JP2018151608A - 光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】実装領域の特性によらず安定して光学素子を実装可能な光モジュールを提供する。【解決手段】可動ミラー5は、ミラー面51aを有するミラー部51と、弾性部52と、弾性部52に接続された支持部56と、支持部56の一方とミラー部51とを互いに連結する連結部57と、を有する。ベースBは、主面Bsと、主面Bsに連通する開口31bが設けられた実装領域31と、を有する。支持部56は、弾性部52の弾性変形に応じて弾性力が付与されると共に互いの距離が可変とされており、弾性力が付与された状態において開口31bに挿入される。可動ミラー5は、ミラー面51aが主面Bsに交差した状態において、開口31bの内面から支持部56に付与される弾性力の反力により実装領域31に支持される。連結部57は、ミラー面51aの中心よりもベースB側に設けられている。【選択図】図2
Description
本発明は、光モジュールに関する。
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術によってSOI(Silicon On Insulator)基板に干渉光学系が形成された光モジュールが知られている(例えば、特許文献1参照)。このような光モジュールは、高精度な光学配置が実現されたFTIR(フーリエ変換型赤外分光分析器)を提供し得るため、注目されている。
特許文献2には、光学システムの製造プロセスが記載されている。このプロセスにおいては、まず、テンプレート基板及び光学ベンチを用意する。テンプレート基板には、エッチングによってアライメントスロットが形成されている。光学ベンチの主面にはボンドパッドが配置されている。続いて、アライメントスロットがボンドパッド上に配置されるように、テンプレート基板を光学ベンチの主面に取り付ける。続いて、光学要素をアライメントスロットの側壁を用いて位置決めしながらアライメントスロットに挿入し、ボンドパッド上に位置させる。そして、ボンドパッドのリフローにより光学要素を光学ベンチに接着する。
上述したような光モジュールには、例えば可動ミラーのサイズがSOI基板に対する深堀加工の達成度に依存する点で、次のような課題がある。すなわち、SOI基板に対する深堀加工の達成度は最大でも500μm程度であるため、可動ミラーのサイズを大きくしてFTIRにおける感度を向上させるのには限界がある。そこで、別体で形成された可動ミラーをデバイス層(例えばSOI基板において駆動領域が形成される層)に実装する技術が考えられる。
これに対して、特許文献1に記載のMEMSデバイスの作製に際して特許文献2に記載のプロセスを用いると、アクチュエータに接続されて可動とされた実装領域に対して、可動ミラーといった光学要素をボンドパッドのリフローにより接着して実装することになる。この場合、ボンドパッドの使用量や形成領域等を十分にコントロールしないと、ボンドパッドの接着が実装領域の駆動に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、光学要素の実装領域の特性によっては、特許文献1に記載のプロセスが適用できない場合がある。
本発明は、実装領域の特性によらず安定して光学素子を実装可能な光モジュールを提供することを目的とする。
本発明に係る光モジュールは、光学素子と光学素子が実装されるベースとを備える光モジュールであって、光学素子は、光学面を有する光学部と、一端部及び他端部を含み光学部の周囲に設けられた弾性部と、一端部及び他端部のそれぞれから光学部よりもベース側に延びる一対の支持部と、支持部の一方と光学部とを互いに連結する連結部と、を有し、ベースは、主面と、主面に連通する開口が設けられた実装領域と、を有し、支持部は、弾性部の弾性変形に応じて弾性力が付与されると共に互いの距離が可変とされており、弾性力が付与された状態において開口に挿入され、光学素子は、光学面が主面に交差した状態において、開口の内面から支持部に付与される弾性力の反力により実装領域に支持され、連結部は、光学面の中心よりもベース側に設けられている。
この光モジュールにおいては、光学素子が、弾性部と、弾性部の弾性変形に応じて互いの距離が可変とされた一対の支持部と、を有する。一方、光学素子が実装されるベースの実装領域には、主面に連通する開口が形成されている。したがって、一例として支持部間の距離が縮小するように弾性部を弾性変形させた状態において支持部を開口に挿入し、弾性部の弾性変形の一部を解放することにより、開口内において支持部の互いの距離が拡大し、支持部を開口の内面に当接させることができる。これにより、光学素子は、開口の内面から支持部に付与される反力によって支持される。このように、この光モジュールにおいては、弾性力を利用して光学素子をベースに実装する。したがって、接着剤の悪影響等を考慮することなく、すなわち、実装領域の特性によらずに光学素子を実装可能である。
ここで、この光学素子にあっては、光学部と支持部とを互いに連結する連結部が、光学面の中心よりもベース側に設けられている。このため、例えば連結部を光学面の中心よりもベースと反対側に設ける場合と比較して、光学素子の全体としての重心がベースに近くなる。このため、安定度が向上する。
また、同様の理由から、光学面の中心よりもベースと反対側の領域の全体において、光学部の周囲に弾性部を設けることができる。このため、弾性部を比較的長くすることが可能となり、ばね定数の調整がしやすくなる。その結果、ばね定数の増大を抑制することにより、弾性変形に伴う弾性部の破損を抑制し、安定した実装を実現可能である。このように、この光モジュールによれば、実装領域の特性によらずに光学素子を安定して実装可能である。
なお、この光学素子によれば、上述したように、光学面の中心よりもベースと反対側の領域の全体において、光学部の周囲に弾性部を設けることができる。このため、光学部に近接するように弾性部を設けた場合であっても、弾性部の長さを十分に確保可能である。つまり、この光学素子によれば、弾性部の長さを確保しつつ光学素子のコンパクト化を実現可能である。
本発明に係る光モジュールにおいては、弾性部は、光学面に交差する方向からみて、光学部を部分的に囲うように形成された円弧状部分を含み、一端部及び他端部は、円弧状部分の先端に設けられていてもよい。このように弾性部が円弧状部分を有することにより、コンパクト化と弾性部の長さの確保とを確実に両立することができる。
本発明に係る光モジュールにおいては、支持部は、連結部による光学部との連結位置を越えてベース側に延び、開口に挿入される係止部を含み、光学面に交差する方向からみて、係止部の太さは弾性部の太さよりも大きくてもよい。この場合、係止部を介してより安定して光学素子をベースに支持することができる。
本発明に係る光モジュールにおいては、光学面に交差する方向からみて、支持部の太さは弾性部の太さよりも大きくてもよい。この場合、弾性部を弾性変形させるための力を、支持部を介して安定して弾性部に加えることができる。
本発明に係る光モジュールにおいては、光学面に交差する方向からみて、連結部の太さは弾性部の太さよりも大きくてもよい。この場合、支持部と光学部とを確実に連結することができる。
本発明に係る光モジュールにおいては、開口の内面は、主面に交差する方向からみて、一端から他端に向けて互いの距離が拡大するように傾斜した一対の傾斜面と、一方の傾斜面の他端と他方の傾斜面の他端とを接続する基準線に沿って延在する基準面と、を含んでもよい。この場合、支持部を開口に挿入して弾性部の弾性変形の一部を解放したときに、弾性力によって支持部を傾斜面に摺動させて基準面に突き当てることができる。このため、主面に沿った方向における光学素子の位置決めが可能である。
