JP2006171182A - 光偏向器 - Google Patents

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Abstract

【課題】温度勾配による歪ゲージの温度ドリフトを低減し、高精度にミラー面の角度変位を検出できる光偏向器を提供すること。
【解決手段】可動板101と、可動板101の外側に位置する固定部102a、102bと、可動板101の中心線に対して略対称に配置され、可動板101と固定部102a、102bを連結している弾性支持体103a、103bと、アクティブ抵抗111a、112aとリファレンス抵抗113a、114aから構成されるホイートストンブリッジを測定部とする可動板101の角度変位を検出する角度変位検出部とを有し、少なくとも1つの抵抗素子、例えばアクティブ抵抗111a、112aは弾性支持体103aに設けられ、光を偏向する光偏向器100において、全ての抵抗素子111a、112a、113a、114aが略同一の温度状態となる領域である等温度特性領域に位置している。
【選択図】 図1−1

Description

本発明は、光偏向器、特に角度変位検出部を備える光偏向器に関する。
近年、半導体製造技術を応用したマイクロマシン技術を用いて作製される光偏向器が注目されている。例えば、特許文献1には、レーザプリンタや投影型ディスプレイのスキャナ等に用いられる光偏向器が開示されている。
図12は、特許文献1に開示された光偏光器の構成を示す。光偏向器は、両端をトーションバー8により支持されたミラー面10を有するミラー部9と、ミラー面10の裏面側と対向する位置の基板7上に設けられた電極部12a、12bとを備える。電極部12a、12bとミラー面10の裏面との間で静電引力を作用させる。これにより、ミラー面10の傾斜角度を変化させる。トーションバー8には、歪ゲージR1、R2、R3、R4が形成されている。そして、歪ゲージR1、R2、R3、R4の抵抗値の変化を測定する。抵抗値の変化からミラー面10の傾斜角度θを検出する。ミラー面傾斜角度制御手段は、傾斜角度θの検出値を利用してミラー面10の傾斜角度θを制御する。これにより、クローズドループ制御が可能となる。この結果、有害な振動を除去すること、及びミラー部が電極に接触することを低減している。
特開平5−119280号公報
図12に示した構成では、一方のトーションバー上に歪ゲージR1、R2が配置され、他方のトーションバー上に歪ゲージR3、R4が配置されている。ホイートストンブリッジ回路を構成する歪ゲージが離れた位置にあると、その周辺の温度分布の影響を受けやすい。例えば、歪ゲージR1、R2の近傍に駆動回路が存在する場合を考える。このとき、歪ゲージR1、R2は、駆動回路からの熱的な影響を受けやすい。このため、歪ゲージR1、R2は、歪ゲージR3、R4とは異なる温度ドリフトを生ずる。この結果、ミラー面の角度変位(傾斜)を検出する精度が悪化してしまうという課題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、温度勾配による歪ゲージの温度ドリフトを低減し、高精度にミラー面の角度変位を検出できる光偏向器を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、可動板と、可動板の外側に位置する固定部と、可動板の中心線に対して略対称に配置され、可動板と固定部を連結している弾性支持体と、複数の抵抗素子から構成されるホイートストンブリッジを測定部とする可動板の角度変位を検出する角度変位検出部とを有し、少なくとも1つの抵抗素子は弾性支持体に設けられ、光を偏向する光偏向器において、全ての抵抗素子が略同一の温度状態となる領域である等温度特性領域に位置していることを特徴とする光偏向器を提供できる。
また、本発明の好ましい態様によれば、等温度特性領域は、弾性支持体と固定部との連結部近傍の領域であり、抵抗素子は、それぞれ同じ層構造を有していることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、抵抗素子は弾性支持体に形成された4つの抵抗素子であり、第1抵抗素子と第2抵抗素子は同一の第1面上に形成され、第3抵抗素子と第4抵抗素子は同一の第2面上に形成され、第1抵抗素子と第2抵抗素子とは、可動板の角度変位に伴い、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置され、第3抵抗素子と第4抵抗素子とは、可動板の角度変位に伴い、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置されていることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、抵抗素子は、固定部に設けられたリファレンス素子と、弾性支持体に設けられ弾性支持体の歪みに応じて抵抗値が変化するアクティブ素子とからなり、リファレンス素子とアクティブ素子は同じ層構造を有していることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、固定部は弾性支持体から延在する層と基板とからなり、リファレンス素子は延在する層のみの領域に配置されていることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、アクティブ素子は2つであり、2つのアクティブ素子は、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置されていることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、リファレンス素子とアクティブ素子は同一面上に形成されていることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、可動板に設けられたGND電極と、GND電極に対向して設けられた駆動電極と、をさらに有し、抵抗素子の一端とGND電極とを電気的に接続していることが望ましい。
