JP4562462B2 - プレーナ型アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造技術を利用して製造するプレーナ型アクチュエータに関し、特に、可動部の反りを低減する技術に関する。

従来の半導体製造技術を利用して製造するプレーナ型アクチュエータとして、シリコン基板を異方性エッチングして可動部とトーションバーを一体的に形成し、枠状の固定部に可動部をトーションバーで軸支し、更に、可動部中央部に反射ミラーを設け可動部周縁部に駆動コイルを設け、トーションバーの軸方向と平行な可動部対辺部の駆動コイル部分に静磁界を作用させる永久磁石等の静磁界発生手段を設けて構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。

かかるプレーナ型アクチュエータは、通電により駆動コイルに発生する磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用によりトーションバーの軸方向と平行な可動部対辺部に作用する電磁力で可動部を駆動して反射ミラーを駆動する。
特許第２７２２３１４号公報

ところで、かかるアクチュエータを、例えば光ビームを偏向走査する光スキャナ等の光学機器に適用する場合、反射ミラー、言い換えれば可動部の角度制御の高速性が要求される。可動部を高速駆動するためには、可動部を軽量化する必要がある。このためには可動部を薄くすることが考えられる。しかし、可動部を薄くした場合、従来のように可動部上に蒸着等により金属薄膜を形成して反射ミラーを形成するものでは、膜応力の発生により可動部に反りが発生し、これに伴って反射ミラーに反りが発生して反射ミラーの平坦度を確保できなくなるという問題がある。また、可動部端部の駆動コイル部分からの膜応力も影響を及ぼし、更に、反射ミラーの平坦度を悪化させている。

尚、可動部中央部の反り低減を目的として、可動部中央部と可動部端部との間に、可動部端部からの変形要因を抑制する境界部を設けたものが、本出願人から提案されている（特開２００２−１３１６８５号公報参照）。しかし、このものも、可動部中央部に蒸着等で金属薄膜を形成して反射ミラーを形成するので、膜応力の発生により可動部を薄くした場合にはミラー面の反りを低減するには十分ではない。

本発明は前記問題点に着目してなされたもので、可動部上に設ける光学要素の反りを低減でき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。

このため、請求項１の発明は、可動部と、該可動部を固定部に対して回動可能に軸支するトーションバーと、前記可動部を前記トーションバーの軸回りに駆動する駆動手段と、前記可動部に設ける光学要素とを備えたプレーナ型アクチュエータにおいて、前記可動部、前記トーションバー及び前記駆動手段を備えるアクチュエータ本体と別部材で形成した前記光学要素を、前記可動部上に載置する当該光学要素に対して緩衝材となるような熱硬化性接着剤で前記アクチュエータ本体の前記可動部に固定する構成とした。

かかる構成では、アクチュエータ本体と別部材で形成したミラー等の光学要素を、アクチュエータ本体の可動部に光学要素に対して緩衝材となるような熱硬化性接着剤により固定する。これにより、従来のような蒸着等によるミラー等の光学要素形成による膜応力等の影響がなくなり、光学要素の反りを低減できるようになる。また、可動部に別部材の光学要素を接着したときに可動部の影響が別部材の光学要素に対して及ぶのを低減できるようになる。

請求項２のように、前記アクチュエータ本体の可動部が、前記トーションバーで軸支される枠部と、該枠部の内側面から内方に向かって突設した複数の突出部とからなり、該複数の突出部上面に前記光学要素を載置固定する構成とするとよい。

かかる構成では、光学要素の下面側が露出するので、両面に光学機能を有する光学要素を可動部に設けることが可能となる。
請求項３のように、前記枠部の内側周縁部に、前記光学要素を嵌め込む段付き部を形成すれば、光学要素の固定作業が容易になる。

請求項４のように、前記アクチュエータ本体の可動部が、前記トーションバーで軸支される枠部からなり、該枠部の内側周縁部に前記光学要素を嵌め込む段付き部を形成する構成としてもよい。
また、請求項５のように、前記アクチュエータ本体の可動部が、前記トーションバーで軸支される平板部からなり、該平板部に前記光学要素を載置固定する構成としてもよい。この場合、請求項６のように、前記平板部に、前記光学要素を嵌め込む溝部を形成するとよい。

