(57)【要約】【課題】２軸駆動型ＭＥＭＳデバイスを提供する。【解決手段】第１軸と同軸に支持されて、第１軸及び前記第１軸と垂直の第２軸に対して回転駆動される可動板と、可動板の内側領域で第２軸と同軸に支持されたステージと、可動板の第１軸線上に沿って配置され、中央のステージ領域を挟んで両分された同軸コイル部と、それぞれ同軸コイル部の左側端部及び右側端部を相互逆の位置で相互連結する第１連結コイル部及び第２連結コイル部とを備える駆動コイルと、駆動コイルを横切る磁場を形成するように、それぞれ第１連結コイル部及び第２連結コイル部に近接して配置された相互逆極性のマグネット対と、マグネット対による磁場が、マグネットとの距離に応じて急激に変化する磁束密度が形成されるように、マグネット対間の上側領域または下側領域に配置され、マグネットにより磁化される磁性物質からなるヨーク磁性体とを備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイスである。【選択図】図１
2008000880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸と同軸に支持されて、前記第１軸及び前記第１軸と垂直の第２軸に対して回転駆動される可動板と、
前記可動板の内側領域で前記第２軸と同軸に支持されたステージと、
前記可動板の第１軸線上に沿って配置され、中央のステージ領域を挟んで両分された同軸コイル部と、それぞれ前記同軸コイル部の左側端部及び右側端部を相互逆の位置で相互連結する第１連結コイル部及び第２連結コイル部とを備える駆動コイルと、
前記駆動コイルを横切る磁場を形成するように、それぞれ第１連結コイル部及び第２連結コイル部に近接して配置された相互逆極性のマグネット対と、
前記マグネット対による磁場が、マグネットとの距離に応じて急激に変化する磁束密度が形成されるように、マグネット対間の上側領域または下側領域に配置され、前記マグネットにより磁化される磁性物質からなるヨーク磁性体と、
を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記ヨーク磁性体は、鉄を主成分としてなることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記可動板は、前記マグネット対の間で前記ヨーク磁性体に対して近接して配置されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記マグネット対の対向する面には、相互離れる方向に引き込まれた形状の溝部が形成され、前記連結コイル部の少なくとも一部は、前記溝部内に位置することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記連結コイル部は、前記第１軸と平行に離隔された直線コイル部と、前記直線コイル部と前記同軸コイル部との間をラウンド状に連結する曲線コイル部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記可動板の縁部に沿って第１軸及び第２軸に対称形に巻きつけられる補助コイルを備えることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
第１軸と同軸に支持されて、前記第１軸及び前記第１軸と垂直の第２軸に対して回転駆動され、その中央にステージ領域が形成された可動板と、
前記可動板の第１軸線上に沿って配置され、ステージ領域を挟んで両分された同軸コイル部と、それぞれ前記同軸コイル部の左側端部及び右側端部を相互逆の位置で相互連結する第１連結コイル部及び第２連結コイル部とを備える駆動コイルと、
前記駆動コイルを横切る磁場を形成するように、それぞれ第１連結コイル部及び第２連結コイル部に近接して配置された相互逆極性のマグネット対と、
前記マグネット対による磁場が、マグネットとの距離によって急激に変化する磁束密度を形成するように、マグネット対間の上側領域または下側領域に配置され、前記マグネットにより磁化されうる磁性物質からなるヨーク磁性体と、を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項８】
前記ヨーク磁性体は、鉄を主成分としてなされることを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項９】
