JP2021053714A - 周波数調整方法、ｍｅｍｓ構造体および慣性センサー - Google Patents

Abstract

【課題】周波数調整が容易な周波数調整方法、ＭＥＭＳ構造体および慣性センサーを提供する。【解決手段】周波数調整方法は、支持部１１と、前記支持部１１に対して揺動軸Ｊまわりに揺動する可動体１２と、前記支持部１１と前記可動体１２とを接続し、前記可動体１２の平面視で前記揺動軸Ｊに直交する方向に並んで配置されている複数の梁部１４、１５を備える梁１３と、を有するＭＥＭＳ構造体１に対して、前記複数の梁部１４、１５の一部を切断することにより、前記ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、周波数調整方法、ＭＥＭＳ構造体および慣性センサーに関する。

例えば、特許文献１に記載されているＭＥＭＳ構造体としての光走査装置は、ミラー基板と、ミラー基板を支持しているフレームと、ミラー基板とフレームとを接続している一対の捩じり梁と、を有する。そして、一対の捩じり梁をねじり回転軸としてミラー基板を往復振動させることにより、ミラー基板で反射した光を走査する。このような構成の光走査装置では、ミラー基板および一対の捩じり梁から構成される振動系が目的の共振周波数を有するように、一対の捩じり梁の寸法が設定されている。

特開２００３−１７２８９７号公報

ここで、例えば、振動系の共振周波数は、主に、ミラーの重量と捩じり梁の捩じり剛性とによって決まる。そのため、得られた振動系の共振周波数が目的の周波数からずれている場合には、例えば、捩じり梁を加工して、捩じり梁の捩じり剛性を変化させることにより、目的の周波数に調整することができる。しかしながら、特許文献１の光走査装置では、ミラー基板を左右１本の捩じり梁だけで支持しているため、切断、破壊等のおそれを考慮すると、捩じり梁への加工が困難である。つまり、特許文献１の光走査装置では、振動系の共振周波数を調整することが困難であるという問題があった。

本実施形態に記載の周波数調整方法は、支持部と、前記支持部に対して揺動軸まわりに揺動する可動体と、前記支持部と前記可動体とを接続し、前記可動体の平面視で前記揺動軸に直交する方向に並んで配置されている複数の梁部を備える梁と、を有するＭＥＭＳ構造体に対して、
前記複数の梁部の一部を切断することにより、前記ＭＥＭＳ構造体の共振周波数を調整することを特徴とする。

第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す平面図である。 図１に示すＭＥＭＳ構造体の周波数調整方法を説明するための平面図である。 図１に示すＭＥＭＳ構造体の周波数調整方法を説明するための平面図である。 図１に示すＭＥＭＳ構造体の周波数調整方法を説明するための平面図である。 第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す平面図である。 図５に示すＭＥＭＳ構造体の変形例を示す平面図である。 第３実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す平面図である。 第４実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す平面図である。 第５実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す平面図である。 第６実施形態に係る慣性センサーを示す平面図である。 図１０中のＡ−Ａ線断面図である。 第７実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。 図１２中のＢ−Ｂ線断面図である。

以下、本発明の周波数調整方法、ＭＥＭＳ構造体および慣性センサーを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す平面図である。図２ないし図４は、それぞれ、図１に示すＭＥＭＳ構造体の周波数調整方法を説明するための平面図である。以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、各軸の矢印方向先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ軸方向プラス側を「上」とも言い、Ｚ軸方向マイナス側を「下」とも言う。また、Ｚ軸方向から見た平面視を単に「平面視」とも言う。

図１に示すＭＥＭＳ構造体１は、例えば、シリコン基板をドライエッチング、特にボッシュ・プロセスによってパターニングすることにより形成されている。このようなＭＥＭＳ構造体１は、板状である。また、ＭＥＭＳ構造体１は、枠状の支持部１１と、支持部１１の内側に位置し、支持部１１に対して変位可能な可動体１２と、支持部１１と可動体１２とを接続する梁１３と、を有する。なお、これら各部は、互いにＺ軸方向の長さである厚さがほぼ等しい。なお、「ＭＥＭＳ」は、Micro Electro Mechanical Systemsの略である。

また、梁１３は、可動体１２をＹ軸方向プラス側から支持するように、可動体１２と支持部１１とを接続している梁部としての複数の第１梁部１４と、可動体１２を第１梁部１４と反対側すなわちＹ軸方向マイナス側から支持するように、可動体１２と支持部１１とを接続している梁部としての複数の第２梁部１５と、を有する。つまり、可動体１２は、第１梁部１４および第２梁部１５によってＹ軸方向両側から両持ち支持されている。そして、可動体１２は、梁１３をＹ軸まわりに捩じれ変形させながら、梁１３により形成される揺動軸Ｊまわりに回動可能である。なお、Ｚ軸方向からの平面視で、複数の第１梁部１４および複数の第２梁部１５は、可動体１２の中心Ｏを通りＸ軸方向に延びる仮想直線Ｌｘに対して対称的に配置されている。