本発明に係る光モジュールは、ベースに実装された固定ミラーとビームスプリッタとを更に備え、光学素子は、ミラー面である光学面を含む可動ミラーであり、ベースは、実装領域に接続された駆動領域を有し、可動ミラー、固定ミラー及びビームスプリッタは、干渉光学系を構成するように配置されていてもよい。この場合、感度が向上されたFTIRを得ることができる。また、ここでは、可動ミラーが実装される実装領域は、駆動領域に接続されて駆動される特性を有している。したがって、接着剤の悪影響等を受けやすいため、上記の構成がより有効となる。
本発明に係る光モジュールにおいては、ベースは、支持層と、支持層上に設けられたデバイス層と、支持層とデバイス層との間に設けられた中間層を有し、支持層は、SOI基板の第1シリコン層であり、デバイス層は、SOI基板の第2シリコン層であり、中間層は、SOI基板の絶縁層であってもよい。この場合、デバイス層に対する可動ミラーの確実な実装のための構成をSOI基板によって好適に実現することができる。
本発明に係る光モジュールは、外部から干渉光学系に測定光を入射させるように配置された光入射部と、干渉光学系から外部に測定光を出射させるように配置された光出射部と、を備えてもよい。この場合、光入射部及び光出射部を備えるFTIRを得ることができる。
本発明によれば、実装領域の特性によらず安定して光学素子を実装可能な光モジュールを提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する部分を省略する。
[光モジュールの構成]
[光モジュールの構成]
図1に示されるように、光モジュール1は、ベースBを備えている。ベースBは、主面Bsを備えている。ベースBは、支持層2と、支持層2上に設けられたデバイス層3と、支持層2とデバイス層3との間に設けられた中間層4と、備えている。主面Bsは、ここでは、デバイス層3における支持層2と反対側の表面である。支持層2、デバイス層3及び中間層4は、SOI基板によって構成されている。具体的には、支持層2は、SOI基板の第1シリコン層である。デバイス層3は、SOI基板の第2シリコン層である。中間層4は、SOI基板の絶縁層である。支持層2、デバイス層3及び中間層4は、それらの積層方向であるZ軸方向(Z軸に平行な方向)から見た場合に、例えば、一辺が10mm程度の矩形状を呈している。支持層2及びデバイス層3のそれぞれの厚さは、例えば数百μm程度である。中間層4の厚さは、例えば数μm程度である。なお、図1では、デバイス層3の1つの角部及び中間層4の1つの角部が切り欠かれた状態で、デバイス層3及び中間層4が示されている。
デバイス層3は、実装領域31と、実装領域31に接続された駆動領域32と、を有している。駆動領域32は、一対のアクチュエータ領域33と、一対の弾性支持領域34と、を含んでいる。実装領域31及び駆動領域32(すなわち、実装領域31並びに一対のアクチュエータ領域33及び一対の弾性支持領域34)は、MEMS技術(パターニング及びエッチング)によってデバイス層3の一部に一体的に形成されている。
一対のアクチュエータ領域33は、X軸方向(Z軸に直交するX軸に平行な方向)において実装領域31の両側に配置されている。つまり、実装領域31は、X軸方向において一対のアクチュエータ領域33に挟まれている。各アクチュエータ領域33は、中間層4を介して支持層2に固定されている。各アクチュエータ領域33における実装領域31側の側面には、第1櫛歯部33aが設けられている。各第1櫛歯部33aは、その直下の中間層4が除去されることで、支持層2に対して浮いた状態となっている。各アクチュエータ領域33には、第1電極35が設けられている。
一対の弾性支持領域34は、Y軸方向(Z軸及びX軸に直交するY軸に平行な方向)において実装領域31の両側に配置されている。つまり、実装領域31は、Y軸方向において一対の弾性支持領域34に挟まれている。各弾性支持領域34の両端部34aは、中間層4を介して支持層2に固定されている。各弾性支持領域34の弾性変形部34b(両端部34aの間の部分)は、複数の板バネが連結された構造を有している。各弾性支持領域34の弾性変形部34bは、その直下の中間層4が除去されることで、支持層2に対して浮いた状態となっている。各弾性支持領域34において両端部34aのそれぞれには、第2電極36が設けられている。
実装領域31には、各弾性支持領域34の弾性変形部34bが接続されている。実装領域31は、その直下の中間層4が除去されることで、支持層2に対して浮いた状態となっている。つまり、実装領域31は、一対の弾性支持領域34によって支持されている。実装領域31における各アクチュエータ領域33側の側面には、第2櫛歯部31aが設けられている。各第2櫛歯部31aは、その直下の中間層4が除去されることで、支持層2に対して浮いた状態となっている。互いに対向する第1櫛歯部33a及び第2櫛歯部31aにおいては、第1櫛歯部33aの各櫛歯が第2櫛歯部31aの各櫛歯間に位置している。
一対の弾性支持領域34は、X軸に平行な方向Aからみて両側から実装領域31を挟んでおり、実装領域31が方向Aに沿って移動すると、実装領域31が初期位置に戻るように実装領域31に弾性力を作用させる。したがって、第1電極35と第2電極36との間に電圧が印加されて、互いに対向する第1櫛歯部33a及び第2櫛歯部31a間に静電引力が作用すると、当該静電引力と一対の弾性支持領域34による弾性力とがつり合う位置まで、方向Aに沿って実装領域31が移動させられる。このように、駆動領域32は、静電アクチュエータとして機能する。
光モジュール1は、可動ミラー5と、固定ミラー6と、ビームスプリッタ7と、光入射部8と、光出射部9と、を更に備えている。可動ミラー5、固定ミラー6及びビームスプリッタ7は、マイケルソン干渉光学系である干渉光学系10を構成するように、デバイス層3上に配置されている。
可動ミラー5は、X軸方向におけるビームスプリッタ7の一方の側において、デバイス層3の実装領域31に実装されている。可動ミラー5が有するミラー部51のミラー面51aは、デバイス層3に対して支持層2とは反対側に位置している。ミラー面51aは、例えばX軸方向に垂直な面(すなわち、方向Aに垂直な面)であり、ビームスプリッタ7側に向いている。
固定ミラー6は、Y軸方向におけるビームスプリッタ7の一方の側において、デバイス層3の実装領域37に実装されている。固定ミラー6が有するミラー部61のミラー面61aは、デバイス層3に対して支持層2とは反対側に位置している。ミラー面61aは、例えばY軸方向に垂直な面であり、ビームスプリッタ7側に向いている。
光入射部8は、Y軸方向におけるビームスプリッタ7の他方の側において、デバイス層3に実装されている。光入射部8は、例えば光ファイバ及びコリメートレンズ等によって構成されている。光入射部8は、外部から干渉光学系10に測定光を入射させるように配置されている。
光出射部9は、X軸方向におけるビームスプリッタ7の他方の側において、デバイス層3に実装されている。光出射部9は、例えば光ファイバ及びコリメートレンズ等によって構成されている。光出射部9は、干渉光学系10から外部に測定光(干渉光)を出射させるように配置されている。
ビームスプリッタ7は、光学機能面7aを有するキューブタイプのビームスプリッタである。光学機能面7aは、デバイス層3に対して支持層2とは反対側に位置している。ビームスプリッタ7は、デバイス層3に形成された矩形状の開口3aの1つの隅部にビームスプリッタ7の底面側の1つの角部が接触させられることで、位置決めされている。ビームスプリッタ7は、位置決めされた状態で接着等によって支持層2に固定されることで、支持層2に実装されている。
