JP2022140128A - mirror actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ミラーアクチュエータに関する。 The present disclosure relates to mirror actuators.
近年、電磁波を検出した結果から周囲の物体等に関する情報を取得する装置が開発されている。電磁波を走査させる走査装置として、照射部から照射される電磁波を、反射ミラーによって反射させて偏向するものがある。駆動時の平面度を高めるため、裏面を加工して剛性を維持しつつ、軽量化を狙った手段は提案されてきたが、剛性と軽量化の両立が難しかった(例えば特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art In recent years, devices have been developed that acquire information about surrounding objects and the like from the results of detecting electromagnetic waves. 2. Description of the Related Art As a scanning device that scans an electromagnetic wave, there is a device that reflects and deflects an electromagnetic wave emitted from an irradiation unit by a reflecting mirror. In order to increase the flatness during driving, there have been proposals for reducing weight while maintaining rigidity by processing the back surface, but it was difficult to achieve both rigidity and weight reduction (see, for example, Patent Document 1).
走査装置において、反射ミラーを備える可動式のミラーアクチュエータが用いられることがある。ミラーアクチュエータは、例えばMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術で製造された、小型の可動ミラー装置であるMEMSミラーを含む。 In scanning devices, movable mirror actuators with reflective mirrors are sometimes used. Mirror actuators include MEMS mirrors, which are small movable mirror devices manufactured by, for example, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology.
ここで、ミラーアクチュエータの反射ミラーは、平面度を高めて剛性を確保すると、厚くなって重量が増す。一方で、反射ミラーを揺動させる共振周波数を高めるために、反射ミラーの軽量化が求められている。 Here, the reflecting mirror of the mirror actuator becomes thicker and heavier if the rigidity is secured by increasing the flatness. On the other hand, in order to increase the resonance frequency that oscillates the reflecting mirror, it is desired to reduce the weight of the reflecting mirror.
上記に鑑みてなされた本開示の目的は、ミラー部の剛性を確保しながら軽量化が可能なミラーアクチュエータを提供することにある。 An object of the present disclosure made in view of the above is to provide a mirror actuator capable of reducing the weight while ensuring the rigidity of the mirror section.
一実施形態に係るミラーアクチュエータは、
電磁波を反射する第1の面と前記第1の面と反対側の第2の面とを有し、前記第2の面に加工パターンが形成されたミラー部と、
前記ミラー部を揺動可能に保持する保持部と、を備え、
前記加工パターンは、前記ミラー部の部材が存在する部分と存在しない部分とからなり、前記第2の面の中心を含む第1の領域の密度が、前記第1の領域よりも前記ミラー部の周縁部側に位置する第2の領域の密度より大きい。
A mirror actuator according to one embodiment includes:
a mirror portion having a first surface that reflects electromagnetic waves and a second surface opposite to the first surface, the second surface having a processed pattern formed thereon;
a holding part that holds the mirror part so that it can swing,
The processing pattern consists of a portion where the member of the mirror portion exists and a portion where the member does not exist, and the density of the mirror portion in the first region including the center of the second surface is higher than that in the first region. The density is greater than that of the second region located on the peripheral side.
本開示によれば、ミラー部の剛性を確保しながら軽量化が可能なミラーアクチュエータを提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a mirror actuator capable of reducing the weight while ensuring the rigidity of the mirror section.
