(57)【要約】【課題】効率よく駆動することが可能な静電駆動型光スキャナを得る。【解決手段】静電駆動型光スキャナ１００は、板状の直方体である枠体２００及び可動体３００とを有する。枠体２００は厚さ方向に貫通する角筒形状の開口部２１０を有し、可動体３００は開口部２１０の中に設けられる。可動体３００は、厚さ方向に対して垂直な断面が正方形をなす直方体であり、厚さ方向に対して垂直となる２つの表面のうち１つが鏡面３０１をなす。枠体２００から可動体３００に向けて支持軸４００が延び、枠体２００と可動体３００とを接続する。枠体２００から可動体３００に向けて各々６つの枠体側電極２２０ａ、２２０ｂが突出する。可動体３００から２つの短側面２１２ａ、２１２ｂに向けて各々５つの可動体側電極３２０ａ、３２０ｂが突出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡面を有する可動体と、
前記可動体の周囲に設けられる枠体と、
前記枠体に対し揺動自在に前記可動体を支持する支持軸と、
前記可動体から前記枠体に向けて突出する可動体側電極と、
前記枠体から前記可動体に向けて突出し、前記支持軸の軸方向から見ると前記可動体側電極の一部と重なっている枠体側電極と、
前記可動体側電極に電荷を与える可動体印加装置と、
前記枠体側電極に電荷を与える枠体印加装置とを備え、
前記可動体印加装置及び前記枠体印加装置が前記可動体側電極及び枠体側電極に各々電荷を与えることにより、前記可動体を前記支持軸周りに揺動させる静電駆動型光スキャナ。
【請求項２】
前記枠体印加装置は、前記可動体側電極と前記枠体側電極との間に電位差を生じさせて、前記可動体側電極と枠体側電極とを互いに引き合わせることにより、前記可動体を前記支持軸周りに揺動させる請求項１に記載の静電駆動型光スキャナ。
【請求項３】
複数の前記可動体側電極が、前記支持軸と垂直になるように並べられて前記可動体から突出し、
複数の前記枠体側電極が、前記支持軸と垂直であって、複数の前記可動体側電極と互い違いになるように並べられて前記枠体から突出する請求項１に記載の静電駆動型光スキャナ。
【請求項４】
前記可動体は板状であり、前記支持軸は前記可動体の厚さ方向における中央で前記可動体を支持する請求項１に記載の静電駆動型光スキャナ。
【請求項５】
前記鏡面は、前記支持軸に対して平行な平面に形成される請求項４に記載の静電駆動型光スキャナ。
【請求項６】
前記可動体は厚さ方向に重畳される三層の可動体導体レイヤを備え、
前記支持軸は、前記可動体導体レイヤのうち中間にある中間可動体導体レイヤと一体として成形される請求項５に記載の静電駆動型光スキャナ。
【請求項７】
前記可動体側電極は、前記可動体において前記鏡面側の鏡面側可動体導体レイヤ及び前記中間可動体導体レイヤと一体として成形される請求項６に記載の静電駆動型光スキャナ。
【請求項８】
前記可動体側電極は、前記可動体において前記鏡面の裏側の裏側可動体導体レイヤ及び前記中間可動体導体レイヤと一体として成形される請求項６に記載の静電駆動型光スキャナ。
【請求項９】
前記枠体は前記可動体と同じ厚さを有する板状であって、前記枠体の厚さ方向に重畳される三層の枠体半導体レイヤを備え、
前記支持軸は、前記中間可動体導体レイヤと前記枠体半導体レイヤのうち中間にある中間枠体半導体レイヤと一体として成形される請求項６に記載の静電駆動型光スキャナ。
【請求項１０】
前記枠体側電極は、前記鏡面側と同じ方向に向けて露出する鏡面側枠体半導体レイヤ及び前記中間枠体半導体レイヤと一体として成形される請求項９に記載の静電駆動型光スキャナ。
【請求項１１】
