズやプリズム等の被検査物（以下、試料と言う）に透過させた後に、分岐した２つの光を再度１つに重ね合わせたときに発生する干渉縞を観察することで、レンズの収差やプリズムの平面性等を測定するものである。この方法では、試料で発生する微妙な光学特性の差異を、干渉縞により拡大して検出することができる。【０００３】
また、同様の光干渉計を用いて、試料からの反射光に含まれる波長成分を検出し、それに含まれる元素等を分析する分光分析器が知られている。これは、試料に測定範囲の全ての波長が含まれる白色光等を照射し、その反射光を、上記と同様に、一旦２つに分岐して、一方の光路長を連続的に変化させることで、分岐した２つの光に光路長差を与えた上で、分岐した２つの光を再度重ね合わせて干渉させるものである。干渉光の強度変化を測定することにより、反射光に含まれる波長の成分を検出することができる。【０００４】
一方、半導体プロセスを用いた微細加工技術であるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により、後者の分光分析器用の干渉計を作成する提案がなされている。例えば、非特許文献１には、２枚のミラーの一方を固定し、他方を移動させて反射光を干渉させる位相シフト型分光器が示されている。【０００５】
また、特許文献１には、同じく分光分析器用の干渉計として、櫛歯状に分割されたラメラ格子の一方を固定し、他方を移動して干渉させるラメラ格子干渉計が提案されている。【０００６】
さらに、分光分析器とは異なるが、例えば、特許文献２には、ＭＥＭＳ技術を用いて固定ミラーと可動ミラーとを形成し、固定ミラーに対して可動ミラーを静電気力によって移動させることで、固定ミラーと可動ミラーとの間に生じる光干渉作用で光変調を行う光変調素子と、該光変調素子を並べて個別に駆動することで画像を形成する平面表示素子とが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００８−５０３７３２号公報
【特許文献２】特開２００４−２１２６７０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】井上大輔、大平文和、論文「分光センシング用ＭＥＭＳミラーの研究」、２００８年５月２７日掲載：ｈｔｔｐ：／／ｎｓｎ．ｋｙｏｔｏ−ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｗｐ−ｃｏｎｔｅｎｔ／ｕｐｌｏａｄｓ／２００８／０４／ｈ１９−０２２．ｐｄｆ：（２００９年３月１３日検索）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＭＥＭＳ技術では、大面積のシリコン基板に、フォトリソグラフィの技術を用いて形状を転写、エッチングし、微細な形状を高精度、一括に形成するため、小型化することによりコストを大幅に低減できる利点がある。【００１０】
構造的には、薄いシリコン基板上にミラーを形成するため、ミラー面に垂直な方向にミラーを移動させるためには、曲がり梁機構を利用することが多い。しかし、ミラーの移動量を大きくするためには、梁を長く、駆動力を大きくする必要があるので、デバイスが大型化、高コスト化してしまい、ＭＥＭＳ技術の利点をそいでしまう。【００１１】
この観点から上述した先行技術を見ると、非特許文献１の方法では、２枚のミラーの一方を固定とし、他方のミラーを可動としているため、可動側のミラーの移動量を大きくする必要があること、および、ミラーの移動が共振でないことから、ミラーの移動に大きな駆動力が必要となり、小型化、省エネルギー化、低コスト化に課題がある。【００１２】
また、特許文献１の方法では、移動側のラメラ格子を共振させるために、駆動力は低減できるものの、ラメラ格子の一方を固定し、他方を移動するため、移動側のラメラ格子に大きな変位が必要となり、小型化、省エネルギー化、低コスト化に課題がある。【００１３】
さらに、特許文献２の方法でも、２枚のミラーの一方が固定のため、可動ミラーの移動量を大きくする必要があること、および、可動ミラーを個別に静電気力で駆動するため、大きな駆動力が必要となり、小型化、省エネルギー化、低コスト化に課題がある。【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光反射機構、光干渉計および分光分析器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。【００１６】
１．第１反射面を表面に有する第１移動部と、
前記第１移動部を支持する支持部と、
前記第１移動部と前記支持部とを連結する第１の梁と、
前記第１移動部と前記支持部とを、前記第１の梁とは前記第１反射面に垂直な方向に異なる位置で連結する平行移動梁と、
前記第１移動部を移動させるための駆動部とを備え、
前記駆動部は、前記第１移動部を、前記第１反射面に垂直な方向に共振振動させることを特徴とする光反射機構。【００１７】
２．前記１に記載の光反射機構と、
固定された第２反射面と、
入射光を前記光反射機構と前記第２反射面とに分割するビームスプリッタとを備え、
前記光反射機構の前記第１移動部と前記第２反射面とで１つの光束の光を反射させて２つに分割し、前記ビームスプリッタで分割された入射光の一方を試料に入射させて透過させ、透過した光と分割された反射光の他方とを干渉させることを特徴とする光干渉計。【００１８】
３．前記１に記載の光反射機構と、
固定された第２反射面とを備え、
試料で反射された光を、前記光反射機構の前記第１移動部の前記第１反射面と、前記第２反射面とで反射させて２つに分割し、分割された２つの反射光を干渉させることを特徴とする分光分析器。【００１９】
４．第１反射面を表面に有する第１移動部と、
前記第１反射面と同一平面上に形成された第２反射面を表面に有する第２移動部と、
前記第１移動部および前記第２移動部を支持する支持部と、
前記第１移動部と前記支持部とを連結する第１の梁と、
前記第２移動部と前記支持部とを連結する第２の梁と、
前記第１移動部および前記第２移動部を移動させるための駆動部とを備え、
前記駆動部は、前記第１移動部と前記第２移動部とを、前記第１反射面および前記第２反射面に垂直な方向に、互いに逆位相で移動させることを特徴とする光反射機構。【００２０】
５．前記第１移動部と前記第２移動部との移動は、逆位相の共振振動であることを特徴とする前記４に記載の光反射機構。【００２１】
６．前記光反射機構は、前記第１反射面および前記第２反射面に平行な平板状に構成され、
前記第１移動部、前記第２移動部および前記支持部は、相対的に厚い平板状の層で構成され、
前記第１の梁および前記第２の梁は、相対的に薄い平板状の層で構成されていることを特徴とする前記４に記載の光反射機構。【００２２】
７．前記４に記載の光反射機構を備え、
前記光反射機構の前記第１移動部と前記第２移動部とで１つの光束の光を反射させて２つに分割し、分割された反射光の一方を試料に入射させて透過させ、透過した光と分割された反射光の他方とを干渉させることを特徴とする光干渉計。【００２３】
８．前記４に記載の光反射機構を備え、
試料で反射された光を、前記光反射機構の前記第１移動部と前記第２移動部とで反射させて２つに分割し、分割された２つの反射光を干渉させることを特徴とする分光分析器。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、反射面を表面に有する第１移動部と、第１移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを支持部の上下で片持ち支持梁形式で連結する第１の梁および平行移動梁と、第１移動部を移動させるための駆動部とを備え、第１移動部を第１反射面に垂直な方向に共振振動させることで小さなエネルギーで大きな振幅を得ることができ、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光反射機構、光干渉計および分光分析器を提供することができる。【００２５】
