WO1996039643A1

WO1996039643A1 - Actionneur electromagnetique

Info

Publication number: WO1996039643A1
Application number: PCT/JP1996/001520
Authority: WO
Inventors: Norihiro Asada
Original assignee: Nihon Shingo Kabushiki Kaisha
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 1996-12-12
Also published as: US6232861B1; KR100415246B1; DE69637351T2; EP0774681B1; DE69637351D1; KR970705042A; EP0774681A1; US20010052834A1; EP0774681A4; US6404313B2

Description

明細書電磁ァクチユエ一夕技術分野

本発明は、トランジスタや集積回路（I C) などの半導体デバイスを製造する加工工程である "半導体製造プロセス" を利用して製造される、ガルバノミラ一の動作原理による電磁ァクチユエ一夕に関し、特に、構成が簡単でかつ生産コストが安価であると共に衝撃に強い電磁ァクチユエ一夕に係る。背景技術

この種の電磁ァクチユエ一夕に関し、本出願人は特願平 5— 3205 24号，特願平 6 -9824号，特願平 6 - 310657号，特願平 6-327369号等の提案をしている。

各提案の内容を簡単に説明すると、前記特願平 5— 320524号の内容は、半導体基板に、可動板とこの可動板を前記半導体基板に対し揺動可能に軸支するトーシヨンバーとを一体に形成し、前記可動板の周縁部に駆動コイルを設け、前記可動板にミラーを設け、前記駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段を設けて、前記駆動コイルに電流を流すことにより前記可動板を駆動するガルバノミラ一であり、この種の電磁ァクチユエ一夕の基本形である。また、前記特願平 6— 9824号の内容は、前記基本型において、駆動コイルと電磁結合する、可動板の変位検出用の検出コイルを設けるものである。また、前記特願平 6— 3106 57号の内容は前述の特願平 5— 320524号，特願平 6— 9824 号のガルバノミラ一におけるミラ一を光検出素子に置き換えた形の光軸方向可変型光検出装置である。

更に、前記特願平 6— 3 2 7 3 6 9号の内容は、前述のガルバノミラー，光軸方向可変型光検出装置等の電磁ァクチユエータにおいて、トーションバ一部分の配線パターンがトーシヨンバーの捩れ運動の繅り返しにより断線するのを防止するため、トーシヨンバー自体を導電性として電気接続を行うものである。

つぎに、先ずこの電磁ァクチユエ一タを前記特顏平 6— 3 1 0 6 5 7 号の実施例により説明する。説明の都合上この実施例を "関連技術例" として説明する。

(関連技術例 1 )

図 3 2，図 3 3は関連技術例 1である "光軸方向可変型光検出装置" の構成を示す図である。本関連技術例は、後述の関連技術例 2 , 関連技術例 3と同様に、検流計（ガルバノメータ）と同じ原理で動作するものである。なお、図 3 2，図 3 3で判り易くするため大きさを誇張して示している。後述の図 3 4，図 3 6，図 3 7，図 3 8 , 図 3 9についても同様である。

図 3 2及び図 3 3において、光軸方向可変型光検出装置 1は、半導体基板であるシリコン基板 2の上下面に、それぞれ例えばホウケィ酸ガラス等からなる上側及び下側絶縁基板としての平板状の上側及び下側ガラス基板 3， 4を接合した 3層構造となっている。前記上側ガラス基板 3 は、後述する可動板 5上部分を開放するよぅシリコン基板 2の左右端 (図 3 2における）に積層されている。

前記シリコン基板 2には、平板状の可動板 5と、この可動板 5の中心位置でシリコン基板 2に対して基板上下方向に揺動可能に可動板 5を軸支するトーションバー 6とが半導体製造プロセスにおける異方性エッチングによって一体形成されている。従って、可動板 5及びト一シヨンバー 6もシリコン基板 2と同一材料からなっている。前記可動板 5の上面周縁部には、可動板 5駆動用の駆動電流と、この駆動電流に重畳する変位角検出用の検出用電流とを流すための銅薄膜からなる平面コイル 7 が、絶縁被膜で覆われて設けられている。前記検出用電流は、下側ガラス基板 4に後述するように設けられる検出コイル 1 2 A， 1 2 Bとの相互ィンダクタンスに基づいて可動板 5の変位を検出するためのものである。

ここで、コイルは抵抗分によってジュール熱損失があり、抵抗の大きな薄膜コイルを平面コイル 7として高密度に実装すると発熱により駆動力が制限されることから、本関連技術例では、公知の電解メツキによる電铸コイル法によって前記平面コイル 7を形成してある。電铸コイル法は、基板上にスパックで薄いニッケル層を形成し、このニッケル層の上に阑電解めつきを行って鑲層を形成し、コイルに相当する部分を除いて銅層及びニッケル層を除去することで、銅層とニッケル層からなる薄膜の平面コイルを形成するもので、薄膜コイルを低抵抗で高密度に実装できる特徴があり、マイクロ磁気デバイスの小型化 ·薄型化に有効である o

また、可動板 5の平面コイル 7で囲まれた上面中央部には、光検出素子である p nホトダイォ一ド 8が公知の手法で形成されている。更に、シリコン基板 2のトーシヨンバー 6の側方上面には、平面コイル 7とト一ションバー 6の部分を介して電気的に接続する一対の電極端子 9， 9が設けられており、この電極端子 9， 9は、シリコン基板 2に電铸コィル法による平面コイル 7と同時に形成される。

