WO2011061833A1 - 駆動装置 - Google Patents

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WO2011061833A1
WO2011061833A1 PCT/JP2009/069638 JP2009069638W WO2011061833A1 WO 2011061833 A1 WO2011061833 A1 WO 2011061833A1 JP 2009069638 W JP2009069638 W JP 2009069638W WO 2011061833 A1 WO2011061833 A1 WO 2011061833A1
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axis
base
central axis
unit
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PCT/JP2009/069638
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純 鈴木
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パイオニア株式会社
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    • B81B2203/00Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/05Type of movement
    • B81B2203/058Rotation out of a plane parallel to the substrate

Definitions

  • the present invention relates to a technical field of a driving device such as a MEMS scanner that rotates a driven object such as a mirror.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • a display field in which light incident from a light source is scanned with respect to a predetermined screen region to embody an image, or light reflected by scanning light with respect to a predetermined screen region.
  • a micro-structured mirror driving device optical scanner or MEMS scanner
  • a mirror driving device includes a fixed main body serving as a base, a mirror rotatable around a predetermined central axis, and a torsion bar (twisting member) that connects or joins the main body and the mirror.
  • the structure provided is known (refer patent document 1).
  • a configuration in which a mirror is driven using a coil and a magnet is generally used.
  • a configuration in which a coil is directly attached to a mirror can be given as an example.
  • a force in the rotational direction is applied to the mirror by the interaction between the magnetic field generated by passing a current through the coil and the magnetic field of the magnet, and as a result, the mirror is rotated.
  • Patent Document 1 described above a configuration is adopted in which the coil and the magnet are arranged so as to cause distortion in the torsion bar in the twist direction (in other words, the rotation axis direction of the mirror).
  • the torsion bar is distorted in the twisting direction due to the interaction between the magnetic field generated by passing a current through the coil and the magnetic field of the magnet, and the distortion in the twisting direction of the torsion bar rotates the mirror.
  • the present invention is, for example, a force other than a force that directly causes mirror rotation or a force that directly causes distortion in the torsional direction of the torsion bar (that is, in the rotation direction of the mirror). It is an object of the present invention to provide a driving device (that is, a MEMS scanner) that can drive a mirror (or a rotating driven object) by the action of a force other than the acting force.
  • a driving device that is, a MEMS scanner
  • a driving device connects a base portion, a rotatable driven portion, the base portion and the driven portion, and the driven portion is an axis along one direction. And an elastic part having elasticity such that the driven part rotates about the axis along the one direction as a central axis at a resonance frequency determined by the driven part and the elastic part. And an application unit for applying a fine vibration for rotating the driven unit to the base unit.
  • the drive device connects a base portion, a rotatable driven portion, the base portion and the driven portion, and the driven portion has an axis along one direction as a central axis.
  • an application unit that applies micro vibrations for rotating the drive unit to the base unit.
  • an elastic portion for example, a torsion bar or the like described later
  • the base portion serving as a base and a driven portion for example, a mirror or the like described later
  • the driven part is driven to rotate about the axis along one direction as the central axis by the elasticity of the elastic part (for example, the elasticity that the driven part can be rotated about the axis along one direction as the central axis) Is done.
  • the fine vibration that the driven unit rotates while resonating around the axis along one direction at the resonance frequency determined by the driven unit and the elastic unit by the operation of the applying unit. Is added.
  • the application unit according to the present embodiment applies micro vibrations to the base unit so that the micro vibrations propagate through the structure called the base unit. That is, the application unit according to the present embodiment, instead of applying a force that directly twists the base unit itself, the fine vibration propagating in the structure is subjected to excitation energy for rotating the driven unit (in other words, Wave energy).
  • the application unit generates micro vibrations that propagate in the structure as energy (in other words, energy that expresses the force without changing the force of “vibration” into vibration). Is added as wave energy to rotate Such fine vibration (in other words, wave energy propagating in the structure) becomes a force having no directionality at least in the stage of propagation in the structure.
  • the wave energy propagating in the base portion as a minute vibration propagates in the base portion in an arbitrary direction.
  • this micro vibration is transmitted as wave energy from, for example, a structure such as a base portion to the elastic portion (further, from the base portion to the driven portion via the elastic portion).
  • micro vibrations in other words, wave energy
  • the elastic part causes the elastic part to vibrate in a direction corresponding to the elasticity of the elastic part itself, or to be applied in a direction corresponding to the elasticity of the elastic part.
  • Rotate the drive In other words, this wave energy can be taken out as vibrations in all directions without limiting the direction of micro vibrations. That is, the wave energy propagated in the base portion can be extracted outside in the form of vibration (more specifically, resonance), and as a result, the driven portion can be rotated.
  • the wave energy can be extracted to the outside as sound, but the sound generated in this case has a different sound generation principle compared to the sound obtained by so-called piston motion.
  • the driven part is rotationally driven by applying a so-called directional force (for example, the base part itself is largely twisted in the rotational direction of the driven part, and the twist is applied to the elastic part or the driven part.
  • a so-called directional force for example, the base part itself is largely twisted in the rotational direction of the driven part, and the twist is applied to the elastic part or the driven part.
  • Force to rotate the driven part about the axis along one direction as a central axis that is, a structure such as a base part
  • the arrangement position of the application unit must be appropriately set so that a force having such directionality can be applied. That is, when a force having directionality is applied, the arrangement position of the application unit is limited depending on the direction in which the force is applied.
  • the arrangement position of the application unit is not limited.
  • the arrangement position of the application unit is not limited depending on the direction of rotation of the driven unit.
  • the slight vibration (that is, non-directional force) applied from the application unit uses the elasticity of the elastic unit to drive the driven unit.
  • An axis along one direction can be rotated as a central axis. Thereby, the freedom degree of design of a drive device can be increased relatively.
  • the micro vibration is non-directional micro vibration or anisotropic micro vibration as non-directional vibration energy.
  • the wave energy propagating in the base portion as non-directional fine vibration or anisotropic fine vibration can be propagated in the base portion in an arbitrary direction.
  • the wave energy can be extracted as vibrations in all directions without limiting the direction of the fine vibration. That is, the wave energy propagated in the base portion can be extracted outside in the form of vibration (more specifically, resonance), and as a result, the driven portion can be rotated.
  • the application unit applies the minute vibration generated by a force acting in a direction different from the rotation direction with the axis along the one direction as a central axis.
  • the application unit when applying the fine vibration, the application unit first acts in a direction different from the rotation direction having the axis along one direction as the central axis (that is, the rotation direction of the driven unit). Generate the power to do.
  • this force is applied to the base portion as a minute vibration (in other words, wave energy).
  • a minute vibration in other words, a minute vibration or wave energy generated by converting the force
  • a force acting in a direction different from the rotation direction having an axis along one direction as a central axis . Therefore, the various effects described above can be suitably enjoyed.
  • the application unit applies the fine vibration generated by a force acting in a direction along the surface of the driven unit when stationary.
  • the application unit when applying the fine vibration, the application unit first acts in a direction along the surface of the driven unit at rest (in other words, at the initial placement) (that is, in-plane direction). Generate the power to do.
  • this force is applied to the base portion as a minute vibration (in other words, wave energy). That is, it is possible to apply a minute vibration (in other words, a minute vibration or wave energy generated by converting the force) caused by a force acting in a direction along the surface of the driven part at rest. Therefore, the various effects described above can be suitably enjoyed.
  • the elastic portion has elasticity such that the driven portion rotates about an axis along another direction different from the one direction as a central axis.
  • the application unit rotates the driven unit so that the driven unit rotates at a resonance frequency determined by the driven unit and the elastic unit while resonating with the axis along the one direction as a central axis. Therefore, the driven part is rotated so that the driven part resonates with the axis along the other direction as a central axis at a resonance frequency determined by the suspended part including the driven part and the elastic part.
  • the fine vibration for rotating the part is applied to the base part.
  • the driven part is elastic of the elastic part (for example, the elasticity that the driven part can be rotated about the axis along one direction as the central axis, and the driven part in the other direction.
  • the elasticity of being able to rotate around the axis along the center axis is driven to rotate about the axis along one direction as the center axis and about the axis along the other direction as the center axis. That is, the drive device according to this aspect can perform the biaxial rotation drive of the driven part.
  • multi-axis rotational drive of two or more axes may be performed.
  • a suspended portion including a driven portion (more specifically, a suspended portion made of a structure that suspends the driven portion, and a driven portion that will be described in detail later, by the operation of the applying portion.
  • a suspended portion made of a structure composed of a second base portion and a second elastic portion) and an elastic portion (more specifically, a first elastic portion that suspends the second base portion described in detail later).
  • a slight vibration is applied such that the driven part (in other words, the suspended part including the driven part) rotates at the resonance frequency while resonating with the axis along the other direction as the central axis.
  • a suspended portion including a driven portion (more specifically, a suspended portion made of a structure that suspends the driven portion, driven by the operation of the applying portion, which will be described in detail later.
  • a suspended portion including a driven portion (more specifically, a suspended portion made of a structure that suspends the driven portion, driven by the operation of the applying portion, which will be described in detail later.
  • Slight vibration such that the driven part (in other words, the suspended part including the driven part) rotates while resonating around the axis along the other direction at the resonance frequency determined by the torsion spring constant of one elastic part) Is added.
  • this slight vibration causes the driven part to move in one direction at a resonance frequency determined by the driven part and the elastic part (more specifically, a second elastic part that suspends the driven part, which will be described in detail later). Rotate while resonating around the axis along the axis. More specifically, this slight vibration is caused by the moment of inertia around the axis along one direction of the driven part and the torsion spring constant of the elastic part (more specifically, the second elastic part described in detail later). The driven part is rotated while resonating with the axis along one direction as the central axis at a fixed resonance frequency. That is, in this aspect, a minute vibration for performing the biaxial rotation drive of the driven part is applied from the same application part (in other words, a single application part).
  • a force having a directionality that rotates the driven part around the axis along one direction that is, the base part
  • the drive device usually includes two or more application parts (that is, two or more drive sources). Must be.
  • the driven part is biaxially rotated by applying a directional force, only one force acting in one direction can be applied from one application part.
  • the driving device must include the above-described application unit (that is, two or more driving sources).
  • the driven part can be driven to rotate biaxially by applying a non-directional force due to micro vibration.
  • a non-directional force due to the micro vibration is applied, the micro vibration applied from one application unit is caused by the elasticity of the elastic unit (that is, the axis of the driven unit along one direction).
  • rotating the driven part about the axis along one direction as the central axis using the elasticity of rotating the driven part as the central axis and the elasticity of rotating the driven part around the axis along the other direction as a central axis.
  • the driven part can be rotated about the axis along the other direction as the central axis.
  • the base portion includes a first base portion and a second base portion that is at least partially surrounded by the first base
  • the elastic portion includes (i) (Ii) a first elastic portion having elasticity that connects the first base portion and the second base portion and rotates the second base portion around an axis along the other direction as a central axis;
  • a second elastic part that connects the second base part and the driven part and has elasticity such that the driven part is rotated about an axis along the one direction as a central axis;
  • Rotates the second base portion so that the second base portion rotates at a resonance frequency determined by the second base portion and the first elastic portion while resonating with the axis along the other direction as a central axis.
  • the driven part and And the minute vibration for rotating the driven portion so that the driven portion rotates while resonating with the axis along the one direction as a central axis at a resonance frequency determined by the second elastic portion.
  • the driven part is elastic of the elastic part (for example, the elasticity that the driven part can be rotated about the axis along one direction as the central axis, and the driven part in the other direction.
  • the elasticity of being able to rotate around the axis along the center axis is driven to rotate about the axis along one direction as the center axis and about the axis along the other direction as the center axis.
  • the second base portion is rotated about the axis along the other direction as a central axis by utilizing the elasticity of the first elastic portion, and the driven portion is utilized by utilizing the elasticity of the second elastic portion.
  • An axis along one direction can be rotated as a central axis.
  • the driven portion since the driven portion is connected to the second base portion via the second elastic portion, the second base portion rotates about the axis along the other direction as a central axis, and as a result, the driven portion The drive unit also rotates about the axis along the other direction as the central axis. That is, the drive device according to this aspect can perform the biaxial rotation drive of the driven part. However, it goes without saying that multi-axis rotational drive of two or more axes may be performed.
  • the second base portion (in other words, the driven portion supported by the second base portion) at a resonance frequency determined by the suspended portion including the second base portion and the first elastic portion by the operation of the application portion.
  • a micro-vibration is applied that rotates while resonating with an axis along the other direction as a central axis.
  • the suspended portion including the second base portion (more specifically, the suspended portion including the second base portion that suspends the driven portion by the operation of the application unit.
  • a minute vibration is applied such that the second base portion (in other words, the driven portion supported by the second base portion) rotates at a frequency while resonating with an axis along another direction as a central axis.
  • this micro vibration rotates the driven part while resonating with the axis along one direction as the central axis at a resonance frequency determined by the driven part and the second elastic part.
  • this micro vibration causes the driven part to move in one direction at a resonance frequency determined by the moment of inertia about the axis along one direction of the driven part and the torsion spring constant of the second elastic part. Rotate while resonating around the axis along the axis. That is, in this aspect, a minute vibration for performing the biaxial rotation drive of the driven part is applied from the same application part (in other words, a single application part).
  • a force having a directionality that rotates the driven part around the axis along one direction that is, the base part
  • the drive device usually includes two or more application parts (that is, two or more drive sources). Must be.
  • the driven part is biaxially rotated by applying a directional force, only one force acting in one direction can be applied from one application part.
  • the driving device must include the above-described application unit (that is, two or more driving sources).
  • the driven part can be driven to rotate biaxially by applying a non-directional force due to micro vibration.
  • the fine vibration applied from one application unit causes the elasticity of the first and second elastic portions (that is, the driven portion is controlled by one).
  • a to-be-driven part can be rotated centering on the axis
  • the suspended portion including the second base portion is described as an example of a suspended portion made of a structure including a driven portion, a second base portion, and a second elastic portion.
  • these other structures also form the suspended portion. It will be.
  • the application unit rotates at a resonance frequency determined by the second base portion and the first elastic portion while the second base portion resonates with an axis along the other direction as a central axis.
  • the fine vibration for rotating the second base portion, and the driven portion resonates with an axis along the one direction as a central axis at a resonance frequency determined by the driven portion and the second elastic portion.
  • the fine vibration for rotating the driven part so as to rotate may be applied to the first base part.
  • the biaxial rotation drive of the driven part can be suitably performed by applying a slight vibration to the first base part.
  • the driven portion is divided into a plurality of driven portions
  • the elastic portion is (i) a first group of the plurality of driven portions.
  • the driven part and the base part are connected, and the first group of driven parts are rotated about an axis along at least one of the one direction and another direction different from the one direction as a central axis.
  • a second group of driven parts different from the first group of driven parts and the base part among the plurality of driven parts, and the base part.
  • the first group driven parts are rotated so that the driven parts of the first group rotate while resonating with an axis along at least one of the one direction and the other direction as a central axis.
  • An axis along which at least one of the one direction and the other direction of the second group is at a resonance frequency determined by the second group of the driven part and the fourth elastic part.
  • the fine vibration is applied to rotate the driven portion of the second group so as to rotate while resonating about the center axis.
  • the driven part is divided into a first group of driven parts that rotate while resonating at one resonance frequency and a second group of driven parts that rotate while resonating at another resonance frequency. be able to.
  • the micro vibration causes the first group driven parts to move in one direction using the elasticity of the first elastic portion.
  • the axis along at least one of the other directions is rotated as the central axis, and the second group driven parts are moved along at least one of the one direction and the other direction by utilizing the elasticity of the second elastic portion.
  • the axis can be rotated around the center axis.
  • the driven part is divided into a plurality of driven parts that rotate while resonating at different resonance frequencies with axes along different directions as the central axis, a single application part is used.
  • Each of the plurality of driven parts can be suitably rotated.
  • the application unit is a single application unit.
  • the elastic portion has elasticity such that the driven object is rotated about an axis along another direction different from the one direction as a central axis. (I) the driven part so that the driven part rotates at a resonance frequency determined by the driven part and the elastic part while resonating with the axis along the one direction as a central axis. And (ii) a driving force for rotating the driven part so that the driven part rotates about the axis along the other direction as a central axis.
  • the driven portion (more specifically, a structure that suspends the driven portion using the elasticity of the elastic portion (more specifically, the first elastic portion described later),
  • the driven part and the structure composed of the second base part and the second elastic part, which will be described in detail later, are rotated about the axis along the other direction as the central axis, and the elastic part (more specifically, described later).
  • the driven part can be rotated about the axis along one direction as the central axis by utilizing the elasticity of the second elastic part). For this reason, as will be described in detail later with reference to the drawings, it is possible to suitably perform the biaxial rotation drive of the driven part.
  • the driven part resonates along one direction and the other direction when the driven part rotates, whereas the driven part moves.
  • the driven part resonates along one direction, but the driven part does not need to resonate along the other direction.
  • the application unit uses the non-directional force described above as the force for rotating the driven unit about the axis along one direction as the central axis, while the driven unit is moved in the other direction. It is not necessary to use the non-directional force described above as a force for rotating the axis along the axis.
  • the application unit uses the non-directional force described above as a force for rotating the driven unit about the axis along one direction as the central axis, while the driven unit is moved along the other direction. Even if the directional force described above (that is, a force that directly acts in the direction of rotating the driven part about the axis along the other direction as the central axis) is used as the force for rotating the selected axis as the central axis. Good. Even if comprised in this way, the biaxial rotation drive of a to-be-driven part can be performed suitably.
  • the applying unit may use the above-described non-directional force in addition to the above-described directional force as the force for rotating the driven unit about the axis along the other direction as the central axis. . That is, the driven part may be rotated about the axis along the other direction as a central axis by using a force that is a combination of a directional force and a non-directional force.
  • the base portion includes a first base portion and a second base portion surrounded by the first base
  • the elastic portion includes (i) the first base.
  • the second base having elasticity that connects the second base portion and the second base portion and rotates the second base portion about the axis along the other direction as a central axis;
  • a second elastic part having elasticity that connects the driven part and the driven part and rotates the driven part around an axis along the one direction as a central axis.
  • Rotating the driven part so that the driven part rotates while resonating with an axis along the one direction as a central axis at a resonance frequency determined by the driven part and the second elastic part.
  • the fine vibration, and (ii) the second base portion has an axis along the other direction. Add each of the driving force for rotating said second base unit for rotation mandrel.
  • the second base portion is rotated about the axis along the other direction as a central axis by utilizing the elasticity of the first elastic portion, and the driven portion is utilized by utilizing the elasticity of the second elastic portion.
  • An axis along one direction can be rotated as a central axis.
  • the driven portion since the driven portion is connected to the second base portion via the second elastic portion, the second base portion rotates about the axis along the other direction as a central axis, and as a result, the driven portion
  • the drive unit also rotates about the axis along the other direction as the central axis. For this reason, as will be described in detail later with reference to the drawings, it is possible to suitably perform the biaxial rotation drive of the driven part.
  • the driven part resonates along one direction and the other direction when the driven part rotates, whereas the driven part moves.
  • the driven part resonates along one direction, but the driven part does not need to resonate along the other direction.
  • the application unit uses the non-directional force described above as the force for rotating the driven unit about the axis along one direction as the central axis, while the driven unit is moved in the other direction. It is not necessary to use the non-directional force described above as a force for rotating the axis along the axis.
  • the application unit uses the non-directional force described above as a force for rotating the driven unit about the axis along one direction as the central axis, while the driven unit is moved along the other direction. Even if the directional force described above (that is, a force that directly acts in the direction of rotating the driven part about the axis along the other direction as the central axis) is used as the force for rotating the selected axis as the central axis. Good. Even if comprised in this way, the biaxial rotation drive of a to-be-driven part can be performed suitably.
  • the application unit rotates (i) while the driven unit resonates about the axis along the one direction as a central axis at a resonance frequency determined by the driven unit and the second bullet unit. And (ii) rotating the second base portion so that the second base portion rotates about an axis along the other direction as a central axis.
  • the biaxial rotation drive of the driven part can be suitably performed by applying the fine vibration and the driving force to the second base part.
  • the base device, the driven portion, the elastic portion, and the applying portion are provided. Therefore, the driven part can be rotated using a force other than a directional force.
  • FIG. 1 is a plan view conceptually showing the basic structure of the MEMS scanner 100 according to the first embodiment.
  • the MEMS scanner 100 includes a base 110 that constitutes a specific example of the “base portion” described above, and a torsion bar that configures a specific example of the “elastic portion” described above. 120a and 120b, a mirror 130 that constitutes a specific example of the “driven part” described above, and a drive source part 140 that constitutes a specific example of the “applying part” described above.
  • the base 110 has a frame shape with a gap inside. That is, the first base 110 has two sides extending in the Y-axis direction in FIG. 1 and two sides extending in the X-axis direction (that is, the axial direction perpendicular to the Y-axis) in FIG. And a frame shape having a gap surrounded by two sides extending in the Y-axis direction and two sides extending in the X-axis direction.
  • the base 110 has a square shape, but is not limited thereto, and other shapes (for example, a rectangular shape such as a rectangle or a circular shape) may be used. You may have.
