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、可動部の磁石を設置するためのスペースを小さくする。
【解決手段】 可動部の上面に上部磁石が設置されており、下面に下部磁石が設置されている。上部磁石は、可動部から突出して可撓梁の上方または側方に可撓梁と離間して延在している上部延在部を有しており、下部磁石は、可動部から突出して可撓梁の下方または側方に可撓梁と離間して延在している下部延在部を有している。可動部が設置されていない領域（可撓梁の上方、下方、側方）に磁石（上部磁石、下部磁石）が突出しているので、磁石の平面方向の面積に対して、可動部の磁石を設置する部分の面積を小さくすることができる。
【解決手段】 可動部の上面に上部磁石が設置されており、下面に下部磁石が設置されている。上部磁石は、可動部から突出して可撓梁の上方または側方に可撓梁と離間して延在している上部延在部を有しており、下部磁石は、可動部から突出して可撓梁の下方または側方に可撓梁と離間して延在している下部延在部を有している。可動部が設置されていない領域（可撓梁の上方、下方、側方）に磁石（上部磁石、下部磁石）が突出しているので、磁石の平面方向の面積に対して、可動部の磁石を設置する部分の面積を小さくすることができる。
【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。例えば、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。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。この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】
【０００４】
【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】
【０００５】
電磁力を利用する光学装置において、可動部に磁石を設置する場合には、磁石を設置するためのスペースを可動部に確保する必要がある。本願は、可動部に磁石を設置する光学装置において、可動部の磁石を設置するためのスペースを小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光学装置は、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。上部磁石は、可動部から突出して可撓梁の上方または側方に可撓梁と離間して延在している上部延在部を有している。下部磁石は、可動部から突出して可撓梁の下方または側方に可撓梁と離間して延在している下部延在部を有している。
【０００７】
可撓梁によって可動部が基板に対して揺動する光学装置では、可撓梁の上方、下方、側方に可動部が設置されていないスペースが存在する。上記の光学装置では、上部磁石は、可動部から突出して可撓梁の上方または側方に可撓梁と離間して延在している上部延在部を有している。また、下部磁石は、可動部から突出して可撓梁の下方または側方に可撓梁と離間して延在している下部延在部を有している。可動部が設置されていない領域（可撓梁の上方、下方、側方）に磁石（上部磁石、下部磁石）が突出しているので、磁石の平面方向の面積に対して、可動部の磁石を設置する部分の面積を小さくすることができる。可動部の磁石を設置するためのスペースを小さくすることができ、光学装置全体を小型化することが可能となる。
【０００８】
上記の光学装置では、上部延在部と下部延在部との少なくとも一方が、可撓梁に接離可能な位置に延在していることが好ましい。可撓梁が所定の大きさで湾曲した場合に可撓梁と接触して、可撓梁が大きく湾曲し過ぎることを抑制できる。
【０００９】
可撓梁に接離可能な位置に延在している上部延在部または下部延在部は、その少なくとも一部が、可撓梁の長手方向に沿って可撓梁の長手方向の中点よりもミラーから遠い位置に存在していてもよい。可撓梁の湾曲が小さい状態で、可撓梁と上部延在部または下部延在部とを接触させることができる。
【００１０】
上部磁石および下部磁石の着磁方向は、可動部に対して垂直な方向であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、可動部に磁石を設置する光学装置において、可動部の磁石を設置するためのスペースを小さくすることを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】図２において、可動部に設置された磁石を取り外した状態を示す図である。
【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】図２および図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図８において、第２可撓梁が下方に湾曲した状態を示す図である。
【図１０】図８において、第２可撓梁が上方に湾曲した状態を示す図である。
【図１１】Ｃ字形状の電磁石の磁束密度について説明する図である。
【図１２】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【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】変形例の光学装置の断面図である。
【図１６】変形例の光学装置の断面図である。
【図１７】変形例の光学装置の断面図である。
【図１８】変形例の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１９】変形例の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図２０】変形例の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図２１】変形例の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図２２】変形例の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図２３】変形例の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図２４】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２５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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】
【００１４】
（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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、永久磁石であり、ネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）、サマリウムコバルト磁石（ＳｍＣｏ５（１−５系）、Ｓｍ２Ｃｏ１７（２−１７系）等）、フェライト磁石、もしくはこれらを樹脂等に練り込んだボンド磁石等を好適に用いることができる。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。
【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、図２において可動部に固定した磁石を取り除いた状態を示す図である。図７は、図２等に示す第１可動部３０５と、これに設置される第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６に示すように、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂは、それぞれ接続部３３１ａ，３３１ｂにおいて第１可動部３０５と接続しており、接続部３３２ａ，３３２ｂにおいて基板３０１と接続している。第１可動部３０５は、ミラー３１５側から基板３０１側に向かって第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂに沿って延びる第１磁石設置部３５１ａ，３５２ａ，３５１ｂ，３５２ｂを備えている。第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂは、それぞれ接続部３４１ａ，３４１ｂにおいて第２可動部３１１と接続しており、接続部３４２ａ，３４２ｂにおいて第１可動部３０５と接続している。第２可動部３１１は、ミラー３１５側から基板３０１側に向かって第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂに沿って延びる第２磁石設置部３６１ａ，３６２ａ，３６１ｂ，３６２ｂを備えている。
【００２１】
