JP2025030740A - Optical deflectors, electronic devices - Google Patents
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Abstract
【課題】可動ミラーの偏向角変化に対して静電容量が線形に変化する範囲を広げること。【解決手段】反射面を有するミラーと、ミラーを揺動させる駆動部と、駆動部の動きを静電容量の変化により検出する検出部と、ミラー、駆動部及び検出部を支持するフレームとを含み、前記検出部は、前記駆動部の動きに関わって位置が変動する可動電極18bと、前記駆動部の動きに関わらない固定電極18aとを有し、当該可動電極と固定電極との間に前記静電容量を生じるように構成されており、前記フレームは、各々が半導体層である支持層51及び活性層53と、当該支持層と活性層の間に介在する絶縁層とを有しており、前記支持層の層厚が前記活性層の層厚よりも厚く、前記可動電極と前記固定電極は、各々、前記支持層の一部として構成されており、前記活性層は、前記駆動部を構成する部位と前記可動電極との間の電気的な接続を図るための導通部を有する、光偏向器である。【選択図】図4[Problem] To expand the range in which the capacitance changes linearly with the change in the deflection angle of a movable mirror. [Solution] An optical deflector including a mirror having a reflective surface, a driving unit for swinging the mirror, a detecting unit for detecting the movement of the driving unit by the change in capacitance, and a frame for supporting the mirror, the driving unit, and the detecting unit, the detecting unit having a movable electrode 18b whose position varies with the movement of the driving unit and a fixed electrode 18a that is not affected by the movement of the driving unit, and configured to generate the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode, the frame having a support layer 51 and an active layer 53 each of which is a semiconductor layer, and an insulating layer interposed between the support layer and the active layer, the thickness of the support layer being thicker than the thickness of the active layer, the movable electrode and the fixed electrode each being configured as a part of the support layer, and the active layer having a conductive portion for electrically connecting a portion constituting the driving unit to the movable electrode. [Selected Figure] Figure 4
Description
本開示は、光偏向器、電子機器に関する。 This disclosure relates to optical deflectors and electronic devices.
入射するレーザ光を2次元方向に走査する光偏向器が知られている。光偏向器の従来例は、例えば国際公開第2022/259912号(特許文献1)に記載されている。このような光偏向器では、例えば可動ミラーに連動するように櫛歯電極を設け、櫛歯電極の位置変化を静電容量の変化として検出することで可動ミラーの偏向角を検出する。しかし、可動ミラーの偏向角変化に対して静電容量が線形に変化する範囲を広げるのが難しかった。 Optical deflectors that scan incident laser light in two-dimensional directions are known. A conventional example of an optical deflector is described in, for example, International Publication No. 2022/259912 (Patent Document 1). In such optical deflectors, for example, a comb-tooth electrode is provided to move in conjunction with a movable mirror, and the deflection angle of the movable mirror is detected by detecting the positional change of the comb-tooth electrode as a change in capacitance. However, it has been difficult to expand the range in which the capacitance changes linearly in response to changes in the deflection angle of the movable mirror.
本開示に係る具体的態様は、可動ミラーの偏向角変化に対して静電容量が線形に変化する範囲を広げることが可能な技術を提供することを目的の1つとする。 One of the objectives of a specific aspect of the present disclosure is to provide technology that can expand the range in which the capacitance changes linearly with respect to changes in the deflection angle of the movable mirror.
[1]本開示に係る一態様の光偏向器は、
反射面を有するミラーと、
前記ミラーを揺動させる駆動部と、
前記駆動部の動きを静電容量の変化により検出する検出部と、
前記ミラー、前記駆動部及び前記検出部を支持するフレームと、
を含み、
前記検出部は、前記駆動部の動きに関わって位置が変動する可動電極と、前記駆動部の動きに関わらない固定電極とを有し、当該可動電極と固定電極との間に前記静電容量を生じるように構成されており、
前記フレームは、各々が半導体層である支持層及び活性層と、当該支持層と活性層の間に介在する絶縁層とを有しており、前記支持層の層厚が前記活性層の層厚よりも厚く、
前記可動電極と前記固定電極は、各々、前記支持層の一部として構成されており、
前記活性層は、前記駆動部を構成する部位と前記可動電極との間の電気的な接続を図るための導通部を有する、
光偏向器である。
[2]本開示に係る一態様の電子機器は、前記[1]の光偏向器を備える電子機器である。
[1] An optical deflector according to one aspect of the present disclosure,
A mirror having a reflective surface;
A drive unit that swings the mirror;
A detection unit that detects the movement of the drive unit based on a change in capacitance;
a frame supporting the mirror, the driving unit, and the detection unit;
Including,
the detection unit has a movable electrode whose position varies in accordance with the movement of the drive unit and a fixed electrode that is not involved in the movement of the drive unit, and is configured to generate the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode;
the frame has a support layer and an active layer, each of which is a semiconductor layer, and an insulating layer interposed between the support layer and the active layer, the thickness of the support layer being greater than the thickness of the active layer,
the movable electrode and the fixed electrode are each configured as a part of the support layer;
the active layer has a conductive portion for establishing an electrical connection between a portion constituting the driving portion and the movable electrode;
It is an optical deflector.
