特開 2024-97572 ２次元走査型ＭＥＭＳミラー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024097572

(43)【公開日】2024-07-19

(54)【発明の名称】２次元走査型ＭＥＭＳミラー

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20240711BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20240711BHJP

   G01S 7/481 20060101ALI20240711BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20240711BHJP

【ＦＩ】

G02B26/10 104Z

G02B26/08 E

G02B26/10 C

G01S7/481 A

B81B3/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023001111

(22)【出願日】2023-01-06

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100147267

【弁理士】

【氏名又は名称】大槻 真紀子

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(72)【発明者】

【氏名】岡本 有貴

(72)【発明者】

【氏名】岡田 浩尚

(72)【発明者】

【氏名】一木 正聡

【テーマコード（参考）】

2H045

2H141

3C081

5J084

【Ｆターム（参考）】

2H045AB13

2H045AB38

2H045AB73

2H045BA12

2H141MA12

2H141MB24

2H141MC04

2H141MC07

2H141MD04

2H141MD13

2H141MD16

2H141MD20

2H141MD24

2H141ME01

2H141ME09

2H141ME24

2H141ME25

2H141MF01

2H141MF03

2H141MF05

2H141MF21

2H141MF22

2H141MF28

2H141MG06

2H141MZ06

2H141MZ16

2H141MZ19

2H141MZ26

3C081AA11

3C081AA13

3C081BA28

3C081BA44

3C081BA46

3C081BA47

3C081BA53

3C081BA54

3C081CA14

3C081CA28

3C081CA44

3C081DA04

3C081EA08

5J084AA05

5J084AC02

5J084BA03

5J084BA50

5J084BB01

5J084BB14

5J084BB28

5J084DA01

5J084DA09

5J084EA40

(57)【要約】

【課題】動作安定化、小型化、及び低コスト化を可能とした２次元走査型ＭＥＭＳミラーを提供することを目的とする。
【解決手段】可動ミラー板１１と、可動ミラー板１１を第１回転軸Ｓ１まわり及び第１回転軸Ｓ１に直交する第２回転軸Ｓ２まわりに互いに異なる周期で回転させる回転アクチュエータ１２と、を備えるスキャナ構造１０と、スキャナ構造１０を２次元方向に移動可能に支持する可動フレーム構造２１と、可動フレーム構造２１を２次元方向に移動させる移動アクチュエータ２３と、を備える補正機構２０と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可動ミラー板と、前記可動ミラー板を第１回転軸まわり及び前記第１回転軸に直交する第２回転軸まわりに互いに異なる周期で回転させる回転アクチュエータと、を備えるスキャナ構造と、
前記スキャナ構造を２次元方向に移動可能に支持する可動フレーム構造と、前記可動フレーム構造を前記２次元方向に移動させる移動アクチュエータと、を備える補正機構と、
を備える、
２次元走査型ＭＥＭＳミラー。

【請求項2】

前記可動ミラー板は、前記第１回転軸及び前記第２回転軸に沿う方向に延びるトーションバーを備え、
前記回転アクチュエータは、前記トーションバーを介して前記可動ミラー板を回転させる、
請求項１に記載の２次元走査型ＭＥＭＳミラー。

【請求項3】

前記補正機構は、前記可動フレーム構造を支持する支持部を更に備える、
請求項１に記載の２次元走査型ＭＥＭＳミラー。

【請求項4】

前記回転アクチュエータと前記移動アクチュエータとは、互いに独立している、
請求項１に記載の２次元走査型ＭＥＭＳミラー。

【請求項5】

前記可動フレーム構造の質量は、前記スキャナ構造の質量よりも大きい、
請求項１に記載の２次元走査型ＭＥＭＳミラー。

【請求項6】

前記可動フレーム構造は、
前記スキャナ構造に接続される第１可動フレーム構造と、
前記第１可動フレーム構造の外側に配置され、前記第１可動フレーム構造と前記移動アクチュエータとを接続する第２可動フレーム構造と、
を備え、
前記移動アクチュエータは、
前記第１可動フレーム構造を第１方向に動作させる第１移動アクチュエータと、
前記第２可動フレーム構造を、前記第１方向と直交する第２方向に動作させる第２移動アクチュエータと、
を備える、
請求項１から５のいずれか１項に記載の２次元走査型ＭＥＭＳミラー。

【請求項7】

前記補正機構は、前記可動フレーム構造を支持する支持部を更に備え、
前記第１可動フレーム構造と前記第２可動フレーム構造、及び、前記第２可動フレーム構造と前記支持部は、それぞれ板ばね構造を介して接続される、
請求項６に記載の２次元走査型ＭＥＭＳミラー。