図1は、一実施形態に係るミラーアクチュエータ1の概略構成を示す平面図である。図2は、図1のミラーアクチュエータ1のA-A線での断面図である。ミラーアクチュエータ1は、電磁波を反射ミラーで反射して偏向するために用いられる、可動の反射ミラーを備えるアクチュエータである。電磁波は、例えば可視光であってよいし、例えば赤外線であってよい。本実施形態において、ミラーアクチュエータ1はMEMSミラーである。
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a
ミラーアクチュエータ1は、一例として、車両に搭載されて安全運転支援を行う電磁波検出装置で用いられる。電磁波検出装置の電磁波照射においてミラーアクチュエータ1が使用される場合に、ミラーアクチュエータ1は、例えばレーザダイオードなどから入力される電磁波を、所定の範囲の空間に対して出力されるように偏向させる。ミラーアクチュエータ1によって偏向された電磁波の少なくとも一部は、所定の対象(人及び物体等)によって反射され得る。対象によって反射された電磁波(反射波)は、電磁波検出装置の受光系によって検出されて、プロセッサによって対象の特定及び対象までの距離の計算が行われる。
As an example, the
特に車載の電磁波検出装置で用いられるような場合に、ミラーアクチュエータ1には、高い共振周波数を有することが求められる。例えばMEMSミラーであるミラーアクチュエータ1は、主走査方向(後述する「第1軸(a1)」を中心に揺動する方向)に共振周波数により駆動される。車両の走行中に低い周波数のノイズが生じることがあるが、共振周波数が低いと、このようなノイズによってミラーアクチュエータ1が誤動作し得る。そのため、共振周波数を高めることによって、ミラーアクチュエータ1の動作の信頼性を高めることができる。また、共振周波数を高めることによって、ミラーアクチュエータ1は反射ミラーを高速に揺動することができる。ここで、共振周波数は、反射ミラーの軽量化によって高めることができる。本実施形態に係るミラーアクチュエータ1は、以下に説明する構成によって、反射ミラーの剛性を確保しながら軽量化し、その結果として、共振周波数を高めることができる。
In particular, the
図1及び図2に示されるように、本実施形態において、ミラーアクチュエータ1は、ミラー部10と、柱状部材41と、保持部40と、駆動部30と、を備える。また、ミラーアクチュエータ1は、リブ部20と、基板50と、パッケージ60と、を備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, in this embodiment, the
ミラー部10は、電磁波を反射する第1の面11と、第1の面11と反対側の第2の面12とを有する。第1の面11は反射ミラーである。第2の面12は、後述する加工パターンに従って削られている。本実施形態において、ミラー部10の形状は円(真円)であるが、これに限定されない。他の例として、ミラー部10の形状は、楕円、正方形又は長方形などであってよい。反射ミラーの直径は、一例として6mmである。ミラー部10の第2の面12が削られていない部分の厚さは、一例として150μmである。ミラー部10の第2の面12が削られた部分の厚さは、一例として50μmである。ミラー部10の第2の面12を削る深さは、特に限定されないが、軽量化の効果を高めるために、削られていない場合の厚さに対して50%以上であることが好ましい。また、ミラー部10の第2の面12を削る深さは、剛性を保つために、削られていない場合の厚さに対して80%以下であることが好ましい。第2の面12は、例えば半導体製造技術のエッチングなどの手法によって加工パターンに従って削られる。例えばDeep RIE(Reactive Ion Etching)などの手法が用いられてよいが、これに限定されない。反射ミラーは、金、アルミニウムなど光反射率が高い金属材料の薄膜であってよい。
The
保持部40は、ミラー部10の中心cにおいて接続されている柱状部材41を介して、ミラー部10を揺動可能に保持する。本実施形態において、柱状部材41は、ミラー部10の平面(反射ミラーに平行な面)に対して垂直であるように接続される。ミラー部10と柱状部材41とは、接着されてよいし、一体的に形成されてよい。また、柱状部材41と保持部40とは、接着されてよいし、一体的に形成されてよい。反射ミラーを除くミラー部10、柱状部材41及び保持部40の材料は、例えばシリコンなどであってよい。ミラー部10、柱状部材41及び保持部40の材料は、異なる材料であってよく、複数の材料で形成されていてよい。保持部40は、基板50の上に設けられる。基板50は、絶縁性であって、例えば酸化シリコンなどを材料とするシリコン基板であってよい。
The
ここで、図3はミラーアクチュエータ1のミラー部10及び保持部40などの分解拡大図である。本実施形態において、保持部40は、柱状部材41を介してミラー部10を保持する第1保持部42と、第1保持部42をトーションバー43を介して保持する第2保持部44と、を備える。柱状部材41の保持部40側の先端部は、第1保持部42に接続される。図3に示すように、ミラー部10の第2の面12において、柱状部材41と接続される部分を、第2の面12の接続領域13と称することがある。