図５に示すように、第１磁石設置部３５１ａ，３５２ａの上面に接するように、第１上部磁石３０７ａが固定されており、第１磁石設置部３５１ａ，３５２ａの下面に接するように、第１下部磁石３０８ａが固定されている。第１磁石設置部３５１ｂ，３５２ｂの上面に接するように、第１上部磁石３０７ｂが固定されており、第１磁石設置部３５１ｂ，３５２ｂの下面に接するように、第１下部磁石３０８ｂが固定されている。第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂ、第１下部磁石３０８ａ，３０８ｂは凹形状であって、窪んだ部分が第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂ側となるように、第１可動部３０５に固定されている。第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂ、第１下部磁石３０８ａ，３０８ｂの着磁方向は、第１可動部３０５に対して垂直な方向（図２に示すｚ方向）である。
【００２２】
図４に示すように、第２磁石設置部３６１ａ，３６２ａの上面に接するように、第２上部磁石３１３ａが固定されており、第２磁石設置部３６１ａ，３６２ａの下面に接するように、第２下部磁石３１４ａが固定されている。第２磁石設置部３６１ｂ，３６２ｂの上面に接するように、第２上部磁石３１３ｂが固定されており、第２磁石設置部３６１ｂ，３６２ｂの下面に接するように、第２下部磁石３１４ｂが固定されている。第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂ、第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂは凹形状であって、窪んだ部分が第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂ側となるように、第２可動部３１１に固定されている。第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂ、第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂの着磁方向は、第２可動部３１１に対して垂直な方向（図２に示すｚ方向）である。
【００２３】
図７を用いて、より具体的に説明する。図７は、第１可動部３０５と、これに設置する第１上部磁石３０７ｂ、第１下部磁石３０８ｂとを示している。第１上部磁石３０７ｂは凹形状であって、可動部を平面視した場合に、平面方向に延在する上部延在部３７３と、上部延在部３７３から下方に延びる側方部３７１，３７２とを備えている。第１下部磁石３０８ｂは、平面方向に延在する下部延在部３８３と、下部延在部３８３から上方に延びる側方部３８１，３８２とを備えている。
【００２４】
第１上部磁石３０７ｂは、側方部３７１の下面３７１ａが第１磁石設置部３５１ｂの上面に接し、側方部３７２の下面３７２ａが第１磁石設置部３５２ｂの上面に接するように、設置される。これによって、図５および図７に示すように、第１上部磁石３０７ｂの上部延在部３７３は、第１可動部３０５から第１可撓梁３０３ｂに向かって突出しており、第１可撓梁３０３ｂと離間した状態でその上方に延在することとなる。
【００２５】
第１下部磁石３０８ｂは、側方部３８１の上面３８１ａが第１磁石設置部３５１ｂの下面に接し、側方部３８２の上面３８２ａが第１磁石設置部３５２ｂの下面に接するように、設置される。これによって、図５および図７に示すように、第１下部磁石３０８ｂの下部延在部３８３は、第１可動部３０５から第１可撓梁３０３ｂに向かって突出しており、第１可撓梁３０３ｂと離間した状態でその下方に延在することとなる。
【００２６】
図７において、第１上部磁石３０７ｂは、側方部３７１、３７２の下面３７１ａ、３７２ａ型がＳ極であり、その対面である上部延在部３７３の上面側がＮ極である。第２下部磁石３０８ｂは、側方部３８１、３８２の上面３８１ａ、３８２ａ側がＮ極であり、その対面である下部延在部３８３の下面側がＳ極である。
【００２７】
Ｓ極である第１上部磁石３０７ｂの下面３７１ａ、３７２ａと、Ｎ極である第２下部磁石３０８ｂの上面３８１ａ、３８２ａが、それぞれ第１可動部３０５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１上部磁石３０７ｂと第１下部磁石３０８ｂとの間に第１可動部３０５が挟み込まれ、第１上部磁石３０７ｂと第１下部磁石３０８ｂが第１可動部３０５に固定される。
【００２８】
第１上部磁石３０７ａおよび第１下部磁石３０８ａは、上記において説明した第１上部磁石３０７ｂおよび第１下部磁石３０８ｂと同様の態様で第１可動部３０５に設置されている。図示しないが、第１上部磁石３０７ａおよび第１下部磁石３０８ａについても、図５と同様に、第１上部磁石３０７ａの上部延在部は、第１可動部３０５から第１可撓梁３０３ａに向かって突出して、第１可撓梁３０３ａの上方に第１可撓梁３０３ａと離間した状態で延在している。第１下部磁石３０８ａの下部延在部は、第１可動部３０５から第１可撓梁３０３ａに向かって突出して、第１可撓梁３０３ａの下方に第１可撓梁３０３ａと離間した状態で延在することとなる。
【００２９】
第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂ、第１下部磁石３０８ａ，３０８ｂは、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂに接離可能な位置に延在している。第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂが湾曲して上方に所定の距離だけ変位すると、第１下部磁石３０８ａ，３０８ｂに接触する。第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂが湾曲して下方に所定の距離だけ変位すると、第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂに接触する。このため、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂが上下方向に大きく湾曲し過ぎることが抑制される。また、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂの平面方向（ｘ方向）には、第１上部磁石３０７ａ等の側方部、第１可動部３０５の磁石設置部３５１ａ等が離間した状態で延在しているため、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂが平面方向に大きく湾曲し過ぎることも抑制される。
【００３０】
同様に、第２上部磁石３１３ａおよび第２下部磁石３１４ａは、図４に示すように、凹形状であって、Ｓ極である第２上部磁石３１３ａの側方部の下面と、Ｎ極である第１下部磁石３１３ａの側方部の上面との間に作用する磁力によって第２可動部３１１を挟み込むように固定されている。これによって、図４に示すように、第２上部磁石３１３ａの上部延在部は第２可撓梁３０９ａの上方に第２可撓梁３０９ａと離間した状態で延在し、第２下部磁石３１４ａの下部延在部は第２可撓梁３０９ａの下方に第２可撓梁３０９ａと離間した状態で延在することとなる。図示しないが、第２下部磁石３１４ａと、第２上部磁石３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ｂについても、図４に示す第２上部磁石３１３ａおよび第２下部磁石３１４ａと同様の態様で第２可動部３１１に設置されている。すなわち、第２上部磁石３１３ｂの上部延在部は第２可撓梁３０９ｂの上方に第２可撓梁３０９ｂと離間した状態で延在し、第２下部磁石３１４ｂの下部延在部は第２可撓梁３０９ｂの下方に第２可撓梁３０９ｂと離間した状態で延在することとなる。
【００３１】
第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂ、第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂは、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂに接離可能な位置に延在している。第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂが湾曲して上方に所定の距離だけ変位すると、第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂに接触する。第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂが湾曲して下方に所定の距離だけ変位すると、第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂに接触する。このため、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂが上下方向に大きく湾曲し過ぎることが抑制される。また、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂの平面方向（ｘ方向）には、第２上部磁石３１３ａ等の側方部、第２可動部３１１の磁石設置部３６１ａ等が離間した状態で存在しているため、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂが平面方向に大きく湾曲し過ぎることも抑制される。
