特開 2024-8942 駆動装置及び光フィルタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024008942

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】駆動装置及び光フィルタ

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/00 20060101AFI20240112BHJP

   G02B 7/00 20210101ALI20240112BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

G02B26/00

G02B7/00 B

B81B3/00

【審査請求】有

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023180026

(22)【出願日】2023-10-19

(62)【分割の表示】P 2022000086の分割

【原出願日】2016-01-28

(71)【出願人】

【識別番号】000005016

【氏名又は名称】パイオニア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】弁理士法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北澤 正吾

(57)【要約】

【課題】可動部を精度よく動作させることが可能な駆動装置を提供し、並びに反射膜間の間隔を精度よく調節することが可能な光フィルタを提供する。
【解決手段】間隙をおいて対向する第１及び第２の主表面をそれぞれ有する第１及び第２の基板１１Ａ、１１Ｂと、底面が第１の主表面を構成し、第１の主表面に垂直な方向に移動する可動部１２と、第１の基板に対して可動部を移動可能に支持する支持部１３と、可動部及び第２の主表面上にそれぞれ形成され、電圧の印加により可動部に対して可動部の移動方向の第１の成分と移動方向に垂直な方向の第２の成分とを有する静電気力を与える第１及び第２の駆動電極１４Ａ、１４Ｂと、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

間隙をおいて対向する第１及び第２の主表面をそれぞれ有する第１及び第２の基板と、
底面が前記第１の主表面を構成し、前記第１の主表面に垂直な方向に移動する可動部と、
前記第１の基板に対して前記可動部を移動可能に支持する支持部と、
前記可動部及び第２の主表面上にそれぞれ形成され、電圧の印加により前記可動部に対して前記可動部の移動方向の第１の成分と前記移動方向に垂直な方向の第２の成分とを有する静電気力を与える第１及び第２の駆動電極と、を有することを特徴とする駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、駆動装置及び当該駆動装置を含む波長可変型の光フィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

光フィルタは、例えば、入射された光の中から所定の波長（波長帯域）の光のみを選択的に出射するように構成された光学素子である。例えば、光フィルタのような波長選択素子は、互いに対向する一対の反射膜を配置した構成を有している。当該一対の反射膜は、例えば、間隙をおいて平行に配置される。また、反射膜間の間隔は、取出されるべき光の波長に応じて設定される。

【0003】

例えば、特許文献１には、固定基板に設けられた固定反射膜と、可動基板に設けられた可動反射膜と、固定基板に設けられた第一電極と、可動基板に設けられかつ電極間ギャップを介して第一電極に対向して配置された第二電極とを具備する波長可変干渉フィルタが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開2013-218194号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般に、光フィルタは、反射膜間の間隔（光学ギャップ）が固定された波長固定型と、光学ギャップを調節することが可能な波長可変型とに区別される。波長可変型の光フィルタは、例えば、固定された一方の反射膜と、当該一方の反射膜に間隙をおいて対向し、膜厚方向に移動可能な他方の反射膜とを備えている。この波長可変型の光フィルタにおいては、反射膜間の間隔を精度よく調節できることが好ましい。

【0006】

また、光フィルタにおける反射膜を変位させる場合のみならず、例えば可動部を有する駆動装置においても、当該可動部を精度よく動作させることができることが好ましい。

【0007】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、可動部を精度よく動作させることが可能な駆動装置を提供することを課題の１つとしている。また、本発明は、反射膜間の間隔を精度よく調節することが可能な光フィルタを提供することを課題の１つとしている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

請求項１に記載の発明による駆動装置は、間隙をおいて対向する第１及び第２の主表面をそれぞれ有する第１及び第２の基板と、第１の主表面に形成されて第１の主表面に垂直な方向に移動する可動部と、第１の基板に対して可動部を移動可能に支持する支持部と、第１及び第２の主表面上にそれぞれ形成され、電圧の印加により可動部に対して可動部の移動方向の第１の成分と移動方向に垂直な方向の第２の成分とを有する静電気力を与える第１及び第２の駆動電極と、を有することを特徴としている。

【0009】

また、請求項１０に記載の発明による光フィルタは、当該駆動装置と、可動部上及び第２の主表面上において互いに対向して配された第１及び第２の反射膜と、を有することを特徴としている。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】（ａ）は実施例１に係る駆動装置の模式的な上面図であり、（ｂ）は実施例１に係る駆動装置の断面図である。