Here, FIG. 3 is an exploded enlarged view of the
ミラー部10は、第1保持部42を中心に、第1軸(a1)及び第2軸(a2)のそれぞれを回転軸として揺動する。第1軸(a1)を回転軸とする揺動方向は、ミラー部10が共振周波数により駆動される主走査方向に対応する。第1軸(a1)と直交する第2軸(a2)を回転軸とする揺動方向は、ミラー部10が共振周波数より低い周波数で駆動される副走査方向に対応する。このように、本実施形態に係るミラーアクチュエータ1は、ミラー部10を2次元方向に駆動するが、1次元(主走査方向)だけに駆動するものであってよい。
The
駆動部30は、共振周波数で駆動電圧を変化させることによって、ミラー部10を第1軸(a1)を中心に揺動させる。また、本実施形態において、駆動部30は、共振周波数より低い周波数で駆動電圧を変化させることによって、ミラー部10を第2軸(a2)を中心に揺動させる。駆動部30は、例えば噛み合うように配置される電極を備えている。電極には駆動電圧が印加される。駆動部30は、電極間の電位差に応じた静電気力を発生させることにより、ミラー部10を揺動させる。ここで、駆動部30は、静電気力によってミラー部10を揺動させるものに限定されない。別の例として、駆動部30は、磁石を配置して、ローレンツ力によってミラー部10を揺動させるものであってよい。駆動部30は、基板50の上に設けられる。
The
リブ部20は、基板50の上に設けられ、基板50に強度を与える。図2に示すように、本実施形態において、基板50は端部だけでパッケージ60に接触するように実装される。そのため、基板50に剛性を与えて変形を防止するために、リブ部20が設けられている。基板50とリブ部20とは公知の半導体材料で接着されてよい。リブ部20の材料は、例えばシリコンであるが、これに限定されない。ここで、パッケージ60は、反射ミラーが反射する電磁波を透過する材料(一例としてガラス)の封止部材によって封止されてよいし、図2の例のように開口を備える構成であってよい。
The
上記のように、軽量化のために、ミラー部10の第2の面12は、加工パターンに従って削られる。加工パターンは、ミラー部10の中心cを含む第1の領域r1の密度が、ミラー部10の中心cを含まない第2の領域r2の密度より大きいように、ミラー部10を削るものであればよい。第2の領域r2は、第1の領域r1よりもミラー部10の周縁部側に位置する領域である。第1の領域r1と第2の領域r2は、ミラー部10の中心cを中心とする同心円の領域であってよい。第2の領域r2よりも更にパターンの密度が低い第3の領域r3があってよい。ミラー部10の中心cからミラー部10の周縁部側へ向かってのパターンの密度の変化は、なだらかに変化するものであってよい。ここで、密度は、単位体積当たりのミラー部10を形成する部材の量で示される。第1の領域r1における加工パターンを形成する部材は、第2の領域r2における加工パターンを形成する部材よりも、第2の面12の面方向、又は厚み方向に厚く形成されてよい。
As described above, the
加工パターンは、例えば図4に示すように、ハニカム構造を有してよい。ハニカム構造は、正六角形を隙間なく並べた構造であって、強度と軽量性を兼ね備える構造である。ここで、図4及び後述する図5から図13において、加工パターンの色が付された部分が、第2の面12での削る部分に対応する。換言すると、加工パターンの白色で示される部分は、加工パターンの色が付された部分よりもミラー部10の部材が残る部分である。すなわち、加工パターンは、ミラー部10の部材が存在する部分と、存在しない部分とで形成される。例えば、加工パターンがハニカム構造を有する場合、ミラー部10の部材がハニカム構造の壁を形成する。当該壁は、ミラー部10の部材が存在しない部分を囲うように形成される。図4の加工パターンは、白色部分がやや多い中心cの近くのハニカム構造のパターンと、その他の部分のハニカム構造のパターンと、を組み合わせている。図4に示すように、中心cを含む第1の領域r1と、中心cを含まない第2の領域r2とを比較すると、第1の領域r1の方が白い部分を多く含む。つまり、図4の加工パターンに従って第2の面12が削られたミラー部10は、第1の領域r1の密度が、第2の領域r2の密度より大きい。このことによって、中心cからある程度離れた部分を削って軽量化するとともに、中心cに近い部分ではやや削る量を少なくしてミラー部10の形状及び剛性を保つことができる。ミラー部10を柱状部材41を介して第1保持部42に取り付ける際には、ハニカム構造を形成する対向する2つの壁が第2軸(a2)と平行になってよい。ハニカム構造を構成する六角形は正六角形でなく、例えば第2軸(a2)と平行な辺が他の辺よりも長い、長細い形状の六角形であってよい。