[2] An electronic device according to one aspect of the present disclosure is an electronic device including the optical deflector according to [1] above.
上記構成によれば、可動ミラーの偏向角変化に対して静電容量が線形に変化する範囲を広げることが可能になる。 The above configuration makes it possible to expand the range in which the capacitance changes linearly with changes in the deflection angle of the movable mirror.
図1及び図2は、一実施形態の光偏向器(光走査装置)1の構成を示す平面図である。本実施形態では、走査対象となるレーザ光が入射される側の面を表面とし、これと反対側の面を裏面とする。図1では表面側から見た平面図が示され、図2では裏面側から見た平面図が示されている。図示のように本実施形態の光偏向器1は、平面視において概ね左右対称な構造を有している。
Figures 1 and 2 are plan views showing the configuration of an optical deflector (optical scanning device) 1 according to one embodiment. In this embodiment, the surface on which the laser light to be scanned is incident is called the front surface, and the opposite surface is called the back surface. Figure 1 shows a plan view from the front surface side, and Figure 2 shows a plan view from the back surface side. As shown, the
光偏向器1は、主な構成として、反射部2、トーションバー3、内側圧電アクチュエータ4、内側枠部5、外側圧電アクチュエータ(駆動部)6、及びフレーム(外側枠部)7を備える。図示の左右方向をX軸、上下方向をY軸、光偏向器1の厚さ方向(紙面に直交する方向)をZ軸と定義する。これらの軸は光偏向器1の中心において互いに直交するものとする。
The
反射部2は、平面視において略円形状の反射面を有する可動ミラーであり、内側圧電アクチュエータ4及び外側圧電アクチュエータ6によってX軸及びY軸回りに揺動可能に構成されている。このような反射部2によってレーザ光を反射させることで、反射部2へ入射させたレーザ光を2次元方向に走査することができる。
The reflecting
トーションバー3は、平面視において反射部2の上下に1つずつ設けられている。トーションバー3は、反射部2からY軸方向に沿って延びており、内側枠部5の内周に結合している。また、トーションバー3は、左右の内側圧電アクチュエータ4の上下端に結合している。
When viewed from above, one
内側圧電アクチュエータ4及び外側圧電アクチュエータ6は、それぞれ平面視において反射部2に対して左右に1つずつ設けられている。
The inner
内側圧電アクチュエータ4は、相互に結合しており、平面視で全体としてY軸に沿って延びる楕円形に近い形状となっている。
The inner
外側圧電アクチュエータ6は、内側枠部5と外側枠部7との間に設けられている。外側圧電アクチュエータ6は、各々、複数の圧電カンチレバーを含んで構成されている。
The outer
内側枠部5は、反射部2及びトーションバー3を包囲している。内側枠部5は、平面視で全体としてY軸に沿って延びる楕円形に近い形状となっている。
The
駆動用パッド14、駆動用パッド15及び駆動用GNDパッド16は、平面視において外側枠部7の左右上側にそれぞれ設けられている。駆動用パッド14、駆動用パッド15及び駆動用GNDパッド16は、光偏向器1がパッケージングされた際にボンディングワイヤ(図示せず)を介して外部と電気的/物理的に接続される。
The
各内側圧電アクチュエータ4は、駆動用パッド14及び駆動用GNDパッド16を介して第1周波数の駆動電圧が与えられる。各内側圧電アクチュエータ4は、トーションバー3と内側枠部5との間に介在しており、トーションバー3をねじることにより、反射部2をY軸回りに第1周波数で揺動させる。この揺動には共振が利用される。第1周波数は、例えば15kHz~25kHzである。
A drive voltage of a first frequency is applied to each inner
外側圧電アクチュエータ6は、駆動用パッド15及び駆動用GNDパッド16を介して第2周波数の駆動電圧が与えられる。それにより、反射部2は、X軸回りに第2周波数で揺動する。X軸回りの揺動には共振が利用されない。第2周波数は、上記した第1周波数よりも低く、例えば60Hzに設定される。
A drive voltage of the second frequency is applied to the outer
図示しない光源から反射部2に入射するレーザ光は、反射部2のX軸回り及びY軸回りの振れ角(偏向角)に応じた方向へ反射される。反射方向(偏向方向)は、反射部2の振れ角の変化に応じて時々刻々と変化する。それにより、反射部2で反射されたレーザ光は、Y軸回りに第1周波数で走査されつつX軸回りに第2周波数で走査される。
The laser light incident on the reflecting
