JP2003107388A - Assembling method of optical unit and the optical unit - Google Patents

Assembling method of optical unit and the optical unit

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JP2003107388A
JP2003107388A JP2001304606A JP2001304606A JP2003107388A JP 2003107388 A JP2003107388 A JP 2003107388A JP 2001304606 A JP2001304606 A JP 2001304606A JP 2001304606 A JP2001304606 A JP 2001304606A JP 2003107388 A JP2003107388 A JP 2003107388A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To downsize an optical unit with a galvanometer integrated thereto while ensuring sufficient strength of the product. SOLUTION: Holes 15a, 15b, 16a, 16b are made to a plastic housing 14 of an optical unit box (main body) 26, and mated with each other to permit insertion of machine screws. A galvano mirror 1 is assembled to the optical unit box 26 by using machine screws 17 made of a nonmagnetic alloy (nonmagnetic SUS) or a plastic to fix frames 25a, 25b, to which no torsion bar 6 is formed) to a support 19 of the optical unit box 26.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばレーザ光の
スキャニングシステム等、ガルバノミラーを組み込んだ
光学ユニットの組み立て方法、およびそのような方法に
よって組み立てられた光学ユニットに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of assembling an optical unit incorporating a galvano mirror, such as a laser beam scanning system, and an optical unit assembled by such a method.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガルバノミラーは、レーザ光を偏向走査
するレーザスキャナ等に利用されるもので、その原理
は、磁界中に配置した可動コイルに電流を流すと、電流
と磁束とに関連して電磁力が発生して電流に比例した回
転力(トルク)が生じる。このトルクとバネ力とが平衡
する角度まで可動コイルが回動し、この可動コイルを介
して指針を振らせて電流の有無や大小を検出するという
ガルバノメータの原理を利用したもので、可動コイルと
一体に回転する軸に、前記指針の代わりに反射鏡を設け
て構成される。
2. Description of the Related Art A galvanometer mirror is used in a laser scanner or the like for deflecting and scanning a laser beam, and its principle is that when a current is passed through a movable coil placed in a magnetic field, it is related to the current and the magnetic flux. An electromagnetic force is generated to generate a torque (torque) proportional to the current. The movable coil is rotated to an angle at which this torque and spring force are balanced, and the principle of the galvanometer is used to detect the presence or absence of current and the magnitude of the current by swinging the pointer through this movable coil. Instead of the pointer, a reflecting mirror is provided on an integrally rotating shaft.

【0003】そして、従来の実用的なガルバノミラーと
しては、例えば、磁界中に配置する可動コイルの代わり
に可動鉄片を用い、その周囲に2つの永久磁石と4つの
磁極を設けた磁性体とで磁路を構成し、前記磁性体に巻
回した駆動コイルに流す電流の大小及び方向によって磁
極間の磁束を変化させることにより、可動鉄片を介して
反射鏡を揺動させ、レーザ光を偏光走査するようにした
ものがある(例えば、共立出版株式会社「実用レーザ技
術」,P210〜212,1987年12月10日発行
等を参照)。
As a conventional practical galvanometer mirror, for example, a movable iron piece is used instead of the movable coil arranged in a magnetic field, and a magnetic body having two permanent magnets and four magnetic poles around the movable iron piece is used. By forming a magnetic path and changing the magnetic flux between the magnetic poles according to the magnitude and direction of the current flowing through the drive coil wound around the magnetic body, the reflecting mirror is swung through the movable iron piece, and the laser light is polarized and scanned. (See, for example, Kyoritsu Shuppan Co., Ltd., "Practical Laser Technology", P210-212, published on Dec. 10, 1987).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体デバ
イスの高集積化に代表されるマイクロエレクトロニクス
の発展に伴い、様々な機器が高機能化と共に小型化して
おり、前記ガルバノミラーを利用したレーザスキャニン
グシステム等を適用している、例えばレーザ顕微鏡等の
レーザ応用機器も同様である。そして、より一層の小型
化の要求がある。しかし、従来のガルバノミラーでは、
駆動コイルが機械巻き等であることから今以上に小型化
することが難しく、従って、このガルバノミラーによる
レーザスキャニングシステムや、このシステムを用いる
レーザ応用機器のより一層の小型化は難しい。
By the way, along with the development of microelectronics represented by high integration of semiconductor devices, various equipments have become highly functional and miniaturized, and a laser scanning system utilizing the galvano mirror. The same applies to a laser application device such as a laser microscope to which the above items are applied. And there is a demand for further miniaturization. However, with conventional galvano mirrors,
Since the drive coil is mechanically wound or the like, it is difficult to further reduce the size. Therefore, it is difficult to further reduce the size of the laser scanning system using this galvanometer mirror and the laser application device using this system.

【0005】このような問題に対し、特開平07−17
5005号公報、特開平07−176255号公報、特
開平07−218857号公報等に開示されたガルバノ
ミラーは、半導体製造プロセスを用いて製造を行うこと
で、その小型化を図っている。
With respect to such a problem, Japanese Patent Laid-Open No. 07-17
The galvanometer mirrors disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5005, Japanese Patent Laid-Open No. 07-176255, Japanese Patent Laid-Open No. 07-218857, etc. are manufactured by using a semiconductor manufacturing process to reduce the size thereof.

【0006】図7及び図8には、上記公報に記載された
従来のガルバノミラーの構成を示す。
7 and 8 show the structure of the conventional galvanometer mirror described in the above publication.

【0007】同図7及び図8において、ガルバノミラー
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上方部分を開放するよう
シリコン基板2の図7の左右端に積層されている。
In FIG. 7 and FIG. 8, a galvano mirror 1 comprises a silicon substrate 2, which is a semiconductor substrate, on the upper and lower surfaces thereof, and upper and lower glass substrates as upper and lower insulating substrates made of, for example, borosilicate glass. It has a three-layer structure in which 3 and 4 are anodically bonded. The upper glass substrate 3 is laminated on the left and right ends of the silicon substrate 2 in FIG. 7 so as to open the upper portion of the movable plate 5 described later.

【0008】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
シリコン基板と同一材料からなっている。前記可動板5
の上面周縁部には、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。ここで、コイルは抵抗分によってジュール熱損失が
あり抵抗の大きな薄膜コイルを高密度に実装すると発熱
により駆動力が制限されることから、本例では、従来公
知の電解めっきによる電鋳コイル法によって前記平面コ
イル7を形成してある。電鋳コイル法は、基板上にスパ
ッタで薄いニッケル層を形成し、このニッケル層の上に
銅電解めっきを行って銅層を形成し、コイルに相当する
部分を除いて銅層及びニッケル層を除去することで、銅
層とニッケル層からなる薄膜の平面コイルを形成するも
ので、薄膜コイルを低抵抗で高密度に実装できる特徴が
あり、マイクロ磁気デバイスの小型化・薄型化に有効で
ある。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と同時形成される。
On the silicon substrate 2, a flat plate-shaped movable plate 5 and a torsion bar 6 for pivotally supporting the movable plate 5 at the center position of the movable plate 5 so as to be swingable in the vertical direction of the silicon substrate 2. , 6 are integrally formed by anisotropic etching. Therefore, the movable plate 5 and the torsion bar 6 are also made of the same material as the silicon substrate. The movable plate 5
A planar coil 7 made of a copper thin film that generates a magnetic field when energized is provided on the peripheral portion of the upper surface of the device, covered with an insulating coating. Here, the coil has Joule heat loss due to the resistance component, and if a high-density thin film coil with high resistance is mounted at a high density, the driving force is limited due to heat generation. Therefore, in this example, a conventionally known electroplated coil method by electrolytic plating is used. The plane coil 7 is formed. In the electroformed coil method, a thin nickel layer is formed on a substrate by sputtering, copper electroplating is performed on the nickel layer to form a copper layer, and the copper layer and the nickel layer are removed except for the portion corresponding to the coil. By removing it, a thin-film planar coil consisting of a copper layer and a nickel layer is formed. It has the characteristic that the thin-film coil can be mounted with low resistance and high density, and it is effective for downsizing and thinning of micro magnetic devices. . Further, a total reflection mirror 8 as a reflection mirror is formed by aluminum vapor deposition in the central portion of the upper surface of the movable plate 5 surrounded by the plane coil 7. Further, a pair of electrode terminals 9, 9 electrically connected to the plane coil 7 via the portions of the torsion bars 6, 6 are provided on the lateral upper surfaces of the torsion bars 6, 6 of the silicon substrate 2, The electrode terminals 9 and 9 are formed on the silicon substrate 2 simultaneously with the plane coil 7 by the electroforming coil method.

