金属弹性构件、微机械装置、微机械装置的制造方法、摆动控制装置以及摆动控制方法

摘要

本发明提供一种金属弹性构件，其用于微机械装置（1）的梁部（4），该微机械装置（1）包含至少一个可动部（3）、固定部（2）、从两侧将可动部（3）支承于固定部（2）的一对梁部（4），能够使可动部绕以梁部（4）为扭转旋转轴的轴心（P）摆动，其中，金属弹性构件包含：规定长度的金属棒状部（4a）；固定侧垫片（4b），其形成于金属棒状部（4a）的一端侧且固定于固定部（2）；以及可动侧垫片（4c），其形成于金属棒状部（4a）的另一端侧且固定于可动部（3），至少金属棒状部（4a）使用除机械加工法以外的物理或化学加工法而成形为截面积1mm

说明书

技术领域

本发明涉及金属弹性构件、微机械装置、微机械装置的制造方法、摆动控制装置以及摆动控制方法，例如涉及为了在规定的角度范围内反复扫描光而使用的金属弹性构件、微机械装置、微机械装置的制造方法、摆动控制装置以及摆动控制方法。 

背景技术

使用MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技术而制造的扫描式光偏转元件这样的微机械装置构成为具备至少一个可动部、固定部、从两侧将所述可动部支承于所述固定部的一对梁部。而且，所述可动部以能够绕将所述一对梁部作为扭转旋转轴的轴心摆动的方式支承于所述固定部。也就是说，所述梁部作为万向接头构造的扭转梁而发挥功能。 

例如，由对入射光进行偏转扫描的光偏转镜和形成于所述光偏转镜的背面的平面状的线圈构成所述可动部，在将一对永久磁铁以夹着所述线圈的方式配置在所述固定部的微机械装置中，利用在所述线圈中流通的交流电流和由所述永久磁铁形成的磁场而产生的洛伦兹力作用于所述线圈，从而使由所述梁部支承的可动部即光偏转镜反复摆动。 

日本专利公报的特开2003-84226号公报提出有通过对单晶硅衬底应用半导体制造技术而将可动部及梁部一体形成的光扫描装置。 

日本特开平9-281417号公报提出有在单片制造工序中使用导电性非晶体铝合金而制作梁部的微镜装置。 

日本特开2009-175368号公报提出有具备对纯钛或钛合金进行冲压加工而获得的梁部的振动镜。 

日本特开2008-40228号公报公开有作为适于以150Hz以下的低频率驱动可动部的梁部而具备由导电性聚合物形成的梁部的微机械装置。该微 机械装置在条形码阅读器等中使用，以50°左右的光偏转角度来扫描测定光。 

另外，日本特开2004-258548号公报及日本特开2012-170196号公报公开有为了以恒定的振幅对这样的微机械装置的可动部进行摆动控制而对向线圈施加的电流值进行可变地控制的控制方法。 

在构成使用上述光偏转镜的小型的扫描式的测距装置、或使用该扫描式的测距装置的障碍物检测装置的情况下，需要使例如数mm角的偏转镜以150Hz～500Hz的范围的比较低的频率进行摆动，例如以45°的扫描角度范围扫描测定光。 

然而，对于上述日本特开2003-84226号公报所述那样的使用硅材料而制作成的梁部，其在需要以较高的频率来驱动可动部的情况下是优选材料，但存在针对500Hz以下的频率无法稳定驱动这样的问题，而且硅材料比较容易劈开（cleavage），因此还存在对于要求耐冲击性的用途而言难以使用这样的问题。 

上述日本特开平9-281417号公报所述那样的使用导电性非晶体铝合金的梁部由单片制造工序制作，因此存在制造成本较高这样的问题，另外包含十几μm角的光偏转镜而尺寸微小，因此还存在对于要求一定程度的光束直径的测量用途而言难以使用这样的问题。 

上述日本特开2009-175368号公报所述那样的对金属进行冲压加工而获得的梁部，在加工时在其表面形成多处微小凹凸、痕迹，在该多处微小凹凸、痕迹处引起基于应力振幅的应力的集中，因此存在因重复使用而使微小凹凸、痕迹成为起点而龟裂地成长、从而容易招致疲劳破坏这样的问题。 

尤其是扫描测定光而基于与测定光对应的反射光来检测障碍物的有无的光扫描装置长时间连续地工作，因此，即使是例如以100Hz的频率使用，也需要在一年之内承受30亿次的应力振幅。 

因此，通常将上述金属元件进行数万次～数十万次、或数百万次～数千万次的寿命试验、以小时计进行数十小时或数百小时的寿命试验，在考虑过基于其结果而算出的安全率的范围内使用，但近年来，由数百万次～数千万次的应力振幅而得出的评价被认为不够。 

以表面的痕迹等为缘由而产生的龟裂被称作高周期疲劳，以内部的结晶缺陷等为缘由而产生的龟裂被称作超高周期疲劳，其评价需要数亿次或数十亿次的试验，与此相伴，试验时间也变长，事实上难以保持至此为止的寿命。 

上述日本特开2008-40228号公报所述那样的由导电性聚合物形成的梁部在150Hz以下的低频率下显示出优选的特性，但在频率为150Hz～500Hz的范围内无法稳定驱动，若以稳定驱动为目标而提高聚合物的硬度，则存在容易导致应力破坏这样的问题。 

然而，如日本特开2004-258548号公报、日本特开2012-170196号公报所述的那样，在为了对微机械装置的可动部以恒定的振幅进行摆动控制而对向线圈施加的电流值进行可变地控制的情况下，包含电路元件的温度特性等变动因素而正确地控制外加电流值的复杂且大规模的电源电路变得必要，不仅是成本较高，还存在需要较大的设置空间这样的问题。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种构成梁部的长寿命且可靠性高的金属弹性构件、使用该金属弹性构件的微机械装置、微机械装置的制造方法、摆动控制装置及摆动控制方法，该梁部成为能够使可动部在较低的频率范围下摆动的扭转旋转轴。 

