JP4376527B2 - Optical scanning device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板により一体的に形成するプレーナ型の光走査装置に関し、特に、可動板に発生する応力を表裏面でバランスさせて可動板の反り変形を抑制すると共に、駆動力の向上を可能にする光走査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光走査装置には、半導体基板の固定部にトーションバーで揺動可能に軸支され中央部に反射ミラーを形成した可動板と、該可動板の周縁部に沿って敷設した薄膜コイルと、トーションバーの軸方向に平行な上記可動板の対辺近傍部の上記薄膜コイル部分に静磁界を作用して薄膜コイルを流れる電流と上記静磁界との相互作用により駆動力を発生して可動板を揺動させる静磁界発生手段とを備えて構成したものや、上記可動板に薄膜磁石を形成し、上記トーションバーの軸方向に平行な可動板の対辺側方の上記固定部の部位に駆動コイルを形成し、該駆動コイルの電磁界と上記薄膜磁石の静磁界の相互作用により駆動力を発生し可動板を揺動させるように構成したもの(例えば、特許文献1参照)がある。
【0003】
【特許文献1】
特許第2722314号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の光走査装置において、例えば前者の場合は、可動板に成膜形成された薄膜コイル及び反射ミラー並びに薄膜コイルの保護及び絶縁を目的として形成するポリイミド等の保護膜の残留圧縮応力により、また後者の場合は、可動板に成膜形成された薄膜磁石及び反射ミラーの残留圧縮応力によって可動板に反りが発生する虞がある。
【0005】
また、可動板に薄膜コイルを設けたものの場合は、通電により薄膜コイルに熱が発生する。したがって、この熱により薄膜コイル及び反射ミラー材料と可動板の基板材料との熱膨張率の違いに起因するバイメタル作用により可動板に反りが生じる虞がある。
【0006】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、可動板に発生する応力を表裏面でバランスさせて可動板の反り変形を抑制すると共に、駆動力の向上を可能にする光走査装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項1の第1の発明は、半導体基板からなる固定部に、平板状の可動板と該可動板を固定部に対して揺動可能に軸支するトーションバーとを一体的に形成し、前記可動板の周縁部に沿って通電により磁界を発生する薄膜コイルを敷設し、前記可動板に反射ミラーを設ける一方、前記トーションバーの軸方向に平行な可動板の対辺部の薄膜コイル部分に対して静磁界を作用させる静磁界発生手段を備えて構成する光走査装置であって、前記可動板の表裏面に前記薄膜コイル及び前記反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、前記各薄膜コイル及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて前記可動板の表裏面における応力をバランスさせた。
【0008】
このような構成により、半導体基板からなる平板状の可動板の表裏面に薄膜コイル及び反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、各薄膜コイル及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板の表裏面における応力をバランスさせ、可動板の反りを抑制する。これにより、光走査精度を向上する。また、一対の薄膜コイルを可動板駆動用として用いることで駆動力の増大を可能とする。
【0009】
この場合、請求項2のように前記一対の薄膜コイルを可動板周縁部に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜コイルの内側に形成するとよい。または、請求項3のように前記一対の薄膜コイルを可動板上に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜コイルの上面に絶縁層を介して積層してもよい。
【0010】
また、請求項4の構成の場合においては、前記可動板が、固定部に外側トーションバーで揺動可能に軸支された枠状の外側可動板と、該外側可動板に前記外側トーションバーの軸線と直交する内側トーションバーで揺動可能に軸支された内側可動板とからなり、前記外側可動板の表裏面に外側薄膜コイルを一対敷設し、前記内側可動板の表裏面の周縁部に沿って内側薄膜コイルを一対敷設すると共に、前記内側可動板の表裏面に反射ミラーを一対設ける構成とした。
【0011】
この場合、請求項5のように前記一対の内側薄膜コイルを内側可動板周縁部に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜コイルの内側に形成するとよい。または、請求項6のように前記一対の内側薄膜コイルを内側可動板上に敷設し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜コイルの上面に絶縁層を介して積層してもよく、請求項7のように前記一対の外側薄膜コイルの上面に絶縁層を介して反射ミラーを一対積層してもよい。
【0012】
また、請求項8のように前記可動板の表裏面に敷設した一対の薄膜コイルを直列接続するとよく、または請求項9のように前記可動板の表裏面に敷設した一対の薄膜コイルを並列接続してもよい。
【0013】
また、請求項10の第2の発明は、半導体基板からなる固定部に、平板状の可動板と該可動板を固定部に対して揺動可能に軸支するトーションバーとを一体的に形成し、前記可動板に静磁界を発生する薄膜磁石と反射ミラーとを設ける一方、前記トーションバーの軸方向に平行な前記可動板の対辺部の薄膜磁石部分に対して通電により発生する磁界を作用させる駆動コイルを備えて構成する光走査装置であって、前記可動板の表裏面に前記薄膜磁石及び前記反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、前記各薄膜磁石及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて前記可動板の表裏面における応力をバランスさせた。