【0009】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
対をな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個づ
つの永久磁石10A,10Bは、図8に示すように、下
側がN極、上側がS極となるよう設けられ、互いに対を
なす他方の各3個づつの永久磁石11A,11Bは、図
8に示すように、下側がS極、上側がN極となるよう設
けられている。
On the left and right sides of the upper and lower glass substrates 3 in the figure, a pair of circles for applying a magnetic field to the flat coil 7 portion on the opposite side of the movable plate 5 parallel to the axial direction of the torsion bars 6, 6. Shaped permanent magnets 10A, 10B and 11A, 1
1B is provided. As shown in FIG. 8, each of the three permanent magnets 10A and 10B, which is paired with each other, is provided so that the lower side has an N pole and the upper side has an S pole. As shown in FIG. 8, the permanent magnets 11A and 11B are provided so that the lower side has the S pole and the upper side has the N pole.

【0010】次に本例にかかるガルバノミラーの動作を
説明する。例えば、図9に示すように、一方の電極端子
9を+極、他方の電極端子9を−極として平面コイル7
に電流を流す。図8において矢印で示すように、可動板
5の両側では、永久磁石10A及び10B、11A及び
11Bによって、すなわち上下の磁石間で可動板5の平
面に沿って平面コイル7を横切るような方向に磁界が形
成されており、この磁界中の平面コイル7に電流が流れ
ると、平面コイル7の電流密度と磁束密度に応じて平面
コイル7、言い換えれば可動板5の両端に、電流・磁束
密度・力のフレミングの左手の法則に従った方向(図9
に示す)に磁気力Fが作用し、この力はローレンツ力か
ら求められる。
Next, the operation of the galvanometer mirror according to this example will be described. For example, as shown in FIG. 9, the planar coil 7 has one electrode terminal 9 as a positive pole and the other electrode terminal 9 as a negative pole.
Apply current to. As shown by the arrows in FIG. 8, on both sides of the movable plate 5, by the permanent magnets 10A and 10B, 11A and 11B, that is, between the upper and lower magnets in a direction that crosses the plane coil 7 along the plane of the movable plate 5. A magnetic field is formed, and when a current flows in the plane coil 7 in this magnetic field, the current / magnetic flux density Direction according to Fleming's left-hand rule of force (Fig. 9
The magnetic force F acts on (), and this force is obtained from the Lorentz force.

【0011】この磁気力Fは、平面コイル7に流れる電
流密度をi、永久磁石10A,10Bと11A,11B
による磁束密度をBとすると、下記の(1)式で求めら
れる。 F=i×B …(1) 実際には、平面コイル7の巻数nと、磁気力Fが働くコ
イル長w(図9中に示す)により異なり、下記の(2)
式のようになる。 F=nw(i×B) …(2) 一方、可動板5が回動することによりトーションバー
6,6が捩じられ、これによって発生するトーションバ
ー6,6のばね反力F′と可動板5の変位角φの関係
は、下記の(3)式のようになる。 ここで、Mxは捩りモーメント、Gは横弾性係数、Ip
は極断面二次モーメントである。また、L、l1、r
は、それぞれ、トーションバーの中心軸から力点までの
距離、トーションバーの長さ、トーションバーの半径で
あり、図9に示してある。
This magnetic force F is the current density flowing in the plane coil 7, i, and the permanent magnets 10A, 10B and 11A, 11B.
If the magnetic flux density due to B is B, then it can be calculated by the following equation (1). F = i × B (1) Actually, it depends on the number of turns n of the plane coil 7 and the coil length w (shown in FIG. 9) on which the magnetic force F acts.
It becomes like a formula. F = nw (i × B) (2) On the other hand, the rotation of the movable plate 5 causes the torsion bars 6 and 6 to be twisted, and the spring reaction force F ′ of the torsion bars 6 and 6 generated by the torsion bars 6 and 6 to move. The relationship of the displacement angle φ of the plate 5 is as shown in the following expression (3). Where Mx is the torsional moment, G is the lateral elastic modulus, Ip
Is the polar moment of inertia. Also, L, l1, r
Are respectively the distance from the central axis of the torsion bar to the force point, the length of the torsion bar, and the radius of the torsion bar, which are shown in FIG.

【0012】そして、前記磁気力Fとばね反力F′が釣
り合う位置まで可動板5が回動する。従って、(3)式
のF′に(2)式のFを代入することにより、可動板5
の変位角φは平面コイル7に流れる電流iに比例するこ
とが判る。従って、平面コイル7に流す電流を制御する
ことにより、可動板5の変位角φを制御することができ
るので、例えば、トーションバー6,6の軸に対して垂
直な面内において全反射ミラー8に入射するレーザ光の
反射方向を自由に制御でき、全反射ミラー8の変位角を
連続的に反復動作させれば、レーザ光のスキャニングが
できる。
Then, the movable plate 5 rotates to a position where the magnetic force F and the spring reaction force F'balance. Therefore, by substituting F in equation (2) for F ′ in equation (3), the movable plate 5
It can be seen that the displacement angle φ of is proportional to the current i flowing in the planar coil 7. Therefore, since the displacement angle φ of the movable plate 5 can be controlled by controlling the current flowing through the plane coil 7, for example, the total reflection mirror 8 in the plane perpendicular to the axes of the torsion bars 6 and 6. It is possible to freely control the reflection direction of the laser light incident on the laser beam, and scan the laser light by continuously repeating the displacement angle of the total reflection mirror 8.

【0013】次に、永久磁石による磁束密度分布の計算
結果について説明する。
Next, the calculation result of the magnetic flux density distribution by the permanent magnet will be described.

【0014】図10は、本例に使用される円柱状の永久
磁石の磁束密度分布計算モデルを示し、永久磁石のN極
とS極それぞれの表面を微小領域dyに分割し、求める
点の磁束を計算した。N極表面で形成される磁束密度を
Bn、S極表面で形成される磁束密度をBsとすると、
これらは円柱状の永久磁石による磁束密度分布の計算式
から、(4)式、(5)式によって求めることができ
る。
FIG. 10 shows a magnetic flux density distribution calculation model of a cylindrical permanent magnet used in this example. The surface of each of the N pole and the S pole of the permanent magnet is divided into minute regions dy, and the magnetic flux at the point to be determined. Was calculated. When the magnetic flux density formed on the N pole surface is Bn and the magnetic flux density formed on the S pole surface is Bs,
These can be obtained by the equations (4) and (5) from the equation for calculating the magnetic flux density distribution of the cylindrical permanent magnet.

