JP2011128173A - Ｍｅｍｓアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも一方向の寸法を小さくすることができる、レーザ光等の２次元走査が可能なＭＥＭＳアクチュエータを提供することを目的とする。
【解決手段】第１軸線Ｘ周りに揺動する第１可動部２１を支持する第１固定部２２、２３が積層された第２軸線Ｙ周りに揺動する第２可動部３１を支持する第２固定部３２、３３を、第２可動部３１の内側に配置、又は、第２可動部３１の狭小部分３１２Ａと連結して配置することで、第１可動部２１の法線方向から見たときのＭＥＭＳアクチュエータ１の寸法を小さくすることを可能としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて作製される、レーザ光等の２次元走査が可能なＭＥＭＳアクチュエータに関する。

２次元走査が可能なＭＥＭＳアクチュエータとして、特許文献１及び２に記載のように、半導体基板から構成されたジンバル構造の基材部を備えたものが知られている。

図１１は、特許文献１に記載のＭＥＭＳアクチュエータ１００の構成を示す図である。図１１に示すように、特許文献１のジンバル構造の基材部１１０は、第１可動部１１１と、第２可動部１１２と、固定部１１３（以下、「第２固定部１１３」という）と、第１支持部１１４と、第２支持部１１５とを備えている。第１可動部１１１は、レーザ光等の反射面として機能する。第２可動部１１２は、第１可動部１１１を囲うように第１可動部１１１の外側に配置されている。第２固定部１１３は、第２可動部１１２を囲うように第２可動部１１２の外側に配置されている。第１支持部１１４は、第２可動部１１２に対して第１可動部１１１を、基材部１１０が存在する平面内に含まれた第１軸線（図１１の一点鎖線Ｒで示す軸線）周りに揺動可能に支持している。第２支持部１１５は、第２固定部１１３に対して第２可動部１１２を、基材部１１０が存在する平面内に含まれ、且つ、第１軸線Ｒと直交する第２軸線（図１１の一点鎖線Ｓで示す軸線）周りに揺動可能に支持している。

以上に説明した特許文献１に記載のＭＥＭＳアクチュエータ１００において、第１可動部１１１を第１軸線Ｒ周りに揺動させ、第２可動部１１２を第２軸線Ｓ周りに揺動させると、第１可動部１１１は、第１軸線Ｒと第２軸線Ｓとの２つの軸線周りに揺動する。従って、特許文献１に記載のＭＥＭＳアクチュエータ１００は、レーザ光等の２次元走査をすることができる。

一方、図１２は、特許文献２に記載のＭＥＭＳアクチュエータ２００の構成を示す図である。図１２に示すように、特許文献２のジンバル構造の基材部２１０においては、第２可動部２１２の破線Ｐで示した部位に第１固定部２１６が積層され、第１可動部２１１が、第１支持部２１４によって、第１固定部２１６に対して第１軸線周りに揺動可能に支持されている。この点が、特許文献１のジンバル構造の基材部１１０と異なっている。特許文献２に記載のＭＥＭＳアクチュエータ２００においても、第１可動部２１１を第１軸線周りに揺動させ、第２可動部２１２を第２軸線周りに揺動させると、第１可動部２１１は、第１軸線と第２軸線との２つの軸線周りに揺動する。従って、特許文献２に記載のＭＥＭＳアクチュエータ２００も、レーザ光等の２次元走査をすることができる。

このような２次元走査が可能なＭＥＭＳアクチュエータは、レーザ光を走査するレーザ光走査装置の部品として用いられている。レーザ光走査装置においては、光源又は光源からの光を反射面に導くための光学系が反射面の法線方向に、該反射面に対して離間して設けられる。このため、レーザ光走査装置においては、反射面の法線方向の寸法が必然的に大きくなる。また、特許文献１及び２に記載のＭＥＭＳアクチュエータは、第２固定部が第２可動部の外側に配置されているため、反射面となる第１可動部の法線方向と直交する第１軸線方向、及び、第２軸線方向の寸法が必然的に大きくなる。このため、特許文献１及び２に記載のＭＥＭＳアクチュエータが用いられたレーザ光走査装置は、反射面の法線方向だけでなく、該法線方向と直交する第１軸線方向、及び、第２軸線方向の何れの方向においても、寸法が必然的に大きくなる。
特開平８−３２２２２７号 特開２００４−１９８６４８号

レーザ光走査装置を昨今の携帯電話等の薄型又は小型の機器に実装して、プロジェクター等として使用する場合を考えると、前述のレーザ光走査装置では、反射面の法線方向、第１軸線方向、及び、第２軸線方向の何れの方向においても寸法が大きくなるため、薄型又は小型の機器に充分に対応できないという問題がある。レーザ光走査装置を薄型又は小型の機器に充分に対応させるためには、どのような配置で取り付けるかに依存するものの、レーザ光走査装置の少なくとも一方向の寸法については、小さくすることが望ましい。換言すれば、ＭＥＭＳアクチュエータの第１軸線方向及び第２軸線方向の少なくとも何れか一方の寸法を小さくすることが望ましい。

そこで、本発明は、少なくとも一方向の寸法を小さくすることができるＭＥＭＳアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は、第１の手段として、第１基板と、前記第１基板の片面に積層される第２基板とを備え、前記第１基板は、第１固定部と、第１可動部と、前記第１固定部に対して前記第１可動部を第１軸線周りに揺動可能に支持する第１支持部とを有し、前記第２基板は、前記第１固定部が積層され、内側に空間部が形成された第２可動部と、前記空間部に配置される第２固定部と、前記第２固定部に対して前記第２可動部を前記第１軸線と方向が異なる第２軸線周りに揺動可能に支持する第２支持部とを有することを特徴とするＭＥＭＳアクチュエータを提供する。

