JP2014123123A - マイクロメカニカル共振装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも1つの軸周りに振動可能な振動体を有する内側アクチュエータ3、及び、振動部6を有する外側アクチュエータ2を備えたマイクロミラースキャナに関する。内側アクチュエータと外側アクチュエータとは連結された振動システムを形成する。外側アクチュエータは外部駆動部9によって駆動され、外部駆動部の駆動周波数は、内側アクチュエータの振動体4が自身の固有モードの1つ又はこの固有モード付近で振動するように選択される。内側アクチュエータは、外側アクチュエータの振動部に取り付けられた少なくとも1つの真空封止されたマイクロアクチュエータチップである。
【選択図】図1
Description
例えば、HDTV解像度(1080×1920)を有するレーザ投影型ディスプレイの水平偏向用(特に性能に依存し、連動して垂直ミラーが動作する)としては、スキャン周波数40−50kHzを有するMEMSミラーが必要であろう。解像度が著しく低下しないように、動作の最中に生じる動的変形を非常に小さく保つことができるようにするためには、その他の点では一般的な80μmという厚さに代えて、500μmから2mmの間の厚さがミラー板には必要とされる。これは周波数の要求にすぎない。複数の画素を互いに真に光学的に分離するためには、少なくとも22度×ミリメートルというミラー板と機械的角度振幅との積(ミラー板の片面側の機械的最大偏向)が必要である。この偏向及び速さに必要な力は、世界中の様々な場所で長年この問題に人々が取り組んでいるにもかかわらず、マイクロ技術におけるいかなる既知の方法をもってしても今まで達成されていない。しかし本発明に記載される装置を用いればこの問題は解決できる。その理由は、一方では、真空封止によって外部から伝えられるエネルギーが非常に高い割合で確実に保存されつつ、マイクロ技術で得られるよりも何桁も大きい利用可能なエネルギーが外部から供給されるためである。
数100ワットから数キロワットのレーザパワーを用いたレーザ物質加工にMEMSミラーが適用された例は今まで無い。これは、高いレーザパワーのために、非常に高い反射率を有する誘電体ミラー層が適用されねばならず、MEMSミラーを大きく曲げ過ぎるほどの極めて大きな層応力をこれらの層が持つので、意味のある応用が不可能だからである。MEMSスキャナのミラーの厚みを大きく増大させることによってのみ、層応力を和らげることができる。ウェハの厚みから成るミラー板のみが考えられ、同時に、直径20mmのミラー開口が必要とされる。MEMS技術によって実現可能な力及びトルクは桁違いに小さ過ぎるので、そのように大きなミラーを十分に速く(数100Hzから数kHz)、数度の角度振幅を持つように動かすことができない。しかし、そのようなMEMSスキャナは、本発明に従って設計される共振装置によって実現することが可能である。
Claims (13)
- 少なくとも1つの軸周りに振動可能な振動体を有する内側アクチュエータと、振動部を有する外側アクチュエータとを備え、
前記内側アクチュエータと前記外側アクチュエータとは連結された振動システムを形成し、
前記外側アクチュエータは、外部駆動部によって駆動され、前記外部駆動部の駆動周波数は、前記内側アクチュエータの前記振動体が自身の固有モードの1つで振動するように又は前記固有モードの1つ付近で振動するように選択され、
前記内側アクチュエータは、前記外側アクチュエータの前記振動部に取り付けられた少なくとも1つの真空封止されたマイクロアクチュエータチップであることを特徴とする、
特にマイクロミラースキャナであるマイクロメカニカル共振装置。 - 前記外側アクチュエータは、前記マイクロアクチュエータチップを受容し、少なくとも1つのバネによって懸架されるプラットフォームを前記振動部として有する共振バネ質量システムとして設計される請求項1に記載のマイクロメカニカル共振装置。
- バネ定数及び慣性モーメントに関する前記共振バネ質量システムの前記設計は、前記真空封止されたマイクロアクチュエータチップの振動性の前記振動体の固有共振周波数に応じて選択される請求項2に記載のマイクロメカニカル共振装置。
- 前記マイクロアクチュエータチップが取り付けられた前記共振バネ質量システムの共振周波数は、前記マイクロアクチュエータチップの前記固有共振周波数よりも低い請求項3に記載のマイクロメカニカル共振装置。
- 前記外部駆動部は、電磁石駆動部、圧電駆動部、静電駆動部、空圧式駆動部、又は熱機械式駆動部として設計される請求項1から4の何れか1項に記載のマイクロメカニカル共振装置。
- 前記外側アクチュエータは、非共振の制御されたアクチュエータシステムとして設計される請求項1または5に記載のマイクロメカニカル共振装置。
- プラットフォームとして設計される前記外側アクチュエータの前記振動部は、少なくとも一部分が磁化可能な物質で構成されるか、又は、少なくとも1つの永久磁石に接続され、前記外部駆動部は電磁石を有する請求項1から6のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル共振装置。
- プラットフォームである前記振動部は、永久磁石機構と協同して可動コイルを形成するコイルを備える請求項1から7のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル共振装置。
- 前記外側アクチュエータ及び前記内側アクチュエータを振動励起するための前記外部駆動部の駆動信号は、周波数及び信号形状の少なくとも一方が互いに異なる少なくとも2つの信号から成る請求項1から8のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル共振装置。
- 振動性の前記振動体は、直交する2つの軸上に懸架される請求項1から9のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル共振装置。
- 前記マイクロアクチュエータチップは、前記振動体に割り当てられ、前記振動体の前記振動を減衰させるため、又は前記外部駆動部によって励起されない前記振動体の振動軸を駆動するための内部駆動部を有する請求項1から10のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル共振装置。
- 前記外側アクチュエータの前記振動部は、一辺又は二辺が固定されるように取り付けられている請求項1から9のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル共振装置。
- 前記マイクロアクチュエータチップは、振動振幅、振動周波数、及び振動位相の少なくとも1つを検出するためのセンサを有する請求項1から12のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル共振装置。
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