JP2005099063A - Deflection actuator, optical scanning element, and light receiving scanning element - Google Patents

Deflection actuator, optical scanning element, and light receiving scanning element Download PDF

Info

Publication number
JP2005099063A
JP2005099063A JP2000376549A JP2000376549A JP2005099063A JP 2005099063 A JP2005099063 A JP 2005099063A JP 2000376549 A JP2000376549 A JP 2000376549A JP 2000376549 A JP2000376549 A JP 2000376549A JP 2005099063 A JP2005099063 A JP 2005099063A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light receiving
deflection
movable part
scanning element
wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000376549A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Saito
利夫 斉藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Miwa Engineering Corp
Original Assignee
Miwa Engineering Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Miwa Engineering Corp filed Critical Miwa Engineering Corp
Priority to JP2000376549A priority Critical patent/JP2005099063A/en
Priority to PCT/JP2001/010454 priority patent/WO2002048022A1/en
Publication of JP2005099063A publication Critical patent/JP2005099063A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00095Interconnects
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/085Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by electromagnetic means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/04Optical MEMS
    • B81B2201/042Micromirrors, not used as optical switches
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0109Bridges

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
  • Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a deflection actuator which realizes a large deflection angle with a relatively low current and a low frequency signal and is inexpensive, can be mass-produced and has a long lifetime. <P>SOLUTION: Doubly supported beams 4 and 4 are constituted like a sheet by using materials which can be made into sheets, like a polyimide, and parts are adhered to the moving part of a deflection part 3. Since the moving part 3 and the doubly supported beams 4 and 4 are constituted like a sheet by using the materials which can be made into sheets, a large twist angle is obtained, and frequency reduction is possible to lead to a low power consumption. A current to a flat coil 2 of the moving part 3 is supplied through suspended wiring 20. Therefore, damages or fatigue wire breakage resulting from the metal fatigue of wiring are avoided to extend the lifetime. A constitution of having no wiring in the parts of beams may also be adopted. Further, since the parts of the deflection part are adhered, no large-scale facility is required to make this deflection actuator applicable to various uses. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光学系装置のスキャンニングシステムや画像認識追従システム等に好適な偏向アクチュエータ、光走査素子、及び受光走査素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
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、種々の機器が高機能化と共に小型化されており、ポリゴンミラーや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においても同様である。その一例として、レーザ顕微鏡等のレーザ応用機器が挙げられる。
【0003】
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ある。その原理は、次のとおりである。すなわち、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ローレンツ力(電流と磁束の外積値で求められる)が発生し、固定端を中心軸とした回転力(トルク)が生じる。このトルクと応力(復元力)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ガルバノミラーは利用したものであり、可動コイルと一体に回動する軸に、上記指針の代わりに反射鏡を設けて構成される。
【0004】
これらレーザスキャニングシステム等に対して、より一層の小型化の要求がある。
【0005】
そこで、上記要求に応えるべく、例えば、特許公報第2722314号(第1従来技術と称す。)には、半導体製造技術を応用したプレーナー型ガルバノミラーが開示されており、これによれば、後述するように、半導体製造プロセスを利用して半導体基板にミラー可動部が形成されている(可動板、一対のトーションバー(両持ち梁)等がシリコン基板と同一の材料からなっている)ので、ガルバノミラーが従来のものと比較して極めて小型化できると共に、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が可能となる。
【0006】
プレーナー型ガルバノミラー101は、図14及び図15に示すように、シリコン基板102の上下面に、上側及び下側絶縁基板103及び104を陽極接合した3層構造を有し、上側絶縁基板103は、可動板105の上方部分を開放するように上記シリコン基板102の左右端に積層されている。上記シリコン基板102には、平板状の上記可動板105と、この可動板105の中心位置で上記シリコン基板102に対して基板上下方向に揺動可能に上記可動板105を軸支するトーションバー106・106(両持ち梁)とが異方性エッチングにより一体形成されている。このように、上記可動板105および上記トーションバー106・106は、上記シリコン基板102と同一材料からなっている。また、上記可動板105の略中央に反射鏡108が設けられている。
【0007】
上記可動板105の上面周縁部には、通電により磁界を発生する平面コイル107が絶縁被膜で覆われて設けられている。上記各トーションバー106の側方上面には、トーションバー106を介して上記平面コイル107と電気的に接続する電極端子109が設けられている。また、上記平面コイル107において上記トーションバー106の軸方向と平行な位置関係にあるコイル部分に磁界を作用するように永久磁石110A・110B・111A・111Bが設けられている。
【0008】
上記プレーナー型ガルバノミラー101の動作を図16を参照しながら、以下に説明する。
【0009】
図16において、一方の電極端子109を+極、他方の電極端子109を−極として平面コイル107に電流を流す。可動板105の両側では、永久磁石110A・110B・111A・111Bによって上記平面コイル107を横切るような方向に磁界が形成される。この磁界中の平面コイル107に電流が流れると、平面コイル107の電流と磁束密度とに応じて平面コイル107、即ち可動板105の両端に、フレミングの左手の法則に従った方向にローレンツ力Fが作用する。
【0010】
一方、可動板105が回動することによって、トーションバー106・106は捩られ、これにより発生するトーションバー106の応力F’と可動板105の捩れ角φの関係は、次式(1) を満足する。
【0011】
φ=(Mx/G・lp)=(F’・L/8.5 ×109 4 )×l1 …(1)
ただし、上記(1) 式において、Mxは捩じりモーメントを表し、Gは横弾性係数を表し、lpは極断面二次モーメントを表し、Lはトーションバー106の中心軸から力点までの距離を表し、rはトーションバー106の半径を表し、l1 はトーションバー106の長さを表す。
【0012】
そして、上記ローレンツ力Fと上記応力F’(復元力)とがつりあう位置まで可動板105が回動して静止する。したがって、平面コイル107に流す電流を制御することによって、可動板105の捩れ角φを制御できる。例えば、トーションバー106・106の軸に対して垂直な面内において反射ミラー108に入射するレーザ光の反射方向を自由に制御でき、反射ミラー108の捩れ角を連続的に反復動作させれば、レーザ光のスキャンが可能となる。
【0013】
また、他の従来例として、例えば公開特許公報である特開平11−242180号公報(第2従来技術と称す。)には、配線などの電気要素の劣化を防止し、長期的に電気要素の信頼性を維持可能な光スキャナが開示されている。
【0014】
これによれば、自由端が振動される構造体と、この構造体の自由端に対向配置される永久磁石とを有し、該構造体は、固定端である支持体と、ミラーとしての反射面が設けられた可動板と、該支持体と可動板とを連結する板バネ状の弾性部材から構成されている。この可動板には、その周縁近傍を周回するようにコイルが設けられ、このコイルの内周部に位置するコイル端部からはコイルを跨ぐように配線が形成され、上記弾性部材に設けられた配線を経由して電極パッドに接続されている。一方、コイルの外周部に位置するコイル端部は、そのまま弾性部材に設けられた配線により他の電極パッドに接続されている。
【0015】
上記の光スキャナは、上記構成において、上記弾性部材を複数のポリイミド層から形成し、上記コイルに電流を印加するための上記配線を、上記弾性部材の厚み方向において略二等分の位置(弾性部材の弾性変形による応力が小さい位置)に設けたことを特徴としている。これにより、配線は、捩れ半径の小さい場所に配位されることになるので、上記弾性部材の回動に伴う度重なる捩れにより配線が損傷したり断線したりすることを緩和できる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術は、次のような問題点を有している。
【0017】
すなわち、上記の第1従来技術では、上記可動板105は、その物理的な条件(トーションバー106のバネ定数kと可動板105の慣性質量J)に支配される機械的共振周波数ω(=(k/J)1/2 )を有している。つまり、上記バネ定数kはトーションバー106の形状と材質で決まり、上記慣性質量Jも可動板105の形状と比重で定まるので、上記機械的共振周波数ωも、これらの物理的条件で決まる。例えば、シリコンで上記部材が形成されている場合、シリコンが軽いので、慣性質量Jが小さく、したがって、機械的共振周波数ωも高くなり、高速回動が可能であるばかりでなく、駆動エネルギも極めて小さくて済む。
【0018】
しかしながら、上記可動板105は、その機械的共振周波数ωに一致した場合に、大きな捩れ角(偏向角)が得られるが、上記の機械的共振周波数ωに一致していない場合には、上記のような大きな捩れ角は得られない。
【0019】
また、設計上物理的条件から、上記機械的共振周波数ωとして1000Hz以上のものが製作し易く、低い周波数への対応は難しい。用途によっては、2次元に偏向する場合、高い周波数と低い周波数(50Hz〜100Hz)の両方に対応することが要求されることもある。このような場合、上記第1従来技術では低い周波数への対応ができなくなる。
【0020】
また、上記の第1従来技術では、半導体製造プロセスにより生産されるので、大がかりな製造設備を備えた工場でしか製造できないし、少ロット生産の効率が悪くコスト高を招来する。また、一連のプロセスで製造するため、反射鏡を他の光学部品(例えば、プリズム、レンズ、CCD、MOS撮像素子、及び焦電素子等の他の光学部品)に置き替えることができない等の応用利用ができない。また、上記第2従来技術では、上記配線を複数層のポリイミド内に収めているので、製造工程が多く必要であり、全体として非常に煩雑なものとなると共に製造コストの高騰を招来していた。
【0021】
さらに、上記の第1従来技術では、トーションバー106の捩れが繰り返されることにより、大きな偏向角でスキャンさせると、大きな応力がリードパターンに作用し、損傷、疲労断線してしまう。そこで、この対策として、上記第2従来技術では、配線(リードパターン)を略二等分の位置に配位している。
【0022】
しかしながら、上記第2従来技術では、上記第1従来技術の場合よりも配線(上記第1従来技術のリードパターンに対応する。)の寿命は長くなるものの、可動部に配線していることに変わりはない。さらに、半導体プロセスで一体成形するので、上記の第1従来技術と同様に、反射鏡を他の物と取り替えることができない。
【0023】
また、近年、携帯電話等に利用されるための電子式小型撮像装置が普及しつつあるが、特定の対象物に追従する装置を構成するためには、現在のポリゴンミラー等の技術では大きなスペースと電力を必要とする。
【0024】
本発明では上記の問題を解決し、小型で、製造コストの低減化された高寿命の偏向アクチュエータ等を提供するものである。
【0025】
【課題を解決するための手段】
本発明の偏向アクチュエータは、上記課題を解決するために、表面を保護膜で覆われたコイルを表面に形成し、このコイルの形成部分を可動部とし、両持ち梁で軸支され、その両持ち梁の他端を固定部としたシートを構造材とし、その構造材の周囲に磁界発生手段を備えたものである。
【0026】
上記の発明によれば、偏向アクチュエータの構成材料を単一のシートを構造材とすることにより構造が簡素化され製作工程が従来よりも低減される。また、梁に作用する極断面二次モーメントlpは、その値が小さいほど捩れ角φは大きくなる。四角柱の極断面二次モーメントlpは、梁の厚みをbとし、幅をhとすると、bh(b2 +h2 )/12で求めることができるが、シート構造とすることにより、b≪hとなり、h2 に対してb2 は無視できる値となるので、lp=bh3 /12となる。そして、bは小さな値になるのでlpも小さくなり、捩れ角φは大きくなる。さらに、hの値を設定することにより、捩れ角φの設計が可能となる。
【0027】
したがって、安価で小型で共振周波数を意識することなく、低周波交流電流による駆動で比較的大きな偏向角で、偏向ができる偏向電磁アクチュエータを実現できる。しかも、低消費電力化が図れる。
【0028】
上記の偏向電磁アクチュエータの可動部の絶縁物に反射鏡を接着することで光走査素子を実現できる。この場合、上記の偏向電磁アクチュエータに反射鏡が接着されるので、LEDから集光された光やレーザー光等を偏向するミラー偏向電磁アクチュエータ(光走査素子)が、安価で小型で低周波交流電流で駆動可能な製品として提供できる。
【0029】
上記反射鏡はシリコン基板で作成されることが好ましい。この場合、反射鏡をシリコン基板で作製することにより、現存の半導体技術が利用でき、比較的安価で品質の揃ったもの(例えば、凹凸差が0.5μm以下の高平坦度のもの)が簡単に入手できる。したがって、コスト低減が可能であると共に高精度(高品質)なシリコンミラー偏向電磁アクチュエータ(光走査素子)を提供できる。しかも、アルミニウムや反射防止膜等の薄膜の形成技術が充実しており、この充実した技術が利用できる。
【0030】
上記偏向アクチュエータの可動部の絶縁物に受光素子への配線をコイルと共に敷設し、小型パッケージに封入された上記受光素子を上記可動部へ接着すると共に電気的に接続して受光走査素子を実現できる。
【0031】
そして、本発明の特徴として、製造工程の中で、偏向アクチュエータの可動部に各種部品を接着することが挙げられる。これにより、様々な偏向アクチュエータが実現できる。つまり、大がかりな製造設備が不要で、製造工程が少なく、非常に簡素で、しかも、単価が安く、小型化が可能な製品を確実に量産できる。したがって、一般的に生産されている受光素子を接着して本発明の偏向アクチュエータにより偏向することにより、現在半導体技術で生産されている数多くの種類の半導体受光素子の機能を効果的に発揮させることができる。例えば、二次元画像を受光し、偏向することにより、三次元情報が得られる画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。
【0032】
上記受光走査素子において、レンズを含む光学系が上記受光素子の上記小型パッケージに組み込まれていることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータにレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれたものを接着することにより、超小型の撮像偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し、三次元形状記憶センサを実現することができる。
【0033】
上記画像受光偏向電磁アクチュエータ受光走査素子において、上記受光素子が電荷結合素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されている電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った汎用画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。
【0034】
上記画像受光偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子がMOS撮像素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されている電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った低消費電力型画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。
【0035】
上記画像受光偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が焦電素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在自動ドアや便所の自動水流しシステム等に使用されている焦電素子を接着することにより、生物や火気の広範囲のセンシングが可能な赤外線受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。
【0036】
上記撮像偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が光学系部品一体型の電荷結合素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されているレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれた電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った超小型の汎用撮像偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し三次元形状記憶センサを実現できる。
【0037】
上記撮像偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が光学系部品一体型のMOS撮像素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されているレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれたMOS撮像素子を接着することにより、安価で品質の揃った超小型の低消費電力型偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し三次元形状記憶センサを実現できる。
【0038】
本発明の他の偏向アクチュエータは、上記課題を解決するために、薄型永久磁石を接着した平面を可動部とし、両持ち梁で軸支され、この両持ち梁の他端を固定部としたシートを構造材とし、この構造材の周囲に磁界発生手段としてコイルを備えたものである。
【0039】
上記の発明によれば、磁界発生手段として可動部には配線を必要としない永久磁石を配置し、周辺の固定された部分にコイルを配置することにより、可動部に設けられた永久磁石の磁界と、この可動部外の固定部に設けられたコイルに通電された電流に基づいて発生した磁界とが反発し、上記可動部は、この可動部を軸支する一対の両持ち梁を軸として回動する。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の電磁アクチュエータを提供できる。
【0040】
上記の偏向電磁アクチュエータの可動部の絶縁物に反射鏡を接着して光走査素子を実現できる。この場合、上記の偏向電磁アクチュエータに反射鏡が接着されるので、LEDから集光された光やレーザー光等を偏向するミラー偏向電磁アクチュエータ(光走査素子)が、安価で小型で低周波交流電流で駆動可能な製品として提供できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命のミラー偏向電磁アクチュエータ(光走査素子)を提供できる。
【0041】
上記光走査素子において、上記反射鏡はシリコン基板で作成されていることが好ましい。この場合、反射鏡をシリコン基板で作製することにより、現存の半導体技術が利用でき、比較的安価で品質の揃ったもの(例えば、凹凸差が0.5μm以下の高平坦度のもの)が簡単に入手できる。したがって、コスト低減が可能であると共に高精度(高品質)なミラー偏向電磁アクチュエータ(光走査素子)を提供できる。しかも、アルミニウムや反射防止膜等の薄膜の形成技術が充実しており、この充実した技術が利用できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命のシリコンミラー偏向電磁アクチュエータを提供できる。
【0042】
上記の偏向電磁アクチュエータの可動部の絶縁物に受光素子への配線をコイルと共に敷設し、小型パッケージに封入された上記受光素子を上記可動部へ接着すると共に電気的に接続されて受光走査素子を実現できる。
【0043】
そして、本発明の特徴として、製造工程の中で、偏向アクチュエータの可動部に各種部品を接着することが挙げられる。これにより、様々な偏向アクチュエータが実現できる。つまり、大がかりな製造設備が不要で、製造工程が少なく、非常に簡素で、しかも、単価が安く、小型化が可能な製品を確実に量産できる。したがって、一般的に生産されている受光素子を接着して本発明の偏向アクチュエータにより偏向することにより、現在半導体技術で生産されている数多くの種類の半導体受光素子の機能を効果的に発揮させることができる。例えば、二次元画像を受光し、偏向することにより、三次元情報が得られる画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できる。
【0044】
上記受光走査素子において、レンズを含む光学系が上記受光素子の上記小型パッケージに組み込まれていることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータにレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれたものを接着することにより、超小型の撮像偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し、三次元形状記憶センサを実現することができる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の撮像偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できる。
【0045】
上記画像受光偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が電荷結合素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されている電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った汎用画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の汎用画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できる。
【0046】
上記画像受光偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子がMOS撮像素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されているMOS撮像素子を接着することにより、低消費電力で安価で品質の揃った低消費電力型画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の低消費電力型画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できる。
【0047】
上記画像受光偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が焦電素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在自動ドアや便所の自動水流しシステム等に使用されている焦電素子を接着することにより、生物や火気の広範囲のセンシングが可能な赤外線受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の赤外線受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できる。
【0048】
上記撮像偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が光学系部品一体型の電荷結合素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されている電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った汎用画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の汎用撮像偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できる。
【0049】
上記撮像偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が光学系部品一体型のMOS撮像素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されているレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれたMOS撮像素子を接着することにより、安価で品質の揃った超小型の低消費電力型偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し三次元形状記憶センサを実現できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の低消費電力型偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できる。
【0050】
本発明の更に他の偏向アクチュエータは、上記課題を解決するために、表面を保護膜で覆われた電極を表面に形成し、電極形成部分を可動部とし、両持ち梁で軸支され、この両持ち梁の他端を固定部としたシートを構造材とし、この構造材の可動部電極の対面に他の電極を備えたものである。
【0051】
上記の発明によれば、シート構造材に電極を形成することにより、既存技術であるフレキシブル基板技術を利用でき、安価で、設備投資を行うことなく偏向静電アクチュエータを実現できる。しかも、小型化が可能となる。
【0052】
上記の偏向静電アクチュエータの可動部に反射鏡を接着して光走査素子を実現できる。この場合、上記の偏向静電アクチュエータに反射鏡が接着されるので、LEDから集光された光やレーザー光等を偏向するミラー偏向静電アクチュエータ(光走査素子)が、安価で小型で低周波交流電流で駆動可能な良い製品として提供できる。
【0053】
上記光走査素子において、上記反射鏡はシリコン基板で作成されていることが好ましい。この場合、反射鏡をシリコン基板で作製することにより、現存の半導体技術が利用でき、比較的安価で品質の揃ったもの(例えば、凹凸差が0.5μm以下の高平坦度のもの)が簡単に入手できる。したがって、コスト低減が可能であると共に高精度(高品質)なシリコンミラー偏向静電アクチュエータ(光走査素子)を提供できる。しかも、アルミニウムや反射防止膜等の薄膜の形成技術が充実しており、この充実した技術が利用できる。
