WO2022191046A1

WO2022191046A1 - ミラーアクチュエータ

Info

Publication number: WO2022191046A1
Application number: PCT/JP2022/009248
Authority: WO
Inventors: 浩希岡田
Original assignee: 京セラ株式会社
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2022-03-03
Publication date: 2022-09-15
Also published as: JP2022140129A

Abstract

動作の信頼性を高めたミラーアクチュエータが提供される。本開示におけるミラーアクチュエータ（１）は、電磁波を反射するミラー部（１０）と、ミラー部（１０）に接続されている柱状部材（４１）を介して、ミラー部（１０）を揺動可能に保持する第１保持部と、第１保持部を、トーションバーを介して保持する第２保持部と、第２保持部の上に設けられ、ミラー部（１０）の揺動を制限するストッパ（７０）と、を備える。

Description

ミラーアクチュエータ

関連出願の相互参照

　本出願は、日本国特許出願２０２１－０４０７９２号（２０２１年３月１２日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

　本開示は、ミラーアクチュエータに関する。

　近年、電磁波を検出した結果から周囲の物体等に関する情報を取得する装置が開発されている。電磁波を走査させる走査装置として、照射部から照射される電磁波を、反射ミラーによって反射させて偏向するものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５－１３２７６２号公報

　一実施形態に係るミラーアクチュエータは、
　電磁波を反射するミラー部と、
　前記ミラー部に接続されている柱状部材を介して、前記ミラー部を揺動可能に保持する第１保持部と、
　前記第１保持部をトーションバーを介して保持する第２保持部と、
　前記第２保持部の上に設けられ、前記ミラー部の揺動を制限するストッパと、を備える。

図１は、一実施形態に係るミラーアクチュエータの概略構成を示す平面図である。図２は、図１のミラーアクチュエータのＡ－Ａ線での断面図である。図３は、図１のミラーアクチュエータのミラー部などの分解拡大図である。図４は、ミラー部の第２の面を削るための加工パターンの一例である。図５は、ミラー部の第２の面を削るための加工パターンの一例である。図６は、第２の面を削られたミラー部が用いられる場合のストッパの位置を説明する図である。図７は、封止部材について説明するための図である。

（実施形態）
　図１は、一実施形態に係るミラーアクチュエータ１の概略構成を示す平面図である。図２は、図１のミラーアクチュエータ１のＡ－Ａ線での断面図である。ミラーアクチュエータ１は、電磁波を反射ミラーで反射して偏向するために用いられる、可動の反射ミラーを備えるアクチュエータである。電磁波は、例えば可視光であってよいし、例えば赤外線であってよい。本実施形態において、ミラーアクチュエータ１はＭＥＭＳミラーである。

　ミラーアクチュエータ１は、一例として、車両に搭載されて安全運転支援を行う電磁波検出装置で用いられる。電磁波検出装置の電磁波照射においてミラーアクチュエータ１が使用される場合に、ミラーアクチュエータ１は、例えばレーザダイオードなどから入力される電磁波を、所定の範囲の空間に対して出力されるように偏向させる。ミラーアクチュエータ１によって偏向された電磁波の少なくとも一部は、所定の対象（人及び物体等）によって反射され得る。対象によって反射された電磁波（反射波）は、電磁波検出装置の受光系によって検出されて、プロセッサによって対象の特定及び対象までの距離の計算が行われる。

　特に車載の電磁波検出装置で用いられるような場合に、ミラーアクチュエータ１には、高い動作の信頼性が求められる。例えばＭＥＭＳミラーであるミラーアクチュエータ１は、後述するように駆動部３０が駆動電圧を変化させることによって揺動する。ここで、駆動電圧が定格電圧を超えると、反射ミラーが想定する振れ角を超えて揺動し、反射ミラーが周囲と接触することによって変形及び破損することがあり得る。そのため、定格電圧を超えることがないように駆動電圧を制御するといった対策を行うことがある。ここで、車両に搭載される場合に、ミラーアクチュエータ１は、高温又は低温の条件下で動作することがあり、また、車両の走行中に生じるノイズが駆動部３０に影響することがある。したがって、例えば高温、低温又はノイズの影響などによって、仮に駆動電圧が定格電圧を超えたとしても、反射ミラーが変形及び破損することを回避できれば、動作の信頼性を高めることができる。本実施形態に係るミラーアクチュエータ１は、以下に説明する構成によって、反射ミラーの変形及び破損を回避可能である。

