光学装置
【課題】可動部に磁石を設置し、電磁石を磁石との間に作用する磁力によって可動部を揺動させることが可能な光学装置において、可動部に永久磁石を設置することによって可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることを抑制する。
【解決手段】可動部に設置する磁石が上部磁石と下部磁石との２つの部材に分かれている。上部磁石は可動部の上面に設置され、下部磁石は可動部の下面に設置されるため、可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることが抑制される。また、上部磁石の第１磁極と下部磁石の第２磁極が可動部を介して対向しており、磁力によって上部磁石および下部磁石が可動部に固定される。可動部に磁石を固定するために用いる接着剤量を減少させることができるため、接着剤の重量によって可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることが抑制される。
【解決手段】可動部に設置する磁石が上部磁石と下部磁石との２つの部材に分かれている。上部磁石は可動部の上面に設置され、下部磁石は可動部の下面に設置されるため、可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることが抑制される。また、上部磁石の第１磁極と下部磁石の第２磁極が可動部を介して対向しており、磁力によって上部磁石および下部磁石が可動部に固定される。可動部に磁石を固定するために用いる接着剤量を減少させることができるため、接着剤の重量によって可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることが抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁力によってミラーを揺動させることによって光ビームの反射方向を変化させる（以下では「偏向させる」という）光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームを偏向させる光学装置を、ＭＥＭＳ技術を利用して製造する技術が開発されている。この種の光学装置は、基板と可撓梁と可動部を備えており、可動部は可撓梁によって基板に対して揺動可能に支持されている。可動部の上面にミラーが設置されている。可動部を基板に対して揺動させることによって、ミラーを所定の角度に傾けることができる。
【０００３】
電磁力を利用する光学装置では、磁石と電磁石のうちの一方を可動部に設置し、他方を基板上に設置する。非特許文献１には、可動部の下面に磁石を貼り付け、可動部の下方に位置する基板上に電磁石を設置する光学装置が開示されている。磁石のＳ極が可動部の下面に接着剤を用いて貼り付けられており、磁石のＮ極が電磁石に向けて延びている。
【０００４】
電磁石に駆動電流を通電すると、磁石と電磁石の間に電磁力が作用する。通電方向を切り替えることによって、可動部の一部を基板に接近させる状態と、可動部の一部を基板から遠ざける状態を切り替えることができる。磁石と電磁石の間に作用する電磁力によって可動部を揺動させることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Takayuki Iseki et al., OPTICAL REVIEW, Vol.13, No.4(2006), 189-194
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
磁石の比重は可動部の比重よりも大きい。例えば、磁石の一例であるネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）の比重は、可動部として用いられる材料の一例であるシリコンの比重の約３倍である。このため、磁石を可動部の片側（非特許文献１の場合には可動部の下側）に貼り付けると、磁石を含む可動部全体の重心が磁石側にずれ、可動部の重心が可動部の揺動中心から離れる。可動部の重心が揺動中心から離れると、可動部の揺動特性が変化し、場合によっては可動部を傾けた時に可動部が振動する。
【０００７】
本願は、可動部に磁石を設置したときに、可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることを抑制できる技術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】
【０００８】
本願に係る光学装置は、基板と、可撓梁と、可撓梁によって基板に対して揺動可能に支持されている可動部と、可動部の上面に固定されているミラーと、可動部の上面に設置されている上部磁石と、可動部の下面に設置されている下部磁石と、上部磁石および下部磁石に可動部を可撓梁の周りに回転させるトルクを発生させる磁束を発生する電磁石とを備えている。上部磁石は、第１磁極（Ｎ極又はＳ極の一方）が可動部を向く姿勢で設置されており、下部磁石は、第２磁極（第１磁極と反対の磁極）が可動部を向く姿勢で設置されている。下部磁石は、可動部を介して上部磁石と対向する位置に設置されている。
【０００９】
上記の光学装置では、磁石が上部磁石と下部磁石との２つの部材に分かれている。上部磁石は可動部の上面に設置され、下部磁石は可動部の下面に設置されるため、可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることが抑制される。また、上部磁石の第１磁極と下部磁石の第２磁極が可動部を介して対向している。このため、上部磁石の第１磁極と下部磁石の第２磁極との間に作用する磁力によって可動部が挟み込まれ、上部磁石および下部磁石が可動部に固定される。
【００１０】
上記の光学装置では、上部磁石と下部磁石が同一の部材であることが好ましい。同一部材が可動部の上下面にそれぞれ設置されるため、可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることがなくなる。
【００１１】
上記の光学装置では、上部磁石と下部磁石が磁力のみによって可動部に固定されていてもよい。接着剤を用いないため、接着剤の重量によって可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることがない。その一方において、上部磁石と可動部との接触面ならびに下部磁石と可動部との接触面に接着剤が塗布されていてもよい。接着剤を用いる場合であっても、上部磁石と下部磁石を可動部に固定するために必要となる接着剤が少なくなるために、接着剤の重量によって可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることが抑制される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、可動部に磁石を設置することによって可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の光学装置の斜視図である。
【図２】図１の光学装置のミラー部の上面を示す図である。
【図３】図２のミラー部の下面を示す図である。
【図４】図２および図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図２および図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】実施例１の光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図７】実施例１の光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図８】変形例に係る光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図９】変形例に係る光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図１０】変形例に係る光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図１１】変形例に係る光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図１２】変形例に係る光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図１３】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１４】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１５】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１６】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１７】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１８】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１９】可動部と、可動部を貫通する貫通磁石とを示す図である。
【図２０】図１９のＸＸ−ＸＸ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る好ましい実施形態は、例えば、下記に列挙する特徴を備えた実施例によって具現化される。
（特徴１）可動部を介して対向する上部磁石と下部磁石とは、同一部材であり、同一材料を用いて同一形状、同一重量に設計されている。
【実施例１】
【００１５】
（光学装置）
図１は、実施例１の光学装置１０の斜視図である。光学装置１０は、第１電磁石２０と、第２電磁石４０と、ミラー部３０とを備えている。
【００１６】