以上のように構成された光モジュール1では、光入射部8を介して外部から干渉光学系10に測定光L0が入射すると、測定光L0の一部は、ビームスプリッタ7の光学機能面7aで反射されて可動ミラー5に向かって進行し、測定光L0の残部は、ビームスプリッタ7の光学機能面7aを透過して固定ミラー6に向かって進行する。測定光L0の一部は、可動ミラー5のミラー面51aで反射されて、同一光路上をビームスプリッタ7に向かって進行し、ビームスプリッタ7の光学機能面7aを透過する。測定光L0の残部は、固定ミラー6のミラー面61aで反射されて、同一光路上をビームスプリッタ7に向かって進行し、ビームスプリッタ7の光学機能面7aで反射される。ビームスプリッタ7の光学機能面7aを透過した測定光L0の一部と、ビームスプリッタ7の光学機能面7aで反射された測定光L0の残部とは、干渉光である測定光L1となり、測定光L1は、光出射部9を介して干渉光学系10から外部に出射する。光モジュール1によれば、方向Aに沿って可動ミラー5を高速で往復動させることができるので、小型且つ高精度のFTIRを提供することができる。
[可動ミラー及びその周辺構造]
[可動ミラー及びその周辺構造]
図2、図3、及び図4に示されるように、可動ミラー(光学素子)5は、ミラー面(光学面)51aを有するミラー部(光学部)51と、弾性部52と、一対の支持部56と、一方の支持部56とミラー部51とを互いに連結する単一の連結部57と、を有している。ミラー部51は、円板状に形成されている。ミラー面51aは、ミラー部51の円形状の板面である。可動ミラー5は、ミラー面51aが主面Bsに交差(例えば直交)する状態においてベースBに実装されている。
弾性部52は、ミラー部51の周囲に設けられている。ここでは、弾性部52は、Z軸方向におけるミラー部51の中心よりもベースBの主面Bsと反対側において、ミラー部51の全体を囲うようにミラー部51の周囲に設けられている。弾性部52は、ミラー部51から離間している。弾性部52は、ミラー面51aに交差する方向(X軸方向)からみてミラー部51を部分的に囲うように円弧状に形成された円弧状部分52aを含む。弾性部52は、この円弧状部分52aを含め全体として板バネとして構成されている。ここでは、円弧状部分52aは、Z軸方向におけるミラー部51の中心を通る中心線CLよりもベースBの主面Bsと反対側に配置されている。中心線CLは、ミラー面51a及び主面Bsに沿った方向(Y軸方向)に沿って延びる仮想的な直線である。
弾性部52は、円弧状部分52aの両端に設けられた一端部52p及び他端部52rを含む。一端部52p及び他端部52rは、円弧状部分52aから連続する曲線状であってもよいし、直線状であってもよい。一端部52p及び他端部52rは、例えば中心線CLと重複する。ここでは、弾性部52は、Y軸方向におけるミラー部51の中心を通る別の中心線DLに対して、対称的に構成されている。中心線DLは、中心線CLに交差(直交)しておりZ軸方向に沿って延びる仮想的な線である。
支持部56は、一例として断面矩形の棒状であって、Y軸方向にミラー部51の少なくとも一部(ベースBの主面Bs側の一部)を挟むように設けられている。支持部56は、弾性部52の一端部52p及び他端部52rのそれぞれに接続されている(一続きに形成されている)。支持部56は、一端部52p及び他端部52rのそれぞれからミラー部51よりもベースB側に延びる。より具体的には、支持部56は、一端部52p及び他端部52rからベースBに向かうにつれて互いの距離が近づくように傾斜した傾斜部56aを含む。また、支持部56は、傾斜部56aにおける一端部52p及び他端部52rと反対側の端部から延設された係止部55を含む。
支持部56は、一対の支持部56間において互いに反対方向に傾斜部56aから突出する突設部56cを含む。支持部56においては、傾斜部56a、係止部55、及び、突設部56cによって、角部56pが形成されている。一対の支持部56間において、角部56pは互いに反対側に臨んでいる。
支持部56は、Y軸方向の両側から支持部56を挟むように支持部56に力を加えることにより、弾性部52をY軸方向に圧縮するように弾性変形させることができる。すなわち、Y軸方向に沿った支持部56の互いの距離は、弾性部52の弾性変形に応じて可変である。また、支持部56には、弾性部52の弾性力が付与され得る。なお、支持部56に弾性部52を変形させるための力を付与する場合には、例えば突設部56cを利用することができる(すなわち、突設部56cから力を入力することができる)。
連結部57は、一対の支持部56のうちの一方に設けられており、当該支持部56とミラー部51とを互いに連結している。ここでは、連結部57は、支持部56のうちの傾斜部56aに接続されている。また、連結部57は、傾斜部56aとの接続位置よりもベースBと反対側の位置においてミラー部51に接続されている。したがって、連結部57は、連結部57が設けられていない一方の支持部56から他方の支持部56に向かうにつれてベースBに近づくように傾斜している(斜めになっている)。また、連結部57は、ミラー面51aの中心よりもベースB側に設けられている。したがって、一対の支持部56は、当該連結部57によるミラー部51との連結位置CPを越えてベースB側に延びることになる。係止部55は、後述する開口31bに挿入される。
係止部55は、全体としてV字状に屈曲している。係止部55は、傾斜面55a及び傾斜面55bを含む。傾斜面55a及び傾斜面55bは、一対の係止部55における互いに対向する面の反対側の面である(外面である)。傾斜面55aは、一対の係止部55間において、連結部57から遠ざかる方向(Z軸負方向)に互いに近づくように傾斜している。傾斜面55bは、Z軸負方向に互いに離間するように傾斜している。X軸方向からみて、Z軸に対する傾斜面55aの傾斜角の絶対値は、90°未満である。同様に、傾斜面55bの傾斜角の絶対値は、90°未満である。ここでは、一例として、それらの傾斜角の絶対値は互いに等しい。
ここで、実装領域31には、開口31bが形成されている。ここでは、開口31bは、Z軸方向に延びてデバイス層3を貫通している。したがって、開口31bは、主面Bsとデバイス層3における主面Bsの反対側の表面とに連通している(至っている)。開口31bは、Z軸方向からみたときの形状が台形である柱状を呈している(図4参照)。開口31bの詳細については後述する。
支持部56は、弾性部52の弾性力が付与された状態において、この開口31bに挿入される。換言すれば、支持部56(すなわち可動ミラー5)が開口31bを介して実装領域31を貫通している。より具体的には、支持部56のうちの係止部55の一部が、開口31b内に位置している。その状態において、係止部55は、Z軸方向における開口31bの一対の縁部(主面Bs側の縁部及び主面Bsの反対側の縁部)に接触している。
ここでは、傾斜面55aが開口31bの主面Bs側の縁部に接触し、傾斜面55bが開口31bの主面Bsの反対側の縁部に接触している。これにより、Z軸方向において係止部55が実装領域31を挟むように実装領域31に係止される。この結果、Z軸方向について、可動ミラー5がベースBから抜けることが抑制される。
ここで、中間層4には、開口41が形成されている。開口41は、Z軸方向において中間層4の両側に開口している。支持層2には、開口21が形成されている。開口21は、Z軸方向において支持層2の両側に開口している。光モジュール1では、中間層4の開口41内の領域及び支持層2の開口21内の領域によって、一続きの空間S1が構成されている。つまり、空間S1は、中間層4の開口41内の領域及び支持層2の開口21内の領域を含んでいる。
