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JP2004198648A - Planar type actuator - Google Patents

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JP2004198648A
JP2004198648A JP2002365672A JP2002365672A JP2004198648A JP 2004198648 A JP2004198648 A JP 2004198648A JP 2002365672 A JP2002365672 A JP 2002365672A JP 2002365672 A JP2002365672 A JP 2002365672A JP 2004198648 A JP2004198648 A JP 2004198648A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a planar type actuator capable of keeping the ratio of resonance frequency between an outer movable plate and an inner movable plate large and realizing raster scanning when it is used for scanning by deflecting light. <P>SOLUTION: The planar type actuator is equipped with: an outer movable part 17 equipped with an outer movable plate 3 by pivotally supporting it on an outer fixed part 1 with an outer torsion bar 2; an inner movable part 16 equipped with the inner movable plate 5 by pivotally supporting it on an inner fixed part 20 with an inner torsion bar 4; and a driving means for driving the plates 3 and 5. The movable parts 17 and 16 are formed of materials having different rigidity, and the movable part 16 is fixed on the plate 3 of the movable part 17 so that the axial direction of the torsion bar 2 is orthogonal to the axial direction of the torsion bar 4. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレーナ型アクチュエータに関し、特に、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術で製造する2次元走査型のプレーナ型アクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のプレーナ型アクチュエータは、レーザ光等の光ビームの偏向走査等に利用され、電磁力を利用する電磁型や静電力を利用する静電型等がある。
【0003】
以下に、電磁型のアクチュエータの例を説明する。
プレーナ型電磁アクチュエータとしては、図10に示すものがある。
この2次元走査型のプレーナ型電磁アクチュエータは、シリコン基板の外側固定部1に外側トーションバー2で枠状の外側可動板3を回動可能に軸支し、外側可動板3に外側トーションバー2と軸方向が直交する内側トーションバー4で回動可能に平板状の内側可動板5を軸支する。これら外側固定部1、外側及び内側トーションバー2,4及び外側及び内側可動板3,5は、半導体基板で一体に形成する。外側可動板3には、通電により磁界を発生する第2駆動コイル6(図では模式的に1本線で示す)を形成し、第2駆動コイル6は、外側固定部1に形成した一対の外側電極端子7A,7Aに外側トーションバー2の一方を介して電気的に接続する。内側可動板5には、中央部に反射ミラー8を形成し、その周縁部に通電により磁界を発生する第1駆動コイル9(図では模式的に1本線で示す)を形成する。第1駆動コイル9は、内側トーションバー4の一方から外側可動板3部分を通り、外側トーションバー2の他方側を介して外側固定部1の一対の内側電極端子10A,10Bに電気的に接続する。更に、互いに対をなす静磁界発生手段(例えば永久磁石)を、外側及び内側トーションバー2,4の軸方向とそれぞれ平行な各可動板3,5の対辺の駆動コイル部分に静磁界が作用するよう可動板周囲に設ける。図10の例では、一対の永久磁石11A,11B〜14A,14Bを、外側固定部1の上下に接合する、例えばガラス等からなる上側絶縁基板15及び下側絶縁基板16に、静磁界が第1及び第2駆動コイル6,9を外側及び内側可動板3,5と平行な方向に横切るよう上下に位置をずらすようにして配置してある(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
このような構成の電磁アクチュエータは、第1及び第2駆動コイル6,9に電流を流すことにより発生する磁界と、永久磁石11A,11B〜14A,14Bの作る静磁界との相互作用により外側及び内側可動板3,5を駆動する。
【0005】
即ち、外側及び内側可動板3,5の両側では、永久磁石11A,11B〜14A,14Bによって外側及び内側可動板3,5の平面に沿って第1及び第2駆動コイル6,9を横切るような方向に静磁界を形成する。この静磁界中の第1及び第2駆動コイル6,9に電流を流すと、外側及び内側可動板3,5の両端に、フレミングの左手の法則に従った方向に電磁力が作用して外側及び内側可動板3,5が回動する。外側及び内側可動板3,5が回動するとトーションバー2,4が捩じられてばね反力が発生し、電磁力とばね反力が釣り合う位置まで外側及び内側可動板3,5が回動する。外側及び内側可動板3,5の回動角は第1及び第2駆動コイル6,9に流れる電流に比例し、電流を制御することで外側及び内側可動板3,5の回動角を制御できる。そして、第1及び第2駆動コイル6,9に流す交流電流の周波数を、外側及び内側トーションバー2,4の材質、形状等で規定される共振周波数と同じ周波数とすることにより、その電流値における最大の回動角が得られる。これにより、反射ミラー8に入射するレーザ光等の光の反射方向を自由に制御でき、外側及び内側可動板3,5を連続的に反復動作させることで、レーザ光のスキャニング等、光の走査が可能となる。
【0006】
【特許文献1】
特許第2722314号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーザ光等の光を2次元走査してレーザレーダ等の物体検知や絵や文字等の画像表示を行うには、ラスタ走査で行うのが一般的であり、この場合、水平走査と垂直走査の周波数比は大きい方がよい。しかしながら、上述した従来のプレーナ型アクチュエータは、外側と内側のトーションバー2,4が同一の材料(半導体基板材料と同じシリコン)で形成されているため、断面形状等を異ならせたとしてもその剛性を大きく変化させることが難しい。このため、外側可動板3と内側可動板5の共振周波数比を大きくとれず、ラスタ走査しようとすると走査軌跡がリサージュ曲線になってしまう。そのため、従来のプレーナ型アクチュエータで物体検知や画像表示を行おうとすると、リサージュ曲線を制御する必要があるが、リサージュ曲線はわずかな周波数の違いにより曲線形状が大きく変わるため制御が難しいという問題がある。
【0008】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、外側可動板と内側可動板の共振周波数比を大きくでき、光の偏向走査等に利用する場合にラスタ走査を可能とするプレーナ型アクチュエータを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項1の発明は、外側可動板を外側固定部に外側トーションバーで回動可能に軸支して備えた外側可動部と、内側可動板を内側固定部に内側トーションバーで回動可能に軸支して備えた内側可動部と、前記各可動板を駆動する駆動手段とを備え、前記外側可動部と内側可動部とを剛性の異なる材料で形成すると共に、前記外側トーションバーの軸方向と前記内側トーションバーの軸方向とが直交するように前記内側可動部を前記外側可動部の外側可動板に固定して構成した。
【0010】
このような構成により、外側可動部と内側可動部とを剛性の異なる材料で形成し、外側可動部の外側可動板を外側固定部に外側トーションバーで軸支し、駆動手段で外側可動板を内側可動部と共に回動し、内側可動部の内側可動板を内側固定部に外側トーションバーの軸方向と直交する内側トーションバーで軸支し、駆動手段で内側可動板を回動する。これにより、外側可動板と内側可動板との駆動周波数比を大きくすることを可能にする。
【0011】