偏向角検出部(検出部)18、19は、それぞれ、外側圧電アクチュエータ6による非共振振動に伴う動きを静電容量の変化として検出することによって反射部2の偏向角を検出するためのものであり、それぞれ櫛歯状電極である複数の固定電極と複数の可動電極を含んで構成されている。
The deflection angle detection units (detection units) 18 and 19 are each intended to detect the deflection angle of the reflecting
導通部20、21は、偏向角検出部(検出部)18、19の各々の可動電極と活性層53(詳細は後述する)とを電気的に接続するための部位である。
The
検出用パッド22は、図中右下側の端部に配置されている。検出用GNDパッド24は、図中において検出用パッド22の上側に配置されている。入力用パッド28は、図中において左端側で検出用パッド22の下側に配置されている。入力用パッド28は、偏向角の読み取りのために用いる信号(読み取り信号)の入力に用いられる。なお、同様の構造を有するダミー検出用パッド42、ダミー検出用GNDパッド44、ダミー入力用パッド48が図中左下側に設けられている。
The
配線部31は、フレーム7を構成する支持層51(後述する図4参照)の一部分であり、偏向角検出部18と偏向角検出部19を並列に繋ぎ、入力用パッド28において形成される静電容量Csと接続するための配線部(第1部位)として機能する(後述の図5(B)参照)。配線部31は、フレーム7の平面視における外縁にそって枠状に構成されており、相対的に狭い部位と、相対的に広い部位であって偏向角検出部18、19のそれぞれと接続する部位とを有している。また、非配線部32は、フレーム7を構成する支持層51の一部分であって、配線部31ではない部分(第2部位)であり、図中、左右それぞれに1つずつ配置されている。
The
クランク状切断部33、34、35、36は、それぞれフレーム7を構成する後述の支持層51を部分的に切断した部位であり、平面視においてクランク状の形状を有している。これらクランク状切断部33~36により、配線部31と非配線部32とが互いに電気的に遮断されているため、非配線部32における寄生容量の影響を排除することができる。クランク状切断部33等の詳細な構成については後述する。
The crank-shaped
図3(A)及び図3(B)は、偏向角検出部18、19の付近を表側から見た様子を拡大して示した図である。図3(A)に示すように、偏向角検出部18は、複数の固定電極18aと複数の可動電極18bを含んで構成されている。図中では、全てに符号を付すと煩雑になるため、いくつかの固定電極18a、可動電極18bのみに符号を付している。同様に、図3(B)に示すように、偏向角検出部19は、複数の固定電極19aと複数の可動電極19bを含んで構成されている。図中では、全てに符号を付すと煩雑になるため、いくつかの固定電極19a、可動電極19bのみに符号を付している。
Figures 3(A) and 3(B) are enlarged views of the deflection
固定電極18aと可動電極18bは、全て同じレイヤーである支持層51(詳細は後述する)において櫛歯状に形成されており、図中左右方向に沿って1つずつ互い違いに配置されている。これらの固定電極18aと可動電極18bの間に静電容量が構成される。同様に、固定電極19aと可動電極19bは、全て同じレイヤーである支持層51(詳細は後述する)において櫛歯状に形成されており、図中左右方向に沿って1つずつ互い違いに配置されている。これらの固定電極19aと可動電極19bの間に静電容量が構成される。固定電極18aと可動電極18bの間に形成される静電容量と固定電極19aと可動電極19bの間に形成される静電容量とは、同じタイミングでその大きさが増減するため、全て同一の検出対象容量として用いることができる。
The fixed
また、偏向角検出部18の図中右下側には導通部20が配置されており、偏向角検出部19の図中左上側には導通部21が配置されている。これらの導通部20、21は、活性層53と支持層51を導通させるための部位である。導通部20の詳細な構造例については後述する。
In addition, a
図4は、光偏光器の主要部分の構造を説明するための模式的な断面図である。なお、図4では、積層構造や各部の構成を理解しやすくするために光偏光器1の構造が簡素化して模式的に示されている。光偏光器1のフレーム7は、反射部2等を保持するための支持層51と、その一面側(図中上側)に設けられたエッチングストップ層としてのBOX層52と、その一面側設けられた素子形成のための活性層53を有する構造を基本骨格としている。支持層51は、例えばSi(珪素)層などの半導体層であり、BOX層52は、例えばSiO2(二酸化珪素)層などの絶縁層であり、活性層53は、例えばSi層などの半導体層である。圧電駆動部54は、例えばPt(白金)層などの下部電極層と、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)層などの圧電体層と、Pt層などの上部電極層を含んで構成されている。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of the main parts of the optical polarizer. In FIG. 4, the structure of the
図示のように、光偏光器1は大まかにフレーム部60、62と可動部61に区分けすることができる。可動部61とフレーム部60との間は支持層51が切断されており、電気的に繋がっていない。
As shown in the figure, the