【請求項8】

前記スキャナ構造は、前記可動フレーム構造の中央に配置されている、
請求項６に記載の２次元走査型ＭＥＭＳミラー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２次元走査型ＭＥＭＳミラーに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造技術を利用したデバイスとして、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が知られている。
特許文献１には、対象物をそれぞれＸ、ＹおよびＺ方向に精密に微細位置決めできるマイクロ電子機械（ＭＥＭＳ）位置決め装置が開示されている。
特許文献２には、カメラの焦点調整のために、レンズを静電気力で移動させるＭＥＭＳアクチュエータを用いる技術が開示されている。
特許文献３には、衝撃等による破損を抑制することを目的とした、ＭＥＭＳデバイスからなる光偏向器が開示されている。
特許文献４には、ＣＭＯＳセンサ等に用いられることを目的とした、手動撮像動作と自動撮像動作とに合わせて撮像手段の動作に関する設定を切り替える制御を行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００２－５０２９５２号公報

【特許文献2】特開２０１２－８５６９号公報

【特許文献3】特開２０２２－７３９５６号公報

【特許文献4】特開２００８－２８８８２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＭＥＭＳを利用したシステムの１つに、２次元走査型ＭＥＭＳミラーがある。２次元走査型ＭＥＭＳミラーは、例えば、レーザ掃引システムを用いたリモートセンシングに用いられる。具体的には、２次元走査型ＭＥＭＳミラーは、例えば、レーザー掃引システムにおいて、レーザー光源から定点照射されるレーザー光を走査させるために用いられる。
２次元走査型ＭＥＭＳミラーを用いたレーザ掃引システムを移動体（例えば、自動車）に搭載する場合、対象物に安定してレーザ光を照射するためには、移動によるブレを抑える必要がある。ここで、例えば、レーザ掃引システムのブレを抑える為に公知のジンバルを用いると、レーザ掃引システムと別の構成を設けることになるため、システムの小型化及び低コスト化を阻む原因となる。また、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ向けのブレ補正機構を用いる場合、独立して作製された２次元走査型ＭＥＭＳミラーとブレ補正機構を積層する必要がある。この場合は、２次元走査型ＭＥＭＳミラーとブレ補正機構を高精度に位置合わせすることが必要であり、低コスト化を阻む原因となる。

【0005】

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、動作安定化、小型化、及び低コスト化を可能とした２次元走査型ＭＥＭＳミラー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】

＜１＞本発明の態様１に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーは、可動ミラー板と、前記可動ミラー板を第１回転軸まわり及び前記第１回転軸に直交する第２回転軸まわりに互いに異なる周期で回転させる回転アクチュエータと、を備えるスキャナ構造と、前記スキャナ構造を２次元方向に移動可能に支持する可動フレーム構造と、前記可動フレーム構造を前記２次元方向に移動させる移動アクチュエータと、を備える補正機構と、を備える。

【0007】

この発明によれば、２次元走査型ＭＥＭＳミラーは、補正機構を備える。言い換えれば、本発明に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーは、スキャナ構造と補正機構とが一体に成形されている。補正機構は、スキャナ構造を２次元方向に移動可能に支持する可動フレーム構造と、可動フレーム構造を２次元方向に移動させる移動アクチュエータと、を備える。これにより、移動アクチュエータによって可動フレーム構造を移動させることで、スキャナ構造ごと可動ミラー板を２次元方向に移動させることができる。よって、例えば、２次元走査型ＭＥＭＳミラーの位置にブレが生じた場合に、補正機構によって、スキャナ構造ごと可動ミラー板の位置を補正することができる。このように、補正機構がレーザ掃引システムのブレ補正の機能を担保することで、レーザ掃引システムの動作安定化に寄与することができる。

【0008】

また、上述のように、２次元走査型ＭＥＭＳミラーにおいてスキャナ構造と補正機構とが一体に成形されていることで、例えば、ジンバル等の別の構成を設けることを不要とすることができる。よって、装置を小型化することができる。更に、例えば、独立して作製された２次元走査型ＭＥＭＳミラーとブレ補正機構を積層することを不要とすることで、２次元走査型ＭＥＭＳミラーの厚さを抑えることができる。よって、２次元走査型ＭＥＭＳミラーの質量を減らすことができ、最大動作周波数を高くすることができる。よって、動作に必要な電圧または電流を小さくすることができる。更に、積層の際の高精度な位置合わせを不要とできることや、材料の歩留まりを上昇させることができることで、製造コストを抑えることができる。

【0009】

＜２＞本発明の態様２に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーは、態様１に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーにおいて、前記可動ミラー板は、前記第１回転軸及び前記第２回転軸に沿う方向に延びるトーションバーを備え、前記回転アクチュエータは、前記トーションバーを介して前記可動ミラー板を回転させる。