本発明のプレーナ型アクチュエータは、具体的には請求項2のように、前記外側可動部と内側可動部のいずれか一方を、剛性を決定する主材料としてシリコンを用いて形成し、他方を、剛性を決定する主材料として前記シリコンより剛性の低い材料を用いて形成する構成とするとよい。この場合、請求項3のように、前記内側可動部をシリコンで形成し、前記外側可動部をシリコンより剛性の低い材料で形成してもよく、この場合、請求項4に記載のように前記外側可動部をプラスチックで形成するとよい。
【0012】
また、請求項5のように前記内側可動部を、前記外側可動板の上面に貼り付けた構成とした。または、請求項6のように前記内側可動部を、前記外側可動板に嵌め込んで構成してもよい。この場合、請求項7のように内側可動板が回動時に前記外側可動板に接触しないように該外側可動板の前記内側可動板に対応した部位に逃部を設けるとよい。
【0013】
請求項8においては、前記駆動手段は、前記各可動板にそれぞれ敷設した駆動コイルと、前記各駆動コイルに静磁界を作用する静磁界発生手段とを備え、前記各駆動コイルに電流を流すことにより発生する電磁力により前記各可動板をそれぞれ駆動する構成とした。この場合、請求項9のように前記内側可動板に敷設した駆動コイルを、前記外側可動板の回動軸線近傍部から前記外側トーションバーを経由して外部に引出すようにするとよい。このとき、請求項10のように前記内側可動板に敷設した駆動コイルの中継端子を、前記外側可動板の回動軸線近傍部で前記内側固定部と前記外側可動板とに設け、該各中継端子をそれぞれワイヤボンディングしてもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図10の従来技術と同一要素については同一符号を用いて説明する。
図1は、本発明に係るプレーナ型アクチュエータの実施形態を示し、光スキャナーに適用した場合の概略構成図であり、図2は、図1の分解斜視図である。
図1において、本実施形態のプレーナ型アクチュエータは、光のラスタ走査を可能とするものであり、内側可動部16と、外側可動部17と、駆動手段としての第1駆動コイル9及び第2駆動コイル6並びに静磁界発生手段18A,18B,19A,19Bと、を備えて構成している。
【0015】
そして、上記内側可動部16を、外側可動板17の中央部にそれぞれの回動軸が直交するようにして接着固定し、内側可動部16の後述する内側可動板5に敷設した第1駆動コイル9と、外側可動部17の後述する外側可動板3に敷設した第2駆動コイル6とにそれぞれ電流を流し、これらの電流と上記外側可動部17の外側に配置した上記静磁界発生手段18A〜19Bの静磁界との相互作用により発生する電磁力で、内側可動板5及び外側可動板3を回動させるようにしている。
以下、図1及び図2を参照して本実施形態の構成を詳細に説明する。
【0016】
上記内側可動部16は、光ビームを走査するものであり、内側可動板5を、該内側可動板5の外側に設けた内側固定部20に内側トーションバー4で回動可能に軸支して構成しており、例えば、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術を適用して、剛性の大きい(例えば、ヤング率が190GPa程度)シリコン基板を上記内側固定部20及び内側トーションバー4並びに内側可動板5以外の部分が上下方向に貫通するように異方性エッチングして形成される。
【0017】
上記内側可動板5の表面には、該内側可動板5の周縁部に沿って第1駆動コイル9が敷設されている。この第1駆動コイル9は、コイルを流れる電流と後述の静磁界発生手段18A,18Bから発生する静磁界との相互作用により内側トーションバー4に平行な内側可動板5の対辺近傍部の第1駆動コイル9部分に電磁力を発生させ、内側可動板5を回動させるものであり、第1引出線21により内側トーションバー4を経由して内側固定部20上に設けた第1中継端子22A,22Aに接続している。この第1中継端子22A,22Aは、図2に示すように、内側トーションバー4の軸線に直交する内側可動板5の中心線X近傍部に設けられている。なお、上記中心線Xは、後述する外側可動部17の外側トーションバー2の軸線と略一致するものである。なお、内側可動板5の中央部表面には、光ビームを反射する反射ミラー8が設けられる。反射ミラー8は、例えば、アルミニウムを真空蒸着等により薄膜形成したものである。
【0018】
上記外側可動部17は、外側可動板3を該外側可動板3の外方に設けた外側固定部1に外側トーションバー2で回動可能に軸支して構成しており、例えば、上記内側可動部16のシリコン基板よりも剛性が小さいプラスチック材料で金型成型またはプラスチックの板材を打ち抜き加工して一体的に形成される。上記プラスチック材料としては、例えばポリイミドの材料を適用することができる。なお、プラスチックの剛性は、ガラスファイバーやカーボンファイバー、金属繊維といったフィラー材を添加して調整することができる。
【0019】
また、上記外側可動部17は、外側可動板3の上面中央部で図2中に破線で示す枠P内に、外側トーションバー2の軸方向に対して内側トーションバー4の軸方向が直交するように内側可動部16を接着して保持しており、外側可動板3を内側可動板5の回動方向と直交する方向に内側可動部16と一体的に回動させることにより、内側可動板5の回動とあいまって内側可動板5の反射ミラー8で反射される光を二次元方向に走査できるようにしている。なお、内側可動部16は、外側可動部17の外側可動板3に接着するのではなく、内側可動部16を金型内に装填した後、プラスチック樹脂を注入して外側可動部17を形成するインサート成型により、図3に示すように、両可動部を一体的に形成してもよい。または、外側可動部17をシリコンで形成し、プラスチック樹脂で形成した内側可動部16を外側可動部17の外側可動板3に嵌め込んで固定するアウトサート成型により両可動部を一体化させてもよい。
【0020】
また、上記外側可動板3の中央部で、上記内側可動板5に対応した部位には、該内側可動板5が回動時に外側可動板3に接触しないように逃部23が設けられている。該逃部23は、図2に示すように、穴部でも貫通孔であってもよく、また、図4に示すように、内側可動板5の回動軸Yを挟んで両側に設けた溝24A,24Aであってもよい。また、内側可動板5の回動角度が小さくて外側可動板3に接触する虞がない場合には、上記逃部23は設けなくてもよい。なお、外側可動板3に逃部23として貫通孔を設けた場合には、反射ミラー8は内側可動板5の裏面に設けてもよい。
【0021】
そして、図2に示すように、上記外側可動板3には、周縁部に沿って第2駆動コイル6が敷設されている。該第2駆動コイル6は、コイルを流れる電流と後述の静磁界発生手段19A,19Bから発生する静磁界との相互作用により外側トーションバー2に平行な外側可動板3の対辺近傍部の第2駆動コイル6部分に電磁力を発生させ、該外側可動板3を回動させるものであり、第2引出線25により一方の外側トーションバー2を経由して上記外側固定部1に設けた外側電極端子7A,7Aに接続している。また、上記外側可動板3において、外側トーションバー2の回動軸線近傍部には、上記第1駆動コイル9の第1中継端子22A,22Aと対向して第2中継端子26A,26Aが設けられており、第3引出線27により他方の外側トーションバー2を経由して上記外側固定部1に設けた内側電極端子10A,10Aに接続している。そして、上記第1中継端子22A,22Aと第2中継端子26A,26Aとを、図1に示すように、例えば金等のボンディングワイヤWでワイヤボンディングして接続する。なお、第1及び第2中継端子22A,22A,26A,26Aは、外側可動板3の回動時にボンディングワイヤWが受けるモーメントを小さくでき、ボンディングワイヤWの断線を抑制できることから外側トーションバー2の回動軸線近傍部に設ける方が好ましいが、必ずしも外側トーションバー2の回動軸線近傍部に限定されるものではない。
【0022】
また、外側可動部17の外側固定部1の外側には、それぞれ静磁界発生手段18A,18B,19A,19Bが、外側可動板3及び内側可動板5を間にして互いに反対磁極を対向させて配置されている。この静磁界発生手段18A,18B,19A,19Bは、例えば、一対の永久磁石であり、静磁界発生手段18A,18Bは、内側トーションバー4の軸方向に平行な内側可動板5の対辺近傍部の第1駆動コイル9部分を流れる電流に、また静磁界発生手段19A,19Bは、外側トーションバー2の軸方向に平行な外側可動板3の対辺近傍部の第2駆動コイル6部分を流れる電流にそれぞれ直交する、外側及び内側可動板3,5の面に平行な静磁界を作用させて電磁力を発生させるように機能する。
【0023】
このような構成のプレーナ型アクチュエータによれば、シリコンからなる剛性の高い内側可動部16を高い共振周波数で駆動し、プラスチックからなる剛性の小さい外側可動部17を低い共振周波数で駆動することが可能となり、内側可動部16と外側可動部17との共振周波数比を大きくすることができる。したがって、内側可動部16と外側可動部17とを駆動制御してレーザ光のラスタ走査が容易に可能となり、レーザ光等を利用した物体検知や画像表示のための光走査装置に好適なプレーナ型アクチュエータが提供できる。また、ポリイミドは剛性が低く、小さい力で所定の位置に可動板を停止させることが可能であるので、外側可動板3をステップ的に回動動作させることが可能となり、レーザ光の水平走査が可能となる。また、ポリイミドは耐衝撃性が良好であり、外側トーションバー2の破壊等に対する耐久性を向上できる。また、内側可動部16が剛性の高いシリコンで形成されているので、内側可動板5の反り等の変形を抑制でき、光スキャナーに適用した場合には、光の走査精度を向上することができる。さらに、内側可動部をシリコンで形成し、外側可動部をプラスチックで形成した場合には、内側可動部の形状が小さいので1枚のシリコン基板から作る内側可動部の取り数が増え、製造コストを低減できる。また、形状の大きい外側可動部もプラスチック材料で金型成型または打ち抜き加工して容易に製造することができ、製造コストを低減できる。したがって、安価なプレーナ型アクチュエータが提供できる。なお、内側可動部16をプラスチックで構成し、外側可動部17をシリコンで構成してもよい。