前記可動板は、前記マグネット対の間で前記ヨーク磁性体の配置された上側領域または下側領域に近接するように、マグネットの垂直中心と上下に段差を有する位置に配置されることを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１０】
前記マグネット対の対向する面には、相互離れる方向に引き込まれた形状の溝部が形成され、前記連結コイル部の少なくとも一部は、前記溝部内に位置することを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１１】
前記連結コイル部は、前記第１軸と平行に離隔された直線コイル部と、前記直線コイル部と前記同軸コイル部との間をラウンド状に連結する曲線コイル部と、を備えることを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１２】
前記可動板の縁部に沿って第１軸及び第２軸に対称形に巻きつけられる補助コイルを備えることを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１３】
第１軸に対して回転自在に支持されたジンバルと、
前記可動板の内側領域で第２軸に対して回転自在に支持され、中央にステージ領域が設けられた可動板と、
前記可動板の第１軸線上に沿って配置され、前記ステージ領域を挟んで両分された同軸コイル部、それぞれ前記同軸コイル部の左側端部及び右側端部を相互逆の位置で相互連結する第１連結コイル部及び第２連結コイル部を備える駆動コイルと、
前記駆動コイルを横切る磁場を形成するように、それぞれ第１連結コイル部及び第２連結コイル部に近接して配置された相互逆極性のマグネット対と、
前記マグネット対による磁場が、マグネットとの距離に応じて急激に変化する磁束密度が形成されるように、マグネット対間の上側領域または下側領域に配置され、前記マグネットにより磁化される磁性物質からなるヨーク磁性体と、を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１４】
前記ヨーク磁性体は、鉄を主成分としてなることを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１５】
前記可動板は、前記マグネット対の間で前記ヨーク磁性体に対して近接して配置されることを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１６】
前記マグネット対の対向する面には、相互離れる方向に引き込まれた形状の溝部が形成され、前記連結コイル部の少なくとも一部は、前記溝部内に位置することを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１７】
前記連結コイル部は、前記第１軸と平行に離隔された直線コイル部と、前記直線コイル部と前記同軸コイル部との間をラウンド状に連結する曲線コイル部と、を備えることを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１８】
前記可動板の縁部に沿って第１軸及び第２軸に対称形に巻き取られる補助コイルを備えることを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスに係り、具体的には、相互垂直の２軸に対して回転駆動される２軸駆動型ＭＥＭＳデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ディスプレイ、レーザプリンタ、精密測定、精密加工など、多様な技術分野において、半導体工程技術により製造されるＭＥＭＳデバイスについての研究が活発に行われている。例えば、光源から入射されたビームを所定の画面領域に対して走査して映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、反射された光を受光して画像情報を読み取るスキャニング分野では、微小構造の光スキャナー用のＭＥＭＳデバイスが注目されている。
【０００３】
このようなＭＥＭＳデバイスには、入射光を反射するための反射ミラーが備えられる。前記反射ミラーは、相異なる水平振動軸及び垂直振動軸に対して回転しつつ、光源からの入射光を所定の画面領域に対して２次元的に走査する。すなわち、前記反射ミラーが、水平振動軸を中心に一定の走査角範囲で往復回転しつつ、画面上に複数の走査線を形成し、これと共に、垂直振動軸を中心に、さらに他の走査角範囲で往復回転しつつ、ビームスポットの位置を画面の上端部から下端部へ移動させ、一画面への走査が終了すれば、ビームスポットの位置を画面の上端に再び戻す。