前記可動体側電極は、前記鏡面側枠体半導体レイヤの裏側の裏側可動体導体レイヤ及び前記中間可動体導体レイヤと一体として成形される請求項９に記載の静電駆動型光スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電力を用いて光の進行方向を変える静電駆動型光スキャナに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電型光スキャナは、ミラーを備える可動体と可動体を取り囲むように設けられる枠体とを備える。可動体と枠体は、２層のＳｉ層とＳｉ層の間に挟まれる１層のＳｉＯ２層からなり、互いに支持軸で接続され、可動体は枠体に対して支持軸周りに揺動可能である。
【０００３】
支持軸は、２つのＳｉ層のうち一方をエッチングにより除去し、これにより得られた他方のＳｉ層とＳｉＯ２層とにより形成される。除去されるＳｉ層の厚さは、エッチング処理を行う時間によって調節される。
【０００４】
可動体から枠体に向けて可動体電極が、そして枠体から可動体に向けて枠体電極が、支持軸の軸方向に向けて互い違いとなるように並べられて突出する。支持軸の軸方向から見たとき、可動体の揺動方向における可動体電極と枠体電極との間に間隔が設けられる。
【０００５】
可動体を枠体に対して揺動させるため、可動体電極と枠体電極との間に、電位差を生じさせる。これにより発生する静電引力により可動体電極と枠体電極とが引き合い、可動体が枠体に対して揺動する。
【特許文献１】特開２００７−１８３４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、可動体の揺動方向における可動体電極と枠体電極との間に間隔が設けられると、枠体に対し可動体が揺動を開始できるようにするため可動体と枠体との間に大きな静電力を与えなければならない。
【０００７】
また、一方のＳｉ層のみにより支持軸を形成する手段では支持軸の大きさを自由に決定することができなかったり、可動体の揺動中心がずれたりする場合があり、エッチング処理を行う時間を調節してＳｉ層の厚さを調節する手段ではＳｉ層の厚さを微妙に調節することが困難である。
【０００８】
本発明はこれらの問題を鑑みてなされたものであり、効率よく駆動することが可能な静電駆動型光スキャナを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による静電駆動型光スキャナは、鏡面を有する可動体と、可動体の周囲に設けられる枠体と、枠体に対し揺動自在に可動体を支持する支持軸と、可動体から枠体に向けて突出する可動体側電極と、枠体から可動体に向けて突出し、支持軸の軸方向から見ると可動体側電極の一部と重なっている枠体側電極と、可動体側電極に電荷を与える可動体印加装置と、枠体側電極に電荷を与える枠体印加装置とを備え、可動体印加装置及び枠体印加装置が可動体側電極及び枠体側電極に各々電荷を与えることにより、可動体を支持軸周りに揺動させることを特徴とする。
【００１０】
枠体印加装置は、可動体側電極と枠体側電極との間に電位差を生じさせて、可動体側電極と枠体側電極とを互いに引き合わせることにより、可動体を支持軸周りに揺動させることが好ましい。電位差により生じる静電引力により、可動体側電極と枠体側電極とが互いに引き合う。
【００１１】
複数の可動体側電極が、支持軸と垂直になるように並べられて可動体から突出し、複数の枠体側電極が、支持軸と垂直であって、複数の可動体側電極と互い違いになるように並べられて枠体から突出するように構成されればなお良い。
【００１２】
可動体は板状であり、支持軸は可動体の厚さ方向における中央で可動体を支持することが好ましい。
【００１３】
鏡面は、支持軸に対して平行な平面に形成されることが望ましい。
【００１４】
可動体は厚さ方向に重畳される三層の可動体導体レイヤを備え、支持軸は、可動体導体レイヤのうち中間にある中間可動体導体レイヤと一体として成形されることが好ましい。
【００１５】
可動体側電極は、可動体において鏡面側の鏡面側可動体半導体レイヤ可動体導体レイヤ及び中間可動体導体レイヤと一体として成形されてもよい。
【００１６】