【００３２】
また、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂの長手方向の長さは、同一である。第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂのそれぞれの長さをＬ１とすると、接続部３３１ａ、３３１ｂ側から接続部３３２ａ、３３２ｂ側に（すなわち、ｘ方向に沿って）Ｌ１／２以上離れた位置に、第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂおよび第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂの少なくとも一部が存在していることが好ましい。また、第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂの長手方向の長さは、同一である。第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂのそれぞれの長さをＬ２とすると、接続部３４１ｂから接続部３４２ｂ側に（すなわち、ｙ方向に沿って）Ｌ２／２以上離れた位置に、第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂの少なくとも一部が存在していることが好ましい。
【００３３】
図８を用いて具体的に説明する。図８に示すように、第２可撓梁３０９ｂの長さは、接続部３４１ｂから接続部３４２ｂまでの距離に等しく、Ｌ２である。この場合に、第２上部磁石３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂは、接続部３４１ｂから、ｙ方向に沿ってＬ２／２以上離れた位置にまで延びている。
【００３４】
例えば、第２可動部３１１に下方向（ｚ軸の負方向）の力が作用し、第２可撓梁３０９ｂが湾曲して第２可動部３１１に下方向に変位した場合には、図９に示すように、第２可撓梁３０９ｂと第２上部磁石３１３ｂとが接触する。逆に、第２可動部３１１に上方向（ｚ軸の正方向）の力が作用し、第２可撓梁３０９ｂが湾曲して第２可動部３１１に上方向に変位した場合には、図１０に示すように、第２可撓梁３０９ｂと第２下部磁石３１４ｂとが接触する。これによって、第２可撓梁３０９ｂが、ｚ軸方向に、それ以上に湾曲することが抑制される。
【００３５】
図９、図１０に示すように、第２可撓梁３０９ｂが上下方向に湾曲しても、接続部３４１ｂにおいては、第２可撓梁３０９ｂと第２上部磁石３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ｂの位置関係は殆ど変化しない。第２可撓梁３０９ｂが上下方向に湾曲した時、第２可撓梁３０９ｂと、第２上部磁石３１３ｂまたは第２下部磁石３１４ｂとの距離は、接続部３４２ｂにおいて最も大きく変化する。このため、図９、図１０のように、接続部３４１ｂからｙ方向にＬ２／２以上離れた位置に、第２上部磁石３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ｂの少なくとも一部が存在していることが好ましい。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
上記のとおり、実施例１では、上部磁石（第１上部磁石、第２上部磁石）は、可撓梁（第１可撓梁、第２可撓梁）の上方に延在し、可撓梁と離間する上部延在部を備えているため、可撓梁の上方のスペースを利用して上部磁石を設置することができ、可動部の上部磁石を設置するスペースを小さくすることができる。下部磁石（第１下部磁石、第２下部磁石）は、可撓梁の下方に延在し、可撓梁と離間する下部延在部を備えているため、可撓梁の下方のスペースを利用して下部磁石を設置することができ、可動部の下部磁石を設置するスペースを小さくすることができる。可動部の上部磁石、下部磁石を設置するスペースを小さくすることができるため、ミラー部全体の大きさを小さくすることができる。
【００４７】
上部延在部と下部延在部は、可撓梁に接離可能な位置に設置されており、可撓梁が大きく湾曲しない場合には可撓梁と離間しており、可撓梁が可動部の上下方向に所定の大きさで湾曲した場合に可撓梁と接触する。これによって、可撓梁が大きく湾曲し過ぎることを抑制できる。
【００４８】
さらには、図１に示すミラー部３０の大きさを小さくすることができるため、第１電磁石２０、第２電磁石４０の対向する磁極部間の距離を小さくすることができる。図１１は、Ｃ字形状のヨーク２９１にコイル２９３を巻いた電磁石２９０を模式的に示す図である。図１１において、対向する２つの磁極部によって挟まれた領域をギャップと呼び、ギャップにおいて磁束の漏れがなく、磁束が均一であると仮定すると、ギャップ長さは、対向する磁極部間の距離に相当し、ギャップ透磁率は、対向する磁極部の間の透磁率に相当し、ギャップ断面積は、対向する磁極部の面積に相当する。ギャップ長さをｌｇａｐ、ギャップ透磁率をμｏ、ギャップ断面積をＡｇａｐ、ヨークの磁路長さをｌｙｏｋｅ、ヨーク透磁率をμ、ヨークの磁路方向の断面積をＡｙｏｋｅ、コイル巻き数をＮ、コイルに流れる電流値をＩとし、ギャップにおける磁束をΦ、磁場の強さをＨｅｘｔすると、この電磁石のギャップにおける磁束密度Ｂｅｘｔ、は、下記の式（１）によって表すことができる。尚、図１１において、ヨークの磁路方向の断面積Ａｙｏｋｅは、ギャップ断面積Ａｇａｐに等しい。
【００４９】
【数１】
【００５０】
式（１）に示すように、コイルの巻き数Ｎとコイルに流れる電流値Ｉが一定である場合に、ギャップ長さｌｇａｐが小さいほど、ギャップにおける磁束密度Ｂｅｘｔが大きくなる。実施例１によれば、図１に示す第１電磁石２０、第２電磁石４０の対向する磁極部間の距離を小さくして、ミラー部３０の設置位置の磁束密度を大きくすることができるため、コイルの巻き数Ｎとコイルに流れる電流値Ｉが一定である場合に、可動部を駆動するための駆動力を大きくすることが可能となる。すなわち、少ない駆動電力で、大きな駆動力を得ることができる。
【００５１】
また、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。
【００５２】
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。
【００５３】
（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１０は、シリコン基板等を材料としてミラー部３０を製造し、製造したミラー部３０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３０は、シリコン基板等を材料として形成されたシリコン構造体に、上部磁石および下部磁石を設置することによって、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。また、上部磁石、下部磁石は、機械加工、エッチング、射出成形等の方法を用いて所望の形状に加工することができる。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１２〜図１４を用いて説明する。
【００５４】
まず、図１２に示すように、まず、シリコン基板等に可動部等の構造を形成し、シリコン構造体３００を形成する。シリコン構造体は、例えば、シリコン基板をエッチングすることによって、得ることができる。
【００５５】
次に、図１３に示すように、冶具９００を用いてシリコン構造体３００と第２下部磁石３１４ａ等の下部磁石との位置を調整する。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を備えている。図示していないが、冶具９００上には、シリコン構造体３００の設置位置を調整するための位置調整手段が設けられている。図１３に示すように、冶具９００は、磁石９１０の上部に載置される。磁石９１０は、ネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）等を材料とする永久磁石である。磁石９１０は、上面がＮ極、下面がＳ極となっており、第２下部磁石３１４ａ等の下部磁石は、冶具９００の孔部にＮ極が上側となるように載置されるから、下部磁石は磁石９１０に引付けられた状態となっている。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。さらに、冶具９００に載置された第２下部磁石３１４ａ等の下部磁石の上に、シリコン構造体３００が載置されている。冶具９００の位置調整手段によって、シリコン構造体と下部磁石との位置関係が調整され、レジスト等によって仮止めされる。