【０００４】
従来の２軸駆動型ＭＥＭＳデバイスの一形態では、反射ミラーの周りに駆動コイルを巻きつけ、前記反射ミラーを挟んで水平振動軸方向に相互対向する第１マグネット対と、前記反射ミラーを挟んで垂直振動軸方向に相互対向する第２マグネット対とを配置する。前記第１マグネット対及び第２マグネット対により形成された磁場は、駆動コイルに流れる電流と相互作用しつつ、それぞれ垂直振動軸及び水平振動軸に対して回転モーメントを提供し、反射ミラーを２軸駆動させる。
【０００５】
従来の２軸駆動型光スキャナーのさらに他の形態では、相互対向する一対のマグネットの間に、駆動コイルで囲まれた反射ミラーを配置し、前記反射ミラーの水平振動軸及び垂直振動軸がマグネット対によって形成される磁場方向と対角線上に配置する。駆動コイルに流れる電流と交差する方向の磁場は、何れか一軸に対する回転モーメントを提供するが、この回転モーメントの水平振動軸に対する回転分力と、垂直振動軸に対する回転分力とを利用して、反射ミラーが２軸駆動されうる。
【０００６】
ところが、前記第１マグネット対及び第２マグネット対が備えられる従来の技術では、必然的に隣接するように配置されたマグネット間の磁気的な干渉によって、駆動力の損失と、意図していないノイズ成分の振動モードとが発生するという問題がある。また、反射ミラーの水平振動軸及び垂直振動軸を磁場方向と対角線上に配置し、このときに発生する回転分力を利用する従来の技術では、同じ回転モーメントの回転分力を利用して２軸駆動することによって、通常相異なる周波数で振動される水平走査及び垂直走査を具現するために、精密な制御技術が要求されるという問題点があり、さらに、磁場と回転軸との間の整列誤差は、水平駆動力と垂直駆動力との間の動力分配に影響を及ぼすという問題点もある。
【特許文献１】米国特許第５９１２６０８号明細書
【特許文献２】米国特許第６７９１７３１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５/０２５３０５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、安定した２軸駆動が可能であり、かつ２倍の回転駆動力を有するＭＥＭＳデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を解決するために、本発明の一側面によるＭＥＭＳデバイスは、第１軸と同軸に支持されて、前記第１軸及び前記第１軸と垂直の第２軸に対して回転駆動される可動板と、前記可動板の内側領域で前記第２軸と同軸に支持されたステージと、前記可動板の第１軸線上に沿って配置され、中央のステージ領域を挟んで両分された同軸コイル部と、前記両分された同軸コイル部それぞれの左側端部及び右側端部を相互逆の位置で相互連結する第１連結コイル部及び第２連結コイル部とを備える駆動コイルと、前記駆動コイルを横切る磁場を形成するように、それぞれ第１連結コイル部及び第２連結コイル部に近接して配置された相互逆極性のマグネット対と、前記マグネット対による磁場が、マグネットとの距離に応じて急激に変化する磁束密度が形成されるように、マグネット対間の上側領域または下側領域に配置され、前記マグネットにより磁化される磁性物質からなるヨーク磁性体と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の側面によるＭＥＭＳデバイスは、第１軸と同軸に支持されて、前記第１軸及び前記第１軸と垂直の第２軸に対して回転駆動され、その中央にステージ領域が形成された可動板と、前記可動板の第１軸線上に沿って配置され、ステージ領域を挟んで両分された同軸コイル部、前記両分された同軸コイル部それぞれの左側端部及び右側端部を相互逆の位置で相互連結する第１連結コイル部及び第２連結コイル部とを備える駆動コイルと、前記駆動コイルを横切る磁場を形成するように、それぞれ第１連結コイル部及び第２連結コイル部に近接して配置された相互逆極性のマグネット対と、前記マグネット対による磁場が、マグネットとの距離によって急激に変化する磁束密度を形成するように、マグネット対間の上側領域または下側領域に配置され、前記マグネットにより磁化されうる磁性物質からなるヨーク磁性体と、を備える。
【００１０】