第１電磁石２０は、Ｃ字形状の鉄心２０１と、鉄心２０１に巻き付けられている第１コイル２０３ａ，２０３ｂを備えている。鉄心２０１は、ミラー部３０を挟んでｘ軸方向（第２方向）に対向する磁極部２０１ａと磁極部２０１ｂとを備えており、磁極部２０１ａと磁極部２０１ｂとの間に、ミラー部３０が設置されている。第２電磁石４０は、Ｃ字形状の鉄心４０１と、鉄心４０１に巻き付けられている第２コイル４０３ａ，４０３ｂを備えている。鉄心４０１は、ミラー部３０を挟んでｙ軸方向（第１方向）に対向する磁極部４０１ａと磁極部４０１ｂとを備えており、磁極部４０１ａと磁極部４０１ｂとの間に、ミラー部３０が設置されている。
【００１７】
第１電磁石２０の第１コイル２０３ａ，２０３ｂに電流を流すと、磁極部２０１ａと磁極部２０１ｂとの間にｘ軸方向の磁界が発生する。第２電磁石４０の第２コイル４０３ａ，４０３ｂに電流を流すと、磁極部４０１ａと磁極部４０１ｂとの間にｙ軸方向の磁界が発生する。
【００１８】
図２は、図１に示すミラー部３０の平面図であり、図３は、図２に示すミラー部３０を下面側から見た図である。図２および図３に示すように、ミラー部３０は、基板３０１と、基板３０１から伸びている１対の第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂと、１対の第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂによって支持されている第１可動部３０５と、第１可動部３０５から伸びている１対の第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂと、１対の第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂによって支持されている第２可動部３１１と、第２可動部３１１の上面に固定されているミラー３１５とを備えている。第１可動部３０５の上面には、第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂが固定されており、下面には、第１下部磁石３０８ａ，３０８ｂが固定されている。第２可動部３１１の上面には、第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂが固定されており、下面には、第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂが固定されている。第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂ、第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂ、第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂ、第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂは、ネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）等を材料とする永久磁石で構成されている。ネオジム磁石に代えて、サマリウムコバルト磁石（ＳｍＣｏ５（１−５系）、Ｓｍ２Ｃｏ１７（２−１７系）等）や、フェライト磁石を用いることもできる。
【００１９】
図４は、図２および図３のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、図５は、図２および図３のＶ−Ｖ線断面図である。図６は、第２可動部３１１、第２上部磁石３１３ａ、第２下部磁石３１４ａの位置関係を示す図であり、図７は、第１可動部３０５、第１上部磁石３０７ｂ、第１下部磁石３０８ｂの位置関係を示す図である。
【００２０】
図２〜図７に示すように、第１上部磁石３０７ｂは、第１可動部３０５の表面の領域３７３に設置され、第１下部磁石３０８ｂは、第１可動部３０５の裏面の領域３８３に設置される。第２上部磁石３１３ａは、第２可動部３１１の表面の領域３３３に設置され、第２下部磁石３１４ａは、第２可動部３１１の裏面の領域３３４に設置される。領域３７３と領域３８３、領域３３３と領域３３４は、ミラー部３０を平面視した場合に同じ位置である。すなわち、第１上部磁石３０７ｂと第１下部磁石３０８ｂとは第１可動部３０５を介して対向する位置に設置されており、第２上部磁石３１３ａと第２下部磁石３１４ａとは第２可動部３１１を介して対向する位置に設置されている。同様に、図２および図３において、第１上部磁石３０７ａと第１下部磁石３０８ａ、第２上部磁石３１３ｂと第２下部磁石３１４のいずれも、第２可動部３１１の上面側と下面側であって、ミラー部３０を平面視した場合に同じ位置に設置されている。すなわち、第１上部磁石３０７ａと第１下部磁石３０８ａとは第１可動部３０５を介して対向する位置に設置されており、第２上部磁石３１３ｂと第２下部磁石３１４ｂとは第２可動部３１１を介して対向する位置に設置されている。
【００２１】
図６において、第２上部磁石３１３ａは、第２可動部３１１側の面３３２がＳ極であり、その対面である面３３１がＮ極である。第２下部磁石３１４ａは、第２可動部３１１側の面３４２がＮ極であり、その対面である面３４１がＳ極である。Ｓ極である第２上部磁石３１３ａの面３３２と、Ｎ極である第２下部磁石３１４ａの面３４２が、第２可動部３１１を介して対向しており、この間に磁力が作用する。磁力によって第２上部磁石３１３ａと第２下部磁石３１４ａとの間に第２可動部３１１が挟み込まれ、第２上部磁石３１３ａと第２下部磁石３１４ａが第２可動部３１１に固定される。図６には図示しないが、図２等に示す第２上部磁石３１３ｂの第２可動部３１１側の面はＳ極であり、第２下部磁石３１４ｂの第２可動部３１１側の面はＮ極であり、第２可動部３１１を介して対向している。このため、同様に、磁力によって第２上部磁石３１３ｂと第２下部磁石３１４ｂも第２可動部３１１に固定される。
【００２２】
図７において、第１上部磁石３０７ｂは、第１可動部３０５側の面３７２がＳ極であり、その対面である面３７１がＮ極である。第２下部磁石３０８ｂは、第１可動部３０５側の面３８２がＮ極であり、その対面である面３８１がＳ極である。このため、同様に、磁力によって第１上部磁石３０７ｂと第１下部磁石３０８ｂは第１可動部３０５に固定される。図７には図示しないが、同様に、図２等に示す第１上部磁石３０７ａの第１可動部３０５側の面はＳ極であって、第１下部磁石３０８ａの第１可動部３０５側の面はＮ極であり、第１可動部３０５を介して対向している。このため、同様に、磁力によって第１上部磁石３０７ａと第１下部磁石３０８ａも第１可動部３０５に固定される。
【００２３】
図１〜図３に示すように、ミラー部３０は、基板３０１と第１可撓梁３０３ａの接続点と、基板３０１と第１可撓梁３０３ｂの接続点を結ぶ線がｙ軸方向と一致し、第１可動部３０５と第２可撓梁３０９ａの接続点と，第１可動部３０５と第２可撓梁３０９ｂの接続点を結ぶ線がｘ軸方向と一致するように、設置されている。ｘｙ平面に直交する方向はｚ軸方向と一致しており、第２可動部３１１のｚ軸が正となる上面側にミラー３１５が設置されている。とすると、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂは、基板３０１からｙ軸方向に伸びているとともに、第１可動部３０５に連接している。第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂは、第１可動部３０５からｘ軸方向に伸びているとともに、第２可動部３１１に連接している。第１方向であるｙ軸と、第２方向であるｘ軸は、基板に平行な面内で直交している。
【００２４】
第１可動部３０５は、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂによって、基板３０１に対してｙ軸を中心に揺動可能に支持されており、第２可動部３１１は、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂによって、第１可動部３０５に対してｘ軸を中心に揺動可能に支持されている。これによって、第２可動部３１１は、基板３００に対して、ｙ軸（第１軸）とｘ軸（第２軸）の周りに独立に揺動することが可能となっている。
【００２５】
図１に示す第１電磁石２０の第１コイル２０３ａ，２０３ｂに電流を流すと、磁極部２０１ａと磁極部２０１ｂとの間にｘ軸方向の磁界が発生し、この間に設置されているミラー部３０の第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂおよび第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂに対して、電磁力が作用する。これによって、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂが捩れ、第１可動部３０５と、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂと、第２可動部３１１と、ミラー３１５とが一体となってｙ軸の周りに揺動する。
【００２６】
例えば、磁極部２０１ａがＮ極、磁極部２０１ｂがＳ極となるように第１コイル２０３ａ，２０３ｂに電流を流すと、第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂおよび第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂのＮ極は、磁極部２０１ａから斥力を受け、磁極部２０１ｂから引力を受ける。第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂおよび第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂのＳ極は、磁極部２０１ａから引力を受け、磁極部２０１ｂから斥力を受ける。その結果、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂが捩れ、第１可動部３０５と、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂと、第２可動部３１１と、ミラー３１５は、磁極部２０１ａ側が基板３０１の上方に傾き、磁極部２０１ｂ側が基板３０１の下方に傾く。逆に、磁極部２０１ａがＳ極、磁極部２０１ｂがＮ極となるように第１コイル２０３ａ，２０３ｂに電流を流すと、第１可動部３０５と、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂと、第２可動部３１１と、ミラー３１５は、磁極部２０１ａ側が基板３０１の下方に傾き、磁極部２０１ｂ側が基板３０１の上方に傾く。