本発明に係る光偏向器は、可動板と、可動板の外側に位置する固定部と、可動板の中心線に対して略対称に配置され、可動板と固定部を連結している弾性支持体とを備えている。角度変位検出部は、可動板の角度変位を検出する。角度変位検出部は、複数の抵抗素子から構成されるホイートストンブリッジを測定部としている。ここで、少なくとも1つの抵抗素子は弾性支持体に設けられている。そして、全ての抵抗素子が略同一の温度状態となる領域である等温度特性領域に位置している。これにより、ホイートストンブリッジを構成する全ての抵抗素子を、略同一の温度状態にできる。このため、各抵抗素子が、温度勾配によりそれぞれ異なる温度ドリフトをしてしまうことを低減できる。この結果、高精度にミラー面の角度変位を検出できる光偏向器を提供することができる。
以下に、本発明に係る光偏向器の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により、この発明が限定されるものではない。
図1−1は、本発明の実施例1に係る光偏向器100の正面の概略構成を示す。図1−2は、図1−1のA−A’断面の構成を示す。固定部102aから弾性支持部103aが伸びるように形成されている。また、他の固定部102bから弾性支持部103bが伸びるように形成されている。弾性支持部103a、103bのうちの固定部102a、102bと接続している反対側には、可動板101が形成されている。可動板101の裏面には、ミラー面104が形成されている。ミラー面104は、例えばアルミニウムで構成されている。
弾性支持部103a上の固定部102aが接続している近傍(連結部近傍)に2つのアクティブ抵抗111a、112aが形成されている。また、固定部102a上の弾性支持部103aが接続している近傍(連結部近傍)には、2つのリファレンス抵抗113a、114aが形成されている。ここで、「アクティブ抵抗」とは、弾性支持体に設けられ、弾性支持体の歪みに応じて抵抗値が変化するアクティブ素子のことをいう。「リファレンス抵抗」とは、固定部に設けられているリファレンス素子のことをいう。そして、アクティブ抵抗111a、112aとリファレンス抵抗113、a、114aとは、可能な限り近接して等温度特性領域に配置されている。「等温度特性領域」とは、全ての抵抗素子が略同一の温度状態となる領域をいう。等温度特性領域は、弾性支持体103aと固定部102aとの連結部近傍に形成されている。
また、弾性支持部103b上の固定部102bが接続している近傍(連結部近傍)に2つのアクティブ抵抗111b、112bが形成されている。固定部102b上の弾性支持部103bが接続している近傍(連結部近傍)には、2つのリファレンス抵抗113b、114bが形成されている。そして、アクティブ抵抗111b、112bとリファレンス抵抗114b、113aとは、可能な限り近接して等温度特性領域に配置されている。等温度特性領域は、弾性支持体103bと固定部102bとの連結部近傍に形成されている。
アクティブ抵抗111a、112aは、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置されている。即ち、2つのアクティブ抵抗111a、112aは、それぞれ抵抗値変化が各々逆になるように配置されている。
同様に、アクティブ抵抗111b、112bは、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置されている。即ち、2つのアクティブ抵抗111b、112bは、それぞれ抵抗値変化が各々逆になるように配置されている。
固定部102a、102bは、例えばシリコン基板などから構成されている。可動板101は、例えばシリコン基板を加工して得られるシリコンの薄板などから構成されている。弾性支持部103a、103bは、例えばシリコンの薄膜やポリイミドの薄膜などを用いて半導体製造プロセスにより構成されている。
次に、光偏向器100の配線の構成を説明する。図3−1は、弾性支持部103a側の固定部102a周辺の拡大図である。アクティブ抵抗111a、112aは、配線131で電気的に接続されている。リファレンス抵抗113a、114aは、配線133で電気的に接続されている。アクティブ抵抗111aとリファレンス抵抗113aは、配線132で電気的に接続されている。アクティブ抵抗112aとリファレンス抵抗114aは、配線134で電気的に接続されている。
また、固定部102a上には、4つの電極パッド151、152、153、154が形成されている。引き出し配線121は、電極パッド151と配線132との略中間部を電気的に接続する。また、引き出し配線124は、電極パッド154と配線134との略中間部を電気的に接続する。さらに、引き出し配線122は、電極パッド152と配線133の略中間部を電気的に接続する。同様に、引き出し配線123は、電極パッド153と配線131の略中間部を電気的に接続する。
図3−2は、図3−1のB−B’断面の構成を示す。固定部102a上に、弾性支持部103aから延在する同じ層構造の部材が形成されている。弾性支持部103aと同じ層構造の上に、電極パッド154とリファレンス抵抗114aと配線134の一部が形成されている。リファレンス抵抗114aと配線134とは電気的に接続されている。また、弾性支持部103a上に、アクティブ抵抗112aと配線134の一部が形成されている。アクティブ抵抗112aと配線134とは電気的に接続されている。アクティブ抵抗112aと配線134とリファレンス抵抗114aとの上には、絶縁膜141が形成されている。絶縁膜141上には、配線124が形成されている。絶縁膜141の一部には、コンタクトホール142が設けられている。コンタクトホール142を介して、配線134と配線124とが電気的に接続されている。なお、図示しないアクティブ抵抗111a、リファレンス抵抗113a側、及び弾性支持部103b側も同様な構成となっている。
