JP6668126B2 - Mems装置 - Google Patents
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Description
(1)MEMSスキャナのミラーは大きい必要がある。
これは、ミラーが大きいほど、対象物からの反射光を多く受光部へ導くことができ、その結果、高感度なレーザレーダを実現できるためである。
(2)MEMSスキャナは、大振れ角で駆動できる必要がある。
大振れ角で動作することで、レーザ光を広い範囲に照射でき、その結果、広監視範囲のレーザレーダを実現できるためである。
(3)MEMSスキャナは、高い共振周波数を有する必要がある。
高い共振周波数を有することで、監視範囲をスキャンする時間を短くすることができ、高いフレームレートを有するレーザレーダを実現できる。このため、衝突する可能性のある対象物を見逃すことなく検出できるようになる。
(4)MEMSスキャナの駆動方式は、共振駆動である必要がある。
上記の(1)、(3)を満足するため、MEMSスキャナの可動部を支持する梁のバネ定数を大きくする必要がある。さらに、上記の(2)の要求を満たすため、可動部を大きな振れ角で動作させる必要がある。高いバネ定数の梁を有するMEMSスキャナを、大振れ角で動作させるための駆動方式としては、共振駆動が望ましい。共振駆動させることで、MEMSスキャナを静的に動作させるときの1/Q倍(ここで、QはQ値であり、一般的なMEMSスキャナではQ値は100程度である)の力で駆動できるため、駆動電力を大幅に低減できるためである。以上から、MEMSスキャナは共振駆動することが望ましい。
(5)MEMSスキャナに用いるミラーチップは小型である必要がある。
ミラーチップは、半導体プロセスを利用し、シリコンウェハを加工して作製することが考えられる。ミラーチップが大きくなると、1枚のウェハで作製できるミラーチップの数が少なくなる。その結果、ミラーチップの単価が高くなる。また、ミラーチップが大きくなると、結果としてMEMSスキャナが大型化する。車の衝突防止装置などに使用するレーザレーダなどは、車室内などの限られた空間に設置するため、可能な限り小さいことが求められる。このため、MEMSスキャナはできる限り小さいことが求められる。以上の観点から、ミラーチップは小さい必要がある。
本明細書が開示するMEMS装置は、可動部と支持部と可動部が支持部に対して相対的に移動可能に可動部と支持部の間を連結する連結部を備えている。そのMEMS装置では、可動部の可動範囲が大きな箇所近傍に、可動部を動かすために必要な空隙と、空気を逃がすための空隙を有している。以下では本空隙を設けた理由について説明する。
上記のMEMS装置は、可動部が支持部に対して揺動軸周りに揺動可能であって、支持部に対する可動部の可動範囲が大きな箇所における可動部と支持部の間の間隔が、支持部に対する可動部の可動範囲が小さな箇所における可動部と支持部の間の間隔よりも大きいように構成することができる。
上記のMEMS装置は、可動部と支持部の間の間隔が、支持部に対する可動部の可動範囲が小さな箇所と支持部に対する可動部の可動範囲が大きな箇所の間で緩やかに変化するように構成することができる。
あるいは、上記のMEMS装置は、可動部と支持部の間の間隔が、支持部に対する可動部の可動範囲が小さな箇所と支持部に対する可動部の可動範囲が大きな箇所の間で急激に変化するように構成することができる。
上記のMEMS装置は、支持部の、揺動軸に沿った方向における、可動部に最も近い側面と可動部に最も遠い側面の間の幅が、支持部の、揺動軸に垂直な方向における、可動部に最も近い側面と可動部に最も遠い側面の間の幅よりも大きいように構成することができる。
本明細書が開示する別のMEMS装置は、可動部と、支持部と、可動部が支持部に対して相対的に移動可能に可動部と支持部の間を連結する連結部を備えている。そのMEMS装置では、可動部に第1の通気孔が形成されている。なお、本明細書でいう通気孔とは、可動部が支持部に対して相対的に移動する際に、騒音を低減できる程度の断面積を有する貫通孔を意味している。
上記のMEMS装置は、支持部に対する可動部の可動範囲が大きな箇所における第1の通気孔の幅が、支持部に対する可動部の可動範囲が小さな箇所における第1の通気孔の幅よりも大きいように構成することができる。
本明細書が開示する別のMEMS装置は、可動部と、支持部と、可動部が支持部に対して相対的に移動可能に可動部と支持部の間を連結する連結部を備えている。そのMEMS装置では、支持部に第2の通気孔が形成されている。