本发明的金属弹性构件的特征结构在于，该金属弹性构件用于微机械装置的梁部，该微机械装置包括至少一个可动部、固定部、从两侧将所述可动部支承于所述固定部的一对所述梁部，能够使所述可动部绕以所述梁部为扭转旋转轴的轴心摆动，该金属弹性构件的特征在于，所述金属弹性构件包含：规定长度的金属棒状部，其使所述可动部摆动；固定侧垫片，其形成于所述金属棒状部的一端侧且固定于所述固定部；以及可动侧垫片，其形成于所述金属棒状部的另一端侧且固定于所述可动部，至少所述金属棒状部是使用除机械加工法以外的物理或化学加工法而成形为截面积1mm²以下。 

优选的是，框体、在所述框体的内部对称地配置在直线上的一对所述金属棒状部、连结所述框体与各垫片的多个支承部使用除机械加工法以外 的物理或化学加工法而成形为一体。 

优选的是，所述金属弹性构件由利用应力退火法轧制后的不锈钢材、碳素工具钢材、或者冷轧钢材中的任一种金属构成。 

在所述物理或化学加工法中包括聚焦离子束法、蚀刻法以及镀敷法。 

本发明的微机械装置的特征结构在于，该微机械装置包含至少一个可动部、固定部、从两侧将所述可动部支承于所述固定部的一对梁部，能够使所述可动部绕以所述梁部为扭转旋转轴的轴心摆动，该微机械装置的特征在于，所述梁部具备金属棒状部，该金属棒状部是使用除机械加工法以外的物理或化学加工法而成形为截面积1mm²以下，且使所述可动部摆动。 

另外，优选的是，所述微机械装置构成为，在所述可动部形成线圈，并且在所述固定部设有磁场形成部，在利用所述线圈中流通的电流与由所述磁场形成部形成的磁场而产生的电磁力的作用下使所述可动部摆动，所述梁部具备支承所述可动部的功能、作为向所述线圈通电的导电体的功能、以及作为使所述可动部返回到基准位置的弹簧的功能。 

进一步优选的是，在所述可动部形成有反射入射光而进行偏转扫描的光偏转面。 

本发明的微机械装置的制造方法的特征结构在于，该微机械装置包括至少一个可动部、固定部、从两侧将所述可动部支承于所述固定部的一对梁部，能够使所述可动部绕以所述梁部为扭转旋转轴的轴心摆动，该微机械装置的制造方法的特征在于，在所述固定部与所述可动部之间，将权利要求2所述的金属弹性构件在所述金属棒状部及各垫片支承于框体的状态下定位配置于所述固定部及/或所述可动部，在将所述固定部及/或所述可动部固定于各垫片之后，切断各支承部而使所述框体分离。 

本发明的摆动控制装置的特征结构在于，该摆动控制方法是对上述的微机械装置的可动部进行摆动控制的摆动控制方法，其特征在于，所述摆动控制装置具备振幅检测部和振幅控制部，该振幅检测部包含：监视用受光部，其从相对于所述可动部的摆动中心方向而偏向摆动方向的方向来检测监视光，该监视光是从所述可动部导出、且沿着伴随所述可动部的摆动而角度发生变化的光轴的监视光；以及振幅检测电路，其基于由所述监视用受光部检测到的监视光而对构成所述可动部的一个摆动周期的长周期 区间与短周期区间这两个区间进行检测，该振幅控制部维持向所述线圈施加的电流的电流值、并且对频率进行可变控制，使得由所述振幅检测部检测到的长周期区间与短周期区间的时间比成为目标值。 

优选的是，在所述可动部的表面形成将从测定光源照射来的测定光朝向测定空间进行偏转扫描、且将该测定光的反射光朝向测定用受光部进行偏转的第一光偏转面，并且在所述可动部的背面形成第二光偏转面，所述振幅检测部还具备朝向所述第二光偏转面而照射监视光的监视光源，其反射光由所述监视用受光部进行受光。 

进一步优选的是，所述摆动控制装置具备：摆动相位检测部，其对所述可动部的摆动相位进行检测；以及同步信号输出部，其与由所述摆动相位检测部检测到的摆动相位同步而调整基于所述测定光的测定时期。 

进一步优选的是，所述摆动控制装置具备：摆动相位检测部，其对所述可动部的摆动相位进行检测；以及相位信号输出部，其与基于所述测定光的测定时期同步而输出由所述摆动相位检测部检测到的摆动相位。 

本发明的摆动控制方法的特征结构在于，该摆动控制方法是对上述的微机械装置的可动部进行摆动控制的摆动控制方法，其特征在于，从相对于所述可动部的摆动中心方向而偏向摆动方向的方向来检测监视光，该监视光是从所述可动部导出、且沿着伴随所述可动部的摆动而角度发生变化的光轴的监视光，基于检测到的监视光而对构成所述可动部的一个摆动周期的长周期区间与短周期区间这两个区间进行检测，维持向所述线圈施加的电流的电流值并且对频率进行可变控制，使得检测到的长周期区间与短周期区间的时间比成为目标值。 