配線131、132、133、134、引き出し配線121、122、123、124、電極パッド151、152、153、154の材質は、例えばアルミニウムを用いて半導体製造プロセスにより構成されている。また、絶縁膜141の材質は、例えば酸化シリコンを用いて半導体プロセスにより構成されている。さらに、アクティブ抵抗111a、112a、111b、112b、リファレンス抵抗113a、114a、113b、114bは、例えばチタンを用いて半導体製造プロセスにより一体に構成されている。
図4は、弾性支持部103a側の可動板101の角度変位を検出するための回路構成を示す。弾性支持部103a上に設けられたアクティブ抵抗111a、112aと、固定部102a上に設けられたリファレンス抵抗113a、114aと、配線131、132、133、134とによってホイートストンブリッジを構成している。電源143は、ホイートストンブリッジの配線131と配線133との間(図3−1の電極パッド152と電極パッド153との間)に電位差を与える。検出器144は、配線132と配線134との間(図3−1の電極パッド151と電極パッド154との間)に、それぞれ配線125、126を介して接続されている。そして、検出器144は、電圧を検出する。可動板101に変位が無い場合には、検出器144で検出される電圧は0Vである。これに対して、可動板101が変位した場合には、検出器144で検出される電圧に角度変位に応じた変化が生じる。そして、電圧変化を、角度に変換する。また、図示しない弾性支持部103b側も同様のホイートストンブリッジが構成されている。
図2−1、図2−2は、可動板101を駆動するための構成の一例、例えば静電駆動の場合の構成を示す。図2−1は、可動板101を駆動するための正面構成(図1−1の裏面から見た構成)を示す。また、図2−2は、図2−1のC−C’断面の構成を示す。可動板101のミラー面104とは反対側の面には、GND電極105が形成されている。対向基板108上には、2つの対向電極107、106が形成されている。GND電極105と対向電極107、106とは、対向して所定の間隔を設けて配置されている。また、2つの対向電極106と対向電極107との間の中心線が、可動板101の揺動軸D−D’に略一致するように構成されている。ここで、「揺動」とは、所定の一本の仮想的な軸の周りの繰り返し往復運動をいう。しかしながら、これに限られるものではなく、所定の一本の仮想的な軸の周りの単なる傾斜も含むものをいう。例えば、可動板が揺動するとは、可動板が一本の軸の周りに傾斜すること、及び繰り返し振動することを意味する。また、「揺動軸」とは、上述した所定の一本の仮想的な軸をいう。
可動板101の駆動は、静電引力で行なわれる。例えば図2−2において、対向電極107とGND電極105との間に電圧を印加すると、可動板101の左側部分は、対向電極107に引きつけられる。また、可動板101の右側部分は、対向電極106から離れる方向に変位する。従って、可動板101は、図2−1の揺動軸D−D’の軸回りに揺動するようになる。
次に、本発明の実施例の作用を説明する。可動板101は、弾性支持部103a、103bに支持されている。上述したように、弾性支持部103a、103bを結ぶ軸(揺動軸D−D’)を中心に一次元に揺動可能に構成されている。可動板101に設けたGND電極105と、対向基板108に設けた対抗電極107、106のうちの一方に電圧を印加すると、GND電極105と対向電極107、106のうちの一方に静電引力が発生する。これにより、可動板101は、ミラー面104への入射光を偏向するように変位する。可動板101が変位すると、弾性支持部103a、103bが捻れる。これにより、弾性支持部103a、103bには、歪が発生する。同時に、弾性支持部103a、103b上の固定端近傍に設けたアクティブ抵抗111a、112a、111b、112bにも歪が発生する。これにより、アクティブ抵抗111a、112a、111b、112bのそれぞれのゲージ抵抗に変化が生じる。
ゲージ抵抗の変化量を、弾性支持部103a側のホイートストンブリッジに設けた検出器144で電圧として検出する。このときのホイートストンブリッジは、アクティブ抵抗111a、112aと固定部102a上の弾性支持部103a近傍に設けたリファレンス抵抗113a、114aとで構成されている。そして、検出された電圧を角度に変換して、角度変位量(偏向角)を得る。
弾性支持部103b側についても、弾性支持部103aと同様の構成である。即ち、弾性支持部103b側のホイートストンブリッジに設けた検出器(不図示)で、ゲージ抵抗の変化量を電圧として検出する。このときのホイートストンブリッジは、アクティブ抵抗111b、112bと固定部102b上の弾性支持部103b近傍に設けたリファレンス抵抗113b、114bとで構成されている。そして、検出された電圧を角度に変換して、角度変位量(偏向角)を得る。
このとき、アクティブ抵抗111a、112aとリファレンス抵抗113a、114aとは、等温度特性領域に配置されている。また、アクティブ抵抗111b、112bとリファレンス抵抗113b、114bとは、等温度特性領域に配置されている。このため、ホイートストンブリッジを構成する4つの抵抗素子に対する、外部の温度勾配、例えば電気基板の発熱の影響、及び可動板101の揺動による熱流動等の影響を低減できる。
また、各抵抗素子111a、111b、112a、112b、113a、113b、114a、114bを一体に形成することが望ましい。これにより、各抵抗素子の形状の不均一性(ばらつき)を低減できる。
