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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Vibrator, der in einem optischen
Ablenker, einem Beschleunigungssensor, einem Winkelgeschwindigkeitssensor
oder Ähnlichem
verwendet wird, wobei der Vibrator eine bewegliche Platte enthält, die
von beiden Seiten getragen wird. Die vorliegende Erfindung betrifft
ebenfalls ein Herstellungsverfahren zum Herstellen eines derartigen
Vibrators.
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Die
Idee der Herstellung optischer Ablenker durch eine Silizium-Mikrobearbeitung
wird 1980 von K. Petersen berichtet. In den vergangenen Jahren wurden
nicht nur optische Ablenker, sondern auch Beschleunigungssensoren
und Winkelgeschwindigkeitssensoren unter Verwendung der selben Technologie
entwickelt. Diese Typen von Vorrichtungen verwenden einen Vibrator,
der eine bewegliche Platte aufweist, die von einem elastischen Element
getragen wird und in der Lage ist, zu vibrieren. Wenn die bewegliche
Platte bei einem optischen Ablenker verwendet wird, ist diese mit
einer reflektierenden Platte versehen. Um eine große Vibrationsamplitude
auf der Grundlage einer geringen Leistung bereitzustellen, ist es
wünschenswert,
dass die bewegliche Platte unter Verwendung der Resonanz vibriert.
Wenn die bewegliche Platte für
einen Beschleunigungssensor oder einen Winkelgeschwindigkeitssensor
verwendet wird, wird sie als ein Erfassungselement zum Erfassen
der Beschleunigung oder der Winkelgeschwindigkeit verwendet.
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Im
Prinzip wird bei diesem Typ von Vibrator die Resonanzfrequenz durch
die Steifigkeit des elastischen Elementes und die Trägheitseigenschaft
der beweglichen Platte bestimmt. Um den Vibrator unter Verwendung
der Resonanz zu betätigen,
wird ein Ansteuersignal, das dieselbe Frequenz wie die Resonanzfrequenz
aufweist, angelegt, aber die tatsächliche Resonanzfrequenz variiert
aufgrund verschiedener Faktoren. Einer der Hauptfaktoren ist die
Temperatur, und die Steifigkeit des elastischen Elementes variiert
entsprechend der Änderung
der Temperatur (im allgemeinen verschlechtert sich die Steifigkeit
bei einer Erhöhung
der Temperatur), was zu einer Änderung
der Resonanzfrequenz führt.
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Es
gibt einige Vibratoren, die mit einer konstanten Frequenz angesteuert
werden müssen,
und die Resonanzfrequenz derartiger Vibratoren muss konstant gehalten
werden. Diese Anforderung besteht in Abhängigkeit von dem Zweck, für den die
Vibratoren verwendet werden. Um dieser Anforderung zu genügen, wurden
bis heute verschiedene Techniken zum Verwirklichen einer konstanten
Resonanzfrequenz eines Vibrators vorgeschlagen.
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Die
japanische Veröffentlichung
der Kokai-Patentanmeldung Nr. 9-197334
beschreibt einen Vibrator, wobei ein elastisches Element mit einem Heizgerät vom Widerstandheiztyp
versehen ist und die Temperatur des elastischen Elementes gesteuert wird.
Bei diesem Vibrator wird das Heizgerät derart gesteuert, dass es
die Temperatur des elastischen Elementes konstant hält, und
zwar unabhängig
von Änderungen
der Umgebungstemperatur, und die Resonanzfrequenz wird dadurch stabilisiert.
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Aufgrund
der zusätzlichen
Verwendung des Heizgerätes
sind die Herstellungskosten des Vibrators der Veröffentlichung
der japanischen Kokai-Patentanmeldung
Nr. 9-197334 hoch. Außerdem ändert sich
der Leistungsverbrauch unvermeidlich, da das Heizgerät kontinuierlich
mit Strom versorgt wird. Da außerdem
die Temperatur des elastischen Elementes auf der Grundlage der Wärme, die
von dem Heizgerät
erzeugt wird, gesteuert wird, können
effektive Maßnahmen
nicht unternommen werden, um mit einer Erhöhung der Umgebungstemperatur
fertig zu werden.