フレーム部60には、支持層51とBOX層51と活性層53を積層した部位において静電容量Csが形成されており、この部位の活性層53に入力用バッド28が設けられており、入力用バッド28を用いて搬送波が入力される。そして、この部位と繋がっている支持層51の一部として固定電極18a(または19a)が構成されている。また、支持層51のBOX層52及び活性層53が除去された一部分が検出用パッド22として機能する。検出用パッド22は、静電容量Csを構成する部位と電気的に接続されているとともに、固定電極18aを構成する部位と電気的に接続されている。
In the
可動部61には、支持層51の厚さを薄くした部位であるリブ51aが設けられているとともに、このリブ51の図中左側には、支持層51の一部として可動電極18b(または19b)が形成されている。また、活性層53には、その一部を変形させることによって形成された導通部20(又は21)が設けられている。この導通部20は、可動電極18bを構成する部位と接触しており、可動電極18bと活性層53とを電気的に接続する機能を奏する。リブ51aには、BOX層52と活性層53が積層されている。また、可動部61には圧電駆動部54が設けられている。圧電駆動部54と重なる部位では活性層53が配置されており、その図中下側にBOX層52、支持層51は存在しない。
The
フレーム部62には、支持層51、BOX層52、活性層53を積層した部位が設けられている。また、活性層53の一部に検出用GNDパッド24が設けられている。この検出用GNDパッド24は、基準電位端子に接続されている。検出用GNDパッド24は、フレーム部62の活性層53、可動部61の活性層53及び導通部20を介して可動電極18bと電気的に接続されている。可動電極18bと固定電極18aとの間は支持層51が切断されており繋がっていないが、これらの間で検出対象の静電容量Cvが構成されており、電気的に接続されている。
The
搬送波を入力するための入力用パッド28から、静電容量Cs、Cvを介して検出用GNDパッド24へ至る電気回路を図5(A)に示す。静電容量Cs、Cvが直列接続され、これらに対して入力用パッド28を介して搬送波が入力されて基準電位端子へ至るという回路構成であり、静電容量Csと静電容量Cvとの間で、検出用パッド22を介して検出信号を得ることができる。
Figure 5 (A) shows an electric circuit from the
詳細な電気回路(等価回路)を図5(B)に示す。静電容量Cvは、実際には図示のように、複数の固定電極18aと複数の可動電極18bの相互間に形成される静電容量Ca1、Ca2、Ca3・・・と、複数の固定電極19aと複数の可動電極19bの相互間に形成される静電容量Cb1、Cb2、Cb3・・・との並列回路となる。静電容量Cvは、各静電容量Ca1、Ca2、Ca3・・・、Cb1、Cb2、Cb3・・・の和となる。各可動電極18b、19bの相互間は、各導通部20、21とリブ51aが配線として機能することで電気的に接続されている。また、各固定電極18a、19aの相互間は、フレーム7の配線部31が配線として機能することで電気的に接続されている。
A detailed electric circuit (equivalent circuit) is shown in FIG. 5(B). As shown in the figure, the capacitance Cv is actually a parallel circuit of capacitances Ca1, Ca2, Ca3... formed between the multiple fixed
図6(A)~図6(E)は、導通部の形成方法を説明するための図である。ここでは、カンチレバー構造を有する導通部20、21を形成する場合を例示する。図6(A)に示すように、例えば、支持層51、BOX層52、活性層53が積層されたSOIウェハを用いる。
Figures 6(A) to 6(E) are diagrams for explaining a method for forming a conductive section. Here, an example is shown in which
図6(B)に示すように、活性層53の一部をドライエッチング等によって部分的に除去することで、BOX層52を露出させる貫通孔53aを形成する。次に、貫通孔53aを介して、BHFなどの溶液を用いたウェットエッチング等の等方性エッチングを行うことで、導通部20(又は21)に相当する部分のBOX層52を部分的に除去する。
As shown in FIG. 6(B), a portion of the
次に、純水等を用いたリンスを行い、乾燥させることで、図6(D)に示すように、BOX層52が除去された部分と重畳する活性層53の部位が表面張力に負けて支持層51に癒着する。それにより、導通部20(又は21)が形成される。なお、図6(E)に平面図を示すように、BOX層52を部分的に除去する際のウェットエッチングで中空構造を作りやすいように、活性層53の導通部20(又は21)に相当する部分に貫通孔53bを設けておくことも好ましい。
Next, by rinsing with pure water or the like and drying, as shown in FIG. 6(D), the portion of
図7(A)~図7(D)は、導通部の他の形成方法を説明するための図である。ここでは、カンチレバー構造ではなく、導電膜のコーティングによる構造(ビア構造)を用いて導通部20、21を形成する場合を例示する。図7(A)に示すように、例えば、支持層51、BOX層52、活性層53が積層されたSOIウェハを用いる。
Figures 7(A) to 7(D) are diagrams for explaining other methods of forming conductive parts. Here, an example is shown in which
図7(B)に示すように、活性層53の一部をドライエッチング等によって部分的に除去することで、BOX層52を露出させるビア53cを形成する。このとき、ビア53cは、例示したようにテーパーを設けておくことが好ましい。