さらに、上述したように2つのアクティブ抵抗111a、112aは、各々抵抗値変化が逆になるように配置されている。これにより、弾性支持部103aの歪に応じて、アクティブ抵抗111a、112aのうちの一方は圧縮応力を受け、他方は引張り応力を受ける。同様に、アクティブ抵抗111b、112bも各々抵抗値変化が逆になるように配置されている。これにより、弾性支持部103bの歪に応じて、アクティブ抵抗111b、112bのうちの一方は圧縮応力を受け、他方は引張り応力を受ける。この結果、角度変化の検出感度が2倍となる。
以上説明したように、本実施例によれば、温度勾配や熱流動の影響を極力低減し、高精度にミラー面104(可動板101)の角度変位を検出できる光偏向器100を提供できる。また、抵抗素子を一体に形成することができる。例えば、アクティブ抵抗111a、112a、リファレンス抵抗113a、114aを、全て同一の製造工程で製造できる。これにより、各抵抗素子の膜厚、幅等の形状を略均一にできる。このため、各抵抗素子の形状の不均一性(ばらつき)を低減できる。この結果、ホイートストンブリッジのバランスをとることができる。さらに、1つの弾性支持体上に設けた2つのアクティブ抵抗の抵抗値変化が逆になることにより、検出感度は2倍となる。なお、本実施例では一例として静電駆動の場合を示したが、これに限られるものではなく、駆動方法は電磁駆動でも良い。
図5−1は本発明の実施例2に係る光偏向器200の正面の概略構成を示す。図5−2は、図5−1のE−E’断面の構成を示す。なお、上記実施例1と同一の部分には同一の符号を付す。
固定部102a、102bより、それぞれ2本の弾性支持部103a、103bが伸びている。弾性支持部103a、103bの固定部102a、102bと接続している反対側に可動板101が形成されている。可動板101の裏面には、ミラー面104が形成されている。ミラー面104は、例えばアルミニウムで構成されている。
弾性支持部103a上の固定部102aが接続している近傍(連結部近傍)に2つのアクティブ抵抗111a、112aが形成されている。また、固定部102a上の弾性支持部103aが接続している近傍(連結部近傍)には、2つのリファレンス抵抗113a、114aが形成されている。そして、アクティブ抵抗111a、112aとリファレンス抵抗113a、114aとは、可能な限り近接して等温度特性領域に配置されている。アクティブ抵抗111a、112aとリファレンス抵抗113a、114aと配線(不図示)とで、一つのホイートストンブリッジを構成する。
また、弾性支持部103b上の固定部102bが接続している近傍(連結部近傍)に2つのアクティブ抵抗111b、112bが形成されている。固定部102b上の弾性支持部103bが接続している近傍(連結部近傍)には、2つのリファレンス抵抗113b、114bが形成されている。そして、アクティブ抵抗111b、112bとリファレンス抵抗113b、114bとは、可能な限り近接して等温度特性領域に配置されている。アクティブ抵抗111b、112bとリファレンス抵抗113b、114bと配線(不図示)とで、他の一つのホイートストンブリッジを構成する。
アクティブ抵抗111a、112aは、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置されている。即ち、2つのアクティブ抵抗111a、112aは、それぞれ抵抗値変化が各々逆になるように配置されている。
同様に、アクティブ抵抗111b、112bは、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置されている。即ち、2つのアクティブ抵抗111b、112bは、それぞれ抵抗値変化が各々逆になるように配置されている。
リファレンス抵抗113a、114aの下の固定部102aに、それぞれ貫通孔503a、504aが設けられている。固定部102aは、弾性支持体103aから延在する層と基板とから構成されている。そして、貫通孔504aにより、リファレンス抵抗114a周辺の基板が除去されている。換言すると、リファレンス抵抗114aは、弾性支持体103aから延在する層のみの領域に配置されている。他のリファレンス抵抗113aについても、リファレンス抵抗114aと同一の構成である。このため、アクティブ抵抗111a、112aの層構造とリファレンス抵抗113a、114aの層構造とが略同等となっている。
また、リファレンス抵抗113b、114bの下の固定部102bに、それぞれ貫通孔503b、504bが設けられている。これにより、リファレンス抵抗113b、114bは、それぞれ弾性支持体103bから延在する層のみの領域に配置されている。このため、アクティブ抵抗111b、112bの層構造とリファレンス抵抗113b、114bの層構造とが略同等となっている。
固定部102a、102bは、シリコン基板などから構成されている。可動板101は、シリコン基板を加工して得られるシリコンの薄板などから構成されている。弾性支持部103a、103bは、例えばシリコンの薄膜やポリイミドの薄膜などを用いて半導体製造プロセスにより構成されている。また、アクティブ抵抗、リファレンス抵抗は、例えばチタンを用いて半導体製造プロセスにより一体に構成されている。なお、電気的な配線の構成及び作用は、上述の実施例1と同様であるため、重複する説明は省略する。
本実施例では、ホイートストンブリッジを構成するアクティブ抵抗111a、112aとリファレンス抵抗113a、114aの層構造を略同等にできる。また、他のホイートストンブリッジを構成するアクティブ抵抗111b、112bとリファレンス抵抗113b、114bの層構造を略同等にできる。これにより、熱伝導や放熱性を略同等にすることが可能となる。この結果、温度勾配や熱流動の影響を極力低減し、高精度にミラー面104(可動板101)の角度変位を検出できる光偏向器200を提供できる。