また、本発明によれば、同一平面上に形成された反射面を表面に有する第１および第２移動部と、第１および第２移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを連結する第１の梁と、第２移動部と支持部とを連結する第２の梁と、第１および第２移動部を移動させるための駆動部とを備え、第１移動部と第２移動部とを、第１および第２移動部の表面の反射面に垂直な方向に、互いに逆位相で移動させることで、第１および第２移動部の移動量が半減できるとともに、第１移動部と第２移動部との位置あわせが不要となるので、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光反射機構、光干渉計および分光分析器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】光反射機構の第１の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図２】光反射機構の第１の実施の形態の駆動方法を示す模式図である。
【図３】光反射機構の第１の実施の形態の製造方法を示す工程図である。
【図４】図３の各工程の状態を示す断面模式図（１／３）である。
【図５】図３の各工程の状態を示す断面模式図（２／３）である。
【図６】図３の各工程の状態を示す断面模式図（３／３）である。
【図７】光反射機構の第２の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図８】光反射機構の第３の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図９】光反射機構の第４および第５の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図１０】光反射機構の第６の実施の形態を示す模式図である。
【図１１】光反射機構の第７の実施の形態を示す模式図（１／２）である。
【図１２】光反射機構の第７の実施の形態を示す模式図（２／２）である。
【図１３】光干渉計の第１の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図１４】分光分析器の第１の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図１５】光反射機構の第８の実施の形態を示す模式図（１／２）である。
【図１６】光反射機構の第８の実施の形態を示す模式図（２／２）である。
【図１７】光干渉計の第２の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図１８】分光分析器の第２の実施の形態の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００２８】
最初に、本発明における光反射機構の第１の実施の形態の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明における光反射機構の第１の実施の形態の構成を示す模式図で、図１（ａ）は、光反射機構を図１（ｂ）の矢印Ｃ方向から見た平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【００２９】
図１（ａ）において、図の左から右方向にｘ軸を、図の下から上方向にｙ軸を、図の紙面奥から手前方向にｚ軸をとる。図１（ｂ）および（ｃ）では、図の左から右方向がｘ軸、図の下から上方向がｚ軸、図の紙面手前から奥方向がｙ軸となる。
【００３０】
光反射機構１は、支持部３、第１移動部１１、第２移動部２１、２本の第１の梁１３、２本の第２の梁２３、２個の圧電素子１５および２個の圧電素子２５等で構成されている。第１移動部１１の表面には第１反射面１１ａが形成され、第２移動部２１の表面には、第２反射面２１ａが形成されている。２個の圧電素子１５および２個の圧電素子２５は、本発明における駆動部として機能する。
【００３１】
第１移動部１１、第１反射面１１ａ、２本の第１の梁１３および２個の圧電素子１５は第１反射系１０を構成しており、第２移動部２１、第２反射面２１ａ、２本の第２の梁２３および２個の圧電素子２５は第２反射系２０を構成している。
【００３２】
第１反射系１０と第２反射系２０とは同一形状をしており、ｘ軸方向に延びた間隙部５を隔てて並べて配置されている。第１反射面１１ａと第２反射面２１ａとは同一平面上に形成されており、図に破線で示したように、−ｚ軸方向に入射する光ビーム９が、第１反射面１１ａと第２反射面２１ａとに跨って入射する。
【００３３】
詳細は図２で後述するが、第１反射面１１ａと第２反射面２１ａとがｚ軸方向に逆位相で共振振動して平行移動することで、光ビーム９の反射光に光路長差を与え、後述する光干渉計あるいは分光分析器の光反射機構として機能する。
【００３４】
２本の第１の梁１３は、第１移動部１１のｘ軸方向の一端と支持部３の第１移動部１１のｘ軸方向の一端に対向する部分との間、および第１移動部１１のｘ軸方向の他端と支持部３の第１移動部１１のｘ軸方向の他端に対向する部分との間に設けられ、第１移動部１１と支持部３とをｘ軸方向に連結している。２本の第２の梁２３も同様に、第２移動部２１と支持部３とをｘ軸方向に連結している。
【００３５】
支持部３は、第１反射系１０と第２反射系２０とを囲むように口の字状に形成されている。支持部３と第１反射系１０との間、および支持部３と第２反射系２０との間には、間隙部５に平行なｘ軸方向に延びた同一形状の２本の間隙部７が設けられている。後述するように、第１移動部１１および第２移動部２１は、支持部３を基準として、ｚ軸方向に共振振動する。
【００３６】
図１（ｂ）において、第１移動部１１と支持部３とは、２本の第１の梁１３でｘ軸方向に連結されており、２本の第１の梁１３の上には、それぞれ圧電素子１５が配置されて、第１反射系１０を構成している。同様に、第２移動部２１と支持部３とも、２本の第２の梁２３で連結され、２本の第２の梁２３の上には、それぞれ圧電素子２５が配置されて、第２反射系２０を構成している。
【００３７】
図１（ｃ）において、図１（ａ）のＢ−Ｂ’断面では、支持部３の間に間隙部５が形成されている。
【００３８】
製造方法については図３以降で詳述するが、第１の実施の形態では、光反射機構１は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をＭＥＭＳ技術で加工して形成されており、支持部３、第１移動部１１および第２移動部２１はＳＯＩ基板の厚い基板層１０１と薄い活性層２０１等とで構成され、２本の第１の梁１３および２本の第２の梁２３はＳＯＩ基板の薄い活性層２０１等で構成されている。
【００３９】
支持部３をＳＯＩ基板の厚い基板層１０１と薄い活性層２０１とで構成することで、支持部３の剛性を高くすることができる。また、第１移動部１１および第２移動部２１をＳＯＩ基板の厚い基板層１０１と薄い活性層２０１とで構成することで、第１移動部１１および第２移動部２１の剛性を高くでき、移動部の歪みを抑えることができる。
【００４０】
さらに、第１の梁１３および第２の梁２３をＳＯＩ基板の薄い活性層２０１で構成することで、第１の梁１３および第２の梁２３の弾性を高くすることができ、共振振動時に有利となる。
【００４１】
次に、本発明における光反射機構の第１の実施の形態の駆動方法について、図２を用いて説明する。図２は、本発明における光反射機構１の第１の実施の形態の駆動方法を示す模式図で、図２（ａ）は光反射機構１の等価回路図、図２（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面での駆動方法を示す模式図である。
【００４２】
図２（ａ）において、光反射機構１の第１反射系１０の２本の第１の梁１３の上に配置された２個の圧電素子１５は、電気的には、圧電層３０１を下部電極３０２と上部電極３０３とで挟んだ２個のキャパシタＣ１５と等価である。同様に、第２反射系２０の２本の第２の梁２３の上に配置された２個の圧電素子２５は、電気的には、圧電層３０１を下部電極３０２と上部電極３０３とで挟んだ２個のキャパシタＣ２５と等価である。
【００４３】
第１の実施の形態では、並列接続した２個の圧電素子１５の上部電極３０３と並列接続した２個の圧電素子２５の下部電極３０２とを接続して、駆動回路５０１（交流電源ＡＣ）の一方の端子に接続する。同様に、並列接続した２個の圧電素子１５の下部電極３０２と並列接続した２個の圧電素子２５の上部電極３０３とを接続して、駆動回路５０１（交流電源ＡＣ）の他方の端子に接続する。