【0054】
上記の偏向静電アクチュエータの可動部の絶縁物に受光素子への配線をコイルと共に敷設し、小型パッケージに封入された上記受光素子を上記可動部へ接着すると共に電気的に接続されて受光走査素子を実現できる。
【0055】
この場合、偏向静電アクチュエータの可動部に各種部品を接着することにより、様々な偏向静電アクチュエータが実現できる。つまり、大がかりな製造設備が不要で、製造工程が少なく、非常に簡素で、しかも、単価が安く、小型化が可能な製品を確実に量産できる。したがって、一般的に生産されている受光素子を接着して本発明の偏向静電アクチュエータにより偏向することにより、現在半導体技術で生産されている数多くの種類の半導体受光素子の機能を効果的に発揮させることができる。例えば、二次元画像を受光し、偏向することにより、三次元情報が得られる画像受光偏向静電アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。
【0056】
上記の受光走査素子において、レンズを含む光学系が上記受光素子の上記小型パッケージに組み込まれていることが好ましい。この場合、上記静電アクチュエータにレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれたものを接着することにより、超小型の撮像偏向静電アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し、三次元形状記憶センサを実現することができる。
【0057】
上記画像受光偏向静電アクチュエータにおいて、上記受光素子が電荷結合素子であることが好ましい。この場合、上記偏向静電アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されている電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った汎用画像受光偏向静電アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。
【0058】
上記画像受光偏向静電アクチュエータにおいて、上記受光素子がMOS撮像素子であることが好ましい。この場合、上記偏向静電アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されているMOS撮像素子を接着することにより、低消費電力で安価で品質の揃った低消費電力型画像受光偏向静電アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。
【0059】
上記画像受光偏向静電アクチュエータにおいて、上記受光素子が焦電素子であることが好ましい。この場合、上記偏向静電アクチュエータに現在自動ドアや便所の自動水流しシステム等に使用されている焦電素子を接着することにより、生物や火気の広範囲のセンシングが可能な赤外線受光偏向アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。
【0060】
上記撮像偏向静電アクチュエータにおいて、上記受光素子が光学系部品一体型の電荷結合素子であることが好ましい。この場合、上記偏向静電アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されている電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った超小型の汎用撮像偏向静電アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用して三次元形状記憶センサを実現することができる。
【0061】
上記撮像偏向静電アクチュエータにおいて、上記受光素子が光学系部品一体型のMOS撮像素子であることが好ましい。この場合、上記偏向静電アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されているレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれたMOS撮像素子を接着することにより、安価で品質の揃った超小型の低消費電力型撮像偏向静電アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し三次元形状記憶センサを実現できる。
【0062】
本発明の、上記いずれの偏向アクチュエータも、上記シートが、絶縁物であり、ポリイミドからなることが好ましい。この場合、既存製品であるフレキシブル基板には材料として主にポリイミドが使用されているが、この材料は良好な電気絶縁材料であり、誘電体である。また、機械的強度や寸法安定性に優れた材料である。このことは、市場で証明されていることである。したがって、これをシートの材料として利用されていることは、品質のよい偏向アクチュエータ(偏向電磁アクチュエータまたは偏向静電アクチュエータ)を提供できることを意味する。
【0063】
上記の偏向電磁アクチュエータの固定磁界発生手段は、永久磁石であることが好ましい。この場合、固定磁界発生の手段として、現在一般的な材料として普及している磁石の中で特性が良く安定したネオジウム磁石(ネオジウム、鉄、硼素)やSmCo磁石(サマリュウム、コバルト)などの磁石が比較的安価に入手可能である。これらの材料を利用することにより安価で特性の安定した電磁アクチュエータが提供可能となる。
【0064】
上記の偏向電磁アクチュエータの固定磁界発生手段は、電磁石であってもよい。この場合、固定磁界発生の手段として電磁石を使用することにより、磁界の強さを電流により可変できる。設計仕様上自由度の高い電磁アクチュエータの提供が可能となる。
【0065】
上記の偏向アクチュエータにおいて、上記可動部にレンズ一体型CMOSイメージセンサを接着することが好ましい。この場合、レンズ一体型CMOSイメージセンサを接着することにより、対象物が画面から外れることなく、受像可能な追従型の携帯小型カメラシステムを実現できる。このような小型で低消費電力の追従型カメラシステムは携帯電話等に応用でき、生活に密着した画像システムを構築できる。
【0066】
上記の偏向アクチュエータにおいて、可動部への電流供給方法として上記梁の部分をジャンパー線により回避することが好ましい。この場合、梁の部分の配線をジャンパー線(浮遊配線)にすることにより、繰り返しの捩れ力を回避できる構造が提供できる。梁の部分に配線が固定されて配置されていると、配線に可動部の回動ごとに捩れ力が作用し、剪断応力が発生する。配線は金属で形成されているため、大きな角度で回動させると金属疲労が蓄積され、損傷や断線を引き起こす原因となる。しかし、ジャンパー線で例えばカール状にブリッジすることにより、力は分散され、繰り返しの捩れ力が回避され、配線の金属疲労による劣化の問題を解決することができ、大きな角度での偏向にもかかわらず、偏向アクチュエータの長寿命化が実現できる。
【0067】
上記の偏向アクチュエータにおいて、上記梁の形状はラーメン構造であってもよい。この場合、両持ち梁は弾力的に動くことが可能となり、捩れ力が分散されるので、梁の部分に形成されている配線に加わる力も分散され、可動部が大きな偏向角度で回動されても配線に加わる力は弾性変形の範疇に収まり金属疲労の問題を解決でき、大きな偏向角で偏向させても長寿命の偏向アクチュエータを提供できる。
【0068】
本発明の更に他の偏向アクチュエータは、上記課題を解決するために、可動部表面に強誘電体を形成し、上記可動部は両持ち梁で軸支され、この両持ち梁の他端を固定部とし、この固定部表面の両面に対向する電極を備えたものである。
【0069】
上記の発明によれば、可動部の電荷発生手段を強誘電体で行うことにより、可動部に配線を通じて電圧を印加する必要がなくなり、梁の部分の配線を無くすことができる。したがって、長寿命の強誘電体式の偏向静電アクチュエータを実現できる。
【0070】
上記偏向静電アクチュエータにおいて、上記可動部にチタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ロシェル塩、りん酸アンモン、りん酸カリ、バリウムストロンチウム酸化チタン、SBLN、PZT、又はチタン酸ジルコン酸鉛のいずれかの強誘電体で表面にパターンを形成したものが好ましい。
【0071】
また、強誘電体材料は様々な電子部品に利用されていて進歩を続けている。例えば、薄膜技術の向上として均一に比較的厚みのある膜を形成することができるようになってきている。また、材料もチタン酸バリウムはもとより、BSTやPZTなど特性の良い材料が開発されている。この技術を利用すればシート上に強誘電体を形成することができ、良好な強誘電体式の偏向静電アクチュエータを提供することができる。
【0072】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図1から図6に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【0073】
偏向電磁アクチュエータに本発明を適用した場合について以下に説明する。この偏向電磁アクチュエータは、図2に示すように、シート基板6の上面及び下面にそれぞれ保護膜1a及び1bが設けられた構成を有している。シート基板6は、例えばポリイミド等のシート化可能材料でシート状に構成できるものであればよく、特に限定されるものではない。比較的弾力性のある有機絶縁材料であるポリイミドを用いた場合、脆性破壊が生じにくく、機械的共振周波数を意識することなく大きな偏向角を得ることが可能となるので、好ましい。つまり、低周波数化が可能となる。
【0074】
上記偏向電磁アクチュエータには、図2に示すように、可動部3が設けられ、この可動部3は、一対の両持ち梁4・4で軸支され、該両持ち梁4・4の他端はそれぞれ固定部とされ、上記シート基板6に一体形成されている。上記可動部3も、上記シート基板6と同じシート化可能材料でシート状に構成されたシート構造を有している。このようなシート構造は、現存のポリイミド等からなるフレキシブル基板技術が利用でき、容易に所望のものを製作できる。上記両持ち梁4・4をポリイミドで形成した場合、バネ定数がシリコンに比べて大きくなり、より小さなトルクにより大きな偏向角を実現できる。つまり、低消費電力化にもつながる。
【0075】
上記可動部3の表面上には、平面コイル2が設けられ(図3の場合、渦巻き状に設けられている。)、この平面コイル2は上記保護膜1aで覆われている。この可動部3は、また、上記保護膜1bで下面が覆われており、両持ち梁4・4の捩じれにより、回動可能となる。
【0076】
図3に示すように、可動部3は保護膜1a及び1bで上面及び下面が覆われており、平面コイル2が露出しないように構成されているので、湿気による酸化等の経時変化を確実に抑制できる。上記偏向角の制御は、平面コイル2に流す電流の大きさを制御することによって行える。
【0077】
上記可動部3は、ポリイミド等からなるフレキシブル基板技術を使用した場合、次のようにして形成する。すなわち、上記可動部3に銅箔等を接着して上記平面コイル2を形成し、上記両持ち梁4・4付近にランドを形成する。ランドはスルーホールとし、両面に平面コイル2を形成し、表・裏の回路を接続する。さらに両面に上記保護膜1a及び1bを形成する。これは、一般的な基板製作に用いられている方法である。
【0078】
それから、上記のようにして形成された平面コイル2の周囲を略コ字形状に互いに対向するように金型等で打ち抜き、溝30(図2参照)を形成させる。これにより、両持ち梁4・4を備えた上記可動部3が形成される。
【0079】
上記シート基板6において、上記両持ち梁4・4と平行な位置関係にある端面には、それぞれ永久磁石7・7が設けられている。図2は、永久磁石7・7が設けられた場合を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図4に示すように、上記永久磁石7・7の代わりに電磁石8・8が設けられた構成でもよい。なお、図2と同じ機能を有する部材については同じ参照番号を付記し、詳細な説明を省略する。
【0080】
また、効率良く磁界を発生させ、外部に磁界をできるだけ漏らさないためには、図5に示すように、純鉄のヨーク25で上記永久磁石7・7を囲い、上記永久磁石7・7が上記ヨーク25に例えば熱硬化性接着剤で接着し、アニールを施すことが好ましい。この場合、上記永久磁石7・7として、縦磁場成形品を用いる。
【0081】
本実施の形態に係る偏向電磁アクチュエータは、以上のように、表面を保護膜1で覆われた平面コイル2を表面に形成し、平面コイル2の形成部分を可動部3とし、両持ち梁4・4で軸支され、該両持ち梁4・4の他端を固定部としたシート構造材とし、その構造材の周囲に磁界発生手段(永久磁石7・7または電磁石8・8)を備えている。
【0082】
上記の偏向電磁アクチュエータによれば、上記可動部3は、ポリイミド等のシート化可能材料でシート状に構成されたシート構造を有している。例えば、ポリイミドからなるフレキシブル基板で上記可動部3を構成することができる。厚みの薄い場合には、梁の幅によりバネ定数を設計することができ、機械的共振周波数に強く制限されることなく偏向角の設計ができる。その結果、高周波信号から低周波信号まで、広範囲にわたって、上記可動部3の回動が可能となる。
【0083】
ここで、反射鏡について図6を参照しながら説明する。反射鏡31は、図6に示すように、表面粗度の小さいものが要求されるので、シリコン単結晶のウェハにアルミニウムを蒸着したアルミニウム薄膜9に、用途に合わせた使用波長帯用の反射防止膜10をコーティングすることによって得られる。この反射鏡31は、図2又は図4の可動部3に、ポリイミドからなるフレキシブル基板から構成される平面基板11に接着して形成される。
【0084】
上記シリコン単結晶のウェハを反射鏡31として使用することが好ましい理由は、現存の半導体技術が利用でき、比較的安価で品質の揃った製品が入手できる(凹凸差が0.5μm以下の高平坦度のものが入手できる。)ることにある。したがって、コスト低減が可能であると共に高精度(高品質)な反射ミラーを提供できる。しかも、アルミニウムや反射防止膜等の薄膜の形成技術が充実しており、この充実した技術が利用できる。
【0085】
次に、図1を参照しながら、上記可動部3に設けられた上記平面コイル2がどのようにして上記シート基板6の固定部である電極端子35・39に電気的に接続されるかについて説明する。なお、上記電極端子35・39を介して、上記平面コイル2に直流または交流の電気信号(電流信号または電圧信号)が印加される。
【0086】
図1に示すように、上記平面コイル2は、端部(ランド)36及び端部(ランド)37の間で渦巻き状に設けられ、上記端部36は浮遊配線20(ジャンパー線)を介して上記電極端子35に接続されている。また、上記端部37は、スルホールを介して裏面に表面と同様の平面コイルを形成し端部(ランド)38のスルーホールと浮遊配線20(ジャンパー線)を介して上記電極端子39に接続されている。このように、浮遊配線20は、両持ち梁4・4上に固定されないように設けられているので、両持ち梁4・4に回動力が作用した場合に力を分散化している。
【0087】
上記浮遊配線20は、導体であれば材質等特に限定されるものではない。また、図1には、上記浮遊配線20は、1ループさせた状態(1回巻回した状態)が示されているが、ループの回数は1回に限定されるものではなく、上記可動部3の回動および電磁波や磁界の障害にならずに回動の際に浮遊状態が保持できれば、特に限定されるものではない。
【0088】
以上のように、図1の例においては、両持ち梁4・4上に固定されたリードパターン等を介して接続されるのではなくて、浮遊配線20を介して平面コイル2の端部36及び38が電極端子35及び39にそれぞれ接続されているので、可動部3の回動に伴って、両持ち梁4・4が捩れても、上記浮遊配線20に作用する応力は分散されて無視し得るくらい小さくなる。その結果、上記浮遊配線20に金属疲労が蓄積されることがなくなり、それによる損傷、あるいは疲労断線を確実に回避できるので、偏向アクチュエータの寿命が長くなる。
【0089】
以上のように、可動部3をポリイミド等のシート化可能材料でシート状に構成されたシート構造を有すると共に、両持ち梁4・4上に設けられたリードパターン等を介して接続されているのではなくて、浮遊配線20を介して平面コイル2の端部36及び38が電極端子35及び39にそれぞれ接続されているので、(a) 金属疲労が蓄積され、損傷、あるいは疲労断線を引き起こすことを回避でき、(b) 機械的共振周波数ωに一致していない場合でも、大きな捩れ角が得られ、(c) 大がかりな製造設備が不要となると共に非常に高信頼性及び長寿命且つ低消費電力が実現できる偏向アクチュエータを製造でき、しかも、単価が安く、小型化が可能となる。
【0090】
ここで、上記接続配線の金属疲労による損傷や断線を回避する他の例について、図7を参照しながら以下に説明する。なお、図1の例と同じ機能を有する部材については同じ部材番号を付記し、詳細な説明を省略する。
【0091】
両持ち梁4・4をラーメン構造(ラーメン構造梁)とすることにより、両持ち梁4・4が弾力的に動くことができ、捩じり応力が分散されるので、従来のように両持ち梁4・4上にリードパターンが形成されていても、このリードパターンに加わる(作用する)応力を分散させることが可能となり、結果として、リードパターンの長寿命化(偏向アクチュエータの長寿命化)が確実に図れる。なお、図7は、あくまでもラーメン構造の一例を示したものであり、本発明はこの構成に限定されるものではない。
【0092】
また、上記接続配線の金属疲労による損傷や断線を回避する更に他の例について、図8を参照しながら以下に説明する。なお、図1の例と同じ機能を有する部材については同じ部材番号を付記し、詳細な説明を省略する。
【0093】
ここで示す例は、図8に示すように、可動部3に薄型永久磁石16を接着し、平面コイル2を可動部3の周囲の固定部5に形成し、両持ち梁4・4には接続配線を設けることが不要となる点で、図1や図7の例と異なっている。
【0094】
図8の構成によれば、可動部3に平面コイル2を設けることが不要となると共に両持ち梁4・4上に接続配線を固定することが不要となり、可動部3の回動に伴って、両持ち梁4・4が捩れても、平面コイル2は可動部3ではなくて固定部5に設けられているので、従来のように両持ち梁4・4上に固定された接続配線に力が作用することによる影響がなくなる。つまり、力の作用に起因する上述の損傷や疲労断線が発生することがなくなるので、偏向アクチュエータの寿命が確実に長くなる。
【0095】
ここで、上記接続配線の金属疲労による損傷や断線を回避する他の例について、図9を参照しながら以下に説明する。なお、図1の例と同じ機能を有する部材については同じ部材番号を付記し、詳細な説明を省略する。
【0096】
ここで示す例は、図9に示すように、図1の永久磁石7・7の代わりに絶縁体17・17が設けられ、これら絶縁体17・17の各上面および下面にそれぞれ電極18a・18cおよび電極18b・18dが設けられ、可動部3上において両持ち梁4・4を結ぶ線に対して対称となる位置に強誘電体19・19が設けられ、且つ、両持ち梁4・4上の接続配線、及びコイル3が不要となる点で、図1の例と異なっている。
【0097】
上記電極18a−18b間に電圧を印加することによって電界が発生する。このとき、上記電極18c−18d間には、上記電極18a−18b間に発生する電界とは逆向きの電界が発生するように電圧が印加される。また、上記強誘電体19・19は、強誘電体材料であるチタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ロシェル塩、りん酸アンモン、りん酸カリ、BST(バリウムストロンチウム酸化チタン)、SBLN、PZT、又はチタン酸ジルコン酸鉛のいずれかが可動部3上の両側(可動部3上において両持ち梁4・4を結ぶ線に対して対称となる位置)にパターン形成されている。これらの強誘電体19・19は、常に、例えばマイナス電荷が保持された状態にある。
【0098】
図9の構成によれば、上記強誘電体19・19に保持された電荷が、上記電極18c−18d間、及び上記電極18a−18b間に発生する電界を介して引力又は反発力を受け、これにより、両持ち梁4・4が捩れて、上記可動部3が回動することになる。
【0099】
したがって、図9の構成によれば、可動部3に平面コイル2を設けることが不要となると共に両持ち梁4・4には接続配線を固定して設けることが不要となるので、可動部3の回動に伴って、両持ち梁4・4が捩れても、従来のような両持ち梁4・4上に固定された接続配線に作用する力に起因した上述の損傷、あるいは疲労断線は生じない。したがって、寿命が確実に長くなる。
【0100】
図9の例は、可動部3外に電極18a〜18dが設けられる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図示しないが、図9の強誘電体19・19に代えて、上記強誘電体19・19の位置に電極(一対の電極)を設け、この電極に図1の浮遊配線20を介して電圧を印加する構成でもよい。
【0101】
この場合、可動部3はポリイミド等の有機絶縁材料で形成されており、上記一対の電極間には電圧が印加されているので、電界が発生する。このとき、各電極間には電界が発生しており、この電界は、印加される電圧及びその極性に応じて変化して引力又は反発力を受け、これにより、両持ち梁4・4が捩れて、上記可動部3が回動することになる。
【0102】
したがって、この場合でも、浮遊配線20を介して電荷を発生させる電圧が印加されるので、可動部3の回動に伴って、両持ち梁4・4が捩れても、上記浮遊配線20に作用する力は分散されて無視し得るくらい小さくなる。その結果、上記浮遊配線20に金属疲労が蓄積されることがなくなり、それによる損傷や疲労断線を確実に回避できるので、偏向アクチュエータの寿命が長くなる。
【0103】
ところで、上記反射鏡31で2次元をスキャンさせるには、走査時間を要し、リアルタイムの制御(装置)には適していない。また、レーザ光をスキャンし、受光素子で信号を得る構成では、必要な部品点数も多くなってしまう。また、近年、赤外線を感知する焦電素子や超小型のレンズ一体型の受光素子(例えば、シャープ株式会社製のLZ0P3800(レンズ一体型CMOSイメージセンサ)等)が入手できるようになった。
【0104】
そこで、上記反射鏡31の代わりに、上記可動部3に他の光学部品を接着した偏向アクチュエータについて説明する。なお、前記部材と同じ機能を有する部材については、同じ参照番号を付記し、詳細な説明を省略する。
【0105】
図10は、可動部3に電荷結合素子(CCD)12を接着した偏向アクチュエータの例を示す。図11は、可動部3にレンズ13を含む電荷結合素子12を接着した偏向アクチュエータの例を示す。図12は、可動部3にレンズ13を含むMOS撮像素子14を接着した偏向アクチュエータの例を示す。図13は、可動部3に焦電素子15を接着した偏向アクチュエータの例を示す。
【0106】
上記電荷結合素子12をスキャンさせることによりリアルタイムな撮像が行える。上記焦電素子15は、赤外線を感知するものであり、この焦電素子15を上記可動部3に接着してスキャンさせることにより生物や火気のセンシングが広範囲に行える。また、レンズ13を含む電荷結合素子12およびレンズ13を含むMOS撮像素子14は、超小型のレンズ一体型の受光素子であり、リアルタイムに2次元の情報をセンシングでき、画像認識技術と融合させることにより広範囲で追従可能な形状認識センサが実現できる。
【0107】
図10〜図13に示すように、前述の偏向アクチュエータによれば、光学部品を上記可動部3に接着するだけであるので、大がかりな製造設備が不要であり、上記反射鏡31を電荷結合素子12、レンズ13を含む電荷結合素子12、レンズ13を含むMOS撮像素子14、及び焦電素子15等の光学部品に置き換えることができ、また、製造工程が少なくてよく、全体として非常に簡素で単価が安く、しかも量産が可能である。すなわち、光学システムを全体として小型化できる。他の光学部品として、例えば、ビームスプリッタ、プリズム、及びレンズ等が挙げられる。また、受光素子は、CCDに限定されるものではなく、MOS撮像素子やBBD、PSD等の他の方式でもよい。
【0108】
図示はしないが、1ccサイズの上記レンズ一体型CMOSイメージセンサを上記可動部3に接着すると共に、自在に動く浮遊配線20(ジャンパー線)で結線することによって、対象物が画面から外れることなく、高精度に受像可能な追従型の携帯小型カメラシステムを実現できる。
【0109】
例えば、図17に示すように、レンズ一体型CMOSイメージセンサ150を介してイメージを取り込み、イメージデータとして記憶素子151に記憶し、この記憶されたイメージデータに基づいてパターン認識・制御部152が偏向アクチュエータ153の可動部の回動を制御することによって、高精度でコンパクトな追従型の携帯小型カメラシステムを簡素な構成で実現できる。
【0110】
本発明に係る第1及び第8偏向アクチュエータは、以上のように、コイルが設けられた可動部に磁界を作用させ、該可動部を軸支する一対の両持ち梁のまわりに上記可動部を回動させる偏向アクチュエータにおいて、上記可動部および上記両持ち梁はシート化可能材料でシート状に構成され、浮遊配線を介して上記コイルに電流を印加することを特徴としている。
【0111】
上記の発明によれば、可動部に磁界を作用させ、該可動部に設けられたコイルに電流を印加すると、ローレンツ力が上記コイルに作用する。このローレンツ力により、上記可動部は、該可動部を軸支する一対の両持ち梁のまわりに回動することになる。
【0112】
従来は、両持ち梁上に固定された接続配線(リードパターン)を介して電流が印加されていた。このため、可動部の回動に伴って両持ち梁が捩れると、両持ち梁上に固定された上記接続配線も捩れ、可動部の回動の回数が増加するにしたがって、また、回動による上記接続配線に作用する応力が強くなるにしたがって両持ち梁上に固定された接続配線は、その度重なる捩れにより、金属疲労が蓄積され、損傷、あるいは疲労断線を引き起こしていた。
【0113】
そこで、上記の発明においては、浮遊配線を介して上記コイルに電流が印加されるようになっている。このように、接続配線を両持ち梁上に固定するのではなくて、浮遊配線とすることにより、浮遊配線20は固定されていないので、自在に動くことができる。したがって、上記両持ち梁の捩じりに起因する応力を確実に分散化でき、該分散応力は無視し得るくらい小さくなる。その結果、上記浮遊配線に金属疲労が蓄積されることがなくなり、それによる損傷、あるいは疲労断線を確実に回避できるので、接続配線の寿命を長くできる。
【0114】
しかも、平面コイルのシート化は既に技術的に確立されているフレキシブル基板製造技術で可能となり、半導体製造プロセスの設備を備えた工場でなくても量産が可能となる。そして、上記工程が不要になる分、製造工程が少なくてよく、全体として非常に簡素で単価が安く、しかも小型化が可能となる。
【0115】
加えて、上記の発明においては、上記可動部および上記両持ち梁がシート化可能材料でシート状に構成されているので、機械的共振周波数に依存しなくても、梁の幅の設計により、大きな捩れ角が得られる。つまり、低周波数化が可能となる。
【0116】
本発明に係る第2偏向アクチュエータは、以上のように、一対の両持ち梁に軸支され、永久磁石が設けられた可動部を備え、上記可動部外の固定部に電流を通電するコイルが設けられ、上記可動部および上記両持ち梁はシート化可能材料でシート状に構成されたものである。
【0117】
上記の発明によれば、可動部に設けられた永久磁石の磁界と、該可動部外の固定部に設けられたコイルに通電された電流に基づいて発生した磁界とが反発し、上記可動部は、該可動部を軸支する一対の両持ち梁のまわりに回動することになる。
【0118】
このように、可動部にコイルを設けることが不要となると共に両持ち梁には接続配線(リードパターン)を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、コイルは可動部ではなくて固定部に設けられているので、配線が捩れることはなく、したがって該固定部のコイルに応力が作用することはない。その結果、上記応力の作用に起因する上述の損傷、あるいは疲労断線を確実に回避できるので、寿命を確実に長くできる。
【0119】
しかも、永久磁石を可動部に設けるだけでよく、固定部のコイルも前記同様にフレキシブル基板技術で生産できるので、半導体製造プロセス等、大がかりな製造設備が不要となり、このような設備を備えた工場でなくても量産が可能となる。また、上記工程が不要になる分、製造工程が少なくてよく、全体として非常に簡素で単価が安く、しかも小型化が可能となる。
【0120】
加えて、上記の発明においては、上記可動部および上記両持ち梁がシート化可能材料でシート状に構成されているので、機械的共振周波数に一致していない場合でも、大きな捩れ角が得られる。
【0121】
本発明に係る第9偏向アクチュエータは、以上のように、接続配線を有している一対の両持ち梁のまわりに上記可動部を回動させる偏向アクチュエータにおいて、上記偏向アクチュエータは、上記可動部および上記両持ち梁はシート化可能材料でシート状に構成され、上記両持ち梁はラーメン構造を有していることを特徴としている。
【0122】
上記の発明によれば、両持ち梁をラーメン構造とすることにより、両持ち梁は弾力的に動くことができ、力が分散されるので、両持ち梁上に接続配線(リードパターン)が形成されていても、この接続配線に加わる(作用する)力は分散されて無視できる程度に小さくなり、結果として、上記接続配線の長寿命化が確実に図れる。
【0123】
しかも、上記両持ち梁をラーメン構造とするだけでフレキシブル基板技術で生産でき、半導体製造プロセス等、大がかりな製造設備が不要となり、このような設備を備えた工場でなくても量産が可能となる。また、上記工程が不要になる分、製造工程が少なくてよく、全体として非常に簡素で単価が安く、しかも小型化が可能となる。
【0124】
加えて、上記の発明においては、上記可動部および上記両持ち梁がシート化可能材料でシート状に構成されているので、機械的共振周波数に一致していない場合でも、大きな捩れ角が得られる。
【0125】
本発明に係る第10偏向アクチュエータは、以上のように、強誘電体を有する可動部と、固定部に電極が設けられ、該電極に電圧を印加して強誘電体の電荷に電界を作用させる電界発生手段を備えたものである。
【0126】
上記の発明によれば、可動部上の強誘電体による電荷が電界発生手段からの電界によって力を受け、この力に基づいて、上記可動部が両持ち梁のまわりに回動することになる。つまり、上記強誘電体の電荷は、上記電界を介して引力又は反発力を受け、これにより、両持ち梁が捩れ、上記可動部が回動する。
【0127】
以上のように、上記の発明においては、可動部にコイルを設けることが不要となると共に両持ち梁上には接続配線を設けることが不要となるので、可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、従来のような両持ち梁上に固定された接続配線に作用する応力に起因した上述の損傷、あるいは疲労断線は生じない。したがって、寿命を確実に長くできる。
【0128】
加えて、上記の発明においては、上記可動部および上記両持ち梁がシート化可能材料でシート状に構成されているので、機械的共振周波数に一致していない場合でも、大きな捩れ角が得られる。
【0129】