複数の第１梁部１４は、それぞれ、Ｙ軸方向に延在する直線状をなし、Ｘ軸方向に間隔を空けて並んで配置されている。また、複数の第１梁部１４には、揺動軸Ｊを構成するための１本の基本梁部１４１と、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整するための６本の調整梁部１４２と、が含まれている。基本梁部１４１は、揺動軸Ｊ上に位置している。また、６本の調整梁部１４２のうちの３本が揺動軸Ｊに対してＸ軸方向プラス側に配置され、残りの３本が揺動軸Ｊに対してＸ軸方向マイナス側に配置されている。また、これら６本の調整梁部１４２は、Ｚ軸方向からの平面視で、揺動軸Ｊに対して対称的に配置されている。また、６本の調整梁部１４２は、Ｘ軸方向の長さである幅Ｗ１２が互いに等しく、さらには、基本梁部１４１のＸ軸方向の長さである幅Ｗ１１よりも小さい。つまり、幅Ｗ１１＞Ｗ１２である。なお、幅Ｗ１１としては、特に限定されないが、例えば、１．５≦Ｗ１１／Ｗ１２≦３．０程度とすることができる。

また、複数の第２梁部１５は、それぞれ、Ｙ軸方向に延在する直線状をなし、Ｘ軸方向に間隔を空けて並んで配置されている。また、複数の第２梁部１５には、揺動軸Ｊを構成するための１本の基本梁部１５１と、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整するための６本の調整梁部１５２と、が含まれている。基本梁部１５１は、揺動軸Ｊと一致している。また、６本の調整梁部１５２のうちの３本が揺動軸Ｊに対してＸ軸方向プラス側に配置され、残りの３本が揺動軸Ｊに対してＸ軸方向マイナス側に配置されている。また、これら６本の調整梁部１５２は、Ｚ軸方向からの平面視で、揺動軸Ｊに対して対称的に配置されている。また、６本の調整梁部１５２は、Ｘ軸方向の長さである幅Ｗ２２が互いに等しく、さらには、基本梁部１５１のＸ軸方向の長さである幅Ｗ２１よりも小さい。つまり、幅Ｗ２１＞Ｗ２２である。なお、幅Ｗ２１としては、特に限定されないが、例えば、１．５≦Ｗ２１／Ｗ２２≦３．０程度とすることができる。前述したように、複数の第１梁部１４および複数の第２梁部１５は、仮想直線Ｌｘに対して対称であるため、Ｗ１１＝Ｗ２１であり、Ｗ１２＝Ｗ２２である。

なお、調整梁部１４２の数としては、６本に限定されず、少なくとも１本以上であればよい。調整梁部１５２についても同様である。また、各第１梁部１４の形状としては、Ｙ軸方向に延在する直線状に限定されず、その途中で、屈曲、湾曲している形状であってもよいし、Ｙ軸に対して傾斜した方向に延在する形状であってもよい。また、少なくとも１つの第１梁部１４は、他の第１梁部１４と形状が異なっていてもよい。各第２梁部１５の形状についても同様である。

以上、ＭＥＭＳ構造体１の構成について説明した。次に、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整する方法について説明する。なお、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数とは、可動体１２および梁１３からなる振動系の共振周波数とも言える。ＭＥＭＳ構造体１の周波数調整は、複数の第１、第２梁部１４、１５の少なくとも１つを切断して行う。第１、第２梁部１４、１５の切断方法としては、特に限定されないが、例えば、レーザー光を照射して切断する方法を用いることができる。ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数は、梁１３の捩じりばね定数と可動体１２の重量とに依存する。そのため、第１、第２梁部１４、１５の少なくとも１つを切断し、梁１３の捩じりばね定数を変化させることにより、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整することができる。以下、詳細に説明する。