上側及び下側ガラス基板 3， 4の左右側（図 3 2における）には、前記ト一シヨンバー 6の軸方向と平行な可動板 5の対辺の平面コイル 7部分に磁界を作用させる、互いに対をなす円形状の永久磁石 1 0 A， 1 0 Bと 1 1 A， 1 1 Bが設けられている。上下の互いに対をなす各 3 個づつの永久磁石 1 0 A, 1 0 Bは、上下の極性が同じとなるよう、例えば図 3 3に示すように、下側が N極、上側が S極となるよう設けられている。また、他方の各 3個づつの永久磁石 1 1 A， 1 I Bも、上下の極性が同じとなるよう、例えば図 3 3に示すように、下側が S極、上側が N極となるよう設けられている。そして、上側ガラス基板 3側の永久磁石 1 O Aと 1 1 A及び下側ガラス基板 4側の永久磁石 1 0 Bと 1 1 B は、図 3 3からも判るように、互いに上下の極性が反対となるように設けられる。

また、前述したように、下側ガラス基板 4の下面には、平面コイル 7 と電磁結合可能に配置され各端部がそれぞれ対をなす電極端子 1 3， 1 4に電気的に接続された一対のコイル 1 2 A， 1 2 Bがパターニングされて設けられている（なお、図 3 2では、模式的に 1本の破線で示したが実際は複数巻回してある）。検出コイル 1 2 A , 1 2 Bは、ト一シヨンバー 6に対して対称位置に配置されて可動板 5の変位角を検出するもので、平面コイル 7に駆動電流に重畳して流す検出用電流に基づく平面コイル 7と検出コイル 1 2 A , 1 2 Bとの相互ィンダクタンスが、可動板 5の角度変位により一方が接近して増加し他方が離間して滅少するよう変化するので、例えば相互ィンダクタンスに基づいて出力される電圧信号の変化を差動で検出することにより可動板 5の変位角をが検出できる。

次に、動作について説明する。

例えば、一方の電極端子 9を +極、他方の電極端子 9を一極として平面コイル 7に電流を流す。可動板 5の両側では、永久磁石 1 O Aと 1 0 B、永久磁石 1 1 Aと 1 1 Bによって、図 3 4め矢印 Bで示すような可動板 5の平面に沿って平面コィル 7を横切るような方向に磁界が形成されており、この磁界中の平面コイル 7に電流が流れると、平面コィル 7の電流密度と磁束密度に応じて平面コイル 7、言い換えれば可動板 5の両端に、電流 ·磁束密度 ·力のフレミングの左手の法則に従った方向（図 34の矢印 Fで示す）に力 Fが作用し、この力はローレンツ力から求められる。

この力 Fは、平面コイル 7に流れる電流密度を i、上下永久磁石による磁束密度を Bとすると、下記の（1 ) の式で求められる。

F= i x B ······ ( 1 )

実際には、平面コイル 7の巻数 nと、力 Fが働くコイル長 w (図 34 中に示す）により異なり、下記の（2) の式のようになる。

F = nw ( i X B) ······ (2)

一方、可動板 5が回動することによりトーシヨンバー 6が捩じられ、これによつて発生するト一シヨンバー 6のばね反力 F' と可動板 5の変位角 Φの関係は、下記の（3) 式のようになる。

Φ= (Mx/GI p) =F' L/8. 5x 109 r4 ) X 1 1

…… （3) ここで、 Μχは捩りモーメント、 Gは横弾性係数、 Ι ρは極断面二次モーメントである。また、 L、 1 1 、 rはそれぞれ、トーションバ一の中心軸から力点までの距離、トーシヨンバーの長さ、トーシヨンバーの半径であり、図 34に示してある。

そして、前記力 Fとばね反力 F' が釣り合う位置まで可動板 5が回動する。従って、（3) 式の F' に（2) 式の Fを代入することにより、可動板 5の変位角 Φは平面コイル 7に流れる電流 iに比例することが判る。

従って、平面コイル 7に流す電流を制御することにより、可動板 5の変位角 Φを制御するとができるので、例えば、トーシヨンバー 6の軸に対して垂直な面内において光検出素子 8の光軸方向を自由に制御でき、連続的にその変位角を変化させれば、監視対象を 1次元に走査できる o

この光検出素子 8の光軸の変位角 Φを制御する際に、平面コイル 7 に、駆動電流に重畳して駆動電流周波数に比べて少なくとも 1 0 0倍以上の周波数で変位角検出用の検出用電流を流す。すると、この検出用電流に基づいて、平面コイル 7と下側ガラス基板 5に設けた検出コイル 1 2 A， 1 2 Bとの間の相互ィンダクタンスによる誘導電圧がそれぞれの検出コイル 1 2 A， 1 2 Bに発生する。検出コイル 1 2 A , 1 2 Bに発生する各誘導電圧は、可動板 5、いい換えれば、光検出素子 8が水平位置にある時には、検出コイル 1 2 A， 1 2 Bと対応する平面コイル 7 との距離が等しいことから等しくなりその差は零である。可動板 5が前述の駆動力で卜ーションバ一 6を支軸として回動すると、一方の検出コィル 1 2 A (または 1 2 B ) では接近して相互イングクタンスの増加により誘導電圧は増大し、他方の検出コイル 1 2 B (又は 1 2 A ) では離間して相互インダクタンスの滅少により誘導電圧は低下する。従って、検出コイル 1 2 A， 1 2 Bに発生する誘導電圧は光検出素子 8の変位に応じて変化し、この誘導電圧を検出することで、光検出素子 8の光軸変位角 Φを検出することができる。