尚、磁極部２０１ａと磁極部２０１ｂの間に発生するｘ軸方向の磁界は、第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂにも、第２可動部３１１をｙ軸の周りに回転させるトルクを発生させる。第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂはｘ軸の周りには容易に捩れる一方で、ｙ軸周りに回転させるトルクに対しては変形しにくく設計されている。このため、第２可動部３１１に生じるトルクによって第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂが変形して第２可動部３１１が第１可動部３０５に対して傾くことがなく、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂが捩れる。第１可動部３０５に生じるトルクと、第２可動部３１１に生じるトルクは同じ方向であるため、第１可動部３０５と第２可動部３１１の全体が一体となって、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂの周りに揺動する。
【００２７】
図１に示す第２電磁石４０の第２コイル４０３ａ，４０３ｂに電流を流すと、磁極部４０１ａと磁極部４０１ｂとの間にｙ軸方向の磁界が発生し、この間に設置されているミラー部３０の第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂに対して、電磁力が作用する。これによって、第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂが捩れ、第２可動部３１１と、ミラー３１５とが一体となってｘ軸の周りに揺動する。
【００２８】
例えば、第２電磁石４０の磁極部４０１ａがＮ極、磁極部４０１ｂがＳ極となるように第２コイル４０３ａ，４０３ｂに電流を流すと、第２磁石３１３ａ，３１３ｂ，３１４ａ，３１４ｂのＮ極は、磁極部４０１ａから斥力を受け、磁極部４０１ｂから引力を受ける。その結果、第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂが捩れ、第２可動部３１１と、ミラー３１５は、磁極部４０１ａの側が基板３０１の上方に傾き、磁極部４０１ｂの側が基板３０１の下方に傾く。逆に、磁極部４０１ａがＳ極、磁極部４０１ｂがＮ極となるように第２コイル４０３ａ，４０３ｂに電流を流すと、第２可動部３１１と、ミラー３１５とは、磁極部４０１ａの側が基板３０１の下方に傾き、磁極部４０１ｂの側が基板３０１の上方に傾く。
尚、磁極部４０１ａと磁極部４０１ｂの間に発生するｙ軸方向の磁界は、第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂおよび第２下部磁石３０８ａ，３０８ｂにも、第１可動部３０５をｘ軸の周りに回転させるトルクを発生させる。第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂはｙ軸の周りには容易に捩れる一方で、ｘ軸周りに回転させるトルクに対しては変形しにくく設計されている。このため、第１可動部３０５に生じるトルクによって、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂが変形して第１可動部３０５が基板３０１に対して傾くことがない。
【００２９】
実施例１では、第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂと第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂとは、同一の部材であって、同一材料を用いて同一形状に設計されており、重量も同一である。同一部材である第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂが第１可動部３０５の上面側に、第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂが第１可動部３０５の下面側に設置されている。このため、第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂと第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂが設置されることによって、第１可動部３０５の重心が揺動中心（ｙ軸）から上下方向にずれることがない。また、第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂと第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂとを同じ部材として設計すれば、製造コストを低減できる。
【００３０】
同様に、第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂと第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂとは、同一の部材であって、同一材料を用いて同一形状に設計されており、重量も同一である。このため、第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂと第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂが設置されることによって、第２可動部３１１の重心が揺動中心（ｘ軸）から上下方向にずれることがない。また、第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂと第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂとを同じ部材として設計することによって、製造コストを低減できる。
【００３１】
可動部の重心が揺動中心から上下方向にずれることを抑制する方法としては、図１９および図２０に示すように、１つの磁石が可動部を上下方向に貫通するように設置する方法も考えられる。図１９は、第２可動部７１１と第２可撓梁７０９ａとの接続部の近傍に設置された磁石７１３ａを示しており、図２０は、図１９のＸＸ−ＸＸ線断面図である。図１９および図２０に示すように、貫通磁石７１３ａが第２可動部７１１を貫通する場合には、貫通磁石７１３ａの側面と第２可動部７１１との間に接着剤８７０が充填される。貫通磁石７１３ａは、接着剤８７０の接着力のみによって第２可動部７１１に固定される。
【００３２】
製造工程において、貫通磁石７１３ａうち、第２可動部７１１の上部に突出する部分と、第２可動部７１１の下部に突出する部分との割合にずれが生じた場合や、接着剤８７０の量が第２可動部７１１の上下方向に分布している場合には、可動部の重心が揺動中心から上下方向にずれる要因となる。接着剤の塗布量を制御しても、例えば図１９や図２０に示すように、第２可動部７１１の上面側に接着剤が偏在したり、逆に接着剤が下面側に流れたりするため、接着剤の８７０のが第２可動部７１１の上下方向に分布し易い。
【００３３】
これに対して、実施例１では、磁力のみを利用して、第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂ、第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂ、第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂ、第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂを第１可動部３０５、第２可動部３１１にそれぞれ固定している。上部磁石と下部磁石の形状と大きさを調整すれば、磁石の重量の偏りによって可動部の重心が揺動中心から上下方向にずれることがない。また、可動部に磁石を固定するための接着剤を用いていないため、接着剤の量が変わることによって、第１可動部３０５、第２可動部３１１の重心がそれぞれの揺動中心から上下方向にずれることがない。
【００３４】
上記のとおり、実施例１に係る光学装置では、磁石が上部磁石と下部磁石との２つの部材に分かれている。上部磁石は可動部の上面に設置され、下部磁石は可動部の下面に設置されるため、重心が可動部の揺動中心からずれることが抑制される。また、上部磁石の第１磁極と下部磁石の第２磁極が可動部を介して対向している。このため、上部磁石の第１磁極と下部磁石の第２磁極との間に作用する磁力によって可動部が挟み込まれ、上部磁石および下部磁石が可動部に固定される。
【００３５】
上部磁石および下部磁石と可動部とは、磁力のみによって固定されており、接着剤を用いていない。このため、接着剤の重量によって可動部の重心が揺動中心から上下方向にずれることがない。また、従来技術では、量産時に付加する接着剤の重量により可動部の慣性モーメントが変化してしまうため、デバイスごとに共振周波数がばらつくなどの悪影響があった。実施例１では、接着剤を使用しないため、デバイスごとに共振周波数がばらつくことを抑制することもできる。
【００３６】
（光学装置の製造方法）