【0014】
このような構成により、半導体基板からなる平板状の可動板の表裏面に薄膜磁石及び反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、各薄膜磁石及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板の表裏面における応力をバランスさせ、可動板の反りを抑制する。これにより、光走査精度を向上する。また、一対の薄膜磁石を可動板駆動用に用いることで駆動力の増大を可能とする。
【0015】
この場合、請求項11のように、前記一対の薄膜磁石を可動板周縁部に形成し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜磁石の内側に形成するとよい。または、請求項12のように前記一対の薄膜磁石を可動板上に形成し、前記一対の反射ミラーを前記薄膜磁石の上面に積層してもよい。
【0016】
また、請求項13の構成の場合においては、前記可動板が、固定部に外側トーションバーで揺動可能に軸支された枠状の外側可動板と、該外側可動板に前記外側トーションバーの軸線と直交する内側トーションバーで揺動可能に軸支された内側可動板とからなり、少なくとも前記内側可動板の表裏面に静磁界を発生する薄膜磁石と反射ミラーとをそれぞれ一対設ける構成とした。
【0017】
この場合、請求項14のように前記一対の薄膜磁石を内側可動板周縁部に形成し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜磁石の内側に形成するとよい。または、請求項15のように前記一対の薄膜磁石を内側可動板上に形成し、前記一対の反射ミラーを前記内側薄膜磁石の上面に積層してもよく、請求項16のように前記外側可動板の表裏面に一対の薄膜磁石を形成してもよい。さらに、請求項17のように前記外側可動板の表裏面に形成した前記一対の薄膜磁石の上面に一対の反射ミラーを形成してもよい。
【0018】
また、請求項18のように前記可動板の中央部と該可動板端部との間に、可動板端部から前記可動板中央部に伝達する可動板中央部の変形要因を抑制する境界部を設けてもよい。または、請求項19のように前記内側可動板の中央部と該内側可動板端部との間に、内側可動板端部から前記内側可動板中央部に伝達する内側可動板中央部の変形要因を抑制する境界部を設けてもよい。
【0019】
さらに、請求項20のように前記各薄膜コイル及び反射ミラー並びに境界部、または前記各薄膜磁石及び反射ミラー並びに境界部を前記各可動板の表裏面の同一位置に形成するとよい。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1に、本発明に係る光走査装置の第1実施形態の概略構成を分解斜視図で示す。
図1において、本第1実施形態の光走査装置は、半導体基板により一体的に形成した一次元の光走査装置であり、可動板1と、薄膜コイル2A,2Bと、反射ミラー3A,3Bと、静磁界発生手段4A,4Bと、を備えて構成する。
【0022】
上記可動板1は、枠状の固定部5にトーションバー6で揺動可能に軸支されたものであり、半導体基板をその厚み方向に異方性エッチングして固定部5及びトーションバー6と一体的に形成される。また、可動板1の表裏面には、後述の反射ミラー3A,3Bを一対設けており、可動板1の揺動に伴って上記反射ミラー3A(または3B)で光ビームを反射して一次元走査するようにしている。なお、半導体基板は、半導体微細加工技術を応用して加工するものであれば如何なるものであってもよく、例えばシリコン基板やプラスチック基板などである。
【0023】
上記可動板1の表裏面には、該可動板1の周縁部に沿ってそれぞれ薄膜コイル2A,2Bを敷設している。該薄膜コイル2A,2Bは、トーションバー6の軸方向に平行な上記可動板1の対辺近傍部の薄膜コイル2A,2Bを流れる電流に、後述する静磁界発生手段4A,4Bから発生する静磁界を作用させて可動板1の上記対辺部に駆動力を発生させ可動板1を揺動させるものであり、半導体製造プロセスにより、例えばアルミニウム等の導電性薄膜をエッチングして形成される。そして、薄膜コイル2A,2Bの両端部は、それぞれトーションバー6を介して固定部5に形成した電極端子部7A,7Bに接続し、図示省略の制御回路から駆動電流が供給できるようになっている。なお、図1においては、薄膜コイル2A,2Bを並列接続した構成で示しているが、例えば図1中右側の電極端子部7Aと同図中左側の電極端子部7Bとを接続して薄膜コイル2A,2Bを直列接続してもよい。
【0024】
上記可動板1の表裏面で、図2(a)に示すように薄膜コイル2A,2Bの内側には、それぞれ反射ミラー3A,3Bを設ける。該反射ミラー3A(または3B)は、入射する光ビームを反射するものであり、例えばアルミニウム等から成る反射膜を真空蒸着またはスパッタリング等により成膜して形成する。または、図2(b)に示すように薄膜コイル2A,2B上に設けたポリイミド等の絶縁層8を介して可動板1の全面を覆って反射ミラー3A,3Bを形成してもよい。そして、上記薄膜コイル2A,2B及び反射ミラー3A,3Bは、可動板1の表裏面で同一位置に形成される。
【0025】
そして、上記トーションバー6の軸方向に平行な可動板1の対辺側方で、例えば固定部5の上面部位には、上記可動板1を間にして一対の静磁界発生手段4A,4Bを互いに反対磁極を対向させて備える。該静磁界発生手段4A,4Bは、可動板1の上記対辺近傍部の薄膜コイル2A,2Bに対して可動板1に平行で薄膜コイル2A,2Bに直交する成分を作用させ、該薄膜コイル2A,2Bを流れる電流との相互作用によりローレンツ力を発生させるものであり、例えば永久磁石である。なお、静磁界発生手段4A,4Bは、固定部5の上面部位ではなく、その外側に配置してもよい。