本発明のさらに他の側面によるＭＥＭＳデバイスは、第１軸に対して回転自在に支持されたジンバルと、前記可動板の内側領域で第２軸に対して回転自在に支持され、中央にステージ領域が設けられた可動板と、前記可動板の第１軸線上に沿って配置され、前記ステージ領域を挟んで両分された同軸コイル部、それぞれ前記同軸コイル部の左側端部及び右側端部を相互逆の位置で相互連結する第１連結コイル部及び第２連結コイル部を備える駆動コイルと、前記駆動コイルを横切る磁場を形成するように、それぞれ第１連結コイル部及び第２連結コイル部に近接して配置された相互逆極性のマグネット対と、前記マグネット対による磁場が、マグネットとの距離に応じて急激に変化する磁束密度が形成されるように、マグネット対間の上側領域または下側領域に配置され、前記マグネットにより磁化される磁性物質からなるヨーク磁性体と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の２軸駆動型ＭＥＭＳデバイスによれば、駆動コイルに誘導された電磁気力により第１軸駆動され、磁束密度の分布による電磁気力の差により第２軸駆動される。本発明では、磁場を形成するマグネットの間に磁束密度の急激な変化を誘導するヨーク磁性体を配置することによって、第２軸に対する回転駆動力を向上させ、これにより、高速駆動及び大変位駆動に適したＭＥＭＳデバイスが提供され、例えば、光スキャナーに適用される場合、高速走査を通じてディスプレイの解像度向上を図り、大変位駆動を通じて大面積のディスプレイが具現されうる。
【００１２】
さらに、本発明の他の実施形態によれば、前記マグネットに形成された溝部内に駆動コイルのエッジ部分を挿入することによって、駆動コイルの位置による磁束密度の差をさらに拡大させ、駆動力の相乗効果を倍加する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施形態に係るＭＥＭＳデバイスについて詳細に説明する。
【００１４】
図１には、本発明の望ましい一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの平面構造が示されている。図１に示すように、前記ＭＥＭＳデバイスは、第１軸（ｘ軸）と同軸に支持された可動板１００と、可動板１００の内側で第２軸（ｙ軸）と同軸に支持されたステージ１５５と、可動板１００上に巻きつけられた駆動コイル１１０と、を備え、可動板１００を挟んで配置されたマグネット対１３０を備える。可動板１００は、その両端の第１軸部材１５１を通じて支持され、相互垂直の第１軸及び第２軸に対して回転（揺動）する。第１軸部材１５１は、２軸（ｘ軸、ｙ軸）方向で回転する可動板１００を弾性的に支持するために、軸方向にひねり変形が可能であり、地面に垂直方向に曲げ変形可能な一種の弾性バネが設けられる。可動板１００の内側には、第２軸部材１５２を通じて支持されたステージ（ｓｔａｇｅ）１５５が設けられる。ステージ１５５は、第２軸部材１５２を通じて可動板１００の回転振動が伝達され、可動板１００と共に、第１軸及び第２軸に対して回転する。
【００１５】
可動板１００上には、ステージ１５５を取り囲む閉ループ状に駆動コイル１１０が巻きつけられる。さらに詳細には、駆動コイル１１０は、可動板１００上の第１軸ラインに沿って配置された同軸コイル部１１１ａ，１１１ｂと、同軸コイル部１１１ａ，１１１ｂの端部を相互連結する第１連結コイル部１１５及び第２連結コイル部１１５’を備える。同軸コイル部１１１ａ，１１１ｂは、第１軸ライン上に整列され、可動板１００の中央のステージ１５５領域により分離された二つの部分からなる。第１連結コイル部１１５及び第２連結コイル部１１５’のそれぞれは、同軸コイル部１１１ａ，１１１ｂの左側端部及び右側端部を相互逆の位置で相互連結しつつ、マグネット１３０に隣接するように配置される。望ましくは、連結コイル部１１５，１１５’は、第１軸と平行に離隔された直線コイル部１１５ａと、直線コイル部１１５ａの両側でラウンド状に連結された曲線コイル部１１５ｂとを備え、例えば、直線コイル部１１５ａは、同軸コイル部１１１ａ，１１１ｂの一つのセグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）と実質的に同じ長さに延び、曲線コイル部１１５ｂは、一定の曲率半径を有する円弧の一部から形成される。
【００１６】
駆動コイル１１０の外側には、追加的に補助コイル１２０がさらに配置されうる。補助コイル１２０は、第１軸及び第２軸と軸対称をなすように、可動板１００の縁部に沿って巻きつけられうる。補助コイル１２０は、本発明の必須な構成要素ではないが、追加的な回転モーメントを提供して、ステージ１５５の高速駆動または大変位駆動に寄与できる。駆動コイル１１０及び補助コイル１２０は、対応する形状に連続的に巻きつけられた同じ金属細線からなることによって、相異なる駆動信号を共有するように電気的に連結される。図面符号１２５は、駆動コイル１１０及び補助コイル１２０に駆動電流を印加するための接続端子を表す。