附图说明

图1是本发明的微机械装置的立体图。 

图2A～图2E是本发明的金属弹性构件的制作过程的说明图。 

图3A～图3C是借助金属弹性构件将可动部向固定部安装的安装过程的说明图。 

图4是本发明的微机械装置的分解立体图。 

图5A是可动部（线圈基板）与金属弹性构件的主要部分的俯视图。 

图5B是可动部（线圈基板）与金属弹性构件的主要部分的剖视图。 

图5C是表示可动部（线圈基板）与金属弹性构件的主要部分的其他实施方式的剖视图。 

图6是可动部的摆动动作的说明图。 

图7是金属弹性构件向固定部的安装部位的说明图。 

图8是示出其他实施方式的微机械装置的分解立体图。 

图9是示出其他实施方式的微机械装置的立体图。 

图10是示出其他实施方式的金属弹性构件的说明图。 

图11A是示出破裂试验的结果的S-N线图。 

图11B、11C是示出梁的截面积与共振频率的关系的模拟结果的特性图。 

图12是对可动部进行摆动控制的摆动控制装置的说明图。 

图13是可动部的摆动振幅发生变动的样子的说明图。 

图14A是摆动控制的原理的说明图。 

图14B是施加电流的频率控制相对于共振频率的变动的说明图。 

图15A是相对于偏转角方向而等间隔地进行发光控制的情况下的测距时机及频率变动时的测距时机控制的说明图。 

图15B是相对于相位方向而等间隔地进行发光控制的情况下的测距时机控制的说明图。 

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的金属弹性构件、微机械装置及微机械装置的制造方法进行说明。 

在图1及图4中示出在扫描式的测距装置等中使用的微机械装置1。微机械装置1具备：成为固定部2的框体；成为可动部3的平坦的板状体；以使可动部3能够绕轴心P相对于固定部2摆动的方式对该可动部3进行支承的一对梁部4、4；夹着梁部4、4而配置于可动部3的两侧的永久磁铁5、6；上部罩体8等。 

固定部2由聚碳酸酯等树脂制的立方体构件构成。在固定部2的中央部形成在俯视下面积比可动部3略大且在厚度方向上挖通的开口空间，且 在该开口空间配置有可动部3。 

梁部4、4由金属弹性构件构成。金属弹性构件具备：规定长度的金属棒状部4a；形成于金属棒状部4a的一端侧且固定于固定部2的固定侧垫片4b；以及形成于金属棒状部4a的另一端侧且固定于可动部3的可动侧垫片4c。 

在由剖面为“（日文）コ”字形且导磁率较高的构件构成的磁性体保持部7上对置配置有永久磁铁5、6，使得一方5成为N极、另一方6成为S极。永久磁铁5、6以将可动部3夹在中间的方式从下方插入固定于固定部2的开口空间。 

可动部3具备：在玻璃基板或硅衬底上蒸镀有金或铝等的偏转镜3a；在环氧玻璃基板上印刷形成有铜制的线圈C与电极焊盘E的线圈基板3c；配置于该偏转镜3a与线圈基板3c之间的相同环氧玻璃制的隔离物3b。 

一对梁部4、4的各可动侧垫片4c以与电极焊盘E接触的方式定位，使用导电性粘合剂而粘合固定于偏转镜3a与线圈基板3c之间。需要说明的是，也可以通过在使用环氧树脂等的各基板层上形成线圈图案且将各基板层的线圈由导通件（via）连结而成的多层基板来构成线圈基板3C。 

当经由一对梁部4、4而向线圈C施加交流电流时，利用在线圈C中流通的交流电流和由固定部2所具备的永久磁铁5、6形成的磁场来向线圈C作用洛伦兹力，在该洛伦兹力的作用下使由梁部4、4支承的可动部3反复摆动。 

即，微机械装置1包括至少一个可动部3、固定部2、从两侧将可动部3支承于固定部2的一对梁部4、4，可动部3构成为能够绕以梁部4为扭转旋转轴的轴心P摆动。而且，梁部4、4具备支承可动部3的功能、作为向线圈C通电的导电体的功能、作为使可动部3返回到基准位置的弹簧的功能。此外，在可动部3形成有将入射光反射而进行偏转扫描的光偏转面。 

摆动驱动可动部3的频率、即施加于线圈C的交流电流的频率优选设定为与包含可动部3的梁部4、4的机械式共振频率具有些许偏差的频率，取决于可动部3的大小、金属棒状部4a的截面积与长度及其物理特性而能够在50Hz～约1KHz的范围内设定。 

例如，在可动镜的面积为12mm×12mm的情况下，使用本发明的金属弹性构件的梁部4的情况优选为150Hz～500Hz的频率范围。 

如图2E所示，梁部4、4以如下方式形成为一体：在一端侧形成有固定侧垫片4b且在另一端侧形成有可动侧垫片4c的一对金属棒状部4a在框体40的内部对称地配置于直线上，各垫片4b、4c借助支承部41而固定于框体40。 

如图3A所示，首先，设于固定部2的一对定位销2p以嵌入到形成于各固定侧垫片4b的一对定位用的孔部的方式被粘合固定。 

接着，如图3B所示，从形成于可动侧垫片4c的一对定位用孔部的上方嵌入有形成于偏转镜3a的背面的一对定位销，接着从可动侧垫片4c的下方通过释放空间贴靠有隔离物3b，进而向形成于线圈基板3c的一对定位用孔部嵌入偏转镜3a的定位销，各自由粘合剂粘合固定。 

之后，如图3C所示，切断各支承部41并使其脱离框体40，进而从固定部2的上方覆盖上部罩体8，固定侧垫片4b被可靠地固定。能够在由一对金属棒状部4a构成的扭转旋转轴的直线性被保持为高精度的状态下支承可动部3，并且也能够简化组装操作。 

在图5A、图5B示出形成于线圈基板3c的电极焊盘E和形成于梁部4、4的一端部的可动侧垫片4c以隔着隔离物3b而电接触的方式定位配置的状态。对于隔离物3b，中央部由绝缘构件33形成，两端部由金属构件34构成。各电极焊盘E、E与各可动侧垫片4c、4c通过金属构件34、34而电连接。关于该结构在后面基于图7进行详述。 