【0026】
次に本発明の第1実施形態の動作を説明する。
先ず、図1に示す並列接続された薄膜コイル2A,2Bに、図示省略の制御回路から電極端子部7A,7Bを介して駆動電流がそれぞれ供給される。この場合、トーションバー6の軸方向に平行な可動板1の対辺近傍部の上記薄膜コイル2A,2Bの部分には、該部分に対向して配置された静磁界発生手段4A,4Bにより静磁界が作用している。したがって、該静磁界のうち可動板1に平行で薄膜コイル2A,2Bの上記部分に直交する静磁界成分が、薄膜コイル2A,2Bの該部分を流れる電流と相互に作用して薄膜コイル2A,2Bの当該部分にローレンツ力を発生させ可動板1を揺動させる。そして、可動板1の揺動に伴って、可動板1に形成した反射ミラー3A(または3B)で光ビームを一次元走査する。
【0027】
可動板1の駆動時には、可動板1の表裏面に設けた薄膜コイル2A,2Bに同じ大きさの駆動電流が流れる。したがって、薄膜コイル2A,2Bにおいて発生する発熱量は等しい。しかも、薄膜コイル2A,2Bは、可動板1の表裏面で同一位置に形成されているため可動板1の表裏面に発生する熱応力がバランスして可動板1の反りが抑制される。
【0028】
また、可動板1の表裏面には、薄膜コイル2A,2B及び反射ミラー3A,3Bが可動板1表裏面で同一位置に形成されているため上記薄膜コイル2A,2B及び反射ミラー3A,3Bの薄膜の残留圧縮応力による反り力が可動板1の表裏面の各部でバランスし、可動板1の反りを抑制する。なお、薄膜の残留圧縮応力が、薄膜の形成条件により異なる場合があるため、本第1実施形態においては、上記薄膜コイル2A,2B及び反射ミラー3A,3B並びに絶縁層8の膜厚または材質若しくは形状を異ならせる等調整して可動板1の表裏面における応力をバランスさせている。
【0029】
このように、上記第1実施形態によれば、可動板1の表裏面に薄膜コイル2A,2B及び反射ミラー3A,3Bをそれぞれ形成すると共に、各薄膜コイル2A,2B及び反射ミラー3A,3Bの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板1の表裏面における薄膜の残留圧縮応力をバランスさせたことにより、薄膜の残留圧縮応力による反り力が可動板1の表裏面でバランスし、可動板1の反りの発生を抑制することができる。また、薄膜コイル2A,2B及び反射ミラー3A,3Bを可動板1の表裏面の同一位置に形成したことにより、薄膜の残留圧縮応力の発生部位が可動板1の表裏面で略一致し、該応力を相殺して可動板1の反りをより効果的に抑制することができる。
【0030】
また、該薄膜コイル2A,2Bの両者に通電して可動板1を揺動させる構成としたことにより、薄膜コイル2A,2Bに発生する熱が可動板1の表裏面で略等しくなり、この発熱による熱応力が可動板1の表裏面でバランスして反りの発生を抑制することができる。これにより、光走査精度を向上することができる。
【0031】
さらに、可動板1の表裏面に形成した薄膜コイル2A,2Bを並列接続する構成としたことにより、可動板1の一方の側だけに薄膜コイルを設けた従来の光走査装置に比べ駆動力を同一とした場合、各薄膜コイル2A,2Bに流れる電流値が半分になり、薄膜コイル2A,2Bにおける発熱を低減することができる。言うまでもないが、可動板1の表裏面の各薄膜コイル2A,2Bに従来と同じ電流値を供給すれば2倍の駆動力を得られる。また、薄膜コイル2A,2Bを直列接続した場合には、従来の光走査装置に比べて同じ電流値で約2倍の駆動力を得ることができる。
【0032】
次に、本発明に係る光走査装置の第2実施形態を図3及び図4を参照して説明する。なお、第1実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図3は、第2実施形態の光走査装置の概略構成を示す分解斜視図である。この光走査装置は、光ビームを二次元走査するものであり、上記可動板1を、固定部5に外側トーションバー11で揺動可能に軸支された枠状の外側可動板12と、該外側可動板12に外側トーションバー11の軸線と直交する内側トーションバー13で揺動可能に軸支された内側可動板14とを備えた構成としている。
【0033】
また、上記外側及び内側可動板12,14の表裏面でその周縁部(図3中破線で示す対応部位)に沿ってそれぞれ外側薄膜コイル15A,15B及び内側薄膜コイル16A,16Bを敷設し、図4(a)に示すように該内側薄膜コイル16A,16Bの内側で内側可動板14の表裏面に反射ミラー3A,3Bを形成している。なお、図4(b)に示すように外側及び内側薄膜コイル15A〜16Bの上面にポリイミド等の絶縁層8を設け、さらに内側可動板14の全面を覆って反射ミラー3A,3Bを積層形成してもよい。または、同図(c)に示すように内側可動板14の全面に亘って絶縁層8を介して反射ミラー3A,3Bを積層すると共に、外側可動板12の絶縁層8上に外側反射ミラー20A,20Bを積層してもよい。
【0034】
また、図3に示すように外側薄膜コイル15A,15Bは、それぞれ外側トーションバー11を介して固定部5上に設けた電極端子部18A,18Bに、また内側薄膜コイル16A,16Bは、それぞれ内側及び外側トーションバー13,11を介して固定部5上に設けた電極端子部19A,19Bに繋がっている。
【0035】
さらに、上記外側トーションバー11の軸方向に平行な外側可動板12の対辺及び内側トーションバー13の軸方向に平行な内側可動板14の対辺に対応する固定部5の、例えば外側にそれぞれ静磁界発生手段4A,4B,17A,17Bを備えている。
【0036】
このように構成したことにより、第2実施形態によれば、第1実施形態と同様に薄膜の残留圧縮応力や各薄膜コイルの発熱による熱応力が各可動板の表裏面でバランスし、各可動板の反りを抑制することができる。
【0037】