　図１及び図２に示されるように、本実施形態において、ミラーアクチュエータ１は、ミラー部１０と、柱状部材４１と、保持部４０と、駆動部３０と、ストッパ７０と、を備える。また、ミラーアクチュエータ１は、リブ部２０と、基板５０と、パッケージ６０と、を備える。

　ミラー部１０は、電磁波を反射する第１の面１１と、第１の面１１と反対側の第２の面１２とを有する。第１の面１１は反射ミラーである。第２の面１２は、平坦であってよいし、後述するように加工パターンに従って削られていてよい。ここでは、第２の面１２が平坦である場合について説明する。第２の面１２が削られる場合については後述する。

　本実施形態において、ミラー部１０の形状は円（真円）であるが、これに限定されない。他の例として、ミラー部１０の形状は、楕円、正方形又は長方形などであってよい。反射ミラーの直径は、一例として６ｍｍである。反射ミラーは、金、アルミニウムなど光反射率が高い金属材料の薄膜であってよい。

　保持部４０は、ミラー部１０の中心ｃにおいて接続されている柱状部材４１を介して、ミラー部１０を揺動可能に保持する。本実施形態において、柱状部材４１は、ミラー部１０の平面（反射ミラーに平行な面）に対して垂直であるように接続される。ミラー部１０と柱状部材４１とは、接着されてよいし、一体的に形成されてよい。また、柱状部材４１と保持部４０とは、接着されてよいし、一体的に形成されてよい。ここで、柱状部材４１はミラー部１０の中心ｃからずれた位置で接続されてよい。反射ミラーを除くミラー部１０、柱状部材４１及び保持部４０の材料は、例えばシリコンなどであってよい。保持部４０は、基板５０の上に設けられる。基板５０は、絶縁性であって、例えば酸化シリコンなどを材料とするシリコン基板であってよい。ミラー部１０、柱状部材４１、保持部４０及び基板５０は、それぞれ異なる材料であってよく、複数の材料で形成されていてよい。

　ここで、図３はミラーアクチュエータ１のミラー部１０及び保持部４０などの分解拡大図である。本実施形態において、保持部４０は、柱状部材４１を介してミラー部１０を保持する第１保持部４２と、第１保持部４２をトーションバー４３を介して保持する第２保持部４４と、を備える。柱状部材４１の保持部４０側の先端部は、第１保持部４２に接続される。ここで、図３は、図２と同様に、ミラー部１０、保持部４０及びストッパ７０などの断面を示している。ミラー部１０、保持部４０及びストッパ７０について、断面から手前側についても、図３に示されるものと同じ構造が対称的に配置されている。例えば第１保持部４２は、図３に示されるトーションバー４３及び手前側に存在するトーションバー４３を介して第２保持部４４に保持される。また、ストッパ７０は、リブ部２０と同様に、枠型の形状を有する。

　ミラー部１０は、第１保持部４２を中心に、第１軸（ａ１）及び第２軸（ａ２）のそれぞれを回転軸として揺動する。第１軸（ａ１）を回転軸とする揺動方向は、ミラー部１０が共振周波数により駆動される主走査方向に対応する。第１軸（ａ１）と直交する第２軸（ａ２）を回転軸とする揺動方向は、ミラー部１０が共振周波数より低い周波数で駆動される副走査方向に対応する。このように、本実施形態に係るミラーアクチュエータ１は、ミラー部１０を２次元方向に駆動するが、１次元（主走査方向）だけに駆動するものであってよい。

　駆動部３０は、共振周波数で駆動電圧を変化させることによって、第１軸（ａ１）を回転軸としてミラー部１０を揺動させる。また、本実施形態において、駆動部３０は、共振周波数より低い周波数で駆動電圧を変化させることによって、第２軸（ａ２）を回転軸として第２保持部４４を揺動させる。第２保持部４４が揺動することにより、ミラー部１０も揺動する。駆動部３０は、例えば噛み合うように配置される電極を備えている。電極には駆動電圧が印加される。駆動部３０は、電極間の電位差に応じた静電気力を発生させることにより、ミラー部１０を揺動させる。ここで、駆動部３０は、静電気力によってミラー部１０を揺動させるものに限定されない。別の例として、駆動部３０は、磁石を配置して、ローレンツ力によってミラー部１０を揺動させるものであってよい。駆動部３０は、基板５０の上に設けられる。

