WO2014192193A1 - 駆動装置 - Google Patents

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WO2014192193A1
WO2014192193A1 PCT/JP2013/084142 JP2013084142W WO2014192193A1 WO 2014192193 A1 WO2014192193 A1 WO 2014192193A1 JP 2013084142 W JP2013084142 W JP 2013084142W WO 2014192193 A1 WO2014192193 A1 WO 2014192193A1
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WO
WIPO (PCT)
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base
coil
mems scanner
driving force
driven
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/084142
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健二郎 藤本
高橋　宏和
山村　雄一
満 小荒井
友崇 矢部
雄次 深澤
Original Assignee
パイオニア株式会社
パイオニア・マイクロ・テクノロジー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パイオニア株式会社, パイオニア・マイクロ・テクノロジー株式会社 filed Critical パイオニア株式会社
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Priority to EP13885502.8A priority patent/EP3006395B1/en
Priority to US14/894,656 priority patent/US20160122178A1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
    • B81B3/0067—Mechanical properties
    • B81B3/0078—Constitution or structural means for improving mechanical properties not provided for in B81B3/007 - B81B3/0075
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0841—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting element being moved or deformed by electrostatic means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Definitions

  • the present invention relates to a technical field of a driving device such as a MEMS scanner that drives 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
  • Mirror drive devices generally have a configuration in which a mirror is driven using a coil and a magnet. In this case, 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 (for example, from Patent Document 1). 3).
  • Patent Documents 1 to 3 described above disclose a driving device in which a driven part is integrally supported by a base (or a frame) to which a driving force is applied.
  • an object of the present invention is to provide a driving device capable of driving a driven part in a new manner, for example.
  • the drive device includes a first base portion, a second base portion, an elastic portion that connects the first base portion and the second base portion, and a driveable aspect. 2 a driven part supported by the base part.
  • FIG. 6 is a sectional view (No. 2) conceptually showing a mode of operation of the first base in the MEMS scanner according to the first example. It is a side view which shows notionally the aspect of operation
  • the driving device includes a first base portion, a second base portion, an elastic portion that connects the first base portion and the second base portion, and a drivable manner to the second base portion. And a driven part to be supported.
  • the first base portion and the second base portion are directly or indirectly coupled (in other words, connected) by an elastic portion (for example, a spring portion described later) having elasticity.
  • an elastic portion for example, a spring portion described later
  • the rigidity of the elastic part is lower than the rigidity of one or both of the first base part and the second base part due to the elasticity of the elastic part.
  • the elastic portion is relatively easily deformed relative to both or one of the first base portion and the second base portion.
  • both or one of the first base portion and the second base portion is relatively difficult to deform while the elastic portion is relatively easily deformed.
  • the second base part supports the driven part.
  • the second base portion supports the driven portion so that the driven portion can be driven (for example, rotatable or movable).
  • the second base portion and the driven portion may be connected by an elastic portion having elasticity, so that the second base portion may support the first driven portion in a drivable manner.
  • the drive device of this embodiment having such a configuration can suitably drive (eg, rotate or move) the driven part. That is, according to the driving apparatus of the present embodiment having such a configuration, the driven part can be suitably driven (for example, rotated or moved). Specifically, for example, when the first base portion moves, the second base portion connected to the first base portion via the elastic portion also moves along with the movement of the first base portion. . When the second base portion moves, the driven portion supported by the second base portion also moves along with the movement of the second base portion. As a result, the driven part can be driven suitably.
  • the specific driving mode of the driven part described above is that two rigid bodies (that is, corresponding to the first base part and the second base part) are connected by one spring (that is, corresponding to the elastic part). It can be understood by thinking about the system.
  • Such a system is considered to have a plurality of natural vibration modes and natural frequencies for each of the natural vibration modes.
  • the one rigid body when a couple is applied to one rigid body at a frequency corresponding to a predetermined natural frequency, the one rigid body can be rotated. Then, the rotational motion of one rigid body is transmitted as a moment of inertia to the other rigid body via a spring. Therefore, a natural vibration mode corresponding to a predetermined natural frequency can be realized.
  • the first base part and the second base part are structures other than the elastic part (for example, the first base part and the first base part and the first base part and the second base part are not elastic). 2 may be connected by a structure that does not have the property of being more easily deformable than the base portion. Even in this case, the driven part can be driven in accordance with the movement of the first base part.
  • the driving device further includes a driving force applying unit that applies a driving force for driving the driven unit to the first base unit. Driven by the driving force transmitted from the first base part to the second base part via the elastic part.
  • the first base portion moves due to the driving force applied to the first base portion.
  • the second base part connected to the first base part also moves.
  • the driven part also moves.
  • the driven part can be suitably driven by the driving force applied to the first base part (that is, the driving force substantially transmitted from the first base part via the elastic part).
  • the first base unit is moved in the first direction and the second direction different from the first direction by the driving force applied from the driving force application unit.
  • the driven part is rotatable about the first direction and the first direction by the driving force transmitted from the first base part to the second base part via the elastic part. It may be rotatable about an axis along the second direction as a rotation axis.
  • the driving force due to the rotation of the first base portion is caused by the elastic portion.
  • the second base portion is transmitted to the second base portion, and the second base portion is also rotated about the axis along the first direction as the rotation axis.
  • the driving force due to the rotation of the first base portion is transmitted to the second base portion by the elastic portion, and the second base portion The part is also rotated about the axis along the second direction as a rotation axis.
  • the second base part is rotated by the rotation axis in the same direction as the rotation axis of the first base part. Therefore, if the rotation direction of the first base portion is changed, the rotation direction of the second base portion (in other words, the rotation direction of the driven portion) also changes. Therefore, the rotational direction of the driven part can be changed by changing the driving force applied to the first base part.
  • the driving force application unit includes a coil disposed around the opening portion of the first base portion, and a yoke inserted through the opening portion of the first base portion. You may have.
  • the first base portion is configured to have an opening portion.
  • the first base portion is configured as a frame-like frame.
  • a coil that functions as a part of the driving force application portion is disposed around the opening portion of the first base portion. The coil is wound, for example, so as to go around the opening.
  • a yoke for focusing the magnetic flux is inserted through the opening of the first base portion.
  • the yoke is preferably configured to include a soft magnetic material having a high relative permeability such as pure iron, permalloy, silicon iron, sendust, and the like.
  • the distance between the yoke and the coil is small.
  • the yoke is enlarged in a range that does not hinder driving of the first base portion on which the coil is arranged.
  • the cross section of a yoke is a shape close
  • the yoke is inserted, for example, from the lower side to the upper side of the first base portion.
  • the yoke is configured to extend upward to some extent.
  • a yoke is comprised long in the range which does not prevent the drive of the 1st base part in which the coil is arrange
  • FIG. 1 is a plan view showing a configuration when the MEMS scanner 101 according to the first embodiment is viewed from the front side
  • FIG. 2 is a view when the MEMS scanner 101 according to the first embodiment is viewed from the back side. It is a top view which shows the structure of these.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a stacked structure of the MEMS scanner 101 according to the first embodiment.
  • the MEMS scanner 101 includes a first base 110, a second base 120, a spring part 210, a wiring spring part 220, a coil 300, a mirror 400, and the like. And a torsion bar 450.
  • the first base 110 has a frame shape with a void (opening) inside. That is, the first base 110 has two sides extending in the Y-axis direction in the drawing and two sides extending in the X-axis direction (that is, a direction orthogonal to the Y-axis direction) in the drawing, and Y It has a frame shape having a gap surrounded by two sides extending in the axial direction and two sides extending in the X-axis direction.
  • the first base 110 has a square shape, but is not limited thereto.
  • the first base 110 has other shapes (for example, a rectangular shape such as a rectangle). Or a circular shape or the like. Further, the first base 110 is not limited to a frame shape.
  • the first base 110 is fixed to a substrate or support member (not shown) (in other words, fixed inside the system called the MEMS scanner 101). Alternatively, the first base 110 may be suspended by a suspension (not shown) or the like.
  • the coil 300 is disposed on the first base 110.
  • the coil 300 is a plurality of windings made of, for example, a material having relatively high conductivity (for example, gold, copper, etc.).
  • the coil 300 has a square shape along the first base 110.