The textured pattern may have a honeycomb structure, for example, as shown in FIG. A honeycomb structure is a structure in which regular hexagons are arranged without gaps, and is a structure that combines strength and lightness. Here, in FIG. 4 and FIGS. 5 to 13 described later, the colored portions of the machining pattern correspond to the portions to be cut on the
また、図4に示すように、加工パターンは、第2の面12の縁部を削らないものであってよい。縁部とは、第2の面12の外縁部であって、図4の例では円周部分である。加工パターンが第2の面12の縁部を削らないものである場合に、ミラー部10はさらに剛性を確保することができる。第2の面12の縁部に沿って、第2の領域r2を囲む壁状の部材が形成されてよい。第2の領域r2を囲う壁状の部材は、第2の領域r2に形成されるパターンを構成する部材よりも厚く形成されてよい。縁部はミラー部10が大きく揺動した場合に、基板50に衝突し破損する可能性があるが、縁部を厚く形成することで剛性を得ることができる。第2の領域r2を囲う壁状の部材は、ミラー部10の部材で形成されてよい。
Moreover, as shown in FIG. 4, the processing pattern may be such that the edge of the
また、図4に示すように、加工パターンは、対称性を有するものであってよい。対称性は、特定の対称性に限定されず、例えば並進対称性、回転対称性及び鏡像対称性を含む。加工パターンが対称性を有するものである場合に、ミラー部10は加工(エッチング)が容易になる。
Also, as shown in FIG. 4, the processing pattern may have symmetry. Symmetry is not limited to any particular symmetry and includes, for example, translational symmetry, rotational symmetry and mirror image symmetry. If the processing pattern has symmetry, the
加工パターンは、例えば図5、図6及び図7に示すような、中心cから縁部に向かって密度が徐々に減少するものであってよい。また、図5、図6及び図7の加工パターンは、第2の面12の柱状部材41との接続領域13を削らない。すなわち、接続領域13がミラー部10の部材により形成され、接続領域13はミラー部10の部材が無い領域が無い。また、接続領域13は、第2の面12に形成された加工パターンの密度が最も高い領域であってよい。加工パターンが接続領域13を削らないものである場合に、接続領域13の強度が保たれるため、ミラー部10はさらに剛性を確保することができる。接続領域13は柱状部材41が接続される面積よりも大きくてよい。また、図5、図6及び図7の加工パターンは、第2の面12の縁部を削らないものであり、さらにミラー部10の剛性を確保することができる。また、図5、図6及び図7の加工パターンは、対称性を有し、ミラー部10の加工が容易になる。
The working pattern may have a gradual decrease in density from the center c to the edges, as shown in FIGS. 5, 6 and 7, for example. 5, 6, and 7 do not cut the
加工パターンは、例えば図8に示すような、中心cから縁部に向かって密度が徐々に減少する、らせん状のパターンであってよい。また、図8の加工パターンは、第2の面12の縁部を削らないものであり、さらにミラー部10の剛性を確保することができる。
The processing pattern may be, for example, a spiral pattern in which the density gradually decreases from the center c toward the edges, as shown in FIG. Moreover, the processing pattern of FIG. 8 does not grind the edge of the
加工パターンは、例えば図9に示すような、第1の直線部と、第1の直線部と交差する第2の直線部と、を有し、第1の直線部及び第2の直線部において第2の面12を削らないものであってよい。第1の直線部と第2の直線部は、ミラー部10の部材により壁状に形成されてよい。第1の直線部と第2の直線部とがなすパターンは、第1軸(a1)又は第2軸(a2)と平行な軸を中心に対称となるように形成されてよい。ここで、第1の直線部と第2の直線部とは、図9のように直交してよいし、90°でない角度をもって交差してよい。例えば、ミラー部10を柱状部材41を介して第1保持部42に取り付けた場合に、第1の直線部と第2の直線部とがなす角のうち、第2軸(a2)の方向へ開く角が、第1軸(a1)の方向へ開く角よりも大きくなるようにしてよい。図9の加工パターンは、接続領域13を削らず、第2の面12の縁部を削らないものであり、さらにミラー部10の剛性を確保することができる。また、図9の加工パターンは、対称性を有し、ミラー部10の加工が容易になる。