　リブ部２０は、基板５０の上に設けられ、基板５０に強度を与える。図２に示すように、本実施形態において、基板５０は端部だけでパッケージ６０に接触するように実装される。そのため、基板５０に剛性を与えて変形を防止するために、リブ部２０が設けられている。基板５０とリブ部２０とは公知の半導体材料で接着されてよい。リブ部２０の材料は、例えばシリコンであるが、これに限定されない。ここで、パッケージ６０は、反射ミラーが反射する電磁波を透過する材料の封止部材６１（図７参照）によって封止されてよいし、図２の例のように開口を備える構成であってよい。ここで、電磁波を透過する材料は、一例としてガラスである。

　ストッパ７０は、第２保持部４４の上に設けられ、ミラー部１０の揺動を制限する。本実施形態において、ストッパ７０は、第１の部分７１と、第２の部分７２と、を含む。第１の部分７１は、第１軸（ａ１）に平行に設けられた板状の部分である。また、第２の部分７２は、第２軸（ａ２）に平行に設けられた板状の部分である。本実施形態において、２つの第１の部分７１が、柱状部材４１を挟んで対向するように配置されている。また、２つの第２の部分７２が、柱状部材４１を挟んで対向するように配置されている。ストッパ７０は、第１の部分７１と第２の部分７２とが連続して構成される。つまり、第１の部分７１と第２の部分７２とが接続されて、枠型のストッパ７０が構成されている。また、本実施形態において、ストッパ７０は、枠状の形状を有する第２保持部４４の外形に沿って設けられている。ストッパ７０が枠状に形成されることで、第２保持部４４が揺動しても第２保持部４４が変形しにくくなる。

　ストッパ７０の材料は、例えばリブ部２０と同じシリコンであるが、これに限定されない。ストッパ７０の材料がシリコンである場合に、ストッパ７０は、リブ部２０とともに、半導体製造技術の積層及び成形の手法で作られてよい。ここで、ストッパ７０の高さは、柱状部材４１の高さよりも小さく、第２の面１２の端部（縁部）が通常動作での最大振れ角で到達する位置にストッパ７０の上端部があるように設定されてよい。ミラー部１０が最大振れ角を超えて揺動するような場合に、ストッパ７０によって揺動が制限される。また、ストッパ７０の高さは、基板５０の厚さよりも大きくてよい。一例として、基板５０の厚さが７０μｍから８０μｍであるのに対して、ストッパ７０は１００μｍの高さであるように設けられてよい。ストッパ７０の幅は特に限定されないが、第２保持部４４の領域が限定されていることから、高さに比べて小さくてよい。本実施形態においては、ストッパ７０が第１の部分７１と第２の部分７２とが接続された枠型の形状であるため、幅が狭くても形状が歪むことなく安定して配置される。ストッパ７０と第２保持部４４とは、公知の半導体材料で接着されてよい。

　以上のように、本実施形態に係るミラーアクチュエータ１は、上記の構成によって物理的にミラー部１０の最大振れ角を超える揺動を制限することが可能である。そのため、本実施形態に係るミラーアクチュエータ１は、仮に駆動電圧が定格電圧を超えたとしても、反射ミラーが変形及び破損することを回避でき、動作の信頼性を高めることができる。

　本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。

（変形例）
　図４及び図５は、ミラー部１０の第２の面１２を削るための加工パターンの一例である。例えばミラー部１０を軽量化して共振周波数を高くするために、ミラー部１０の第２の面１２は、加工パターンに従って削られていてよい。ミラー部１０の第２の面１２が削られていない部分の厚さは、一例として１５０μｍである。ミラー部１０の第２の面１２が削られた部分の厚さは、一例として５０μｍである。ミラー部１０の第２の面１２を削る深さは、特に限定されないが、軽量化の効果を高めるために、削られていない場合の厚さに対して５０％以上であることが好ましい。また、ミラー部１０の第２の面１２を削る深さは、剛性を保つために、削られていない場合の厚さに対して８０％以下であることが好ましい。第２の面１２は、例えば半導体製造技術のエッチングなどの手法によって加工パターンに従って削られる。例えばＤｅｅｐ　ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）などの手法が用いられてよい。