  • the base 110 is a structure that is the basis of the MEMS scanner 100 according to the first embodiment, and is fixed to a substrate or a support member (not shown) (in other words, the inside of the system called the MEMS scanner 100). Is preferably fixed).
  • FIG. 1 shows an example in which the base 110 has a frame shape
  • the base 110 may have a U-shape in which a part of the base 110 is an opening.
  • the base 110 may have a box shape with a gap inside. That is, the base 110 is defined by two surfaces distributed on a plane defined by the X axis and the Y axis, and the X axis and a Z axis (not shown) (that is, an axis orthogonal to both the X axis and the Y axis).
  • the torsion bar 120a is a member having elasticity such as a spring made of, for example, silicon, copper alloy, iron alloy, other metal, resin or the like.
  • the torsion bar 120a is arranged to extend in the direction of the Y axis in FIG.
  • the torsion bar 120a has a shape having a long side extending in the Y-axis direction and a short side extending in the X-axis direction.
  • the torsion bar 120a may have a shape having a short side extending in the Y-axis direction and a long side extending in the X-axis direction according to the setting state of the resonance frequency described later.
  • One end 121 a of the torsion bar 120 a is connected to the side 111 inside the base 110.
  • the other end 122a of the torsion bar 120a is connected to a side 131 of the mirror that faces the side 111 inside the base 110 along the Y-axis direction.
  • the torsion bar 120b is a member having elasticity such as a spring made of, for example, silicon, copper alloy, iron alloy, other metal, resin, or the like.
  • the torsion bar 120b is arranged so as to extend in the direction of the Y axis in FIG.
  • the torsion bar 120b has a shape having a long side extending in the Y-axis direction and a short side extending in the X-axis direction.
  • the torsion bar 120b may have a shape having a short side extending in the Y-axis direction and a long side extending in the X-axis direction according to the setting state of the resonance frequency described later.
  • One end 121b of the torsion bar 120b is an inner side (in other words, region portion) 111 of the base 110 along the Y-axis direction (that is, the base 110 to which one end 121a of the torsion bar 120a is connected. Is connected to the inner side 112 of the base 110 facing the inner side 111).
  • the other end 122b of the torsion bar 120b is connected to the side 132 of the mirror 130 that faces the side 112 inside the base 110 along the Y-axis direction.
  • the mirror 130 is arranged to be suspended or supported by the torsion bars 120a and 120b in the gap inside the base 110.
  • the mirror 130 is configured to rotate about the Y-axis direction as a central axis by the elasticity of the torsion bars 120a and 120b.
  • the drive source unit 140 applies micro vibrations necessary for rotating the mirror 130 about the axis along the Y-axis direction to the base 110.
  • positioning aspect may be determined arbitrarily.
  • the present invention is not limited to applying force to the base 110, and may be configured to apply force to other positions.
  • the drive source unit 140 includes a piezoelectric element 140a, a transmission branch 140b, and a support plate 140c having a gap 140d and fixed to the base 110 via the transmission branch 140b.
  • the piezoelectric element 140a is sandwiched between branches 140e and 140f which are defined by the gap 140d and face each other.
  • the piezoelectric element 140a changes its shape.
  • This change in the shape of the piezoelectric element 140a causes a change in the shape of the branches 140e and 140f.
  • changes in the shapes of the branches 140e and 140f are transmitted to the base 110 through the transmission branch 140b as fine vibration (or wave energy) as will be described in detail later.
  • the drive source unit 140 is not limited to a drive source unit that applies microvibration due to the piezoelectric effect, but includes a drive source unit that applies microvibration due to electromagnetic force and a drive source unit that applies force due to electrostatic force. It may be used. Of course, it goes without saying that other methods may be used.
  • a driven source unit that applies a slight vibration caused by electromagnetic force includes a magnetic pole disposed on the branch 140e and a coil disposed on the branch 140f.
  • a desired voltage is applied to the coil at a desired timing from a drive source unit control circuit (not shown).
  • a current flows by applying a voltage to the coil, and electromagnetic interaction occurs between the coil and the magnetic pole.
  • electromagnetic force due to electromagnetic interaction is generated.
  • This electromagnetic force causes the shape of the branches 140e and 140f to change.
  • changes in the shapes of the branches 140e and 140f are transmitted to the base 110 through the transmission branch 140b as fine vibration (or wave energy) as will be described in detail later.
  • the driven source unit that applies the minute vibration caused by the electrostatic force is a comb-shaped first electrode disposed on the branch 140e and a comb-shaped first electrode disposed on the branch 140f and distributed between the first electrodes. 2 electrodes.
  • a desired voltage is applied to the first electrode at a desired timing from a drive source unit control circuit (not shown).
  • an electrostatic force in other words, Coulomb force
  • This electrostatic force causes the shape of the branches 140e and 140f to change.
  • changes in the shapes of the branches 140e and 140f are transmitted to the base 110 through the transmission branch 140b as fine vibration (or wave energy) as will be described in detail later.
  • FIG. 2 is a plan view conceptually showing an operation mode of the MEMS scanner 100 according to the first embodiment.
  • the drive source unit 140 applies a voltage to the piezoelectric element 140a via an electrode (not shown) so that the piezoelectric element 140a expands and contracts along the direction of the X axis in FIG. Is applied.
  • the shape of the piezoelectric element 140a changes and the shapes of the branches 140e and 140f change.
  • changes in the shapes of the branches 140e and 140f are transmitted to the base 110 through the transmission branch 140b as fine vibration (or wave energy) as will be described in detail later.
  • the change in the shape of the piezoelectric element 140a is in the direction of the X axis in FIG. 2, the change in the shape of each of the branches 140e and 140f caused by the change in the shape of the piezoelectric element 140a is the change in the X axis in FIG. Occurs along the direction.
  • the force itself generated by the change in the shape of the piezoelectric element 140a is different from the rotation direction of the mirror 130 (that is, the rotation direction with the direction along the Y axis as the central axis).
  • the change in the shape of the piezoelectric element 140a (that is, the change in the shape of each of the branches 140e and 140f) is a slight vibration (in other words, wave energy) via the support plate 140c and the transmission branch 140b. It is transmitted to the base 110 as a non-directional force). More specifically, the drive source unit 140 applies, as wave energy, a fine vibration that propagates in the base 110 while eliminating the twist in the rotation direction of the base 110 itself, to the base 110 that is the base. In other words, instead of applying a force that imparts a twist in the rotational direction to the base 110 itself, the drive source unit 140 generates micro vibrations that propagate as energy (in other words, wave energy that expresses the force) in the base 110. Add.
  • Such fine vibration becomes a force having no directivity when propagating through the base 110.
  • the wave energy propagating in the base 110 as micro vibrations propagates in the base 110 in an arbitrary direction.
  • the base 110 to which such a minute vibration is applied becomes a medium for propagating the minute vibration (in other words, wave energy) rather than the object that the base 110 itself vibrates.
  • the slight vibration applied from the drive source unit 140 to the base 110 is transmitted from the base 110 to the torsion bars 120a and 120b.
  • the slight vibration in other words, wave energy
  • the slight vibration propagating through the base 110 rotates the torsion bars 120a and 120b in a direction corresponding to the elasticity of the torsion bars 120a and 120b themselves.
  • the mirror 130 is rotated.
  • the micro vibration that has propagated through the base 110 appears in the form of rotation of the torsion bars 120a and 120b and rotation of the mirror 130.
  • this wave energy can be taken out as vibrations in all directions without limiting the direction of micro vibrations.
  • the wave energy propagated in the base 110 can be extracted outside in the form of vibration (more specifically, resonance), and as a result, the mirror 130 can be rotated.
  • the mirror 130 rotates about the axis along the Y-axis direction as the central axis. More specifically, the mirror 130 repeats the rotation operation at the resonance frequency within a predetermined angle range (in other words, repeats the reciprocating motion of rotation within the predetermined angle range).
  • the wave energy can be extracted to the outside as sound, but the sound generated in this case has a different sound generation principle compared to the sound obtained by so-called piston motion.
  • the mirror 130 rotates so as to resonate at a resonance frequency determined according to the mirror 130 and the torsion bars 120a and 120b.
  • the moment of inertia about the axis along the Y axis of the mirror 130 is I
  • the torsion spring constant is k when the torsion bars 120a and 120b are regarded as one spring
  • the mirror 130 is ( 1 / (2 ⁇ )) ⁇ ⁇ (k / I) resonance frequency (or (1 / (2 ⁇ )) ⁇ ⁇ (k / I) N times or 1 / N times (where N Is rotated about the axis along the direction of the Y axis so as to resonate at a resonance frequency of 1).
  • the drive source unit 140 applies slight vibration in a manner synchronized with the resonance frequency so that the mirror 130 resonates at the resonance frequency described above.
  • FIG. 3 is a plan view for explaining a force having no directivity due to fine vibration applied from the drive source unit 140.
  • the description will be given using a configuration in which the drive source unit 140 applies a slight vibration caused by electromagnetic force.
  • the drive source unit 140 includes a transmission branch 140b and a support plate 140c connected to the first base 110-1 via the transmission branch 140b and facing each other along the X-axis direction.
  • a support plate 140c including branches 140x and 140y, and a coil 140z wound around each of the branches 140x and 140y.
  • the shapes and characteristics of the branches 140x and 140y are the same, and the characteristics (eg, the number of turns) of the coil 140z wound around the branch 140x and the characteristics (eg, the number of turns) of the coil 140z wound around the branch 140y. ) Shall be the same.
  • a fine vibration that is, a wave energy having a non-directional force
  • the mirror 130 moves in the Y-axis direction.
  • the axis along the axis rotates. That is, the micro-vibration applied by the drive source unit 140 propagates in the base 110 as the above-described non-directional force (in other words, wave energy), so that the mirror 130 is centered on the axis along the Y-axis direction. As it turns out to rotate.
  • the mirror 130 is rotated about the axis along the Y-axis direction as the central axis so that the mirror 130 resonates at the resonance frequency determined according to the mirror 130 and the torsion bars 120a and 120b. be able to. That is, in the first embodiment, the mirror 130 self-resonates with the Y axis as the central axis.
  • “resonance” is a phenomenon in which infinite displacement occurs due to repeated infinitesimal forces. For this reason, even if the force applied to rotate the mirror 130 is reduced, the rotation range of the mirror 130 (in other words, the amplitude in the rotation direction) can be increased. That is, the force required for the mirror 130 to rotate can be relatively reduced. For this reason, it is possible to reduce the amount of electric power necessary to apply a force necessary to rotate the mirror 130. Therefore, the mirror 130 can be moved more efficiently, and as a result, low power consumption of the MEMS scanner 100 can be realized.
  • a force having no directionality is applied.
  • a configuration in which the mirror 130 is rotationally driven by applying a so-called directional force for example, the base 110 itself is largely twisted in the rotational direction of the mirror 130 and the twist is applied to the torsion bar 120a.
  • a configuration in which the mirror 130 is rotationally driven by being added directly to the mirror 130b or 120b will be described as an example.
  • a force having directionality to rotate the mirror 130 about the axis along the Y-axis direction that is, the base 110 is twisted to rotate about the axis along the Y-axis direction as the central axis). Force
  • the arrangement position of the drive source unit 140 must be appropriately set so that a force having such directionality can be applied. That is, when applying a force having directionality, the arrangement position of the drive source unit 140 is limited depending on the direction in which the force is applied.
  • the arrangement position of the drive source unit 140 is not limited.
  • the arrangement position of the drive source unit 140 is not limited depending on the direction of rotation of the mirror 130. That is, no matter what the position of the drive source unit 140 is set, the slight vibration (that is, nondirectional force) applied from the drive source unit 140 uses the elasticity of the torsion bars 120a and 120b.
  • the mirror 130 can be rotated with the axis along the Y-axis direction as the central axis.
  • the design freedom of the MEMS scanner 100 can be relatively increased. This is very advantageous in practice for MEMS scanners where the size or design constraints of each component are large.
  • FIG. 4 is a plan view conceptually showing the basic structure of the MEMS scanner 101 according to the second embodiment.
  • the MEMS scanner 101 includes a first base 110-1 that constitutes one specific example of the above-described “base portion (or first base portion)” and the above-described “ The first torsion bar 120a-1 constituting a specific example of the “elastic portion (or first elastic portion)” and the first specific example of the above-described “elastic portion (or first elastic portion)”
  • the first base 110-1 has a frame shape with a gap inside. That is, the first base 110-1 has two sides extending in the Y-axis direction in FIG. 4 and two sides extending in the X-axis direction (that is, the axial direction perpendicular to the Y-axis) in FIG. And has a frame shape having a gap surrounded by two sides extending in the Y-axis direction and two sides extending in the X-axis direction. In the example shown in FIG. 4, the first base 110-1 has a square shape. However, the first base 110-1 is not limited to this. For example, other shapes (for example, a rectangular shape such as a rectangle or a circular shape) Shape etc.).
  • the first base 110-1 is a structure that is the basis of the MEMS scanner 101 according to the second embodiment, and is fixed to a substrate or a support member (not shown) (in other words, the MEMS scanner 101). It is preferably fixed inside the system.
  • the first base 110-1 has a frame shape
  • the first base 110-1 may have a U-shape in which a part of the first base 110-1 is an opening.
  • the first base 110-1 may have a box shape with a gap inside. That is, the first base 110-1 is orthogonal to the two surfaces distributed on the plane defined by the X axis and the Y axis, and the Z axis (not shown) (that is, both the X axis and the Y axis).
  • the shape of the first base 110-1 may be arbitrarily changed according to the manner in which the mirror 130 is disposed.
  • the first torsion bar 120a-1 is an elastic member such as a spring made of, for example, silicon, copper alloy, iron-based alloy, other metal, resin, or the like.
  • the first torsion bar 120a-1 is disposed so as to extend in the direction of the X axis in FIG.
  • the first torsion bar 120a-1 has a shape having a long side extending in the X-axis direction and a short side extending in the Y-axis direction.
  • the first torsion bar 120a-1 has a shape having a short side extending in the X-axis direction and a long side extending in the Y-axis direction, depending on the setting condition of the resonance frequency described later. Also good.
  • One end 121a-1 of the first torsion bar 120a-1 is connected to the inner side 115-1 of the first base 110-1.
  • the other end 122a-1 of the first torsion bar 120a-1 is an outer side of the second base 110-2 that faces the inner side 115-1 of the first base 110-1 along the X-axis direction. 117-2.
  • the first torsion bar 120b-1 is a member having elasticity such as a spring made of, for example, silicon, copper alloy, iron alloy, other metal, resin, or the like.
  • the first torsion bar 120b-1 is disposed so as to extend in the direction of the X axis in FIG.
  • the first torsion bar 120b-1 has a shape having a long side extending in the X-axis direction and a short side extending in the Y-axis direction.
  • the first torsion bar 120b-1 has a short shape extending in the X-axis direction and a long shape extending in the Y-axis direction, depending on the setting condition of the resonance frequency described later. Also good.
  • One end 121b-1 of the first torsion bar 120b-1 is located on the inner side (in other words, a region portion) 115-1 (that is, the first torsion bar) along the X-axis direction.
  • the bar 120a-1 is connected to the inner side 116-1 of the first base 110-1 opposite to the inner side 115-1) of the first base 110-1 to which one end 121a-1 is connected.
  • the other end 122b-1 of the first torsion bar 120b-1 is an outer side of the second base 110-2 that faces the inner side 116-1 of the first base 110-1 along the X-axis direction. It is connected to 118-2.
  • the second base 110-2 has a frame shape with a gap inside. That is, the second base 110-2 has two sides extending in the Y-axis direction in FIG. 4 and two sides extending in the X-axis direction (that is, the axial direction perpendicular to the Y-axis) in FIG. And has a frame shape having a gap surrounded by two sides extending in the Y-axis direction and two sides extending in the X-axis direction. In the example shown in FIG. 4, the second base 110-2 has a square shape. However, the second base 110-2 is not limited to this, and other shapes (for example, a rectangular shape such as a rectangle or a circular shape) Shape etc.).
  • the second base 110-2 is arranged to be suspended or supported by the first torsion bars 120a-1 and 120b-1 in the gap inside the first base 110-1.
  • the second base 110-2 is configured to rotate about the X-axis direction as a central axis by the elasticity of the first torsion bars 120a-1 and 120b-1.
  • the second base 110-2 may have other shapes.
  • the second base 110-2 may have a U-shape in which a part of the second base 110-2 is an opening.
  • the second base 110-2 may have a box shape with a gap inside. That is, the second base 110-2 is orthogonal to the two surfaces distributed on the plane defined by the X axis and the Y axis, and the Z axis (not shown) (that is, both the X axis and the Y axis).
  • the shape of the second base 110-2 may be arbitrarily changed according to the manner in which the mirror 130 is disposed.
  • the second torsion bar 120a-2 is an elastic member such as a spring made of, for example, silicon, copper alloy, iron-based alloy, other metal, resin, or the like.
  • the second torsion bar 120a-2 is arranged to extend in the direction of the Y axis in FIG.
  • the second torsion bar 120a-2 has a shape having a long side extending in the Y-axis direction and a short side extending in the X-axis direction.
  • the second torsion bar 120a-2 has a shape that has a short side that extends in the direction of the Y axis and a length that extends in the direction of the X axis, depending on the setting state of the resonance frequency described later. Also good.
  • One end 121a-2 of the second torsion bar 120a-2 is connected to the inner side 111-2 of the second base 110-2.
  • the other end 122a-2 of the second torsion bar 120a-2 is connected to one side 131 of the mirror 130 facing the inner side 111-2 of the second base 110-2 along the Y-axis direction.
  • the second torsion bar 120b-2 is a member having elasticity such as a spring made of, for example, silicon, copper alloy, iron alloy, other metal, resin or the like.
  • the second torsion bar 120b-2 is arranged to extend in the direction of the Y axis in FIG.
  • the second torsion bar 120b-2 has a shape having a long side extending in the Y-axis direction and a short side extending in the X-axis direction.
  • the second torsion bar 120b-1 has a shape that has a short side that extends in the direction of the Y-axis and a length that extends in the direction of the X-axis, depending on the setting state of the resonance frequency described later. Also good.
  • One end 121b-2 of the second torsion bar 120b-2 is located on the inner side of the second base 110-2 (in other words, the region portion) 111-2 (that is, the second torsion bar) along the Y-axis direction.
  • the bar 120a-2 is connected to the inner side 112-2 of the second base 110-2 opposite to the inner side 111-2) of the second base 110-2 to which one end 121a-2 is connected.
  • the other end 122b-2 of the second torsion bar 120b-2 is connected to the other side 132 of the mirror 130 facing the inner side 112-2 of the second base 110-2 along the direction of the Y-axis.
  • the mirror 130 is arranged to be suspended or supported by the second torsion bars 120a-2 and 120b-2 in the gap inside the second base 110-2.
  • the mirror 130 is configured to rotate about the Y-axis direction as a central axis by the elasticity of the second torsion bars 120a-2 and 120b-2.
  • the drive source unit 140 is necessary for rotating the second base 110-2 around the axis along the X-axis direction and rotates the mirror 130 around the axis along the Y-axis direction.
  • a fine vibration necessary for the purpose is applied to the first base 110-1.
  • positioning aspect may be determined arbitrarily.
  • the present invention is not limited to applying fine vibration to the first base 110-1, but may be configured to apply fine vibration to other positions.
  • the drive source unit 140 includes a piezoelectric element 140a, a transmission branch 140b, and a support plate 140c that has a gap 140d and is fixed to the first base 110-1 via the transmission branch 140b. Yes.
  • the piezoelectric element 140a is sandwiched between branches 140e and 140f which are defined by the gap 140d and face each other.
  • the piezoelectric element 140a changes its shape. This change in the shape of the piezoelectric element 140a causes a change in the shape of the branches 140e and 140f.
  • the changes in the shapes of the branches 140e and 140f are transmitted to the first base 110-1 through the transmission branch 140b as fine vibration (or wave energy) as will be described in detail later.
  • the drive source unit 140 is not limited to a drive source unit that applies micro vibrations due to the piezoelectric effect, but a drive source unit that applies micro vibrations due to electromagnetic force and a drive source unit that applies micro vibrations due to electrostatic force. May be used. Of course, it goes without saying that other methods may be used.
  • a driven source unit that applies a slight vibration caused by electromagnetic force includes a magnetic pole disposed on the branch 140e and a coil disposed on the branch 140f.
  • a desired voltage is applied to the coil at a desired timing from a drive source unit control circuit (not shown).
  • Application of voltage to the coil causes electromagnetic interaction between the coil and the magnetic pole.
  • electromagnetic force due to electromagnetic interaction is generated.
  • This electromagnetic force causes the shape of the branches 140e and 140f to change.
  • the changes in the shapes of the branches 140e and 140f are transmitted to the first base 110-1 through the transmission branch 140b as fine vibration (or wave energy) as will be described in detail later.
  • the driven source unit that applies the minute vibration caused by the electrostatic force is a comb-shaped first electrode disposed on the branch 140e and a comb-shaped first electrode disposed on the branch 140f and distributed between the first electrodes. 2 electrodes.
  • a desired voltage is applied to the first electrode at a desired timing from a drive source unit control circuit (not shown).
  • an electrostatic force in other words, Coulomb force
  • This electrostatic force causes the shape of the branches 140e and 140f to change.