第１の手段として提供されるＭＥＭＳアクチュエータにおいては、第２固定部は、第２可動部の内側に形成された空間部に配置されている。即ち、第２固定部は、第２可動部の内側に配置されている。このように、第２固定部が第２可動部の内側に配置されるので、第１の手段として提供されるＭＥＭＳアクチュエータは、第１可動部の法線方向から見たときにおける寸法を小さくすることが可能である。このため、第１の手段として提供されるＭＥＭＳアクチュエータを、例えば、レーザ光走査装置に用いると、該レーザ光走査装置の第１可動部の法線方向と直交する方向の寸法を小さくすることができる。従って、第１の手段として提供されるＭＥＭＳアクチュエータを用いたレーザ光走査装置は、薄型又は小型の機器への実装に適する。

本発明は、第２の手段として、第１基板と、前記第１基板の片面に積層される第２基板とを備え、前記第１基板は、第１固定部と、第１可動部と、前記第１固定部に対して前記第１可動部を第１軸線周りに揺動可能に支持する第１支持部とを有し、前記第２基板は、前記第１固定部が積層され、且つ、前記第１軸線と直交する方向の幅が狭まった狭小部分を具備する第２可動部と、第２固定部と、前記狭小部分と前記第２固定部とを連結し、前記第２固定部に対して前記第２可動部を前記第１軸線と方向が異なる第２軸線周りに揺動可能に支持する第２支持部とを有することを特徴とするＭＥＭＳアクチュエータを提供する。

第２の手段として提供されるＭＥＭＳアクチュエータにおいては、第２固定部は、第２可動部の狭小部分と連結されている。よって、第２可動部に狭小部分を形成することによって生まれた空間部に、第２固定部を配置することができる。このような空間部に、第２固定部を配置できるので、第２の手段として提供されるＭＥＭＳアクチュエータは、第１可動部の法線方向から見たときにおける寸法を小さくすることが可能である。このため、第２の手段として提供されるＭＥＭＳアクチュエータを、例えば、レーザ光走査装置に用いると、該レーザ光走査装置の第１可動部の法線方向と直交する方向の寸法を小さくすることができる。従って、第２の手段として提供されるＭＥＭＳアクチュエータを用いたレーザ光走査装置は、薄型又は小型の機器への実装に適する。

また、第１の手段及び第２の手段として提供されるＭＥＭＳアクチュエータの具体的な構成として、前記第１可動部に敷設される第１コイルと、前記第１可動部の法線方向から見て、前記第１可動部と異なる前記第２可動部の部位に敷設される第２コイルと、前記第１可動部の法線方向に前記第１可動部に対して離間して配置され、前記第１コイルに磁界を及ぼして、前記第１コイルに前記第１可動部の法線方向の電磁力を発生させることによって、前記第１可動部を前記第１軸線周りに揺動させる第１磁界発生手段と、前記第１軸線方向に前記第２可動部に対して離間して配置され、前記第２コイルに磁界を及ぼして、前記第２コイルに前記第２可動部の法線方向の電磁力を発生させることによって、前記第２可動部を前記第２軸線周りに揺動させる第２磁界発生手段とを備える構成を挙げることができる。

かかる構成においては、第１コイルに発生する電磁力によって、第１可動部が第１軸線周りに揺動し、第２コイルに発生する電磁力によって、第２可動部が第２軸線周りに揺動する。第１コイルに電磁力を発生させる第１磁界発生手段は、第１可動部の法線方向に第１可動部に対して離間して配置されている。第２コイルに電磁力を発生させる第２磁界発生手段は、第１軸線方向に第２可動部に対して離間して配置されている。よって、かかる構成によれば、第１可動部の揺動を電磁力により行うＭＥＭＳアクチュエータの第２軸線方向の寸法を小さくすることができる。このため、かかる構成のＭＥＭＳアクチュエータを、例えば、レーザ光走査装置に用いると、該レーザ光走査装置の第２軸線方向の寸法を小さくすることができる。従って、かかる構成のＭＥＭＳアクチュエータを用いたレーザ光走査装置は、薄型又は小型の機器への実装に適する。

また、第１の手段及び第２の手段として提供されるＭＥＭＳアクチュエータの具体的な構成として前記第１可動部に敷設される第１コイルと、前記第１可動部の法線方向から見て、前記第１可動部と異なる前記第２可動部の部位に敷設される第２コイルと、前記第１可動部の法線方向に前記第１可動部に対して離間して配置され、前記第１コイルに磁界を及ぼして、前記第１コイルに前記第１可動部の法線方向の電磁力を発生させることによって、前記第１可動部を前記第１軸線周りに揺動させる第１磁界発生手段と、前記第２可動部の法線方向に前記第２可動部に対して離間して配置され、前記第２コイルに磁界を及ぼして、前記第２コイルに前記第２可動部の法線方向の電磁力を発生させることによって、前記第２可動部を前記第２軸線周りに揺動させる第２磁界発生手段とを備える構成を挙げることができる。

かかる構成においては、前述の構成と同様に、第１コイルに発生する電磁力によって、第１可動部が第１軸線周りに揺動し、第２コイルに発生する電磁力によって、第２可動部が第２軸線周りに揺動する。第１コイルに電磁力を発生させる第１磁界発生手段は、第１可動部の法線方向に第１可動部に対して離間して配置されている。第２コイルに電磁力を発生させる第２磁界発生手段は、第２可動部の法線方向に第２コイルに対して離間して配置されている。よって、かかる構成によれば、第１可動部の揺動を電磁力により行うＭＥＭＳアクチュエータの第１軸線方向及び第２軸線方向の両方向の寸法を小さくすることができる。このため、かかる構成のＭＥＭＳアクチュエータを、例えば、レーザ光走査装置に用いると、該レーザ光走査装置の第１軸線方向及び第２軸線方向の両方向の寸法を小さくすることができる。従って、かかる構成のＭＥＭＳアクチュエータを用いたレーザ光走査装置は、薄型又は小型の機器への実装により一層適する。

