JP2008086067A - 可動構造体及びそれを備えた光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】可動構造体において、櫛歯の長さを長くしても櫛歯同士が接触しにくいようにし、可動板の振れ角を大きくさせる。
【解決手段】光学素子は、光を反射するためのミラー膜が形成された可動板２と、可動板２の周囲を囲むように形成されたフレーム部を有している。可動板２は、その両側部に配された捻りバネによりフレーム部に支持されており、この捻りバネを捻りながら回動可能に構成されている。可動板２の側端部とその側端部に対向するフレーム部３の固定電極部３ｂには櫛歯電極５が設けられている。櫛歯電極５を構成する櫛歯２ｃ，３ｃは、その根元部から先端部にかけて幅が漸次細くなるテーパ形状に形成されている。櫛歯２ｃ，３ｃは、共振周波数が大きく、撓みにくくなるので、櫛歯２ｃ，３ｃ同士は接触しにくい。櫛歯２ｃ，３ｃの櫛歯長を長くして櫛歯電極５の静電容量を大きくすることができ、可動板２に大きなトルクを加えることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学装置に搭載され外部から入射する光を走査する光学素子等に用いられる可動構造体に関する。

従来より、例えばバーコードリーダ等の光学機器には、ミラーが設けられた可動板を揺動させて、そのミラーに入射した光等をスキャン動作させる光学素子が搭載されている。このような光学素子としては、例えば特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に示されているような、マイクロマシニング技術を用いて成形された小型の可動構造体を搭載したものが知られている。これら特許文献１乃至特許文献３に示されている光学素子の可動構造体は、複数の櫛歯により構成された櫛歯電極を有している。

図９（ａ）、（ｂ）は、このような可動構造体の櫛歯電極の一例を示す。櫛歯電極８５は、可動構造体の可動板８２とそれに対向する可動構造体のフレーム部８３とに互いに噛み合うように形成された複数の櫛歯８２ｃ，８３ｃを有している。各櫛歯８２ｃ，８３ｃは、その根元部から先端部にかけて、一定の幅寸法ｗを有するように形成されている。そして、各櫛歯８２ｃ，８３ｃは、互いに所定の間隔ｇを空けて噛み合うように構成されている。可動構造体の可動板８２は、この櫛歯電極８５に電圧が印加され、各櫛歯８２ｃ，８３ｃ間に発生する静電力により駆動される。

ここで、特許文献１には、可動板の一面に支持フレームを有しており、ミラー面が動的に変形しないように構成された走査装置が示されている。この走査装置では、支持フレームが、可動板の両側部に行くに従って質量が減るように形成されており、可動板の回動時の慣性モーメントが小さく、高速動作可能に構成されている。特許文献２には、可動板の櫛歯電極のそれぞれの櫛歯が、櫛歯断面が可動板上面から裏面に向かって幅が徐々に拡大する台形形状になるように形成された偏向ミラーが示されている。この偏向ミラーは、櫛歯電極の櫛歯が台形形状の断面を有するように形成されていることにより、櫛歯電極間で静電力を効果的に作用させ、駆動電圧を低電圧化できるように構成されている。また、特許文献３には、可動板を２つの回動軸まわりに回動させ、光ビームを２次元的に偏向又はスキャンする２軸静電型のマイクロミラー素子が示されている。このマイクロミラー素子は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板により構成されており、櫛歯電極を構成する電極が互いに異なるシリコン層に形成されていることにより、櫛歯電極に電圧を印加することができるように構成されている。
特開２００６‐７９０７８号公報 特開２００５‐２６６５６６号公報 特開２００４‐１３０９９号公報