【００４４】
この状態で、駆動回路５０１（交流電源ＡＣ）により、２個の圧電素子１５と２個の圧電素子２５とに、例えば正弦波の交流電圧Ｖａｃを印加すると、２個の圧電素子１５と２個の圧電素子２５とには、互いに逆位相の正弦波の交流電圧Ｖａｃが印加されることになる。
【００４５】
図２（ｂ）において、正弦波の交流電圧Ｖａｃが印加された第１反射系１０の２個の圧電素子１５は、圧電効果により、印加された正弦波の交流電圧Ｖａｃに従って、体積が略一定となるようにｘ、ｙ、およびｚ方向に伸縮を繰り返し、バイメタルと同様に、２本の第１の梁１３をｚ軸方向に振動させる。この振動によって、第１移動部１１はｚ軸方向に平行移動を繰り返す。第２反射系２０についても同様で、第２移動部２１は、第１移動部１１と逆位相でｚ軸方向に平行移動を繰り返す。
【００４６】
正弦波の交流電圧Ｖａｃの周波数を第１反射系１０の固有振動数に一致させることで、２本の第１の梁１３のｚ軸方向への振動は共振振動となり、圧電素子の弱い駆動力でも、第１移動部１１をｚ軸方向に大きな振幅Ｄで振動させることができる。第２反射系２０についても同様である。
【００４７】
ここで、共振振動について簡単に説明する。第１の梁１３の厚さが十分に薄い場合、第１移動部１１と第１の梁１３とは、前者を錘、後者をバネとする振動系とみなすことができる。第１移動部１１の質量をｍ、変位をｚ、第１の梁１３の長さをｌ、梁の断面二次モーメントをＩ、ヤング率をＥすると、運動方程式は以下で表される。
【００４８】
【数１】
2010122879.tif 000003
【００４９】
そして、この振動系の固有周期Ｔは以下で表される。
【００５０】
【数２】
2010122879.tif 000004
【００５１】
共振振動時の振幅の拡大率はＱ値（ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）と呼ばれ、振動系の粘性抵抗により変化するが、シリコン（以下、Ｓｉと言う）材料の場合、一般に１００〜１０００程度の値となる。
【００５２】
第１反射系１０と第２反射系２０とは、同一材料で同一形状をしているので、その固有振動数も同じであり、同一周期で共振振動し、同一の駆動力が与えられた場合、その振幅も同一となる。よって、図２（ｂ）に破線で示したように、正弦波の交流電圧Ｖａｃの印加によって、第２反射系２０の第２移動部２１は、第１反射系１０の第１移動部１１と逆位相で、ｚ軸方向に振幅Ｄで共振振動する。
【００５３】
上述したように、第１移動部１１と第２移動部２１とは、互いに逆位相で、ｚ軸方向に振幅Ｄで共振振動する。よって、図１（ｂ）の矢印Ｃ方向（−ｚ方向）に入射する光ビーム９に対する第１移動部１１と第２移動部２１との光路長差は２Ｄとなる。つまり、上述した先行技術文献のような、第１移動部１１あるいは第２移動部２１のどちらか一方が固定の場合の光路長差Ｄに対して、２倍の光路長差を得ることができる。
【００５４】
逆に言えば、上述した先行技術文献と同等の光路長差を得るためには、第１移動部１１および第２移動部２１の振幅は、先行技術文献の方法の半分のＤ／２でよい。
【００５５】
さらに、共振振動を利用して変位を拡大することで、短い梁と圧電素子の小さな駆動力とで必要な光路長差を得ることができ、光反射機構の小型化、低コスト化を実現できる。
【００５６】
また、共振振動を利用しない場合には、移動部の位置を検出する位置センサを設けて、駆動をフィードバック制御する必要があるが、光干渉計や分光分析器では、光の波長と同程度の位置の再現性が必要となるため、これらのセンサ、制御回路が非常に高価となる。
【００５７】
しかし、共振振動を利用すると、移動部の位置は正弦波状に変化するので、共振振動の位相と振幅を管理すれば、高い位置再現性を得ることができ、高価なセンサや制御回路が不要となって低コスト化を実現できる。
【００５８】
次に、本発明における光反射機構の第１の実施の形態の製造方法について、図３から図６を用いて説明する。図３は、本発明における光反射機構１の第１の実施の形態の製造方法を示す工程図で、図４から図６は、図３の各工程の状態を示す断面模式図である。
【００５９】
以下、図３の各工程を、図４から図６を参照しながら説明する。なお、図６（ａ）および（ｂ）を除く図４（ａ）から図６（ｄ）の各図は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、図６（ａ）および（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【００６０】
（ＳＯＩ基板形成工程）
図３の工程Ｓ０１から工程Ｓ０３は、ＳＯＩ基板を形成する工程である。工程Ｓ０１で、図４（ａ）に示すように、Ｓｉからなる基板層１０１を高温処理して、基板層１０１の表面および裏面に第１酸化膜１０２および１０３を形成する。基板層１０１の厚さは、要求される移動部の平面性や質量等によって決まるが、一般には５００μｍ程度である。また、第１酸化膜１０２および１０３の厚さは、後述するエッチング工程により決まるが、一般には１μｍ以下である。
【００６１】
工程Ｓ０２で、図４（ｂ）に示すように、基板層１０１の表面の第１酸化膜１０２の上に、活性層となるＳｉ基板２０１を接合する。接合は、表面をプラズマ等で清浄、活性化して接合する常温接合や、電界を用いる陽極接合等で可能である。
【００６２】
工程Ｓ０３で、図４（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板２０１を薄く研磨して、活性層２０１を形成する。活性層２０１の厚さは、要求される梁の剛性により決まるが、一般には１０μｍ程度である。以上の工程は、一般にＳＯＩ基板を作成する工程と同じである。ＳＯＩ基板を作成する工程は、他にも複数の方法が提案されている。
【００６３】
（圧電体形成工程）
図３の工程Ｓ０６からＳ０９は、圧電体３００を形成する工程である。工程Ｓ０６で、図４（ｄ）に示すように、熱処理等により活性層２０１の表面に第２酸化膜２０２を形成する。第２酸化膜２０２の厚さは、後述するエッチング工程により決まるが、一般には１μｍ以下である。
【００６４】
工程Ｓ０７で、第２酸化膜２０２の上に、スパッタ法等の方法でＰｔ等の下部電極３０２を形成する。工程Ｓ０８で、下部電極３０２の上に、スパッタ法等の方法で圧電層３０１を形成する。工程Ｓ０９で、圧電層３０１の上に、スパッタ法等の方法でＰｔ等の上部電極３０３を形成して、圧電体３００を形成する。この状態を、図４（ｅ）に示す。
【００６５】
以上の工程により形成された圧電体３００は、後述する工程Ｓ２１からＳ２３で加工されて、圧電素子１５および２５となる。また、スパッタにより成膜された圧電層３０１は、成膜時に分極の整列が起こるので、特段の分極工程は不要であるが、他の方法で圧電層３０１を成膜する場合、あるいは以降の工程で分極が消失するような高温あるいは高電界を用いる場合には、分極工程を別途設ける必要がある。
【００６６】
（支持部形成工程）
図３の工程Ｓ１１からＳ１３は、支持部３、第１移動部１１および第２移動部２１を形成する工程である。工程Ｓ１１で、図５（ａ）に示すように、基板層１０１の裏面の第１酸化膜１０３の上にレジスト剤を塗布し、フォトリソグラフィにより、支持部３、第１移動部１１および第２移動部２１として残す部分の上に第１マスクパターン４０１を形成する。
【００６７】
工程Ｓ１２で、エッチングにより、第１マスクパターン４０１のない部分の第１酸化膜１０３、基板層１０１および第１酸化膜１０２を除去する。エッチングの深さは、エッチング時間を制御することで行う。工程Ｓ１３で、支持部３、第１移動部１１および第２移動部２１の上に残された第１マスクパターン４０１を除去する。この状態を、図５（ｂ）に示す。
【００６８】
（圧電素子形成工程）
図３の工程Ｓ２１からＳ２３は、圧電体３００から圧電素子１５および２５を形成する工程である。工程Ｓ２１で、図５（ｃ）に示すように、圧電体３００の上部電極３０３上にレジスト剤を塗布し、フォトリソグラフィにより、圧電素子１５および２５として残す部分の上に第２マスクパターン４０２を形成する。
