JP5216715B2 - プレーナ型アクチュエータ - Google Patents
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Description
本発明はプレーナ型アクチュエータに係り、特に、枠状の固定部に平板状の可動部を揺動可能に軸支し、この可動部の揺動位置を検出することを可能としたプレーナ型アクチュエータに関するものである。
従来から、枠状の固定部に平板状の可動部を揺動可能に軸支する構造のアクチュエータとして、例えば半導体製造技術を利用し、シリコン基板を異方性エッチングし、枠状の固定部と平板状の可動部と固定部に可動部を軸支するトーションバーとを一体に形成し、可動部に駆動コイルを設け、可動部の駆動コイルに静磁界を付与する例えば永久磁石のような静磁界発生手段を設け、通電により駆動コイルに発生する磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用により発生するローレンツ力を利用して可動部を揺動させる電磁駆動タイプのプレーナ型アクチュエータがある（例えば、特許文献１参照）。
そして、このようなアクチュエータは、例えば、可動部にミラーを設けることで光ビームを偏向走査する光スキャナなどに適用される。
そして、このようなアクチュエータは、例えば、可動部にミラーを設けることで光ビームを偏向走査する光スキャナなどに適用される。
このようなアクチュエータにおいては、可動部に設置された駆動コイルの内側に検出コイルを設置し、この検出コイルにより可動部の揺動位置を検出することが行われている。
しかしながら、前記従来の技術においては、可動部設置された駆動コイルの内側に検出コイルを設置するものであることから、検出コイルを設置する場合に、検出コイルの設置スペースを大きく確保することができず、そのため、検出コイルのターン数に限界があり、検出センサによる出力を大きくすることができないという問題を有している。その結果、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができず、可動部の正確な位置検出を行うことができないという問題を有している。
本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、検出コイルの設置スペースを大きく確保することができ、Ｓ／Ｎ比を増大させて可動部の正確な位置検出を行うことのできるプレーナ型アクチュエータを提供することを目的とするものである。
本発明は前記目的を達成するために、請求項１の発明に係るプレーナ型アクチュエータは、デバイス基板に設置された枠状の固定部と、前記固定部の内側に支持梁を介して可動自在に支持され駆動手段により駆動される可動部と、前記可動部に設置され前記可動部を駆動するための渦巻き状に形成された駆動コイルと、前記駆動コイルのコイル配線の間に沿って設置され前記可動部の動作を検出する検出コイルと、を備えていることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記検出コイルは、渦巻き状に形成された前記駆動コイルの隣り合う前記コイル配線の間のほぼ中央位置に配置されていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、前記駆動コイルおよび前記検出コイルは、前記可動部にそれぞれ複数層にわたって形成されていることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項において、前記固定部と前記可動部の間に、前記可動部を前記支持梁を介して可動自在に支持するとともに、前記固定部に前記支持梁を介して可動自在に支持された第２可動部を設けたことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項４において、前記第２可動部に設置された第２駆動コイルのコイル配線の間に沿って設置され前記第２可動部の動作を検出する第２検出コイルを備えていることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項４または請求項５において、前記第２駆動コイルおよび前記第２検出コイルは、前記第２可動部にそれぞれ複数層にわたって形成されていることを特徴とする。
請求項１に係る発明によれば、可動部の駆動コイルのコイル配線の間に検出コイルを配置するようにしているので、検出コイルの設置スペースを大きく確保することができ、検出コイルのターン数を増加させることができ、検出コイルの出力を増大させることが可能となる。しかも、駆動コイルの各コイル配線で発生する磁界が検出コイルの位置で互いに相殺されることになり、検出コイルに対する駆動コイルの磁界の影響を著しく低減させることができる。その結果、検出コイルのＳ／Ｎ比を著しく増大させることができ、可動部の揺動位置を正確に検出することができる。