【0010】

この発明によれば、回転アクチュエータは、トーションバーを介して可動ミラー板を回転させる。つまり、第１回転軸及び第２回転軸は、トーションバーによって構成される。これにより、簡素な構成で可動ミラー板を回転させることができる。また、第１回転軸及び第２回転軸を簡素な構成とすることで、製造の工程を容易にして、製造コストを抑えることに寄与することができる。

【0011】

＜３＞本発明の態様３に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーは、態様１又は態様２に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーにおいて、前記補正機構は、前記可動フレーム構造を支持する支持部を更に備える。

【0012】

この発明によれば、補正機構は、可動フレーム構造を支持する支持部を更に備える。つまり、可動フレーム構造は、支持部によって支持される。これにより、より可動フレーム構造が予期しない方向に動くことを抑えることができる。よって、よりスキャナ構造の移動の精度を向上させ、レーザ掃引システムの動作安定化に寄与することができる。

【0013】

＜４＞本発明の態様４に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーは、態様１から態様３のいずれか１つに係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーにおいて、前記回転アクチュエータと前記移動アクチュエータとは、互いに独立している。

【0014】

この発明によれば、回転アクチュエータと移動アクチュエータとは、互いに独立している。これにより、可動ミラー板を水平移動させる動きと、可動ミラー板を回転移動させる動きとを、それぞれ独立して行うことができる。よって、より可動ミラー板の移動を自在に行うことができるようにすることで、より補正機構によるブレ補正の機能を向上させ、レーザ掃引システムの動作安定化に寄与することができる。

【0015】

＜５＞本発明の態様５に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーは、態様１から態様４のいずれか１つに係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーにおいて、前記可動フレーム構造の質量は、前記スキャナ構造の質量よりも大きい。

【0016】

この発明によれば、可動フレーム構造の質量は、スキャナ構造の質量よりも大きい。これにより、例えば、スキャナ構造が移動する際、スキャナ構造の慣性によって可動フレーム構造が予期しない方向に動かされることを抑えることができる。よって、よりスキャナ構造の移動の精度を向上させ、レーザ掃引システムの動作安定化に寄与することができる。

【0017】

＜６＞本発明の態様６に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーは、態様１から態様５のいずれか１つに係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーにおいて、前記可動フレーム構造は、前記スキャナ構造に接続される第１可動フレーム構造と、前記第１可動フレーム構造の外側に配置され、前記第１可動フレーム構造と前記移動アクチュエータとを接続する第２可動フレーム構造と、を備え、前記移動アクチュエータは、前記第１可動フレーム構造を第１方向に動作させる第１移動アクチュエータと、前記第２可動フレーム構造を、前記第１方向と直交する第２方向に動作させる第２移動アクチュエータと、を備える。

【0018】

この発明によれば、可動フレーム構造は、第１可動フレーム構造と、第２可動フレーム構造と、を備える。移動アクチュエータは、第１可動フレーム構造を第１方向に動作させる第１移動アクチュエータと、第２可動フレーム構造を、第１方向と直交する第２方向に動作させる第２移動アクチュエータと、を備える。このように、可動フレーム構造を第１方向に移動させるアクチュエータと、第２方向に移動させるアクチュエータと、を個別に設けることで、可動ミラー板の水平移動を自在に行うことができるようにすることで、より補正機構によるブレ補正の機能を向上させ、レーザ掃引システムの動作安定化に寄与することができる。

【0019】

＜７＞本発明の態様７に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーは、態様６に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーにおいて、前記補正機構は、前記可動フレーム構造を支持する支持部を更に備え、前記第１可動フレーム構造と前記第２可動フレーム構造、及び、前記第２可動フレーム構造と前記支持部は、それぞれ板ばね構造を介して接続される。

【0020】

この発明によれば、第１可動フレーム構造と第２可動フレーム構造、及び、第２可動フレーム構造と支持部は、それぞれ板ばね構造を介して接続される。これにより、例えば、可動フレーム構造が移動アクチュエータによって移動した後は、移動アクチュエータが電圧が印加されていない時は板ばね構造の弾性によって元の位置に戻り、電圧を印加している時はその電圧に応じた位置で停止する。これにより、可動フレーム構造を初期位置に戻すための特別な制御等を不要とすることができる。よって、より移動アクチュエータの制御を容易にすることができる。

【0021】

＜８＞本発明の態様８に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーは、態様１から態様７のいずれか１つに係る２次元走査型ＭＥＭＳミラーにおいて、前記スキャナ構造は、前記可動フレーム構造の中央に配置されている。