【００６９】
工程Ｓ２２で、エッチングにより、第２マスクパターン４０２のない部分の上部電極３０３、圧電層３０１および下部電極３０２を除去する。エッチングの深さは、エッチング時間を制御することで行う。工程Ｓ２３で、圧電素子１５および２５の上に残された第２マスクパターン４０２を除去する。この状態を、図５（ｄ）に示す。
【００７０】
（間隙部形成工程）
図３の工程Ｓ３１からＳ３３は、間隙部５および７と、第１の梁１３および第２の梁２３とを形成する工程である。工程Ｓ３１で、図６（ａ）に示すように、活性層２０１の第２酸化膜２０２と圧電素子１５および２５との上にレジスト剤を塗布し、フォトリソグラフィにより、間隙部５および７を形成する部分以外の全面に第３マスクパターン４０３を形成する。なお、上述したように、図６（ａ）および（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【００７１】
工程Ｓ３２で、エッチングにより、第３マスクパターン４０３のない部分の第２酸化膜２０２および活性層２０１を除去して、間隙部５および７を形成する。これによって、第１の梁１３および第２の梁２３が形成される。エッチングの深さは、エッチング時間を制御することで行う。工程Ｓ３３で、活性層２０１の第２酸化膜２０２と圧電素子１５および２５との上に残された第３マスクパターン４０３を除去する。この状態を、図６（ｂ）に示す。
【００７２】
（反射面形成工程）
図３の工程Ｓ４１からＳ４３は、第１移動部１１の上に第１反射面１１ａを、第２移動部２１の上に第２反射面２１ａを形成する工程である。工程Ｓ４１で、図６（ｃ）に示すように、活性層２０１の第２酸化膜２０２と圧電素子１５および２５との上にレジスト剤を塗布し、フォトリソグラフィにより、第１移動部１１の上の第１反射面１１ａを形成する部分と、第２移動部２１の上の第２反射面２１ａを形成する部分とを除く全面に、第４マスクパターン４０４を形成する。
【００７３】
工程Ｓ４２で、スパッタ法等により、第１移動部１１および第２移動部２１の上の第４マスクパターン４０３のない部分にＡｌやＣｒ等を成膜して第１反射面１１ａおよび第２反射面２１ａを形成する。工程Ｓ３３で、活性層２０１の第２酸化膜２０２と圧電素子１５および２５との上に残された第４マスクパターン４０４を除去して、光反射機構１が完成する。この状態を、図６（ｄ）に示す。
【００７４】
なお、工程Ｓ４１からＳ４３の反射面形成工程は、光反射機構１を例えばＳｉの光吸収が影響しない可視域で使用する場合や、光ビーム９の光量が充分大きくてＳｉの反射率でも充分な反射光量が得られる場合等では、省略できる。その場合は、Ｓｉの表面が反射面として機能する。
【００７５】
また、第１の実施の形態は、ＳＯＩ基板を用いるとして説明したが、その代わりに、Ｓｉの単層基板を用いて、エッチング等の加工により第１の実施の形態の形状を形成してもよい。これは、後述する他の実施の形態においても同じである。
【００７６】
上述したように、光反射機構の第１の実施の形態によれば、同一平面上に形成された反射面を表面に有する第１および第２移動部と、第１および第２移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを連結する第１の梁と、第２移動部と支持部とを連結する第２の梁と、第１および第２の梁の上に設けられた圧電素子とを備え、第１移動部と第２移動部とを、第１および第２移動部の表面の反射面に垂直な方向に、互いに逆位相で移動させることで、第１および第２移動部の移動量が半減できるとともに、第１移動部と第２移動部との位置あわせが不要となるので、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光反射機構、光干渉計および分光分析器を提供することができる。
【００７７】
次に、本発明における光反射機構の第２の実施の形態について、図７を用いて説明する。図７は、本発明における光反射機構の第２の実施の形態の構成を示す模式図で、図７（ａ）は、光反射機構を図７（ｂ）の矢印Ｃ方向から見た平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。
【００７８】
図７において、第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、以下の３点である。
【００７９】
（１）圧電素子１５および２５が、２本の第１の梁１３および２本の第２の梁２３の各々の上に設けられているのではなく、支持部３の間隙部７に沿った部分３ａの上に設けられている。
【００８０】
（２）支持部３の間隙部７に沿った部分３ａが、ＳＯＩ基板の基板層１０１と活性層２０１とで構成されているのではなく、ＳＯＩ基板の活性層２０１で構成されている。
【００８１】
（３）支持部３と第１の梁１３および第２の梁２３とが直接連結されているのではなく、支持部３と第１の梁１３および第２の梁２３との間に、振動伝達部８が設けられており、振動伝達部８はＳＯＩ基板の活性層２０１で構成されている。
【００８２】
ただし、間隙部５は第１の梁１３および第２の梁２３に沿って支持部３まで延びており、これによって、第１反射系１０の側の振動伝達部８と第２反射系２０の側の振動伝達部８とを分離して、第１反射系１０と第２反射系２０との干渉を排除している。その他の構成、駆動方法および製造方法については、第１の実施の形態と同じである。
【００８３】
上述した第２の実施の形態の構成において、圧電素子１５と２５とに図２で説明した逆位相の正弦波を印加すると、圧電素子１５の共振振動が、振動伝達部８を介して第１の梁１３に伝達されて、第１移動部１１がｚ軸方向に共振振動し、同様に、第２移動部２１が第１移動部１１と逆位相でｚ軸方向に共振振動する。圧電素子１５の共振振動と圧電素子２５の共振振動との干渉は、間隙部５によって分離されて排除される。
【００８４】
上述したように、光反射機構の第２の実施の形態によれば、同一平面上に形成された反射面を表面に有する第１および第２移動部と、第１および第２移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを連結する第１の梁と、第２移動部と支持部とを連結する第２の梁と、支持部３の間隙部７に沿った部分３ａに設けられた圧電素子と、支持部と第１および第２の梁との間に設けられた振動伝達部とを備え、第１移動部と第２移動部とを、第１および第２移動部の表面の反射面に垂直な方向に、互いに逆位相で移動させることで、第１および第２移動部の移動量が半減できるとともに、第１移動部と第２移動部との位置あわせが不要となるので、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光反射機構、光干渉計および分光分析器を提供することができる。
【００８５】
次に、本発明における光反射機構の第３の実施の形態について、図８を用いて説明する。図８は、光反射機構の第３の実施の形態の構成を示す模式図である。
【００８６】
第３の実施の形態は、第２の実施の形態の駆動素子である圧電素子１５および２５を、熱による変形を利用する駆動素子に変更したもので、図８（ａ）は形状記憶合金線１６および２６に変更したもの、図８（ｂ）はヒータ１７および２７とバイメタル１８および２８とに変更したものである。その他の点は、第２の実施の形態と同じである。ここに、形状記憶合金線１６および２６、あるいは、ヒータ１７および２７とバイメタル１８および２８とは、本発明における駆動部として機能する。
【００８７】
図８（ａ）において、形状記憶合金線１６および２６は、支持部３の間隙部７に沿った部分３ａの上にループ状に設けられ、配線幅を細くしてある。これによって、電気抵抗を大きくして通電時の発熱量を大きくし、記憶形状への収縮を早くするとともに、非通電時の冷却を早くして、元の形状への復帰を早くしている。
【００８８】
図８（ｂ）において、バイメタル１８および２８は、第２の実施の形態の圧電素子１５および２５と同様に、支持部３の間隙部７に沿った部分３ａの上に設けられている。ヒータ１７および２７は、支持部３の間隙部７に沿った部分３ａとバイメタル１８および２８との間あるいはバイメタル１８および２８の上にループ状に設けられており、配線幅を細くしてある。これによって、電気抵抗を大きくして通電時の発熱量を大きくし、バイメタル１８および２８の熱変形を早くするとともに、非通電時の冷却を早くして、元の形状への復帰を早くしている。