空間S1は、支持層2とデバイス層3との間に形成されており、少なくとも実装領域31及び駆動領域32に対応している。具体的には、中間層4の開口41内の領域及び支持層2の開口21内の領域は、Z軸方向から見た場合に実装領域31が移動する範囲を含んでいる。中間層4の開口41内の領域は、実装領域31及び駆動領域32のうち支持層2から離間させるべき部分(すなわち、支持層2に対して浮いた状態とすべき部分であって、例えば、実装領域31の全体、各弾性支持領域34の弾性変形部34b、第1櫛歯部33a及び第2櫛歯部31a)を支持層2から離間させるための隙間を形成している。
ここで、図4に示されるように、開口31bの内面は、一対の傾斜面SLと、基準面SRと、を含む。傾斜面SLは、一端SLaと他端SLbとを含む。一端SLa及び他端SLbは、Z軸方向からみたときの傾斜面SLの両端部である。一対の傾斜面SLは、一端SLaから他端SLbに向けて互いの距離が拡大するように(例えばX軸に対して)傾斜している。基準面SRは、Z軸方向からみて、一方の傾斜面SLの他端SLbと他方の傾斜面SLの他端SLbとを互いに接続する基準線BLに沿って延在している。ここでは、基準面SRは、単に、他端SLb同士を互いに接続している。上述したように、Z軸方向からみたときの開口31bの形状は台形である。したがって、ここでは、傾斜面SLが台形の脚に相当し、基準面SRは台形の下底に相当する。
ここでは、開口31bは単一の空間である。Y軸方向における開口31bの寸法の最小値(すなわち、傾斜面SLの一端SLa同士の間隔)は、Y軸方向に沿って弾性部52を圧縮するように弾性変形させたとき、一対の係止部55を一括して開口31b内に配置可能な値である。一方、Y軸方向における開口31bの寸法の最大値(すなわち、傾斜面SLの他端SLb同士の間隔)は、一対の係止部55が開口31bに配置されているときに弾性部52の弾性変形の一部のみが解放され得る(すなわち弾性部52が自然長に至らない)値である。
したがって、開口31b内に一対の係止部55を配置すると、弾性部52の弾性力によって係止部55が開口31bの内面を押圧し、開口31bの内面からの反力が係止部55(支持部56)に付与されることになる。これにより、可動ミラー5は、ミラー面51aが主面Bsに交差(例えば直交)した状態において、開口31bの内面から支持部56に付与される弾性力の反力により実装領域31に支持される。
特に、係止部55は、開口31bの傾斜面SLに当接される。このため、係止部55は、傾斜面SLからの反力のX軸方向の成分によって傾斜面SL上を基準面SRに向けて摺動し、傾斜面SLに接触しながら基準面SRに突き当てられる。これにより、係止部55は、傾斜面SLと基準面SRとによって規定される角部に内接し、X軸方向及びY軸方向の両方において位置決めされる(弾性力によりセルフアライメントされる)。ここでは、係止部55の断面形状が四角形であるので、Z軸方向から見て、傾斜面SLは係止部55に対して点で接触し、基準面SRは係止部55に対して線で接触する。すなわち、ここでは、開口31bの内面は、Z軸方向からみて2つの点及び2つの線で一対の係止部55に接触する。
一方、図2に示されるように、X軸方向からみて、係止部55には、開口31bの縁部においても開口31bの内面から弾性力の反力が付与される。可動ミラー5の実装時には、係止部55の傾斜面55a及び傾斜面55bの一方に対して反力が付与される場合がある。この場合には、当該反力の傾斜面55a又は傾斜面55bに沿った成分によって傾斜面55a及び傾斜面55bの一方が縁部に摺動し、傾斜面55aと傾斜面55bとの両方が縁部に当接する位置(すなわちZ軸方向に沿って実装領域31を挟む位置)に至るようにZ軸方向に沿って移動する。これにより、当該位置において係止部55が係止され、可動ミラー5がZ軸方向について位置決めされる(弾性力によりセルフアライメントされる)。つまり、可動ミラー5においては、弾性部52の弾性力を利用して、3次元的にセルフアライメントがなされる。
以上のような可動ミラー5は、例えばMEMS技術(パターニング及びエッチング)によって一体的に形成される。したがって、可動ミラー5の厚さ(ミラー面51aに交差する方向の寸法)は、各部において一定であり、例えば、320μm程度である。また、ミラー面51aの直径は、例えば1mm程度である。さらに、弾性部52のミラー部51側の表面(内面)と、ミラー部51の弾性部52側の表面(外面)との間隔は、例えば200μm程度である。弾性部52の厚さ(板バネの厚さ)は、例えば10μm以上20μm以下程度である。
なお、ミラー面51aに交差する方向(X軸方向)からみて、係止部55の太さは弾性部52の太さ(板厚)よりも大きい。また、X軸方向からみて、支持部56の全体の太さは弾性部52の太さよりも大きい。さらに、X軸方向からみて、連結部57の太さは弾性部52の太さよりも大きい。すなわち、ここでは、弾性部52、支持部56、及び連結部57のなかで弾性部52が最も細く(薄く)されている。したがって、例えば支持部56からの力の入力により弾性部52を弾性変形させるときに、支持部56及び連結部57は実質的に変形しない。ただし、支持部56及び連結部57は、わずかに変形してもよい。換言すれば、支持部56及び連結部57は、支持部56及び連結部57の変形量が弾性部52の変形量よりも小さい範囲において変形する場合もある(なお、支持部56及び連結部57の変形量が0の場合もある)。
[固定ミラー及びその周辺構造]
[固定ミラー及びその周辺構造]
固定ミラー6及びその周辺構造は、実装領域が可動しないことを除いて、上記の可動ミラー5及びその周辺構造と同様となっている。すなわち、図5及び図6に示されるように、固定ミラー(光学素子)6は、ミラー面(光学面)61aを有するミラー部(光学部)61と、弾性部62と、一対の支持部66と、一方の支持部66とミラー部61とを互いに連結する単一の連結部67と、を有している。ミラー部61は、円板状に形成されている。ミラー面61aは、ミラー部61の円形状の板面である。固定ミラー6は、ミラー面61aが主面Bsに交差(例えば直交)する状態においてベースBに実装されている。
弾性部62は、ミラー部61の周囲に設けられている。ここでは、弾性部62は、Z軸方向におけるミラー部61の中心よりもベースBの主面Bsと反対側の全体を囲うように、ミラー部61の周囲に設けられている。弾性部62は、ミラー面61aに交差する方向(X軸方向)からみて、ミラー部61から離間しつつミラー部61を部分的に囲うように円弧状に形成された円弧状部分62aを含む。弾性部62は、この円弧状部分62aを含め全体として板バネとして構成されている。ここでは、円弧状部分62aは、Z軸方向におけるミラー部61の中心を通る中心線CLよりもベースBの主面Bsと反対側に配置されている。中心線CLは、ミラー面61a及び主面Bsに沿った方向(X軸方向)に沿って延びる仮想的な直線である。
弾性部62は、円弧状部分62aの両端に設けられた一端部62p及び他端部62rを含む。一端部62p及び他端部62rは、円弧状部分62aから連続的に円弧状に湾曲していてもよいし、直線状であってもよい。一端部62p及び他端部62rは、例えば中心線CL上に位置する。ここでは、弾性部62は、Z軸方向におけるミラー部61の中心を通る別の中心線DLに対して、対称的に構成されている。中心線DLは、中心線CLに交差(直交)しておりZ軸方向に沿って延びる仮想的な線である。
支持部66は、断面矩形の棒状であって、X軸方向にミラー部61の少なくとも一部(ベースBの主面Bs側の一部)を挟むように設けられている。支持部66は、弾性部62の一端部62p及び他端部62rのそれぞれに接続されている(一続きに形成されている)。支持部66は、一端部62p及び他端部62rのそれぞれからミラー部61よりもベースB側に延びる。より具体的には、支持部66は、一端部62p及び他端部62rからベースBに向かうにつれて互いの距離が近づくように傾斜した傾斜部66aを含む。また、支持部66は、傾斜部66aにおける一端部62p及び他端部62rと反対側の端部から延設された係止部65を含む。