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Das
US-Patent Nr. 5,557,444 beschreibt einen Vibrator, der mit einer
Temperaturkompensationsstange versehen ist. Die Temperaturkompensationsstange
ist von dem Vibrator unabhängig
und beseitigt die temperaturabhängige
Steifigkeitsänderung des
elastischen Elementes unter Verwendung der Differenz der thermischen
Ausdehnungskoeffizienten. Genauer gesagt ändert die Temperaturkompensationsstange
ihre Länge
entsprechend der Umgebungstemperatur, wodurch das elastische Element mit
einer Spannung beaufschlagt wird, die zum Beseitigen der Steifigkeitsänderung
des elastischen Elementes dient. Somit wird die Resonanzfrequenz stabilisiert.
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Aufgrund
der zusätzlichen
Verwendung der Temperaturkompensationsstange sind die Herstellungskosten
des Vibrators des US-Patentes Nr. 5,557,444 unausweichlich hoch.
Gemäß diesem US-Patent
beaufschlagt die Änderung
der Länge
der Temperaturkompensationsstange das Basiselement, das den Vibrator
hält, mit
einer Spannung, und die Verformung des unter Spannung gesetzten
Basiselementes setzt das elastische Element des Vibrators unter
Spannung. Im allgemeinen gilt das Basiselement als sehr steif, und
es ist fraglich, ob das elastische Element des US-Patentes eine
gewünschte Spannung
erzeugt.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Vibrator gemäß Anspruch
1 zu schaffen, dessen Resonanzfrequenz sich trotz Änderungen der
Umgebungstemperatur kaum ändert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren
des Vibrators gemäß Anspruch
7 zu schaffen.
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Die
Erfindung kann besser vollständig
anhand der folgenden genaueren Beschreibung in Verbindung mit den
zugehörigen
Zeichnungen verstanden werden. Es zeigen:
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1 eine
auseinander gezogene perspektivische Ansicht, die einen optischen
Ablenker gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
perspektivische Ansicht, die den Spiegel-Chip, der in 1 dargestellt
ist, vergrößert zeigt;
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3 eine
perspektivische Ansicht, die die Leiterplatte, die in 1 gezeigt
ist, vergrößert zeigt, wobei
Leitungsdrähte
mit der Leiterplatte verbunden sind;
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4 eine
perspektivische Ansicht, die die Leiterplatte, die in 1 gezeigt
ist, vergrößert zeigt, wobei
eine flexible gedruckte Schaltung (FPC-Karte) mit der Leiterplatte verbunden
ist;
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5 eine
perspektivische Ansicht, die den ausgebauten Zustand eines Spiegel-Chips
zeigt;
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6 eine
perspektivische Ansicht einer Basis, auf der der ausgebaute Spiegel-Chip
der 5 angebracht ist;
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7 eine
perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Teil
der Trägerelemente,
die an der Basis der 6 befestigt sind, entfernt ist;
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8 eine
perspektivische Ansicht, die die Magnetschaltung, die in 1 gezeigt
ist, vergrößert zeigt,
und die darstellt, wie die Magnetschaltung aussieht, wenn sie von
der umgekehrten Seite zu der Ansicht in 1 gesehen
wird;
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9 eine
Draufsicht der Magnetschaltung, die in 8 gezeigt
ist;
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10 eine
perspektivische Ansicht, die den zusammengebauten Zustand des optischen
Ablenkers, der in 1 gezeigt ist, zeigt und darstellt,
wie die Magnetschaltung aussieht, wenn sie von der zu der in 1 entgegengesetzten
Seite betrachtet wird;
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11 eine
Schnittansicht des optischen Ablenkers entlang der Linie XI-XI der 10.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die Ausführungsform
ist auf einen optischen Ablenker gerichtet, der einen Vibrator enthält.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, weist der optische Ablenker 200 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
einen Vibrator 202 einschließlich einem Spiegel-Chip 210 als
ein Vibrierelement und einer Basis 230 als ein Fixierelement
auf. Der optische Ablenker 200 weist ebenfalls eine Magnetschaltung 260 zum
Ansteuern des Spiegel-Chips 210 auf.
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Wie
es genauer in 2 gezeigt ist, weist der Spiegel-Chip 210 ein
Paar Trägerelemente 212, eine
bewegliche Platte 214, die in der Lage ist, in Bezug auf
die Trägerelemente 212 zu
vibrieren, und ein Paar elastischer Elemente 216 auf, die
die bewegliche Platte 214 mit den Trägerelementen 212 verbinden.