請求項２に係る発明によれば、検出コイルを、渦巻き状に形成された駆動コイルの隣り合うコイル配線の間のほぼ中央位置に配置するようにしているので、駆動コイルの各コイル配線で発生する磁界が検出コイルの位置で互いに相殺されることになり、検出コイルに対する駆動コイルの磁界の影響を著しく低減させることができる。
請求項３に係る発明によれば、駆動コイルおよび検出コイルを、可動部にそれぞれ複数層にわたって形成するようにしているので、検出コイルを駆動コイルのコイル配線の間に設置した場合でも、適正に配線を行うことができる。
請求項４に係る発明によれば、固定部と可動部の間に、可動部を支持梁を介して可動自在に支持するとともに、固定部に支持梁を介して可動自在に支持された第２可動部を設けるようにしているので、二次元のアクチュエータにおいても、検出コイルの設置スペースを大きく確保することができ、検出コイルのターン数を増加させることができ、検出コイルの出力を増大させることが可能となり、検出コイルのＳ／Ｎ比を著しく増大させて可動部の揺動位置を正確に検出することができる。
請求項５に係る発明によれば、第２可動部に設置された第２駆動コイルのコイル配線の間に沿って設置され第２可動部の動作を検出する第２検出コイルを備えているので、第２可動部においても、検出コイルの設置スペースを大きく確保することができ、検出コイルのターン数を増加させることができ、検出コイルの出力を増大させることが可能となり、検出コイルのＳ／Ｎ比を著しく増大させて第２可動部の揺動位置を正確に検出することができる。
請求項６に係る発明によれば、第２駆動コイルおよび第２検出コイルを、第２可動部にそれぞれ複数層にわたって形成するようにしているので、第２検出コイルを第２駆動コイルのコイル配線の間に設置した場合でも、適正に配線を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係るプレーナ型アクチュエータの実施形態を示す概略図である。
図１に示すように、本実施形態のプレーナ型アクチュエータ１は、図示しないデバイス基板上に設置された枠状の固定部２を備えている。この固定部２の内側には、支持梁としての第２トーションバー３を介して枠状の第２可動部４が揺動自在に支持されており、この第２可動部４の内側には、支持梁としての第１トーションバー５を介して第１可動部６が揺動自在に支持されている。すなわち、第１可動部６と第２可動部４とは、第２トーションバー３を介して互いに直交する方向に揺動自在とされており、第１可動部６と第２可動部４とは、異なる駆動周波数で駆動されるように構成されている。なお、これら固定部２、第２可動部４、第１可動部６、第１トーションバー５および第２トーションバー３は、一体的に形成されている。
また、固定部２の周囲には、第１可動部６を挟んで互いに反対磁極を対向させて配置される二対の静磁界発生部材（図示せず）が配置されている。なお、静磁界発生部材は、永久磁石でも電磁石でもよい。
第１可動部６の一面側には、第１可動部６を駆動するための渦巻き状に形成された第１駆動コイル７（図１中実線で示す）が設置されており、この第１駆動コイル７の両端部は、第２可動部４を通って固定部２から引き出されるように構成されている。また、第２可動部４の一面側には、第２可動部４を駆動するための渦巻き状に形成された第２駆動コイル８（図１中一点鎖線で示す）が設置されており、この第２駆動コイル８の両端部は、固定部２から引き出されるように構成されている。
さらに、本実施形態においては、第１可動部６の一面側には、第１可動部６の動作を検出するための検出コイル９（図１中破線で示す）が設置されており、この検出コイル９は、渦巻き状に形成される第１駆動コイル７の各コイル配線の間のほぼ中央位置に配置されるように構成されている。なお、本実施形態においては、これら第１駆動コイル７、第２駆動コイル８および検出コイル９は、複数層に分けて形成されるようになっている。
次に、本実施形態のプレーナ型アクチュエータ１の製造方法について説明する。
まず、図２に示すように、単結晶シリコンからなる第１のウェハ１０の表面に、保護膜１１を被覆するとともに、第１のウェハ１０の裏面側に、下面側に保護膜１１が形成されたシリコンからなる第２のウェハ１３を酸化膜１２を介して貼り合わせる。保護膜１１は、例えば、酸化炉などを用いてシリコンの酸化膜を被膜することにより形成される。また、保護膜１１としては、シリコンのエッチングに耐性のあるものであればよく、酸化膜以外にも金属等が考えられる。