  • the coil 300 may have any shape (for example, a rectangle, a rhombus, a parallelogram, a circle, an ellipse, or any other loop shape).
  • the coil 300 is supplied with a control current from a power supply via a power supply terminal (not shown).
  • the power source may be a power source provided in the MEMS scanner 101 itself, or may be a power source prepared outside the MEMS scanner 101.
  • a magnet (not shown) is arranged around the coil 300, and a rotational force is applied by the interaction between the magnetic field generated by passing a control current through the coil 300 and the magnetic field of the magnet.
  • the first base 110 provided with the coil 300 is rotated in a direction corresponding to the direction of the magnetic field and the control current.
  • the coil 300 is a specific example of a “driving force applying unit”.
  • the second base part 120 has a frame shape with a gap inside, like the first base part 110.
  • a mirror 400 is disposed in the gap of the second base 120.
  • the mirror 400 is arranged to be suspended or supported by the torsion bar 450.
  • the torsion bar 450 is a member having elasticity such as a spring made of silicon, copper alloy, iron alloy, other metal, resin, or the like.
  • the torsion bar 450 is arranged to extend in the Y-axis direction in FIG.
  • the torsion bar 450 has a shape having a long side extending in the Y-axis direction and a short side extending in the X-axis direction.
  • One end of the torsion bar 450 is connected to the second base 110.
  • the other end of the torsion bar 450 is connected to the mirror 400. For this reason, the mirror 400 can be rotated about the axis along the Y-axis direction as a rotation axis by the elasticity of the torsion bar 120.
  • the mirror 400 is a specific example of “driven part”.
  • the first base 110 and the second base 120 are connected to each other by a spring portion 210.
  • the spring part 210 is a specific example of the “elastic part” and has a function of transmitting the driving force obtained from the coil 300 in the first base 110 to the second base 120.
  • a wiring spring part 220 is provided between the first base 110 and the second base 120.
  • the wiring spring part 220 is provided to realize electrical connection between the first base 110 and the second base 120.
  • a connection wiring 225 for connecting the coil 300 of the first base 110 and the wiring 500 of the second base 120 is arranged in the wiring spring part 220.
  • the MEMS scanner 101 is configured by a laminated structure of a support layer 10, an active layer 20, a BOX layer 30, and a metal layer 40.
  • a laminated structure including other layers may be employed.
  • Each of the support layer 10 and the active layer 20 includes, for example, silicon.
  • the BOX layer 30 is made of, for example, an oxide film such as SiO 2 and is disposed between the support layer 10 and the active layer 20.
  • the BOX layer 30 insulates the support layer 10 and the active layer 20.
  • the metal layer 40 includes, for example, a metal having high conductivity and is disposed on the active layer 20.
  • the metal layer 40 constitutes the coil 300 in the first base 110, the wiring 500 in the second base 120, the connection wiring 225 in the wiring spring portion 220, and the like.
  • the support layer 10 is formed to extend from the first base 110 to the spring portion 210 and the second base 120 (specifically, refer to FIG. 2). .
  • the active layer 20, the BOX layer 30, and the metal layer 40 are formed on the first base 110 and the second base 120, but are not formed on the spring portion 210.
  • the spring part 210 is constituted only by the support layer 20.
  • the spring part 210 is configured integrally with the support layer 10 of the first base 110 and the support layer of the second base 120.
  • the active layer 20 is not formed on the spring part 210, but the active layer 20 is formed on the wiring spring part 220 (see FIG. 1). For this reason, electrical connection between the first base 110 and the second base 120 can be realized.
  • FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views conceptually showing a mode of operation of the first base in the MEMS scanner 101 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a side view conceptually showing an operation mode of the MEMS scanner 101 according to the first embodiment.
  • FIG. 4 and subsequent figures for convenience of explanation, detailed members constituting the MEMS scanner 101 described in FIG. 1 to FIG.
  • a control current is supplied to the coil 300.
  • the control current includes a current component (that is, a Y-axis drive control current) for rotating the first base 110 about the axis along the Y-axis direction as a rotation axis.
  • a magnetic field in the X-axis minus direction is applied to the coil 300 by a magnet. Accordingly, a Lorentz force is generated in the coil 300 due to an electromagnetic interaction between the X-axis drive control current supplied to the coil 300 and the Y-axis drive magnetic field applied to the coil 300. Become.
  • the Y-axis drive control current may be supplied to the coil 300 in the counterclockwise direction in FIG.
  • the long side on the right side that is, the upper side in FIG. 1 of the two long sides of the coil 300 facing in the X-axis direction is shown in FIG.
  • the Lorentz force toward the upper direction in is generated.
  • the long side on the left side that is, the lower side in FIG. 1 of the two long sides of the coil 300 facing in the X-axis direction is shown in FIG.
  • a Lorentz force in the downward direction in b) is generated.
  • Lorentz forces in different directions are generated on the two long sides of the coil 300 facing each other along the X-axis direction.
  • Lorentz force which is a couple, is generated on the two long sides of the coil 300 facing each other along the X-axis direction. Accordingly, the coil 300 rotates in the counterclockwise direction in FIG.
  • the coil 300 rotates about the axis along the Y-axis direction as a rotation axis (more specifically, reciprocatingly drives to rotate).
  • a control current including a current component (that is, an X-axis drive control current) for rotating the first base 110 about the axis along the X-axis direction as a rotation axis. Is supplied to the coil 300.
  • a magnetic field in the Y-axis plus direction is applied to the coil 300 by a magnet. Accordingly, a Lorentz force is generated in the coil 300 due to electromagnetic interaction between the X-axis drive control current supplied to the coil 300 and the X-axis drive magnetic field applied to the coil 300. Become.
  • the X-axis drive control current may be supplied to the coil 300 in the counterclockwise direction in FIG.
  • the right long side of the two long sides of the coil 300 facing in the Y-axis direction is directed in the lower direction in FIG. 5B.
  • Lorentz force is generated.
  • the left long side of the two long sides of the coil 300 facing in the Y-axis direction has a Lorentz direction toward the upper side in FIG. Force is generated. That is, Lorentz forces in different directions are generated on the two long sides of the coil 300 facing each other along the Y-axis direction.
  • Lorentz force which is a couple, is generated on the two long sides of the coil 300 facing each other along the Y-axis direction. Accordingly, the coil 300 rotates in the clockwise direction in FIG.
  • the coil 300 rotates about the axis along the X-axis direction as a rotation axis (more specifically, reciprocatingly drives to rotate).
  • the rotating operation of the coil 300 described above is transmitted from the first base 110 to the second base 120 via the spring portion 210.
  • the second base 120 is driven. That is, the second base 120 is driven by the driving force applied to the coil 300 in the first base 110.
  • the mirror 400 has the axis along the X-axis direction as the rotation axis. It is driven greatly in the rotation direction.
  • the second base 120 rotates in the counterclockwise direction.
  • the mirror 400 disposed on the second base 120 rotates significantly in the counterclockwise direction (that is, the same rotational direction as the second base 120).
  • the mirror 400 disposed on the second base 120 rotates greatly in the clockwise direction (that is, a rotation direction different from that of the second base 120). Whether to rotate as shown in FIG. 6A or as shown in FIG. 6B can be selected depending on the design of the hardness of each spring.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration around the boundary of the support layer in the MEMS scanner according to the first comparative example.
  • the driving force generated by the coil 300 of the first base 110 is transmitted to the mirror 400 of the second base 120 via the spring part 210. Therefore, as can be seen from FIG. 6, the spring portion 210 is greatly deformed by driving. Since the shape and hardness of the spring portion 210 greatly affect the mode of resonance mode of driving and its resonance frequency, it is desired to make the shape and hardness suitable for satisfying the required device characteristics. Further, it is desirable that the spring part 210 also satisfies the requirements regarding strength (for example, strength that does not break due to deformation due to driving, etc.).
  • the spring portion 210 that does not have a certain strength or more may be damaged during driving around the boundary between the first base 110 and the second base 120.
  • the support layer 10 is not integrally formed as shown in FIG. That is, unlike the present embodiment (see FIG. 3), the support layer 10 is not formed to extend from the first base 110 to the spring portion 210 and the second base 120, and the support layer is partially formed.
  • the support layer 10 is not formed to extend from the first base 110 to the spring portion 210 and the second base 120, and the support layer is partially formed.
