以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、各図において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する部分を省略する。
図1、図2、図3及び図4に示されるように、光学デバイス1は、ベース5と、可動部7と、第1トーションバー11と、第2トーションバー12と、を備えている。光学デバイス1は、SOI(Silicon On Insulator)基板9によって、MEMSデバイスとして構成されている。光学デバイス1は、例えば、矩形板状を呈している。光学デバイス1は、例えば、9mm×7mm×0.4mm(厚さ)程度のサイズを有している。
ベース5は、SOI基板9を構成するハンドル層91、デバイス層92及び中間層93の一部によって形成されている。ハンドル層91は、第1シリコン層である。デバイス層92は、第2シリコン層である。中間層93は、ハンドル層91とデバイス層92との間に配置された絶縁層である。
可動部7は、軸線L1と軸線L2との交点を中心位置(重心位置)として配置されている。軸線L1は、X軸方向(X軸に平行な方向、第1方向)に延在する直線である。軸線L2は、Y軸方向(Y軸に平行な方向、第1方向に垂直な第2方向)に延在する直線である。可動部7は、Z軸方向(Z軸に平行な方向、第1方向及び第2方向に垂直な第3方向)から見た場合に、軸線L1に関して線対称となり且つ軸線L2に関して線対称となる形状を呈している。
可動部7は、光学機能部71と、第5本体部72と、フレーム73と、複数の第5接続部74と、本体梁部75と、フレーム梁部76と、複数の接続梁部77と、を有している。光学機能部71は、第5本体部72に設けられている。光学機能部71は、第5本体部72を構成するデバイス層92におけるハンドル層91とは反対側の表面92aに形成されたミラーである。このようなミラーは、例えば、第5本体部72を構成するデバイス層92の表面92aに蒸着によって金属膜を形成することで得られる。
第5本体部72は、デバイス層92の一部によって形成されている。第5本体部72は、例えば、Z軸方向から見た場合に円形状を呈している。フレーム73は、Z軸方向から見た場合に第5本体部72を囲んでいる。フレーム73は、デバイス層92の一部によって形成されている。フレーム73は、例えば、Z軸方向から見た場合に八角形環状を呈している。複数の第5接続部74は、軸線L1上における第5本体部72の両側、及び軸線L2上における第5本体部72の両側にそれぞれ配置されている。具体的には、複数の第5接続部74は、それぞれ、第1端部7aに対応する位置(第1端部7aと可動部7の中心位置との間の位置)、第2端部7bに対応する位置(第2端部7bと可動部7の中心位置との間の位置)、第1トーションバー11の延長線上の位置、及び第2トーションバー12の延長線上の位置に配置されている。各第5接続部74は、第5本体部72及びフレーム73に接続されている。各第5接続部74は、第5本体部72とフレーム73との間に架け渡されている。各第5接続部74は、デバイス層92の一部によって形成されている。
本体梁部75は、第5本体部72の外縁に沿って延在している。本体梁部75は、ハンドル層91及び中間層93の一部によって形成されている。本体梁部75は、第5本体部72を構成するデバイス層92におけるハンドル層91側の表面92bに形成されている。本体梁部75は、例えば、Z軸方向から見た場合に円形環状を呈している。フレーム梁部76は、フレーム73に沿って延在している。フレーム梁部76は、ハンドル層91及び中間層93の一部によって形成されている。フレーム梁部76は、フレーム73を構成するデバイス層92の表面92bに形成されている。フレーム梁部76は、例えば、Z軸方向から見た場合に八角形環状を呈している。複数の接続梁部77は、複数の第5接続部74にそれぞれ配置されている。各接続梁部77は、本体梁部75及びフレーム梁部76に接続されている。各接続梁部77は、本体梁部75とフレーム梁部76との間に架け渡されている。各接続梁部77は、ハンドル層91及び中間層93の一部によって形成されている。各接続梁部77は、各第5接続部74を構成するデバイス層92の表面92bに形成されている。
第1トーションバー11は、X軸方向において可動部7の一方の側に配置されている。第1トーションバー11は、軸線L1上においてX軸方向に沿って延在している。第1トーションバー11は、デバイス層92の一部によって形成されている。第1トーションバー11は、ベース5及び可動部7に接続されている。第1トーションバー11は、ベース5と可動部7(光学デバイス1では、フレーム73)との間に架け渡されている。第1トーションバー11は、Z軸方向から見た場合に第1トーションバー11の外縁及び可動部7の外縁(光学デバイス1では、フレーム73の外縁)の曲率が連続するように、可動部7に接続されている。具体的には、第1トーションバー11のうち可動部7に接続される部分は、Y軸方向における当該部分の幅が可動部7に近付くほど大きくなるように当該部分の両側面が凹状に湾曲した形状を呈している。第1トーションバー11のうちベース5に接続される部分も同様に、Y軸方向における当該部分の幅がベース5に近付くほど大きくなるように当該部分の両側面が凹状に湾曲した形状を呈している。