本発明は、少なくとも一方向の寸法を小さくすることができるＭＥＭＳアクチュエータを提供することができる。

図１は、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１が備える第１基板２及び第２基板３の全体斜視図である。図１に示すように、第２基板３は、第１基板２の片面に積層されている。尚、以下においては、説明の便宜上、第１基板２及び第２基板３の法線方向のうち第１基板２側を上方向とし、第２基板３側を下方向とする。図２は、第１基板２及び第２基板３の分解斜視図である。

図２に示すように、第１基板２は、第１可動部２１と、第１固定部２２、２３と、第１支持部２４、２５とを備える。第１可動部２１と、第１固定部２２、２３と、第１支持部２４、２５とは、それぞれ、一点鎖線Ｘで示す第１基板２が含まれる平面内に位置する第１軸線上に配置されている。第１可動部２１は、第１基板２の第１軸線Ｘ方向の中央部に配置されている。第１可動部２１は、円板状に形成されている。第１固定部２２、２３のうち、第１固定部２２は、第１軸線Ｘ方向の一方側に第１可動部２１に対して離間して配置され、第１固定部２３は、第１軸線Ｘ方向の他方側に第１可動部２１に対して離間して配置されている。第１支持部２４、２５のうち、第１支持部２４は、第１固定部２２に対して第１可動部２１を第１軸線Ｘ周りに揺動可能に支持する。この第１支持部２４は、第１可動部２１の第１軸線Ｘ方向の一方側の端部と、第１固定部２２とに接続されている。また、第１支持部２５は、第１固定部２３に対して第１可動部２１を第１軸線Ｘ周りに揺動可能に支持する。この第１支持部２５は、第１可動部２１の第１軸線Ｘ方向の他方側の端部と第１固定部２３とに接続されている。

以上のような構成の第１基板２において、第１可動部２１の上面に、第１コイル５が敷設されている。この第１コイル５は、第１可動部２１の中央部を除いた部分において、渦状に敷設されている。第１コイル５が敷設されていない第１可動部２１の上面の中央部において、レーザ光等を反射させることができる。また、第１コイル５上には、レーザ光等を反射させるためのミラーを形成してもよい。このようなミラーを形成することで、第１コイル５が敷設されても、第１可動部２１においてレーザ光等を反射させることができる。尚、第１コイル５は、第１可動部２１の下面、又は、上下両面に敷設されてもよい。また、第１固定部２２には電極５１が、第１固定部２３には電極５２が形成されている。第１支持部２４には、第１固定部２２に形成された電極５１と第１コイル５の一端部とを接続する導線膜５３が、第１支持部２５には、第１固定部２３に形成された電極５２と第１コイル５の他端部とを接続する導線膜５４が形成されている。

図２に示すように、第２基板３は、第２可動部３１と、第２固定部３２、３３と、第２支持部３４とを備える。第２可動部３１は、第１固定部２２、２３が上面に積層され、内側に空間部３１１が形成されている。第２可動部３１と第１固定部２２、２３とはスペーサ４を介して積層されている。スペーサ４を介して積層されることにより、第１基板２と第２基板３との間に、第１基板２の第１可動部２１が揺動する空間を確保することができる。尚、スペーサ４は、第１基板２又は第２基板３の何れかと一体的に形成されたものであってもよい。第２固定部３２、３３は、第２可動部３１の内側に形成された空間部３１１に配置されている。第２支持部３４は、第２固定部３２、３３に対して第２可動部３１を図２の一点鎖線Ｙで示す第２軸線周りに揺動可能に支持する。この第２軸線Ｙは、第２基板３が含まれる平面内に位置し、第１可動部２１の法線方向から見て第１軸線Ｘと直交する軸線である。また、第２支持部３４は、長手方向が第１軸線Ｘ方向に向けられた接続部３５を介して第２固定部３２、３３と接続されている。

このような第２基板３の上面には、第１基板２の第１固定部２２に形成された電極５１に接続される電極３６と、第１基板２の第１固定部２３に形成された電極５２に接続される電極３７とが形成されている。第１固定部２２、２３に形成された電極５１、５２と第２基板３の上面に形成された電極３６、３７との接続は、ワイヤボンディングや、第１可動部２１の法線方向にスペーサ４を貫通する貫通電極を設けることによって行うことができる。第２基板３の上面に形成される電極３６、３７は、それぞれ交流電源に接続される。よって、電極５１、５２を介して電極３６、３７と接続される第１コイル５には、交流電流を流すことができる。

また、第２基板３の第２可動部３１の下面には、第２コイルが敷設されている。図３は、第２基板３の下面図である。第２コイルは、図３に示すように、外コイル６１と内コイル６２、６３とから構成されている。外コイル６１は、第２軸線Ｙを跨ぎ、空間部３１１を囲うように空間部３１１の外側に敷設されている。この外コイル６１が敷設される部位は、第１可動部２１の下方の部位と、第１可動部２１の下方の部位に対して第１軸線Ｘ方向の一方側及び他方側の部位とに跨っている。一方、内コイル６２、６３は、外コイル６１の内側に敷設されている。内コイル６２は、第２軸線Ｙに対して第１軸線Ｘ方向の一方側に敷設されている。内コイル６３は、第２軸線Ｙに対して第１軸線Ｘ方向の他方側に敷設されている。内コイル６２、６３の敷設される部位は、第１可動部２１の下方の部位に対して、第１軸線Ｘ方向にずれている。尚、第２コイルは、第２可動部３１の上面、又は、上下両面に配置されてもよい。また、第２コイルは、外コイル６１のみ、又は、内コイル６２、６３のみで構成されてもよい。

また、第２基板３の第２固定部３２、３３の下面には、電極４０、４１がそれぞれ形成されている。第２固定部３２の下面に形成された電極４０は、外コイル６１の一端部と内コイル６２の一端部６２１と内コイル６３の一端部６３１とに電気的に接続されている。第２固定部３３の下面に形成された電極４１は、外コイル６１の他端部と内コイル６２の他端部６２２と内コイル６３の他端部６３２とに電気的に接続されている。図３に示すように、外コイル６１と内コイル６２、６３とは、電流が同一周りの向きになるように、電極４０、４１に接続されている。この電極４０、４１は、それぞれ交流電源に接続される。よって、電極４０、４１と接続される外コイル６１及び内コイル６２、６３には、交流電流を流すことができる。