  • the support layer 10 since the support layer 10 is not integrally formed, the boundary of the support layer 10 as shown in the figure exists. And in the boundary part of this support layer 10, a notch like the area
  • the spring portion 210 where stress is likely to concentrate is formed by the same layer as the support layer 10 of the first base 110 and the second base 120. It is constructed integrally. Therefore, damage due to stress concentration as described above can be effectively prevented.
  • the spring portion 210 is configured only by the support layer 10, and thus, for example, the support layer 10 and other layers (for example, the active layer 20).
  • the stress at the time of driving is concentrated on the boundary portion with the BOX layer 30) and the spring portion 210 can be effectively prevented from being damaged.
  • the spring part 210 is not formed of a single layer (for example, when the BOX layer 30 is included), the spring part 210 is the same layer as the support layer 10 of the first base 110 and the second base 120. As long as they are integrally configured, the effect of improving the damage resistance can be obtained accordingly.
  • FIG. 8 is an enlarged plan view showing the configuration of the spring portion of the MEMS scanner according to the embodiment.
  • the spring portion 210 of the MEMS scanner 101 includes a portion extending in the direction along the X-axis direction (hereinafter, referred to as “first portion” as appropriate) and a Y-axis direction. Each has a portion extending in the direction along which it follows (hereinafter referred to as “second portion” as appropriate). Specifically, a first portion is connected to each of the first base 110 and the second base 120, and a second portion is provided between the two first portions.
  • the spring part 210 has the first part and the second part extending in different directions, the stress concentration can be reduced and the damage resistance can be effectively increased.
  • the second portion extending in the direction crossing the connecting direction that is, the direction along the Y-axis direction
  • the width L1 of the first portion described above is formed to be thicker than the width L2 of the second portion.
  • the first portion extending in the coupling direction ie, the direction along the X-axis direction
  • the second portion extending in the direction crossing the connecting direction that is, the direction along the Y-axis direction
  • it becomes easier to bend, and the damage resistance can be effectively increased.
  • a region where the active layer 20 does not partially exist is provided in a connection portion between the spring portion 210 and each of the first base 110 and the second base 120 (indicated by a broken line in the drawing). See enclosed area).
  • a connection portion between the spring portion 210 and each of the first base 110 and the second base 120 indicated by a broken line in the drawing. See enclosed area).
  • the spring portion 210 As described above, according to the spring portion 210 according to the present embodiment, it is possible to effectively suppress breakage during driving.
  • FIG. 9 is an enlarged plan view showing the configuration of the spring part of the MEMS scanner according to the first modification
  • FIG. 10 is an enlarged plan view showing the structure of the spring part of the MEMS scanner according to the second modification. is there.
  • FIG. 11 is an enlarged plan view showing the configuration of the spring portion of the MEMS scanner according to the third modification.
  • the spring portion 211 according to the first modification is formed so that the periphery of the connection portion between the first base 110 and the second base 120 in the first portion is thicker (in the drawing). (See the area enclosed by the dashed line). If comprised in this way, since the connection part in which stress tends to concentrate especially in the 1st part is formed thickly, damage resistance can be improved effectively.
  • the spring portion 212 according to the second modification has two spring portions integrally formed. That is, in FIG. 1 and the like, when the MEMS scanner 101 is viewed in the direction along the X-axis direction, two spring portions arranged at contrasting positions are configured as one spring portion. Specifically, one first portion extending from the first base 110 and two first portions extending from the second base 120 are connected to each other by one second portion. Even if it is a case where it comprises in this way, the effect which improves damage tolerance can be acquired by making the 1st part and the 2nd part into the various structures mentioned above.
  • the spring part 213 according to the third modification is configured in the same shape as the spring part 211 according to the first modification.
  • the width L3 of the wiring spring portion 223 is configured to have a width L3 that is smaller than the width L2 of the second portion of the spring portion 213.
  • the total length when the wiring spring portion 223 is extended is configured to be longer than the total length when the spring portion 213 is extended. According to such a structure, the hardness of the wiring spring part 223 can be made soft. Therefore, unlike the spring part 213, the damage resistance of the wiring spring part 223 comprised only by the active layer 20 can be improved effectively.
  • FIG. 12 is a plan view showing the configuration of the MEMS scanner according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the MEMS scanner according to the second embodiment.
  • the MEMS scanner 102 includes a yoke that is inserted into the opening of the first base 110 in addition to the configuration of the MEMS scanner 101 according to the first embodiment (for example, see FIG. 1). 600.
  • the yoke 600 is preferably configured to include a soft magnetic material having a high relative permeability such as pure iron, permalloy, silicon iron, sendust, and the like.
  • the yoke 600 is formed so as to extend from the lower yoke 650 disposed on the lower side of the MEMS scanner 101 to the upper side of the MEMS scanner 101.
  • a first magnet 710 and a second magnet 720 that generate magnetic flux are disposed on the sides of the yoke 600.
  • the first magnet 710 has an upper surface (that is, a surface facing the MEMS scanner 102) as an S pole
  • the second magnet 720 has an upper surface as an N pole (that is, a pole different from the first magnet 710). ing. Therefore, the magnetic flux travels from the upper surface of the second magnet 720 to the upper surface of the first magnet 710.
  • a middle yoke (not shown) may be provided on the upper surfaces of the first magnet 710 and the second magnet 720.
  • a yoke post (not shown) may be provided outside the coil 300.
  • the magnetic flux generated by the first magnet 710 and the second magnet 720 described above can be focused. Thereby, the Lorentz force generated by flowing the control current through the coil 300 can be increased. That is, according to the yoke 600, the driving force that can be applied to the first base 110 can be increased without increasing the size of the coil 300, the first magnet 710, and the second magnet 720. Therefore, the apparatus can be reduced in size.
  • the distance L4 (see FIG. 12) between the yoke 600 and the coil 300 is small.
  • the yoke 600 is enlarged in a range that does not hinder the driving of the first base 110 on which the coil 300 is disposed.
  • the cross section of the yoke 600 is preferably a shape close to the shape of the opening of the first base 110.
  • the yoke 600 is configured to extend to the upper side of the MEMS scanner 102 to some extent.
  • the yoke 600 is preferably configured to be long in a range that does not hinder driving of the first base 110 on which the coil 300 is disposed, or in a range that does not hinder the path of laser light incident on the mirror 400.
  • FIG. 14 is a plan view showing the configuration of the MEMS scanner according to the second comparative example.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing the configuration of the MEMS scanner according to the second comparative example.
  • the mirror 400 is provided on the first base 110 on which the coil 300 is provided. More specifically, the mirror 400 according to the second comparative example is supported by the torsion bar 450 in the opening portion of the first base 110. According to such a configuration, when the first base 110 is driven by the driving force applied by the coil 300, the mirror 400 is also driven accordingly.
  • the MEMS scanner 102 b according to the second comparative example has the mirror 400 disposed in the opening portion of the first base 110, so that the MEMS scanner 102 according to the second embodiment (see, for example, FIG. 13).
  • the yoke 600 cannot be inserted. That is, in the MEMS scanner 102b according to the second comparative example, the yoke 600 can be extended only below the MEMS scanner 102b. Therefore, the MEMS scanner 102b according to the second comparative example is inferior in the magnetic flux focusing effect of the yoke 600 as compared with the MEMS scanner 102 according to the second embodiment.
  • the MEMS scanner 102b when it is desired to apply a driving force equivalent to that of the MEMS scanner 102 according to the second embodiment, it is necessary to increase the size of the coil 300, the first magnet 710, and the second magnet 720. Is done.
  • other magnetic flux generation means specifically, the third magnet 730, the fourth magnet 740, the first upper yoke 660, and the second upper yoke 670
  • the third magnet 730, the fourth magnet 740, the first upper yoke 660, and the second upper yoke 670 are provided above the MEMS scanner 102b. It is required to be placed. Such a design change is difficult to avoid an increase in the size of the apparatus.
  • the yoke 600 can be inserted through the opening portion of the first base 110, it is extremely effective while avoiding the enlargement of the apparatus.
  • the magnetic flux focusing effect can be enhanced. Therefore, even when a device having a large driving force is required, the device can be downsized.