Die bewegliche Platte 214 ist in der Lage, um die elastischen
Elemente 216 als eine Achse in Bezug auf das Trägerelement 212 zu
vibrieren, wobei die elastischen Elemente 216 wiederholt
verdreht werden. Mit anderen Worten: wird die bewegliche Platte 214 durch
die elastischen Elemente 216 getragen, was es der beweglichen
Platte 214 ermöglicht,
sich in Bezug auf das Trägerelement 212 zu
drehen.
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Der
Spiegel-Chip 210 weist vordere und hintere Flächen auf,
d.h. die erste Oberfläche,
die in 2 gezeigt ist, und die zweite Oberfläche, die
in 2 nicht gezeigt ist. Die bewegliche Platte 214 ist mit
einem leitenden Element 220 versehen, das auf der ersten
Oberfläche
ausgebildet ist. Das leitende Element 220 ist z.B. eine
Spule, die sich entlang der Peripherie der beweglichen Platte 214 erstreckt,
ist aber nicht darauf beschränkt.
Die bewegliche Platte 214 weist eine spiegelnde Oberfläche 218 auf,
die auf der zweiten Oberfläche
ausgebildet ist (s. 10 und 11).
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Die
Trägerelemente 212 weisen
jeweils Elektrodenanschlussflächen 224 auf.
Eine der Elektrodenanschlussflächen 224,
diejenige der linken Seite, ist mit dem äußeren Ende der Spule 220 durch
eine Verdrahtungsleitung 226, die sich entlang eines der elastischen
Elemente 216, d.h. demjenigen der linken Seite, erstreckt,
elektrisch verbunden. Die andere der Elektrodenanschlussflächen 224,
d.h. diejenige der rechten Seite, ist mit dem inneren Ende der Spule 220 durch
eine Verdrahtungsleitung 227, die sich entlang des anderen
elastischen Elementes 216, d.h. demjenigen der rechten
Seite, erstreckt, und einer Brückenverdrahtungsleitung 228,
die die Spule 220, die sich entlang der Peripherie der
beweglichen Platte 214 erstreckt, überbrückt, elektrisch verbunden.
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Der
Spiegel-Chip 210 wird z.B. aus einem monokristallinen Silizium-Wafer unter Verwendung der
Halbleiterherstellungstechnologie hergestellt. Daher bestehen die
Trägerelemente 212,
die bewegliche Platte 214 und die elastischen Elemente 216 hauptsächlich aus
monokristallinem Silizium. Mit anderen Worten hängt die Steifigkeit dieser
Elemente hauptsächlich
von der Steifigkeit des monokristallinen Siliziums ab.
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Der
Spiegel-Chip 210 ist nicht auf das oben beschriebene Beispiel
beschränkt.
Es kann z.B. eine andere Art von Material einschließlich polykristallinem
Silizium, einem Siliziumverbund und einem organischen Material in
Kombination zusätzlich
zum monokristallinen Silizium-Wafer verwendet werden. Außerdem kann
eine andere Technologie anstelle der Halbleiterherstellungstechnologie
verwendet werden.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, enthält die Basis 230:
eine Hauptplatte 232, die aus einem Metallmaterial ausgebildet
ist, beispielsweise rostfreiem Stahl, ein Paar Klebeabschnitte 236,
an denen die Trägerelemente 212 des
Spiegel-Chips 210 befestigt sind, ein Paar Anbringungsabschnitte 238,
an die die Magnetschaltung 260 gekoppelt ist, und eine
steife Platte 240, die an der Hauptplatte 232 befestigt
ist. Die Steifigkeit der Basis 230 hängt hauptsächlich von der Steifigkeit
der Hauptplatte 232 ab. D.h., die Basis 230 besteht
hauptsächlich
aus einem Metallmaterial.
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Die
Hauptplatte 232 weist eine Öffnung 234 auf, die
die spiegelnde Oberfläche 128 freilegt,
die auf der beweglichen Platte 214 des Spiegel-Chips 210 ausgebildet
ist. Die Hauptplatte 232 weist eine flache Oberfläche 232a auf,
die der zweiten Oberfläche
des Spiegel-Chips 210 gegenüberliegt. Die Klebeabschnitte 236 stehen
von der flachen Oberfläche 232a vor
und weisen flache Klebeoberflächen
auf, die im Wesentlichen parallel zu der flachen Oberfläche 232a sind.