請求項７の発明は、前記光学要素が、反射ミラーとした。

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、アクチュエータ本体と別部材で形成した光学要素を、可動部に載置する当該光学要素に対して緩衝材となるような熱硬化性接着剤でアクチュエータ本体の可動部に固定する構成としたので、従来のような蒸着等による光学要素の形成で生じる膜応力の影響がなく、また、可動部の光学要素に対する影響を低減でき、可動部の厚さを薄くしても光学要素の反りを低減できる。従って、可動部の高速駆動が可能となり、プレーナ型アクチュエータを適用する光学機器の性能を向上できる。

また、アクチュエータ本体と別に光学要素を形成するので、種々の光学要素をアクチュエータ本体と組み合わせることができ、プレーナ型アクチュエータの応用の自由度を広げることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第１実施形態の平面図を示す。
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、アクチュエータ本体１と、該アクチュエータ本体１の後述する可動部１３に固定する光学要素である例えば反射ミラー２と、静磁界発生手段として例えば一対の永久磁石３Ａ，３Ｂとを備える。

前記アクチュエータ本体１は、枠状の固定部１１と、一対のトーションバー１２と、該トーションバー１２を介して前記固定部１１に回動可能に軸支される前記可動部１３と、可動部１３の周縁部に敷設され通電により磁界を発生する駆動コイル１４（図中、模擬的に太い１本線で示す）と、固定部１１上に形成されて前記駆動コイル１４が接続する電極端子１５Ａ，１５Ｂとを備える。前記固定部１１、トーションバー１２及び可動部１３は、シリコン基板を用いて一体に形成される。また、前記可動部１３は、図２に示すように、トーションバー１２で固定部１１に軸支される枠部１３Ａと、この枠部１３Ａの内側面から内方に向かって突設した複数、例えば４本の突出部１３Ｂとからなり、枠部１３Ａの内側は上下方向に略貫通状態に形成されている。尚、図２では駆動コイル１４、電極端子１５Ａ，１５Ｂは図示を省略してある。

前記反射ミラー２は、アクチュエータ本体１とは別部材で形成されるものであり、例えば図３に示すように円形状に形成され、アクチュエータ本体１の可動部１３の突出部１３Ｂ上に、ミラー面を上にして図１に示すように載置して接着剤で固定する。接着剤としては熱硬化性接着剤を用い、別部材に対して影響を及ぼさない緩衝材的な働きをするものを使用する。

前記永久磁石３Ａ，３Ｂは、アクチュエータ本体１の駆動コイル１４に静磁界を作用するもので、図１に示すように、トーションバー１２の軸方向と平行な可動部対辺部と対面する固定部１１の外方に、互いに反対磁極を対向して配置される。これにより、トーションバー１２の軸方向と平行な可動部対辺部の駆動コイル部分に静磁界が作用し、通電により駆動コイル１４に発生する磁界と静磁界との相互作用により電磁力が可動部１３に作用し、トーションバー軸回りに可動部１３が回動するようになる。尚、静磁界発生手段は、電磁石でもよい。

かかる構成のアクチュエータでは、反射ミラー２とアクチュエータ本体１とを別々に形成した後、例えばアクチュエータ本体１の可動部１３の各突出部１３Ｂの上面に熱硬化性接着剤を塗布し、反射ミラー２を突出部１３Ｂ上に載置して固定し、図１のようにアクチュエータ本体１に取付ける。

かかる構成によれば、従来のように可動部上面に蒸着等で反射ミラーを形成する場合と比較して、膜応力等の影響を受けず反射ミラー２を可動部１３に設けることができ、反射ミラー２の反りを低減できる。そして、可動部１３の厚さを薄くできるので、可動部１３の軽量化を図ることができ、可動部を高速で駆動できるようになる。従って、プレーナ型アクチュエータを適用する光学機器の光ビームの操作性能を向上できる。

更に、光学要素とアクチュエータ本体１を別々に形成するので、アクチュエータ本体１に、反射ミラー以外の例えば受光素子やレンズ等の種々の光学要素を取付けることが可能になる。従って、共通のアクチュエータ本体１を使用して、種々の光学機能を有するプレーナ型アクチュエータを製造でき、プレーナ型アクチュエータの応用の自由度を広げることができる利点がある。また、アクチュエータ本体１とは光学要素を別に形成するので、光学要素を自由に加工することができるので、光学要素の加工を調整することにより、可動部の必要とする駆動共振周波数や振れ角特性等を自由に調整することが可能になる。

図４及び図５に、本発明の第２実施形態を示す。
図４は、第２実施形態のアクチュエータ本体の平面図、図５は図４のＡ−Ａ矢視断面図である。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態のアクチュエータ本体１は、可動部１３の枠部１３Ａの内側周縁部に、反射ミラー２を嵌め込むための段付き部１３ａを形成して構成する。

