(57)【要約】  アクチュエータ装置は、支持部と、第１可動部と、第２可動部と、第１軸線周りに第１可動部が揺動可能となるように、第１可動部と第２可動部とを互いに連結する第１連結部と、第２可動部を振動させることによって第１軸線周りに第１可動部が揺動可能となるように、第２可動部と支持部とを互いに連結する第２連結部と、第２可動部に駆動力を作用させる駆動部と、を備える。第１軸線周りの第１可動部及び第２可動部の振動についての２つの固有角振動数ω１，ω２（ただしω１＜ω２）は、以下の式（１）及び式（２）の一方を満たし、他方を満たしていない。    【数１】2020032274.tif 000044    【数２】2020032274.tif 000045  上記式において、ωｉｉ＝（ｋｉ／ｊｉ）１／２であり、ｋｉは、第１軸線周りの第１連結部の捩りばね定数であり、ｊｉは、第１軸線周りの第１可動部の慣性モーメントである。
2020032274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、
第１可動部と、
前記第１可動部を囲む枠状の第２可動部と、
第１軸線周りに前記第１可動部が揺動可能となるように、前記第１可動部と前記第２可動部とを互いに連結する第１連結部と、
前記第２可動部を振動させることによって前記第１軸線周りに前記第１可動部が揺動可能となるように、前記第２可動部と前記支持部とを互いに連結する第２連結部と、
前記第２可動部に駆動力を作用させる駆動部と、を備え、
前記第１軸線周りの前記第１可動部及び前記第２可動部の振動についての２つの固有角振動数ω１，ω２（ただしω１＜ω２）は、以下の第１式（１）及び第２式（２）の一方を満たし、他方を満たしていない、アクチュエータ装置。
【数１】
2020032274.tif 000036
【数２】
2020032274.tif 000037
上記式において、ωｉｉ＝（ｋｉ／ｊｉ）１／２であり、ｋｉは、前記第１軸線周りの前記第１連結部の捩りばね定数であり、ｊｉは、前記第１軸線周りの前記第１可動部の慣性モーメントである。
【請求項２】
支持部と、
第１可動部と、
前記第１可動部を囲む枠状の第２可動部と、
第１軸線周りに前記第１可動部が揺動可能となるように、前記第１可動部と前記第２可動部とを互いに連結する第１連結部と、
前記第２可動部と前記支持部とを互いに連結する第２連結部と、
前記第１可動部及び前記第１連結部の少なくとも一方に設けられ、前記第１可動部に駆動力を作用させる駆動部と、を備え、
前記第１軸線周りの前記第１可動部及び前記第２可動部の振動についての２つの固有角振動数ω１，ω２（ただしω１＜ω２）は、以下の第１式（３）及び第２式（４）の一方を満たし、他方を満たしていない、アクチュエータ装置。
【数３】
2020032274.tif 000038
【数４】
2020032274.tif 000039
上記式において、ωｉｏ＝（ｋｉ／ｊｏ）１／２であり、ωｏｏ＝（ｋｏ／ｊｏ）１／２であり、ｋｉは、前記第１軸線周りの前記第１連結部の捩りばね定数であり、ｋｏは、前記第１軸線周りの前記第２連結部の捩りばね定数であり、ｊｏは、前記第１軸線周りの前記第２可動部の慣性モーメントである。
【請求項３】
前記第２連結部は、前記第１軸線と交差する第２軸線周りに前記第２可動部が揺動可能となるように、前記第２可動部と前記支持部とを互いに連結している、請求項１又は２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記２つの固有角振動数は、前記第１式を満たし、前記第２式を満たしておらず、
前記第１軸線周りの前記第２連結部の捩りばね定数は、前記第１軸線周りの前記第１連結部の捩りばね定数よりも大きい、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記第２連結部の全長は、前記第１連結部の全長よりも短い、請求項４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
前記第２連結部は、それぞれが前記第２可動部と前記支持部とを互いに連結する複数の部材を有し、
前記複数の部材は、前記第１軸線と交差する方向に沿って並んで配置されている、請求項４又は５に記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
前記複数の部材は、前記第１軸線上に配置された第１部材と、互いの間に前記第１部材を挟むように配置された一対の第２部材と、を含む、請求項６に記載のアクチュエータ装置。
【請求項８】
前記第２可動部から前記第２連結部を介して前記支持部に延在する配線を更に備え、
前記配線は、前記第１部材を通るように配置されている、請求項７に記載のアクチュエータ装置。
【請求項９】
前記２つの固有角振動数は、前記第２式を満たし、前記第１式を満たしておらず、
前記第１軸線周りの前記第２連結部の捩りばね定数は、前記第１軸線周りの前記第１連結部の捩りばね定数よりも小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１０】
前記第２連結部の全長は、前記第１連結部の全長よりも長い、請求項９に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１１】
前記第２連結部は、蛇行して延在している、請求項９又は１０に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１２】
前記支持部、前記第１可動部、前記第２可動部、前記第１連結部及び前記第２連結部は、半導体基板によって構成されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１３】
前記第１可動部に設けられたセンシング用コイルと、
前記センシング用コイルに接続され、前記第１連結部を介して前記第２可動部に延在する配線と、を更に備え、
前記第１連結部は、半導体材料によって構成されており、
前記配線のうち前記第１連結部上に位置する部分は、前記半導体材料に不純物が拡散された拡散領域によって構成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１４】
前記拡散領域は、前記第１連結部から前記第１可動部及び前記第２可動部に延在しており、
前記第１可動部及び前記第２可動部における前記拡散領域の幅は、前記第１連結部における前記拡散領域の幅よりも広い、請求項１３に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１５】
前記配線のうち、前記第１可動部上に位置する部分及び前記第２可動部上に位置する部分は、金属材料によって構成されており、
前記拡散領域と、前記第１可動部上に位置する部分及び前記第２可動部上に位置する部分の各々との接触部分の幅は、前記第１連結部の幅よりも広い、請求項１３又は１４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１６】
支持部と、
第１可動部と、
前記第１可動部を囲む枠状の第２可動部と、
第１軸線周りに前記第１可動部が揺動可能となるように、前記第１可動部と前記第２可動部とを互いに連結する第１連結部と、
前記第２可動部を振動させることによって前記第１軸線周りに前記第１可動部が揺動可能となるように、前記第２可動部と前記支持部とを互いに連結する第２連結部と、
前記第２可動部に駆動力を作用させる駆動部と、を備えるアクチュエータ装置の製造方法であって、
前記第１軸線周りの前記第１可動部及び前記第２可動部の振動についての２つの固有角振動数ω１，ω２（ただしω１＜ω２）が、以下の式（５）及び式（６）の一方を満たし、他方を満たさないように、前記アクチュエータ装置を製造する、アクチュエータ装置の製造方法。
【数５】
2020032274.tif 000040
【数６】
2020032274.tif 000041
上記式において、ωｉｉ＝（ｋｉ／ｊｉ）１／２であり、ｋｉは、前記第１軸線周りの前記第１連結部の捩りばね定数であり、ｊｉは、前記第１軸線周りの前記第１可動部の慣性モーメントである。
【請求項１７】
支持部と、
第１可動部と、
前記第１可動部を囲む枠状の第２可動部と、
第１軸線周りに前記第１可動部が揺動可能となるように、前記第１可動部と前記第２可動部とを互いに連結する第１連結部と、
前記第２可動部と前記支持部とを互いに連結する第２連結部と、
前記第１可動部及び前記第１連結部の少なくとも一方に設けられ、前記第１可動部に駆動力を作用させる駆動部と、を備えるアクチュエータ装置の製造方法であって、
前記第１軸線周りの前記第１可動部及び前記第２可動部の振動についての２つの固有角振動数ω１，ω２（ただしω１＜ω２）が、以下の式（７）及び式（８）の一方を満たし、他方を満たさないように、前記アクチュエータ装置を製造する、アクチュエータ装置の製造方法。
【数７】