【0022】

この発明によれば、スキャナ構造は、可動フレーム構造の中央に配置されている。これにより、スキャナ構造の移動を、いずれの方向に対しても安定して行うことができる。よって、よりスキャナ構造の移動の精度を向上させ、レーザ掃引システムの動作安定化に寄与することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、動作安定化、小型化、及び低コスト化を可能とした２次元走査型ＭＥＭＳミラーを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】レーザ掃引システムの模式図である。

【図2】図１に示すレーザ掃引システムに位置ブレが生じた際の模式図である。

【図3】２次元走査型ＭＥＭＳミラーの斜視図である。

【図4】２次元走査型ＭＥＭＳミラーのミラー部が第１回転軸まわりに回転した例である。

【図5】２次元走査型ＭＥＭＳミラーのミラー部が第２回転軸まわりに回転した例である。

【図6】２次元走査型ＭＥＭＳミラーの製造工程の第１図である。

【図7】２次元走査型ＭＥＭＳミラーの製造工程の第２図である。

【図8】２次元走査型ＭＥＭＳミラーの製造工程の第３図である。

【図9】２次元走査型ＭＥＭＳミラーの第１方向及び第２方向への動作に係る周波数特性のグラフである。

【図10】２次元走査型ＭＥＭＳミラーのミラー部が第１回転軸まわりに回転してレーザ掃引を行った時の、走査されたレーザ光である。

【図11】２次元走査型ＭＥＭＳミラーのミラー部が第２回転軸まわりに回転してレーザ掃引を行った時の、走査されたレーザ光である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００を説明する。本実施形態に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００は、例えば、レーザ掃引システム１０００に用いられる。以下、レーザ掃引システム１０００について説明する。
レーザ掃引システム１０００は、例えば、リモートセンシングに用いられる。本実施形態に係るレーザ掃引システム１０００は、例えば、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）システムである。すなわち、本実施形態に係るレーザ掃引システム１０００は、対象物Ｏにレーザ光を照射して、対象物Ｏとの距離等を測定するシステムである。本実施形態に係るレーザ掃引システム１０００は、図１に示すように、送光器２００と、２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００と、広角レンズ３００と、ビームスプリッタ４００と、受光器５００と、を備える。

【0026】

送光器２００は、対象物Ｏに照射するレーザ光の光源である。送光器２００は、レーザ光を２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００に向けて一点に照射（送信）する。
２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００は、送光器２００から照射されたレーザ光（以下、送波光Ｂ１）、及び対象物Ｏから反射されたレーザ光（以下、受波光Ｂ２）を反射する。２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００の可動ミラー板１１は、レーザ掃引システム１０００の内部で適宜回転又は移動する。このことで、送光器２００から発された送波光Ｂ１は、２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００によって２次元に掃引される（詳細は後述する）。

【0027】

広角レンズ３００は、２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００が反射した送波光Ｂ１、及び対象物Ｏから反射された受波光Ｂ２を屈折させる。このことで、２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００が送波光Ｂ１を走査できる範囲を大きくする。及び、対象物Ｏから反射された受波光Ｂ２を２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００に向けて集約させる。
ビームスプリッタ４００は、２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００が反射した受波光Ｂ２を、受光器５００に向けて反射する。
受光器５００は、ビームスプリッタ４００が反射した受波光Ｂ２を受信する。受光器５００は、受信した受波光Ｂ２を解析する。このことで、レーザ掃引システム１０００と対象物Ｏとの距離を把握可能とする。

【0028】

ここで、レーザ掃引システム１０００は、車両をはじめとする移動体に搭載されることがある。このとき、図２に示すように、移動に伴う振動等によってレーザ掃引システム１０００に位置ブレが生じることがある。これにより、レーザ掃引システム１０００による対象物Ｏへの送波光Ｂ１の照射位置に位置ブレ（図２に示すＢ３）が生じ、正確に対象物Ｏとの距離が測定できなくなることがある。

【0029】

上記の課題に対応するため、本実施形態に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００は、以下の構成を備える。すなわち、２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００は、図３に示すように、スキャナ構造１０と、補正機構２０と、を備える。
スキャナ構造１０は、送波光Ｂ１を対象物Ｏに向けて走査する。及び、スキャナ構造１０は、対象物Ｏからの受波光Ｂ２をビームスプリッタ４００を介して受光器５００に反射させる。スキャナ構造１０は、可動ミラー板１１と、回転アクチュエータ１２と、を備える。