The machining pattern has, for example, a first straight line portion and a second straight line portion that intersects with the first straight line portion, as shown in FIG. The
加工パターンは、例えば図10、図11、図12及び図13に示すような、中心cを含む一部の領域を除いて、第2の面12を削るパターンであってよい。図10、図11、図12及び図13の加工パターンは、ミラー部10の軽量化の効果を高めることができる。ここで、図10、図11、図12及び図13の加工パターンにおいて、中心cを含まない第2の領域r2(図4参照)は、第2の面12を削る部分(色が付された部分)に設定される。
The processing pattern may be a pattern for cutting the
中心cを含む一部の領域は、例えば円(真円)、ひし形、正方形、楕円であるが、これらに限定されない。中心cを含む一部の領域が正方形の場合、ミラー部10を柱状部材41を介して第1保持部42に取り付けた場合に、第1軸(a1)と第2軸(a2)が正方形の頂点と交わるように配置されてよい。中心cを含む一部の領域がひし形の場合、ミラー部10を柱状部材41を介して第1保持部42に取り付けた場合に、第1軸(a1)が、ひし形の長い対角線と平行となるように配置されてよい。中心cを含む一部の領域が楕円の場合、ミラー部10を柱状部材41を介して第1保持部42に取り付けた場合に、第1軸(a1)が、楕円の長径と平行となるように配置されてよい。また、図10、図11、図12及び図13の加工パターンでは、中心cを含む一部の領域は第2の面12を削らないが(白色で示されるが)、この領域が図4から図9の加工パターン(例えばハニカム構造)であってよい。この場合、中心cを含む一部の領域において、図4から図9で示すように、密度の異なる第1の領域r1と第2の領域r2が形成されてよい。図10、図11、図12及び図13の加工パターンは、接続領域13を削らないものであり、さらにミラー部10の剛性を確保することができる。また、図10、図11、図12及び図13の加工パターンは、対称性を有し、ミラー部10の加工が容易になる。
The partial area including the center c is, for example, a circle (perfect circle), a rhombus, a square, or an ellipse, but is not limited to these. When the partial area including the center c is square, when the
ここで、保持部40は、図4から図13の加工パターンに従って削られた第2の面12を有するミラー部10を保持する場合に、基本的に、向きを限定する必要がない(向きを任意に定めてよい)。ただし、図9の加工パターンについて、保持部40は、ミラー部10の第1の直線部及び第2の直線部に対応する部分が、第1軸(a1)の方向に重ならないように、ミラー部10を保持することが好ましい。第1の直線部及び第2の直線部に対応した削られない部分が、揺動方向に対して斜めに存在することによって、耐震構造における筋交いのように作用して、さらにミラー部10の剛性を確保することができるためである。
Here, when the holding
以上のように、本実施形態に係るミラーアクチュエータ1は、上記の構成によってミラー部10の剛性を確保しながら軽量化が可能である。そのため、本実施形態に係るミラーアクチュエータ1は、共振周波数を高めることができ、例えば車載装置などに搭載されて、高い動作の信頼性と、高速な反射ミラーの揺動を実現できる。
As described above, the
本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。 Although the present disclosure has been described with reference to figures and examples, it should be noted that various variations and modifications will be readily apparent to those skilled in the art based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included within the scope of this disclosure.
