本發(fā)明涉及微驅(qū)動裝置和使用該微驅(qū)動裝置的微型器件。涉及例如可動對象部為反射鏡的超小型反射鏡驅(qū)動裝置等。

背景技術：

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微機電系統(tǒng))用于放映機的光學元件、噴墨打印機的打印頭部所具有的微小噴嘴、壓敏傳感器、加速傳感器、流量傳感器等各種傳感器，是實現(xiàn)組裝了這些各種傳感器的微型器件的小型化和高性能化的技術之一。

作為這樣的微型器件的示例，在圖17中表示MEMS光掃描儀。如圖17所示，例如，作為激光打印機、纖維鏡、頭戴式顯示器、光開關等中組裝的MEMS光掃描儀100，已知具備直徑1mm左右的反射鏡101、和驅(qū)動反射鏡101的微驅(qū)動裝置102的光掃描儀(例如，參照非專利文獻1)。

該微驅(qū)動裝置102是具有雙重萬向構造的驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置具備：利用電驅(qū)動方式在2軸上驅(qū)動的、框狀的外側可動板103；將外側可動板103以能夠轉(zhuǎn)動的方式在半導體基板上樞軸支承的外側梁104；和軸方向與該外側梁104正交、將作為內(nèi)側可動板的反射鏡101以能夠轉(zhuǎn)動的方式樞軸支承的內(nèi)側梁105。

在此，圖17所示的微驅(qū)動裝置102構成為，利用由外側梁上形成的線圈中流通的電流和從外部施加的磁場所產(chǎn)生的洛倫茲力，1個梁繞著1個軸轉(zhuǎn)動。為了如上所述能夠?qū)崿F(xiàn)2軸驅(qū)動(2個自由度)，在反射鏡101的外側需要外側可動板103，因而存在驅(qū)動裝置大型化的問題。在希望進一步追加自由度時，需要在外側可動板103的外側追加可動板和梁，在使用萬向構造的微驅(qū)動裝置中，存在驅(qū)動裝置大型化和復雜化的問題。

因此，為了解決該問題，提出了能夠利用1個梁實現(xiàn)雙軸驅(qū)動的壓電驅(qū)動型MEMS光掃描儀(參照非專利文獻2)。該光掃描儀所使用的驅(qū)動裝置具備樞軸支承反射鏡的1個S型梁因共振頻率ω_B產(chǎn)生彎曲、因共振頻率ω_T產(chǎn)生扭曲的構造。但是，該驅(qū)動裝置也未考慮到進一步追加自由度的構造，直接利用該構造無法實現(xiàn)3軸以上的驅(qū)動(3個自由度)。

作為其他的微型器件的示例，在專利文獻1中提出了一種由單重萬向構造構成的單軸的微反射鏡，該微反射鏡在長邊方向的兩端的單面具有壓電元件的層上下設置的與單層壓電片構造(Unimorph)的支持梁連接的一對扭桿，具備利用這一對扭桿以能夠轉(zhuǎn)動振動的方式樞軸支承的反射鏡。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2011－191589號公報

非專利文獻

非專利文獻1：Arda D.Yalcinkaya,Hakan Urey,Dean Brown,Tom Montague,and Randy Sprague,“Two-AxisElectromagnetic Microscanner for High Resolution Displays,”Journal of Microelectromechanical Systems,vol.15,no.4,pp.786-793,2006.

非專利文獻2：Kah How Koh,Takeshi Kobayashi,and Chengkuo Lee,“A 2-D MEMS scanning mirror based on dynamic mixed mode excitation of a piezoelectric PZT thin film S-shaped actuator,”O(jiān)PTICAL EXPRESS,Vol.19,No.15,pp.13812-13824.

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術問題

但是，在上述的現(xiàn)有微驅(qū)動裝置或微型器件中，難以為了實現(xiàn)高功能化而追加自由度，即便能夠追加，也存在構造復雜化、大型化的為問題。

本發(fā)明是鑒于上述狀況而完成的，其目的在于提供一種構造簡易、能夠?qū)崿F(xiàn)多軸驅(qū)動的超小型微驅(qū)動裝置和使用該微驅(qū)動裝置的微型器件。

用于解決技術問題的手段

一種微驅(qū)動裝置，其為能夠?qū)崿F(xiàn)多軸驅(qū)動的微驅(qū)動裝置，其具備：可動對象部；和樞軸支承上述可動對象部、且僅在1個方向設置的至少一對梁，上述可動對象部，通過上述梁以其所具有的一個或多個共振頻率進行共振并發(fā)生扭曲或彎曲，從而在x軸、y軸和z軸方向轉(zhuǎn)動或并行。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)多軸驅(qū)動的超小型微驅(qū)動裝置，其以如下方式設計：對應于微驅(qū)動裝置所需求的自由度的數(shù)目，僅在樞軸支承可動對象部的1個方向上設置一對梁，使上述梁以一個或多個共振頻率共振，發(fā)生扭曲或彎曲，從而在x軸、y軸、z軸方向轉(zhuǎn)動或并行。并且，根據(jù)本發(fā)明，提供一種超小型微驅(qū)動裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)多軸驅(qū)動而無需采用萬向構造，能夠避免構造的大型化和復雜化。并且，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種超小型微驅(qū)動裝置，在為能夠施加與各自由度相對應的共振頻率的驅(qū)動方式時，能夠利用1個控制機構驅(qū)動。由此，以某軸方向的共振頻率振動，不僅能夠驅(qū)動與其對應的單軸，通過以將多個軸方向的共振頻率重疊的波形施加振動，能夠同時進行多軸驅(qū)動。