第2トーションバー12は、X軸方向において可動部7の他方の側に配置されている。第2トーションバー12は、軸線L1上においてX軸方向に沿って延在している。第2トーションバー12は、デバイス層92の一部によって形成されている。第2トーションバー12は、ベース5及び可動部7に接続されている。第2トーションバー12は、ベース5と可動部7(光学デバイス1では、フレーム73)との間に架け渡されている。第2トーションバー12は、Z軸方向から見た場合に第2トーションバー12の外縁及び可動部7の外縁(光学デバイス1では、フレーム73の外縁)の曲率が連続するように、可動部7に接続されている。具体的には、第2トーションバー12のうち可動部7に接続される部分は、Y軸方向における当該部分の幅が可動部7に近付くほど大きくなるように当該部分の両側面が凹状に湾曲した形状を呈している。第2トーションバー12のうちベース5に接続される部分も同様に、Y軸方向における当該部分の幅がベース5に近付くほど大きくなるように当該部分の両側面が凹状に湾曲した形状を呈している。
光学デバイス1は、第1支持部21と、第2支持部22と、第3支持部23と、第4支持部24と、を更に備えている。第1支持部21は、Y軸方向において第1トーションバー11の一方の側に配置されており、可動部7に接続されている。第2支持部22は、Y軸方向において第1トーションバー11の他方の側に配置されており、可動部7に接続されている。第3支持部23は、Y軸方向において第2トーションバー12の一方の側に配置されており、可動部7に接続されている。第4支持部24は、Y軸方向において第2トーションバー12の他方の側に配置されており、第4支持部24は、可動部7に接続されている。
第1支持部21は、第1本体部21aと、第1接続部21bと、第1梁部21cと、を有している。第1本体部21aは、第1本体部21aと第1トーションバー11との間に隙間が形成された状態で、X軸方向に沿って延在している。第1本体部21aは、デバイス層92の一部によって形成されている。第1接続部21bは、第1本体部21a及び可動部7に接続されている。第1接続部21bは、第1本体部21aと可動部7(光学デバイス1では、フレーム73)との間に架け渡されている。第1接続部21bは、デバイス層92の一部によって形成されている。第1接続部21bは、第1トーションバー11のうち可動部7に接続される部分から離れるように屈曲した形状を呈している。第1梁部21cは、Z軸方向における第1支持部21の厚さがZ軸方向における第1トーションバー11の厚さよりも大きくなるように、第1本体部21a及び第1接続部21bに形成されている。第1梁部21cは、第1本体部21aと第1接続部21bとに渡って延在しており、フレーム梁部76に接続されている。第1梁部21cは、ハンドル層91及び中間層93の一部によって形成されている。Y軸方向における第1梁部21cの幅は、Y軸方向における第1本体部21aの幅よりも小さい。第1梁部21cは、第1本体部21a及び第1接続部21bを構成するデバイス層92の表面92bに形成されている。光学デバイス1では、第1梁部21cは、Z軸方向において、第1及び第2トーションバー11,12を構成するデバイス層92の表面92bから突出した部分である。
第2支持部22は、第2本体部22aと、第2接続部22bと、第2梁部22cと、を有している。第2本体部22aは、第2本体部22aと第1トーションバー11との間に隙間が形成された状態で、X軸方向に沿って延在している。第2本体部22aは、デバイス層92の一部によって形成されている。第2接続部22bは、第2本体部22a及び可動部7に接続されている。第2接続部22bは、第2本体部22aと可動部7(光学デバイス1では、フレーム73)との間に架け渡されている。第2接続部22bは、デバイス層92の一部によって形成されている。第2接続部22bは、第1トーションバー11のうち可動部7に接続される部分から離れるように屈曲した形状を呈している。第2梁部22cは、Z軸方向における第2支持部22の厚さがZ軸方向における第1トーションバー11の厚さよりも大きくなるように、第2本体部22a及び第2接続部22bに形成されている。第2梁部22cは、第2本体部22aと第2接続部22bとに渡って延在しており、フレーム梁部76に接続されている。第2梁部22cは、ハンドル層91及び中間層93の一部によって形成されている。Y軸方向における第2梁部22cの幅は、Y軸方向における第2本体部22aの幅よりも小さい。第2梁部22cは、第2本体部22a及び第2接続部22bを構成するデバイス層92の表面92bに形成されている。光学デバイス1では、第2梁部22cは、Z軸方向において、第1及び第2トーションバー11,12を構成するデバイス層92の表面92bから突出した部分である。