例えば、上記の図4から図13の加工パターンは、代表的なものの例示であって、これらに限定されない。例えば図4では正六角形を並べているが、正三角形又は正方形などの別の形状を並べた加工パターンが用いられてよい。また、第1の領域r1の密度が第2の領域r2の密度より大きいことが満たされる限り、図4から図13のうちの1つの加工パターンの一部を他の加工パターンの一部と組み合わせてよい。 For example, the processing patterns shown in FIGS. 4 to 13 are representative examples, and the invention is not limited to these. For example, although regular hexagons are arranged in FIG. 4, a machining pattern in which other shapes such as equilateral triangles or squares are arranged may be used. Also, as long as the density of the first region r1 is higher than the density of the second region r2, a part of one processing pattern in FIGS. 4 to 13 is combined with a part of another processing pattern. you can
1 ミラーアクチュエータ
10 ミラー部
11 第1の面
12 第2の面
13 接続領域
20 リブ部
30 駆動部
40 保持部
41 柱状部材
42 第1保持部
43 トーションバー
44 第2保持部
50 基板
60 パッケージ
Claims (9)
前記ミラー部を揺動可能に保持する保持部と、を備え、
前記加工パターンは、前記ミラー部の部材が存在する部分と存在しない部分とからなり、前記第2の面の中心を含む第1の領域の密度が、前記第1の領域よりも前記ミラー部の周縁部側に位置する第2の領域の密度より大きい、ミラーアクチュエータ。 a mirror portion having a first surface that reflects electromagnetic waves and a second surface opposite to the first surface, the second surface having a processed pattern formed thereon;
a holding part that holds the mirror part so that it can swing,
The processing pattern consists of a portion where the member of the mirror portion exists and a portion where the member does not exist, and the density of the mirror portion in the first region including the center of the second surface is higher than that in the first region. A mirror actuator having a density greater than that of the second region located on the peripheral side.
前記第2の面の前記柱状部材との接続領域は、前記加工パターンの密度が最も高い、請求項1に記載のミラーアクチュエータ。 A columnar member that connects the first region and the holding portion,
2. The mirror actuator according to claim 1, wherein a connection region of said second surface with said columnar member has the highest density of said processed pattern.
前記保持部は、前記ミラー部の前記第1の直線部及び前記第2の直線部に対応する部分が、前記第1軸の方向に重ならないように、前記ミラー部を保持する、請求項3に記載のミラーアクチュエータ。 a drive unit that swings the mirror unit about a first axis by changing a drive voltage at a resonance frequency;
4. The holding portion holds the mirror portion so that portions of the mirror portion corresponding to the first straight portion and the second straight portion do not overlap in the direction of the first axis. the mirror actuator described in .
前記第1軸を中心に揺動させる共振周波数が、前記第2軸を中心に揺動させる共振周波数よりも高く、
前記ミラー部は、前記第1の直線部と前記第2の直線部とがなす角のうち、前記第2軸の方向へ開く角が、前記第1軸の方向へ開く角よりも大きくなるよう、前記柱状部材を介して前記保持部に接続されている、請求項4に記載のミラーアクチュエータ。 The drive section also swings the mirror section in a direction of a second axis orthogonal to the first axis,
a resonance frequency for oscillation about the first axis is higher than a resonance frequency for oscillation about the second axis;
The mirror section is configured such that, of the angles formed by the first straight line portion and the second straight line portion, the angle that opens in the direction of the second axis is larger than the angle that opens in the direction of the first axis. 5. The mirror actuator according to claim 4, which is connected to said holding portion via said columnar member.
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