JP2002040353A - ガルバノ装置の製造方法及びガルバノ装置 - Google Patents
ガルバノ装置の製造方法及びガルバノ装置Info
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Abstract
可能に軸支するトーションバーを一体に形成し、前記可
動板を揺動するガルバノ装置の共振周波数を調整する。 【解決手段】基板に、可動板と可動板を基板に対し揺動
可能に軸支するトーションバーを一体に形成し、前記可
動板を揺動するガルバノ装置の製造方法において、前記
可動板を揺動させながらトーションバーを加工すること
により可動板の共振周波数を調整するガルバノ装置の製
造方法とする。
Description
方法及びガルバノ装置に関するものである。
を利用したものであり、レーザ光のスキャニングシステ
ム等に使用されているガルバノミラー装置に代表され
る。ガルバノミラーを小型化するために半導体デバイス
の製造プロセスを利用してガルバノミラーを製造する方
法が開発されている。特開平7−175005号公報に
は、プレーナー型ガルバノミラー及びその製造方法が詳
細に開示されている。
されたガルバノミラー装置の構成図とA−A矢視断面図
である。ガルバノミラー装置1は、半導体基板であるシ
リコン基板2の上下面に、それぞれ例えばホウケイ酸ガ
ラス等からなる上側及び下側絶縁基板としての上側及び
下側ガラス基板3、4を陽極接合した3層構造となって
いる。そして、前記上側ガラス基板3は、後述する可動
板5上方部を開放するようシリコン基板2の図1の左右
端に積層されている。
5とこの可動板5の中心位置でシリコン基板2に対して
基板上下方向に揺動可能に可動板5を軸支するトーショ
ンバー6、6とが異方性エッチングによって一体形成さ
れている。従って、可動板5及びトーションバー6もシ
リコン基板2と同一材料からなっている。前記可動板5
の上方周縁部には、通電により磁界を発生する銅薄膜か
らなる平面コイル7が絶縁被膜で覆われて設けられてい
る。また、可動板5の平面コイル7で囲まれる上面中央
部には、反射鏡としての全反射ミラー8がアルミニウム
蒸着により形成されている。更に、シリコン基板2のト
ーションバー6、6の側方上面には、平面コイル7とト
ーションバー6、6の部分を介して電気的に接続する一
対の電極端子9、9が設けられており、この電極端子
9、9はシリコン基板2上に電鋳コイル法により平面コ
イル7と同時に形成される。
は、前記トーションバー6、6の軸方向と平行な可動板
5の対辺の平面コイル7部分に磁界を作用させる互いに
対を成す円形状の永久磁石10A、10Bと11A、1
1Bが設けられている。互いに対をなす一方の各3個ず
つの永久磁石10A、10Bは、図2に示すように、下
側がN極、上側がS極となるように設けられ、互いに対
をなす他方の各3個ずつの永久磁石11A、11Bは、
図2に示すように、下側がS極、上側がN極となるよう
に設けられている。
を説明するための斜視図である。可動板5の変位角φは
φ=(Mx/GIp)=(F’L/8.5×10
9r4)×l1となる。 Mx:ねじりモーメント G :横弾性係数 Ip:極断面二次モーメント F’:トーションバーのばね反力 L :トーションバーの中心軸から力点までの距離 l1 :トーションバーの長さ r :トーションバーの半径 前式から分かるように、変位角φはトーションバーの半
径rの4乗に反比例する。すなわち、可動板5の共振周
波数はトーションバーの半径により大きく変化すること
が分かる。
図4〜図6を参照しながら説明する。厚さ300μmの
シリコン基板101の上下面を熱酸化して酸化膜(1μ
m)102を形成する(a工程)。次に裏面側にホトリ
ソグラフにより貫通穴のパターンを形成し、貫通穴部分
の酸化膜をエッチング除去し(b工程)、更に、可動板
形成部の酸化膜を厚さ0.5μmまで除去する(c工
程)
後、貫通穴部分に異方性エッチングを100μm行なう
(d工程)。裏面側の可動板部分の薄い酸化膜を除去し
(e工程)貫通穴と可動板部分に異方性エッチングを1
00μm行なう(f工程)。表面側のワックス層103
を除去し、表面側の酸化膜102上に、従来公知の電鋳
コイル法によって平面コイル、電極端子部(図示せず)
を形成し、また、アルミニウムの蒸着によって全反射ミ
ラーを形成する(g工程)。
た後、貫通穴及び可動板部分に異方性エッチングを10
0μm行い、貫通穴部分を貫通させ、可動板部分を除い
て、ワックス層103’を除去する。この際に、上下の
酸化膜も除去する。これにより、可動板5とトーション
バー(図示せず)が形成され、図1のシリコン基板2が
形成される(h、i工程)。
後、シリコン基板2の上下面に上ガラス基板3と下側ガ
ラス基板4をそれぞれ陽極接合によって結合する(j、
k工程)。次に上下のガラス基板3、4の所定位置に永