【００５６】
この状態で、シリコン構造体の可動部の上面に上部磁石を設置すると、図１４に示す状態となる。図１４では、例示的に、シリコン構造体３００を平面視した場合に、第２下部磁石３１４ａと同じ位置となるように第２上部磁石３１３ａを設置した状態を示している。磁石９１０の上部に冶具９００を載置した状態で第２上部磁石３１３ａ等の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３００が冶具９００から外れることを防ぐことができる。
【００５７】
その後、冶具９００を磁石９１０上から移動させて、磁石９１０の磁力を受けない状態で、シリコン構造体３００を冶具９００から取り外すと、図４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状態となる。図４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を得ることができる。
【００５８】
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。また、上部磁石および下部磁石、可撓梁を含むシリコン構造体を予め別々に成形し、これを下部磁石、シリコン構造体、上部磁石の順序で重ねた状態にするという簡易な工法によって、可撓梁の上下方向に延在部を設置することができる。
【００５９】
（変形例）
可動部と、これに設置する上部磁石および下部磁石は、図４等に示す実施例１に係る形態に限られない。例えば、図１５〜図１７に示すような形態であってもよい。図１５〜図１７は、変形例に係る可動部、上部磁石、下部磁石を備えた光学装置のを図４と同様の断面において示す図である。
【００６０】
例えば、上部磁石および下部磁石は、図１５に示すように、第２可動部のミラー設置部３６１ａ、３６２ａの第２可撓梁３０９ａ側の側面に係合する位置決め部を有する形状であってもよい。上部磁石および下部磁石が位置決め部を有していると、設置位置の調整が容易となる。
【００６１】
また、図１６に示すように、基板５０１、第１可動部５０５、第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６１ｂが、第２可撓梁５０９ａよりも上下方向に厚くなっているものであってもよい。平板状の第２上部磁石５１３ａ、第２下部磁石５１４ａを第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６１ｂの表面および裏面に設置すると、図４と同様に、第２上部磁石５１３ａおよび第２下部磁石５１４ａと第２可撓梁５０９ａとは、接離可能に配置された状態となる。
【００６２】
また、図１７に示すように、第２可動部の磁石設置部５７１ａ、５７２ａの内側に位置決め部が形成されており、第２上部磁石５９３ａ、第２下部磁石５９４ａと係合するようにしてもよい。
【００６３】
図１６、図１７に示す光学装置の製造工程で用いるシリコン構造体は、例えば、裏面から順にシリコン層、絶縁層、シリコン層、絶縁層、シリコン層が積層されたダブルｂｏｘＳＯＩウェハを用いて製造することができる。図１６に示す形態の製造方法を例示する図１８〜図２３を参照しながら、ダブルｂｏｘＳＯＩウェハを用いる製造方法について説明する。
【００６４】
まず、図１８に示すように、裏面側から表面側に、順に、シリコン層８０１、絶縁層８０２、シリコン層８０３、絶縁層８０４、シリコン層８０５が積層された半導体基板（ダブルｂｏｘＳＯＩウェハ）を用意する。
【００６５】
次に、シリコン層８０５の表面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィおよびＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ）等のエッチングを行ってパターニングする。これによって、図１９に示すように、図１６に示す基板５０１、第１可動部５０５、第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６２ａとなる部分を残して、シリコン層８０５を除去する。次に、図２０に示すように、同様にエッチング等を行ってパターニングし、図１６に示す基板５０１、第１可動部５０５、第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６２ａとなる部分を残して、シリコン層８０１を除去する。
【００６６】
次に、絶縁層８０２の裏面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィおよびＲＩＥ等のエッチングを行ってパターニングする。これによって、図２１に示すように、図１６に示す基板５０１、第１可動部５０５、第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６２ａとなる部分を残して、絶縁層８０２を除去する。尚、絶縁層８０２をエッチングする方法として、緩衝フッ酸液（バッファードフッ酸）によるウェットエッチング法を用いる場合には、半導体基板の表面側をレジストで保護した上で、絶縁層８０４のエッチング処理を行う。
【００６７】
次に、シリコン層８０５等に用いた方法と同様の方法によって、シリコン層８０３をパターニングする。これによって、図２２に示すように、図１６に示す基板５０１、第１可動部５０５、第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６２ａに加えて、第２可撓梁５０９ａとなる部分を残して、シリコン層８０３を除去する。
【００６８】
最後に、絶縁層８０４をエッチングによって除去すると、図２３に示すシリコン構造体５００を得ることができる。実施例１において説明した方法を用いて、このシリコン構造体５００の第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６２ａに、第２上部磁石３１３ａおよび第２下部磁石３１４ａを設置すると、図１６に示す状態を得ることができる。
【００６９】
また、図２等に示す上部磁石と下部磁石は、図２４、図２５に例示するように、可撓梁の両側に延在する部分の全体を被覆していなくてもよく、可撓梁と可動部との接続部よりもミラーに近い側にまで延びていてもよい。
【００７０】
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。また、上部磁石と下部磁石は、同一部材である必要はなく、材料、重量、形状等が相違するものであってもよい。
【００７１】
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にすることによって、同様の作用効果を得ることができる。
【００７２】
実施例１では、上部磁石の上部延在部は可撓梁の上方に延在しており、下部磁石の下部延在部は可撓梁の下方に延在していたが、上部延在部、下部延在部は、可撓梁の側方に延在するものであってもよい。また、上部延在部、下部延在部は、可撓梁と接離可能な位置となるように設置されていなくてもよい。
【００７３】
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。
【００７４】
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】
【００７５】
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
３５１ａ，３５１ｂ，３５２ａ，３５２ｂ 第１磁石設置部
３６１ａ，３６１ｂ，３６２ａ，３６２ｂ 第２磁石設置部
３７１，３７２，３８１，３８２ 側方部
３７３ 上部延在部
３８３ 下部延在部
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。例えば、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。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。この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】
【０００４】
【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】
【０００５】
電磁力を利用する光学装置において、可動部に磁石を設置する場合には、磁石を設置するためのスペースを可動部に確保する必要がある。本願は、可動部に磁石を設置する光学装置において、可動部の磁石を設置するためのスペースを小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光学装置は、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。上部磁石は、可動部から突出して可撓梁の上方または側方に可撓梁と離間して延在している上部延在部を有している。下部磁石は、可動部から突出して可撓梁の下方または側方に可撓梁と離間して延在している下部延在部を有している。