ところで、上記のような可動構造体において、可動板の水平方向からの振れ角を大きくするためには、櫛歯電極の静電容量を大きくし、可動板に加わるトルクを大きくする必要がある。櫛歯電極の静電容量を大きくするためには、櫛歯電極を構成する櫛歯の長さ（以下、櫛歯長と称する）を、可動構造体のサイズを鑑みて設定可能な範囲で長くすればよい。しかしながら、櫛歯長を長くすると、櫛歯の先端部が変位しやすくなって剛性が下がり、互いに隣り合う櫛歯同士が接触しやすくなる。すなわち、櫛歯長が長くなると、櫛歯の共振周波数が小さくなり、可動板の共振周波数と近くなるため、可動板の駆動時に櫛歯が共振することにより櫛歯が水平方向（図９（ｂ）の矢印Ｄ方向）に変位し、櫛歯同士が接触しやすくなる。また、櫛歯電極の成形時において、可動構造体のエッチング液槽からの引き揚げた時等には、液体の表面張力により互いに隣り合う櫛歯同士が接触しやすくなる。櫛歯同士が一旦接触すると、櫛歯間に働く分子間力により、櫛歯同士が接触したまま離れることがなく、可動構造体は動作不能になる。また、櫛歯長が長いと、櫛歯が根元部等で破断しやすくなる。櫛歯の共振周波数を高くして櫛歯が撓みにくいようにするためには、各櫛歯の幅を大きくすればよいが、限られた櫛歯電極の幅に配置可能な櫛歯の数が減少し、櫛歯電極の静電容量がかえって減少し、可動板の振れ角を大きくすることができない。このように、櫛歯電極の櫛歯長は、製造時の良品率や実用性を鑑みて設定する必要があり、櫛歯電極の静電容量を大きくするには限界があった。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、櫛歯の長さを長くしても櫛歯同士が接触しにくく、櫛歯電極の静電容量が大きく、可動板の振れ角を大きくすることが可能な可動構造体と、それを備えた光学素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、可動板と、この可動板を両側部で揺動自在に軸支する捻りバネと、前記捻りバネを支持するフレーム部と、前記可動板の一部及びそれに対向する前記フレーム部に互いに噛み合うように設けられた、複数の櫛歯を有する櫛歯電極とを備え、前記可動板側の櫛歯電極と前記フレーム部側の櫛歯電極との間に電圧が印加されることにより、前記可動板が揺動するように構成された可動構造体であって、前記櫛歯電極の櫛歯の幅が、当該櫛歯の根元部よりも先端部の方が細くなるように構成されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の可動構造体において、前記櫛歯電極の櫛歯は、当該櫛歯の根元部から先端部にかけて幅が漸次細くなるテーパ形状に形成されているものである。

請求項３の発明は、請求項１の可動構造体において、前記櫛歯電極の櫛歯は、当該櫛歯の根元部から先端部にかけて段階的に幅が細くなるように形成されているものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の可動構造体を備え、前記可動板には、ミラー構造が設けられており、前記可動板が揺動することにより、前記ミラー構造に入射した光を走査させるものである。

請求項１の発明によれば、櫛歯電極の櫛歯の幅が、櫛歯電極の根元部よりも先端部の方が細くなるように構成されているので、櫛歯の共振周波数を大きくすることができ、櫛歯が撓みにくく、櫛歯の長さを長くしても櫛歯同士が接触しにくくなり、また、櫛歯が破損しにくくなる。従って、櫛歯の長さを長くして櫛歯電極の静電容量を大きくし、可動板に大きなトルクを加えることが可能になり、可動板の振れ角を大きくすることができる。

請求項２の発明によれば、櫛歯電極の櫛歯は、櫛歯の根元部から先端部にかけて幅が細くなるテーパ形状に形成されているので、櫛歯を撓みにくいように構成しつつ、複数の櫛歯を所定のスペースに効率良く配置することができる。配置可能な櫛歯の数が増えるので、櫛歯の剛性や強度を確保しつつ、櫛歯電極の静電容量をより大きくすることが可能になり、可動板の振れ角をより大きくすることができる。

