(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動電極と、
平面視で前記可動電極と一方向に並ぶ一部分を有する枠体と、
前記可動電極を前記枠体の前記一部分に取り付けており、前記一方向に延伸する軸を備え、当該軸を前記可動電極の回転軸とする軸部材と、
平面視で前記可動電極に対向している固定電極と、
前記可動電極に設けられたインダクタと、
を備え、
前記可動電極は、前記可動電極及び前記固定電極の間の電圧によって、前記回転軸に関して回転可能になっている、アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータにおいて、
前記軸部材に設けられ、前記インダクタに電気的に接続された配線を備えるアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアクチュエータにおいて、
前記可動電極に設けられ、少なくとも一部が平面視で前記インダクタの内側に位置する軟磁性材料層を備えるアクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載のアクチュエータにおいて、
前記可動電極上に位置し、膜厚が０．２μｍ以上０．５μｍ以下である絶縁層を備え、
前記インダクタ及び前記軟磁性材料層は、前記絶縁層上に位置するアクチュエータ。
【請求項５】
請求項３に記載のアクチュエータにおいて、
前記インダクタは、前記軟磁性材料層に埋め込まれているアクチュエータ。
【請求項６】
請求項５に記載のアクチュエータにおいて、
前記軟磁性材料層は、
前記可動電極上に位置する第１軟磁性材料層と、
前記第１軟磁性材料層上に位置する第２軟磁性材料層と、
を有し、
前記インダクタは、前記第１軟磁性材料層上に位置し、かつ前記第２軟磁性材料層に覆われているアクチュエータ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のアクチュエータと、
前記アクチュエータの前記可動電極を回転させる前記電圧を供給する可動電極駆動部と、
前記インダクタに電気的に接続する電圧測定部と、
を備える測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ及び測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、回転型アクチュエータが開発されている。特許文献１には、回転型アクチュエータの一例が記載されている。この回転型アクチュエータは、可動電極、枠体、軸部材、及び固定電極を備える。軸部材は、可動電極を枠体に取り付けている。軸部材は、可動電極の回転軸となる。固定電極は、平面視で可動電極に対向している。特許文献１には、この回転型アクチュエータを光スキャナに用いることが記載されている。
【０００３】
特許文献２にも、回転型アクチュエータの一例が記載されている。特許文献２では、この回転型アクチュエータを光スキャナに用いている。そして特許文献２では、可動反射部にインダクタが設けられている。このインダクタの近傍には、永久磁石が設けられている。これにより、インダクタに電流を流すと、永久磁石からの磁場によってインダクタにローレンツ力が生じる。特許文献２では、このローレンツ力によって可動反射部を駆動している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２１１８９号公報
【特許文献２】特開２００３−１９５２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、測定装置を用いて磁場を測定することがある。本発明者らは、磁場を測定するための測定装置の新規な構造を検討した。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、新規な構造を有する測定装置で磁場を測定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る測定装置は、可動電極、枠体、軸部材、固定電極、インダクタ、及び端子を備える。軸部材は、可動電極を枠体に取り付けている。軸部材は、可動電極の回転軸となる。固定電極は、平面視で可動電極に対向している。インダクタは、可動電極に設けられている。端子は、インダクタに電気的に接続している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、新規な構造を有する測定装置で磁場を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示したアクチュエータ本体の詳細構造の一例を示す図である。
【図３】第２の実施形態に係る測定装置に用いられるアクチュエータ本体の詳細構造を示す図である。