また、図4(c)に示すように内側可動板14のみならず外側可動板12の面を覆って外側反射ミラー20A,20Bを設けた場合、内側可動板14の位置を検出するための図示省略の内側用光源及び内側位置検出手段と、外側可動板12の位置を検出するための図示省略の外側用光源及び外側位置検出手段とを備え、上記内側用光源の光ビームを内側可動板14に設けた反射ミラー3A(または3B)で反射して、その反射光ビームの受光位置に基づいて内側位置検出手段により検出して内側可動板14の二次元の位置情報を得、上記外側用光源の光ビームを外側可動板12に設けた反射ミラー20A(または20B)で反射して、その反射光ビームの受光位置に基づいて外側位置検出手段により検出して外側可動板12の一次元の位置情報を得て前記内側可動板の二次元位置情報から外側可動板の一次元位置情報を除いて内側可動板に作用する駆動力に基づく内側可動板の一次元位置情報を得る構成とすることにより、外側及び内側可動板12,14の各位置を分離して検出することができる。したがって、この検出結果に基づいて各可動板の駆動制御をそれぞれ個別に行うことができる。
【0038】
次に、本発明に係る光走査装置の第3実施形態を図5及び図6を参照して説明する。なお、第1実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図5は、第3実施形態の光走査装置の概略構成を示す分解斜視図である。この光走査装置は、光ビームを一次元走査するものであり、可動板1の表裏面で該可動板1の周縁部に沿って枠状の薄膜磁石21A,21Bをそれぞれ設け、該薄膜磁石21A,21Bの内側で可動板1の表裏面に反射ミラー3A,3Bを形成すると共に、各薄膜磁石21A,21B及び反射ミラー3A,3Bの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板1の表裏面における応力をバランスさせている(図6(a)参照)。そして、上記薄膜磁石21A,21Bは、磁化方向が同じ向きとなるように着磁されている。なお、図6(b)に示すように薄膜磁石21A,21Bを可動板1の全面に亘って設け、その上に反射ミラー3A,3Bを積層して形成してもよい。
【0039】
また、トーションバー6の軸方向に平行な可動板1の対辺に対向する固定部5の上面には、駆動コイル22A,22Bを設けている。この駆動コイル22A,22Bは、交流電流の通電により発生する磁界をトーションバー6の軸方向に平行な上記薄膜磁石21A,21Bの対辺部に作用させて上記磁界と薄膜磁石21A,21Bの静磁界との相互作用により可動板1を揺動させるものである。なお、駆動コイル22A,22Bは、固定部1上ではなく、可動板1の下方でトーションバー6の軸方向に平行な薄膜磁石21A,21Bの対辺部に対応する部位に互いに反対方向の磁界が発生するようにそれぞれ設けてもよく、または可動板の下方部位に上記薄膜磁石21A,21Bに対して該薄膜磁石21A,21Bの法線方向の磁界が作用するように駆動コイルを一つ設けてもよい。
【0040】
このように構成したことにより、第3実施形態によれば、第1実施形態と同様に薄膜の残留圧縮応力よる反り力が可動板1の表裏面でバランスし、可動板1の反りを抑制することができる。また、可動板1の表裏面に薄膜磁石21A,21Bを形成したことにより、第1実施形態におけるような薄膜コイル2A,2Bによる熱応力の発生がなく、したがって熱応力による可動板1の反りを防止することができる。また、可動板1の表裏面に薄膜磁石21A,21Bを設けたことにより、可動板1の一方の側だけに薄膜磁石を設けた従来の光走査装置と比べて同じ駆動電流を駆動コイルに供給したとき、略2倍の駆動力を得ることができる。
【0041】
次に、本発明に係る光走査装置の第4実施形態を図7及び図8を参照して説明する。なお、第3実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図7は、第4実施形態の光走査装置の概略構成を示す分解斜視図である。この光走査装置は、光ビームを二次元走査するものであり、上記可動板1を、固定部5に外側トーションバー11で揺動可能に軸支された枠状の外側可動板12と、該外側可動板12に外側トーションバー11の軸線と直交する内側トーションバー13で揺動可能に軸支された内側可動板14を備えた構成としている。
【0042】
また、上記外側及び内側可動板12,14の表裏面でその周縁部に沿ってそれぞれ外側薄膜磁石23A,23B及び内側薄膜磁石21A,21Bを形成し、図8(a)に示すように該内側薄膜磁石21A,21Bの内側で内側可動板14の表裏面に反射ミラー3A,3Bを形成している。なお、図8(b)に示すように内側可動板14の全面を覆って内側薄膜磁石21A,21Bを形成しその上面に反射ミラー3A,3Bを積層形成してもよい。または、同図(c)に示すように内側薄膜磁石21A,21B上に反射ミラー3A,3Bを積層すると共に、外側薄膜磁石23A,23B上に外側反射ミラー20A,20Bを積層してもよい。
【0043】
また、図7に示すように外側トーションバー11の軸方向に平行な外側可動板12の対辺に対向する固定部5の上面、及び内側トーションバー13の軸方向に平行な内側可動板14の対辺側方の固定部5上面には、駆動コイル22A,22B及び24A,24Bをそれぞれ設けている。なお、内側可動板14だけに薄膜磁石と反射ミラーを形成する構成としてもよく、また、外側可動板12だけに薄膜磁石を形成し、内側可動板14だけに反射ミラーを形成する構成としてもよい。
【0044】
このように構成したことにより、第4実施形態によれば、第3実施形態と同様に薄膜の残留圧縮応力よる反り力が可動板1の表裏面でバランスし、可動板1の反りを抑制することができる。また、可動板1の表裏面に薄膜磁石21A,21Bを形成したことにより、熱応力の発生がなく、したがって熱応力による可動板1の反りを防止することができる。さらに、可動板1の表裏面に薄膜磁石21A,21Bを設けたことにより、可動板1の一方の側だけに薄膜磁石を設けた従来の光走査装置に比べて同じ駆動電流を駆動コイル22A〜24Bに供給したとき、略2倍の駆動力を得ることができる。さらにまた、第2実施形態と同様にして外側及び内側可動板12,14の位置情報を検出し、内側可動板14の位置情報から外側可動板14の位置情報を除けば、各可動板の位置を分離して検出することができ、該検出結果に基づいて各可動板の駆動制御をそれぞれ個別に行うことができる。