【図2】（ａ）は実施例１に係る駆動装置の電極部の構造を示す断面図であり、（ｂ）は実施例１に係る駆動装置の動作時における状態を示す断面図である。

【図3】（ａ）は実施例１及び比較例に係る駆動装置の駆動電圧に対する可動部の移動量の関係を示す図である。

【図4】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例１及び変形例２に係る駆動装置の断面図である。

【図5】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例２及びその変形例に係る駆動装置の断面図である。

【図6】（ａ）は実施例３に係る駆動装置の模式的な上面図であり、（ｂ）は実施例３に係る駆動装置の断面図である。

【図7】（ａ）は実施例４に係る光フィルタの模式的な上面図であり、（ｂ）は実施例４に係る光フィルタの断面図である。

【図8】実施例４に係る光フィルタの動作説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

【実施例0012】

図１（ａ）は、実施例１に係る駆動装置１０の上面を模式的に示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。駆動装置１０は、間隙ＧＰをおいて対向する第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２をそれぞれ有する第１及び第２の基板１１Ａ及び１１Ｂを有する。以下においては、第１及び第２の基板１１Ａ及び１１Ｂを基板対１１と称する場合がある。また、第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２を主表面対ＰＰと称する場合がある。

【0013】

本実施例においては、図１（ａ）に示すように、第１及び第２の基板１１Ａ及び１１Ｂは矩形の外形を有する。また、第１及び第２の基板１１Ａ及び１１Ｂは、平板形状を有する。また、第１の主表面ＰＬ１は、第１の基板１１Ａの主面の一方の中央部分からなる。また、本実施例においては、第２の基板１１Ｂの主面の一方には円柱形状の凹部が設けられており、当該凹部の底面が第２の主表面ＰＬ２である。本実施例においては、第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２は、互いに平行に配置されている。

【0014】

駆動装置１０は、底面が第１の主表面ＰＬ１を構成し、第１の主表面ＰＬ１に垂直な方向Ｄに移動する可動部１２を有する。本実施例においては、図１（ａ）に示すように、可動部１２は、可動部１２の移動方向Ｄに対して回転対称形状を有する。より具体的には、例えば、本実施例においては、可動部１２は、可動部１２の移動方向Ｄに沿った回転対称軸Ｃを中心軸とする円柱形状を有する。

【0015】

駆動装置１０は、第１の基板１１Ａに対して可動部１２を移動可能に支持する支持部１３を有する。具体的には、例えば、支持部１３は、第１の基板１１Ａに形成されて可動部１２を取り囲む環状形状を有する。本実施例においては、支持部１３は、図１（ｂ）に示すように、可動部１２の周りに設けられた第１の基板１１Ａの薄膜部からなる。

【0016】

より具体的には、第１の基板１１Ａにおける第１の主表面ＰＬ１の反対側の主面には環状の溝が設けられており、支持部１３は当該溝によって設けられた第１の基板１１Ａの比較的薄い部分である。そして、第１の基板１１Ａにおける支持部１３の内側部分は可動部１２として機能する。従って、可動部１２及び支持部１３の底面は第１の主表面ＰＬ１を構成する。なお、本実施例においては、支持部１３は、可動部１２の回転対称軸Ｃと同軸の環状形状を有する。

【0017】

駆動装置１０は、第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２上にそれぞれ形成され、可動部１２を移動させる静電気力を生成する第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂからなる駆動部１４を有する。本実施例においては、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂは、可動部１２の移動方向Ｄ（第１の主表面ＰＬ１に垂直な方向）から透視した場合に、可動部１２の外周部に沿って配されている。

【0018】

また、本実施例においては、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂは、可動部１２の移動方向Ｄから透視したときに、可動部１２の外縁（すなわち支持部１３との接続部）の内側に円環状に設けられている。具体的には、第１の駆動電極１４Ａは、第１の主表面ＰＬ１における可動部１２の外周部に沿って膜状に設けられている。また、第２の駆動電極１４Ｂは、第２の主表面ＰＬ２において、第１の駆動電極１４Ａに対向するように膜状に設けられている。