そして、例えば、図 3 5に示すように、検出コイル 1 2 A , 1 2 Bの他に 2つの抵抗を設けて構成したブリッジ回路に電源を接続し、検出コィル 1 2 Aと検出コイル 1 2 Bとの中点と 2つの抵抗の中点との電圧を入力とする差動増幅器を設けて構成した回路を用い、前記両中点の電圧差に応じた差動増幅器の出力を、可動板 5の駆動系にフィ一卜バックし、駆動電流を制御するようにすれば、光検出素子 8の光軸変位角 Φを精度良く制御することが可能である。以上説明したように、本関連技術例では、光検出素子を含む可動部を小型，軽量にできるので、光検出素子の光軸方向を高速で可変でき、監視対象を高速走査できる。また要部である可動板，トーシヨンバー，ホトダイォードを同一半導体基板から半導体製造プロセスを利用して形成できるので、量産によるコストダウンが期待できる。また 1個のホトダィォ一ドで監視対象を走査するので、各素子の特性のばらつきを補正する必要もない。

(関連技術例 2 )

図 3 6は関連技術例 2である "光軸方向可変型光検出装置" の構成を示す図である。

前述した関連技術例 1は、光軸方向を 1次元で振るものであるが、この本関連技術例は、 2次元で振ることができるように、トーシヨンバーを互いに直交させて 2つ設けた 2軸の光検出装置の例である。なお関連技術例 1と同等の要素には同一符号を付し説明を省略する。

図 3 6において、本関連技術例の光軸方向可変型光検出装置 2 1は、半導体基板であるシリコン基板 2の上下面に、それぞれホゥケィ酸ガラス等からなる上側及び下側絶縁基板としての上側及び下側ガラス基板 3 , 4を、矢印で示すように重ねて接合した 3層構造とする。上側及び下側ガラス基板 3， 4は、図に示すように、それぞれ中央部に例えば超音波加工によって形成した方形状の凹部 3 A， 4 Aを設けた構造であり、シリコン基板 2に接合する場合、上側ガラス基板 3では、凹部 3 A を下側にしてシリコン基板 2側に位置するようにして接合し、下側ガラス基板 4では、凹部 4 Aを上側にして同じくシリコン基板 2側に位置するようにして接合する。これにより、後述する光検出素子 8を設ける可動板 5の揺動空間を確保すると共に密閉する構成としている。

前記シリコン基板 2には、枠状に形成された外側可動板 5 Aと、この外側可動板 5 Aの内側に軸支される内側可動板 5 Bとからなる平板状の可動板 5が設けられている。前記外側可動板 5 Aは、第 1の卜ーシヨンバ一 6 A， 6 Aによってシリコン基板 2に軸支され、前記内側可動板 5 Bは、前記第 1の卜ーシヨンバー 6 A， 6 Aとは軸方向が直交する第 2の卜ーシヨンバ一 6 B , 6 Bで外側可動板 5 Aの内側に軸支されている。可動板 5 A , 5 Bと第 1及び第 2の各トーシヨンバー 6 A， 6 B は、シリコン基板 2に異方性エッチングによる一体形成されており、シリコン基板 2と同一材料からなっている。

また、外側可動板 5 Aの上面には、シリコン基板 2上面に形成した一対の外側電極端子 9 A， 9 Aに一方の第 1のトーシヨンバー 6 Aの部分を介して両端がそれぞれ電気的に接続する平面コイル 7 A (図では模式的に 1本線で示すが可動板 5 A上では複数の巻数となっている）が絶縁層で被覆されて設けられている。また、内側可動板 5 Bの上面には、シリコン基板 2に形成された一対の内側電極端子 9 B， 9 Bに、一方の第 2の卜ーシヨンバー 6 Bから外側可動板 5 A部分を通り、第 1の卜一シヨンバ一 6 Aの他方側を介してそれぞれ電気的に接続する平面コイル 7 B (図では模式的に 1本線で示すが外側可動板 5 Aと同様に内側可動板 5 B上では複数の巻数となっている）が絶縁層で被覆されて設けられている。これら平面コイル 7 A， 7 Bは関連技術例 1と同様に、前述した公知の電解めつきによる電铸コイル法によって形成してある。なお、前記外側及び内側電極端子 9 A， 9 Bは、シリコン基板 2上に電铸コィル法により平面コイル 7 A， 7 Bと同時に形成される。平面コイル 7 B で囲まれた内側可動板 5 Bの中央部には、公知の手法で光検出素子であるホ卜ダイォ一ド 8が形成されている。