附圖說明

圖1是微驅(qū)動裝置的概略圖。

圖2是簡化模型的示意圖。

圖3是具有第一梁和第二梁的微驅(qū)動裝置的概略圖。

圖4是z軸并行的微驅(qū)動裝置的概念圖4A、和表示施加于微驅(qū)動裝置的頻率與其振幅的關系的曲線的圖4B。

圖5是x軸轉(zhuǎn)動的微驅(qū)動裝置的概念圖5A、和表示施加于微驅(qū)動裝置的頻率與其振幅的關系的曲線的圖5B。

圖6是y軸轉(zhuǎn)動的微驅(qū)動裝置的概念圖6A、和表示施加于微驅(qū)動裝置的頻率與其振幅的關系的曲線的圖6B。

圖7是光掃描儀用微驅(qū)動裝置模型的示意圖。

圖8是光掃描儀用微驅(qū)動裝置模型的示意圖。

圖9是算出形狀參數(shù)的最佳值的流程圖。

圖10是表示微驅(qū)動裝置的制作方法的工序圖。

圖11是制得的光掃描儀用微驅(qū)動裝置的模型圖。

圖12是表示評價實驗的測定位置的示意圖。

圖13是描繪共振頻率的變化與測定點的位移變化的圖13A、和描繪共振頻率的變化與測定點a和b的增量變化的圖13B。

圖14是表示制得的光掃描儀用微驅(qū)動裝置發(fā)生x軸轉(zhuǎn)動的圖。

圖15是表示制得的光掃描儀用微驅(qū)動裝置發(fā)生z軸并行的圖。

圖16是表示制得的光掃描儀用微驅(qū)動裝置發(fā)生y軸轉(zhuǎn)動的圖。

圖17是表示具有萬向構造的現(xiàn)有型微驅(qū)動裝置的光掃描儀的圖。

具體實施方式

＜實施方式1＞

[微驅(qū)動裝置的構成]

下面，適當?shù)鼗诟綀D對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1是示意性地表示本發(fā)明的微驅(qū)動裝置1的基本構成的模型圖。微驅(qū)動裝置1具備：可動對象部3、以包圍該可動對象部3的方式設置的框架部2、和樞軸支承該框架部2和可動對象部3的至少一對的梁4。將該梁4僅設置在1個方向，并且以該梁4的形狀所具有的一個或多個共振頻率共振，發(fā)生扭曲或彎曲，使可動對象部3在x軸、y軸、z軸方向轉(zhuǎn)動或并行，通過這樣設計，具有能夠?qū)崿F(xiàn)多軸驅(qū)動的構成。該微驅(qū)動裝置1形成得較薄，例如為1～1000μm左右的厚度。其中，用于驅(qū)動可動對象部3的驅(qū)動部省略圖示。

[利用共振頻率的微驅(qū)動裝置的動作背景]

圖2是簡化模型21的示意圖。其中，簡化模型21是用于說明微驅(qū)動裝置1的技術特征的模型。如圖2所示，簡化模型21是對于1個軸作為1個可動對象部23和一對梁24進行簡化的模型。此時，在該簡化模型21中，將可動對象部23理解為質(zhì)點，忽略梁24的質(zhì)量。

利用能量法求取該簡化模型21的共振頻率時，彎曲的共振頻率f1和扭曲的共振頻率f2由以下的數(shù)學式表示。

$f_1=\frac{\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}=\frac{\mathrm{\π}}{2l}\sqrt{\frac{2EI}{m_{m}l}}Hz,---\left(1\right)$

$f_2=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{{\mathrm{GI}}_p}{{\mathrm{lJ}}_m}}Hz,---\left(2\right)$

在此，在簡化模型21中，可動對象部23的質(zhì)量為m_m、慣性力矩為J_m、梁24為兩端固定端，將梁幅度設為w、厚度設為t、全長設為l、楊氏模量設為E、橫向彈性系數(shù)設為G、梁的截面二次力矩設為I、截面的二次極矩設為Ip。

這里，E和G是由梁24的材料決定的常數(shù)，可動對象部23的質(zhì)量m_m和慣性力矩J_m是由可動對象部23的形狀和材料決定的常數(shù)。另外，在梁的截面形狀為長方形的情況下，I＝wt³/12，并且Ip＝wt³/12+tw³/12。假定t在梁的任意部分均恒定時，上述數(shù)學式(1)和(2)如下所述進行改寫。