【００１７】
マグネット対１３０は、可動板１００を挟んで相互対向するように配置され、駆動コイル１１０を横切る方向に磁場Ｂを形成することによって、ローレンツ法則による電磁気的駆動力Ｔｘ，Ｔｙを生成する。一般的に、マグネット対１３０により形成された磁場Ｂは、磁場方向（ｙ軸方向）に沿って磁束密度が次第に減衰される。したがって、マグネット１３０の周りに配置された連結コイル部１１５は、高密度の磁束空間に置かれ、また、可動板１００の中心に配置されて、相対的にマグネット１３０から離れている同軸コイル部１１１ａ，１１１ｂは、低密度の磁束空間に置かれる。これにより、それぞれ連結コイル部１１５，１１５’と同軸コイル部１１１ａ，１１１ｂとに誘導された電磁気力の間には、力の不均衡が存在する。
【００１８】
所定の電流ｉが流れる駆動コイル１１０には、マグネット対１３０による磁場Ｂとの相互作用により、図示するような方向に電磁気力が誘導される。例えば、時計回り方向に循環される駆動電流ｉにより、第１連結コイル部１１５には、地面から出てくる方向の電磁気力が、第２連結コイル部１１５’には、地面に入る方向の電磁気力がそれぞれ作用する。このとき、第１連結コイル部１１５及び第２連結コイル部１１５’に作用する相互逆方向の電磁気力は、第１軸に対して一種の対の力として作用しつつ回転モーメントを生成し、可動板１００を対応する方向に回転させる。ここで、前記第１軸上に整列された同軸コイル部１１１ａ，１１１ｂは、同じ第１軸に対してモーメントアームを有さないので、回転モーメントを提供できない。一方、第２軸を中心にした可動板１００の回転状態は、駆動コイル１１０の各部分が提供する回転モーメントの優劣によって決定される。これに対し、図２を参照してさらに具体的に説明すれば、マグネット１３０に近接して位置した直線コイル部１１５ａの回転モーメントＭｃは、同軸コイル部１１１ａ，１１１ｂの回転モーメントＭａに比べて相対的に大きい（Ｍｃ＞＞Ｍａ）。これは、マグネット１３０の間に形成された磁場Ｂの磁束分布のためであり、直線コイル部１１５ａは、高い磁束密度（Ｂｍａｘに近接した磁束密度）を利用して電磁気力を誘導する一方、同軸コイル部１１１ａ，１１１ｂは、低い磁束密度Ｂｍｉｎを利用するためである。これにより、直線コイル部１１５ａの回転モーメントＭｃは、同軸コイル部１１１ａ，１１１ｂの回転モーメントＭａに勝り、可動板１００に対応する方向に回転させる。ここで、磁束密度がマグネット１３０との相対的な距離によって急激に変化するように、その勾配を大きくすれば、最小磁束密度Ｂｍｉｎに露出した同軸コイル部１１１ａ，１１１ｂと、最大Ｂｍａｘに近接した磁束密度に露出した直線コイル部１１５，１１５’との磁束密度差を増大させうるので、力の不均衡を利用した第２軸回転にさらに有利になる。これにより、本発明では、磁場Ｂの磁束分布を急激に変化させるために、マグネット１３０の間にヨーク磁性体１８０を配置する。これについては後述する。
【００１９】
一方、第２軸との関係で、相対的に遠く配置された外側の曲線コイル部１１５ｂは、近接して位置した内側の曲線コイル部１１５ｂに比べて相対的に長いモーメントアームを有するため（Ｌｏ＞＞Ｌｉ）、外側曲線コイル部１１５ｂによる回転モーメントは、内側曲線コイル部１１５ｂの回転モーメントに勝り（Ｍｏ＞＞Ｍｉ）、可動板１００に対応する方向に回転させる。結局、可動板１００の第２軸回転は、駆動コイル１１０の各部分に作用する回転モーメントの不均衡を利用し、回転モーメントの差（Ｍｃ−Ｍａ）及び（Ｍｏ−Ｍｉ）をその駆動力とする。図１の補助コイル１２０に誘導された電磁気力の分布を参照すれば、補助コイル１２０は、第１軸に対しては追加的な回転モーメントを提供し、第２軸に対しては力の均衡で回転を誘発できない。
【００２０】