【0015】[0015]

【数1】 [Equation 1]

【0016】[0016]

【数2】 [Equation 2]

【0017】ここで、任意の点における磁束密度Bは、
BnとBsを合成したものになり、(6)式で示され
る。 B=Bn+Bs ・・・(6) 上記(5)式及び(6)式において、Brは永久磁石の
残留磁束密度x,y,zは永久磁石の周りの空間の任意
の点を表す座標、lは永久磁石のN極面とS極面との距
離、dは各極面の半径である。例えば、半径1mm,高
さ1mm,残留磁束密度0.85TのSm−Co永久磁
石DIANET DM−18(商品名、セイコー電子部
品製)を用いて、図21に示すように配置した永久磁石
の表面に垂直な面aの磁束密度分布を計算した結果は図
12に示される。
Here, the magnetic flux density B at an arbitrary point is
It is a combination of Bn and Bs, and is represented by the equation (6). B = Bn + Bs (6) In the above equations (5) and (6), Br is the residual magnetic flux density x, y, z of the permanent magnet, and the coordinate is an arbitrary point in the space around the permanent magnet. Is the distance between the N-pole surface and the S-pole surface of the permanent magnet, and d is the radius of each pole surface. For example, using a Sm-Co permanent magnet DIANET DM-18 (trade name, manufactured by Seiko Electronic Components) having a radius of 1 mm, a height of 1 mm and a residual magnetic flux density of 0.85 T, the surface of the permanent magnet arranged as shown in FIG. 21. The result of calculation of the magnetic flux density distribution on the surface a perpendicular to is shown in FIG.

【0018】図11のように配置した場合には、磁石間
の空間は、略0.3T以上の磁束密度となっている。次
に、可動板5の変位量の計算結果について説明する。可
動板5に形成する平面コイル7の幅を100μm、巻数
を14、可動板5の厚さを20μmとし、トーションバ
ー6の半径を25μm,長さを1mm、可動板5の幅を
4mm、長さを5mmとして、(2)式と(3)式から
求めた。尚、磁束密度は、前述の磁束密度分布計算で得
られた0.3Tが使用される。
When arranged as shown in FIG. 11, the space between the magnets has a magnetic flux density of about 0.3 T or more. Next, the calculation result of the displacement amount of the movable plate 5 will be described. The width of the plane coil 7 formed on the movable plate 5 is 100 μm, the number of turns is 14, the thickness of the movable plate 5 is 20 μm, the radius of the torsion bar 6 is 25 μm, the length is 1 mm, the width of the movable plate 5 is 4 mm, and the length is 4 mm. The height was set to 5 mm, and it was calculated from the equations (2) and (3). As the magnetic flux density, 0.3T obtained by the above-mentioned magnetic flux density distribution calculation is used.

【0019】その結果として、図13(A)及び図13
(B)に示すように、電流1.5mAで2度の変位角が
得られることがわかる。尚、図13(C)は電流と発生
する熱量Qとの関係を示すもので、この時の単位面積当
たりの発生熱量は13μワット/cmとなった。次
に、発熱量と放熱の関係について説明する。発熱量はコ
イルの抵抗で発生するジュール熱であり、従って、単位
時間当たりに発生する熱量Qは下記の(7)式によって
表される。 Q=i2×R …(7)
As a result, FIG. 13 (A) and FIG.
As shown in (B), it can be seen that a displacement angle of 2 degrees can be obtained at a current of 1.5 mA. Note that FIG. 13C shows the relationship between the electric current and the heat quantity Q generated, and the heat quantity generated per unit area at this time was 13 μW / cm 2 . Next, the relationship between the heat generation amount and the heat radiation will be described. The calorific value is Joule heat generated by the resistance of the coil, and therefore the calorific value Q generated per unit time is expressed by the following equation (7). Q = i2 × R (7)

【0020】ここで、iはコイルに流れる電流、Rはコ
イルの抵抗である。発熱量対流による放熱量Qc は下
記の(8)式で表される。 Qc=hSΔT …(8)
Here, i is the current flowing through the coil, and R is the resistance of the coil. The heat radiation amount Qc due to heat generation convection is expressed by the following equation (8). Qc = hSΔT (8)

【0021】ここで、hは熱伝達係数(空気は5×10
−3〜5×10−2〔ワット/cm ℃〕)、Sは素子
の表面積、ΔTは素子表面と空気との温度差である。
Here, h is a heat transfer coefficient (air is 5 × 10 5
-3~ 5 x 10-2[Watt / cm Two℃]), S is the element
, ΔT is the temperature difference between the element surface and air.

【0022】発熱部となる可動板の面積を20mm
(4×5)とすると、(8)式は、 Qc=1.0×ΔT〔mワット/℃〕 …(8)′ となり、数十μワット/cm程度の発熱量ならば素子
の温度上昇の問題は無視できることがわかる。尚、参考
まで、輻射による放熱量Qrは下記の(9)式で表され
る。 Qr=εSσT …(9)
The area of the movable plate serving as the heat generating portion is 20 mm.
2 (4 × 5), the equation (8) becomes Qc = 1.0 × ΔT [m watt / ° C.] (8) ', and if the heat generation amount is about several tens of micro watts / cm 2 , then It can be seen that the problem of temperature rise can be ignored. For reference, the heat radiation amount Qr due to radiation is expressed by the following equation (9). Qr = εSσT 4 (9)

【0023】ここで、εは輻射率(黒体はε=1D
一般にε<1)、Sは素子の表面積、σはステファンボ
ルツマン定数(π2k/60h)、Tは素子の
表面温度である。また、トーションバーからの伝導によ
る放熱量Qaは下記の(10)式で表される。 Qa=2λ(S/l)ΔT …(10)
Here, ε is the emissivity (ε = 1D for a black body)
Generally, ε <1), S is the surface area of the device, σ is the Stefan Boltzmann constant (π2k 4 / 60h 3 c 2 ), and T is the surface temperature of the device. Further, the heat radiation amount Qa due to conduction from the torsion bar is expressed by the following equation (10). Qa = 2λ (S / l 1 ) ΔT (10)

【0024】ここで、λは熱伝導率(シリコンは84ワ
ット/mK)、Sはトーションバーの断面積、l
トーションバーの長さ、ΔTはトーションバーの両端の
温度差である。トーションバーの半径を25μm、長さ
を1mmとすると(10)式は、 Qa=0.1×ΔT〔mワット/℃〕 …(10)′ となる。
Where λ is the thermal conductivity (84 watts / mK for silicon), S is the cross-sectional area of the torsion bar, l 1 is the length of the torsion bar, and ΔT is the temperature difference between the ends of the torsion bar. When the radius of the torsion bar is 25 μm and the length is 1 mm, the equation (10) becomes Qa = 0.1 × ΔT [m watt / ° C.] (10) ′.

【0025】次にトーションバーの可動板自重による撓
みと、電磁力による可動板の撓みについて説明する。図
10にこれらの計算モデルを示す。トーションバーの長
さをl1 、トーションバーの幅をb、可動板の重さを
f、可動板の厚さをt、可動板の幅をW、可動板の長さ
をL1 とすると、トーションバーの撓み量ΔYは、片
持ち梁の撓み量の計算方法を用いて、下記の(11)式
のようになる。 ΔY=(1/2)(4l f/Ebt) …(11)
Next, the deflection of the torsion bar due to the weight of the movable plate itself and the deflection of the movable plate due to the electromagnetic force will be described. FIG. 10 shows these calculation models. If the length of the torsion bar is l1, the width of the torsion bar is b, the weight of the movable plate is f, the thickness of the movable plate is t, the width of the movable plate is W, and the length of the movable plate is L1, the torsion bar is The bending amount ΔY of is calculated by the following equation (11) using the method of calculating the bending amount of the cantilever. ΔY = (1/2) (4l 1 3 f / Ebt 3 ) ... (11)

【0026】ここで、Eはシリコンのヤング率である。Here, E is the Young's modulus of silicon.

【0027】また、可動板の重さfは下記の(12)式
で表される。 f=WL×tρg …(12)
The weight f of the movable plate is expressed by the following equation (12). f = WL 1 × tρg (12)

【0028】ここで、ρは可動板の体積密度、gは重力
加速度である。
Here, ρ is the volume density of the movable plate, and g is the gravitational acceleration.