$f_1\∝\sqrt{\frac{w}{l^3}}=\frac{w^{1/2}}{l^{3/2}}---\left(3\right)$

$f_2\∝\frac{w^{1/2}}{l^{1/2}},\frac{w^{3/2}}{l^{1/2}}---\left(4\right)$

因此可知，在該簡化模型21中，在彎曲時全長l的影響比其他參數(shù)大，在扭曲時梁幅度w的影響比其他參數(shù)大。也能夠通過適當?shù)卦O定上述數(shù)學式(3)和(4)中的梁幅度w和全長l的值來設計彎曲和扭曲的共振頻率。因此，本發(fā)明的發(fā)明人研究得知能夠通過這樣利用梁的形狀來設計彎曲和扭曲的共振頻率。

[微驅(qū)動裝置的詳細狀況]

框架部2以包圍可動對象部3的方式形成為矩形。在一邊的大致中央部位固定有1個梁4，相對的一邊也固定有另一個梁4，以通過這一對梁4支承可動對象部3的方式構成。在此，一對梁4固定于框架部2，但是也可以是后述說明的第二梁固定于框架部2，以通過第二梁和梁4支承可動對象部3的方式構成。在本實施方式中，框架部2形成為矩形，但并不限定于此，可以對應于組裝本發(fā)明的微驅(qū)動裝置的器件的形狀進行變更，例如可以為圓形。

可動對象部3是因梁4扭曲或彎曲而進行轉(zhuǎn)動或并行的動作的對象?？蓜訉ο蟛?對應于微驅(qū)動裝置1的用途而具有不同的形狀和功能。該可動對象部3，以一對梁4夾著該可動對象部3直線排列的方式、即一對梁4為一個方向的方式，梁4的一端固定于可動對象部3，梁4的另一端固定于框架部2的1邊，可動對象部3經(jīng)由一對梁4由框架部2支承。

在圖1中，該可動對象部3的形狀為長方形，但并沒有特別限定，可以根據(jù)微驅(qū)動裝置1的用途適當選擇。例如，在微驅(qū)動裝置1被應用于光掃描儀時，可動對象部3或或其一部分可以為板狀或圓狀的反射鏡。并且，根據(jù)微驅(qū)動裝置1的用途，可以不為平面的形狀，例如可以為中央鼓起的立體的形狀。另外，可動對象部3或其一部分也可以為透鏡或偏光元件。

可動對象部3具有與厚度、長度、半徑等形狀相對應的形狀參數(shù)。、通過適當變更這些形狀參數(shù)，能夠使梁4所具有的共振頻率發(fā)生變化。另外，通過變更形成可動對象部3的材料，也能夠使梁4所具有的共振頻率發(fā)生變化。

梁4固定于可動對象部3和框架部2的1邊。由于梁4固定于框架部2，所以梁4本身不進行轉(zhuǎn)動和并行，而是以與自由度相對應的共振頻率進行共振，由此發(fā)生長邊方向上的扭曲，或者發(fā)生規(guī)定的彎曲。由于梁4進行這樣的動作，以使可動對象部3發(fā)生轉(zhuǎn)動和并行的方式構成。因此，梁4能夠以樞軸支承可動對象部3的方式動作。其中，梁4只要固定設置于框架部2即可。例如，一對梁4可以夾著可動對象部3、沿著1個方向、例如沿著x軸方向呈直線狀設置。另外，例如也可以是3根梁4以可動對象部3為中心、以120°間隔呈放射狀設置。另外，例如梁4還可以形成曲線形狀而非直線形狀。另外，例如也可以不設置在上述框架部2的1邊，而是固定在隅角部而設置在框架部2的對角線上。

通過改變該梁4的梁幅度、長度、厚度、分割數(shù)和梁間隔的形狀參數(shù)，使得能夠以與可動對象部3的動作相對應的多個共振頻率共振，從而實現(xiàn)共振頻率的控制。另外，關于梁4的形狀，從制作容易的觀點出發(fā)，基本上為細長的板狀，但根據(jù)所需要的共振頻率也可以為其他的形狀。并且，梁4也可以設置多根。作為形狀參數(shù)的變更，也包括將1根的梁4分成多根設置。例如，可以以梁4為1根時的梁幅度與多根的梁幅度的合計相同的方式，將梁4平行地分割。在此，分割數(shù)是分割成多個時梁的根數(shù)，梁間隔是設置多個梁4時彼此之間的間隔。

該微驅(qū)動裝置1由Si基板制作，可動對象部3、框架部2和梁4由Si形成。優(yōu)選使用SOI(Silicon On Insulator：絕緣硅)基板，但只要是能夠?qū)崿F(xiàn)微細加工的材料即可，可以使用其他材料的基板。另外，框架部2、可動對象部3和梁4可以各自由不同的材料形成，例如可以使用由金屬、半導體或有機物等其他的材料、或者它們的疊層體形成的部件。關于這一點，后面在實施方式3中說明。