上記のMEMS装置は、連結部が、複数本のねじり梁を備えているように構成することができる。なお、本明細書でいうねじり梁とは、可動部が支持部に対して相対的に移動する際にねじり変形する梁状の部材のことをいう。
上記のMEMS装置は、複数本のねじり梁が、同一平面内に配置されており、可動部との接続箇所において一体化されており、一体化された接続箇所に第3の通気孔が形成されているように構成することができる。
上記のMEMS装置は、支持部に対する複数本のねじり梁の可動範囲が大きな箇所における第3の通気孔の幅が、支持部に対する複数本のねじり梁の可動範囲が小さな箇所における第3の通気孔の幅よりも大きいように構成することができる。
上記のMEMS装置は、複数本のねじり梁のうち最も支持部に近いねじり梁と支持部の間の間隔が、複数本のねじり梁の隣接するねじり梁間の間隔とほぼ等しいように構成することができる。
上記のMEMS装置は、可動部に固定されたミラーを備えているように構成することができる。
上記のMEMS装置は、可動部が、第2可動部と、第2支持部と、第2可動部が第2支持部に対して相対的に移動可能に第2可動部と第2支持部を連結する第2連結部をさらに備えており、連結部が、第2支持部が支持部に対して相対的に移動可能に第2支持部と支持部の間を連結しているように構成することができる。
上記のMEMS装置は、支持部に対する第2支持部の可動範囲が大きな箇所における第2支持部の幅が、支持部に対する第2支持部の可動範囲が小さな箇所における第2支持部の幅よりも小さいように構成することができる。
上記のMEMS装置は、第3支持部と、支持部が第3支持部に対して相対的に移動可能に支持部と第3支持部を連結する第3連結部をさらに備えているように構成することができる。
上記のMEMS装置は、支持部に対する可動部の可動範囲が大きな箇所における可動部の幅が、支持部に対する可動部の可動範囲が小さな箇所における可動部の幅よりも小さいように構成することができる。
間の間隔を確保することができる。支持部の剛性および強度を確保しつつ、可動部と支持
部の間で騒音が発生することを抑制することができる。
(補正後の請求項1のMEMS装置)
本明細書が開示する別のMEMS装置は、可動部と、支持部と、可動部が支持部に対して揺動軸周りに揺動可能に可動部と支持部の間を連結する連結部を備えており、連結部が、複数本のねじり梁を備えており、複数本のねじり梁が、同一平面内に配置されており、可動部との接続箇所において一体化されており、複数本のねじり梁の一体化された接続箇所に第1の通気孔が形成されているように構成することができる。
(補正後の請求項2のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、支持部に対する複数本のねじり梁の可動範囲が大きな箇所における第1の通気孔の幅が、支持部に対する複数本のねじり梁の可動範囲が小さな箇所における第1の通気孔の幅よりも大きいように構成することができる。
(補正後の請求項3のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、複数本のねじり梁のうち最も支持部に近いねじり梁と支持部の間の間隔が、複数本のねじり梁の隣接するねじり梁間の間隔とほぼ等しいように構成することができる。
(補正後の請求項4のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、揺動軸に垂直な方向における、支持部と可動部の間の間隔が、揺動軸に垂直な方向における、支持部と連結部の間の間隔よりも大きいように構成することができる。
(補正後の請求項5のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、揺動軸に平行な方向における、支持部と可動部の間の間隔が、揺動軸に垂直な方向における、支持部と連結部の間の間隔よりも大きいように構成することができる。
(補正後の請求項6のMEMS装置)
本明細書が開示する別のMEMS装置は、可動部と、支持部と、可動部が支持部に対して揺動軸周りに揺動可能に可動部と支持部の間を連結する連結部を備えており、揺動軸に垂直な方向における、支持部と可動部の間の間隔が、揺動軸に垂直な方向における、支持部と連結部の間の間隔よりも大きく、揺動軸に平行な方向における、支持部と可動部の間の間隔が、揺動軸に垂直な方向における、支持部と連結部の間の間隔よりも大きいように構成することができる。
(補正後の請求項7のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、支持部に対する可動部の可動範囲が大きな箇所における可動部と支持部の間の間隔が、支持部に対する可動部の可動範囲が小さな箇所における可動部と支持部の間の間隔よりも大きいように構成することができる。