図6−1は本発明の実施例3に係る光偏向器300の正面の概略構成を示す。図6−2は、図6−1のF−F’断面の構成を示す。なお、上記実施例1と同一の部分には同一の符号を付す。
固定部102a、102bより、それぞれ2本の弾性支持部103a、103bが伸びている。弾性支持部103a、103bの固定部102a、102bと接続している反対側に可動板101が形成されている。可動板101の裏面には、ミラー面104が形成されている。ミラー面104は、例えばアルミニウムで構成されている。
弾性支持部103a上の固定部102aが接続している近傍(連結部近傍)に1つのアクティブ抵抗611aが形成されている。また、固定部102a上の弾性支持部103aが接続している近傍(連結部近傍)には、3つのリファレンス抵抗612a、613a、614aが形成されている。そして、アクティブ抵抗611aとリファレンス抵抗612a、613a、614aとは、可能な限り近接して等温度特性領域に配置されている。アクティブ抵抗611aとリファレンス抵抗612a、613a、614aと配線(不図示)とで、一つのホイートストンブリッジを構成する。
また、弾性支持部103b上の固定部102bが接続している近傍(連結部近傍)に1つのアクティブ抵抗611bが形成されている。固定部102b上の弾性支持部103bが接続している近傍(連結部近傍)には、3つのリファレンス抵抗612b、613b、614bが形成されている。そして、アクティブ抵抗611bとリファレンス抵抗612b、613b、614bとは、可能な限り近接して等温度特性領域に配置されている。アクティブ抵抗611bとリファレンス抵抗612b、613b、614bと配線(不図示)とで、他の一つのホイートストンブリッジを構成する。
リファレンス抵抗612a、613a、614aの下の固定部102aに、それぞれ貫通孔602a、603a、604bが設けられている。図6−2に示すように、固定部102aは、弾性支持体103aから延在する層と基板とから構成されている。そして、貫通孔604aにより、リファレンス抵抗614a周辺の基板が除去されている。換言すると、リファレンス抵抗614aは、弾性支持体103aから延在する層のみの領域に配置されている。他のリファレンス抵抗612a、613aについても、リファレンス抵抗614aと同一の構成である。このため、アクティブ抵抗611aの層構造とリファレンス抵抗612a、613a、614aの層構造とが略同等となっている。
また、リファレンス抵抗612b、613b、614bの下の固定部102bに、それぞれ貫通孔602b、603b、604bが設けられている。これにより、リファレンス抵抗612b、613b、614bは、それぞれ弾性支持体103bから延在する層のみの領域に配置されている。このため、アクティブ抵抗611bの層構造とリファレンス抵抗612b、613b、614bの層構造とが略同等となっている。
固定部102a、102bは、シリコン基板などから構成されている。可動板101は、シリコン基板を加工して得られるシリコンの薄板などから構成されている。弾性支持部103a、103bは、例えばシリコンの薄膜やポリイミドの薄膜などを用いて半導体製造プロセスにより構成されている。また、アクティブ抵抗、リファレンス抵抗は、例えばチタンを用いて半導体製造プロセスにより一体に構成されている。なお、電気的な配線の構成及び作用は、上述の実施例1と同様である。
本実施例では、ホイートストンブリッジを構成するアクティブ抵抗611aとリファレンス抵抗612a、613a、614aの層構造を略同等にできる。また、他のホイートストンブリッジを構成するアクティブ抵抗611bとリファレンス抵抗612b、613b、614bの層構造を略同等にできる。これにより、熱伝導や放熱性を略同等にすることが可能となる。この結果、温度勾配や熱流動の影響を極力低減し、高精度にミラー面104(可動板101)の角度変位を検出できる光偏向器300を提供できる。
図7−1は本発明の実施例4に係る光偏向器400の正面の概略構成を示す。図7−2は、図7−1のG−G’断面の構成を示す。なお、上記実施例1と同一の部分には同一の符号を付す。
固定部102a、102bより、それぞれ2本の弾性支持部103a、103bが伸びている。弾性支持部103a、103bの固定部102a、102bと接続している反対側に可動板101が形成されている。可動板101の裏面には、ミラー面104が形成されている。ミラー面104は、例えばアルミニウムで構成されている。
弾性支持部103aの表面側の固定部102aが接続している近傍に、2つのアクティブ抵抗111a、112aが形成されている。また、弾性支持部103aの裏面側の固定部102aが接続している近傍に、2つのアクティブ抵抗711a、712aが形成されている。アクティブ抵抗111aとアクティブ抵抗711aとは、光偏向器400の表面側から見て、略同じ位置に設けられている。同様に、アクティブ抵抗112aとアクティブ抵抗712aとは、光偏向器400の表面側から見て、略同じ位置に設けられている。
そして、アクティブ抵抗111a、112a、711a、712aは、可能な限り近接して等温度特性領域に配置されている。アクティブ抵抗111a、112a、711a、712aと配線(不図示)とで、一つのホイートストンブリッジを構成する。
同様に、弾性支持部103bの表面側の固定部102bが接続している近傍に、2つのアクティブ抵抗111b、112bが形成されている。また、弾性支持部103bの裏面側の固定部102bが接続している近傍に、2つのアクティブ抵抗711b、712bが形成されている。アクティブ抵抗111bとアクティブ抵抗711bとは、光偏向器400の表面側から見て、略同じ位置に設けられている。同様に、アクティブ抵抗112bとアクティブ抵抗712bとは、光偏向器400の表面側から見て、略同じ位置に設けられている。