Auf ähnliche
Weise stehen die Befestigungsabschnitte 238 von der flachen
Oberfläche 232a vor
und weisen Befestigungsoberflächen 238a auf,
die im Wesentlichen parallel zur flachen Oberfläche 232a sind. Die
Klebeabschnitte 236 und die Befestigungsabschnitte 238 sind
beispielsweise einstückig
mit der Hauptplatte 232 als ein Körper ausgebildet, aber sie
können
auch unabhängig
voneinander ausgebildet sein und an der Hauptplatte 232 durch Verwendung
eines Klebemittels befestigt sein.
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Die
steife Platte 240 weist eine Leiterplatte mit Verdrahtungen,
die für
eine externen Verbindung verwendet werden, auf. Die Leiterplatte 240 ist lang und
erstreckt sich in der Gestalt eines "U".
Die Enden der steifen Platte 240 sind dicht bei den Klebeabschnitten 236 angeordnet.
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Wie
es in 3 gezeigt ist, enthält die Leiterplatte 240 ein
Paar Verdrahtungsleitungen 242, die zur elektrischen Verbindung
mit den Elektrodenanschlussflächen 224 verwendet
werden, und eine Erdungsleitung (GND) 244, die zum Erden
verwendet wird. Die Verdrahtungsleitungen 242 erstrecken
sich entlang der Leiterplatte 240 und sind mit Verbindungsanschlussflächen 246 elektrisch
verbunden, die an den jeweiligen Enden angeordnet sind.
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Die
GND-Leitung 244 ist mit einer GND-Anschlussfläche verbunden,
die an der Oberseite der Leiterplatte 240 vorgesehen ist.
Die GND-Anschlussfläche ist
durch ein Loch mit einer anderen GND-Anschlussfläche verbunden, die auf der
Rückseite
der Leiterplatte 240 vorgesehen ist. Die Hauptplatte 232 ist
leitend, und die Leiterplatte 240 ist an der Hauptplatte 232 unter
Verwendung eines leitenden Klebemittels befestigt. Auf diese Weise
ist die GND-Anschlussfläche
auf der Rückseite
der Leiterplatte 240 mit der Hauptplatte 232 elektrisch
verbunden.
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Wie
es in 3 gezeigt ist, sind die Verdrahtungs- und GND-Leitungen 242 und 244 zum
Zwecke der elektrischen Verbindung mit einer externen Vorrichtung,
beispielsweise einer Ansteuerungssteuerschaltung, mit einer flexiblen
Leitung 252 durch Löten elektrisch
verbunden. Mit anderen Worten ist die Basis 230 mit einer
flexiblen Leitung 252 versehen, die mit den Leitungen 242 und 244 der
Leiterplatte 240 verbunden ist. Durch die Leitung 252 ist
die Schaltungskarte 240 mit einer externen Vorrichtung
verbunden, beispielsweise der Ansteuerungssteuerschaltung eines
optischen Ablenkers. Die Verwendung der Leitung 252 ist
wünschenswert,
wenn der optische Ablenker und die externe Vorrichtung durch einen
großen
Abstand voneinander getrennt sind. Da die Länge der Leitung 252 beliebig
bestimmt werden kann, können
der optische Ablenker und die externe Vorrichtung mit einem hohen
Freiheitsgrad angeordnet werden.
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Die
elektrische Verbindung mit der externen Vorrichtung ist nicht auf
die oben beschriebene Weise beschränkt. Die Leitungen 242 und 244 der Leiterplatte 240 können z.B.
mit einer flexiblen Leiterplatte (FPC)-Karte) 254 elektrisch
verbunden sein, die mit der Leiterplatte 240 einstückig ausgebildet
ist, wie es in 4 gezeigt ist. Mit anderen Worten
kann die Basis 230 mit einer flexiblen Leiterplatte (FPC-Karte) 254 versehen
sein, die einstückig
mit der Leiterplatte 240 ausgebildet ist. Die Leiterplatte 240 ist
mit der externen Vorrichtung durch die flexible Leiterplatte (FPC-Karte) 254 verbunden.
Die Verwendung der flexiblen Leiterplatte (FPC-Karte) 254 ist
wünschenswert,
wenn sich der optische Ablenker und die externe Vorrichtung vergleichsweise
dicht beieinander befinden. Im Gegensatz zu dem Fall, bei dem die
Leitung verwendet wird, ist die Verwendung der flexiblen Leiterplatte
(FPC-Karte) 254 dahingehend
vorteilhaft, dass sie keinen Verbindungsvorgang benötigt, wie beispielsweise
Löten.
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Der
ausgebaute Zustand eines Spiegel-Chips 210A ist in 5 gezeigt.