【0030】

可動ミラー板１１は、送波光Ｂ１及び受波光Ｂ２を反射する。可動ミラー板１１は、ミラー部１１Ａと、ミラー支持部１１Ｂと、トーションバー１１Ｃと、を備える。
ミラー部１１Ａは、送光器２００の送波光Ｂ１を反射する円状の部位である。ミラー部１１Ａは、図３に示す第１回転軸Ｓ１まわり、及び第１回転軸Ｓ１に直交する第２回転軸Ｓ２まわりに振動する。言い換えれば、ミラー部１１Ａは、第１回転軸Ｓ１まわり及び第２回転軸Ｓ２まわりに回転可能である。このことで、送光器２００から一点に照射される送波光Ｂ１の方向を変化させ、送波光Ｂ１を対象物Ｏに向けて走査可能とする。ミラー部１１Ａの中心は、第１回転軸Ｓ１と第２回転軸Ｓ２との交点に設けられる。

【0031】

ミラー支持部１１Ｂは、ミラー部１１Ａの周囲に形成される長方形状の部位である。ミラー支持部１１Ｂの長辺は、第１回転軸Ｓ１と平行に配置される。ミラー支持部１１Ｂの短辺は、第２回転軸Ｓ２と平行に配置される。ミラー支持部１１Ｂは、ミラー部１１Ａに対して非対称に配置される。具体的には、ミラー部１１Ａは、図３に示すように、ミラー支持部１１Ｂの長手方向の中央から一方に移動した位置に配置される。なお、ミラー部１１Ａは、ミラー支持部１１Ｂの短手方向の中央に配置される。このことで、可動ミラー板１１の、第１回転軸Ｓ１まわりの共振周波数と第２回転軸Ｓ２まわりの共振周波数とが異なるようにして、第１回転軸Ｓ１まわりの回転と第２回転軸Ｓ２まわりの振動を個別に制御できるようにする。

【0032】

トーションバー１１Ｃは、互いに直交する第１回転軸Ｓ１及び第２回転軸Ｓ２に沿う方向に延びる。トーションバー１１Ｃは、ねじり方向に弾性変形する。以下、第１回転軸Ｓ１に沿う方向に延びるトーションバー１１Ｃを、第１トーションバー１１Ｃ１という。第２回転軸Ｓ２に沿う方向に延びるトーションバー１１Ｃを、第２トーションバー１１Ｃ２という。

【0033】

第１トーションバー１１Ｃ１は、図３に示すように、ミラー部１１Ａとミラー支持部１１Ｂとの間に配置される。第１トーションバー１１Ｃ１は、ミラー支持部１１Ｂの長手方向と平行に延びる。第１トーションバー１１Ｃ１は、ミラー支持部１１Ｂの短手方向の中央に配置される。このことで、第１トーションバー１１Ｃ１は、図４に示すように、ミラー部１１Ａを第１回転軸Ｓ１まわりに回転可能とする。

【0034】

第２トーションバー１１Ｃ２は、図３に示すように、ミラー支持部１１Ｂと回転アクチュエータ１２（後述する）との間に配置される。第２トーションバー１１Ｃ２は、ミラー支持部１１Ｂの短手方向と平行に延びる。第２トーションバー１１Ｃ２は、ミラー支持部１１Ｂの長手方向の中央から一方に移動した位置に配置される。このことで、第２トーションバー１１Ｃ２は、図５に示すように、ミラー支持部１１Ｂごと、ミラー部１１Ａを第２回転軸Ｓ２まわりに回転可能とする。

【0035】

回転アクチュエータ１２は、トーションバー１１Ｃを介して可動ミラー板１１を回転させる。具体的には、回転アクチュエータ１２は、可動ミラー板１１を第１回転軸Ｓ１まわり及び第１回転軸Ｓ１に直交する第２回転軸Ｓ２まわりに互いに異なる周期で回転させる。この周期を適宜制御することで、回転アクチュエータ１２は、送波光Ｂ１が走査可能となるように、可動ミラー板１１を回転させる。
本実施形態において、回転アクチュエータ１２は、電磁力アクチュエータである。すなわち、回転アクチュエータ１２は、電磁力（ローレンツ力）を発生させることで、可動ミラーを振動させる。

【0036】

補正機構２０は、スキャナ構造１０を移動させる。具体的には、レーザ掃引システム１０００に位置ブレが生じた時、補正機構２０は、レーザ掃引システム１０００の内部において、スキャナ構造１０を位置ブレの方向と反対の方向に移動させる。このことで、補正機構２０は、図２に示すように、レーザ掃引システム１０００に位置ブレが生じた場合においても、送波光Ｂ１の照射先にブレが生じないようにする。
補正機構２０は、可動フレーム構造２１と、支持部２２と、移動アクチュエータ２３と、を備える。

