JP5920706B2 - Mems光学部品 - Google Patents
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Description
しかし、MOBにより構成された光学系は光学部品の角度調整機構を有さないため、光路変更などができない静的な光学系となる。
第2発明のMEMS光学部品は、基板に形成されたフレームと、前記基板に形成された回転ステージと、前記フレームに固定され、前記回転ステージを支持するサスペンションと、前記回転ステージを前記基板に対して平行な面内で回転させるアクチュエータと、前記回転ステージに固定される光学部品本体と、を備え、前記サスペンションは、両端が前記フレームに固定された第1基礎梁と、両端が前記回転ステージに固定された第2基礎梁と、前記第1基礎梁の中央と前記第2基礎梁の中央とを接続する支持梁と、を備えることを特徴とする。
第3発明のMEMS光学部品は、基板に形成されたフレームと、前記基板に形成された回転ステージと、前記フレームに固定され、前記回転ステージを支持するサスペンションと、前記回転ステージを前記基板に対して平行な面内で回転させるアクチュエータと、前記回転ステージに固定される光学部品本体と、前記回転ステージの角度および/または回転方向を検出する角度センサと、を備え、前記角度センサは、櫛状の固定側検出電極と、前記回転ステージとともに回転する櫛状の可動側検出電極と、を備えており、前記固定側検出電極は、前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の側面を有する固定側検出電極軸部と、該固定側検出電極軸部の円弧状の側面に設けられた複数の固定側検出電極櫛歯と、を備え、前記可動側検出電極は、前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の側面を有する可動側検出電極軸部と、該可動側検出電極軸部の円弧状の側面に設けられた複数の可動側検出電極櫛歯と、を備え、前記固定側検出電極軸部の前記固定側検出電極櫛歯が設けられた側面と、前記可動側検出電極軸部の前記可動側検出電極櫛歯が設けられた側面とが対向して配置されていることを特徴とする。
第4発明のMEMS光学部品は、第1、第2または第3発明において、前記アクチュエータは、櫛状の固定電極と、前記回転ステージに設けられた櫛状の可動電極と、を備えており、前記固定電極は、前記回転ステージの回転の半径方向に沿って設けられた固定電極軸部と、該固定電極軸部の側面に複数設けられた、前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の固定電極櫛歯と、を備え、前記可動電極は、前記回転ステージの回転の半径方向に沿って設けられた可動電極軸部と、該可動電極軸部の側面に複数設けられた、前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の可動電極櫛歯と、を備え、前記固定電極櫛歯および前記可動電極櫛歯は、前記回転ステージの回転の半径方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする。
第5発明のMEMS光学部品は、第1、第2、第3または第4発明において、前記光学部品本体は、前記回転ステージに一体形成されたミラー、回折格子またはレンズであることを特徴とする。
第6発明のMEMS光学部品は、第1、第2、第3または第4発明において、前記回転ステージには、ガイド溝が一体形成されており、前記光学部品本体は、前記ガイド溝に固定されていることを特徴とする。
第2発明によれば、第1基礎梁と支持梁との接続部分、および第2基礎梁と支持梁との接続部分が擬似的なリンクとなるので、回転ステージのより大きな角度変位を許容できる。
第3発明によれば、固定側検出電極軸部の固定側検出電極櫛歯が設けられた側面と、可動側検出電極軸部の可動側検出電極櫛歯が設けられた側面とが対向して配置されているので、回転ステージの角度に応じて固定側検出電極と可動側検出電極との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出することで、回転ステージの角度および回転方向を検出することができる。
第4発明によれば、固定電極と可動電極との間に電圧を印加すれば両電極間に静電引力が発生するから、この静電引力によって回転ステージを回転させるトルクを発生することができる。また、固定電極櫛歯および可動電極櫛歯は、回転ステージの回転の半径方向に沿って交互に配置されているので、発生する静電引力のうち、回転ステージの回転の半径方向の成分が相殺され、周方向の成分だけが働くから、回転ステージをスムーズに回転させることができる。