可動体側電極は、可動体において鏡面の裏側の裏側可動体導体レイヤ及び中間可動体導体レイヤと一体として成形されてもよい。
【００１７】
枠体は可動体と同じ厚さを有する板状であって、枠体の厚さ方向に重畳される三層の枠体半導体レイヤを備え、支持軸は、中間可動体導体レイヤと枠体半導体レイヤのうち中間にある中間枠体半導体レイヤと一体として成形されてもよい。
【００１８】
枠体側電極は、鏡面側と同じ方向に向けて露出する鏡面側枠体半導体レイヤ及び中間枠体半導体レイヤと一体として成形されてもよい。
【００１９】
可動体側電極は、鏡面側枠体半導体レイヤの裏側の裏側可動体導体レイヤ及び中間可動体導体レイヤと一体として成形されてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、効率よく駆動することが可能な静電駆動型光スキャナを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明による静電駆動型光スキャナの一実施形態について図を用いて説明する。図１から４に静電駆動型光スキャナ１００の構成を示す。
【００２２】
静電駆動型光スキャナ１００は、３層のＳｉ層１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃと、それらの層の間に挟まれる２層のＳｉＯ２層１０２ａ、１０２ｂとから成り、板状の直方体である枠体２００及び可動体３００とを有する。枠体２００は厚さ方向に貫通する角筒形状の開口部２１０を有し、可動体３００は開口部２１０の中に設けられる。
【００２３】
可動体３００は、厚さ方向に対して垂直な断面が正方形をなす直方体であり、厚さ方向に対して垂直となる２つの表面のうち１つが鏡面３０１をなす。
【００２４】
枠体２００は可動体３００と同じ厚さを有する。枠体２００において可動体３００の鏡面３０１と同じ方向に面する第１の面２０１は、鏡面３０１と同一平面上に設けられる。そして、第１の面２０１の裏面である第２の面２０２もまた、可動体３００の鏡面３０１の鏡裏面３０２と同一平面上に設けられる。鏡面３０１と第１の面２０１は第１Ｓｉ層１０１ａから成り、鏡裏面３０２と第２の面２０２は第３Ｓｉ層１０１ｃから成る。
【００２５】
開口部２１０は、枠体２００の長手方向に延びる２つの長側面２１１ａ、２１１ｂと、幅方向に延びる２つの短側面２１２ａ、２１２ｂとからなる。
【００２６】
長側面２１１ａ、２１１ｂの中心から可動体３００に向けて支持軸４００が延び、枠体２００と可動体３００とを接続する。可動体３００において支持軸４００が接続される面の中心に支持軸４００が接続される。支持軸４００は、中間の第２Ｓｉ層１０１ｂにより形成され、捻れ方向に弾性を有する。
【００２７】
２つの短側面２１２ａ、２１２ｂから可動体３００に向けて各々６つの枠体側電極２２０ａ、２２０ｂが突出する。６つの枠体側電極２２０ａ、２２０ｂは、短側面２１２ａ、２１２ｂから可動体３００までの距離の略３／４まで突出し、可動体３００と接触しない。枠体側電極２２０ａ、２２０ｂどうしは、枠体側電極２２０ａ、２２０ｂの幅の約３倍の間隔を置いて等間隔に設けられる。図１において左側の短側面２１２ａから突出する枠体側電極を第１の枠体側電極２２０ａとし、右側の短側面２１２ｂから突出する枠体側電極を第２の枠体側電極２２０ｂとする。第１の枠体側電極２２０ａは、第２Ｓｉ層１０１ｂ、ＳｉＯ２層１０２ｂ及び第３Ｓｉ層１０１ｃとから構成される。第２の枠体側電極２２０ｂは、第１Ｓｉ層１０１ａ、ＳｉＯ２層１０２ａ及び第２Ｓｉ層１０１ｂとから構成される。
【００２８】