本発明に係る第11偏向アクチュエータは、以上のように、第10偏向アクチュエータにおいて、上記強誘電体は、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ロシェル塩、りん酸アンモン、りん酸カリ、バリウムストロンチウム酸化チタン、SBLN、PZT、又はチタン酸ジルコン酸鉛のいずれかが上記可動部上にパターン形成されたものであることを特徴としている。
【0130】
本発明に係る第3偏向アクチュエータは、以上のように、一対の対向する電極を有する可動部と、この可動部を軸支する両持ち梁とがシート化可能な有機絶縁材料でシート状に構成され、浮遊配線を介して上記電極に電圧を印加するものである。
【0131】
この場合、可動部は有機絶縁材料で形成されており、上記一対の電極間に電圧を印加すると、電荷が発生する。このとき、固定部の電極間には電界が発生しており、電荷が上記電界を介して引力又は反発力を受け、これにより、両持ち梁が捩れて、上記可動部が回動することになる。
【0132】
したがって、この場合でも、浮遊配線を介して電荷を発生させる電圧が印加されるので、可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、上記浮遊配線に作用する応力は分散されて無視し得るくらい小さくなる。その結果、上記浮遊配線に金属疲労が蓄積されることがなくなり、それによる損傷、あるいは疲労断線を確実に回避できるので、接続配線の寿命が長くなる。
【0133】
本発明に係る第4偏向アクチュエータは、以上のように、第1〜第11のいずれか一つの偏向アクチュエータにおいて、上記可動部と上記両持ち梁とがポリイミドから構成されていることを特徴としている。この場合、現存のフレキシブル基板技術が利用でき、製作が容易となる。
【0134】
本発明に係る第5及び第6偏向アクチュエータは、以上のように、上記第1及び第2のいずれか一つの偏向アクチュエータにおいて、上記磁界が、永久磁石または電磁石により発生することを特徴としている。
【0135】
本発明に係る第1光走査素子は、以上のように、上記第1〜第3及び第10のいずれか一つの偏向アクチュエータの上記可動部に反射鏡が接着されたなることを特徴としている。これにより、ミラー偏向アクチュエータが実現できる。この場合、接着するという簡単な工程を実施するだけでよいので、単価が安く、小型化・長寿命化・低消費電力化が可能で、しかも機械的振周波数にほとんど支配されずに大きな偏向角が得られる。つまり、低周波数化が可能となる。
【0136】
本発明に係る第2光走査素子は、以上のように、上記第1光走査素子において、上記反射鏡がシリコンウェハで作製されたことを特徴としている。この場合、現存の半導体技術が利用でき、比較的安価で品質の揃ったもの(例えば、凹凸差が0.5μm以下の高平坦度のもの)が簡単に入手できる。したがって、コスト低減が可能であると共に高精度(高品質)なミラー偏向アクチュエータを提供できる。しかも、アルミニウムや反射防止膜等の薄膜の形成技術が充実しており、この充実した技術が利用できる。
【0137】
本発明に係る第1及び第2受光走査素子は、以上のように、上記第1〜第3及び第10偏向アクチュエータの上記可動部に受光素子、またはレンズを含む光学系部品及び受光素子が封入されたパッケージが接着されてなることを特徴としている。
【0138】
本発明に係る第3〜第5受光走査素子は、以上のように、上記第1及び第2受光走査素子において上記受光素子は、電荷結合素子、MOS撮像素子、または焦電素子であることを特徴としている。
【0139】
本発明に係る偏向アクチュエータは、以上のように、上記第1〜第3及び第10偏向アクチュエータの上記可動部にレンズ一体型CMOSイメージセンサが接着されてなることを特徴としている。この場合、対象物が画面から外れることなく、受像可能な追従型の携帯小型カメラシステムを実現できる。このような小型で低消費電力の追従型カメラシステムは携帯電話等に応用でき、生活に密着した画像システムを構築できる。
【0140】
以上のように、本発明の上記偏向アクチュエータに光学部品を接着するだけで、様々な偏向アクチュエータを実現できる。したがって、大がかりな製造設備が不要で、製造工程が少なく、非常に簡素で、しかも、単価が安く、小型化が可能な様々な偏向アクチュエータを確実に量産できる。つまり、上記のように光学部品を接着するだけでよいので、適用範囲が広がり、光学系をはじめ幅広い用途に利用できる。
【0141】
さらに、マイクロマシン技術等を用いて作成された部品、又はマイクロマシン技術により作られた金型より大量生産された極めて小型の品質の揃った部品等を接着することができる。また、寿命が長くなることにより、製品の信頼性が著しく向上する。
【0142】
【発明の効果】
本発明の偏向アクチュエータは、以上のように、表面を保護膜で覆われたコイルを表面に形成し、このコイルの形成部分を可動部とし、両持ち梁で軸支され、その両持ち梁の他端を固定部としたシートを構造材とし、その構造材の周囲に磁界発生手段を備えたものである。
【0143】
上記の発明によれば、偏向アクチュエータの構成材料を単一のシートを構造材とすることにより構造が簡素化され製作工程が従来よりも低減される。また、梁に作用する極断面二次モーメントlpは、その値が小さいほど捩れ角φは大きくなる。四角柱の極断面二次モーメントlpは、梁の厚みをbとし、幅をhとすると、bh(b2 +h2 )/12で求めることができるが、シート構造とすることにより、b≪hとなり、h2 に対してb2 は無視できる値となるので、lp=bh3 /12となる。そして、bは小さな値になるのでlpも小さくなり、捩れ角φは大きくなる。さらに、hの値を設定することにより、捩れ角φの設計が可能となる。
【0144】
したがって、安価で小型で共振周波数を意識することなく、低周波交流電流による駆動で比較的大きな偏向角で、偏向ができる偏向電磁アクチュエータを実現できる。しかも、低消費電力化が図れるという効果を併せて奏する。
【0145】
上記の偏向電磁アクチュエータの可動部の絶縁物に反射鏡を接着することで光走査素子を実現できる。この場合、上記の偏向電磁アクチュエータに反射鏡が接着されるので、LEDから集光された光やレーザー光等を偏向するミラー偏向電磁アクチュエータ(光走査素子)が、安価で小型で低周波交流電流で駆動可能な製品として提供できるという効果を併せて奏する。
【0146】
上記反射鏡はシリコン基板で作成されることが好ましい。この場合、反射鏡をシリコン基板で作製することにより、現存の半導体技術が利用でき、比較的安価で品質の揃ったもの(例えば、凹凸差が0.5μm以下の高平坦度のもの)が簡単に入手できる。したがって、コスト低減が可能であると共に高精度(高品質)なシリコンミラー偏向電磁アクチュエータ(光走査素子)を提供できる。しかも、アルミニウムや反射防止膜等の薄膜の形成技術が充実しており、この充実した技術が利用できるという効果を併せて奏する。
【0147】
上記偏向アクチュエータの可動部の絶縁物に受光素子への配線をコイルと共に敷設し、小型パッケージに封入された上記受光素子を上記可動部へ接着すると共に電気的に接続して受光走査素子を実現できる。
【0148】
そして、本発明の特徴として、製造工程の中で、偏向アクチュエータの可動部に各種部品を接着することが挙げられる。これにより、様々な偏向アクチュエータが実現できる。つまり、大がかりな製造設備が不要で、製造工程が少なく、非常に簡素で、しかも、単価が安く、小型化が可能な製品を確実に量産できる。したがって、一般的に生産されている受光素子を接着して本発明の偏向アクチュエータにより偏向することにより、現在半導体技術で生産されている数多くの種類の半導体受光素子の機能を効果的に発揮させることができる。例えば、二次元画像を受光し、偏向することにより、三次元情報が得られる画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できるという効果を併せて奏する。
【0149】
上記受光走査素子において、レンズを含む光学系が上記受光素子の上記小型パッケージに組み込まれていることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータにレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれたものを接着することにより、超小型の撮像偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し、三次元形状記憶センサを実現することができるという効果を併せて奏する。
【0150】
上記画像受光偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が電荷結合素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されている電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った汎用画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できるという効果を併せて奏する。
【0151】
上記画像受光偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子がMOS撮像素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されている電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った低消費電力型画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できるという効果を併せて奏する。
【0152】
上記画像受光偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が焦電素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在自動ドアや便所の自動水流しシステム等に使用されている焦電素子を接着することにより、生物や火気の広範囲のセンシングが可能な赤外線受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できるという効果を併せて奏する。
【0153】
上記撮像偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が光学系部品一体型の電荷結合素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されているレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれた電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った超小型の汎用撮像偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し三次元形状記憶センサを実現できる。
【0154】
上記撮像偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が光学系部品一体型のMOS撮像素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されているレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれたMOS撮像素子を接着することにより、安価で品質の揃った超小型の低消費電力型偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し三次元形状記憶センサを実現できるという効果を併せて奏する。
【0155】
本発明の他の偏向アクチュエータは、以上のように、薄型永久磁石を接着した平面を可動部とし、両持ち梁で軸支され、この両持ち梁の他端を固定部としたシートを構造材とし、この構造材の周囲に磁界発生手段としてコイルを備えたものである。
【0156】
上記の発明によれば、磁界発生手段として可動部には配線を必要としない永久磁石を配置し、周辺の固定された部分にコイルを配置することにより、可動部に設けられた永久磁石の磁界と、この可動部外の固定部に設けられたコイルに通電された電流に基づいて発生した磁界とが反発し、上記可動部は、この可動部を軸支する一対の両持ち梁を軸として回動する。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の電磁アクチュエータを提供できるという効果を併せて奏する。
【0157】
上記の偏向電磁アクチュエータの可動部の絶縁物に反射鏡を接着して光走査素子を実現できる。この場合、上記の偏向電磁アクチュエータに反射鏡が接着されるので、LEDから集光された光やレーザー光等を偏向するミラー偏向電磁アクチュエータ(光走査素子)が、安価で小型で低周波交流電流で駆動可能な製品として提供できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命のミラー偏向電磁アクチュエータ(光走査素子)を提供できるという効果を併せて奏する。
【0158】
上記光走査素子において、上記反射鏡はシリコン基板で作成されていることが好ましい。この場合、反射鏡をシリコン基板で作製することにより、現存の半導体技術が利用でき、比較的安価で品質の揃ったもの(例えば、凹凸差が0.5μm以下の高平坦度のもの)が簡単に入手できる。したがって、コスト低減が可能であると共に高精度(高品質)なミラー偏向電磁アクチュエータ(光走査素子)を提供できる。しかも、アルミニウムや反射防止膜等の薄膜の形成技術が充実しており、この充実した技術が利用できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命のシリコンミラー偏向電磁アクチュエータを提供できるという効果を併せて奏する。
【0159】
上記の偏向電磁アクチュエータの可動部の絶縁物に受光素子への配線をコイルと共に敷設し、小型パッケージに封入された上記受光素子を上記可動部へ接着すると共に電気的に接続されて受光走査素子を実現できる。
【0160】
そして、本発明の特徴として、製造工程の中で、偏向アクチュエータの可動部に各種部品を接着することが挙げられる。これにより、様々な偏向アクチュエータが実現できる。つまり、大がかりな製造設備が不要で、製造工程が少なく、非常に簡素で、しかも、単価が安く、小型化が可能な製品を確実に量産できる。したがって、一般的に生産されている受光素子を接着して本発明の偏向アクチュエータにより偏向することにより、現在半導体技術で生産されている数多くの種類の半導体受光素子の機能を効果的に発揮させることができる。例えば、二次元画像を受光し、偏向することにより、三次元情報が得られる画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できるという効果を併せて奏する。
【0161】
上記受光走査素子において、レンズを含む光学系が上記受光素子の上記小型パッケージに組み込まれていることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータにレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれたものを接着することにより、超小型の撮像偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し、三次元形状記憶センサを実現することができる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の撮像偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できるという効果を併せて奏する。
【0162】
上記画像受光偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が電荷結合素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されている電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った汎用画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の汎用画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できるという効果を併せて奏する。
【0163】
上記画像受光偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子がMOS撮像素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されているMOS撮像素子を接着することにより、低消費電力で安価で品質の揃った低消費電力型画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の低消費電力型画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できるという効果を併せて奏する。
【0164】
上記画像受光偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が焦電素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在自動ドアや便所の自動水流しシステム等に使用されている焦電素子を接着することにより、生物や火気の広範囲のセンシングが可能な赤外線受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の赤外線受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できるという効果を併せて奏する。
【0165】
上記撮像偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が光学系部品一体型の電荷結合素子であることが好ましい。この場合、上記偏向電磁アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されている電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った汎用画像受光偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の汎用撮像偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できるという効果を併せて奏する。
【0166】
上記撮像偏向電磁アクチュエータにおいて、上記受光素子が光学系部品一体型のMOS撮像素子であることが好ましい。この場合、上記偏向アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されているレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれたMOS撮像素子を接着することにより、安価で品質の揃った超小型の低消費電力型偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し三次元形状記憶センサを実現できる。この方式によれば、両持ち梁には配線を設けることが不要となり、上記可動部の回動に伴って、両持ち梁が捩れても、配線が捩れることはなく、繰り返し荷重も作用しない。したがって、配線の損傷や金属疲労による断線は発生しなくなり、長寿命の低消費電力型偏向電磁アクチュエータ(受光走査素子)を提供できるという効果を併せて奏する。
【0167】
本発明の更に他の偏向アクチュエータは、以上のように、表面を保護膜で覆われた電極を表面に形成し、電極形成部分を可動部とし、両持ち梁で軸支され、この両持ち梁の他端を固定部としたシートを構造材とし、この構造材の可動部電極の対面に他の電極を備えたものである。
【0168】
上記の発明によれば、シート構造材に電極を形成することにより、既存技術であるフレキシブル基板技術を利用でき、安価で、設備投資を行うことなく偏向静電アクチュエータを実現できる。しかも、小型化が可能となるという効果を併せて奏する。
【0169】
上記の偏向静電アクチュエータの可動部に反射鏡を接着して光走査素子を実現できる。この場合、上記の偏向静電アクチュエータに反射鏡が接着されるので、LEDから集光された光やレーザー光等を偏向するミラー偏向静電アクチュエータ(光走査素子)が、安価で小型で低周波交流電流で駆動可能な良い製品として提供できるという効果を併せて奏する。
【0170】
上記光走査素子において、上記反射鏡はシリコン基板で作成されていることが好ましい。この場合、反射鏡をシリコン基板で作製することにより、現存の半導体技術が利用でき、比較的安価で品質の揃ったもの(例えば、凹凸差が0.5μm以下の高平坦度のもの)が簡単に入手できる。したがって、コスト低減が可能であると共に高精度(高品質)なシリコンミラー偏向静電アクチュエータ(光走査素子)を提供できる。しかも、アルミニウムや反射防止膜等の薄膜の形成技術が充実しており、この充実した技術が利用できるという効果を併せて奏する。
【0171】
上記の偏向静電アクチュエータの可動部の絶縁物に受光素子への配線をコイルと共に敷設し、小型パッケージに封入された上記受光素子を上記可動部へ接着すると共に電気的に接続されて受光走査素子を実現できる。
【0172】
この場合、偏向静電アクチュエータの可動部に各種部品を接着することにより、様々な偏向静電アクチュエータが実現できる。つまり、大がかりな製造設備が不要で、製造工程が少なく、非常に簡素で、しかも、単価が安く、小型化が可能な製品を確実に量産できる。したがって、一般的に生産されている受光素子を接着して本発明の偏向静電アクチュエータにより偏向することにより、現在半導体技術で生産されている数多くの種類の半導体受光素子の機能を効果的に発揮させることができる。例えば、二次元画像を受光し、偏向することにより、三次元情報が得られる画像受光偏向静電アクチュエータ(受光走査素子)が実現できるという効果を併せて奏する。
【0173】
上記の受光走査素子において、レンズを含む光学系が上記受光素子の上記小型パッケージに組み込まれていることが好ましい。この場合、上記静電アクチュエータにレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれたものを接着することにより、超小型の撮像偏向静電アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し、三次元形状記憶センサを実現することができるという効果を併せて奏する。
【0174】
上記画像受光偏向静電アクチュエータにおいて、上記受光素子が電荷結合素子であることが好ましい。この場合、上記偏向静電アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されている電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った汎用画像受光偏向静電アクチュエータ(受光走査素子)が実現できるという効果を併せて奏する。
【0175】
上記画像受光偏向静電アクチュエータにおいて、上記受光素子がMOS撮像素子であることが好ましい。この場合、上記偏向静電アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されているMOS撮像素子を接着することにより、低消費電力で安価で品質の揃った低消費電力型画像受光偏向静電アクチュエータ(受光走査素子)が実現できるという効果を併せて奏する。
【0176】
上記画像受光偏向静電アクチュエータにおいて、上記受光素子が焦電素子であることが好ましい。この場合、上記偏向静電アクチュエータに現在自動ドアや便所の自動水流しシステム等に使用されている焦電素子を接着することにより、生物や火気の広範囲のセンシングが可能な赤外線受光偏向静電アクチュエータ(受光走査素子)が実現できるという効果を併せて奏する。
【0177】
上記撮像偏向静電アクチュエータにおいて、上記受光素子が光学系部品一体型の電荷結合素子であることが好ましい。この場合、上記偏向静電アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されている電荷結合素子を接着することにより、安価で品質の揃った超小型の汎用撮像偏向静電アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用して三次元形状記憶センサを実現することができるという効果を併せて奏する。
【0178】
上記撮像偏向静電アクチュエータにおいて、上記受光素子が光学系部品一体型のMOS撮像素子であることが好ましい。この場合、上記偏向静電アクチュエータに現在大量生産され、ビデオカメラやデジタルカメラ等に多用されているレンズを含む光学系が受光素子と一体化しパッケージに組み込まれたMOS撮像素子を接着することにより、安価で品質の揃った超小型の低消費電力型撮像偏向静電アクチュエータ(受光走査素子)が実現でき、広範囲の撮像が可能となる。また、これを利用し三次元形状記憶センサを実現できるという効果を併せて奏する。
【0179】
本発明の、上記いずれの偏向アクチュエータも、上記シートが、絶縁物であり、ポリイミドからなることが好ましい。この場合、既存製品であるフレキシブル基板には材料として主にポリイミドが使用されているが、この材料は良好な電気絶縁材料であり、誘電体である。また、機械的強度や寸法安定性に優れた材料である。このことは、市場で証明されていることである。したがって、これをシートの材料として利用されていることは、品質のよい偏向アクチュエータ(偏向電磁アクチュエータまたは偏向静電アクチュエータ)を提供できることを意味する。
【0180】
上記の偏向電磁アクチュエータの固定磁界発生手段は、永久磁石であることが好ましい。この場合、固定磁界発生の手段として、現在一般的な材料として普及している磁石の中で特性が良く安定したネオジウム磁石(ネオジウム、鉄、硼素)やSmCo磁石(サマリュウム、コバルト)などの磁石が比較的安価に入手可能である。これらの材料を利用することにより安価で特性の安定した電磁アクチュエータが提供可能となる。
【0181】
上記の偏向電磁アクチュエータの固定磁界発生手段は、電磁石であってもよい。この場合、固定磁界発生の手段として電磁石を使用することにより、磁界の強さを電流により可変できる。設計仕様上の自由度の高い電磁アクチュエータの提供が可能となるという効果を併せて奏する。
【0182】
上記の偏向アクチュエータにおいて、上記可動部にレンズ一体型CMOSイメージセンサを接着することが好ましい。この場合、レンズ一体型CMOSイメージセンサを接着することにより、対象物が画面から外れることなく、受像可能な追従型の携帯小型カメラシステムを実現できる。このような小型で低消費電力の追従型カメラシステムは携帯電話等に応用でき、生活に密着した画像システムを構築できるという効果を併せて奏する。
【0183】
上記の偏向アクチュエータにおいて可動部への電流供給方法として上記梁の部分をジャンパー線により回避することが好ましい。この場合、梁の部分の配線をジャンパー線(浮遊配線)にすることにより、繰り返しの捩れ力を回避できる構造が提供できる。梁の部分に配線が固定されて配置されていると、配線に可動部の回動ごとに捩れ力が作用し、剪断応力が発生する。配線は金属で形成されているため、大きな角度で回動させると金属疲労が蓄積され、損傷や断線を引き起こす原因となる。しかし、ジャンパー線で例えばカール状にブリッジすることにより、力は分散され、繰り返しの捩れ力が回避され、配線の金属疲労による劣化の問題を解決することができ、大きな角度での偏向にもかかわらず、偏向アクチュエータの長寿命化が実現できるという効果を併せて奏する。
【0184】
上記の偏向アクチュエータにおいて、上記梁の形状はラーメン構造であってもよい。この場合、両持ち梁は弾力的に動くことが可能となり、捩れ力が分散されるので、梁の部分に形成されている配線に加わる力も分散され、可動部が大きな偏向角度で回動されても配線に加わる力は弾性変形の範疇に収まり金属疲労の問題を解決でき、大きな偏向角で偏向させても長寿命の偏向アクチュエータを提供できるという効果を併せて奏する。
【0185】
本発明の更に他の偏向アクチュエータは、以上のように、可動部表面に強誘電体を形成し、上記可動部は両持ち梁で軸支され、この両持ち梁の他端を固定部とし、この固定部表面の両面に対向する電極を備えたものである。
【0186】
上記の発明によれば、可動部の電荷発生手段を強誘電体で行うことにより、可動部に配線を通じて電圧を印加する必要がなくなり、梁の部分の配線を無くすことができる。したがって、長寿命の強誘電体式の偏向静電アクチュエータを実現できるという効果を奏する。
【0187】
上記偏向静電アクチュエータにおいて、上記可動部にチタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ロシェル塩、りん酸アンモン、りん酸カリ、バリウムストロンチウム酸化チタン、SBLN、PZT、又はチタン酸ジルコン酸鉛のいずれかの強誘電体で表面にパターンを形成したものが好ましい。
【0188】
また、強誘電体材料は様々な電子部品に利用されていて進歩を続けている。例えば、薄膜技術の向上として均一に比較的厚みのある膜を形成することができるようになってきている。また、材料もチタン酸バリウムはもとより、BSTやPZTなど特性の良い材料が開発されている。この技術を利用すればシート上に強誘電体を形成することができ、良好な強誘電体式の偏向静電アクチュエータを提供することができるという効果を併せて奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電磁偏向アクチュエータの一構成例を示す、裏面から見た説明図である。
【図2】図1の表から見たものであり、シート基板の構成を含めた説明図である。
【図3】図2のシート基板の可動部の構成を示す説明図である。
【図4】図2において、永久磁石の代わりに電磁石を使用した構成例を示す説明図である。
【図5】磁界発生のための磁気回路を永久磁石と鉄のヨークで構成した例を示す説明図である。
【図6】可動部に反射鏡を接着した例を示す説明図である。
【図7】本発明に係る他の偏向アクチュエータの構成例を示す説明図である。
【図8】本発明に係る更に他の偏向アクチュエータの構成例を示す説明図である。
【図9】本発明に係る更に他の偏向アクチュエータの構成例を示す説明図である。
【図10】可動部に電荷結合素子を接着した光学素子の例を示す説明図である。
【図11】可動部にレンズを含む電荷結合素子を接着した光学素子の例を示す説明図である。
【図12】可動部にレンズ一体型CMOSイメージセンサを接着した光学素子の例を示す説明図である。
【図13】可動部に焦電素子を接着した光学素子の例を示す説明図である。
【図14】従来のプレーナー型ガルバノミラーの構成例を示す平面図である。
【図15】図14のA−A矢視断面図である。
【図16】上記プレーナー型ガルバノミラーの動作原理を説明する説明図である。
【図17】本発明に係る形状記憶センサの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1a 保護膜
1b 保護膜
2 平面コイル
3 可動部
4 両持ち梁
5 固定部
6 シート基板
7 永久磁石
8 電磁石
12 電荷結合素子
13 レンズ
14 MOS撮像素子
15 焦電素子
16 薄型永久磁石
18a 電極
18b 電極
18c 電極
18d 電極
19 強誘電体
20 浮遊配線
25 ヨーク
30 溝
31 反射鏡
35 電極端子
36 ランド
37 ランド
38 ランド