As shown in FIG. 7B, a portion of the
次に、図7(C)に示すように、ビア53cを介してドライエッチング等によってBOX層52を部分的に除去する。次に、図7(D)に示すように、支持層51のビア53cの底部に露出した部分から活性層53に渡ってアルミニウム膜などの導電膜60を形成する。このような構成によっても支持層51と活性層53を接続するために導通部20(又は21)を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 7(C), the
図8(A)は、クランク状切断部の拡大図である。図8(B)は、図8(A)に示すB-B線での断面図であり、図8(C)は、図8(A)に示すC-C線での断面図である。図8(D)は、比較例の切断部の断面図である。ここではクランク状切断部33について図示するが他のクランク状切断部34~36についても同様の構造である。
Figure 8 (A) is an enlarged view of the crank-shaped cut portion. Figure 8 (B) is a cross-sectional view taken along line B-B in Figure 8 (A), and Figure 8 (C) is a cross-sectional view taken along line C-C in Figure 8 (A). Figure 8 (D) is a cross-sectional view of a cut portion in a comparative example. Here, crank-shaped
クランク状切断部33~36は、上記した図4にて説明したフレーム部60の支持層51とフレーム部62の支持層51との間の電気的な接続を遮断する機能を奏するものである。これらのクランク状切断部33~36が存在しない場合には、フレーム部60の支持層51とフレーム部62の支持層51とが図4においては図示できない他の箇所のフレーム7を通じて電気的に接続されてしまうことから、上記した非配線部31の支持層51、BOX層62、活性層53によって生じる寄生容量が上記の静電容量Csと直列に接続される。それにより、出力電圧の検出感度が著しく低下する。クランク状切断部33~36はこのような不都合を防ぐための部位である。
The crank-shaped cuts 33-36 function to cut off the electrical connection between the
ここで、上記した機能を単に実現するためであれば、クランク状ではなく直線状の切断部を設けてもよい。しかし、この場合には図8(D)に示す比較例のように、実装時などにかかる荷重を活性層53で支えることになる。通常、活性層53は支持層51に比較して層厚が小さいため、機械的強度が低下する。一例として、活性層53の層厚は50μm程度、支持層51の層厚は350μm程度である。これに対して、クランク状切断部31等では、図8(B)及び図8(C)に示す断面図からも分かるように、活性層53のみがフレーム7を横断するように直線状となる部分が存在しないので、大部分において支持層51と活性層53を合わせた層厚で荷重を支えることができる。従って、フレーム7の強度を保つことができる。
Here, if the above-mentioned function is to be realized simply, a straight cut portion may be provided instead of a crank-shaped cut portion. However, in this case, as shown in the comparative example in FIG. 8(D), the load applied during mounting, etc., is supported by the
図9(A)、図9(B)は、実施例の光偏向器の偏向角検出部における静電容量の計算結果を示す図である。なお、支持層の層厚は活性層の層厚の2倍以上であることが好ましく、この実施例では活性層を50μmのSi層、支持層を350μmのSi層とした実施例の光偏向器を用いた。図9(A)は、最も回転中心に近い固定電極と可動電極の組み合わせによる静電容量の計算結果である。図10に示すように、固定電極及び可動電極の長さは約890nm、回転中心までの長さは約1240μmである。図9(B)は、最も回転中心から遠い固定電極と可動電極の組み合わせによる静電容量の計算結果である。図10に示すように、固定電極及び可動電極の長さは約85nm、回転中心までの長さは約2045μmである。各図に示すように、活性層の厚みに関わらず、偏向角に対する静電容量の変化を線形に検出可能となることが分かる。線形に検出可能な限界はおよそ9.3°であった。この検出可能範囲は、後述するような多くの用途において必要十分な範囲であるといえる。また、固定電極と可動電極は並列でそれぞれ繋がっているため、本数が多い方が静電容量の変化は多くなるが、必要な検出可能範囲に固定電極と可動電極を間引いてもよい。例えば短い中央の固定電極及び可動電極の長さが短めの約85nm付近のものだけでもよいし、両側の固定電極及び可動電極の長さが長めの約890nm付近のものだけでもよいし、中央と両側の間の途中の固定電極及び可動電極だけでもよい。ただし、固定電極及び可動電極の重さのバランスを考慮して、固定電極及び可動電極は対称になるように配置した方がよい。 