＜實施方式2＞

[具有第一梁和第二梁的微驅(qū)動裝置]

本發(fā)明的發(fā)明人研究得到，作為實施方式1中說明的微驅(qū)動裝置的梁的具體的構造，制成包括第一方向上設置的第一梁和第二方向上設置的第二梁的構造，通過將第一梁和第二梁以正交的方式配置，能夠利用第一梁和第二梁的梁形狀容易地設計x軸轉(zhuǎn)動、y軸轉(zhuǎn)動和z軸并行的各自的共振頻率。這里，梁形狀主要是梁幅度、長度、分割數(shù)、梁間隔。

實施方式2是具備第一梁和第二梁的微驅(qū)動裝置。圖3所示的微驅(qū)動裝置11具備設置于第一梁14的至少1個的第二梁15。該第二梁15以與第一梁14正交的方式，從第一梁14的可動對象部13側的前端配置多根。其中，第二梁15的至少1根固定于第一梁14設置即可。并且，第二梁15可以設置于與第一梁14的方向不同的方向，并不一定必須正交，可以根據(jù)微驅(qū)動裝置的用途，例如以相對于第一梁14的方向呈45°的角度配置。另外，例如第二梁15可以形成為曲線形狀而非直線形狀。另外，例如第一梁14和第二梁15的雙方或者任一方可以被分割。

該第二梁15以如下方式構成：以固定于第一梁14的共振頻率共振，從而在長度方向上發(fā)生扭曲、或者發(fā)生規(guī)定的彎曲，與第一梁14的扭曲和彎曲相結合，使可動對象部3轉(zhuǎn)動或并行。即，第二梁15為了擴大能夠設定的共振頻率的范圍內(nèi)相對于第一梁14而設置。

該第二梁15與第一梁14同樣，能夠通過改變梁幅度、長度、梁間隔和厚度的形狀參數(shù)，使得能夠以與可動對象部13的動作相對應的多個共振頻率共振，由此能夠?qū)崿F(xiàn)共振頻率的控制。另外，關于第二梁15的形狀，從制作容易的觀點出發(fā)，基本上為細長的板狀，但根據(jù)所需要的共振頻率也可以為其他的形狀。

[利用共振頻率的微驅(qū)動裝置的動作概要]

對能夠進行x軸方向的轉(zhuǎn)動、y軸方向的轉(zhuǎn)動和z軸方向的并行的該微驅(qū)動裝置11的動作概要進行說明。圖4是表示共振頻率與微驅(qū)動裝置11的關系的概念圖(z軸并行)。圖4A是z軸并行的微驅(qū)動裝置的概念圖，圖4B是表示施加于微驅(qū)動裝置的頻率與其振幅的關系的曲線。圖4A所示的微驅(qū)動裝置11，通過將第二梁15以與第一梁14正交的方式配置、并適當設計第一梁14和第二梁15各自的形狀參數(shù)，以不同的3個頻率的峰中可動對象部13的振幅最大的方式設計。

如圖4B所示，在第一梁14和第二梁15上施加實線所示的頻率時，一對第一梁14從框架部12側朝向可動對象部13側向z軸方向的上側彎曲，并且第二梁15隨著從第一梁14附近遠離而向z軸方向的上側彎曲，從而輔助第一梁14的z軸方向的并行動作。其結果，該微驅(qū)動裝置11能夠?qū)崿F(xiàn)向z軸方向的并行。

圖5是表示共振頻率與微驅(qū)動裝置11的關系的概念圖(x軸轉(zhuǎn)動)。圖5A是x軸轉(zhuǎn)動的微驅(qū)動裝置的概念圖，圖5B是表示施加于微驅(qū)動裝置的頻率與其振幅的關系的曲線。如圖5B所示，在第一梁14和第二梁15上施加虛線所示的中央頻率時，雙方的第一梁14相對于x軸向箭頭方向扭曲，第二梁15以第一梁14為中心以轉(zhuǎn)動方向上側形成凸狀、轉(zhuǎn)動方向下側形成凹狀的方式彎曲，從而輔助第一梁14的x軸方向的轉(zhuǎn)動動作。結果，該微驅(qū)動裝置11能夠?qū)崿F(xiàn)向x軸方向的轉(zhuǎn)動。

圖6是表示共振頻率與微驅(qū)動裝置11的關系的概念圖(y軸轉(zhuǎn)動)。圖6A是y軸轉(zhuǎn)動的微驅(qū)動裝置的概念圖，圖6B是表示施加于微驅(qū)動裝置的頻率與其振幅的關系的曲線。如圖6B所示，向第一梁14和第二梁15施加點劃線所示的最高頻率時，第一梁14的一個從框架部12側朝向可動對象部13側向z軸方向的上側彎曲，另一個從框架部12側朝向可動對象部13側向z軸方向的下側彎曲，并且第二梁15相對于y軸方向向箭頭方向扭曲，從而輔助第一梁14的y軸方向的轉(zhuǎn)動動作。結果，該微驅(qū)動裝置11能夠?qū)崿F(xiàn)向y軸方向的轉(zhuǎn)動。