39 電極端子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a deflection actuator, an optical scanning element, and a light-receiving scanning element suitable for, for example, a scanning system or an image recognition tracking system of an optical system.
[0002]
[Prior art]
With the development of microelectronics typified by high integration of semiconductor devices, various devices have become highly functional and miniaturized, and the same applies to laser scanning systems using polygon mirrors and galvanometer mirrors. As an example, laser application equipment such as a laser microscope can be cited.
[0003]
The galvanometer mirror is used in a laser scanner or the like that deflects and scans laser light. The principle is as follows. That is, when a current is passed through a moving coil arranged in a magnetic field, a Lorentz force (determined by the outer product of the current and the magnetic flux) is generated in relation to the current and the magnetic flux, and a rotational force with the fixed end as the central axis ( Torque). The galvanometer mirror uses the galvanometer principle that the movable coil rotates to an angle at which this torque and stress (restoring force) are balanced, and the presence or absence of current is detected by swinging the pointer through this movable coil. Instead of the pointer, a reflecting mirror is provided on a shaft that rotates integrally with the movable coil.
[0004]
There is a demand for further miniaturization of these laser scanning systems and the like.
[0005]
In order to meet the above requirements, for example, Japanese Patent Publication No. 2722314 (referred to as a first conventional technique) discloses a planar galvanomirror to which a semiconductor manufacturing technique is applied. As described above, since the mirror movable part is formed on the semiconductor substrate by using the semiconductor manufacturing process (the movable plate, the pair of torsion bars (both supported beams) and the like are made of the same material as the silicon substrate), the galvano The mirror can be extremely miniaturized as compared with the conventional one, and the laser scanning system that performs polarization scanning of the laser light can be miniaturized.
[0006]
As shown in FIGS. 14 and 15, the planar galvanometer mirror 101 has a three-layer structure in which upper and lower insulating substrates 103 and 104 are anodically bonded to the upper and lower surfaces of a silicon substrate 102. The silicon substrate 102 is laminated on the left and right ends so as to open the upper part of the movable plate 105. The silicon substrate 102 includes a flat plate-like movable plate 105 and a torsion bar 106 that pivotally supports the movable plate 105 so as to be swingable in the vertical direction with respect to the silicon substrate 102 at the center position of the movable plate 105. 106 (both supported beams) are integrally formed by anisotropic etching. As described above, the movable plate 105 and the torsion bars 106 and 106 are made of the same material as the silicon substrate 102. In addition, a reflecting mirror 108 is provided substantially at the center of the movable plate 105.
[0007]
A planar coil 107 that generates a magnetic field when energized is covered with an insulating coating on the periphery of the upper surface of the movable plate 105. An electrode terminal 109 that is electrically connected to the planar coil 107 via the torsion bar 106 is provided on the side upper surface of each torsion bar 106. Further, permanent magnets 110 </ b> A, 110 </ b> B, 111 </ b> A, 111 </ b> B are provided so that a magnetic field is applied to the coil portion of the planar coil 107 that is in a positional relationship parallel to the axial direction of the torsion bar 106.
[0008]
The operation of the planar galvanometer mirror 101 will be described below with reference to FIG.
[0009]
In FIG. 16, a current is passed through the planar coil 107 with one electrode terminal 109 as a positive pole and the other electrode terminal 109 as a negative pole. On both sides of the movable plate 105, a magnetic field is formed in a direction crossing the planar coil 107 by the permanent magnets 110A, 110B, 111A, and 111B. When a current flows through the planar coil 107 in the magnetic field, the Lorentz force F is applied to the planar coil 107, that is, to both ends of the movable plate 105 in the direction in accordance with Fleming's left-hand rule according to the current and magnetic flux density of the planar coil 107. Act.
[0010]
On the other hand, when the movable plate 105 rotates, the torsion bars 106 and 106 are twisted, and the relationship between the stress F ′ of the torsion bar 106 generated thereby and the twist angle φ of the movable plate 105 is expressed by the following equation (1). Satisfied.
[0011]
φ = (Mx / G · lp) = (F ′ · L / 8.5 × 10 9 r Four ) × l 1 … (1)
In the above equation (1), Mx represents the torsional moment, G represents the transverse elastic modulus, lp represents the second moment of polar section, and L represents the distance from the central axis of the torsion bar 106 to the force point. R represents the radius of the torsion bar 106, l 1 Represents the length of the torsion bar 106.
[0012]
Then, the movable plate 105 is rotated and stopped until the Lorentz force F and the stress F ′ (restoring force) are balanced. Therefore, the twist angle φ of the movable plate 105 can be controlled by controlling the current flowing through the planar coil 107. For example, the reflection direction of the laser light incident on the reflection mirror 108 can be freely controlled in a plane perpendicular to the axes of the torsion bars 106 and 106, and if the twist angle of the reflection mirror 108 is continuously repeated, Laser light scanning is possible.
[0013]
As another conventional example, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-242180 (referred to as a second conventional technique) which is an open patent gazette prevents deterioration of electrical elements such as wiring, An optical scanner capable of maintaining reliability is disclosed.
[0014]
According to this, the structure includes a structure whose free end is vibrated and a permanent magnet disposed opposite to the free end of the structure. The structure includes a support that is a fixed end and a reflection as a mirror. The movable plate is provided with a movable plate provided with a surface, and a plate spring-like elastic member that connects the support and the movable plate. The movable plate is provided with a coil so as to circulate around the periphery of the movable plate, and wiring is formed so as to straddle the coil from the coil end located on the inner peripheral portion of the coil, and is provided on the elastic member. It is connected to the electrode pad via wiring. On the other hand, the coil end located on the outer peripheral portion of the coil is connected to another electrode pad as it is by wiring provided on the elastic member.
[0015]
In the optical scanner described above, the elastic member is formed of a plurality of polyimide layers, and the wiring for applying an electric current to the coil is positioned substantially in half (elasticity) in the thickness direction of the elastic member. It is characterized in that it is provided at a position where the stress due to elastic deformation of the member is small. Thereby, since the wiring is arranged at a place where the twist radius is small, it is possible to mitigate damage and disconnection of the wiring due to repeated twisting accompanying the rotation of the elastic member.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above conventional technique has the following problems.
[0017]
That is, in the first prior art described above, the movable plate 105 has a mechanical resonance frequency ω (= () that is governed by its physical conditions (the spring constant k of the torsion bar 106 and the inertia mass J of the movable plate 105). k / J) 1/2 )have. That is, the spring constant k is determined by the shape and material of the torsion bar 106, and the inertial mass J is also determined by the shape and specific gravity of the movable plate 105. Therefore, the mechanical resonance frequency ω is also determined by these physical conditions. For example, when the above-mentioned member is formed of silicon, since the silicon is light, the inertia mass J is small, so that the mechanical resonance frequency ω is also high and not only high-speed rotation is possible, but also the driving energy is extremely high. It's small.
[0018]
However, when the movable plate 105 matches the mechanical resonance frequency ω, a large torsion angle (deflection angle) can be obtained. However, when the movable plate 105 does not match the mechanical resonance frequency ω, Such a large twist angle cannot be obtained.
[0019]
Further, due to physical conditions in design, it is easy to manufacture a mechanical resonance frequency ω of 1000 Hz or more, and it is difficult to cope with a low frequency. Depending on the application, when deflecting in two dimensions, it may be required to support both high and low frequencies (50 Hz to 100 Hz). In such a case, the first prior art cannot cope with a low frequency.
[0020]
Further, since the first conventional technology is produced by a semiconductor production process, it can be produced only in a factory equipped with a large-scale production facility, and the efficiency of small-lot production is poor, resulting in high costs. In addition, because it is manufactured through a series of processes, the reflector cannot be replaced with other optical components (for example, other optical components such as prisms, lenses, CCDs, MOS image sensors, and pyroelectric elements). Cannot be used. In the second prior art, since the wiring is housed in a plurality of layers of polyimide, a large number of manufacturing steps are required, which is very complicated as a whole and causes an increase in manufacturing cost. .
[0021]
Furthermore, in the first prior art described above, the torsion bar 106 is repeatedly twisted, so that when the scan is performed with a large deflection angle, a large stress acts on the lead pattern, causing damage and fatigue disconnection. Therefore, as a countermeasure, in the second prior art, the wiring (lead pattern) is arranged at approximately equal positions.
[0022]
However, in the second prior art, although the life of the wiring (corresponding to the lead pattern of the first prior art) is longer than that in the case of the first prior art, the wiring is moved to the movable part. There is no. Furthermore, since it is integrally formed by a semiconductor process, the reflector cannot be replaced with another object as in the first prior art.
[0023]
In recent years, electronic small-sized imaging devices for use in mobile phones and the like are becoming widespread. However, in order to construct a device that follows a specific object, a current technology such as a polygon mirror requires a large space. And need power.
[0024]
The present invention solves the above-described problems and provides a long-life deflection actuator or the like that is small in size and reduced in manufacturing cost.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the deflection actuator of the present invention has a coil whose surface is covered with a protective film formed on the surface, and the portion where the coil is formed is a movable part, and is pivotally supported by a doubly supported beam. A sheet having the other end of the cantilever as a fixed portion is used as a structural material, and magnetic field generating means is provided around the structural material.
[0026]
According to the above invention, the structure of the deflection actuator is simplified by using a single sheet as the structural material, and the manufacturing process is reduced as compared with the prior art. In addition, the torsional angle φ increases as the value of the second moment of inertia lp acting on the beam decreases. The quadratic pole moment of inertia lp is bh (b, where b is the beam thickness and h is the width. 2 + H 2 ) / 12, but by using a sheet structure, b << h and h 2 Against b 2 Is a negligible value, so lp = bh Three / 12. Since b is a small value, lp is also reduced, and the twist angle φ is increased. Furthermore, the helix angle φ can be designed by setting the value of h.
[0027]
Therefore, it is possible to realize a deflection electromagnetic actuator that is inexpensive, small, and can be deflected with a relatively large deflection angle by driving with a low-frequency alternating current without being aware of the resonance frequency. In addition, low power consumption can be achieved.
[0028]
An optical scanning element can be realized by adhering a reflecting mirror to the insulator of the movable part of the deflection electromagnetic actuator. In this case, since the reflecting mirror is bonded to the above-described deflection electromagnetic actuator, the mirror deflection electromagnetic actuator (optical scanning element) that deflects the light collected from the LED, the laser beam, etc. is inexpensive, small, and has a low frequency alternating current. It can be provided as a product that can be driven by
[0029]
The reflecting mirror is preferably made of a silicon substrate. In this case, the existing semiconductor technology can be used by fabricating the reflecting mirror with a silicon substrate, and it is relatively cheap and has a uniform quality (for example, a high flatness with an unevenness difference of 0.5 μm or less). Available at: Therefore, it is possible to provide a silicon mirror deflection electromagnetic actuator (optical scanning element) that can reduce the cost and has high accuracy (high quality). In addition, thin film formation techniques such as aluminum and an antireflection film are substantial, and this substantial technique can be used.