可動体３００から２つの短側面２１２ａ、２１２ｂに向けて各々５つの可動体側電極３２０ａ、３２０ｂが突出する。５つの可動体側電極３２０ａ、３２０ｂは、可動体３００から短側面２１２ａ、２１２ｂまでの距離の略３／４まで突出し、枠体２００と接触しない。つまり、可動体側電極３２０ａ、３２０ｂと枠体側電極２２０ａ、２２０ｂの長さは同じである。可動体側電極３２０ａ、３２０ｂどうしは、可動体側電極３２０ａ、３２０ｂの幅の約３倍の間隔を置いて等間隔、かつ枠体側電極２２０ａ、２２０ｂに挟まれるように設けられる。図１において左側の短側面２１２ａに向けて突出する可動体側電極を第１の可動体側電極３２０ａとし、右側の短側面２１２ｂに向けて突出する可動体側電極を第２の枠体側電極２２０ｂとする。第１の可動体側電極３２０ａは、第１Ｓｉ層１０１ａ、ＳｉＯ２層１０２ａ及び第２Ｓｉ層１０１ｂとから構成される。第２の可動体側電極３２０ａ、３２０ｂは、第２Ｓｉ層１０１ｂ、ＳｉＯ２層１０２ｂ及び第３Ｓｉ層１０１ｃとから構成される。
【００２９】
すなわち、支持軸４００の軸方向から可動体側電極３２０ａ、３２０ｂと枠体側電極２２０ａ、２２０ｂとを見ると、可動体側電極３２０ａ、３２０ｂと枠体側電極２２０ａ、２２０ｂとは、第２Ｓｉ層１０１ｂから成る部分が互いに重畳する。別言すると、支持軸４００の軸方向に垂直な投影面において、可動体側電極３２０ａ、３２０ｂと枠体側電極２２０ａ、２２０ｂの第２Ｓｉ層１０１ｂの部分とが互いに重畳している。
【００３０】
枠体２００の第１及び第２の面２０１、２０２には枠体側電極２２０ａ、２２０ｂに電荷を与えるための枠体電極用回路（図示しない）が形成される。枠体電極用回路には図示しない電源装置が接続され、枠体側電極２２０ａ、２２０ｂに電位を与える。
【００３１】
可動体側電極３２０ａ、３２０ｂには、可動体３００及び支持軸４００を介して枠体２００の第１及び第２の面２０２に延びる可動体電極用回路（図示しない）が接続される。可動体電極用回路には図示しない電源装置が接続され、枠体側電極２２０ａ、２２０ｂと可動体側電極３２０ａ、３２０ｂとの間に電位差を与える。
【００３２】
次に、図５を用いて静電駆動型光スキャナ１００の製造工程について説明する。
【００３３】
まず、ステップ１において、３つのＳｉ層１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃと、各Ｓｉ層の間に挟まれる２つのＳｉＯ２層１０２ａ、１０２ｂとを備える基板５００が用意される。
そして、ステップ２において、基板５００の２つの表面、すなわち第１Ｓｉ層１０１ａ及び第３Ｓｉ層１０１ｃの外側に露出する面に対してサーマルオキシデーション処理が行われ、表面にＳｉＯ２層１０２ｃ、１０２ｄが形成される。
【００３４】
ステップ３では、レジストパターン１０３を形成した後にステップ２で形成されたＳｉＯ２層１０２ｃ、１０２ｄをエッチング処理し、これらのＳｉＯ２層１０２ｃ、１０２ｄのうちレジストパターン１０３が形成されない部分を除去する。第１Ｓｉ層１０１ａの外側に露出する面に形成されたＳｉＯ２層１０２ｃは完全に除去され、第３Ｓｉ層１０１ｃの外側に露出する面に形成されたＳｉＯ２層１０２ｄは一部のみが除去される。図５のステップ３はこのときの基板５００の断面を示す。残ったレジストパターン１０３を除去した後に処理はステップ４に進む。
【００３５】
ステップ４では、レジストパターン１０４を形成した後に第１Ｓｉ層１０１ａをエッチング処理し、第１Ｓｉ層１０１ａのうちレジストパターン１０４が形成されない部分を除去する。つまり第１Ｓｉ層１０１ａの一部が除去される。図５のステップ４はこのときの基板５００の断面を示す。残ったレジストパターンを除去した後に処理はステップ５に進む。
【００３６】
ステップ５では、ステップ４と同様にして、第３Ｓｉ層１０１ｃの一部が除去される。図５のステップ５はこのときの基板５００の断面を示す。残ったレジストパターン１０５を除去した後に処理はステップ６に進む。
【００３７】
ステップ６では、第３Ｓｉ層１０１ｃの一部が除去される。図５のステップ６はこのときの基板５００の断面を示す。
【００３８】