【0024】
次に、本発明によるプレーナ型アクチュエータの製造方法を説明する。
先ず、図5及び図6を参照してシリコンからなる内側可動部16の製造方法を説明する。なお、図5は一連の製造工程のうち、第1駆動コイル9の形成工程までを示し、図6はシリコン基板のエッチング工程を示している。そして、いずれの図も図2のA−O−B線断面図で示している。
【0025】
先ず、図5に示すように、工程(a)においては、SOI(Silicon On Insulator)ウエハのシリコン基板27を準備する。例えばシリコン基板27は100μmの厚みを有するシリコン活性層27aと、1μmの厚みを有するSiO2の中間層27bと、400μmの厚みを有するシリコン支持基板27cを積層した構成を有するものである。
【0026】
次に、工程(b)においては、シリコン基板27の上下面を熱酸化し1μm程度のSiO2の絶縁層27d,27eを形成する。そして、シリコン活性層27a側の絶縁層27d上に第1駆動コイル9の1層目駆動コイル9aを形成する。1層目駆動コイル9aの形成方法は、先ず、シリコン基板27のほぼ全面に、例えば良電導性の金属としてアルミニウムの薄膜を2μm程度の厚みでスパッタリング等の真空成膜技術により形成する。次に、その上にレジストを塗布し、内側可動板5に相当する部分に、1層目駆動コイル9a及び2層目駆動コイルとの電気的接続をとるための第1コンタクト部9bに相当する部分のレジストを残して、コイル形状のレジストのパターンを形成する。そして、これをマスクとして上記アルミニウムの薄膜をエッチングした後、レジストを除去して1層目駆動コイル9a及び第1コンタクト部9bを形成する。エッチングはエッチング液を使用して行うウエットエッチングまたは反応性ガスを使用して行うドライエッチングのいずれも適用できる。
【0027】
また、工程(c)においては、上記1層目駆動コイル9aの上に感光性ポリイミドの第1絶縁層28aを2μm程度の厚さで形成する。この場合、上記第1コンタクト部9b上、及び内側トーションバー4に相当する部分の第1引出線21及び内側固定部20に相当する部分の図示省略の第1中継端子22A,22A(図2参照)に相当する部分を除いて、第1絶縁層28aが形成される。さらに、工程(b)と同様にして、シリコン基板27の全面にアルミニウムの薄膜を2μm程度成膜し、これをエッチングして2層目駆動コイル9c、第2コンタクト部9d、第1引出線21及び図示省略の第1中継端子22A,22A(図2参照)を形成する。
【0028】
次に、工程(d)において、工程(c)と同様にして上記2層目駆動コイル9c、第2コンタクト部9d及び第1引出線21の上部を覆って感光性ポリイミドの第2絶縁層28bを形成する。これは、2層目駆動コイル9c及び第1引出線21の腐食防止を目的とする保護膜となるものである。
【0029】
次に、図6に示すように、シリコン基板27がエッチングされる。
先ず、工程(a)では、シリコン基板27の内側可動板5、内側トーションバー4及び内側固定部20に相当する部分をレジストマスクで覆い、シリコン基板27のSiO2の絶縁層27dをエッチングして除去する。さらに、SiO2の絶縁層27dが除かれ剥き出しとなったシリコン活性層27aを厚み方向に異方性エッチングする。この場合、エッチングはSiO2の中間層27bでストップし、図5に示すように凹部29が形成され、内側可動板5及び内側トーションバー4並びに内側固定部20に相当する部分がシリコン支持基板27cで繋がった状態の内側可動部16が形成される。
【0030】
さらに工程(b)では、シリコン基板27の下面側で内側固定部20に相当する部分をレジストでマスクしSiO2の絶縁層27eをエッチングして除去する。さらに露出したシリコン基板27の支持基板27cをSiO2の中間層27b部まで厚み方向に異方性エッチングする。そして、このエッチングによって露出したSiO2の中間層27bをエッチングして除去すれば、図6の凹部29がシリコン基板27の上下方向に貫通する。そして、内側可動板5の上面中央部にアルミニウム等の反射膜を真空成膜し反射ミラー8を形成すると、図2に示す内側可動部16が形成される。
【0031】
次に、図7〜9を参照して、外側可動部17の製造工程を説明する。
先ず、図7に示すように、成形金型29にポリイミドの樹脂30を流し込み80℃で乾燥させた後に、400℃で8時間焼成して硬化させる。成型の型は、焼成後に外側トーションバー2部の厚み及び外側可動板3部分の厚みが所定の厚みとなるように、約10倍の厚みでできている。そして、焼成後に室温に戻すことで成型金型とポリイミド基板との熱膨張率の差により脱型する。
【0032】
または、図8に示すように、プラスチックの板材31を打ち抜き加工して外側可動部17となるポリイミド基板32を切り出してもよい。なお、図7及び8には、外側可動板3に設ける逃部23が図示省略されているが、金型成型する際または打ち抜き加工する際に同時に形成してもよい。
【0033】
次に、ポリイミド基板32の上面に、第2駆動コイル6を形成する。この第2駆動コイル6の形成は、図9に示す製造工程により第1駆動コイル9と同様にして行われる。なお、いずれの図も図2のC−O’−D線断面図で示している。
【0034】
先ず、工程(a)においては、ポリイミド基板32のほぼ全面に例えば良電導性の金属としてアルミニウムの薄膜を2μm程度の厚みでスパッタリング等の真空成膜技術によりまたは銅をめっきにより形成する。次に、その上にレジストを塗布し、外側可動板3の上面に、1層目駆動コイル6a、2層目駆動コイルとの電気的接続をとるための第1コンタクト部6b及び図示省略の第2中継端子26A,26A(図2参照)に相当する部分のレジストを残して、コイル形状のレジストのパターンを形成する。そして、これをマスクとして上記アルミニウムの薄膜をエッチングした後、レジストを除去して1層目駆動コイル6a、第1コンタクト部6b及び図示省略の第2中継端子26A,26Aを形成する。
【0035】
次に、工程(b)においては、上記1層目駆動コイル6aの上に感光性ポリイミドの第1絶縁層33aを2μm程度の厚さで形成する。この場合、上記第1コンタクト部6b上と、図示省略の第2中継端子26A,26Aに相当する部分と、外側トーションバー2から外側固定部1に至る図示省略の第2及び第3引出線25,27に相当する部分と、外側固定部1上の図示省略の外側及び内側電極端子7A,7A,10A,10A(図2参照)に相当する部分とを除いて、第1絶縁層33aが形成される。さらに、工程(a)と同様にして、ポリイミド基板32の全面にアルミニウム等の薄膜を2μm程度成膜し、これをエッチングして2層目駆動コイル6cと、第2コンタクト部6dと、図示省略の第2及び第3引出線25,27と、図示省略の外側及び内側電極端子7A,7A,10A,10A(図2参照)を形成する。
【0036】
そして、工程(c)において、工程(b)と同様にして上記2層目駆動コイル6cと、第2コンタクト部6dと、第2及び第3引出線25,27の上部を覆って感光性ポリイミドの第2絶縁層33bを形成する。これにより、外側可動部17が形成される。
【0037】
このようにして形成された内側可動部16と外側可動部17とは図2中矢印Q方向に接着され、内側可動部16が外側可動板3の中央部で図2中破線枠P内に固定して保持される。さらに、図1に示すように第1及び第2中継端子22A,22A,26A,26AをボンディングワイヤWでワイヤボンディングして第1駆動コイル9に通電可能とし、その後、外側可動部17の外側固定部1の外方部に、それぞれ静磁界発生手段18A〜19Bを、外側可動板3と内側可動板5とを間にして互いに反対磁極を対向させて配置する。こうして、図1に示すプレーナ型アクチュエータが完成する。
【0038】
また、第2駆動コイル6は、上述のようにプラスチック基板32に形成する方法に限定されず、第2駆動コイル6等の配線をプラスチックの板材31の所定位置に予め形成しておき、これを打ち抜き加工して第2駆動コイル6等の配線を備えた外側可動部17を製造してもよい。
【0039】
さらに、各駆動コイルは前述のように各駆動部を形成する際に個別に形成するものに限られず、内側駆動部16と外側駆動部17とを一体化した後に各駆動コイルを形成してもよい。
【0040】
さらにまた、本発明のプレーナ型アクチュエータは、上述の電磁駆動するものに限られず、静電駆動するものであってもよく、また上述の光スキャナーに限定されず、可動板が直交する二軸の下で回動するプレーナ型アクチュエータであればいかなるものでもよい。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のプレーナ型アクチュエータによれば、内側可動部と外側可動部とをそれぞれ剛性の異なる材料で形成し一体化して構成したことにより、内側可動板と外側可動板とを周波数比の大きいそれぞれ異なる共振周波数で駆動することができる。従って、光スキャナーに適用した場合、内側可動部と外側可動部とを駆動制御してレーザ光のラスタ走査を容易に行うことができる。