以上のような構成の第１基板２及び第２基板３を備えるＭＥＭＳアクチュエータ１は、第１基板２及び第２基板３の他、第１磁界発生手段と、第２磁界発生手段と、ヨークとを備える。図４は、ＭＥＭＳアクチュエータ１の全体斜視図である。図５は、ＭＥＭＳアクチュエータ１の分解斜視図である（但し、図５においては、ヨークを省略している。）。尚、第１基板２及び第２基板３は、図示しない筐体等によって支持されている。

図５に示すように、第１磁界発生手段７は、第１可動部２１の法線方向に第１可動部２１に対して離間して配置されている。本実施形態においては、第１磁界発生手段７は、第２基板３の下方に配置されている。図６は、図４のＡ−Ａ端面図である。第１磁界発生手段７は、図６に示すように、第１コイル５に磁界を及ぼして、第１コイル５に第１可動部２１の法線方向の電磁力Ｆを発生させることによって、第１可動部２１を第１軸線Ｘ周りに揺動させる。本実施形態においては、第１磁界発生手段７は、第２軸線Ｙ方向の磁界を第１コイル５に及ぼす。また、本実施形態では、第１磁界発生手段７は、磁極が第２軸線Ｙ方向において異なっている。また、第１磁界発生手段７としては、例えば、永久磁石や、電磁石などを使用することができる。尚、第１磁界発生手段７として電磁石を使用する場合は、電磁石を構成する部品のうち、少なくともコイルが第１可動部２１の法線方向に第１可動部２１に対して離間して配置されていればよい。

次に、第２磁界発生手段について説明する。図７は、図４のＢ−Ｂ端面図である。図７に示すように第２磁界発生手段８１、８２は、第２可動部３１の法線方向に第２可動部３１に対して離間した位置に配置されている。本実施形態においては、第２磁界発生手段８１、８２は、第２基板３より下方に配置されている。さらに、本実施形態では、第２磁界発生手段８１は、第１磁界発生手段７に対して第１軸線Ｘ方向の一方側に配置され、第２磁界発生手段８２は、第１磁界発生手段７に対して第１軸線Ｘ方向の他方側に配置されている。

図７に示すように、第２磁界発生手段８１は、外コイル６１の第２軸線Ｙに対して第１軸線Ｘ方向の一方側の部分（以下、「外コイル６１の一方部」という）６１ａと内コイル６２とに磁界を及ぼして、外コイル６１の一方部６１ａと内コイル６２とに第２可動部３１の法線方向の電磁力Ｆを生じさせる。尚、本実施形態においては、第２磁界発生手段８１は、Ｂ−Ｂ端面においては第１軸線Ｘ方向の磁界を外コイル６１の一方部６１ａと内コイル６２とに及ぼす。また、第２磁界発生手段８１は、内コイル６２の第１軸線Ｘ方向の一方側の部分（以下、「内コイル６２の一方部」という）６２ａと外コイル６１の一方部６１ａとに、第１軸線Ｘ方向の他方側の向き（図７においては右方向）の磁界を及ぼす。また、第２磁界発生手段８１は、内コイル６２の第１軸線Ｘ方向の他方側の部分（以下、「内コイル６２の他方部」という）６２ｂに第１軸線Ｘ方向の一方側の向き（図７においては左方向）の磁界を及ぼす。

第２磁界発生手段８２は、外コイル６１の第２軸線Ｙに対して第１軸線Ｘ方向の他方側の部分（以下、「外コイル６１の他方部」という）６１ｂと内コイル６３とに磁界を及ぼして、外コイル６１の他方部６１ｂと内コイル６３とに第２可動部３１の法線方向の電磁力を生じさせる。尚、本実施形態においては、第２磁界発生手段８２は、Ｂ−Ｂ端面においては第１軸線Ｘ方向の磁界を外コイル６１の他方部６１ｂと内コイル６３とに及ぼす。また、第２磁界発生手段８２は、内コイル６３の第１軸線Ｘ方向の他方側の部分（以下、「内コイル６３の他方部」という）６３ｂと、外コイル６１の他方部６１ｂとに第１軸線Ｘ方向の他方側の向き（図７においては右方向）の磁界を及ぼす。また、第２磁界発生手段８２は、内コイル６３の第１軸線Ｘ方向の一方側の部分（以下、「内コイル６３の一方部」という）６３ａに第１軸線Ｘ方向の一方側の向き（図７においては左方向）の磁界を及ぼす。

本実施形態では、第２磁界発生手段８１、８２の磁極は、第１可動部２１の法線方向において異なっている。さらに、第２磁界発生手段８１と第２磁界発生手段８２とにおいて、磁極の位置関係が反転している。

第２磁界発生手段８１、８２としては、例えば永久磁石や、電磁石などを使用することができる。尚、第２磁界発生手段８１、８２として電磁石を使用する場合は、電磁石を構成する部品のうち、少なくともコイルが第２可動部３１の法線方向に第２可動部３１に対して離間して配置されていればよい。

ヨークは、第１ヨーク９１、第２ヨーク９２、第３ヨーク９３とから構成されている。図６に示すように、第１ヨーク９１は、第１磁界発生手段７の側面に接し、第１コイル５が含まれる平面近傍まで延出されている。このように、第１コイル５が含まれる平面近傍まで延出されていることで、第１コイル５に及ぶ磁界の磁束密度が高くなり、第１コイル５に大きな電磁力Ｆを発生させることができる。

第２ヨーク９２は、第２磁界発生手段８１の下面に接し、外コイル６１と内コイル６２とが含まれる平面近傍まで延出されている。また、第３ヨーク９３は、第２磁界発生手段８２の下面に接し、外コイル６１と内コイル６３とが含まれる平面近傍まで延出されている。このように、外コイル６１と内コイル６２、６３とが含まれる平面近傍まで延出されていることで、外コイル６１と内コイル６２、６３とに及ぶ磁界の磁束密度が高くなり、外コイル６１と内コイル６２、６３とに大きな電磁力Ｆを発生させることができる。