【0045】
なお、上記第1〜4実施形態のいずれにおいても、本出願人が特開2002−131685号公報に開示しているように、可動板1中央部と可動板1端部との間に、図9に斜線で示すような可動板1端部から上記可動板1中央部に伝達される可動板1中央部の変形要因を抑制する境界部10を設けてもよい。この境界部10は、可動板1を上下方向に貫通する孔であっても溝であってもよい。さらに、上記境界部10が溝の場合には、該境界部10を可動板1の表裏面に可動板1を挟んで同一位置に設けるとよい。または、可動板1の一方の面のみに設けてもよい。この場合は、薄膜コイル2A,2B及び反射ミラー3A,3Bの厚みや材質等を変えて可動板1の表裏面で応力が略等しくなるように調整するとよい。そして、境界部10は、可動板1と異なる部材から成る、例えば断熱性等を有するポリイミド等の充填材で形成してもよい。以上により、可動板1の表裏面に形成された薄膜の残留圧縮応力による可動板1端部の反りの影響や薄膜コイル2A,2Bに発生する熱が可動板1中央部に伝達されるのを抑制し、可動板1の反りを抑制することができる。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光走査装置によれば、半導体基板からなる平板状の可動板の表裏面に薄膜コイル及び反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、各薄膜コイル及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板の表裏面における応力をバランスさせることができる。したがって、可動板の反りを抑制することができ、光走査精度を向上することができる。
【0047】
また、可動板の表裏面に薄膜コイルを一対設け、共に通電するようにしたことにより、薄膜コイルの発熱による熱応力が可動板の表裏面でバランスし、可動板の反りを抑制することができる。しかも、可動板両面に設けた薄膜コイルを駆動用に利用するので、両薄膜コイルを並列接続した場合は、従来と同一の駆動条件の下で各薄膜コイルにおける発熱を低減することができ、また直列接続した場合は、駆動力を2倍にすることができる。
【0048】
また、半導体基板からなる平板状の可動板の表裏面に駆動コイルの磁界の作用により駆動力を発生する薄膜磁石及び反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、各薄膜磁石及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて可動板の表裏面における応力をバランスさせることができる。したがって、可動板の反りを抑制することができ、光走査精度を向上する。
【0049】
さらに、可動板の表裏面に薄膜磁石を一対設け、トーションバーの軸方向に平行な薄膜磁石の対辺部に駆動コイルにより磁界を作用させる構成としているので、可動板に熱応力が加わることがなく、熱応力による可動板の反りを防止することができる。しかも、この場合、両薄膜磁石を可動板の駆動力発生に使用することができるので、従来と同一の駆動条件の下で駆動力を2倍にすることができる。
【0050】
さらにまた、各薄膜コイルまたは薄膜磁石及び反射ミラーを可動板の表裏面で同一位置に形成したことにより、応力の発生部位が可動板の表裏面で略一致し、該応力を相殺して可動板の反りをより効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による光走査装置の第1実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
【図2】 第1実施形態における駆動力発生部及び光学要素の形成例を示した断面図である。
【図3】 本発明による光走査装置の第2実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
【図4】 第2実施形態における駆動力発生部及び光学要素の形成例を示した断面図である。
【図5】 本発明による光走査装置の第3実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
【図6】 第3実施形態における駆動力発生部及び光学要素の形成例を示した断面図である。
【図7】 本発明による光走査装置の第4実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。
【図8】 第4実施形態における駆動力発生部及び光学要素の形成例を示した断面図である。
【図9】 可動板に設けた(A)〜(I)境界部の種々の形状例を示す平面図である。
【符号の説明】
1…可動板
2A,2B…薄膜コイル
3A,3B…反射ミラー
4A,4B,17A,17B…静磁界発生手段
5…固定部
6…トーションバー
8…絶縁層
10…境界部
11…外側トーションバー
12…外側可動板
13…内側トーションバー
14…内側可動板
15…外側薄膜コイル
16…内側薄膜コイル
21A,21B…薄膜磁石
22A,22B,24A,24B…駆動コイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a planar optical scanning device formed integrally with a semiconductor substrate, and in particular, balances stresses generated on a movable plate on the front and back surfaces. Let The present invention relates to an optical scanning device that suppresses warping deformation of a movable plate and enables an improvement in driving force.