在微驅(qū)動裝置11中，通過將第一梁14和第二梁15正交配置，能夠僅利用由第一梁14和第二梁15構成的一對梁實現(xiàn)3軸驅(qū)動(3個自由度)，即實現(xiàn)向x軸方向的轉(zhuǎn)動、y軸方向的轉(zhuǎn)動和z軸方向的并行。并且，微驅(qū)動裝置11以第一梁14和第二梁15正交配置、這些梁以一個或多個共振頻率共振而發(fā)生扭曲或彎曲的方式設計，因而能夠利用1個控制機構進行驅(qū)動。并且，微驅(qū)動裝置11中，通過適當?shù)卦O定可動對象部13和第一梁14、第二梁15的形狀參數(shù)，能夠以相對于可動對象部13的各自由度的共振頻率存在適度差異的方式設計。并且，微驅(qū)動裝置11中，可以將控制機構設置在與其使用用途和設計、形狀相對應的最佳位置。綜上所述，本發(fā)明的微驅(qū)動裝置中，驅(qū)動裝置的設計的自由度提高，也能夠?qū)崿F(xiàn)超小型化。并且，本發(fā)明的微驅(qū)動裝置能夠?qū)崿F(xiàn)設計的自由度和超小型化，因而其使用用途也大幅擴展。

下面，設想具備第一梁和第二梁正交、能夠?qū)崿F(xiàn)向x軸方向的轉(zhuǎn)動、y軸方向的轉(zhuǎn)動和z軸方向的并行的實施方式2的微驅(qū)動裝置的光掃描儀的用途，實際地設定適合其用途的形狀和形狀參數(shù)，進行光掃描儀用微驅(qū)動裝置的制作。

[微驅(qū)動裝置的形狀確定]

在此，為了盡可能地提高光掃描儀的反射鏡部的面積占有率即開口率，并且使對于各自由度的共振頻率有適度差異，即，為了能夠加寬各個共振頻率的峰間隔、獨立地控制各自由度，確定圖7和圖8所示的光掃描儀用微驅(qū)動裝置51的形狀。圖7所示的光掃描儀用微驅(qū)動裝置51具備：作為可動對象部的形成為字母I(大寫字母)形狀的反射鏡部53；和支承一對第一梁P和與第一梁P正交設置的第二梁Q的框架部。圖8所示的光掃描儀用微驅(qū)動裝置51中，圖7所示的第一梁P成為被分割成2份的第一梁P₁和P₂。

在圖8所示的光掃描儀用微驅(qū)動裝置51中，將第一梁P₁和第一梁P₂的梁幅度設為梁幅度W_P(由于將第一梁P進行了分割，分別為相同的幅度)、將該第一梁P₁和第一梁P₂的間隔設為間隔P₁₂、將夾著反射鏡部53的一對第一梁的長度相加的第一梁的總長設為長度l_p。并且，將兩端固定的第二梁Q的梁幅度設為W_Q。在本實施方式中，使用它們的定義的形狀參數(shù)，進行光掃描儀用微驅(qū)動裝置51的共振頻率的最優(yōu)化。其中，可動對象部作為反射鏡部53進行以下的說明，但是例如可動對象部在其他用途時也能夠以同樣的方法實施。

[微驅(qū)動裝置的共振頻率最優(yōu)化方法]

在該光掃描儀用微驅(qū)動裝置51的共振頻率的最優(yōu)化方法中，為了獲得能夠得到具有適當差異的共振頻率的形狀參數(shù)，改變最初設置的形狀參數(shù)，并且利用有限元分析法確定最終的形狀參數(shù)。在本實施方式中，利用有限元分析法確定形狀參數(shù)，但并不限定于此，也能夠利用其他的解析方法，例如，可以實際地制作改變了形狀參數(shù)的光掃描儀用微驅(qū)動裝置51，確定最終的形狀參數(shù)。

在該光掃描儀用微驅(qū)動裝置51的有限元分析中，為了簡化計算，保持x軸轉(zhuǎn)動和y軸轉(zhuǎn)動的對稱性，并使器件整體的形狀為正方形，將正方形的一邊固定為1,500μm，反射鏡部和梁的厚度固定為t＝30μm，由此第一梁P的長度l_p＝1,500μm。

圖9是在光掃描儀用微驅(qū)動裝置51的有限元分析中以與各自由度相對應的共振頻率存在適度差異的方式算出形狀參數(shù)的最佳值的流程圖。在此，按照圖9所示的流程圖的步驟，對形狀參數(shù)的確定順序進行說明。