9(A) and 9(B) are diagrams showing the results of calculating the capacitance in the deflection angle detection unit of the optical deflector of the embodiment. The thickness of the support layer is preferably at least twice the thickness of the active layer, and in this embodiment, an optical deflector of the embodiment in which the active layer is a 50 μm Si layer and the support layer is a 350 μm Si layer was used. FIG. 9(A) shows the results of calculating the capacitance by the combination of the fixed electrode and the movable electrode closest to the center of rotation. As shown in FIG. 10, the length of the fixed electrode and the movable electrode is about 890 nm, and the length to the center of rotation is about 1240 μm. FIG. 9(B) shows the results of calculating the capacitance by the combination of the fixed electrode and the movable electrode farthest from the center of rotation. As shown in FIG. 10, the length of the fixed electrode and the movable electrode is about 85 nm, and the length to the center of rotation is about 2045 μm. As shown in each figure, it can be seen that the change in capacitance with respect to the deflection angle can be linearly detected regardless of the thickness of the active layer. The limit of linear detection was about 9.3°. This detectable range is sufficient for many applications, as described below. In addition, since the fixed electrodes and the movable electrodes are connected in parallel, the greater the number of electrodes, the greater the change in capacitance. However, the fixed electrodes and the movable electrodes may be thinned out to the required detectable range. For example, only the short central fixed electrodes and the movable electrodes may be used, which are short at approximately 85 nm, or only the fixed electrodes and the movable electrodes on both sides, which are long at approximately 890 nm, or only the fixed electrodes and the movable electrodes in the middle between the center and both sides. However, it is better to arrange the fixed electrodes and the movable electrodes symmetrically, taking into account the balance of the weight of the fixed electrodes and the movable electrodes.
上記した実施形態に係る光偏向器1は、レーザ光の走査を必要とするあらゆる電子機器に適用することが可能である。一例を挙げると、ヘッドアップディスプレイやウェアラブルデバイスに用いられるピコプロジェクターに適用することができる。また、車両前方へ光を照射する際に、対向車両や先行車両、あるいは歩行者や各種物体の存在に応じて配光パターンを変化させる装置に適用することができる。あるいは、LiDAR(Light Detection And Ranging)などの物体検知装置に適用することができる。さらに、加速度センサ、角速度センサ、圧力センサ、筋電センサなど種々のMEMSセンサに適用することができる。
The
以上のような実施形態によれば、可動ミラーの偏向角変化に対して静電容量が線形に変化する範囲を広げることが可能となる。 According to the above embodiment, it is possible to expand the range in which the capacitance changes linearly with changes in the deflection angle of the movable mirror.