第5発明によれば、回転ステージにミラー、回折格子またはレンズが一体形成されているので、ミラー、回折格子またはレンズの角度調整が可能な小型の光学系を位置合わせ不要で構成できる。
第6発明によれば、回転ステージに形成されたガイド溝に光学部品本体を固定するだけで、光学部品の角度調整が可能な小型の光学系を位置合わせ不要で構成できる。
本発明の一実施形態に係るMEMS光学部品は、角度調整可能なMEMSミラーである。
図1および図2に示すように、本実施形態に係るMEMSミラー1は、基板Bに形成されたフレーム10、回転ステージ20、サスペンション30、アクチュエータ40および角度センサ50と、回転ステージ20に一体形成されたミラー60とから構成されている。
後述のごとく、回転ステージ20は、基板Bに対して平行な面内で回転する。その回転中心Oは、回転ステージ20の中央に位置している。
図3に示すように、各サスペンション30は、基礎梁31と支持梁32とからT字形に形成されている。基礎梁31の両端はフレーム10に固定されており、支持梁32は基礎梁31の中央と回転ステージ20とを接続している。また、支持梁32は回転ステージ20の回転の半径方向に沿って設けられており、基礎梁31は回転ステージ20の回転の半径方向に対して直交して設けられている。すなわち、基礎梁31と支持梁32とは直交して接続されている。これら基礎梁31および支持梁32を形成する導電層b3は、その下方の絶縁層b2が除去されており、基層b1と離間している(図2(a)参照)。
各固定電極41(42)は、固定電極軸部41a(42a)と、その固定電極軸部41a(42a)の一側面に設けられた複数の固定電極櫛歯41b(42b)とかなる櫛状の電極である。固定電極軸部41a(42a)は回転ステージ20の回転の半径方向に沿って設けられており、その一端がフレーム10に設けられている。また、各固定電極櫛歯41b(42b)は、回転ステージ20の回転中心Oを中心とした円弧状に形成されている。そして、一対の固定電極41、42は、固定電極櫛歯41b、42bが形成された側面が対向するように配置されている。
なお、固定電極櫛歯41b、42bの数は、MEMSミラー1の大きさなどに応じて任意に設定できる。また、固定電極41、42はフレーム10に接続されず、独立して形成されてもよい。
なお、可動電極櫛歯43bの数は、固定電極櫛歯41b(42b)の数より1本少なく設定される。
図4に示すように、各角度センサ50は、フレーム10に設けられた固定側検出電極51と、アクチュエータ40の可動電極43の先端に設けられた可動側検出電極52とからなる。
固定側検出電極51は、固定側検出電極軸部51aと、その固定側検出電極軸部51aの一側面に設けられた複数の固定側検出電極櫛歯51bとかなる櫛状の電極である。固定側検出電極軸部51aの一側面は回転ステージ20の回転中心Oを中心とした円弧状に形成されている。また、各固定側検出電極櫛歯51bは、固定側検出電極軸部51aの円弧状の側面に、その法線方向に沿って(回転ステージ20の回転中心Oに向かって)設けられている。この固定側検出電極51は、アクチュエータ40の一対の固定電極41、42の間に配置されている。
なお、固定側検出電極51はフレーム10に接続されず、独立して形成されてもよい。
一方、図7(b)に示すように、第2配線L2に接続された角度センサ50bは、基準状態において可動側検出電極櫛歯52bの端面と固定側検出電極櫛歯51bの端面とが半分だけ対向するように形成されている。
図8に示す例では、光ファイバーF1から出射された光を、MEMSミラー1により光ファイバーF2に入射させることもできるし(図8における実線)、MEMSミラー1を角度調整して光ファイバーF3に入射させることもできる(図8における破線)。
このように、光ファイバーF1〜F3をガイド溝Gに固定するだけで、ミラーの角度調整が可能な小型の光学系を位置合わせ不要で構成できる。
回転ステージ20には、ミラー60に限られず、回折格子やレンズなどその他の光学部品を固定してもよい。回折格子は、ミラー60の形成方法と同様に、例えば、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによるマスクパターン転写によって形成することができる。また、レンズは、光透過性の感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーにより形成することができる。