【０００７】
可撓梁によって可動部が基板に対して揺動する光学装置では、可撓梁の上方、下方、側方に可動部が設置されていないスペースが存在する。上記の光学装置では、上部磁石は、可動部から突出して可撓梁の上方または側方に可撓梁と離間して延在している上部延在部を有している。また、下部磁石は、可動部から突出して可撓梁の下方または側方に可撓梁と離間して延在している下部延在部を有している。可動部が設置されていない領域（可撓梁の上方、下方、側方）に磁石（上部磁石、下部磁石）が突出しているので、磁石の平面方向の面積に対して、可動部の磁石を設置する部分の面積を小さくすることができる。可動部の磁石を設置するためのスペースを小さくすることができ、光学装置全体を小型化することが可能となる。
【０００８】
上記の光学装置では、上部延在部と下部延在部との少なくとも一方が、可撓梁に接離可能な位置に延在していることが好ましい。可撓梁が所定の大きさで湾曲した場合に可撓梁と接触して、可撓梁が大きく湾曲し過ぎることを抑制できる。
【０００９】
可撓梁に接離可能な位置に延在している上部延在部または下部延在部は、その少なくとも一部が、可撓梁の長手方向に沿って可撓梁の長手方向の中点よりもミラーから遠い位置に存在していてもよい。可撓梁の湾曲が小さい状態で、可撓梁と上部延在部または下部延在部とを接触させることができる。
【００１０】
上部磁石および下部磁石の着磁方向は、可動部に対して垂直な方向であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、可動部に磁石を設置する光学装置において、可動部の磁石を設置するためのスペースを小さくすることを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】図２において、可動部に設置された磁石を取り外した状態を示す図である。
【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】図２および図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図８において、第２可撓梁が下方に湾曲した状態を示す図である。
【図１０】図８において、第２可撓梁が上方に湾曲した状態を示す図である。
【図１１】Ｃ字形状の電磁石の磁束密度について説明する図である。
【図１２】実施例１の光学装置の製造方法を説明する図である。
【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】変形例の光学装置の断面図である。
【図１６】変形例の光学装置の断面図である。
【図１７】変形例の光学装置の断面図である。
【図１８】変形例の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図１９】変形例の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図２０】変形例の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図２１】変形例の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図２２】変形例の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図２３】変形例の光学装置の製造方法を説明する図である。
【図２４】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２５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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】
【００１４】
（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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、永久磁石であり、ネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）、サマリウムコバルト磁石（ＳｍＣｏ５（１−５系）、Ｓｍ２Ｃｏ１７（２−１７系）等）、フェライト磁石、もしくはこれらを樹脂等に練り込んだボンド磁石等を好適に用いることができる。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。
【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、図２において可動部に固定した磁石を取り除いた状態を示す図である。図７は、図２等に示す第１可動部３０５と、これに設置される第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６に示すように、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂは、それぞれ接続部３３１ａ，３３１ｂにおいて第１可動部３０５と接続しており、接続部３３２ａ，３３２ｂにおいて基板３０１と接続している。第１可動部３０５は、ミラー３１５側から基板３０１側に向かって第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂに沿って延びる第１磁石設置部３５１ａ，３５２ａ，３５１ｂ，３５２ｂを備えている。第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂは、それぞれ接続部３４１ａ，３４１ｂにおいて第２可動部３１１と接続しており、接続部３４２ａ，３４２ｂにおいて第１可動部３０５と接続している。第２可動部３１１は、ミラー３１５側から基板３０１側に向かって第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂに沿って延びる第２磁石設置部３６１ａ，３６２ａ，３６１ｂ，３６２ｂを備えている。
【００２１】
図５に示すように、第１磁石設置部３５１ａ，３５２ａの上面に接するように、第１上部磁石３０７ａが固定されており、第１磁石設置部３５１ａ，３５２ａの下面に接するように、第１下部磁石３０８ａが固定されている。第１磁石設置部３５１ｂ，３５２ｂの上面に接するように、第１上部磁石３０７ｂが固定されており、第１磁石設置部３５１ｂ，３５２ｂの下面に接するように、第１下部磁石３０８ｂが固定されている。第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂ、第１下部磁石３０８ａ，３０８ｂは凹形状であって、窪んだ部分が第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂ側となるように、第１可動部３０５に固定されている。第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂ、第１下部磁石３０８ａ，３０８ｂの着磁方向は、第１可動部３０５に対して垂直な方向（図２に示すｚ方向）である。
【００２２】
図４に示すように、第２磁石設置部３６１ａ，３６２ａの上面に接するように、第２上部磁石３１３ａが固定されており、第２磁石設置部３６１ａ，３６２ａの下面に接するように、第２下部磁石３１４ａが固定されている。第２磁石設置部３６１ｂ，３６２ｂの上面に接するように、第２上部磁石３１３ｂが固定されており、第２磁石設置部３６１ｂ，３６２ｂの下面に接するように、第２下部磁石３１４ｂが固定されている。第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂ、第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂは凹形状であって、窪んだ部分が第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂ側となるように、第２可動部３１１に固定されている。第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂ、第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂの着磁方向は、第２可動部３１１に対して垂直な方向（図２に示すｚ方向）である。
【００２３】
図７を用いて、より具体的に説明する。図７は、第１可動部３０５と、これに設置する第１上部磁石３０７ｂ、第１下部磁石３０８ｂとを示している。第１上部磁石３０７ｂは凹形状であって、可動部を平面視した場合に、平面方向に延在する上部延在部３７３と、上部延在部３７３から下方に延びる側方部３７１，３７２とを備えている。第１下部磁石３０８ｂは、平面方向に延在する下部延在部３８３と、下部延在部３８３から上方に延びる側方部３８１，３８２とを備えている。