請求項３の発明によれば、櫛歯電極の櫛歯は、櫛歯の根元部から先端部にかけて段階的に幅が細くなるように形成されているので、上述と同様に、櫛歯の剛性や強度を確保しつつ、複数の櫛歯を効率良く配置することができ、可動板の振れ角をより大きくすることができる。

請求項４の発明によれば、櫛歯同士が接触しにくいようにしつつ、櫛歯電極の櫛歯を長くし、ミラー構造が設けられた可動板により大きなトルクを加えることが可能である。従って、可動板の振れ角が大きくなり、光を広角に走査することが可能になる。

以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る光学素子の一例を示す。光学素子１は、例えば、導電性を有するシリコンと絶縁性を有する酸化膜等で構成されたシリコン基板（図示せず）をマイクロマシニング技術等を用いて成形することにより構成された小型の可動構造体により構成されている。この光学素子１は、例えば、バーコードリーダ、外部のスクリーン等に画像を投影するプロジェクタ装置、又は光スイッチ等の光学機器に搭載されるものであり、外部の光源等（図示せず）から入射する光等を走査する機能を有している。

光学素子１は、略矩形形状の素子であり、その中央部に円形の可動板２を有している。可動板２の周囲には、可動板２を囲むように配置されたフレーム部３が形成されている。可動板２は、その両側部に互いに同軸に並ぶように配された梁形状の捻りバネ４によりフレーム部３に軸支されている。フレーム部３と可動板２との間には、可動板２を駆動するための櫛歯電極５が形成されている。これらの各部材は、共に同一のシリコン基板上に形成されており、可動板２が駆動されていない静止状態にあるとき、可動板２、フレーム部３、及び捻りバネ４が略水平に並ぶように構成されている。

可動板２は、その両側部の２つの捻りバネ４が並ぶ軸付近にその重心が位置し、櫛歯電極５が駆動されて揺動するとき、捻りバネ４を回転軸として、図２の矢印Ｆで示すようにバランスを保ち揺動する。可動板２の上面には、例えば外部から入射される光等を反射するための円形のミラー膜（ミラー構造）２ａが形成されている。このミラー膜２ａは、光学素子１と共に用いられる光源の種類等に応じて選択された、例えばアルミニウムや金等の金属膜である。可動板２は、本実施形態においては円形とされ、捻りバネ４の長手方向すなわち揺動軸に略直交する方向の寸法が、可動板２の中央部側よりも捻りバネ４側において小さくなるように構成されている。そのため、可動板２の寸法が中央部側と捻りバネ４側とで等しい場合と比較して、可動板２の捻りバネ４まわりの慣性モーメントが小さく、可動板２と捻りバネ４とで構成される振動系の共振周波数が大きく、可動板２が高速動作可能になるように構成されている。

フレーム部３は、捻りバネ４を支持する支持部３ａと、可動板２のうち、その揺動時に自由端となる２つの側端部をそれぞれ囲むように配された２つの固定電極部３ｂとを有している。支持部３ａと固定電極部３ｂとは、互いの境界部のシリコンがエッチング等により除去されていることにより、互いに電気的に絶縁されている。支持部３ａと２つの固定電極部３ｂとには、それぞれ、外部の電気回路に接続される電極パッド（図示せず）が形成されており、支持部３ａと各固定電極部３ｂの電位を互いに独立して変更することができるように構成されている。この電極パッドは、例えば、ミラー膜２ａと同一の金属膜により形成されている。