【0037】

可動フレーム構造２１は、スキャナ構造１０を２次元方向に移動可能に支持する。具体的には、可動フレーム構造２１は、例えば、スキャナ構造１０を第１回転軸Ｓ１及び第２回転軸Ｓ２の両方を含む２次元方向に移動可能に支持する。本実施形態において、スキャナ構造１０は、可動フレーム構造２１の中央に配置される。すなわち、可動フレーム構造２１は、第１回転軸Ｓ１及び第２回転軸Ｓ２の両方を含む２次元方向において、スキャナ構造１０の全周に配置される。可動フレーム構造２１は、第１可動フレーム構造２１Ａと、第２可動フレーム構造２１Ｂと、を備える。

【0038】

第１可動フレーム構造２１Ａは、スキャナ構造１０に接続される。第１可動フレーム構造２１Ａは、スキャナ構造１０を、第１方向Ｄ１に移動可能となるように支持する。本実施形態において、第１方向Ｄ１は、第１回転軸Ｓ１及び第２回転軸Ｓ２の両方を含む２次元方向のうち、第１回転軸Ｓ１に直交する方向である。

【0039】

第２可動フレーム構造２１Ｂは、第１可動フレーム構造２１Ａの外側に配置される。第２可動フレーム構造２１Ｂは、第１可動フレーム構造２１Ａと移動アクチュエータ２３とを接続する。第２可動フレーム構造２１Ｂは、スキャナ構造１０を、第１可動フレーム構造２１Ａごと、第１回転軸Ｓ１及び第２回転軸Ｓ２の両方を含む２次元方向のうち、第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に移動可能となるように支持する。本実施形態において、第１可動フレーム構造２１Ａと第２可動フレーム構造２１Ｂとは、図３に示すように、第１板ばね構造２１Ｃ１（板ばね構造）を介して接続される。

【0040】

本実施形態において、可動フレーム構造２１の質量は、スキャナ構造１０の質量よりも大きいことが好ましい。このことで、スキャナ構造１０が移動する際、スキャナ構造１０の慣性によって可動フレーム構造２１が予期しない方向に動かされることを抑えることができるようにすることが好ましい。

【0041】

支持部２２は、可動フレーム構造２１を支持する。支持部２２は、例えば、レーザ掃引システム１０００の筐体に固定されたプリント基板やセラミックパッケージ上に配置される。このことで、可動フレーム構造２１が、レーザ掃引システム１０００の内部において、スキャナ構造１０を第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との二次元方向に移動可能に保持できるようにする。
本実施形態において、第２可動フレーム構造２１Ｂと支持部２２とは、図３に示すように、第２板ばね構造２１Ｃ２（板ばね構造）を介して接続される。

【0042】

移動アクチュエータ２３は、可動フレーム構造２１を二次元方向に移動させる。本実施形態において、移動アクチュエータ２３は、例えば、 櫛歯電極型静電アクチュエータである、すなわち、移動アクチュエータ２３は、２つの櫛歯状の電極が互いに噛み合った構造を備える。移動アクチュエータ２３は、前記２つの電極同士の間に電位差を生じさせることで、前記櫛歯状の噛み合い代を変化させる。このことで、移動アクチュエータ２３は、第１可動フレーム構造２１Ａ又は第２可動フレーム構造２１Ｂを一次元方向に移動させる。

【0043】

移動アクチュエータ２３は、第１移動アクチュエータ２３Ａと、第２移動アクチュエータ２３Ｂと、を備える。第１移動アクチュエータ２３Ａは、第１可動フレーム構造２１Ａを第１方向Ｄ１に動作させる。第２移動アクチュエータ２３Ｂは、第２可動フレーム構造２１Ｂを第２方向Ｄ２に動作させる。これにより、移動アクチュエータ２３は、可動フレーム構造２１の中央に配置されたスキャナ構造１０を、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とに移動可能とする。

【0044】

移動アクチュエータ２３は、図３に示すように、第１可動フレーム構造２１Ａ及び第２可動フレーム構造２１Ｂの外側に設けられる。ここで、スキャナ構造１０の回転アクチュエータ１２は、上述のように、第１可動フレーム構造２１Ａの内側に設けられる。このような構造とすることで、回転アクチュエータ１２と移動アクチュエータ２３とは、互いに独立して配置される。すなわち、回転アクチュエータ１２の機能による可動ミラー板１１の回転が、移動アクチュエータ２３の機能による可動フレーム構造２１の移動に影響を及ぼすことのないように、且つ、移動アクチュエータ２３の機能による可動フレーム構造２１の移動が、回転アクチュエータ１２の機能により可動ミラー板１１の回転に影響を及ぼすことのないように配置される。これにより、スキャナ構造１０におけるミラー部１１Ａの回転移動及び二次元方向への移動とは、互いに独立して制御できるようにすることが好ましい。