その後、図３に示すように、第１のウェハ１０の表面側の全面に配線材料をスパッタリングした後、パターニングして不要な部分をエッチングすることにより、図２に示すように、固定部２、第２トーションバー３および第２可動部４に、検出コイル９および第１駆動コイル７の第１層目の配線パターン１４を形成する。その後、配線パターン１４の表面に保護膜材料を塗布した後、パターニングを行い、配線用保護膜１５を形成する。
続いて、図３中(1)から(4)で示す各配線パターン１４の端部に対応する位置の配線用保護膜１５を除去してスルーホールを形成しておく。そして、図４および図５に示すように、第１のウェハ１０の表面側の全面に配線材料をスパッタリングした後、パターニングして不要な部分をエッチングすることにより、第２可動部４、第１トーションバー５、第１可動部６に、検出コイル９および第１駆動コイル７の第２層目の配線パターン１４を検出コイル９と第１駆動コイル７とが交互に配置されるように形成するとともに、固定部２、第２トーションバー３、第２可動部４に、第２駆動コイル８の第２層目の配線パターン１４を形成する。これにより、第２可動部４に形成された第２層目の検出コイル９の配線パターン１４の端部と第１層目の検出コイル９の配線パターン１４の端部とがスルーホールを介して接続され、第２可動部４に形成された第２層目の第１駆動コイル７の配線パターン１４の端部と第１層目の第１駆動コイル７の配線パターン１４の端部とがスルーホールを介して接続される。その後、配線パターン１４の表面に保護膜材料を塗布した後、パターニングを行い、配線用保護膜１５を形成する。
続いて、図５中(4)から(7)で示す各配線パターン１４の端部に対応する位置の配線用保護膜１５を除去してスルーホールを形成しておく。そして、図７および図８に示すように、第１のウェハ１０の表面側の全面に配線材料をスパッタリングした後、パターニングして不要な部分をエッチングすることにより、第２可動部４、第１トーションバー５、第１可動部６に、検出コイル９および第１駆動コイル７の第３層目の配線パターン１４を形成するとともに、固定部２、第２トーションバー３、第２可動部４に、第２駆動コイル８の第３層目の配線パターン１４を形成する。その後、図に示すように、配線パターン１４の表面に保護膜材料を塗布した後、パターニングを行い、配線用保護膜１５を形成する。
これにより、第１可動部６に形成された第３層目の検出コイル９の配線パターン１４の端部と第２層目の検出コイル９の配線パターン１４の端部とがスルーホールを介して接続されるとともに、第２可動部４に形成された第３層目の検出コイル９の配線パターン１４の端部と第１層目の検出コイル９の配線パターン１４の端部とがスルーホールを介して接続され、これにより、第１層目、第２層目および第３層目の配線パターン１４により連続した検出コイル９が形成される。また、第１可動部６に形成された３層目の第１駆動コイル７の配線パターン１４の端部と第２層目の第１駆動コイル７の配線パターン１４の端部とがスルーホールを介して接続されるとともに、第２可動部４に形成された第３層目の検出コイル９の配線パターン１４の端部と第１層目の検出コイル９の配線パターン１４の端部とがスルーホールを介して接続され、これにより、第１層目、第２層目および第３層目の配線パターン１４により連続した第１駆動コイル７が形成される。さらに、第２可動部４に形成された３層目の第２駆動コイル８の配線パターン１４の端部と第２層目の第２駆動コイル８の配線パターン１４の端部とがスルーホールを介して接続され、これにより、第２層目および第３層目の配線パターン１４により連続した第２駆動コイル８が形成される。
そして、図８に示すように、第１のウェハ１０の表面をパターニングし、保護膜１１および第１のウェハ１０をエッチングして第１可動部６、第２可動部４および固定部２以外の部分を除去する。続いて、第２のウェハ１３の裏面をパターニングして、酸化膜１２および第２のウェハ１３をエッチングして、固定部２以外の部分を除去することにより、図９に示すようなプレーナ型アクチュエータ１が形成される。
次に、本実施形態の作用について説明する。
このプレーナ型アクチュエータ１の駆動原理は、例えば、特許第２７２２３１４号公報等で詳述されているので、以下、光スキャナの場合を例として簡単に説明する。
第１可動部６の第１駆動コイル７および第２可動部４の第２駆動コイル８にそれぞれ電流を流すと磁界が発生し、この磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用によりローレンツ力が発生し、第１トーションバー５および第２トーションバー３の軸方向と平行な第１可動部６および第２可動部４の対辺部分に互いに逆方向の回転力が発生し、この回転力と第１トーションバー５および第２トーションバー３の復元力とが釣合う位置まで第１可動部６および第２可動部４が回動される。
そして、駆動コイルに直流電流を流すことにより、駆動電流量に応じた回動位置で第１可動部６および第２可動部４を停止させることで、反射ミラーにより光ビームを所望の方向に偏向することが可能となる。