【図４】図３のＡ−Ａ´断面図である。
【図５】図４の変形例を示す図である。
【図６】図５に示した軟磁性材料層を有する測定装置の製造方法を説明するための図である。
【図７】図５に示した軟磁性材料層を有する測定装置の製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。測定装置は、枠体１１０、可動電極１２０、軸部材１３０、固定電極１４０、インダクタ１６０、及び測定用端子５００を備える。軸部材１３０は、可動電極１２０を枠体１１０に取り付けている。軸部材１３０は、可動電極１２０の回転軸となる。固定電極１４０は、平面視で可動電極１２０に対向している。インダクタ１６０は、可動電極１２０に設けられている。測定用端子５００は、インダクタ１６０に電気的に接続している。以下、詳細に説明する。
【００１２】
測定装置は、回転型アクチュエータを用いて形成されている。測定装置は、アクチュエータ本体１００を有している。アクチュエータ本体１００は、枠体１１０、可動電極１２０、軸部材１３０、固定電極１４０、及び検出用電極１５０を有している。アクチュエータ本体１００は、導電性の部材、例えばシリコン基板を選択的にエッチングすることにより、形成されている。この場合、枠体１１０、可動電極１２０、及び軸部材１３０は一体的になっている。
【００１３】
可動電極１２０の平面形状は矩形である。そして固定電極１４０は、平面視で可動電極１２０を挟むように２つ設けられている。可動電極１２０のうち固定電極１４０と対向する辺（図１においてＸ方向に伸びている辺）は、櫛歯形状となっている。枠体１１０は、可動電極１２０の４辺のうち固定電極１４０と対向していない２つの辺（図１においてＹ方向に伸びている辺）それぞれに対向している。軸部材１３０は、可動電極１２０のうち枠体１１０と対向している２辺それぞれに対して設けられている。詳細には、軸部材１３０は、可動電極１２０のうち枠体１１０と対向している辺の中心に接続している。そして２つの軸部材１３０を結ぶ線が、可動電極１２０の回転軸となっている。
【００１４】
固定電極１４０のうち可動電極１２０と対向する辺は、櫛歯形状となっており、可動電極１２０の櫛歯部分とかみ合っている。このため、固定電極１４０と可動電極１２０は、互いに対向する部分の面積が大きくなり、その結果、可動電極１２０の駆動力は大きくなる。
【００１５】
アクチュエータ本体１００の駆動電力は、第１直流電源４００及び交流電源４１０によって供給される。
【００１６】
第１直流電源４００は枠体１１０に接続している。上記したように、枠体１１０、可動電極１２０、及び軸部材１３０は一体的になっている。このため、第１直流電源４００は、枠体１１０及び軸部材１３０を介して可動電極１２０に電圧を印加することができる。第１直流電源４００の出力電圧は可変であり、制御部３００によって制御されている。
【００１７】
交流電源４１０は固定電極１４０に接続している。本実施形態において、交流電源４１０の出力は一定である。
【００１８】
また、アクチュエータ本体１００は検出用電極１５０を有している。検出用電極１５０は、固定電極１４０と並んでおり、可動電極１２０のうち固定電極１４０と対向している辺に対向している。本図に示す例では、固定電極１４０は、可動電極１２０の辺の中心部分に対向している。そして検出用電極１５０は、固定電極１４０を挟むように設けられており、可動電極１２０の辺の両端それぞれに対向している。固定電極１４０は、検出用電極１５０よりも大きい。本図に示す例では、検出用電極１５０は、可動電極１２０のうち対向する２辺に設けられている。すなわち検出用電極１５０は、軸部材１３０を基準として線対称となるように設けられている。ただし、検出用電極１５０は、可動電極１２０の一辺にのみ設けられていても良い。また、検出用電極１５０と固定電極１４０の位置が逆であってもよい。
【００１９】
本図に示す例では、可動電極１２０にインダクタ１６０が設けられている。インダクタ１６０は、可動電極１２０の縁に沿ってスパイラル状に設けられている。インダクタ１６０は、金属（例えば、Ａｌ）を用いて形成されている。インダクタ１６０によって囲まれた領域を磁場が貫いている場合において可動電極１２０の角度を変えると、インダクタ１６０の両端に誘導起電力が生じる。インダクタ１６０の両端は、測定用端子５００を介して電圧計５１０（電圧測定部）に電気的に接続している。これにより、電圧計５１０により測定された電圧（誘導起電力）に基づいて、上記した磁場を測定することができる。
【００２０】