2020032274.tif 000042
【数８】
2020032274.tif 000043
上記式において、ωｉｏ＝（ｋｉ／ｊｏ）１／２であり、ωｏｏ＝（ｋｏ／ｊｏ）１／２であり、ｋｉは、前記第１軸線周りの前記第１連結部の捩りばね定数であり、ｋｏは、前記第１軸線周りの前記第２連結部の捩りばね定数であり、ｊｏは、前記第１軸線周りの前記第２可動部の慣性モーメントである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の一側面は、アクチュエータ装置、及びアクチュエータ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）デバイスとして、支持部と、第１可動部と、第１可動部を囲む第２可動部と、第１軸線上において第１可動部と第２可動部とを互いに連結する一対の第１連結部と、第１軸線上において第２可動部と支持部とを互いに連結する一対の第２連結部と、を備えるアクチュエータ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載のアクチュエータ装置では、第１可動部に光反射部が設けられており、交流電圧の印加によって第２可動部が第１軸線周りに回転し、それに伴って第１可動部が第１軸線周りに回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９９７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなアクチュエータ装置では、高効率化の観点から、第２可動部の振れ角に対する第１可動部の振れ角の比が大きいことが好ましい。また、上述したようなアクチュエータ装置には、安定的な動作が求められる。【０００５】
本開示の一側面は、高効率かつ安定的な動作を実現することができるアクチュエータ装置、及びそのようなアクチュエータ装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一側面に係るアクチュエータ装置は、支持部と、第１可動部と、第１可動部を囲む枠状の第２可動部と、第１軸線周りに第１可動部が揺動可能となるように、第１可動部と第２可動部とを互いに連結する第１連結部と、第２可動部を振動させることによって第１軸線周りに第１可動部が揺動可能となるように、第２可動部と支持部とを互いに連結する第２連結部と、第２可動部に駆動力を作用させる駆動部と、を備え、第１軸線周りの第１可動部及び第２可動部の振動についての２つの固有角振動数ω１，ω２（ただしω１＜ω２）は、以下の第１式（１）及び第２式（２）の一方を満たし、他方を満たしていない。
【数１】
2020032274.tif 000003
【数２】
2020032274.tif 000004
上記式において、ωｉｉ＝（ｋｉ／ｊｉ）１／２であり、ｋｉは、第１軸線周りの第１連結部の捩りばね定数であり、ｊｉは、第１軸線周りの第１可動部の慣性モーメントである。【０００７】
本開示の一側面に係るアクチュエータ装置は、支持部と、第１可動部と、第１可動部を囲む枠状の第２可動部と、第１軸線周りに第１可動部が揺動可能となるように、第１可動部と第２可動部とを互いに連結する第１連結部と、第２可動部と支持部とを互いに連結する第２連結部と、第１可動部及び第１連結部の少なくとも一方に設けられ、第１可動部に駆動力を作用させる駆動部と、を備え、第１軸線周りの第１可動部及び第２可動部の振動についての２つの固有角振動数ω１，ω２（ただしω１＜ω２）は、以下の第１式（３）及び第２式（４）の一方を満たし、他方を満たしていない。
【数３】
2020032274.tif 000005
【数４】
2020032274.tif 000006
上記式において、ωｉｏ＝（ｋｉ／ｊｏ）１／２であり、ωｏｏ＝（ｋｏ／ｊｏ）１／２であり、ｋｉは、第１軸線周りの第１連結部の捩りばね定数であり、ｋｏは、第１軸線周りの第２連結部の捩りばね定数であり、ｊｏは、第１軸線周りの第２可動部の慣性モーメントである。【０００８】
これらのアクチュエータ装置では、２つの固有角振動数ω１，ω２が第１式を満たし、第２式を満たしていない場合、固有角振動数ω１で第１可動部及び第２可動部を揺動させることにより、第２可動部の振れ角に対する第１可動部の振れ角の比（以下、「振幅比」という）を５以上とすることができる。一方、２つの固有角振動数ω１，ω２が第２式を満たし、第１式を満たしていない場合、固有角振動数ω２で第１可動部及び第２可動部を揺動させることにより、振幅比を５以上とすることができる。したがって、いずれの場合にも、振幅比を大きく確保することができ、動作を高効率化することができる。更に、第１式及び第２式の一方のみが満たされており、他方は満たされていないことにより、固有角振動数ω１，ω２間の差を大きく確保することができ、不要な共振応答を抑制して動作を安定化することができる。よって、これらのアクチュエータ装置によれば、高効率かつ安定的な動作を実現することができる。【０００９】
第２連結部は、第１軸線と交差する第２軸線周りに第２可動部が揺動可能となるように、第２可動部と支持部とを互いに連結していてもよい。この場合、第２可動部を第１可動部と共に第２軸線周りに揺動させることができる。【００１０】
２つの固有角振動数は、第１式を満たし、第２式を満たしておらず、第１軸線周りの第２連結部の捩りばね定数は、第１軸線周りの第１連結部の捩りばね定数よりも大きくてもよい。この場合、振幅比を一層大きく確保することができる。【００１１】
第２連結部の全長は、第１連結部の全長よりも短くてもよい。この場合、第２連結部の捩りばね定数を第１連結部の捩りばね定数よりも好適に大きくすることができる。更に、第２連結部の断面積を大きくするのではなく、長さを短くすることによって第２連結部の捩りばね定数を大きくすることにより、アクチュエータ装置の小型化を図りつつ、振幅比を大きく確保することができる。【００１２】
第２連結部は、それぞれが第２可動部と支持部とを互いに連結する複数の部材を有し、複数の部材は、第１軸線と交差する方向に沿って並んで配置されていてもよい。この場合、第２連結部の捩りばね定数を第１連結部の捩りばね定数よりも一層好適に大きくすることができる。【００１３】
複数の部材は、第１軸線上に配置された第１部材と、互いの間に第１部材を挟むように配置された一対の第２部材と、を含んでいてもよい。この場合、第２連結部の捩りばね定数を第１連結部の捩りばね定数よりも一層好適に大きくすることができる。【００１４】
本開示の一側面に係るアクチュエータ装置は、第２可動部から第２連結部を介して支持部に延在する配線を更に備え、配線は、第１部材を通るように配置されていてもよい。この場合、第２部材と比べて第２可動部の振動時に作用する応力が小さい第１部材を通るように配線が配置されているため、第２連結部における配線の劣化を抑制することができる。【００１５】
２つの固有角振動数は、第２式を満たし、第１式を満たしておらず、第１軸線周りの第２連結部の捩りばね定数は、第１軸線周りの第１連結部の捩りばね定数よりも小さくてもよい。この場合、振幅比を一層大きく確保することができる。【００１６】
第２連結部の全長は、第１連結部の全長よりも長くてもよい。この場合、第２連結部の捩りばね定数を第１連結部の捩りばね定数よりも好適に小さくすることができる。【００１７】
第２連結部は、蛇行して延在していてもよい。この場合、第２連結部の捩りばね定数を第１連結部の捩りばね定数よりも一層好適に小さくすることができる。更に、第２連結部が蛇行して延在していることにより、例えば第２連結部が直線状に延在している場合と比べて、耐衝撃性を向上することができる。【００１８】
支持部、第１可動部、第２可動部、第１連結部及び第２連結部は、半導体基板によって構成されていてもよい。このように構成されたアクチュエータ装置においても、高効率かつ安定的な動作を実現することができる。【００１９】
本開示の一側面に係るアクチュエータ装置は、第１可動部に設けられたセンシング用コイルと、センシング用コイルに接続され、第１連結部を介して第２可動部に延在する配線と、を更に備え、第１連結部は、半導体材料によって構成されており、配線のうち第１連結部上に位置する部分は、半導体材料に不純物が拡散された拡散領域によって構成されていてもよい。この場合、配線のうち第１連結部上に位置する部分には第１可動部の揺動時に比較的大きな応力が作用するが、当該部分が拡散領域によって構成されているため、第１連結部における配線の劣化を抑制することができる。【００２０】
拡散領域は、第１連結部から第１可動部及び第２可動部に延在しており、第１可動部及び第２可動部における拡散領域の幅は、第１連結部における拡散領域の幅よりも広くてもよい。この場合、配線を低抵抗化することができる。【００２１】