【0019】

また、図１（ｂ）に示すように、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂは、可動部１２の移動方向Ｄに垂直な方向において互いにオフセットして配されている。本実施例においては、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂは、可動部１２の回転対称軸Ｃと同軸の環状形状を有する。また、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂは回転対称軸Ｃを中心とした相似形状を有している。また、本実施例においては第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂの相似比は１：１ではない。

【0020】

換言すれば、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂは、上面視において同軸に配されているが、互いにずれた位置及びサイズで形成されている。また、本実施例においては、第１の駆動電極１４Ａは、上面視において第２の駆動電極１４Ｂのわずかに外側に形成されている。すなわち、第１の主表面ＰＬ１の面内方向において、可動部１２の回転対称軸Ｃから第１の駆動電極１４Ａまでの距離は、可動部１２の回転対称軸Ｃから第２の駆動電極１４Ｂまでの距離よりも大きい。

【0021】

駆動部１４は、電源（図示せず）から第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂに電圧を印加することにより、静電気力を生成する。可動部１２は、この静電気力によって第１の主表面ＰＬ１に垂直な方向Ｄ、すなわち間隙ＧＰの高さ方向に移動する。駆動装置１０は、駆動部１４によって可動部１２を移動させ、可動部１２の移動に従って対象物を駆動する装置である。

【0022】

また、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、駆動装置１０は、第１及び第２の基板１１Ａ及び１１Ｂが接合部１５によって互いに接合された構造を有する。本実施例においては、接合部１５は、第１及び第２の基板１１Ａ及び１１Ｂの周辺領域（可動部１２及び支持部１３の外側領域）に設けられている。

【0023】

図２（ａ）は、可動部１２、支持部１３及び駆動部１４の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）の破線で囲まれた部分を拡大して示す図である。また、図２（ａ）は、駆動部１４に電圧が印加されていない状態を示す図である。駆動装置１０は、駆動部１４に電圧が印加されていない状態では静電気力が生成されておらず、可動部１２は移動しない。この状態の可動部１２の位置を基準位置とする。また、基準位置における第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２間の間隙ＧＰの高さを高さＧＰ０とする。

【0024】

図２（ａ）に示すように、駆動部１４は、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂが互いにオフセットされた位置に形成された構成を有する。本実施例においては、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂは、可動部１２の移動方向Ｄから透視した場合に互いに重なる領域１４Ａ１及び１４Ｂ１を有する。具体的には、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂは、それぞれ、互いに対向する対向領域１４Ａ１及び１４Ｂ１と、互いに対向していない非対向領域１４Ａ２及び１４Ｂ２と、を有する。

【0025】

また、本実施例においては、図２（ａ）に示すように、第１の駆動電極１４Ａの対向領域（第１の対向領域）１４Ａ１は第１の駆動電極１４Ａの内側部分からなり、非対向領域（第１の非対向領域）１４Ａ２は第１の駆動電極１４Ａの外側部分からなる。また、第２の駆動電極１４Ｂの対向領域（第２の対向領域）１４Ｂ１は第２の駆動電極１４Ｂの外側部分からなり、非対向領域（第２の非対向領域）１４Ｂ２は第２の駆動電極１４Ｂの内側部分からなる。

【0026】

図２（ｂ）は、駆動部１４に電圧を印加した場合の可動部１２、支持部１３及び駆動部１４の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。まず、可動部１２の移動動作の概要について説明する。第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂに電圧を印加すると、例えば、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂ間に静電引力Ｆが生ずる。支持部１３は、この静電引力Ｆによって弾性変形を起こし、第２の基板１１Ｂに向かって屈曲（傾斜）する。また、支持部１３（薄膜部）は、可動部１２の周囲に設けられている。従って、可動部１２の全体が第２の基板１１Ｂに向かって移動する。これによって、例えば、間隙ＧＰは、高さＧＰ０から高さＧＰ１に減少する。なお、印加する電圧値によっては、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂ間に静電斥力を生じさせ、間隙ＧＰが増加する方向に可動部１２を移動させることもできる。

【0027】

ここで、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂについて詳細に説明する。上記したように、第１及び第２の駆動電極１４Ａは及び１４Ｂは、オフセットされた位置に形成され、完全には対向していない。第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂがこのような配置関係を有することで、両者の間に生成される静電気力Ｆは、可動部１２の移動方向Ｄの成分Ｆａと、可動部１２の移動方向Ｄに垂直な方向の成分Ｆｂとを有することとなる。