【００２４】
第１上部磁石３０７ｂは、側方部３７１の下面３７１ａが第１磁石設置部３５１ｂの上面に接し、側方部３７２の下面３７２ａが第１磁石設置部３５２ｂの上面に接するように、設置される。これによって、図５および図７に示すように、第１上部磁石３０７ｂの上部延在部３７３は、第１可動部３０５から第１可撓梁３０３ｂに向かって突出しており、第１可撓梁３０３ｂと離間した状態でその上方に延在することとなる。
【００２５】
第１下部磁石３０８ｂは、側方部３８１の上面３８１ａが第１磁石設置部３５１ｂの下面に接し、側方部３８２の上面３８２ａが第１磁石設置部３５２ｂの下面に接するように、設置される。これによって、図５および図７に示すように、第１下部磁石３０８ｂの下部延在部３８３は、第１可動部３０５から第１可撓梁３０３ｂに向かって突出しており、第１可撓梁３０３ｂと離間した状態でその下方に延在することとなる。
【００２６】
図７において、第１上部磁石３０７ｂは、側方部３７１、３７２の下面３７１ａ、３７２ａ型がＳ極であり、その対面である上部延在部３７３の上面側がＮ極である。第２下部磁石３０８ｂは、側方部３８１、３８２の上面３８１ａ、３８２ａ側がＮ極であり、その対面である下部延在部３８３の下面側がＳ極である。
【００２７】
Ｓ極である第１上部磁石３０７ｂの下面３７１ａ、３７２ａと、Ｎ極である第２下部磁石３０８ｂの上面３８１ａ、３８２ａが、それぞれ第１可動部３０５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１上部磁石３０７ｂと第１下部磁石３０８ｂとの間に第１可動部３０５が挟み込まれ、第１上部磁石３０７ｂと第１下部磁石３０８ｂが第１可動部３０５に固定される。
【００２８】
第１上部磁石３０７ａおよび第１下部磁石３０８ａは、上記において説明した第１上部磁石３０７ｂおよび第１下部磁石３０８ｂと同様の態様で第１可動部３０５に設置されている。図示しないが、第１上部磁石３０７ａおよび第１下部磁石３０８ａについても、図５と同様に、第１上部磁石３０７ａの上部延在部は、第１可動部３０５から第１可撓梁３０３ａに向かって突出して、第１可撓梁３０３ａの上方に第１可撓梁３０３ａと離間した状態で延在している。第１下部磁石３０８ａの下部延在部は、第１可動部３０５から第１可撓梁３０３ａに向かって突出して、第１可撓梁３０３ａの下方に第１可撓梁３０３ａと離間した状態で延在することとなる。
【００２９】
第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂ、第１下部磁石３０８ａ，３０８ｂは、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂに接離可能な位置に延在している。第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂが湾曲して上方に所定の距離だけ変位すると、第１下部磁石３０８ａ，３０８ｂに接触する。第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂが湾曲して下方に所定の距離だけ変位すると、第１上部磁石３０７ａ，３０７ｂに接触する。このため、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂが上下方向に大きく湾曲し過ぎることが抑制される。また、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂの平面方向（ｘ方向）には、第１上部磁石３０７ａ等の側方部、第１可動部３０５の磁石設置部３５１ａ等が離間した状態で延在しているため、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂが平面方向に大きく湾曲し過ぎることも抑制される。
【００３０】
同様に、第２上部磁石３１３ａおよび第２下部磁石３１４ａは、図４に示すように、凹形状であって、Ｓ極である第２上部磁石３１３ａの側方部の下面と、Ｎ極である第１下部磁石３１３ａの側方部の上面との間に作用する磁力によって第２可動部３１１を挟み込むように固定されている。これによって、図４に示すように、第２上部磁石３１３ａの上部延在部は第２可撓梁３０９ａの上方に第２可撓梁３０９ａと離間した状態で延在し、第２下部磁石３１４ａの下部延在部は第２可撓梁３０９ａの下方に第２可撓梁３０９ａと離間した状態で延在することとなる。図示しないが、第２下部磁石３１４ａと、第２上部磁石３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ｂについても、図４に示す第２上部磁石３１３ａおよび第２下部磁石３１４ａと同様の態様で第２可動部３１１に設置されている。すなわち、第２上部磁石３１３ｂの上部延在部は第２可撓梁３０９ｂの上方に第２可撓梁３０９ｂと離間した状態で延在し、第２下部磁石３１４ｂの下部延在部は第２可撓梁３０９ｂの下方に第２可撓梁３０９ｂと離間した状態で延在することとなる。
【００３１】
第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂ、第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂは、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂに接離可能な位置に延在している。第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂが湾曲して上方に所定の距離だけ変位すると、第２下部磁石３１４ａ，３１４ｂに接触する。第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂが湾曲して下方に所定の距離だけ変位すると、第２上部磁石３１３ａ，３１３ｂに接触する。このため、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂが上下方向に大きく湾曲し過ぎることが抑制される。また、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂの平面方向（ｘ方向）には、第２上部磁石３１３ａ等の側方部、第２可動部３１１の磁石設置部３６１ａ等が離間した状態で存在しているため、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂが平面方向に大きく湾曲し過ぎることも抑制される。
【００３２】
また、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂの長手方向の長さは、同一である。第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂのそれぞれの長さをＬ１とすると、接続部３３１ａ、３３１ｂ側から接続部３３２ａ、３３２ｂ側に（すなわち、ｘ方向に沿って）Ｌ１／２以上離れた位置に、第１上部磁石３０７ａ、３０７ｂおよび第１下部磁石３０８ａ、３０８ｂの少なくとも一部が存在していることが好ましい。また、第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂの長手方向の長さは、同一である。第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂのそれぞれの長さをＬ２とすると、接続部３４１ｂから接続部３４２ｂ側に（すなわち、ｙ方向に沿って）Ｌ２／２以上離れた位置に、第２上部磁石３１３ａ、３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂの少なくとも一部が存在していることが好ましい。
【００３３】
図８を用いて具体的に説明する。図８に示すように、第２可撓梁３０９ｂの長さは、接続部３４１ｂから接続部３４２ｂまでの距離に等しく、Ｌ２である。この場合に、第２上部磁石３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ａ、３１４ｂは、接続部３４１ｂから、ｙ方向に沿ってＬ２／２以上離れた位置にまで延びている。
【００３４】
例えば、第２可動部３１１に下方向（ｚ軸の負方向）の力が作用し、第２可撓梁３０９ｂが湾曲して第２可動部３１１に下方向に変位した場合には、図９に示すように、第２可撓梁３０９ｂと第２上部磁石３１３ｂとが接触する。逆に、第２可動部３１１に上方向（ｚ軸の正方向）の力が作用し、第２可撓梁３０９ｂが湾曲して第２可動部３１１に上方向に変位した場合には、図１０に示すように、第２可撓梁３０９ｂと第２下部磁石３１４ｂとが接触する。これによって、第２可撓梁３０９ｂが、ｚ軸方向に、それ以上に湾曲することが抑制される。
【００３５】