一方、時計回り方向に循環される正極性駆動電流に続いて、逆時計回り方向に循環される負極性駆動電流を印加すれば、可動板１００は、第１軸及び第２軸に対して逆方向に回転し、結論的に、所定の周波数で正極性及び負極性に反転される交流信号を印加することによって、可動板１００を第１軸及び第２軸に対して回転駆動できる。可動板１００は、第１軸及び第２軸に対して相異なる第１周波数及び第２周波数で振動され、例えば、第１軸には６０Ｈｚ、第２軸には２５ｋＨｚで駆動されうる。このために、駆動コイル１１０に印加される駆動信号は、第１周波数を有する駆動信号と、第２周波数を有する駆動信号とが重畳された形態で与えられうる。可動板１００の内側のステージ１５５は、第２軸部材１５２を通じて２軸（ｘ軸、ｙ軸）振動が伝達される。例えば、ステージ１５５は、第１軸及び第２軸に対して振動しつつ、光源からの入射光を画面領域上に２次元的に走査するが、例えば、前記第２軸に対して一定の走査角の範囲において高周波数で振動しつつ、画面上に複数の走査線を形成し（水平走査）、これと共に、前記第１軸に対して他の走査角の範囲において低周波数で振動しつつ、走査位置を垂直方向に移動させる（垂直走査）。
【００２１】
図３には、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による垂直断面図が示されている。図３に示すように、相互対向するように配置されたマグネット対１３０の間には、可動板１００が配置され、マグネット対１３０の間の下側領域には、ヨーク磁性体（ｙｏｋｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｂｏｄｙ）１８０が配置される。ヨーク磁性体１８０は、マグネット１３０により磁化されうる強磁性物質または常磁性物質からなり、例えば、相対透磁率が２５００である鉄を主成分としてなりうる。
【００２２】
図４及び図５には、単にマグネット対１３０のみで形成された磁場の磁束線及び磁束ベクトルが示されている。図面に示すように、磁束密度は、磁場が集束されるマグネット１３０の表面で最大になり、マグネット１３０から放射された磁場が空間上に拡大しつつ、磁束密度が次第に低下して、マグネット１３０間の中間位置で最小の磁束密度に至る。図３及び図６には、マグネット対１３０の間にヨーク磁性体１８０が配置された磁場空間の磁束線及び磁束ベクトルが示されている。図面に示すように、磁化されたヨーク磁性体１８０により磁束線（磁束ベクトル）が下方に曲がり、磁場が拡大しつつ、ヨーク磁性体１８０の配置された中間位置で磁束密度が著しく低くなる。図７Ａないし図７Ｃには、相異なる垂直高さ（ｚ軸位置）に対する磁束密度の分布が示されている。ここで、垂直高さ（ｚ軸位置）は、マグネットの中心（ｚ＝０）を基準とする。図面で横軸は、磁場方向（ｙ軸方向）への位置を表し、縦軸は、磁束密度Ｂを表す。単純にマグネット１３０のみが配置された磁場（プロファイルＰ）では、垂直高さの変化（ｚ＝−１、０、１）による著しい変化が観察されず、概して最大０．５８Ｔないし最小０．２３Ｔの分布を有し、それらの偏差は、約０．３５Ｔになる。ヨーク磁性体１８０が追加的に配置された磁場（プロファイルＮ）では、最小磁束密度が低くなりつつ、磁束密度の偏差が大きくなる。垂直高さｚ＝−１、０、１であるとき、磁束密度の偏差は、それぞれ０．５６Ｔ、０．４６Ｔ、０．４２Ｔであり、垂直高さの低いヨーク磁性体１８０と近接した磁場空間で磁束密度の偏差は大きくなる。したがって、磁束密度の差を利用する第２軸回転で、可動板１００がヨーク磁性体１８０に対して近接するように、可動板１００の上下位置を調節することによって回転動力を向上させうる。
【００２３】
下記表１は、最大磁束密度に対する最小磁束密度の相対比率（Ｂｍｉｎ／Ｂｍａｘ）を変化させつつ、第１軸回転モーメントＴｘ及び第２軸回転モーメントＴｙを計算した結果である。表１に示すように、磁束密度の相対比率（Ｂｍｉｎ／Ｂｍａｘ）が低下しつつ、第１軸回転モーメントＴｘも共に小さくなるということが確認できる。これと逆に、第２軸回転モーメントＴｙは、磁束密度の比率（Ｂｍｉｎ／Ｂｍａｘ）が低下するほど次第に上昇する。マグネット１３０の間にヨーク磁性体１８０を配置すれば、磁束密度が急激に変化しつつ、磁束密度の比率（Ｂｍｉｎ／Ｂｍａｘ）が低下するので、第２軸回転モーメントＴｙが上昇する。
【００２４】
【表１】
2008000880.tif 000003
【００２５】