上側及び下側ガラス基板 3， 4には、 2個づっ対となったそれぞれ 8 個づつの円板状の永久磁石 1 0 A〜l 3 A， 1 0 B〜1 3 Bが、図示のように SB置されている。上側ガラス基板 3の互いに向かい合う永久磁石 1 OA, 1 1 Aは、下側ガラス基板 4の永久磁石 1 OB， 1 I Bとで外側可動板 5 Aの平面コイル 7 Aに磁界を作用して平面コイル 7 Aに流す駆動電流との相互作用によって外側可動板 5 Aを回動駆動させるためのものであり、また、上側ガラス基板 3の互いに向かい合う永久磁石 12Aと 13 Aは、下側ガラス基板 4の永久磁石 12 B, 13Bとで内側可動板 5 Bの平面コィル 7 Bに磁界を作用させて平面コィル 7 Bに流す駆動電流との相互作用によって内側可動板 5 Bを回動駆動させるためのものである。そして、互いに向き合った永久磁石 1 OAと 1 1 Aは上下の極性が互いに反対、例えば永久磁石 1 OAの上面が S極の時は永久磁石 1 1 Aの上面は N極となるように設けられ、しかも、その磁束が可動板 5の平面コィル部分に対して平行に横切るよう配置されている。その他の互いに向き合つている永久磁石 12 Aと 13A、永久磁石 1 OB と 1 1 B及び永久磁石 128と 13 Bも同様である。更に、上下方向で対応する永久磁石 1 OAと 10Bとの間の関係は、上下の極性は同じ、例えば永久磁石 1 OAの上面が S極の時は永久磁石 108の上面も3極となるように設ける。その他の上下で対応している永久磁石 1 1 Aと 1 1 B、永久磁石 12 Aと 12 B及び永久磁石 13 Aと 13 Bも同様であり、これにより、可動体 5の両端部で互いに相反する方向に力が作用するようになる。

そして、下側ガラス基板 4の下面には、前述した平面コイル 7A， 7 Bとそれぞれ電磁結合可能に配置された検出コイル 15A， 15Bと 16 A, 1 6 Bがパターニングされて設けられている。検出コイル 15 A, 15Bは、第 1の卜一シヨンバー 6 Aに対して対称位置に設けられ、検出コイル 16A， 16Bは第 2のトーシヨンバー 6Bに対して対称位置に設けられそれぞれ対をなしている。そして、一対の検出コィル 1 5 A， 1 5 Bは、外側可動板 5 Aの変位角を検出するもので、平面コイル 7 Aに駆動電流に重畳して流す検出用電流に基づく平面コイル 7 Aと検出コイル 1 5 A， 1 5 Bとの相互イングクタンスが、外側可動板 5 Aの角度変位により変化し、この変化に応じた電気信号を出力する。この電気信号によって外側可動板 5 Aの変位角が検出できる。一対の検出コイル 1 6 A , 1 6 Bは同様にして内側可動板 5 Bの変位角を検出するものである。

次に動作を説明する。

外側可動板 5 Aの平面コィル 7 Aに駆動電流を流せば、第 1の卜一シヨンバー 6 A, 6 Aを支点として外側可動板 5 Aが電流方向に応じて回動し、この際に内側可動板 5 Bも外側可動板 5 Aと一体に回動する。この場合、ホトダイオード 8は、関連技術例 1と同様の動きとなる。一方、内側可動板 5 Bの平面コイル 7 Bに駆動電流を流せば、外側可動板 5 Aの回動方向と直角方向に、外側可動板 5 Aに対して内側可動板 5 Bが第 2の卜一シヨンバ一 6 B， 6 Bを支点として回動する。

従って、例えば平面コイル 7 Aの駆動電流を制御して、外側可動板 5 Aを 1周期回動操作した後、平面コイル 7 Bの駆動電流を制御し内側可動板 5 Bを一定角度変位させるようにし、この操作を周期的に繰り返せばホトダイオード 8の光軸を 2次元に振ることができ、監視対象を 2次元に走査できる。

なお、本関連技術例のように、ホトダイオード 8の上方にガラスが存在する場合にはこのガラス面に反射防止膜等を被覆しておくと良い。一方、平面コイル 7 A及び平面コィル 7 Bに流す各駆動電流に重畳させて、検出用電流を流せば、検出コイル 1 5 A， 1 5 Bと平面コイル 7 A間及び検出コイル 1 6 A， 1 6 Bと平面コイル 7 Bの相互インダクタンスにより関連技術例 1と同様の原理で、外側可動板 5 Aの変位は例えば図 3 5と同様の回路を介して検出コイル 1 5 A， 1 5 Bの差動出力によって検出することができ、内側可動板 5 Bの変位検出コイル 1 6 A , 1 6 Bの差動出力によって検出することができ、この差動出力を外側可動板 5 A及び内側可動板 5 Bの各駆動系にフィードバックさせれば、外側可動板 5 A及び内側可動板 5 Bの変位を精度よく制御することが可能となる。なお、言うまでもないが、本関連技術例の 2軸の光検出装置の場合は、図 3 5と同様の回路を、外側可動板変位検出用と内側可動板変位検出用として 2つ設けるものである。

かかる関連技術例 2の構成によれば、関連技術例 1と同様の効果に加えて、監視対象の走査が 2次元的に行え、走査領域を関連技術例 1の 1 軸の場合に比べて増大させることができる。また、可動板 5の揺動空間を、上下のガラス基板 3 , 4と周囲のシリコン基板 2とによって密閉するので、この密閉空間を真空状態とすることにより、可動板 5の回動動作に対する空気抵抗がなくなり、可動板 5 A, 5 Bの応答性が向上するという効果を有する。