図３は、櫛歯電極５を示す。櫛歯電極５は、可動板２の側端部に形成された複数の櫛歯２ｃと、固定電極部３ｂのうち可動板２の側端部に対向する部位に形成された複数の櫛歯３ｃとを有している、いわゆる垂直静電コムである。図４は、櫛歯２ｃ，３ｃを示す。本実施形態において、櫛歯２ｃ，３ｃは、図３の寸法線で示すように、可動板２側又は固定電極部３ｂ側の根元部の幅寸法がｗ１となり、根元部から櫛歯長ｌだけ離れた先端部の幅寸法がｗ１より小さいｗ２となるように形成されている。そして、櫛歯２ｃ，３ｃは、根元部から先端部にかけて、幅がｗ１からｗ２まで漸次細くなるような、テーパ角（側面角度）がθに設定されたテーパ形状に形成されている。櫛歯電極５は、上記のようなテーパ形状の櫛歯２ｃ，３ｃが、例えば数マイクロメートルの間隔ｇを保ち、互いに噛み合うように配置されて構成されている。この櫛歯電極５は、外部の電気回路等からフレーム部３上の電極パッドを介して可動板２側の櫛歯２ｃと固定電極部３ｂ側の櫛歯３ｃとの間に電圧が印加されることにより駆動される。櫛歯電極５の各櫛歯２ｃ，３ｃ間に電圧が印加されると、各櫛歯２ｃ，３ｃの間に、静電気力による互いに引き合う力が発生する。櫛歯電極５が駆動されて発生する力が、可動板２の側端部に、可動板２に対して略垂直に作用することにより、可動板２に静電トルクが加わり、可動板２が揺動駆動される。

ここで、この光学素子１の製造工程の一例について説明する。先ず、シリコン基板に、可動板２、フレーム部３、捻りバネ４、櫛歯電極５等を成形して、複数の可動構造体を形成する。この可動構造体は、例えば、シリコン基板を、いわゆるバルクマイクロマシニング技術を用いて加工することにより形成される。その後、例えばスパッタリング等の方法を用いることによって、シリコン基板の上面に金属膜を形成する。そして、この金属膜をパターニングすることにより、可動板２の上面にミラー膜２ａを形成し、フレーム部３の上面に電極パッドを形成する。ミラー膜２ａ及び電極パッドが形成された後、シリコン基板とそれを支えるガラス等の支持基板とを陽極接合等により接合する。そして、その後、シリコン基板上に形成された複数の素子を個々に切り分けて、光学素子１を製造する。このような一連の工程により、複数の光学素子１を同時に製造することにより、製造コストを低減させることが可能である。なお、光学素子１の製造工程はこれに限られるものではなく、例えば、レーザ加工や超音波加工等により１つずつ形成されてもよい。

次に、上記のように構成された光学素子１の動作について図５を参照しつつ説明する。光学素子１の可動板２は、櫛歯電極５が所定の駆動周波数で駆動力を発生することにより駆動される。櫛歯電極５は、例えば、支持部３ａに配された電極パッドがグランド電位に接続され、可動板２の櫛歯２ｃが基準電位である状態で、固定電極部３ｂに配された電極パッドの電位を周期的に変化させて、櫛歯２ｃ，３ｃ間に所定の駆動周波数の電圧が印加されて駆動される。櫛歯電極５において、２つの櫛歯３ｃの電位が、同時に所定の駆動電位（例えば、数十ボルト）まで変化することにより、可動板２の両端部に設けられた２つの櫛歯２ｃが、同時に、それぞれと対向する櫛歯３ｃに、静電力により引き寄せられる。本実施形態において、櫛歯電極５には、図に示すように、例えば矩形波形状の電圧が印加され、駆動力が周期的に発生するように構成されている。なお、上述のように形成された可動板２は、一般に多くの場合、その成型時に寸法誤差等が生じることにより、静止状態でも可動板２が水平姿勢ではなく、きわめて僅かであるが傾いている。そのため、静止状態からであっても、櫛歯電極５が駆動されると、可動板２にそれに略垂直な方向の駆動力が加わり、可動板２が、捻りバネ４を回転軸として回動する。