配線のうち、第１可動部上に位置する部分及び第２可動部上に位置する部分は、金属材料によって構成されており、拡散領域と、第１可動部上に位置する部分及び第２可動部上に位置する部分の各々との接触部分の幅は、第１連結部の幅よりも広くてもよい。この場合、配線を一層低抵抗化することができる。また、製造時等に位置ずれが生じたとしても、拡散領域と、第１可動部上に位置する部分及び第２可動部上に位置する部分の各々とを確実に電気的に接続することができる。【００２２】
本開示の一側面に係るアクチュエータ装置の製造方法は、支持部と、第１可動部と、第１可動部を囲む枠状の第２可動部と、第１軸線周りに第１可動部が揺動可能となるように、第１可動部と第２可動部とを互いに連結する第１連結部と、第２可動部を振動させることによって第１軸線周りに第１可動部が揺動可能となるように、第２可動部と支持部とを互いに連結する第２連結部と、第２可動部に駆動力を作用させる駆動部と、を備えるアクチュエータ装置の製造方法であって、第１軸線周りの第１可動部及び第２可動部の振動についての２つの固有角振動数ω１，ω２（ただしω１＜ω２）が、以下の式（５）及び式（６）の一方を満たし、他方を満たさないように、アクチュエータ装置を製造する。
【数５】
2020032274.tif 000007
【数６】
2020032274.tif 000008
上記式において、ωｉｉ＝（ｋｉ／ｊｉ）１／２であり、ｋｉは、第１軸線周りの第１連結部の捩りばね定数であり、ｊｉは、第１軸線周りの第１可動部の慣性モーメントである。【００２３】
本開示の一側面に係るアクチュエータ装置の製造方法は、支持部と、第１可動部と、第１可動部を囲む枠状の第２可動部と、第１軸線周りに第１可動部が揺動可能となるように、第１可動部と第２可動部とを互いに連結する第１連結部と、第２可動部と支持部とを互いに連結する第２連結部と、第１可動部及び第１連結部の少なくとも一方に設けられ、第１可動部に駆動力を作用させる駆動部と、を備えるアクチュエータ装置の製造方法であって、第１軸線周りの第１可動部及び第２可動部の振動についての２つの固有角振動数ω１，ω２（ただしω１＜ω２）が、以下の式（７）及び式（８）の一方を満たし、他方を満たさないように、アクチュエータ装置を製造する。
【数７】
2020032274.tif 000009
【数８】
2020032274.tif 000010
上記式において、ωｉｏ＝（ｋｉ／ｊｏ）１／２であり、ωｏｏ＝（ｋｏ／ｊｏ）１／２であり、ｋｉは、第１軸線周りの第１連結部の捩りばね定数であり、ｋｏは、第１軸線周りの第２連結部の捩りばね定数であり、ｊｏは、第１軸線周りの第２可動部の慣性モーメントである。【００２４】
これらの製造方法により製造されるアクチュエータ装置によれば、上述した理由により、高効率かつ安定的な動作を実現することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本開示の一側面によれば、高効率かつ安定的な動作を実現することができるアクチュエータ装置、及びそのようなアクチュエータ装置の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係るミラー装置の平面図である。
【図２】第２実施形態に係るミラー装置の平面図である。
【図３】図２の一部拡大図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿っての断面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、入力角振動数と振れ角との関係の例を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、図５（ａ）の共振点Ａにおける第１可動部及び第２可動部の振れ角の関係の例を示す模式図であり、図６（ｂ）は、図５（ａ）の共振点Ｂにおける第１可動部及び第２可動部の振れ角の関係の例を示す模式図である。
【図７】図７（ａ）は、例示的なミラー装置の模式平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のミラー装置の振動モデルを示す図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、外側駆動の場合の数値間の関係を示すグラフである。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は、外側駆動の場合の数値間の関係を示すグラフである。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、内側駆動の場合の数値間の関係を示すグラフである。
【図１１】第１変形例に係るミラー装置の平面図である。
【図１２】第２変形例に係るミラー装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］
【００２８】
図１に示されるように、第１実施形態のミラー装置１Ａは、支持部２と、第１可動部３と、第２可動部４と、一対の第１連結部５，６と、一対の第２連結部７，８と、磁界発生部９と、を備えている。支持部２、第１可動部３、第２可動部４、第１連結部５，６及び第２連結部７，８は、例えば、ＳＯＩ（Silicon  on  Insulator）基板等の半導体基板によって一体的に形成されている。つまり、ミラー装置１Ａは、ＭＥＭＳデバイスとして構成されている。
【００２９】
ミラー装置１Ａでは、互いに直交するＸ軸（第１軸線）及びＹ軸（第１軸線に垂直な第２軸線）の各々の周りに、ミラー面（光学面）１０を有する第１可動部３が揺動させられる。ミラー装置１Ａは、例えば、光通信用光スイッチ、光スキャナ等に用いられ得る。磁界発生部９は、例えば、ハルバッハ配列がとられた永久磁石等によって構成されている。
【００３０】
支持部２は、例えば、平面視において四角形状の外形を有し、枠状に形成されている。支持部２は、磁界発生部９に対してＸ軸及びＹ軸に垂直な方向における一方側に配置されている。第１可動部３は、磁界発生部９から離間した状態で、支持部２の内側に配置されている。なお、「平面視」とは、Ｘ軸及びＹ軸に垂直な方向から見た場合を意味し、換言すれば、支持部２、第１可動部３及び第２可動部４等が配置される平面に垂直な方向から見た場合を意味する。
【００３１】
第１可動部３は、本体部３ａと、本体部３ａを囲む枠部３ｂと、を有している。本体部３ａは、例えば、平面視において楕円形状に形成されている。本体部３ａにおける磁界発生部９とは反対側の表面には、例えば、円形状のミラー面１０が設けられている。ミラー面１０は、例えば、アルミニウム、アルミニウム系合金、銀、銀系合金、金、誘電体多層膜等からなる反射膜によって構成されている。枠部３ｂは、例えば、平面視において四角形状の外形を有し、枠状に形成されている。本体部３ａは、Ｙ軸上における両側において枠部３ｂに接続されている。
【００３２】
第２可動部４は、例えば、平面視において八角形状の外形を有し、枠状に形成されている。第２可動部４は、磁界発生部９から離間した状態で、第１可動部３を囲むように支持部２の内側に配置されている。
【００３３】
第１連結部５，６は、Ｘ軸上における第１可動部３の両側に配置されている。各第１連結部５，６は、第１可動部３がＸ軸周りに（Ｘ軸を中心線として）揺動可能となるように、Ｘ軸上において第１可動部３と第２可動部４とを互いに連結している。各第１連結部５，６は、第１可動部３がＸ軸周りに揺動する際に、Ｘ軸周りに捩れ変形する。各第１連結部５，６は、例えば、Ｘ軸に沿って直線状に延在している。各第１連結部５，６は、例えば、Ｘ軸及びＹ軸に垂直な平面に沿って延在する板状に形成されている。
【００３４】
第１連結部５は、Ｘ軸に沿って延在すると共に一定の幅を有する直線状部５ａと、直線状部５ａの両端に接続された一対の拡幅部５ｂと、を有している。平面視において、一方の拡幅部５ｂの幅は、第１可動部３に近づくほど広がっており、他方の拡幅部５ｂの幅は、第２可動部４に近づくほど広がっている。各拡幅部５ｂの一対の縁は、互いに向けて凸となるように湾曲している。
【００３５】
第１連結部６は、Ｘ軸に沿って延在すると共に一定の幅を有する直線状部６ａと、直線状部６ａの両端に接続された一対の拡幅部６ｂと、を有している。平面視において、一方の拡幅部６ｂの幅は、第１可動部３に近づくほど広がっており、他方の拡幅部６ｂの幅は、第２可動部４に近づくほど広がっている。各拡幅部６ｂの一対の縁は、互いに向けて凸となるように湾曲している。
【００３６】
第２連結部７，８は、Ｙ軸上における第２可動部４の両側に配置されている。各第２連結部７，８は、第２可動部４がＹ軸周りに（Ｙ軸を中心線として）揺動可能となるように、Ｙ軸上において第２可動部４と支持部２とを互いに連結している。各第２連結部７，８は、第２可動部４がＹ軸周りに揺動する際に、Ｙ軸周りに捩れ変形する。各第２連結部７，８は、平面視において蛇行して延在している。各第２連結部７，８は、複数の直線状部１１ａと、複数の折り返し部１１ｂと、を有している。複数の直線状部１１ａは、それぞれＹ軸方向に沿って延在し、Ｘ軸方向に並んで配置されている。複数の折り返し部１１ｂは、隣り合う直線状部１１ａの両端を交互に連結している。
