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特許 7569627出願番号 特願 2020-68527
ＭＥＭＳアクチュエータ、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法、及びＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラム
出願人 浜松ホトニクス株式会社（識別番号 236436）
2026年 特許公開件数ランキング 126位 165件（※）
2026年 特許取得件数ランキング 127位 139件（※）
公報発行日 2024年10月18
公報URL https://ipforce.jp/patent-jp-P_B1-7569627 ログイン済みの方はこのURLへ
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※ 共同出願を含む
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技術分野
ＭＥＭＳアクチュエータ、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法、及びＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラム
発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋
微小な可動部を周期的に変位させる、例えば振動ミラーなどの分野において、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）によるアクチュエータが用いられている。このような技術分野において、可動部を周期的に変位させる際には、ＭＥＭＳアクチュエータの櫛歯電極に対し、変位の周期と同期して駆動電圧を周期的に印加する。そして、駆動電圧の周波数を可動部の共振周波数と一致させることにより、可動部を最大振幅にて変位させることができる。
課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋
一ＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、基部に設けられた固定櫛歯電極と、複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって可動部を駆動する可動櫛歯電極と、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返し、立ち上がり後かつ立ち下がり前に定電圧となる期間を含む時間波形を有する・・・ 続きを知財ポータルサイト IP Force にログインして見る
発明の効果[発明の詳細な説明]から抜粋
本開示によれば、可動部の共振周波数の変動にかかわらず、駆動電圧の周波数を該共振周波数に近づけることができるＭＥＭＳアクチュエータ、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法、及びＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラムを提供することが可能となる。
この特許の権利範囲[特許請求の範囲]
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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋
【図1】
ＭＥＭＳアクチュエータを備える光学モジュール１Ａの構成を示す平面図である。
【図2】
図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。
【図3】
図１に示されるミラーデバイス７の模式的な断面図である。
【図4】
図１に示されるミラーデバイス７の拡大平面図である。
【図5】
駆動部１２の回路構成を概略的に示す図である。
【図6】
アクチュエータ駆動回路１２１から出力される駆動電圧について説明する為の図である。
【図7】
電流電圧変換回路１２３の具体的構成例を示す回路図である。
【図8】
一実施例における各信号の時間変化を示すグラフである。
【図9】
別の実施例における各信号の時間変化を示すグラフである。
【図10】
更に別の実施例における各信号の時間変化を示すグラフである。
【図11】
（ａ）部、（ｂ）部および（ｃ）部は、一実施例として、それぞれ駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）、及びコンパレータ１２４からの出力電圧Ｖｃｏｍ（ｔ）の時間波形の実測データを示すグラフである。
【図12】
容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が０Ｖとなるタイミングと立ち下がりＰＤのタイミングとの時間差と、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数との関係を実測した結果を示すグラフである。
【図13】
駆動電圧に重畳されるリップルＲｉを概念的に示す図である。
【図14】
第１変形例に係る電流電圧変換回路１２３Ａの構成を示す回路図である。
【図15】
第１実施形態において容量Ｃaが変化しない場合の、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）、電流信号Ｊ１、増幅器１２３ａの反転入力端子電圧Ｖａ、帰還電流Ｊ２、及び容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の時間波形を示す図である。
【図16】
第１変形例において容量Ｃaが変化しない場合の、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）、電流信号Ｊ１、増幅器１２３ａの反転入力端子電圧Ｖａ、電流Ｊ３及びＪ４、帰還電流Ｊ２、及び容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の時間波形を示す図である。
【図17】
（ａ）部は本変形例のクランプ回路１２５を示す回路図であり、（ｂ）部はオペアンプに設けられる一般的な保護回路１２６を示す回路図である。
【図18】
第２変形例に係る電流電圧変換回路１２３Ｂの構成を示す回路図である。