[0030]
A light receiving scanning element can be realized by laying a wiring to a light receiving element together with a coil on an insulator of a movable part of the deflection actuator, and bonding and electrically connecting the light receiving element enclosed in a small package to the movable part. .
[0031]
A feature of the present invention is that various parts are bonded to the movable part of the deflection actuator during the manufacturing process. Thereby, various deflection actuators can be realized. In other words, it is possible to reliably mass-produce products that do not require large-scale manufacturing facilities, have few manufacturing processes, are very simple, and have a low unit price. Therefore, by adhering commonly produced light receiving elements and deflecting them with the deflection actuator of the present invention, the functions of many types of semiconductor light receiving elements currently produced in semiconductor technology can be effectively exhibited. Can do. For example, an image receiving deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) that can obtain three-dimensional information by receiving and deflecting a two-dimensional image can be realized.
[0032]
In the light receiving scanning element, it is preferable that an optical system including a lens is incorporated in the small package of the light receiving element. In this case, an optical system including a lens is integrated with the light receiving element and is bonded to the above-described deflection electromagnetic actuator, and an ultra-small imaging deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be realized. Is possible. In addition, a three-dimensional shape memory sensor can be realized using this.
[0033]
In the image light receiving deflection electromagnetic actuator light receiving scanning element, the light receiving element is preferably a charge coupled element. In this case, a general-purpose image-receiving deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) that is inexpensive and of uniform quality can be obtained by bonding a charge-coupled element that is currently mass-produced to the deflection electromagnetic actuator and is frequently used in video cameras and digital cameras. Can be realized.
[0034]
In the image receiving deflection electromagnetic actuator, the light receiving element is preferably a MOS image pickup element. In this case, low-power, low-power-consumption image-receiving / deflection electromagnetic actuators (light receiving devices) that are inexpensive and of uniform quality can be obtained by bonding charge coupled devices that are currently mass-produced to the deflection electromagnetic actuators and are widely used in video cameras and digital cameras. (Scanning element) can be realized.
[0035]
In the image receiving deflection electromagnetic actuator, the light receiving element is preferably a pyroelectric element. In this case, by attaching a pyroelectric element that is currently used in an automatic door or an automatic flushing system of a toilet, etc. to the deflection electromagnetic actuator, an infrared light receiving deflection electromagnetic actuator (light reception) capable of sensing a wide range of organisms and fire. (Scanning element) can be realized.
[0036]
In the imaging deflection electromagnetic actuator, it is preferable that the light receiving element is an optical component integrated charge coupled element. In this case, an optical system including a lens that is currently mass-produced in the deflection electromagnetic actuator and is frequently used in a video camera, a digital camera, etc. is integrated with the light receiving element, and the charge coupled element incorporated in the package is bonded, thereby reducing the cost. Therefore, it is possible to realize an ultra-small general-purpose imaging deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) with uniform quality, and a wide range of imaging is possible. In addition, a three-dimensional shape memory sensor can be realized using this.
[0037]
In the imaging deflection electromagnetic actuator, it is preferable that the light receiving element is an optical component integrated MOS imaging element. In this case, an optical system including a lens that is currently mass-produced in the above-described deflection electromagnetic actuator and frequently used in a video camera, a digital camera, etc. is integrated with the light receiving element, and the MOS imaging element incorporated in the package is bonded, thereby reducing the cost. Therefore, it is possible to realize an ultra-compact, low power consumption type deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) with a uniform quality, and a wide range of imaging is possible. In addition, a three-dimensional shape memory sensor can be realized using this.
[0038]
In order to solve the above-mentioned problem, another deflection actuator of the present invention is a sheet in which a thin permanent magnet bonded plane is a movable part, is pivotally supported by a both-end supported beam, and the other end of the both-end supported beam is a fixed part. And a coil as a magnetic field generating means around the structural material.
[0039]
According to the above invention, the permanent magnet that does not require wiring is arranged in the movable part as the magnetic field generating means, and the magnetic field of the permanent magnet provided in the movable part is arranged in the fixed part around the periphery. And the magnetic field generated based on the current supplied to the coil provided in the stationary part outside the movable part repels, and the movable part is centered on a pair of doubly supported beams that pivotally support the movable part. Rotate. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, no breakage due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and a long-life electromagnetic actuator can be provided.
[0040]
An optical scanning element can be realized by adhering a reflecting mirror to the insulator of the movable part of the deflection electromagnetic actuator. In this case, since the reflecting mirror is bonded to the above-described deflection electromagnetic actuator, the mirror deflection electromagnetic actuator (optical scanning element) that deflects the light collected from the LED, the laser beam, etc. is inexpensive, small, and has a low frequency alternating current. It can be provided as a product that can be driven by According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, no breakage due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and a long-life mirror deflection electromagnetic actuator (optical scanning element) can be provided.
[0041]
In the optical scanning element, the reflecting mirror is preferably made of a silicon substrate. In this case, the existing semiconductor technology can be used by fabricating the reflecting mirror with a silicon substrate, and it is relatively cheap and has a uniform quality (for example, a high flatness with an unevenness difference of 0.5 μm or less). Is available. Therefore, it is possible to provide a highly accurate (high quality) mirror deflection electromagnetic actuator (optical scanning element) that can reduce costs. In addition, thin film formation techniques such as aluminum and an antireflection film are substantial, and this substantial technique can be used. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, no breakage due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and a long-life silicon mirror deflection electromagnetic actuator can be provided.
[0042]
Wiring to the light receiving element is laid along with the coil on the insulator of the movable part of the deflection electromagnetic actuator, and the light receiving element sealed in a small package is bonded to the movable part and electrically connected to the light receiving scanning element. realizable.
[0043]
A feature of the present invention is that various parts are bonded to the movable part of the deflection actuator during the manufacturing process. Thereby, various deflection actuators can be realized. In other words, it is possible to reliably mass-produce products that do not require large-scale manufacturing facilities, have few manufacturing processes, are very simple, and have a low unit price. Therefore, by adhering commonly produced light receiving elements and deflecting them with the deflection actuator of the present invention, the functions of many types of semiconductor light receiving elements currently produced in semiconductor technology can be effectively exhibited. Can do. For example, an image receiving deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) that can obtain three-dimensional information by receiving and deflecting a two-dimensional image can be realized. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, disconnection due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and a long-life image receiving deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be provided.
[0044]
In the light receiving scanning element, it is preferable that an optical system including a lens is incorporated in the small package of the light receiving element. In this case, an optical system including a lens is integrated with the light receiving element and is bonded to the above-described deflection electromagnetic actuator, and an ultra-small imaging deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be realized. Is possible. In addition, a three-dimensional shape memory sensor can be realized using this. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, disconnection due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and a long-life imaging deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be provided.
[0045]
In the image receiving deflection electromagnetic actuator, the light receiving element is preferably a charge coupled element. In this case, a general-purpose image-receiving deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) that is inexpensive and of uniform quality can be obtained by bonding a charge-coupled element that is currently mass-produced to the deflection electromagnetic actuator and is frequently used in video cameras and digital cameras. Can be realized. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, no breakage due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and a long-life general-purpose image receiving deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be provided.
[0046]
In the image receiving deflection electromagnetic actuator, the light receiving element is preferably a MOS image pickup element. In this case, low-power consumption, low-power-consumption image receiving deflection with low power consumption and low quality is achieved by bonding a MOS imaging device that is currently mass-produced to the deflection electromagnetic actuator and is widely used in video cameras and digital cameras. An electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be realized. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, disconnection due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and a long-life low power consumption type image light receiving deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be provided.
[0047]
In the image receiving deflection electromagnetic actuator, the light receiving element is preferably a pyroelectric element. In this case, by attaching a pyroelectric element that is currently used in an automatic door or an automatic flushing system of a toilet, etc. to the deflection electromagnetic actuator, an infrared light receiving deflection electromagnetic actuator (light reception) capable of sensing a wide range of organisms and fire. (Scanning element) can be realized. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, no breakage due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and a long-life infrared light receiving deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be provided.
[0048]
In the imaging deflection electromagnetic actuator, it is preferable that the light receiving element is an optical component integrated charge coupled element. In this case, a general-purpose image-receiving deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) that is inexpensive and of uniform quality can be obtained by bonding a charge-coupled element that is currently mass-produced to the deflection electromagnetic actuator and is frequently used in video cameras and digital cameras. Can be realized. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, no breakage due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and a long-life general-purpose imaging deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) can be provided.
[0049]
In the imaging deflection electromagnetic actuator, it is preferable that the light receiving element is an optical component integrated MOS imaging element. In this case, an optical system including a lens that is currently mass-produced in the above-described deflection electromagnetic actuator and frequently used in a video camera, a digital camera, etc. is integrated with the light receiving element, and the MOS imaging element incorporated in the package is bonded, thereby reducing the cost. Therefore, it is possible to realize an ultra-compact, low power consumption type deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) with a uniform quality, and a wide range of imaging is possible. In addition, a three-dimensional shape memory sensor can be realized using this. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, disconnection due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and a long-life, low power consumption type deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) can be provided.
[0050]
In order to solve the above-described problem, another deflection actuator of the present invention has an electrode whose surface is covered with a protective film on the surface, the electrode forming portion is a movable portion, and is pivotally supported by a doubly supported beam. A sheet having the other end of the both-end supported beam as a fixed part is used as a structural material, and another electrode is provided on the opposite side of the movable part electrode of the structural material.
[0051]
According to the above invention, by forming the electrode on the sheet structure material, the flexible substrate technology which is an existing technology can be used, and the deflection electrostatic actuator can be realized at low cost and without making capital investment. In addition, downsizing is possible.
[0052]
An optical scanning element can be realized by adhering a reflecting mirror to the movable part of the deflection electrostatic actuator. In this case, since the reflecting mirror is bonded to the above-described deflecting electrostatic actuator, the mirror deflecting electrostatic actuator (optical scanning element) that deflects the light collected from the LED, laser light, etc. is inexpensive, small, and low frequency. It can be provided as a good product that can be driven by alternating current.
[0053]
In the optical scanning element, the reflecting mirror is preferably made of a silicon substrate. In this case, the existing semiconductor technology can be used by fabricating the reflecting mirror with a silicon substrate, and it is relatively cheap and has a uniform quality (for example, a high flatness with an unevenness difference of 0.5 μm or less). Is available. Accordingly, it is possible to provide a silicon mirror deflecting electrostatic actuator (optical scanning element) that can reduce the cost and is highly accurate (high quality). In addition, thin film formation techniques such as aluminum and an antireflection film are substantial, and this substantial technique can be used.
[0054]
A wiring to a light receiving element is laid together with a coil on an insulator of a movable part of the deflection electrostatic actuator, and the light receiving element sealed in a small package is bonded to the movable part and electrically connected to the light receiving scanning element. Can be realized.
[0055]
In this case, various deflection electrostatic actuators can be realized by bonding various parts to the movable part of the deflection electrostatic actuator. In other words, it is possible to reliably mass-produce products that do not require large-scale manufacturing facilities, have few manufacturing processes, are very simple, and have a low unit price. Therefore, by adhering commonly produced light receiving elements and deflecting them by the deflection electrostatic actuator of the present invention, the functions of many types of semiconductor light receiving elements currently produced in semiconductor technology are effectively exhibited. Can be made. For example, an image receiving deflection electrostatic actuator (light receiving scanning element) that can obtain three-dimensional information by receiving and deflecting a two-dimensional image can be realized.
[0056]
In the light receiving scanning element, an optical system including a lens is preferably incorporated in the small package of the light receiving element. In this case, an ultra-small imaging deflection electrostatic actuator (light-receiving scanning element) can be realized by bonding an optical system including a lens to the above-described electrostatic actuator, which is integrated with the light-receiving element and incorporated in the package. Imaging can be performed. In addition, a three-dimensional shape memory sensor can be realized using this.
[0057]
In the image receiving deflection electrostatic actuator, the light receiving element is preferably a charge coupled element. In this case, a general-purpose image receiving deflection electrostatic actuator (light receiving scanning with low quality and uniform quality) is bonded by bonding a charge coupled device which is currently mass-produced to the deflection electrostatic actuator and is frequently used in video cameras and digital cameras. Element) can be realized.
[0058]
In the image receiving deflection electrostatic actuator, the light receiving element is preferably a MOS image pickup element. In this case, low-power consumption, low-power-consumption image reception with low power consumption is achieved by bonding a MOS imaging device that is currently mass-produced to the deflection electrostatic actuator and is widely used in video cameras and digital cameras. A deflection electrostatic actuator (light receiving scanning element) can be realized.
[0059]
In the image receiving deflection electrostatic actuator, the light receiving element is preferably a pyroelectric element. In this case, an infrared light receiving deflection actuator (light receiving device) capable of sensing a wide range of organisms and fires by adhering a pyroelectric element currently used in an automatic door or toilet flushing system to the deflection electrostatic actuator. (Scanning element) can be realized.
[0060]
In the imaging deflection electrostatic actuator, it is preferable that the light receiving element is an optical component integrated charge coupled device. In this case, by attaching a charge coupled device that is currently mass-produced to the deflection electrostatic actuator and is frequently used in video cameras, digital cameras, etc., an ultra-compact general-purpose imaging deflection electrostatic actuator (low-cost and uniform quality) ( Light receiving scanning element) can be realized, and a wide range of imaging is possible. In addition, a three-dimensional shape memory sensor can be realized using this.
[0061]
In the imaging deflection electrostatic actuator, it is preferable that the light receiving element is a MOS imaging element integrated with an optical system component. In this case, an optical system including a lens that is currently mass-produced in the deflection electrostatic actuator and frequently used in a video camera, a digital camera, or the like is integrated with a light receiving element, and a MOS imaging element incorporated in a package is bonded. An ultra-compact and low-power imaging deflection electrostatic actuator (light-receiving scanning element) with uniform quality can be realized, and a wide range of imaging is possible. In addition, a three-dimensional shape memory sensor can be realized using this.
[0062]
In any of the deflection actuators of the present invention, it is preferable that the sheet is an insulator and is made of polyimide. In this case, polyimide is mainly used as a material for the flexible substrate which is an existing product, but this material is a good electrical insulating material and is a dielectric. Moreover, it is a material excellent in mechanical strength and dimensional stability. This is proven in the market. Therefore, the fact that this is used as a material for the sheet means that a high-quality deflection actuator (deflection electromagnetic actuator or deflection electrostatic actuator) can be provided.
[0063]
The fixed magnetic field generating means of the deflection electromagnetic actuator is preferably a permanent magnet. In this case, magnets such as neodymium magnets (neodymium, iron, boron) and SmCo magnets (samarium, cobalt) that are stable and have good characteristics among the magnets that are currently widely used as general materials are used as means for generating a fixed magnetic field. It is available relatively inexpensively. By using these materials, it is possible to provide an electromagnetic actuator that is inexpensive and has stable characteristics.
[0064]
The fixed magnetic field generating means of the deflection electromagnetic actuator may be an electromagnet. In this case, the strength of the magnetic field can be varied by the current by using an electromagnet as means for generating a fixed magnetic field. An electromagnetic actuator with a high degree of freedom in design specifications can be provided.
[0065]
In the deflection actuator, it is preferable that a lens-integrated CMOS image sensor is bonded to the movable part. In this case, by attaching a lens-integrated CMOS image sensor, it is possible to realize a follow-up portable small camera system that can receive an image without the object moving off the screen. Such a small and low power consumption follow-up camera system can be applied to mobile phones and the like, and an image system closely related to daily life can be constructed.
[0066]
In the deflection actuator, it is preferable to avoid the beam portion by a jumper wire as a method of supplying current to the movable portion. In this case, it is possible to provide a structure capable of avoiding repeated torsional forces by using a jumper wire (floating wire) for the wire portion of the beam. If the wiring is fixed and arranged on the beam portion, a torsional force acts on the wiring every time the movable portion rotates, and shear stress is generated. Since the wiring is formed of metal, if it is rotated at a large angle, metal fatigue accumulates, causing damage and disconnection. However, by using, for example, a curled bridge with a jumper wire, the force is distributed, repeated torsional force is avoided, the problem of deterioration due to metal fatigue of the wiring can be solved, and the deflection at a large angle is also involved. Therefore, the life of the deflection actuator can be extended.
[0067]
In the deflection actuator, the beam may have a ramen structure. In this case, the doubly supported beam can move elastically and the torsional force is distributed, so the force applied to the wiring formed in the beam part is also distributed, and the movable part is rotated at a large deflection angle. However, the force applied to the wiring falls within the category of elastic deformation, can solve the problem of metal fatigue, and can provide a deflection actuator with a long life even when deflected at a large deflection angle.
[0068]
In order to solve the above-described problem, another deflection actuator of the present invention forms a ferroelectric on the surface of the movable part, and the movable part is pivotally supported by a double-supported beam, and the other end of the dual-supported beam is fixed. And an electrode opposed to both surfaces of the surface of the fixed portion.
[0069]
According to the above invention, by performing the charge generation means of the movable part with a ferroelectric material, it is not necessary to apply a voltage to the movable part through the wiring, and the wiring of the beam portion can be eliminated. Therefore, a long-life ferroelectric deflecting electrostatic actuator can be realized.
[0070]
In the deflection electrostatic actuator, the movable part is made of barium titanate, lead titanate, lead zirconate, Rochelle salt, ammonium phosphate, potassium phosphate, barium strontium titanium oxide, SBLN, PZT, or lead zirconate titanate. It is preferable that a pattern is formed on the surface with any ferroelectric.
[0071]
In addition, ferroelectric materials are used in various electronic parts and continue to advance. For example, as a result of improvement in thin film technology, it has become possible to form a film having a relatively large thickness uniformly. In addition to barium titanate, materials having good characteristics such as BST and PZT have been developed. If this technique is used, a ferroelectric can be formed on a sheet, and a good ferroelectric-type deflection electrostatic actuator can be provided.
[0072]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0073]
A case where the present invention is applied to a deflection electromagnetic actuator will be described below. As shown in FIG. 2, the deflection electromagnetic actuator has a configuration in which protective films 1a and 1b are provided on the upper surface and the lower surface of the sheet substrate 6, respectively. The sheet substrate 6 is not particularly limited as long as the sheet substrate 6 can be formed into a sheet shape with a sheetable material such as polyimide. The use of polyimide, which is a relatively elastic organic insulating material, is preferable because brittle fracture is unlikely to occur and a large deflection angle can be obtained without considering the mechanical resonance frequency. That is, the frequency can be reduced.
[0074]
As shown in FIG. 2, the deflection electromagnetic actuator is provided with a movable portion 3, which is pivotally supported by a pair of both-end supported beams 4, 4 and the other end of the both-end supported beams 4, 4. Are fixed portions and formed integrally with the sheet substrate 6. The movable portion 3 also has a sheet structure configured in a sheet shape using the same sheetable material as the sheet substrate 6. Such a sheet structure can utilize the existing flexible substrate technology made of polyimide or the like, and can easily produce a desired one. When the doubly supported beams 4 and 4 are made of polyimide, the spring constant is larger than that of silicon, and a large deflection angle can be realized with a smaller torque. That is, it leads to low power consumption.
[0075]
A planar coil 2 is provided on the surface of the movable part 3 (in the case of FIG. 3, it is provided in a spiral shape), and the planar coil 2 is covered with the protective film 1a. The lower surface of the movable portion 3 is covered with the protective film 1b, and the movable portion 3 can be rotated by twisting the both-end supported beams 4 and 4.
[0076]
As shown in FIG. 3, the movable part 3 is configured such that the upper and lower surfaces are covered with the protective films 1a and 1b, and the planar coil 2 is not exposed. Can be suppressed. The deflection angle can be controlled by controlling the magnitude of the current flowing through the planar coil 2.
[0077]
The movable part 3 is formed as follows when a flexible substrate technology made of polyimide or the like is used. That is, a copper foil or the like is bonded to the movable part 3 to form the planar coil 2 and lands are formed in the vicinity of the both-end supported beams 4. The land is a through hole, the planar coil 2 is formed on both sides, and the front and back circuits are connected. Further, the protective films 1a and 1b are formed on both surfaces. This is a method used for general substrate fabrication.
[0078]
Then, the periphery of the planar coil 2 formed as described above is punched out with a mold or the like so as to face each other in a substantially U shape, and a groove 30 (see FIG. 2) is formed. Thereby, the said movable part 3 provided with the both-end beams 4 * 4 is formed.