如图3C所示，设于固定部2的定位销2p由金属构成，成为经由梁部4、4对形成于线圈基板3c的线圈C施加交流电流的电极销。 

如图6所示，使从激光二极管等发光元件LD经由光学透镜（未图示）而形成为平行光的测定光向偏转镜3a入射，当向线圈C施加交流电流时，偏转镜3a绕以梁部4、4为扭转旋转轴的轴心P摆动，来自发光元件LD的入射光借助偏转镜3a而偏转，反射光以偏转镜3a的摆动角度的2倍的角度进行偏转扫描。例如，若将偏转镜3a的摆动角度设定为±11.25°，则反射光在±22.5°的扫描角度范围内扫描。 

梁部4、4使用由应力退火法轧制后的不锈钢材、碳素工具钢材、或 冷轧钢材中的任一种金属，通过除冲压加工等机械加工法之外的物理或化学加工法来形成。应力退火法是指，向不锈钢材等施加恒定的拉伸应力，并且在包含高温下的氢气在内的氮气环境中进行恒定时间的放置的处理。作为物理或化学加工法，优选使用聚焦离子束法、蚀刻法及镀敷法（电铸法）。 

在图2A～图2E中示出有使用化学加工法的一例、即蚀刻法而构成梁部4、4的金属弹性构件的制作过程。在本实施例中，使用SUS304CSP-H的应力退火材料。 

向规定厚度（在本实施方式中为0.2mm）的不锈钢薄板42（参照图2A）的表面均匀地涂敷光致抗蚀剂43（参照图2B），隔着对与金属棒状部4a、固定侧垫片4b、可动侧垫片4c、框体40、支承部41对应的区域进行遮光的方式形成的光掩模（未图示）进行曝光（参照图2C）。 

当利用规定的蚀刻液除去被曝光的区域的光致抗蚀剂43b时，仅在不锈钢薄板42的表面中的与框体40、梁部4对应的区域形成光致抗蚀剂43层（参照图2D）。 

然后，向不锈钢薄板42的表面喷吹溶解不锈钢的蚀刻液而逐渐进行蚀刻处理，当蚀刻处理结束时，利用溶剂来除去光致抗蚀剂43。通过以上的工序，完成下述的一体形成的金属弹性构件：在一端侧形成有固定侧垫片4b且在另一端侧形成有可动侧垫片4c的一对金属棒状部4a在框体40的内部对称地配置在直线上，各垫片4b、4c借助支承部41而固定于框体40（参照图2E）。 

在使用镀敷法来制作金属弹性构件的情况下，能够制作图2D所示的光致抗蚀剂43的形状成为凹部的规定深度的模板，在向模板涂敷脱模材料之后，填满包含金属离子的电解液，使电解液中的金属电镀来进行制作。 

当利用冲压加工、研磨加工等机械性加工（塑性加工）法来形成构成梁部4的金属棒状部4a时，在加工时在表面形成的多个微小的痕迹处，引起以应力振幅为起因的应力的集中，以微小的痕迹为起点而龟裂地生长，从而使疲劳强度降低，因此无法使可动部3长期稳定地摆动。 

然而，当使用除机械加工法之外的物理或化学加工法来形成作为梁部的金属棒状部4a时，因应力振幅而龟裂地生长那样的痕迹形成于表面的 概率非常小，因而疲劳强度降低的可能性变得极低。 

一般来说，金属材料的各种物性、例如耐力等基于直径为10mm（截面积为78.5mm²）的试件而测定，但至少以试件的十分之一的尺寸（直径为1mm（截面积为0.785mm²）以下）制作的试件的耐力具有成为比公布的值大的值的趋势，能够假定通过将截面积设为微小而使实效耐力显示出提高数十%的值。 

若对象物的表面的痕迹的存在概率恒定，则成为超高周期疲劳的龟裂的基点的痕迹的绝对数随着基于小型化的表面积的减小而减小、或者若对象物的内部的缺陷概率相同，则成为超高周期疲劳的龟裂的基点的内部缺陷的绝对数因体积的减小而减小，其结果是，因为被定性地理解为耐久性、耐力增加。 

虽有限度，但认为若物质变得越小、则越接近该物质本来的物性值。本申请发明者通过实验确认到：由直径为10mm的试件获得的扭转方向的疲劳极限为机械角±9.25°，与此相对，使用相同的金属材料而具有0.2mm×0.25mm的剖面的金属梁为机械角±15.5°。 

扭转部分的最大应力为1.4倍左右，若考虑当剖面尺寸缩小至十分之一时提升20%左右牢固这样的本领域技术人员的经验性见解，则根据缩小至百分之一的尺寸效果使疲劳极限上升至1.2×1.2=1.4倍左右。上述耐久性、耐力的上升是从上述定性的一般性理解向定量的理解且利用进行实验的结果来证实的。 

因此，通过将金属棒状部成形为截面积1mm²以下，与此相应，能够构成显示出良好的实效耐力的梁部，能够使可动部3在频率为150Hz～500Hz的范围内长期稳定地摆动。需要说明的是，构成可动部3的偏转镜3a的摆动角度并非限制为±11.25°，而是根据微机械装置1的用途而适当设定的值。 

图2E所示的构成梁部4、4的金属棒状部4a的截面积形成为1mm²以下即可，优选在0.001mm²～1mm²的范围内成形。 

在本实施方式中，金属棒状部4a形成为宽度1.0mm、厚度0.2mm、长度5mm，截面积形成为0.20mm²。需要说明的是，微机械装置1的各部的大小如下所述。固定部2形成为宽度23mm、进深26mm、厚度5.5mm， 可动部3形成为宽度12.0mm、进深12.0mm、厚度2.0mm。 

在图11A中示出使用截面积为0.05mm²、长度为4mm的梁4而将面积为144mm²（12mm×12mm）的偏转镜3a以驱动频率为200Hz（共振频率平均：188.6Hz）摆动时的破裂试验的结果、即S-N线图。 