さらに、支持部66は、一対の支持部66間において互いに反対方向に傾斜部66aから突出する突設部66cを含む。支持部66においては、傾斜部66a、係止部65、及び、突設部66cによって、角部66pが形成されている。一対の支持部66間において、角部66pは互いに反対側に臨んでいる。
支持部66は、X軸方向の両側から支持部66を挟むように支持部66に力を加えることにより、弾性部62をX軸方向に圧縮するように弾性変形させることができる。すなわち、X軸方向に沿った支持部66の互いの距離は、弾性部62の弾性変形に応じて可変である。また、支持部66には、弾性部62の弾性力が付与され得る。なお、支持部66に弾性部62を変形させるための力を付与する場合には、例えば突設部66cを利用することができる(すなわち、突設部66cから力を入力することができる)。
連結部67は、一対の支持部66のうちの一方に設けられており、当該支持部66とミラー部61とを互いに連結している。ここでは、連結部67は、支持部66のうちの傾斜部66aに接続されている。また、連結部67は、傾斜部66aとの接続位置よりもベースBと反対側の位置においてミラー部61に接続されている。したがって、連結部67は、連結部67が設けられていない一方の支持部66から他方の支持部66に向かうにつれてベースBに近づくように傾斜している。また、連結部67は、ミラー面61aの中心よりもベースB側に設けられている。したがって、一対の支持部66は、当該連結部67によるミラー部61との連結位置CPを越えてベースB側に延び、後述する開口37aに挿入される。
係止部65は、全体として屈曲している。係止部65は、傾斜面65a及び傾斜面65bを含む。傾斜面65a及び傾斜面65bは、一対の係止部65における互いに対向する面の反対側の面である(外面である)。傾斜面65aは、一対の係止部65間において、連結部67から遠ざかる方向(Z軸負方向)に互いに近づくように傾斜している。傾斜面65bは、Z軸負方向に互いに離間するように傾斜している。Y軸方向からみて、Z軸に対する傾斜面65a,65bの傾斜角は、可動ミラー5における傾斜面55a,55bと同様である。
ここで、中間層4には、開口42が形成されている。開口42は、Z軸方向から見た場合に実装領域37の開口37aを含んでおり、Z軸方向において中間層4の両側に開口している。支持層2には、開口22が形成されている。開口22は、Z軸方向から見た場合に実装領域37の開口37aを含んでおり、Z軸方向において支持層2の両側に開口している。光モジュール1では、中間層4の開口42内の領域及び支持層2の開口22内の領域によって、一続きの空間S2が構成されている。つまり、空間S2は、中間層4の開口42内の領域及び支持層2の開口22内の領域を含んでいる。
ここで、開口37aの内面は、実装領域31における開口31bの内面と同様に構成されている。したがって、開口37a内に一対の係止部65を配置すると、弾性部62の弾性力によって係止部65が開口37aの内面を押圧し、開口37aの内面からの反力が係止部65(支持部66)に付与されることになる。これにより、固定ミラー6は、ミラー面61aが主面Bsに交差(例えば直交)した状態において、開口37aの内面から支持部66に付与される弾性力の反力によりベースBに支持される。特に、固定ミラー6においても、可動ミラー5の場合と同様に、開口37aの内面や縁部と弾性力とを利用したセルフアライメントがなされる。
以上のような固定ミラー6も、可動ミラー5と同様に、例えばMEMS技術(パターニング及びエッチング)によって一体的に形成される。固定ミラー6の各部の寸法は、例えば可動ミラー5の各部の上述した寸法と同様である。
すなわち、ミラー面61aに交差する方向(Y軸方向)からみて、係止部65の太さは弾性部62の太さ(板厚)よりも大きい。また、Y軸方向からみて、支持部66の全体の太さは弾性部62の太さよりも大きい。さらに、Y軸方向からみて、連結部67の太さは弾性部62の太さよりも大きい。すなわち、ここでは、弾性部62、支持部66、及び連結部67のなかで弾性部62が最も細く(薄く)されている。したがって、例えば支持部66からの力の入力により弾性部62を弾性変形させるときに、支持部66及び連結部67は実質的に変形しない。ただし、支持部66及び連結部67は、わずかに変形してもよい。換言すれば、支持部66及び連結部67は、支持部66及び連結部67の変形量が弾性部62の変形量よりも小さい範囲において変形する場合もある(なお、支持部66及び連結部67の変形量が0の場合もある)。
[作用及び効果]
[作用及び効果]
光モジュール1においては、可動ミラー5が、弾性部52と、弾性部52の弾性変形に応じて互いの距離が可変とされた一対の支持部56と、を有する。一方、可動ミラー5が実装されるベースBの実装領域31には、主面Bsに連通する開口31bが形成されている。したがって、一例として支持部56間の距離が縮小するように弾性部52を弾性変形させた状態において支持部56を開口31bに挿入し、弾性部52の弾性変形の一部を解放することにより、開口31b内において支持部56の互いの距離が拡大し、支持部56を開口31bの内面に当接させることができる。
これにより、可動ミラー5は、開口31bの内面から支持部56に付与される反力によって支持される。このように、この光モジュール1においては、弾性力を利用して可動ミラー5をベースBに実装する。したがって、接着剤の悪影響等を考慮することなく、すなわち、実装領域31の特性によらず確実に光学素子を実装可能である。なお、ここでは、可動ミラー5を例に作用及び効果を説明しているが、固定ミラー6に関しても同様の作用及び効果が奏される(以下同様)。
ここで、この可動ミラー5にあっては、ミラー部51と支持部56とを互いに連結する連結部57が、ミラー面51aの中心よりもベースB側に設けられている。このため、例えば連結部57をミラー面51aの中心よりもベースBと反対側に設ける場合と比較して、可動ミラー5の全体としての重心がベースBに近くなる。このため、安定度が向上する。
また、同様の理由から、ミラー面51aの中心よりもベースBと反対側の領域の全体において、ミラー部51の周囲に弾性部52を設けることができる。そして、当該領域には、弾性部52の弾性変形に影響を与える部材(例えば連結部)が必要ない。このため、弾性部52の自由に弾性変形可能な部分を比較的長くすることが可能となり、ばね定数の調整がしやすくなる。その結果、ばね定数の増大を抑制することにより、弾性変形に伴う弾性部の破損を抑制し、安定した実装を実現可能である。
一方、仮に、例えば円弧状部分52aの中心付近(ベースBと反対側における中心線DL上の位置)に連結部を設けて弾性部52とミラー部51とを互いに連結すると、弾性部52の自由に弾性変形可能な部分が当該連結部により分断されることになる。この結果、上記効果が得られ難い。以上のように、この光モジュール1によれば、実装領域31の特性によらずに可動ミラー5を安定して実装可能である。
なお、可動ミラー5によれば、上述したように、ミラー面51aの中心よりもベースBと反対側の領域の全体において、ミラー部51の周囲に弾性部52を設けることができる。このため、ミラー部51に近接するように弾性部52を設けた場合であっても、弾性部52の長さを十分に確保可能である。つまり、この可動ミラー5によれば、弾性部52の長さを確保しつつ可動ミラー5のコンパクト化を実現可能である。