上述したように、第１、第２梁部１４、１５は、揺動軸Ｊを構成するための基本梁部１４１、１５１と、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整するための複数の調整梁部１４２、１５２と、を含んでいる。ＭＥＭＳ構造体１の周波数調整においては、基本梁部１４１、１５１を切断の対象とせず、調整梁部１４２、１５２だけを切断の対象とする。つまり、ＭＥＭＳ構造体１の周波数調整が終了した状態では、少なくとも、基本梁部１４１、１５１によって可動体１２と支持部１１とが接続されている。このように、調整梁部１４２、１５２よりも幅太の基本梁部１４１、１５１を切断しないことにより、ＭＥＭＳ構造体１の周波数調整後においても、梁１３の機械的強度を十分に高く保つことができる。なお、支持部１１から可動体１２へ配線を引き回す必要がある場合は、切断対象とならない基本梁部１４１、１５１上に配線を引き回すことが好ましい。これにより、配線が切断されるおそれがなくなる。

調整梁部１４２、１５２を切断すると梁１３の捩じりばね定数が小さくなり、それに応じて、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数が低くなる。つまり、この周波数調整方法では、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を低くすることにより、目標の周波数に調整する。そのため、ＭＥＭＳ構造体１は、目標の周波数よりも若干高くなるように、ただし、調整可能範囲を超えない限りで設計・製造されることが好ましい。これにより、周波数調整前のＭＥＭＳ構造体１の共振周波数が目標の周波数よりも低いといった不具合を抑制することができると共に、調整梁部１４２、１５２を切断することによりＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を目標の周波数に調整することが容易となる。

また、調整梁部１４２を切断する際、切断によって揺動軸ＪがＸ軸方向にずれないように、揺動軸Ｊに対して対称な一対の調整梁部１４２を互いに切断することが好ましい。同様に、調整梁部１５２を切断する際、切断によって揺動軸ＪがＸ軸方向にずれないように、揺動軸Ｊに対して対称な一対の調整梁部１５２を互いに切断することが好ましい。また、切断されていない第１梁部１４から構成される集合梁部の捩じりばね定数と、切断されていない第２梁部１５から構成される集合梁部の捩じりばね定数と、が異なると、可動体１２の揺動軸Ｊまわりの揺動が不安定となるおそれがあるため、これら集合梁部の捩じりばね定数が等しくなるように、仮想直線Ｌｘに対して対称に調整梁部１４２、１５２を切断することが好ましい。

すなわち、６本の調整梁部１４２のうち、揺動軸Ｊに対して対称で、最も揺動軸Ｊに近位な一対の調整梁部１４２を「一対の調整梁部１４２ａ」とし、揺動軸Ｊに対して対称で、次に揺動軸Ｊに近位な一対の調整梁部１４２を「一対の調整梁部１４２ｂ」とし、揺動軸Ｊに対して対称で、最も揺動軸Ｊから遠位な一対の調整梁部１４２を「一対の調整梁部１４２ｃ」とし、６本の調整梁部１５２のうち、揺動軸Ｊに対して対称で、最も揺動軸Ｊに近位な一対の調整梁部１５２を「一対の調整梁部１５２ａ」とし、揺動軸Ｊに対して対称で、次に揺動軸Ｊに近位な一対の調整梁部１５２を「一対の調整梁部１５２ｂ」とし、揺動軸Ｊに対して対称で、最も揺動軸Ｊから遠位な一対の調整梁部１５２を「一対の調整梁部１５２ｃ」としたとき、調整梁部１４２、１５２の切断は、ａ）図２に示すように、各調整梁部１４２ａ、１５２ａを切断する、ｂ）図３に示すように、各調整梁部１４２ｂ、１５２ｂを切断する、ｃ）図４に示すように、各調整梁部１４２ｃ、１５２ｃを切断する、あるいは、ａ）〜ｃ）の２つまたは３つの組み合わせから選択される。

また、調整梁部１４２、１５２のうちのどの調整梁部１４２、１５２を切断するかによって、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数の低下量が異なる。揺動軸Ｊから遠位な調整梁部１４２、１５２を切断するほど梁１３の捩じればね定数の低下量が大きいいため、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数の低下量が大きく、揺動軸Ｊから近位な調整梁部１４２、１５２を切断するほど梁１３の捩じればね定数の低下量が小さいため、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数の低下量が小さい。そのため、図４に示すように、揺動軸Ｊから遠位な各調整梁部１４２ｃ、１５２ｃを切断することにより、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を粗調することができ、図２に示すように、揺動軸Ｊから近位な各調整梁部１４２ａ、１５２ａを切断することにより、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を微調することができる。