(補正後の請求項8のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、可動部と支持部の間の間隔が、支持部に対する可動部の可動範囲が小さな箇所と支持部に対する可動部の可動範囲が大きな箇所の間で緩やかに変化するように構成することができる。
(補正後の請求項9のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、支持部の、揺動軸に沿った方向における、可動部に最も近い側面と可動部に最も遠い側面の間の幅が、支持部の、揺動軸に垂直な方向における、可動部に最も近い側面と可動部に最も遠い側面の間の幅よりも大きいように構成することができる。
(補正後の請求項10のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、可動部に第2の通気孔が形成されているように構成することができる。
(補正後の請求項11のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、支持部に対する可動部の可動範囲が大きな箇所における第2の通気孔の揺動軸に沿った方向の幅が、支持部に対する可動部の可動範囲が小さな箇所における第2の通気孔の揺動軸に沿った方向の幅よりも大きいように構成することができる。
(補正後の請求項12のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、支持部に第3の通気孔が形成されているように構成することができる。
(補正後の請求項13のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、可動部に固定されたミラーを備えているように構成することができる。
(補正後の請求項14のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、可動部が、第2可動部と、第2支持部と、第2可動部が第2支持部に対して相対的に移動可能に第2可動部と第2支持部を連結する第2連結部をさらに備えており、連結部が、第2支持部が支持部に対して相対的に移動可能に第2支持部と支持部の間を連結しているように構成することができる。
(補正後の請求項15のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、支持部に対する第2支持部の可動範囲が大きな箇所における第2支持部の揺動軸に沿った方向の幅が、支持部に対する第2支持部の可動範囲が小さな箇所における第2支持部の揺動軸に沿った方向の幅よりも小さいように構成することができる。
(補正後の請求項16のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、第3支持部と、支持部が第3支持部に対して相対的に移動可能に支持部と第3支持部を連結する第3連結部をさらに備えているように構成することができる。
(補正後の請求項17のMEMS装置)
上記のMEMS装置は、支持部に対する可動部の可動範囲が大きな箇所における可動部の揺動軸に沿った方向の幅が、支持部に対する可動部の可動範囲が小さな箇所における可動部の揺動軸に沿った方向の幅よりも小さいように構成することができる。
図1および図2は、本実施例のMEMS装置2を示している。MEMS装置2は、支持フレーム4(支持部の一例である)と、揺動板6(可動部の一例である)と、ミラー8と、ねじり梁10a,10b(連結部の一例である)と、永久磁石12と、電磁石14a,14bを備えている。
図3は、本実施例のMEMS装置22を示している。MEMS装置22は、図1および図2に示す実施例1のMEMS装置2と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置22について、実施例1のMEMS装置2と相違する点のみについて説明する。
図4は本実施例のMEMS装置32を示している。MEMS装置32は、図1および図2に示す実施例1のMEMS装置2と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置32について、実施例1のMEMS装置2と相違する点のみについて説明する。
図5は本実施例のMEMS装置42を示している。MEMS装置42は、図1および図2に示す実施例1のMEMS装置2と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置42について、実施例1のMEMS装置2と相違する点のみについて説明する。