このようにすれば、各種の光学部品を基板に対して平行な面内で角度調整できる。そのため、MOBにより構成された光学系と同一基板上にMEMS光学部品を形成することができ、光学部品の角度調整が可能な小型の光学系を位置合わせ不要で構成できる。
その他、サスペンション30の形状は、折れ曲がり形状や湾曲形状など、回転ステージ20を支持しつつ、その回転を許容する種々の形状を採用することができる。
10 フレーム
20 回転ステージ
30 サスペンション
31 基礎梁
32 支持梁
40 アクチュエータ
41、42 固定電極
41a、42a 固定電極軸部
41b、42b 固定電極櫛歯
43 可動電極
43a 可動電極軸部
43b 可動電極櫛歯
50 角度センサ
51 固定側検出電極
51a 固定側検出電極軸部
51b 固定側検出電極櫛歯
52 可動側検出電極
52a 可動側検出電極軸部
52b 可動側検出電極櫛歯
60 ミラー
Claims (6)
- 基板に形成されたフレームと、
前記基板に形成された回転ステージと、
前記フレームに固定され、前記回転ステージを支持するサスペンションと、
前記回転ステージを前記基板に対して平行な面内で回転させるアクチュエータと、
前記回転ステージに固定される光学部品本体と、を備え、
前記サスペンションは、
両端が前記フレームに固定された基礎梁と、
該基礎梁の中央と前記回転ステージとを接続する支持梁と、を備える
ことを特徴とするMEMS光学部品。 - 基板に形成されたフレームと、
前記基板に形成された回転ステージと、
前記フレームに固定され、前記回転ステージを支持するサスペンションと、
前記回転ステージを前記基板に対して平行な面内で回転させるアクチュエータと、
前記回転ステージに固定される光学部品本体と、を備え、
前記サスペンションは、
両端が前記フレームに固定された第1基礎梁と、
両端が前記回転ステージに固定された第2基礎梁と、
前記第1基礎梁の中央と前記第2基礎梁の中央とを接続する支持梁と、を備える
ことを特徴とするMEMS光学部品。 - 基板に形成されたフレームと、
前記基板に形成された回転ステージと、
前記フレームに固定され、前記回転ステージを支持するサスペンションと、
前記回転ステージを前記基板に対して平行な面内で回転させるアクチュエータと、
前記回転ステージに固定される光学部品本体と、
前記回転ステージの角度および/または回転方向を検出する角度センサと、を備え、
前記角度センサは、
櫛状の固定側検出電極と、
前記回転ステージとともに回転する櫛状の可動側検出電極と、を備えており、
前記固定側検出電極は、
前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の側面を有する固定側検出電極軸部と、
該固定側検出電極軸部の円弧状の側面に設けられた複数の固定側検出電極櫛歯と、を備え、
前記可動側検出電極は、
前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の側面を有する可動側検出電極軸部と、
該可動側検出電極軸部の円弧状の側面に設けられた複数の可動側検出電極櫛歯と、を備え、
前記固定側検出電極軸部の前記固定側検出電極櫛歯が設けられた側面と、前記可動側検出電極軸部の前記可動側検出電極櫛歯が設けられた側面とが対向して配置されている
ことを特徴とするMEMS光学部品。 - 前記アクチュエータは、
櫛状の固定電極と、
前記回転ステージに設けられた櫛状の可動電極と、を備えており、
前記固定電極は、
前記回転ステージの回転の半径方向に沿って設けられた固定電極軸部と、
該固定電極軸部の側面に複数設けられた、前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の固定電極櫛歯と、を備え、
前記可動電極は、
前記回転ステージの回転の半径方向に沿って設けられた可動電極軸部と、
該可動電極軸部の側面に複数設けられた、前記回転ステージの回転中心を中心とした円弧状の可動電極櫛歯と、を備え、
前記固定電極櫛歯および前記可動電極櫛歯は、前記回転ステージの回転の半径方向に沿って交互に配置されている
ことを特徴とする請求項1、2または3記載のMEMS光学部品。 - 前記光学部品本体は、前記回転ステージに一体形成されたミラー、回折格子またはレンズである
ことを特徴とする請求項1、2、3または4記載のMEMS光学部品。 - 前記回転ステージには、ガイド溝が一体形成されており、
前記光学部品本体は、前記ガイド溝に固定されている
ことを特徴とする請求項1、2、3または4記載のMEMS光学部品。
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