白圆点为由SUS304CSP-H应力退火材料构成的梁的特性，黑圆点为由SUS304CSP-H应力释放材料构成的梁的特性，黑三角是由时效处理结束CoNi合金材（强调高耐久性的材料）构成的梁的特性。纵轴的Optical angle是测定光的全偏转角，例如在Optical angle为60°的情况下，测定光的偏转角为±30°，偏转板的偏转角为±15°。 

试验的结果是，黑圆点及黑三角到达破裂。另一方面，在白圆点（应力退火材料）的情况下，Optical angle为70°以上到达破裂，但在Optical angle为65°以下的情况，即使超过摆动周期1亿次，也没有到达破裂的样本。如Optical angle62°中的白圆点与黑圆点那样，作为弹簧材料，即使是优选的不锈钢SUS304CSP-H，也会因应力退火的有无而导致破坏周期改变两位小数点以上的情况是明确可知的。 

在图11B、图11C中示出使偏转镜3a的面积、梁的截面积、梁的长度发生变化时的共振频率的模拟的结果。以试制后的可动镜（条件1：面积为12mm×12mm、梁截面积为0.05mm²、梁长为4mm、实测共振频率平均为188.6Hz，及条件2：面积为12mm×12mm、梁截面积为0.16mm²、梁长5mm、实测共振频率平均为400.7Hz）来拟合模拟参数，实施其他条件的模拟。通过改变偏转镜及梁的形状，确认到共振频率发生变化而能够在50Hz～1KHz以上的范围内摆动。 

图11B是基于条件1的模拟结果，示出将梁的长度固定为4mm而使梁的截面积发生变化的情况的共振频率的变化。在附图中，系列1为偏转镜20mm×20mm，系列2为偏转镜16mm×16mm，系列3为偏转镜12mm×12mm，系列4为可动镜8mm×8mm。 

图11C是基于条件2的模拟结果，示出将梁的长度固定为5mm而使梁的截面积发生变化的情况的共振频率的变化。在附图中，系列1为偏转镜20mm×20mm，系列2为偏转镜16mm×16mm，系列3为偏转镜12mm×12mm，系列4为可动镜8mm×8mm。 

在图7中示出在金属棒状部4a的各端部形成有固定侧垫片4b及可动侧垫片4c的金属弹性构件和构成可动部3的上下的玻璃基板、环氧玻璃基板（例如偏转镜与线圈基板）3a、3c及隔离物3b的位置关系。 

在上方的玻璃基板3a的底面中，在与轴心P正交的方向上形成有第一槽部30，并且在沿着轴心P的方向上形成有一对第二槽部31、31。第一槽部30的深度形成得比可动侧垫片4c的厚度略深，第二槽部31、31的深度形成得比第一槽部30的深度更深。 

在向可动侧垫片4c的定位用的孔部插通有形成于第一槽部30的一对定位销3P的状态下，向第一槽部30插入隔离物3b，以在第一槽部30的底面与隔离物3b的上表面之间夹着可动侧垫片4c的方式进行粘合。此外，该一对定位销3P以插通到形成于下方的环氧玻璃基板的一对定位用的孔部的方式定位而粘合上下的玻璃基板、环氧玻璃基板。 

在隔离物3b中的、形成于线圈基板3c的电极焊盘E与金属弹性构件的可动侧垫片4c对置的两端部，为了将两者电连接而配置有金属构件，隔离物3b构成为在上述一对金属构件之间配置绝缘构件。 

如此，当在上方的玻璃基板3a形成第一槽部30及第二槽部31、31时，金属棒状部4a在不与上下的玻璃基板3a、环氧玻璃基板3c接触的状态下保持其姿势，能够消除在金属棒状部4a的扭转动作时与玻璃基板3a、环氧玻璃基板3c接触这样的不良状况。 

并且，使上方的玻璃基板3a作为偏转镜而发挥功能，即使在需要增大其偏转面的面积的情况下，若采用上述结构，也不需要缩短金属棒状部4a的长度。 

图5A、图5B、及图7所说明的梁部4与可动部3之间的连接方式仅是一例，本申请发明的梁部4与可动部3之间的连接方式并不局限于上述结构。 

例如，如图5C所示，可动侧垫片4c固定于上下的玻璃基板3a、环氧玻璃基板3c的边缘部附近，若在金属棒状部4a配置为没有被上下的玻璃基板3a、环氧玻璃基板3c覆盖的情况下，则在上部玻璃基板3a的边缘部形成有容纳可动侧垫片4c的凹部即可，无需设置隔离物。 

另外，如图8及图9所示，也可以在偏转镜3a与可动侧垫片4c之间 插入例如聚碳酸酯制的隔离物构件3d、3e，以使偏转镜3a的偏转面比永久磁铁5、6的高度要高。如此，若提高偏转镜3a的偏转面，则在偏转镜3a的摆动时，由偏转镜3a偏转的测定光被久磁铁5、6的上升部遮挡的可能性消除。 

在图10中示出形状与上述的金属弹性构件不同的金属弹性构件。金属棒状部4a形成为宽度0.1mm、厚度0.05mm、长度1.50mm，截面积形成为0.005mm²。 

构成本发明的金属弹性构件的金属棒状部4a中，其截面积形成为1mm²以下即可，其宽度、厚度、长度能够适当地设定。另外，固定侧垫片4b及可动侧垫片4c的形状也没有特别地限定，只要与组装有该固定侧垫片4b及可动侧垫片4c的微机械装置相匹配即可。 

本发明的微机械装置的用途并不局限于扫描式的测距装置，也能够应用于投影仪等需要扫描光的装置。例如，若向构成可动部3的上方的玻璃基板3a组装发光元件，根据扫描角度而使微机械装置在与扫描方向正交的方向上摆动，并且控制发光元件的发光状态，则能实现投影仪。 