  • a MEMS scanner 103 according to a third embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the third embodiment differs from the second embodiment described above only in part of the configuration and operation, and the other parts are substantially the same. For this reason, below, a different part from 2nd Embodiment is demonstrated in detail, and description shall be abbreviate
  • FIG. 16 is a plan view showing the configuration of the MEMS scanner according to the third embodiment.
  • the MEMS scanner 103 is provided with a third base 130 on the side opposite to the first base 110 when viewed from the second base 120.
  • the third base 130 is provided with a coil 300b, and a yoke 600b is inserted through the opening.
  • the third base 130 is physically connected to the second base 120 by a spring portion 210b and a wiring spring portion 220b, and is also electrically connected by a connection wiring 225b provided on the wiring spring portion 220b. . That is, the third base 130 is configured to transmit a driving force to the mirror 400 supported by the second base 120, similarly to the first base 110.
  • FIG. 17 is a side view conceptually showing an operation mode of the MEMS scanner according to the third example.
  • FIG. 17 for convenience of explanation, detailed members constituting the MEMS scanner 103 illustrated in FIG. 16 are simply omitted with appropriate illustration.
  • a downward Lorentz force is generated around the right end of the first base 110
  • an upward Lorentz force is generated around the left end
  • a downward Lorentz force is generated around the right end of the third base 130.
  • the mirror 400 can be rotated in a desired direction by generating Lorentz force in each of the first base 110 and the third base 130.
  • a Lorentz force is generated in each of the coil 300 provided in the first base 110 and the coil 300b provided in the third base 130, and thus the MEMS according to the first embodiment.
  • a large driving force can be obtained.
  • the magnetic flux can be effectively focused by inserting the yoke 600b through the opening. Therefore, it can suppress that an apparatus enlarges.
  • the MEMS scanners 101, 102, and 103 are, for example, for various electronic devices such as a head-up display, a head-mounted display, a laser scanner, a laser printer, and a scanning drive device. Can be applied. Therefore, these electronic devices are also included in the scope of the present invention.
  • 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（１０１）は、第１ベース部（１１０）と、第２ベース部（１２０）と、第１ベース部と第２ベース部とを連結する弾性部（２１０）と、駆動可能な態様で第２ベース部に支持される被駆動部（４００）とを備える。このような駆動装置によれば、例えば第１ベース部に駆動力を付与すると、その駆動力が弾性部を介して第２ベース部に伝達される。よって、第２ベース部に支持された被駆動部を好適に駆動させることが可能である。

Description

駆動装置
　本発明は、例えばミラー等の被駆動物を駆動させる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（例えば、特許文献１から３参照）。
特開２００８－２０３４９７号公報 米国特許出願公開第２０１１／０１９９１７２号明細書 特開２０１１－１８０３２２号公報
　上述した特許文献１から３には、駆動力が付与されるベース（或いは、フレーム）に一体的に被駆動部が支持される駆動装置が開示されている。このような従来の駆動装置に対して、本発明は、例えば、新たな態様で被駆動部を駆動させることが可能な駆動装置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、第１ベース部と、第２ベース部と、前記第１ベース部と前記第２ベース部とを連結する弾性部と、駆動可能な態様で前記第２ベース部に支持される被駆動部とを備える。
第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナを表側から見た場合の構成を示す平面図である。 第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナを裏側から見た場合の構成を示す平面図である。 第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナの積層構造を示す断面図である。 第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナにおける第１ベースの動作の態様を概念的に示す断面図（その１）である。 第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナにおける第１ベースの動作の態様を概念的に示す断面図（その２）である。 第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナの動作の態様を概念的に示す側面図である。 第１比較例に係るＭＥＭＳスキャナにおける支持層の境界周辺の構成を示す拡大断面図である。 第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナのバネ部の構成を示す拡大平面図である。 第１変形例に係るＭＥＭＳスキャナのバネ部の構成を示す拡大平面図である。 第２変形例に係るＭＥＭＳスキャナのバネ部の構成を示す拡大平面図である。 第３変形例に係るＭＥＭＳスキャナのバネ部の構成を示す拡大平面図である。 第２実施例に係るＭＥＭＳスキャナの構成を示す平面図である。 第２実施例に係るＭＥＭＳスキャナの構成を示す断面図である。 第２比較例に係るＭＥＭＳスキャナの構成を示す平面図である。 第２比較例に係るＭＥＭＳスキャナの構成を示す断面図である。 第３実施例に係るＭＥＭＳスキャナの構成を示す平面図である。 第３実施例に係るＭＥＭＳスキャナの動作の態様を概念的に示す側面図である。
　以下、駆動装置の実施形態について順に説明する。
　＜１＞
　本実施形態の駆動装置は、第１ベース部と、第２ベース部と、前記第１ベース部と前記第２ベース部とを連結する弾性部と、駆動可能な態様で前記第２ベース部に支持される被駆動部とを備える。
　本実施形態の駆動装置によれば、第１ベース部と第２ベース部とが、弾性を有する弾性部（例えば、後述するバネ部等）によって直接的に又は間接的に連結（言い換えれば、接続）されている。ここで、弾性部が弾性を有していることに起因して、弾性部の剛性は、第１ベース部及び第２ベース部の双方又は一方の剛性よりも低いことが好ましい。言い換えれば、弾性部は、第１ベース部及び第２ベース部の双方又は一方よりも相対的に変形しやすいことが好ましい。更に言い換えれば、弾性部が相対的に変形し易い一方で第１ベース部及び第２ベース部の双方又は一方は相対的に変形しにくいことが好ましい。