本図に示す例では、上記した磁場を高い精度で測定することができる。詳細には、本図に示す例では、可動電極１２０を回転させるために、インダクタ１６０の近傍で電流を流す必要がない。具体的には、本図に示す例では、可動電極１２０に印加された電圧（第１直流電源４００の電圧）と固定電極１４０に印加された電圧（交流電源４１０の電圧）によって、可動電極１２０を回転させている。この場合、インダクタ１６０の近傍で電流を流す必要がない。仮にこのような電流が流れると、このような電流は新たな磁場を生成する。そしてこのような磁場は測定装置にとってノイズとなり得る。本図に示す例では、このようなノイズを生成し得る電流を流す必要がない。このため、インダクタ１６０によって囲まれた領域を貫く磁場を高い精度で測定することができる。
【００２１】
本図に示す例では、可動電極１２０を回転させる場合、可動電極１２０は、一定の角度（例えば＋１０°）と他の一定の角度（例えば−１０°）との間で一定の周波数（例えば１ｋＨｚ）で振動させる。この場合において上記した磁場が静磁場であるとき、インダクタ１６０の両端に生じる誘導起電力は、一定の正の電圧と一定の負の電圧の間で振動するようになる。ただし、可動電極１２０の回転方法は、この例に限定されるものではない。
【００２２】
なお、本図に示す例において、測定用端子５００は、アクチュエータ本体１００の外側に配置されている。ただし、測定用端子５００は、アクチュエータ本体１００（例えば、枠体１１０）に配置されていてもよい。
【００２３】
可動電極１２０の回転量は、容量検出部２００を用いて検出される。具体的には、可動電極１２０と検出用電極１５０の間の容量は、可動電極１２０の回転量によって変化する。容量検出部２００は、この容量を検出することにより、可動電極１２０の回転量を検出する。
【００２４】
本図に示す例において、容量検出部２００はオペアンプ２１０、容量素子２２０、抵抗素子２３０、及び第２直流電源２４０を有している。
【００２５】
容量素子２２０及び抵抗素子２３０は互いに並列であり、かつ、オペアンプ２１０の反転入力端子及びオペアンプ２１０の出力端子に接続されている。言い換えると、オペアンプ２１０の反転入力端子及び出力端子は、容量素子２２０を介して互いに接続しており、かつ抵抗素子２３０を介して互いに接続している。このようにして、オペアンプ２１０は仮想接地されている。
【００２６】
第２直流電源２４０はオペアンプ２１０の非反転入力端子に接続されている。第２直流電源２４０の出力電圧は可変であり、制御部３００によって制御されている。
【００２７】
このような構成において、容量素子２２０に蓄積された電荷量が変化すると、オペアンプ２１０の出力も変化する。ここで、可動電極１２０と検出用電極１５０の間の容量が変化して検出用電極１５０に蓄積された電荷量が変化すると、これに伴って容量素子２２０に蓄積された電荷量も変化する。一方、可動電極１２０の電圧が変化しても検出用電極１５０に蓄積された電荷量が変化するため、容量素子２２０に蓄積された電荷量が変化する。このように、オペアンプ２１０の出力に影響を与える因子には、可動電極１２０と検出用電極１５０の間の容量の他に、可動電極１２０の電圧がある。
【００２８】
制御部３００には、オペアンプ２１０の出力、すなわち可動電極１２０の回転量が入力される。そして制御部３００は、可動電極１２０の回転量に基づいて、第１直流電源４００の出力電圧（すなわち可動電極１２０の電圧）及び第２直流電源２４０の出力電圧を制御する。なお、上記したようにオペアンプ２１０は仮想接地されている。このため、オペアンプ２１０の反転入力端子の電圧は、オペアンプ２１０の非反転入力端子の電圧にほぼ等しくなる。このため、制御部３００は、第２直流電源２４０の出力電圧を制御することにより、検出用電極１５０の電圧を制御することができる。
【００２９】
次に制御部３００の動作について説明する。まず、制御部３００は、可動電極１２０の回転量を所望の値となるように、第１直流電源４００の出力電圧を制御する。ここで、制御部３００は第２直流電源２４０の出力電圧を制御する。具体的には、第１直流電源４００の出力電圧と第２直流電源２４０の出力電圧の差が基準範囲に入るように、第２直流電源２４０の出力電圧を変化させる。上記したように、オペアンプ２１０は仮想接地されているため、第２直流電源２４０の出力電圧は検出用電極１５０の電圧になる。従って、可動電極１２０と検出用電極１５０の間の電圧は基準範囲に入っている。
【００３０】
ここで、可動電極１２０の温度が変わって可動電極１２０の形状が歪むなどの理由により、第１直流電源４００の出力電圧を所望の回転量が得られるはずの値にしても、可動電極１２０の回転量は所望の値にならない場合が出てくる。このような場合、制御部３００は、容量検出部２００からの出力を用いて、可動電極１２０の回転量が指定された量になるように、第１直流電源４００の出力電圧をフィードバック制御する。具体的には、容量検出部２００から出力された回転量（電圧）が基準範囲内にない場合、制御部３００は第１直流電源４００の出力電圧を変化させる。これにより、可動電極１２０の回転量が変化する。また、これに伴い、検出用電極１５０と可動電極１２０の間の容量も変化し、その結果、容量検出部２００の検出値（出力電圧）も変化する。