【００８９】
形状記憶合金線や、ヒータ１７およびバイメタル等は、フォトリソグラフィと蒸着等によって形成してもよいが、金属箔の接合によっても形成できるので、製造コストを低く抑えることができる利点がある。また、第１の実施の形態の圧電素子１５および２５を、第３の実施の形態の熱による変形を利用する駆動素子で置き換えることも可能である。
【００９０】
上述したように、光反射機構の第３の実施の形態によれば、同一平面上に形成された反射面を表面に有する第１および第２移動部と、第１および第２移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを連結する第１の梁と、第２移動部と支持部とを連結する第２の梁と、支持部３の間隙部７に沿った部分３ａに設けられた熱による変形を利用する駆動素子と、支持部と第１および第２の梁との間に設けられた振動伝達部とを備え、第１移動部と第２移動部とを、第１および第２移動部の表面の反射面に垂直な方向に、互いに逆位相で移動させることで、第１および第２移動部の移動量が半減できるとともに、第１移動部と第２移動部との位置あわせが不要となるので、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光反射機構、光干渉計および分光分析器を提供することができる。
【００９１】
次に、本発明における光反射機構の第４および第５の実施の形態について、図９を用いて説明する。図９は、光反射機構の第４および第５の実施の形態の構成を示す模式図で、図９（ａ）は第４の実施の形態を示す図１（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する第１移動部１１の中央断面図、図９（ｂ）は第５の実施の形態を示す平面図である。第４および第５の実施の形態は、第１の実施の形態の駆動素子である圧電素子１５および２５を、電磁気力を利用する駆動素子に変更したものである。
【００９２】
図９（ａ）において、第１移動部１１の裏面側には電極６ａが、第２移動部２１の裏面側には電極６ｂがそれぞれ設けられており、電極６ａおよび６ｂに対向する位置には、支持部３と一体に固定された固定電極６ｃが設けられている。その他の点は、第１の実施の形態と同じである。ここに、電極６ａ、６ｂおよび６ｃは、本発明における駆動部として機能する。
【００９３】
電極６ａと固定電極６ｃとの間、および電極６ｂと固定電極６ｃとの間に、駆動回路５０１（交流電源ＡＣ）により、逆位相の共振周波数の交流電界を印加することで、電極６ａと固定電極６ｃとの間および電極６ｂと固定電極６ｃとの間に働く静電気力Ｆによって、第１移動部１１と第２移動部２１とが逆位相でｚ方向に共振振動する。
【００９４】
図９（ｂ）において、第１移動部１１の表面の第１反射面１１ａの下面にスダレ状の電極４ａが設けられ、第２移動部２１の表面の第２反射面２１ａの下面にスダレ状の電極４ｂが設けられる。電極４ａと４ｂとは、図示したように直列に接続されている。また、支持部３の間隙部７に沿った部分３ａの外側で、第１移動部１１および第２移動部２１を挟む位置の一方に磁石２のＳ極、他方に磁石２のＮ極が設けられている。磁石２は、支持部３と一体に固定されている。その他の点は、第１の実施の形態と同じである。ここに、スダレ状の電極４ａ、４ｂおよび磁石２は、本発明における駆動部として機能する。
【００９５】
直列に接続された電極４ａおよび４ｂに、駆動回路５０１（交流電源ＡＣ）により、共振周波数の交流電界を印加することで、電極４ａおよび４ｂに流れるｘ軸方向の逆方向の電流と、磁石２によるｙ軸方向の磁界との間の相互作用により、電極４ａおよび４ｂはｚ方向の逆方向の力（ローレンツ力）を受け、第１移動部１１と第２移動部２１とは逆位相で共振振動する。
【００９６】
第４および第５の実施の形態では、第１移動部１１や第２移動部２１のような可動部に、電極配線以外の例えば圧電素子のような構成物を必要としないので、製造コストが安価であるという利点がある。また、第２の実施の形態の圧電素子１５および２５を、第４および第５の実施の形態の電磁気力を利用する駆動素子で置き換えることも可能である。
【００９７】
上述したように、光反射機構の第４および第５の実施の形態によれば、同一平面上に形成された反射面を表面に有する第１および第２移動部と、第１および第２移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを連結する第１の梁と、第２移動部と支持部とを連結する第２の梁と、第１および第２移動部に設けられた電極と支持部３と一体的に固定された電極あるいは磁石との間に働く力を利用する駆動素子とを備え、第１移動部と第２移動部とを、第１および第２移動部の表面の反射面に垂直な方向に、互いに逆位相で移動させることで、第１および第２移動部の移動量が半減できるとともに、第１移動部と第２移動部との位置あわせが不要となるので、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光反射機構、光干渉計および分光分析器を提供することができる。
【００９８】
次に、本発明における光反射機構の第６の実施の形態について、図１０を用いて説明する。図１０は、光反射機構の第６の実施の形態を示す模式図で、図１０（ａ）は図１０（ｂ）の矢印Ｃ方向から見た平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）の駆動時の状態を示す模式図である。第６の実施の形態は、第１の実施の形態の梁を直接振動させる方法から、駆動片を振動させて、その振動を梁に伝達して振動させる方法に変更したものである。
【００９９】
まず、第１反射系１０について説明する。図１０（ａ）および（ｂ）において、第１反射系１０の第１移動部１１は、第１移動部１１を挟んでｘ軸方向の両側にそれぞれ２本の第１の梁１３で支持部３に連結されてｘ軸方向に支持されている。支持部３と４本の第１の梁１３とは直接連結されているのではなく、支持部３と各々の第１の梁１３との間に、ＳＯＩ基板の活性層２０１で構成された振動伝達部８が設けられている。
【０１００】
２本の第１の梁１３の間には、間隙部１３ａを隔てて第１駆動片１４が設けられ、第１駆動片１４の一端が振動伝達部８を介して支持部３に連結されている。第１駆動片１４の他端は自由端となっており、第１駆動片１４は所謂片持ち梁になっている。第１駆動片１４の上には、圧電素子１５が形成されている。その他は、図１の第１の実施の形態と同じである。第２反射系２０についても、第１反射系１０と同様の構成である。
【０１０１】
図１０（ｃ）において、第１駆動片１４上の圧電素子１５と第２駆動片２４上の圧電素子２５とを図２（ａ）と同様に結線し、交流電源ＡＣに接続する。この状態で、交流電源ＡＣにより、圧電素子１５と圧電素子２５とに、例えば正弦波の交流電圧Ｖａｃを印加すると、圧電素子１５と圧電素子２５とには、互いに逆位相の正弦波の交流電圧Ｖａｃが印加されることになる。
【０１０２】
圧電素子１５に正弦波の交流電圧Ｖａｃが印加されることで、圧電効果により第１駆動片１４は振動伝達部８を支点として振動し、第１駆動片１４の振動は、振動伝達部８を介して第１の梁１３に伝達され、第１の梁１３がｚ軸方向に振動する。正弦波の交流電圧Ｖａｃの周波数を適切に設定することで、第１の梁１３をｚ軸方向に共振振動させることができ、圧電素子の弱い駆動力でも、第１移動部１１をｚ軸方向に大きな振幅Ｄで振動させることができる。第２移動部２１も同様に、第１移動部１１と逆位相でｚ軸方向に共振振動する。
【０１０３】
第６の実施の形態では、梁と移動部との質量がバランスして振動するため、移動部のねじれが生じにくく、移動部の平面性が保たれるという利点がある。なお、第１および第２駆動片の上に設けられる駆動素子としては、圧電素子の他に、第３から第５の実施の形態で示した、形状記憶合金線やヒータとバイメタルのような熱による変形を利用する駆動素子、あるいは、静電気力やローレンツ力のような電磁気力を利用する駆動素子を用いてもよい。