  • the changes in the shapes of the branches 140e and 140f are transmitted to the first base 110-1 through the transmission branch 140b as fine vibration (or wave energy) as will be described in detail later.
  • FIG. 5 is a plan view conceptually showing an operation mode of the MEMS scanner 101 according to the second embodiment.
  • the drive source unit 140 applies a voltage to the piezoelectric element 140a via an electrode (not shown) so that the piezoelectric element 140a expands and contracts along the direction of the X axis in FIG. Apply.
  • the shape of the piezoelectric element 140a changes and the shapes of the branches 140e and 140f change.
  • changes in the shapes of the branches 140e and 140f are transmitted to the first base 110-1 via the transmission branch 140b as vibration energy instead of the vibration itself, as will be described in detail later.
  • the change in the shape of the piezoelectric element 140a is in the direction of the X axis in FIG. 5
  • the change in the shape of each of the branches 140e and 140f caused by the change in the shape of the piezoelectric element 140a is the change in the X axis in FIG. Occurs along the direction.
  • the force itself generated by the change in the shape of the piezoelectric element 140a itself is the rotation direction of the second base 110-2 (that is, the rotation direction centered on the direction along the X axis) and the rotation direction of the mirror 130 ( That is, it is different from each of the rotation directions with the direction along the Y axis as the central axis.
  • the change in the shape of the piezoelectric element 140a (that is, the change in the shape of each of the branches 140e and 140f) is a slight vibration (in other words, wave energy) via the support plate 140c and the transmission branch 140b. Is transmitted to the first base 110-1 as a non-directional force). More specifically, the drive source unit 140 propagates in the first base 110-1 while eliminating the twist in the rotation direction of the first base 110-1 itself with respect to the first base 110-1 serving as the foundation. The minute vibration is added as wave energy. In other words, the drive source unit 140 uses the inside of the first base 110-1 as energy (in other words, energy for expressing the force) instead of applying a force that imparts a rotational twist to the first base 110-1 itself.
  • Such fine vibration becomes a force having no directivity when propagating in the first base 110-1.
  • the wave energy propagating in the base 110 as micro vibrations propagates in the base 110 in an arbitrary direction.
  • the first base 110-1 to which such a minute vibration is applied is a medium that propagates a minute vibration (in other words, wave energy) rather than the object that the first base 110-1 itself vibrates. Become.
  • the slight vibration applied from the drive source unit 140 to the first base 110-1 is transmitted from the first base 110-1 to the first torsion bars 120a-1 and 120b-1.
  • the micro-vibration in other words, wave energy
  • the micro-vibration propagating through the first base 110-1 is directed in a direction corresponding to the elasticity of the first torsion bars 120a-1 and 120b-1 themselves.
  • the first torsion bars 120a-1 and 120b-1 are rotated toward the direction, and the second base 110-2 is rotated.
  • the micro vibration that has propagated through the first base 110-1 appears in the form of rotation of the first torsion bars 120a-1 and 120b-1 and rotation of the second base 110-2.
  • this wave energy can be taken out as vibrations in all directions without limiting the direction of micro vibrations. That is, the wave energy propagated in the first base 110-1 can be extracted to the outside in the form of vibration (more specifically, resonance), and as a result, the second base 110-2 that supports the mirror 130. Can be rotated. As a result, as shown in FIG. 5, the second base 110-2 rotates about the axis along the X-axis direction as the central axis. More specifically, the second base 110-2 repeats the rotation operation at the resonance frequency within a predetermined angle range (in other words, repeats the reciprocating motion of rotation within the predetermined angle range).
  • the second base 110-2 includes a suspended portion including the second base 110-2 (in other words, a second base 110-2 suspended by the first torsion bars 120a-1 and 120b-1. And the first torsion bars 120a-1 and 120b-1 so as to resonate at a resonance frequency determined.
  • Resonance frequency (or (1 / (2 ⁇ )) ⁇ ⁇ (k1 / I1) N times or 1 / N times (where N is an integer equal to or greater than 1)).
  • the axis along the X-axis direction is the central axis To rotate in. For this reason, the drive source unit 140 applies fine vibration in a manner synchronized with the resonance frequency so that the second base 110-2 resonates at the resonance frequency described above.
  • the fine vibration applied to the first base 110-1 from the drive source unit 140 causes the first torsion bars 120a-1 and 120b-1 and the second base 110-2 from the first base 110-1.
  • the micro-vibration in other words, wave energy
  • the micro-vibration propagating through the first base 110-1 is directed in a direction according to the elasticity of the second torsion bars 120a-2 and 120b-2 itself.
  • the second torsion bars 120a-2 and 120b-2 are rotated or the mirror 130 is rotated.
  • the fine vibration that has propagated through the first base 110-1 appears in the form of rotation of the second torsion bars 120a-1 and 120b-1 and rotation of the mirror 130.
  • this wave energy can be taken out as vibrations in all directions without limiting the direction of micro vibrations. That is, the wave energy propagated in the first base 110-1 and the second base 110-2 can be extracted outside in the form of vibration (more specifically, resonance), and as a result, the mirror 130 is rotated. Can be made. As a result, as shown in FIG. 5, the mirror 130 rotates about the axis along the Y-axis direction as the central axis. More specifically, the mirror 130 repeats the rotation operation at the resonance frequency within a predetermined angle range (in other words, repeats the reciprocating motion of rotation within the predetermined angle range).
  • the mirror 130 rotates so as to resonate at a resonance frequency determined according to the mirror 130 and the second torsion bars 120a-2 and 120b-2.
  • the torsion spring constant is k2.
  • the mirror 130 has a resonance frequency (or (1 / (2 ⁇ )) ⁇ ⁇ (k2 / I2) N times or N minutes specified by (1 / (2 ⁇ )) ⁇ ⁇ (k2 / I2). So that it resonates at a resonance frequency of 1 (where N is an integer equal to or greater than 1).
  • the drive source unit 140 applies slight vibration in a manner synchronized with the resonance frequency so that the mirror 130 resonates at the resonance frequency described above.
  • FIG. 6 is a plan view for explaining the non-directional force applied from the drive source unit 140 due to the slight vibration.
  • the description will be given using a configuration in which the drive source unit 140 applies a slight vibration caused by electromagnetic force.
  • the drive source unit 140 includes a transmission branch 140b and a support plate 140c connected to the first base 110-1 via the transmission branch 140b and facing each other along the X-axis direction.
  • a support plate 140c including branches 140x and 140y, and a coil 140z wound around each of the branches 140x and 140y.
  • the shapes and characteristics of the branches 140x and 140y are the same, and the characteristics (eg, the number of turns) of the coil 140z wound around the branch 140x and the characteristics (eg, the number of turns) of the coil 140z wound around the branch 140y. ) Shall be the same.
  • a fine vibration that is, a wave energy having a non-directional force
  • the second base 110-1 -2 rotates with the axis along the X-axis direction as the central axis
  • the mirror 130 rotates with the axis along the Y-axis direction as the central axis.
  • the minute vibration applied by the drive source unit 140 propagates in the first base 110-1 as the above-described non-directional force (in other words, wave energy), so that the second base 110-2 is moved along the X axis.
  • the mirror 130 rotates about the axis along the direction as the central axis
  • the mirror 130 rotates about the axis along the Y-axis direction as the central axis.
  • FIG. 7 is a graph showing experimental results.
  • the mirror 130 having a size of “3 mm ⁇ 4 mm” is used, the resonance frequency of the second base 110-2 is set to 700 Hz, and the resonance frequency of the mirror 130 is set to 5.3 kHz. It is not intended that the present invention be limited to configurations having these numerical values.
  • FIG. 7A shows a mode of rotation about the axis along the X-axis direction of the second base 110-2 as the central axis.
  • the horizontal axis of FIG. 7A indicates the frequency of the signal applied to the drive source unit 140
  • the vertical axis of FIG. 7A indicates the rotation amount (left side) and the rotation phase (second side) of the second base 110-2. (Right side).
  • the second base 110 is changed when the signal repetition frequency becomes “700 Hz”. It can be seen that the rotation amount of -2 is maximized and the phase of rotation is reversed.
  • the second base 110-2 resonates at a frequency of “700 Hz” and rotates about the axis along the X-axis direction as the central axis. That is, by applying a non-directional force due to micro vibrations, the second base 110-2 can revolve around the X-axis direction as the central axis while resonating at a frequency of “700 Hz”. It has been confirmed by experiments.
  • FIG. 7B shows a mode of rotation about the axis along the Y-axis direction of the mirror 130 as the central axis.
  • the horizontal axis in FIG. 7B indicates the frequency of the signal applied to the drive source unit 140
  • the vertical axis in FIG. 7B indicates the amount of rotation (left side) and the phase of rotation (right side) of the mirror 130. ing.
  • the frequency of the signal applied to the drive source unit 140 is changed, the mirror repeats when the signal repetition frequency becomes “5.3 kHz”. It can be seen that the rotation amount of 130 is maximized and the phase of rotation is reversed.
  • the mirror 130 rotates around the axis along the Y-axis direction as the central axis while resonating at a frequency of “5.3 kHz”.
  • the mirror 130 resonates at a frequency of “5.3 kHz” and rotates about the axis along the Y-axis direction as a center axis. It has been confirmed.
  • the axis along the Y-axis direction is the central axis so that the mirror 130 resonates at the resonance frequency determined according to the mirror 130 and the second torsion bars 120a-2 and 120b-2.
  • the second base 110-2 resonates at a resonance frequency determined according to the second base 110-2 and the first torsion bars 120a-1 and 120b-1.
  • the second base 110-2 can be rotated about the axis along the direction as the central axis.
  • the axis along the X-axis direction is set as the central axis.
  • the mirror 130 also rotates about the axis along the X-axis direction as the central axis.
  • the mirror 130 can be rotated so that the mirror 130 resonates with the X axis and the Y axis as the center axes. That is, in the second embodiment, the mirror 130 self-resonates with the X axis and the Y axis as the center axes.
  • “resonance” is a phenomenon in which infinite displacement occurs due to repeated infinitesimal forces. For this reason, even if the force applied to rotate the mirror 130 is reduced, the rotation range of the mirror 130 (in other words, the amplitude in the rotation direction) can be increased. That is, the force required for the mirror 130 to rotate can be relatively reduced. For this reason, it is possible to reduce the amount of electric power necessary to apply a force necessary to rotate the mirror 130. Therefore, the mirror 130 can be moved more efficiently, and as a result, low power consumption of the MEMS scanner 101 can be realized.
  • a configuration in which the mirror 130 is driven to rotate biaxially by applying a so-called directional force (for example, the first base 110-1 itself is largely twisted, and the twist is applied to the first torsion bar 120a. -1 and 120b-1, the second torsion bars 120a-2 and 120b-2, and the mirror 130 by being directly applied to the mirror 130) will be described as an example.
  • a force having directionality to rotate the mirror 130 about the axis along the X-axis direction that is, the first base 110-1 is rotated about the axis along the X-axis direction as the central axis).
  • the MEMS scanner when the biaxial rotational drive of the mirror 130 is performed by applying a directional force, usually, the MEMS scanner must include two or more drive source units 140. In other words, when the biaxial rotation of the mirror 130 is performed by applying a directional force, only one force acting in one direction can be applied from one drive source unit 140.
  • the MEMS scanner must include at least one drive source unit 140.
  • the mirror 130 can be driven to rotate biaxially by applying a non-directional force due to microvibration.
  • the micro vibration that is, the non-directional force
  • the micro vibration applied from one drive source unit 140 is the first torsion bar 120a-1.
  • the mirror 130 is rotated with the axes along the X-axis and Y-axis directions as the central axes. be able to. That is, in the second embodiment, it is not always necessary to provide the two drive source sections 140 even when the mirror 130 is biaxially rotated. For this reason, it is possible to apply a force having no directivity due to the fine vibration for performing the biaxial rotation driving of the mirror 130 using the single drive source unit 140.
  • the arrangement position of the drive source unit 140 is not limited. In other words, since a non-directional force due to micro vibration is applied, the arrangement position of the drive source unit 140 is not limited depending on the direction of rotation of the mirror 130. That is, no matter what the position of the drive source unit 140 is set, the slight vibration (that is, nondirectional force) applied from the drive source unit 140 is the first torsion bars 120a-1 and 120b. -1 and the elasticity of each of the second torsion bars 120a-2 and 120b-2, the mirror 130 can be rotated about the axes along the X-axis and Y-axis directions as central axes. Thereby, the design freedom of the MEMS scanner 101 can be relatively increased. This is very advantageous in practice for MEMS scanners where the size or design constraints of each component are large.
  • FIG. 8 is a plan view conceptually showing the basic configuration of the MEMS scanner 102 having one configuration according to the third embodiment
  • FIG. 9 is a MEMS scanner 103 having another configuration according to the third embodiment. It is a top view which shows notionally the fundamental structure notionally.
  • the same referential mark is attached
  • the first MEMS scanner 102 according to the third embodiment is similar to the MEMS scanner 101 according to the second embodiment in that the first base 110-1, the first torsion bar 120a-1, The first torsion bar 120b-1, the second base 110-2, the second torsion bar 120a-2, the second torsion bar 120b-2, the mirror 130, and the drive source unit 150 are provided.
  • the first MEMS scanner 102 according to the third embodiment differs from the MEMS scanner 101 according to the second embodiment in the arrangement position of the drive source unit 150.
  • the drive source unit 150 is arranged so that a force can be applied to the second base 110-2.
  • the drive source unit 150 included in the first MEMS scanner 102 according to the third embodiment includes two drive source units 150a and 150b arranged with the mirror 130 interposed therebetween.
  • the drive source unit 150a is a drive source unit that applies a force due to electrostatic force, and includes a comb-like first electrode 151a disposed on the inner side 111-1 of the first base 110-1, and a second base.
  • the drive source unit 150b is a drive source unit that applies a force due to electrostatic force, and includes a comb-like first electrode 151b disposed on the inner side 112-1 of the first base 110-1, and a first electrode 151b. 2 and a second electrode 152b distributed between the first electrodes 151b and disposed on the outer side 114-2 of the base 110-2.
  • Each of the drive source units 150a and 150b according to the third embodiment applies to the second base 110-2 a force necessary to rotate the second base 110-2 about the axis along the X-axis direction.
  • each of the drive source units 150a and 150b applies a force that relatively vibrates the second base 110-2 to the second base 110-2 in order to rotate the second base 110-2. More specifically, when a voltage is applied to each of the first electrodes 151a and 151b and the second electrodes 152a and 152b, between the first electrode 151a and the second electrode 152a and between the first electrode 151b and the second electrode. An electrostatic force attracting each other is generated between 152b and 152b.
  • This electrostatic force acts on the second base 110-2 as a force from the back side to the near side or from the near side to the far side with respect to the paper surface of FIG.
  • the second base 110-2 vibrates relatively greatly and rotates about the axis along the X axis as the central axis.
  • each of the drive source units 150a and 150b applies a force (that is, a directional force) that rotates the second base 110-1 around the axis along the X-axis direction as a central axis (that is, a directional force).
  • a force that is, a directional force
  • the second base 110-2 is rotated about the axis along the X-axis direction as the central axis.
  • each of the drive source units 150a and 150b uses the force that rotates the second base 110-2 around the axis along the X-axis direction as a central axis, and rotates the mirror 130 along the Y-axis direction. Rotate around the center axis.
  • the mirror 130 rotates about the axis along the Y-axis direction as a central axis by using the force that rotates the second base 110-2 about the axis along the X-axis direction as the central axis.
  • the electrostatic force generated between the first electrode 151a and the second electrode 152a and between the first electrode 151b and the second electrode 152b causes the second base 110-1 to move along the X axis at the time of occurrence.
  • the mirror 130 Although it has the directionality which rotates the axis
  • each of the drive source units 150a and 150b has a signal (a signal for generating a force for rotating the second base 110-2 about the axis along the X-axis direction as a central axis). That is, a signal synchronized with the resonance frequency when the mirror 130 is rotated about the axis along the Y-axis direction as a central axis (that is, a voltage signal for generating micro vibrations) is superimposed on the voltage signal. Signal is added as an input signal.
  • the mirror 130 (with the non-directional force used to rotate the mirror 130 about the axis along the Y axis as a central axis)
  • a directional force is used to rotate the second base 110-2) supporting the mirror 130 around the axis along the X axis.
  • the second MEMS scanner 103 according to the third embodiment is similar to the MEMS scanner 101 according to the second embodiment in that the first base 110-1, the first torsion bar 120a-1, The first torsion bar 120b-1, the second base 110-2, the second torsion bar 120a-2, the second torsion bar 120b-2, the mirror 130, and the drive source unit 160 are provided.
  • the second MEMS scanner 103 according to the third embodiment differs from the MEMS scanner 101 according to the second embodiment in the arrangement position of the drive source unit 160.
  • the drive source unit 160 is arranged so that a force can be applied to the second base 110-2. That is, the arrangement position of the drive source unit 160 in the second MEMS scanner 103 according to the third embodiment is the same as the arrangement position of the drive source section 150 in the first MEMS scanner 102 according to the third embodiment.
  • the second MEMS scanner 103 according to the third embodiment is different from the first MEMS scanner 102 according to the third embodiment in that the configuration of the drive source unit 160 is different.
  • the drive source unit 160 included in the second MEMS scanner 103 is a drive source unit that applies a force due to electromagnetic force, and has a frame shape of the second base 110-2. , A magnetic pole 162a disposed on the inner side 111-1 of the first base 110-1, and a magnetic pole 162b disposed on the inner side 112-1 of the first base 110-1. With.
  • the drive source unit 160 applies a force necessary to rotate the second base 110-2 around the axis along the X-axis direction as the central axis.
  • the drive source unit 160 applies a force that relatively vibrates the second base 110-2 to the second base 110-2 in order to rotate the second base 110-2. More specifically, for example, a current is passed in the counterclockwise direction in FIG. 6 to the coil 161, and a magnetic flux is generated from the magnetic pole 162a toward the upper side from the lower side in FIG. 6, and from the magnetic pole 162b in FIG. Assume that a magnetic flux is generated from the lower side to the upper side.
  • the upper sides 111-2 and 113-2 of the coil 161 act from the near side to the far side with respect to the paper surface of FIG. Power is applied.
  • the lower sides 112-2 and 114-2 of the coil 161 act from the back side to the near side with respect to the paper surface of FIG. The power to do is added.
  • the second base 110-2 rotates about the axis along the X-axis direction as the central axis.
  • the force applied at this time is a force that directly acts to rotate the second base 110-2 around the axis along the X-axis direction as the central axis, and is the above-described directional force.
  • each of the drive source units 160 uses the force that rotates the second base 110-2 about the axis along the X-axis direction as the center axis, and centers the mirror 130 about the axis along the Y-axis direction. Rotate as an axis.
  • the mirror 130 rotates about the axis along the Y-axis direction as a central axis by using the force that rotates the second base 110-2 about the axis along the X-axis direction as the central axis.
  • the electromagnetic force generated in the coil 161 has a directionality that causes the second base 110-1 to rotate about the axis along the X-axis direction as a central axis at the time of generation. It does not have the directionality to rotate around the axis along the Y-axis direction as the central axis. Accordingly, when the mirror 130 is rotated about the axis along the Y-axis direction using the force that rotates the second base 110-2 about the axis along the X-axis direction, The force corresponds to the force having no direction described above.
  • the mirror 130 (the mirror 130 () is used while using a non-directional force to rotate the mirror 130 about the axis along the Y axis.
  • a directional force is used to rotate the second base 110-2) supporting the mirror 130 around the axis along the X axis. Even if comprised in this way, the biaxial rotation drive of the mirror 130 can be performed suitably.
  • the mirror 130 is rotated about the axis along the X axis while using a non-directional force to rotate the mirror 130 about the axis along the Y axis.
  • a non-directional force may be used to rotate the mirror 130 about the axis along the X axis as a central axis.
  • only non-directional force may be used, only directional force may be used, non-directional force and A combination of directional forces may be used.
  • FIG. 10 is a plan view conceptually showing the basic structure of the MEMS scanner 104 according to the fourth example.
  • the same referential mark is attached
  • the MEMS scanner 104 includes a first base 110-1 and a drive source unit 140, like the MEMS scanner 101 according to the second embodiment.
  • the MEMS scanner 104 includes a plurality of mirrors 130-1 each configured to rotate about an axis along the X-axis direction as a central axis, and each along the Y-axis direction.
  • a plurality of mirrors 130-2 configured to rotate about the axis as a central axis, and a plurality of mirrors 130-1 each connecting a corresponding one of the plurality of mirrors 130-1 and the first base 110-1.
  • a plurality of torsion bars 120a-1 and 120b-1, and a plurality of torsion bars 120a-2 and 120b-2 respectively connecting a corresponding mirror 130-2 of the plurality of mirrors 130-2 and the first base 110-1.
  • the MEMS scanner 104 according to the fourth embodiment corresponds to a configuration obtained by dividing the mirror 130 included in the MEMS scanner 102 according to the second embodiment.
  • Each of the plurality of torsion bars 120a-1 and 120b-1 has the same configuration and characteristics as the first torsion bars 120a-1 and 120b-1.
  • One end of each of the plurality of torsion bars 120a-1 and 120b-1 is connected to the first base 110-1, and the other end of each of the plurality of torsion bars 120a-1 and 120b-1 corresponds.