[0002]
[Prior art]
A conventional optical scanning device includes a movable plate that is pivotally supported by a torsion bar on a fixed portion of a semiconductor substrate and has a reflecting mirror formed at the center, and a thin film coil that is laid along the peripheral edge of the movable plate. The movable plate generates a driving force by the interaction between the static magnetic field and a current flowing through the thin film coil by applying a static magnetic field to the thin film coil portion in the vicinity of the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar. A thin film magnet formed on the movable plate, and driven to the fixed portion on the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar. There is a configuration in which a coil is formed and a movable force is oscillated by generating a driving force by the interaction between the electromagnetic field of the driving coil and the static magnetic field of the thin film magnet (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2722314
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional optical scanning device, for example, in the former case, a thin film coil and a reflection mirror formed on the movable plate and a protective film such as polyimide formed for the purpose of protecting and insulating the thin film coil remain. In the latter case, the movable plate may be warped due to the compressive stress or the residual compressive stress of the thin film magnet and the reflecting mirror formed on the movable plate.
[0005]
In the case where the movable plate is provided with a thin film coil, heat is generated in the thin film coil by energization. Therefore, there is a possibility that the movable plate is warped due to the bimetal action resulting from the difference in thermal expansion coefficient between the thin film coil and reflection mirror material and the substrate material of the movable plate.
[0006]
Therefore, the present invention has been made paying attention to the above problems, and the stress generated on the movable plate is balanced between the front and back surfaces. Let An object of the present invention is to provide an optical scanning device that suppresses warping deformation of a movable plate and enables an improvement in driving force.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To this end, according to a first aspect of the present invention, a flat plate-like movable plate and a torsion bar that pivotally supports the movable plate so as to be swingable with respect to the fixed portion are integrated with the fixed portion made of a semiconductor substrate. A thin film coil that generates a magnetic field by energization along the peripheral edge of the movable plate, and a reflective mirror is provided on the movable plate, while the other side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar An optical scanning device comprising a static magnetic field generating means for applying a static magnetic field to a thin film coil portion, wherein a pair of the thin film coil and the reflection mirror are provided on the front and back surfaces of the movable plate. And balance the stress on the front and back surfaces of the movable plate by changing the film thickness, material, or shape of each thin film coil and reflecting mirror. It was.
[0008]
With this configuration, the front and back surfaces of a flat movable plate made of a semiconductor substrate Thin film coil and reflection mirror respectively Pair In addition, the film thickness, material, or shape of each thin film coil and reflecting mirror is changed to Balances stress and suppresses warping of movable plate. Thereby, the optical scanning accuracy is improved. Further, the driving force can be increased by using the pair of thin film coils for driving the movable plate.
[0009]
In this case, it is preferable that the pair of thin film coils is laid on the periphery of the movable plate, and the pair of reflection mirrors are formed inside the thin film coil. Alternatively, as described in claim 3, the pair of thin film coils may be laid on a movable plate, and the pair of reflection mirrors may be laminated on the upper surface of the thin film coil via an insulating layer.
[0010]
Further, in the case of the configuration of claim 4, the movable plate includes a frame-like outer movable plate pivotally supported on the fixed portion by an outer torsion bar, and the outer movable plate on the outer torsion bar. It consists of an inner movable plate pivotally supported by an inner torsion bar orthogonal to the axis, and a pair of outer thin film coils are laid on the front and rear surfaces of the outer movable plate, and on the peripheral portions of the front and rear surfaces of the inner movable plate. A pair of inner thin film coils are laid along the inner movable plate, and a pair of reflecting mirrors are provided on the front and back surfaces of the inner movable plate.