また、調整梁部１４２、１５２の切断は、切断する調整梁部１４２、１５２の長手方向の中央部で行うことが好ましい。図２〜図４では、それぞれ、長手方向の中央部で調整梁部１４２、１５２を切断しており、両端部が残存している。具体的には、切断された調整梁部１４２、１５２の一方の端部Ｐ１が支持部１１に接続された状態で残存し、他方の端部Ｐ２が可動体１２に接続された状態で残存している。このように、長手方向の中央部で調整梁部１４２、１５２を切断することにより、切断に用いるレーザー光が支持部１１に照射されて支持部１１がダメージを受けることにより、ＭＥＭＳ構造体１の機械的強度が低下したり、レーザー光が可動体１２に照射されて可動体１２がダメージを受けることにより、ＭＥＭＳ構造体１の機能を発揮できなくなったり、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数が変化してしまったり、可動体１２の振動バランスが崩れてしまったりするのを効果的に抑制することができる。

ただし、切断箇所としては、長手方向の中央部に限定されない。前述したように、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数は、梁１３の捩じりばね定数と可動体１２の重量とに依存する。可動体１２に接続される端部Ｐ２は、可動体１２の錘として機能するため、切断箇所を中央部からずらすことにより各端部Ｐ２の大きさを調整し、可動体１２の重量を変更することによっても、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整することができる。端部Ｐ２を利用して可動体１２の重量を調整する方法によれば、より微細な周波数調整を行うことができる。なお、この場合は、可動体１２の重心Ｇが中心Ｏからずれないように、各端部Ｐ２の長さを等しく揃えることが好ましい。逆を言えば、重心Ｇが中心Ｏからずれている場合には、複数の端部Ｐ２のうちの少なくとも１つの端部Ｐ２の長さを他と異ならせることによって、重心Ｇを中心Ｏに近づけることができる。

以上、ＭＥＭＳ構造体１によれば、調整梁部１４２、１５２を切断することにより、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数の調整を容易に行うことができることを説明した。このようなＭＥＭＳ構造体１は、さらに別の効果を発揮することもできる。ＭＥＭＳ構造体１によれば、切断する調整梁部１４２、１５２を選択することにより、元々同じ形状のものから異なる共振周波数を有する種々のＭＥＭＳ構造体１が得られる。そのため、ＭＥＭＳ構造体１を用いれば、異なる共振周波数毎に寸法等を設計し、それに合うエッチングマスクを準備する必要がなくなるため、その製造コストを大幅に削減することができる。

以上、ＭＥＭＳ構造体１の周波数調整方法について説明した。このような周波数調整方法は、前述したように、支持部１１と、支持部１１に対して揺動軸Ｊまわりに揺動する可動体１２と、支持部１１と可動体１２とを接続し、可動体１２の平面視で揺動軸Ｊに直交する方向であるＸ軸方向に並んで配置されている複数の第１、第２梁部１４、１５を備える梁１３と、を有するＭＥＭＳ構造体１に対して、複数の第１、第２梁部１４、１５の一部を切断することにより、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整する。このような方法によれば、第１、第２梁部１４、１５を切断するだけでＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整することができ、ＭＥＭＳ構造体１の周波数調整が容易となる。また、どの第１、第２梁部１４、１５を切断するかを選択することにより、元々同じ形状のＭＥＭＳ構造体１から異なる共振周波数を有するＭＥＭＳ構造体１を得ることもできる。そのため、異なる共振周波数毎に寸法等を設計し、それに合うエッチングマスクを準備する必要がなくなるため、その製造コストを大幅に削減することができる。

また、前述したように、複数の第１、第２梁部１４、１５を切断する前では、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数が目標の周波数よりも高い。これにより、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数が初めから目標の周波数よりも低いといった不具合を解消できると共に、第１、第２梁部１４、１５を切断することによりＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を目標の周波数に調整することが容易となる。

また、前述したように、複数の第１、第２梁部１４、１５には、切断によりＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整する複数の調整梁部１４２、１５２が含まれ、複数の調整梁部１４２、１５２のうち、揺動軸Ｊに対して対称な一対の調整梁部１４２、１５２を互いに切断することが好ましい。これにより、切断によって揺動軸ＪがＸ軸方向にずれないようにすることができる。

また、前述したように、複数の第１、第２梁部１４、１５には、切断によりＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整する複数の調整梁部１４２、１５２が含まれ、複数の調整梁部１４２、１５２のうち、揺動軸Ｊから最も遠位の調整梁部１４２ｃ、１５２ｃを切断する。これにより、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を粗調することができる。

また、前述したように、複数の第１、第２梁部１４、１５には、切断によりＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整する複数の調整梁部１４２、１５２が含まれ、複数の調整梁部１４２、１５２のうち、揺動軸Ｊから最も近位の調整梁部１４２ａ、１５２ａを切断する。これにより、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を微調することができる。