在上述的实施方式中，虽然对具备一个由一对梁部4、4支承的一个可动部3的微机械装置1进行了说明，但也可以采用在一个微机械装置1设置多组由一对梁部4、4支承的一个可动部3的结构。 

上述的实施方式皆说明了本发明的金属弹性构件、微机械装置及微机械装置的制造方法的一例，但并非根据该记载来限定本发明的技术范围，另外，各部分的具体的构造、大小等能够在实现本发明的作用效果的范围内适当变更设计是不言而喻的。 

接着，对驱动摆动上述的微机械装置的可动部的摆动控制装置及摆动控制方法进行说明。需要说明的是，本发明的摆动控制装置及摆动控制方法的应用对象并不局限于本发明的微机械装置，也能够广泛地应用于专利文献1～4所述那样的现有的微机械装置。 

如图1、图4及图5A所说明的那样，由摆动控制装置控制的微机械装置构成为，在由一对梁部4、4而支承于固定部2的可动部3形成有线圈C，并且在固定部2设有磁场形成部5、6、7，利用在线圈C中流通的电流和由磁场形成部5、6、7形成的磁场而产生的电磁力，使可动部3进行摆动。 

在图12中示出组装到构成为测距装置的微机械装置的可动部3。在可动部3的表面形成有第一光偏转面，该第一光偏转面将从受发光部100所具备的测定光源沿着光路Le而照射来的测定光朝向测定空间进行偏转扫描，将该测定光的反射光朝向受发光部100所具备的测定用受光部进行偏转。 

在可动部3的背面即线圈基板3c的背面上也形成有蒸镀过金或铝的第二光偏转面。从配置于可动部3的背面侧的监视光源200照射来的监视光沿着光路Lo而导向第二光偏转面，其反射光相同地由配置于可动部3的背面侧的监视用受光部300检测。 

在兼用监视光源与测定光而由监视用受光部来检测测定光的情况下，需要在由第一光偏转面偏转反射的测定光的扫描范围设置监视用受光部，偏转反射后的测定光被监视用受光部遮挡而限制测定范围。因此，若为了确保规定的测定范围而增大可动部的振幅，则产生梁部的变形变大、寿命变短这样的问题。 

然而，当在可动部3的背面形成监视用的第二光偏转面时，能够不妨碍测定光朝向测定空间进行偏转扫描这样的可动部的本来的功能，从而正确地检测振幅，因此，可动部的振幅也能够保持在必要最小限度内，梁部的寿命也不会变短。 

受发光部100及监视光源200相对于可动部3定位，以使来自受发光部100的测定光以相对于静止状态的可动部3的第一光偏转面而呈45°的入射角进行入射，来自监视光源200的监视光以相对于可动部3的第二光偏转面呈0°的入射角进行入射。 

作为监视光源200而优选使用激光二极管或LED，作为监视用受光部300而使用光电二极管、光敏晶体管。例如，在可动部3的摆动角度为±11.25°的情况下，测定光及监视光的扫描角度范围为±22.5°，也就是说成为45°。 

监视光源200及监视用受光部300可以组装到微机械装置，也可以组装到相对于微机械装置进行定位的外部箱体。 

如图4所示，在磁性体保持部7的底部形成有将监视光导向第二偏转面的开口部7a及将其反射光导向监视用受光部300的开口部7b。 

如图12所示，摆动控制装置350具备包括监视用受光部300与振幅检测电路310的振幅检测部320、振幅控制部330。 

监视用受光部300从相对于可动部3的摆动中心方向Ds而偏向摆动方向Dm的方向，对从可动部3导出的监视光、即沿着伴随可动部3的摆动而角度发生变化的光轴Lo的监视光进行检测。 

振幅检测电路310基于由监视用受光部300检测到的监视光而对构成可动部3的一个摆动周期的长周期区间和短周期区间这两个区间进行检测。 

振幅控制部330维持向线圈C施加的电流的电流值并且对频率进行可变控制，使得由振幅检测部320检测到的长周期区间和短周期区间的时间比成为目标值。 

由监视用受光部300检测的监视光的检测周期成为与可动部3的摆动周期相同的周期。在可动部3从摆动中心方向朝向监视用受光部300侧的第一摆动方向Dm1摆动的情况下，在朝向最大摆动角度进行摆动的往动时和朝向相反的一侧的最大摆动角度进行摆动的复动时由监视用受光部来检测监视光，之后可动部3从摆动中心方向Ds朝向与监视用受光部300相反一侧的第二摆动方向Dm2摆动，在从相反一侧的最大摆动角度的复原时由监视用受光部300来检测监视光。 

振幅检测部320在从第一摆动方向Dm1到第二摆动方向Dm2进行摆动的情况下将检测的监视光的检测间隔检测为短周期区间，在从第二摆动方向到第一摆动方向进行摆动的情况下将检测的监视光的检测间隔检测为长周期区间，将短周期区间与长周期区间的合计时间检测为可动部的一个周期。 

具体来说，振幅检测部320具备：以规定的阈值将监视光二进制化的比较仪；将由比较仪检测到的信号边缘作为触发而对短周期区间与长周期区间的各时间进行计数的计时器电路；以及存储计时器电路的值的存储部等。 

在图13的上部示出可动部3成为目标振幅A（此时，摆动角度为+11.25°）时的振幅特性曲线（实线）、成为比目标振幅A大的振幅A′（此时，摆动角度比+11.25°大）时的振幅特性曲线（虚线）、成为比目标振幅 A小的振幅A′′（此时，摆动角度比+11.25°小）时的振幅特性曲线（单点划线），此外还示出监视光朝向监视用受光部300而反射的摆动振幅a。 