そして、アクティブ抵抗111b、112b、711b、712bは、可能な限り近接して等温度特性領域に配置されている。アクティブ抵抗111b、112b、711b、712bと配線(不図示)とで、他の一つのホイートストンブリッジを構成する。
表面側のアクティブ抵抗111a、112aは、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置されている。即ち、2つのアクティブ抵抗111a、112aは、それぞれ抵抗値変化が各々逆になるように配置されている。また、裏面側のアクティブ抵抗711a、712aも、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置されている。
同様に、表面側のアクティブ抵抗111b、112bは、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置されている。即ち、2つのアクティブ抵抗111b、112bは、それぞれ抵抗値変化が各々逆になるように配置されている。また、裏面側のアクティブ抵抗711b、712bも、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置されている。
固定部102a、102bは、シリコン基板などから構成されている。可動板101は、シリコン基板を加工して得られるシリコンの薄板などから構成されている。弾性支持部103a、103bは、例えばシリコンの薄膜やポリイミドの薄膜などを用いて半導体製造プロセスにより構成されている。また、アクティブ抵抗は、例えばチタンを用いて半導体製造プロセスにより構成されている。
次に、本実施例の配線構造について説明する。図8は、図7−1の弾性支持部103a側のアクティブ抵抗が形成されている部分を拡大した構成を示す。また、図9は、本実施例の配線構成を立体的に示している。
アクティブ抵抗111aとアクティブ抵抗112aは、上部配線823と上部配線825とで電気的に接続されている。引き出し配線813は、上部配線823と上部配線825とを加えた長さの略中間の位置で、上部配線823、上部配線825の何れかに電気的に接続している。引き出し配線813は、上部配線825の上部を電気的に絶縁された状態で通り、電極パッド805と電気的に接続している。
アクティブ抵抗111aとアクティブ抵抗711aは、上部配線821と縦配線841と下部配線831で電気的に接続されている。引き出し配線809は、上部配線821と縦配線841と下部配線831を加えた長さの略中間の位置で、上部配線821、縦配線841の何れかに電気的に接続している。引き出し配線809は、電極パッド801と電気的に接続している。
アクティブ抵抗112aとアクティブ抵抗712aは、上部配線827と下部配線837と縦配線847とで電気的に接続されている。引き出し配線815は、上部配線827と下部配線837と縦配線847を加えた長さの略中間の位置で、上部配線827、縦配線847の何れかに電気的に接続している。引き出し配線815は、電極パッド807と電気的に接続している。
アクティブ抵抗711aとアクティブ抵抗712aは、下部配線833と下部配線835とで電気的に接続されている。縦配線843は、下部配線833と下部配線835とを加えた長さの略中間の位置で、下部配線833と下部配線835の何れかに電気的に接続している。引き出し配線811は、縦配線843と電気的に接続している。また、引き出し配線811は、電極パッド803と電気的に接続している。
上述の構成において、アクティブ抵抗111aは、第1抵抗素子に対応する。アクティブ抵抗112aは、第2抵抗素子に対応する。アクティブ抵抗711aは、第3抵抗素子に対応する。アクティブ抵抗712aは、第4抵抗素子に対応する。そして、上述したように、アクティブ抵抗111aとアクティブ抵抗112aとは、弾性支持部103aの表面上(同一の第1面上)に形成されている。アクティブ抵抗711aとアクティブ抵抗712aとは、弾性支持部103aの裏面上(同一の第2面上)に形成されている。
図示しない弾性支持部103b側も、上述した弾性支持部103aと同様な構成となっている。これらの配線、引き出し配線、縦配線、電極パッドの材質は、例えばアルミニウムを用いて半導体製造プロセスにより構成されている。
図10は、弾性支持部103a側の可動板101の角度変位量(偏向角)を検出するための回路構成を示す。弾性支持部103aに設けられたアクティブ抵抗111a、112a、711a、712aと、上部配線821、823、825、827と、縦配線841、843、847と、下部配線831、833、835、837とにより、ホイートストンブリッジを構成している。
電源143は、ホイートストンブリッジの引き出し配線811、813の間(図8の電極パッド803と電極パッド805の間)に電位差を与える。検出器144は、引き出し配線809、815の間(図8の電極パッド801と電極パッド807の間)に接続されている。そして、検出器144は、電圧を検出する。可動板101に変位が無い場合には、検出器144で検出される電圧は0Vである。これに対して、可動板101が変位した場合には、検出器144で検出される電圧に変位量に応じた変化が生じる。この時、アクティブ抵抗111aとアクティブ抵抗112aの抵抗値変化は逆になる。また、アクティブ抵抗711aとアクティブ抵抗712aの抵抗値変化も逆に発生する。この変化を捉えて角度変位量に変換する。なお、図示しない弾性支持部103b側も、上述した弾性支持部103a側と同様の構成である。
本実施例では、以上説明したように、4つの抵抗素子、例えばアクティブ抵抗111a、112a、711a、712aを2層に分けて、それぞれの層での抵抗値変化が逆になるように配置している。この結果、検出感度を4倍にすることができる。