　第２ベース部は、被駆動部を支持している。このとき、第２ベース部は、被駆動部が駆動可能（例えば、回転可能又は移動可能）となるように被駆動部を支持している。例えば、第２ベース部と被駆動部とが弾性を有する弾性部によって連結されることで、第２ベース部は、駆動可能な態様で第１被駆動部を支持していてもよい。
　このような構成を有する本実施形態の駆動装置は、被駆動部を好適に駆動させる（例えば、回転させる又は移動させる）ことができる。つまり、このような構成を有する本実施形態の駆動装置によれば、被駆動部は好適に駆動する（例えば、回転する又は移動する）ことができる。具体的には、例えば、第１ベース部が動くと、弾性部を介して第１ベース部に連結されている第２ベース部もまた、当該第１ベース部の動きに伴って動くことになる。第２ベース部が動くと、第２ベース部によって支持されている被駆動部もまた、当該第２ベース部の動きに伴って動くことになる。その結果、被駆動部は好適に駆動することができる。
　ここで、上述した被駆動部の具体的な駆動態様は、２つの剛体（即ち、第１ベース部及び第２ベース部に相当）が１つのバネ（即ち、弾性部に相当）で接続されている系を考えることで理解できる。このような系では、複数の固有振動モード、及びその固有振動モードの各々に対する固有振動数を持つようになると考えられる。この場合、所定の固有振動数に相当する周波数で一方の剛体に偶力を与えると、一方の剛体を回転運動させることができる。そして、一方の剛体の回転運動は、慣性モーメントとしてバネを介して他方の剛体に伝達される。よって、所定の固有振動数に対応した固有振動モードを実現できる。
　尚、被駆動部を好適に駆動させるという点から言えば、第１ベース部と第２ベース部とは、弾性部以外の構造体（例えば、弾性を有していない又は第１ベース部及び第２ベース部よりも変形し易いという性質を有していない構造体）によって連結されていてもよい。この場合であっても、第１ベース部の動きに伴って被駆動部を駆動することができる。
　＜２＞
　本実施形態の駆動装置の他の態様では、前記第１ベース部に対して、前記被駆動部を駆動させるための駆動力を付与する駆動力付与部を更に備え、前記被駆動部は、前記第１ベース部から前記弾性部を介して前記第２ベース部に伝達される駆動力により駆動する。
　この態様によれば、第１ベース部に付与される駆動力に起因して、第１ベース部は動く。第１ベース部が動くと、第１ベース部に連結されている第２ベース部もまた動くことになる。第２ベース部が動くと、被駆動部もまた動くことになる。このように、被駆動部は、第１ベース部に付与される駆動力（つまり、第１ベース部から弾性部を介して実質的に伝達される駆動力）によって好適に駆動することができる。
　＜３＞
　上述の如く駆動力付与部を備える態様では、前記第１ベース部は、前記駆動力付与部から付与される駆動力により、第１の方向及び該第１の方向とは異なる第２の方向に沿った軸を回転軸として回転可能であり、前記被駆動部は、前記第１ベース部から前記弾性部を介して前記第２ベース部に伝達される駆動力により、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿った軸を回転軸として回転可能であってもよい。
　この場合、駆動力付与部から付与される駆動力によって、第１ベース部が第１の方向に沿った軸を回転軸として回転されると、第１ベース部の回転による駆動力が弾性部により第２ベース部へと伝達され、第２ベース部もまた第１の方向に沿った軸を回転軸として回転される。同様に、第１ベース部が第２の方向に沿った軸を回転軸として回転されると、第１ベース部の回転による駆動力が弾性部により第２ベース部へと伝達され、第２ベース部もまた第２の方向に沿った軸を回転軸として回転される。
　このように、第２ベース部は、第１ベース部の回転軸と同じ方向の回転軸で回転される。よって、第１のベース部の回転方向を変化させれば、第２ベース部の回転方向（言い換えれば、被駆動部の回転方向）も変化する。従って、第１ベース部に付与する駆動力を変更することで、被駆動部の回転方向を変化させることができる。
　＜４＞
　或いは駆動力付与部を備える態様では、前記駆動力付与部は、前記第１ベース部の開孔部の周囲に配置されたコイルと、前記第１ベース部の開孔部に挿通されたヨークとを有してもよい。
　この場合、第１ベース部は開孔部を有するように構成される。例えば、第１ベース部は、枠状のフレームとして構成される。第１ベース部の開孔部の周囲には、駆動力付与部の一部として機能するコイルが配置される。コイルは、例えば開孔部を周回するように巻回されている。
　他方、第１ベース部の開孔部には、磁束を集束するためのヨークが挿通されている。ヨークは例えば純鉄、パーマロイ、ケイ素鉄、センダスト等の比透磁率が高い軟磁性材料を含んで構成されることが好ましい。開孔部にヨークを配置することで、コイルに制御電流を流すことで発生するローレンツ力を高めることができる。即ち、駆動力付与部により付与可能な駆動力を大きくすることができる。よって、例えば磁束を与える磁石等の小型化を実現でき、装置全体としても小型化が可能となる。
　尚、ヨークによる磁束の集束効果を高めるためには、ヨークとコイルとの距離は小さい方が好ましい。このためヨークは、コイルの配置された第１ベース部の駆動を妨げない範囲で大きくされることが好ましい。また、ヨークの断面は、第１ベース部の開孔部の形状に近い形状であることが好ましい。
　更に、ヨークは、例えば第１ベース部の下方側から上方側へ挿通されるが、ヨークによる磁束の集束効果を高めるためには、ヨークをある程度上方まで延びるように構成することが好ましい。このためヨークは、コイルの配置された第１ベース部の駆動を妨げない範囲で長く構成されることが好ましい。
　以下、図面を参照しながら、本発明の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。但し、本発明の駆動装置をＭＥＭＳスキャナ以外の任意の駆動装置に適用してもよいことは言うまでもない。
　（１）第１実施例
　先ず、第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１について、図１から図１１を参照して説明する。
　（１－１）基本構成
　初めに、図１から図３を参照して、第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１の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１０１を表側から見た場合の構成を示す平面図であり、図２は、第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１を裏側から見た場合の構成を示す平面図である。また図３は、第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１の積層構造を示す断面図である。
　図１及び図２に示すように、本実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１は、第１ベース１１０と、第２ベース１２０と、バネ部２１０と、配線バネ部２２０と、コイル３００と、ミラー４００と、トーションバー４５０とを備えて構成されている。
　第１ベース１１０は、内部に空隙（開孔部）を備える枠形状を有している。つまり、第１ベース１１０は、図中のＹ軸方向に延伸する２つの辺と図中のＸ軸方向（つまり、Ｙ軸方向に直交する方向）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。なお、図１及び図２に示す例では、第１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、第１ベース１１０は、枠形状に限定されるものでものない。
　第１ベース１１０は、不図示の基板ないしは支持部材等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）。或いは、第１ベース１１０は、不図示のサスペンション等によって吊り下げられていてもよい。
　第１ベース１１０上には、コイル３００が配置されている。コイル３００は、例えば相対的に導電率の高い材料（例えば、金や銅等）から構成される複数の巻き線である。本実施例では、コイル３００は、第１ベース１１０に沿った正方形の形状を有している。但し、コイル３００は、任意の形状（例えば、長方形やひし形や平行四辺形や円形や楕円形やその他の任意のループ形状）を有していてもよい。
　コイル３００には、図示せぬ電源端子等を介して、電源から制御電流が供給される。尚、電源は、ＭＥＭＳスキャナ１０１自身が備えている電源であってもよいし、ＭＥＭＳスキャナ１０１の外部に用意される電源であってもよい。コイル３００の周辺には、図示せぬ磁石が配置されており、コイル３００に制御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回転方向の力が加えられ、その結果、コイル３００が設けられている第１ベース１１０が、磁界と制御電流の方向に応じた方向に回転させられる。コイル３００は、「駆動力付与部」の一具体例である。
　第２ベース部１２０は、第１ベース部１１０と同様に、内部に空隙を備える枠形状を有している。そして、第２ベース１２０の空隙内には、ミラー４００が配置されている。ミラー４００は、トーションバー４５０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。