以上に説明したＭＥＭＳアクチュエータ１において、第１コイル５に電流が流れると、図６に示すように、第１可動部２１の法線方向の電磁力Ｆが第１コイル５に発生する。第１コイル５の第１軸線Ｘに対して第２軸線Ｙ方向の一方側の部分と、第１コイル５の第１軸線Ｘに対して第２軸線Ｙ方向の他方側の部分では、電流が流れる向き反対である。このため、第１コイル５の第２軸線方向の一方側の部分と、第１コイル５の第２軸線Ｙ方向の他方側の部分とでは、発生する電磁力Ｆの向きが上下反対である。よって、第１コイル５に電流が流れると、第１可動部２１は、第１固定部２２に対して第１軸線Ｘ周りに回動する。よって、第１コイル５に交流電流を流すと、第１コイル５に流れる電流の向きが変化することにより、電磁力の向きも変化するため、第１可動部２１が第１軸線Ｘ周りに揺動する。

また、外コイル６１及び内コイル６２、６３に電流が流れると、図７に示すように、第２可動部３１の法線方向の電磁力Ｆが外コイル６１及び内コイル６２、６３に発生する。

図７に示すように、外コイル６１の一方部６１ａと内コイル６２の一方部６２ａとにおいては、電流が流れる向き、及び、及ぶ磁界の向きは同一である。よって、外コイル６１の一方部６１ａと、内コイル６２の一方部６２ａとにおいて、同じ向きの電磁力Ｆが発生する。また、外コイル６１の一方部６１ａと、内コイル６２の他方部６２ｂとにおいては、電流が流れる向き、及び、及ぶ磁界の向きは反対である。よって、外コイル６１の一方部６１ａと、内コイル６２の他方部６２ｂとにおいて、同じ向きの電磁力Ｆが発生する。よって、外コイル６１の一方部６１ａと、内コイル６２の一方部６２ａと、内コイル６２の他方部６２ｂとにおいて、同じ向きの電磁力Ｆが発生する。同様の理由により、外コイル６１の他方部６１ｂと、内コイル６３の一方部６３ａと、内コイル６３の他方部６３ｂとにおいて、同じ向きの電磁力Ｆが発生する。

外コイル６１の一方部６１ａと、外コイル６１の他方部６１ｂとにおいては、電流が流れる向きが反対であり、及ぶ磁界の向きが同一である。よって、外コイル６１においては、一方部６１ａと他方部６１ｂとで、互いに反対向きの電磁力Ｆが発生する。同様に、内コイル６２の一方部６２ａ及び内コイル６２の他方部６２ｂと、内コイル６３の一方部６３ａ及び内コイル６３の他方部６３ｂとで互いに反対向きの電磁力Ｆが発生する。このように、反対向きの電磁力Ｆが発生することで、第２可動部３１は、第２固定部３２に対して第２軸線Ｙ周りに回動する。よって、外コイル６１及び内コイル６２、６３に交流電流を流すと、電流の流れる方向が変化し、電磁力の向きも変化するため、第２可動部３１が第２軸線Ｙ周りに揺動する。

第１可動部２１は、第２可動部３１に積層された第１固定部２２、２３に対して支持されている。従って、第２可動部３１が第２軸線Ｙ周りに揺動すると、第１可動部２１も第２軸線Ｙ周りに揺動する。よって、ＭＥＭＳアクチュエータ１においては、第１可動部２１は、第１軸線Ｘ及び第２軸線Ｙの２つの軸線周りに揺動することができる。従って、第１可動部２１は、レーザ光等の２次元走査をすることができる。

以上に説明したように、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１においては、第２固定部３２、３３は、第２可動部３１の内側に形成された空間部３１１に配置されている。即ち、第２固定部３２、３３は、第２可動部３１の内側に配置されている。このように、第２固定部３２、３３が第２可動部３１の内側に配置されるので、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１は、第１可動部２１の法線方向から見たときにおける寸法を小さくすることが可能である。このため、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１を、例えば、レーザ光走査装置に用いると、該レーザ光走査装置の第１可動部２１の法線方向と直交する方向の寸法を小さくすることができる。従って、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１を用いたレーザ光走査装置は、薄型又は小型の機器への実装に適する。

また、ＭＥＭＳアクチュエータ１においては、第１磁界発生手段７は、第１可動部２１の法線方向に第１可動部２１に対して離間して配置されている。また、第２磁界発生手段８１、８２は、第２可動部３１の法線方向に第２可動部３１に対して離間して配置されている。このように、第１磁界発生手段７、及び、第２磁界発生手段８１、８２を配置することで、第１可動部２１の法線方向から見て第１基板２及び第２基板３の外側に第１磁界発生手段７及び第２磁界発生手段８１、８２がはみ出すことを防ぐことができる。よって、ＭＥＭＳアクチュエータ１によれば、第１軸線Ｘ方向及び第２軸線Ｙ方向の両方向の寸法が小さい電磁駆動型のＭＥＭＳアクチュエータを実現することができる。よって、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１によれば、薄型又は小型の機器への実装に適する電磁駆動型のレーザ光走査装置を提供することができる。

また、ＭＥＭＳアクチュエータ１においては、第１磁界発生手段７と第２磁界発生手段８１、８２とが第２基板３の下方に配置されている。よって、第１基板３の上方から、レーザ光等を第１可動部２１に照射してレーザ光等を走査する際に、第１磁界発生手段７と第２磁界発生手段８１、８２とがレーザ光等の走査を妨げることがない。

また、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１においては、ヨークによって、大きな電磁力Ｆを発生させることができるので、大きな振れ角で、第１可動部２１を第１軸線Ｘ及び第２軸線Ｙ周りに揺動させることができる。また、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１においては、外コイル６１と内コイル６２、６３とに電磁力Ｆが発生する。このため、例えば、外コイル６１の敷設するスペースが少なく、外コイル６１の巻数を多くできない場合であっても、大きい電磁力Ｆを得ることができ、ひいては、大きな振れ角で、第１可動部２１を第２軸線Ｙ周りに揺動させることができる。