【００３７】
Ｘ軸周りの各第２連結部７，８の捩りばね定数は、Ｘ軸周りの各第１連結部５，６の捩りばね定数よりも小さい。Ｘ軸周りの各第１連結部５，６の捩りばね定数とは、Ｘ軸周りの各第１連結部５，６の捩れ角度に対する、各第１連結部５，６に作用するＸ軸周りの捩りモーメントの比である。Ｘ軸周りの各第２連結部７，８の捩りばね定数とは、Ｘ軸周りの各第２連結部７，８の捩れ角度に対する、各第２連結部７，８に作用するＸ軸周りの捩りモーメントの比である。
【００３８】
各第２連結部７，８の全長は、各第１連結部５，６の全長よりも長い。各第１連結部５，６の全長とは、各第１連結部５，６の延在方向（この例では、Ｘ軸に沿った方向）に沿っての全長である。第２連結部７の全長とは、第２連結部７の延在方向に沿っての全長であり、この例では、各直線状部１１ａ及び各折り返し部１１ｂを含む各部分の長さを足し合わせた総長さである。この点は、第２連結部８の全長についても同様である。
【００３９】
ミラー装置１Ａは、コイル（駆動用コイル）２１，２２と、複数の配線１２，１３，１４，１５と、複数の電極パッド３１，３２，３３，３４と、を更に備えている。コイル２１は、例えば、第１可動部３の枠部３ｂに埋め込まれており、平面視において渦巻き状に延在している。コイル２２は、例えば、第２可動部４に埋め込まれており、平面視において渦巻き状に延在している。各コイル２１，２２は、例えば銅等の金属材料によって構成されている。図１では、コイル２１，２２の配置領域がハッチングで示されている。
【００４０】
複数の電極パッド３１，３２，３３，３４は、支持部２に設けられ、絶縁層２３から外部に露出している。絶縁層２３は、支持部２、第１可動部３、第２可動部４、第１連結部５，６及び第２連結部７，８の表面（磁界発生部９とは反対側の表面）を覆うように一体的に形成されている。絶縁層２３は、例えば、二酸化シリコン、窒化シリコン等によって構成されている。
【００４１】
配線１２は、コイル２１の一端と電極パッド３１とを電気的に接続している。配線１２は、コイル２１の一端から第１連結部５、第２可動部４及び第２連結部７を介して電極パッド３１に延在している。配線１３は、コイル２１の他端と電極パッド３２とを電気的に接続している。配線１３は、コイル２１の他端から第１連結部６、第２可動部４及び第２連結部８を介して電極パッド３２に延在している。配線１２，１３のうち、第１連結部５，６を通る部分１２ａ，１３ａは、例えば、タングステン等の金属材料によって構成されている。配線１２，１３の他の部分は、例えば、アルミニウム、アルミニウム系合金、銅等の金属材料によって構成されている。図１では、部分１２ａ，１３ａがハッチングで示されている。
【００４２】
配線１４は、コイル２２の一端と電極パッド３３とを電気的に接続している。配線１４は、コイル２２の一端から第２連結部７を介して電極パッド３３に延在している。配線１５は、コイル２２の他端と電極パッド３４とを電気的に接続している。配線１５は、コイル２２の他端から第２連結部８を介して電極パッド３４に延在している。
【００４３】
以上のように構成されたミラー装置１Ａでは、電極パッド３３，３４及び配線１４，１５を介してコイル２２にリニア動作用の駆動信号が入力されると、磁界発生部９が発生する磁界との相互作用によってコイル２２にローレンツ力が作用する。当該ローレンツ力と第２連結部７，８の弾性力とのつり合いを利用することで、Ｙ軸周りにミラー面１０（第１可動部３）を第２可動部４と共にリニア動作させることができる。
【００４４】
一方、電極パッド３１，３２及び配線１２，１３を介してコイル２１に共振動作用の駆動信号が入力されると、磁界発生部９が発生する磁界との相互作用によってコイル２１にローレンツ力が作用する。当該ローレンツ力に加え、共振周波数での第１可動部３の共振を利用することで、Ｘ軸周りにミラー面１０（第１可動部３）を共振動作させることができる。すなわち、ミラー装置１Ａでは、コイル２１と磁界発生部９とによって、第１可動部３に直接的に駆動力（ローレンツ力）を作用させる駆動部が構成されており、コイル２２と磁界発生部９とによって、第２可動部４に直接的に駆動力（ローレンツ力）を作用させる駆動部が構成されている。
［第２実施形態］
【００４５】
第１実施形態のミラー装置１Ａでは、Ｘ軸及びＹ軸の各々の周りに第１可動部３が揺動させられたが、図２に示される第２実施形態のミラー装置１Ｂでは、Ｘ軸周りのみに第１可動部３が揺動させられる。ミラー装置１Ｂでは、第１可動部３の本体部３ａは、平面視において円形状に形成されている。本体部３ａは、Ｘ軸上における両側及びＹ軸上における両側において、枠部３ｂに接続されている。第２可動部４は、平面視において四角形状の外形を有している。
【００４６】
第２連結部７，８は、Ｘ軸上における第２可動部４の両側に配置されている。第２連結部７，８は、第２可動部４を振動させることによってＸ軸周りに第１可動部３が揺動可能となるように、Ｘ軸上において第２可動部４と支持部２とを互いに連結している。各第２連結部７，８は、第２可動部４が振動する際に、Ｘ軸周りに捩れ変形する。
【００４７】
ミラー装置１Ｂは、コイル２１、配線１２，１３及び電極パッド３１，３２を備えておらず、コイル２２と、コイル（起電力モニタ用コイル、センシング用コイル）２４と、複数の配線１４，１５，１６，１７と、複数の電極パッド３３，３４，３５，３６と、を備えている。コイル２４は、例えば、第１可動部３の枠部３ｂに埋め込まれており、平面視において渦巻き状に延在している。コイル２４は、例えば銅等の金属材料によって構成されている。
【００４８】
配線１６は、コイル２４の一端と電極パッド３５とを電気的に接続している。配線１７は、コイル２４の一端から第１連結部５、第２可動部４及び第２連結部７を介して電極パッド３５に延在している。配線１７は、コイル２４の他端と電極パッド３６とを電気的に接続している。配線１７は、コイル２４の他端から第１連結部６、第２可動部４及び第２連結部８を介して電極パッド３６に延在している。
【００４９】
ミラー装置１Ｂでは、電極パッド３３，３４及び配線１４，１５を介してコイル２２に共振動作用の駆動信号が入力されると、磁界発生部９が発生する磁界との相互作用によってコイル２２にローレンツ力が作用する。当該ローレンツ力に加え、共振周波数での第１可動部３の共振を利用することで、Ｘ軸周りにミラー面１０（第１可動部３）を共振動作させることができる。具体的には、Ｘ軸周りの第１可動部３の共振周波数に等しい周波数の駆動信号がコイル２２に入力されると、第２可動部４がＸ軸周りに当該周波数で僅かに振動する。この振動が第１連結部５，６を介して第１可動部３に伝わることにより、第１可動部３をＸ軸周りに当該周波数で揺動させることができる。
【００５０】
また、ミラー装置１Ｂでは、第１可動部３の動作中に、磁界発生部９が発生する磁界との相互作用によってコイル２４に起電力が発生する。そのため、配線１６，１７を介して電極パッド３５，３６から出力される信号をモニタすることで、第１可動部３の振れ角、すなわち、ミラー面１０の振れ角を把握することができる。このように、コイル２４は、起電力モニタ用コイルとして機能する。
【００５１】
続いて、図２及び図３を参照しつつ、ミラー装置１Ｂの各部の構成について更に説明する。以下では、第１連結部５及び第２連結部７の周辺の構造を説明するが、第１連結部６及び第２連結部８についても同様に構成されている。
【００５２】
第２連結部７は、第１部材７ａと、一対の第２部材７ｂと、を有している。第１部材７ａ及び一対の第２部材７ｂは、それぞれ、Ｘ軸に沿って延在し、第２可動部４と支持部２とを互いに連結している。第１部材７ａ及び一対の第２部材７ｂは、例えば、Ｙ軸に平行な方向に沿って並んで配置されている。第１部材７ａは、Ｘ軸上に配置されており、一対の第２部材７ｂは、互いの間に第１部材７ａを挟むように配置されている。第１部材７ａ及び一対の第２部材７ｂは、例えば、互いに近接するように、等間隔に並んで配置されている。第１部材７ａ及び一対の第２部材７ｂは、例えば、互いに同一の形状に形成されている。各第２部材７ｂは、Ｘ軸周りの第２可動部４の振動を抑制する振動抑制部として機能する。
【００５３】
支持部２には、Ｘ軸上に位置する凹部２ａが設けられており、第１部材７ａ及び一対の第２部材７ｂは、凹部２ａにおいて支持部２に接続されている。これにより、第１部材７ａ及び一対の第２部材７ｂの長さを確保しつつ、ミラー装置１Ｂの小型化を図ることができる。
【００５４】
Ｘ軸周りの第２連結部７の捩りばね定数は、Ｘ軸周りの第１連結部５の捩りばね定数よりも小さい。Ｘ軸周りの第２連結部７の捩りばね定数とは、第１部材７ａ及び一対の第２部材７ｂによって構成される第２連結部７の全体についてのＸ軸周りの捩りばね定数である。第２連結部７の全長は、第１連結部５の全長よりも短い。例えば、第２連結部７の全長は、第１連結部５の全長の１／２よりも短い。第２連結部７の全長とは、この例では、第１部材７ａ及び一対の第２部材７ｂの各々の長さを足し合わせた総長さである。この例では、第１部材７ａ及び一対の第２部材７ｂの長さは、互いに等しい。