可動板２の定常揺動時において、可動板２の水平面に対する振れ角の推移は、図の略正弦波形状の実線で示される。また、図の上部には、可動板２の揺動時の各時刻における櫛歯電極５の櫛歯２ｃ，３ｃの姿勢の変化を示す。可動板２が振れ角０度となる水平状態（時刻ｔ０）から慣性力により回動し、時刻ｔ１に、可動板２の回動方向への慣性力と、捻りバネ４の復元力とが等しくなると、可動板２のその方向への回動が止まる。可動板２の振れ角が最大となると、捻りバネ４の復元力（図に一点鎖線で示す）により、可動板２は、それまでの回動方向とは反対の方向に回動する。ここで、時刻ｔ１から可動板２が再び水平状態となる時刻ｔ２までの間、櫛歯電極５に駆動電圧が印加され、可動板２は、捻りバネ４の復元力によるトルクと、櫛歯電極５が発生する静電力による静電トルク（図に破線で示す）とが加えられて回動する。可動板２が、時刻ｔ２に水平状態になり、そのまま慣性力により回動して時刻ｔ３に振れ角が最大となると、櫛歯電極５に再び駆動電圧が印加される。そして、可動板２は、時刻ｔ３から、捻りバネ４の復元力によるトルク及び櫛歯電極５による静電トルクにより、再び、それまでとは反対の方向に回動を開始する。可動板２は、このような櫛歯電極５の駆動力と捻りバネ４の復元力による回動を、時刻ｔ０乃至ｔ４までの時間を１周期として繰り返して揺動する。櫛歯電極５は、このように可動板２と捻りバネ４により構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数の電圧が印加されて駆動され、可動板２が共振現象を伴って駆動され、その揺動角が大きくなるように構成されている。なお、櫛歯電極５の電圧の印加態様や駆動周波数は、上述に限られるものではなく、例えば、駆動電圧が正弦波形で印加されるように構成されていても、また、櫛歯２ｃ，３ｃの電位が共に変化することにより櫛歯電極５が駆動されるように構成されていてもよい。なお、可動板２に加えられるトルクは、図の２点鎖線で示すように略正弦波形状で変化することが望ましいが、櫛歯電極５による静電トルクは、図の点線で示すように、櫛歯電極５の櫛歯２ｃ，３ｃが互いに近づき、互いに重なり合うときにのみ発生することから、図の破線で示すように発生する。

ここで、この光学素子１の櫛歯電極５は、上記のように櫛歯２ｃ，３ｃの根元部から先端部にかけて幅が細くなるテーパ形状に形成されており、櫛歯２ｃ，３ｃの剛性が高く、撓みにくいように構成されている。片持ち梁とみなされる各櫛歯２ｃ，３ｃの水平方向（図４の矢印Ｄ方向）の共振周波数ｆは、櫛歯２ｃ，３ｃのヤング率Ｅ及び櫛歯２ｃ，３ｃの密度ρを用い、櫛歯の幅を（ｗ１＋ｗ２）／２と近似した場合、櫛歯長ｌの関数として次式のように表すことができる。

本実施形態において、櫛歯電極５の櫛歯２ｃ，３ｃの幅や櫛歯長は、櫛歯２ｃ，３ｃの共振周波数を鑑みつつ種々の計算を行い、その結果に基づいて設定されている。以下に、図６及び図７を参照しつつ、櫛歯２ｃ，３ｃの幅や櫛歯長の設定に関し説明する。図６は、例えば、先端部の幅ｗ２が２μｍであり、テーパ角θが０．５ｄｅｇ，０．３ｄｅｇ，０ｄｅｇに設定された３種類の櫛歯２ｃ，３ｃについて、それぞれの櫛歯２ｃ，３ｃの櫛歯長に対する当該櫛歯２ｃ，３ｃの共振周波数の値を示す。図より、テーパ角θが大きく、根元部の幅ｗ１が大きい櫛歯２ｃ，３ｃの方が、同一櫛歯長における共振周波数が大きいことがわかる。櫛歯２ｃ，３ｃは、可動板２の駆動時に可動板２の揺動に共振せず櫛歯２ｃ，３ｃ同士が接触しないように構成されなければならないため、櫛歯２ｃ，３ｃの共振周波数は、可動板２の共振周波数より大きくなければならない。すなわち、櫛歯２ｃ，３ｃの櫛歯長は可動板２の共振周波数に基づいて設定され、例えば、可動板２の駆動時の共振周波数が１６ｋＨｚである場合には、テーパ角θが０．５ｄｅｇ，０．３ｄｅｇ，０ｄｅｇである各櫛歯につき、それぞれの最大の櫛歯長は、７５０μｍ以下、６００μｍ以下、４００μｍ以下の長さに設定される。