図９、図１０に示すように、第２可撓梁３０９ｂが上下方向に湾曲しても、接続部３４１ｂにおいては、第２可撓梁３０９ｂと第２上部磁石３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ｂの位置関係は殆ど変化しない。第２可撓梁３０９ｂが上下方向に湾曲した時、第２可撓梁３０９ｂと、第２上部磁石３１３ｂまたは第２下部磁石３１４ｂとの距離は、接続部３４２ｂにおいて最も大きく変化する。このため、図９、図１０のように、接続部３４１ｂからｙ方向にＬ２／２以上離れた位置に、第２上部磁石３１３ｂおよび第２下部磁石３１４ｂの少なくとも一部が存在していることが好ましい。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
上記のとおり、実施例１では、上部磁石（第１上部磁石、第２上部磁石）は、可撓梁（第１可撓梁、第２可撓梁）の上方に延在し、可撓梁と離間する上部延在部を備えているため、可撓梁の上方のスペースを利用して上部磁石を設置することができ、可動部の上部磁石を設置するスペースを小さくすることができる。下部磁石（第１下部磁石、第２下部磁石）は、可撓梁の下方に延在し、可撓梁と離間する下部延在部を備えているため、可撓梁の下方のスペースを利用して下部磁石を設置することができ、可動部の下部磁石を設置するスペースを小さくすることができる。可動部の上部磁石、下部磁石を設置するスペースを小さくすることができるため、ミラー部全体の大きさを小さくすることができる。
【００４７】
上部延在部と下部延在部は、可撓梁に接離可能な位置に設置されており、可撓梁が大きく湾曲しない場合には可撓梁と離間しており、可撓梁が可動部の上下方向に所定の大きさで湾曲した場合に可撓梁と接触する。これによって、可撓梁が大きく湾曲し過ぎることを抑制できる。
【００４８】
さらには、図１に示すミラー部３０の大きさを小さくすることができるため、第１電磁石２０、第２電磁石４０の対向する磁極部間の距離を小さくすることができる。図１１は、Ｃ字形状のヨーク２９１にコイル２９３を巻いた電磁石２９０を模式的に示す図である。図１１において、対向する２つの磁極部によって挟まれた領域をギャップと呼び、ギャップにおいて磁束の漏れがなく、磁束が均一であると仮定すると、ギャップ長さは、対向する磁極部間の距離に相当し、ギャップ透磁率は、対向する磁極部の間の透磁率に相当し、ギャップ断面積は、対向する磁極部の面積に相当する。ギャップ長さをｌｇａｐ、ギャップ透磁率をμｏ、ギャップ断面積をＡｇａｐ、ヨークの磁路長さをｌｙｏｋｅ、ヨーク透磁率をμ、ヨークの磁路方向の断面積をＡｙｏｋｅ、コイル巻き数をＮ、コイルに流れる電流値をＩとし、ギャップにおける磁束をΦ、磁場の強さをＨｅｘｔすると、この電磁石のギャップにおける磁束密度Ｂｅｘｔ、は、下記の式（１）によって表すことができる。尚、図１１において、ヨークの磁路方向の断面積Ａｙｏｋｅは、ギャップ断面積Ａｇａｐに等しい。
【００４９】
【数１】
【００５０】
式（１）に示すように、コイルの巻き数Ｎとコイルに流れる電流値Ｉが一定である場合に、ギャップ長さｌｇａｐが小さいほど、ギャップにおける磁束密度Ｂｅｘｔが大きくなる。実施例１によれば、図１に示す第１電磁石２０、第２電磁石４０の対向する磁極部間の距離を小さくして、ミラー部３０の設置位置の磁束密度を大きくすることができるため、コイルの巻き数Ｎとコイルに流れる電流値Ｉが一定である場合に、可動部を駆動するための駆動力を大きくすることが可能となる。すなわち、少ない駆動電力で、大きな駆動力を得ることができる。
【００５１】
また、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。
【００５２】
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。
【００５３】
（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１０は、シリコン基板等を材料としてミラー部３０を製造し、製造したミラー部３０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３０は、シリコン基板等を材料として形成されたシリコン構造体に、上部磁石および下部磁石を設置することによって、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。また、上部磁石、下部磁石は、機械加工、エッチング、射出成形等の方法を用いて所望の形状に加工することができる。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１２〜図１４を用いて説明する。
【００５４】
まず、図１２に示すように、まず、シリコン基板等に可動部等の構造を形成し、シリコン構造体３００を形成する。シリコン構造体は、例えば、シリコン基板をエッチングすることによって、得ることができる。
【００５５】
次に、図１３に示すように、冶具９００を用いてシリコン構造体３００と第２下部磁石３１４ａ等の下部磁石との位置を調整する。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を備えている。図示していないが、冶具９００上には、シリコン構造体３００の設置位置を調整するための位置調整手段が設けられている。図１３に示すように、冶具９００は、磁石９１０の上部に載置される。磁石９１０は、ネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）等を材料とする永久磁石である。磁石９１０は、上面がＮ極、下面がＳ極となっており、第２下部磁石３１４ａ等の下部磁石は、冶具９００の孔部にＮ極が上側となるように載置されるから、下部磁石は磁石９１０に引付けられた状態となっている。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。さらに、冶具９００に載置された第２下部磁石３１４ａ等の下部磁石の上に、シリコン構造体３００が載置されている。冶具９００の位置調整手段によって、シリコン構造体と下部磁石との位置関係が調整され、レジスト等によって仮止めされる。
【００５６】
この状態で、シリコン構造体の可動部の上面に上部磁石を設置すると、図１４に示す状態となる。図１４では、例示的に、シリコン構造体３００を平面視した場合に、第２下部磁石３１４ａと同じ位置となるように第２上部磁石３１３ａを設置した状態を示している。磁石９１０の上部に冶具９００を載置した状態で第２上部磁石３１３ａ等の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３００が冶具９００から外れることを防ぐことができる。
【００５７】
その後、冶具９００を磁石９１０上から移動させて、磁石９１０の磁力を受けない状態で、シリコン構造体３００を冶具９００から取り外すと、図４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状態となる。図４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を得ることができる。
【００５８】
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。また、上部磁石および下部磁石、可撓梁を含むシリコン構造体を予め別々に成形し、これを下部磁石、シリコン構造体、上部磁石の順序で重ねた状態にするという簡易な工法によって、可撓梁の上下方向に延在部を設置することができる。
【００５９】
（変形例）
可動部と、これに設置する上部磁石および下部磁石は、図４等に示す実施例１に係る形態に限られない。例えば、図１５〜図１７に示すような形態であってもよい。図１５〜図１７は、変形例に係る可動部、上部磁石、下部磁石を備えた光学装置のを図４と同様の断面において示す図である。
【００６０】
例えば、上部磁石および下部磁石は、図１５に示すように、第２可動部のミラー設置部３６１ａ、３６２ａの第２可撓梁３０９ａ側の側面に係合する位置決め部を有する形状であってもよい。上部磁石および下部磁石が位置決め部を有していると、設置位置の調整が容易となる。
【００６１】
また、図１６に示すように、基板５０１、第１可動部５０５、第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６１ｂが、第２可撓梁５０９ａよりも上下方向に厚くなっているものであってもよい。平板状の第２上部磁石５１３ａ、第２下部磁石５１４ａを第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６１ｂの表面および裏面に設置すると、図４と同様に、第２上部磁石５１３ａおよび第２下部磁石５１４ａと第２可撓梁５０９ａとは、接離可能に配置された状態となる。
【００６２】
また、図１７に示すように、第２可動部の磁石設置部５７１ａ、５７２ａの内側に位置決め部が形成されており、第２上部磁石５９３ａ、第２下部磁石５９４ａと係合するようにしてもよい。