在图13的下部示出由监视用受光部300来检测监视光的时机。理想的是，优选可动部3以目标振幅A持续地摆动，而当以环境温度的变动等为起因而使包含可动部3的梁部4、4的共振频率发生变化时，振幅与目标振幅A偏离。若共振频率接近向线圈C施加的电流的频率，则可动部3的振幅变大，若共振频率远离向线圈C施加的电流的频率，则可动部3的振幅变小。 

当可动部3为目标振幅A时，利用振幅检测部320来检测上述的短周期区间T11和长周期区间T12，短周期区间T11与长周期区间T12的合计时间T1作为可动部3的一个周期而被检测。 

当可动部3为比目标振幅A大的振幅A′时，利用振幅检测部320来检测上述的短周期区间T21和长周期区间T22，短周期区间T21与长周期区间T22的合计时间T2（=T1）作为可动部3的一个周期而被检测。 

同样地，当可动部3为比目标振幅A小的振幅A′′时，利用振幅检测部320来检测上述的短周期区间T31和长周期区间T32，短周期区间T31与长周期区间T32的合计时间T3（=T1）作为可动部3的一个周期而被检测。 

当由振幅检测部320检测到的长周期区间和短周期区间的时间比与目标值（T11/T12）偏离时，振幅控制部330将向线圈C施加的电流的电流值维持为恒定并且对频率f进行可变控制，使得该时间比成为目标值（T11/T12）。 

其结果是，可动部3的振幅恒定地维持为成为目标的振幅A。具体来说，振幅控制部330具备下述结构等：演算电路，其对长周期区间和短周期区间的时间比以及时间比的目标值之间的偏差进行计算；反馈演算部，其通过基于偏差而对外加电流的频率的控制值进行计算的PID演算等来例示；以及交流电源电路，其具备与由反馈演算部计算出的控制值对应而调整外加电流的频率的PLL电路。需要说明的是，将向线圈C施加的电流的电流值维持为恒定意味着将交流电流的实效值维持为恒定。 

如图14A所示，相对于摆动振幅皆为A且摆动频率为f1、f2（f1<f2） 的可动部3，假定利用振幅检测部320在成为振幅αA的位置检测监视光的情况。 

摆动频率f1的可动部3以A1（t）=Asin2πf1t进行摆动，摆动频率f2的可动部3以A2（t）=Asin2πf2t进行摆动。振幅成为αA的时间t11、t12、t13由以下的式子求出。 

αA=Asin2πf1t 

αA=Asin2πf2t 

由此，求出 

t11={1/（2πf1）}×sin^-1（α） 

t12={1/（2πf1）}×{π-sin^-1（α）} 

t13={1/（2πf1）}×{2π-sin^-1（α）}。 

其中，0≤sin^-1（α）≤π/2。 

因而，成为 

T11=t12-t11={1/（2πf1）}×{π-2sin^-1（α）} 

T12=t13-t12={1/（2πf1）}×{π+2sin^-1（α）} 

T11/T12={π-2sin^-1（α）}/{π+2sin^-1（α）} 

同样地，成为 

T21/T22={π-2sin^-1（α）}/{π+2sin^-1（α）}。 

也就是说，只要振幅相同、即使频率改变，T1/T2（=T11/T12=T21/T22）也变得恒定，反之，若以使T1/T2变得恒定的方式调整频率，则振幅维持为恒定。 

如图14B所示，在包含可动部3在内的梁部4、4的最初的共振频率为Qb的情况下，振幅控制部330在初期将向线圈C施加的电流维持为恒定，并且使电流的频率从比共振频率Qb足够高的频率fmax向比共振频率Qb足够低的频率fmin连续地或阶段性地发生变化。 

振幅控制部330每次判断由振幅检测部320检测到的长周期区间和短周期区间的时间比是否成为目标值，若时间比收束在规定的允许范围内，则维持为该频率（在图14B中记作fb的频率）。在图14B中，可动部3的动作点由共振频率Qb的共振特性的Pb点来表示。 

之后，当共振频率降低至Ql时，动作点变化为共振频率Ql的共振特 性的Pl点而振幅变小，当共振频率上升至Qh时，动作点变化为共振频率Qh的共振特性的Ph点而振幅变大。 

例如，在共振频率上升至Qh的情况下，振幅控制部330将向线圈C施加的电流的频率调整为比共振频率Qh高的fh1或比共振频率Qh低的fh2，使得长周期区间和短周期区间的时间比成为目标值。 

其结果是，可动部3在共振频率Qh的共振特性的Ph1点或Ph2点处进行动作。在Ph1点或Ph2点中观察到动作的稳定性较差的情况下，调整到动作的稳定性较高的动作点即可。 

在实际的试制中，越是共振点的高频侧、稳定性越高，因此总是从频率fmax侧扫描而设定动作点。因而，在该情况下，当振幅变大时，提高频率，当振幅变小时，降低频率，由此能够将振幅保持为目标值，图14B的情况为动作点移至Ph1点。 

也就是说，本发明的摆动控制方法是从相对于可动部3的摆动中心方向Ds偏向摆动方向Dm的方向来检测从可动部3导出的监视光、即沿着伴随可动部3的摆动而角度发生变化的光轴的监视光，并基于检测到的监视光对构成可动部3的一个摆动周期的长周期区间T12和短周期区间T11这两个区间进行检测，维持向线圈C施加的电流的电流值，并且对频率进行可变控制，使得检测到的长周期区间T12和短周期区间T11的时间比T11/T12（或T12/T11）成为目标值。 

图13所示的各“受光时机”以由振幅检测部320检测到的波形为例进行说明，即，监视光源使用激光二极管，由监视用受光部300检测的监视光的信号通过比较仪实现二进制化，其上升边缘作为各受光时机。 

然而，如由图13的“参考受光时机”的实线表示的模拟信号波形那样，若监视光源使用LED等光芒较大的光源，则与由监视用受光部300检测的监视光对应的信号波形变迟钝，例如产生在短周期区间无法检测与t31、t32对应的上升边缘的情况。 