図７は、櫛歯電極５の発生する静電トルクと、可動板２の振れ角との関係を示す。図では、上述のような、先端部の幅ｗ２が２μｍで、櫛歯長‐テーパ角θの組み合わせがそれぞれ７５０μｍ‐０．５ｄｅｇ，６００μｍ‐０．３ｄｅｇ，４００μｍ‐０ｄｅｇである各櫛歯２ｃ，３ｃを、互いの櫛歯間の間隔ｇを５μｍだけ確保しつつ、２００μｍの幅の櫛歯電極５内にそれぞれ５本、１０本、１４本配置して櫛歯電極５を構成したときの静電トルクを示している。なお、静電トルクは、可動板２の櫛歯２ｃの根元部が、可動板２の回動軸から９０μｍ離れた部位にあるとして、櫛歯電極５の静電力は、櫛歯２ｃの重心位置に作用すると仮定して計算されたものである。櫛歯２ｃ，３ｃにテーパ角θをつけて根元部の幅が大きくなると、櫛歯２ｃ，３ｃを配置可能である間隔が大きくなり、ある一定のスペースに配置できる櫛歯２ｃ，３ｃの数が減少する一方で、テーパ角θ＝０ｄｅｇの場合よりもθ＝０．３ｄｅｇの場合の方が、櫛歯長を４００μｍより長く６００μｍに設定できる。このとき、櫛歯電極５の静電容量の変化には、櫛歯長の違いの方が櫛歯２ｃ，３ｃの数の違いよりも大きく影響し、櫛歯長が長くなることにより、テーパ角θ＝０．３ｄｅｇである場合の方が、可動板２に加わる静電トルクは大きくなる。一方、櫛歯２ｃ，３ｃのテーパ角θ＝０．３ｄｅｇである場合とθ＝０．５ｄｅｇである場合とを比較すると、θ＝０．５ｄｅｇである場合の方が、櫛歯長が長いものの櫛歯２ｃ，３ｃの数が少なくなり、可動板２の振れ角全域にわたり、θ＝０．３ｄｅｇである場合よりも静電トルクが下がることがわかる。以上より、本実施形態においては、櫛歯２ｃ，３ｃのテーパ角θは０．３ｄｅｇに設定され、静電トルクが最も大きくなるように設定される。すなわち、本実施形態において、櫛歯電極５の櫛歯２ｃ，３ｃの幅や櫛歯長は、櫛歯２ｃ，３ｃの剛性を維持しながら櫛歯長を長く設定して櫛歯電極５による静電トルクが大きくなるように、櫛歯２ｃ，３ｃの配置本数が減るというデメリットを鑑みつつ、種々の制約条件の下で、実際に計算を行った上で設定される。なお、このとき、櫛歯２ｃ，３ｃの幅や櫛歯長は、櫛歯電極５の静電トルクが最も大きくなるように計算により算出された最適値に設定されることが望ましいが、これに限られるものではない。