また、前述したように、複数の第１梁部１４には、揺動軸Ｊを構成するための基本梁部１４１と、基本梁部１４１よりも揺動軸Ｊから遠位に配置され、基本梁部１４１よりも揺動軸Ｊに直交するＸ軸方向の長さが短い、すなわち、幅Ｗ１２が小さい調整梁部１４２と、が含まれ、複数の第２梁部１５には、揺動軸Ｊを構成するための基本梁部１５１と、基本梁部１５１よりも揺動軸Ｊから遠位に配置され、基本梁部１５１よりも揺動軸Ｊに直交するＸ軸方向の長さが短い、すなわち、幅Ｗ２２が小さい調整梁部１５２と、が含まれている。そして、基本梁部１４１、１５１を切断せず、調整梁部１４２、１５２を切断することにより、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整する。これにより、切断後も梁１３の機械的強度を十分に保つことができる。

また、前述したように、ＭＥＭＳ構造体１は、支持部１１と、支持部１１に対して揺動軸Ｊまわりに揺動する可動体１２と、支持部１１と可動体１２とを接続し、可動体１２の平面視で揺動軸Ｊに直交する方向であるＸ軸方向に並んで配置されている複数の第１、第２梁部１４、１５を備える梁１３と、を有する。そして、複数の第１、第２梁部１４、１５は、切断によりＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整する複数の調整梁部１４２、１５２を含んでいる。このような構成によれば、調整梁部１４２、１５２を切断するだけでＭＥＭＳ構造体１の共振周波数を調整することができ、ＭＥＭＳ構造体１の周波数調整が容易となる。また、どの調整梁部１４２、１５２を切断するかを選択することにより、元々同じ形状のＭＥＭＳ構造体１から異なる共振周波数を有するＭＥＭＳ構造体１を得ることもできる。そのため、異なる共振周波数毎に寸法等を設計し、それに合うエッチングマスクを準備する必要がなくなるため、その製造コストを大幅に削減することができる。

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す平面図である。図６は、図５に示すＭＥＭＳ構造体の変形例を示す平面図である。

本実施形態は、梁１３の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図５および図６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図５に示すＭＥＭＳ構造体１では、Ｚ軸方向からの平面視で、第１梁部１４は、Ｘ軸方向に隣り合って配置され、揺動軸Ｊに対して対称な一対の基本梁部１４１と、これらの両側に配置されている６本の調整梁部１４２と、を有する。同様に、第２梁部１５は、Ｘ軸方向に隣り合って配置され、揺動軸Ｊに対して対称な一対の基本梁部１５１と、これらの両側に配置されている６本の調整梁部１５２と、を有する。このような構成によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

なお、本実施形態では、Ｚ軸方向からの平面視で、第１梁部１４において一対の基本梁部１４１が６本の調整梁部１４２の内側に位置し、第２梁部１５において一対の基本梁部１５１が６本の調整梁部１５２の内側に位置しているが、これに限定されず、例えば、図６に示すように、第１梁部１４において一対の基本梁部１４１の内側に６本の調整梁部１４２が位置し、第２梁部１５において一対の基本梁部１５１の内側に６本の調整梁部１５２が位置していてもよい。

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す平面図である。

本実施形態は、梁１３の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図７において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図７に示すＭＥＭＳ構造体１では、複数の第１梁部１４から基本梁部１４１が省略されており、６本の調整梁部１４２だけが含まれている。そのため、各第１梁部１４の幅Ｗ１２は、互いに等しい。同様に、複数の第２梁部１５から基本梁部１５１が省略されており、６本の調整梁部１５２だけが含まれている。そのため、各第２梁部１５の幅Ｗ２２は、互いに等しい。

このような構成のＭＥＭＳ構造体１では、調整梁部１４２、１５２の全てを切断してしまうと、可動体１２が支持部１１から切り離されてしまうため、周波数調整のための切断は、ａ）各調整梁部１４２ａ、１５２ａを切断する、ｂ）各調整梁部１４２ｂ、１５２ｂを切断する、ｃ）各調整梁部１４２ｃ、１５２ｃを切断する、あるいは、ａ）〜ｃ）の２つの組み合わせから選択される。このような構成によれば、前述した第１実施形態のような切断対象とならない基本梁部１４１、１５１が含まれないため、ＭＥＭＳ構造体１の周波数調整可能範囲が広くなる。

以上のように、本実施形態のＭＥＭＳ構造体１では、複数の第１梁部１４は、揺動軸Ｊに直交する方向の長さである幅Ｗ１２が等しい。また、複数の第２梁部１５は、揺動軸Ｊに直交する方向の長さである幅Ｗ２２が等しい。このような構成によれば、前述した第１実施形態のような切断対象とならない基本梁部１４１、１５１が含まれないため、ＭＥＭＳ構造体１の周波数調整可能範囲が広くなる。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
図８は、第４実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す平面図である。