  • Each of the plurality of torsion bars 120a-1 and 120b-1 has elasticity to rotate the corresponding mirror 130-1 with the axis along the X-axis direction as the central axis.
  • Each of the plurality of torsion bars 120a-2 and 120b-2 has the same configuration and characteristics as the second torsion bars 120a-2 and 120b-2.
  • One end of each of the plurality of torsion bars 120a-2 and 120b-2 is connected to the first base 110-1, and the other end of each of the plurality of torsion bars 120a-2 and 120b-2 corresponds.
  • each of the plurality of torsion bars 120a-2 and 120b-2 has elasticity to rotate the corresponding mirror 130-2 about the axis along the Y-axis direction as a central axis.
  • Each of the plurality of mirrors 130-1 has substantially the same configuration as the above-described mirror 130, and is suspended by the corresponding torsion bars 120a-1 and 120b-1 in the space inside the first base 110-1. Arranged to be lowered or supported. Further, each of the plurality of mirrors 130-1 is set so that the resonance frequency is “f1”. That is, each of the plurality of mirrors 130-1 has a resonance frequency of “f1”, and each of the plurality of mirrors 130-1 has a moment of inertia and a plurality of torsion about the axis along the X-axis direction. The respective torsion spring constants of the bars 120a-1 and 120b-1 are set. Each of the plurality of mirrors 130-1 is configured to rotate about the axis along the X-axis direction as a central axis by the elasticity of the torsion bars 120a-1 and 120b-1.
  • Each of the plurality of mirrors 130-2 has substantially the same configuration as the above-described mirror 130, and is suspended by the corresponding torsion bars 120a-2 and 120b-2 in the gaps in the first base 110-1. Arranged to be lowered or supported.
  • Each of the plurality of mirrors 130-2 is set so that the resonance frequency is “f2”. That is, each of the plurality of mirrors 130-2 has a moment of inertia and a plurality of torsion about the axis along the Y-axis direction of each of the mirrors 130-1 so that the resonance frequency is “f2”.
  • the respective torsion spring constants of the bars 120a-2 and 120b-2 are set. Further, each of the plurality of mirrors 130-2 is configured to rotate about the axis along the Y-axis direction as a central axis by the elasticity of the torsion bars 120a-2 and 120b-2.
  • Such a MEMS scanner 104 can be used as a display device, for example.
  • the plurality of mirrors 130-1 are used as mirrors for performing vertical scanning by reflecting light from a light source.
  • the three mirrors 130-1 correspond to red (R), green (G), and blue (B), respectively.
  • the plurality of mirrors 130-2 are used as mirrors for performing horizontal scanning by reflecting light from the light source.
  • the three mirrors 130-2 correspond to red (R), green (G), and blue (B), respectively.
  • a minute vibration that is, a force having no directivity
  • each of the plurality of mirrors 130-1 is made to resonate at one resonance frequency f1.
  • a plurality of mirrors 130-2 are rotated while being resonated at another resonance frequency f2 using the elasticity of each of the plurality of torsion bars 120a-2 and 120b-2 while rotating about the axis along the axis direction as a central axis.
  • the plurality of mirrors 130-1 can be rotated while being rotated, and the plurality of mirrors 130-2 can be rotated while being resonated at another resonance frequency f2.
  • the plurality of mirrors 130-1 can be rotated while resonating at one resonance frequency f1, The plurality of mirrors 130-2 are not rotated.
  • the plurality of mirrors 130-2 can be rotated while resonating at the other resonance frequency f2.
  • the plurality of mirrors 130-1 are not rotated. Therefore, even when the MEMS scanner 104 includes a plurality of mirrors 130-1 and 130-2 having different resonance frequencies, the single drive source unit 140 is used to configure the plurality of mirrors 130-1 and 130-2. Each can be suitably rotated.
  • each of the plurality of mirrors 130-1 having the resonance frequency f1 is rotated about the axis along the X-axis direction as the central axis, and the plurality of mirrors 130-2 having the resonance frequency f2.
  • An example is described in which each of these is rotated about an axis along the direction of the Y axis as the central axis.
  • each of the plurality of mirrors 130 having the resonance frequency f1 is rotated about the axis along the X-axis direction as the central axis, and each of the plurality of mirrors 130 having the resonance frequency f1 is aligned along the Y-axis direction.
  • the plurality of mirrors 130 having the resonance frequency f2 are rotated about the axis along the X-axis direction, and the plurality of mirrors 130 having the resonance frequency f2 are rotated. You may comprise so that it may rotate by making the axis along the direction of a Y-axis into a central axis. For example, as shown in FIG. 11, a plurality of first mirrors 130-3 that resonate at one resonance frequency f1 and rotate about the axis along the X-axis direction as a central axis resonate at another resonance frequency f2.
  • the plurality of second mirrors 130-4 that rotate about the axis along the X-axis direction as the central axis and the plurality of second mirrors 130-4 that rotate about the axis along the Y-axis direction while resonating at one resonance frequency f1.
  • the third mirror 130-5 may be configured to include a plurality of fourth mirrors 130-6 that resonate at another resonance frequency f2 and rotate about the axis along the Y-axis direction as a central axis. In this case, by supplying a signal in which a signal synchronized with one resonance frequency f1 and a signal synchronized with another resonance frequency f2 are superimposed on the drive source unit 140, a plurality of signals are generated while resonating at one resonance frequency f1.
  • the first mirror 130-3 is rotated about an axis along the X-axis direction as a center axis
  • the plurality of third mirrors 130-5 are rotated along the Y-axis direction while resonating at one resonance frequency f1.
  • the second mirror 130-4 can be rotated about the axis along the direction of the X axis while resonating at another resonance frequency f2, and can be rotated at the other resonance frequency f2.
  • the plurality of fourth mirrors 130-6 can be rotated about the axis along the Y-axis direction as the central axis.
  • the plurality of first mirrors 130-3 are moved along the X-axis direction while resonating at one resonance frequency f1.
  • the plurality of third mirrors 130-5 can be rotated about the axis along the Y-axis direction while resonating at the resonance frequency f1 while the center axis is rotated as the center axis, while other resonances While resonating at the frequency f2, the plurality of second mirrors 130-4 are rotated about the axis along the X-axis direction as the central axis, and while resonating at the other resonance frequency f2, the plurality of fourth mirrors 130-6 are rotated along the Y axis.
  • the axis along the direction is not rotated as the central axis.
  • the plurality of second mirrors 130-4 are moved along the X-axis direction while resonating at the other resonance frequency f2.
  • the plurality of fourth mirrors 130-6 can be rotated with the axis along the Y-axis direction as the central axis while rotating about the central axis and resonating at another resonance frequency f2.
  • the plurality of first mirrors 130-3 are rotated about the axis along the X-axis direction as the central axis while resonating at the frequency f1, and the plurality of third mirrors 130-5 are rotated along the Y-axis while resonating at one resonance frequency f1.
  • the axis along the direction is not rotated as the central axis.
  • the MEMS scanner 104 includes a plurality of mirrors 130-3 to 130-6 having different resonance frequencies and rotation directions, a plurality of mirrors can be formed using the single drive source unit 140.
  • a desired mirror of 130-3 and 130-6 can be suitably rotated.
  • the various configurations described in the first to third embodiments may be appropriately applied to the MEMS scanner 104 according to the fourth embodiment.
  • the present invention can be appropriately changed without departing from the gist or concept of the present invention that can be read from the claims and the entire specification, and a drive device that includes such a change is also included in the technical concept of the present invention. It is.

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Abstract

 駆動装置(100)は、ベース部(110)と、回転可能な被駆動部(130)と、弾性部(120)と、被駆動部及び弾性部により定まる共振周波数で被駆動部が一の方向(Y軸)に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように被駆動部を回転させるための微振動をベース部に加える印加部(140)とを備える。

Description

駆動装置
 本発明は、例えばミラー等の被駆動物を回転させるMEMSスキャナ等の駆動装置の技術分野に関する。
 例えば、ディスプレイ、プリンティング装置、精密測定、精密加工、情報記録再生などの多様な技術分野において、半導体工程技術によって製造されるMEMS(Micro Electro Mechanical System)デバイスについての研究が活発に進められている。このようなMEMSデバイスとして、例えば、光源から入射された光を所定の画面領域に対して走査して画像を具現するディスプレイ分野、または所定の画面領域に対して光を走査して反射された光を受光して画像情報を読み込むスキャニング分野では、微小構造のミラー駆動装置(光スキャナないしはMEMSスキャナ)が注目されている。
 ミラー駆動装置は、一般的には、ベースとなる固定された本体と、所定の中心軸の周りに回転可能なミラーと、本体とミラーとを接続する又は接合するトーションバー(ねじれ部材)とを備える構成が知られている(特許文献1参照)。
特表2007-522529号公報
 このような構成を有するミラー駆動装置では、コイルと磁石を用いてミラーを駆動する構成が一般的である。このような構成では、例えばミラーにコイルを直接貼り付ける構成が一例としてあげられる。この場合、コイルに電流を流すことで生ずる磁界と磁石の磁界との間の相互作用によってミラーに対して回転方向の力が加えられ、その結果、ミラーが回転させられる。また、上述の特許文献1では、コイルと磁石とが、トーションバーにねじれ方向(言い換えれば、ミラーの回転軸方向)の歪みを生じさせるように配置される構成を採用している。この場合、コイルに電流を流すことで生ずる磁界と磁石の磁界との間の相互作用によってトーションバーがねじれ方向に歪み、トーションバーのねじれ方向の歪みがミラーを回転させることになる。
 このような従来のミラー駆動装置に対して、本発明は、例えば、ミラーの回転を直接生じさせる力若しくはトーションバーのねじれ方向の歪みを直接生じさせる力以外の力(つまり、ミラーの回転方向に作用する力以外の力)の作用によってミラー(或いは、回転する被駆動物)を駆動可能な駆動装置(つまり、MEMSスキャナ)を提供することを課題とする。
 上記課題を解決するために、駆動装置は、ベース部と、回転可能な被駆動部と、前記ベース部と前記被駆動部とを接続し、且つ前記被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する弾性部と、前記被駆動部及び前記弾性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための微振動を前記ベース部に加える印加部とを備える。
 本発明のこのような作用及び利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。
第1実施例に係る駆動装置の構成を概念的に示す平面図である。 第1実施例に係る駆動装置による動作の態様を概念的に示す平面図である。 駆動源部から加えられる微振動に起因した方向性のない力について説明するための平面図である。 第2実施例に係る駆動装置の構成を概念的に示す平面図である。 第2実施例に係る駆動装置による動作の態様を概念的に示す平面図である。 駆動源部から加えられる微振動に起因した方向性のない力について説明するための平面図である。 実験結果のグラフである。 第3実施例に係る駆動装置の構成の一の例を概念的に示す平面図である。 第3実施例に係る駆動装置の構成の他の例を概念的に示す平面図である。 第4実施例に係る駆動装置の構成を概念的に示す平面図である。 第4実施例に係る駆動装置の他の構成を概念的に示す平面図である。
 以下、発明を実施するための最良の形態として、駆動装置に係る実施形態について順に説明する。
 本実施形態の駆動装置は、ベース部と、回転可能な被駆動部と、前記ベース部と前記被駆動部とを接続し、且つ前記被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する弾性部と、前記被駆動部及び前記弾性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための微振動を前記ベース部に加える印加部とを備える。
 本実施形態の駆動装置によれば、基礎となるベース部と回転可能に配置される被駆動部(例えば、後述するミラー等)とが、弾性を有する弾性部(例えば、後述するトーションバー等)によって直接的に又は間接的に接続されている。被駆動部は、弾性部の弾性(例えば、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができるという弾性)によって、一の方向に沿った軸を中心軸として回転駆動される。
 本実施形態の駆動装置では特に、印加部の動作により、被駆動部及び弾性部により定まる共振周波数で被駆動部が一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するような微振動が加えられる。このとき、本実施形態に係る印加部は、ベース部という構造体内を微振動が伝搬するように、微振動をベース部に対して加える。つまり、本実施形態に係る印加部は、ベース部そのものを直接ねじれさせる力を加えることに代えて、構造体内を伝搬する微振動を、被駆動部を回転させるための加振エネルギー(言い換えれば、波動エネルギー)として加える。言い換えれば、本実施形態に係る印加部は、構造体内をエネルギーとして(言い換えれば、「振動」という力を振動に変えることなく、当該力を発現させるエネルギーとして)伝搬する微振動を、被駆動部を回転させるための波動エネルギーとして加える。このような微振動(言い換えれば、構造体内を伝搬する波動エネルギー)は、少なくとも構造体内を伝搬している段階では、方向性を有していない力となる。言い換えれば、微振動としてベース部内を伝搬する波動エネルギーは、ベース部内を任意の方向に向かって伝搬する。その結果、この微振動は、波動エネルギーとして、例えばベース部等の構造体から弾性部へと(更には、ベース部から弾性部を介して被駆動部へと)伝わる。その後、構造体内を伝搬してきた微振動(言い換えれば、波動エネルギー)が、弾性部自身の弾性に応じた方向に向かって弾性部を振動させたり、弾性部の弾性に応じた方向に向かって被駆動部を回転させたりする。言い換えれば、この波動エネルギーは、微振動の方向を限定することなくあらゆる方向の振動として取り出すことができる。つまり、ベース部内を伝搬した波動エネルギーは、振動(より具体的には、共振)という形で外部に取り出すことができ、その結果、被駆動部を回転させることができる。尚、波動エネルギーは、音として外部に取り出すことができるが、この場合に発生する音は、いわゆるピストンモーションによって得られる音と比較して、その発音原理が異なるものである。
 ここで、いわゆる方向性を有する力を加えることで被駆動部の回転駆動を行う場合(例えば、ベース部そのものを被駆動部の回転方向に向かって大きくねじれさせ、そのねじれを弾性部や被駆動部に直接加えることで被駆動部の回転駆動を行う場合)には、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力(つまり、ベース部等の構造体を一の方向に沿った軸を中心軸とする回転方向に向けてねじれさせる方向性を有する力)を印加部から加える必要がある。このため、このような方向性を有する力を加えることができるように、印加部の配置位置を適切に設定しなければならない。つまり、方向性を有する力を加える場合には、当該力を作用させる方向に依存して印加部の配置位置が限定されてしまう。
 しかるに、本実施形態では、微振動に起因した方向性のない力を加えているがゆえに、印加部の配置位置が限定されてしまうことはなくなる。言い換えれば、微振動に起因した方向性のない力を加えているがゆえに、被駆動部の回転の方向に依存して印加部の配置位置が限定されてしまうことはなくなる。つまり、印加部の配置位置がどのような位置に設定されたとしても、印加部から加えられる微振動(つまり、方向性のない力)は、弾性部の弾性を利用して、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができる。これにより、駆動装置の設計の自由度を相対的に増加させることができる。
 本実施形態の駆動装置の一の態様では、前記微振動は、無方向性振動エネルギーとしての無方向性微振動又は異方性微振動である。
 この態様によれば、無方向性微振動又は異方性微振動としてベース部内を伝搬する波動エネルギーを、ベース部内を任意の方向に向かって伝搬させることができる。その結果、この波動エネルギーは、微振動の方向を限定することなくあらゆる方向の振動として取り出すことができる。つまり、ベース部内を伝搬した波動エネルギーは、振動(より具体的には、共振)という形で外部に取り出すことができ、その結果、被駆動部を回転させることができる。
 本実施形態の駆動装置の他の態様では、前記印加部は、前記一の方向に沿った軸を中心軸とする回転方向とは異なる方向に作用する力によって生ずる前記微振動を加える。
 この態様によれば、印加部は、微振動を加える際には、まず、一の方向に沿った軸を中心軸とする回転方向(つまり、被駆動部の回転方向)とは異なる方向に作用する力を発生させる。この力は、後に図面を用いて詳細に説明するように、微振動(言い換えれば、波動エネルギー)となってベース部に加えられる。つまり、一の方向に沿った軸を中心軸とする回転方向とは異なる方向に作用する力によって生ずる微振動(言い換えれば、当該力が変換されて生ずる微振動ないしは波動エネルギー)を加えることができる。従って、上述した各種効果を好適に享受することができる。
 本実施形態の駆動装置の他の態様では、前記印加部は、静止時の前記被駆動部の表面に沿った方向に作用する力によって生ずる前記微振動を加える。