Der Spiegel-Chip 210A in dem ausgebauten Zustand enthält ein rahmenähnliches
Trägerelement 212A,
das die bewegliche Platte 214 umgibt. Wie es in 6 gezeigt
ist, wird der ausgebaute Spiegel-Chip 210A an der Basis 230 befestigt,
wenn ein Teil der zweiten Oberfläche
des Trägerelementes 212A an
den Klebeoberflächen 236a (1)
der Klebeabschnitte 236 geklebt ist.
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Der
Spiegel-Chip 210A wird an die Basis 230 unter
Verwendung eines Klebemittels geklebt, das bei Raumtemperatur aushärtet, d.h.
einem bei Raumtemperatur aushärtenden
Klebemittel, das beispielsweise ein auf Silikon basierendes Klebemittel oder
ein auf 2-Flüssigkeits-Epoxid
basierendes Klebemittel enthält.
Bei dem Kleben unter Verwendung eines Klebemittels, das bei einer
hohen Temperatur aushärtet,
beispielsweise einem wärmeaushärtendem
Klebemittel oder einem UV-aushärtendem
Klebemittel, wird eine thermische Spannung durch den Unterschied
zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Basis und
des Spiegel-Chips verursacht. Die thermische Spannung ändert die
Resonanzfrequenz, und sie verschlechtert die Flachheit der spiegelnden
Oberfläche.
Die Verwendung eines bei Raumtemperatur aushärtenden Klebemittels dient
dazu, die Erzeugung des thermischen Stresses zu verhindern. Somit
werden die Änderung
der Resonanzfrequenz vor und nach dem Klebeschritt und die Verschlechterung
der Flachheit der Spiegeloberfläche
verhindert.
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Danach
werden, wie es in 7 gezeigt ist, ein Paar loser
Abschnitte, die nicht an den Klebeabschnitten 236 befestigt
sind, d.h. die Abschnitte, die sich parallel zu den elastischen
Elementen 216 erstrecken, von dem Trägerelement 212 des
ausgebauten Spiegel-Chips 210A entfernt. Als Ergebnis wird
der ausgebaute Spiegel-Chip 210A, der mit dem rahmenähnlichen
Trägerelement
versehen ist, zu dem Spiegel-Chip 210 geändert, der
mit einem Paar Trägerelemente 212 versehen
ist. Um diese teilweise Entfernung des rahmenähnlichen Trägerelementes 212A auf
leichte und stabile Weise zu ermöglichen, sind
Nuten in dem Trägerelement
an Positionen ausgebildet, und nicht benötigte Abschnitte werden entlang
dieser Nuten entfernt. Die Nuten können durch Halb-Schneidätzverfahren
oder -Trennverfahren ausgebildet werden (d.h. das Ätzen oder
Trennverfahren, das den Wafer nicht vollständig schneidet).
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Wie
es in 6 gezeigt ist, sind die Elektrodenanschlussflächen 224 des
Spiegel-Chips 210 und die Verbindungsanschlussflächen 246 der
Leiterplatte 240 mittels Drahtverbindung miteinander verbunden.
Mit anderen Worten sind die Elektrodenanschlussflächen 224 des
Spiegel-Chips 210 und die Verbindungsanschlussflächen 246 der
Leiterplatte 240 durch Verbindungsdrähte 248 elektrisch
miteinander verbunden. Obwohl es nicht gezeigt ist, sind die Verbindungsdrähte 248 vorzugsweise
mit Harz abgedichtet, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
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Die
Verbindungsdrähte
werden unter Verwendung eines Abdichtmittels abgedichtet, das bei Raumtemperatur
aushärtet,
d.h. einem bei Raumtemperatur aushärtenden Abdichtmittel. Wie
in dem Fall des bei Raumtemperatur aushärtenden Klebemittels dient
die Verwendung des bei Raumtemperatur aushärtenden Abdichtmittels dazu,
die Erzeugung einer thermischen Spannung zu verhindern. Somit werden
die Änderung
der Resonanzfrequenz vor und nach dem Abdichtungsschritt und eine
Verschlechterung der Flachheit der Spiegeloberfläche vermieden.
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Wie
es in den 8 und 9 gezeigt
ist, weist die Magnetschaltung 260 ein Joch 262,
das aus einem Magnetmaterial ausgebildet ist, und ein Paar Permanentmagnete 268 auf.