次に、実施例１に係る光学装置の製造方法を説明する。図１に示す光学装置は、シリコン基板等を材料としてミラー部を製造し、製造したミラー部を第１電磁石２０と第２電磁石４０に対して配置することによって製造することができる。ミラー部の製造方法においては、まず、ＭＥＭＳ技術を用いてシリコン基板等に可動部等の構造を形成し、磁石が設置されていない状態のミラー部であるシリコン構造体を形成する。次に、このシリコン構造体に、上部磁石および下部磁石を設置する。これによって、図２等に示すようなミラー部３０を製造することができる。シリコン構造体を製造する方法は、通常のＭＥＭＳ技術を用いたミラーデバイスを製造する方法によって製造することができる。以下、シリコン構造体に上部磁石および下部磁石を設置する方法について、図１３〜図１８を用いて説明する。
【００３７】
まず、図１３に示すように、冶具９００を準備する。実施例１では冶具９００はガラスを材料としている。冶具９００には、下部磁石を差し込むための孔部と、冶具９００上にシリコン構造体を載置する際に用いるアライメントガイドを差し込むための孔部が形成されており、図１３では、Ｎ極が上側となるように第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂを冶具９００に載置した状態を示している。尚、図示していないが、第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂも図１３に示す工程において同様に冶具９００上に載置される。
【００３８】
次に、図１４に示すように、冶具９００にアライメントガイド９０２を差し込み、このアライメントガイド９０２を利用して、冶具９００上にシリコン構造体を載置する。図１４には左右方向に１対のアライメントガイド９０２が示されているが、図１４の紙面に垂直な方向にも少なくとも１対のアライメントガイド９０２を設置する。アライメントガイド９０２に基板３０１の外縁が添うように、シリコン構造体を冶具９００上に載置すると、磁石と可動部との位置調整を行うことができる。例えば、図１４に示すように、冶具９００に載置された第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂの上面側に第２可動部３１１が位置するようにシリコン構造体を載置する位置を調整することができる。アライメントガイド９０２としては、例えば、シリコンウェハを用いることができる。
【００３９】
図１４の状態で、冶具９００とシリコン構造体とをレジストを用いて仮止めした後、アライメントガイド９２０を取り外すと、図１５に示す状態となる。図１５は、レジスト９２０によって、冶具９００上にシリコン構造体が仮止めされた状態を示している。
【００４０】
図１５に示す状態の冶具９００を、図１６に示すように磁石９３０の上部に載置する。磁石９３０は、ネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）等を材料とする永久磁石である。磁石９３０は、上面がＮ極、下面がＳ極となっており、磁石９３０のＮ極上に冶具９００が載置される。冶具９００上には、上面がＮ極、下面がＳ極となるように下部磁石（図１６では例示的に第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂを示している）が載置されているから、下部磁石は磁石９３０に引付けられた状態となっている。この状態で、可動部の上面に上部磁石を設置すると、図１６に示す状態となる。図１６では、例示的に、シリコン構造体を平面視した場合に、第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂと同じ位置となるように第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂを設置した状態を示している。磁石９３０の上部に冶具９００を載置した状態で上部磁石を可動部上に設置するため、上部磁石を設置する際に、上部磁石と下部磁石との間に作用する磁力によって、シリコン構造体と冶具９００との仮止めが外れることを防ぐことができる。
【００４１】
次に、図１７に示すように、レジスト９２０を除去する。その後、冶具９００を磁石９３０上から移動させて、磁石９３０の磁力を受けない状態で、シリコン構造体を冶具９００から取り外すと、図１８に示すように、シリコン構造体に上部磁石および下部磁石が設置された、ミラー部を得ることができる。図１８に例示的に示すように、第２上部磁石３１３ａと第２下部磁石３１４ａ、第２上部磁石３１３ｂと第２下部磁石３１４ｂが、互いに作用する磁力によって、第２可動部３１１を挟み込んで固着された状態のミラー部を得ることができる。
【００４２】
上記のとおり、実施例１に係る光学装置では、冶具等を用いて容易に可動部に上部磁石および下部磁石を設置することができる。図１９および図２０に示すように、１つの磁石が可動部を上下方向に貫通するように設置する方法では、シリコン構造体と、その可動部（例えば第２可動部７１１）に設置する貫通磁石（例えば貫通磁石７１３ａ）とを冶具に設置した状態で、貫通磁石の側面と可動部との間に接着剤を流し込む。この場合、流し込む接着剤が冶具の表面にまで到達して付着し、冶具とシリコン構造体や磁石が接着されてしまう場合があった。これに対して、実施例１に係る光学装置では、接着剤を用いないで磁石を可動部に固定するため、量産時に、接着剤が冶具等に付着して歩留まりが低下することがない。
【００４３】
（変形例）
実施例１では、可動部が２軸駆動型である光学装置を例示して説明したが、可動部が１軸駆動型の光学装置であってもよい。１軸駆動型の光学装置においても、可動部に設置する磁石を実施例１と同様の上部磁石と下部磁石することによって、同様の作用効果を得ることができる。また、上部磁石と下部磁石が同一部材でなくともよい。可動部を介して上部磁石と下部磁石とが対向していることによって、可動部に設置する磁石の可動部の上面側に突出する部分と下面側に突出する部分との割合がより均衡のとれたものとなり、可動部の重心が揺動中心からずれることが抑制される。
【００４４】
また、実施例１では、上部磁石と下部磁石は、接着剤を用いることなく可動部に固定されているが、上部磁石と可動部との接触面ならびに下部磁石と可動部との接触面には、接着剤が塗布されていてもよい。接着剤を用いる場合であっても、上部磁石および下部磁石を可動部に固定させるために必要となる接着剤が少なくなるため、接着剤の重量によって可動部の重心が揺動中心からずれることが抑制される。
【００４５】
例えば、図８に示すように、接着剤を用いる場合であっても、上部磁石と下部磁石を可動部に固定するために必要な接着剤の量を少なくすることができる。必要な接着剤の量が少なくなるため、接着剤の量がばらつくことによって可動部の重心がその揺動中心からずれることを抑制できる。図８では、第２可動部３１１には貫通孔が設けられていないため、例えば、第２可動部３１１の上面に塗布した接着剤が第２可動部３１１の裏面に流れて、接着剤８０１ａと接着剤８０１ｂの重量が設計値よりずれるようなことがない。
【００４６】
また、可動部の上部磁石および下部磁石を設置する領域は、平坦でなくともよい。図９は、第２可動部３１１の表面の領域に、第２上部磁石３１３ａを設置するための窪み３３４が形成されている状態を示している。このように、可動部に磁石を設置するための窪みを設ければ、可動部の平面方向に磁石がずれることを抑制することが可能となる。
【００４７】
図１０は、第２可動部３１１の表面の第２上部磁石３１３ａを設置する領域３３３の一部に、孔部３３５が形成されている状態を示している。図１０では、図６に示す第２可動部３１１の裏面側の領域３３４については図示を省略しているが、孔部３３５は第２可動部３１１を貫通しており、第２可動部３１１の表面および裏面上に占める孔部３３５の面積は、領域３３３および領域３３４の面積より小さい。このように、上部磁石と下部磁石の間には可動部が存在しない孔部があってもよい。また、接着剤を用いる場合には、この孔部を介して接着剤を塗布してもよい。第２可動部３１１の表面および裏面上に占める孔部３３５の面積は、領域３３３および領域３３４の面積より小さいため、例えば図１４に示す工程において接着剤を用いた場合であっても、接着剤は第２下部磁石３１４ａの上面側に止まり、側面側に流れ出して冶具９００と第２下部磁石３１４ａや第２可動部３１１とが接着されてしまうことがない。
【００４８】
また、上部磁石、下部磁石の形状は、上記の実施例において説明した形状に限定されない。例えば、図１１および図１２に示すように、上部磁石、下部磁石の一部が突起部を有していてもよい。尚、図１１では、図６に示す第２可動部３１１の裏面側の領域３３４については図示を省略している。図１１および図１２は、第２可動部３１１上の第２上部磁石３１３ａを設置する領域３３３の一部に、孔部３３６が形成されており、突起部３３７を備えた第２上部磁石３１３ａと突起部３３８を備えた第２下部磁石３３８が、孔部３３６に突起部３３７および突起部３３８を挿入するように第２可動部３１１に設置されている状態を示している。このように、上部磁石、下部磁石の一部が突起部を有しており、可動部に設けられた窪みや孔部に挿入できるようにすれば、可動部の平面方向に磁石がずれることをより抑制することが可能となる。
【００４９】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００５０】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 光学装置
２０ 第１電磁石
３０ ミラー部
４０ 第２電磁石
２０１ 鉄心
２０１ａ，２０１ｂ 磁極部
２０３ａ，２０３ｂ 第１コイル
３０１ 基板
３０３ａ，３０３ｂ 第１可撓梁
３０５ 第１可動部
３０７ａ，３０７ｂ 第１上部磁石
３０８ａ，３０８ｂ 第１下部磁石
３０９ａ，３０９ｂ 第２可撓梁
３１１ 第２可動部
３１３ａ，３１３ｂ 第２上部磁石
３１４ａ，３１４ｂ 第２下部磁石
３１５ ミラー
４０１ 鉄心
４０１ａ，４０１ｂ 磁極