 この態様によれば、印加部は、微振動を加える際には、まず、静止時の(言い換えれば、初期配置時の)被駆動部の表面に沿った方向(つまり、面内方向)に作用する力を発生させる。この力は、後に図面を用いて詳細に説明するように、微振動(言い換えれば、波動エネルギー)となってベース部に加えられる。つまり、静止時の被駆動部の表面に沿った方向に作用する力によって生ずる微振動(言い換えれば、当該力が変換されて生ずる微振動ないしは波動エネルギー)を加えることができる。従って、上述した各種効果を好適に享受することができる。
 本実施形態の駆動装置の他の態様では、前記弾性部は、前記被駆動部を前記一の方向とは異なる他の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有しており、前記印加部は、前記被駆動部及び前記弾性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるためであって且つ前記被駆動部を含む被懸架部及び前記弾性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記他の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための前記微振動を前記ベース部に加える。
 この態様によれば、被駆動部は、弾性部の弾性(例えば、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができるという弾性や、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができるという弾性)によって、一の方向に沿った軸を中心軸として回転駆動されると共に他の方向に沿った軸を中心軸として回転駆動される。つまり、この態様の駆動装置は、被駆動部の2軸回転駆動を行うことができる。但し、2軸以上の多軸回転駆動を行ってもよいことは言うまでもない。
 この態様では特に、印加部の動作により、被駆動部を含む被懸架部(より具体的には、被駆動部を懸架する構造体からなる被懸架部であって、後に詳述する被駆動部並びに第2ベース部及び第2弾性部から構成される構造体からなる被懸架部)及び弾性部(より具体的には、後に詳述する第2ベース部を懸架する第1弾性部)により定まる共振周波数で被駆動部(言い換えれば、被駆動部を含む被懸架部)が他の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するような微振動が加えられる。より具体的には、印加部の動作により、被駆動部を含む被懸架部(より具体的には、被駆動部を懸架する構造体からなる被懸架部であって、後に詳述する被駆動部並びに第2ベース部及び第2弾性部から構成される構造体からなる被懸架部)の他の方向に沿った軸周りの慣性モーメント及び弾性部(より具体的には、後に詳述する第1弾性部)のねじりばね定数により定まる共振周波数で被駆動部(言い換えれば、被駆動部を含む被懸架部)が他の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するような微振動が加えられる。同時に、この微振動は、被駆動部及び弾性部(より具体的には、後に詳述する被駆動部を懸架する第2弾性部)により定まる共振周波数で、被駆動部を、一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転させる。より具体的には、この微振動は、被駆動部の一の方向に沿った軸周りの慣性モーメント及び弾性部(より具体的には、後に詳述する第2弾性部)のねじりばね定数により定まる共振周波数で、被駆動部を、一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転させる。つまり、この態様では、同一の印加部(言い換えれば、単一の印加部)から、被駆動部の2軸回転駆動を行うための微振動が加えられる。
 ここで、いわゆる方向性を有する力を加えることで被駆動部の2軸回転駆動を行う場合(例えば、ベース部そのものを被駆動部の回転方向に向かって大きくねじれさせ、そのねじれを弾性部や被駆動部に直接加えることで被駆動部の2軸回転駆動を行う場合)には、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力(つまり、ベース部等の構造体を一の方向に沿った軸を中心軸とする回転方向に向けてねじれさせる方向性を有する力)を一の印加部から加えると共に、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力(つまり、ベース部等の構造体を他の方向に沿った軸を中心軸とする回転方向に向けてねじれさせる方向性を有する力)を他の印加部から加える必要がある。つまり、方向性を有する力を加えることで被駆動部の2軸回転駆動を行う場合には、通常は、2つ以上の印加部(つまりは、2つ以上の駆動源)を駆動装置が備えていなければならない。言い換えれば、方向性を有する力を加えることで被駆動部の2軸回転駆動を行う場合には、1つの印加部からは1つの方向に向かって作用する力しか加えることができないため、2つ以上の印加部(つまりは、2つ以上の駆動源)を駆動装置が備えていなければならない。
 しかるに、この態様では、微振動に起因した方向性のない力を加えることで、被駆動部の2軸回転駆動を行うことができる。ここで、微振動に起因した方向性のない力を加えているがゆえに、1つの印加部から加えられた微振動は、弾性部の弾性(つまり、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させる弾性及び被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させる弾性)を利用して、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させると共に被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができる。つまり、この態様では、被駆動部の2軸回転駆動を行う場合であっても、2つの印加部を備える必要は必ずしもない。このため、単一の印加部(言い換えれば、単一の駆動源)を用いて、被駆動部の2軸回転駆動を行うための微振動を加えることができる。
 加えて、仮に1つの印加部から2つの方向に向かって作用する力を加えることができたとしても、方向性を有する力を加えることで被駆動部の2軸回転駆動を行う場合には、結局のところ、2つの方向に作用する成分(つまり、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力の成分と、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力の成分)を有する力を加える必要がある。しかるに、この態様では、微振動に起因した方向性のない力を加振エネルギーとして加えているため、力が作用する方向を考慮した上で当該力を加える必要がなくなるという利点も有している。
 本実施形態の駆動装置の他の態様では、前記ベース部は、第1ベース部と、当該第1ベースにより少なくとも一部が取り囲まれる第2ベース部とを備え、前記弾性部は、(i)前記第1ベース部と前記第2ベース部とを接続し且つ前記第2ベース部を前記他の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する第1弾性部と、(ii)前記第2ベース部と前記被駆動部とを接続し且つ前記被駆動部を前記一の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する第2弾性部とを備え、前記印加部は、前記第2ベース部及び前記第1弾性部により定まる共振周波数で前記第2ベース部が前記他の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記第2ベース部を回転させるための前記微振動であって且つ前記被駆動部及び前記第2弾性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための前記微振動を加える。
 この態様によれば、被駆動部は、弾性部の弾性(例えば、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができるという弾性や、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができるという弾性)によって、一の方向に沿った軸を中心軸として回転駆動されると共に他の方向に沿った軸を中心軸として回転駆動される。より具体的には、第1弾性部の弾性を利用して第2ベース部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させると共に、第2弾性部の弾性を利用して被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができる。ここで、被駆動部は、第2弾性部を介して第2ベース部に接続されているため、第2ベース部が他の方向に沿った軸を中心軸として回転することで、結果として被駆動部も他の方向に沿った軸を中心軸として回転する。つまり、この態様の駆動装置は、被駆動部の2軸回転駆動を行うことができる。但し、2軸以上の多軸回転駆動を行ってもよいことは言うまでもない。
 この態様では特に、印加部の動作により、第2ベース部を含む被懸架部及び第1弾性部により定まる共振周波数で第2ベース部(言い換えれば、第2ベース部により支持される被駆動部)が他の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するような微振動が加えられる。より具体的には、印加部の動作により、第2ベース部を含む被懸架部(より具体的には、被駆動部を懸架する第2ベース部を含む構造体からなる被懸架部であって、被駆動部並びに第2ベース部及び第2弾性部から構成される構造体からなる被懸架部)の他の方向に沿った軸周りの慣性モーメント及び第1弾性部のねじりばね定数により定まる共振周波数で第2ベース部(言い換えれば、第2ベース部により支持される被駆動部)が他の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するような微振動が加えられる。同時に、この微振動は、被駆動部及び第2弾性部により定まる共振周波数で、被駆動部を、一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転させる。より具体的には、この微振動は、被駆動部の一の方向に沿った軸周りの慣性モーメント及び第2弾性部のねじりばね定数により定まる共振周波数で、被駆動部を、一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転させる。つまり、この態様では、同一の印加部(言い換えれば、単一の印加部)から、被駆動部の2軸回転駆動を行うための微振動が加えられる。
 ここで、いわゆる方向性を有する力を加えることで被駆動部の2軸回転駆動を行う場合(例えば、ベース部そのものを被駆動部の回転方向に向かって大きくねじれさせ、そのねじれを弾性部や被駆動部に直接加えることで被駆動部の2軸回転駆動を行う場合)には、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力(つまり、ベース部等の構造体を一の方向に沿った軸を中心軸とする回転方向に向けてねじれさせる方向性を有する力)を一の印加部から加えると共に、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力(つまり、ベース部等の構造体を他の方向に沿った軸を中心軸とする回転方向に向けてねじれさせる方向性を有する力)を他の印加部から加える必要がある。つまり、方向性を有する力を加えることで被駆動部の2軸回転駆動を行う場合には、通常は、2つ以上の印加部(つまりは、2つ以上の駆動源)を駆動装置が備えていなければならない。言い換えれば、方向性を有する力を加えることで被駆動部の2軸回転駆動を行う場合には、1つの印加部からは1つの方向に向かって作用する力しか加えることができないため、2つ以上の印加部(つまりは、2つ以上の駆動源)を駆動装置が備えていなければならない。
 しかるに、この態様では、微振動に起因した方向性のない力を加えることで、被駆動部の2軸回転駆動を行うことができる。ここで、微振動に起因した方向性のない力を加えているがゆえに、1つの印加部から加えられた微振動は、第1及び第2弾性部の弾性(つまり、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させる弾性及び被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させる弾性)を利用して、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させると共に被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができる。つまり、この態様では、被駆動部の2軸回転駆動を行う場合であっても、2つの印加部を備える必要は必ずしもない。このため、単一の印加部(言い換えれば、単一の駆動源)を用いて、被駆動部の2軸回転駆動を行うための微振動を加えることができる。
 加えて、仮に1つの印加部から2つの方向に向かって作用する力を加えることができたとしても、方向性を有する力を加えることで被駆動部の2軸回転駆動を行う場合には、結局のところ、2つの方向に作用する成分(つまり、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力の成分と、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力の成分)を有する力を加える必要がある。しかるに、この態様では、微振動に起因した方向性のない力を加振エネルギーとして加えているため、力が作用する方向を考慮した上で当該力を加える必要がなくなるという利点も有している。
 尚、上述の説明では、第2ベース部を含む被懸架部として、被駆動部並びに第2ベース部及び第2弾性部から構成される構造体からなる被懸架部を例に説明を進めている。しかしながら、第2ベース部に対して他の構造体(例えば、後述の磁極やコイル又は櫛葉状電極等)が設置されている場合には、これらの他の構造体もまた被懸架部を構成することとなる。
 この態様では、前記印加部は、前記第2ベース部及び前記第1弾性部により定まる共振周波数で前記第2ベース部が前記他の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記第2ベース部を回転させるための前記微振動であって且つ前記被駆動部及び前記第2弾性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための前記微振動を前記第1ベース部に加えるように構成してもよい。
 このように構成すれば、第1ベース部に微振動を加えることで、被駆動部の2軸回転駆動を好適に行うことができる。
 本実施形態の駆動装置の他の態様では、前記被駆動部は、複数の被駆動部分に分割されており、前記弾性部は、(i)前記複数の被駆動部分のうちの第1群の被駆動部分と前記ベース部とを接続すると共に前記第1群の被駆動部分を前記一の方向及び前記一の方向とは異なる他の方向の少なくとも一方に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する第3弾性部と、(ii)前記複数の被駆動部分のうちの前記第1群の被駆動部分とは異なる第2群の被駆動部分と前記ベース部とを接続すると共に前記第2群の被駆動部分を前記一の方向及び前記他の方向の少なくとも一方に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する第4弾性部とを備え、前記印加部は、前記第1群の被駆動部分及び前記第3弾性部により定まる共振周波数で前記第1群の被駆動部分が前記一の方向及び前記他の方向の少なくとも一方に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記第1群の被駆動部分を回転させるための前記微振動であって且つ前記第2群の被駆動部分及び前記第4弾性部により定まる共振周波数で前記第2群の被駆動部分が前記前記一の方向及び他の方向の少なくとも一方に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記第2群の被駆動部分を回転させるための前記微振動を加える。
 この態様によれば、被駆動部を、一の共振周波数で共振しながら回転する第1群の被駆動部分と他の共振周波数で共振しながら回転する第2群の被駆動部分とに分割することができる。この場合であっても、微振動に起因した方向性のない力を加えているがゆえに、当該微振動により、第1弾性部の弾性を利用して第1群の被駆動部分を一の方向及び他の方向の少なくとも一方に沿った軸を中心軸として回転させると共に、第2弾性部の弾性を利用して第2群の被駆動部分を一の方向及び他の方向の少なくとも一方に沿った軸を中心軸として回転させることができる。このため、被駆動部が異なる方向に沿った軸を中心軸として異なる共振周波数で共振しながら回転する複数の被駆動部分に分割されている場合であっても、単一の印加部を用いて複数の被駆動部分の夫々を好適に回転させることができる。
 本実施形態の駆動装置の他の態様では、前記印加部は、単一の印加部である。
 この態様によれば、被駆動部の2軸回転駆動を行う場合であっても、2つの印加部を備える必要は必ずしもない。このため、単一の印加部を用いて、被駆動部の2軸回転駆動を行うための微振動を加えることができる。但し、2軸以上の多軸回転駆動を行ってもよいことは言うまでもない。
 本実施形態の駆動装置の他の態様では、前記弾性部は、前記被駆動物を前記一の方向とは異なる他の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有しており、前記印加部は、(i)前記被駆動部及び前記弾性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための前記微振動、及び(ii)前記被駆動部が前記他の方向に沿った軸を中心軸として回転するように前記被駆動部を回転させるための駆動力の夫々を加える。
 この態様によれば、弾性部(より具体的には、後述する第1弾性部)の弾性を利用して被駆動部(より具体的には、被駆動部を懸架する構造体であって、後に詳述する被駆動部並びに第2ベース部及び第2弾性部から構成される構造体)を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させると共に、弾性部(より具体的には、後述する第2弾性部)の弾性を利用して被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができる。このため、後に図面を用いて詳述するように、被駆動部の2軸回転駆動を好適に行うことができる。
 この態様では特に、上述の駆動装置の態様では被駆動部の回転の際に一の方向及び他の方向の夫々に沿って被駆動部が共振しているのに対して、被駆動部の移動の際に一の方向に沿って被駆動部が共振している一方で他の方向に沿って被駆動部が共振している必要がないという点において異なっている。このとき、印加部は、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させるための力として上述した方向性のない力を用いている一方で、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させるための力として上述した方向性のない力を用いる必要はない。つまり、印加部は、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させるための力として上述した方向性のない力を用いている一方で、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させるための力として上述した方向性のある力(つまり、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向に直接作用する力)を用いてもよい。このように構成したとしても、被駆動部の2軸回転駆動を好適に行うことができる。
 尚、印加部は、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させるための力として、上述した方向性のある力に加えて上述した方向性のない力を用いてもよい。つまり、方向性のある力と方向性のない力とを組み合わせた力を用いて、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させてもよい。
 本実施形態の駆動装置の他の態様では、前記ベース部は、第1ベース部と、当該第1ベースにより取り囲まれる第2ベース部とを備え、前記弾性部は、(i)前記第1ベース部と前記第2ベース部とを接続し且つ前記第2ベース部を前記他の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する第1弾性部と、(ii)前記第2ベース部と前記被駆動部とを接続し且つ前記被駆動部を前記一の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する第2弾性部とを備え、前記印加部は、(i)前記被駆動部及び前記弾第2性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための前記微振動、及び(ii)前記第2ベース部が前記他の方向に沿った軸を中心軸として回転するように前記第2ベース部を回転させるための駆動力の夫々を加える。
 この態様によれば、第1弾性部の弾性を利用して第2ベース部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させると共に、第2弾性部の弾性を利用して被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができる。ここで、被駆動部は、第2弾性部を介して第2ベース部に接続されているため、第2ベース部が他の方向に沿った軸を中心軸として回転することで、結果として被駆動部も他の方向に沿った軸を中心軸として回転する。このため、後に図面を用いて詳述するように、被駆動部の2軸回転駆動を好適に行うことができる。
 この態様では特に、上述の駆動装置の態様では被駆動部の回転の際に一の方向及び他の方向の夫々に沿って被駆動部が共振しているのに対して、被駆動部の移動の際に一の方向に沿って被駆動部が共振している一方で他の方向に沿って被駆動部が共振している必要がないという点において異なっている。このとき、印加部は、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させるための力として上述した方向性のない力を用いている一方で、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させるための力として上述した方向性のない力を用いる必要はない。つまり、印加部は、被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させるための力として上述した方向性のない力を用いている一方で、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させるための力として上述した方向性のある力(つまり、被駆動部を他の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向に直接作用する力)を用いてもよい。このように構成したとしても、被駆動部の2軸回転駆動を好適に行うことができる。
 この態様では、前記印加部は、(i)前記被駆動部及び前記弾第2性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための前記微振動、及び(ii)前記第2ベース部が前記他の方向に沿った軸を中心軸として回転するように前記第2ベース部を回転させるための駆動力の夫々を前記第2ベース部に加えるように構成してもよい。
 このように構成すれば、第2ベース部に微振動及び駆動力を加えることで、被駆動部の2軸回転駆動を好適に行うことができる。
 本実施形態のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施例から明らかにされる。
 以上説明したように、本実施形態の駆動装置によれば、ベース部と、被駆動部と、弾性部と、印加部とを備える。従って、方向性のある力以外の力を用いて被駆動部を回転させることができる。
 以下、図面を参照しながら、駆動装置の実施例について説明する。尚、以下では、駆動装置をMEMSスキャナに適用した例について説明する。
 (1)第1実施例
 初めに、図1から図3を参照して、MEMSスキャナの第1実施例について説明する。
 (1-1)基本構成
 初めに、図1を参照して、第1実施例に係るMEMSスキャナ100の基本構成について説明する。ここに、図1は、第1実施例に係るMEMSスキャナ100の基本構成を概念的に示す平面図である。
 図1に示すように、第1実施例に係るMEMSスキャナ100は、上述した「ベース部」の一具体例を構成するベース110と、上述した「弾性部」の一具体例を構成するトーションバー120a及び120bと、上述した「被駆動部」の一具体例を構成するミラー130と、上述した「印加部」の一具体例を構成する駆動源部140とを備えている。
 ベース110は、内部に空隙を備える枠形状を有している。つまり、第1ベース110は、図1中のY軸方向に延伸する2つの辺と図1中のX軸方向(つまり、Y軸に直交する軸方向)に延伸する2つの辺とを有すると共に、Y軸方向に延伸する2つの辺とX軸方向に延伸する2つの辺とによって取り囲まれた空隙を有する枠形状を有している。図1に示す例では、ベース110は、正方形の形状を有しているが、これに限定されることはなく、例えばその他の形状(例えば、長方形等の矩形の形状や円形の形状等)を有していてもよい。また、ベース110は、第1実施例に係るMEMSスキャナ100の基礎となる構造体であって、不図示の基板ないしは支持部材に対して固定されている(言い換えれば、MEMSスキャナ100という系の内部においては固定されている)ことが好ましい。
 尚、図1では、ベース110が枠形状を有している例を示しているが、その他の形状を有していてもよいことは言うまでもない。例えば、ベース110は、その一部の辺が開口となるコの字型形状を有していてもよい。或いは、例えば、ベース110は、内部に空隙を備える箱型形状を有していてもよい。つまり、ベース110は、X軸及びY軸によって規定される平面上に分布する2つの面と、X軸及び不図示のZ軸(つまり、X軸及びY軸の双方に直交する軸)によって規定される平面上に分布する2つの面と、Y軸及び不図示のZ軸によって規定される平面上に分布する2つの面とを有すると共に、これらの6つの面によって取り囲まれた空隙を有する箱形状を有していてもよい。或いは、ミラー130が配置される態様に応じて適宜ベース110の形状を任意に代えてもよい。
 トーションバー120aは、例えばシリコン、銅合金、鉄系合金、その他金属、樹脂等を材料とするバネ等のような弾性を有する部材である。トーションバー120aは、図1中Y軸の方向に延伸するように配置される。言い換えれば、トーションバー120aは、Y軸の方向に延伸する長手を有すると共にX軸の方向に延伸する短手を有する形状を有している。但し、後述する共振周波数の設定状況に応じて、トーションバー120aは、Y軸の方向に延伸する短手を有すると共にX軸の方向に延伸する長手を有する形状を有していてもよい。トーションバー120aの一方の端部121aは、ベース110の内側の辺111に接続される。トーションバー120aの他方の端部122aは、Y軸の方向に沿ってベース110の内側の辺111に対向するミラーの辺131に接続される。
 同様に、トーションバー120bは、例えばシリコン、銅合金、鉄系合金、その他金属、樹脂等を材料とするバネ等のような弾性を有する部材である。トーションバー120bは、図1中Y軸の方向に延伸するように配置される。言い換えれば、トーションバー120bは、Y軸の方向に延伸する長手を有すると共にX軸の方向に延伸する短手を有する形状を有している。但し、後述する共振周波数の設定状況に応じて、トーションバー120bは、Y軸の方向に延伸する短手を有すると共にX軸の方向に延伸する長手を有する形状を有していてもよい。トーションバー120bの一方の端部121bは、Y軸の方向に沿ってベース110の内側の辺(言い換えれば、領域部分)111(つまり、トーションバー120aの一方の端部121aが接続されるベース110の内側の辺111)に対向するベース110の内側の辺112に接続される。トーションバー120bの他方の端部122bは、Y軸の方向に沿ってベース110の内側の辺112に対向するミラー130の辺132に接続される。
 ミラー130は、ベース110の内部の空隙に、トーションバー120a及び120bによって吊り下げられる又は支持されるように配置される。ミラー130は、トーションバー120a及び120bの弾性によって、Y軸の方向を中心軸として回転するように構成されている。
 駆動源部140は、ミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させるために必要な微振動をベース110に対して加える。尚、駆動源部140が微振動をベース110に加えることができる限りは、その配置態様は任意に定めてもよい。また、ベース110に対して力を加えることに限らず、その他の位置に対して力を加えることができるように構成されてもよい。