Das Joch 262 enthält ein
rahmenähnli ches
rechtwinkliges Außenjoch 264 und
ein inneres Joch 266, das sich in der Mitte des Innenraumes
des äußeren Joches 264 erstreckt.
Wie es ersichtlich ist, weist das Joch 262 ein Paar rechtwinklige
Durchgangslöcher
auf. Das Joch 262 dieser Struktur kann durch teilweises
Entfernen eines magnetischen rechtwinkligen Parallelepipeds derart
ausgebildet werden, dass zwei rechtwinklige Durchgangslöcher ausgebildet
werden.
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Die
gepaarten Permanentmagnete 268 werden in den gepaarten
Durchgangslöchern
des Joches 262 aufgenommen und in Kontakt mit dem äußeren Joch 264 daran
befestigt. Bei dieser Struktur werden Spalte 270 zwischen
den Permanentmagneten 268 und dem inneren Joch 266 definiert.
Die Spalte 270 werden als Magnetspalte bezeichnet. Im Vergleich
zu einer Magnetschaltung, die kein inneres Joch aufweist, weist
die Magnetschaltung 260, die das innere Joch 266 aufweist,
das Merkmal auf, dass die Magnetflussdichte in dem Magnetspalt 270 hoch ist.
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Wie
es in den 8 und 9 gezeigt
ist, weist das Joch 262 der Magnetschaltung 260 vier Schraubenlöcher in
seinen vier Ecken auf. Wie es in 1 gezeigt
ist, weist die Basis 230 vier Durchgangslöcher 274 auf,
die an Befestigungspositionen angeordnet sind. Die Durchgangslöcher 274 sind
zu den Schraubenlöchern 272 des
Joches 262 ausgerichtet.
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Wie
es aus der 11 ersichtlich ist, befindet
sich das Joch 262 der Magnetschaltung 260 in Kontakt
mit den Befestigungsoberflächen 238a der Befestigungsabschnitte 238.
Wie es aus der 1 ersichtlich ist, werden vier
Schrauben 276 (es sind nur drei davon dargestellt) in die
Durchgangslöcher 274 der
Basis 230 und dann in die Schraubenlöcher 272 des Joches 262 eingeführt. Durch
Befestigen der Schrauben 276 wird die Magnetschaltung 260 an
der Basis 230 befestigt.
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Wie
es in 10 gezeigt ist, weist die Basis 230 ein
Paar Schraubenlöcher 278 auf,
die in der Hauptplatte 232 ausgebildet sind. Die Schraubenlöcher 278 werden
zum Befestigen des optischen Ablenkers an einer anderen Vorrichtung
verwendet.
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Die
Schraubenlöcher 272 des
Joches 262, die Durchgangslöcher 274 der Basis 230 und
die Schraubenlöcher 278 der
Hauptplatte 232 sind ausreichend von dem Klebeabschnitt
zwischen dem Spiegel-Chip 210 und der Basis 230 in
der Richtung orthogonal zur Längsrichtung
der elastischen Elemente 216 des Spiegel-Chips 210 voneinander
entfernt.
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Wie
es in 11 gezeigt ist, ist das innere Joch 266 dicht
bei der Mitte der beweglichen Platte 214 und ebenfalls
dicht bei der ersten Oberfläche
der beweglichen Platte 214, d.h. der Oberfläche, auf
der die Spule 220 vorgesehen ist, angeordnet. Jeder der Permanentmagnete 268 weist
eine Oberfläche 268a auf,
die dichter bei der Hauptplatte 232 ist, und eine Oberfläche 268b,
die weiter davon entfernt ist. Die Spule 220 der beweglichen
Platte 214 ist zwischen den Oberflächen 268a und 268b der
Permanentmagnete 268 angeordnet, wie es in der Richtung
der Normalen der Oberfläche 232a der
Hauptplatte 232 zu sehen ist.
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Als
Ergebnis ist die Spule 220 in den Magnetlücken 270 zwischen
den Permanentmagneten 268 und dem inneren Joch 266 nicht
nur in Bezug auf die Richtung senkrecht zur Oberfläche 232a der Hauptplatte 232,
sondern ebenfalls in Bezug auf die Richtung orthogonal zur Achse
der elastischen Elemente 216 angeordnet. Die Position aus
der vorherigen Richtung gesehen ist von besonderer Wichtigkeit,
da die Magnetflussdichte außerhalb
der Magnetlücke 270 signifikant
niedrig ist. Auf diese Weise ist die Spule in dem Bereich angeordnet,
in dem die Magnetflussdichte hoch ist.