図6は本実施例のMEMS装置52を示している。MEMS装置52は、図5に示す実施例4のMEMS装置42と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置42について、実施例4のMEMS装置42と相違する点のみについて説明する。
図7は本実施例のMEMS装置62を示している。MEMS装置62は、図5に示す実施例4のMEMS装置42と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置62について、実施例4のMEMS装置42と相違する点のみについて説明する。
図8は本実施例のMEMS装置72を示している。MEMS装置72は、図6に示す実施例5のMEMS装置52と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置72について、実施例5のMEMS装置52と相違する点のみについて説明する。
図9は本実施例のMEMS装置82を示している。MEMS装置82は、図1および図2に示す実施例1のMEMS装置2と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置82について、実施例1のMEMS装置2と相違する点のみについて説明する。
図12は本実施例のMEMS装置112を示している。MEMS装置112は、図9に示す実施例8のMEMS装置82と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置112について、実施例8のMEMS装置82と相違する点のみについて説明する。
図13は本実施例のMEMS装置122を示している。MEMS装置122は、図9に示す実施例8のMEMS装置82と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置122について、実施例8のMEMS装置82と相違する点のみについて説明する。
図14は本実施例のMEMS装置132を示している。MEMS装置132は、実施例8のMEMS装置82と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置132について、実施例8のMEMS装置82と相違する点のみについて説明する。
図15は本実施例のMEMS装置142を示している。MEMS装置142は、揺動板6(請求項14の第2可動部の一例であり、請求項16の可動部の一例でもある)と、ミラー8と、永久磁石12と、第1ねじり梁群144a,144b(請求項14の第2連結部の一例であり、請求項16の連結部の一例でもある)と、第1支持フレーム146(請求項14の第2支持部の一例であり、請求項16の支持部の一例でもある)と、第2ねじり梁群148a,148b(請求項14の連結部の一例であり、請求項16の第3連結部の一例でもある)と、第2支持フレーム150(請求項14の支持部の一例であり、請求項16の第3支持部の一例でもある)と、第1電磁石152a,152bと、第2電磁石154a,154bを備えている。
図16は、本実施例のMEMS装置162を示している。MEMS装置162は、図15に示す実施例12のMEMS装置142と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置162について、実施例12のMEMS装置142と相違する点のみについて説明する。
図17は本実施例のMEMS装置172を示している。MEMS装置172は、図15に示す実施例12のMEMS装置142と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置172について、実施例12のMEMS装置142と相違する点のみについて説明する。
図18は本実施例のMEMS装置182を示している。MEMS装置182は、図16に示す実施例13のMEMS装置162と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置182について、実施例13のMEMS装置162と相違する点のみについて説明する。
図19は本実施例のMEMS装置192を示している。MEMS装置192は、揺動板6(請求項14の第2可動部の一例であり、請求項16の可動部の一例でもある)と、ミラー8と、永久磁石12と、第1ねじり梁194a,194b(請求項14の第2連結部の一例であり、請求項16の連結部の一例でもある)と、第1支持フレーム196(請求項14の第2支持部の一例であり、請求項16の支持部の一例でもある)と、第2ねじり梁198a,198b(請求項14の連結部の一例であり、請求項16の第3連結部の一例でもある)と、第2支持フレーム200(請求項14の支持部の一例であり、請求項16の第3支持部の一例でもある)と、第1電磁石152a,152bと、第2電磁石154a,154bを備えている。