【0042】
また、光スキャナーに適用した場合、内側または外側可動部のいずれか一方を剛性の小さいプラスチック材料で形成することにより、小さい力で所定の位置に可動板を停止させることが可能となり、外側可動板をステップ的に回動動作させることができ、レーザ光の水平走査が可能となる。
【0043】
さらに、内側可動部をシリコンで形成し、外側可動部をプラスチックで形成した場合には、内側可動部の形状が小さいので1枚のシリコン基板から作る内側可動部の取り数が増え、製造コストを低減できること、また、形状の大きい外側可動部もプラスチック材料で金型成型または打ち抜き加工して容易に製造することができ、製造コストを低減できること、さらには、個別に製造した内側可動部と外側可動部を接合するようにしているので最終製品の製造歩留まりが向上すること等から安価なプレーナ型アクチュエータを提供することができる。
【0044】
さらにまた、内側可動部をシリコンで形成し、外側可動部をプラスチックで形成した場合には、内側可動板の反り等の変形を抑制でき、光スキャナーに適用したとき光の走査精度が向上し、また外側トーションバーがプラスチックであるので破壊等に対する耐久性を向上することができる。
【0045】
そして、二次元走査型のプレーナ型アクチュエータをシリコンとプラスチックとの複合構造としているのでシリコン材料のみで製造する場合に比べ、耐振動性、耐衝撃性が向上し、製造歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるプレーナ型アクチュエータの実施形態の概略構成を示す斜視図である。
【図2】図1の分解斜視図である。
【図3】内側可動部と外側可動部とを一体化する他の方法を示す中心断面である。
【図4】外側可動部に形成した逃部の他の構成例を示す中心断面図である。
【図5】内側可動部の製造工程のうち、駆動コイルの製造工程を示す説明図である。
【図6】内側可動部の製造工程のうち、シリコン基板のエッチング工程を示す説明図である。
【図7】外側可動部の製造方法で、金型成型による製造方法を示す説明図である。
【図8】図6の他の製造方法を示す説明図である。
【図9】外側可動部の製造工程のうち、駆動コイルの製造工程を示す説明図である。
【図10】従来技術になる二次元走査型のプレーナ型アクチュエータの構造を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
1…外側固定部
2…外側トーションバー
3…外側可動板
4…内側トーションバー
5…内側可動板
6,9…駆動コイル
16…内側可動部
17…外側可動部
18A〜19B…静磁界発生手段
20…内側固定部
22A,26A…中継端子
23…逃部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a planar actuator, and more particularly, to a two-dimensional scanning type planar actuator manufactured by a micromachining technology to which a semiconductor manufacturing technology is applied.
[0002]
[Prior art]
This type of planar actuator is used for deflection scanning of a light beam such as a laser beam or the like, and includes an electromagnetic type using an electromagnetic force and an electrostatic type using an electrostatic force.
[0003]
Hereinafter, an example of an electromagnetic actuator will be described.
FIG. 10 shows an example of a planar type electromagnetic actuator.
In this two-dimensional scanning type planar electromagnetic actuator, a frame-shaped outer movable plate 3 is rotatably supported by an outer torsion bar 2 on an outer fixed portion 1 of a silicon substrate, and an outer torsion bar 2 is attached to the outer movable plate 3. The flat inner movable plate 5 is rotatably supported by an inner torsion bar 4 whose axial direction is orthogonal to the inner movable plate 5. The outer fixed portion 1, the outer and inner torsion bars 2, 4 and the outer and inner movable plates 3, 5 are integrally formed of a semiconductor substrate. A second drive coil 6 (schematically indicated by a single line in the figure) that generates a magnetic field when energized is formed on the outer movable plate 3, and the second drive coil 6 includes a pair of outer coils formed on the outer fixed portion 1. It is electrically connected to the electrode terminals 7A, 7A via one of the outer torsion bars 2. A reflective mirror 8 is formed at the center of the inner movable plate 5, and a first drive coil 9 (schematically shown by one line in the figure) that generates a magnetic field when energized is formed at a peripheral edge thereof. The first drive coil 9 is electrically connected to the pair of inner electrode terminals 10A and 10B of the outer fixed portion 1 through the other side of the outer torsion bar 2 from one side of the inner torsion bar 4 and the outer movable plate 3. I do. Further, a pair of static magnetic field generating means (for example, permanent magnets) is applied to the drive coil portions on the opposite sides of the movable plates 3 and 5 parallel to the axial directions of the outer and inner torsion bars 2 and 4, respectively. Around the movable plate. In the example of FIG. 10, a static magnetic field is applied to the upper insulating substrate 15 and the lower insulating substrate 16 made of, for example, glass, which join the pair of permanent magnets 11 </ b> A, 11 </ b> B to 14 </ b> A, 14 </ b> B above and below the outer fixed part 1. The first and second driving coils 6 and 9 are arranged so as to be vertically displaced so as to cross in a direction parallel to the outer and inner movable plates 3 and 5 (for example, see Patent Document 1).