更に、平面コイル 7 A， 7 Bに流す駆動電流を大きくして可動板 5 A , 5 Bの変位量を大きく設定する場合には、密閉した可動板揺動空間内を真空とせず、ヘリウム，アルゴン等の不活性ガスを封入するのが望ましく、特に熱伝導性の良いヘリウムが好ましい。これは、平面コィル 7に流す電流量を大きくすると平面コイル 7からの発熱量が多くなり、可動板 5 A， 5 B周囲が真空状態では可動板からの放熱が悪くなるので、不活性ガスを封入することによって可動板 5 A， 5 Bからの放熱性を真空状態に比べて高め熱影響を低滅させることができる。なお、不活性ガスを封入することで、可動板 5 A， 5 Bの応答性に関しては、真空状態に比べて多少低下することになる。

なお、前述の関連技術例 1の上下のガラス基板を、関連技術例 2と同様の凹部を設ける構造として可動板部分を密閉構造としてもよいことは言うまでもない。

(関連技術例 3 )

図 3 7，図 3 8，図 3 9は、関連技術例 3である "光軸方向可変型光検出装置" の構成を示す図である。

本関連技術例は、関連技術例 2と同様の 2軸の例である。なお、関連技術例 2と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

本関連技術例の 2軸の光軸方向可変型光検出装置 3 1は、前述した関連技術例 2と略同様の構成であるが、本関連技術例では、図 3 7〜図 3 9に示すように、上下のガラス基板 3， 4が、関連技術例 2のものとは異なり、凹部 3 A， 4 Aのない平板状なつている。そして、上側ガラス基板 3には、可動板 5上方部分に可動板 5の形状に応じて角状の開口部 3 aを設け、ホトダイオード 8上方の部分を開放状態として検出光が直接ホトダイオード 8に入射できるようにしてある。そして、上下のガラス基板 3 , 4が平板状としてあるため、中間のシリコン基板 2を上下に別のシリコン基板を積層して 3層構造とし、その中間層に可動板 5を形成することで可動板 5の回動スペースを確保するようにしてある。また、図 3 7に破線で示すように、下側ガラス基板 4の下面に、外側可動板 5 Aの変位検出用の検出コイル 1 5 A， 1 5 B及び内側可動板 5 Bの変位検出用の検出コイル 1 6 A， 1 6 Bが、対応する平面コイル 7 A， 7 Bと電磁結合可能な位置にパターニングされて設けられていかかる構成の本関連技術例の動作，効果は、関連技術例 2と同様であり、説明を省略する。

(変形）

以上の各関連技術例では、光検出素子としてホトダイォードを形成し 3 ているが、これに限定されるものではなく、複数のホ卜ダイオードからなるラインセンサ、あるいはエリアセンサを形成する形で実施することができる。また光検出素子としてホトトランジスタ，ホトコンダクタ， C C D等を用いる形で実施することができる。なお必要に応じてこれらの光検出素子の前面には入射光を収束するマイクロレンズを設ける。また関連技術例 2では直線的に走査しているが、対象によっては同心円状にあるいはらせん状に走査する形で実施することができる。

また、各関連技術例では、可動板の中央部をトーシヨンバーで軸支しているが、これに限らず、可動板の端部たとえば図 3 2における可動板 5の右辺部を軸支する形で実施することができ、この場合、左辺側に 1 個の検出コイルを設けて変位角を検出することになる。

また各関連技術例では、可動板に設けた平面コィルに駆動電流と検出用電流を流しているが、駆動電流の周波数が数キロへルツと高いときは駆動用電流を検出用電流に兼用し、検出用電流を重畳しない形で実施することができる。

また各関連技術例では、 2個の検出コイルの出力の差により変位角を検出しているが、 1個の検出コイルを設けその出力により変位角を検出する形で実施することができる。

以上説明した各関連技術例における、光検出素子（ホ卜ダイオード）をミラ一で置き換えれば "ガルバノミラー" となる。

前述した、関連技術例の光軸可変型光検出装置及びこの光軸可変型光検出装置における光検出素子をミラーで置き換えたガルバノミラ一等の "電磁ァクチユエータ" （以下単に電磁ァクチユエ一夕という）は、前述のように、可動部を小型，軽量にできるので、高速走査ができ、また半導体製造プロセスが利用できるので量産によるコズトダウンが期待できる。ところで、このような小さな電磁ァクチユエ一タを駆動する際に最も問題となるのは発熱である。

前述の関連技術例では、駆動コイルの巻数が多い。巻線が多いと抵抗が大きくなり発熱量が大きくなる。そこでこの発熱量を下げるため、駆動コイルを電解めつきによる電錄コイル法で形成し、抵抗を滅らすようにしている。

しかしながら、電铸コイル法を用いると、 ①製造プロセスがやや複雑になり、歩留りが低下する。そのため高性能を求めない用途には割高になる。また②電解めつきにより駆動コイルの膜厚を厚くしているため、ねじりに対して寿命が短くなるおそれがある。