【図19】
第２変形例の動作を説明する図である。（ａ）部は、図１８に示された電流電圧変換回路１２３Ｂを簡略化して示している。（ｂ）部は、電流信号Ｊ１と容量微分信号Ｖｏｕｔとの相関を示すグラフである。
【図20】
第２変形例の動作を説明する図である。（ａ）部は、図１８に示された電流電圧変換回路１２３Ｂを簡略化して示している。（ｂ）部は、電流信号Ｊ１と容量微分信号Ｖｏｕｔとの相関を示すグラフである。
【図21】
第２変形例の動作を説明する図である。（ａ）部は、図１８に示された電流電圧変換回路１２３Ｂを簡略化して示している。（ｂ）部は、電流信号Ｊ１と容量微分信号Ｖｏｕｔとの相関を示すグラフである。
【図22】
第１変形例及び第２変形例のシミュレーション結果に関するグラフである。
【図23】
第３変形例に係る駆動部１２Ａの構成を示すブロック図である。
【図24】
第３変形例における各信号の時間変化を示すグラフである。
【図25】
第４変形例のミラーデバイスが備えるタイミング検出回路１２２Ａの構成を概略的に示す図である。
【図26】
第２実施形態としてＭＥＭＳアクチュエータ１Ｂの構成を示すブロック図である。
【図27】
梁９１が一方の振動端に位置するときの梁９１の変形状態を模式的に示す図である。
【図28】
（ａ）部は、第１の固定櫛歯電極８３と可動櫛歯電極８２との間に生じる容量Ｃ１、及び第２の固定櫛歯電極８４と可動櫛歯電極８２との間に生じる容量Ｃ２を模式的に示す図である。（ｂ）部は、容量Ｃ１，Ｃ２に接続される電流電圧変換回路１２３を示す回路図である。
【図29】
一実施例における各信号の時間変化を示すグラフである。
【図30】
（ａ）部は、第１実施形態における（ＶH）2と容量Ｃaの変動幅ΔＣとの関係を示すグラフである。（ｂ）部は、第２実施形態における（ＶH）2と容量Ｃ１，Ｃ２の変動幅ΔＣとの関係を示すグラフである。
【図31】
第１実施形態の固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）とを模式的に示す図である。
【図32】
比較例として、可動ミラー５の変位量の極大及び／又は極小を検出する回路を示す図である。
【図33】
包絡線検波器の典型例を示す回路図である。
【図34】
図３３に示された包絡線検波器への入力信号Ｖｉ及び出力信号Ｖｏの例を示すグラフである。
【図35】
包絡線検波器からの出力信号Ｖｏが、入力信号Ｖｉの実際の包絡線Ｈに追従できなくなる様子を示すグラフである。
【図36】
図３２に示した比較例の回路において、演算回路２０４から出力される信号Ｓｂを実測した例を示すグラフである。
代表図 図1本件の代表的な図
１Ａ…光学モジュール、１Ｂ…ＭＥＭＳアクチュエータ、２…ミラーユニット、３…パッケージ、５…可動ミラー（可動部）、５ａ…ミラー面、５ｂ…ミラー支持部、６…固定ミラー、６ａ…ミラー面、７…ミラーデバイス、７ａ，７ｂ…光通過部、８…光学機能部材、８ａ…表面、８ｂ…裏面、９…応力緩和基板、１１…ベース（基部）、１１ａ…主面、１１ｂ…裏面、１２，１２Ａ…駆動部、１３…第１弾性支持部、１４…第２弾性支持部、１５…アクチュエータ部、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１８，１８Ａ，１８Ｂ…固定櫛歯電極、１６ａ，１８ａ…固定櫛歯（第１櫛歯、第３櫛歯）、１７，１７Ａ，１７Ｂ，１９，１９Ａ，１９Ｂ…可動櫛歯電極、１７ａ，１９ａ…可動櫛歯（第２櫛歯、第４櫛歯）、２０…ＳＯＩ基板、２１…支持層、２２…デバイス層、２３…中間層、３１…支持体、３１ａ…表面、３３…リードピン、３３ａ…一端部、３４…枠体、３４ａ…端面、３４ｂ…段差面、３５…光透過部材、５１…配置部、５１ａ…表面、５２…枠部、５３…連結部、５４…梁部、５４ａ…内側梁部、５４ｂ…外側梁部、５４ｃ…連結梁部、７１，７２…電極パッド、８０…基板（基部）、８１…固定櫛歯電極、８２…可動櫛歯電極、８２ａ，８２ｂ…第２櫛歯、８３，８４…固定櫛歯電極、８３ａ，８４ａ…第１櫛歯、９１…梁（可動部）、９２，９３…固定部、１２１…アクチュエータ駆動回路、１２２，１２２Ａ…タイミング検出回路、１２３，１２３Ａ，１２３Ｂ…電流電圧変換回路（ＴＩＡ）、１２３ａ…増幅器、１２３ｂ…帰還抵抗、１２３ｅ…キャパシタ、１２４…コンパレータ、１２５…クランプ回路、１２５ａ，１２５ｂ…スイッチングダイオード、１２６…保護回路、１２６ａ，１２６ｂ…ダイオード、１２７，１２８…ソフトリミッタ回路、１２７ａ，１２８ａ…スイッチングダイオード、１２７ｂ，１２７ｃ，１２８ｂ，１２８ｃ…抵抗、１２９…変位量検出部、１２９ａ…積分回路、１２９ｂ…増幅器、１３０…電圧生成回路、１３１，１４１…レバー、１３２，１４２…第１リンク部材、１３３，１４３…第２リンク部材、１３４，１４４…中間部材、１３５，１４５…第１トーションバー、１３６，１４６…第２トーションバー、１３７，１４７…非線形性緩和バネ、１３８，１４８…電極支持部、１３８ａ，１４８ａ…第１電極支持部、１３８ｂ，１４８ｂ…第２電極支持部、１３８ｃ，１４８ｃ…第３電極支持部、２０１…正弦波生成回路、２０２…可変容量、２０３…固定容量、２０４…演算回路、２０４ａ…オペアンプ、２０４ｂ…帰還容量、２０５…包絡線検波器、２０６…アンプ、２０７…ローパスフィルタ、２０８…アナログ－ディジタル変換器、２１１…容量、２１２…抵抗、Ｃａ１…オーバーラップ容量、Ｃａ２…フリンジ容量、Ｃ１，Ｃ２…容量、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３…領域、ＧＮＤ…基準電位線、Ｈ…包絡線、Ｊ１…電流信号、Ｊ１ａ，Ｊ１ｂ…パルス波、Ｊ２…帰還電流、Ｊ２ａ，Ｊ２ｂ…パルス波、Ｊ３，Ｊ４…電流、Ｊ５，Ｊ６…帰還電流、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…直線、Ｎ１～Ｎ５…ノード、ＰＡ，ＰＢ…飽和波形、ＰＣ…パルス、ＰＤ…立ち下がり、ＰＵ…立ち上がり、Ｒ１，Ｒ２…軸線、Ｒｉ…リップル、Ｓａ…正弦波信号、Ｓｂ，Ｓｃ…信号、Ｔ１～Ｔ４…タイミング、Ｖ＋…正の定電位線、Ｖ－…負の定電位線、ＶＨ…定電圧、Ｖａ…反転入力端子電圧、Ｖｉ…入力信号、Ｖｉｎ，Ｖｉｎ１，Ｖｉｎ２…駆動信号、Ｖｏ…出力信号、Ｖｏｕｔ…容量微分信号、ＹＡ，ＺＡ…極大点、ＹＢ，ＺＢ…極小点、ＺＣ…中点。
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