第3支持部23は、第3本体部23aと、第3接続部23bと、第3梁部23cと、を有している。第3本体部23aは、第3本体部23aと第2トーションバー12との間に隙間が形成された状態で、X軸方向に沿って延在している。第3本体部23aは、デバイス層92の一部によって形成されている。第3接続部23bは、第3本体部23a及び可動部7に接続されている。第3接続部23bは、第3本体部23aと可動部7(光学デバイス1では、フレーム73)との間に架け渡されている。第3接続部23bは、デバイス層92の一部によって形成されている。第3接続部23bは、第2トーションバー12のうち可動部7に接続される部分から離れるように屈曲した形状を呈している。第3梁部23cは、Z軸方向における第3支持部23の厚さがZ軸方向における第2トーションバー12の厚さよりも大きくなるように、第3本体部23a及び第3接続部23bに形成されている。第3梁部23cは、第3本体部23aと第3接続部23bとに渡って延在しており、フレーム梁部76に接続されている。第3梁部23cは、ハンドル層91及び中間層93の一部によって形成されている。Y軸方向における第3梁部23cの幅は、Y軸方向における第3本体部23aの幅よりも小さい。第3梁部23cは、第3本体部23a及び第3接続部23bを構成するデバイス層92の表面92bに形成されている。光学デバイス1では、第3梁部23cは、Z軸方向において、第1及び第2トーションバー11,12を構成するデバイス層92の表面92bから突出した部分である。
第4支持部24は、第4本体部24aと、第4接続部24bと、第4梁部24cと、を有している。第4本体部24aは、第4本体部24aと第2トーションバー12との間に隙間が形成された状態で、X軸方向に沿って延在している。第4本体部24aは、デバイス層92の一部によって形成されている。第4接続部24bは、第4本体部24a及び可動部7に接続されている。第4接続部24bは、第4本体部24aと可動部7(光学デバイス1では、フレーム73)との間に架け渡されている。第4接続部24bは、デバイス層92の一部によって形成されている。第4接続部24bは、第2トーションバー12のうち可動部7に接続される部分から離れるように屈曲した形状を呈している。第4梁部24cは、Z軸方向における第4支持部24の厚さがZ軸方向における第2トーションバー12の厚さよりも大きくなるように、第4本体部24a及び第4接続部24bに形成されている。第4梁部24cは、第4本体部24aと第4接続部24bとに渡って延在しており、フレーム梁部76に接続されている。第4梁部24cは、ハンドル層91及び中間層93の一部によって形成されている。Y軸方向における第4梁部24cの幅は、Y軸方向における第4本体部24aの幅よりも小さい。第4梁部24cは、第4本体部24a及び第4接続部24bを構成するデバイス層92の表面92bに形成されている。光学デバイス1では、第4梁部24cは、Z軸方向において、第1及び第2トーションバー11,12を構成するデバイス層92の表面92bから突出した部分である。
光学デバイス1は、第1可動櫛歯電極31と、第2可動櫛歯電極32と、第3可動櫛歯電極33と、第4可動櫛歯電極34と、第5可動櫛歯電極35と、第6可動櫛歯電極36と、を更に備えている。第1可動櫛歯電極31は、第1支持部21の第1本体部21aに設けられている。第2可動櫛歯電極32は、第2支持部22の第2本体部22aに設けられている。第3可動櫛歯電極33は、第3支持部23の第3本体部23aに設けられている。第4可動櫛歯電極34は、第4支持部24の第4本体部24aに設けられている。第5可動櫛歯電極35は、可動部7のうち第1端部7aを含む部分に設けられている。第1端部7aは、Y軸方向における可動部7の一方の側の端部である。光学デバイス1では、フレーム73のうち、第1支持部21の第1接続部21bと第3支持部23の第3接続部23bとの間の部分であって、第1端部7aを含む部分に、第5可動櫛歯電極35が設けられている。第6可動櫛歯電極36は、可動部7のうち第2端部7bを含む部分に設けられている。第2端部7bは、Y軸方向における可動部7の他方の側の端部である。光学デバイス1では、フレーム73のうち、第2支持部22の第2接続部22bと第4支持部24の第4接続部24bとの間の部分であって、第2端部7bを含む部分に、第6可動櫛歯電極36が設けられている。
第1可動櫛歯電極31は、デバイス層92の一部によって形成されている。第1可動櫛歯電極31は、X軸方向から見た場合に、第1支持部21の第1本体部21aと可動部7の第1端部7aとの間に配置されている。第1可動櫛歯電極31は、複数の第1可動櫛歯31aを有している。各第1可動櫛歯31aは、第1支持部21の第1本体部21aにおける第1トーションバー11とは反対側の側面に設けられている。各第1可動櫛歯31aは、X軸方向に垂直な平面に沿って延在している。複数の第1可動櫛歯31aは、X軸方向において互いに隣り合う第1可動櫛歯31a間の間隔が一定となるように配列されている。