なお、本開示は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本開示の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態では導通部20、21の構成例としてレイヤースイッチ型構造及びビア型構造を例示していたが、支持層と活性層の間をワイヤーボンディングなどの手段で電気的に接続してもよい。
The present disclosure is not limited to the contents of the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present disclosure. For example, in the above-described embodiment, a layer switch type structure and a via type structure are given as examples of the configuration of the
また、上記した実施形態では図5(B)に構成を示した等価回路に基づいて検出信号を得ていたが、ダミー検出用パッド42、ダミー検出用GNDパッド44及びダミー入力用パッド48を用いたダミー等価回路による検出信号との差分をとってもよい。
In the above embodiment, the detection signal was obtained based on the equivalent circuit shown in FIG. 5(B), but it is also possible to take the difference with the detection signal obtained by a dummy equivalent circuit using the
本開示は、以下に付記する特徴を有する。
(付記1)
反射面を有するミラーと、
前記ミラーを揺動させる駆動部と、
前記駆動部の動きを静電容量の変化により検出する検出部と、
前記ミラー、前記駆動部及び前記検出部を支持するフレームと、
を含み、
前記検出部は、前記駆動部の動きに関わって位置が変動する可動電極と、前記駆動部の動きに関わらない固定電極とを有し、当該可動電極と固定電極との間に前記静電容量を生じるように構成されており、
前記フレームは、各々が半導体層である支持層及び活性層と、当該支持層と活性層の間に介在する絶縁層とを有しており、前記支持層の層厚が前記活性層の層厚よりも厚く、
前記可動電極と前記固定電極は、各々、前記支持層の一部として構成されており、
前記活性層は、前記駆動部を構成する部位と前記可動電極との間の電気的な接続を図るための導通部を有する、
光偏向器。
(付記2)
前記導通部は、前記活性層の一部がカンチレバー構造に構成されたものである、
付記1に記載の光偏向器。
(付記3)
前記導通部は、開口を介して前記活性層と前記可動電極との間に導電膜が設けられたものである、
付記1に記載の光偏向器。
(付記4)
前記支持層の層厚が前記活性層の層厚の2倍以上である、
付記1~3の何れかに記載の光偏向器。
(付記5)
前記支持層は、前記固定電極に繋がる配線部として機能する第1部位と、当該第1部位以外の第2部位とを電気的に遮断するための切断部を有する、
付記1~4の何れかに記載の光偏向器。
(付記6)
前記切断部は、平面視においてクランク状に設けられている、
付記5に記載の光偏向器。
(付記7)
前記活性層は、前記検出部への信号入力に用いられる入力用パッドを有し、
前記支持層は、前記検出部での前記静電容量の変化に応じた検出信号を取り出すための検出用パッドを有する、
付記1~6の何れかに記載の光偏向器。
(付記8)
付記1~7の何れか1項に記載の光走査装置を備える電子機器。
The present disclosure has the following features.
(Appendix 1)
A mirror having a reflective surface;
A drive unit that swings the mirror;
A detection unit that detects the movement of the drive unit based on a change in capacitance;
a frame supporting the mirror, the driving unit, and the detection unit;
Including,
the detection unit has a movable electrode whose position varies in accordance with the movement of the drive unit and a fixed electrode that is not involved in the movement of the drive unit, and is configured to generate the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode;
the frame has a support layer and an active layer, each of which is a semiconductor layer, and an insulating layer interposed between the support layer and the active layer, the thickness of the support layer being greater than the thickness of the active layer,
the movable electrode and the fixed electrode are each configured as a part of the support layer;
the active layer has a conductive portion for establishing an electrical connection between a portion constituting the driving portion and the movable electrode;
Optical deflector.
(Appendix 2)
The conductive portion is a part of the active layer configured in a cantilever structure.
2. The optical deflector of
(Appendix 3)
the conductive portion is formed by providing a conductive film between the active layer and the movable electrode via an opening;
2. The optical deflector of
(Appendix 4)
The thickness of the support layer is at least twice the thickness of the active layer.
4. An optical deflector according to any one of
(Appendix 5)
the support layer has a first portion that functions as a wiring portion connected to the fixed electrode and a cut portion for electrically isolating a second portion other than the first portion;
5. An optical deflector according to any one of
(Appendix 6)
The cutting portion is provided in a crank shape in a plan view.