【0029】また、可動板の撓み量ΔXは、同じく片持
ち梁の撓み量の計算方法を用いて、下記の(13)式の
ようになる。 ΔX=4(L/2)F/EWt …(13)
Further, the flexure amount ΔX of the movable plate is expressed by the following equation (13) using the same calculation method for the flexure amount of the cantilever. ΔX = 4 (L 1/2 ) 3 F / EWt 3 ... (13)

【0030】ここで、Fは可動板の端に作用する磁気力
である。そして、前記磁気力Fは(2)式のコイル長w
を可動板の長さWと見做して求める。
Here, F is a magnetic force acting on the end of the movable plate. Then, the magnetic force F is the coil length w of the formula (2).
Is calculated as the length W of the movable plate.

【0031】これら、トーションバーの撓み量と可動板
の撓み量の計算結果を[表1]に示す。尚、可動板の撓
み量は、磁気力Fを30μNとして計算したものであ
る。
Table 1 shows the calculation results of the bending amount of the torsion bar and the bending amount of the movable plate. The amount of bending of the movable plate is calculated with the magnetic force F of 30 μN.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】上記の[表1]から明らかなように、幅5
0μm、長さ1.0mmのトーションバーの場合、幅6
mm、長さ13mm、厚さ50μmの可動板による撓み
量ΔYは、0.178 μmであり、可動板の厚さを倍
の100μmとしても、撓み量ΔYは、0.356 μ
mである。また、幅6mm、長さ13mm、厚さ50μ
mの可動板の場合、磁気力による撓み量ΔXは、0.1
25 μmであり、可動板両端の変位量を200μm程
度とすれば、ガルバノミラーの特性には何ら影響はな
い。
As is clear from Table 1 above, width 5
For a torsion bar of 0 μm and length of 1.0 mm, width 6
The amount of deflection ΔY due to a movable plate having a length of 13 mm, a length of 13 mm, and a thickness of 50 μm is 0.178 μm. Even if the thickness of the movable plate is doubled to 100 μm, the amount of deflection ΔY is 0.356 μm.
m. In addition, width 6mm, length 13mm, thickness 50μ
In the case of a movable plate of m, the bending amount ΔX due to the magnetic force is 0.1
It is 25 μm, and if the displacement amount at both ends of the movable plate is set to about 200 μm, there is no influence on the characteristics of the galvanometer mirror.

【0034】上記のような構成からなるガルバノミラー
では、その製造に半導体の製造プロセスを利用すること
で比較的小型化や薄型化が図られ、コイルの発熱による
影響も無視でき、可動板5の揺動特性にも優れることと
なる。このため、ガルバノミラーを構成要素とするレー
ザ光のスキャニングシステムの小型化を図ることがで
き、延いては、このスキャニングシステムを利用するレ
ーザ応用機器の小型化が図られるようになる。また、
(半導体素子の製造プロセスを利用することで、)大量
生産も可能となった。
The galvanomirror having the above-described structure can be relatively miniaturized and thinned by utilizing the semiconductor manufacturing process for manufacturing the galvanomirror, and the influence of heat generation of the coil can be neglected. It also has excellent swing characteristics. Therefore, it is possible to reduce the size of a laser beam scanning system that includes a galvano mirror as a constituent element, and thus reduce the size of a laser application device that uses the scanning system. Also,
Mass production has also become possible (using the manufacturing process of semiconductor devices).

【0035】ところが、上記のようなプロセスで製造し
たガルバノミラーは、例えば上記スキャニングシステム
のような光学ユニットに組み込まれた状態において、落
下等の衝撃に対し十分な耐久性が保証されないという欠
点があり、また、光束を収束させて小スポットを形成し
ようとすると、このミラーの周辺に配置されるべきレン
ズ群を保持する光学ユニットへの取り付けが必要であ
り、かつ精度よく行わなければならない。特にガルバノ
ミラーでは強い磁石を必要とするために、磁性を有する
ビスでは、取り付け時にドライバーからひきつけられて
ミラーに衝撃を与えて破損させるといった問題が発生す
る。また、半導体製造プロセスで形成されるミラーの支
持部は、面内で発生する応力には強いが、面に垂直に働
く応力にはもろくなる。したがって、ユニットの取り付
け面に凹凸があると局所的な応力でビスを締め付ける時
に割れる恐れがある。あるいは、締め付けにより半導体
基板に生じた応力によって固有振動数が設計値からずれ
てしまうことがある。
However, the galvanomirror manufactured by the above-mentioned process has a drawback that sufficient durability against an impact such as a drop cannot be guaranteed when it is incorporated in an optical unit such as the above scanning system. Further, in order to converge a light beam to form a small spot, it is necessary to attach it to an optical unit that holds a lens group to be arranged around this mirror, and it must be performed with high accuracy. In particular, a galvanomirror requires a strong magnet, and therefore, a magnetic screw causes a problem that it is attracted by a driver at the time of mounting and gives a shock to the mirror to damage it. Further, the supporting portion of the mirror formed in the semiconductor manufacturing process is strong against the stress generated in the plane, but is fragile to the stress acting perpendicular to the plane. Therefore, if the mounting surface of the unit is uneven, the screw may be cracked when the screw is tightened due to local stress. Alternatively, the natural frequency may deviate from the designed value due to the stress generated in the semiconductor substrate due to the tightening.

【0036】本発明はこのような実情に鑑みなされたも
ので、ガルバノミラーを組み込んだ光学ユニットについ
て、製品として十分な強度を確保しつつ、その小型化を
図ることを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to reduce the size of an optical unit incorporating a galvanometer mirror while ensuring sufficient strength as a product.

【0037】[0037]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明は、半導体基板に、平板状の可動板と該
可動板を半導体基板に対して基板上下方向に揺動可能に
軸支するトーションバーとを一体形成し、前記可動板の
周縁部に通電により磁界を発生する平面コイルを敷設
し、該平面コイルで囲まれる可動板中央部に反射鏡を設
ける一方、半導体基板の下面に下側支持体を設け、半導
体基板の上面には少なくとも可動板上方を開放した上側
支持体を設け、前記トーションバーの軸方向と平行な可
動板の対辺の平面コイル部に磁界を作用させる互いに対
をなす永久磁石を前記上下支持体に固定する構成とした
プレーナー型ガルバノミラーを走査装置として組み込ん
だ光学ユニットの組み立て方法であって、該ユニットへ
のプレーナー型ガルバノミラーの取り付けを非磁性のビ
スで行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is to provide a semiconductor substrate with a flat plate-like movable plate and the movable plate capable of swinging in the vertical direction of the substrate with respect to the semiconductor substrate. A torsion bar supporting the shaft is integrally formed, and a flat coil for generating a magnetic field when energized is laid on the peripheral portion of the movable plate, and a reflecting mirror is provided in the central portion of the movable plate surrounded by the flat coil, while a semiconductor substrate of the semiconductor substrate is provided. A lower support is provided on the lower surface, and an upper support that is open at least above the movable plate is provided on the upper surface of the semiconductor substrate, and a magnetic field is applied to the flat coil portion on the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar. A method of assembling an optical unit in which a planar type galvanometer mirror having a structure in which a pair of permanent magnets are fixed to the upper and lower supports is incorporated as a scanning device. And performing the attachment of Nomira in the non-magnetic screws.

【0038】また第2の発明は、半導体基板に、平板状
の可動板と該可動板を半導体基板に対して基板上下方向
に揺動可能に軸支するトーションバーとを一体形成し、
前記可動板の周縁部に通電により磁界を発生する平面コ
イルを敷設し、該平面コイルで囲まれる可動板中央部に
反射鏡を設ける一方、半導体基板の下面に下側支持体を
設け、半導体基板の上面には少なくとも可動板上方を開
放した上側支持体を設け、前記トーションバーの軸方向
と平行な可動板の対辺の平面コイル部に磁界を作用させ
る互いに対をなす永久磁石を前記上下支持体に固定する
構成としたことを特徴とするプレーナー型ガルバノミラ
ーを走査装置として組み込んだ光学ユニットの組み立て
方法であって、該ユニットへのプレーナー型ガルバノミ
ラーの取り付けを弾性体緩衝材を介して非磁性のビスで
行うことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, a flat plate-shaped movable plate and a torsion bar that pivotally supports the movable plate with respect to the semiconductor substrate in the vertical direction of the substrate are integrally formed on the semiconductor substrate,
A plane coil that generates a magnetic field by energization is laid on the peripheral portion of the movable plate, and a reflector is provided at the center of the movable plate surrounded by the plane coil, while a lower support is provided on the lower surface of the semiconductor substrate. An upper support at least above the movable plate is provided on the upper surface of the upper plate, and permanent magnets paired with each other for applying a magnetic field to the flat coil portion on the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar are paired with the upper and lower supports. A method of assembling an optical unit, in which a planar type galvanometer mirror is incorporated as a scanning device, characterized in that the planar type galvanometer mirror is attached to the unit by a non-magnetic material through an elastic cushioning material. It is characterized by performing with the screw.