第2可動櫛歯電極32は、デバイス層92の一部によって形成されている。第2可動櫛歯電極32は、X軸方向から見た場合に、第2支持部22の第2本体部22aと可動部7の第2端部7bとの間に配置されている。第2可動櫛歯電極32は、複数の第2可動櫛歯32aを有している。各第2可動櫛歯32aは、第2支持部22の第2本体部22aにおける第1トーションバー11とは反対側の側面に設けられている。各第2可動櫛歯32aは、X軸方向に垂直な平面に沿って延在している。複数の第2可動櫛歯32aは、X軸方向において互いに隣り合う第2可動櫛歯32a間の間隔が一定となるように配列されている。
第3可動櫛歯電極33は、デバイス層92の一部によって形成されている。第3可動櫛歯電極33は、X軸方向から見た場合に、第3支持部23の第3本体部23aと可動部7の第1端部7aとの間に配置されている。第3可動櫛歯電極33は、複数の第3可動櫛歯33aを有している。各第3可動櫛歯33aは、第3支持部23の第3本体部23aにおける第2トーションバー12とは反対側の側面に設けられている。各第3可動櫛歯33aは、X軸方向に垂直な平面に沿って延在している。複数の第3可動櫛歯33aは、X軸方向において互いに隣り合う第3可動櫛歯33a間の間隔が一定となるように配列されている。
第4可動櫛歯電極34は、デバイス層92の一部によって形成されている。第4可動櫛歯電極34は、X軸方向から見た場合に、第4支持部24の第4本体部24aと可動部7の第2端部7bとの間に配置されている。第4可動櫛歯電極34は、複数の第4可動櫛歯34aを有している。各第4可動櫛歯34aは、第4支持部24の第4本体部24aにおける第2トーションバー12とは反対側の側面に設けられている。各第4可動櫛歯34aは、X軸方向に垂直な平面に沿って延在している。複数の第4可動櫛歯34aは、X軸方向において互いに隣り合う第4可動櫛歯34a間の間隔が一定となるように配列されている。
第5可動櫛歯電極35は、デバイス層92の一部によって形成されている。第5可動櫛歯電極35は、複数の第5可動櫛歯35aを有している。各第5可動櫛歯35aは、フレーム73のうち第1端部7aを含む部分における第5本体部72とは反対側の側面に設けられている。各第5可動櫛歯35aは、X軸方向に垂直な平面に沿って延在している。複数の第5可動櫛歯35aは、X軸方向において互いに隣り合う第5可動櫛歯35a間の間隔が一定となるように配列されている。
第6可動櫛歯電極36は、デバイス層92の一部によって形成されている。第6可動櫛歯電極36は、複数の第6可動櫛歯36aを有している。各第6可動櫛歯36aは、フレーム73のうち第2端部7bを含む部分における第5本体部72とは反対側の側面に設けられている。各第6可動櫛歯36aは、X軸方向に垂直な平面に沿って延在している。複数の第6可動櫛歯36aは、X軸方向において互いに隣り合う第6可動櫛歯36a間の間隔が一定となるように配列されている。
光学デバイス1は、第1固定櫛歯電極41と、第2固定櫛歯電極42と、第3固定櫛歯電極43と、第4固定櫛歯電極44と、第5固定櫛歯電極45と、第6固定櫛歯電極46と、を更に備えている。第1固定櫛歯電極41、第2固定櫛歯電極42、第3固定櫛歯電極43、第4固定櫛歯電極44、第5固定櫛歯電極45及び第6固定櫛歯電極46は、ベース5に設けられている。
第1固定櫛歯電極41は、デバイス層92の一部によって形成されている。第1固定櫛歯電極41は、複数の第1固定櫛歯41aを有している。各第1固定櫛歯41aは、複数の第1可動櫛歯31aが設けられた第1本体部21aの側面と対向するベース5の側面に設けられている。各第1固定櫛歯41aは、X軸方向に垂直な平面に沿って延在している。複数の第1固定櫛歯41aは、X軸方向において互いに隣り合う第1固定櫛歯41a間の間隔が一定となるように配列されており、複数の第1可動櫛歯31aと互い違いに配置されている。隣り合う第1可動櫛歯31aと第1固定櫛歯41aとは、X軸方向において互いに向かい合っている。隣り合う第1可動櫛歯31aと第1固定櫛歯41aとの間隔は、例えば、数μm程度である。
第2固定櫛歯電極42は、デバイス層92の一部によって形成されている。第2固定櫛歯電極42は、複数の第2固定櫛歯42aを有している。各第2固定櫛歯42aは、複数の第2可動櫛歯32aが設けられた第2本体部22aの側面と対向するベース5の側面に設けられている。各第2固定櫛歯42aは、X軸方向に垂直な平面に沿って延在している。複数の第2固定櫛歯42aは、X軸方向において互いに隣り合う第2固定櫛歯42a間の間隔が一定となるように配列されており、複数の第2可動櫛歯32aと互い違いに配置されている。隣り合う第2可動櫛歯32aと第2固定櫛歯42aとは、X軸方向において互いに向かい合っている。隣り合う第2可動櫛歯32aと第2固定櫛歯42aとの間隔は、例えば、数μm程度である。
第3固定櫛歯電極43は、デバイス層92の一部によって形成されている。第3固定櫛歯電極43は、複数の第3固定櫛歯43aを有している。各第3固定櫛歯43aは、複数の第3可動櫛歯33aが設けられた第3本体部23aの側面と対向するベース5の側面に設けられている。各第3固定櫛歯43aは、X軸方向に垂直な平面に沿って延在している。複数の第3固定櫛歯43aは、X軸方向において互いに隣り合う第3固定櫛歯43a間の間隔が一定となるように配列されており、複数の第3可動櫛歯33aと互い違いに配置されている。隣り合う第3可動櫛歯33aと第3固定櫛歯43aとは、X軸方向において互いに向かい合っている。隣り合う第3可動櫛歯33aと第3固定櫛歯43aとの間隔は、例えば、数μm程度である。