また、光モジュール1においては、弾性部52は、ミラー面51aに交差する方向からみて、ミラー部51を部分的に囲うように形成された円弧状部分52aを含み、一端部52p及び他端部52rは、円弧状部分52aの先端に設けられている。このように弾性部52が円弧状部分52aを有することにより、コンパクト化と弾性部52の長さの確保とを確実に両立することができる。
また、光モジュール1においては、支持部56は、連結部57によるミラー部51との連結位置CPを越えてベースB側に延び、開口31bに挿入される係止部55を含む。そして、ミラー面51aに交差する方向からみて、係止部55の太さは弾性部52の太さよりも大きい。このため、係止部55を介してより安定して可動ミラー5をベースBに支持することができる。
また、光モジュール1においては、ミラー面51aに交差する方向からみて、支持部56の太さは弾性部52の太さよりも大きい。このため、弾性部52を弾性変形させるための力を、支持部56を介して安定して弾性部52に加えることができる。
また、光モジュール1においては、ミラー面51aに交差する方向からみて、連結部57の太さは弾性部52の太さよりも大きくてもよい。この場合、支持部56とミラー部51とを確実に連結することができる。
また、光モジュール1においては、開口31bの内面は、Z軸方向からみて、一端SLaから他端SLbに向けて互いの距離が拡大するように傾斜した一対の傾斜面SLと、一方の傾斜面SLの他端SLbと他方の傾斜面SLの他端SLbとを接続する基準線BLに沿って延在する基準面SRと、を含んでいる。このため、支持部56を開口31bに挿入して弾性部52の弾性変形の一部を解放したときに、弾性力によって支持部56を傾斜面SLに摺動させて基準面SRに突き当てることができる。このため、主面Bsに沿った方向における可動ミラー5の位置決めが可能である。
また、光モジュール1は、ベースBに実装された固定ミラー6とビームスプリッタ7とを更に備え、ベースBは、実装領域31に接続された駆動領域32を有し、可動ミラー5、固定ミラー6及びビームスプリッタ7は、干渉光学系10を構成するように配置されている。このため、感度が向上されたFTIRを得ることができる。また、ここでは、可動ミラー5が実装される実装領域31は、駆動領域32に接続されて駆動される特性を有している。したがって、接着剤の悪影響等を受けやすいため、上記の構成がより有効となる。
また、光モジュール1においては、ベースBは、支持層2と、支持層2上に設けられたデバイス層3と、支持層2とデバイス層3との間に設けられた中間層4を有している。そして、支持層2は、SOI基板の第1シリコン層であり、デバイス層3は、SOI基板の第2シリコン層であり、中間層4は、SOI基板の絶縁層である。このため、デバイス層3に対する可動ミラー5の確実な実装のための構成をSOI基板によって好適に実現することができる。
また、光モジュール1では、可動ミラー5のミラー面51aが、デバイス層3に対して支持層2とは反対側に位置している。これにより、光モジュール1の構成を簡易化することができる。
また、光モジュール1では、光入射部8が、外部から干渉光学系10に測定光を入射させるように配置されており、光出射部9が、干渉光学系10から外部に測定光を出射させるように配置されている。これにより、光入射部8及び光出射部9を備えるFTIRを得ることができる。
[変形例]
[変形例]
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、各構成の材料及び形状は、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。
また、空間S1は、支持層2とデバイス層3との間に形成されており、少なくとも実装領域31及び駆動領域32に対応していれば、図7及び図8に示されるように、様々な態様を採用することができる。
図7に示される構成では、開口21の代わりに、デバイス層3側に開口する凹部23が支持層2に形成されており、中間層4の開口41内の領域及び支持層2の凹部23内の領域によって空間S1が構成されている。この場合、支持層2の凹部23内の領域は、Z軸方向から見た場合に実装領域31が移動する範囲を含んでいる。可動ミラー5の各係止部55の一部は、中間層4の開口41内の領域を介して、凹部23内の領域に位置している。この構成によっても、デバイス層3に対する可動ミラー5の確実な実装のための構成を好適に実現することができる。
図8の(a)に示される構成では、支持層2の開口21内の領域が、Z軸方向から見た場合に可動ミラー5の各係止部55が移動する範囲を含んでいる。係止部55の一部は、中間層4の開口41内の領域を介して、支持層2の開口21内の領域に位置している。図8の(b)に示される構成では、支持層2の凹部23内の領域が、Z軸方向から見た場合に可動ミラー5の各係止部55が移動する範囲を含んでいる。これらの場合、中間層4の開口41内の領域は、Z軸方向から見た場合に実装領域31が移動する範囲を含んでおり、実装領域31及び駆動領域32のうち支持層2から離間させるべき部分を支持層2から離間させるための隙間を形成している。係止部55の一部は、中間層4の開口41内の領域を介して、支持層2の凹部23内の領域に位置している。
また、支持層2とデバイス層3とは、中間層4を介さずに互いに接合されていてもよい。この場合、支持層2は、例えば、シリコン、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、セラミックによって形成され、デバイス層3は、例えばシリコンによって形成される。支持層2とデバイス層3とは、例えば、表面活性化による常温接合、低温プラズマ接合、高温処理を行う直接接合、絶縁樹脂接着、メタル接合、ガラスフリットによる接合等によって互いに接合される。この場合にも、空間S1は、支持層2とデバイス層3との間に形成されており、少なくとも実装領域31及び駆動領域32に対応していれば、図9、図10、図11及び図12に示されるように、様々な態様を採用することができる。いずれの構成によっても、デバイス層3に対する可動ミラー5の確実な実装のための構成を好適に実現することができる。
図9の(a)に示される構成では、支持層2の開口21内の領域によって空間S1が構成されている。この場合、支持層2の開口21内の領域は、Z軸方向から見た場合に実装領域31が移動する範囲を含んでおり、実装領域31及び駆動領域32のうち支持層2から離間させるべき部分を支持層2から離間させるための隙間を形成している。係止部55の一部は、支持層2の開口21内の領域に位置している。
図9の(b)に示される構成では、支持層2の凹部23内の領域によって空間S1が構成されている。この場合、支持層2の凹部23内の領域は、Z軸方向から見た場合に実装領域31が移動する範囲を含んでおり、実装領域31及び駆動領域32のうち支持層2から離間させるべき部分を支持層2から離間させるための隙間を形成している。係止部55の一部は、支持層2の凹部23内の領域に位置している。
図10の(a)に示される構成では、支持層2側に開口する凹部(第1凹部)38がデバイス層3に形成されており、デバイス層3の凹部38内の領域及び支持層2の開口21内の領域によって空間S1が構成されている。この場合、デバイス層3の凹部38内の領域及び支持層2の開口21内の領域は、Z軸方向から見た場合に実装領域31が移動する範囲を含んでいる。デバイス層3の凹部38内の領域は、実装領域31及び駆動領域32のうち支持層2から離間させるべき部分を支持層2から離間させるための隙間を形成している。係止部55の一部は、デバイス層3の凹部38内の領域を介して、支持層2の開口21内の領域に位置している。