【0028】

換言すれば、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂは、第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２上に形成され、電圧の印加により可動部１２に対して可動部１２の移動方向Ｄの成分（第１の成分）Ｆａと可動部１２の移動方向Ｄに垂直な方向の成分（第２の成分）Ｆｂとを有する静電気力Ｆを与えるように構成されている。

【0029】

駆動部１４によって生成される静電気力Ｆのうち、第１の主表面ＰＬ１に垂直な成分Ｆａは可動部１２を移動させることに寄与する。一方、第１の主表面ＰＬ１に平行な成分Ｆｂは、可動部１２を移動させることには寄与しない。従って、駆動部１４に印加される電圧の変化に対し、可動部１２は大きく移動しない。

【0030】

図３（ａ）は、駆動部１４に印加する電圧と可動部１２の移動量との関係を示す図である。なお、駆動装置１０との比較のため、比較例に係る駆動装置１００として、図３（ｂ）に示すように、互いに完全に対向する駆動電極Ｅ１及びＥ２を有することを除いては駆動装置１０と同様の構成を有する駆動装置を準備した。図３（ａ）は、両者における印加電圧と可動部の移動量の関係の比較結果を示すグラフである。図３（ａ）の横軸は駆動電極に印加する電圧値であり、縦軸は可動部の移動量である。

【0031】

図３（ａ）に示すように、駆動装置１００では、駆動電極Ｅ１及びＥ２間に印加される電圧を増加させると、徐々に可動部１２の移動量の変化が大きくなっていることがわかる。一方、駆動装置１０においては、駆動電極１４Ａ及び１４Ｂへの印加電圧の変化に対する可動部１２の移動量の変化は緩やかなものとなっていることがわかる。これは、駆動電極１４Ａ及び１４Ｂをオフセットして配置したことによると解される。

【0032】

また、膜状（板状）の電極によって静電気力を生成させる場合、静電気力の大きさは電極間の距離の２乗に反比例する。すなわち、例えば、電極間の距離が半分になった場合、生成される静電気力は４倍になる。すなわち、電極間の距離を比較的小さくして配置する場合は、印加電圧を変化させると急激に電極間距離が変化する。

【0033】

これに対し、本実施例においては、第１及び第２の駆動電極１４Ａ及び１４Ｂがオフセットされて配置されている。従って、上記したように、静電気力Ｆの一部（成分Ｆｂ）が可動部１２の移動に寄与しないため、印加電圧の変化に対する可動部１２の移動力（成分Ｆａ）の変化が緩やかなものとなる。従って、可動部１２の急激な移動を抑制することができる。

【0034】

さらに、本実施例においては、生成される静電気力Ｆにおける可動部１２の移動方向Ｄに垂直な方向の成分Ｆｂは、可動部１２の移動時における変形（歪み）を抑制することに寄与する。具体的には、本実施例のように支持部１３の弾性変形によって可動部１２を移動させる場合、可動部１２の中央部分が屈曲するように変形することがある。これは、駆動電圧の印加時において、可動部１２の外周部分（すなわち支持部１３の近傍）に作用する応力と、可動部１２の中央部分に作用する応力との差異によるものである。従って、可動部１２の全体が正確に移動しない場合がある。

【0035】

例えば、可動部１２を第２の主表面ＰＬ２に向かう方向に移動させた場合、可動部１２の中央部分が第２の主表面ＰＬ２側に屈曲する場合がある。これに対し、本実施例においては、静電気力Ｆのうち、方向Ｄに垂直な方向の成分Ｆｂは、可動部１２を第１の主表面ＰＬ１の面内方向に伸縮させるような力として可動部１２に作用する。従って、可動部１２の移動時における歪みが抑制され、可動部１２の全体を安定して精密に移動させることができる。

【0036】

図４（ａ）は、実施例１の変形例１に係る駆動装置１０Ａの断面図である。駆動装置１０Ａは、駆動部１６の構成を除いては駆動装置１０と同様の構成を有している。本変形例においては、駆動部１６は、第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２上にそれぞれ形成された第１及び第２の駆動電極１６Ａ及び１６Ｂを有する。本変形例においては、可動部１２の移動方向Ｄから透視したとき、第１の駆動電極１６Ａは第２の駆動電極１６Ｂよりも内側に配されている。