[0011]
In this case, it is preferable that the pair of inner thin film coils is laid on the inner movable plate peripheral edge and the pair of reflection mirrors are formed inside the inner thin film coil. Alternatively, the pair of inner thin film coils may be laid on the inner movable plate as in
[0012]
Further, a pair of thin film coils laid on the front and back surfaces of the movable plate as in
[0013]
According to a second aspect of the present invention, a flat movable plate and a torsion bar that pivotally supports the movable plate with respect to the fixed portion are integrally formed on the fixed portion made of a semiconductor substrate. The movable plate is provided with a thin film magnet that generates a static magnetic field and a reflection mirror, while a magnetic field generated by energization is applied to the thin film magnet portion on the opposite side of the movable plate that is parallel to the axial direction of the torsion bar. An optical scanning device comprising a drive coil to be provided, wherein a pair of the thin film magnet and the reflection mirror are provided on the front and back surfaces of the movable plate, respectively. And balance the stress on the front and back surfaces of the movable plate by changing the film thickness, material, or shape of each thin film magnet and reflecting mirror. It was.
[0014]
With this configuration, the front and back surfaces of a flat movable plate made of a semiconductor substrate Thin film magnet and reflecting mirror respectively Pair In addition, the film thickness, material, or shape of each thin film magnet and reflecting mirror is changed to Balances stress and suppresses warping of movable plate. Thereby, the optical scanning accuracy is improved. Further, the driving force can be increased by using the pair of thin film magnets for driving the movable plate.
[0015]
In this case, as in the eleventh aspect, the pair of thin film magnets may be formed on the periphery of the movable plate, and the pair of reflection mirrors may be formed inside the thin film magnet. Alternatively, as described in
[0016]
Further, in the case of the structure of
[0017]
In this case, it is preferable to form the pair of thin film magnets on the inner movable plate peripheral edge as in
[0018]
Further, a boundary part for suppressing a deformation factor of the movable plate central part transmitted from the movable plate end part to the movable plate central part between the central part of the movable plate and the movable plate end part as in claim 18. May be provided. Or, the deformation factor of the inner movable plate central portion transmitted from the inner movable plate end portion to the inner movable plate central portion between the inner movable plate end portion and the inner movable plate end portion as in claim 19. You may provide the boundary part which suppresses.
[0019]
Furthermore, as in the twentieth aspect, it is preferable that the thin film coils and the reflection mirror and the boundary portion or the thin film magnets and the reflection mirror and the boundary portion are formed at the same position on the front and back surfaces of the movable plates.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a first embodiment of an optical scanning device according to the present invention.
In FIG. 1, the optical scanning device of the first embodiment is a one-dimensional optical scanning device formed integrally with a semiconductor substrate, and includes a
[0022]
The
[0023]
Thin film coils 2 </ b> A and 2 </ b> B are laid on the front and back surfaces of the
[0024]
Reflecting
[0025]
Then, on the opposite side of the
[0026]
Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described.
First, drive currents are respectively supplied to the parallel-connected thin film coils 2A and 2B shown in FIG. 1 from a control circuit (not shown) via the
[0027]
When the
[0028]
Further, since the thin film coils 2A and 2B and the reflection mirrors 3A and 3B are formed on the front and back surfaces of the
[0029]
As described above, according to the first embodiment, the thin film coils 2A and 2B and the reflection mirrors 3A and 3B are formed on the front and back surfaces of the
[0030]
Further, since the
[0031]
Further, the thin film coils 2A and 2B formed on the front and back surfaces of the
[0032]
Next, a second embodiment of the optical scanning device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and only portions different from those in the first embodiment will be described here.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the optical scanning device of the second embodiment. This optical scanning device performs two-dimensional scanning of a light beam. The
[0033]
Further, the outer thin film coils 15A and 15B and the inner thin film coils 16A and 16B are laid on the front and back surfaces of the outer and inner
[0034]
Further, as shown in FIG. 3, the outer thin film coils 15A and 15B are respectively connected to the
[0035]
Further, for example, static magnetic fields on the outer sides of the fixed
[0036]
With this configuration, according to the second embodiment, similar to the first embodiment, the residual compressive stress of the thin film and the thermal stress due to heat generation of each thin film coil are balanced on the front and back surfaces of each movable plate, and each movable Warpage of the plate can be suppressed.
[0037]
4C, when the
[0038]
Next, a third embodiment of the optical scanning device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and only portions different from those in the first embodiment will be described here.
FIG. 5 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the optical scanning device of the third embodiment. This optical scanning device performs one-dimensional scanning of a light beam, and is provided with frame-shaped
[0039]
Drive coils 22A and 22B are provided on the upper surface of the fixed
[0040]
With this configuration, according to the third embodiment, the warping force due to the residual compressive stress of the thin film is balanced on the front and back surfaces of the
[0041]
Next, a fourth embodiment of the optical scanning device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same elements as those of the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and only portions different from those of the third embodiment will be described here.