[0079]
In the sheet substrate 6, permanent magnets 7 and 7 are respectively provided on end surfaces in a positional relationship parallel to the both-end supported beams 4 and 4. FIG. 2 shows the case where the permanent magnets 7 and 7 are provided, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. A configuration in which electromagnets 8 and 8 are provided may be used. In addition, about the member which has the same function as FIG. 2, the same reference number is attached and detailed description is abbreviate | omitted.
[0080]
Further, in order to efficiently generate a magnetic field and prevent the magnetic field from leaking as much as possible to the outside, as shown in FIG. 5, the permanent magnets 7 and 7 are surrounded by a pure iron yoke 25, and the permanent magnets 7 and 7 are It is preferable that the yoke 25 is bonded with, for example, a thermosetting adhesive and annealed. In this case, a longitudinal magnetic field molded product is used as the permanent magnets 7.
[0081]
In the deflection electromagnetic actuator according to the present embodiment, the planar coil 2 whose surface is covered with the protective film 1 is formed on the surface as described above.・ A sheet structure material pivotally supported by 4 and having the other end of the both-end supported beams 4 and 4 as a fixed portion, and provided with magnetic field generating means (permanent magnets 7 and 7 or electromagnets 8 and 8) around the structure material. ing.
[0082]
According to the above-described deflection electromagnetic actuator, the movable part 3 has a sheet structure configured in a sheet shape with a sheetable material such as polyimide. For example, the movable part 3 can be formed of a flexible substrate made of polyimide. When the thickness is small, the spring constant can be designed according to the width of the beam, and the deflection angle can be designed without being strongly limited by the mechanical resonance frequency. As a result, the movable part 3 can be rotated over a wide range from a high frequency signal to a low frequency signal.
[0083]
Here, the reflecting mirror will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the reflecting mirror 31 is required to have a small surface roughness. Therefore, the reflecting mirror 31 is made of an aluminum thin film 9 obtained by vapor-depositing aluminum on a silicon single crystal wafer. It is obtained by coating the membrane 10. The reflecting mirror 31 is formed on the movable portion 3 shown in FIG. 2 or 4 by adhering to the flat substrate 11 made of a flexible substrate made of polyimide.
[0084]
The reason why it is preferable to use the silicon single crystal wafer as the reflecting mirror 31 is that the existing semiconductor technology can be used, and a product with relatively low quality and uniform quality can be obtained (high flatness with an unevenness difference of 0.5 μm or less. The thing of the degree is available.) Therefore, it is possible to provide a reflection mirror with high accuracy (high quality) as well as cost reduction. In addition, thin film formation techniques such as aluminum and an antireflection film are substantial, and this substantial technique can be used.
[0085]
Next, referring to FIG. 1, how the planar coil 2 provided on the movable part 3 is electrically connected to the electrode terminals 35 and 39 which are the fixed parts of the sheet substrate 6. explain. A DC or AC electric signal (current signal or voltage signal) is applied to the planar coil 2 through the electrode terminals 35 and 39.
[0086]
As shown in FIG. 1, the planar coil 2 is provided in a spiral shape between an end portion (land) 36 and an end portion (land) 37, and the end portion 36 is interposed via a floating wiring 20 (jumper wire). The electrode terminal 35 is connected. The end portion 37 is connected to the electrode terminal 39 through a through hole in the end portion (land) 38 and the floating wiring 20 (jumper wire) by forming a planar coil on the back surface through the through hole. ing. As described above, the floating wiring 20 is provided so as not to be fixed on the both-supported beams 4 and 4, so that the force is dispersed when the rotational force acts on the both-supported beams 4 and 4.
[0087]
The floating wiring 20 is not particularly limited as long as it is a conductor. FIG. 1 shows the floating wiring 20 in a state of being looped once (a state of being wound once). However, the number of loops is not limited to one. There is no particular limitation as long as the floating state can be maintained during the rotation without causing the rotation of 3 and the obstruction of the electromagnetic wave or the magnetic field.
[0088]
As described above, in the example of FIG. 1, the end 36 of the planar coil 2 is not connected via the lead pattern fixed on the both-end supported beams 4 and 4 but via the floating wiring 20. And 38 are connected to the electrode terminals 35 and 39, respectively, so that the stress acting on the floating wiring 20 is dispersed and ignored even if the both-supported beams 4 and 4 are twisted as the movable part 3 rotates. Small enough to do. As a result, metal fatigue is not accumulated in the floating wiring 20, and damage or fatigue disconnection due to the fatigue can be reliably avoided, so that the life of the deflection actuator is extended.
[0089]
As described above, the movable part 3 has a sheet structure configured in a sheet shape with a sheetable material such as polyimide, and is connected via a lead pattern or the like provided on the both-end supported beams 4. Instead, the ends 36 and 38 of the planar coil 2 are connected to the electrode terminals 35 and 39 through the floating wiring 20, respectively. (A) Metal fatigue is accumulated, causing damage or fatigue breakage. (B) Even if it does not match the mechanical resonance frequency ω, a large torsion angle can be obtained, and (c) a large-scale manufacturing facility is not required, and extremely high reliability, long life, and low A deflection actuator capable of realizing power consumption can be manufactured, and the unit price is low and downsizing is possible.
[0090]
Here, another example of avoiding damage and disconnection due to metal fatigue of the connection wiring will be described below with reference to FIG. Note that members having the same functions as those in the example of FIG. 1 are given the same member numbers, and detailed descriptions thereof are omitted.
[0091]
By making the cantilever beams 4 and 4 have a ramen structure (ramen structure beam), the cantilever beams 4 and 4 can move elastically and the torsional stress is dispersed. Even if a lead pattern is formed on the beams 4 and 4, it is possible to disperse the stress applied to (act on) the lead pattern. As a result, the life of the lead pattern is extended (the life of the deflection actuator is extended). Can be achieved reliably. FIG. 7 merely shows an example of the ramen structure, and the present invention is not limited to this configuration.
[0092]
Further, another example for avoiding damage and disconnection due to metal fatigue of the connection wiring will be described below with reference to FIG. Note that members having the same functions as those in the example of FIG. 1 are given the same member numbers, and detailed descriptions thereof are omitted.
[0093]
In the example shown here, as shown in FIG. 8, a thin permanent magnet 16 is bonded to the movable part 3, the planar coil 2 is formed in the fixed part 5 around the movable part 3, It is different from the examples of FIGS. 1 and 7 in that it is not necessary to provide connection wiring.
[0094]
According to the configuration of FIG. 8, it is not necessary to provide the planar coil 2 on the movable part 3, and it is not necessary to fix the connection wiring on the both-end supported beams 4, 4. Even if the cantilever beams 4 and 4 are twisted, the planar coil 2 is provided not on the movable portion 3 but on the fixed portion 5, so that the connection wiring fixed on the cantilever beams 4 and 4 as in the prior art is used. The influence of force acting is lost. That is, the above-described damage and fatigue disconnection due to the action of force do not occur, so that the life of the deflection actuator is reliably increased.
[0095]
Here, another example of avoiding damage or disconnection due to metal fatigue of the connection wiring will be described below with reference to FIG. Note that members having the same functions as those in the example of FIG. 1 are given the same member numbers, and detailed descriptions thereof are omitted.
[0096]
In the example shown here, as shown in FIG. 9, insulators 17 and 17 are provided in place of the permanent magnets 7 and 7 of FIG. 1, and electrodes 18a and 18c are provided on the upper and lower surfaces of these insulators 17 and 17, respectively. And the electrodes 18b and 18d are provided, and the ferroelectrics 19 and 19 are provided on the movable portion 3 at positions symmetrical to the line connecting the both cantilevers 4 and 4, and on the both cantilevers 4 and 4 1 is different from the example of FIG. 1 in that the connection wiring and the coil 3 are not required.
[0097]
An electric field is generated by applying a voltage between the electrodes 18a-18b. At this time, a voltage is applied between the electrodes 18c-18d so that an electric field opposite to the electric field generated between the electrodes 18a-18b is generated. The ferroelectric materials 19 and 19 are ferroelectric materials such as barium titanate, lead titanate, lead zirconate, Rochelle salt, ammonium phosphate, potassium phosphate, BST (barium strontium titanium oxide), SBLN, Either PZT or lead zirconate titanate is patterned on both sides of the movable part 3 (positions symmetric with respect to the line connecting the both-supported beams 4 and 4 on the movable part 3). These ferroelectrics 19 and 19 are always in a state where, for example, negative charges are held.
[0098]
According to the configuration of FIG. 9, the charges held in the ferroelectric materials 19 and 19 receive an attractive force or a repulsive force through the electric field generated between the electrodes 18c-18d and between the electrodes 18a-18b, As a result, the double-supported beams 4 and 4 are twisted, and the movable portion 3 is rotated.
[0099]
Therefore, according to the configuration of FIG. 9, it is not necessary to provide the planar coil 2 in the movable portion 3 and it is not necessary to fix the connection wirings in the both-end supported beams 4 and 4. As mentioned above, even if the cantilever beams 4 and 4 are twisted, the above-described damage or fatigue breakage caused by the force acting on the connection wiring fixed on the both cantilever beams 4 and 4 is not caused. Does not occur. Therefore, the lifetime is surely increased.
[0100]
The example of FIG. 9 shows an example in which the electrodes 18a to 18d are provided outside the movable portion 3, but the present invention is not limited to this, and although not shown, the ferroelectrics 19 and 19 in FIG. Alternatively, an electrode (a pair of electrodes) may be provided at the position of the ferroelectric materials 19 and 19, and a voltage may be applied to the electrodes via the floating wiring 20 in FIG.
[0101]
In this case, the movable portion 3 is made of an organic insulating material such as polyimide, and an electric field is generated because a voltage is applied between the pair of electrodes. At this time, an electric field is generated between the electrodes, and this electric field changes depending on the applied voltage and its polarity and receives an attractive force or a repulsive force, thereby twisting the doubly supported beams 4 and 4. Thus, the movable part 3 rotates.
[0102]
Therefore, even in this case, since a voltage for generating electric charges is applied through the floating wiring 20, even if the both-supported beams 4 and 4 are twisted with the rotation of the movable portion 3, the floating wiring 20 is affected. The force to be distributed is small enough to be ignored. As a result, metal fatigue is not accumulated in the floating wiring 20, and damage and fatigue disconnection caused by the fatigue can be reliably avoided, so that the life of the deflection actuator is extended.
[0103]
By the way, in order to scan two dimensions with the reflecting mirror 31, a scanning time is required, which is not suitable for real-time control (apparatus). Further, in a configuration in which a laser beam is scanned and a signal is obtained by a light receiving element, the number of necessary parts increases. In recent years, pyroelectric elements that sense infrared rays and ultra-small lens-integrated light-receiving elements (for example, LZ0P3800 (lens-integrated CMOS image sensor) manufactured by Sharp Corporation) have become available.
[0104]
Therefore, a description will be given of a deflection actuator in which another optical component is bonded to the movable portion 3 instead of the reflecting mirror 31. In addition, about the member which has the same function as the said member, the same reference number is attached and detailed description is abbreviate | omitted.
[0105]
FIG. 10 shows an example of a deflection actuator in which a charge coupled device (CCD) 12 is bonded to the movable part 3. FIG. 11 shows an example of a deflection actuator in which a charge coupled device 12 including a lens 13 is bonded to the movable portion 3. FIG. 12 shows an example of a deflection actuator in which a MOS image sensor 14 including a lens 13 is bonded to the movable part 3. FIG. 13 shows an example of a deflection actuator in which the pyroelectric element 15 is bonded to the movable part 3.
[0106]
By scanning the charge coupled device 12, real-time imaging can be performed. The pyroelectric element 15 senses infrared rays, and by sensing the pyroelectric element 15 attached to the movable part 3 and scanning it, living organisms and fire can be sensed over a wide range. Further, the charge coupled device 12 including the lens 13 and the MOS imaging device 14 including the lens 13 are ultra-small lens-integrated light receiving devices that can sense two-dimensional information in real time and fuse with image recognition technology. Thus, a shape recognition sensor capable of following a wide range can be realized.
[0107]
As shown in FIGS. 10 to 13, according to the above-described deflection actuator, since only the optical component is bonded to the movable part 3, a large-scale manufacturing facility is unnecessary, and the reflecting mirror 31 is connected to the charge coupled device. 12, the charge coupled device 12 including the lens 13, the MOS imaging device 14 including the lens 13, and the pyroelectric device 15 can be replaced with optical components, and the number of manufacturing processes can be reduced. Unit price is low and mass production is possible. That is, the optical system can be downsized as a whole. Examples of other optical components include a beam splitter, a prism, and a lens. In addition, the light receiving element is not limited to the CCD, and may be another type such as a MOS image pickup element, BBD, or PSD.
[0108]
Although not shown in the figure, the lens-integrated CMOS image sensor of 1 cc size is bonded to the movable portion 3 and connected by a floating wiring 20 (jumper wire) that moves freely, so that the object does not come off the screen. A follow-up portable small camera system capable of receiving images with high accuracy can be realized.
[0109]
For example, as shown in FIG. 17, an image is captured via a lens-integrated CMOS image sensor 150, stored as image data in the storage element 151, and the pattern recognition / control unit 152 deflects based on the stored image data. By controlling the rotation of the movable part of the actuator 153, a highly accurate and compact follow-up portable portable camera system can be realized with a simple configuration.
[0110]
In the first and eighth deflection actuators according to the present invention, as described above, a magnetic field is applied to the movable portion provided with the coil, and the movable portion is arranged around a pair of both-end supported beams that pivotally support the movable portion. In the rotating deflection actuator, the movable part and the both-end supported beam are formed in a sheet shape from a sheetable material, and a current is applied to the coil via a floating wiring.
[0111]
According to the above invention, when a magnetic field is applied to the movable part and a current is applied to the coil provided on the movable part, Lorentz force acts on the coil. By this Lorentz force, the movable part rotates around a pair of both-end supported beams that pivotally support the movable part.
[0112]
Conventionally, an electric current is applied via a connection wiring (lead pattern) fixed on a both-end supported beam. For this reason, if the cantilever is twisted with the rotation of the movable part, the connection wiring fixed on the both-supported beam is also twisted, and as the number of rotations of the movable part increases, As the stress acting on the above-mentioned connection wiring becomes stronger, the connection wiring fixed on the both-end supported beam accumulates metal fatigue due to repeated torsion and causes damage or fatigue breakage.
[0113]
Therefore, in the above invention, a current is applied to the coil via the floating wiring. In this way, the connection wiring is not fixed on the both-end supported beam, but is made a floating wiring, so that the floating wiring 20 is not fixed and can be moved freely. Therefore, it is possible to reliably disperse the stress due to the torsion of the doubly-supported beam, and the dispersive stress becomes negligibly small. As a result, metal fatigue is not accumulated in the floating wiring, and damage or fatigue disconnection caused by the fatigue can be reliably avoided, so that the life of the connection wiring can be extended.
[0114]
In addition, the flat coil can be made into a sheet by a flexible substrate manufacturing technique that has already been technically established, and mass production is possible even if the factory is not equipped with facilities for semiconductor manufacturing processes. Since the above steps are not required, the number of manufacturing steps may be small, and the overall process is very simple, the unit price is low, and downsizing is possible.
[0115]
In addition, in the above invention, since the movable portion and the both-end supported beam are configured in a sheet shape with a sheetable material, by designing the width of the beam without depending on the mechanical resonance frequency, A large twist angle is obtained. That is, the frequency can be reduced.
[0116]
As described above, the second deflection actuator according to the present invention includes a movable part pivotally supported by a pair of both-end supported beams and provided with a permanent magnet, and a coil for energizing a fixed part outside the movable part is provided. The movable part and the both-end supported beam are provided in a sheet shape with a sheetable material.
[0117]
According to the above invention, the magnetic field of the permanent magnet provided in the movable part and the magnetic field generated based on the current supplied to the coil provided in the fixed part outside the movable part repel each other, and the movable part Will rotate around a pair of doubly supported beams that pivotally support the movable part.
[0118]
As described above, it is not necessary to provide a coil in the movable part, and it is not necessary to provide a connection wiring (lead pattern) in the both-end supported beam. As the movable part is rotated, the both-end supported beam is twisted. However, since the coil is provided not on the movable part but on the fixed part, the wiring is not twisted, and therefore no stress acts on the coil of the fixed part. As a result, the above-described damage or fatigue breakage due to the action of the stress can be reliably avoided, and the life can be reliably extended.
[0119]
Moreover, it is only necessary to provide a permanent magnet on the movable part, and the coil of the fixed part can be produced by the flexible substrate technology in the same manner as described above. Therefore, a large-scale manufacturing facility such as a semiconductor manufacturing process becomes unnecessary, and a factory equipped with such a facility. Even if it is not, mass production becomes possible. Further, since the above steps are not required, the number of manufacturing steps may be small, and as a whole, the manufacturing process is very simple, the unit price is low, and the size can be reduced.
[0120]
In addition, in the above-described invention, since the movable part and the both-end supported beam are formed in a sheet shape from a sheetable material, a large twist angle can be obtained even when the mechanical resonance frequency is not matched. .
[0121]
As described above, the ninth deflection actuator according to the present invention is a deflection actuator that rotates the movable portion around a pair of both-end supported beams having connection wirings. The deflection actuator includes the movable portion and the movable portion. The doubly-supported beam is formed into a sheet shape from a sheetable material, and the doubly-supported beam has a ramen structure.
[0122]
According to the above-mentioned invention, since the both-supported beam has a ramen structure, the both-supported beam can move elastically and the force is distributed, so that the connection wiring (lead pattern) is formed on the both-supported beam. Even if this is done, the force applied (acting) to the connection wiring is dispersed and reduced to a negligible level, and as a result, the life of the connection wiring can be reliably extended.
[0123]
Moreover, it is possible to produce with the flexible substrate technology just by making the above-mentioned doubly supported beam a ramen structure, and no large-scale manufacturing equipment such as a semiconductor manufacturing process is required, and mass production is possible even if it is not a factory equipped with such equipment. . Further, since the above steps are not required, the number of manufacturing steps may be small, and as a whole, the manufacturing process is very simple, the unit price is low, and the size can be reduced.
[0124]
In addition, in the above-described invention, since the movable part and the both-end supported beam are formed in a sheet shape from a sheetable material, a large twist angle can be obtained even when the mechanical resonance frequency is not matched. .
[0125]
As described above, the tenth deflection actuator according to the present invention is provided with the movable portion having the ferroelectric and the electrode on the fixed portion, and applies an electric voltage to the electric charge of the ferroelectric by applying a voltage to the electrode. An electric field generating means is provided.
[0126]
According to the above invention, the electric charge from the ferroelectric on the movable part receives a force by the electric field from the electric field generating means, and based on this force, the movable part rotates around the doubly supported beam. . That is, the electric charge of the ferroelectric substance receives an attractive force or a repulsive force via the electric field, whereby the both-end supported beam is twisted and the movable part rotates.
[0127]
As described above, in the above invention, it is not necessary to provide a coil in the movable part and it is not necessary to provide a connection wiring on the both-end supported beam. Even if the cantilever is twisted, the above-described damage or fatigue breakage due to the stress acting on the connection wiring fixed on the both-end supported beam as in the prior art does not occur. Therefore, the lifetime can be reliably increased.
[0128]
In addition, in the above-described invention, since the movable part and the both-end supported beam are formed in a sheet shape from a sheetable material, a large twist angle can be obtained even when the mechanical resonance frequency is not matched. .
[0129]
According to the eleventh deflection actuator of the present invention, as described above, in the tenth deflection actuator, the ferroelectric is composed of barium titanate, lead titanate, lead zirconate, Rochelle salt, ammonium phosphate, potassium phosphate, Any one of barium strontium titanium oxide, SBLN, PZT, or lead zirconate titanate is patterned on the movable part.
[0130]
As described above, the third deflection actuator according to the present invention is configured in a sheet shape with an organic insulating material in which a movable part having a pair of opposed electrodes and a doubly supported beam that pivotally supports the movable part can be formed into a sheet. Then, a voltage is applied to the electrode through the floating wiring.
[0131]
In this case, the movable part is formed of an organic insulating material, and when a voltage is applied between the pair of electrodes, an electric charge is generated. At this time, an electric field is generated between the electrodes of the fixed part, and the electric charge receives an attractive force or a repulsive force via the electric field, whereby the doubly supported beam is twisted and the movable part rotates. Become.
[0132]
Therefore, even in this case, since a voltage for generating an electric charge is applied via the floating wiring, even if the both-end supported beam is twisted as the movable portion rotates, the stress acting on the floating wiring is dispersed. Small enough to be ignored. As a result, metal fatigue is not accumulated in the floating wiring, and damage or fatigue disconnection can be reliably avoided, so that the life of the connection wiring is extended.