【0037】

本変形例のように、第１の駆動電極１６Ａが第２の駆動電極１６Ｂよりも可動部１２（駆動電極１６Ａ及び１６Ｂ）の回転対称軸Ｃ寄りにずれていてもよい。この場合、可動部１２に対し、可動部１２を第１の主表面ＰＬ１に垂直な方向Ｄに移動させる力と、可動部１２を第１の主表面ＰＬ１に平行な方向に引っ張る力とを有する静電気力が生成される。

【0038】

図４（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る駆動装置１０Ｂの断面図である。駆動装置１０Ｂは、駆動部１７の構成を除いては駆動装置１０と同様の構成を有している。本変形例においては、駆動部１７は、第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２上にそれぞれ形成された第１及び第２の駆動電極１７Ａ及び１７Ｂを有する。本変形例においては、第１及び第２の駆動電極１７Ａ及び１７Ｂは、互いに対向する領域（例えば対向領域１４Ａ１及び１４Ｂ１）を有していない。

【0039】

すなわち、第１及び第２の駆動電極１７Ａ及び１７Ｂは、上面視において互いに重ならないように配置されている。本変形例においては、生成される静電気力のうち、可動部１２を移動させる力が比較的小さい。従って、より厳密に可動部１２の移動量を制御したい場合に有用な構成となる。

【0040】

上記したように、駆動装置１０（１０Ａ又は１０Ｂ）は、可動部１２の移動方向Ｄの成分Ｆａと当該移動方向Ｄに垂直な方向の成分Ｆｂとを有する静電気力Ｆを生成する第１及び第２の駆動電極１４Ａ（１６Ａ又は１７Ａ）及び１４Ｂ（１６Ｂ又は１７Ｂ）を含む。従って、可動部１２を精度よく動作させ、安定した駆動を行うことが可能な駆動装置を提供することができる。

【実施例0041】

図５（ａ）は、実施例２に係る駆動装置２０の構成を示す断面図である。駆動装置２０は、駆動部２１の構成を除いては、駆動装置１０と同様の構成を有している。駆動部２１は、第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２上にそれぞれ形成され、互いに異なる電極幅を有して環状に形成された第１及び第２の駆動電極２１Ａ及び２１Ｂを有する。具体的には、第１の駆動電極２１Ａの配線幅Ｗ１、すなわち可動部１２の回転対称軸Ｃを中心としたラジアル方向（半径方向）における長さは、第２の駆動電極２１Ｂの配線幅Ｗ２よりも大きい。

【0042】

本実施例においては、図５（ａ）に示すように、第１の駆動電極２１Ａは、第２の駆動電極２１Ｂに対向する対向領域と、当該対向領域の外側に設けられた非対向領域とを有する。一方、第２の駆動電極２１Ｂは、全体として第１の駆動電極２１Ａに対向している。

【0043】

図５（ｂ）は、実施例２の変形例に係る駆動装置２０Ａの構成を示す断面図である。駆動装置２０Ａは、駆動部２２の構成を除いては、駆動装置２０と同様の構成を有している。駆動部２２は、第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２上にそれぞれ形成され、互いに異なる電極幅を有して環状に形成された第１及び第２の駆動電極２２Ａ及び２２Ｂを有する。本変形例においては、第１の駆動電極２２Ａの配線幅Ｗ３、すなわち可動部１２の回転対称軸Ｃを中心としたラジアル方向における長さは、第２の駆動電極２２Ｂの配線幅Ｗ４よりも小さい。

【0044】

本変形例においては、図５（ｂ）に示すように、第１の駆動電極２２Ａは、全体として第２の駆動電極２２Ｂに対向している。一方、第２の駆動電極２２Ｂは、第１の駆動電極２２Ａに対向する対向領域と、当該対向領域の内側に設けられた非対向領域とを有する。

【0045】

駆動装置２０及び２０Ａのように、例えば生成する静電気力の各方向の成分の調節を考慮して、互いに異なる配線幅を有する駆動電極２１Ａ（２２Ａ）及び２１Ｂ（２２Ｂ）を有していてもよい。なお、駆動装置２０及び２０Ａにおいても、第１及び第２の駆動電極２１Ａ（２２Ａ）及び２１Ｂ（２２Ｂ）は、全体として互いにオフセットされるような位置に形成されている。