図10の(b)に示される構成では、凹部38がデバイス層3に形成されており、デバイス層3の凹部38内の領域及び支持層2の凹部(第2凹部)23内の領域によって空間S1が構成されている。この場合、デバイス層3の凹部38内の領域及び支持層2の凹部23内の領域は、Z軸方向から見た場合に実装領域31が移動する範囲を含んでいる。デバイス層3の凹部38内の領域は、実装領域31及び駆動領域32のうち支持層2から離間させるべき部分を支持層2から離間させるための隙間を形成している。可動ミラー5の各係止部55の一部は、デバイス層3の凹部38内の領域を介して、支持層2の凹部23内の領域に位置している。
図11の(a)に示される構成では、凹部38がデバイス層3に形成されており、デバイス層3の凹部38内の領域及び支持層2の開口21内の領域によって空間S1が構成されている。この場合、デバイス層3の凹部38内の領域は、Z軸方向から見た場合に実装領域31が移動する範囲を含んでおり、実装領域31及び駆動領域32のうち支持層2から離間させるべき部分を支持層2から離間させるための隙間を形成している。支持層2の開口21内の領域は、Z軸方向から見た場合に可動ミラー5の各係止部55が移動する範囲を含んでいる。可動ミラー5の各係止部55の一部は、デバイス層3の凹部38内の領域を介して、支持層2の開口21内の領域に位置している。
図11の(b)に示される構成では、凹部38がデバイス層3に形成されており、デバイス層3の凹部38内の領域及び支持層2の凹部(第2凹部)23内の領域によって空間S1が構成されている。この場合、デバイス層3の凹部38内の領域は、Z軸方向から見た場合に実装領域31が移動する範囲を含んでおり、実装領域31及び駆動領域32のうち支持層2から離間させるべき部分を支持層2から離間させるための隙間を形成している。支持層2の凹部23内の領域は、Z軸方向から見た場合に可動ミラー5の各係止部55が移動する範囲を含んでいる。係止部55の一部は、デバイス層3の凹部38内の領域を介して、支持層2の凹部23内の領域に位置している。
図12に示される構成では、凹部38がデバイス層3に形成されており、デバイス層3の凹部38内の領域によって空間S1が構成されている。この場合、デバイス層3の凹部38内の領域は、Z軸方向から見た場合に実装領域31が移動する範囲を含んでおり、実装領域31及び駆動領域32のうち支持層2から離間させるべき部分を支持層2から離間させるための隙間を形成している。係止部55の一部は、デバイス層3の凹部38内の領域に位置している。
また、図13の(a)及び(b)に示されるように、可動ミラー5のミラー面51aが、支持層2に対してデバイス層3とは反対側に位置していてもよい。ここでは、可動ミラー5のミラー部51が支持層2のデバイス層3とは反対側の主面から突出している状態において、係止部55が開口31bに至るように延長されている。この場合、固定ミラー6のミラー面61a及びビームスプリッタ7の光学機能面7aも、支持層2に対してデバイス層3とは反対側に位置している。なお、図13の(b)に示される構成では、支持層2とは反対側に突出するスペーサ39がデバイス層3に一体的に設けられている。スペーサ39は、可動ミラー5の各係止部55のうちデバイス層3から支持層2とは反対側に突出する部分よりも突出しており、当該部分を保護している。また、ここでは、開口31bは、スペーサ39により規定される空間を介して主面Bsに連通している。或いは、ここでは、開口31bは、空間S1を介して主面Bsと反対側の表面である別の主面に連通している。
また、上記実施形態では、固定ミラー6がデバイス層3に実装されていたが、固定ミラー6は、支持層2又は中間層4に実装されていてもよい。また、上記実施形態では、ビームスプリッタ7が支持層2に実装されていたが、ビームスプリッタ7は、デバイス層3又は中間層4に実装されていてもよい。また、ビームスプリッタ7は、キューブタイプのビームスプリッタに限定されず、プレートタイプのビームスプリッタであってもよい。
また、光モジュール1は、光入射部8に加え、光入射部8に入射させる測定光を発生させる発光素子を備えていてもよい。或いは、光モジュール1は、光入射部8に代えて、干渉光学系10に入射させる測定光を発生させる発光素子を備えていてもよい。また、光モジュール1は、光出射部9に加え、光出射部9から出射された測定光(干渉光)を検出する受光素子を備えていてもよい。或いは、光モジュール1は、光出射部9に代えて、干渉光学系10から出射された測定光(干渉光)を検出する受光素子を備えていてもよい。
また、各アクチュエータ領域33に電気的に接続された第1貫通電極、及び各弾性支持領域34の両端部34aのそれぞれに電気的に接続された第2貫通電極が、支持層2及び中間層4(中間層4が存在しない場合には支持層2のみ)に設けられており、第1貫通電極と第2貫通電極との間に電圧が印加されてもよい。また、実装領域31を移動させるアクチュエータは、静電アクチュエータに限定されず、例えば、圧電式アクチュエータ、電磁式アクチュエータ等であってもよい。また、光モジュール1は、FTIRを構成するものに限定されず、他の光学系を構成するものであってもよい。
引き続いて、図4に示された開口31bの変形例について説明する。図14の(a)に示されるように、開口31bのZ軸方向からみたときの形状は、三角形であってもよい。この場合、開口31bの内面は、一対の傾斜面SLと基準面SRとからなる。ここでは、傾斜面SLの一端SLa同士が互いに接続されている。この場合にも、傾斜面SLと基準面SRとによって規定される角部に係止部55が内接することにより、X軸方向及びY軸方向の両方について可動ミラー5の位置決めが可能である。
図14の(b)に示される例では、開口31bのZ軸方向からみたときの形状は、六角形である。この場合、開口31bの内面は、一対の傾斜面SLと、傾斜面SLと反対側に傾斜する一対の傾斜面SKと、を含む。一対の傾斜面SKは、一端SKaから他端SKbに向けて互いの距離が拡大するように傾斜している。ここでは、傾斜面SLの他端SLbと傾斜面SKの他端SKbとが互いに接続され、1つの角部を形成している。この場合にも、傾斜面SLと傾斜面SKとによって規定される角部に係止部55が内接することにより、X軸方向及びY軸方向の両方について可動ミラー5の位置決めが可能である。ここでは、Z軸方向からみて、1つの係止部55が2つの点において開口31bの内面に接触する。
図14の(c)に示されるように、傾斜面SLは、曲面であってもよい。この場合には、一対の傾斜面SLは、一端SLaから他端SLbに向けて互いに距離が拡大するように傾斜し、且つ、湾曲している。ここでは、Z軸方向からみて、傾斜面SLは、傾斜面SLの接線のX軸に対する傾きが一端SLaから他端SLbに向けて徐々に拡大するように湾曲している。傾斜面SLは、開口31bの内側に向けて凸となるように湾曲している。この場合であっても、傾斜面SLと基準面SRとによって規定される角部に係止部55が内接することにより、X軸方向及びY軸方向の両方について可動ミラー5の位置決めが可能である。
図15の(a)に示される例では、傾斜面SL及び傾斜面SKの両方が、開口31bの内側に凸となるような曲面である。また、傾斜面SLの他端SLbと傾斜面SKの他端SKbとは、X軸方向に沿って延びる接続面を介して互いに接続されている。この場合にも、傾斜面SLと傾斜面SKとによって規定される角部に係止部55が内接することにより、X軸方向及びY軸方向の両方について可動ミラー5の位置決めが可能である。
図15の(b)に示される例では、Z軸方向からみて2つの部分31pに分割されている。2つの部分31pのそれぞれが、傾斜面SLと基準面SRとを有している。すなわち、ここでは、基準面SRも2つの部分に分割されている。ただし、Z軸方向からみて、基準面SRは、全体として、一方の部分31pの傾斜面SLの他端SLbと、他方の部分31pの傾斜面SLの他端SLbと、を接続する基準線BLに沿って延びている。この場合には、1つの係止部55が開口31bの1つの部分31pに挿入される。そして、傾斜面SLと基準面SRとによって規定される角部に係止部55が内接することにより、X軸方向及びY軸方向の両方について可動ミラー5の位置決めが可能である。