　トーションバー４５０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４５０は、図１中Ｙ軸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４５０は、Ｙ軸方向に延伸する長手を有すると共にＸ軸方向に延伸する短手を有する形状を有している。トーションバー４５０の一方の端部は、第２ベース１１０に接続される。また、トーションバー４５０の他方の端部は、ミラー４００に接続される。このため、ミラー４００は、トーションバー１２０の弾性によって、Ｙ軸方向に沿った軸を回転軸として回転可能となる。ミラー４００は、「被駆動部」の一具体例である。
　第１ベース１１０及び第２ベース１２０間は、バネ部２１０によって互いに連結されている。バネ部２１０は、「弾性部」の一具体例であり、第１ベース１１０においてコイル３００から得られた駆動力を、第２ベース１２０に伝達する機能を有している。また、第１ベース１１０及び第２ベース１２０間には、配線バネ部２２０が設けられている。配線バネ部２２０は、第１ベース１１０及び第２ベース１２０の電気的接続を実現するために設けられている。具体的には、配線バネ部２２０には、第１ベース１１０のコイル３００と、第２ベース１２０の配線５００とを接続するための接続配線２２５が配置されている。
　図３に示すように、本実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１は、支持層１０、活性層２０、ＢＯＸ層３０及び金属層４０の積層構造によって構成されている。ただし、他の層を含む積層構造とされても構わない。
　支持層１０及び活性層２０の各々は、例えばシリコン等を含んで構成されている。ＢＯＸ層３０は、例えばＳｉＯ２等の酸化膜等によって構成されており、支持層１０及び活性層２０間に配置されている。ＢＯＸ層３０は、支持層１０と活性層２０とを絶縁している。金属層４０は、例えば導電率の高い金属等を含んで構成されており、活性層２０上に配置されている。金属層４０は、第１ベース１１０におけるコイル３００や、第２ベース１２０における配線５００、配線バネ部２２０における接続配線２２５等を構成している。
　ここで本実施例では特に、支持層１０は、第１ベース１１０から、バネ部２１０及び第２ベース１２０に至るまで延在するように形成されている（具体的には、図２を参照）。一方で、活性層２０、ＢＯＸ層３０及び金属層４０は、第１ベース１１０及び第２ベース１２０には夫々形成されているものの、バネ部２１０には形成されていない。言い換えれば、バネ部２１０は、支持層２０のみによって構成されている。また、バネ部２１０は、第１ベース１１０の支持層１０及び第２ベース１２０の支持層と一体的に構成されている。なお、バネ部２１０には活性層２０が形成されていないが、配線バネ部２２０には活性層２０が形成されている（図１を参照）。このため、第１ベース１１０と第２ベース１２０の電気的接続を実現できる。
　（１－２）ＭＥＭＳスキャナの動作
　次に、図４から図６を参照して、本実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１の動作について説明する。ここに図４及び図５は夫々、第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１における第１ベースの動作の態様を概念的に示す断面図である。また図６は、第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１の動作の態様を概念的に示す側面図である。なお、図４以降の図では、説明の便宜上、図１から図３等に記載したＭＥＭＳスキャナ１０１を構成する詳細な部材について、適宜省略して簡略的に図示している。
　本実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１の動作時には、まず、コイル３００に制御電流が供給される。制御電流は、Ｙ軸方向に沿った軸を回転軸として第１ベース１１０を回転させるための電流成分（つまり、Ｙ軸駆動用制御電流）を含んでいる。
　図４に示すように、コイル３００には、磁石によりＸ軸マイナス方向の磁界が付与されている。従って、コイル３００には、コイル３００に供給されているＸ軸駆動用制御電流とコイル３００に付与されているＹ軸駆動用磁界との間の電磁相互作用に起因したローレンツ力が発生することになる。
　ここで、図１における時計周りの方向に流れるＹ軸駆動用制御電流がコイル３００に供給された場合について説明する。この場合、図４（ａ）に示すコイル３００の２つの長辺のうちの右側（つまり、図１では上側）の長辺には、図４（ａ）における下側の方向に向かうローレンツ力が発生する。同様に、図４（ａ）に示すように、コイル３００の２つの長辺のうちの左側（つまり、図１では下側）の長辺には、図４（ａ）における上側の方向に向かうローレンツ力が発生する。つまり、Ｘ軸方向に沿って対向するコイル３００の２つの長辺には、相互に異なる方向のローレンツ力が発生する。言い換えれば、Ｘ軸方向に沿って対向するコイル３００の２つの長辺には、偶力となるローレンツ力が発生する。従って、コイル３００は、図４（ａ）における時計周りの方向に向かって回転する。
　一方で、制御電流が交流電流であるため、コイル３００に対して図１における反時計周りの方向にＹ軸駆動用制御電流が供給される場合も生ずる。この場合、図４（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に沿って対向するコイル３００の２つの長辺のうちの右側（つまり、図１では上側）の長辺には、図４（ｂ）における上側の方向に向かうローレンツ力が発生する。同様に、図４（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に沿って対向するコイル３００の２つの長辺のうちの左側（つまり、図１では下側）の長辺には、図４（ｂ）における下側の方向に向かうローレンツ力が発生する。つまり、Ｘ軸方向に沿って対向するコイル３００の２つの長辺には、相互に異なる方向のローレンツ力が発生する。言い換えれば、Ｘ軸方向に沿って対向するコイル３００の２つの長辺には、偶力となるローレンツ力が発生する。従って、コイル３００は、図４（ｂ）における半時計周りの方向に向かって回転する。
　このようなローレンツ力によって、コイル３００は、Ｙ軸方向に沿った軸を回転軸として回転する（より具体的には、回転するように往復駆動する）。
　他方、本実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１の動作時には、Ｘ軸方向に沿った軸を回転軸として第１ベース１１０を回転させるための電流成分（つまり、Ｘ軸駆動用制御電流）を含む制御電流がコイル３００に供給される。
　図５に示すように、コイル３００には、磁石によりＹ軸プラス方向の磁界が付与されている。従って、コイル３００には、コイル３００に供給されているＸ軸駆動用制御電流とコイル３００に付与されているＸ軸駆動用磁界との間の電磁相互作用に起因したローレンツ力が発生することになる。
　ここで、図１における時計周りの方向に流れるＸ軸駆動用制御電流がコイル３００に供給された場合について説明する。この場合、図５（ａ）に示すコイル３００の２つの長辺のうちの右側の長辺には、図５（ａ）における上側の方向に向かうローレンツ力が発生する。同様に、図５（ａ）に示すように、コイル３００の２つの長辺のうちの左側の長辺には、図５（ａ）における下側の方向に向かうローレンツ力が発生する。つまり、Ｙ軸方向に沿って対向するコイル３００の２つの長辺には、相互に異なる方向のローレンツ力が発生する。言い換えれば、Ｙ軸方向に沿って対向するコイル３００の２つの長辺には、偶力となるローレンツ力が発生する。従って、コイル３００は、図５（ａ）における反時計周りの方向に向かって回転する。
　一方で、制御電流が交流電流であるため、コイル３００に対して図１における反時計周りの方向にＸ軸駆動用制御電流が供給される場合も生ずる。この場合、図５（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向に沿って対向するコイル３００の２つの長辺のうちの右側の長辺には、図５（ｂ）における下側の方向に向かうローレンツ力が発生する。同様に、図５（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向に沿って対向するコイル３００の２つの長辺のうちの左側の長辺には、図５（ｂ）における上側の方向に向かうローレンツ力が発生する。つまり、Ｙ軸方向に沿って対向するコイル３００の２つの長辺には、相互に異なる方向のローレンツ力が発生する。言い換えれば、Ｙ軸方向に沿って対向するコイル３００の２つの長辺には、偶力となるローレンツ力が発生する。従って、コイル３００は、図５（ｂ）における時計周りの方向に向かって回転する。
　このようなローレンツ力によって、コイル３００は、Ｘ軸方向に沿った軸を回転軸として回転する（より具体的には、回転するように往復駆動する）。
　以上説明したコイル３００の回転動作は、第１ベース１１０からバネ部２１０を介して第２ベース１２０へと伝達される。これにより、第２ベース１２０が駆動される。即ち、第２ベース１２０は、第１ベース１１０におけるコイル３００に付与された駆動力によって駆動される。
　図６に示すように、特にコイル３００がＸ軸方向に沿った軸を回転軸とする回転動作（図５参照）を行う場合には、ミラー４００が、Ｘ軸方向に沿った軸を回転軸とする回転方向に大きく駆動される。
　具体的には、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１ベース１１０が時計周りの方向に回転する場合、第２ベース１２０は反時計周りの方向に回転する。これにより、図６（ａ）のように、第２ベース１２０に配置されたミラー４００は、反時計周りの方向（即ち、第２ベース１２０と同じ回転方向）に大きく回転する。或いは図６（ｂ）のように、第２ベース１２０に配置されたミラー４００は、時計周りの方向（即ち、第２ベース１２０と異なる回転方向）に大きく回転する。なお、図６（ａ）のような回転をさせるか、或いは図６（ｂ）のような回転をさせるかは、各部バネの硬さ等の設計によって選択できる。