【００５５】
配線１６のうち第１連結部５上に位置する部分は、半導体材料に不純物が拡散された拡散領域４１によって構成されている。拡散領域４１は、例えば、ｐ型のシリコン基板の表面にｎ型の不純物を拡散することによって形成されている。配線１６は、拡散領域４１の一方の端部４１ａとコイル２４とを電気的に接続する内側部分１６ａと、拡散領域４１の他方の端部４１ｂとコイル２４とを電気的に接続する外側部分１６ｂと、を更に有している。
【００５６】
拡散領域４１は、第１連結部５から第１可動部３に延在しており、第１可動部３上において内側部分１６ａに接続されている。また、拡散領域４１は、第１連結部５から第２可動部４に延在しており、第２可動部４上において外側部分１６ｂに接続されている。外側部分１６ｂは、第２連結部７の第１部材７ａを通るように延在して、電極パッド３５に接続されている。コイル２２から延在する配線１４についても同様に、第２連結部７の第１部材７ａを通るように延在して、電極パッド３３に接続されている。
【００５７】
端部４１ａの幅は、コイル２４に近づくほど広がっており、端部４１ｂの幅は、コイル２２に近づくほど広がっている。端部４１ａ，４１ｂは、それぞれ、第１連結部５の一対の拡幅部５ｂに沿った外形状を有している。端部４１ａの幅Ｗ１及び端部４１ｂの幅Ｗ２の各々は、第１連結部５の幅Ｗ３よりも広い。すなわち、幅Ｗ１，Ｗ２の各々は、第１連結部５上の拡散領域４１の幅よりも広い。拡散領域４１の各部の幅とは、平面視における最大幅であり、拡散領域４１の延在方向に垂直な方向（この例では、Ｙ軸に平行な方向）における幅である。第１連結部５の幅とは、平面視における最小幅であり、例えば、第１連結部５の延在方向に垂直な方向（この例では、Ｙ軸に平行な方向）における直線状部５ａの幅である。なお、第１連結部５は、第１可動部３がＸ軸周りに揺動する際にＸ軸周りに捩り変形する部分であり、ミラー装置１Ｂでは、第１連結部５は一対の拡幅部５ｂを含む。
【００５８】
図４に示されるように、第１可動部３には、コイル２４に対応する形状を有する溝４２ａが設けられており、第２可動部４には、コイル２２に対応する形状を有する溝４２ｂが設けられている。溝４２ａ，４２ｂの内面上には絶縁層４３，４４が設けられ、絶縁層４４上には絶縁層４５，４６が設けられている。コイル２４は、絶縁層４３，４４を介して溝４２内に配置されている。
【００５９】
各絶縁層４３〜４６は、例えば、二酸化シリコン、窒化シリコン等によって構成されている。配線１６の内側部分１６ａ及び外側部分１６ｂは、絶縁層４５上に配置されている。内側部分１６ａ及び外側部分１６ｂは、絶縁層４３〜４５を貫通する開口４７に入り込むように形成され、開口４７において拡散領域４１に接続されている。
【００６０】
内側部分１６ａ及び外側部分１６ｂは、それぞれ、第１層４８と、第１層４８上に配置された第２層４９と、を有している。第１層４８は、拡散領域４１に接触するコンタクト層として機能すると共に、第２層４９に含まれる金属元素のシリコン基板への拡散を防止するバリア層としても機能する。第１層４８は、例えば、タングステン、窒化チタン、モリブデン、タンタル、窒化タンタル等の金属材料によって構成されている。第２層４９は、例えば、アルミニウム合金、銅等の金属材料によって構成されている。
【００６１】
拡散領域４１と内側部分１６ａとの接触部分の幅Ｗ４、及び拡散領域４１と外側部分１６ｂとの接触部分の幅Ｗ５の各々は、第１連結部５の幅Ｗ３よりも広い。これらの接触部分の幅とは、平面視における第１連結部５の延在方向に垂直な方向（この例では、Ｙ軸に平行な方向）における幅である。
［ミラー装置の製造方法］
【００６２】
続いて、上述したようなミラー装置１Ａ，１Ｂの製造方法（設計方法）について説明する。図５（ａ）は、駆動信号の角振動数（角周波数）と、第１可動部３及び第２可動部４のＸ軸周りの振れ角との関係の例を示す図であり、図５（ｂ）は、当該関係の他の例を示す図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）では、第１可動部３の振れ角が実線で示されており、第２可動部４の振れ角が破線で示されている。
【００６３】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、ミラー装置１Ａ，１Ｂにおいて支持部２、第１可動部３、第２可動部４、第１連結部５，６及び第２連結部７，８によって構成される２自由度振動系は、Ｘ軸周りの振動について、２つの共振点Ａ，Ｂを有する。ただし、この２自由度振動系では、Ｘ軸周りの振動のみが考慮されており、Ｙ軸周りの振動については考慮されていない。共振点Ａにおける固有角振動数ω１、及び共振点Ｂにおける固有角振動数ω２（ただしω１＜ω２）は、Ｘ軸周りの第１可動部３及び第２可動部４の振動についての固有角振動数である。共振点Ａは、比較的小さな周波数でミラー面１０を動作させる場合に使用され得る。共振点Ｂは、比較的大きな周波数でミラー面１０を動作させる場合に使用され得る。
【００６４】
図５（ａ）の共振点Ａでミラー面１０を動作させる場合の第１可動部３及び第２可動部４の振れ角の関係は、図６（ａ）のように示すことができ、図５（ａ）の共振点Ｂでミラー面１０を動作させる場合の第１可動部３及び第２可動部４の振れ角の関係は、図６（ｂ）のように示すことができる。
【００６５】
図６（ａ）に示されるように、図５（ａ）の共振点Ａでミラー面１０を動作させると、第１可動部３及び第２可動部４が同程度回転し、第１可動部３及び第２可動部４の振れ角の差が小さくなる。すなわち、第１連結部５，６が殆ど捩れ変形しない。図６（ｂ）に示されるように、図５（ａ）の共振点Ｂでミラー面１０を動作させると、第２可動部４が殆ど回転しない一方で第１可動部３が回転し、第１可動部３及び第２可動部４の振れ角の差が大きくなる。すなわち、第１連結部５，６が効率良く捩れ変形する。
【００６６】
図５（ａ）の例とは逆に、図５（ｂ）の例では、共振点Ａでミラー面１０を動作させた場合に、第２可動部４が殆ど回転しない一方で第１可動部３が回転し、共振点Ｂでミラー面１０を動作させた場合に、第１可動部３及び第２可動部４が同程度回転する。高効率化の観点からは、共振点Ａ，Ｂのいずれでミラー面１０を動作させる場合にも、第１可動部３の振れ角が大きい一方で第２可動部４の振れ角が小さいことが好ましい。すなわち、第２可動部４の振れ角に対する第１可動部３の振れ角の比（以下、「振幅比」という）を大きく確保することが好ましい。以下では、振幅比を大きく確保するためのミラー装置１Ａ，１Ｂの製造方法を説明する。
［外側駆動の場合］
【００６７】
まず、ミラー装置１Ｂのように、第２可動部４に駆動力を作用させることによって第１可動部３を共振動作させる場合（外側駆動の場合）について説明する。図７（ａ）は、例示的なミラー装置１Ｃの模式平面図であり、図７（ｂ）は、ミラー装置１Ｃの振動モデルを示す図である。図７（ｂ）に示される振動モデルにより、Ｘ軸周りの第１可動部３及び第２可動部４の振動をモデル化することができる。Ｘ軸周りの第１可動部３及び第２可動部４の振動についての運動方程式は、以下の式（９）及び式（１０）で表される。
【数９】
2020032274.tif 000011
【数１０】
2020032274.tif 000012
上記式において、θｉは第１可動部３の振れ角（各第１連結部５，６の捩れ角）（ｒａｄ）であり、ｊｉは第１可動部３の慣性モーメント（ｋｇｍ２）であり、ｋｉは第１連結部５，６の捩りばね定数（Ｎｍ／ｒａｄ）であり、ｃｉは第１可動部３の粘性減衰係数（Ｎｓ／ｍ）であり、Ｔｉは第１可動部３に作用するトルク（Ｎｍ）であり、θｏは第２可動部４の振れ角（各第２連結部７，８の捩れ角）（ｒａｄ）であり、ｊｏは第２可動部４の慣性モーメント（ｋｇｍ２）であり、ｋｏは各第２連結部７，８の捩りばね定数（Ｎｍ／ｒａｄ）であり、ｃｏは第２可動部４の粘性減衰係数（Ｎｓ／ｍ）であり、Ｔｏは第２可動部４に作用するトルク（Ｎｍ）であり、ωは駆動信号の角振動数（ｒａｄ／ｓ）であり、ｔは時間（ｓ）である。これらの各値は、Ｘ軸周りの振動についての値である。粘性減衰係数ｃｉ，ｃｏは、以下の式（１１），（１２）で表される。ただし、ζｉは第１可動部３の減衰比であり、ζｏは第２可動部４の減衰比である。
【数１１】
2020032274.tif 000013
【数１２】
2020032274.tif 000014
外側駆動の場合、第１可動部３には駆動力が作用しないため（すなわちＴｉ＝０のため）、式（９）の右辺はゼロとなる。
【００６８】
式（９）及び式（１０）より、第１可動部３の振れ角θｉ、及び第２可動部４の振れ角θｏが、以下の式（１３）、（１４）で表されるとおりに得られる。