【００３１】
一般的なオペアンプ２１０の使用方法においては、オペアンプ２１０の非反転入力端子は接地されている。この場合、可動電極１２０の回転量を制御するために可動電極１２０の電圧を変化させると、検出用電極１５０と可動電極１２０の間の電圧も変化する。この場合、容量検出部２００の検出値（出力電圧）の変化の原因となる因子は、検出用電極１５０と可動電極１２０の間の容量と、検出用電極１５０の電圧の２つになる。従って、容量検出部２００の検出値（出力電圧）の変化量から、可動電極１２０の電圧の変化に起因した変化量を除去する必要が出てくる。
【００３２】
これに対して本実施形態では、制御部３００は、第１直流電源４００の出力電圧の変化に合わせて第２直流電源２４０の出力電圧も変化させる。具体的には、第１直流電源４００の出力電圧と第２直流電源２４０の出力電圧の差が基準範囲から出ないように、第２直流電源２４０の出力電圧を変化させる。これにより、制御部３００が可動電極１２０の電圧を変化させても、検出用電極１５０と可動電極１２０の間の電圧は変化しない。従って、容量検出部２００の検出値（出力電圧）の変化の原因となる因子は、検出用電極１５０と可動電極１２０の間の容量のみになる。このため、容量検出部２００の検出値（出力電圧）の変化量から、可動電極１２０の電圧の変化に起因した変化量を補正する必要はなくなる。言い換えると、可動電極１２０と検出用電極１５０の間の電圧は一定になるため、可動電極１２０に蓄積された電荷量に影響を与える因子は、可動電極１２０の回転量の身になる。従って、本実施形態によれば、制御部３００における演算量を少なくすることができる。
【００３３】
図２は、図１に示したアクチュエータ本体１００の詳細構造の一例を示す図である。本図に示す例では、２つの軸部材１３０それぞれに配線１６２が設けられている。配線１６２は、一端がインダクタ１６０に接続し、他端が枠体１１０に達している。さらに、配線１６２の上記した他端は、測定用端子５００に電気的に接続している。これにより、インダクタ１６０は、配線１６２を介して測定用端子５００（言い換えると、電圧計５１０）に電気的に接続することができる。
【００３４】
以上、本実施形態によれば、可動電極１２０は、インダクタ１６０を有している。インダクタ１６０の両端は、測定用端子５００を介して電圧計５１０に電気的に接続している。これにより、インダクタ１６０の両端に生じる誘導起電力を電圧計５１０によって測定することができる。そして電圧計５１０が測定した電圧（誘導起電力）に基づいて、インダクタ１６０を貫く磁場を測定することができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る測定装置に用いられるアクチュエータ本体１００の詳細構造を示す図であり、第１の実施形態の図２に対応する。本実施形態に係る測定装置は、以下の点を除いて、第１の実施形態に係る測定装置と同様の構成である。
【００３６】
本図に示す例では、可動電極１２０に軟磁性材料層１７０が設けられている。軟磁性材料層１７０は、インダクタ１６０によって囲まれている領域に位置している。軟磁性材料層１７０は、高い透磁率を有する。これにより、インダクタ１６０を貫く磁場が小さいものであったとしても、インダクタ１６０の両端に生じる誘導起電力を大きいものにすることができる。言い換えると、測定装置が測定可能な磁場の分解能を小さいものにすることができる。
【００３７】
軟磁性材料層１７０は、比透磁率が例えば５，０００以上１００，０００以下である。具体的には、軟磁性材料層１７０は、パーマロイ、タフパーム、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｃｏ基アモルファス合金、及びナノ結晶合金ファインメットの少なくとも一つを用いて形成されている。軟磁性材料層１７０の比透磁率が１０，０００である場合、測定装置は、おおよそ１０−５Ｔ〜１０−１０Ｔの範囲の磁束密度を測定することができる。
【００３８】
図４は、図３のＡ−Ａ´断面図である。本図に示す例において、可動電極１２０には、絶縁層１８２（例えば、シリコン酸化膜）が積層されている。そして絶縁層１８２上には、インダクタ１６０及び軟磁性材料層１７０が位置している。さらに、インダクタ１６０及び軟磁性材料層１７０は、絶縁層１８４（例えば、シリコン酸化膜）に覆われている。
【００３９】