S61是確定與微驅(qū)動裝置的用途相對應的規(guī)格的方式確定步驟。接著，評價函數(shù)導出步驟S62中，確定評價函數(shù)，用于評價因解析中的形狀參數(shù)而發(fā)生變化的共振頻率。S63是初始條件設定步驟，將最低限度滿足規(guī)格的尺寸值作為基準進行設定(以下稱為基準尺寸值)，將上述的評價函數(shù)和該基準尺寸值作為初始條件。

S64是形狀參數(shù)變更步驟，對于所有的形狀參數(shù)，從形狀參數(shù)之中選自1個，僅使所選擇的形狀參數(shù)從基準尺寸值以規(guī)定間隔變化，將其余的形狀參數(shù)固定為基準尺寸值，利用有限元分析法，以各間隔算出共振頻率和評價函數(shù)值。其中，在該S64中，取任意的形狀參數(shù)值是不可能的，因此在各個形狀參數(shù)中使值以適當?shù)拈g隔變動。

S65是最佳尺寸值范圍算出步驟，對以各間隔算出的共振頻率以與其相對應的評價函數(shù)值進行評價，算出各形狀參數(shù)的最佳尺寸值范圍。S66是代表值組合步驟，從算出的各形狀參數(shù)的最佳尺寸值范圍中選出適當?shù)闹?，將它們?nèi)肯喑?，制作新的形狀參?shù)的組合。S67是暫定基準值算出步驟，對于新的形狀參數(shù)的組合，執(zhí)行形狀參數(shù)變更步驟S64，對由各間隔算出的共振頻率以與其相對應的評價函數(shù)值進行評價，確定暫定基準尺寸值的組合。

S68是最佳值算出步驟，將S67中的暫定基準尺寸值的組合作為形狀參數(shù)的新的基準尺寸值，反復進行S64～S67直至基準尺寸值與暫定基準尺寸值一致。其中，如果在第1個循環(huán)中基準尺寸值與暫定基準尺寸值一致，就不必在此反復進行S64～S67。最終，在S68中，如果基準尺寸值與暫定基準尺寸值一致，就可以將該一致的暫定基準尺寸值認為是最佳尺寸值。

通過上述的共振頻率最佳化方法，在本實施方式中，光掃描儀用微驅(qū)動裝置51所使用的最優(yōu)化的形狀參數(shù)設定為如下值：梁幅度W_Q＝80μm、梁幅度W_P＝10μm、長度l_p＝400μm、間隔P₁₂＝25μm。另外，在具有這些形狀參數(shù)的光掃描儀用微驅(qū)動裝置51中，能夠獲得x軸轉(zhuǎn)動共振頻率fx為4.341kHz、y軸轉(zhuǎn)動共振頻率fy為33.74kHz、z軸并行共振頻率fz為19.68kHz的結果。

＜微驅(qū)動裝置的制作方法＞

基于圖10所示的工序圖對光掃描儀用微驅(qū)動裝置51的制作進行說明。在本實施方式中，考慮可動對象部的三維的位移需要從基板的正面和背面進行蝕刻，所以使用SOI(絕緣體上硅Silicon On Insulator)的基板。這是由于設置在基板正面與基板背面之間的SiO₂層成為Si蝕刻時的阻隔層，在維持形成于基板表面的形狀的狀態(tài)下能夠從基板背面進行蝕刻的緣故。

所使用的SOI晶片由硅層30μm(以下稱為表面)、SiO₂層2μm和硅層250μm(以下稱為背面)3層構成。在圖10所示的S71中，通過旋涂在SOI基板81上涂敷表面活性劑OAP(東京應化工業(yè)株式會社)并使其干燥，之后，通過旋涂在其上涂布作為正型(positive type)光刻劑82的OFPR(東京應化工業(yè)株式會社)。利用紫外線照射，在涂布的陽型光刻劑82上燒上在光刻掩模上描繪的光掃描儀用微驅(qū)動裝置51的圖案。將曝光后的SOI基板81浸漬在顯影液中，將燒上的圖案以外的不需要的光刻劑82除去。

在S72中，為了將燒上的圖案轉(zhuǎn)印到基板的Si上層83，進行Si蝕刻直到SiO₂層84，在Si上層83形成圖案。該Si蝕刻利用使用SF₆、氧和C₄F₈的干式蝕刻進行。這里使用干式蝕刻，但是例如也可以使用濕式蝕刻。

在S73中，利用溶劑等將Si上層83的圖案上殘留的光刻劑82除去。該溶劑只要是能夠用于光刻劑除去的溶劑即可，種類沒有限定。在此，使用丙酮、異丙醇和硫酸雙氧水進行蝕刻除去。

在S74～S76中，從SOI基板81的背面?zhèn)扰cS71～S73同樣操作。對Si下層85進行Si蝕刻直至SiO₂層84，形成基板背面?zhèn)鹊膱D案。