6. The optical deflector according to
(Appendix 7)
the active layer has an input pad used for inputting a signal to the detection unit,
the support layer has a detection pad for extracting a detection signal corresponding to a change in the capacitance at the detection unit;
7. An optical deflector according to any one of
(Appendix 8)
An electronic device comprising the optical scanning device according to any one of
1:光偏向器、2:反射部、3:トーションバー、4:内側圧電アクチュエータ、5:内側枠部、6:外側圧電アクチュエータ、7:フレーム、14、15:駆動用パッド、16:駆動用GNDパッド、18、19:偏向角検出部、18a、19a:固定電極、18b、19b:可動電極、20、21:導通部、22:検出用パッド、24:検出用GNDパッド、28:入力用パッド、31、32:配線部、33、34、35、56:クランク状切断部、51:支持層、51:BOX層、53:活性層、54:圧電駆動部、60、62:フレーム部、61:可動部 1: Optical deflector, 2: Reflection section, 3: Torsion bar, 4: Inner piezoelectric actuator, 5: Inner frame section, 6: Outer piezoelectric actuator, 7: Frame, 14, 15: Drive pad, 16: Drive GND pad, 18, 19: Deflection angle detection section, 18a, 19a: Fixed electrode, 18b, 19b: Movable electrode, 20, 21: Conductive section, 22: Detection pad, 24: Detection GND pad, 28: Input pad, 31, 32: Wiring section, 33, 34, 35, 56: Crank-shaped cut section, 51: Support layer, 51: BOX layer, 53: Active layer, 54: Piezoelectric drive section, 60, 62: Frame section, 61: Movable section
Claims (8)
前記ミラーを揺動させる駆動部と、
前記駆動部の動きを静電容量の変化により検出する検出部と、
前記ミラー、前記駆動部及び前記検出部を支持するフレームと、
を含み、
前記検出部は、前記駆動部の動きに関わって位置が変動する可動電極と、前記駆動部の動きに関わらない固定電極とを有し、当該可動電極と固定電極との間に前記静電容量を生じるように構成されており、
前記フレームは、各々が半導体層である支持層及び活性層と、当該支持層と活性層の間に介在する絶縁層とを有しており、前記支持層の層厚が前記活性層の層厚よりも厚く、
前記可動電極と前記固定電極は、各々、前記支持層の一部として構成されており、
前記活性層は、前記駆動部を構成する部位と前記可動電極との間の電気的な接続を図るための導通部を有する、
光偏向器。 A mirror having a reflective surface;
A drive unit that swings the mirror;
A detection unit that detects the movement of the drive unit based on a change in capacitance;
a frame supporting the mirror, the driving unit, and the detection unit;
Including,
the detection unit has a movable electrode whose position varies in accordance with the movement of the drive unit and a fixed electrode that is not involved in the movement of the drive unit, and is configured to generate the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode;
the frame has a support layer and an active layer, each of which is a semiconductor layer, and an insulating layer interposed between the support layer and the active layer, the thickness of the support layer being greater than the thickness of the active layer,
the movable electrode and the fixed electrode are each configured as a part of the support layer;
the active layer has a conductive portion for establishing an electrical connection between a portion constituting the driving portion and the movable electrode;
Optical deflector.
請求項1に記載の光偏向器。 The conductive portion is a part of the active layer configured in a cantilever structure.
2. The optical deflector according to claim 1.
請求項1に記載の光偏向器。 the conductive portion is formed by providing a conductive film between the active layer and the movable electrode via an opening;
2. The optical deflector according to claim 1.
請求項1に記載の光偏向器。 The thickness of the support layer is at least twice the thickness of the active layer.
2. The optical deflector according to claim 1.
請求項1に記載の光偏向器。 the support layer has a first portion that functions as a wiring portion connected to the fixed electrode and a cut portion for electrically isolating a second portion other than the first portion;
2. The optical deflector according to claim 1.
請求項5に記載の光偏向器。 The cutting portion is provided in a crank shape in a plan view.
6. The optical deflector according to claim 5.
前記支持層は、前記検出部での前記静電容量の変化に応じた検出信号を取り出すための検出用パッドを有する、
請求項1に記載の光偏向器。 the active layer has an input pad used for inputting a signal to the detection unit,
the support layer has a detection pad for extracting a detection signal corresponding to a change in the capacitance at the detection unit;
2. The optical deflector according to claim 1.
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2023136296A JP2025030740A (en) | 2023-08-24 | 2023-08-24 | Optical deflectors, electronic devices |
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