前記②について説明する。図 8にト一シヨンバーにおける配線の例を示す。この配線は、駆動コイルと同時に形成されるので、駆動コイルを前述のように電铸コイル法で形成するときは、膜厚が厚くなる。図 8 ( a ) は電铸コイル法による例で、卜一シヨンバ一 8 1上に膜厚の厚い配線 8 2， 8 3が形成されている。図 8 ( b ) はアルミ蒸着法による例で、トーシヨバー 8 4上に膜厚の薄い配線 8 5 , 8 6が形成されている。この（a ) ， ( b ) の例を比べると、経験上（b ) の方が特性が安定している。（a ) の方は、トーシヨンバー 8 1のねじれによって一部破壊されているようである。これは駆動コイルの直流抵抗分がある時点から大きくなることから推定される。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、口一コストで、寿命の安定した電磁ァクチユエ一タを提供することをその第 1の目的とするものである。

また、小さな電磁ァクチユエ一タであるための体積が小さいということは熱容量が小さいということであり、あまり大ぎな電力を投入して消費されることは温度上昇による破壊からデバイスを守るためには好ましくない。そこでこのデバイスでは、ト一シヨンバー（ねじり梁）のばね定数を小さくする、すなわち小さな電流で大きな変位がとれるような構造としている。よって可動板を支える卜一ションバ一は細いわけである。

このように、可動板を支えるトーシヨンバーが細いために、強い衝撃を受けた際に、可動板の質量 mに加速度 αが加えられたとするとこの m aの力をばねであるトーシヨンバーで支えることは αが大きいほど難しく、例えば電磁ァクチユエ一タを床に落とすと破壊される確率が髙い。

本発明は、このような問題を解決するためなされたもので、衝撃に強い電磁ァクチユエ一タを提供することを第 2の目的とするものである。さらに、この電磁ァクチユエ一夕には卜一シヨンバー部分に駆動コィルの引き出し線が通っていて断線するおそれがある。

前述の特願平 6 - 3 2 7 3 6 9号記載の電磁ァクチユエ一夕では、この断線を防止するため、トーシヨンバ一自体を導電性として電気接続を行っているが、このために半導体基板に不純物を拡散しなければならず、工程が増えてコスト高になる。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、ト一シヨンバ一における電気接続が不要で、寿命が長く、ローコストの電子ァクチュェ一タを提供することを第 3の目的とするものである。発明の開示

本発明は第 1の目的を達成するため第 1の駆動コイル，第 2の駆動コィルを共に 1ターンとして構成を簡素化し、また、駆動コイルをアルミ蒸着膜から形成して製造工程を簡略化する。

詳しく電磁ァクチユエ一タを次の（ 1 ) , ( 2 ) のとおりに構成し、電磁ァクチユエ一夕の製造方法を次の（3 ) ，（4 ) ， ( 5 ) のとおりに構成する。

( 1 ) 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1のトーシヨンバーと、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1のトーシヨンバーと軸方向が直交する第 2の卜一ションバ一とを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた 1ターンの第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けられ前記第 1の駆動コィルと直列に接続された第 2の駆動コィルと、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子とを備え、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一タ。

( 2 ) 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1のトーションバーと、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1のトーシヨンバーと軸方向が直交する第 2のトーシヨンバーとを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた 1ターン閉路の第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた 1ターン閉路の第 2の駆動コイルと、前記第 1の駆動コィル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子とを備え、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コィルに電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一夕。

( 3 ) 半導体基板上にアルミ蒸着によりアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜からホ卜リソグラフィとアルミエッチングによって駆動コイルを形成する前記（1) または（2) 記載の電磁ァクチユエ一タの製造方法。

(4)半導体基板上にアルミ蒸着によりアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜からホトリソグラフィとアルミエッチングによって駆動コイルと光素子のミラーとを同時に形成する前記（1) または（2) 記載の電磁ァクチユエ一夕の製造方法。

(5)半導体基板上にアルミ蒸着によりアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜からホトリソグラフィとアルミエッチングによって駆動コイルとトーシヨンバー上の ffi線とを同時に形成する前記（1)記載の電磁ァクチユエ一タの製造方法。

これにより、前記（1) ，（2) の構成では、駆動コイルの構成が簡略化され歩留りが良くなる。前記（3) ， (4) ， (5) の構成では、製造工程が簡略化でき、かつ駆動コィルの寿命が安定化する。

また、本発明の第 2の目的を達成するため本発明では、電磁ァクチュェ一タにおいて、可動板の少くとも片面に対向して、衝撃を受けた際の前記可動板の過度の変位を阻止するス卜ツバを設けたり、前記可動板を薄くフィルム状にしたりする。詳しく電磁ァクチユエ一タを次の（6) 〜（ 11 ) のとおりに構成する。

(6)半導体基板に一体形成した、可動板とこの可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する卜一シヨンバーと、前記可動板の周縁部に設けた駆動コィルと、この駆動コィルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記可動板に形成した光素子とを備え、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一夕であって、前記可動板の少くとも片面に対向し、衝撃を受けた際の前記可動板の過度の変位を阻止するストツパを設けた電磁ァクチユエ一タ。