第１基板２及び第２基板３として、シリコン製の基板を使用することができる。また、第１基板２として、シリコン製の基板を使用し、第２基板３としてシリコン製の基板よりも剛性の低い樹脂製の基板等を使用することができる。第２基板３として、第１基板２よりも剛性の低い基板を使用すると、第２軸線Ｘ周りの揺動周波数を第１軸線Ｘ周りの揺動周波数より低くすることが容易にできる。よって、第１軸線Ｘ周りの揺動で主走査を実現し、第２軸線Ｙ周りの揺動で副走査を実現することで、インターレス走査や、プログレッシブ走査等の２次元走査を容易に行うことができる。

また、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１は、一つのウエハに第１基板２を複数形成し、他のウエハ上に第２基板３を複数形成した後、この２つのウエハをスペーサ４を挟んで積層して複数のＭＥＭＳアクチュエータを形成し、各ＭＥＭＳアクチュエータを切り離すことで作成してもよい。また、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１は、２つのウエハをスペーサ４を挟んで積層した後、２つのウエハが積層された積層体に複数のＭＥＭＳアクチュエータを形成した後、各ＭＥＭＳアクチュエータを切り離すことで作成してもよい。

本実施形態においては、第１可動部２１及び第２可動部３１の揺動は、電磁力によって行っているが、これらの駆動は、静電力や、圧電素子を用いて行ってもよい。

以上においては、第１可動部２１に第１コイル５を敷設した構成について説明したが、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１は、必ずしもこの構成に限られるものでない。以下、第１可動部２１に第１コイル５を敷設しない構成について説明する。本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１は、前述のように第２軸線Ｙ周りに第２可動部３１を揺動させるだけでなく、第１軸線Ｘ周りにも第２可動部３１を揺動させることができる場合がある。これは、例えば第１磁界発生手段７の第２軸方向の寸法等によっては、第１磁界発生手段７が発生させる第１コイル５に及ぶ第２軸線Ｙ方向の磁界は、外コイル６１の第１可動部２１の下方の部分及びその近傍にも及ぶためである。図３に示すように、外コイル６１の第２軸線Ｙ方向の一方側の部分６１ｃと外コイル６１の第２軸線Ｙ方向の他方側の部分６１ｄとでは、電流が流れる向きが反対である。このため、外コイル６１の第２軸線Ｙ方向の一方側の部分６１ｃと他方側の部分６１ｄとでは、上下反対向きの電磁力が発生する。このように、反対向きの電磁力が発生することで、第２可動部３１は接続部３５を中心にして第２固定部３２、３３に対して第１軸線Ｘ周りに揺動する。よって、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１は、第２可動部３１を第１軸線Ｘ及び第２軸線Ｙの２つの軸線周りに揺動させることができる。このように、第２可動部３１を第１軸線Ｘ及び第２軸線Ｙの２つの軸線周りに揺動させると、第１可動部２１も第１軸線Ｘ及び第２軸線Ｙの２つの軸線周りに揺動する。よって、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１によれば、第１コイル５に発生する電磁力によって第１可動部２１を第１軸線Ｘ周りに揺動させなくても、第１可動部２１を第１軸線Ｘ及び第２軸線Ｙの２つの軸線周りに揺動させることができる。即ち、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１によれば、第１可動部２１に第１コイル５を敷設しなくても、第１可動部２１を第１軸線Ｘ及び第２軸線Ｙの２つの軸線周りに揺動させることができる。

尚、外コイル６１の第２軸線Ｙ方向の一方側の部分６１ｃと他方側の部分６１ｄとに発生する電磁力を大きくするために、第１ヨーク９１を外コイル６１が含まれる平面近傍まで延出してもよい。このような位置まで延出することで、外コイル６１の第２軸線Ｙ方向の一方側の部分６１ｃと他方側の部分６１ｄとに及ぶ磁界の磁束密度が高くなる。このことによって、外コイル６１の第２軸線Ｙ方向の一方側の部分６１ｃと他方側の部分６１ｄとに大きな電磁力が発生する。このように、大きな電磁力を発生させることで、大きな振れ角で、第２可動部３１、ひいては、第１可動部２１を第１軸線Ｘ周りに揺動させることができる。

また、第１可動部２１は、第１軸部２４、２５によって、第２可動部３１に積層された第１固定部２２、２３に対して第１軸線Ｘ周りに揺動可能に支持されている。前述のように、第２可動部３１が第１軸線Ｘ及び第２軸線Ｙの２つの軸線周りに揺動する構成の場合においては、第２可動部３１は、接続部３５を中心にして第２固定部３２、３３に対して第１軸線Ｘ周りに揺動する。即ち、第１可動部２１は、第１軸部２４、２５、及び、接続部３５によって、第２固定部３２、３３に対して第１軸線Ｘ周りに揺動可能に支持されている。よって、第１基板２、第２基板３、及び、スペーサ４からなる構造体の第１軸線Ｘ周りの揺動における該構造体の共振周波数で第２可動部３１を第２固定部３２、３３に対して第１軸線Ｘ周りに揺動させると、第１可動部２１は、第２可動部３１よりも大きな振れ角で第１軸線Ｘ周りに揺動する。従って、以上のように、第２可動部３１を第１軸線Ｘ及び第２軸線Ｙの２つの軸線周りに揺動させることができる場合においては、第２可動部３１の第１軸線Ｘ周りの揺動の振れ角が小さくても、大きな振れ角で第１可動部２１を第１軸線Ｘ周りに揺動させることができる。