【０１０４】
上述したように、光反射機構の第６の実施の形態によれば、同一平面上に形成された反射面を表面に有する第１および第２移動部と、第１および第２移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを連結する第１の梁と、第２移動部と支持部とを連結する第２の梁と、第１および第２の駆動片の上に設けられた圧電素子とを備え、第１移動部と第２移動部とを、第１および第２移動部の表面の反射面に垂直な方向に、互いに逆位相で移動させることで、第１および第２移動部の移動量が半減できるとともに、第１移動部と第２移動部との位置あわせが不要となるので、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光反射機構、光干渉計および分光分析器を提供することができる。
【０１０５】
次に、本発明における光反射機構の第７の実施の形態について、図１１および図１２を用いて説明する。図１１は、光反射機構の第７の実施の形態を示す模式図で、図１１（ａ）は光反射機構を図１１（ｂ）の矢印Ｃ方向から見た平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＥ−Ｅ’断面図である。また、図１２（ａ）は図１１（ｂ）の駆動時の状態を示す模式図で、図１２（ｂ）は第７の実施の形態の他の例である。
【０１０６】
図１１（ａ）において、第７の実施の形態では、第１の実施の形態の光反射機構１の第１の梁１３をｙ軸方向の両側から挟むように、ｘ軸方向に延びた２本の平行移動梁１９が設けられている。同様に、第２の梁２３をｙ軸方向の両側から挟むように、ｘ軸方向に延びた２本の平行移動梁２９が設けられている。
【０１０７】
図１１（ｂ）および（ｃ）において、平行移動梁１９は、ＳＯＩ基板の基板層１０１を挟んで活性層２０１とは反対面に設けられた活性層２０３で形成されており、支持部３と第１移動部１１とを、第１の梁１３と平行移動梁１９とで、基板層１０１の両面で連結している。同様に、支持部３と第２移動部２１とを、第２の梁２３と平行移動梁２９とで、基板層１０１の両面で連結している。
【０１０８】
活性層２０３の厚さは活性層２０１と同じであり、その表面には、活性層２０１の表面と同様に、第２酸化膜２０４が形成されている。活性層２０３および第２酸化膜２０４の製造方法としては、図３の工程Ｓ０２からＳ０６で、基板層１０１の両面に活性層２０１および２０３を接合して研磨し、表面に第２酸化膜２０２および２０４を形成すればよい。また、平行移動梁１９および２９の形成は、図３の工程Ｓ１１からＳ３３の各工程を修正することで対応可能である。
【０１０９】
２本の平行移動梁１９の幅の和と第１の梁１３の幅とは同じに設定されており、厚みも同じであるので、２本の平行移動梁１９と第１の梁１３との曲げ剛性は等しい。また、２本の平行移動梁１９と第１の梁１３とはｘ軸方向およびｙ軸方向に軸対称な形状となっており、ｚ方向の変形に対する剛性が等しく構成されている。２本の平行移動梁２９と第２の梁２３とについても同じである。
【０１１０】
図１２（ａ）において、圧電素子１５に交流電圧Ｖａｃを印加すると、第１の梁１３の変形に従って平行移動梁１９も第１の梁１３と同様に変形し、これによって、第１移動部１１がｚ軸方向に平行移動する。よって、第１移動部１１上の第１反射面１１ａの法線がｚ軸から傾くことはない。第２移動部２１についても同様である。
【０１１１】
第７の実施の形態では、梁と平行移動梁とで平行移動機構を形成できるため、移動部の移動方向の垂直性が保たれる。第１の実施の形態と同様に、圧電素子１５と２５とに逆位相の共振周波数の交流電圧Ｖａｃを印加することで、圧電素子の弱い駆動力でも、第１移動部１１と第２移動部２１とをｚ軸方向に逆位相で大きな振幅で振動させることができる。
【０１１２】
図１２（ｂ）において、第７の実施の形態の他の例では、ＳＯＩ基板の活性層２０３を用いて形成された平行移動梁１９の代わりに、第１の実施の形態に加えて、基板層１０１の裏面側の第１酸化膜１０３の上に、樹脂フィルム層１３１が接着されている。その他は図１１に示した第７の実施の形態と同じである。
【０１１３】
図１２（ｂ）において、圧電素子１５に交流電圧Ｖａｃを印加すると、第１の梁１３の変形に従って、樹脂フィルム層１３１も変形して基板層１０１の裏面側にも梁があるように作用する。これによって、第７の実施の形態と同様に、第１移動部１１がｚ軸方向に平行移動する。第２移動部２１についても同じである。
【０１１４】
なお、第７の実施の形態および後述する第８の実施の形態に示した平行移動機構については、本願出願人が既に出願した特願２００９−５０５７７号（平行移動機構および平行移動機構の製造方法）に示した各種の方法が利用可能である。
【０１１５】
上述したように、光反射機構の第７の実施の形態によれば、同一平面上に形成された反射面を表面に有する第１および第２移動部と、第１および第２移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを連結する第１の梁と、第２移動部と支持部とを連結する第２の梁と、第１および第２の梁の上に設けられた圧電素子と、支持部の第１および第２の梁とは反対側に設けられた平行移動梁とを備え、第１移動部と第２移動部とを、第１および第２移動部の表面の反射面に垂直な方向に、互いに逆位相で移動させることで、第１および第２移動部の移動量が半減できるとともに、第１移動部と第２移動部との位置あわせが不要で、しかも高精度に平行移動させることができるので、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光反射機構、光干渉計および分光分析器を提供することができる。
【０１１６】
次に、本発明における光干渉計および分光分析器の第１の実施の形態について、図１３および図１４を用いて説明する。図１３は、本発明における光干渉計の第１の実施の形態の構成を示す模式図で、図１４は、本発明における分光分析器の第１の実施の形態の構成を示す模式図である。
【０１１７】
図１３において、光干渉計５０は、光源５１、コリメート光学系５２、ビームスプリッタ５３、集光光学系５４、検出器５５および本発明の光反射機構１等で構成されている。光源５１からの光Ｌ１は、コリメート光学系５２で平行光にされて、ビームスプリッタ５３を通過して光反射機構１に入射する。光Ｌ１は、逆位相で共振振動する第１移動部１１と第２移動部２１とで光路長差が与えられた２つの光Ｌ２とＬ３とに分割されて反射され、ビームスプリッタ５３で図の右方向に反射される。
【０１１８】
光Ｌ２は、参照光Ｌ２として、そのまま集光光学系５４で集光されて、検出器５５に入射する。一方、光Ｌ３の光路中には試料５９が挿入されており、試料５９を透過した光Ｌ３も光学系５４で集光されて、検出器５５に入射する。検出器５５の集光面５５ａ上で参照光Ｌ２と試料５９を透過した光Ｌ３とが干渉し、検出器５５によって、試料５９の光学特性に起因する干渉縞が検出される。
【０１１９】
図１４において、分光分析器６０は、光源６１、コリメート光学系６２、第１ビームスプリッタ６３、第２ビームスプリッタ６４、集光光学系６５、検出器６６および本発明の光反射機構１等で構成されている。光源６１からの光は、コリメート光学系５２で平行光にされて、第１ビームスプリッタ６３を通過して試料６９に入射する。試料６９で反射された光Ｌ１は、第１ビームスプリッタ６３で図の下方に反射され、第２ビームスプリッタ６４を通過して光反射機構１に入射する。
【０１２０】
光反射機構１に入射した光Ｌ１は、逆位相で共振振動する第１移動部１１と第２移動部２１とで光路長差が与えられた２つの光Ｌ２とＬ３とに分割されて反射され、第２ビームスプリッタ６４で図の右方向に反射される。
【０１２１】
反射された光Ｌ２とＬ３とは、集光光学系６５で集光されて、検出器６６に入射する。検出器６６の集光面６６ａ上で、試料６９で反射された後に光路長差が与えられた２つの光Ｌ２とＬ３とが干渉し、検出器６６によって干渉光の強度変化を測定することにより、反射光に含まれる波長の成分を検出することができる。
【０１２２】