本実施形態は、梁１３の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図８において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図８に示すＭＥＭＳ構造体１では、隣り合う一対の第１梁部１４の離間距離Ｄが、揺動軸Ｊから遠ざかるほど小さくなっている。同様に、隣り合う一対の第２梁部１５の離間距離についても同様である。このような構成により、離間距離Ｄが等しい前述した第１実施形態と比較して、各調整梁部１４２ａ、１５２ａを切断した場合の共振周波数低下量Δｆ１と、各調整梁部１４２ｂ、１５２ｂを切断した場合の共振周波数低下量Δｆ２と、各調整梁部１４２ｃ、１５２ｃを切断した場合の共振周波数低下量Δｆ３と、の差がそれぞれ小さくなる。さらに、共振周波数低下量Δｆ１、Δｆ２、Δｆ３がよりリニア（線形）な関係となる。そのため、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数をより精度よく目標の周波数に調整することができる。

以上のように、本実施形態のＭＥＭＳ構造体１では、隣り合う一対の第１梁部１４の離間距離Ｄは、揺動軸Ｊから遠ざかるほど小さい。一対の第２梁部１５の離間距離についても同様である。これにより、各調整梁部１４２ａ、１５２ａを切断した場合の共振周波数低下量Δｆ１と、各調整梁部１４２ｂ、１５２ｂを切断した場合の共振周波数低下量Δｆ２と、各調整梁部１４２ｃ、１５２ｃを切断した場合の共振周波数低下量Δｆ３と、の差がそれぞれ小さくなる。そのため、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数をより精度よく目標の周波数に調整することができる。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
図９は、第５実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す平面図である。

本実施形態は、梁１３の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図９に示すＭＥＭＳ構造体１では、調整梁部１４２の幅Ｗ１２が、揺動軸Ｊから遠ざかるほど小さくなっている。調整梁部１５２についても同様である。このような構成とすることにより、幅Ｗ１２、Ｗ２２が等しい前述した第１実施形態と比較して、各調整梁部１４２ａ、１５２ａを切断した場合の共振周波数低下量Δｆ１と、各調整梁部１４２ｂ、１５２ｂを切断した場合の共振周波数低下量Δｆ２と、各調整梁部１４２ｃ、１５２ｃを切断した場合の共振周波数低下量Δｆ３と、の差がそれぞれ小さくなる。さらに、共振周波数低下量Δｆ１、Δｆ２、Δｆ３がよりリニア（線形）な関係となる。そのため、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数をより精度よく目標の周波数に調整することができる。

このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第６実施形態＞
図１０は、第６実施形態に係る慣性センサーを示す平面図である。図１１は、図１０中のＡ−Ａ線断面図である。

図１０および図１１に示す慣性センサー１０は、Ｚ軸方向の加速度Ａｚを検出することのできる加速度センサーである。慣性センサー１０は、基板２と、基板２の上側に設けられているＭＥＭＳ構造体１と、ＭＥＭＳ構造体１を覆い、基板２の上面に接合されている蓋５と、を有する。

基板２は、上面に開口する凹部２１を有する。また、凹部２１は、Ｚ軸方向からの平面視で、ＭＥＭＳ構造体１が備える可動体１２および梁１３を内包するように形成されている。また、基板２には電極４が設けられている。電極４は、凹部２１の底面に配置されている第１検出電極４１および第２検出電極４２を有する。また、基板２は、上面に開口する溝部を有し、溝部には配線４５、４６、４７が設けられている。配線４５は、ＭＥＭＳ構造体１と電気的に接続され、配線４６は、第１検出電極４１と電気的に接続され、配線４７は、第２検出電極４２と電気的に接続されている。また、各配線４５、４６、４７の一端部は、蓋５外に露出し、外部装置との電気的な接続を行う電極パッドとして機能する。

このような基板２の構成材料としては、例えば、Ｎａ^＋等の可動イオンであるアルカリ金属イオンを含むガラス材料、例えば、パイレックスガラス、テンパックスガラス（いずれも登録商標）のような硼珪酸ガラスを用いることができる。ただし、基板２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、シリコン、セラミックス等を用いてもよい。