【0039】また、第3の発明は、半導体基板に、平板
状の可動板と該可動板を半導体基板に対して基板上下方
向に揺動可能に軸支するトーションバーとを一体形成
し、前記可動板の周縁部に通電により磁界を発生する平
面コイルを敷設し、該平面コイルで囲まれる可動板中央
部に反射鏡を設ける一方、半導体基板の下面に下側支持
体を設け、半導体基板の上面には少なくとも可動板上方
を開放した上側支持体を設け、前記トーションバーの軸
方向と平行な可動板の対辺の平面コイル部に磁界を作用
させる互いに対をなす永久磁石を前記上下支持体に固定
する構成としたプレーナー型ガルバノミラーを走査装置
として組み込んだ光学ユニットの組み立て方法であっ
て、該ユニットへのプレーナー型ガルバノミラーの取り
付けを落とし込みレールと、抑えバネとによって行うこ
とを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, a flat plate-shaped movable plate and a torsion bar that pivotally supports the movable plate with respect to the semiconductor substrate in the vertical direction of the substrate are integrally formed on the semiconductor substrate, A plane coil that generates a magnetic field by energization is laid on the peripheral portion of the movable plate, and a reflector is provided at the center of the movable plate surrounded by the plane coil, while a lower support is provided on the lower surface of the semiconductor substrate. An upper support having at least an upper part of the movable plate opened is provided on the upper surface, and permanent magnets paired with each other for applying a magnetic field to the flat coil portion on the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar are provided on the upper and lower supports. A method for assembling an optical unit in which a planar type galvanometer mirror having a fixed structure is incorporated as a scanning device, wherein the mounting of the planar type galvanometer mirror to the unit is dropped. When, and carrying out a restraining spring by.

【0040】また、第4の発明は、半導体基板に、平板
状の可動板と該可動板を半導体基板に対して基板上下方
向に揺動可能に軸支するトーションバーとを一体形成
し、前記可動板の周縁部に通電により磁界を発生する平
面コイルを敷設し、該平面コイルで囲まれる可動板中央
部に反射鏡を設ける一方、半導体基板の下面に下側支持
体を設け、半導体基板の上面には少なくとも可動板上方
を開放した上側支持体を設け、前記トーションバーの軸
方向と平行な可動板の対辺の平面コイル部に磁界を作用
させる互いに対をなす永久磁石を前記上下支持体に固定
する構成としたことを特徴とするプレーナー型ガルバノ
ミラーを走査装置として組み込んだ光学ユニットの組み
立て方法であって、該ユニットへのプレーナー型ガルバ
ノミラーの取り付けを接着で行うことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, a flat plate-shaped movable plate and a torsion bar that pivotally supports the movable plate with respect to the semiconductor substrate in the vertical direction of the substrate are integrally formed on the semiconductor substrate, A plane coil that generates a magnetic field by energization is laid on the peripheral portion of the movable plate, and a reflector is provided at the center of the movable plate surrounded by the plane coil, while a lower support is provided on the lower surface of the semiconductor substrate. An upper support having at least an upper part of the movable plate opened is provided on the upper surface, and permanent magnets paired with each other for applying a magnetic field to the flat coil portion on the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar are provided on the upper and lower supports. A method for assembling an optical unit, in which a planar type galvanometer mirror is incorporated as a scanning device, characterized in that the planar type galvanometer mirror is attached to the unit. And performing an adhesive.

【0041】また、上記のような光学ユニットの組み立
て方法において、前記プレーナー型ガルバノミラーを光
学ユニットに固定する部分が、少なくともトーションバ
ーを有しない枠部分であるのが好ましい。
In the method of assembling the optical unit as described above, it is preferable that the portion for fixing the planar type galvanometer mirror to the optical unit is a frame portion having at least no torsion bar.

【0042】また、上記のような方法によって組み立て
られた光学ユニットを、第5の発明とする。
An optical unit assembled by the above method is defined as a fifth invention.

【0043】かかる構成によれば、ガルバノミラーを組
み込んだ光学ユニットにとって、耐衝撃性と組み立て容
易性とを両立して向上することができるようになる。
According to this structure, the optical unit incorporating the galvano mirror can be improved in both impact resistance and ease of assembly.

【0044】そしてその結果、半導体基板に形成され強
力な磁石を用いるガルバノミラーが従来のものに比べて
極めて小型なものとすることができるようになり、延い
てはレーザ光を偏光走査するレーザスキャニングシステ
ムの小型化を達成できるようになる。また、落下等の衝
撃にもつよく所望の固有振動数を維持して組み立てるこ
とが可能となる。
As a result, the galvano mirror formed on the semiconductor substrate and using a strong magnet can be made extremely small as compared with the conventional one, and by extension, laser scanning for polarization scanning laser light. The miniaturization of the system can be achieved. In addition, it is possible to assemble while maintaining a desired natural frequency well against impact such as dropping.

【0045】また、とくに第4の発明によれば、ガルバ
ノミラーと対象部剤との接合部位が接合面を形成するよ
うに接着による固定を行うことで、衝撃による応力が一
箇所に集中することが避けられ、耐破損性が一層高くな
る。
Further, according to the fourth aspect of the invention, the stress due to impact is concentrated at one place by fixing by adhesion so that the joint between the galvano mirror and the target agent forms a joint surface. Can be avoided, and the damage resistance is further enhanced.

【0046】[0046]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した第1の
実施の形態について、図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0047】なお、本発明の各実施の形態に適用される
ガルバノミラーについて、基本的な構造及び製造プロセ
スは、図7〜図14において説明した従来のガルバノミ
ラーに関するものと略同様であるため、ここでの重複す
る図示・説明は割愛する。
The basic structure and manufacturing process of the galvanomirror applied to each of the embodiments of the present invention are substantially the same as those of the conventional galvanomirror described with reference to FIGS. The overlapping illustrations and explanations here are omitted.

【0048】以下、本発明の各実施の形態にかかるガル
バノミラー、それを組み込んだ光学ユニット(光学ユニ
ット箱)、およびその組み込みプロセス(光学ユニット
の組み立てプロセス)について説明する。
Hereinafter, a galvano mirror according to each embodiment of the present invention, an optical unit (optical unit box) incorporating the galvano mirror, and a process of assembling the optical unit (assembly process of the optical unit) will be described.

【0049】先ず図1には、本発明の第1実施の形態に
かかるガルバノミラーの製造工程を概略的に示す。
First, FIG. 1 schematically shows a manufacturing process of a galvano mirror according to a first embodiment of the present invention.

【0050】本実施の形態にかかるガルバノミラーの製
造工程では、先ず、厚さ300μmのシリコン基板10
1の上下面を熱酸化して酸化膜(1μm)102を形成
する(工程a)。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(工程b)、更に、可動板形成部の酸化膜
を厚さ0.5μmまで除去する(工程c)。
In the manufacturing process of the galvano mirror according to this embodiment, first, the silicon substrate 10 having a thickness of 300 μm is used.
The upper and lower surfaces of No. 1 are thermally oxidized to form an oxide film (1 μm) 102 (step a). Next, a pattern of through holes is formed on the back surface side by photolithography, the oxide film in the through holes is removed by etching (step b), and further, the oxide film in the movable plate forming portion is removed to a thickness of 0.5 μm. (Step c).