かかる構成によれば、反射ミラー２をアクチュエータ本体１に固定する際に、段付き部１３ａに反射ミラー２を嵌め込めばよいので、反射ミラー２の位置決めが容易となり、反射ミラー２の固定作業が簡単になる。
尚、反射ミラーが図１のような円形であれば、図６のように円形の段付き部１３ａとするとよく、反射ミラーの形状に対応した段付き部形状とすることが望ましい。また、反射ミラーの形状はどのような形状でもよいことは言うまでもない。また、図２，図４，図６のように、可動部１３を枠状に形成すれば、可動部１３が上下方向に貫通状態となるので、反射ミラー２の裏面側にも光学機能を設けることができる。即ち、反射ミラー２の両面に光ビームを反射する反射面を形成して使用することができる。また、アクチュエータ本体１に固定する光学要素として光ビームを透過するレンズを使用することが可能になる。

図７に、本発明の第３実施形態を示す。
図７は、本実施形態のプレーナ型アクチュエータの平面図である。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。また、駆動コイル、電極端子及び静磁界発生手段は第１実施形態と同様であるので、図示を省略してある。
図７のプレーナ型アクチュエータは、アクチュエータ本体１の可動部１３を、単に板状の平板部で構成したものである。
かかる構成では、可動部１３に、熱硬化性接着剤を塗布した後、可動部１３の動作を妨げないように反射ミラー２を載置固定する。

また、図８及び図９に示す本発明の第４実施形態のように、平板状の可動部１３の略中央部に、反射ミラー２を嵌め込むための溝部１３ｂを形成し、該溝部１３ｂに反射ミラー２を嵌め込んで、アクチュエータ本体１に反射ミラー２を載置固定する構成としてもよい。
ただし、図７、図８の第３及び第４実施形態の場合には、アクチュエータ本体１の可動部１３に設ける光学要素としてレンズは使用できない。

本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第１実施形態を示す平面図 第１実施形態のアクチュエータ本体を示す平面図 第１実施形態の反射ミラーを示す平面図 本発明の第２実施形態のアクチュエータ本体を示す平面図 図４のＡ−Ａ矢視断面図 第２実施形態の段付き部の変形例を示す平面図 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第３実施形態を示す要部平面図 本発明の第４実施形態のアクチュエータ本体を示す平面図 図８のＢ−Ｂ矢視断面図

符号の説明

１ アクチュエータ本体
２ 反射ミラー（光学要素）
３Ａ，３Ｂ 永久磁石
１１ 固定部
１２ トーションバー
１３ 可動部
１３Ａ 枠部
１３Ｂ 梁部
１３ａ 段付き部
１３ｂ 溝部
１４ 駆動コイル
１５Ａ，１５Ｂ 電極端子

Claims (7)

1. 可動部と、該可動部を固定部に対して回動可能に軸支するトーションバーと、前記可動部を前記トーションバーの軸回りに駆動する駆動手段と、前記可動部に設ける光学要素とを備えたプレーナ型アクチュエータにおいて、
   前記可動部、前記トーションバー及び前記駆動手段を備えるアクチュエータ本体と別部材で形成した前記光学要素を、前記可動部上に載置する当該光学要素に対して緩衝材となるような熱硬化性接着剤で前記アクチュエータ本体の前記可動部に固定する構成としたことを特徴とするプレーナ型アクチュエータ。
2. 前記アクチュエータ本体の可動部が、前記トーションバーで軸支される枠部と、該枠部の内側面から内方に向かって突設した複数の突出部とからなり、該複数の突出部上面に前記光学要素を載置固定する構成とした請求項１に記載のプレーナ型アクチュエータ。
3. 前記枠部の内側周縁部に、前記光学要素を嵌め込む段付き部を形成した請求項２に記載のプレーナ型アクチュエータ。
4. 前記アクチュエータ本体の可動部が、前記トーションバーで軸支される枠部からなり、該枠部の内側周縁部に前記光学要素を嵌め込む段付き部を形成した請求項１に記載のプレーナ型アクチュエータ。
5. 前記アクチュエータ本体の可動部が、前記トーションバーで軸支される平板部からなり、該平板部に前記光学要素を載置固定する構成とした請求項１に記載のプレーナ型アクチュエータ。
6. 前記平板部に、前記光学要素を嵌め込む溝部を形成した請求項５に記載のプレーナ型アクチュエータ。
7. 前記光学要素が、反射ミラーである請求項１〜６のいずれか１つに記載のプレーナ型アクチュエータ。

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