また、蓋５は、下面に開口する凹部５１を有する。蓋５は、凹部５１内にＭＥＭＳ構造体１を収納して基板２の上面に接合されている。そして、蓋５および基板２によって、その内側に、ＭＥＭＳ構造体１を収納する収納空間Ｓが形成されている。収納空間Ｓは、気密空間であり、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入され、使用温度、例えば、−４０℃〜１２０℃程度で、ほぼ大気圧となっている。ただし、収納空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、減圧状態であってもよいし、加圧状態であってもよい。

このような蓋５の構成材料としては、例えば、シリコンを用いることができる。ただし、蓋５の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ガラス材料、セラミックス等を用いてもよい。また、基板２と蓋５との接合方法としては、特に限定されず、基板２や蓋５の材料によって適宜選択すればよく、例えば、陽極接合、プラズマ照射によって活性化させた接合面同士を接合させる活性化接合、ガラスフリット等の接合材による接合、基板２の上面および蓋５の下面に成膜した金属膜同士を接合する拡散接合等を用いることができる。本実施形態では、蓋５の下面の全周にわたって形成されている接合部材５９を介して接合されている。接合部材５９としては、例えば、低融点ガラスであるガラスフリット材を用いることができる。

ＭＥＭＳ構造体１は、例えば、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、砒素（Ａｓ）等の不純物がドープされている導電性のシリコン基板をドライエッチング、特に、ボッシュ・プロセスによってパターニングすることにより形成されている。このようなＭＥＭＳ構造体１は、基板２の上面に陽極接合されている枠状の支持部１１と、支持部１１の内側に位置し、支持部１１に対して変位可能な可動体１２と、支持部１１と可動体１２とを接続する梁１３と、を有する。なお、本実施形態では、各調整梁部１４２ｃ、１５２ｃを切断することにより、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数が調整されている。

可動体１２は、Ｚ軸方向からの平面視で、Ｘ軸方向を長手とする長手形状である。また、可動体１２は、Ｚ軸方向からの平面視で、揺動軸Ｊを間に挟んで配置されている第１可動部１２１および第２可動部１２２を有する。第１可動部１２１は、揺動軸Ｊに対してＸ軸方向プラス側に位置し、第２可動部１２２は、揺動軸Ｊに対してＸ軸方向マイナス側に位置する。第１可動部１２１は、第２可動部１２２よりもＸ軸方向に長く、加速度Ａｚが加わったときの揺動軸Ｊまわりの回転モーメントが第２可動部１２２のそれよりも大きい。そのため、慣性センサー１０に加速度Ａｚが作用すると、可動体１２が揺動軸Ｊまわりに梁１３を捩り変形させつつシーソー揺動する。なお、シーソー揺動とは、第１可動部１２１がＺ軸方向プラス側に変位すると、第２可動部１２２がＺ軸方向マイナス側に変位し、反対に、第１可動部１２１がＺ軸方向マイナス側に変位すると、第２可動部１２２がＺ軸方向プラス側に変位するように揺動することを意味する。

第１検出電極４１は、第１可動部１２１と対向して配置され、第２検出電極４２は、第２可動部１２２と対向して配置されている。慣性センサー１０の駆動時には、配線４５を介してＭＥＭＳ構造体１に駆動電圧が印加され、配線４６、４７を介して第１、第２検出電極４１、４２がチャージアンプに接続される。これにより、第１可動部１２１と第１検出電極４１との間に静電容量Ｃａが形成され、第２可動部１２２と第２検出電極４２との間に静電容量Ｃｂが形成される。慣性センサー１０に加速度Ａｚが加わって、可動体１２がシーソー揺動すると、第１可動部１２１と第１検出電極４１とのギャップおよび第２可動部１２２と第２検出電極４２とのギャップが互いに逆相で変化し、これに応じて静電容量Ｃａ、Ｃｂが互いに逆相で変化する。そのため、これら静電容量Ｃａ、Ｃｂの変化に基づいて、加速度Ａｚを検出することができる。

このように、慣性センサー１０は、ＭＥＭＳ構造体１と、可動体１２と対向している検出電極としての第１、第２検出電極４１、４２と、を有する。これにより、前述したＭＥＭＳ構造体１の周波数調整方法を適用することができるため、所望の検出特性を有する慣性センサー１０が得られる。

このような第６実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第７実施形態＞
図１２は、第７実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。図１３は、図１２中のＢ−Ｂ線断面図である。

図１２および図１３に示す光スキャナー１００は、例えば、レーザー光等の光を反射して走査する機能を有する。光スキャナー１００は、基板６と、基板６の上側に設けられているＭＥＭＳ構造体１と、を有する。

基板６は、上面に開口する凹部６１を有する。また、凹部６１は、Ｚ軸方向からの平面視で、ＭＥＭＳ構造体１が備える可動体１２および梁１３を内包するように形成されている。また、凹部６１の底面には、ＭＥＭＳ構造体１が備える可動体１２と対向するコイル７が設けられている。