第4固定櫛歯電極44は、デバイス層92の一部によって形成されている。第4固定櫛歯電極44は、複数の第4固定櫛歯44aを有している。各第4固定櫛歯44aは、複数の第4可動櫛歯34aが設けられた第4本体部24aの側面と対向するベース5の側面に設けられている。各第4固定櫛歯44aは、X軸方向に垂直な平面に沿って延在している。複数の第4固定櫛歯44aは、X軸方向において互いに隣り合う第4固定櫛歯44a間の間隔が一定となるように配列されており、複数の第4可動櫛歯34aと互い違いに配置されている。隣り合う第4可動櫛歯34aと第4固定櫛歯44aとは、X軸方向において互いに向かい合っている。隣り合う第4可動櫛歯34aと第4固定櫛歯44aとの間隔は、例えば、数μm程度である。
第5固定櫛歯電極45は、デバイス層92の一部によって形成されている。第5固定櫛歯電極45は、複数の第5固定櫛歯45aを有している。各第5固定櫛歯45aは、複数の第5可動櫛歯35aが設けられたフレーム73の側面と対向するベース5の側面に設けられている。各第5固定櫛歯45aは、X軸方向に垂直な平面に沿って延在している。複数の第5固定櫛歯45aは、X軸方向において互いに隣り合う第5固定櫛歯45a間の間隔が一定となるように配列されており、複数の第5可動櫛歯35aと互い違いに配置されている。隣り合う第5可動櫛歯35aと第5固定櫛歯45aとは、X軸方向において互いに向かい合っている。隣り合う第5可動櫛歯35aと第5固定櫛歯45aとの間隔は、例えば、数μm程度である。
第6固定櫛歯電極46は、デバイス層92の一部によって形成されている。第6固定櫛歯電極46は、複数の第6固定櫛歯46aを有している。各第6固定櫛歯46aは、複数の第6可動櫛歯36aが設けられたフレーム73の側面と対向するベース5の側面に設けられている。各第6固定櫛歯46aは、X軸方向に垂直な平面に沿って延在している。複数の第6固定櫛歯46aは、X軸方向において互いに隣り合う第6固定櫛歯46a間の間隔が一定となるように配列されており、複数の第6可動櫛歯36aと互い違いに配置されている。隣り合う第6可動櫛歯36aと第6固定櫛歯46aとは、X軸方向において互いに向かい合っている。隣り合う第6可動櫛歯36aと第6固定櫛歯46aとの間隔は、例えば、数μm程度である。
ベース5を構成するデバイス層92の表面92aには、複数の電極パッド2,3,4が設けられている。ベース5を構成するデバイス層92には、その一部が溝によって画定されることで、複数の配線部51,52,53が形成されている。各電極パッド2は、各配線部51を介して、第1可動櫛歯電極31、第2可動櫛歯電極32、第3可動櫛歯電極33、第4可動櫛歯電極34、第5可動櫛歯電極35及び第6可動櫛歯電極36と電気的に接続されている。第5固定櫛歯電極45の近傍に位置する電極パッド3は、第5固定櫛歯電極45の近傍に位置する配線部52を介して、第5固定櫛歯電極45に電気的に接続されている。第6固定櫛歯電極46の近傍に位置する電極パッド3は、第6固定櫛歯電極46の近傍に位置する配線部52を介して、第6固定櫛歯電極46と電気的に接続されている。第1固定櫛歯電極41の近傍に位置する電極パッド4は、第1固定櫛歯電極41の近傍に位置する配線部53を介して、第1固定櫛歯電極41と電気的に接続されている。第2固定櫛歯電極42の近傍に位置する電極パッド4は、第2固定櫛歯電極42の近傍に位置する配線部53を介して、第2固定櫛歯電極42と電気的に接続されている。第3固定櫛歯電極43の近傍に位置する電極パッド4は、第3固定櫛歯電極43の近傍に位置する配線部53を介して、第3固定櫛歯電極43と電気的に接続されている。第4固定櫛歯電極44の近傍に位置する電極パッド4は、第4固定櫛歯電極44の近傍に位置する配線部53を介して、第4固定櫛歯電極44と電気的に接続されている。なお、図3及び図4では、複数の電極パッド2,3,4の図示が省略されている。
第5可動櫛歯電極35及び第5固定櫛歯電極45、並びに、第6可動櫛歯電極36及び第6固定櫛歯電極46は、駆動用の電極として用いられる。具体的には、複数の電極パッド2,3を介して、第5可動櫛歯電極35と第5固定櫛歯電極45との間、及び第6可動櫛歯電極36と第6固定櫛歯電極46との間のそれぞれに電圧が周期的に印加される。これにより、第5可動櫛歯電極35と第5固定櫛歯電極45との間、及び第6可動櫛歯電極36と第6固定櫛歯電極46との間のそれぞれに静電気力が発生し、当該静電気力と、第1トーションバー11及び第2トーションバー12に発生する反発力との協働によって、軸線L1を中心線として可動部7が揺動する(すなわち、光学機能部71が揺動する)。