( 7 ) 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1のトーシヨンバーと、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可勖板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1の卜一シヨンバーと軸方向が直交する第 2のトーシヨンバーとを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた第 2 の駆動コイルと、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子とを備え、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一夕であって、前記外側可動板，内側可動板の少くとも片面に対向して、衝撃を受けた際の前記外側可動板，内側可動板の過度の変位を阻止するス卜ツバを設けた電磁ァクチユエ一タ。

( 8 ) ストツバは、可動板の揺動範囲外に設けた、トーシヨンバーとは平行に延びる梁状部材である前記（6 ) または前記（7 ) 記載の電磁ァクチユエ一タ。

( 9 ) 半導体基板に一体形成した、可動板とこの可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支するトーシヨンバーと、前記可動板の周縁部に設けた駆動コイルと、この駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記可動板に形成した光素子とを備え、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一夕であって、前記可動板は前記半導体基板を薄くフィルム状としたものである電磁ァクチユエ一夕。

( 1 0 ) 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1のトーシヨンバーと、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1のトーシヨンバーと軸方向が直交する第 2のトーシヨンバーとを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた第 2の駆動コイルと、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子とを備え、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一夕であって、前記外側可動板，内側可動板は前記半導体基板を薄くフィルム状としたものである電磁ァクチュェ一タ。

( 1 1 ) 可動板は半導体基板を薄くフィルム状としたものである前記 (6) ，前記（7) ，前記（8) のいずれかに記載の電磁ァクチユエ一タ。

従って、前記（6) ，（7) ，（8) ，（1 1 ) の構成によれば、衝撃を受けた際に、可動板の過度の変位はストツバにより阻止される。また、前記（9) ，（10) ， (1 1 ) の構成によれば、可動板の質量が小さくなるので、可動板に加わる力が滅少し、可動板の過度の変位が避けられる。

さらにまた、本発明の第 3の目的を達成するため本発明では、電磁ァクチユエ一タを次の（ 12) 〜（18) のとおりに、また電磁ァクチュエー夕の製造方法を次の（19) ， (20) の通りに構成する。

( 12) 半導体基板に一体形成した、可動板とこの可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支するトーシヨンバーと、前記可動板の周縁部に設けた閉路を構成する駆動コイルと、この駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記可動板に形成した光素子と、前記駆動コイルと電磁結合する 1次コイルとを備え、前記 1次コイルを介して前記駆動コィルに電流を流すことにより発生する力により前記可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一夕。

( 1 3 ) 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1のト一ションバ一と、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1のトーションバ一と軸方向が直交する第 2の卜一ションバーとを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた閉路を構成する第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた閉路を構成する第 2の駆動コイルと、前記第 1の駆動コィル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子と、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルと電磁結合する 1次コイルとを備え、前記 1次コイルを介して前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエータ。

( 1 4 ) 半導体基板に一体形成した、可動板とこの可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する卜一ションバーと、前記可動板の周縁部に設けた、ダイオードを介して閉回路を構成する駆動コイルと、この駆動コィルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記可動板に形成した光素子と、前記駆動コイルと電磁結合する 1次コイルとを備え、前記 1次コイルにより前記駆動コイルを付勢し、この駆動コイルに復調電流を流すことにより発生する力により前記可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエータ。

( 1 5 ) 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板 2 を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1の卜一ションバーと、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1のトーションバ一と軸方向が直交する第 2の卜一ションバ一とを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた、ダイオードを介して閉路を構成する第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた、ダイオードを介して閉回路を構成する第 2の駆動コイルと、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子と、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルと電磁結合する 1次コィルとを備え、前記 1次コイルにより前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルを付勢し、これらの駆動コイルに復調電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一夕。

( 1 6 ) 可動板，卜一シヨンバー，駆動コイル部分が真空封止またはガス封止された領域に配置され、 1次コイルは前記領域外に配置された前記（ 1 2 ) ないし（1 5 ) のいずれかに記載の電磁ァクチユエ一タ。

( 1 7 ) 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1のトーシヨンバーと、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1のト一シヨンバーと軸方向が直交する第 2のト一ションバ一とを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた閉路を構成する第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた閉路を構成する第 2の駆動コィルと、前記第 1の駆動コィノレ，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子と、前記第 2の駆動コイルと電磁結合する 1次コィルとを備え、前記 1次コイルに外部から電流を流し、前記 1次コイルを介して前記の駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一タ。

( 18) 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1のトーションバ一と、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1の卜ーシヨンバーと軸方向が直交する第 2のト一シヨンバーとを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた、ダイオードを介して閉回路を構成する第 2の駆動コイルと、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子と、前記第 2の駆動コイルと電磁結合する 1次コイルとを備え、前記第 1の駆動コイルに外部から電流を流し、前記 1次コイルにより第 2の駆動コイルを付勢し、この第 2の駆動コイルに復調電流を流すことにより前記発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一夕。

( 19) 半導体基板上にアルミ蒸着によりアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜からホトリソグラフィとアルミエッチングによって駆動コイルを形成する前記（12) ないし（18) のいずれかに記載の電磁ァクチユエ一夕の製造方法。

(20) 半導体基板上にアルミ蒸着によりアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜からホ卜リソグラフィとアルミエッチングによって駆動コイルと光素子のミラーとを同時に形成する前記（ 12) ないし (18) のいずれかに記載の電磁ァクチユエ一タの製造方法。