[0004]
The electromagnetic actuator having such a configuration has an outer side and an outer side due to an interaction between a magnetic field generated by applying a current to the first and second drive coils 6 and 9 and a static magnetic field generated by the permanent magnets 11A, 11B to 14A and 14B. The inner movable plates 3 and 5 are driven.
[0005]
That is, on both sides of the outer and inner movable plates 3, 5, the first and second drive coils 6, 9 are traversed along the plane of the outer and inner movable plates 3, 5 by the permanent magnets 11A, 11B to 14A, 14B. A static magnetic field is formed in various directions. When an electric current is applied to the first and second drive coils 6 and 9 in the static magnetic field, an electromagnetic force acts on both ends of the outer and inner movable plates 3 and 5 in a direction according to Fleming's left hand rule, thereby causing the outer and inner movable plates 3 and 5 to move outward. And the inner movable plates 3 and 5 rotate. When the outer and inner movable plates 3, 5 rotate, the torsion bars 2, 4 are twisted to generate a spring reaction force, and the outer and inner movable plates 3, 5 rotate to a position where the electromagnetic force and the spring reaction force balance. I do. The rotation angles of the outer and inner movable plates 3, 5 are proportional to the current flowing through the first and second drive coils 6, 9, and the currents are controlled to control the rotation angles of the outer and inner movable plates 3, 5. it can. By setting the frequency of the alternating current flowing through the first and second drive coils 6 and 9 to be the same as the resonance frequency defined by the material and shape of the outer and inner torsion bars 2 and 4, the current value Is obtained. Accordingly, the direction of reflection of light such as laser light incident on the reflection mirror 8 can be freely controlled, and the outer and inner movable plates 3 and 5 are continuously and repeatedly operated to scan light such as scanning of laser light. Becomes possible.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2722314
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to perform two-dimensional scanning with light such as a laser beam to detect an object such as a laser radar or to display an image such as a picture or a character, raster scanning is generally performed. In this case, horizontal scanning and vertical scanning are performed. The larger the scanning frequency ratio, the better. However, in the above-described conventional planar actuator, the outer and inner torsion bars 2 and 4 are formed of the same material (the same silicon as the semiconductor substrate material), so that even if the cross-sectional shape and the like are different, the rigidity thereof is not increased. It is difficult to greatly change For this reason, the resonance frequency ratio between the outer movable plate 3 and the inner movable plate 5 cannot be made large, and when performing raster scanning, the scanning trajectory becomes a Lissajous curve. Therefore, when attempting to detect an object or display an image with a conventional planar actuator, it is necessary to control the Lissajous curve.However, the Lissajous curve has a problem that the curve shape changes greatly due to a slight difference in frequency, and thus it is difficult to control the Lissajous curve. .
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a planar actuator that can increase the resonance frequency ratio between the outer movable plate and the inner movable plate and enables raster scanning when used for light deflection scanning or the like. The purpose is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
For this purpose, the first aspect of the present invention provides an outer movable portion having an outer movable plate rotatably supported by an outer torsion bar on an outer fixed portion, and an inner movable plate having an inner torsion bar on the inner fixed portion. An inner movable portion rotatably supported and provided with driving means for driving each of the movable plates, wherein the outer movable portion and the inner movable portion are formed of materials having different rigidities, and the outer torsion is formed. The inner movable portion is fixed to the outer movable plate of the outer movable portion so that the axial direction of the bar is orthogonal to the axial direction of the inner torsion bar.
[0010]
With such a configuration, the outer movable portion and the inner movable portion are formed of materials having different rigidities, the outer movable plate of the outer movable portion is supported on the outer fixed portion by the outer torsion bar, and the outer movable plate is driven by the driving means. Rotating with the inner movable portion, the inner movable plate of the inner movable portion is supported on the inner fixed portion by an inner torsion bar orthogonal to the axial direction of the outer torsion bar, and the inner movable plate is rotated by the driving means. This makes it possible to increase the drive frequency ratio between the outer movable plate and the inner movable plate.
[0011]
Specifically, the planar type actuator of the present invention is configured such that one of the outer movable portion and the inner movable portion is formed using silicon as a main material for determining rigidity, and the other is, It is preferable to use a material having a lower rigidity than the silicon as a main material for determining the rigidity. In this case, as in claim 3, the inner movable portion may be formed of silicon, and the outer movable portion may be formed of a material having a lower rigidity than silicon. In this case, as described in claim 4, The outer movable part may be formed of plastic.
[0012]
Further, the inner movable portion is stuck on the upper surface of the outer movable plate. Alternatively, the inner movable portion may be configured to be fitted into the outer movable plate as in claim 6. In this case, a relief may be provided at a portion of the outer movable plate corresponding to the inner movable plate so that the inner movable plate does not come into contact with the outer movable plate when rotating.
[0013]
In claim 8, the driving means includes a driving coil laid on each of the movable plates, and a static magnetic field generating means for applying a static magnetic field to each of the driving coils, and a current flows through each of the driving coils. Each of the movable plates is driven by the electromagnetic force generated by the above. In this case, it is preferable that the drive coil laid on the inner movable plate is drawn out from the vicinity of the rotation axis of the outer movable plate to the outside via the outer torsion bar. At this time, a relay terminal of the drive coil laid on the inner movable plate as in claim 10 is provided on the inner fixed portion and the outer movable plate near a rotation axis of the outer movable plate, and the relay terminals are provided. The terminals may be respectively wire-bonded.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the same elements as those of the prior art in FIG. 10 are described using the same reference numerals.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a planar actuator according to the present invention, which is applied to an optical scanner. FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG.
In FIG. 1, the planar actuator according to the present embodiment enables raster scanning of light, and includes an inner movable portion 16, an outer movable portion 17, a first driving coil 9 as a driving unit, and a second driving device. It comprises a coil 6 and static magnetic field generating means 18A, 18B, 19A, 19B.
[0015]
Then, the inner movable portion 16 is bonded and fixed to the central portion of the outer movable plate 17 so that the respective rotation axes are orthogonal to each other, and the first drive coil laid on the inner movable plate 5 of the inner movable portion 16 which will be described later. 9 and the second drive coil 6 laid on the later-described outer movable plate 3 of the outer movable portion 17, and the static magnetic field generating means 18 </ b> A to 18 </ b> A disposed outside the outer movable portion 17. The inner movable plate 5 and the outer movable plate 3 are rotated by an electromagnetic force generated by interaction with the static magnetic field of 19B.
Hereinafter, the configuration of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
[0016]
The inner movable portion 16 is for scanning a light beam. The inner movable plate 5 is rotatably supported by an inner torsion bar 4 on an inner fixed portion 20 provided outside the inner movable plate 5. For example, a silicon substrate having a large rigidity (for example, a Young's modulus of about 190 GPa) is applied to the inner fixed portion 20, the inner torsion bar 4, and the inner movable plate by applying a micromachining technology applied to a semiconductor manufacturing technology. The portion other than 5 is formed by anisotropic etching so as to penetrate vertically.
