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SStudy of acoustic radiation force-based actuators for optical MEMS

基于声辐射力的光学MEMS执行器的研究

基本信息

批准号：
19K04505
负责人：
佐々木敬
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K04505/
关键词：
音響放射力ＭＥＭＳ MEMS 光MEMS マイクロマシニング

项目摘要

まず、音響放射力印可のためのMEMS超音波アクチュエータの製作および評価を行った。周囲が固定されたシリコン円板下部に狭い隙間を介し電極を配置した静電型の超音波アクチュエータを基本構造とした。強力な音圧発生のための最適構造を、円板の板厚、直径、および音響放射効率を用い推定した。この結果をもとに、直径1.2 mm、厚み57 um、電極間ギャップ1 umのデバイスを設計した。約50 Vの電圧振幅印可により、約600 kHzにおいて17.6 nmの振動振幅を得た。しかしながら、本構造のアクチュエータでは光MEMSの駆動をするに十分な音圧を得ることが難しかったため、音響放射力駆動型の光MEMSデバイスの実験及び評価のため、より強力な音圧を発生可能な圧電駆動型の超音波アクチュエータを利用した。本評価では、約2 umの薄い単結晶シリコン薄膜で製作した2 mm角のミラーがねじれバネで支持された構造を用いた。音波の周波数からMEMSミラーの共振周波数を大きく離し、影響が少なくなるように設計を行った。結果として、準静的に数十度の回転駆動を得た。音響放射力により光MEMSを駆動する方式は現在までに発表されておらずその有効性は明らかでなかった。一般に、駆動部には静電アクチュエータを除き、電気配線や圧電膜といった構造の製作が必要であるが、本方式ではそのような構造を組込む必要が無く、駆動部を簡便にすることが可能である。また、静電駆動型と異なり斥力を加えることができる。本研究期間を通じ、音響放射力を用いて光MEMSを駆動させることに成功した。音響放射力は音波を物体に照射することで発生する直流の力であるため、本質的に音波の交流成分による微振動は避けられないものの、構造の工夫により、光スキャナとして利用できることを実証した。これらの結果は、光MEMSデバイスの更なる発展に有用である。

MEMS ultrasonic technology is widely used in the field of sound and radiation printing. The electrode is arranged in the narrow gap at the lower part of the fixed plate, and the ultrasonic wave is arranged in the basic structure. The optimum structure, thickness, diameter and acoustic emission efficiency of the plate are estimated. The diameter of the electrode is 1.2 mm, the thickness is 57 um, and the electrode gap is 1 um. The voltage amplitude of about 50 V can be measured, and the vibration amplitude of about 600 kHz can be measured at 17.6 nm. The structure of this invention can be used for the operation and evaluation of optical MEMS devices with high acoustic and radiation power, as well as for the generation of ultrasonic waves with high acoustic and electrical power. This review is about 2 um thin crystalline silicon thin film fabrication 2 mm angle support structure The frequency of sound waves changes from MEMS to resonant frequency, and the frequency of sound waves changes from MEMS to resonant frequency. As a result, dozens of degrees of quasi-static motion were obtained. The acoustic radiation and the optical MEMS are activated in a way that is not reflected in the optical system. Generally, the static electricity of the moving part is eliminated, the electric wiring and the electric film are made necessary, and the structure of the moving part is made simple. Also, the electrostatic force and repulsive force are added. During this study, the optical MEMS was successfully used in communication and acoustic radiation. The acoustic radiation force is generated by the direct current of the sound wave irradiated on the object, and the micro-vibration is generated by the alternating current of the sound wave irradiated on the object, and the time of the structure is generated by the light. The result is that optical MEMS devices can be used to improve their performance.