　加工パターンは、例えば図４に示すように、ハニカム構造を有してよい。ハニカム構造は、正六角形を隙間なく並べた構造であって、強度と軽量性を兼ね備える構造である。別の例として、加工パターンは、例えば図５に示すように、中心から縁部に向かって密度が徐々に減少する（削る部分が徐々に多くなる）ものであってよい。ここで、図４及び図５において、加工パターンの白色で示される部分が、第２の面１２での削らない部分に対応する。換言すると、図４及び図５において、加工パターンの色が付された部分が、第２の面１２での削る部分に対応する。図４及び図５において、第２の面１２を削った穴状の部分（穴状部）が、第２の面１２を削らなかったことで残された壁状の部材で囲まれるように形成されている。

　図４及び図５に示すように、加工パターンは、第２の面１２の縁部を削らないものであってよい。縁部とは、第２の面１２の外縁部であって、図４の例では円周部分である。加工パターンが第２の面１２の縁部を削らないものである場合に、ミラー部１０は剛性を確保することができる。

　また、図４及び図５に示すように、加工パターンは、対称性を有するものであってよい。対称性は、特定の対称性に限定されず、例えば並進対称性、回転対称性及び鏡像対称性を含む。加工パターンが対称性を有するものである場合に、ミラー部１０は加工（エッチング）が容易になる。ここで、図４及び図５の加工パターンは、代表的なものの例示であって、これらに限定されない。第２の面１２に形成された加工パターンは、ストッパ７０と接触する部分については、他の部分よりも加工パターンを構成する壁を面方向に厚くしてよい。

　図６は、第２の面１２を削られたミラー部１０が用いられる場合のストッパ７０の位置を説明する図である。ミラー部１０の第２の面１２が平坦でなく図４、図５で示された加工パターン、凹凸形状を有する場合に、ストッパ７０は、ミラー部１０が揺動した場合に第２の面１２の削られていない部分と接触するように設けられてよい。第２の面１２の削られた部分と接触するようにすると、ストッパ７０を高くする必要があり、安定性が低下し得る。そのため、第２の面１２の削られていない部分と接触するように接触位置を調整することによって、ストッパ７０の高さを抑えて、安定させることができる。

　また、ミラー部１０の第２の面１２が平坦でなく図４、図５で示された加工パターン、凹凸形状を有する場合に、ストッパ７０は、ミラー部１０が揺動した場合に第２の面１２の削られた部分と接触するように設けられてよい。ストッパ７０の上端部は平坦な形状ではなく、第２の面１２の加工パターンの削られた位置、又は凸凹形状の凹位置と接触する部分が突出するように、凹凸の形状に形成されてよい。この場合、柱状部材４１を高くする必要がないため、ミラー部１０の安定性を高め得る。

　図７は、封止部材６１について説明するための図である。上記のように、パッケージ６０は、例えばガラスなどで構成される封止部材６１によって封止されてよい。封止されることによって、ミラー部１０、駆動部３０及び保持部４０などが、湿度及び温度などの外部環境の変化に影響されることを防ぐことができる。ここで、封止部材６１は、図７に示すように、ミラー部１０を挟んでストッパ７０と反対側に設けられ、ミラー部１０の揺動を制限するように設けられてよい。例えば、反射ミラーの端部が通常動作での最大振れ角で到達する位置と同じ高さに、封止部材６１が設けられてよい。ミラー部１０が最大振れ角を超えて揺動するような場合に、ストッパ７０によって揺動が制限されるとともに、封止部材６１によっても揺動が制限される。そのため、より確実に、反射ミラーが変形及び破損するような状況を回避でき、ミラーアクチュエータ１の動作の信頼性をさらに高めることができる。