図11は、本発明の実施例5に係る光偏向器500の正面の概略構成を示す。本実施例は、可動板101の駆動方式として静電駆動を用いる構成である。上記実施例1と同一の部分には同一の符号を付す。
固定部102a、102bより2本の弾性支持部103a、103bが伸びている。弾性支持部103a、103bの固定部102a、102bと接続している反対側に可動板101が形成されている。また、2本の弾性支持部103a、103b上の固定部102a、102bと接続している近傍に、それぞれ2つのアクティブ抵抗1111a、1112aとアクティブ抵抗1111b、1112bが形成されている。さらに、固定部102a、102b上の弾性支持部103a、103bが接続している近傍に、それぞれ2つのリファレンス抵抗1113a、1114aとリファレンス抵抗1113b、1114bが形成されている。
アクティブ抵抗1111a、1112aとリファレンス抵抗1113a、1114aとは、可能な限り近接して、等温度特性領域に配置されている。同様に、アクティブ抵抗1111b、1112bとリファレンス抵抗1113b、1114bとは、可能な限り近接して等温度特性領域に配置されている。
アクティブ抵抗1111aとアクティブ抵抗1112aとは、それぞれ抵抗値変化が逆になるように配置されている。また、アクティブ抵抗1111bとアクティブ抵抗1112bとの抵抗値変化も逆になるように配置されている。
固定部102a、102bは、シリコン基板などから構成されている。可動板101は、シリコン基板を加工して得られるシリコンの薄板などから構成される。弾性支持部103a、103bは、例えばシリコンの薄膜やポリイミドの薄膜などを用いて半導体製造プロセスにより構成されている。また、アクティブ抵抗、リファレンス抵抗は、例えばチタンを用いて半導体製造プロセスにより一体に構成されている。
可動板101の表面には、静電引力で駆動するためのGND電極1100が形成されている。尚、図示していないミラー面104が、可動板101のGND電極1100とは反対の面に形成されている。ミラー面104は、例えばアルミニウムで構成されている。
次に、本実施例の電気的な配線の構成を説明する。弾性支持部103a側において、アクティブ抵抗1111a、1112aは、配線1135aで電気的に接続されている。リファレンス抵抗1113a、1114aは、配線1137aで電気的に接続されている。アクティブ抵抗1111aとリファレンス抵抗1114aは、配線1131aで電気的に接続されている。アクティブ抵抗1112aとリファレンス抵抗1113aは、配線1133aで電気的に接続されている。
また、固定部102a上には、電極パッド1141a、1142a、1143a、1144aが形成されている。電極パッド1141aと配線1131aの略中間部を電気的に接続する引き出し配線1121aが形成されている。同様に、電極パッド1144aと配線1133aの略中間部を電気的に接続する引き出し配線1124aが形成されている。さらに、電極パッド1142aと配線1137aの略中間部を電気的に接続する引き出し配線1122aが形成されている。同様に、電極パッド1143aと配線1135aの略中間部を電気的に接続する配線1123aが形成されている。
弾性支持部103b側においても同様に、アクティブ抵抗1111b、1112bは、配線1135bで電気的に接続されている。アクティブ抵抗1113b、1114bは、配線1137bで電気的に接続されている。アクティブ抵抗1111bとリファレンス抵抗1114bは、配線1131bで電気的に接続されている。アクティブ抵抗1112bとリファレンス抵抗1113bは、配線1133bで電気的に接続されている。
また、固定部102b上には、電極パッド1141b、1142b、1144bが形成されている。電極パッド1141bと配線1131bの略中間部を電気的に接続する引き出し配線1121bが形成されている。同様に、電極パッド1144bと配線1133bの略中間部を電気的に接続する配線1124bが形成されている。さらに、電極パッド1142bと配線1137bの略中間部を電気的に接続する配線1122bが形成されている。GND電極1100から伸びている配線1110aは、弾性支持部103a上を通り配線1135aの略中間部に電気的に接続している。同様に、GND電極1100から伸びている配線1110bは、弾性支持部103b上を通り配線1135bの略中間部に電気的に接続している。配線、引き出し配線、電極パッド、GND電極の材質は、例えばアルミニウムを用いて半導体製造プロセスにより構成されている。
本実施例では、以上説明したように、静電駆動方式を用いるときに、駆動用のGND電極からの配線と抵抗素子からの配線とを一つにできる。これにより、弾性支持部上の配線の省線化を図ることができる。なお、弾性支持部、可動板の材質は、シリコン、ポリイミドの他、ポリシリコン、窒化シリコン、有機材料、金属材料などで構成しても良い。配線、引き出し配線、縦配線、電極パッドも、アルミニウムの他に、銅、金などで構成しても良い。また、アクティブ抵抗、リファレンス抵抗は、チタンの他に、Cu‐Ni等の金属系歪ゲージや、シリコン、ポリシリコン等を用いた半導体歪ゲージを用いても良い。好ましくは、ゲージ率の高い材料を用いることが望ましい。これにより、さらに検出感度が向上する。ミラー面も、アルミニウムの他に、金などで構成しても良い。好ましくは、より反射率が高い材料を用いることが望ましい。
上述した実施例1〜実施例5では、光偏向器が一つの場合を示したが、複数の光偏向器をアレイ化して配置する構成でも良い。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形例をとることができる。
以上のように、本発明の光偏向器は、特に角度変位検出部を備える光偏向器に有用である。