【0051】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行う
(工程d)。裏面側の可動板部分の薄い酸化膜を除去し
(工程e)、貫通穴と可動板部分に異方性エッチングを
100μm行う(工程f)。表面側のワックス層103
を除去し、表面側の酸化膜102上に、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(工程g)。電鋳コイル法は、シリコン基板
101の表面側にニッケルのスパッタを行ってニッケル
層を形成し、銅電解めっきを行って銅層を形成する。次
にポジ型のレジストで平面コイル及び電極端子に相当す
る部分をマスクし、銅エッチング、ニッケルエッチング
を順次行い、エッチング後、レジストを除去し、更に、
銅電解めっきを行ってニッケル層の全周を銅で覆い平面
コイル及び電極端子に相当する銅層を形成する。
Next, after the wax layer 103 is provided on the front surface side, anisotropic etching of 100 μm is performed on the through holes (step d). The thin oxide film on the movable plate portion on the back side is removed (step e), and anisotropic etching is performed on the through hole and the movable plate portion by 100 μm (step f). Wax layer 103 on the surface side
Is removed, a flat coil and an electrode terminal portion (not shown) are formed on the oxide film 102 on the front surface side by a known electroforming coil method, and a total reflection mirror is formed by vapor deposition of aluminum (step g ). In the electroformed coil method, nickel is sputtered on the surface side of the silicon substrate 101 to form a nickel layer, and copper electrolytic plating is performed to form a copper layer. Next, mask the portions corresponding to the planar coil and the electrode terminals with a positive type resist, perform copper etching and nickel etching sequentially, after etching, remove the resist, and
Copper electrolytic plating is performed to cover the entire circumference of the nickel layer with copper to form a copper layer corresponding to the plane coil and the electrode terminal.

【0052】次に、銅層を除いた部分にネガ型のメッキ
レジストを塗布した後、銅電解めっきを行って銅層を厚
くして、平面コイル及び電極端子を形成する。そして、
平面コイル部分を例えば感光性ポリイミド等の絶縁層で
覆う。平面コイルを2層にする場合は、再度ニッケルの
スパッタ工程から絶縁層形成までの工程を繰り返し行え
ばよい。
Next, a negative type plating resist is applied to the portion excluding the copper layer, and then copper electrolytic plating is performed to thicken the copper layer to form a plane coil and electrode terminals. And
The flat coil portion is covered with an insulating layer such as photosensitive polyimide. When the planar coil has two layers, the steps from the nickel sputtering step to the insulating layer formation may be repeated.

【0053】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102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7のシリコン基
板2が形成される(工程h,i)。
Next, after providing the wax layer 103 'on the surface side, anisotropic etching is applied to the through hole and the movable plate portion.
Then, the wax layer 103 'is removed except the movable plate portion. At this time, the upper and lower oxide films 102 are also removed. As a result, the movable plate 5 and the torsion bar (not shown) are formed, and the silicon substrate 2 of FIG. 7 is formed (steps h and i).

【0054】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の上下面に上側ガラス基板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(工
程j,k)。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
(工程l)。
Next, after removing the wax layer of the movable plate portion, the upper glass substrate 3 and the lower glass substrate 4 are bonded to the upper and lower surfaces of the silicon substrate 2 by anodic bonding (steps j and k). Next, the permanent magnets 10A, 10B and 11A, 11B are attached to the upper and lower glass substrates 3, 4 at predetermined positions (step l).

【0055】この永久磁石の取り付け方法は、図2に示
すように、予め上下のプラスチックハウジング14に磁
石10a、10b、11a、11bをそれぞれ接着して
おき、これに半導体基板部1を挟み込んで固定する。
As shown in FIG. 2, the permanent magnet is attached by previously adhering the magnets 10a, 10b, 11a and 11b to the upper and lower plastic housings 14, respectively, and sandwiching and fixing the semiconductor substrate portion 1 therebetween. To do.

【0056】図2において、プラスチックハウジング1
4には、穴15a、15b、16a、16bが開けられ
ており、互いに勘合して、ビスが通るようになってい
る。
In FIG. 2, the plastic housing 1
Holes 15a, 15b, 16a, 16b are formed in the hole 4, and the screws are fitted to each other so that the screws pass therethrough.

【0057】本実施の形態では、光学ユニット箱1に対
するガルバノミラー1の組み付けにあたり、図3(a)
のごとく、非磁性のビス17でトーションバー6の形成
されていない枠部分25a、25bを光学ユニット箱2
6の支持部19に固定する。図3(b)は取り付け部の
拡大図である。
In this embodiment, when the galvano mirror 1 is assembled to the optical unit box 1, FIG.
As described above, the frame portions 25a and 25b where the torsion bar 6 is not formed are fixed to the optical unit box 2 by the non-magnetic screws 17.
6 is fixed to the support portion 19. FIG. 3B is an enlarged view of the mounting portion.

【0058】同図3(b)において、22はレーザーダ
イオード、23は集光用のレンズ、24は走査光をドラ
ム面状で集光させるレンズである。図4において、ビス
17によってガルバノミラー14が支持体19に固定さ
れる。
In FIG. 3B, reference numeral 22 is a laser diode, 23 is a condenser lens, and 24 is a lens for condensing scanning light on the drum surface. In FIG. 4, the galvanometer mirror 14 is fixed to the support 19 by screws 17.

【0059】ビス17a、17bの材料としては、非磁
性の合金(非磁性のSUS)やプラスチックが用いられ
る。
As the material of the screws 17a and 17b, nonmagnetic alloy (nonmagnetic SUS) or plastic is used.

【0060】このような枠部分25a、25bで固定す
る理由は、トーションバー6を軸として、ガルバノミラ
ーの外枠と内部ミラーとは相反する方向への力が働くた
め、この力を安定してミラーに加えるためには、外枠部
分での振動力がもっとも働く部分を固定することが好ま
しいからである。
The reason why the frame portions 25a and 25b are fixed is that the torsion bar 6 serves as an axis and a force acts in the directions opposite to each other between the outer frame and the inner mirror of the galvanometer mirror, so that this force is stabilized. This is because, in order to apply it to the mirror, it is preferable to fix the portion of the outer frame portion where the vibration force is most exerted.

【0061】このような非磁性のビス17a、17bで
あれば、強力なSm−Co磁石を用いても、ひきつけら
れてミラーを破損するといった問題を起こすことがなか
った。
With such non-magnetic screws 17a and 17b, even if a strong Sm-Co magnet was used, there was no problem of being attracted and damaging the mirror.

【0062】また、トーションバー6に近い枠部分で固
定しようとすると、トーションバー6に応力が働いて、
折れやすいことも判り本実施の形態の有効性が認められ
た。
When the frame is close to the torsion bar 6, a stress acts on the torsion bar 6,
It was also found to be easily broken, and the effectiveness of this embodiment was confirmed.

【0063】(第2の実施の形態)先の実施の形態で
は、非磁性のビス17a、17bを用いて光学ユニット
箱体26に固定したが、より好ましくはビス17a、1
7bとガルバノミラー14の間に 緩衝材になる弾性体
18a、18b、たとえばシリコーンゴムのOリングと
いったものを挿入しておくとよい。この様子を図4
(a)にしめす。図4(b)は取り付け部の拡大図であ
る。
(Second Embodiment) In the previous embodiment, the non-magnetic screws 17a and 17b were used to fix the optical unit box 26, but it is more preferable to use the screws 17a and 1b.
It is advisable to insert elastic bodies 18a and 18b, which serve as cushioning materials, such as an O-ring made of silicone rubber, between the 7b and the galvano mirror 14. Figure 4
Shown in (a). FIG. 4B is an enlarged view of the mounting portion.