【0045】

（２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００の製造工程）
次に、図６～図８を用いて、上述した２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００の製造工程について説明する。本実施形態に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００は、１枚の基板を用いて、標準的なＭＥＭＳプロセスにより形成される。すなわち、本実施形態に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００の備える各構成は、１枚の基板を後述するように加工することで、一体に成形される。
基板には、図６に示すように、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ－ｏｎ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が好適に用いられる。本実施形態において、基板には、活性層Ｌ１の厚みが５０μｍ、埋め込み酸化膜Ｌ２の厚みが２μｍ、支持層Ｌ３の厚みが４００μｍのＳＯＩ基板が好適に用いられる。

【0046】

上述のＳＯＩ基板に、まず、Ｔｉ２０ｎｍ、Ａｕ２００ｎｍからなる金属膜Ｌ４をスパッタリングにより形成した後、図６に示すように、フォトリソグラフィ、エッチングによって金属膜Ｌ４からなる回路をパターニングする。次に、図７に示すように、活性層Ｌ１を、シリコン深掘りエッチング（ＤＲＩＥ）によりパターニングする。その後、図８に示すように、支持層Ｌ３をシリコン深掘りエッチングによってパターニングする。最後に、ＣＨＦ３プラズマでエッチングを行って埋め込み酸化膜Ｌ２を除去する。
以上の工程によって、本発明に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００は製造される。

【0047】

（実施例）
図９に、上述の製造工程によって製造された２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００における、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２への２次元移動における周波数特性を示す。図９に示すように、第１方向Ｄ１への動作においては１９５Ｈｚ、第２方向Ｄ２への動作においては２２５Ｈｚで共振動作が得られた。なお、共振動作が得られた際に移動アクチュエータ２３に印加した交流電圧の最大値と最小値の差であるＶ_ｐｐ値は、第１方向Ｄ１への動作においては１２Ｖ、第２方向Ｄ２への動作においては３０Ｖであった。
図１０に、上述の製造工程によって製造された２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００を搭載したレーザ掃引システム１０００によって走査されたレーザ光を示す。図１０に示すように、第１回転軸Ｓ１まわりにおいては３．００４ｋＨｚ、第２回転軸Ｓ２まわりにおいては６８０Ｈｚで共振動作が見られ、走査角θ_ｏｐｔは、第１回転軸Ｓ１まわりにおいて光学０．６９°、第２回転軸Ｓ２まわりにおいて光学２．６°という結果が得られた。

【0048】

以上説明したように、本実施形態に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００によれば、２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００は、補正機構２０を備える。言い換えれば、本発明に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００は、スキャナ構造１０と補正機構２０とが一体に成形されている。補正機構２０は、スキャナ構造１０を２次元方向に移動可能に支持する可動フレーム構造２１と、可動フレーム構造２１を２次元方向に移動させる移動アクチュエータ２３と、を備える。これにより、移動アクチュエータ２３によって可動フレーム構造２１を移動させることで、スキャナ構造１０ごと可動ミラー板１１を２次元方向に移動させることができる。よって、例えば、２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００の位置にブレが生じた場合に、補正機構２０によって、スキャナ構造１０ごと可動ミラー板１１の位置を補正することができる。このように、補正機構２０がレーザ掃引システム１０００のブレ補正の機能を担保することで、レーザ掃引システム１０００の動作安定化に寄与することができる。

【0049】

また、上述のように、２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００においてスキャナ構造１０と補正機構２０とが一体に成形されていることで、例えば、ジンバル等の別の構成を設けることを不要とすることができる。よって、装置を小型化することができる。更に、例えば、独立して作製された２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００とブレ補正機構を積層することを不要とすることで、２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００の厚さを抑えることができる。よって、２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００の質量を減らすことができ、最大動作周波数を高くすることができる。よって、動作に必要な電圧または電流を小さくすることができる。更に、積層の際の高精度な位置合わせを不要とできることや、材料の歩留まりを上昇させることができることで、製造コストを抑えることができる。

【0050】

また、回転アクチュエータ１２は、トーションバー１１Ｃを介して可動ミラー板１１を回転させる。つまり、第１回転軸Ｓ１及び第２回転軸Ｓ２は、トーションバー１１Ｃによって構成される。これにより、簡素な構成で可動ミラー板１１を回転させることができる。また、第１回転軸Ｓ１及び第２回転軸Ｓ２を簡素な構成とすることで、製造の工程を容易にして、製造コストを抑えることに寄与することができる。

【0051】

また、補正機構２０は、可動フレーム構造２１を支持する支持部２２を更に備える。つまり、可動フレーム構造２１は、支持部２２によって支持される。これにより、より可動フレーム構造２１が予期しない方向に動くことを抑えることができる。よって、よりスキャナ構造１０の移動の精度を向上させ、レーザ掃引システム１０００の動作安定化に寄与することができる。