[0133]
As described above, the fourth deflection actuator according to the present invention is characterized in that, in any one of the first to eleventh deflection actuators, the movable portion and the doubly supported beam are made of polyimide. . In this case, the existing flexible substrate technology can be used, and the manufacture becomes easy.
[0134]
As described above, the fifth and sixth deflection actuators according to the present invention are characterized in that, in any one of the first and second deflection actuators, the magnetic field is generated by a permanent magnet or an electromagnet.
[0135]
As described above, the first optical scanning element according to the present invention is characterized in that a reflecting mirror is bonded to the movable portion of any one of the first to third and tenth deflection actuators. Thereby, a mirror deflection actuator can be realized. In this case, it is only necessary to carry out a simple process of bonding, so the unit price is low, miniaturization, long life and low power consumption are possible, and a large deflection angle is hardly controlled by the mechanical vibration frequency. Is obtained. That is, the frequency can be reduced.
[0136]
As described above, the second optical scanning element according to the present invention is characterized in that, in the first optical scanning element, the reflecting mirror is made of a silicon wafer. In this case, the existing semiconductor technology can be used, and a relatively inexpensive and uniform product (for example, a high flatness with an unevenness difference of 0.5 μm or less) can be easily obtained. Therefore, it is possible to provide a highly accurate (high quality) mirror deflection actuator that can be reduced in cost. In addition, thin film formation techniques such as aluminum and an antireflection film are substantial, and this substantial technique can be used.
[0137]
As described above, the first and second light-receiving scanning elements according to the present invention include a light-receiving element or an optical system component including a lens and a light-receiving element in the movable portion of the first to third and tenth deflection actuators. It is characterized in that the package is bonded.
[0138]
In the third to fifth light receiving scanning elements according to the present invention, as described above, in the first and second light receiving scanning elements, the light receiving element is a charge-coupled element, a MOS imaging element, or a pyroelectric element. It is a feature.
[0139]
As described above, the deflection actuator according to the present invention is characterized in that a lens-integrated CMOS image sensor is bonded to the movable portion of the first to third and tenth deflection actuators. In this case, it is possible to realize a follow-up portable small camera system that can receive an image without the object moving off the screen. Such a small and low power consumption follow-up camera system can be applied to mobile phones and the like, and an image system closely related to daily life can be constructed.
[0140]
As described above, various deflection actuators can be realized by simply bonding an optical component to the deflection actuator of the present invention. Therefore, it is possible to reliably mass-produce various deflection actuators that do not require a large-scale manufacturing facility, have a small number of manufacturing processes, are very simple, are inexpensive, and can be downsized. That is, since it is only necessary to bond the optical components as described above, the application range is widened, and it can be used for a wide range of applications including optical systems.
[0141]
Furthermore, it is possible to bond a part made by using a micromachine technique or the like, or a part having a very small quality and produced in large quantities from a mold made by a micromachine technique. In addition, the reliability of the product is significantly improved by extending the life.
[0142]
【The invention's effect】
As described above, the deflection actuator of the present invention forms a coil whose surface is covered with a protective film on the surface, and a portion where this coil is formed is a movable part, and is pivotally supported by a double-supported beam. A sheet having the other end as a fixed portion is used as a structural material, and magnetic field generating means is provided around the structural material.
[0143]
According to the above invention, the structure of the deflection actuator is simplified by using a single sheet as the structural material, and the manufacturing process is reduced as compared with the prior art. In addition, the torsional angle φ increases as the value of the second moment of inertia lp acting on the beam decreases. The quadratic pole moment of inertia lp is bh (b, where b is the beam thickness and h is the width. 2 + H 2 ) / 12, but by using a sheet structure, b << h and h 2 Against b 2 Is a negligible value, so lp = bh Three / 12. Since b is a small value, lp is also reduced, and the twist angle φ is increased. Furthermore, the helix angle φ can be designed by setting the value of h.
[0144]
Therefore, it is possible to realize a deflection electromagnetic actuator that is inexpensive, small, and can be deflected with a relatively large deflection angle by driving with a low-frequency alternating current without being aware of the resonance frequency. In addition, the effect of reducing the power consumption is also achieved.
[0145]
An optical scanning element can be realized by adhering a reflecting mirror to the insulator of the movable part of the deflection electromagnetic actuator. In this case, since the reflecting mirror is bonded to the above-described deflection electromagnetic actuator, the mirror deflection electromagnetic actuator (optical scanning element) that deflects the light collected from the LED, the laser beam, etc. is inexpensive, small, and low frequency AC current. It also has the effect that it can be provided as a product that can be driven by.
[0146]
The reflecting mirror is preferably made of a silicon substrate. In this case, the existing semiconductor technology can be used by fabricating the reflecting mirror with a silicon substrate, and it is relatively cheap and has a uniform quality (for example, a high flatness with an unevenness difference of 0.5 μm or less). Is available. Therefore, it is possible to provide a silicon mirror deflection electromagnetic actuator (optical scanning element) that can reduce the cost and has high accuracy (high quality). In addition, the technology for forming a thin film such as aluminum or an antireflection film is enhanced, and the effect that this enhanced technology can be used is also achieved.
[0147]
A light receiving scanning element can be realized by laying a wiring to a light receiving element together with a coil on an insulator of a movable part of the deflection actuator, and bonding and electrically connecting the light receiving element enclosed in a small package to the movable part. .
[0148]
A feature of the present invention is that various parts are bonded to the movable part of the deflection actuator during the manufacturing process. Thereby, various deflection actuators can be realized. In other words, it is possible to reliably mass-produce products that do not require large-scale manufacturing facilities, have few manufacturing processes, are very simple, and have a low unit price. Therefore, by adhering commonly produced light receiving elements and deflecting them with the deflection actuator of the present invention, the functions of many types of semiconductor light receiving elements currently produced in semiconductor technology can be effectively exhibited. Can do. For example, there is an effect that an image receiving deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) capable of obtaining three-dimensional information can be realized by receiving and deflecting a two-dimensional image.
[0149]
In the light receiving scanning element, it is preferable that an optical system including a lens is incorporated in the small package of the light receiving element. In this case, an optical system including a lens is integrated with the light receiving element and is bonded to the above-described deflection electromagnetic actuator, and an ultra-small imaging deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be realized. Is possible. Moreover, the effect that a three-dimensional shape memory sensor can be realized by using this is also exhibited.
[0150]
In the image receiving deflection electromagnetic actuator, the light receiving element is preferably a charge coupled element. In this case, a general-purpose image-receiving deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) that is inexpensive and of uniform quality can be obtained by bonding a charge-coupled element that is currently mass-produced to the deflection electromagnetic actuator and is frequently used in video cameras and digital cameras. It also has the effect that can be realized.
[0151]
In the image receiving deflection electromagnetic actuator, the light receiving element is preferably a MOS image pickup element. In this case, low-power, low-power-consumption image-receiving / deflection electromagnetic actuators (light receiving devices) that are inexpensive and of uniform quality can be obtained by bonding charge coupled devices that are currently mass-produced to the deflection electromagnetic actuators and are widely used in video cameras and digital cameras. (Scanning element) can also be realized.
[0152]
In the image receiving deflection electromagnetic actuator, the light receiving element is preferably a pyroelectric element. In this case, by attaching a pyroelectric element that is currently used in an automatic door or an automatic flushing system of a toilet, etc. to the deflection electromagnetic actuator, an infrared light receiving deflection electromagnetic actuator (light reception) capable of sensing a wide range of organisms and fire. (Scanning element) can also be realized.
[0153]
In the imaging deflection electromagnetic actuator, it is preferable that the light receiving element is an optical component integrated charge coupled element. In this case, an optical system including a lens that is currently mass-produced in the deflection electromagnetic actuator and is frequently used in a video camera, a digital camera, etc. is integrated with the light receiving element, and the charge coupled element incorporated in the package is bonded, thereby reducing the cost. Therefore, it is possible to realize an ultra-small general-purpose imaging deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) with uniform quality, and a wide range of imaging is possible. In addition, a three-dimensional shape memory sensor can be realized using this.
[0154]
In the imaging deflection electromagnetic actuator, it is preferable that the light receiving element is an optical component integrated MOS imaging element. In this case, an optical system including a lens that is currently mass-produced in the above-described deflection electromagnetic actuator and frequently used in a video camera, a digital camera, etc. is integrated with the light receiving element, and the MOS imaging element incorporated in the package is bonded, thereby reducing the cost. Therefore, it is possible to realize an ultra-compact, low power consumption type deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) with a uniform quality, and a wide range of imaging is possible. In addition, there is an effect that a three-dimensional shape memory sensor can be realized by using this.
[0155]
As described above, the other deflection actuator of the present invention has a structure in which a sheet having a thin permanent magnet bonded as a movable portion is pivotally supported by a both-end supported beam and the other end of the both-end supported beam is a fixed portion. And a coil as a magnetic field generating means around the structural material.
[0156]
According to the above invention, the permanent magnet that does not require wiring is arranged in the movable part as the magnetic field generating means, and the magnetic field of the permanent magnet provided in the movable part is arranged in the fixed part around the periphery. And the magnetic field generated based on the current supplied to the coil provided in the stationary part outside the movable part repels, and the movable part is centered on a pair of doubly supported beams that pivotally support the movable part. Rotate. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, the wiring damage and the disconnection due to metal fatigue do not occur, and the effect that a long-life electromagnetic actuator can be provided is also achieved.
[0157]
An optical scanning element can be realized by adhering a reflecting mirror to the insulator of the movable part of the deflection electromagnetic actuator. In this case, since the reflecting mirror is bonded to the above-described deflection electromagnetic actuator, the mirror deflection electromagnetic actuator (optical scanning element) that deflects the light collected from the LED, the laser beam, etc. is inexpensive, small, and has a low frequency alternating current. It can be provided as a product that can be driven by According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, disconnection due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and a long-life mirror deflection electromagnetic actuator (optical scanning element) can be provided.
[0158]
In the optical scanning element, the reflecting mirror is preferably made of a silicon substrate. In this case, the existing semiconductor technology can be used by fabricating the reflecting mirror with a silicon substrate, and it is relatively cheap and has a uniform quality (for example, a high flatness with an unevenness difference of 0.5 μm or less). Is available. Therefore, it is possible to provide a highly accurate (high quality) mirror deflection electromagnetic actuator (optical scanning element) that can reduce costs. In addition, thin film formation techniques such as aluminum and an antireflection film are substantial, and this substantial technique can be used. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, disconnection due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and there is an effect that a long-life silicon mirror deflection electromagnetic actuator can be provided.
[0159]
Wiring to the light receiving element is laid along with the coil on the insulator of the movable part of the deflection electromagnetic actuator, and the light receiving element sealed in a small package is bonded to the movable part and electrically connected to the light receiving scanning element. realizable.
[0160]
A feature of the present invention is that various parts are bonded to the movable part of the deflection actuator during the manufacturing process. Thereby, various deflection actuators can be realized. In other words, it is possible to reliably mass-produce products that do not require large-scale manufacturing facilities, have few manufacturing processes, are very simple, and have a low unit price. Therefore, by adhering commonly produced light receiving elements and deflecting them with the deflection actuator of the present invention, the functions of many types of semiconductor light receiving elements currently produced in semiconductor technology can be effectively exhibited. Can do. For example, an image receiving deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) that can obtain three-dimensional information by receiving and deflecting a two-dimensional image can be realized. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, the wire breakage and the disconnection due to metal fatigue do not occur, and the effect of providing a long-life image receiving deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) is also achieved.
[0161]
In the light receiving scanning element, it is preferable that an optical system including a lens is incorporated in the small package of the light receiving element. In this case, an optical system including a lens is integrated with the light receiving element and is bonded to the above-described deflection electromagnetic actuator, and an ultra-small imaging deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be realized. Is possible. In addition, a three-dimensional shape memory sensor can be realized using this. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, disconnection due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and there is an effect that a long-life imaging deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be provided.
[0162]
In the image receiving deflection electromagnetic actuator, the light receiving element is preferably a charge coupled element. In this case, a general-purpose image-receiving deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) that is inexpensive and of uniform quality can be obtained by bonding a charge-coupled element that is currently mass-produced to the deflection electromagnetic actuator and is frequently used in video cameras and digital cameras. Can be realized. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, the wire breakage and the disconnection due to metal fatigue do not occur, and it is possible to provide an effect that a long-life general-purpose image receiving deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be provided.
[0163]
In the image receiving deflection electromagnetic actuator, the light receiving element is preferably a MOS image pickup element. In this case, low-power consumption, low-power-consumption image receiving deflection with low power consumption and low quality is achieved by bonding a MOS imaging device that is currently mass-produced to the deflection electromagnetic actuator and is widely used in video cameras and digital cameras. An electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be realized. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, the wire breakage and the disconnection due to metal fatigue do not occur, and the long-life low power consumption type image light receiving deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be provided.
[0164]
In the image receiving deflection electromagnetic actuator, the light receiving element is preferably a pyroelectric element. In this case, by attaching a pyroelectric element that is currently used in an automatic door or an automatic flushing system of a toilet, etc. to the deflection electromagnetic actuator, an infrared light receiving deflection electromagnetic actuator (light reception) capable of sensing a wide range of organisms and fire. (Scanning element) can be realized. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, the wire breakage and the disconnection due to metal fatigue do not occur, and it is possible to provide an effect of providing a long-life infrared light receiving deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element).
[0165]
In the imaging deflection electromagnetic actuator, it is preferable that the light receiving element is an optical component integrated charge coupled element. In this case, a general-purpose image-receiving deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) that is inexpensive and of uniform quality can be obtained by bonding a charge-coupled element that is currently mass-produced to the deflection electromagnetic actuator and is frequently used in video cameras and digital cameras. Can be realized. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, disconnection due to wiring damage or metal fatigue does not occur, and a long-life general-purpose imaging deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element) can be provided.
[0166]
In the imaging deflection electromagnetic actuator, it is preferable that the light receiving element is an optical component integrated MOS imaging element. In this case, an optical system including a lens that is currently mass-produced in the deflection actuator and is frequently used in video cameras, digital cameras, etc., is integrated with the light receiving element and bonded to the MOS imaging element incorporated in the package, thereby reducing the cost. An ultra-compact, low-power consumption type deflection electromagnetic actuator (light-receiving scanning element) with uniform quality can be realized, and a wide range of imaging is possible. In addition, a three-dimensional shape memory sensor can be realized using this. According to this method, it is not necessary to provide wiring on the both-end supported beam, and even if the both-end supported beam is twisted with the rotation of the movable part, the wiring is not twisted and no repeated load is applied. . Therefore, the wire breakage and the disconnection due to metal fatigue do not occur, and there is an effect that it is possible to provide a long-life low power consumption type deflection electromagnetic actuator (light receiving scanning element).
[0167]
As described above, the other deflection actuator of the present invention has an electrode whose surface is covered with a protective film formed on the surface, the electrode forming portion is a movable part, and is pivotally supported by a doubly supported beam. A sheet having the other end as a fixed part is used as a structural material, and another electrode is provided on the opposite side of the movable part electrode of the structural material.
[0168]
According to the above invention, by forming the electrode on the sheet structure material, the flexible substrate technology which is an existing technology can be used, and the deflection electrostatic actuator can be realized at low cost and without making capital investment. In addition, there is an effect that downsizing is possible.
[0169]
An optical scanning element can be realized by adhering a reflecting mirror to the movable part of the deflection electrostatic actuator. In this case, since the reflecting mirror is bonded to the above-described deflecting electrostatic actuator, the mirror deflecting electrostatic actuator (optical scanning element) that deflects the light collected from the LED, laser light, etc. is inexpensive, small, and low frequency. It also has the effect that it can be provided as a good product that can be driven by alternating current.
[0170]
In the optical scanning element, the reflecting mirror is preferably made of a silicon substrate. In this case, the existing semiconductor technology can be used by fabricating the reflecting mirror with a silicon substrate, and it is relatively cheap and has a uniform quality (for example, a high flatness with an unevenness difference of 0.5 μm or less). Is available. Accordingly, it is possible to provide a silicon mirror deflecting electrostatic actuator (optical scanning element) that can reduce the cost and is highly accurate (high quality). In addition, the technology for forming a thin film such as aluminum or an antireflection film is enhanced, and the effect that this enhanced technology can be used is also achieved.
[0171]
A wiring to a light receiving element is laid together with a coil on an insulator of a movable part of the deflection electrostatic actuator, and the light receiving element sealed in a small package is bonded to the movable part and electrically connected to the light receiving scanning element. Can be realized.
[0172]
In this case, various deflection electrostatic actuators can be realized by bonding various parts to the movable part of the deflection electrostatic actuator. In other words, it is possible to reliably mass-produce products that do not require large-scale manufacturing facilities, have few manufacturing processes, are very simple, and have a low unit price. Therefore, by adhering commonly produced light receiving elements and deflecting them by the deflection electrostatic actuator of the present invention, the functions of many types of semiconductor light receiving elements currently produced in semiconductor technology are effectively exhibited. Can be made. For example, there is an effect that an image receiving deflection electrostatic actuator (light receiving scanning element) capable of obtaining three-dimensional information can be realized by receiving and deflecting a two-dimensional image.
[0173]
In the light receiving scanning element, an optical system including a lens is preferably incorporated in the small package of the light receiving element. In this case, an ultra-small imaging deflection electrostatic actuator (light-receiving scanning element) can be realized by bonding an optical system including a lens to the above-described electrostatic actuator, which is integrated with the light-receiving element and incorporated in the package. Imaging can be performed. Moreover, the effect that a three-dimensional shape memory sensor can be realized by using this is also exhibited.
[0174]
In the image receiving deflection electrostatic actuator, the light receiving element is preferably a charge coupled element. In this case, a general-purpose image receiving deflection electrostatic actuator (light receiving scanning with low quality and uniform quality) is bonded by bonding a charge coupled device which is currently mass-produced to the deflection electrostatic actuator and is frequently used in video cameras and digital cameras. The effect that an element) is realizable is also produced.
[0175]
In the image receiving deflection electrostatic actuator, the light receiving element is preferably a MOS image pickup element. In this case, low-power consumption, low-power-consumption image reception with low power consumption is achieved by bonding a MOS imaging device that is currently mass-produced to the deflection electrostatic actuator and is widely used in video cameras and digital cameras. There is also an effect that a deflection electrostatic actuator (light receiving scanning element) can be realized.
[0176]
In the image receiving deflection electrostatic actuator, the light receiving element is preferably a pyroelectric element. In this case, an infrared receiving deflection electrostatic actuator capable of sensing a wide range of organisms and fires by bonding a pyroelectric element currently used in an automatic door or an automatic flushing system of a toilet in the deflection electrostatic actuator. There is also an effect that a (light receiving scanning element) can be realized.
[0177]
In the imaging deflection electrostatic actuator, it is preferable that the light receiving element is an optical component integrated charge coupled device. In this case, by attaching a charge coupled device that is currently mass-produced to the deflection electrostatic actuator and is frequently used in video cameras, digital cameras, etc., an ultra-compact general-purpose imaging deflection electrostatic actuator (low-cost and uniform quality) ( Light receiving scanning element) can be realized, and a wide range of imaging is possible. In addition, there is an effect that a three-dimensional shape memory sensor can be realized by using this.
[0178]
In the imaging deflection electrostatic actuator, it is preferable that the light receiving element is a MOS imaging element integrated with an optical system component. In this case, an optical system including a lens that is currently mass-produced in the deflection electrostatic actuator and frequently used in a video camera, a digital camera, or the like is integrated with a light receiving element, and a MOS imaging element incorporated in a package is bonded. An ultra-compact and low-power imaging deflection electrostatic actuator (light-receiving scanning element) with uniform quality can be realized, and a wide range of imaging is possible. In addition, there is an effect that a three-dimensional shape memory sensor can be realized by using this.
[0179]
In any of the deflection actuators of the present invention, it is preferable that the sheet is an insulator and is made of polyimide. In this case, polyimide is mainly used as a material for the flexible substrate which is an existing product, but this material is a good electrical insulating material and is a dielectric. Moreover, it is a material excellent in mechanical strength and dimensional stability. This is proven in the market. Therefore, the fact that this is used as a material for the sheet means that a high-quality deflection actuator (deflection electromagnetic actuator or deflection electrostatic actuator) can be provided.
[0180]
The fixed magnetic field generating means of the deflection electromagnetic actuator is preferably a permanent magnet. In this case, magnets such as neodymium magnets (neodymium, iron, boron) and SmCo magnets (samarium, cobalt) that are stable and have good characteristics among the magnets that are currently widely used as general materials are used as means for generating a fixed magnetic field. It is available relatively inexpensively. By using these materials, it is possible to provide an electromagnetic actuator that is inexpensive and has stable characteristics.
[0181]
The fixed magnetic field generating means of the deflection electromagnetic actuator may be an electromagnet. In this case, the strength of the magnetic field can be varied by the current by using an electromagnet as means for generating a fixed magnetic field. In addition, the electromagnetic actuator having a high degree of freedom in design specifications can be provided.