【0064】通常ビスを締めると、ビスの頭の裏の一箇
所がミラーの外枠とあたり、応力の一点集中を生じる。
本実施の形態によれば、ビス17a、17bの締め付け
力が一点に集中することなく、分散されるので半導体基
板内に応力が生じにくく割れが防止できる (第3の実施の形態)先の実施の形態では、光学ユニッ
ト箱26の構造からすると、ガルバノミラー14の取り
付けに際してビスの締める方向が、箱の壁と干渉してや
や締め難いものとなる。
Normally, when the screw is tightened, one point on the back of the head of the screw comes into contact with the outer frame of the mirror, and one point of stress is concentrated.
According to this embodiment, the tightening force of the screws 17a and 17b is dispersed without concentrating at one point, so that stress is unlikely to occur in the semiconductor substrate and cracking can be prevented (third embodiment). In the above configuration, the structure of the optical unit box 26 makes the tightening direction of the screws when mounting the galvanometer mirror 14 interfere with the wall of the box, making it somewhat difficult to tighten.

【0065】そこで本実施の形態では、図5(b)に示
すごとくガルバノミラー14の取り付けを予め光学ユニ
ット箱26に設けられたガイドレール20と、抑えバネ
21とで固定するものである。図5(a)は光学ユニッ
ト箱の全体図である。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5 (b), the galvano mirror 14 is fixed by the guide rail 20 provided in advance in the optical unit box 26 and the pressing spring 21. FIG. 5A is an overall view of the optical unit box.

【0066】ガイドレール20の内側の一面が光学系と
しての位置決め面としてはたらき、抑えバネはこの面に
ガルバノミラーを押し付ける方向に働く。この場合、バ
ネの弾性で、固定されているため、光学ユニット26に
外力が働いてもその力をガイドレール20の中でスラス
トして逃がすことができるか、バネ21で吸収すること
ができるので、光学ユニット26に働く衝撃力に対して
耐性の増す利点がある。
One surface on the inside of the guide rail 20 functions as a positioning surface as an optical system, and the holding spring works in the direction of pressing the galvanometer mirror on this surface. In this case, since the elasticity is fixed by the spring, even if an external force acts on the optical unit 26, the force can be thrust and released in the guide rail 20, or can be absorbed by the spring 21. The advantage is that the resistance against the impact force acting on the optical unit 26 increases.

【0067】(第4の実施の形態)本実施の形態では、
光学ユニット箱26とガルバノミラー14との間の接着
を行うことで、固定するものである。この様子を図6
(a)と拡大図6(b)に示す。この場合、用いる接着
剤27は、シリコーン系のものが好ましくかつ常温硬化
型のものが便利である。多くの接着剤が熱硬化型として
存在するが、熱履歴を与えると温度が下がった状態で
は、ガルバノミラー14に応力を与えてしまうので、好
ましくない。
(Fourth Embodiment) In the present embodiment,
The optical unit box 26 and the galvanometer mirror 14 are fixed by adhering them. This state is shown in FIG.
It is shown in (a) and enlarged view 6 (b). In this case, the adhesive 27 used is preferably a silicone-based adhesive, and a room temperature curable adhesive is convenient. Many adhesives exist as a thermosetting type, but when heat history is applied, stress is applied to the galvano mirror 14 when the temperature is lowered, which is not preferable.

【0068】また、アクリル系の接着剤等は揮発分でミ
ラーが白濁してしまうので、好ましくない。
Acrylic adhesives and the like are not preferable because the mirrors become cloudy due to volatile components.

【0069】シリコーン系の接着剤は、硬化後も弾性を
有するため、光学ユニット箱26に外力が生じてもそれ
が直接ガルバノミラー14に波及しないようにすること
ができる。
Since the silicone adhesive has elasticity even after being hardened, even if an external force is generated in the optical unit box 26, it can be prevented from directly affecting the galvano mirror 14.

【0070】このように、上記各実施の形態にかかる光
学ユニット箱(光学ユニット)の組み立て方法、及びそ
のような組み立て方法によって完成された光学ユニット
箱(光学ユニット)によれば、シリコーン基板を用いて
作成されたプレナー型ガルバノミラーを組み込んだ光学
ユニットにとって、ガルバノミラーを破損させることな
く確実に組み付けることができるようになり、さらに、
完成品としての光学ユニットに関しても、落下等の外力
による衝撃に対し十分な強度や耐久性が保証されるよう
になる。
As described above, according to the method of assembling the optical unit box (optical unit) according to each of the above embodiments and the optical unit box (optical unit) completed by such an assembling method, the silicone substrate is used. For the optical unit incorporating the planar type galvano mirror created by the above, it will be possible to assemble securely without damaging the galvano mirror, and further,
With regard to the optical unit as a finished product, sufficient strength and durability against an impact due to an external force such as dropping can be guaranteed.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガルバノミラーを組み込んだ光学ユニットにとって、耐
衝撃性と組み立て容易性とを両立して向上することがで
きるようになる。
As described above, according to the present invention,
For an optical unit incorporating a galvanometer mirror, both impact resistance and ease of assembly can be improved at the same time.

【0072】そしてその結果、半導体基板に形成され強
力な磁石を用いるガルバノミラーが従来のものに比べて
極めて小型なものとすることができるようになり、延い
てはレーザ光を偏光走査するレーザスキャニングシステ
ムの小型化を達成できるようになる。また、落下等の衝
撃にもつよく所望の固有振動数を維持して組み立てるこ
とが可能となる。
As a result, the galvano mirror formed on the semiconductor substrate and using a strong magnet can be made extremely small as compared with the conventional one, and by extension, laser scanning for polarization scanning laser light. The miniaturization of the system can be achieved. In addition, it is possible to assemble while maintaining a desired natural frequency well against impact such as dropping.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態にかかるガルバノミ
ラーの製造工程を説明する図。
FIG. 1 is a diagram illustrating a manufacturing process of a galvano mirror according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同実施の形態にかかる光学ユニットの組み立て
方法を説明する図。
FIG. 2 is a view for explaining a method of assembling the optical unit according to the same embodiment.

【図3】同実施の形態にかかる光学ユニットを説明する
図。
FIG. 3 is a diagram illustrating an optical unit according to the same embodiment.

【図4】本発明の第2の実施の形態にかかる光学ユニッ
トを説明する図。
FIG. 4 is a diagram illustrating an optical unit according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施の形態にかかる光学ユニッ
トを説明する図。
FIG. 5 is a diagram illustrating an optical unit according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施の形態にかかる光学ユニッ
トを説明する図。
FIG. 6 is a diagram illustrating an optical unit according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】ガルバノミラーの一例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an example of a galvanometer mirror.

【図8】図7のA−A’断面図。8 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG.

【図9】ガルバノミラーの動作原理を説明する図。FIG. 9 is a diagram illustrating the operating principle of a galvanometer mirror.

【図10】ガルバノミラーの永久磁石による磁束密度分
布の計算モデル図。
FIG. 10 is a calculation model diagram of a magnetic flux density distribution by a permanent magnet of a galvanometer mirror.

【図11】磁束密度分布位置を示す図。FIG. 11 is a diagram showing magnetic flux density distribution positions.

【図12】磁束密度分布の計算結果を示す図。FIG. 12 is a diagram showing a calculation result of a magnetic flux density distribution.

【図13】可動板の変位量と電流量との計算結果を示す
グラフ。
FIG. 13 is a graph showing the calculation result of the amount of displacement of the movable plate and the amount of current.