久磁石10A、10Bと11A、11Bを取付ける(l
工程)。前記は一つの製造工程であるが、製造方法はい
ろいろあり、また、可動板一体型のガルバノ装置構造も
いろいろある。
は、可動板の大きさ、重さ、形状、トーションバーの太
さ、長さ等々の多くのパラーメータで決定される。実際
にはそれぞれのディメンションが決定されれば、製造に
よるバラツキに起因するバラツキが残るだけである。し
かし、反射ミラーの製造、平面コイルの製造、異方性エ
ッチングによる可動板とトーションバーの加工など、可
動板の揺動周波数がバラツク要因は沢山あり、量産の中
で安定した周波数を確保することは困難である。また、
可動板が大気中で揺動するため、大気圧の変化により共
振周波数が変化する。
一般に駆動回路で行われるが、駆動回路による可動板の
揺動共振周波数の調整幅は極端に狭く、ガルバノ装置の
製造バラツキを無くす以外にガルバノ装置の製造歩留ま
りを上げる手段がなかった。
を基板に対し揺動可能に軸支するトーションバーを一体
に形成し、前記可動板を揺動するガルバノ装置の製造方
法において、前記可動板を揺動させながらトーションバ
ーを加工することにより可動板の共振周波数を調整する
ガルバノ装置の製造方法とする。
態での可動板の共振周波数との共振周波数差を演算して
可動板の共振周波数を調整するガルバノ装置の周波数調
整方法とする。
ションバーに蒸着するガルバノ装置の製造方法とする。
ノ装置とする。更に、可動板等の揺動部は大気圧の不活
性ガス雰囲気で密封する。
8はガルバノ装置の正面断面図であり、図9はガルバノ
装置の側面断面図である。シリコン基板21に一体成形
された可動板22の上面の中央部にはミラー23が形成
されており、周縁部には平面コイル24が形成されてい
る。可動板22はシリコン基板21に中抜き状態で形成
され、シリコン基板21より一体に形成されたトーショ
ンバー25、26により保持されている。シリコン基板
21はベース基板27の上面に固定された台座28の上
面に固定されている。シリコン基板21の上下には永久
磁石29、30が配置され、ベース基板27の周縁部に
はヨーク31が載置されている。
通電すると、可動板22はトーションバー25、26を
回転中心として回転する。このようなガルバノミラー部
はシリコン基板21上に多数個が作成され、完成後に個
々に切り離して使用する。ベース基板27上にはパター
ン27aが形成されており、該パターン27aとシリコ
ン基板21に形成されたパターン21aとをワイヤー3
3により接続している。パターン27aにはスルーホー
ル27bが設けられており、スルーホール27bを介し
てて外部との接続を行なう構造である。スルーホール2
7bはベース基板27の下面に設けられた配線用パター
ン(不図示)を介してサイドスルーホール27cと接続
されている。
は、可動板を揺動させながらトーションバーを加工する
ことにより共振周波数を調整する。調整にはガルバノミ
ラー部単体で調整する方法と、ガルバノ装置として完成
させてから最終的に調整する方法を採ることができる。
を説明するための模式図である。(A)ガルバノミラ単
体を台座にセットした断面図、(B)は周波数調整用治
具にガルバノミラー単体をセットした台座を載置した断
面図、(C)は周波数調整時の断面図である。まず、ガ
ルバノミラー単体を台座40にセットする。次に台座を
周波数調整用治具に載置する。周波数調整用治具はガル
バノ装置のベース基板27を基台41に代えたものであ
り、基台41にはトーションバー25、26を加工する
ための貫通穴41a、41bが設けられている。貫通穴
41a、41bはトーションバー25、26の下面部に
臨んで設けられており、貫通穴41a、41bの下部か
らトーションバー25、26に蒸着又はイオンビーム照
射を可能にしている。周波数調整用治具を蒸着機又はイ
オンエッチング機にセットする。
1aにプローブ42を当接させて可動板22を揺動させ
る。可動板22の共振周波数が低いガルバノミラーに
は、トーションバー25、26に蒸着することで共振周
波数を上げることができる。逆に、可動板22の共振周
波数が高いガルバノミラーには、トーションバー25、
26をイオンエッチングにより細くすることで共振周波
数を下げることができる。例えば、可動板22を揺動さ
せ、共振周波数を測定しながら、蒸着用ノズル43から
アルミニウムを蒸着し、所望周波数になったら、シャッ
ター44で蒸着を遮断して周波数調整を終了する。ここ
で注意を要することは、トーションバー25、26の長
さ方向で部分的に蒸着したり、部分的にイオンエッチン
グして部分的に細くしないことである。トーションバー
25、26に部分的に蒸着したり、部分的にイオンエッ
チングして部分的に細くすると、揺動の際、応力の集中
が発生し、周波数調整にばらつきが発生し易く、また安
定した揺動が継続できなくなるからである。量産では、