一方、駆動コイルに交流電流を流すことにより、第１可動部６および第２可動部４が揺動し、反射ミラーにより光ビームを偏向走査できる。第１可動部６および第２可動部４を回動させるための回転力は、第１駆動コイル７および第２駆動コイル８に流す駆動電流値に比例するので、駆動コイルに供給する駆動電流値を制御することで、第１可動部６の振れ角（光ビームの偏向角度）を制御することができる。なお、本実施形態においては、光スキャナの場合を例として作用を説明したが、本発明は光スキャナ以外にも適用できるものである。
また、本実施形態においては、第１可動部６の揺動により発生する磁界により検出コイル９に電流が流れ、この電流値を測定することにより、第１可動部６の揺動状態を検出することができるものである。このとき、本実施形態においては、第１駆動コイル７の間に検出コイル９を配置するようにしているので、検出コイル９の設置スペースを大きく確保することができ、その結果、検出コイル９のターン数を増加させることができ、検出コイル９の出力を増大させることが可能となる。しかも、駆動コイルの間に検出コイル９を配置するようにしているので、第１駆動コイル７の各コイル配線で発生する磁界が検出コイル９の位置で互いに相殺されることになり、検出コイル９に対する第１駆動コイル７の磁界の影響を著しく低減させることができる。
以上述べたように、本実施形態においては、第１可動部６の第１駆動コイル７の間に検出コイル９を配置するようにしているので、検出コイル９の設置スペースを大きく確保することができ、検出コイル９のターン数を増加させることができ、検出コイル９の出力を増大させることが可能となる。しかも、第１駆動コイル７の各コイル配線で発生する磁界が検出コイル９の位置で互いに相殺されることになり、検出コイル９に対する第１駆動コイル７の磁界の影響を著しく低減させることができる。その結果、検出コイル９のＳ／Ｎ比を著しく増大させることができ、第１可動部６の揺動位置を正確に検出することができる。
なお、前記実施形態においては、可動部と第２可動部４とを備えた二次元のアクチュエータに適用した場合について説明したが、１つの可動部のみを備えた一次元のアクチュエータに適用することも可能である。また、前記実施形態においては、可動部に検出コイル９を設置した場合について説明したが、第２可動部４の第２駆動コイル８の間に第２検出コイル９を設置するようにしてもよい。
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。
１ プレーナ型アクチュエータ
２ 固定部
３ 第２トーションバー
４ 第２可動部
５ 第１トーションバー
６ 第１可動部
７ 第１駆動コイル
８ 第２駆動コイル
９ 検出コイル
１０ 第１のウェハ
１１ 保護膜
１２ 第２のウェハ
１３ 酸化膜
１４ 配線パターン
１５ 配線用保護膜
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Claims (6)
- デバイス基板に設置された枠状の固定部と、
前記固定部の内側に支持梁を介して可動自在に支持され駆動手段により駆動される可動部と、
前記可動部に設置され前記可動部を駆動するための渦巻き状に形成された駆動コイルと、
前記駆動コイルのコイル配線の間に沿って設置され前記可動部の動作を検出する検出コイルと、
を備えていることを特徴とするプレーナ型アクチュエータ。 - 前記検出コイルは、渦巻き状に形成された前記駆動コイルの隣り合う前記コイル配線の間のほぼ中央位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記駆動コイルおよび前記検出コイルは、前記可動部にそれぞれ複数層にわたって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記固定部と前記可動部の間に、前記可動部を前記支持梁を介して可動自在に支持するとともに、前記固定部に前記支持梁を介して可動自在に支持された第２可動部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記第２可動部に設置された第２駆動コイルのコイル配線の間に沿って設置され前記第２可動部の動作を検出する第２検出コイルを備えていることを特徴とする請求項４に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記第２駆動コイルおよび前記第２検出コイルは、前記第２可動部にそれぞれ複数層にわたって形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のプレーナ型アクチュエータ。
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