　一方、図６（ｃ）に示すように、第１ベース１１０が反時計周りの方向に回転する場合、第２ベース１２０は時計周りの方向に回転する。これにより、第２ベース１２０に配置されたミラー４００は、時計周りの方向（即ち、第２ベース１２０と同じ回転方向）に大きく回転する。
　（１－３）ＭＥＭＳ駆動時の応力集中
　次に、既出の図６に加えて図７を参照して、ＭＥＭＳスキャナの駆動時に発生し得る問題点について説明する。ここに図７は、第１比較例に係るＭＥＭＳスキャナにおける支持層の境界周辺の構成を示す拡大断面図である。
　図６に示すようなＭＥＭＳスキャナ１０１の駆動において、第１ベース１１０のコイル３００で発生した駆動力は、バネ部２１０を介して、第２ベース１２０のミラー４００に伝達される。よって、図６を見ても分かるように、バネ部２１０は、駆動によって大きく変形することになる。バネ部２１０の形状や硬さは、駆動の共振モードの態様やその共振周波数に大きく影響するため、求められるデバイスの特性を満たすために適した形状、硬さにすることが望まれる。また、バネ部２１０は、強度に関する要件（例えば、駆動による変形等で破損しないような強度）も満たすことが望まれる。
　ここで特に、バネ部２１０と、第１ベース１１０及び第２ベース１２０との境界周辺には、駆動力を伝達する場合に応力が集中し易い。よって、一定以上の強度を有さないバネ部２１０は、第１ベース１１０及び第２ベース１２０との境界周辺において、駆動時に破損してしまうおそれがある。
　ここで図７に示すように、支持層１０が一体的に形成されていない第１比較例を考える。即ち、本実施例（図３参照）のように、支持層１０が第１ベース１１０からバネ部２１０、第２ベース１２０に至るまで延在するよう形成されておらず、部分的に支持層が存在しない例を考える。
　このような第１比較例では、支持層１０が一体的に形成されていないため、図に示すような支持層１０の境界が存在することになる。そして、この支持層１０の境界部分では、加工の都合上、図の破線で囲う領域のようなノッチが入りやすい。よって、応力に対して更に弱い形状となってしまう。
　これに対し、本実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１では、図３等に示したように、応力が集中し易いバネ部２１０が、第１ベース１１０及び第２ベース１２０の支持層１０と同じ層によって一体的に構成されている。よって、上述したような応力集中による破損を効果的に防止することができる。
　また、本実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１では、図３等に示したように、バネ部２１０が支持層１０のみで構成されているため、例えば支持層１０と他の層（例えば、活性層２０やＢＯＸ層３０）との境界部分に駆動時の応力が集中することで、バネ部２１０が破損してしまうことを効果的に防止できる。ただし、バネ部２１０が単一の層で構成されない場合（例えば、ＢＯＸ層３０等を含む場合）であっても、バネ部２１０が第１ベース１１０及び第２ベース１２０の支持層１０と同じ層によって一体的に構成されている限り、破損耐性を向上させる効果は相応に得られる。
　（１－４）バネ部の具体的構成
　次に、図８を参照して、本実施例に係るバネ部２１０の具体的な構成について詳細に説明する。ここに図８は、実施例に係るＭＥＭＳスキャナのバネ部の構成を示す拡大平面図である。
　図８に示すように、本実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１のバネ部２１０は、Ｘ軸方向に沿う方向に延在する部分（以下、適宜「第１部分」と称する）と、Ｙ軸方向に沿う方向に延在する部分（以下、適宜「第２部分」と称する）とを夫々有している。具体的には、第１ベース１１０及び第２ベース１２０の各々には、第１部分が夫々接続されており、これら２つの第１部分間に第２部分が設けられている。
　このような形状とすれば、バネ部２１０が互いに異なる方向に延びる第１部分及び第２部分を有するため、応力の集中を低減でき、破損耐性を効果的に高めることができる。具体的には、連結方向に交わる方向（即ち、Ｙ軸方向に沿った方向）に延びる第２部分が曲がる（ねじれる）ことによって、破損を効果的に防止できる。
　また本実施例では特に、上述した第１部分の幅Ｌ１は、第２部分の幅Ｌ２より太くなるように形成されている。このようにすれば、連結方向（即ち、Ｘ軸方向に沿った方向）に延びる第１部分が比較的太く形成されるため、接続部材としての強度を効果的に高めることができる。一方で、連結方向に交わる方向（即ち、Ｙ軸方向に沿った方向）に延びる第２部分が比較的細く形成されるため、より曲がり易くなり、効果的に破損耐性を高めることができる。
　加えて本実施例では、バネ部２１０と、第１ベース１１０及び第２ベース１２０の各々との接続部分において、活性層２０が部分的に存在しない領域が設けられている（図中の破線で囲った領域を参照）。この場合、応力の集中し易い接続部分に、破損耐性の低い活性層２０の境界が存在してしまうことを防止できる、従って、より効果的に破損耐性を高めることが可能である。
　以上説明したように、本実施例に係るバネ部２１０によれば、駆動時における破損を効果的に抑制できる。
　なお、バネ部２１０の構造は、図８で示すものに限られる訳ではない。以下では、図９から図１１を参照して、上述したバネ部の変形例について説明する。ここに図９は、第１変形例に係るＭＥＭＳスキャナのバネ部の構成を示す拡大平面図であり、図１０は、第２変形例に係るＭＥＭＳスキャナのバネ部の構成を示す拡大平面図である。また図１１は、第３変形例に係るＭＥＭＳスキャナのバネ部の構成を示す拡大平面図である。
　図９に示すように、第１変形例に係るバネ部２１１は、第１部分における第１ベース１１０及び第２ベース１２０との接続部分周辺が、より太くなるように形成されている（図中の破線で囲った領域を参照）。このように構成すれば、第１部分の中でも特に応力の集中し易い接続部分が太く形成されるため、効果的に破損耐性を高めることができる。
　図１０に示すように、第２変形例に係るバネ部２１２は、２つのバネ部が一体的に構成されている。即ち、図１等において、ＭＥＭＳスキャナ１０１をＸ軸方向に沿った方向で見た場合に、対照的な位置に配置される２つのバネ部が、１つのバネ部として構成されている。具体的には、第１ベース１１０から延びる１つの第１部分、及び第２ベース１２０から延びる２つの第１部分が、１つの第２部分によって互いに連結されている。このように構成した場合であっても、第１部分及び第２部分を上述した各種構成とすることで、破損耐性を高める効果を得ることができる。
　図１１に示すように、第３変形例に係るバネ部２１３は、第１変形例に係るバネ部２１１と同様の形状として構成されている。一方で、第３変形例では、配線バネ部２２３の幅Ｌ３が、バネ部２１３の第２部分の幅Ｌ２よりも小さい幅Ｌ３を有するように構成されている。また、配線バネ部２２３を延ばした場合の全長は、バネ部２１３を延ばした場合の全長より長くなるように構成されている。このような構成によれば、配線バネ部２２３の硬さを柔らかくすることができる。よって、バネ部２１３とは異なり、活性層２０のみで構成される配線バネ部２２３の破損耐性を、効果的に高めることができる。
　尚、本実施例及び第１変形例から第３変形例で説明した各構成の一部を適宜組み合わせてもよい。この場合であっても、上述した各種構成に対応する各種効果を好適に享受することができる。
　（２）第２実施例
　次に、第２実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０２について、図１２から図１５を参照して説明する。尚、第２実施例は、上述した第１実施例と比べて一部の構成が異なるのみであり、その他の構成については概ね同様である。このため、以下では第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、他の重複する部分については適宜説明を省略するものとする。
　（２－１）基本構成
　先ず、第２実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０２の構成について、図１２及び図１３を参照して説明する。ここに図１２は、第２実施例に係るＭＥＭＳスキャナの構成を示す平面図である。また図１３は、第２実施例に係るＭＥＭＳスキャナの構成を示す断面図である。
　図１２において、第２実施形態に係るＭＥＭＳスキャナ１０２は、第１実施形態に係るＭＥＭＳスキャナ１０１の構成（例えば、図１参照）に加えて、第１ベース１１０の開孔部に挿通されるヨーク６００を備えて構成されている。ヨーク６００は、例えば純鉄、パーマロイ、ケイ素鉄、センダスト等の比透磁率が高い軟磁性材料を含んで構成されることが好ましい。
　図１３において、ヨーク６００は、ＭＥＭＳスキャナ１０１の下方側に配置された下部ヨーク６５０から、ＭＥＭＳスキャナ１０１の上方側に延びるように形成されている。ヨーク６００の側方には、磁束を発生させる第１磁石７１０及び第２磁石７２０が配置されている。第１磁石７１０は、上面（即ち、ＭＥＭＳスキャナ１０２に対向する面）がＳ極とされており、第２磁石７２０は、上面がＮ極（即ち、第１磁石７１０とは異なる極）とされている。よって、磁束は第２磁石７２０の上面から第１磁石７１０の上面に向かう。尚、第１磁石７１０及び第２磁石７２０の上面側には、図示せぬミドルヨークが設けられてもよい。また、コイル３００の外側には、図示せぬヨークポストが設けられてもよい。
　ヨーク６００を配置することで、上述した第１磁石７１０及び第２磁石７２０によって発生される磁束を集束することができる。これにより、コイル３００に制御電流を流すことで発生するローレンツ力を高めることができる。即ち、ヨーク６００によれば、コイル３００や第１磁石７１０及び第２磁石７２０を大きくせずとも、第１ベース１１０に付与可能な駆動力を大きくすることができる。よって、装置の小型化が実現できる。