在S77中，將SiO₂層除去。在此，使用氫氟酸水溶液，但是只要是僅蝕刻SiO₂層而不蝕刻Si層即可，例如可以采用干式蝕刻。圖11表示經(jīng)過工序圖所示的S71～S77的各工序制得的實施方式2的光掃描儀用微驅(qū)動裝置。

[微驅(qū)動裝置的評價]

(評價方法)

為了評價制得的光掃描儀用微驅(qū)動裝置的特性，對該微驅(qū)動裝置施加振動，測定此時特定點的z軸方向的位移。由此，評價該光掃描儀用微驅(qū)動裝置是否以按照規(guī)格的共振頻率顯示3種模式。

圖12是從z軸方向觀察光掃描儀用微驅(qū)動裝置的二維形狀的示意圖。如圖12所示，設定a、b、c這3點作為測定點。其中，在光掃描儀用微驅(qū)動裝置之外設置測定點c是由于在施加振動時支承微驅(qū)動裝置的外部的機構也發(fā)生振動，因而除去其外部的振動，求出施加振動時單純的光掃描儀用微驅(qū)動裝置的反射鏡部的位移的緣故。

通過測定測定點a和b的位移，能夠判斷以下事項。在測定點a未發(fā)生位移而測定點b發(fā)生位移的情況下，能夠判斷反射鏡部發(fā)生x軸轉(zhuǎn)動。另外，在測定點a和b發(fā)生位移的情況下，能夠判斷發(fā)生z軸并行；在測定點a發(fā)生位移而測定點b未發(fā)生位移的情況下，能夠判斷發(fā)生y軸轉(zhuǎn)動。

在測定點的位移的測定中，使用激光多普勒振動計(Polytec制，MSA-500)。并且，使用壓電驅(qū)動器作為激振器，向光掃描儀用微驅(qū)動裝置施加振動。施加振動時，為了支承制成20mm見方的光掃描儀用微驅(qū)動裝置，在壓電驅(qū)動器之上夾入鋁板固定。激光多普勒振動計能夠在指定的范圍內(nèi)測量指定個數(shù)的點的位移，僅選取上述的3個測定點的位移，計量它們的共振頻率和共振模式。施加振動時的驅(qū)動電壓的單振幅為2V。

(評價結果)

對于制得的光掃描儀用微驅(qū)動裝置，按照上述的評價方法評價作為光掃描儀用微驅(qū)動裝置的特性。圖13A表示施加于光掃描儀用微驅(qū)動裝置的頻率與其位移的關系(頻率－位移曲線)。圖13B表示去除施加于光掃描儀用微驅(qū)動裝置的外部的位移而算出的頻率與增量的關系(頻率－增量曲線)。

根據(jù)圖13A所示的頻率－位移曲線可知，從頻率低的峰起依次為，僅測定點b發(fā)生位移、測定點a和b發(fā)生位移、僅測定點a發(fā)生位移。對圖13B所示的頻率－增量進行研究，在頻率－位移曲線的相當于最低的峰的共振頻率附近，僅存在測定點b的位移成分。另外，在頻率－位移曲線的相當于中央的峰的共振頻率附近，測定點a和b的位移成分以相同的強度重合。

并且，在頻率－位移曲線的相當于最高的峰的共振頻率附近，雖然也存在少許測定點b的位移成分高的共振頻率，但是基本上是測定點a的位移成分?；谠撛u價結果，選擇與各軸的動作相對應的獨立的共振頻率。

接著，將以所選擇的共振頻率進行的光掃描儀用微驅(qū)動裝置的驅(qū)動方式3D作圖，示于圖14～16。將僅測定點b發(fā)生位移的最低的峰附近的2.781kHz的共振頻率施加于光掃描儀用微驅(qū)動裝置時，如圖14所示顯示x軸轉(zhuǎn)動模式。該結果表明以接近由共振頻率最優(yōu)化方法得到的x軸轉(zhuǎn)動共振頻率fx的頻率進行x軸轉(zhuǎn)動。

另外，將測定點a和b的位移成分以相同的強度重合的中央的峰附近的17.31kHz的共振頻率施加于光掃描儀用微驅(qū)動裝置時，如圖15所示顯示z軸并行模式。其結果表明以接近由共振頻率最優(yōu)化方法得到的z軸并行共振頻率fz的頻率進行z軸并行。

另外，將僅測定點a發(fā)生位移的最高的峰附近的29.50kHz的共振頻率施加于光掃描儀用微驅(qū)動裝置時，如圖16所示，表示y軸轉(zhuǎn)動模式。該結果表明以接近由共振頻率最優(yōu)化方法得到的y軸轉(zhuǎn)動共振頻率fy的頻率進行y軸轉(zhuǎn)動。