図８には、本発明の他の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの平面構造が示されている。以下では、前記実施形態と区別される異なる技術的事項を中心に説明する。本実施形態でも、相互対向するように配置された一対のマグネット２３０の間には、可動板２００が配置され、可動板２００上には、同軸コイル部２１１ａ，２１１ｂ及び連結コイル部２１５，２１５’を備える駆動コイル２１０が所定形状に巻きつけられる。また、駆動コイル２１０の外側には、補助コイル２２０が追加的に配置され、駆動コイル２１０と補助コイル２２０とは、同じ接続端子２２５を通じて駆動電流ｉが印加されうる。駆動コイル２１０及び補助コイル２２０の形状や作用に関する技術的な事項は、図１を参照して説明されたものと実質上同じである。可動板２００の中央部には、ステージ２５５が設けられるが、ステージ２５５は、可動板２００から分離された構造として設けられず、可動板２００上の一領域に構成されるか、または可動板２００上に形成された光反射面から構成されうる。
【００２６】
可動板２００の両端を支持する軸部材２５１は、軸方向に捻り振動及び地面に垂直の上下方向に曲げ振動しつつ、相異なる第１軸及び第２軸に回転する可動板２００を弾性的に支持する。すなわち、軸部材２５１は、可動板２００の第１軸回転のために捻り変形され、第２軸回転のために曲げ変形しうる一種の弾性バネとして機能を行う。マグネット２３０の間の上側領域または下側領域には、第２軸駆動力Ｔｙの根拠となる磁束密度の偏差を拡大するためのヨーク磁性体２８０が配置される。
【００２７】
図９には、本発明のさらに他の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの平面構造が示されている。図９に示すＭＥＭＳデバイスは、相互対向するように配置された一対のマグネット３３０と、マグネット３３０の間に配置された可動板３００とを備え、可動板３３０上に所定形状に巻きつけられた駆動コイル３１０を備える。可動板３００は、第１軸に対して回転自在に支持された外部ジンバル３０２と、第２軸に対して回転自在に支持された内部ジンバル３０１と、を備え、内部ジンバル３０１の中央部には、ステージ３５５が設けられるが、例えば、当該領域に形成された光反射面から構成されうる。内部ジンバル３０１には、第１軸及び第２軸駆動力を提供するように、同軸コイル部３１１ａ，３１１ｂと連結コイル部３１５，３１５’とからなる駆動コイル３１０が形成され、外部ジンバル３０２には、付加的に第１軸駆動力を提供する補助コイル３２０が形成されうる。駆動コイル３１０及び補助コイル３２０の形状及びこれに誘導された回転モーメントに関する技術的事項は、前述の通りである。したがって、第１軸駆動力Ｔｘは、駆動コイル３１０に誘導された電磁気力により、第２軸駆動力Ｔｙは、磁束密度の偏差による電磁気力の不均衡による。内部ジンバル（ｉｎｎｅｒ  ｇｉｍｂａｌ）３０１及び外部ジンバル（ｏｕｔｅｒ  ｇｉｍｂａｌ）３０２は、第１軸に対して共に振動し、これと同時に、内部ジンバル３０１は、第２軸に対しても振動する。ここで、外部ジンバル３０２及び内部ジンバル３０１それぞれは、第１軸部材３５１及び第２軸部材３５１によって回転軸が提供され、第１軸部材３５１及び第２軸部材３５１は、回転振動するジンバル３０１，３０２を弾性的に支持する捻りバネとして機能する。マグネット対３３０の間の上側領域または下側領域には、磁性物質からなるヨーク磁性体３８０が配置され、これにより、磁束密度の勾配を上昇させ、第２軸に対する回転駆動力Ｔｙを強化する。一方、同図面で説明されていない図面符号３２５は、駆動コイル３１０及び補助コイル３２０に駆動電流を印加するための接続端子を表す。
【００２８】
図１０及び図１１には、それぞれ本発明の他の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの平面図及び垂直断面図が示されている。図示されたＭＥＭＳデバイスは、相互対向するように配置された一対のマグネット対４３０と、一対のマグネット対４３０の間に配置されたほぼ長方形の外郭周辺フレーム４０１と、外郭周辺フレーム４０１に回転自在に支持された可動板４００と、可動板４００の中央部に形成されたステージ４５５と、可動板４００上にステージ４５５を取り囲むように形成された駆動コイル４１０と、を備え、マグネット対４３０の間の下側領域には、ヨーク磁性体４８０が配置される。可動板４００は、外郭周辺フレーム４０１から延びた軸部材４５１を通じて弾性的に支持され、２軸（ｘ軸、ｙ軸）回転する。直線コイル部４１５ａ及び曲線コイル部４１５ｂからなる連結コイル部４１５と、同軸コイル部４１１ａ，４１１ｂとを備える駆動コイル４１０の形状及びこれに誘導された第１軸及び第２軸回転モーメントＴｘ，Ｔｙに関する技術的事項は、図１及び図２を参照して説明されたものと事実上同じである。したがって、第１軸回転は、駆動コイル４１０に誘導された回転モーメントによって、第２軸回転は、磁束密度の偏差による回転モーメントの不均衡による。