　また、上記の実施形態において、ストッパ７０は、ストッパ７０の上端部が第２の面１２の縁部に接触するような位置に配置される。ここで、ストッパ７０は、図７に示すように、ストッパ７０の上端部が第２の面１２のより中心ｃに近い部分で接触するように配置されてよい。

　また、ストッパ７０は、板状の部分を組み合わせて構成されなくてよい。例えば、ストッパ７０は、分離された複数の部分で構成されてよい。分離された複数の部分は、それぞれが例えば円柱又は角柱などの柱形状であってよい。また、ストッパ７０は、第１の部分７１と第２の部分７２とで構成されるが、これらが連続していなくてよい。つまり、第１の部分７１と第２の部分７２との間に隙間があってよい。また、ストッパ７０は、第１の部分７１だけで構成されてよい。ストッパ７０の上端部は、揺動するミラー部１０との接触時に第２の面１２と面接触できるよう、柱状部材４１から離れる方向に下って傾斜した形状であってよい。ストッパ７０の上端部は、接触時に第２の面１２を破損することが無いよう、丸みを持った半円柱状がストッパ７０の上端部に形成されていてよい。

　１　ミラーアクチュエータ
　１０　ミラー部
　１１　第１の面
　１２　第２の面
　２０　リブ部
　３０　駆動部
　４０　保持部
　４１　柱状部材
　４２　第１保持部
　４３　トーションバー
　４４　第２保持部
　５０　基板
　６０　パッケージ
　６１　封止部材
　７０　ストッパ
　７１　第１の部分
　７２　第２の部分

Claims

　電磁波を反射するミラー部と、
　前記ミラー部に接続されている柱状部材を介して、前記ミラー部を揺動可能に保持する第１保持部と、
　前記第１保持部をトーションバーを介して保持する第２保持部と、
　前記第２保持部の上に設けられ、前記ミラー部の揺動を制限するストッパと、を備える、ミラーアクチュエータ。
　共振周波数で駆動電圧を変化させることによって、前記ミラー部を第１軸を回転軸として揺動させる駆動部を、備え、
　前記ストッパは、前記第１軸と平行に設けられた板状の第１の部分を含む、請求項１に記載のミラーアクチュエータ。
　前記駆動部は、前記第２保持部を前記第１軸と直交する第２軸を回転軸として揺動させ、
　前記ストッパは、前記第２軸と平行に設けられた板状の第２の部分を含む、請求項２に記載のミラーアクチュエータ。
　前記第２保持部は枠状の形状を有し、
　前記ストッパは、前記第２保持部の外形に沿って前記第１の部分と前記第２の部分とが連続して構成される、請求項３に記載のミラーアクチュエータ。
　前記ストッパの上端部は、傾斜が形成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のミラーアクチュエータ。
　前記ストッパの上端部は、半円柱状に形成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のミラーアクチュエータ。
　前記ストッパは、前記柱状部材を挟んで対向する分離された複数の部分で構成される、請求項１に記載のミラーアクチュエータ。
　前記ミラー部は、電磁波を反射する第１の面と前記第１の面と反対側の第２の面とを有し、前記第２の面が壁状の部材と当該壁状の部材で囲まれた穴状部からなる加工パターンを有し、
　前記ストッパは、前記壁状の部材と接触するように設けられる、請求項１から７のいずれか一項に記載のミラーアクチュエータ。
　前記ストッパが接触する前記壁状の部材は、前記ストッパが接触しない前記壁状の部材よりも厚く形成されている、請求項８に記載のミラーアクチュエータ。
　前記ミラー部は、電磁波を反射する第１の面と前記第１の面と反対側の第２の面とを有し、前記第２の面が壁状の部材と当該壁状の部材で囲まれた穴状部からなる加工パターンを有し、
　前記ストッパは、前記穴状部において前記第２の面と接触するように凹凸が設けられる、請求項１から７のいずれか一項に記載のミラーアクチュエータ。
　前記ミラー部を挟んで前記ストッパと反対側に設けられ、前記ミラー部の揺動を制限する封止部材と、を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載のミラーアクチュエータ。
　前記ストッパの高さは、前記柱状部材の高さよりも低い、請求項１から１１のいずれか一項に記載のミラーアクチュエータ。