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Die
Magnetschaltung 260, die an der Basis 230 befestigt
ist, und die Spule 220, die auf der beweglichen Platte 214 ausgebildet
ist, bilden eine Ansteuerungseinrichtung zum Ansteuern des Spiegel-Chips 210.
Die Ansteuerungseinrichtung ist ein elektromagnetisches Ansteuerungssystem.
Diese Ansteuerungseinrichtung enthält die Spule 220,
die sich entlang der Peripherie der beweglichen Platte 214 erstreckt,
und die Magnetschaltung 260 zum Anlegen eines Magnetfeldes
an die Spule 220. Die bewegliche Platte 214 wird
unter Verwendung der elektromagnetischen Kraft angesteuert, die
zwischen der Spule 220 und der Magnetschaltung 260 wirkt,
und die Ausrichtung der beweglichen Platte 214 wird passend
geändert.
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Die
Ansteuerungseinrichtung ist in keinster Weise auf das elektromagnetische
Ansteuerungssystem, das oben beschrieben wurde, beschränkt und
kann ein anderes System eines anderen Typs sein. Die Ansteuerungseinrichtung
kann z.B. vom elektrostatischen Betätigungstyp sein. Dieser Typ von
Ansteuerungseinrichtung enthält
eine erste Elektrodenplatte, die auf der beweglichen Platte ausgebildet
ist, und eine zweite Elektrodenplatte, die der ersten Elektrodenplatte
gegenüberliegt.
Entweder die erste oder die zweite Elektrodenplatte enthält mindestens
ein Paar Elektrodenplatten, und die bewegliche Platte wird unter
Verwendung der elektrostatischen Kraft, die zwischen den ersten
und zweiten Elektrodenplatten wirkt, angesteuert.
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Wie
es in den 10 und 11 gezeigt
ist, ist die spiegelnde Oberfläche 218,
die auf der zweiten Oberfläche
der beweglichen Platte 214 ausgebildet ist, in der Öffnung 234 freigelegt,
die in der Hauptplatte 232 der Basis 230 ausgebildet
ist. Ein Lichtstrahl Bi fällt
auf die spiegelnde Oberfläche 218 der
beweglichen Platte 214 durch die Öffnung 234. Der Lichtstrahl
Br, der von der spiegelnden Oberfläche 218 reflektiert
wird, wird gerichtet bzw. abgelenkt, d.h. die Richtung des reflektierten
Lichtstrahls Br wird entsprechend der Richtung der beweglichen Platte
geändert.
Die Öffnung 234 weist
eine derartige Größe auf,
dass sie einen einfallenden Strahl Bi, der auf die bewegliche Platte 214 mit
einem Einfallswinkel von beispielsweise 45° einfällt, sowie einen reflektierten Strahl
Br, der von der beweglichen Platte 214 mit einem maximalen
Reflexionswinkel reflektiert wird, nicht unterbricht.
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In
dem optischen Ablenker 200 der vorliegenden Ausführungsform
sind die Trägerelemente 212 des
Spiegel-Chips 210 an der Basis 230 befestigt,
und das Hauptmaterial der Basis 230 weist einen größeren thermischen
Ausdehnungskoeffizienten als das Hauptmaterial der elastischen Elemente 216 des Spiegel-Chips 210 auf.
Mit dieser Struktur wird eine Änderung
der Resonanzfrequenz des Spiegel-Chips 210 trotz einer Änderung
der Umgebungstemperatur unterdrückt.
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Wenn
der Spiegel-Chip 210 alleine betrachtet wird, wird dessen
Resonanzfrequenz mit einer Erhöhung
der Umgebungstemperatur niedriger, da sich die elastischen Elemente 216 ausdehnen
und sich deren Steifigkeit verringert. Andererseits wird die Resonanzfrequenz
des Spiegel-Chips 210 mit einer Verringerung der Umgebungstemperatur
höher,
da die elastischen Elemente 216 schrumpfen und sich deren
Steifigkeit erhöht.
Dasselbe Phänomen
kann in dem Fall betrachtet werden, in dem der Spiegel-Chip 210 an
einem Element befestigt ist, dessen Hauptmaterial einen ähnlichen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Hauptmaterial der elastischen Elemente 216 des
Spiegel-Chips 210 aufweist.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
weist die metallene Hauptplatte 232, die hauptsächlich aus demselben
Material wie die Basis 230 des Spiegel-Chips 210 ausgebildet
ist, einen größeren thermischen
Ausdehnungskoeffizienten als die elastischen Elemente 216 des
Spiegel-Chips 210 auf, die hauptsächlich aus Silizium ausgebildet
sind.