図15の(c)に示される例でも、Z軸方向からみて2つの部分31pに分割されている。2つの部分31pのそれぞれが、傾斜面SLと傾斜面SKとを有している。この場合にも、傾斜面SLと傾斜面SKとによって規定される角部に係止部55が内接することにより、X軸方向及びY軸方向の両方について可動ミラー5の位置決めが可能である。
図16の(a)に示される例では、開口31bのZ軸方向からみたときの形状が菱形である。ここでは、開口31bの内面が、傾斜面SLと傾斜面SKとによって構成されていうる。つまり、ここでは、傾斜面SLと傾斜面SKとが互いに接続されることに加えて、傾斜面SLの一端SLa同士が互いに接続され、且つ、傾斜面SKの一端Ska同士が互いに接続されている。この場合にも、傾斜面SLと傾斜面SKとによって規定される角部に係止部55が内接することにより、X軸方向及びY軸方向の両方について可動ミラー5の位置決めが可能である。
さらに、図16の(b)に示される例では、傾斜面SLの他端SLbと傾斜面SKの他端SKbとが、X軸方向に沿って延びる接続面を介して互いに接続されている。また、傾斜面SLの一端SLa同士が互いに接続され、且つ、傾斜面SKの一端Ska同士が互いに接続されている。この場合にも、傾斜面SLと傾斜面SKとによって規定される角部に係止部55が内接することにより、X軸方向及びY軸方向の両方について可動ミラー5の位置決めが可能である。
なお、ミラー部51,61及びミラー面51a,61aの形状は、円形に限定されず、矩形やその他の形状であってもよい。
以上、可動ミラー5及び開口31bの種々の変形例について説明したが、可動ミラー5及び開口31bの変形例は、上述したものに限定されない。例えば、可動ミラー5及び開口31bは、上述した変形例の任意の一部分同士を交換して構成される別の変形例とすることができる。なお、固定ミラー6及び開口37aについても同様である。
さらに、上記実施形態においては、ベースBに実装される光学素子として、可動ミラー及び固定ミラーを例示した。この例では、光学面はミラー面である。しかしながら、実装対象となる光学素子はミラーに限定されず、例えば、グレーティングや光学フィルタ等の任意のものとすることができる。
ここで、上述したミラー面(光学面)51a,61aの中心とは、Z軸方向(主面Bsに交差(直交)する方向)におけるミラー面51a,61aの中心である。ただし、ミラー面51a,61aの形状が、その中心を一意に決定できる形状(例えば円形や四角形等)でない場合には、ミラー面51a,61aの中心とは、Z軸方向におけるミラー面51a,61aの重心と置き換えて解釈することもできる。ここでの重心とは、ミラー面51a,61aの面積に応じて規定され得る。
また、上記実施形態においては、例えば、支持部56同士の距離が縮小するように弾性部52を弾性変形させる場合について例示した。この場合には、開口31b内において、弾性部52の弾性変形の一部を開放することにより支持部56同士の距離を拡大させる。これにより、支持部56を開口31bの内面に当接させてセルフアライメントを行う。しかしながら、例えば、支持部56同士の間隔を拡大するように弾性部52を弾性変形させてもよい。その場合、開口31bに係止部55を挿入した状態において弾性部52の弾性変形の一部を解放すると、係止部55同士が互いに近づくように変位する。これにより、これにより、支持部56を開口31bの内面に当接させてセルフアライメントを行う。
1…光モジュール、2…支持層、3…デバイス層、4…中間層、5…可動ミラー(光学素子)、6…固定ミラー(光学素子)、7…ビームスプリッタ、8…光入射部、9…光出射部、10…干渉光学系、31,37…実装領域、31b,37a…開口、32…駆動領域、51,61…ミラー部(光学部)、51a,61a…ミラー面(光学面)、52,62…弾性部、52a,62a…円弧状部分、52p,62p…一端部、52r,62r…他端部、55,65…係止部、56,66…支持部、57,67…連結部、SL…傾斜面、SLa…一端、SLb…他端、SR…基準面、BL…基準線。
Claims (9)
- 光学素子と前記光学素子が実装されるベースとを備える光モジュールであって、
前記光学素子は、光学面を有する光学部と、一端部及び他端部を含み前記光学部の周囲に設けられた弾性部と、前記一端部及び前記他端部のそれぞれから前記光学部よりも前記ベース側に延びる一対の支持部と、前記支持部の一方と前記光学部とを互いに連結する連結部と、を有し、
前記ベースは、主面と、前記主面に連通する開口が設けられた実装領域と、を有し、
前記支持部は、前記弾性部の弾性変形に応じて弾性力が付与されると共に互いの距離が可変とされており、前記弾性力が付与された状態において前記開口に挿入され、
前記光学素子は、前記光学面が前記主面に交差した状態において、前記開口の内面から前記支持部に付与される前記弾性力の反力により前記実装領域に支持され、
前記連結部は、前記光学面の中心よりも前記ベース側に設けられている、
光モジュール。 - 前記弾性部は、前記光学面に交差する方向からみて、前記光学部を部分的に囲うように形成された円弧状部分を含み、
前記一端部及び前記他端部は、前記円弧状部分の先端に設けられている、
請求項1に記載の光モジュール。 - 前記支持部は、前記連結部による前記光学部との連結位置を越えて前記ベース側に延び、前記開口に挿入される係止部を含み、
前記光学面に交差する方向からみて、前記係止部の太さは前記弾性部の太さよりも大きい、
請求項1又は2に記載の光モジュール。 - 前記光学面に交差する方向からみて、前記支持部の太さは前記弾性部の太さよりも大きい、
請求項1〜3いずれか一項に記載の光モジュール。 - 前記光学面に交差する方向からみて、前記連結部の太さは前記弾性部の太さよりも大きい、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の光モジュール。 - 前記開口の内面は、前記主面に交差する方向からみて、一端から他端に向けて互いの距離が拡大するように傾斜した一対の傾斜面と、一方の前記傾斜面の前記他端と他方の前記傾斜面の前記他端とを接続する基準線に沿って延在する基準面と、を含む、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の光モジュール。 - 前記ベースに実装された固定ミラーとビームスプリッタとを更に備え、
前記光学素子は、ミラー面である前記光学面を含む可動ミラーであり、
前記ベースは、前記実装領域に接続された駆動領域を有し、
前記可動ミラー、前記固定ミラー及び前記ビームスプリッタは、干渉光学系を構成するように配置されている、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の光モジュール。 - 前記ベースは、支持層と、前記支持層上に設けられたデバイス層と、前記支持層と前記デバイス層との間に設けられた中間層を有し、
前記支持層は、SOI基板の第1シリコン層であり、
前記デバイス層は、前記SOI基板の第2シリコン層であり、
前記中間層は、前記SOI基板の絶縁層である、
請求項7に記載の光モジュール。 - 外部から前記干渉光学系に測定光を入射させるように配置された光入射部と、
前記干渉光学系から外部に前記測定光を出射させるように配置された光出射部と、
を備える、
請求項7又は8に記載の光モジュール。
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