在以上的構成中，本發(fā)明的微驅(qū)動裝置中，將第一梁P和第二梁Q正交設置、并且將形狀參數(shù)最優(yōu)化時，能夠獲得適合的不同的3個共振頻率，因而第一梁P和第二梁Q對應于各共振頻率發(fā)生扭曲或彎曲，從而能夠使可動對象部發(fā)生x軸轉(zhuǎn)動、y軸轉(zhuǎn)動和z軸并行。因此，由本發(fā)明的微驅(qū)動裝置構成的光掃描儀用微驅(qū)動裝置，因構造簡便能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，并且因z軸并行能夠具備聚焦功能，由于為能夠使反射鏡部在框架部的內(nèi)側最大限度擴張的結構，因而能夠提高開口率。

＜實施方式3＞

在實施方式1和2中，對SOI基板進行蝕刻加工，制作框架部、可動對象部、第一梁和第二梁，使這些構成部件為硅，對具備如上特征的微驅(qū)動裝置進行說明。在實施方式3的微驅(qū)動裝置中，作為上述構成部件，能夠使用不同的材料，作為制作方法，不僅進行蝕刻加工，再追加蒸鍍等的疊層工藝，從而將各個構成部件所使用的材料疊層。通過使用這樣的材料作為構成部件，能夠增加材料參數(shù)，共振頻率最優(yōu)化更加有望。

作為實施方式3的微驅(qū)動裝置能夠使用的材料，可以列舉金、銀、鋁等的金屬材料、炭、金屬氧化物等的無機材料、以及聚酰胺、環(huán)氧樹脂、有機硅樹脂等的有機材料。這些材料只要是能夠在微細加工時使用的材料，可以使用任意的材料。另外，不僅可以制作有單一的材料制作各構成部件，也可以將多種材料疊層而成的復合材料用作構成部件的材料，制作各構成部件。

在與以上的實施方式1和2不同的構成中，實施方式3的微驅(qū)動裝置中，框架部、可動對象部、第一梁和第二梁中的至少1個由不同的材料制作，因而能夠控制共振頻率的參數(shù)增加。結果，能夠擴大各共振周數(shù)的間隔。由此，在由有機材料制作可動對象部和第一梁、由金屬或無機材料制作框架部和第二梁的微驅(qū)動裝置中，例如，還能夠減緩x軸轉(zhuǎn)動的周期、特別地加快y軸轉(zhuǎn)動的周期和Z軸并行的周期。并且，實施方式3的微驅(qū)動裝置具備具有被分割為多個的部分的第一梁和/或第二梁，并且以該被分割的部分的一部分的材料與其他部分不同的方式設計。

[微型器件]

通過裝入本發(fā)明的微驅(qū)動裝置，能夠制作可實現(xiàn)多軸驅(qū)動的微型器件。通過根據(jù)微型器件的使用用途變更可動對象部、對應于需要的自由度選擇第一梁和第二梁的配置方法以及材料進行制作，從此能夠得到預期的微型器件。作為微型器件的示例，不僅限于可動對象部為反射鏡的微型反射鏡，可以列舉可動對象部為軸或臂等的機械部件、壓敏傳感器或光學傳感器等的傳感器的多軸驅(qū)動的微型器械或微型傳感器等。

[確定微驅(qū)動裝置用共振頻率的程序]

制造本發(fā)明的微驅(qū)動裝置時應用的共振頻率最優(yōu)化方法能夠由計算機處理來實現(xiàn)。CPU將用于在計算機上運行的微驅(qū)動裝置的共振頻率的最優(yōu)化方法的程序在RAM上展開，按照該程序，計算機能夠執(zhí)行上述共振頻率最優(yōu)化方法。該程序可以使用計算機能夠讀取的存儲介質(zhì)安裝在計算機上，也可以借助網(wǎng)絡從其他的計算機或存儲介質(zhì)安裝。

以上，對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但該實施方式終究也是只例示，并不用來限定發(fā)明的范圍。這里例示的實施方式能夠以其他的各種方式實施，只要在不脫離發(fā)明的要點的范圍內(nèi)，能夠進行各種的省略、置換、變更。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明的微驅(qū)動裝置具備僅在一個方向設置的梁，能夠?qū)崿F(xiàn)多軸驅(qū)動，并且是小型化的裝置，因而能夠應用于需求超小型化、微細化的微型器件。因此，本發(fā)明的微驅(qū)動裝置能夠有助于電子機器相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。并且，可動對象部為反射鏡的微型反射鏡驅(qū)動裝置能夠用于光傳感器等的各種傳感器，作為MEMS光掃描儀等利用，因而能夠?qū)﹄娮庸鈱W機器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作為巨大貢獻。另外，將使用本發(fā)明的微驅(qū)動裝置的光掃描儀應用于頭戴式顯示器時，該頭戴式顯示器不僅能夠映出現(xiàn)有的二維圖像，還能夠映出三維圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)圖像技術的提高。

符號說明

1、11：微驅(qū)動裝置；2、12：框架部；3、13：可動對象部；4：梁；14：第一梁；15：第二梁。