【数１３】
2020032274.tif 000015
【数１４】
2020032274.tif 000016
ただし、
【数１５】
2020032274.tif 000017
【数１６】
2020032274.tif 000018
【数１７】
2020032274.tif 000019
【数１８】
2020032274.tif 000020
【数１９】
2020032274.tif 000021
【００６９】
このとき、振幅比θｉ／θｏは、以下の式（２０）で表される。なお、ζｏは、例えば０．０１以下であり、１よりも極めて小さい。
【数２０】
2020032274.tif 000022
【００７０】
したがって、振幅比を５以上とするための条件は、以下の式（２１）で表される。
【数２１】
2020032274.tif 000023
【００７１】
共振点Ａにおける固有角振動数ω１でミラー面１０を動作させる場合（すなわち、ω＝ω１の場合）、１−（ω１／ωｉｉ）２はゼロよりも大きいため、振幅比を５以上とするための条件は、以下の式（２２）で表される。
【数２２】
2020032274.tif 000024
【００７２】
共振点Ｂにおける固有角振動数ω２でミラー面１０を動作させる場合（すなわち、ω＝ω２の場合）、１−（ω２／ωｉｉ）２はゼロよりも小さいため、振幅比を５以上とするための条件は、以下の式（２３）で表される。
【数２３】
2020032274.tif 000025
【００７３】
すなわち、固有角振動数ω１でミラー面１０を動作させる場合には、式（２２）が満たされるようにミラー装置を設計及び製造することで、振幅比を５以上とすることができ、固有角振動数ω２でミラー面１０を動作させる場合には、式（２３）が満たされるようにミラー装置を設計及び製造することで、振幅比を５以上とすることができる。
【００７４】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、外側駆動の場合において固有角振動数ω１でミラー面１０を動作させる場合の数値間の関係を示すグラフである。図８（ａ）では、１−（ω１／ωｉｉ）２と振幅比θｉ／θｏとの関係が示されており、図８（ｂ）では、各第２連結部７，８の捩りばね定数ｋｏと振幅比θｉ／θｏとの関係が示されている。図８（ａ）に示されるように、式（２２）が満たされるようにミラー装置を設計及び製造することで、振幅比を５以上とすることができる。図８（ｂ）に示されるように、捩りばね定数ｋｏが増加するほど、振幅比が増加する。したがって、捩りばね定数ｋｏを大きくすることで、振幅比を大きく確保することができる。
【００７５】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、外側駆動の場合において固有角振動数ω２でミラー面１０を動作させる場合の数値間の関係を示すグラフである。図９（ａ）では、（ω２／ωｉｉ）２−１と振幅比θｉ／θｏとの関係が示されており、図９（ｂ）では、第２連結部７，８の捩りばね定数ｋｏと振幅比θｉ／θｏとの関係が示されている。図９（ａ）に示されるように、式（２３）が満たされるようにミラー装置を設計及び製造することで、振幅比を５以上とすることができる。図９（ｂ）に示されるように、捩りばね定数ｋｏが増加するほど、振幅比が減少する。したがって、捩りばね定数ｋｏを小さくすることで、振幅比を大きく確保することができる。
【００７６】
ここで、固有角振動数ω１，ω２の値同士が近く、固有角振動数ω１，ω２間の差が小さいと、式（２２）及び式（２３）の双方が満たされる。しかし、固有角振動数ω１，ω２間の差が小さい場合、例えば、固有角振動数ω１でミラー面１０を動作させる際に固有角振動数ω２についての共振応答が生じてしまい、ミラー面１０の動作が不安定になるおそれがある。そこで、本実施形態のミラー装置の製造方法では、外側駆動の場合、式（２２）及び式（２３）の一方のみが満たされ、他方は満たされないように、ミラー装置を設計及び製造する。これにより、固有角振動数ω１，ω２間の差を大きく確保することができ、不要な共振応答を抑制して動作を安定化することができる。この点は、固有角振動数ω１，ω２のいずれでミラー面１０を動作させる場合にも共通する。
【００７７】
例えば、上記第２実施形態に係るミラー装置１Ｂでは、式（２２）のみが満たされており、式（２３）は満たされていない。したがって、固有角振動数ω１でミラー面１０を動作させることにより、振幅比を５以上とすることができる。また、固有角振動数ω１，ω２間の差を大きく確保することができ、不要な共振応答を抑制して動作を安定化することができる。
［内側駆動の場合］
【００７８】
次に、ミラー装置１Ａのように、第１可動部３に駆動力を作用させることによって第１可動部３を共振動作させる場合（内側駆動の場合）について説明する。この場合、Ｘ軸周りの第１可動部３及び第２可動部４の振動についての運動方程式は、以下の式（２４）及び式（２５）によって表される。
【数２４】
2020032274.tif 000026
【数２５】
2020032274.tif 000027
内側駆動の場合、第２可動部４には第１可動部３を駆動するための駆動力が作用しないため（すなわちＴｏ＝０のため）、式（２５）の右辺はゼロとなる。
【００７９】
式（２４）及び式（２５）より、第１可動部３の振れ角θｉ、及び第２可動部４の振れ角θｏが、以下の式（２６）、（２７）で表されるとおりに得られる。
【数２６】
2020032274.tif 000028
【数２７】
2020032274.tif 000029
ただし、
【数２８】
2020032274.tif 000030
【数２９】
2020032274.tif 000031
【００８０】
このとき、振幅比θｉ／θｏは、以下の式（３０）で表される。
【数３０】
2020032274.tif 000032
【００８１】
したがって、振幅比を５以上とするための条件は、以下の式（３１）で表される。
【数３１】
2020032274.tif 000033
【００８２】
共振点Ａにおける固有角振動数ω１でミラー面１０を動作させる場合（すなわち、ω＝ω１の場合）、１−（ωｉｏ／ωｏｏ）２＋（ω１／ωｏｏ）２はゼロよりも大きいため、振幅比を５以上とするための条件は、以下の式（３２）となる。
【数３２】
2020032274.tif 000034
【００８３】
一方、共振点Ｂにおける固有角振動数ω２でミラー面１０を動作させる場合（すなわち、ω＝ω２の場合）、１−（ωｉｏ／ωｏｏ）２＋（ω２／ωｏｏ）２はゼロよりも小さいため、振幅比を５以上とするための条件は、以下の式（３３）となる。
【数３３】
2020032274.tif 000035
【００８４】
すなわち、固有角振動数ω１でミラー面１０を動作させる場合には、式（３２）が満たされるようにミラー装置を設計及び製造することで、振幅比を５以上とすることができ、固有角振動数ω２でミラー面１０を動作させる場合には、式（３３）が満たされるようにミラー装置を設計及び製造することで、振幅比を５以上とすることができる。式（３２）及び式（３３）の一方のみが満たされ、他方は満たされないようにミラー装置を設計及び製造することで、固有角振動数ω１，ω２間の差を大きく確保することができ、不要な共振応答を抑制して動作を安定化することができる点は、外側駆動の場合と同様である。
【００８５】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、内側駆動の場合の数値間の関係を示すグラフである。図１０（ａ）では、固有角振動数ω１でミラー面１０を動作させる場合の４ωｉｏ２／（ωｏｏ２−ω１２）と振幅比θｉ／θｏとの関係が示されており、図１０（ｂ）では、固有角振動数ω２でミラー面１０を動作させる場合の（ωｏｏ２−ω２２）／ωｉｏ２と振幅比θｉ／θｏとの関係が示されている。
【００８６】
図１０（ａ）に示されるように、式（３２）が満たされるようにミラー装置を設計及び製造することで、振幅比を５以上とすることができる。また、内側駆動の場合において固有角振動数ω１でミラー面１０を動作させる場合、外側駆動の場合と同様に（図８（ｂ））、捩りばね定数ｋｏが増加するほど、振幅比が増加する。したがって、捩りばね定数ｋｏを大きくすることで、振幅比を大きく確保することができる。
【００８７】
図１０（ｂ）に示されるように、式（３３）が満たされるようにミラー装置を設計及び製造することで、振幅比を５以上とすることができる。また、内側駆動の場合において固有角振動数ω２でミラー面１０を動作させる場合、外側駆動の場合と同様に（図９（ｂ））、捩りばね定数ｋｏが増加するほど、振幅比が減少する。したがって、捩りばね定数ｋｏを小さくすることで、振幅比を大きく確保することができる。
【００８８】