 より具体的には、駆動源部140は、圧電素子140aと、伝達枝140bと、空隙140dを有すると共に伝達枝140bを介してベース110に固定される支持板140cとを備えている。支持板140c上では、空隙140dによって規定されると共に相対向する枝140e及び140fによって、圧電素子140aが挟持される。不図示の電極を介して圧電素子140aに電圧を印加することで、圧電素子140aはその形状を変化させる。この圧電素子140aの形状の変化は、枝140e及び140fの形状の変化を引き起こす。その結果、枝140e及び140fの形状の変化は、後に詳述するように微振動(ないしは、波動エネルギー)として伝達枝140bを介してベース110に伝えられる。
 尚、駆動源部140としては、圧電効果に起因した微振動を加える駆動源部に限らず、電磁力に起因した微振動を加える駆動源部及び静電力に起因した力を加える駆動源部を用いてもよい。もちろん、その他の方式を用いてもよいことは言うまでもない。
 例えば、電磁力に起因した微振動を加える被駆動源部は、枝140eに配置される磁極と枝140fに配置されるコイルとを備えている。この場合、コイルには、不図示の駆動源部制御回路から所望のタイミングで、所望の電圧が印加される。コイルへの電圧の印加によって電流が流れ、コイルと磁極との間に電磁相互作用が生ずる。その結果、電磁相互作用による電磁力が発生する。この電磁力は、枝140e及び140fの形状の変化を引き起こす。その結果、枝140e及び140fの形状の変化は、後に詳述するように微振動(ないしは、波動エネルギー)として伝達枝140bを介してベース110に伝えられる。
 また、静電力に起因した微振動を加える被駆動源部は、枝140eに配置される櫛葉状の第1電極と、枝140fに配置されると共に第1電極の間に分布する櫛葉状の第2電極とを備えている。この場合、第1電極には、不図示の駆動源部制御回路から所望のタイミングで、所望の電圧が印加される。ここで、第1電極と第2電極との間の電位差に起因して、第1電極と第2電極との間には静電力(言い換えれば、クーロン力)が生ずる。この静電力は、枝140e及び140fの形状の変化を引き起こす。その結果、枝140e及び140fの形状の変化は、後に詳述するように微振動(ないしは、波動エネルギー)として伝達枝140bを介してベース110に伝えられる。
 (1-2)MEMSスキャナの動作
 続いて、図2を参照して、第1実施例に係るMEMSスキャナ100の動作の態様(具体的には、ミラー130を回転させる動作の態様)について説明する。ここに、図2は、第1実施例に係るMEMSスキャナ100による動作の態様を概念的に示す平面図である。
 第1実施例に係るMEMSスキャナ100の動作時には、駆動源部140は、圧電素子140aが図2中X軸の方向に沿って伸縮するように、不図示の電極を介して圧電素子140aに電圧が印加される。これにより、圧電素子140aの形状が変化すると共に、枝140e及び140fの形状が変化する。その結果、枝140e及び140fの形状の変化は、後に詳述するように微振動(ないしは、波動エネルギー)として伝達枝140bを介してベース110に伝えられる。
 ここで、圧電素子140aの形状の変化が図2中X軸の方向であるため、この圧電素子140aの形状の変化によって生ずる枝140e及び140fの夫々の形状の変化は、図2中X軸の方向に沿って発生する。ここで、この圧電素子140aの形状の変化によって生ずる力そのものは、ミラー130の回転方向(つまり、Y軸に沿った方向を中心軸とする回転方向)とは異なる。一方で、この圧電素子140aの形状の変化(つまり、枝140e及び140fの夫々の形状の変化)は、支持板140c及び伝達枝140bを介して、微振動(言い換えれば、波動エネルギーであって、方向性のない力)としてベース110に伝わる。より具体的には、駆動源部140は、基礎となるベース110に対して、ベース110そのものの回転方向のねじれをなくしつつもベース110内を伝搬する微振動を、波動エネルギーとして加える。言い換えれば、駆動源部140は、ベース110そのものに回転方向のねじれを与える力を加えることに代えて、ベース110内をエネルギーとして(言い換えれば、力を発現させる波動エネルギーとして)伝搬する微振動を加える。このような微振動は、ベース110内を伝搬している時点では、方向性を有していない力となる。言い換えれば、微振動としてベース110内を伝搬する波動エネルギーは、ベース110内を任意の方向に向かって伝搬する。また、このような微振動が加えられたベース110は、ベース110そのものが振動する物体となるというよりは、微振動(言い換えれば、波動エネルギー)を伝搬する媒体となる。
 その結果、駆動源部140からベース110に対して加えられる微振動は、ベース110からトーションバー120a及び120bへと伝わる。その後、図2に示すように、ベース110内を伝搬してきた微振動(言い換えれば、波動エネルギー)が、トーションバー120a及び120b自身の弾性に応じた方向に向かってトーションバー120a及び120bを回転させたり、ミラー130を回転させたりする。言い換えれば、ベース110内を伝搬してきた微振動は、トーションバー120a及び120bの回転やミラー130の回転という形で発現する。言い換えれば、この波動エネルギーは、微振動の方向を限定することなくあらゆる方向の振動として取り出すことができる。つまり、ベース110内を伝搬した波動エネルギーは、振動(より具体的には、共振)という形で外部に取り出すことができ、その結果、ミラー130を回転させることができる。その結果、図2に示すように、ミラー130が、Y軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する。より具体的には、ミラー130は、共振周波数での回転動作を所定の角度の範囲内で繰り返すように(言い換えれば、所定の角度の範囲内での回転の往復運動を繰り返す)。尚、波動エネルギーは、音として外部に取り出すことができるが、この場合に発生する音は、いわゆるピストンモーションによって得られる音と比較して、その発音原理が異なるものである。
 このとき、ミラー130は、ミラー130並びにトーションバー120a及び120bに応じて定まる共振周波数で共振するように回転する。例えば、ミラー130のY軸に沿った軸回り慣性モーメントがIであり且つトーションバー120a及び120bを1本のバネとみなした場合のねじりバネ定数がkであるとすれば、ミラー130は、(1/(2π))×√(k/I)にて特定される共振周波数(或いは、(1/(2π))×√(k/I)のN倍若しくはN分の1倍(但し、Nは1以上の整数)の共振周波数)で共振するように、Y軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する。このため、駆動源部140は、ミラー130が上述の共振周波数で共振するように、上記共振周波数に同期した態様で微振動を加える。
 ここで、図3を参照して、駆動源部140から加えられる微振動に起因した方向性のない力について更に説明する。ここに、図3は、駆動源部140から加えられる微振動に起因した方向性のない力について説明するための平面図である。尚、以下の説明では、駆動源部140が電磁力に起因した微振動を加える構成を用いて説明を進める。
 図3に示すように、駆動源部140は、伝達枝140bと、伝達枝140bを介して第1ベース110-1に接続される支持板140cであって且つX軸の方向に沿って相対向する枝140x及び140yを備える支持板140cと、枝140x及び140yの夫々に巻かれたコイル140zとを備えている。また、枝140x及び140yの形状及び特性は同一であるとし、枝140xに巻かれたコイル140zの特性(例えば、巻き数等)及び枝140yに巻かれたコイル140zの特性(例えば、巻き数等)は同一であるものとする。
 ここで、枝140x及び140yの夫々に巻かれたコイル140に電流を流すと、電磁相互作用により、枝140xに対して枝140yの方向に向かって引っ張られる力(つまり、X軸の負の方向であって図3中左側に向かう方向に作用する力)が発生する場合には、枝140yに対しても、枝140xの方向に向かって引っ張られる力(つまり、X軸の正の方向であって図3中右側に向かう方向に作用する力)が発生する。この力は、互いに逆向きで同じ大きさであるため、それらが外部に加速度を生じさせたり、それら自身に加速度を発生させることもなく、枝140xと140yとが接合する点P(言い換えれば、伝達枝140b上の点P)には微振動のみが伝達される。その結果、点Pにおける力には方向性がないことになる。同様に、電磁相互作用により、枝140xに対して枝140yから引き離される力(つまり、X軸の正の方向であって図3中右側に向かう方向に作用する力)が発生する場合には、枝140yに対しても枝140xから引き離される力(つまり、X軸の負の方向であって図3中左側に向かう方向に作用する力)が発生する。この力は、互いに逆向きで同じ大きさであるため、それらが外部に加速度を生じさせたり、それら自身に加速度を発生させることもなく、枝140xと140yとが接合する点P)には微振動のみが伝達される。その結果、点Pにおける力には方向性がないことになる。
 しかしながら、本願発明者の実験によれば、上記構成によってベース110内を微振動(つまり、波動エネルギーであって、方向性のない力)が伝搬し、その結果、ミラー130がY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転することが判明している。つまり、駆動源部140により加えられる微振動が上述した方向性のない力(言い換えれば、波動エネルギー)としてベース110内を伝搬することで、ミラー130がY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転することが判明している。
 このように、第1実施例においては、ミラー130がミラー130並びにトーションバー120a及び120bに応じて定まる共振周波数で共振するようにY軸の方向に沿った軸を中心軸としてミラー130を回転させることができる。つまり、第1実施例においては、ミラー130はY軸を中心軸として自励共振する。
 ここで、「共振」とは、無限小の力の繰り返しにより無限大の変位が生じる現象であること。このため、ミラー130を回転させるために加えられる力を小さくしても、ミラー130の回転範囲(言い換えれば、回転方向の振幅)を大きくとることができる。つまり、ミラー130が回転するために必要な力を相対的に小さくすることができる。このため、ミラー130の回転に必要な力を加えるために必要な電力量をも少なくすることができる。従って、より効率的にミラー130を移動させることができ、その結果、MEMSスキャナ100の低消費電力化を実現することができる。
 加えて、第1実施例では、方向性を有していない力を加えている。
 ここで、比較例として、いわゆる方向性を有する力を加えることでミラー130の回転駆動を行う構成(例えば、ベース110そのものをミラー130の回転方向に向かって大きくねじれさせ、そのねじれをトーションバー120a及び120bやミラー130に直接加えることでミラー130の回転駆動を行う構成)を例にあげて説明する。この場合、ミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力(つまり、ベース110を、Y軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させるようにねじれさせる力)をある駆動源部140から加える必要がある。このため、このような方向性を有する力を加えることができるように、駆動源部140の配置位置を適切に設定しなければならない。つまり、方向性を有する力を加える場合には、当該力を作用させる方向に依存して駆動源部140の配置位置が限定されてしまう。
 しかるに、第1実施例では、微振動に起因した方向性のない力を加えているがゆえに、駆動源部140の配置位置が限定されてしまうことはなくなる。言い換えれば、微振動に起因した方向性のない力を加えているがゆえに、ミラー130の回転の方向に依存して駆動源部140の配置位置が限定されてしまうことはなくなる。つまり、駆動源部140の配置位置がどのような位置に設定されたとしても、駆動源部140から加えられる微振動(つまり、方向性のない力)は、トーションバー120a及び120bの弾性を利用して、ミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができる。これにより、MEMSスキャナ100の設計の自由度を相対的に増加させることができる。これは、各構成要件のサイズ的な又は設計的な制約が大きいMEMSスキャナにとって実践上非常に有利である。
 (2)第2実施例
 初めに、図4から図7を参照して、MEMSスキャナの第2実施例について説明する。
 (2-1)基本構成
 初めに、図4を参照して、第2実施例に係るMEMSスキャナ101の基本構成について説明する。ここに、図4は、第2実施例に係るMEMSスキャナ101の基本構成を概念的に示す平面図である。
 図4に示すように、第2実施例に係るMEMSスキャナ101は、上述した「ベース部(或いは、第1ベース部)」の一具体例を構成する第1ベース110-1と、上述した「弾性部(或いは、第1弾性部)」の一具体例を構成する第1トーションバー120a-1と、上述した「弾性部(或いは、第1弾性部)」の一具体例を構成する第1トーションバー120b-1と、上述した「ベース部(或いは、第2ベース部)」の一具体例を構成する第2ベース110-2と、上述した「弾性部(或いは、第2弾性部)」の一具体例を構成する第2トーションバー120a-2と、上述した「弾性部(或いは、第2弾性部)」の一具体例を構成する第2トーションバー120b-2と、上述した「被駆動部」の一具体例を構成するミラー130と、上述した「印加部」の一具体例を構成する駆動源部140とを備えている。
 第1ベース110-1は、内部に空隙を備える枠形状を有している。つまり、第1ベース110-1は、図4中のY軸方向に延伸する2つの辺と図4中のX軸方向(つまり、Y軸に直交する軸方向)に延伸する2つの辺とを有すると共に、Y軸方向に延伸する2つの辺とX軸方向に延伸する2つの辺とによって取り囲まれた空隙を有する枠形状を有している。図4に示す例では、第1ベース110-1は、正方形の形状を有しているが、これに限定されることはなく、例えばその他の形状(例えば、長方形等の矩形の形状や円形の形状等)を有していてもよい。また、第1ベース110-1は、第2実施例に係るMEMSスキャナ101の基礎となる構造体であって、不図示の基板ないしは支持部材に対して固定されている(言い換えれば、MEMSスキャナ101という系の内部においては固定されている)ことが好ましい。
 尚、図4では、第1ベース110-1が枠形状を有している例を示しているが、その他の形状を有していてもよいことは言うまでもない。例えば、第1ベース110-1は、その一部の辺が開口となるコの字型形状を有していてもよい。或いは、例えば、第1ベース110-1は、内部に空隙を備える箱型形状を有していてもよい。つまり、第1ベース110-1は、X軸及びY軸によって規定される平面上に分布する2つの面と、X軸及び不図示のZ軸(つまり、X軸及びY軸の双方に直交する軸)によって規定される平面上に分布する2つの面と、Y軸及び不図示のZ軸によって規定される平面上に分布する2つの面とを有すると共に、これらの6つの面によって取り囲まれた空隙を有する箱形状を有していてもよい。或いは、ミラー130が配置される態様に応じて適宜第1ベース110-1の形状を任意に代えてもよい。
 第1トーションバー120a-1は、例えばシリコン、銅合金、鉄系合金、その他金属、樹脂等を材料とするバネ等のような弾性を有する部材である。第1トーションバー120a-1は、図4中X軸の方向に延伸するように配置される。言い換えれば、第1トーションバー120a-1は、X軸の方向に延伸する長手を有すると共にY軸の方向に延伸する短手を有する形状を有している。但し、後述する共振周波数の設定状況に応じて、第1トーションバー120a-1は、X軸の方向に延伸する短手を有すると共にY軸の方向に延伸する長手を有する形状を有していてもよい。第1トーションバー120a-1の一方の端部121a-1は、第1ベース110-1の内側の辺115-1に接続される。第1トーションバー120a-1の他方の端部122a-1は、X軸の方向に沿って第1ベース110-1の内側の辺115-1に対向する第2ベース110-2の外側の辺117-2に接続される。
 同様に、第1トーションバー120b-1は、例えばシリコン、銅合金、鉄系合金、その他金属、樹脂等を材料とするバネ等のような弾性を有する部材である。第1トーションバー120b-1は、図4中X軸の方向に延伸するように配置される。言い換えれば、第1トーションバー120b-1は、X軸の方向に延伸する長手を有すると共にY軸の方向に延伸する短手を有する形状を有している。但し、後述する共振周波数の設定状況に応じて、第1トーションバー120b-1は、X軸の方向に延伸する短手を有すると共にY軸の方向に延伸する長手を有する形状を有していてもよい。第1トーションバー120b-1の一方の端部121b-1は、X軸の方向に沿って第1ベース110-1の内側の辺(言い換えれば、領域部分)115-1(つまり、第1トーションバー120a-1の一方の端部121a-1が接続される第1ベース110-1の内側の辺115-1)に対向する第1ベース110-1の内側の辺116-1に接続される。第1トーションバー120b-1の他方の端部122b-1は、X軸の方向に沿って第1ベース110-1の内側の辺116-1に対向する第2ベース110-2の外側の辺118-2に接続される。
 第2ベース110-2は、内部に空隙を備える枠形状を有している。つまり、第2ベース110-2は、図4中のY軸方向に延伸する2つの辺と図4中のX軸方向(つまり、Y軸に直交する軸方向)に延伸する2つの辺とを有すると共に、Y軸方向に延伸する2つの辺とX軸方向に延伸する2つの辺とによって取り囲まれた空隙を有する枠形状を有している。図4に示す例では、第2ベース110-2は、正方形の形状を有しているが、これに限定されることはなく、例えばその他の形状(例えば、長方形等の矩形の形状や円形の形状等)を有していてもよい。
 また、第2ベース110-2は、第1ベース110-1の内部の空隙に、第1トーションバー120a-1及び120b-1によって吊り下げられる又は支持されるように配置される。第2ベース110-2は、第1トーションバー120a-1及び120b-1の弾性によって、X軸の方向を中心軸として回転するように構成されている。
 尚、図4では、第2ベース110-2が枠形状を有している例を示しているが、その他の形状を有していてもよいことは言うまでもない。例えば、第2ベース110-2は、その一部の辺が開口となるコの字型形状を有していてもよい。或いは、例えば、第2ベース110-2は、内部に空隙を備える箱型形状を有していてもよい。つまり、第2ベース110-2は、X軸及びY軸によって規定される平面上に分布する2つの面と、X軸及び不図示のZ軸(つまり、X軸及びY軸の双方に直交する軸)によって規定される平面上に分布する2つの面と、Y軸及び不図示のZ軸によって規定される平面上に分布する2つの面とを有すると共に、これらの6つの面によって取り囲まれた空隙を有する箱形状を有していてもよい。或いは、ミラー130が配置される態様に応じて適宜第2ベース110-2の形状を任意に代えてもよい。
 第2トーションバー120a-2は、例えばシリコン、銅合金、鉄系合金、その他金属、樹脂等を材料とするバネ等のような弾性を有する部材である。第2トーションバー120a-2は、図4中Y軸の方向に延伸するように配置される。言い換えれば、第2トーションバー120a-2は、Y軸の方向に延伸する長手を有すると共にX軸の方向に延伸する短手を有する形状を有している。但し、後述する共振周波数の設定状況に応じて、第2トーションバー120a-2は、Y軸の方向に延伸する短手を有すると共にX軸の方向に延伸する長手を有する形状を有していてもよい。第2トーションバー120a-2の一方の端部121a-2は、第2ベース110-2の内側の辺111-2に接続される。第2トーションバー120a-2の他方の端部122a-2は、Y軸の方向に沿って第2ベース110-2の内側の辺111-2に対向するミラー130の一方の辺131に接続される。
 同様に、第2トーションバー120b-2は、例えばシリコン、銅合金、鉄系合金、その他金属、樹脂等を材料とするバネ等のような弾性を有する部材である。第2トーションバー120b-2は、図4中Y軸の方向に延伸するように配置される。言い換えれば、第2トーションバー120b-2は、Y軸の方向に延伸する長手を有すると共にX軸の方向に延伸する短手を有する形状を有している。但し、後述する共振周波数の設定状況に応じて、第2トーションバー120b-1は、Y軸の方向に延伸する短手を有すると共にX軸の方向に延伸する長手を有する形状を有していてもよい。第2トーションバー120b-2の一方の端部121b-2は、Y軸の方向に沿って第2ベース110-2の内側の辺(言い換えれば、領域部分)111-2(つまり、第2トーションバー120a-2の一方の端部121a-2が接続される第2ベース110-2の内側の辺111-2)に対向する第2ベース110-2の内側の辺112-2に接続される。第2トーションバー120b-2の他方の端部122b-2は、Y軸の方向に沿って第2ベース110-2の内側の辺112-2に対向するミラー130の他方の辺132に接続される。
 ミラー130は、第2ベース110-2の内部の空隙に、第2トーションバー120a-2及び120b-2によって吊り下げられる又は支持されるように配置される。ミラー130は、第2トーションバー120a-2及び120b-2の弾性によって、Y軸の方向を中心軸として回転するように構成されている。
 駆動源部140は、第2ベース110-2をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させるために必要であって且つミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させるために必要な微振動を第1ベース110-1に対して加える。尚、駆動源部140が上述の微振動を第1ベース110-1に加えることができる限りは、その配置態様は任意に定めてもよい。また、第1ベース110-1に対して微振動を加えることに限らず、その他の位置に対して微振動を加えることができるように構成されてもよい。
 より具体的には、駆動源部140は、圧電素子140aと、伝達枝140bと、空隙140dを有すると共に伝達枝140bを介して第1ベース110-1に固定される支持板140cとを備えている。支持板140c上では、空隙140dによって規定されると共に相対向する枝140e及び140fによって、圧電素子140aが挟持される。不図示の電極を介して圧電素子140aに電圧を印加することで、圧電素子140aはその形状を変化させる。この圧電素子140aの形状の変化は、枝140e及び140fの形状の変化を引き起こす。その結果、枝140e及び140fの形状の変化は、後に詳述するように微振動(ないしは、波動エネルギー)として伝達枝140bを介して第1ベース110-1に伝えられる。
 尚、駆動源部140としては、圧電効果に起因した微振動を加える駆動源部に限らず、電磁力に起因した微振動を加える駆動源部及び静電力に起因した微振動を加える駆動源部を用いてもよい。もちろん、その他の方式を用いてもよいことは言うまでもない。
 例えば、電磁力に起因した微振動を加える被駆動源部は、枝140eに配置される磁極と枝140fに配置されるコイルとを備えている。この場合、コイルには、不図示の駆動源部制御回路から所望のタイミングで、所望の電圧が印加される。コイルへの電圧の印加によって、コイルと磁極との間に電磁相互作用が生ずる。その結果、電磁相互作用による電磁力が発生する。この電磁力は、枝140e及び140fの形状の変化を引き起こす。その結果、枝140e及び140fの形状の変化は、後に詳述するように微振動(ないしは、波動エネルギー)として伝達枝140bを介して第1ベース110-1に伝えられる。
 また、静電力に起因した微振動を加える被駆動源部は、枝140eに配置される櫛葉状の第1電極と、枝140fに配置されると共に第1電極の間に分布する櫛葉状の第2電極とを備えている。この場合、第1電極には、不図示の駆動源部制御回路から所望のタイミングで、所望の電圧が印加される。ここで、第1電極と第2電極との間の電位差に起因して、第1電極と第2電極との間には静電力(言い換えれば、クーロン力)が生ずる。この静電力は、枝140e及び140fの形状の変化を引き起こす。その結果、枝140e及び140fの形状の変化は、後に詳述するように微振動(ないしは、波動エネルギー)として伝達枝140bを介して第1ベース110-1に伝えられる。
 (2-2)MEMSスキャナの動作
 続いて、図5を参照して、第2実施例に係るMEMSスキャナ101の動作の態様(具体的には、ミラー130を回転させる動作の態様)について説明する。ここに、図5は、第2実施例に係るMEMSスキャナ101による動作の態様を概念的に示す平面図である。
 第2実施例に係るMEMSスキャナ101の動作時には、駆動源部140は、圧電素子140aが図5中X軸の方向に沿って伸縮するように、不図示の電極を介して圧電素子140aに電圧を印加する。これにより、圧電素子140aの形状が変化すると共に、枝140e及び140fの形状が変化する。その結果、枝140e及び140fの形状の変化は、後に詳述するように振動そのものに代えて振動のエネルギーとして伝達枝140bを介して第1ベース110-1に伝えられる。
 ここで、圧電素子140aの形状の変化が図5中X軸の方向であるため、この圧電素子140aの形状の変化によって生ずる枝140e及び140fの夫々の形状の変化は、図5中X軸の方向に沿って発生する。ここで、この圧電素子140aの形状の変化によって生ずる力そのものは、第2ベース110-2の回転方向(つまり、X軸に沿った方向を中心軸とする回転方向)及びミラー130の回転方向(つまり、Y軸に沿った方向を中心軸とする回転方向)の夫々とは異なる。一方で、この圧電素子140aの形状の変化(つまり、枝140e及び140fの夫々の形状の変化)は、支持板140c及び伝達枝140bを介して、微振動(言い換えれば、波動エネルギーであって、方向性のない力)として第1ベース110-1に伝わる。より具体的には、駆動源部140は、基礎となる第1ベース110-1に対して、第1ベース110-1そのものの回転方向のねじれをなくしつつも第1ベース110-1内を伝搬する微振動を、波動エネルギーとして加える。言い換えれば、駆動源部140は、第1ベース110-1そのものに回転方向のねじれを与える力を加えることに代えて、第1ベース110-1内をエネルギーとして(言い換えれば、力を発現させるエネルギーとして)伝搬する微振動を加える。このような微振動は、第1ベース110-1内を伝搬している時点では、方向性を有していない力となる。言い換えれば、微振動としてベース110内を伝搬する波動エネルギーは、ベース110内を任意の方向に向かって伝搬する。また、このような微振動が加えられた第1ベース110-1は、第1ベース110-1そのものが振動する物体となるというよりは、微振動(言い換えれば、波動エネルギー)を伝搬する媒体となる。
 その結果、駆動源部140から第1ベース110-1に対して加えられる微振動は、第1ベース110-1から第1トーションバー120a-1及び120b-1へと伝わる。その後、図5に示すように、第1ベース110-1内を伝搬してきた微振動(言い換えれば、波動エネルギー)が、第1トーションバー120a-1及び120b-1自身の弾性に応じた方向に向かって第1トーションバー120a-1及び120b-1を回転させたり、第2ベース110-2を回転させたりする。言い換えれば、第1ベース110-1内を伝搬してきた微振動は、第1トーションバー120a-1及び120b-1の回転や第2ベース110-2の回転という形で発現する。言い換えれば、この波動エネルギーは、微振動の方向を限定することなくあらゆる方向の振動として取り出すことができる。つまり、第1ベース110-1内を伝搬した波動エネルギーは、振動(より具体的には、共振)という形で外部に取り出すことができ、その結果、ミラー130を支持する第2ベース110-2を回転させることができる。その結果、図5に示すように、第2ベース110-2が、X軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する。より具体的には、第2ベース110-2は、共振周波数での回転動作を所定の角度の範囲内で繰り返す(言い換えれば、所定の角度の範囲内での回転の往復運動を繰り返す)。
 このとき、第2ベース110-2は、第2ベース110-2を含む被懸架部(言い換えれば、第1トーションバー120a-1及び120b-1により懸架される第2ベース110-2を含む被懸架部)並びに第1トーションバー120a-1及び120b-1に応じて定まる共振周波数で共振するように回転する。例えば、第2ベース110-2を含む被懸架部のX軸に沿った軸回りの慣性モーメント(より具体的には、第2ベース110-2内に備えられる第2トーションバー120a-2及び120b-2並びにミラー130の夫々の質量をも加味した第2ベース110-2という系全体からなる被懸架設部のX軸に沿った軸回りの慣性モーメント)がI1であり且つ第1トーションバー120a-1及び120b-1を1本のバネとみなした場合のねじりバネ定数がk1であるとすれば、第2ベース110-2は、(1/(2π))×√(k1/I1)にて特定される共振周波数(或いは、(1/(2π))×√(k1/I1)のN倍若しくはN分の1倍(但し、Nは1以上の整数)の共振周波数)で共振するように、X軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する。このため、駆動源部140は、第2ベース110-2が上述の共振周波数で共振するように、上記共振周波数に同期した態様で微振動を加える。