４０３ａ，４０３ｂ 第２コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁力によってミラーを揺動させることによって光ビームの反射方向を変化させる（以下では「偏向させる」という）光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームを偏向させる光学装置を、ＭＥＭＳ技術を利用して製造する技術が開発されている。この種の光学装置は、基板と可撓梁と可動部を備えており、可動部は可撓梁によって基板に対して揺動可能に支持されている。可動部の上面にミラーが設置されている。可動部を基板に対して揺動させることによって、ミラーを所定の角度に傾けることができる。
【０００３】
電磁力を利用する光学装置では、磁石と電磁石のうちの一方を可動部に設置し、他方を基板上に設置する。非特許文献１には、可動部の下面に磁石を貼り付け、可動部の下方に位置する基板上に電磁石を設置する光学装置が開示されている。磁石のＳ極が可動部の下面に接着剤を用いて貼り付けられており、磁石のＮ極が電磁石に向けて延びている。
【０００４】
電磁石に駆動電流を通電すると、磁石と電磁石の間に電磁力が作用する。通電方向を切り替えることによって、可動部の一部を基板に接近させる状態と、可動部の一部を基板から遠ざける状態を切り替えることができる。磁石と電磁石の間に作用する電磁力によって可動部を揺動させることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Takayuki Iseki et al., OPTICAL REVIEW, Vol.13, No.4(2006), 189-194
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
磁石の比重は可動部の比重よりも大きい。例えば、磁石の一例であるネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）の比重は、可動部として用いられる材料の一例であるシリコンの比重の約３倍である。このため、磁石を可動部の片側（非特許文献１の場合には可動部の下側）に貼り付けると、磁石を含む可動部全体の重心が磁石側にずれ、可動部の重心が可動部の揺動中心から離れる。可動部の重心が揺動中心から離れると、可動部の揺動特性が変化し、場合によっては可動部を傾けた時に可動部が振動する。
【０００７】
本願は、可動部に磁石を設置したときに、可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることを抑制できる技術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】
【０００８】
本願に係る光学装置は、基板と、可撓梁と、可撓梁によって基板に対して揺動可能に支持されている可動部と、可動部の上面に固定されているミラーと、可動部の上面に設置されている上部磁石と、可動部の下面に設置されている下部磁石と、上部磁石および下部磁石に可動部を可撓梁の周りに回転させるトルクを発生させる磁束を発生する電磁石とを備えている。上部磁石は、第１磁極（Ｎ極又はＳ極の一方）が可動部を向く姿勢で設置されており、下部磁石は、第２磁極（第１磁極と反対の磁極）が可動部を向く姿勢で設置されている。下部磁石は、可動部を介して上部磁石と対向する位置に設置されている。
【０００９】
上記の光学装置では、磁石が上部磁石と下部磁石との２つの部材に分かれている。上部磁石は可動部の上面に設置され、下部磁石は可動部の下面に設置されるため、可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることが抑制される。また、上部磁石の第１磁極と下部磁石の第２磁極が可動部を介して対向している。このため、上部磁石の第１磁極と下部磁石の第２磁極との間に作用する磁力によって可動部が挟み込まれ、上部磁石および下部磁石が可動部に固定される。
【００１０】
上記の光学装置では、上部磁石と下部磁石が同一の部材であることが好ましい。同一部材が可動部の上下面にそれぞれ設置されるため、可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることがなくなる。
【００１１】
上記の光学装置では、上部磁石と下部磁石が磁力のみによって可動部に固定されていてもよい。接着剤を用いないため、接着剤の重量によって可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることがない。その一方において、上部磁石と可動部との接触面ならびに下部磁石と可動部との接触面に接着剤が塗布されていてもよい。接着剤を用いる場合であっても、上部磁石と下部磁石を可動部に固定するために必要となる接着剤が少なくなるために、接着剤の重量によって可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることが抑制される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、可動部に磁石を設置することによって可動部の重心が可動部の揺動中心からずれることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の光学装置の斜視図である。
【図２】図１の光学装置のミラー部の上面を示す図である。
【図３】図２のミラー部の下面を示す図である。
【図４】図２および図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図２および図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】実施例１の光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図７】実施例１の光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図８】変形例に係る光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図９】変形例に係る光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図１０】変形例に係る光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図１１】変形例に係る光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図１２】変形例に係る光学装置の可動部と、これに設置される磁石を示す図である。
【図１３】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１４】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１５】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１６】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１７】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１８】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１９】可動部と、可動部を貫通する貫通磁石とを示す図である。
【図２０】図１９のＸＸ−ＸＸ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る好ましい実施形態は、例えば、下記に列挙する特徴を備えた実施例によって具現化される。
（特徴１）可動部を介して対向する上部磁石と下部磁石とは、同一部材であり、同一材料を用いて同一形状、同一重量に設計されている。
【実施例１】
【００１５】
（光学装置）
図１は、実施例１の光学装置１０の斜視図である。光学装置１０は、第１電磁石２０と、第２電磁石４０と、ミラー部３０とを備えている。
【００１６】
第１電磁石２０は、Ｃ字形状の鉄心２０１と、鉄心２０１に巻き付けられている第１コイル２０３ａ，２０３ｂを備えている。鉄心２０１は、ミラー部３０を挟んでｘ軸方向（第２方向）に対向する磁極部２０１ａと磁極部２０１ｂとを備えており、磁極部２０１ａと磁極部２０１ｂとの間に、ミラー部３０が設置されている。第２電磁石４０は、Ｃ字形状の鉄心４０１と、鉄心４０１に巻き付けられている第２コイル４０３ａ，４０３ｂを備えている。鉄心４０１は、ミラー部３０を挟んでｙ軸方向（第１方向）に対向する磁極部４０１ａと磁極部４０１ｂとを備えており、磁極部４０１ａと磁極部４０１ｂとの間に、ミラー部３０が設置されている。
【００１７】
第１電磁石２０の第１コイル２０３ａ，２０３ｂに電流を流すと、磁極部２０１ａと磁極部２０１ｂとの間にｘ軸方向の磁界が発生する。第２電磁石４０の第２コイル４０３ａ，４０３ｂに電流を流すと、磁極部４０１ａと磁極部４０１ｂとの間にｙ軸方向の磁界が発生する。
【００１８】
図２は、図１に示すミラー部３０の平面図であり、図３は、図２に示すミラー部３０を下面側から見た図である。図２および図３に示すように、ミラー部３０は、基板３０１と、基板３０１から伸びている１対の第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂと、１対の第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂによって支持されている第１可動部３０５と、第１可動部３０５から伸びている１対の第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂと、１対の第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂによって支持されている第２可動部３１１と、第２可動部３１１の上面に固定されているミラー３１５とを備えている。第１可動部３０５の上面には、第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂが固定されており、下面には、第１下部磁石３０８ａ，３０８ｂが固定されている。第２可動部３１１の上面には、第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂが固定されており、下面には、第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂが固定されている。第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂ、第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂ、第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂ、第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂは、ネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）等を材料とする永久磁石で構成されている。ネオジム磁石に代えて、サマリウムコバルト磁石（ＳｍＣｏ５（１−５系）、Ｓｍ２Ｃｏ１７（２−１７系）等）や、フェライト磁石を用いることもできる。