例えば、上記第１実施形態に係るミラー装置１Ａでは、式（３３）のみが満たされており、式（３２）は満たされていない。したがって、固有角振動数ω２でミラー面１０を動作させることにより、振幅比を５以上とすることができる。また、固有角振動数ω１，ω２間の差を大きく確保することができ、不要な共振応答を抑制して動作を安定化することができる。
［作用及び効果］
【００８９】
以上説明したように、ミラー装置１Ａでは、２つの固有角振動数ω１，ω２が式（３３）（第１式）のみを満たしており、式（３２）（第２式）を満たしていないため、固有角振動数ω２で第１可動部３及び第２可動部４を揺動させることにより、振幅比を５以上とすることができる。したがって、振幅比を大きく確保することができ、動作を高効率化することができる。更に、式（３３）のみが満たされており、式（３２）は満たされていないことにより、固有角振動数ω１，ω２間の差を大きく確保することができ、不要な共振応答を抑制して動作を安定化することができる。よって、ミラー装置１Ａによれば、高効率かつ安定的な動作を実現することができる。
【００９０】
ミラー装置１Ｂでは、２つの固有角振動数ω１，ω２が式（２２）（第１式）のみを満たしており、式（２３）（第２式）を満たしていないため、固有角振動数ω１で第１可動部３及び第２可動部４を揺動させることにより、振幅比を５以上とすることができる。したがって、振幅比を大きく確保することができ、動作を高効率化することができる。更に、式（２２）のみが満たされており、式（２３）は満たされていないことにより、固有角振動数ω１，ω２間の差を大きく確保することができ、不要な共振応答を抑制して動作を安定化することができる。よって、ミラー装置１Ｂによれば、高効率かつ安定的な動作を実現することができる。
【００９１】
ミラー装置１Ａでは、各第２連結部７，８が、Ｙ軸周りに第２可動部４が揺動可能となるように、第２可動部４と支持部２とを互いに連結している。そのため、第２可動部４を第１可動部３と共にＹ軸周りに揺動させることができる。
【００９２】
ミラー装置１Ｂでは、Ｘ軸周りの各第２連結部７，８の捩りばね定数が、Ｘ軸周りの各第１連結部５，６の捩りばね定数よりも大きい。そのため、振幅比を一層大きく確保することができる。
【００９３】
ミラー装置１Ｂでは、各第２連結部７，８の全長が、各第１連結部５，６の全長よりも短い。そのため、第２連結部７，８の捩りばね定数を第１連結部５，６の捩りばね定数よりも好適に大きくすることができる。更に、第２連結部７，８の断面積を大きくするのではなく、長さを短くすることによって第２連結部７，８の捩りばね定数を大きくすることにより、ミラー装置１Ｂの小型化を図りつつ、振幅比を大きく確保することができる。
【００９４】
ミラー装置１Ｂでは、第１部材７ａ及び一対の第２部材７ｂ（複数の部材）が、Ｙ軸に平行な方向に沿って並んで配置されている。そのため、第２連結部７，８の捩りばね定数を第１連結部５，６の捩りばね定数よりも一層好適に大きくすることができる。
【００９５】
ミラー装置１Ｂでは、各第２連結部７，８が、Ｘ軸上に配置された第１部材７ａと、互いの間に第１部材７ａを挟むように配置された一対の第２部材７ｂと、を有している。そのため、第２連結部７，８の捩りばね定数を第１連結部５，６の捩りばね定数よりも一層好適に大きくすることができる。
【００９６】
ミラー装置１Ｂでは、各配線１４，１６が、第１部材７ａを通るように配置されている。第２部材７ｂと比べて第２可動部４の振動時に作用する応力が小さい第１部材７ａを通るように配線１４，１６が配置されているため、第２連結部７における配線１４，１６の劣化を抑制することができる。
【００９７】
ミラー装置１Ａでは、Ｘ軸周りの各第２連結部７，８の捩りばね定数が、Ｘ軸周りの各第１連結部５，６の捩りばね定数よりも小さい。そのため、振幅比を一層大きく確保することができる。
【００９８】
ミラー装置１Ａでは、各第２連結部７，８の全長が、各第１連結部５，６の全長よりも長い。そのため、第２連結部７，８の捩りばね定数を第１連結部５，６の捩りばね定数よりも好適に小さくすることができる。
【００９９】
ミラー装置１Ａでは、各第２連結部７，８が蛇行して延在している。そのため、第２連結部７，８の捩りばね定数を第１連結部５，６の捩りばね定数よりも一層好適に小さくすることができる。更に、各第２連結部７，８が蛇行して延在していることにより、例えば各第２連結部７，８が直線状に延在している場合と比べて、耐衝撃性を向上することができる。
【０１００】
ミラー装置１Ａ，１Ｂでは、支持部２、第１可動部３、第２可動部４、第１連結部５，６及び第２連結部７，８が、半導体基板によって構成されている。このように構成されたミラー装置１Ａ，１Ｂにおいても、高効率かつ安定的な動作を実現することができる。
【０１０１】
ミラー装置１Ｂでは、配線１６のうち各第１連結部５，６上に位置する部分が、半導体材料に不純物が拡散された拡散領域４１によって構成されている。配線１６のうち第１連結部５，６上に位置する部分には第１可動部３の揺動時に比較的大きな応力が作用するが、当該部分が拡散領域４１によって構成されているため、第１連結部５，６における配線の劣化を抑制することができる。すなわち、当該部分が拡散領域４１によって構成されている場合、例えば当該部分が金属によって構成されている場合と比べて、金属疲労、割れ等を抑制することができ、信頼性を向上することができる。なお、配線１６は起電力モニタ用のコイル２４に接続されているため、例えば駆動用のコイルに接続される配線と比べて、配線１６には比較的小さな電流が流れる。そのため、配線１６については極端な低抵抗化の必要はない。
【０１０２】
ミラー装置１Ｂでは、第１可動部３及び第２可動部４における拡散領域４１の幅（端部４１ａの幅Ｗ１及び端部４１ｂの幅Ｗ２）が、第１連結部５，６における拡散領域４１の幅よりも広い。そのため、配線１６を低抵抗化することができる。
【０１０３】
ミラー装置１Ｂでは、配線１６のうち、第１可動部３上に位置する内側部分１６ａ及び第２可動部４上に位置する外側部分１６ｂが、金属材料によって構成されている。そして、拡散領域４１と内側部分１６ａとの接触部分の幅Ｗ４、及び拡散領域４１と外側部分１６ｂとの接触部分の幅Ｗ５の各々が、各第１連結部５，６の幅Ｗ３よりも広い。そのため、配線１６を一層低抵抗化することができる。また、製造時等に位置ずれが生じたとしても、拡散領域４１と内側部分１６ａ及び外側部分１６ｂの各々とを確実に電気的に接続することができる。
［変形例］
【０１０４】
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限られない。第１実施形態のミラー装置１Ａにおいて、第２可動部４に駆動力を作用させることによって第１可動部３を共振動作させてもよい。すなわち、ミラー装置１Ａの構造が外側駆動に用いられてもよい。この場合、第１可動部３にはコイル２１が設けられず、第２可動部４には、コイル２２に加えて、第１可動部３の共振動作用のコイルが設けられてもよい。ミラー装置１Ｂの場合と同様に、当該共振動作用のコイルと磁界発生部９が発生する磁界との相互作用によって発生するローレンツ力に加え、共振周波数での第１可動部３の共振を利用することで、Ｘ軸周りにミラー面１０を共振動作させることができる。なお、共振動作用のコイルが設けられず、コイル２２が、第２可動部４のリニア動作用及び第１可動部３の共振動作用のコイルとして用いられてもよい。このようなミラー装置は、上記式（２３）のみが満たされ、式（２２）は満たされないように設計及び製造される。これにより、固有角振動数ω２でミラー面１０を動作させることで、振幅比を５以上とすることができる。また、固有角振動数ω１，ω２間の差を大きく確保することができ、不要な共振応答を抑制して動作を安定化することができる。
【０１０５】
第２実施形態のミラー装置１Ｂにおいて、第１可動部３に駆動力を作用させることによって第１可動部３を共振動作させてもよい。すなわち、ミラー装置１Ｂの構造が内側駆動に用いられてもよい。この場合、第２可動部４にはコイル２２が設けられず、第１可動部３には、コイル２４に代えて又は加えて、駆動用のコイルが設けられてもよい。ミラー装置１Ａの場合と同様に、当該駆動用のコイルと磁界発生部９が発生する磁界との相互作用によって発生するローレンツ力に加え、共振周波数での第１可動部３の共振を利用することで、Ｘ軸周りにミラー面１０を共振動作させることができる。このようなミラー装置は、上記式（３２）のみが満たされ、式（３３）は満たされないように設計及び製造される。これにより、固有角振動数ω１でミラー面１０を動作させることで、振幅比を５以上とすることができる。また、固有角振動数ω１，ω２間の差を大きく確保することができ、不要な共振応答を抑制して動作を安定化することができる。
【０１０６】