ＭＥＭＳ構造体１は、基板６の上面に陽極接合されている枠状の支持部１１と、支持部１１の内側に位置し、支持部１１に対して変位可能な可動体１２と、支持部１１と可動体１２とを接続する梁１３と、を有する。なお、本実施形態では、各調整梁部１４２ｃ、１５２ｃを切断することにより、ＭＥＭＳ構造体１の共振周波数が調整されている。また、可動体１２の上面には、例えば、アルミニウム膜で構成されている光反射部１６が配置されており、可動体１２の下面には永久磁石９が設けられている。このような構成では、コイル７に交番電圧を印加すると、可動体１２が揺動軸Ｊまわりに所定の周期で正・逆交互に揺動し、これにより、光反射部１６で反射されたレーザー光が走査される。

このような第７実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明の周波数調整方法、ＭＥＭＳ構造体および慣性センサーを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、ＭＥＭＳ構造体が適用される機器としては、慣性センサーや光スキャナーに限定されず、例えば、振動子、光スイッチ等であってもよい。

１…ＭＥＭＳ構造体、１０…慣性センサー、１００…光スキャナー、１１…支持部、１２…可動体、１２１…第１可動部、１２２…第２可動部、１３…梁、１４…第１梁部、１４１…基本梁部、１４２、１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ…調整梁部、１５…第２梁部、１５１…基本梁部、１５２、１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ…調整梁部、１６…光反射部、２…基板、２１…凹部、４…電極、４１…第１検出電極、４２…第２検出電極、４５、４６、４７…配線、５…蓋、５１…凹部、５９…接合部材、６…基板、６１…凹部、７…コイル、９…永久磁石、Ａｚ…加速度、Ｃａ、Ｃｂ…静電容量、Ｄ…離間距離、Ｇ…重心、Ｊ…揺動軸、Ｌｘ…仮想直線、Ｏ…中心、Ｐ１、Ｐ２…端部、Ｓ…収納空間、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ２１、Ｗ２２…幅

Claims (9)

1. 支持部と、前記支持部に対して揺動軸まわりに揺動する可動体と、前記支持部と前記可動体とを接続し、前記可動体の平面視で前記揺動軸に直交する方向に並んで配置されている複数の梁部を備える梁と、を有するＭＥＭＳ構造体に対して、
   前記複数の梁部の一部を切断することにより、前記ＭＥＭＳ構造体の共振周波数を調整することを特徴とする周波数調整方法。
2. 前記切断の前では、前記ＭＥＭＳ構造体の共振周波数が目標の周波数よりも高い請求項１に記載の周波数調整方法。
3. 前記複数の梁部には、切断により前記ＭＥＭＳ構造体の共振周波数を調整する複数の調整梁部が含まれ、
   前記複数の調整梁部のうち、前記揺動軸に対して対称な一対の前記調整梁部を切断する請求項２に記載の周波数調整方法。
4. 前記複数の梁部には、前記切断により前記ＭＥＭＳ構造体の共振周波数を調整する複数の調整梁部が含まれ、
   前記複数の調整梁部のうち、前記揺動軸から最も遠位または近位の前記調整梁部を切断する請求項２または３に記載の周波数調整方法。
5. 前記複数の梁部は、前記揺動軸に直交する方向の長さが等しい請求項１ないし４のいずれか１項に記載の周波数調整方法。
6. 隣り合う一対の前記梁部の離間距離は、前記揺動軸から遠ざかるほど小さい請求項１ないし５のいずれか１項に記載の周波数調整方法。
7. 前記複数の梁部には、基本梁部と、前記基本梁部よりも前記揺動軸に直交する方向の長さが短い調整梁部と、が含まれ、
   前記基本梁部を切断せず、前記調整梁部を切断することにより、前記ＭＥＭＳ構造体の共振周波数を調整する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の周波数調整方法。
8. 支持部と、
   前記支持部に対して揺動軸まわりに揺動する可動体と、
   前記支持部と前記可動体とを接続し、前記可動体の平面視で前記揺動軸に直交する方向に並んで配置されている複数の梁部を備える梁と、を有するＭＥＭＳ構造体であって、
   前記複数の梁部は、切断により前記ＭＥＭＳ構造体の共振周波数を調整する調整梁部を含んでいることを特徴とするＭＥＭＳ構造体。
9. 請求項８に記載のＭＥＭＳ構造体と、
   前記可動体と対向している検出電極と、を有することを特徴とする慣性センサー。

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