絶縁層１８２の膜厚Ｔは、ある程度厚く、例えば、０．２μｍ以上０．５μｍ以下である。これにより、インダクタ１６０及び軟磁性材料層１７０を可動電極１２０からある程度遠い距離だけ離れて位置させることができる。これにより、インダクタ１６０が生成する磁場によって可動電極１２０に生じ得る渦電流を小さいものにすることができる。このような渦電流は、新たな磁場を生成する。そしてこのような磁場は、測定装置にとってノイズとなり得る。本図に示す例では、絶縁層１８２によってインダクタ１６０及び軟磁性材料層１７０を可動電極１２０からある程度離れて位置させることができる。これにより、上記した渦電流を小さいものにすることができる。
【００４０】
図５は、図４の変形例を示す図である。本図に示す例において、インダクタ１６０は、軟磁性材料層１７０に埋め込まれている。詳細には、軟磁性材料層１７０は、第１軟磁性材料層１７２及び第２軟磁性材料層１７４を有している。第１軟磁性材料層１７２及び第２軟磁性材料層１７４は、同じ種類の軟磁性材料層であってもよいし、又は異なる種類の軟磁性材料層であってもよい。第１軟磁性材料層１７２は、可動電極１２０の上に位置している。第２軟磁性材料層１７４は、第１軟磁性材料層１７２の上に位置している。インダクタ１６０は、第１軟磁性材料層１７２の上に位置し、かつ第２軟磁性材料層１７４に覆われている。この場合、インダクタ１６０から発生する磁場のほぼすべてが軟磁性材料層１７０の内側を伝搬するようになる。言い換えると、インダクタ１６０からの磁場が可動電極１２０に達することを抑制することができる。
【００４１】
本図に示す例において、インダクタ１６０は、周囲が絶縁層１８０に覆われている。これにより、インダクタ１６０が軟磁性材料層１７０に電気的に接続することを防止することができる。詳細には、絶縁層１８０は、絶縁層１８２及び絶縁層１８４を有している。絶縁層１８２は、同じ種類の絶縁層（例えば、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜）でもよいし、又は異なる種類の絶縁層であってもよい。絶縁層１８２は、第１軟磁性材料層１７２の上に位置している。絶縁層１８４は、絶縁層１８２の上に位置している。インダクタ１６０は、絶縁層１８２の上に位置し、かつ絶縁層１８４に覆われている。
【００４２】
図６及び図７の各図は、図５に示した軟磁性材料層１７０を有する測定装置の製造方法を説明するための図であり、図５に対応する。まず、図６（ａ）に示すように、可動電極１２０の上に第１軟磁性材料層１７２及び絶縁層１８２をこの順で積層する。第１軟磁性材料層１７２は、例えばスパッタを用いて形成する。
【００４３】
次いで、図６（ｂ）に示すように、絶縁層１８２の上にインダクタ１６０を形成する。インダクタ１６０は、例えば、金属膜（例えば、Ａｌ膜）の上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして金属膜をエッチングすることにより形成される。
【００４４】
次いで、図７（ａ）に示すように、絶縁層１８２の上及びインダクタ１６０の上に絶縁層１８４を形成する。
【００４５】
次いで、図７（ｂ）に示すように、絶縁層１８２及び絶縁層１８４を選択的に除去する。これにより、平面視でインダクタ１６０と重なる領域及びその周囲に絶縁層１８２及び絶縁層１８４が残る。さらに、平面視でインダクタ１６０によって囲まれている領域では、第１軟磁性材料層１７２を露出させる。
【００４６】
次いで、第１軟磁性材料層１７２の上及び絶縁層１８４の上に第２軟磁性材料層１７４を形成する。これにより、図５に示した軟磁性材料層１７０が形成される。
【００４７】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態によれば、軟磁性材料層１７０を用いることによって、インダクタ１６０の両端の間の誘導起電力を大きいものにすることができる。これにより、測定装置が測定可能な磁場の分解能を小さいものにすることができる。
【００４８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１００  アクチュエータ本体
１１０  枠体
１２０  可動電極
１３０  軸部材
１４０  固定電極
１５０  検出用電極
１６０  インダクタ
１６２  配線
１７０  軟磁性材料層
１７２  第１軟磁性材料層
１７４  第２軟磁性材料層
１８０  絶縁層
１８２  絶縁層
１８４  絶縁層
２００  容量検出部
２１０  オペアンプ
２２０  容量素子
２３０  抵抗素子
２４０  第２直流電源
３００  制御部
４００  第１直流電源
４１０  交流電源
５００  測定用端子
５１０  電圧計
【図１】
0006528535.tif 000002
【図２】
0006528535.tif 000003
【図３】
0006528535.tif 000004
【図４】
0006528535.tif 000005
【図５】
0006528535.tif 000006
【図６】
0006528535.tif 000007
【図７】
0006528535.tif 000008