【0052】

また、回転アクチュエータ１２と移動アクチュエータ２３とは、互いに独立している。これにより、可動ミラー板１１を水平移動させる動きと、可動ミラー板１１を回転移動させる動きとを、それぞれ独立して行うことができる。よって、より可動ミラー板１１の移動を自在に行うことができるようにすることで、より補正機構２０によるブレ補正の機能を向上させ、レーザ掃引システム１０００の動作安定化に寄与することができる。

【0053】

また、可動フレーム構造２１の質量は、スキャナ構造１０の質量よりも大きい。これにより、例えば、スキャナ構造１０が移動する際、スキャナ構造１０の慣性によって可動フレーム構造２１が予期しない方向に動かされることを抑えることができる。よって、よりスキャナ構造１０の移動の精度を向上させ、レーザ掃引システム１０００の動作安定化に寄与することができる。

【0054】

また、可動フレーム構造２１は、第１可動フレーム構造２１Ａと、第２可動フレーム構造２１Ｂと、を備える。移動アクチュエータ２３は、第１可動フレーム構造２１Ａを第１方向Ｄ１に動作させる第１移動アクチュエータ２３Ａと、第２可動フレーム構造２１Ｂを、第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に動作させる第２移動アクチュエータ２３Ｂと、を備える。このように、可動フレーム構造２１を第１方向Ｄ１に移動させるアクチュエータと、第２方向Ｄ２に移動させるアクチュエータと、を個別に設けることで、可動ミラー板１１の水平移動を自在に行うことができるようにすることで、より補正機構２０によるブレ補正の機能を向上させ、レーザ掃引システム１０００の動作安定化に寄与することができる。

【0055】

また、第１可動フレーム構造２１Ａと第２可動フレーム構造２１Ｂ、及び、第２可動フレーム構造２１Ｂと支持部２２は、それぞれ板ばね構造を介して接続される。これにより、例えば、可動フレーム構造２１が移動アクチュエータ２３によって移動した後は、移動アクチュエータ２３が電圧が印加されていない時は板ばね構造の弾性によって元の位置に戻り、電圧を印加している時はその電圧に応じた位置で停止する。これにより、可動フレーム構造２１を初期位置に戻すための特別な制御等を不要とすることができる。よって、より移動アクチュエータ２３の制御を容易にすることができる。

【0056】

また、スキャナ構造１０は、可動フレーム構造２１の中央に配置されている。これにより、スキャナ構造１０の移動を、いずれの方向に対しても安定して行うことができる。よって、よりスキャナ構造１０の移動の精度を向上させ、レーザ掃引システム１０００の動作安定化に寄与することができる。

【0057】

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態に係るレーザ掃引システム１０００はＬｉＤＡＲシステムであり、２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００は前記ＬｉＤＡＲシステムに搭載されるとして説明したが、これに限らない。すなわち、本発明に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００を、ＬｉＤＡＲシステム以外のシステムに適用してもよい。すなわち、例えば、本実施形態に係る２次元走査型ＭＥＭＳミラー１００は、例えば、航空機やドローン等におけるＬｉＤＡＲシステム以外のリモートセンシングに用いられてもよいし、プロジェクタに用いられてもよい。
また、可動ミラー板１１の備えるミラー部１１Ａは円状であると説明したが、円状以外の計上であってもよい。

【0058】

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0059】

１０ スキャナ構造
１１ 可動ミラー板
１１Ａ ミラー部
１１Ｂ ミラー支持部
１１Ｃ トーションバー
１１Ｃ１ 第１トーションバー
１１Ｃ２ 第２トーションバー
１２ 回転アクチュエータ
２０ 補正機構
２１ 可動フレーム構造
２１Ａ 第１可動フレーム構造
２１Ｂ 第２可動フレーム構造
２１Ｃ１ 第１板ばね構造
２１Ｃ２ 第２板ばね構造
２２ 支持部
２３ 移動アクチュエータ
２３Ａ 第１移動アクチュエータ
２３Ｂ 第２移動アクチュエータ
１００ ２次元走査型ＭＥＭＳミラー
２００ 送光器
３００ 広角レンズ
４００ ビームスプリッタ
５００ 受光器
１０００ レーザ掃引システム
Ｂ１ 送波光
Ｂ２ 受波光
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
Ｌ１ 活性層
Ｌ２ 酸化膜
Ｌ３ 支持層
Ｌ４ 金属膜
Ｏ 対象物
Ｓ１ 第１回転軸
Ｓ２ 第２回転軸
θｏｐｔ 走査角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】