JP2002040353A

JP2002040353A - ガルバノ装置の製造方法及びガルバノ装置

Info

Publication number: JP2002040353A
Application number: JP2000223515A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Otaka; 和雄大高
Original assignee: Miyota KK
Current assignee: Miyota KK
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2002-02-06
Anticipated expiration: 2020-07-25
Also published as: JP4514075B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガルバノ装置の製造
方法及びガルバノ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガルバノ装置は、ガルバノメータの原理
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。

【０００３】図１、図２は前記公報の図１、図２に記載
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。

【０００４】前記シリコン基板２には、平板状の可動板
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。

【０００５】上側及び下側ガラス基板３の図中左右側に
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。

【０００６】図３は可動板５とトーションバー６の動作
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
^９ｒ^４）×ｌ_１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ｌ_１：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。

【０００７】次に前記ガルバノミラー装置の製造工程を
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）

【０００８】次に、表面側にワックス層１０３を設けた
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）。

【０００９】次に、表面側にワックス層１０３’を設け
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）。

【００１０】次に、可動板部分のワックス層を除去した
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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】可動板の揺動周波数
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。

【００１２】可動板の周波数を調整する手段としては、
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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】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。

【００１４】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ガルバノ装置の周波数調
整方法とする。

【００１５】可動板の揺動周波数を調整するためにトー
ションバーに蒸着するガルバノ装置の製造方法とする。

【００１６】トーションバー加工用の孔を有するガルバ
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。

【００１７】

【発明の実施の形態】図７はガルバノ装置の上面図、図
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。

【００１８】可動板２２に形成された平面コイル２４に
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。

【００１９】従来技術の課題を解決するために本発明で
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。

【００２０】図１０は本発明の可動板の共振周波数調整
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。

【００２１】シリコン基板２１に形成されたパターン２
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。

【００２２】ガルバノミラーは可動板を揺動させるの
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。

【００２３】以上はガルバノミラー単体で周波数を調整
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。

【００２４】図１４は共振周波数を調整するための装置
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。

【００２５】ガルバノ装置は、完成した状態で揺動部が
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。

【００２６】

【発明の効果】可動板を揺動しながらトーションバーを
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。

【００２７】使用状態のでの共振周波数と、調整時の共
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。

【００２８】トーションバーに蒸着して周波数を調整す
ることで、トーションバーの補強をすることができる。

【００２９】ガルバノ装置完成後に共振周波数を調整で
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。

【００３０】不活性ガスを大気圧で密封することで、封
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガルバノミラー装置の構成図

【図２】Ａ−Ａ矢視断面図

【図３】可動板５とトーションバー６の動作を説明する
ための斜視図

【図４】ガルバノミラー装置の製造工程

【図５】ガルバノミラー装置の製造工程

【図６】ガルバノミラー装置の製造工程

【図７】ガルバノ装置の上面図

【図８】ガルバノ装置の正面断面図

【図９】ガルバノ装置の側面断面図

【図１０】本発明の可動板の共振周波数調整を説明する
ための模式図

【図１１】ガルバノ装置完成後の断面図

【図１２】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

【図１３】共振周波数調整用治具の斜視図

【図１４】共振周波数を調整するための装置のブロック
図

【符号の説明】

１ガルバノミラー装置２シリコン基板３上側ガラス基板４下側ガラス基板５可動板６トーションバー７平面コイル８全反射ミラー９電極端子１０Ａ永久磁石１０Ｂ永久磁石１１Ａ永久磁石１１Ｂ永久磁石１０１シリコン基板１０２酸化膜１０３ワックス層１０３’ワックス層２１シリコン基板２１ａパターン２２可動板２３ミラー２４平面コイル２５トーションバー２６トーションバー２７ａパターン２７ｂスルーホール２７ｃサイドスルーホール２８台座２９永久磁石３０永久磁石３１ヨーク３３ワイヤー４０台座４１基台４１ａ貫通穴４１ｂ貫通穴４２プローブ４３蒸着用ノズル４４シャッター４５ベース基板４５ａ貫通穴４６共振周波数調整用治具４７凸部４７ａ貫通穴４７ｂ貫通穴５０発振器５１ガルバノ装置５２レーザー５３受光素子５４周波数カウンター５５コンパレータ５６標準発振回路５７メモリ５８周波数調整手段

Claims

【特許請求の範囲】

【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。