 同様に、駆動源部140から第1ベース110-1に対して加えられる微振動は、第1ベース110-1から第1トーションバー120a-1及び120b-1、並びに第2ベース110-2を介して第2トーションバー120a-2及び120b-2へと伝わる。その後、図5に示すように、第1ベース110-1内を伝搬してきた微振動(言い換えれば、波動エネルギー)が、第2トーションバー120a-2及び120b-2自身の弾性に応じた方向に向かって第2トーションバー120a-2及び120b-2を回転させたり、ミラー130を回転させたりする。言い換えれば、第1ベース110-1内を伝搬してきた微振動は、第2トーションバー120a-1及び120b-1の回転やミラー130の回転という形で発現する。言い換えれば、この波動エネルギーは、微振動の方向を限定することなくあらゆる方向の振動として取り出すことができる。つまり、第1ベース110-1及び第2ベース110-2内を伝搬した波動エネルギーは、振動(より具体的には、共振)という形で外部に取り出すことができ、その結果、ミラー130を回転させることができる。その結果、図5に示すように、ミラー130が、Y軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する。より具体的には、ミラー130は、共振周波数での回転動作を所定の角度の範囲内で繰り返す(言い換えれば、所定の角度の範囲内での回転の往復運動を繰り返す)。
 このとき、ミラー130は、ミラー130並びに第2トーションバー120a-2及び120b-2に応じて定まる共振周波数で共振するように回転する。例えば、ミラー130のY軸に沿った軸回りの慣性モーメントがm2であり且つ第2トーションバー120a-2及び120b-2を1本のバネとみなした場合のねじりバネ定数がk2であるとすれば、ミラー130は、(1/(2π))×√(k2/I2)にて特定される共振周波数(或いは、(1/(2π))×√(k2/I2)のN倍若しくはN分の1倍(但し、Nは1以上の整数)の共振周波数)で共振するように、Y軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する。このため、駆動源部140は、ミラー130が上述の共振周波数で共振するように、上記共振周波数に同期した態様で微振動を加える。
 ここで、図6を参照して、駆動源部140から加えられる微振動に起因した方向性のない力について更に説明する。ここに、図6は、駆動源部140から微振動に起因した加えられる方向性のない力について説明するための平面図である。尚、以下の説明では、駆動源部140が電磁力に起因した微振動を加える構成を用いて説明を進める。
 図6に示すように、駆動源部140は、伝達枝140bと、伝達枝140bを介して第1ベース110-1に接続される支持板140cであって且つX軸の方向に沿って相対向する枝140x及び140yを備える支持板140cと、枝140x及び140yの夫々に巻かれたコイル140zとを備えている。また、枝140x及び140yの形状及び特性は同一であるとし、枝140xに巻かれたコイル140zの特性(例えば、巻き数等)及び枝140yに巻かれたコイル140zの特性(例えば、巻き数等)は同一であるものとする。
 ここで、枝140x及び140yの夫々に巻かれたコイル140に電流を流すと、電磁相互作用により、枝140xに対して枝140yの方向に向かって引っ張られる力(つまり、X軸の負の方向であって図6中左側に向かう方向に作用する力)が発生する場合には、枝140yに対しても、枝140xの方向に向かって引っ張られる力(つまり、X軸の正の方向であって図6中右側に向かう方向に作用する力)が発生する。この力は、互いに逆向きで同じ大きさであるため、それらが外部に加速度を生じさせたり、それら自身に加速度を発生させることもなく、枝140xと140yとが接合する点P(言い換えれば、伝達枝140b上の点P)には微振動のみが伝達される。その結果、点Pにおける力には方向性がないことになる。同様に、電磁相互作用により、枝140xに対して枝140yから引き離される力(つまり、X軸の正の方向であって図6中右側に向かう方向に作用する力)が発生する場合には、枝140yに対しても枝140xから引き離される力(つまり、X軸の負の方向であって図6中左側に向かう方向に作用する力)が発生する。この力は、互いに逆向きで同じ大きさであるため、それらが外部に加速度を生じさせたり、それら自身に加速度を発生させることもなく、枝140xと140yとが接合する点Pには微振動のみが伝達される。その結果、点Pにおける力には方向性がないことになる。
 しかしながら、本願発明者の実験によれば、上記構成によって第1ベース110-1内を微振動(つまり、波動エネルギーであって、方向性のない力)が伝搬し、その結果、第2ベース110-2がX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転すると共に、ミラー130がY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転することが判明している。つまり、駆動源部140により加えられる微振動が上述した方向性のない力(言い換えれば、波動エネルギー)として第1ベース110-1内を伝搬することで、第2ベース110-2がX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転すると共に、ミラー130がY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転することが判明している。
 また、実際の実験結果のグラフについて、図7を参照して説明する。ここに、図7は、実験結果のグラフである。尚、実験では、「3mm×4mm」のサイズのミラー130を用い、第2ベース110-2の共振周波数を700Hzに設定し、且つミラー130の共振周波数を5.3kHzに設定している。尚、本発明がこれらの数値を有する構成に限定されることを意図するものではない。
 図7(a)は、第2ベース110-2のX軸の方向に沿った軸を中心軸とする回転の態様を示す。図7(a)の横軸は、駆動源部140に加えられる信号の周波数を示し、図7(a)の縦軸は、第2ベース110-2の回転量(左側)及び回転の位相(右側)を示している。図7(a)に示すグラフから分かるように、駆動源部140に加えられる信号周波数を変更していった場合には、信号の繰り返しの周波数が「700Hz」となった時点で第2ベース110-2の回転量が最大となり且つ回転の位相が反転することが分かる。これは、第2ベース110-2が「700Hz」の周波数で共振しながら、X軸の方向に沿った軸を中心軸として回転していることを示している。つまり、微振動に起因した方向性のない力を加えることで、第2ベース110-2が「700Hz」の周波数で共振しながら、X軸の方向に沿った軸を中心軸として回転することが実験により確認されている。
 図7(b)は、ミラー130のY軸の方向に沿った軸を中心軸とする回転の態様を示す。図7(b)の横軸は、駆動源部140に加えられる信号の周波数を示し、図7(b)の縦軸は、ミラー130の回転量(左側)及び回転の位相(右側)を示している。図7(b)に示すグラフから分かるように、駆動源部140に加えられる信号の周波数を変更させていった場合には、信号の繰り返しの周波数が「5.3kHz」となった時点でミラー130の回転量が最大となり且つ回転の位相が反転することが分かる。これは、ミラー130が「5.3kHz」の周波数で共振しながら、Y軸の方向に沿った軸を中心軸として回転していることを示している。つまり、微振動に起因した方向性のない力を加えることで、ミラー130が「5.3kHz」の周波数で共振しながら、Y軸の方向に沿った軸を中心軸として回転することが実験により確認されている。
 このように、第2実施例においては、ミラー130がミラー130並びに第2トーションバー120a-2及び120b-2に応じて定まる共振周波数で共振するようにY軸の方向に沿った軸を中心軸としてミラー130を回転させることができると共に、第2ベース110-2が第2ベース110-2並びに第1トーションバー120a-1及び120b-1に応じて定まる共振周波数で共振するようにX軸の方向に沿った軸を中心軸として第2ベース110-2を回転させることができる。ここで、ミラー130が第2トーションバー120a-2及び120b-2を介して第2ベース110-2に接続されていることを考慮すれば、X軸の方向に沿った軸を中心軸とする第2ベース110-2の回転に合わせて、ミラー130もまたX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する。その結果、ミラー130がX軸及びY軸の夫々を中心軸として共振するようにミラー130を回転させることができる。つまり、第2実施例においては、ミラー130はX軸及びY軸の夫々を中心軸として自励共振する。
 ここで、「共振」とは、無限小の力の繰り返しにより無限大の変位が生じる現象であること。このため、ミラー130を回転させるために加えられる力を小さくしても、ミラー130の回転範囲(言い換えれば、回転方向の振幅)を大きくとることができる。つまり、ミラー130が回転するために必要な力を相対的に小さくすることができる。このため、ミラー130の回転に必要な力を加えるために必要な電力量をも少なくすることができる。従って、より効率的にミラー130を移動させることができ、その結果、MEMSスキャナ101の低消費電力化を実現することができる。
 加えて、第2実施例では、方向性を有していない力を加えている。
 ここで、比較例として、いわゆる方向性を有する力を加えることでミラー130の2軸回転駆動を行う構成(例えば、第1ベース110-1そのものを大きくねじれさせ、そのねじれを第1トーションバー120a-1及び120b-1や第2トーションバー120a-2及び120b-2やミラー130に直接加えることでミラー130の2軸回転駆動を行う構成)を例にあげて説明する。この場合、ミラー130をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力(つまり、第1ベース110-1を、X軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させるようにねじれさせる力)をある駆動源部140から加えると共に、ミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力(つまり、第1ベース110を、Y軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させるようにねじれさせる力)を他の駆動源部140から加える必要がある。つまり、方向性を有する力を加えることでミラー130の2軸回転駆動を行う場合には、通常は、2つ以上の駆動源部140をMEMSスキャナが備えていなければならない。言い換えれば、方向性を有する力を加えることでミラー130の2軸回転駆動を行う場合には、1つの駆動源部140からは1つの方向に向かって作用する力しか加えることができないため、2つ以上の駆動源部140をMEMSスキャナが備えていなければならない。
 しかるに、第2実施例では、微振動に起因した方向性のない力を加えることで、ミラー130の2軸回転駆動を行うことができる。ここで、微振動に起因した方向性のない力を加えているがゆえに、1つの駆動源部140から加えられた微振動(つまり、方向性のない力)は、第1トーションバー120a-1及び120b-1の弾性(つまり、ミラー130を支持する第2ベース110-2をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる弾性)並びに第2トーションバー120a-2及び120b-2の弾性(つまり、ミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる弾性)を利用して、ミラー130をX軸及びY軸の夫々の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができる。つまり、第2実施例では、ミラー130の2軸回転駆動を行う場合であっても、2つの駆動源部140を備える必要は必ずしもない。このため、単一の駆動源部140を用いて、ミラー130の2軸回転駆動を行うための微振動に起因した方向性のない力を加えることができる。
 加えて、仮に1つの駆動源部から2つの方向に向かって作用する力を加えることができたとしても、方向性を有する力を加えることでミラー130の2軸回転駆動を行う場合には、結局のところ、2つの方向に作用する成分(つまり、ミラー130をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力の成分と、ミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有する力の成分)を有する力を加える必要がある。しかるに、第2実施例では、微振動に起因した方向性のない力を波動エネルギーとして加えているため、力が作用する方向を考慮した上で当該力を加える必要がなくなるという利点も有している。
 加えて、微振動に起因した方向性のない力を加えているがゆえに、駆動源部140の配置位置が限定されてしまうことはなくなる。言い換えれば、微振動に起因した方向性のない力を加えているがゆえに、ミラー130の回転の方向に依存して駆動源部140の配置位置が限定されてしまうことはなくなる。つまり、駆動源部140の配置位置がどのような位置に設定されたとしても、駆動源部140から加えられる微振動(つまり、方向性のない力)は、第1トーションバー120a-1及び120b-1並びに第2トーションバー120a-2及び120b-2の夫々の弾性を利用して、ミラー130をX軸及びY軸の夫々の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができる。これにより、MEMSスキャナ101の設計の自由度を相対的に増加させることができる。これは、各構成要件のサイズ的な又は設計的な制約が大きいMEMSスキャナにとって実践上非常に有利である。
 (3)第3実施例
 続いて、図8及び図9を参照して、MEMSスキャナの第3実施例について説明する。ここに、図8は、第3実施例に係る一の構成のMEMSスキャナ102の基本構成を概念的に示す平面図であり、図9は、第3実施例に係る他の構成のMEMSスキャナ103の基本構成を概念的に示す平面図である。尚、上述した第1実施例に係るMEMSスキャナ100及び第2実施例に係るMEMSスキャナ101と同一の構成については、同一の参照符号を付することでその詳細な説明については省略する。
 図8に示すように、第3実施例に係る第1のMEMSスキャナ102は、第2実施例に係るMEMSスキャナ101と同様に、第1ベース110-1と、第1トーションバー120a-1と、第1トーションバー120b-1と、第2ベース110-2と、第2トーションバー120a-2と、第2トーションバー120b-2と、ミラー130と、駆動源部150とを備えている。
 第3実施例に係る第1のMEMSスキャナ102は特に、第2実施例に係るMEMSスキャナ101と比較して、駆動源部150の配置位置が異なっている。具体的には、第3実施例に係る第1のMEMSスキャナ102では、駆動源部150は、第2ベース110-2に対して力を加えることができるように配置されている。より具体的には、第3実施例に係る第1のMEMSスキャナ102が備える駆動源部150は、ミラー130を挟んで配置される2つの駆動源部150a及び150bを備えている。駆動源部150aは、静電力に起因した力を加える駆動源部であって、第1ベース110-1の内側の辺111-1に配置される櫛葉状の第1電極151aと、第2ベース110-2の外側の辺113-2に配置されると共に第1電極151aの間に分布する第2電極152aとを備える。また、駆動源部150bは、静電力に起因した力を加える駆動源部であって、第1ベース110-1の内側の辺112-1に配置される櫛葉状の第1電極151bと、第2ベース110-2の外側の辺114-2に配置されると共に第1電極151bの間に分布する第2電極152bとを備える。
 第3実施例に係る駆動源部150a及び150bの夫々は、第2ベース110-2をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させるために必要な力を第2ベース110-2に加える。特に、駆動源部150a及び150bの夫々は、第2ベース110-2を回転させるために、第2ベース110-2を相対的に大きく振動させる力を第2ベース110-2に対して加える。より具体的には、第1電極151a及び151b並びに第2電極152a及び152bの夫々に対して電圧を印加すると、第1電極151aと第2電極152aとの間及び第1電極151bと第2電極152bとの間には、互いに引き合う静電力が発生する。この静電力は、図8の紙面に対して奥側から手前側又は手前側から奥側へ向かう力として第2ベース110-2に対して作用する。その結果、第2ベース110-2は相対的に大きく振動することで、X軸に沿った軸を中心軸として回転する。つまり、駆動源部150a及び150bの夫々は、第2ベース110-1をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる力(つまり、方向性を有する力)を第2ベース110-2に直接加えることで、第2ベース110-2をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる。同時に、駆動源部150a及び150bの夫々は、第2ベース110-2をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる力を利用して、ミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる。言い換えれば、ミラー130は、第2ベース110-2をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる力を利用して、Y軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する。ここで、第1電極151aと第2電極152aとの間及び第1電極151bと第2電極152bとの間に発生する静電力は、その発生時点では、第2ベース110-1をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有しているものの、ミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有しているものではない。従って、第2ベース110-2をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる力を利用してミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる場合には、当該力は上述した方向性のない力に相当する。
 このような動作を実現するために、駆動源部150a及び150bの夫々には、第2ベース110-2をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる力を発生させるための信号(つまり、電圧信号)に対して、ミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる際の共振周波数に同期した信号(つまり、微振動を発生させるための電圧信号)が重畳された信号が、入力信号として加えられる。
 このため、第3実施例に係る第1のMEMSスキャナ102によれば、ミラー130をY軸に沿った軸を中心軸として回転させるために方向性のない力を利用しつつも、ミラー130(言い換えれば、ミラー130を支持する第2ベース110-2)をX軸に沿った軸を中心軸として回転させるために方向性のある力を利用している。このように構成しても、ミラー130の2軸回転駆動を好適に行うことができる。
 図9に示すように、第3実施例に係る第2のMEMSスキャナ103は、第2実施例に係るMEMSスキャナ101と同様に、第1ベース110-1と、第1トーションバー120a-1と、第1トーションバー120b-1と、第2ベース110-2と、第2トーションバー120a-2と、第2トーションバー120b-2と、ミラー130と、駆動源部160とを備えている。
 第3実施例に係る第2のMEMSスキャナ103は特に、第2実施例に係るMEMSスキャナ101と比較して、駆動源部160の配置位置が異なっている。具体的には、第3実施例に係る第2のMEMSスキャナ103では、駆動源部160は、第2ベース110-2に対して力を加えることができるように配置されている。つまり、第3実施例に係る第2のMEMSスキャナ103における駆動源部160の配置位置は、第3実施例に係る第1のMEMSスキャナ102における駆動源部150の配置位置と同一である。第3実施例に係る第2のMEMSスキャナ103は、第3実施例に係る第1のMEMSスキャナ102と比較して、駆動源部160の構成が異なるという点において異なっている。より具体的には、第3実施例に係る第2のMEMSスキャナ103が備える駆動源部160は、電磁力に起因した力を加える駆動源部であって、第2ベース110-2の枠形状に沿って配置されるコイル161と、第1ベース110-1の内側の辺111-1に配置される磁極162aと、第1ベース110-1の内側の辺112-1に配置される磁極162bとを備える。
 第3実施例に係る駆動源部160は、第2ベース110-2をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させるために必要な力を第2ベース110-2に加える。特に、駆動源部160は、第2ベース110-2を回転させるために、第2ベース110-2を相対的に大きく振動させる力を第2ベース110-2に対して加える。より具体的には、例えばコイル161に対して図6中反時計回りの方向に電流を流し、磁極162aからは図6中下側から上側へ向かう磁束が発生し、磁極162bからは図9中下側から上側へ向かう磁束が発生するとする。この場合、コイル161(つまり、コイル161が配置された第2ベース110-2)の上側の辺111-2及び113-2には、図9の紙面に対して手前側から奥側に作用する力が加えられる。同様に、コイル161(つまり、コイル161が配置された第2ベース110-2)の下側の辺112-2及び114-2には、図9の紙面に対して奥側から手前側に作用する力が加えられる。その結果、第2ベース110-2は、X軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する。このとき加えられる力は、第2ベース110-2をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させるように直接作用する力であり、上述の方向性のある力となる。同時に、駆動源部160の夫々は、第2ベース110-2をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる力を利用して、ミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる。言い換えれば、ミラー130は、第2ベース110-2をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる力を利用して、Y軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する。ここで、コイル161に発生する電磁力は、その発生時点では、第2ベース110-1をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有しているものの、ミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる方向性を有しているものではない。従って、第2ベース110-2をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる力を利用してミラー130をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる場合には、当該力は上述した方向性のない力に相当する。
 このため、第3実施例に係る第2のMEMSスキャナ103によれば、ミラー130をY軸に沿った軸を中心軸として回転させるために方向性のない力を利用しつつも、ミラー130(言い換えれば、ミラー130を支持する第2ベース110-2)をX軸に沿った軸を中心軸として回転させるために方向性のある力を利用している。このように構成しても、ミラー130の2軸回転駆動を好適に行うことができる。
 尚、第3実施例では、ミラー130をY軸に沿った軸を中心軸として回転させるために方向性のない力を利用しつつも、ミラー130をX軸に沿った軸を中心軸として回転させるために方向性のある力を利用している。しかしながら、ミラー130をX軸に沿った軸を中心軸として回転させるために方向性のある力及び方向性のない力の双方を利用してもよい。言い換えれば、所定の軸を中心軸としてミラー130を回転させるために、方向性のない力のみを用いてもよいし、方向性のある力のみを用いてもよいし、方向性のない力及び方向性のある力の組み合わせを用いてもよい。
 (4)第4実施例
 続いて、図10を参照して、MEMSスキャナの第4実施例について説明する。ここに、図10は、第4実施例に係るMEMSスキャナ104の基本構成を概念的に示す平面図である。尚、上述した第1実施例に係るMEMSスキャナ100及び第2実施例に係るMEMSスキャナ101と同一の構成については、同一の参照符号を付することでその詳細な説明については省略する。
 図10に示すように、第4実施例に係るMEMSスキャナ104は、第2実施例に係るMEMSスキャナ101と同様に、第1ベース110-1と、駆動源部140とを備えている。
 第4実施例に係るMEMSスキャナ104は特に、夫々がX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転するように構成される複数のミラー130-1と、夫々がY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転するように構成される複数のミラー130-2と、夫々が複数のミラー130-1のうちの対応するミラー130-1と第1ベース110-1とを接続する複数のトーションバー120a-1及び120b-1と、夫々が複数のミラー130-2のうちの対応するミラー130-2と第1ベース110-1とを接続する複数のトーションバー120a-2及び120b-2とを備えている。このような第4実施例に係るMEMSスキャナ104は、第2実施例に係るMEMSスキャナ102が備えるミラー130を分割することで得られる構成に相当する。
 複数のトーションバー120a-1及び120b-1の夫々は、上述した第1トーションバー120a-1及び120b-1と同様の構成及び特性を有している。複数のトーションバー120a-1及び120b-1の夫々の一方の端部は第1ベース110-1に接続され、複数のトーションバー120a-1及び120b-1の夫々の他方の端部は対応するミラー130-1に接続される。また、複数のトーションバー120a-1及び120b-1の夫々は、対応するミラー130-1をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる弾性を有する。
 複数のトーションバー120a-2及び120b-2の夫々は、上述した第2トーションバー120a-2及び120b-2と同様の構成及び特性を有している。複数のトーションバー120a-2及び120b-2の夫々の一方の端部は第1ベース110-1に接続され、複数のトーションバー120a-2及び120b-2の夫々の他方の端部は対応するミラー130-2に接続される。また、複数のトーションバー120a-2及び120b-2の夫々は、対応するミラー130-2をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる弾性を有する。
 複数のミラー130-1の夫々は、上述したミラー130と概ね同様の構成を有しており、第1ベース110-1の内部の空隙に、対応するトーションバー120a-1及び120b-1によって吊り下げられる又は支持されるように配置される。また、複数のミラー130-1の夫々は、共振周波数が「f1」となるように設定されている。つまり、複数のミラー130-1の夫々が共振周波数が「f1」となるように、複数のミラー130-1の夫々のX軸の方向に沿った軸を中心軸とする慣性モーメント及び複数のトーションバー120a-1及び120b-1の夫々のねじりばね定数が設定されている。また、複数のミラー130-1の夫々は、トーションバー120a-1及び120b-1の弾性によって、X軸の方向に沿った軸を中心軸として回転するように構成されている。
 複数のミラー130-2の夫々は、上述したミラー130と概ね同様の構成を有しており、第1ベース110-1の内部の空隙に、対応するトーションバー120a-2及び120b-2によって吊り下げられる又は支持されるように配置される。また、複数のミラー130-2の夫々は、共振周波数が「f2」となるように設定されている。つまり、複数のミラー130-2の夫々が共振周波数が「f2」となるように、複数のミラー130-1の夫々のY軸の方向に沿った軸を中心軸とする慣性モーメント及び複数のトーションバー120a-2及び120b-2の夫々のねじりばね定数が設定されている。また、複数のミラー130-2の夫々は、トーションバー120a-2及び120b-2の弾性によって、Y軸の方向に沿った軸を中心軸として回転するように構成されている。