【００１９】
図４は、図２および図３のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、図５は、図２および図３のＶ−Ｖ線断面図である。図６は、第２可動部３１１、第２上部磁石３１３ａ、第２下部磁石３１４ａの位置関係を示す図であり、図７は、第１可動部３０５、第１上部磁石３０７ｂ、第１下部磁石３０８ｂの位置関係を示す図である。
【００２０】
図２〜図７に示すように、第１上部磁石３０７ｂは、第１可動部３０５の表面の領域３７３に設置され、第１下部磁石３０８ｂは、第１可動部３０５の裏面の領域３８３に設置される。第２上部磁石３１３ａは、第２可動部３１１の表面の領域３３３に設置され、第２下部磁石３１４ａは、第２可動部３１１の裏面の領域３３４に設置される。領域３７３と領域３８３、領域３３３と領域３３４は、ミラー部３０を平面視した場合に同じ位置である。すなわち、第１上部磁石３０７ｂと第１下部磁石３０８ｂとは第１可動部３０５を介して対向する位置に設置されており、第２上部磁石３１３ａと第２下部磁石３１４ａとは第２可動部３１１を介して対向する位置に設置されている。同様に、図２および図３において、第１上部磁石３０７ａと第１下部磁石３０８ａ、第２上部磁石３１３ｂと第２下部磁石３１４のいずれも、第２可動部３１１の上面側と下面側であって、ミラー部３０を平面視した場合に同じ位置に設置されている。すなわち、第１上部磁石３０７ａと第１下部磁石３０８ａとは第１可動部３０５を介して対向する位置に設置されており、第２上部磁石３１３ｂと第２下部磁石３１４ｂとは第２可動部３１１を介して対向する位置に設置されている。
【００２１】
図６において、第２上部磁石３１３ａは、第２可動部３１１側の面３３２がＳ極であり、その対面である面３３１がＮ極である。第２下部磁石３１４ａは、第２可動部３１１側の面３４２がＮ極であり、その対面である面３４１がＳ極である。Ｓ極である第２上部磁石３１３ａの面３３２と、Ｎ極である第２下部磁石３１４ａの面３４２が、第２可動部３１１を介して対向しており、この間に磁力が作用する。磁力によって第２上部磁石３１３ａと第２下部磁石３１４ａとの間に第２可動部３１１が挟み込まれ、第２上部磁石３１３ａと第２下部磁石３１４ａが第２可動部３１１に固定される。図６には図示しないが、図２等に示す第２上部磁石３１３ｂの第２可動部３１１側の面はＳ極であり、第２下部磁石３１４ｂの第２可動部３１１側の面はＮ極であり、第２可動部３１１を介して対向している。このため、同様に、磁力によって第２上部磁石３１３ｂと第２下部磁石３１４ｂも第２可動部３１１に固定される。
【００２２】
図７において、第１上部磁石３０７ｂは、第１可動部３０５側の面３７２がＳ極であり、その対面である面３７１がＮ極である。第２下部磁石３０８ｂは、第１可動部３０５側の面３８２がＮ極であり、その対面である面３８１がＳ極である。このため、同様に、磁力によって第１上部磁石３０７ｂと第１下部磁石３０８ｂは第１可動部３０５に固定される。図７には図示しないが、同様に、図２等に示す第１上部磁石３０７ａの第１可動部３０５側の面はＳ極であって、第１下部磁石３０８ａの第１可動部３０５側の面はＮ極であり、第１可動部３０５を介して対向している。このため、同様に、磁力によって第１上部磁石３０７ａと第１下部磁石３０８ａも第１可動部３０５に固定される。
【００２３】
図１〜図３に示すように、ミラー部３０は、基板３０１と第１可撓梁３０３ａの接続点と、基板３０１と第１可撓梁３０３ｂの接続点を結ぶ線がｙ軸方向と一致し、第１可動部３０５と第２可撓梁３０９ａの接続点と，第１可動部３０５と第２可撓梁３０９ｂの接続点を結ぶ線がｘ軸方向と一致するように、設置されている。ｘｙ平面に直交する方向はｚ軸方向と一致しており、第２可動部３１１のｚ軸が正となる上面側にミラー３１５が設置されている。とすると、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂは、基板３０１からｙ軸方向に伸びているとともに、第１可動部３０５に連接している。第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂは、第１可動部３０５からｘ軸方向に伸びているとともに、第２可動部３１１に連接している。第１方向であるｙ軸と、第２方向であるｘ軸は、基板に平行な面内で直交している。
【００２４】
第１可動部３０５は、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂによって、基板３０１に対してｙ軸を中心に揺動可能に支持されており、第２可動部３１１は、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂによって、第１可動部３０５に対してｘ軸を中心に揺動可能に支持されている。これによって、第２可動部３１１は、基板３００に対して、ｙ軸（第１軸）とｘ軸（第２軸）の周りに独立に揺動することが可能となっている。
【００２５】
図１に示す第１電磁石２０の第１コイル２０３ａ，２０３ｂに電流を流すと、磁極部２０１ａと磁極部２０１ｂとの間にｘ軸方向の磁界が発生し、この間に設置されているミラー部３０の第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂおよび第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂに対して、電磁力が作用する。これによって、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂが捩れ、第１可動部３０５と、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂと、第２可動部３１１と、ミラー３１５とが一体となってｙ軸の周りに揺動する。
【００２６】
例えば、磁極部２０１ａがＮ極、磁極部２０１ｂがＳ極となるように第１コイル２０３ａ，２０３ｂに電流を流すと、第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂおよび第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂのＮ極は、磁極部２０１ａから斥力を受け、磁極部２０１ｂから引力を受ける。第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂおよび第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂのＳ極は、磁極部２０１ａから引力を受け、磁極部２０１ｂから斥力を受ける。その結果、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂが捩れ、第１可動部３０５と、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂと、第２可動部３１１と、ミラー３１５は、磁極部２０１ａ側が基板３０１の上方に傾き、磁極部２０１ｂ側が基板３０１の下方に傾く。逆に、磁極部２０１ａがＳ極、磁極部２０１ｂがＮ極となるように第１コイル２０３ａ，２０３ｂに電流を流すと、第１可動部３０５と、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂと、第２可動部３１１と、ミラー３１５は、磁極部２０１ａ側が基板３０１の下方に傾き、磁極部２０１ｂ側が基板３０１の上方に傾く。
尚、磁極部２０１ａと磁極部２０１ｂの間に発生するｘ軸方向の磁界は、第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂにも、第２可動部３１１をｙ軸の周りに回転させるトルクを発生させる。第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂはｘ軸の周りには容易に捩れる一方で、ｙ軸周りに回転させるトルクに対しては変形しにくく設計されている。このため、第２可動部３１１に生じるトルクによって第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂが変形して第２可動部３１１が第１可動部３０５に対して傾くことがなく、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂが捩れる。第１可動部３０５に生じるトルクと、第２可動部３１１に生じるトルクは同じ方向であるため、第１可動部３０５と第２可動部３１１の全体が一体となって、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂの周りに揺動する。
【００２７】
図１に示す第２電磁石４０の第２コイル４０３ａ，４０３ｂに電流を流すと、磁極部４０１ａと磁極部４０１ｂとの間にｙ軸方向の磁界が発生し、この間に設置されているミラー部３０の第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂに対して、電磁力が作用する。これによって、第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂが捩れ、第２可動部３１１と、ミラー３１５とが一体となってｘ軸の周りに揺動する。