FIG. 7 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the optical scanning device of the fourth embodiment. This optical scanning device performs two-dimensional scanning of a light beam. The
[0042]
Further, outer
[0043]
Further, as shown in FIG. 7, the upper surface of the fixed
[0044]
With this configuration, according to the fourth embodiment, the warping force due to the residual compressive stress of the thin film is balanced on the front and back surfaces of the
[0045]
In any of the first to fourth embodiments, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-131585, the applicant of the present invention has a figure between the central portion of the
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical scanning device of the present invention, the front and back surfaces of the flat movable plate made of a semiconductor substrate are used. Thin film coil and reflection mirror respectively Pair At the same time, the film thickness, material, or shape of each thin film coil and reflecting mirror is changed to Stress can be balanced. Therefore, the warp of the movable plate can be suppressed, and the optical scanning accuracy can be improved.
[0047]
Further, by providing a pair of thin film coils on the front and back surfaces of the movable plate and energizing them together, the thermal stress due to the heat generated by the thin film coil is balanced on the front and back surfaces of the movable plate, and the warp of the movable plate can be suppressed. . Moreover, since the thin film coils provided on both sides of the movable plate are used for driving, when both thin film coils are connected in parallel, the heat generation in each thin film coil can be reduced under the same driving conditions as before, and When connected in series, the driving force can be doubled.
[0048]
In addition, a thin film magnet and a reflecting mirror that generate a driving force by the action of the magnetic field of the driving coil are provided on the front and back surfaces of a flat movable plate made of a semiconductor substrate. Respectively Pair In addition, the film thickness, material, or shape of each thin film magnet and the reflecting mirror is varied so that Stress can be balanced. Therefore, the warp of the movable plate can be suppressed, and the optical scanning accuracy is improved.
[0049]
In addition, a pair of thin film magnets are provided on the front and back surfaces of the movable plate, and a magnetic field is applied to the opposite sides of the thin film magnet parallel to the axial direction of the torsion bar by the drive coil, so that no thermal stress is applied to the movable plate. Further, warpage of the movable plate due to thermal stress can be prevented. In addition, in this case, both thin film magnets can be used for generating the driving force of the movable plate, so that the driving force can be doubled under the same driving conditions as in the prior art.
[0050]
Furthermore, by forming each thin film coil or thin film magnet and reflecting mirror at the same position on the front and back surfaces of the movable plate, the stress generation sites are substantially matched on the front and back surfaces of the movable plate, and the movable plate cancels the stress. Can be more effectively suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a first embodiment of an optical scanning device according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of formation of a driving force generator and optical elements in the first embodiment.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a second embodiment of an optical scanning device according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of formation of a driving force generator and optical elements in a second embodiment.
FIG. 5 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a third embodiment of an optical scanning device according to the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of formation of a driving force generator and optical elements in a third embodiment.
FIG. 7 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a fourth embodiment of an optical scanning device according to the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of formation of a driving force generator and optical elements in a fourth embodiment.
FIG. 9 is a plan view showing various shape examples of the boundary portion (A) to (I) provided on the movable plate.
[Explanation of symbols]
1 ... Movable plate
2A, 2B ... Thin film coil
3A, 3B ... Reflection mirror
4A, 4B, 17A, 17B ... Static magnetic field generating means
5 ... fixed part
6 ... Torsion bar
8 ... Insulating layer
10 ... Boundary part
11 ... Outer torsion bar
12 ... Outside movable plate
13 ... Inner torsion bar
14 ... Inside movable plate
15 ... Outer thin film coil
16 ... Inner thin film coil
21A, 21B ... Thin film magnet
22A, 22B, 24A, 24B ... drive coil
Claims (20)
前記可動板の表裏面に前記薄膜コイル及び前記反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、前記各薄膜コイル及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて前記可動板の表裏面における応力をバランスさせたことを特徴とする光走査装置。A flat plate-like movable plate and a torsion bar that pivotably supports the movable plate with respect to the fixed portion are integrally formed on the fixed portion made of a semiconductor substrate, and energized along the peripheral edge of the movable plate. Static magnetic field generation that applies a static magnetic field to the thin film coil portion on the opposite side of the movable plate that is parallel to the axial direction of the torsion bar, while a thin film coil that generates a magnetic field is laid and a reflective mirror is provided on the movable plate An optical scanning device comprising a means,
The thin film coil and the pair reflection mirrors each provided Rutotomoni on the front and rear surfaces of the movable plate, said balance the stresses in the front and back surfaces of the thin film coil and the thickness of the reflective mirror or the material or shape by varying the movable plate An optical scanning device characterized by that.
前記可動板の表裏面に前記薄膜磁石及び前記反射ミラーをそれぞれ一対設けると共に、前記各薄膜磁石及び反射ミラーの膜厚または材質若しくは形状を異ならせて前記可動板の表裏面における応力をバランスさせたことを特徴とする光走査装置。A thin film that integrally forms a flat movable plate and a torsion bar that pivotably supports the movable plate with respect to the fixed portion on a fixed portion made of a semiconductor substrate, and generates a static magnetic field on the movable plate. An optical scanning device comprising a driving coil for providing a magnetic field generated by energization to a thin film magnet portion on the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar while providing a magnet and a reflection mirror There,
The thin film magnet and the pair reflection mirrors each provided Rutotomoni on the front and rear surfaces of the movable plate, said balance the stresses in the front and back surfaces of the thin magnets and thickness of the reflective mirror or the material or shape by varying the movable plate An optical scanning device characterized by that.
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