第1可動櫛歯電極31及び第1固定櫛歯電極41、第2可動櫛歯電極32及び第2固定櫛歯電極42、第3可動櫛歯電極33及び第3固定櫛歯電極43、並びに、第4可動櫛歯電極34及び第4固定櫛歯電極44は、モニタ用の電極として用いられる。具体的には、複数の電極パッド2,4を介して、第1可動櫛歯電極31と第1固定櫛歯電極41との間、第2可動櫛歯電極32と第2固定櫛歯電極42との間、第3可動櫛歯電極33と第3固定櫛歯電極43との間、及び第4可動櫛歯電極34と第4固定櫛歯電極44との間のそれぞれの静電容量が検出される。当該静電容量は、可動部7の揺動角度(すなわち、光学機能部71の揺動角度)に応じて変化する。したがって、検出された静電容量に応じて駆動信号(印加する電圧の大きさ、周期等)を調整することで、可動部7の揺動角度(すなわち、光学機能部71の揺動角度)をフィードバック制御することができる。
光学デバイス1では、光学機能部71及び複数の電極パッド3,4を除く部分が、MEMS技術(パターニング及びエッチング)によってSOI基板9において一体的に形成されている。光学デバイス1では、少なくとも、SOI基板9において一体的に形成された部分が、Z軸方向から見た場合に、軸線L1に関して線対称となり且つ軸線L2に関して線対称となる形状を呈している。
以上説明したように、光学デバイス1では、第1及び第3可動櫛歯電極31,33が、X軸方向から見た場合に、可動部7の第1端部7aよりも第1及び第2トーションバー11,12側に位置しており、第2及び第4可動櫛歯電極32,34が、X軸方向から見た場合に、可動部7の第2端部7bよりも第1及び第2トーションバー11,12側に位置している。これにより、軸線L1を中心線として可動部7を大きく揺動させたとしても、互いに隣り合う固定櫛歯(第1固定櫛歯41a、第2固定櫛歯42a、第3固定櫛歯43a及び第4固定櫛歯44aのそれぞれ)間の領域から可動櫛歯(第1可動櫛歯31a、第2可動櫛歯32a、第3可動櫛歯33a及び第4可動櫛歯34aのそれぞれ)の全体が外れるのを抑制することができる。更に、光学デバイス1では、第1及び第2梁部21c,22cが形成されることで、Z軸方向における第1及び第2支持部21,22のそれぞれの厚さが、Z軸方向における第1トーションバー11の厚さよりも大きくなっており、第3及び第4梁部23c,24cが形成されることで、Z軸方向における第3及び第4支持部23,24のそれぞれの厚さが、Z軸方向における第2トーションバー12の厚さよりも大きくなっている。これにより、可動部7が揺動している際に、第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24が歪むのを抑制することができる。したがって、第1、第2、第3、第4可動櫛歯電極31,32,33,34を可動部7と一体的に揺動させることができ、互いに隣り合う可動櫛歯と固定櫛歯との間隔が変動するのを抑制することができる。以上により、信頼性の高い光学デバイス1が得られる。
なお、第1、第2、第3、第4支持部21,22,23,24が歪むのを抑制するために、Y軸方向における第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24の幅を大きくすることも考えられるが、Y軸方向における第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24の幅を大きくすることには、次のようなデメリットがある。すなわち、可動部7の揺動に起因する第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24の変形については、Y軸方向における第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24の幅を大きくすることに比べ、Z軸方向における第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24の厚さ大きくすることのほうが、当該変形を抑制する上で大きな効果がある。そのため、Z軸方向における第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24の厚さ大きくすることと同程度の効果が得られるように、Y軸方向における第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24の幅を大きくすると、第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24の質量が大きくなり、共振周波数レベルで可動部7を揺動させる上で不利となる。また、Y軸方向において第1及び第2トーションバー11,12から第1、第2、第3、第4可動櫛歯電極31,32,33,34のそれぞれに至る距離は、Y軸方向における第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24の幅を大きくした分だけ大きくなる。そのため、互いに隣り合う固定櫛歯間の領域から可動櫛歯の全体が外れるのを抑制しようとすると、可動部7の揺動角度が制限されてしまう。光学デバイス1のように、Z軸方向における第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24の厚さ大きくすれば、以上のようなデメリットを回避しつつ、第1、第2、第3、第4支持部21,22,23,24が歪むのを抑制することができる。