ミラー装置１Ａ，１Ｂでは、ミラー面１０の駆動が電磁力によって行われていたが、ミラー面１０の駆動は、圧電素子又は静電力によって行われてもよい。この場合、コイルに代えて、圧電膜又は静電櫛歯等の他の駆動素子が設けられる。ミラー装置１Ａにおいて、第２連結部７，８は、Ｘ軸に沿って延在し、Ｘ軸上において第２可動部４と支持部２とを互いに連結していてもよい。この場合でも、Ｘ軸及びＹ軸の各々の周りに第１可動部３を揺動させることができる。ミラー装置１Ａにおいて、第２連結部７，８は、第１軸線と交差する第２軸線周りに第２可動部４が揺動可能となるように、第２可動部４と支持部２とを互いに連結していてもよい。すなわち、第２軸線は必ずしも第１軸線と直交していなくてもよい。ミラー装置１Ｂにおいて、第２部材７ｂは、Ｘ軸に対して傾斜して延在していてもよい。第２部材７ｂは、Ｙ軸に平行な方向に沿って延在して第２可動部４と支持部２とを互いに連結していてもよい。上述した例では、振幅比の下限値が５に設定されていたが、下限値は１０に設定されてもよい。ミラー装置１Ｂにおいて、コイル２４は、温度検出用コイル（センシング用コイル）として用いられてもよい。
【０１０７】
ミラー装置１Ａでは、第１可動部３に駆動力を作用させるための駆動部（コイル２１、駆動素子）が第１可動部３に設けられていたが、当該駆動部は、第１可動部３及び／又は第１連結部５，６に設けられていればよく、例えば、各第１連結部５，６に設けられていてもよい。ミラー装置１Ａ，１Ｂでは、第２可動部４に駆動力を作用させるための駆動部（コイル２２、駆動素子）が第２可動部４に設けられていたが、当該駆動部は、第２可動部４及び／又は第２連結部７，８に設けられていればよく、例えば、各第２連結部７，８に設けられていてもよい。
【０１０８】
ミラー装置１Ａ，１Ｂにおいて、第１可動部３及び／又は第１連結部５，６に、第１可動部３に直接的に駆動力を作用させるための第１駆動素子（例えばコイル）が設けられると共に、第２可動部４及び／又は第２連結部７，８に、第２可動部４に直接的に駆動力を作用させるための第２駆動素子（例えばコイル）が設けられてもよい。このような構成においては、第１駆動素子により第１可動部３に直接的に作用する駆動力、及び、第２駆動素子により第２可動部４を振動させることによって第１可動部３に間接的に作用する駆動力の双方を用いて（双方の協働により）、Ｘ軸周りにミラー面１０（第１可動部３）を共振動作させることができる。ミラー装置１Ａにおいて当該構成が採用される場合、例えば、第１可動部３には、Ｘ軸周りに第１可動部３を揺動させるためのコイルが設けられ、第２可動部４には、Ｙ軸周りに第２可動部４を揺動させるためのコイルと、第２可動部４を振動させることよってＸ軸周りに第１可動部３を揺動させるためのコイルと、が設けられる。ミラー装置１Ｂにおいて当該構成が採用される場合、例えば、第１可動部３には、Ｘ軸周りに第１可動部３を揺動させるためのコイルが設けられ、第２可動部４には、第２可動部４を振動させることによってＸ軸周りに第１可動部３を揺動させるためのコイルが設けられる。なお、ミラー装置１Ｂにおいて当該構成が採用される場合、第１駆動素子により第１可動部３に直接的に作用する駆動力を用いてＸ軸周りにミラー面１０（第１可動部３）を共振動作させると共に、第２駆動素子により第２可動部４に直接的に作用する駆動力を用いてＸ軸周りに第２可動部４を動作させることもできる（すなわち、内側駆動に適用することもできる）。
【０１０９】
各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。第１可動部３及び第２可動部４は、平面視において略円形状、略楕円形状、略四角形状又は略菱形状等の任意の外形を有していてもよい。枠部３ｂが設けられず、第１連結部５，６が本体部３ａに直接に接続されていてもよい。第１連結部５には、一対の拡幅部５ｂの少なくとも一方が設けられていなくてもよく、第１連結部６には、一対の拡幅部６ｂの少なくとも一方が設けられていなくてもよい。第１可動部３は、ミラー面１０以外の光学面を有していてもよく、例えば回折格子面を有していてもよい。すなわち、本開示のアクチュエータ装置は、ミラー面１０以外を駆動するための装置であってもよい。
【０１１０】
図１１に示される第１変形例のミラー装置１Ｄでは、互いに直交するＸ軸及びＹ軸の各々の周りに第１可動部３が揺動させられる。第１可動部３は、平面視において楕円形状に形成されている。第１連結部５，６はＸ軸に沿って直線状に延在している。第２連結部７，８はＹ軸に沿って直線状に延在している。第２可動部４は、第１可動部３を囲む枠状部４ａと、枠状部４ａに接続された中間部４ｂと、を有している。
【０１１１】
枠状部４ａは、平面視において四角形状の外形を有している。中間部４ｂは、例えば、平面視において略四角形状の外形を有し、枠状に形成されている。中間部４ｂは、一対の第１部分４ｂ１と、一対の第１部分４ｂ１にそれぞれ接続された一対の第２部分４ｂ２と、を有している。一対の第１部分４ｂ１は、Ｘ軸に平行な方向に沿って延在し、Ｙ軸方向において互いに向かい合っている。一対の第２部分４ｂ２は、Ｙ軸に平行な方向に沿って延在し、Ｘ軸方向において互いに向かい合っている。第１部分４ｂ１の幅（Ｙ軸方向における長さ）は、第２部分４ｂ２の幅（Ｘ軸方向における長さ）よりも広い。中間部４ｂは、枠状部４ａの内側に配置され、第１部分４ｂ１において枠状部４ａに接続されている。中間部４ｂは、第２部分４ｂ２において第１連結部５，６に接続されている。
【０１１２】
ミラー装置１Ｄでは、第１可動部３に駆動力を作用させるための駆動部として、一対の圧電膜５１が設けられている。一対の圧電膜５１は、それぞれ、中間部４ｂの一対の第１部分４ｂ１に配置されている。各圧電膜５１は、例えば、平面視において、Ｘ軸に平行な方向に沿った長辺を有する長方形状を呈している。
【０１１３】
ミラー装置１Ｄでは、電極パッド及び配線（図示省略）を介して圧電膜５１に駆動信号が入力されると、圧電膜５１が長手方向に撓み変形する。一対の圧電膜５１の変形のタイミングを制御することで、中間部４ｂ（第２可動部４）に駆動力を作用させることができる。例えば、一対の圧電膜５１は、交互に撓み変形させられる。中間部４ｂの剛性は、枠状部４ａの剛性よりも小さく、中間部４ｂは、枠状部４ａよりも柔らかい。
【０１１４】
ミラー装置１Ｄにおける第１可動部３の駆動は、第２可動部４に駆動力を作用させることによって第１可動部３を共振動作させる外側駆動である。ミラー装置１Ｄにおいても、ミラー装置１Ｂと同様に、第１固有角振動数ω１でミラー面１０を動作させる場合には、式（２２）が満たされるようにミラー装置を設計及び製造することで、振幅比を５以上とすることができ、固有角振動数ω２でミラー面１０を動作させる場合には、式（２３）が満たされるようにミラー装置を設計及び製造することで、振幅比を５以上とすることができる。また、式（２２）及び式（２３）の一方のみが満たされ、他方は満たされないようにミラー装置を設計及び製造することで、固有角振動数ω１，ω２間の差を大きく確保することができ、不要な共振応答を抑制して動作を安定化することができる。ミラー装置１Ｄによっても、ミラー装置１Ｂと同様に、高効率かつ安定的な動作を実現することができる。
【０１１５】
図１２に示される第２変形例のミラー装置１Ｅは、中間部４ｂの第２部分４ｂ２に圧電膜５１が配置されている点でミラー装置１Ｄと相違している。具体的には、一対の第２部分４ｂ２の各々に、一対の圧電膜５１がＹ軸に平行な方向に並んで配置されている。ミラー装置１Ｅにおいても、各圧電膜５１の変形のタイミングを制御することで、中間部４ｂ（第２可動部４）に駆動力を作用させることができる。ミラー装置１Ｅによっても、ミラー装置１Ｂと同様に、高効率かつ安定的な動作を実現することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…ミラー装置（アクチュエータ装置）、２…支持部、３…第１可動部、４…第２可動部、５，６…第１連結部、７，８…第２連結部、７ａ…第１部材、７ｂ…第２部材、９…磁界発生部（駆動部）、１４，１５，１６，１７…配線、１６ａ…内側部分、１６ｂ…外側部分、４１…拡散領域、２１…コイル（駆動部）、２２…コイル（駆動部）、２４…コイル（起電力モニタ用コイル、センシング用コイル）。
【図１】
2020032274.tif 000046
【図２】
2020032274.tif 000047
【図３】
2020032274.tif 000048
【図４】
2020032274.tif 000049
【図５】
2020032274.tif 000050
【図６】
2020032274.tif 000051
【図７】
2020032274.tif 000052
【図８】
2020032274.tif 000053
【図９】
2020032274.tif 000054
【図１０】
2020032274.tif 000055
【図１１】
2020032274.tif 000056
【図１２】
2020032274.tif 000057
【国際調査報告】
2020032274.tif 000058
2020032274.tif 000059
2020032274.tif 000060
2020032274.tif 000061