【００６３】
図１６、図１７に示す光学装置の製造工程で用いるシリコン構造体は、例えば、裏面から順にシリコン層、絶縁層、シリコン層、絶縁層、シリコン層が積層されたダブルｂｏｘＳＯＩウェハを用いて製造することができる。図１６に示す形態の製造方法を例示する図１８〜図２３を参照しながら、ダブルｂｏｘＳＯＩウェハを用いる製造方法について説明する。
【００６４】
まず、図１８に示すように、裏面側から表面側に、順に、シリコン層８０１、絶縁層８０２、シリコン層８０３、絶縁層８０４、シリコン層８０５が積層された半導体基板（ダブルｂｏｘＳＯＩウェハ）を用意する。
【００６５】
次に、シリコン層８０５の表面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィおよびＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ）等のエッチングを行ってパターニングする。これによって、図１９に示すように、図１６に示す基板５０１、第１可動部５０５、第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６２ａとなる部分を残して、シリコン層８０５を除去する。次に、図２０に示すように、同様にエッチング等を行ってパターニングし、図１６に示す基板５０１、第１可動部５０５、第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６２ａとなる部分を残して、シリコン層８０１を除去する。
【００６６】
次に、絶縁層８０２の裏面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィおよびＲＩＥ等のエッチングを行ってパターニングする。これによって、図２１に示すように、図１６に示す基板５０１、第１可動部５０５、第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６２ａとなる部分を残して、絶縁層８０２を除去する。尚、絶縁層８０２をエッチングする方法として、緩衝フッ酸液（バッファードフッ酸）によるウェットエッチング法を用いる場合には、半導体基板の表面側をレジストで保護した上で、絶縁層８０４のエッチング処理を行う。
【００６７】
次に、シリコン層８０５等に用いた方法と同様の方法によって、シリコン層８０３をパターニングする。これによって、図２２に示すように、図１６に示す基板５０１、第１可動部５０５、第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６２ａに加えて、第２可撓梁５０９ａとなる部分を残して、シリコン層８０３を除去する。
【００６８】
最後に、絶縁層８０４をエッチングによって除去すると、図２３に示すシリコン構造体５００を得ることができる。実施例１において説明した方法を用いて、このシリコン構造体５００の第２可動部の磁石設置部５６１ａ、５６２ａに、第２上部磁石３１３ａおよび第２下部磁石３１４ａを設置すると、図１６に示す状態を得ることができる。
【００６９】
また、図２等に示す上部磁石と下部磁石は、図２４、図２５に例示するように、可撓梁の両側に延在する部分の全体を被覆していなくてもよく、可撓梁と可動部との接続部よりもミラーに近い側にまで延びていてもよい。
【００７０】
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。また、上部磁石と下部磁石は、同一部材である必要はなく、材料、重量、形状等が相違するものであってもよい。
【００７１】
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にすることによって、同様の作用効果を得ることができる。
【００７２】
実施例１では、上部磁石の上部延在部は可撓梁の上方に延在しており、下部磁石の下部延在部は可撓梁の下方に延在していたが、上部延在部、下部延在部は、可撓梁の側方に延在するものであってもよい。また、上部延在部、下部延在部は、可撓梁と接離可能な位置となるように設置されていなくてもよい。
【００７３】
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。
【００７４】
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】
【００７５】
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
３５１ａ，３５１ｂ，３５２ａ，３５２ｂ 第１磁石設置部
３６１ａ，３６１ｂ，３６２ａ，３６２ｂ 第２磁石設置部
３７１，３７２，３８１，３８２ 側方部
３７３ 上部延在部
３８３ 下部延在部
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おり、前記可動部から突出して前記可撓梁の上方または側方に前記可撓梁と離間して延在している上部延在部を有する上部磁石と、
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おり、第２磁極が前記可動部を介して前記上部磁石の第１磁極と対向しており、前記可動部から突出して前記可撓梁の下方または側方に前記可撓梁と離間して延在している下部延在部を有する下部磁石と、
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】
前記上部延在部と前記下部延在部との少なくとも一方が、前記可撓梁に接離可能な位置に延在している、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記可撓梁に接離可能な位置に延在している前記上部延在部または前記下部延在部は、その少なくとも一部が、前記可撓梁の長手方向に沿って前記可撓梁の長手方向の中点よりも前記ミラーから遠い位置に存在している、請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記上部磁石および前記下部磁石の着磁方向は、前記可動部に対して垂直な方向である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学装置。
【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おり、前記可動部から突出して前記可撓梁の上方または側方に前記可撓梁と離間して延在している上部延在部を有する上部磁石と、
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おり、第２磁極が前記可動部を介して前記上部磁石の第１磁極と対向しており、前記可動部から突出して前記可撓梁の下方または側方に前記可撓梁と離間して延在している下部延在部を有する下部磁石と、
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】
前記上部延在部と前記下部延在部との少なくとも一方が、前記可撓梁に接離可能な位置に延在している、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記可撓梁に接離可能な位置に延在している前記上部延在部または前記下部延在部は、その少なくとも一部が、前記可撓梁の長手方向に沿って前記可撓梁の長手方向の中点よりも前記ミラーから遠い位置に存在している、請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記上部磁石および前記下部磁石の着磁方向は、前記可動部に対して垂直な方向である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学装置。
【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２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【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２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−１３３７４５（Ｐ２０１１−１３３７４５Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９４４２２（Ｐ２００９−２９４４２２）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【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７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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