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Wenn
sich die Umgebungstemperatur erhöht,
dehnt sich die Hauptplatte 232 noch mehr als der Spiegel-Chip 210 aus,
die Lücken
des Trägerelements 212 des
Spiegel-Chips 210 dehnen sich noch mehr als die elastischen
Elemente 216 aus, und die elastischen Elemente 216 erfahren
eine Zugspannung. Als Ergebnis kann eine Verringerung der Resonanzfrequenz
des Spiegel-Chips 210 im Vergleich zum gewöhnlichen
Fall unterdrückt
werden (d.h. dem Fall, in dem keine Spannung erzeugt wird).
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Im
Gegensatz dazu schrumpft, wenn sich die Umgebungstemperatur verringert,
die Hauptplatte 232 stärker
als die elastischen Elemente 216, die Lücken des Trägerelementes 212 des
Spiegel-Chips 210 werden schmaler als die elastischen Elemente 216,
und die elastischen Elemente 216 erfahren eine Druckspannung.
Als Ergebnis kann eine Erhöhung der
Resonanzfrequenz des Spiegel-Chips 210 im Vergleich zu
einem gewöhnlichen
Fall unterdrückt werden
(d.h. einem Fall, in dem keine Spannung erzeugt wird).
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Wie
es aus dem Obigen ersichtlich ist, verändert sich in einem Scan eines
Lichtstrahles mit einer Resonanzfrequenz die Frequenz trotz der Änderung der
Umgebungstemperatur kaum, ohne dass ein zusätzliches Element bereitgestellt
wird und ohne dass sich die Kosten und die Größe der Vorrichtung erhöhen.
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Die
Position, an der die Basis 230 und die Magnetschaltung 260 aneinander
befestigt sind, und die Position, an der der optische Ablenker 200 an
einer externen Vorrichtung befestigt ist, werden derart bestimmt,
dass sie die Basis 230 nicht an einer Ausdehnung oder einem
Schrumpfen entsprechend der Änderungen
der Umgebungstemperatur hindern. Genauer gesagt befinden sich die
Positionen in der Richtung orthogonal zur Längsrichtung der elastischen
Elemente 216 des Spiegel-Chips 210 ausreichend
von der Befestigungsposition zwischen dem Spiegel-Chip 210 und
der Basis 230 entfernt.
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Die
Strukturen der vorliegenden Ausführungsform
können
auf verschiedene Arten modifiziert oder geändert werden.
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Der
optische Ablenker kann beispielsweise mit Erfassungselementen zum
Erfassen einer Geschwindigkeit und eines Winkels versehen sein.
In dem Fall eines elektromagnetischen Ansteuerungstyps kann der
optische Ablenker eine Erfassungsspule und ein Hall-Element aufweisen,
die auf der beweglichen Platte ausgebildet sind. Ohne Bezug auf
den Ansteuerungstyp kann der optische Ablenker ein piezo-resistives
Element, das auf einem elastischen Element ausgebildet ist, oder
eine die elektrostatische Kapazität erfassende Elektrode aufweisen,
die auf der beweglichen Platte oder elastischen Elementen ausgebildet
ist. Der optische Ablenker, der ein derartiges Erfassungselement
aufweist, weist zusätzliche
Verdrahtungsverbindungspunkte auf, aber dieses erschwert die Durchführung des
Verdrahtungsverbindungsschrittes nicht weiter.
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Die
obigen Ausführungsformen
wurden mit Bezug auf den Fall beschrieben, in dem ein Vibrator, der
verdreht wird oder vibriert, für
einen optischen Ablenker verwendet wird. Die Weise, auf die der
Vibrator der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, und die Weise, auf
die er angewendet wird, ist nicht auf die oben beschriebene beschränkt. Der
Vibrator kann beispielsweise ähnlich
der obigen Ausführungsform für einen
Winkelgeschwindigkeitssensor angewendet werden. Außerdem kann
der Vibrator derselben Struktur wie in der obigen Ausführungsform
in translatorischer Weise vibrieren, und nicht auf verdrehende Weise.
Der Vibrator, der auf diese Weise vibriert, kann für einen
Beschleunigungssensor oder einen Translations-Bewegungs-Aktuator verwendet werden.