 このようなMEMSスキャナ104は、例えばディスプレイ装置として利用することができる。具体的には、複数のミラー130-1は、光源からの光を反射することで垂直走査を行うためのミラーとして用いられる。図10に示す例では、3つのミラー130-1が、夫々、赤(R)、緑(G)及び青(B)に対応することが好ましい。同様に、複数のミラー130-2は、光源からの光を反射することで水平走査を行うためのミラーとして用いられる。図10に示す例では、3つのミラー130-2が、夫々、赤(R)、緑(G)及び青(B)に対応することが好ましい。
 このような構成を有する第4実施例に係るMEMSスキャナ104によれば、駆動源部140から微振動(つまり、方向性のない力)が第1ベース110-1に加えられるがゆえに、当該微振動に起因した方向性のない力により、複数のトーションバー120a-1及び120b-1の夫々の弾性を利用して、一の共振周波数f1で共振させながら複数のミラー130-1の夫々をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させると共に、複数のトーションバー120a-2及び120b-2の夫々の弾性を利用して、他の共振周波数f2で共振させながら複数のミラー130-2の夫々をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができる。より具体的には、駆動源部140に対して一の共振周波数f1に同期した信号と他の共振周波数f2に同期した信号とを重畳した信号を供給することで、一の共振周波数f1で共振させながら複数のミラー130-1を回転させることができると共に、他の共振周波数f2で共振させながら複数のミラー130-2を回転させることができる。言い換えれば、駆動源部140に対して一の共振周波数f1に同期した信号のみを供給することで、一の共振周波数f1で共振しながら複数のミラー130-1を回転させることができる一方で、複数のミラー130-2を回転させることはない。同様に、駆動源部140に対して他の共振周波数f2に同期した信号のみを供給することで、他の共振周波数f2で共振しながら複数のミラー130-2を回転させることができる一方で、複数のミラー130-1を回転させることはない。このため、共振周波数が異なる複数のミラー130-1及び130-2をMEMSスキャナ104が備える場合であっても、単一の駆動源部140を用いて複数のミラー130-1及び130-2の夫々を好適に回転させることができる。
 尚、上述の例では、共振周波数がf1となる複数のミラー130-1の夫々をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させると共に、共振周波数がf2となる複数のミラー130-2の夫々をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させる例について説明している。しかしながら、共振周波数がf1となる複数のミラー130の夫々をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させ、共振周波数がf1となる複数のミラー130の夫々をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させ、共振周波数がf2となる複数のミラー130の夫々をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させ、且つ共振周波数がf2となる複数のミラー130の夫々をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させるように構成してもよい。例えば、図11に示すように、一の共振周波数f1で共振しながらX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する複数の第1ミラー130-3と、他の共振周波数f2で共振しながらX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する複数の第2ミラー130-4と、一の共振周波数f1で共振しながらY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する複数の第3ミラー130-5と、他の共振周波数f2で共振しながらY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転する複数の第4ミラー130-6とを備えるように構成してもよい。この場合、駆動源部140に対して一の共振周波数f1に同期した信号と他の共振周波数f2に同期した信号とを重畳した信号を供給することで、一の共振周波数f1で共振しながら複数の第1ミラー130-3をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させ且つ一の共振周波数f1で共振しながら複数の第3ミラー130-5をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができると共に、他の共振周波数f2で共振しながら複数の第2ミラー130-4をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させ且つ他の共振周波数f2で共振しながら複数の第4ミラー130-6をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができる。言い換えれば、駆動源部140に対して一の共振周波数f1に同期した信号のみを供給することで、一の共振周波数f1で共振しながら複数の第1ミラー130-3をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させ且つ一の共振周波数f1で共振しながら複数の第3ミラー130-5をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができる一方で、他の共振周波数f2で共振しながら複数の第2ミラー130-4をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させ且つ他の共振周波数f2で共振しながら複数の第4ミラー130-6をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させることはない。同様に、駆動源部140に対して他の共振周波数f2に同期した信号のみを供給することで、他の共振周波数f2で共振しながら複数の第2ミラー130-4をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させ且つ他の共振周波数f2で共振しながら複数の第4ミラー130-6をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させることができる一方で、一の共振周波数f1で共振しながら複数の第1ミラー130-3をX軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させ且つ一の共振周波数f1で共振しながら複数の第3ミラー130-5をY軸の方向に沿った軸を中心軸として回転させることはない。
 このように構成しても、共振周波数及び回転方向が異なる複数のミラー130-3から130-6をMEMSスキャナ104が備える場合であっても、単一の駆動源部140を用いて複数のミラー130-3及び130-6のうちの所望のミラーを好適に回転させることができる。
 尚、上述した第4実施例に係るMEMSスキャナ104に対して、上述した第1実施例から第3実施例において説明した各種構成を適宜適用してもよいことは言うまでもない。
 また、本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う駆動装置もまた本発明の技術思想に含まれる。
 100 MEMSスキャナ
 110 ベース
 120 トーションバー
 130 ミラー
 140 駆動源部

Claims (12)

  1.  ベース部と、
     回転可能な被駆動部と、
     前記ベース部と前記被駆動部とを接続し、且つ前記被駆動部を一の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する弾性部と、
     前記被駆動部及び前記弾性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための微振動を前記ベース部に加える印加部と
     を備えることを特徴とする駆動装置。
  2.  前記微振動は、無方向性振動エネルギーとしての無方向性微振動又は異方性微振動であることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  3.  前記印加部は、前記一の方向に沿った軸を中心軸とする回転方向とは異なる方向に作用する力によって生ずる前記微振動を加えることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  4.  前記印加部は、静止時の前記被駆動部の表面に沿った方向に作用する力によって生ずる前記微振動を加えることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  5.  前記弾性部は、前記被駆動部を前記一の方向とは異なる他の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有しており、
     前記印加部は、前記被駆動部及び前記弾性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるためであって且つ前記被駆動部を含む被懸架部及び前記弾性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記他の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための前記微振動を前記ベース部に加えることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  6.  前記ベース部は、第1ベース部と、当該第1ベースにより少なくとも一部が取り囲まれる第2ベース部とを備え、
     前記弾性部は、(i)前記第1ベース部と前記第2ベース部とを接続し且つ前記第2ベース部を前記他の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する第1弾性部と、(ii)前記第2ベース部と前記被駆動部とを接続し且つ前記被駆動部を前記一の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する第2弾性部とを備え、
     前記印加部は、前記第2ベース部を含む被懸架部及び前記第1弾性部により定まる共振周波数で前記第2ベース部が前記他の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記第2ベース部を回転させるための前記微振動であって且つ前記被駆動部及び前記第2弾性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための前記微振動を加えることを特徴とする請求項5に記載の駆動装置。
  7.  前記印加部は、前記第2ベース部及び前記第1弾性部により定まる共振周波数で前記第2ベース部が前記他の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記第2ベース部を回転させるための前記微振動であって且つ前記被駆動部及び前記第2弾性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための前記微振動を前記第1ベース部に加えることを特徴とする請求項6に記載の駆動装置。
  8.  前記被駆動部は、複数の被駆動部分に分割されており、
     前記弾性部は、(i)前記複数の被駆動部分のうちの第1群の被駆動部分と前記ベース部とを接続すると共に前記第1群の被駆動部分を前記一の方向及び前記一の方向とは異なる他の方向の少なくとも一方に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する第3弾性部と、(ii)前記複数の被駆動部分のうちの前記第1群の被駆動部分とは異なる第2群の被駆動部分と前記ベース部とを接続すると共に前記第2群の被駆動部分を前記一の方向及び前記他の方向の少なくとも一方に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する第4弾性部とを備え、
     前記印加部は、前記第1群の被駆動部分及び前記第3弾性部により定まる共振周波数で前記第1群の被駆動部分が前記一の方向及び前記他の方向の少なくとも一方に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記第1群の被駆動部分を回転させるための前記微振動であって且つ前記第2群の被駆動部分及び前記第4弾性部により定まる共振周波数で前記第2群の被駆動部分が前記一の方向及び前記他の方向の少なくとも一方に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記第2群の被駆動部分を回転させるための前記微振動を加えることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  9.  前記印加部は、単一の印加部であることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  10.  前記弾性部は、前記被駆動部を前記一の方向とは異なる他の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有しており、
     前記印加部は、(i)前記被駆動部及び前記弾性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための前記微振動、及び(ii)前記被駆動部が前記他の方向に沿った軸を中心軸として回転するように前記被駆動部を回転させるための駆動力の夫々を加えることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  11.  前記ベース部は、第1ベース部と、当該第1ベースにより取り囲まれる第2ベース部とを備え、
     前記弾性部は、(i)前記第1ベース部と前記第2ベース部とを接続し且つ前記第2ベース部を前記他の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する第1弾性部と、(ii)前記第2ベース部と前記被駆動部とを接続し且つ前記被駆動部を前記一の方向に沿った軸を中心軸として回転させるような弾性を有する第2弾性部とを備え、
     前記印加部は、(i)前記被駆動部及び前記弾第2性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための前記微振動、及び(ii)前記第2ベース部が前記他の方向に沿った軸を中心軸として回転するように前記第2ベース部を回転させるための駆動力の夫々を加えることを特徴とする請求項10に記載の駆動装置。
  12.  前記印加部は、(i)前記被駆動部及び前記弾第2性部により定まる共振周波数で前記被駆動部が前記一の方向に沿った軸を中心軸として共振しながら回転するように前記被駆動部を回転させるための前記微振動、及び(ii)前記第2ベース部が前記他の方向に沿った軸を中心軸として回転するように前記第2ベース部を回転させるための駆動力夫々を前記第2ベース部に加えることを特徴とする請求項11に記載の駆動装置。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4849497B2 (ja) * 2009-11-19 2012-01-11 パイオニア株式会社 駆動装置
WO2012172654A1 (ja) * 2011-06-15 2012-12-20 パイオニア株式会社 駆動装置
WO2012172652A1 (ja) * 2011-06-15 2012-12-20 パイオニア株式会社 駆動装置
WO2012172653A1 (ja) * 2011-06-15 2012-12-20 パイオニア株式会社 駆動装置
US20130308173A1 (en) * 2012-05-15 2013-11-21 Robert Bosch Gmbh Micromechanical assembly, method for manufacturing a micromechanical assembly and method for operating a micromechanical assembly
JP5624213B2 (ja) * 2011-06-15 2014-11-12 パイオニア株式会社 駆動装置
JPWO2013111265A1 (ja) * 2012-01-24 2015-05-11 パイオニア株式会社 アクチュエータ
JP2015184591A (ja) * 2014-03-25 2015-10-22 スタンレー電気株式会社 光スキャナ及び車両用前照灯装置
JP2016048386A (ja) * 2012-05-10 2016-04-07 パイオニア株式会社 駆動装置

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6075062B2 (ja) * 2012-12-27 2017-02-08 セイコーエプソン株式会社 アクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置
CN103257443B (zh) * 2013-04-24 2016-01-06 宁波美晶医疗技术有限公司 一种手持式共聚焦光学内窥镜
WO2014192123A1 (ja) * 2013-05-30 2014-12-04 パイオニア株式会社 剛体構造体
JP5935761B2 (ja) 2013-06-12 2016-06-15 セイコーエプソン株式会社 光学デバイス、光スキャナーおよび画像表示装置
DE102013223933B4 (de) * 2013-11-22 2021-12-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Resonanz-Mikrospiegelanordnung
JP6208772B2 (ja) * 2013-12-20 2017-10-04 パイオニア株式会社 駆動装置
JP6493014B2 (ja) * 2015-06-25 2019-04-03 株式会社デンソー 光走査装置
JP6585147B2 (ja) * 2017-12-01 2019-10-02 浜松ホトニクス株式会社 アクチュエータ装置
KR20200095458A (ko) * 2017-12-01 2020-08-10 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 액추에이터 장치
EP3521894B1 (en) 2018-02-06 2023-11-08 Murata Manufacturing Co., Ltd. Mems reflector system with trajectory control
WO2020117279A1 (en) * 2018-12-07 2020-06-11 Didi Research America, Llc Non-linear springs to unify the dynamic motion of individual elements in a micro-mirror array
CN111918183B (zh) * 2020-07-29 2022-06-07 合肥维信诺科技有限公司 屏幕发声驱动结构及显示装置
CN113193782B (zh) * 2021-04-19 2022-07-12 南京航空航天大学 一种压电驱动的高精度光学偏转伺服装置及其工作方式

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003181800A (ja) * 2001-12-19 2003-07-02 Hitachi Ltd 圧電型マイクロアクチュエータ及びこれを備えたマイクロミラー
JP2007192902A (ja) * 2006-01-17 2007-08-02 Fujifilm Corp 微小電気機械素子の駆動方法及び微小電気機械素子アレイの駆動方法、微小電気機械素子及び微小電気機械素子アレイ、並びに画像形成装置
JP2007522529A (ja) 2004-02-09 2007-08-09 マイクロビジョン インコーポレイテッド 性能を改良したmems走査システム
JP2008193890A (ja) * 2007-01-10 2008-08-21 Seiko Epson Corp アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3011144B2 (ja) * 1997-07-31 2000-02-21 日本電気株式会社 光スキャナとその駆動方法
US7031040B2 (en) * 2003-05-16 2006-04-18 Ricoh Company, Ltd. Optical scanning apparatus, optical writing apparatus, image forming apparatus, and method of driving vibration mirror
JP5055832B2 (ja) * 2006-05-16 2012-10-24 オムロン株式会社 駆動装置、光走査型装置及び物体情報検知装置
JP2008065191A (ja) * 2006-09-08 2008-03-21 Seiko Epson Corp アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置
WO2008038649A1 (fr) * 2006-09-27 2008-04-03 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Dispositif de balayage optique
EP2535759B1 (en) * 2006-10-12 2020-06-17 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Optical scanning device
US8390912B2 (en) * 2007-01-10 2013-03-05 Seiko Epson Corporation Actuator, optical scanner and image forming device
JP5172364B2 (ja) * 2008-01-16 2013-03-27 スタンレー電気株式会社 光偏向器
WO2009096182A1 (ja) * 2008-01-31 2009-08-06 Panasonic Corporation 光学反射素子
JP5391600B2 (ja) * 2008-07-16 2014-01-15 船井電機株式会社 振動ミラー素子
JP5493735B2 (ja) * 2009-01-30 2014-05-14 株式会社リコー 偏向ミラー、光走査装置、画像形成装置、および画像投影装置
WO2010095587A1 (ja) * 2009-02-18 2010-08-26 独立行政法人産業技術総合研究所 光ビーム走査装置
JP2010283994A (ja) * 2009-06-04 2010-12-16 Hoya Corp 静電型アクチュエータ
JP4982814B2 (ja) * 2009-07-01 2012-07-25 独立行政法人産業技術総合研究所 光ビーム走査装置
JP4766353B2 (ja) * 2009-09-28 2011-09-07 独立行政法人産業技術総合研究所 光ビーム走査装置
US20120228996A1 (en) * 2009-11-19 2012-09-13 Pioneer Corporation Driving apparatus
US9158108B2 (en) * 2010-07-29 2015-10-13 Nec Corporation Optical scanning device and image display device
JP5471946B2 (ja) * 2010-08-02 2014-04-16 船井電機株式会社 振動ミラー素子
JP5323155B2 (ja) * 2011-09-08 2013-10-23 富士フイルム株式会社 ミラー駆動装置及びその駆動方法並びに製造方法
GB2502881B (en) * 2012-04-23 2016-03-16 E Vision Smart Optics Inc Systems, devices, and/or methods for managing implantable devices
KR101748064B1 (ko) * 2013-03-14 2017-06-15 유발 거슨 회전 성능이 강화된 mems 힌지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003181800A (ja) * 2001-12-19 2003-07-02 Hitachi Ltd 圧電型マイクロアクチュエータ及びこれを備えたマイクロミラー
JP2007522529A (ja) 2004-02-09 2007-08-09 マイクロビジョン インコーポレイテッド 性能を改良したmems走査システム
JP2007192902A (ja) * 2006-01-17 2007-08-02 Fujifilm Corp 微小電気機械素子の駆動方法及び微小電気機械素子アレイの駆動方法、微小電気機械素子及び微小電気機械素子アレイ、並びに画像形成装置
JP2008193890A (ja) * 2007-01-10 2008-08-21 Seiko Epson Corp アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4849497B2 (ja) * 2009-11-19 2012-01-11 パイオニア株式会社 駆動装置
WO2012172654A1 (ja) * 2011-06-15 2012-12-20 パイオニア株式会社 駆動装置
WO2012172652A1 (ja) * 2011-06-15 2012-12-20 パイオニア株式会社 駆動装置
WO2012172653A1 (ja) * 2011-06-15 2012-12-20 パイオニア株式会社 駆動装置
JP5624213B2 (ja) * 2011-06-15 2014-11-12 パイオニア株式会社 駆動装置
JPWO2013111265A1 (ja) * 2012-01-24 2015-05-11 パイオニア株式会社 アクチュエータ
US10730742B2 (en) 2012-01-24 2020-08-04 Pioneer Corporation Actuator with plurality of torsion bars having varying spring constant
JP2016048386A (ja) * 2012-05-10 2016-04-07 パイオニア株式会社 駆動装置
US20130308173A1 (en) * 2012-05-15 2013-11-21 Robert Bosch Gmbh Micromechanical assembly, method for manufacturing a micromechanical assembly and method for operating a micromechanical assembly
CN103523740A (zh) * 2012-05-15 2014-01-22 罗伯特·博世有限公司 微机械构件、其制造方法和用于运行微机械构件的方法
US9739998B2 (en) * 2012-05-15 2017-08-22 Robert Bosch Gmbh Micromechanically assembly, method for manufacturing a micromechanical assembly and method for operating a micromechanical assembly
JP2015184591A (ja) * 2014-03-25 2015-10-22 スタンレー電気株式会社 光スキャナ及び車両用前照灯装置

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Publication number Publication date
JP4827993B2 (ja) 2011-11-30
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CN102648577A (zh) 2012-08-22
US20120228460A1 (en) 2012-09-13

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