また、第２可動部３１を第１軸線Ｘ及び第２軸線Ｙの２つの軸線周りに揺動させる構成として、第２可動部３１を第１軸線Ｘ周りに揺動させるための電磁力を発生させるコイルと、第２可動部３１を第２軸線Ｙ周りに揺動させるための電磁力を発生させるコイルとを第２可動部３１に敷設する構成を挙げることができる。この構成の具体例として、図３に示す外コイル６１と、内コイル６２と、内コイル６３とのそれぞれが、互いに電気的に接続されていない状態の構成を挙げることができる。この具体例の場合は、外コイル６１が第２可動部３１を第１軸線Ｘ周りに揺動させるための電磁力を発生させるコイルであり、内コイル６２、６３が第２可動部３１を第２軸線Ｙ周りに揺動させるための電磁力を発生させるコイルである。外コイル６１に第２可動部３１を第１軸線Ｘ周りに揺動させるための電磁力が発生するのは、前述のとおりである。また、内コイル６２、６３が発生する電磁力により第２可動部３１を第２軸線Ｙ周りに揺動させる方法としては、例えば、内コイル６２、６３に互いに上下反対向きの電磁力が生じるように、電流及び及ぶ磁界を制御する方法を挙げることができる。以上のような構成においても、本実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１は、第１可動部２１に第１コイル５を敷設しなくても、第１可動部２１を第１軸線Ｘ及び第２軸線Ｙの２つの軸線周りに揺動させることができる。

また、第２磁界発生手段８１、８２は、第１軸線Ｘ方向に第２可動部３１に対して離間して配置されてもよい。第２磁界発生手段８１、８２をこのように配置しても、第２軸線方向において、第１可動部２１の法線方向から見て第１基板２及び第２基板３の外側に第１磁界発生手段７及び第２磁界発生手段８１、８２がはみ出すことを防ぐことができる。よって、第２磁界発生手段８１、８２をこのように配置すれば、第２軸線Ｙ方向の寸法が小さい電磁駆動型のＭＥＭＳアクチュエータを実現することができる。よって、第２磁界発生手段８１、８２がこのように配置されたＭＥＭＳアクチュエータ１によれば、薄型又は小型の機器への実装に適する電磁駆動型のレーザ光走査装置を提供することができる。

図８は、第２磁界発生手段８１、８２を、第１軸線Ｘ方向に第２可動部３１に対して離間して配置した場合の具体例を示し、第２磁界発生手段８１、８２をこのように配置したときの図４のＢ−Ｂ端面図である。図８に示すように、第２磁界発生手段８１は、第１軸線Ｘ方向の一方に第２可動部３１に対して離間して配置されている。また、第２磁界発生手段８２は、第１軸線Ｘ方向の他方に第２可動部３１に対して離間して配置されている。各第２磁界発生手段８１、８２は、第２可動部３１に対して第１軸線Ｘ方向に離間した部位にＳ極が、第２可動部３１に近接した部位にＮ極が形成されている。各第２磁界発生手段８１、８２において、Ｓ極が形成された部位から、第１基板２の上方及び第２基板３の下方にヨーク９ａ、９ｂが延出されている。このように第２磁界発生手段８１を配置することによって、外コイル６１の一方部６１ａと内コイル６２の一方部６２ａとに磁界が及び、外コイル６１の一方部６１ａと内コイル６２の一方部６２ａとに第２可動部３１の法線方向の電磁力を生じさせることができる。同様に、このように第２磁界発生手段８２を配置することによって、外コイル６１の他方部６１ｂと内コイル６３の他方部６３ｂとに磁界が及び、外コイル６１の他方部６１ｂと内コイル６３の他方部６３ｂとに第２可動部３１の法線方向の電磁力を生じさせることができる。

次に、第１基板２に備えられる第１支持部２４、２５の変形例、及び、第２基板３に備えられる第２支持部３４の変形例について説明する。図９は、本変形例に係る第１支持部２４Ａ、２５Ａを備える第１基板２、及び、本変形例に係る第２支持部３４１Ａ、３４２Ａを備える第２基板３の全体斜視図である。

図９に示すように、本変形例に係る第１支持部２４Ａ、２５Ａは、第１可動部２１側が２つに分かれ、第１可動部２１側の２つの部分のそれぞれは、蛇行し、互いに離間した第１可動部２１の部位に接続されている。

一方、本変形例に係る第２支持部３４１Ａは、第２可動部３１の内側の端部のうち第１軸線Ｘの一方側の端部と、第２固定部３２の第１軸線Ｘの一方側の端部とを接続している。また、本変形例に係る第２支持部３４２Ａは、第２可動部３１の内側の端部のうち第１軸線Ｘの他方側の端部と、第２固定部３２の第１軸線Ｘの他方側の端部とを接続している。これらの第２支持部３４１Ａ、３４２Ａは蛇行している。尚、本変形例に係る第２支持部３４１Ａ、３４２Ａを備える第２基板３においては、図９に示すように、第２固定部３２は１つのみであってもよい。

第１基板３と第２基板２との組み合わせは、図１又は図２を参照して前述した実施形態に係る第１基板２と前述した実施形態に係る第２基板３との組み合わせの他、次の３通りの組み合わせの中から任意の１つを採用することができる。１つ目は、本変形例に係る第１支持部２４Ａ、２５Ａを備えた第１基板２と、本変形例に係る第２支持部３４１Ａ、３４２Ａを備えた第２基板３との組み合わせである。また、２つ目は、前述した実施形態に係る第１支持部２４、２５を備えた第１基板２と、本変形例に係る第２支持部３４１Ａ、３４２Ａを備えた第２基板３との組み合わせである。さらに、３つ目は、本変形例に係る第１支持部２４Ａ、２５Ａを備えた第１基板２と、前述した実施形態に係る第２支持部３４を備えた第２基板３との組み合わせである。

次に、第２基板の変形例について説明する。図１０は、本変形例に係る第２基板３Ａの平面図である。図１０に示すように、本変形例に係る第２基板３Ａは、実施形態に係る第２基板３と同様に、第２可動部３１Ａと、第２固定部３２Ａ、３３Ａと、第２支持部３４Ａとを備える。