[0017]
A first drive coil 9 is laid on the surface of the inner movable plate 5 along the periphery of the inner movable plate 5. The first drive coil 9 is provided on the first movable coil 5 near the opposite side of the inner movable plate 5 parallel to the inner torsion bar 4 due to the interaction between a current flowing through the coil and a static magnetic field generated from static magnetic field generating means 18A, 18B described later. An electromagnetic force is generated in the drive coil 9 to rotate the inner movable plate 5, and a first relay terminal 22 </ b> A provided on the inner fixed portion 20 via the inner torsion bar 4 by the first lead wire 21. , 22A. The first relay terminals 22A, 22A are provided near the center line X of the inner movable plate 5 orthogonal to the axis of the inner torsion bar 4, as shown in FIG. The center line X substantially coincides with an axis of the outer torsion bar 2 of the outer movable portion 17 described later. In addition, a reflection mirror 8 that reflects the light beam is provided on the central surface of the inner movable plate 5. The reflection mirror 8 is, for example, a thin film formed of aluminum by vacuum evaporation or the like.
[0018]
The outer movable portion 17 is configured such that the outer movable plate 3 is rotatably supported by an outer torsion bar 2 on an outer fixed portion 1 provided outside the outer movable plate 3. The movable portion 16 is integrally formed by die molding or punching a plastic plate material with a plastic material having a lower rigidity than the silicon substrate. As the plastic material, for example, a polyimide material can be used. The rigidity of the plastic can be adjusted by adding a filler material such as glass fiber, carbon fiber, and metal fiber.
[0019]
The axial direction of the inner torsion bar 4 is orthogonal to the axial direction of the outer torsion bar 2 within the frame P indicated by a broken line in FIG. As described above, the inner movable portion 16 is adhered and held, and the outer movable plate 3 is rotated integrally with the inner movable portion 16 in a direction orthogonal to the rotation direction of the inner movable plate 5, whereby the inner movable plate 16 is rotated. The light reflected by the reflection mirror 8 of the inner movable plate 5 in combination with the rotation of the inner movable plate 5 can be scanned two-dimensionally. The inner movable part 16 is not bonded to the outer movable plate 3 of the outer movable part 17, but is loaded into the mold and then injected with a plastic resin to form the outer movable part 17. As shown in FIG. 3, both movable portions may be integrally formed by insert molding. Alternatively, both movable parts may be integrated by outsert molding in which the outer movable part 17 is formed of silicon, and the inner movable part 16 formed of plastic resin is fitted and fixed to the outer movable plate 3 of the outer movable part 17. Good.
[0020]
A relief portion 23 is provided at a central portion of the outer movable plate 3 corresponding to the inner movable plate 5 so that the inner movable plate 5 does not come into contact with the outer movable plate 3 when rotating. . The escape portion 23 may be a hole or a through hole as shown in FIG. 2, and grooves provided on both sides of the rotation axis Y of the inner movable plate 5 as shown in FIG. 24A, 24A. In addition, when the rotation angle of the inner movable plate 5 is small and there is no possibility of contact with the outer movable plate 3, the escape portion 23 may not be provided. When the outer movable plate 3 is provided with a through hole as the escape portion 23, the reflection mirror 8 may be provided on the back surface of the inner movable plate 5.
[0021]
Then, as shown in FIG. 2, a second drive coil 6 is laid on the outer movable plate 3 along the peripheral edge. The second drive coil 6 is provided in the vicinity of the opposite side of the outer movable plate 3 parallel to the outer torsion bar 2 due to the interaction between a current flowing through the coil and a static magnetic field generated from static magnetic field generating means 19A and 19B described later. An electromagnetic force is generated in the drive coil 6 to rotate the outer movable plate 3, and an outer electrode provided on the outer fixed portion 1 via one outer torsion bar 2 by a second lead wire 25. Connected to terminals 7A, 7A. In the outer movable plate 3, second relay terminals 26A, 26A are provided in the vicinity of the rotation axis of the outer torsion bar 2 so as to face the first relay terminals 22A, 22A of the first drive coil 9. It is connected to the inner electrode terminals 10A, 10A provided on the outer fixed part 1 via the other outer torsion bar 2 by a third lead wire 27. Then, as shown in FIG. 1, the first relay terminals 22A, 22A and the second relay terminals 26A, 26A are connected by wire bonding with a bonding wire W of, for example, gold. The first and second relay terminals 22A, 22A, 26A, 26A can reduce the moment received by the bonding wire W when the outer movable plate 3 rotates, and can suppress the disconnection of the bonding wire W. It is preferable that the outer torsion bar 2 is provided in the vicinity of the rotation axis, but it is not necessarily limited to the vicinity of the rotation axis.
[0022]
Outside the outer fixed part 1 of the outer movable part 17, static magnetic field generating means 18A, 18B, 19A, 19B are provided with opposite magnetic poles facing each other with the outer movable plate 3 and the inner movable plate 5 interposed therebetween. Are located. The static magnetic field generating means 18A, 18B, 19A, 19B are, for example, a pair of permanent magnets, and the static magnetic field generating means 18A, 18B are located near the opposite side of the inner movable plate 5 parallel to the axial direction of the inner torsion bar 4. And the static magnetic field generating means 19A and 19B provide the current flowing through the second drive coil 6 near the opposite side of the outer movable plate 3 parallel to the axial direction of the outer torsion bar 2. And a magnetic field parallel to the surfaces of the outer and inner movable plates 3 and 5 which are orthogonal to each other.
[0023]
According to the planar actuator having such a configuration, it is possible to drive the highly rigid inner movable portion 16 made of silicon at a high resonance frequency and drive the less rigid outer movable portion 17 made of plastic at a low resonance frequency. Thus, the resonance frequency ratio between the inner movable portion 16 and the outer movable portion 17 can be increased. Therefore, the raster scanning of the laser light can be easily performed by controlling the driving of the inner movable portion 16 and the outer movable portion 17, and the planar type suitable for the optical scanning device for object detection and image display using the laser light or the like. An actuator can be provided. In addition, since the rigidity of polyimide is low and the movable plate can be stopped at a predetermined position with a small force, the outer movable plate 3 can be rotated in a stepwise manner, and the horizontal scanning of the laser beam can be performed. It becomes possible. In addition, polyimide has good impact resistance, and can improve durability against destruction of the outer torsion bar 2 and the like. Further, since the inner movable portion 16 is formed of highly rigid silicon, deformation such as warpage of the inner movable plate 5 can be suppressed, and when applied to an optical scanner, light scanning accuracy can be improved. . Further, when the inner movable portion is formed of silicon and the outer movable portion is formed of plastic, the number of the inner movable portion formed from one silicon substrate increases because the shape of the inner movable portion is small, and the manufacturing cost is reduced. Can be reduced. Also, the outer movable portion having a large shape can be easily manufactured by molding or punching a plastic material, thereby reducing the manufacturing cost. Therefore, an inexpensive planar actuator can be provided. The inner movable portion 16 may be made of plastic, and the outer movable portion 17 may be made of silicon.
[0024]
Next, a method of manufacturing a planar actuator according to the present invention will be described.
First, a method of manufacturing the inner movable portion 16 made of silicon will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows a step of forming the first drive coil 9 in a series of manufacturing steps, and FIG. 6 shows a step of etching the silicon substrate. Each of the figures is a cross-sectional view taken along line AOB of FIG.
[0025]
First, as shown in FIG. 5, in step (a), a silicon substrate 27 of an SOI (Silicon On Insulator) wafer is prepared. For example, the silicon substrate 27 has a silicon active layer 27a having a thickness of 100 μm and a silicon active layer 27a having a thickness of 1 μm. Two And a silicon support substrate 27c having a thickness of 400 μm.