ステップ７では、ＳｉＯ２層１０２ａ、１０２ｂをエッチング処理する。これにより、静電駆動型光スキャナ１００が完成する。
【００３９】
なお、ステップ７においてＳｉＯ２層１０２ｂを除去しなくても良い。支持軸４００の剛性を一定程度まで向上させることができる。
【００４０】
支持軸４００は第２Ｓｉ層１０１ｂにより構成されるので、厚さ方向において支持軸４００の対称性を維持できる。そのため、可動体３００の厚さ方向の中央から回動中心がずれることなく、静電駆動型光スキャナ１００を形成できる。さらに、支持軸４００の剛性を高めるべく、支持軸４００の厚みを増やす場合は、予め第２Ｓｉ層１０１ｂの厚みを所望の厚さに設定しておけばよく、設計が容易でかつ自由度が増す。
【００４１】
次に、図６及び７を用いて静電駆動型光スキャナ１００の動作について説明する。
【００４２】
電源装置から可動体側電極３２０ａ、３２０ｂと枠体側電極２２０ａ、２２０ｂとの間に電位差が与えられる。このとき、可動体側電極３２０ａ、３２０ｂと枠体側電極２２０ａ、２２０ｂとの間には、静電力により互いに引き合う引力、すなわち静電引力が生じる。
【００４３】
すると、この静電引力により支持軸４００が捻れて、可動体側電極３２０ａ、３２０ｂが枠体側電極２２０ａ、２２０ｂと重なりあう方向に移動する。これにより可動体３００が支持軸４００周りに揺動、つまり回転する。可動体３００が回転すると、第１の面２０１に対する鏡面３０１の角度が変化し、鏡面３０１による反射光の射出方向が変化する。
【００４４】
上述したように、支持軸４００の軸に対し垂直な投影面上では、可動体側電極３２０ａ、３２０ｂと枠体側電極２２０ａ、２２０ｂとが常時重なった状態になっている。すなわち、支持軸４００と平行な方向において、可動体側電極３２０ａ、３２０ｂと枠体側電極２２０ａ、２２０ｂとが対向している。この構成によれば、より小さい電位差を両電極間に与えるだけで、可動体３００を起動することが出来るとともに、与える電位差に対する光スキャナ１００の回転量の特性をほぼ線形にすることができる。
【００４５】
なお、本実施形態では１軸の静電駆動型光スキャナについて説明したが、枠体の周囲に更に枠体、電極及び支持軸を設けることにより、静電駆動型光スキャナを２軸としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】静電駆動型光スキャナの正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における静電駆動型光スキャナの断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における静電駆動型光スキャナの断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線における静電駆動型光スキャナの断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線における端面図により静電駆動型光スキャナの製造工程を示した図である。
【図６】可動体が揺動したときの図１のＩＶ−ＩＶ線における静電駆動型光スキャナを示した断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  静電駆動型光スキャナ
２００  枠体
２１０  第１の面
２２０ａ  枠体側電極
２２０ｂ  枠体側電極
３００  可動体
３１０  鏡面
３２０ａ  可動体側電極
３２０ｂ  可動体側電極
４００  支持軸
【図１】
2009288427.tif 000003
【図２】
2009288427.tif 000004
【図３】
2009288427.tif 000005
【図４】
2009288427.tif 000006
【図５】
2009288427.tif 000007
【図６】
2009288427.tif 000008