上述したように、光干渉計および分光分析器の第１の実施の形態によれば、同一平面上に形成された反射面を表面に有する第１および第２移動部と、第１および第２移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを連結する第１の梁と、第２移動部と支持部とを連結する第２の梁と、第１および第２移動部を移動させるための駆動部とを備え、第１移動部と第２移動部とを、第１および第２移動部の表面の反射面に垂直な方向に、互いに逆位相で移動させる光反射機構を備え、試料を透過した光と参照光とを干渉させることで、あるいは試料で反射された光を干渉させることで、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光干渉計および分光分析器を提供することができる。
【０１２３】
次に、本発明における光反射機構の第８の実施の形態について、図１５および図１６を用いて説明する。図１５は、光反射機構の第８の実施の形態を示す模式図で、図１５（ａ）は光反射機構を図１５（ｂ）の矢印Ｃ方向から見た平面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図１５（ｃ）は図１５（ａ）のＥ−Ｅ’断面図である。また、図１６（ａ）は図１５（ｂ）の駆動時の状態を示す模式図である。
【０１２４】
上述した第７の実施の形態では、第１移動部１１を第１移動部１１の両側に設けた第１の梁と平行移動梁１９とで支持部３に連結することで、第１移動部１１をｚ軸方向に平行移動させる平行移動機構を構成したが、第８の実施の形態では、第１移動部１１を片持ち支持梁形式の第１の梁１３と平行移動梁１９とで支持部３に連結して共振振動させることで、第１移動部１１をｚ軸方向に平行移動させる平行移動機構を実現する。
【０１２５】
また、上述した第１から第７の実施の形態では、第１移動部１１と第２移動部２１とを逆位相で振動させることで光路長差を大きくしたが、第８の実施の形態では、第１移動部１１のみを大きく振動させる方法を示す。
【０１２６】
図１５（ａ）において、第８の実施の形態では、第１移動部１１を、−ｘ軸方向に延びた１本の第１の梁１３と２本の平行移動梁１９とで支持部３に連結している。第１の梁１３の支持部３との連結端には、本発明における駆動部として機能する圧電素子１５が設けられている。圧電素子１５は、第７の実施の形態とは異なり、第１の梁１３の上全面ではなく、端部のみに設けられており、第１の梁１３の共振振動を抑制しないようになされている。第１移動部１１上には、第１反射面１１ａが設けられている。
【０１２７】
図１５（ｂ）および（ｃ）において、２本の平行移動梁１９は、第７の実施の形態と同様に、ＳＯＩ基板の基板層１０１を挟んで活性層２０１とは反対面に設けられた活性層２０３で形成されており、第１の梁１３と２本の平行移動梁１９とで、支持部３と第１移動部１１とを、第１の梁１３と２本の平行移動梁１９とで、基板層１０１の両面で連結している。
【０１２８】
第７の実施の形態と同様に、活性層２０３の厚さは活性層２０１と同じであり、その表面には、活性層２０１の表面と同様に、第２酸化膜２０４が形成されている。活性層２０３および第２酸化膜２０４の製造方法としては、図３の工程Ｓ０２からＳ０６で、基板層１０１の両面に活性層２０１および２０３を接合して研磨し、表面に第２酸化膜２０２および２０４を形成すればよい。また、平行移動梁１９の形成は、図３の工程Ｓ１１からＳ３３の各工程を修正することで対応可能である。
【０１２９】
第７の実施の形態と同様に、２本の平行移動梁１９の幅の和と第１の梁１３の幅とは同じに設定されており、厚みも同じであるので、２本の平行移動梁１９と第１の梁１３との曲げ剛性は等しい。また、２本の平行移動梁１９と第１の梁１３とはｘ軸方向およびｙ軸方向に軸対称な形状となっており、ｚ方向の変形に対する剛性が等しく構成されている。
【０１３０】
図１６において、圧電素子１５に交流電圧Ｖａｃを印加すると、第１の梁１３と２本の平行移動梁１９で片持ち支持された第１移動部１１がｚ軸方向に振動する。詳細なシミュレーションによれば、圧電素子１５に印加する交流電圧Ｖａｃの周波数を、第１移動部１１が共振振動するような周波数に設定することで、片持ち支持梁形式であっても、共振振動の１次モードでは第１移動部１１はｚ軸方向に平行移動し、第１反射面１１ａの法線がｚ軸に対して傾くことはない。
【０１３１】
また、片持ち支持梁形式で共振振動させるために、第１移動部１１のｚ軸方向の振動の振幅Ｄを大きくとることができ、より小さなエネルギーで、より大きな振幅を得ることができる。
【０１３２】
上述したように、光反射機構の第８の実施の形態によれば、第１反射面を表面に有する第１移動部と、第１移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを支持部の上下で片持ち支持梁形式で連結する第１の梁および平行移動梁と、第１移動部を移動させるための駆動部とを備え、第１移動部を第１反射面に垂直な方向に共振振動させることで小さなエネルギーで大きな振幅を得ることができ、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光反射機構、光干渉計および分光分析器を提供することができる。
【０１３３】
次に、本発明における光干渉計および分光分析器の第２の実施の形態について、図１７および図１８を用いて説明する。図１７は、本発明における光干渉計の第２の実施の形態の構成を示す模式図で、図１８は、本発明における分光分析器の第２の実施の形態の構成を示す模式図である。光干渉計および分光分析器の第２の実施の形態は、上述した光反射機構１の第８の実施の形態と固定の第２反射面２１ａとを用いるものである。
【０１３４】
図１７において、光干渉計５０は、光源５１、コリメート光学系５２、ビームスプリッタ５３、第２反射面２１ａ、偏向子５６および５７、集光光学系５４、検出器５５および第８の実施の形態の光反射機構１等で構成されている。
【０１３５】
光源５１からの光Ｌ１は、コリメート光学系５２で平行光にされて、ビームスプリッタ５３で、試料５９に入射する検出光Ｌ２と、第２反射面２１ａに入射する参照光Ｌ３とに分割される。参照光Ｌ３は、第２反射面２１ａと偏向子５７とで反射されて、集光光学系５４で集光されて、検出器５５に入射する。
【０１３６】
一方、検出光Ｌ２は、試料５９を透過した後に偏向子５６を通過して光反射機構１の第１反射面１１ａで光路長差が与えられて反射され、偏向子５６で反射され、偏向子５７を通過し、集光光学系５４で集光されて、検出器５５に入射する。偏向子５７以降で、検出光Ｌ２と参照光Ｌ３とが干渉し、検出器５５によって、試料５９の光学特性に起因する干渉縞が検出される。
【０１３７】
図１８において、分光分析器６０は、光源６１、コリメート光学系６２、第１ビームスプリッタ６３、第２ビームスプリッタ６４、第２反射面２１ａ、集光光学系６５、検出器６６および第８の実施の形態の光反射機構１等で構成されている。光源６１からの光は、コリメート光学系５２で平行光にされて、第１ビームスプリッタ６３を通過して試料６９に入射する。
【０１３８】
試料６９で反射された光Ｌ１は、第１ビームスプリッタ６３で図の下方に反射され、第２ビームスプリッタ６４で光反射機構１に入射する検出光Ｌ２と、第２反射面２１ａに入射する参照光Ｌ３とに分割される。参照光Ｌ３は、第２反射面２１ａで反射され、第２ビームスプリッタ６４を通過し、集光光学系６５で集光されて、検出器６６に入射する。
【０１３９】
一方、検出光Ｌ２は、光反射機構１の第１反射面１１ａで光路長差が与えられて反射され、第２ビームスプリッタ６４で図の右方向に反射され、集光光学系６５で集光されて、検出器６６に入射する。第２ビームスプリッタ６４以降で、検出光Ｌ２と参照光Ｌ３とが干渉する。検出器６６によって干渉光の強度変化を測定することにより、試料６９で反射された反射光Ｌ１に含まれる波長の成分を検出することができる。
【０１４０】