このように、本実施形態の光学素子１では、櫛歯２ｃ，３ｃがテーパ形状であるので、テーパ角θ＝０ｄｅｇである場合と比較して櫛歯２ｃ，３ｃの共振周波数を大きくすることができ、櫛歯２ｃ，３ｃが撓みにくく、櫛歯長を長くしても櫛歯２ｃ，３ｃ同士が接触しにくくなり、また、櫛歯２ｃ，３ｃが破損しにくくなる。従って、櫛歯２ｃ，３ｃの櫛歯長を長くして櫛歯電極５の静電容量を大きくし、可動板５に大きな静電トルクを加えることが可能になり、可動板５の振れ角をより大きくすることができる。また、櫛歯２ｃ，３ｃはテーパ形状であるので、櫛歯電極５を配置するスペースに、複数の櫛歯２ｃ，３ｃを、スペース効率良く配置することができる。従って、配置可能な櫛歯２ｃ，３ｃの数が増え、櫛歯２ｃ，３ｃの剛性や強度を確保しつつ、可動板２の振れ角をより大きくすることができる。これにより、ミラー膜２ａを大きな振れ角で揺動させ、光をより広角に走査することが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、櫛歯電極を構成する櫛歯の形状は、テーパ形状でなくてもよく、例えば櫛歯の根元部から先端部にかけて段階的に幅が細くなるように形成されていてもよい。図８は、このように、例えば段階的に幅が細くなるように形成された櫛歯の一例を示す。この櫛歯１２ｃは、その根元部から先端部までの間で、３段階に幅が細くなるように形成されており、上述の光学素子１と同様に、複数の櫛歯１２ｃを効率良く配置可能に構成されている。このように、本発明においては、櫛歯は、当該櫛歯の根元部よりも先端部の方が幅が細くなるように構成されていればよく、それにより、上述と同様に、櫛歯の幅が根元部から先端部まで一様である場合よりも、櫛歯の水平方向の共振周波数が大きくなり、櫛歯の長さを長くしても櫛歯同士が接触しにくいようにしつつ、可動板の振れ角を大きくすることが可能になる。

また、可動板は、円形に形成されていなくてもよく、矩形や菱形等、他の形状であってもよい。そして、本発明は、可動板にミラー膜を形成した光学素子のみに適用されるものではなく、櫛歯電極により揺動駆動される可動板を有する可動構造体に適用可能である。

本発明の一実施形態に係る光学素子の一例を示す平面図。 上記光学素子を示す斜視図。 上記光学素子の櫛歯電極を示す平面図。 上記櫛歯電極の櫛歯を示す斜視図。 上記光学素子の動作の一例を示すタイムチャート。 上記櫛歯の櫛歯長と当該櫛歯の水平方向の共振周波数との関係を示すグラフ。 上記光学素子の動作時における可動板の振れ角とそのときの櫛歯電極により発生される静電トルクとの関係を示すグラフ。 上記櫛歯の一変形例を示す斜視図。 （ａ）は従来の光学素子の櫛歯電極を示す平面図、（ｂ）はその櫛歯電極の櫛歯を示す斜視図。

符号の説明

１ 光学素子（可動構造体）
２ 可動板
２ａ ミラー膜（ミラー構造）
２ｃ，３ｃ，１２ｃ 櫛歯
３ フレーム部
４ 捻りバネ
５ 櫛歯電極

Claims (4)

1. 可動板と、この可動板を両側部で揺動自在に軸支する捻りバネと、前記捻りバネを支持するフレーム部と、前記可動板の一部及びそれに対向する前記フレーム部に互いに噛み合うように設けられた、複数の櫛歯を有する櫛歯電極とを備え、前記可動板側の櫛歯電極と前記フレーム部側の櫛歯電極との間に電圧が印加されることにより、前記可動板が揺動するように構成された可動構造体であって、
   前記櫛歯電極の櫛歯の幅が、当該櫛歯の根元部よりも先端部の方が細くなるように構成されていることを特徴とする可動構造体。
2. 前記櫛歯電極の櫛歯は、当該櫛歯の根元部から先端部にかけて幅が漸次細くなるテーパ形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の可動構造体。
3. 前記櫛歯電極の櫛歯は、当該櫛歯の根元部から先端部にかけて段階的に幅が細くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の可動構造体。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の可動構造体を備え、
   前記可動板には、ミラー構造が設けられており、前記可動板が揺動することにより、前記ミラー構造に入射した光を走査させることを特徴とする光学素子。

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