実施例1の光偏向器の正面構成を示す図である。 実施例1の光偏向器のA−A’断面構成を示す図である。 実施例1の光偏向器の裏面構成を示す図である。 実施例1の光偏向器のC−C’断面構成を示す図である。 実施例1の光偏向器の固定部近傍の構成を示す図である。 実施例1の光偏向器のB−B’断面構成を示す図である。 実施例1の光偏向器の回路構成を示す図である。 実施例2の光偏向器の正面構成を示す図である。 実施例2の光偏向器のE−E’断面構成を示す図である。 実施例3の光偏向器の正面構成を示す図である。 実施例3の光偏向器のF−F’断面構成を示す図である。 実施例4の光偏向器の正面構成を示す図である。 実施例4の光偏向器のG−G’断面構成を示す図である。 実施例4の光偏向器の固定部近傍の構成を示す図である。 実施例4の光偏向器の回路の立体構成を示す図である。 実施例4の光偏向器の回路構成を示す図である。 実施例5の光偏向器の正面構成を示す図である。 従来の光偏向器の構成を示す図である。
符号の説明
100 光偏向器
101 可動板
102a、102b 固定部
103a、103b 弾性支持部
111a、112a、111b、112b アクティブ抵抗
113a、114a、113b、114b リファレンス抵抗
104 ミラー面
105 GND電極
106、107 対向電極
108 対向基板
121、122、123、124 引き出し配線
125、126 配線
131、132、133、134 配線
141 絶縁膜
142 コンタクトホール
143 電源
144 検出器
151、152、153、154 電極パッド
200、300、400、500 光偏向器
503a、504a、503b、504b 貫通孔
611a、611b アクティブ抵抗
612a、613a、614a、612b、613b、614b リファレンス抵抗
602a、603a、604a、602b、603b、604b 貫通孔
711a、712a、711b、712b アクティブ抵抗
801、803、805、807 電極パッド
809、811、813,815 引き出し配線
821、823、825、827 上部配線
841、843、847 縦配線
831、833、835、837 下部配線
1100 GND電極
1110a、1110b 配線
1111a、1112a、1111b、1112b アクティブ抵抗
1113a、1114a、1113b、1114b リファレンス抵抗
1121a、1122a、1123a、1124a 引き出し配線
1121b、1122b、1124b 引き出し配線
1131a、1133a、1135a、1137a 配線
1131b、1133b、1135b、1137b 配線
1141a、1142a、1143a、1144a 電極パッド
1141b、1142b、1144b 電極パッド
7 基板
8 トーションバー
9 ミラー部
10 ミラー面
12a、12b 電極
R1、R2、R3、R4 歪ゲージ


-

Claims (8)

  1. 可動板と、
    前記可動板の外側に位置する固定部と、
    前記可動板の中心線に対して略対称に配置され、前記可動板と前記固定部を連結している弾性支持体と、
    複数の抵抗素子から構成されるホイートストンブリッジを測定部とする前記可動板の角度変位を検出する角度変位検出部とを有し、
    少なくとも1つの前記抵抗素子は前記弾性支持体に設けられている、光を偏向する光偏向器において、
    全ての前記抵抗素子が略同一の温度状態となる領域である等温度特性領域に位置していることを特徴とする光偏向器。
  2. 前記等温度特性領域は、前記弾性支持体と固定部との連結部近傍の領域であり、
    前記抵抗素子は、それぞれ同じ層構造を有していることを特徴とする請求項1に記載の光偏向器。
  3. 前記抵抗素子は前記弾性支持体に形成された4つの抵抗素子であり、
    第1抵抗素子と第2抵抗素子は同一の第1面上に形成され、
    第3抵抗素子と第4抵抗素子は同一の第2面上に形成され、
    第1抵抗素子と第2抵抗素子とは、前記可動板の角度変位に伴い、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置され、
    第3抵抗素子と第4抵抗素子とは、前記可動板の角度変位に伴い、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光偏向器。
  4. 前記抵抗素子は、前記固定部に設けられたリファレンス素子と、前記弾性支持体に設けられ前記弾性支持体の歪みに応じて抵抗値が変化するアクティブ素子とからなり、
    前記リファレンス素子と前記アクティブ素子は同じ層構造を有していること特徴とする請求項1または2に記載の光偏向器。
  5. 前記固定部は前記弾性支持体から延在する層と基板とからなり、
    前記リファレンス素子は前記延在する層のみの領域に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の光偏向器。
  6. 前記アクティブ素子は2つであり、
    前記2つのアクティブ素子は、一方は圧縮応力を受ける位置に配置され、他方は引張り応力を受ける位置に配置されていることを特徴とする請求項4または5に記載の光偏向器。
  7. 前記リファレンス素子と前記アクティブ素子は同一面上に形成されていることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の光偏向器。
  8. 前記可動板に設けられたGND電極と
    前記GND電極に対向して設けられた駆動電極と、をさらに有し、
    前記抵抗素子の一端と前記GND電極とは電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の光偏向器。

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