蒸着とイオンエッチングを選択的に行なうのではなく、
調整方法を選択しておき、調整方法に応じた周波数とな
るようにガルバノミラーを作成しておき、最終的に周波
数を調整する方法が採られることは言うまでもない。
で、大気中で使用すると空気の抵抗を受ける。前記周波
数調整に使用する雰囲気中と大気圧では共振周波数が異
なるので、予め大気圧と周波数調整時の共振周波数の差
を求めておき、大気に戻した時の共振周波数を演算して
調整する必要がある。
する方法の説明であるが、次にガルバノ装置完成後に、
共振周波数を調整する方法を説明する。図11はガルバ
ノ装置完成後の断面図、図12は共振周波数調整用治具
にガルバノ装置をセットした断面図である。図13は共
振周波数調整用治具の斜視図である。ガルバノ装置で従
来技術と異なるのは、ベース基板45に共振周波数調整
用治具46をセットするための貫通穴45aが形成され
ている点である。共振周波数調整用治具46には凸部4
7を具備し、凸部47には上方がトーションバーの下面
に臨み、下方が周波数調整手段にのぞむ貫通穴47a、
47bが形成されている。ベース基板45に形成された
パターン(不図示)からガルバノミラーを駆動して揺動
させながら共振周波数を調整する。
のブロック図である。ガルバノ装置51は発振器50に
より駆動される。レーザー52をガルバノミラーに照射
し、反射したレーザー光を受光素子53で検知する。検
知された信号を周波数カウンター54で数えることでガ
ルバノミラーの周波数を測定し、コンパレータ55に出
力する。コンパレータ55には、標準発振回路56から
の周波数信号と、メモリ57からの信号が入力されてい
る。メモリ57には、ガルバノ使用状態時の共振周波数
と共振周波数調整装置での共振周波数の差が記憶されて
いる。コンパレータ55は、周波数カウンター54、標
準発振回路56、メモリ57からのデータを演算し、周
波数調整手段58を制御する。周波数カウンタ54の出
力が所望周波数と一致したら周波数調整を終了する。周
波数調整手段は、蒸着、イオンエッチング、レーザー光
線等が考えられるが、トーションバーを均等に加工でき
る手段が望ましい。
大気中に晒されているが、可動部が揺動するため、大気
圧の変動に左右されずに安定した共振周波数を得るため
には可動部を真空封止するか、大気圧で封止するとよ
い。真空封止すると空気の抵抗が無くなるので可動部の
駆動電流が少なくてすむが、真空封止のための構造がが
複雑となり、真空封止のための装置が必要となる。大気
封止では真空封止で問題になるような課題はないが、ト
ーションバー加工に使用した蒸着物質等が酸化するおそ
れがあり、共振周波数の経時変化をもたらす可能性があ
る。本発明では、大気圧封止ではあるが、可動部の封止
雰囲気は不活性ガスとした。例えば純粋な窒素ガスで置
換して封止をする。
加工して共振周波数を調整するので、所望の共振周波数
に調整することができ、ガルバノ装置の共振周波数不具
合を無くすことができる。
振周波数の差を考慮した周波数調整方法なので、使用状
態での所望周波数に調整できる。
ることで、トーションバーの補強をすることができる。
きるようにすることで、周波数調整後の周波数変動要因
を無くすことができる。
止後の圧力変化を無くすことができ、また、ガルバノミ
ラーの酸化を防ぐことで、共振周波数の経時変化を少な
くできる。さらに、ガルバノミラーの反射率の変化も抑
えることができる。
ための斜視図
ための模式図
トした断面図
図
Claims (5)
- 【請求項1】 基板に、可動板と可動板を基板に対し揺
動可能に軸支するトーションバーを一体に形成し、前記
可動板を揺動するガルバノ装置の製造方法において、前
記可動板を揺動させながらトーションバーを加工するこ
とにより可動板の共振周波数を調整することを特徴とす
るガルバノ装置の製造方法。 - 【請求項2】 使用状態での可動板の共振周波数と調整
状態での可動板の共振周波数との共振周波数差を演算し
て可動板の共振周波数を調整することを特徴とするガル
バノ装置の周波数調整方法。 - 【請求項3】 トーションバーに蒸着して可動板の共振
周波数を調整することを特徴とする請求項1又は2記載
のガルバノ装置の製造方法。 - 【請求項4】 トーションバー加工用の孔を有すること
を特徴とするガルバノ装置。 - 【請求項5】 少なくとも可動部は不活性ガスを大気圧
に充填して密封したことを特徴とする請求項4記載のガ
ルバノ装置。
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- 2000-07-25 JP JP2000223515A patent/JP4514075B2/ja not_active Expired - Fee Related
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