本実施形態では、同軸コイル部４１１ａ，４１１ｂの磁束密度に比べて、連結コイル部４１５の磁束密度が相対的に強化されるように、連結コイル部４１５（具体的には、直線コイル部４１５ａ）がマグネット４３０と重畳されるように配置される。すなわち、マグネット対４３０の相互対向する面には、引き込まれた形状の溝部４３０’が形成され、溝部４３０’内に連結コイル部４１５（具体的には、直線コイル部４１５ａ）が位置するように可動板４００がマグネット４３０の間に挟まれる。可動板４００の回転時に駆動空間を確保し、マグネット４３０との物理的な干渉を避けるために、外郭周辺フレーム４０１は、十分に厚い厚膜素材から形成されるか、または、薄膜素材の複数層の構造に形成されうる。マグネット対４３０の間の下側空間に配置されたヨーク磁性体４８０は、前述のように、大きい回転動力を得るために、磁束分布を有利に変化させようとするものであり、ヨーク磁性体４８０の付着された遮蔽板４８１は、内部の磁場空間を外部環境から遮蔽するためのものである。一方、同図面で説明された図面符号４２５は、駆動コイル４１０の両端部と電気的に連結された接続端子を表す。
【００２９】
本発明は、添付された図面に示す実施形態を参考として説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点が理解できるであろう。したがって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によって決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、例えば、ディスプレイやスキャニング関連の技術分野に好適に利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の望ましい一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの平面図である。
【図２】図１に示すＭＥＭＳデバイスの第２軸駆動を説明するための平面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による垂直断面図である。
【図４】マグネットのみから形成された磁場の磁束線の分布を示す図面である。
【図５】マグネットのみから形成された磁束ベクトルの分布を示す図面である。
【図６】マグネットの間にヨーク磁性体の配置された磁場で、磁束ベクトルの分布を示す図面である。
【図７Ａ】マグネットの間に形成された磁束密度の分布を示す図面であって、相異なる垂直位置での磁束密度の分布を示すグラフである。
【図７Ｂ】マグネットの間に形成された磁束密度の分布を示す図面であって、相異なる垂直位置での磁束密度の分布を示すグラフである。
【図７Ｃ】マグネットの間に形成された磁束密度の分布を示す図面であって、相異なる垂直位置での磁束密度の分布を示すグラフである。
【図８】本発明の他の相異なる実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの平面構造を示す図面である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの平面構造を示す図面である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの平面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線による垂直断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００    可動板、
１１０    駆動コイル、
１１１ａ、１１１ｂ    同軸コイル部、
１１５    第１連結コイル部、
１１５’    第２連結コイル部、
１１５ａ    直線コイル部、
１１５ｂ    曲線コイル部、
１２０    補助コイル、
１２５    接続端子、
１３０    マグネット対、
１５１    第１軸部材、
１５２    第２軸部材、
１５５    ステージ、
１８０    ヨーク磁性体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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【図６】
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