【００２８】
例えば、第２電磁石４０の磁極部４０１ａがＮ極、磁極部４０１ｂがＳ極となるように第２コイル４０３ａ，４０３ｂに電流を流すと、第２磁石３１３ａ，３１３ｂ，３１４ａ，３１４ｂのＮ極は、磁極部４０１ａから斥力を受け、磁極部４０１ｂから引力を受ける。その結果、第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂが捩れ、第２可動部３１１と、ミラー３１５は、磁極部４０１ａの側が基板３０１の上方に傾き、磁極部４０１ｂの側が基板３０１の下方に傾く。逆に、磁極部４０１ａがＳ極、磁極部４０１ｂがＮ極となるように第２コイル４０３ａ，４０３ｂに電流を流すと、第２可動部３１１と、ミラー３１５とは、磁極部４０１ａの側が基板３０１の下方に傾き、磁極部４０１ｂの側が基板３０１の上方に傾く。
尚、磁極部４０１ａと磁極部４０１ｂの間に発生するｙ軸方向の磁界は、第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂおよび第２下部磁石３０８ａ，３０８ｂにも、第１可動部３０５をｘ軸の周りに回転させるトルクを発生させる。第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂはｙ軸の周りには容易に捩れる一方で、ｘ軸周りに回転させるトルクに対しては変形しにくく設計されている。このため、第１可動部３０５に生じるトルクによって、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂが変形して第１可動部３０５が基板３０１に対して傾くことがない。
【００２９】
実施例１では、第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂと第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂとは、同一の部材であって、同一材料を用いて同一形状に設計されており、重量も同一である。同一部材である第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂが第１可動部３０５の上面側に、第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂが第１可動部３０５の下面側に設置されている。このため、第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂと第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂが設置されることによって、第１可動部３０５の重心が揺動中心（ｙ軸）から上下方向にずれることがない。また、第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂと第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂとを同じ部材として設計すれば、製造コストを低減できる。
【００３０】
同様に、第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂと第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂとは、同一の部材であって、同一材料を用いて同一形状に設計されており、重量も同一である。このため、第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂと第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂが設置されることによって、第２可動部３１１の重心が揺動中心（ｘ軸）から上下方向にずれることがない。また、第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂと第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂとを同じ部材として設計することによって、製造コストを低減できる。
【００３１】
可動部の重心が揺動中心から上下方向にずれることを抑制する方法としては、図１９および図２０に示すように、１つの磁石が可動部を上下方向に貫通するように設置する方法も考えられる。図１９は、第２可動部７１１と第２可撓梁７０９ａとの接続部の近傍に設置された磁石７１３ａを示しており、図２０は、図１９のＸＸ−ＸＸ線断面図である。図１９および図２０に示すように、貫通磁石７１３ａが第２可動部７１１を貫通する場合には、貫通磁石７１３ａの側面と第２可動部７１１との間に接着剤８７０が充填される。貫通磁石７１３ａは、接着剤８７０の接着力のみによって第２可動部７１１に固定される。
【００３２】
製造工程において、貫通磁石７１３ａうち、第２可動部７１１の上部に突出する部分と、第２可動部７１１の下部に突出する部分との割合にずれが生じた場合や、接着剤８７０の量が第２可動部７１１の上下方向に分布している場合には、可動部の重心が揺動中心から上下方向にずれる要因となる。接着剤の塗布量を制御しても、例えば図１９や図２０に示すように、第２可動部７１１の上面側に接着剤が偏在したり、逆に接着剤が下面側に流れたりするため、接着剤の８７０のが第２可動部７１１の上下方向に分布し易い。
【００３３】
これに対して、実施例１では、磁力のみを利用して、第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂ、第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂ、第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂ、第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂを第１可動部３０５、第２可動部３１１にそれぞれ固定している。上部磁石と下部磁石の形状と大きさを調整すれば、磁石の重量の偏りによって可動部の重心が揺動中心から上下方向にずれることがない。また、可動部に磁石を固定するための接着剤を用いていないため、接着剤の量が変わることによって、第１可動部３０５、第２可動部３１１の重心がそれぞれの揺動中心から上下方向にずれることがない。
【００３４】
上記のとおり、実施例１に係る光学装置では、磁石が上部磁石と下部磁石との２つの部材に分かれている。上部磁石は可動部の上面に設置され、下部磁石は可動部の下面に設置されるため、重心が可動部の揺動中心からずれることが抑制される。また、上部磁石の第１磁極と下部磁石の第２磁極が可動部を介して対向している。このため、上部磁石の第１磁極と下部磁石の第２磁極との間に作用する磁力によって可動部が挟み込まれ、上部磁石および下部磁石が可動部に固定される。
【００３５】
上部磁石および下部磁石と可動部とは、磁力のみによって固定されており、接着剤を用いていない。このため、接着剤の重量によって可動部の重心が揺動中心から上下方向にずれることがない。また、従来技術では、量産時に付加する接着剤の重量により可動部の慣性モーメントが変化してしまうため、デバイスごとに共振周波数がばらつくなどの悪影響があった。実施例１では、接着剤を使用しないため、デバイスごとに共振周波数がばらつくことを抑制することもできる。
【００３６】
（光学装置の製造方法）
次に、実施例１に係る光学装置の製造方法を説明する。図１に示す光学装置は、シリコン基板等を材料としてミラー部を製造し、製造したミラー部を第１電磁石２０と第２電磁石４０に対して配置することによって製造することができる。ミラー部の製造方法においては、まず、ＭＥＭＳ技術を用いてシリコン基板等に可動部等の構造を形成し、磁石が設置されていない状態のミラー部であるシリコン構造体を形成する。次に、このシリコン構造体に、上部磁石および下部磁石を設置する。これによって、図２等に示すようなミラー部３０を製造することができる。シリコン構造体を製造する方法は、通常のＭＥＭＳ技術を用いたミラーデバイスを製造する方法によって製造することができる。以下、シリコン構造体に上部磁石および下部磁石を設置する方法について、図１３〜図１８を用いて説明する。
【００３７】
まず、図１３に示すように、冶具９００を準備する。実施例１では冶具９００はガラスを材料としている。冶具９００には、下部磁石を差し込むための孔部と、冶具９００上にシリコン構造体を載置する際に用いるアライメントガイドを差し込むための孔部が形成されており、図１３では、Ｎ極が上側となるように第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂを冶具９００に載置した状態を示している。尚、図示していないが、第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂも図１３に示す工程において同様に冶具９００上に載置される。
【００３８】
次に、図１４に示すように、冶具９００にアライメントガイド９０２を差し込み、このアライメントガイド９０２を利用して、冶具９００上にシリコン構造体を載置する。図１４には左右方向に１対のアライメントガイド９０２が示されているが、図１４の紙面に垂直な方向にも少なくとも１対のアライメントガイド９０２を設置する。アライメントガイド９０２に基板３０１の外縁が添うように、シリコン構造体を冶具９００上に載置すると、磁石と可動部との位置調整を行うことができる。例えば、図１４に示すように、冶具９００に載置された第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂの上面側に第２可動部３１１が位置するようにシリコン構造体を載置する位置を調整することができる。アライメントガイド９０２としては、例えば、シリコンウェハを用いることができる。