【図14】トーションバー及び可動版の撓み量の計算モ
デル図。
FIG. 14 is a calculation model diagram of deflection amounts of a torsion bar and a movable plate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガルバノミラー 10,11 磁石 14 ガルバノミラーの支持体 17 非磁性ビス 18 緩衝材 19 光学ユニット箱の支持部 20 光学ユニット箱のレール 21 バネ 22 レーザー 23,24 レンズ 27 接着剤 1 Galvo mirror 10,11 magnet 14 Galvo mirror support 17 Non-magnetic screw 18 cushioning material 19 Optical unit box support 20 Optical unit box rail 21 spring 22 laser 23, 24 lens 27 Adhesive

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板に、平板状の可動板と該可動板
を半導体基板に対して基板上下方向に揺動可能に軸支す
るトーションバーとを一体形成し、前記可動板の周縁部
に通電により磁界を発生する平面コイルを敷設し、該平
面コイルで囲まれる可動板中央部に反射鏡を設ける一
方、半導体基板の下面に下側支持体を設け、半導体基板
の上面には少なくとも可動板上方を開放した上側支持体
を設け、前記トーションバーの軸方向と平行な可動板の
対辺の平面コイル部に磁界を作用させる互いに対をなす
永久磁石を前記上下支持体に固定する構成としたプレー
ナー型ガルバノミラーを走査装置として組み込んだ光学
ユニットの組み立て方法であって、 該光学ユニットへのプレーナー型ガルバノミラーの取り
付けを非磁性のビスで行うことを特徴とする光学ユニッ
トの組み立て方法。
1. A semiconductor substrate is integrally formed with a flat movable plate and a torsion bar for pivotally supporting the movable plate with respect to the semiconductor substrate in a vertical direction of the substrate, and a peripheral portion of the movable plate. A plane coil that generates a magnetic field when energized is laid, and a reflector is provided in the center of the movable plate surrounded by the plane coil, while a lower support is provided on the lower surface of the semiconductor substrate and at least the movable plate is provided on the upper surface of the semiconductor substrate. A planer having a structure in which an upper support having an open upper side is provided, and permanent magnets paired with each other for applying a magnetic field to the flat coil portion on the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar are fixed to the upper and lower supports. A method of assembling an optical unit in which a type galvanometer mirror is incorporated as a scanning device, wherein the planar type galvanometer mirror is attached to the optical unit with a non-magnetic screw. How to assemble the optical unit.
【請求項2】半導体基板に、平板状の可動板と該可動板
を半導体基板に対して基板上下方向に揺動可能に軸支す
るトーションバーとを一体形成し、前記可動板の周縁部
に通電により磁界を発生する平面コイルを敷設し、該平
面コイルで囲まれる可動板中央部に反射鏡を設ける一
方、半導体基板の下面に下側支持体を設け、半導体基板
の上面には少なくとも可動板上方を開放した上側支持体
を設け、前記トーションバーの軸方向と平行な可動板の
対辺の平面コイル部に磁界を作用させる互いに対をなす
永久磁石を前記上下支持体に固定する構成としたプレー
ナー型ガルバノミラーを走査装置として組み込んだ光学
ユニットの組み立て方法であって、 該光学ユニットへのプレーナー型ガルバノミラーの取り
付けを弾性体緩衝材を介して非磁性のビスで行うことを
特徴とする光学ユニットの組み立て方法。
2. A semiconductor substrate is integrally formed with a flat plate-shaped movable plate and a torsion bar which pivotally supports the movable plate with respect to the semiconductor substrate in the vertical direction of the substrate, and a peripheral portion of the movable plate. A plane coil that generates a magnetic field when energized is laid, and a reflector is provided in the center of the movable plate surrounded by the plane coil, while a lower support is provided on the lower surface of the semiconductor substrate and at least the movable plate is provided on the upper surface of the semiconductor substrate. A planer having a structure in which an upper support having an open upper side is provided, and permanent magnets paired with each other for applying a magnetic field to the flat coil portion on the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar are fixed to the upper and lower supports. A method of assembling an optical unit in which a type galvanometer mirror is incorporated as a scanning device, wherein a planar type galvanometer mirror is attached to the optical unit via a non-magnetic viscous material through an elastic cushioning material. A method of assembling an optical unit, which is characterized in that
【請求項3】半導体基板に、平板状の可動板と該可動板
を半導体基板に対して基板上下方向に揺動可能に軸支す
るトーションバーとを一体形成し、前記可動板の周縁部
に通電により磁界を発生する平面コイルを敷設し、該平
面コイルで囲まれる可動板中央部に反射鏡を設ける一
方、半導体基板の下面に下側支持体を設け、半導体基板
の上面には少なくとも可動板上方を開放した上側支持体
を設け、前記トーションバーの軸方向と平行な可動板の
対辺の平面コイル部に磁界を作用させる互いに対をなす
永久磁石を前記上下支持体に固定する構成としたプレー
ナー型ガルバノミラーを走査装置として組み込んだ光学
ユニットの組み立て方法であって、 該光学ユニットへのプレーナー型ガルバノミラーの取り
付けを落とし込みレールと、抑えバネとによって行うこ
とを特徴とする光学ユニットの組み立て方法。
3. A semiconductor substrate is integrally formed with a flat plate-shaped movable plate and a torsion bar which pivotally supports the movable plate with respect to the semiconductor substrate in a vertical direction of the substrate, and a peripheral portion of the movable plate. A plane coil that generates a magnetic field when energized is laid, and a reflector is provided in the center of the movable plate surrounded by the plane coil, while a lower support is provided on the lower surface of the semiconductor substrate and at least the movable plate is provided on the upper surface of the semiconductor substrate. A planer having a structure in which an upper support having an open upper side is provided, and permanent magnets paired with each other for applying a magnetic field to the flat coil portion on the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar are fixed to the upper and lower supports. A method of assembling an optical unit in which a type galvanometer mirror is incorporated as a scanning device, wherein the mounting of the planar type galvanometer mirror on the optical unit is performed by using a rail and a pressing spring. A method of assembling an optical unit, which is characterized in that
【請求項4】半導体基板に、平板状の可動板と該可動板
を半導体基板に対して基板上下方向に揺動可能に軸支す
るトーションバーとを一体形成し、前記可動板の周縁部
に通電により磁界を発生する平面コイルを敷設し、該平
面コイルで囲まれる可動板中央部に反射鏡を設ける一
方、半導体基板の下面に下側支持体を設け、半導体基板
の上面には少なくとも可動板上方を開放した上側支持体
を設け、前記トーションバーの軸方向と平行な可動板の
対辺の平面コイル部に磁界を作用させる互いに対をなす
永久磁石を前記上下支持体に固定する構成としたプレー
ナー型ガルバノミラーを走査装置として組み込んだ光学
ユニットの組み立て方法であって、 該光学ユニットへのプレーナー型ガルバノミラーの取り
付けを接着で行うことを特徴とする光学ユニットの組み
立て方法。
4. A semiconductor substrate is integrally formed with a flat plate-shaped movable plate and a torsion bar that pivotally supports the movable plate with respect to the semiconductor substrate in a vertical direction of the substrate, and a peripheral portion of the movable plate. A plane coil that generates a magnetic field when energized is laid, and a reflector is provided in the center of the movable plate surrounded by the plane coil, while a lower support is provided on the lower surface of the semiconductor substrate and at least the movable plate is provided on the upper surface of the semiconductor substrate. A planer having a structure in which an upper support having an open upper side is provided, and permanent magnets paired with each other for applying a magnetic field to the flat coil portion on the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar are fixed to the upper and lower supports. A method for assembling an optical unit incorporating a galvanometer mirror as a scanning device, wherein the planar galvanometer mirror is attached to the optical unit by adhesion. How to assemble the unit.
【請求項5】請求項1〜4のうち何れか1項に記載の光
学ユニットの組み立て方法において、 前記プレーナー型ガルバノミラーを光学ユニットに固定
する部分が、少なくともトーションバーを有しない枠部
分であることを特徴とする光学ユニットの組み立て方
法。
5. The method of assembling the optical unit according to claim 1, wherein a portion for fixing the planar type galvanometer mirror to the optical unit is at least a frame portion having no torsion bar. A method for assembling an optical unit, which is characterized in that
【請求項6】請求項1〜5のうち何れか1項に記載の方
法によって組み立てられた光学ユニット。
6. An optical unit assembled by the method according to claim 1.
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