第２可動部３１Ａは、第１軸線Ｘと直交する方向の幅が狭まった狭小部分３１２Ａを具備する。この狭小部分３１２Ａの第１軸線Ｘと直交する方向の幅は、実施形態に係る第２可動部３１の幅よりも狭くすることができる。さらに、第２可動部３１Ａは、この狭小部分３１２Ａの第１軸線Ｘ方向の両方に位置する幅広部分３１３Ａを具備する。幅広部分３１３Ａには、第１固定部が積層される。第２固定部３２Ａは、狭小部分３１２Ａに対して第２軸線Ｙ方向の一方側に配置され、第２固定部３３Ａは、狭小部分３１２Ａに対して第２軸線Ｙ方向の他方側に配置されている。第２支持部３４Ａは、狭小部分３１２Ａと第２固定部３２Ａ、３３Ａとを連結し、第２固定部３２Ａ、３３Ａに対して第２可動部３１Ａを第２軸線Ｙ周りに揺動可能に支持する。このような第２基板３Ａの上面には、実施形態に係る第２基板３と同様に各種の電極、及び、第２コイルが敷設される。

以上のように、本変形例に係る第２基板３Ａにおいては、第２固定部３２Ａ、３３Ａは、第２可動部３１Ａの狭小部分３１２Ａと連結されている。よって、第２可動部３１Ａに狭小部分３１２Ａを形成することによって生まれた空間部に、第２固定部３２Ａ、３３Ａを配置することができる。このような空間部に、第２固定部３２Ａ、３３Ａを配置できるので、本変形例に係る第２基板３Ａが用いられたＭＥＭＳアクチュエータは、第１可動部の法線方向から見たときにおける寸法を小さくすることが可能である。このため、本変形例に係る第２基板３Ａが用いられたＭＥＭＳアクチュエータは、実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータ１と同様の効果を有する。

図１は、実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータが備える第１基板及び第２基板の全体斜視図である。 図２は、第１基板及び第２基板の分解斜視図である。 図３は、第２基板の下面図である。 図４は、実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータの全体斜視図である。 図５は、実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータの分解斜視図である。但し、ヨークを省略している。 図６は、図４のＡ−Ａ端面図である。 図７は、図４のＢ―Ｂ端面図である。 図８は、第２磁界発生手段を、第１軸線方向に第２可動部に対して離間して配置したときの実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータの図４のＢ−Ｂ端面図である。 図９は、変形例に係る第１支持部を備える第１基板、及び、変形例に係る第２支持部を備える第２基板の全体斜視図である。 図１０は、変形例に係る第２基板の平面図である。 図１１は、特許文献１に記載のＭＥＭＳアクチュエータの構成を示す図である。 図１２は、特許文献２に記載のＭＥＭＳアクチュエータの構成を示す図である。

符号の説明

１…ＭＥＭＳアクチュエータ、２…第１基板、３、３Ａ…第２基板、２１…第１可動部、２２、２３…第１固定部、２４、２４Ａ、２５、２５Ａ…第１支持部、３１、３１Ａ…第２可動部、３２、３２Ａ、３３、３３Ａ…第２固定部、３４、３４Ａ、３４１Ａ、３４２Ａ…第２支持部

Claims (4)

1. 第１基板と、前記第１基板の片面に積層される第２基板とを備え、
   前記第１基板は、
   第１固定部と、第１可動部と、前記第１固定部に対して前記第１可動部を第１軸線周りに揺動可能に支持する第１支持部とを有し、
   前記第２基板は、
   前記第１固定部が積層され、内側に空間部が形成された第２可動部と、前記空間部に配置される第２固定部と、前記第２固定部に対して前記第２可動部を前記第１軸線と方向が異なる第２軸線周りに揺動可能に支持する第２支持部とを有することを特徴とするＭＥＭＳアクチュエータ。
2. 第１基板と、前記第１基板の片面に積層される第２基板とを備え、
   前記第１基板は、
   第１固定部と、第１可動部と、前記第１固定部に対して前記第１可動部を第１軸線周りに揺動可能に支持する第１支持部とを有し、
   前記第２基板は、
   前記第１固定部が積層され、且つ、前記第１軸線と直交する方向の幅が狭まった狭小部分を具備する第２可動部と、第２固定部と、前記狭小部分と前記第２固定部とを連結し、前記第２固定部に対して前記第２可動部を前記第１軸線と方向が異なる第２軸線周りに揺動可能に支持する第２支持部とを有することを特徴とするＭＥＭＳアクチュエータ。
3. 前記第１可動部に敷設される第１コイルと、
   前記第１可動部の法線方向から見て、前記第１可動部と異なる前記第２可動部の部位に敷設される第２コイルと、
   前記第１可動部の法線方向に前記第１可動部に対して離間して配置され、前記第１コイルに磁界を及ぼして、前記第１コイルに前記第１可動部の法線方向の電磁力を発生させることによって、前記第１可動部を前記第１軸線周りに揺動させる第１磁界発生手段と、
   前記第１軸線方向に前記第２可動部に対して離間して配置され、前記第２コイルに磁界を及ぼして、前記第２コイルに前記第２可動部の法線方向の電磁力を発生させることによって、前記第２可動部を前記第２軸線周りに揺動させる第２磁界発生手段とを備えることを特徴とする請求項１又２に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
4. 前記第１可動部に敷設される第１コイルと、
   前記第１可動部の法線方向から見て、前記第１可動部と異なる前記第２可動部の部位に敷設される第２コイルと、
   前記第１可動部の法線方向に前記第１可動部に対して離間して配置され、前記第１コイルに磁界を及ぼして、前記第１コイルに前記第１可動部の法線方向の電磁力を発生させることによって、前記第１可動部を前記第１軸線周りに揺動させる第１磁界発生手段と、
   前記第２可動部の法線方向に前記第２可動部に対して離間して配置され、前記第２コイルに磁界を及ぼして、前記第２コイルに前記第２可動部の法線方向の電磁力を発生させることによって、前記第２可動部を前記第２軸線周りに揺動させる第２磁界発生手段とを備えることを特徴とする請求項１又２に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。

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