上述したように、光干渉計および分光分析器の第２の実施の形態によれば、第１反射面を表面に有する第１移動部と、第１移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを支持部の上下で片持ち支持梁形式で連結する第１の梁および平行移動梁と、第１移動部を移動させるための駆動部とを備えて、第１移動部を第１反射面に垂直な方向に共振振動させる光反射機構と、固定の第２反射面とを備え、試料を透過した検出光と参照光とを干渉させることで、あるいは試料で反射された検出光と参照光とを干渉させることで、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光干渉計および分光分析器を提供することができる。
【０１４１】
以上に述べたように、本発明によれば、第１反射面を表面に有する第１移動部と、第１移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを支持部の上下で片持ち支持梁形式で連結する第１の梁および平行移動梁と、第１移動部を移動させるための駆動部とを備え、第１移動部を第１反射面に垂直な方向に共振振動させることで小さなエネルギーで大きな振幅を得ることができ、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光反射機構、光干渉計および分光分析器を提供することができる。
【０１４２】
また、本発明によれば、同一平面上に形成された反射面を表面に有する第１および第２移動部と、第１および第２移動部を支持する支持部と、第１移動部と支持部とを連結する第１の梁と、第２移動部と支持部とを連結する第２の梁と、第１および第２移動部を移動させるための駆動部とを備え、第１移動部と第２移動部とを、第１および第２移動部の表面の反射面に垂直な方向に、互いに逆位相で移動させることで、第１および第２移動部の移動量が半減できるとともに、第１移動部と第２移動部との位置あわせが不要となるので、小型、省エネルギーで低コストでありながら高性能な光反射機構、光干渉計および分光分析器を提供することができる。
【０１４３】
なお、本発明に係る光反射機構、光干渉計および分光分析器を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１４４】
１  光反射機構
２  磁石
３  支持部
３ａ  支持部３の間隙部７に沿った部分
４ａ  スダレ状の電極
４ｂ  スダレ状の電極
５  間隙部
６ａ  電極
６ｂ  電極
６ｃ  固定電極
７  間隙部
８  振動伝達部
９  光ビーム
１０  第１反射系
１１  第１移動部
１１ａ  第１反射面
１３  第１の梁
１３ａ  間隙部
１４  第１駆動片
１５  圧電素子
１６  形状記憶合金線
１７  ヒータ
１８  バイメタル
１９  平行移動梁
２０  第２反射系
２１  第２移動部
２１ａ  第２反射面
２３  第２の梁
２３ａ  間隙部
２４  第２駆動片
２５  圧電素子
２６  形状記憶合金線
２７  ヒータ
２８  バイメタル
５０  光干渉計
５１  光源
５２  コリメート光学系
５３  ビームスプリッタ
５４  集光光学系
５５  検出器
５６、５７  偏向子
５９  試料
６０  分光分析器
６１  光源
６２  コリメート光学系
６３  第１ビームスプリッタ
６４  第２ビームスプリッタ
６５  集光光学系
６６  検出器
６９  試料
１０１  （ＳＯＩ基板の）基板層
１０２  第１酸化膜
１０３  第１酸化膜
１３１  樹脂フィルム層
２０１、２０３  （ＳＯＩ基板の）活性層
２０２、２０４  第２酸化膜
３００  圧電体
３０１  圧電層
３０２  下部電極
３０３  上部電極
４０１  第１マスクパターン
４０２  第２マスクパターン
４０３  第３マスクパターン
４０４  第４マスクパターン
５０１  駆動回路
【図２】
2010122879.tif 000005
【図９】
2010122879.tif 000006
【図１】
2010122879.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010122879.tif 000010
【図６】
2010122879.tif 000011
【図７】
2010122879.tif 000012
【図８】
2010122879.tif 000013
【図１０】
2010122879.tif 000014
【図１１】
2010122879.tif 000015
【図１２】
2010122879.tif 000016
【図１３】
2010122879.tif 000017
【図１４】
2010122879.tif 000018
【図１５】
2010122879.tif 000019
【図１６】
2010122879.tif 000020
【図１７】
2010122879.tif 000021
【図１８】
2010122879.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成23年10月6日(2011.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１反射面を表面に有する第１移動部と、
前記第１移動部が一端に連結された第１の梁と、
前記第１の梁の他端に連結され、前記第１の梁を介して前記第１移動部を支持する支持部と、
前記第１の梁とは所定の間隔を持って平行に設けられ、前記第１移動部と前記支持部とを連結する平行移動梁と、
前記第１移動部を、前記第１反射面に垂直な方向に共振振動することで平行移動させる駆動部と、
を備えたことを特徴とする光反射機構。
【請求項２】
請求項１に記載の光反射機構と、
固定された第２反射面と、
入射光を、前記光反射機構の第１反射面を配置した光路と、前記第２反射面を配置した光路とに分割するビームスプリッタとを備え、
前記第１反射面を共振駆動することで、前記第１反射面で反射した光と、前記第２反射面で反射した光とに光路長差を設けて前記各光を干渉させることを特徴とする光干渉計。
【請求項３】
請求項１に記載の光反射機構と、
固定された第２反射面と、
試料で反射された光を、前記光反射機構の第１反射面を配置した光路と、前記第２反射面を配置した光路とに分割するビームスプリッタと、
前記第１反射面を共振駆動することで、前記第１反射面で反射した光と、前記第２反射面で反射した光とに光路長差を設けて前記各光を干渉させた干渉光を検出する検出部と、
を備えたことを特徴とする分光分析器。
【請求項４】
第１反射面を表面に有する第１移動部と、
前記第１反射面と同一平面上に形成された第２反射面を表面に有する第２移動部と、
前記第１移動部および前記第２移動部を支持する支持部と、
前記第１移動部と前記支持部とを連結する第１の梁と、
前記第２移動部と前記支持部とを連結する第２の梁と、
前記第１移動部および前記第２移動部を移動させるための駆動部とを備え、
前記駆動部は、前記第１移動部と前記第２移動部とを、前記第１反射面および前記第２反射面に垂直な方向に、互いに逆位相で移動させることを特徴とする光反射機構。
【請求項５】
前記第１移動部と前記第２移動部との移動は、逆位相の共振振動であることを特徴とする請求項４に記載の光反射機構。
【請求項６】
前記光反射機構は、前記第１反射面および前記第２反射面に平行な平板状に構成され、
前記第１移動部、前記第２移動部および前記支持部は、相対的に厚い平板状の層で構成され、
前記第１の梁および前記第２の梁は、相対的に薄い平板状の層で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の光反射機構。
【請求項７】
請求項４に記載の光反射機構を備え、
前記光反射機構の前記第１移動部と前記第２移動部とで１つの光束の光を反射させて２つに分割し、分割された反射光の一方を試料に入射させて透過させ、透過した光と分割された反射光の他方とを干渉させることを特徴とする光干渉計。
【請求項８】
請求項４に記載の光反射機構を備え、
試料で反射された光を、前記光反射機構の前記第１移動部と前記第２移動部とで反射させて２つに分割し、分割された２つの反射光を干渉させることを特徴とする分光分析器。
【国際調査報告】
2010122879.tif 000023
2010122879.tif 000024
2010122879.tif 000025
2010122879.tif 000026
2010122879.tif 000027
2010122879.tif 000028