　尚、ヨーク６００による磁束の集束効果を高めるためには、ヨーク６００とコイル３００との距離Ｌ４（図１２参照）は小さい方が好ましい。このためヨーク６００は、コイル３００の配置された第１ベース１１０の駆動を妨げない範囲で大きくされることが好ましい。また、ヨーク６００の断面は、第１ベース１１０の開孔部の形状に近い形状であることが好ましい。
　更に、ヨーク６００による磁束の集束効果を高めるためには、ヨーク６００をある程度ＭＥＭＳスキャナ１０２の上方まで延びるように構成することが好ましい。このためヨーク６００は、コイル３００の配置された第１ベース１１０の駆動を妨げない範囲で、或いはミラー４００に入射するレーザ光の経路を妨げない範囲で長く構成されることが好ましい。
　（２－２）第２比較例との比較
　次に、図１４及び図１５を参照して説明する第２比較例に係るＭＥＭＳスキャナ１０２ｂとの比較により、第２実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０２の有利な点について具体的に説明する。ここに図１４は、第２比較例に係るＭＥＭＳスキャナの構成を示す平面図である。また図１５は、第２比較例に係るＭＥＭＳスキャナの構成を示す断面図である。
　図１４において、第２比較例に係るＭＥＭＳスキャナ１０２ｂでは、コイル３００が設けられる第１ベース１１０にミラー４００が設けられている。より具体的には、第２比較例に係るミラー４００は、第１ベース１１０の開孔部にトーションバー４５０で支持されている。このような構成によれば、コイル３００によって付与される駆動力により第１ベース１１０が駆動されると、それに伴いミラー４００も駆動されることになる。
　図１５において、第２比較例に係るＭＥＭＳスキャナ１０２ｂは、第１ベース１１０の開孔部にミラー４００が配置されているため、第２実施形態に係るＭＥＭＳスキャナ１０２（例えば、図１３参照）のように、ヨーク６００を挿通させることができない。即ち、第２比較例に係るＭＥＭＳスキャナ１０２ｂでは、ヨーク６００をＭＥＭＳスキャナ１０２ｂの下方までしか伸ばすことができない。よって、第２比較例に係るＭＥＭＳスキャナ１０２ｂは、第２実施形態に係るＭＥＭＳスキャナ１０２と比較して、ヨーク６００の磁束の集束効果が劣る。
　従って、例えば第２比較例に係るＭＥＭＳスキャナ１０２ｂにおいて、第２実施形態に係るＭＥＭＳスキャナ１０２と同等の駆動力を付与したい場合、コイル３００や第１磁石７１０及び第２磁石７２０の大型化が要求される。或いは、図１５にも示すように、ＭＥＭＳスキャナ１０２ｂの上方に他の磁束発生手段（具体的には、第３磁石７３０、第４磁石７４０、第１上部ヨーク６６０及び第２上部ヨーク６７０）を配置することが要求される。このような設計変更は、装置の大型化を避けることが困難である。
　以上説明したように、第２実施形態に係るＭＥＭＳスキャナ１０２によれば、第１ベース１１０の開孔部にヨーク６００を挿通させることができるため、装置の大型化を回避しつつ、極めて効果的に磁束の集束効果を高めることができる。よって、駆動力の大きい装置が求められる場合であっても、装置の小型化を実現できる。
　（３）第３実施例
　次に、第３実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０３について、図６及び図７を参照して説明する。尚、第３実施例は、上述した第２実施例と比べて一部の構成及び動作が異なるのみであり、その他の部分については概ね同様である。このため、以下では第２実施形態と異なる部分について詳細に説明し、他の重複する部分については適宜説明を省略するものとする。
　（３－１）基本構成
　先ず第３実施形態に係るＭＥＭＳスキャナ１０３の構成について、図１６を参照して説明する。ここに図１６は、第３実施例に係るＭＥＭＳスキャナの構成を示す平面図である。
　図１６において、第３実施形態に係るＭＥＭＳスキャナ１０３は、第２ベース１２０から見て、第１ベース１１０とは反対側に、第３ベース１３０が設けられている。第３ベース１３０には、第１ベース１１０と同様に、コイル３００ｂが設けられており、開孔部にヨーク６００ｂが挿通されている。また、第３ベース１３０は、バネ部２１０ｂ及び配線バネ部２２０ｂによって第２ベース１２０と物理的に接続されており、配線バネ部２２０ｂに設けられた接続配線２２５ｂにより電気的にも接続されている。即ち、第３ベース１３０は、第１ベース１１０と同様に、第２ベース１２０に支持されたミラー４００に駆動力を伝達させるものとして構成されている。
　（３－２）ＭＥＭＳスキャナの動作
　次に、図１７を参照して、第３実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０３の動作について説明する。ここに図１７は、第３実施例に係るＭＥＭＳスキャナの動作の態様を概念的に示す側面図である。なお、図１７では、説明の便宜上、図１６に記載したＭＥＭＳスキャナ１０３を構成する詳細な部材について、適宜省略して簡略的に図示している。
　図３（ａ）に示すように、例えば第１ベース１１０の右端周辺に下向きのローレンツ力を発生させ、左端周辺に上向きのローレンツ力を発生させると共に、第３ベース１３０の右端周辺に下向きのローレンツ力を発生させ、左端周辺に上向きのローレンツ力を発生させると、第１ベース１１０及び第３ベース１３０の各々は、それぞれ時計回りに回転運動する。これにより、第２ベース１２０及びミラー４００は、反時計回りに回転運動する。
　他方、図３（ｂ）に示すように、例えば第１ベース１１０の右端周辺に上向きのローレンツ力を発生させ、左端周辺に下向きのローレンツ力を発生させると共に、第３ベース１３０の右端周辺に上向きのローレンツ力を発生させ、左端周辺に下向きのローレンツ力を発生させると、第１ベース１１０及び第３ベース１３０の各々は、それぞれ反時計回りに回転運動する。これにより、第２ベース１２０及びミラー４００は、時計回りに回転運動する。
　このように、第３実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０３においても、第１ベース１１０及び第３ベース１３０の各々にローレンツ力を発生させることで、ミラー４００を所望の向きに回転させることができる。特に第３実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０３では、第１ベース１１０に設けられたコイル３００及び第３ベース１３０に設けられたコイル３００ｂの各々においてローレンツ力が発生するため、第１実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１１０や第２実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０２と比較して、大きな駆動力を得ることができる。
　また、第３ベース１３０においても、第１ベース１１０と同様に開孔部にヨーク６００ｂを挿通させることで、磁束を効果的に集束させることができる。よって、装置が大型化してしまうことを抑制できる。
　なお、上述した各実施例に係るＭＥＭＳスキャナ１０１、１０２及び１０３は、例えば、ヘッドアップディスプレイや、ヘッドマウントディスプレイや、レーザスキャナや、レーザプリンタや、走査型駆動装置等の各種電子機器に対して適用することができる。従って、これらの電子機器もまた、本発明の範囲に含まれるものである。
　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。
　１０　支持層
　２０　活性層
　３０　ＢＯＸ層
　４０　金属層
　１０１，１０２，１０３　ＭＥＭＳスキャナ
　１１０　第１ベース
　１２０　第２ベース
　１３０　第３ベース
　２１０　バネ部
　２２０　配線バネ部
　２２５　接続配線
　３００　コイル
　４００　ミラー
　４５０　トーションバー
　５００　配線
　６００　ヨーク
　６５０　下部ヨーク
　６６０　第１上部ヨーク
　６７０　第２上部ヨーク
　７１０　第１磁石
　７２０　第２磁石
　７３０　第３磁石
　７４０　第４磁石

Claims (4)

  1. 　第１ベース部と、
    　第２ベース部と、
    　前記第１ベース部と前記第２ベース部とを連結する弾性部と、
    　駆動可能な態様で前記第２ベース部に支持される被駆動部と
    　を備えることを特徴とする駆動装置。
  2. 　前記第１ベース部に対して、前記被駆動部を駆動させるための駆動力を付与する駆動力付与部を更に備え、
    　前記被駆動部は、前記第１ベース部から前記弾性部を介して前記第２ベース部に伝達される駆動力により駆動する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
  3. 　前記第１ベース部は、前記駆動力付与部から付与される駆動力により、第１の方向及び該第１の方向とは異なる第２の方向に沿った軸を回転軸として回転可能であり、
    　前記被駆動部は、前記第１ベース部から前記弾性部を介して前記第２ベース部に伝達される駆動力により、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿った軸を回転軸として回転可能である
    　ことを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
  4. 　前記駆動力付与部は、
    　前記第１ベース部の開孔部の周囲に配置されたコイルと、
    　前記第１ベース部の開孔部に挿通されたヨークと
    　を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の駆動装置。
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