また、光学デバイス1では、少なくとも、SOI基板9において一体的に形成された部分であって、複数の電極パッド3,4を除く部分が、Z軸方向から見た場合に、軸線L1に関して線対称となり且つ軸線L2に関して線対称となる形状を呈している。これにより、軸線L1を中心線として可動部7をバランス良く揺動させることができる。
また、光学デバイス1では、第1トーションバー11、第1支持部21の第1本体部21a及び第2支持部22の第2本体部22a、並びに、第2トーションバー12、第3支持部23の第3本体部23a及び第4支持部24の第4本体部24aが、X軸方向に沿って延在している。これにより、構造の単純化を図りつつ、各部を効率良く配置することができる。
また、光学デバイス1では、第1支持部21の第1接続部21bが、第1トーションバー11から離れるように屈曲した形状を呈しており、第2支持部22の第2接続部22bが、第1トーションバー11から離れるように屈曲した形状を呈しており、第3支持部23の第3接続部23bが、第2トーションバー12から離れるように屈曲した形状を呈しており、第4支持部24の第4接続部24bが、第2トーションバー12から離れるように屈曲した形状を呈している。これにより、第1及び第2トーションバー11,12のそれぞれが可動部7に接続される部分の設計の自由度を向上させることができる。更に、第1及び第2本体部21a,22aを第1トーションバー11に近付けることができると共に、第3及び第4本体部23a,24aを第2トーションバー12に近付けることができる。そのため、軸線L1を中心線として可動部7を大きく揺動させたとしても、互いに隣り合う固定櫛歯間の領域から可動櫛歯の全体が外れるのを抑制することができる。
また、光学デバイス1では、第1トーションバー11が、Z軸方向から見た場合に第1トーションバー11の外縁及び可動部7の外縁の曲率が連続するように、可動部7に接続されており、第2トーションバー12が、Z軸方向から見た場合に第2トーションバー12の外縁及び可動部7の外縁の曲率が連続するように、可動部7に接続されている。これにより、第1及び第2トーションバー11,12のそれぞれが可動部7に接続される部分において応力集中が起こり難くなるため、第1及び第2トーションバー11,12が破損するのを抑制することができる。
また、光学デバイス1では、第5可動櫛歯電極35と第5固定櫛歯電極45との間、及び第6可動櫛歯電極36と第6固定櫛歯電極46との間のそれぞれに電圧を印加することで、これらの電極を駆動用の電極として用いることができる。このとき、Y軸方向における第1及び第2トーションバー11,12からの距離については、第1可動櫛歯電極31及び第3可動櫛歯電極33よりも第5可動櫛歯電極35のほうが大きくなり、第2可動櫛歯電極32及び第4可動櫛歯電極34よりも第6可動櫛歯電極36のほうが大きくなる。そのため、駆動用の電極に発生させる静電気力の大きさ(すなわち、駆動用の電極に印加する電圧の大きさ)を大きくしなくても、可動部7を揺動させるために必要なトルクを得ることができる。更に、第1可動櫛歯電極31と第1固定櫛歯電極41との間、第2可動櫛歯電極32と第2固定櫛歯電極42との間、第3可動櫛歯電極33と第3固定櫛歯電極43との間、及び第4可動櫛歯電極34と第4固定櫛歯電極44との間のそれぞれの静電容量を検出することで、これらの電極をモニタ用の電極として用いることができる。このとき、可動部7を大きく揺動させたとしても、互いに隣り合う固定櫛歯間の領域から可動櫛歯の全体が外れることが抑制される。そのため、可動部7が揺動する範囲の全体において可動部7の位置(揺動角度)を把握することができる。
また、光学デバイス1では、第5本体部72に設けられた本体梁部75、フレーム73に沿って延在するフレーム梁部76、並びに、各第5接続部74において本体梁部75及びフレーム梁部76に接続された接続梁部77が可動部7に設けられており、第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24がそれぞれ有する第1、第2、第3及び第4梁部21c,22c,23c,24cが、フレーム梁部76に接続されている。これにより、第1及び第2トーションバー11,12の捩れの影響が光学機能部71に伝わり難くなるため、光学機能部71が歪むのをより確実に抑制することができる。更に、可動部7並びに第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24が一体として歪み難くなるため、互いに隣り合う可動櫛歯と固定櫛歯との間隔が変動するのをより確実に抑制することができる。
また、光学デバイス1では、複数の第5接続部74が、それぞれ、第1端部7aに対応する位置(第1端部7aと可動部7の中心位置との間の位置)、第2端部7bに対応する位置(第2端部7bと可動部7の中心位置との間の位置)、第1トーションバー11の延長線上の位置、及び第2トーションバー12の延長線上の位置に配置されている。これにより、共振周波数レベルで可動部7を揺動させる際に、可動部7の揺動の共振周波数と他のモードの共振周波数との差を大きくして、可動部7の揺動に他のモードが重畳するのを抑制することができる。