図20は本実施例のMEMS装置212を示している。MEMS装置212は、図18に示す実施例15のMEMS装置182と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置212について、実施例15のMEMS装置182と相違する点のみについて説明する。
図21は本実施例のMEMS装置222を示している。MEMS装置222は、図15に示す実施例12のMEMS装置142と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置222について、実施例12のMEMS装置142と相違する点のみについて説明する。
図29は本実施例のMEMS装置242を示している。MEMS装置242は、図1および図2に示す実施例1のMEMS装置2と同様の構成を備えている。以下では、MEMS装置242について、実施例1のMEMS装置2と相違する点のみについて説明する。
Claims (16)
- 可動部と、支持部と、可動部が支持部に対して揺動軸周りに揺動可能に可動部と支持部の間を連結する連結部を備えており、
連結部が、複数本のねじり梁を備えており、
複数本のねじり梁が、同一平面内に配置されており、可動部との接続箇所において一体化されており、複数本のねじり梁の一体化された接続箇所に第1の通気孔が形成されている、MEMS装置。 - 支持部に対する複数本のねじり梁の可動範囲が大きな箇所における第1の通気孔の幅が、支持部に対する複数本のねじり梁の可動範囲が小さな箇所における第1の通気孔の幅よりも大きい、請求項1のMEMS装置。
- 複数本のねじり梁のうち最も支持部に近いねじり梁と支持部の間の間隔が、複数本のねじり梁の隣接するねじり梁間の間隔とほぼ等しい、請求項1または2のMEMS装置。
- 揺動軸に垂直な方向における、支持部と可動部の間の間隔が、揺動軸に垂直な方向における、支持部と連結部の間の間隔よりも大きい、請求項1から3の何れか一項のMEMS装置。
- 揺動軸に平行な方向における、支持部と可動部の間の間隔が、揺動軸に垂直な方向における、支持部と連結部の間の間隔よりも大きい、請求項1から4の何れか一項のMEMS装置。
- 支持部に対する可動部の可動範囲が大きな箇所における可動部と支持部の間の間隔が、支持部に対する可動部の可動範囲が小さな箇所における可動部と支持部の間の間隔よりも大きい、請求項1から5の何れか一項のMEMS装置。
- 可動部と支持部の間の間隔が、支持部に対する可動部の可動範囲が小さな箇所と支持部に対する可動部の可動範囲が大きな箇所の間で緩やかに変化する、請求項6のMEMS装置。
- 支持部の、揺動軸に沿った方向における、可動部に最も近い側面と可動部に最も遠い側面の間の幅が、
支持部の、揺動軸に垂直な方向における、可動部に最も近い側面と可動部に最も遠い側面の間の幅よりも大きい、請求項6または7のMEMS装置。 - 可動部に第2の通気孔が形成されている、請求項1から8の何れか一項のMEMS装置。
- 支持部に対する可動部の可動範囲が大きな箇所における第2の通気孔の揺動軸に沿った方向の幅が、支持部に対する可動部の可動範囲が小さな箇所における第2の通気孔の揺動軸に沿った方向の幅よりも大きい、請求項9のMEMS装置。
- 支持部に第3の通気孔が形成されている、請求項1から10の何れか一項のMEMS装置。
- 可動部に固定されたミラーを備えている、請求項1から11の何れか一項のMEMS装置。
- 可動部が、第2可動部と、第2支持部と、第2可動部が第2支持部に対して相対的に移動可能に第2可動部と第2支持部を連結する第2連結部をさらに備えており、
連結部が、第2支持部が支持部に対して相対的に移動可能に第2支持部と支持部の間を連結している、請求項1から12の何れか一項のMEMS装置。 - 支持部に対する第2支持部の可動範囲が大きな箇所における第2支持部の揺動軸に沿った方向の幅が、支持部に対する第2支持部の可動範囲が小さな箇所における第2支持部の揺動軸に沿った方向の幅よりも小さい、請求項13のMEMS装置。
- 第3支持部と、支持部が第3支持部に対して相対的に移動可能に支持部と第3支持部を連結する第3連結部をさらに備えている、請求項1から12の何れか一項のMEMS装置。
- 支持部に対する可動部の可動範囲が大きな箇所における可動部の揺動軸に沿った方向の幅が、支持部に対する可動部の可動範囲が小さな箇所における可動部の揺動軸に沿った方向の幅よりも小さい、請求項15のMEMS装置。
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