[0026]
Next, in the step (b), the upper and lower surfaces of the silicon substrate 27 are thermally oxidized to form a SiO.sub. Two The insulating layers 27d and 27e are formed. Then, the first-layer drive coil 9a of the first drive coil 9 is formed on the insulating layer 27d on the silicon active layer 27a side. In the method of forming the first-layer drive coil 9a, first, for example, a thin film of aluminum as a highly conductive metal is formed with a thickness of about 2 μm on almost the entire surface of the silicon substrate 27 by a vacuum film forming technique such as sputtering. Next, a resist is applied thereon, and a portion corresponding to the inner movable plate 5 corresponds to a first contact portion 9b for making electrical connection with the first-layer driving coil 9a and the second-layer driving coil. A coil-shaped resist pattern is formed while leaving a portion of the resist. Then, using this as a mask, the aluminum thin film is etched, and then the resist is removed to form the first-layer drive coil 9a and the first contact portion 9b. Either wet etching using an etchant or dry etching using a reactive gas can be used for the etching.
[0027]
In step (c), a first insulating layer 28a of photosensitive polyimide is formed on the first-layer driving coil 9a to a thickness of about 2 μm. In this case, unillustrated first relay terminals 22A and 22A on the first contact portion 9b and the portion corresponding to the inner torsion bar 4 corresponding to the first lead wire 21 and the inner fixing portion 20 (see FIG. 2). The first insulating layer 28a is formed except for the part corresponding to ()). Further, in the same manner as in the step (b), a thin film of aluminum is formed to a thickness of about 2 μm on the entire surface of the silicon substrate 27, and this is etched to form the second-layer drive coil 9c, the second contact portion 9d, and the first lead wire 21. And, the first relay terminals 22A, 22A (see FIG. 2) not shown are formed.
[0028]
Next, in the step (d), the second insulating layer 28b made of a photosensitive polyimide is formed by covering the upper part of the second-layer drive coil 9c, the second contact part 9d and the first lead wire 21 in the same manner as the step (c). To form This serves as a protective film for the purpose of preventing corrosion of the second-layer drive coil 9c and the first lead wire 21.
[0029]
Next, as shown in FIG. 6, the silicon substrate 27 is etched.
First, in the step (a), a portion corresponding to the inner movable plate 5, the inner torsion bar 4, and the inner fixed portion 20 of the silicon substrate 27 is covered with a resist mask, Two Is removed by etching. Furthermore, SiO Two The exposed silicon active layer 27a is removed by anisotropic etching in the thickness direction. In this case, the etching is SiO Two 5, a concave portion 29 is formed as shown in FIG. 5, and the inner movable plate 5, the inner torsion bar 4, and a portion corresponding to the inner fixed portion 20 are connected to each other by a silicon support substrate 27c. A part 16 is formed.
[0030]
Further, in the step (b), a portion corresponding to the inner fixing portion 20 on the lower surface side of the silicon substrate 27 is masked with a resist, Two Is removed by etching the insulating layer 27e. Further, the exposed support substrate 27c of the silicon substrate 27 is Two Is etched in the thickness direction up to the intermediate layer 27b. Then, the SiO exposed by this etching Two When the intermediate layer 27b is removed by etching, the recess 29 of FIG. 6 penetrates the silicon substrate 27 in the vertical direction. Then, when a reflective film of aluminum or the like is vacuum-formed at the center of the upper surface of the inner movable plate 5 to form the reflective mirror 8, the inner movable portion 16 shown in FIG. 2 is formed.
[0031]
Next, a manufacturing process of the outer movable portion 17 will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 7, a polyimide resin 30 is poured into a molding die 29, dried at 80 ° C., and baked at 400 ° C. for 8 hours to be cured. The mold is formed to be about 10 times thicker so that the thickness of the outer torsion bar 2 and the thickness of the outer movable plate 3 become predetermined after firing. Then, the temperature is returned to room temperature after firing, and the mold is released due to a difference in thermal expansion coefficient between the molding die and the polyimide substrate.
[0032]
Alternatively, as shown in FIG. 8, a plastic plate material 31 may be stamped out to cut out a polyimide substrate 32 to be the outer movable portion 17. Although relief portions 23 provided on the outer movable plate 3 are not shown in FIGS. 7 and 8, they may be formed at the same time as molding or punching.
[0033]
Next, the second drive coil 6 is formed on the upper surface of the polyimide substrate 32. The formation of the second drive coil 6 is performed in the same manner as the first drive coil 9 by the manufacturing process shown in FIG. In each of the figures, a cross-sectional view taken along the line C-O'-D of FIG. 2 is shown.
[0034]
First, in the step (a), a thin film of, for example, aluminum as a highly conductive metal is formed on almost the entire surface of the polyimide substrate 32 with a thickness of about 2 μm by a vacuum film forming technique such as sputtering or copper by plating. Next, a resist is applied thereon, and on the upper surface of the outer movable plate 3, a first contact portion 6b for making an electrical connection with the first-layer drive coil 6a and the second-layer drive coil and a first contact portion 6b (not shown) A coil-shaped resist pattern is formed while leaving a portion of the resist corresponding to the two relay terminals 26A, 26A (see FIG. 2). Then, after etching the aluminum thin film using this as a mask, the resist is removed to form the first-layer drive coil 6a, the first contact portion 6b, and the second relay terminals 26A, 26A (not shown).
[0035]
Next, in the step (b), a first insulating layer 33a of photosensitive polyimide is formed on the first-layer driving coil 6a to a thickness of about 2 μm. In this case, on the first contact portion 6b, portions corresponding to the second relay terminals 26A, 26A (not shown), and second and third lead wires 25 (not shown) from the outer torsion bar 2 to the outer fixing portion 1. , 27, and the portions corresponding to the outer and inner electrode terminals 7A, 7A, 10A, 10A (see FIG. 2) on the outer fixed portion 1 (not shown), the first insulating layer 33a is formed. Is done. Further, in the same manner as in step (a), a thin film of aluminum or the like is formed to a thickness of about 2 μm on the entire surface of the polyimide substrate 32, and this is etched to form a second-layer drive coil 6c, a second contact portion 6d, and a not-shown illustration. , And the outer and inner electrode terminals 7A, 7A, 10A, 10A (see FIG. 2) not shown.
[0036]
Then, in the step (c), the photosensitive polyimide covering the second-layer drive coil 6c, the second contact part 6d, and the second and third lead wires 25 and 27 in the same manner as the step (b). Of the second insulating layer 33b is formed. Thereby, the outer movable portion 17 is formed.
[0037]
The inner movable portion 16 and the outer movable portion 17 thus formed are adhered in the direction of arrow Q in FIG. 2, and the inner movable portion 16 is fixed at the center of the outer movable plate 3 within the broken line frame P in FIG. Will be held. Further, as shown in FIG. 1, the first and second relay terminals 22A, 22A, 26A, 26A are wire-bonded with bonding wires W so that the first drive coil 9 can be energized. The static magnetic field generating means 18A to 19B are arranged outside the portion 1 with the opposite magnetic poles facing each other with the outer movable plate 3 and the inner movable plate 5 interposed therebetween. Thus, the planar actuator shown in FIG. 1 is completed.
[0038]
Further, the method of forming the second drive coil 6 on the plastic substrate 32 as described above is not limited. Wiring such as the second drive coil 6 is previously formed at a predetermined position of the plastic plate material 31 and is formed. The outer movable portion 17 provided with wiring such as the second drive coil 6 may be manufactured by punching.
[0039]
Further, as described above, each drive coil is not limited to one formed individually when forming each drive unit, and each drive coil may be formed after the inner drive unit 16 and the outer drive unit 17 are integrated. Good.
