駆動特性評価

本節は試作した 2 次元走査型ポリマーMEMS ミラーの駆動特性について評価した結 果について説明する。駆動特性評価項目として，試作ミラーの周波数特性の評価と2次 元レーザ走査の評価を行う。Figure 5-22はPSDを用いた2次元走査型ポリマーMEMS ミラーの実験構成を示しており，前節で述べた実験構成と同様のものとなっている。レ ーザ光をミラー面に対して 45 degreeの角度で入射させ，90 degree の角度でPDS へ受 光させ，PSDによってレーザ位置を検出する。次に外部へ設置した電磁石へ電流を流す ことでミラーを磁気吸引駆動させることでレーザを偏光させる。レーザの振幅を PSD で読み取り，第5.3.4節に示す式へ代入することで光学偏向角度を算出する。周波数特 性評価では，電磁石へ周波数を持った電流（Sin波）を印加することで周波数を持つ磁 場を発生させる。周波数を1～100 Hzの間で1 Hzずつ増加させていき，レーザの振幅 が大きくなる共振周波数付近では 0.1 Hz 刻みで増加させる。ミラーが最も大きく振幅 する周波数を共振周波数として評価を行う。2次元レーザ走査の評価では，ミラー面へ 照射させたレーザをスクリーンへ投影させ，内側ミラーと外側ミラーに対応する電磁 石へ，それぞれの共振周波数を持つ電流を印加させることで磁場を発生させる。共振周 波数を持った磁場によってミラーを共振駆動させ，リサージュスキャンによる 2 次元 レーザ走査を実現させる。このとき，レーザ光の光学偏向角度を計測することで，ミラ ーの性能評価を実施する。

5.3 2次元走査型ポリマーMEMSミラー 131

Figure 5-22 2次元走査型ポリマーMEMSミラーの実験構成

はじめに，周波数特性について計測した結果を Figure 5-23 へ示す。縦軸は光学偏向 角度[deg.]，横軸は電磁石へ印加させた電流の周波数[Hz]を示している。図中へ赤の破 線は内側ミラーの周波数特性，青の実線は外側ジンバルの周波数特性を表している。実 験結果では，外側ジンバルの共振周波数が約46.1 Hz，内側ミラーの共振周波数は約72 Hzであった。また，このときの光学偏向角度はそれぞれ，±3.1 degree，±5.5 degreeと なっている。内側ミラーの共振周波数は解析値である 78.86 Hz と同等の値であること が分かった。外側ジンバルの共振周波数は解析値である34.49 Hz と比較して12 Hz増 加した。この共振周波数の増加はFigure 5-21 (c)で観測されたD-RIE時のシリコンのエ ッチング残りによりトーションバー剛性が向上したためであることが考えられる。低 速軸と高速軸の共振周波数の比を計算したところ，無理数を示していることから，両軸 を共振駆動させたリサージュスキャンの軌跡は正方形を埋め尽くすようにスキャンす る軌跡となることが考えられる。共振特性の結果より，解析値と同等の値を持ち，破断 応力以下での駆動を行うことが可能なミラーであることが分かった。

Figure 5-23 2軸ポリマーMEMSミラーの共振特性結果

次に，両軸を共振駆動させた2次元レーザ走査についての実験結果について述べる。

Figure 5-24 (a)は両軸を共振駆動させたミラーがスクリーンへ描いたレーザの軌跡を示 している。外側ジンバルの駆動と内側ミラーの駆動に対応する電磁石へ共振周波数得 御を持った電流を印加することで，両軸を共振駆動させ，レーザをリサージュスキャン させることができた。また，リサージュスキャンの軌跡は光学偏向角度12.5 deg.と6.6 deg.から構成される長方形を緻密にスキャンするものとなっている。また，Figure 5-24

(b)は第5.4.1節にて説明したリサージュ曲線の式へ，得られた共振周波数ω1 = 46.1 Hz，

ω2 = 72 Hzと光学偏向角度I1 = 3.3 degree，I2 = 6.25 degreeを代入した結果となっている。

実際のリサージュ曲線と比較して，同等の曲線を描くことができていることから，第

5.4.1節で述べたレーザ走査を実現可能であることが分かった。

これらの結果から，試作した2次元走査型ポリマーMEMSミラーは低速軸が46.1 Hz，

高速軸が72 Hzの駆動特性を持つミラーであることが分かった。また，両者の共振駆動

によってスキャンされる軌跡は正方形を緻密に埋め尽くす 2 次元走査であることが分 かった。

20 40 60 80 100

1 2 3 4 5 6

0

Frequency [Hz]

O pt ic a l de fl e c ti on a ngl e [de g]

Inside mirror Outside gimbal

2^nd 72 Hz

1^st 46.1 Hz

5.3 2次元走査型ポリマーMEMSミラー 133

(a) リサージュスキャン結果 (b) 理論式による軌跡

Figure 5-24 2次元レーザ走査結果