また、光学デバイス1では、光学機能部71がミラーである。これにより、例えばレーザ光を所定の領域に好適に走査することができる。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、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には、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。一例として、Y軸方向における第1、第2、第3及び第4梁部21c,22c,23c,24cの幅は、それぞれ、Y軸方向における第1、第2、第3及び第4本体部21a,22a,23a,24aの幅と同じであってもよい。また、第1、第2、第3及び第4梁部21c,22c,23c,24cは、X軸方向に対して斜めに延在していたり、ジグザグ状に延在していたりしてもよい。ただし、その場合にも、軸線L1を中心線として可動部7をバランス良く揺動させる観点から、第1、第2、第3及び第4梁部21c,22c,23c,24cは、Z軸方向から見た場合に、軸線L1に関して線対称となり且つ軸線L2に関して線対称となる形状を呈していることが好ましい。
また、図5に示されるように、可動部7において、複数の第5接続部74は、それぞれ、第1端部7aに対応する位置(第1端部7aと可動部7の中心位置との間の位置)、及び第2端部7bに対応する位置(第2端部7bと可動部7の中心位置との間の位置)に配置されており、第1トーションバー11の延長線上の位置、及び第2トーションバー12の延長線上の位置に配置されていなくてもよい。この場合、第1及び第2トーションバー11,12の捩れの影響が光学機能部71に更に伝わり難くなるため、光学機能部71が歪むのをより確実に抑制することができる。
また、図6に示されるように、光学デバイス1は、第5及び第6可動櫛歯電極35,36と、第5及び第6固定櫛歯電極45,46と、を備えていなくてもよい。つまり、可動部7に可動櫛歯電極が設けられていなくてもよい。この場合、第1可動櫛歯電極31と第1固定櫛歯電極41との間、第2可動櫛歯電極32と第2固定櫛歯電極42との間、第3可動櫛歯電極33と第3固定櫛歯電極43との間、及び第4可動櫛歯電極34と第4固定櫛歯電極44との間のそれぞれに電圧を印加することで、これらの電極を駆動用の電極として用いることができる。このとき、可動部7を大きく揺動させたとしても、互いに隣り合う固定櫛歯間の領域から可動櫛歯の全体が外れることが抑制される。そのため、印加する電圧の大きさ、周期等、駆動信号の設定の制御性を向上させることができる。更に、第1可動櫛歯電極31と第1固定櫛歯電極41との間、第2可動櫛歯電極32と第2固定櫛歯電極42との間、第3可動櫛歯電極33と第3固定櫛歯電極43との間、及び第4可動櫛歯電極34と第4固定櫛歯電極44との間のそれぞれの静電容量を検出することで、これらの電極をモニタ用の電極としても用いることができる。このとき、可動部7を大きく揺動させたとしても、互いに隣り合う固定櫛歯間の領域から可動櫛歯の全体が外れることが抑制される。そのため、可動部7が揺動する範囲の全体において可動部7の位置(揺動角度)を把握することができる。また、この場合、可動部7の構造の単純化を図ることができる。更に、可動部7の軽量化、延いては、可動部7の揺動の共振周波数の向上を図り、可動部7をより高速で揺動させることができる。
光学機能部71は、ミラー以外であってもよく、例えば、レンズ等の光学素子が配置されていてもよい。また、本体梁部75は、第5本体部72の外縁に沿って延在するものに限定されず、例えば、第5本体部72を横切るように延在するものであってもよい。また、可動部7は、各第5接続部74において本体梁部75及びフレーム梁部76に接続された接続梁部77を有していなくてもよい。その場合にも、光学機能部71、並びに、第1、第2、第3及び第4支持部21,22,23,24が歪むのを確実に抑制することができる。また、隣り合う第1可動櫛歯31aと第1固定櫛歯41aとが、X軸方向において互いに向かい合っていれば、第1可動櫛歯31a及び第1固定櫛歯41aは、X軸方向に垂直な平面に沿って延在していなくてもよい。一例として、第1可動櫛歯31a及び第1固定櫛歯41aは、X軸方向に垂直な平面に対して傾斜して延在していてもよいし、或いは、Z軸方向から見た場合に弧状に湾曲した形状を呈していてもよい。つまり、互いに向かい合う第1可動櫛歯31aの側面と第1固定櫛歯41aの側面とが、X軸方向において互いに向かい合っていればよい。これらの点は、第2可動櫛歯32a及び第2固定櫛歯42a、第3可動櫛歯33a及び第3固定櫛歯43a、第4可動櫛歯34a及び第4固定櫛歯44a、第5可動櫛歯35a及び第5固定櫛歯45a、第5可動櫛歯35a及び第5固定櫛歯45aのそれぞれについても同様である。