[0040]
Furthermore, the planar actuator of the present invention is not limited to the above-described electromagnetically driven actuator, may be an electrostatically driven actuator, and is not limited to the above-described optical scanner. Any actuator can be used as long as it is a planar actuator that rotates below.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the planar actuator of the present invention, the inner movable portion and the outer movable portion are formed of materials having different rigidities and are integrally formed, so that the inner movable plate and the outer movable plate have the same frequency. Driving can be performed at different resonance frequencies having large ratios. Therefore, when applied to an optical scanner, raster scanning of laser light can be easily performed by controlling the driving of the inner movable portion and the outer movable portion.
[0042]
In addition, when applied to an optical scanner, the movable plate can be stopped at a predetermined position with a small force by forming one of the inner and outer movable portions with a plastic material having a small rigidity. Can be rotated in a stepwise manner, and horizontal scanning of the laser beam becomes possible.
[0043]
Further, when the inner movable portion is formed of silicon and the outer movable portion is formed of plastic, the number of the inner movable portion formed from one silicon substrate increases because the shape of the inner movable portion is small, and the manufacturing cost is reduced. In addition, the outer movable part having a large shape can be easily manufactured by molding or punching out a plastic material, thereby reducing the manufacturing cost. Furthermore, the inner movable part and the outer movable part which are individually manufactured can be reduced. Since the parts are joined, the manufacturing yield of the final product is improved, and an inexpensive planar actuator can be provided.
[0044]
Furthermore, when the inner movable portion is formed of silicon and the outer movable portion is formed of plastic, deformation such as warpage of the inner movable plate can be suppressed, and when applied to an optical scanner, scanning accuracy of light is improved, Further, since the outer torsion bar is made of plastic, durability against breakage and the like can be improved.
[0045]
Further, since the two-dimensional scanning type planar actuator has a composite structure of silicon and plastic, vibration resistance and impact resistance are improved, and the production yield is improved, as compared with the case where the two-dimensional scanning type actuator is made of only silicon material.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an embodiment of a planar actuator according to the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG.
FIG. 3 is a center sectional view showing another method for integrating the inner movable portion and the outer movable portion.
FIG. 4 is a central cross-sectional view showing another example of the configuration of the relief portion formed in the outer movable portion.
FIG. 5 is an explanatory view showing a manufacturing step of a drive coil among manufacturing steps of an inner movable portion.
FIG. 6 is an explanatory view showing an etching step of a silicon substrate in a manufacturing step of the inner movable portion.
FIG. 7 is an explanatory view showing a method of manufacturing the outer movable portion by die molding.
FIG. 8 is an explanatory view showing another manufacturing method of FIG. 6;
FIG. 9 is an explanatory view showing a manufacturing step of a drive coil among manufacturing steps of the outer movable portion.
FIG. 10 is an exploded perspective view showing the structure of a conventional two-dimensional scanning type planar actuator.
[Explanation of symbols]
1: Outside fixed part
2 ... outside torsion bar
3. Outside movable plate
4: Inside torsion bar
5 inside movable plate
6, 9 ... drive coil
16 Inside movable part
17 ... Outside movable part
18A to 19B: Static magnetic field generating means
20 ... inner fixed part
22A, 26A ... relay terminal
23 ... escape

Claims (10)

外側可動板を外側固定部に外側トーションバーで回動可能に軸支して備えた外側可動部と、
内側可動板を内側固定部に内側トーションバーで回動可能に軸支して備えた内側可動部と、
前記各可動板を駆動する駆動手段と
を備え、前記外側可動部と内側可動部とを剛性の異なる材料で形成すると共に、前記外側トーションバーの軸方向と前記内側トーションバーの軸方向とが直交するように前記内側可動部を前記外側可動部の外側可動板に固定して構成したことを特徴とするプレーナ型アクチュエータ。
An outer movable portion provided with an outer movable plate rotatably supported by an outer torsion bar on an outer fixed portion,
An inner movable portion provided with an inner movable plate pivotally supported on an inner fixed portion by an inner torsion bar,
A driving unit for driving each of the movable plates, wherein the outer movable portion and the inner movable portion are formed of materials having different rigidities, and an axial direction of the outer torsion bar is orthogonal to an axial direction of the inner torsion bar. Wherein the inner movable portion is fixed to an outer movable plate of the outer movable portion.
前記外側可動部と内側可動部のいずれか一方を、剛性を決定する主材料としてシリコンを用いて形成し、他方を、剛性を決定する主材料として前記シリコンより剛性の低い材料を用いて形成する構成としたことを特徴とする請求項1に記載のプレーナ型アクチュエータ。One of the outer movable portion and the inner movable portion is formed using silicon as a main material for determining rigidity, and the other is formed using a material having lower rigidity than the silicon as a main material for determining rigidity. The planar actuator according to claim 1, wherein the actuator is configured. 前記内側可動部をシリコンで形成し、前記外側可動部をシリコンより剛性の低い材料で形成したことを特徴とする請求項2に記載のプレーナ型アクチュエータ。The planar actuator according to claim 2, wherein the inner movable portion is formed of silicon, and the outer movable portion is formed of a material having lower rigidity than silicon. 前記外側可動部をプラスチックで形成したことを特徴とする請求項3に記載のプレーナ型アクチュエータ。The planar actuator according to claim 3, wherein the outer movable portion is formed of plastic. 前記内側可動部を、前記外側可動板の上面に接着した構成としたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のプレーナ型アクチュエータ。The planar type actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein the inner movable portion is configured to be bonded to an upper surface of the outer movable plate. 前記内側可動部を、前記外側可動板に嵌め込んで構成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のプレーナ型アクチュエータ。The planar type actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein the inner movable portion is configured to be fitted into the outer movable plate. 内側可動板が回動時に前記外側可動板に接触しないよう、該外側可動板の前記内側可動板に対応した部位に逃部を設けたことを特徴とする請求項1〜6に記載のプレーナ型アクチュエータ。7. The planar type according to claim 1, wherein a relief portion is provided at a portion of the outer movable plate corresponding to the inner movable plate so that the inner movable plate does not contact the outer movable plate when rotating. Actuator. 前記駆動手段は、前記各可動板にそれぞれ敷設した駆動コイルと、前記各駆動コイルに静磁界を作用する静磁界発生手段とを備え、前記各駆動コイルに電流を流すことにより発生する電磁力により前記各可動板をそれぞれ駆動する構成であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のプレーナ型アクチュエータ。The driving means includes a driving coil laid on each of the movable plates, and a static magnetic field generating means for applying a static magnetic field to each of the driving coils, and an electromagnetic force generated by applying a current to each of the driving coils The planar actuator according to any one of claims 1 to 7, wherein each of the movable plates is driven. 前記内側可動板に敷設した駆動コイルを、前記外側可動板の回動軸線近傍部から前記外側トーションバーを経由して外部に引出すように構成したことを特徴とする請求項8に記載のプレーナ型アクチュエータ。9. The planar type according to claim 8, wherein the drive coil laid on the inner movable plate is drawn out from a portion near the rotation axis of the outer movable plate to the outside via the outer torsion bar. Actuator. 前記内側可動板に敷設した駆動コイルの中継端子を、前記外側可動板の回動軸線近傍部で前記内側固定部と前記外側可動板とに設け、該各中継端子をそれぞれワイヤボンディングしたことを特徴とする請求項9に記載のプレーナ型アクチュエータ。A relay terminal of a drive coil laid on the inner movable plate is provided on the inner fixed portion and the outer movable plate near a rotation axis of the outer movable plate, and each of the relay terminals is wire-bonded. The planar actuator according to claim 9, wherein
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