在上述情况下，能够降低用于二进制化的阈值，将短周期区间的上升边缘t31′与下降边缘t32′代用作与t31、t32对应的值。 

在模拟信号的情况下，因温度变化而导致发光效率、受光灵敏度发生变化，因此如图13的“参考受光时机”的虚线那样电的受光信号等级发 生变化。在以模拟信号波形进行控制的情况下，根据温度而适当地使短周期期间和长周期期间之比发生变化、或使用于二进制化的阈值改变，由此能够防止温度变化的影响。 

以下，对摆动控制装置350的另一优选的实施方式进行说明。 

优选具备对可动部3的摆动相位φ进行检测的摆动相位检测部、以及与由摆动相位检测部检测到的摆动相位φ同步而调整测定光的测定时期的同步信号输出部。 

测距装置具备测距演算部，该测距演算部以测定光的出射时期为基准，然后基于与检测到的反射光之间的相位差或时间差，对从受发光部100所具备的测定光源到测定光的反射位置（物体）的距离进行计算。例如，采用TOF方式的测距演算部以规定周期对测定光源进行点亮控制而计算到物体为止的距离，并根据此时的距离与测定光的出射方向来确定物体的坐标。 

然而，若可动部3的周期与测定光的出射时期偏离，则无法由测距演算部正确地求出物体的坐标。也就是说，在将利用了测定光的测定周期（点亮周期）维持为恒定的状态下，当为了将可动部的振幅控制为恒定而使可动部的摆动周期发生变化时，测定方向发生变化，可能无法获得与本来必要的测定方向对应的测定值。另外，也可能在摆动周期内产生必要的测定值的数量的增减。 

即使在上述情况下，测距演算部也能够基于与从同步信号输出部输出的摆动相位同步的同步信号而调整测定光的测定时期，即使可动部的摆动周期发生变化，能够可靠地获得与本来必要的测定方向对应的测定值。 

如图14A所示，例如，在成为由振幅检测部320检测到的长周期区间T12和短周期区间T11的各区间的1/2的时期，振幅变得最大。摆动相位检测部从由振幅检测部320检测到的长周期区间T12及/或短周期区间T11的各开始时期来计数时间，从而能够对成为各区间的1/2的时间进行检测。 

即，能够将成为短周期区间T11的1/2的时间作为成为相位π/2的时间进行检测，并且将成为长周期区间T12的1/2的时间作为成为相位3π/2的时间进行检测。另外，从成为相位π/2的时间追溯（1/4）×T1时间得到的时间能够检测作成为相位0的时间。 

同步信号输出部基于由摆动相位检测部检测到的可动部3的摆动相位而将与规定的摆动相位对应的同步信号输出至测距演算部，由此，即使可动部3的摆动周期发生变动，也能够始终与规定的摆动相位对应而点亮用于测距的测定光，进行测距计算。 

如图15A所示，当将需要对以频率f1摆动的可动部3在摆动角An的方向上进行测距的情况下的相位设为φn时，只要以满足 

An=A×sin（φn） 

的相位角进行测距即可。在频率f1的情况下，其时间t1n成为 

t1n=（φn/2π）×T1， 

只要在该时间进行测距即可。 

在共振频率发生变动而以频率f2进行摆动的情况下，若直接在t1n进行测距，则测定光成为摆动角An′的方向，而无法实现意图的方向上的测距。该情况下应测距的相位也是相同的，因此频率f2的情况下的测定时间t2n由 

t2n=（φn/2π）×T2 

来求出。 

如此，基于由相位检测部320检测到的相位0的时间和一周期的时间，能够算出与频率f1的情况下的相位φn对应的时间t1n而输出同步信号。而且，在频率变动为f2的情况下，也能够在与相位φn对应的时间t2n输出同步信号，从而以规定的相位φn、摆动角An进行测距。 

即，当利用振幅控制部330而控制为频率f2时，可动部3的偏转角变动为An′，而此时若利用同步信号输出部在可动部3成为相位φn的时期t2n输出同步信号，则测距演算部能够在可动部3的偏转角成为An的时期t2n点亮测定光。 

在此，图15A是表示相对于偏转角方向或扫描方向以等间隔进行发光控制的情况下的测距时机的图，图15B是表示在相位方向或时间轴上等间隔地发光控制的情况下的测距时机的图。在哪一相位或时间下进行发光控制是根据用途而适当确定的，并不局限于该事例。另外，该发光时机作为应发光的相位信息或与其对应的信息，也可以预先设定于控制装置内部的存储装置，另外也可以从外部的控制装置等输入。 

另外，若具备对可动部3的摆动相位进行检测的摆动相位检测部、以及与测定光的测定时期同步而输出由摆动相位检测部检测到的摆动相位的相位信号输出部，则能够根据从相位信号输出部输出的相位信号，把握与测定光的测定时期同步的可动部的摆动相位，因此能够正确地确定与测定值对应的方向。 

另外，在将本微机械装置作为垂直方向的光扫描机构、与其他水平方向的驱动装置组合而进行二维的光扫描的情况下，当需要将检测精度维持为恒定时，需要以将两个扫描机构的相位同步地扫描的方式进行控制。在上述情况下，若具备相位信号输出部，则能够使用该相位信号而容易地控制水平方向的驱动装置的相位。在此，相位信号是指表示相位零时的同步信号、一周期的时间信息等，只要是相位所涉及的信号就能够适当选择。 

可以在摆动控制装置350中具备上述的同步信号输出部与相位信号输出部这两者，也可以具备对使同步信号输出部与相位信号输出部中的任一者发挥功能的情况进行切换的切换部（例如，切换开关）。 

构成上述的摆动控制装置350的各功能模块的具体电路并非特别限定，能够使用公知的模拟信号电路、数字信号电路、门阵列、微型计算机等而适当构成。