【００３９】
図１４の状態で、冶具９００とシリコン構造体とをレジストを用いて仮止めした後、アライメントガイド９２０を取り外すと、図１５に示す状態となる。図１５は、レジスト９２０によって、冶具９００上にシリコン構造体が仮止めされた状態を示している。
【００４０】
図１５に示す状態の冶具９００を、図１６に示すように磁石９３０の上部に載置する。磁石９３０は、ネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）等を材料とする永久磁石である。磁石９３０は、上面がＮ極、下面がＳ極となっており、磁石９３０のＮ極上に冶具９００が載置される。冶具９００上には、上面がＮ極、下面がＳ極となるように下部磁石（図１６では例示的に第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂを示している）が載置されているから、下部磁石は磁石９３０に引付けられた状態となっている。この状態で、可動部の上面に上部磁石を設置すると、図１６に示す状態となる。図１６では、例示的に、シリコン構造体を平面視した場合に、第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂと同じ位置となるように第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂを設置した状態を示している。磁石９３０の上部に冶具９００を載置した状態で上部磁石を可動部上に設置するため、上部磁石を設置する際に、上部磁石と下部磁石との間に作用する磁力によって、シリコン構造体と冶具９００との仮止めが外れることを防ぐことができる。
【００４１】
次に、図１７に示すように、レジスト９２０を除去する。その後、冶具９００を磁石９３０上から移動させて、磁石９３０の磁力を受けない状態で、シリコン構造体を冶具９００から取り外すと、図１８に示すように、シリコン構造体に上部磁石および下部磁石が設置された、ミラー部を得ることができる。図１８に例示的に示すように、第２上部磁石３１３ａと第２下部磁石３１４ａ、第２上部磁石３１３ｂと第２下部磁石３１４ｂが、互いに作用する磁力によって、第２可動部３１１を挟み込んで固着された状態のミラー部を得ることができる。
【００４２】
上記のとおり、実施例１に係る光学装置では、冶具等を用いて容易に可動部に上部磁石および下部磁石を設置することができる。図１９および図２０に示すように、１つの磁石が可動部を上下方向に貫通するように設置する方法では、シリコン構造体と、その可動部（例えば第２可動部７１１）に設置する貫通磁石（例えば貫通磁石７１３ａ）とを冶具に設置した状態で、貫通磁石の側面と可動部との間に接着剤を流し込む。この場合、流し込む接着剤が冶具の表面にまで到達して付着し、冶具とシリコン構造体や磁石が接着されてしまう場合があった。これに対して、実施例１に係る光学装置では、接着剤を用いないで磁石を可動部に固定するため、量産時に、接着剤が冶具等に付着して歩留まりが低下することがない。
【００４３】
（変形例）
実施例１では、可動部が２軸駆動型である光学装置を例示して説明したが、可動部が１軸駆動型の光学装置であってもよい。１軸駆動型の光学装置においても、可動部に設置する磁石を実施例１と同様の上部磁石と下部磁石することによって、同様の作用効果を得ることができる。また、上部磁石と下部磁石が同一部材でなくともよい。可動部を介して上部磁石と下部磁石とが対向していることによって、可動部に設置する磁石の可動部の上面側に突出する部分と下面側に突出する部分との割合がより均衡のとれたものとなり、可動部の重心が揺動中心からずれることが抑制される。
【００４４】
また、実施例１では、上部磁石と下部磁石は、接着剤を用いることなく可動部に固定されているが、上部磁石と可動部との接触面ならびに下部磁石と可動部との接触面には、接着剤が塗布されていてもよい。接着剤を用いる場合であっても、上部磁石および下部磁石を可動部に固定させるために必要となる接着剤が少なくなるため、接着剤の重量によって可動部の重心が揺動中心からずれることが抑制される。
【００４５】
例えば、図８に示すように、接着剤を用いる場合であっても、上部磁石と下部磁石を可動部に固定するために必要な接着剤の量を少なくすることができる。必要な接着剤の量が少なくなるため、接着剤の量がばらつくことによって可動部の重心がその揺動中心からずれることを抑制できる。図８では、第２可動部３１１には貫通孔が設けられていないため、例えば、第２可動部３１１の上面に塗布した接着剤が第２可動部３１１の裏面に流れて、接着剤８０１ａと接着剤８０１ｂの重量が設計値よりずれるようなことがない。
【００４６】
また、可動部の上部磁石および下部磁石を設置する領域は、平坦でなくともよい。図９は、第２可動部３１１の表面の領域に、第２上部磁石３１３ａを設置するための窪み３３４が形成されている状態を示している。このように、可動部に磁石を設置するための窪みを設ければ、可動部の平面方向に磁石がずれることを抑制することが可能となる。
【００４７】
図１０は、第２可動部３１１の表面の第２上部磁石３１３ａを設置する領域３３３の一部に、孔部３３５が形成されている状態を示している。図１０では、図６に示す第２可動部３１１の裏面側の領域３３４については図示を省略しているが、孔部３３５は第２可動部３１１を貫通しており、第２可動部３１１の表面および裏面上に占める孔部３３５の面積は、領域３３３および領域３３４の面積より小さい。このように、上部磁石と下部磁石の間には可動部が存在しない孔部があってもよい。また、接着剤を用いる場合には、この孔部を介して接着剤を塗布してもよい。第２可動部３１１の表面および裏面上に占める孔部３３５の面積は、領域３３３および領域３３４の面積より小さいため、例えば図１４に示す工程において接着剤を用いた場合であっても、接着剤は第２下部磁石３１４ａの上面側に止まり、側面側に流れ出して冶具９００と第２下部磁石３１４ａや第２可動部３１１とが接着されてしまうことがない。
【００４８】
また、上部磁石、下部磁石の形状は、上記の実施例において説明した形状に限定されない。例えば、図１１および図１２に示すように、上部磁石、下部磁石の一部が突起部を有していてもよい。尚、図１１では、図６に示す第２可動部３１１の裏面側の領域３３４については図示を省略している。図１１および図１２は、第２可動部３１１上の第２上部磁石３１３ａを設置する領域３３３の一部に、孔部３３６が形成されており、突起部３３７を備えた第２上部磁石３１３ａと突起部３３８を備えた第２下部磁石３３８が、孔部３３６に突起部３３７および突起部３３８を挿入するように第２可動部３１１に設置されている状態を示している。このように、上部磁石、下部磁石の一部が突起部を有しており、可動部に設けられた窪みや孔部に挿入できるようにすれば、可動部の平面方向に磁石がずれることをより抑制することが可能となる。
【００４９】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００５０】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 光学装置
２０ 第１電磁石
３０ ミラー部
４０ 第２電磁石
２０１ 鉄心
２０１ａ，２０１ｂ 磁極部
２０３ａ，２０３ｂ 第１コイル
３０１ 基板
３０３ａ，３０３ｂ 第１可撓梁
３０５ 第１可動部
３０７ａ，３０７ｂ 第１上部磁石
３０８ａ，３０８ｂ 第１下部磁石
３０９ａ，３０９ｂ 第２可撓梁
３１１ 第２可動部
３１３ａ，３１３ｂ 第２上部磁石
３１４ａ，３１４ｂ 第２下部磁石
３１５ ミラー
４０１ 鉄心
４０１ａ，４０１ｂ 磁極
４０３ａ，４０３ｂ 第２コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
可撓梁と、
前記可撓梁によって前記基板に対して揺動可能に支持されている可動部と、
前記可動部の上面に固定されているミラーと、
第１磁極が前記可動部を向く姿勢で前記可動部の上面に設置されている上部磁石と、
第２磁極が前記可動部を向く姿勢で前記可動部を介して前記上部磁石と対向する位置の前記可動部の下面に設置されている下部磁石と、
前記上部磁石および前記下部磁石に前記可動部を前記可撓梁の周りに回転させるトルクを発生させる磁束を発生する電磁石とを備えている光学装置。
【請求項２】
前記上部磁石と前記下部磁石は同一の部材である、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記上部磁石と前記可動部との接触面ならびに前記下部磁石と前記可動部との接触面に接着剤が塗布されている、請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項１】
基板と、
可撓梁と、
前記可撓梁によって前記基板に対して揺動可能に支持されている可動部と、
前記可動部の上面に固定されているミラーと、
第１磁極が前記可動部を向く姿勢で前記可動部の上面に設置されている上部磁石と、
第２磁極が前記可動部を向く姿勢で前記可動部を介して前記上部磁石と対向する位置の前記可動部の下面に設置されている下部磁石と、
前記上部磁石および前記下部磁石に前記可動部を前記可撓梁の周りに回転させるトルクを発生させる磁束を発生する電磁石とを備えている光学装置。
【請求項２】
前記上部磁石と前記下部磁石は同一の部材である、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記上部磁石と前記可動部との接触面ならびに前記下部磁石と前記可動部との接触面に接着剤が塗布されている、請求項１又は２に記載の光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−１２８２０３（Ｐ２０１１−１２８２０３Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８３８８４（Ｐ２００９−２８３８８４）
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]