[0182]
In the deflection actuator, it is preferable that a lens-integrated CMOS image sensor is bonded to the movable part. In this case, by attaching a lens-integrated CMOS image sensor, it is possible to realize a follow-up portable small camera system that can receive an image without the object moving off the screen. Such a small and low power consumption follow-up camera system can be applied to a mobile phone or the like, and also has an effect of being able to construct an image system closely related to daily life.
[0183]
In the deflection actuator, it is preferable to avoid the beam portion by a jumper wire as a method of supplying current to the movable portion. In this case, it is possible to provide a structure capable of avoiding repeated torsional forces by using a jumper wire (floating wire) for the wire portion of the beam. If the wiring is fixed and arranged on the beam portion, a torsional force acts on the wiring every time the movable portion rotates, and shear stress is generated. Since the wiring is formed of metal, if it is rotated at a large angle, metal fatigue accumulates, causing damage and disconnection. However, by using, for example, a curled bridge with a jumper wire, the force is distributed, repeated torsional force is avoided, the problem of deterioration due to metal fatigue of the wiring can be solved, and the deflection at a large angle is also involved. In addition, there is an effect that the life of the deflection actuator can be extended.
[0184]
In the deflection actuator, the beam may have a ramen structure. In this case, the doubly supported beam can move elastically and the torsional force is distributed, so the force applied to the wiring formed in the beam part is also distributed and the movable part is rotated at a large deflection angle. However, the force applied to the wiring falls within the category of elastic deformation, can solve the problem of metal fatigue, and has the effect of providing a long-life deflection actuator even when deflected at a large deflection angle.
[0185]
Still another deflection actuator of the present invention, as described above, forms a ferroelectric on the surface of the movable part, the movable part is pivotally supported by a double-supported beam, and the other end of the double-supported beam is a fixed part, Electrodes facing both surfaces of the surface of the fixed part are provided.
[0186]
According to the above invention, by performing the charge generation means of the movable part with a ferroelectric material, it is not necessary to apply a voltage to the movable part through the wiring, and the wiring of the beam portion can be eliminated. Therefore, there is an effect that a long-life ferroelectric deflection electrostatic actuator can be realized.
[0187]
In the deflection electrostatic actuator, the movable part is made of barium titanate, lead titanate, lead zirconate, Rochelle salt, ammonium phosphate, potassium phosphate, barium strontium titanium oxide, SBLN, PZT, or lead zirconate titanate. It is preferable that a pattern is formed on the surface with any ferroelectric.
[0188]
In addition, ferroelectric materials are used in various electronic parts and continue to advance. For example, as a result of improvement in thin film technology, it has become possible to form a film having a relatively large thickness uniformly. In addition to barium titanate, materials having good characteristics such as BST and PZT have been developed. If this technique is used, a ferroelectric material can be formed on the sheet, and an advantageous effect that a good ferroelectric-type deflection electrostatic actuator can be provided is also obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram viewed from the back side, showing a configuration example of an electromagnetic deflection actuator according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram including a configuration of a sheet substrate, as seen from the table of FIG.
3 is an explanatory diagram showing a configuration of a movable part of the sheet substrate of FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory view showing a configuration example using an electromagnet instead of a permanent magnet in FIG. 2;
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example in which a magnetic circuit for generating a magnetic field is composed of a permanent magnet and an iron yoke.
FIG. 6 is an explanatory view showing an example in which a reflecting mirror is bonded to a movable part.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration example of another deflection actuator according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory view showing a configuration example of still another deflection actuator according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory view showing a configuration example of still another deflection actuator according to the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of an optical element in which a charge coupled element is bonded to a movable part.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of an optical element in which a charge coupled element including a lens is bonded to a movable part.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of an optical element in which a lens-integrated CMOS image sensor is bonded to a movable part.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of an optical element in which a pyroelectric element is bonded to a movable part.
FIG. 14 is a plan view showing a configuration example of a conventional planar galvanometer mirror.
15 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 14;
FIG. 16 is an explanatory view illustrating the operating principle of the planar galvanometer mirror.
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration example of a shape memory sensor according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1a Protective film
1b Protective film
2 Planar coil
3 Moving parts
4 Double-sided beam
5 fixed part
6 Sheet substrate
7 Permanent magnet
8 Electromagnet
12 Charge coupled devices
13 Lens
14 MOS image sensor
15 Pyroelectric element
16 Thin permanent magnet
18a electrode
18b electrode
18c electrode
18d electrode
19 Ferroelectric
20 Floating wiring
25 York
30 grooves
31 Reflector
35 Electrode terminal
36 rand
37 rand
38 rand
39 Electrode terminal

Claims (38)

絶縁物の表面に保護膜で覆われたコイルを形成し、このコイルの形成部分を可動部とし、両持ち梁で軸支され、その両持ち梁の他端を固定部としたシートを構造材とし、その構造材の周囲に磁界発生手段を備えた偏向アクチュエータ。A coil covered with a protective film is formed on the surface of the insulator, and the formed part of the coil is used as a movable part, is pivotally supported by a double-supported beam, and the other end of the double-supported beam is a fixed part. And a deflection actuator provided with magnetic field generating means around the structural material. 請求項1の偏向アクチュエータの可動部に反射鏡を接着したことを特徴とする光走査素子。An optical scanning element characterized in that a reflecting mirror is bonded to the movable part of the deflection actuator according to claim 1. 上記反射鏡はシリコン基板で作成されたことを特徴とする請求項2に記載の光走査素子。The optical scanning element according to claim 2, wherein the reflecting mirror is made of a silicon substrate. 請求項1の偏向アクチュエータの可動部の絶縁物に受光素子への配線をコイルと共に敷設し、小型パッケージに封入された上記受光素子を上記可動部へ接着すると共に電気的に接続されていることを特徴とする受光走査素子。A wire to the light receiving element is laid together with a coil on the insulator of the movable part of the deflection actuator according to claim 1, and the light receiving element sealed in a small package is bonded to the movable part and electrically connected. A featured light receiving scanning element. レンズを含む光学系が上記受光素子の上記小型パッケージに組み込まれていることを特徴とする請求項4に記載の受光走査素子。5. The light receiving scanning element according to claim 4, wherein an optical system including a lens is incorporated in the small package of the light receiving element. 上記受光素子が電荷結合素子であることを特徴とする請求項4に記載の受光走査素子。The light receiving scanning element according to claim 4, wherein the light receiving element is a charge coupled device. 上記受光素子がMOS撮像素子であることを特徴とする請求項4に記載の受光走査素子。The light receiving scanning element according to claim 4, wherein the light receiving element is a MOS image pickup element. 上記受光素子が焦電素子であることを特徴とする請求項4に記載の受光走査素子。The light receiving scanning element according to claim 4, wherein the light receiving element is a pyroelectric element. 上記受光素子が電荷結合素子であることを特徴とする請求項5に記載の受光走査素子。6. The light receiving scanning element according to claim 5, wherein the light receiving element is a charge coupled device. 上記受光素子がMOS撮像素子であることを特徴とする請求項5に記載の受光走査素子。6. The light receiving scanning element according to claim 5, wherein the light receiving element is a MOS image pickup element. 薄型磁性材料を接着した面を可動部とし、両持ち梁で軸支され、この両持ち梁の他端を固定部としたシートを構造材とし、この構造材の周囲に磁界発生手段としてコイルを備えた偏向アクチュエータ。The surface to which the thin magnetic material is bonded is used as a movable part, is pivotally supported by a both-end supported beam, and a sheet having the other end of the both-end supported beam as a fixed part is used as a structural material. Provided deflection actuator. 請求項11の偏向アクチュエータの可動部の絶縁物に反射鏡を接着したことを特徴とする光走査素子。An optical scanning element comprising a reflecting mirror bonded to an insulator of a movable part of the deflection actuator according to claim 11. 上記反射鏡はシリコン基板で作成されたことを特徴とする請求項12に記載の光走査素子。The optical scanning element according to claim 12, wherein the reflecting mirror is made of a silicon substrate. 請求項11の偏向アクチュエータの可動部の絶縁物に受光素子への配線をコイルと共に敷設し、小型パッケージに封入された上記受光素子を上記可動部へ接着すると共に電気的に接続されていることを特徴とする受光走査素子。The wiring to the light receiving element is laid together with the coil on the insulator of the movable part of the deflection actuator according to claim 11, and the light receiving element sealed in a small package is bonded to and electrically connected to the movable part. A featured light receiving scanning element. レンズを含む光学系が上記受光素子の上記小型パッケージに組み込まれていることを特徴とする請求項14に記載の受光走査素子。15. The light receiving scanning element according to claim 14, wherein an optical system including a lens is incorporated in the small package of the light receiving element. 上記受光素子が電荷結合素子であることを特徴とする請求項14に記載の受光走査素子。The light receiving scanning element according to claim 14, wherein the light receiving element is a charge coupled device. 上記受光素子がMOS撮像素子であることを特徴とする請求項14に記載の受光走査素子。The light receiving scanning element according to claim 14, wherein the light receiving element is a MOS imaging element. 上記受光素子が焦電素子であることを特徴とする請求項14に記載の受光走査素子。The light receiving scanning element according to claim 14, wherein the light receiving element is a pyroelectric element. 上記受光素子が電荷結合素子であることを特徴とする請求項15に記載の受光走査素子。The light receiving scanning element according to claim 15, wherein the light receiving element is a charge coupled device. 上記受光素子がMOS撮像素子であることを特徴とする請求項15に記載の受光走査素子。The light receiving scanning element according to claim 15, wherein the light receiving element is a MOS image pickup element. 表面を保護膜で覆われた電極を表面に形成し、電極形成部分を可動部とし、両持ち梁で軸支され、この両持ち梁の他端を固定部としたシートを構造材とし、この構造材の可動部電極の対面に他の電極を備えた偏向アクチュエータ。An electrode whose surface is covered with a protective film is formed on the surface, the electrode forming part is a movable part, and it is pivotally supported by a both-end supported beam. A deflection actuator comprising another electrode on the opposite side of the movable part electrode of the structural material. 請求項21の偏向アクチュエータの可動部に反射鏡を接着したことを特徴とする光走査素子。An optical scanning element characterized in that a reflecting mirror is bonded to the movable part of the deflection actuator according to claim 21. 上記反射鏡はシリコン基板で作成されたことを特徴とする請求項22に記載の光走査素子。The optical scanning element according to claim 22, wherein the reflecting mirror is made of a silicon substrate. 請求項21の偏向アクチュエータの可動部の絶縁物に受光素子への配線をコイルと共に敷設し、小型パッケージに封入された上記受光素子を上記可動部へ接着すると共に電気的に接続されていることを特徴とする受光走査素子。A wiring to a light receiving element is laid together with a coil on an insulator of a movable part of the deflection actuator according to claim 21, and the light receiving element sealed in a small package is adhered to and electrically connected to the movable part. A featured light receiving scanning element. レンズを含む光学系が上記受光素子の上記小型パッケージに組み込まれていることを特徴とする請求項24に記載の受光走査素子。25. The light receiving scanning element according to claim 24, wherein an optical system including a lens is incorporated in the small package of the light receiving element. 上記受光素子が電荷結合素子であることを特徴とする請求項24に記載の受光走査素子。The light receiving scanning element according to claim 24, wherein the light receiving element is a charge coupled device. 上記受光素子がMOS撮像素子であることを特徴とする請求項24に記載の受光走査素子。The light receiving scanning element according to claim 24, wherein the light receiving element is a MOS image pickup element. 上記受光素子が焦電素子であることを特徴とする請求項24に記載の受光走査素子。The light receiving scanning element according to claim 24, wherein the light receiving element is a pyroelectric element. 上記受光素子が電荷結合素子であることを特徴とする請求項25に記載の受光走査素子。26. The light receiving scanning element according to claim 25, wherein the light receiving element is a charge coupled device. 上記受光素子がMOS撮像素子であることを特徴とする請求項25に記載の受光走査素子。26. The light receiving scanning element according to claim 25, wherein the light receiving element is a MOS image pickup element. 上記シートは、絶縁物であり、ポリイミドからなることを特徴とする請求項1、11、又は21に記載の偏向アクチュエータ。The deflection actuator according to claim 1, 11 or 21, wherein the sheet is an insulator and is made of polyimide. 上記の磁界発生手段は、永久磁石であることを特徴とする請求項1に記載の偏向アクチュエータ。The deflection actuator according to claim 1, wherein the magnetic field generating means is a permanent magnet. 上記の磁界発生手段は、電磁石であることを特徴とする請求項1に記載の偏向アクチュエータ。The deflection actuator according to claim 1, wherein the magnetic field generating means is an electromagnet. 上記可動部にレンズ一体型CMOSイメージセンサを接着することを特徴とする請求項1、11、又は21に記載の偏向アクチュエータ。The deflection actuator according to claim 1, 11 or 21, wherein a lens-integrated CMOS image sensor is bonded to the movable part. 上記の両持ち梁の部分の配線をジャンパー線により行うことを特徴とする請求項1、又は21に記載の偏向アクチュエータ。The deflection actuator according to claim 1 or 21, wherein wiring of the portion of the both-end supported beam is performed by a jumper wire. 上記の梁の形状はラーメン構造であることを特徴とする請求項1、又は21に記載の偏向アクチュエータ。The deflection actuator according to claim 1 or 21, wherein the beam has a ramen structure. 可動部表面に強誘電体を形成し、該可動部は両持ち梁で軸支され、この両持ち梁の他端を固定部とし、この固定部表面の両面に対向する電極を備えた偏向アクチュエータ。A deflection actuator having a ferroelectric formed on the surface of the movable part, the movable part being pivotally supported by a double-supported beam, the other end of the double-supported beam being a fixed part, and electrodes facing both surfaces of the fixed part surface . 上記可動部にチタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ロシェル塩、りん酸アンモン、りん酸カリ、バリウムストロンチウム酸化チタン、SBLN、PZT、又はチタン酸ジルコン酸鉛のいずれかの強誘電体で表面にパターンを形成した偏向アクチュエータ。The movable part is made of a ferroelectric material such as barium titanate, lead titanate, lead zirconate, Rochelle salt, ammonium phosphate, potassium phosphate, barium strontium titanium oxide, SBLN, PZT, or lead zirconate titanate. A deflection actuator with a pattern formed on the surface.
JP2000376549A 2000-12-11 2000-12-11 Deflection actuator, optical scanning element, and light receiving scanning element Pending JP2005099063A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000376549A JP2005099063A (en) 2000-12-11 2000-12-11 Deflection actuator, optical scanning element, and light receiving scanning element
PCT/JP2001/010454 WO2002048022A1 (en) 2000-12-11 2001-11-29 Deflection actuator, optical scanning device, light-receiving scanning device, and image pick-up apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000376549A JP2005099063A (en) 2000-12-11 2000-12-11 Deflection actuator, optical scanning element, and light receiving scanning element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005099063A true JP2005099063A (en) 2005-04-14

Family

ID=18845395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000376549A Pending JP2005099063A (en) 2000-12-11 2000-12-11 Deflection actuator, optical scanning element, and light receiving scanning element

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2005099063A (en)
WO (1) WO2002048022A1 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006126443A1 (en) * 2005-05-23 2006-11-30 Micro Precision Co. & Ltd. Optical deflection element
JP2007079002A (en) * 2005-09-13 2007-03-29 Fuji Xerox Co Ltd Optical scanner
JP2009069340A (en) * 2007-09-12 2009-04-02 Seiko Epson Corp Actuator, optical scanner, and image forming apparatus
JP2009213296A (en) * 2008-03-05 2009-09-17 Nippon Signal Co Ltd:The Planar-type electromagnetic actuator and manufacturing method therefor
JP2010096875A (en) * 2008-10-15 2010-04-30 Kagawa Univ Optical deflecting mirror, method for manufacturing optical deflecting mirror and optical deflector
WO2010050224A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 ミツミ電機株式会社 Actuator and electric toothbrush using the same
JP2010104717A (en) * 2008-10-31 2010-05-13 Mitsumi Electric Co Ltd Actuator and electric toothbrush using the same
JP2010104718A (en) * 2008-10-31 2010-05-13 Mitsumi Electric Co Ltd Actuator, and electric toothbrush using the same
WO2014063737A1 (en) * 2012-10-25 2014-05-01 Lemoptix Sa A mems device
CN105572863A (en) * 2014-10-31 2016-05-11 精工爱普生株式会社 Optical device and image display apparatus

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4247254B2 (en) * 2006-08-08 2009-04-02 マイクロプレシジョン株式会社 Electromagnetic drive type optical deflection element

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3308569B2 (en) * 1991-09-24 2002-07-29 オリンパス光学工業株式会社 Optical scanning device
JP2722314B2 (en) * 1993-12-20 1998-03-04 日本信号株式会社 Planar type galvanometer mirror and method of manufacturing the same
JP4197776B2 (en) * 1997-12-26 2008-12-17 オリンパス株式会社 Optical scanner
JPH1174583A (en) * 1997-08-28 1999-03-16 Ricoh Co Ltd Structure working method

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006126443A1 (en) * 2005-05-23 2006-11-30 Micro Precision Co. & Ltd. Optical deflection element
JP2007079002A (en) * 2005-09-13 2007-03-29 Fuji Xerox Co Ltd Optical scanner
JP2009069340A (en) * 2007-09-12 2009-04-02 Seiko Epson Corp Actuator, optical scanner, and image forming apparatus
JP2009213296A (en) * 2008-03-05 2009-09-17 Nippon Signal Co Ltd:The Planar-type electromagnetic actuator and manufacturing method therefor
JP2010096875A (en) * 2008-10-15 2010-04-30 Kagawa Univ Optical deflecting mirror, method for manufacturing optical deflecting mirror and optical deflector
US8618701B2 (en) 2008-10-31 2013-12-31 Mitsumi Electric Co., Ltd. Actuator and electric toothbrush using actuator
JP2010104717A (en) * 2008-10-31 2010-05-13 Mitsumi Electric Co Ltd Actuator and electric toothbrush using the same
JP2010104718A (en) * 2008-10-31 2010-05-13 Mitsumi Electric Co Ltd Actuator, and electric toothbrush using the same
WO2010050224A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 ミツミ電機株式会社 Actuator and electric toothbrush using the same
WO2014063737A1 (en) * 2012-10-25 2014-05-01 Lemoptix Sa A mems device
CN104955766A (en) * 2012-10-25 2015-09-30 英特尔公司 AnMEMS device
US9819253B2 (en) 2012-10-25 2017-11-14 Intel Corporation MEMS device
US11114929B2 (en) 2012-10-25 2021-09-07 Google Llc MEMS device
CN105572863A (en) * 2014-10-31 2016-05-11 精工爱普生株式会社 Optical device and image display apparatus
JP2016090751A (en) * 2014-10-31 2016-05-23 セイコーエプソン株式会社 Optical device and image display device
CN105572863B (en) * 2014-10-31 2020-04-14 精工爱普生株式会社 Optical device and image display apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002048022A1 (en) 2002-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Miyajima et al. A durable, shock-resistant electromagnetic optical scanner with polyimide-based hinges
JP5935761B2 (en) Optical device, optical scanner, and image display device
EP2000733B1 (en) Miniature low cost pan/tilt magnetic actuation for portable and stationary video cameras
US7161275B2 (en) Actuator
US5912608A (en) Planar type electromagnetic actuator
JP4329831B2 (en) Actuator, optical scanner and image forming apparatus
JP4492252B2 (en) Actuator
JPH07175005A (en) Planar type galvanomirror and its production
JP2016085299A (en) Two-axis optical deflector and method of manufacturing the same
JP2006293116A (en) Optical scanning apparatus
JP2008076696A (en) Actuator, optical scanner, and image forming apparatus
CN103180772A (en) Optical scanning device
JP2005128147A (en) Optical deflector and optical apparatus using the same
JP2006209136A (en) Varifocal mirror and camera module applying the same
US9664899B2 (en) Optical scanning device and image reading system
JP2005099063A (en) Deflection actuator, optical scanning element, and light receiving scanning element
CN212723526U (en) MEMS actuator
JP2006293367A (en) Variably focusing mirror driven by electromagnetic force and operating method thereof
KR100891851B1 (en) A Stator and Piezo Ultrasonic Motor Having it
JP2005169553A (en) Micro-actuator
JP2003195204A (en) Light deflector and light deflector array
WO2014162521A1 (en) Actuator
Hwang et al. Bulk PZT actuator based scanning micromirror with integrated deflection angle sensor
CN115524845B (en) MEMS micro-mirror scanning system with active tunable mirror surface
CN114208006A (en) Force-balanced micromirror with electromagnetic actuation