従って、前記（ 12) ，（13) ， (14) , (15) , (16) の構成では、卜一シヨンバー部分の電気接続が不要となる。前記（17) ，（ 18) の構成では第 2の卜ーシヨンバー部分の電気接続が不要となる。前記（ 19) ，（20) の構成では製造工程が関連技術例より滅る。前記（16) の構成では更に 1次コイルの引出し線のための真空封止，ガス封止が不要となる。図面の簡単な説明

図 1は、実施例 1の概略的構成を示す図、図 2は、実施例 1の製造ェ程（その 1 ) を示す図、図 3は、実施例 1の製造工程（その 2) を示す図、図 4は、実施例 1の製造工程（その 3) を示す図、図 5は、実施例 1の駆動法の説明図、図 6は、実施例 2の製造工程（その 1 ) を示す図、図 7は、実施例 2の製造工程（その 2) を示す図、図 8は、トーシヨンバー上の配線の例を示す図、図 9は、実施例 3の概略的構成を示す図、図 10は、実施例 3における永久磁石の配置を示す図、図 1 1 は、卜一シヨンバーの説明図、図 12は、片持ち梁を示す図、図 13 は、トーシヨンバーの例を示す図、図 14は、実施例 3の製造工程（その 1 ) を示す図、図 15は、実施例 3の製造工程（その 2) を示す図、図 16は、実施例 4の製造工程（その 1 ) を示す図、図 17は、実施例 4の製造工程（その 2) を示す図、図 18は、実施例 5の製造工程（その 1 ) を示す図、図 19は、実施例 5の製造工程（その 2) を示す図、図 20は、実施例 6の製造工程（その 1 ) を示す図、図 21は、実施例 6の製造工程（その 2) を示す図、図 22は、実施例 6の製造工程（その 3) を示す図、図 23は、実施例 7の概略的構成を示す図、図 24 は、実施例 7のチップの製造工程（その 1 ) を示す図、図 25は、実施例 7のチップの製造工程（その 2) を示す図、図 26は、実施例 7の支持体の製造工程を示す図、図 27は、実施例 7の組立工程を示す図、図 2 8は、実施例 7の駆動法の説明図、図 2 9は、実施例 7の共振特性例を示す図、図 3 0は、実施例 8の構成を示す図、図 3 1は、実施例 9の要部構成と駆動法の説明図、図 3 2は、関連技術例 1の構成を示す図、図 3 3は、図 3 3の A - A断面図、図 3 4は、関連技術例 1の動作説明図、図 3 5は、関連技術例 1における可動板の変位角検出の説明図、図

3 6は、関連技術例 2の構成を示す図、図 3 7は、関連技術例 3の構成を示す図、図 3 8は、図 3 7の B— B断面図、図 3 9は、図 3 7の C一 C断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下本発明を実施例により詳しく説明する。

(実施例 1 )

図 1は実施例 1である "電磁ァクチユエ一タ" の概略的構成を示す図である。本実施例は、光素子（ミラー，受光素子，発光素子等） 1 0 4 の光軸方向を 2次元に振る、前述の関連技術例 2に示すような電磁ァクチユエ一タ 1 0 0において、第 1の駆動コイル 1 0 2，第 2の駆動コィル 1 0 3を共に薄膜の 1ターンコイルとすると共に互に直列接続した例である。

本実施例は、関連技術例 2と比べて、前述の駆動コイルの構成以外に、永久磁石 1 0 6の配置および電磁ァクチユエ一夕の駆動法が異なつている。しかし、この永久磁石の SB置による電磁ァクチユエ一タとしての機能に特に差異はなく、この配置により、永久磁石 1 0 5， 1 0 6の磁束の、駆動コイルに直交する成分を利用し、永久磁石の数を滅らし、構成を簡素化し、低価格化をはかっている。

駆動法に関しては後述するとして、先ず本実施例の電磁ァクチユエ一夕の製造工程を図 2〜図 4により説明する。なお図 2〜図 4では判り易くするため大きさ特に厚さを誇張して示している。後述の図 6, 図 7についても同様である。

図 2，図 3において、右側はシリコン基板等の平面図であり、左側は、 A— A '線で切断し矢印方向から見た断面図である。（a) 工程でシリコン基板 200の上下面に酸化による酸化膜 201， 202を形成する。（b) 工程で酸化膜 202における周辺部 203, 外側可動板部 204, 内側可動板部 205以外をホ卜リソグラフィと酸化膜エツチングにより除去する。（c) 工程では（b) 工程で酸化膜 202を除去した部分に、酸化により薄い酸化膜 206を形成する。（d) 工程では、酸化膜 206における第 1のトーシヨンバ一部 207と第 2のトーションバ一部 208を除いた部分を、ホトリソグラフィと酸化膜エッチングにより除去する。（e) 工程では（d) 工程で除去した部分を異方性エッチングする。（f) 工程で残っている酸化膜 206を酸化膜エッチングにより除去する。（g) 工程で異方性エッチングにより第 1のトーシヨンバー 207, 外側可動板 208, 第 2のトーシヨンバ一 209，内側可動板 210を形成する。

(h) 工程でシリコン基板 200上面の酸化膜 201上に、アルミ蒸着によりアルミニウム膜 21 1を形成する。（ i ) 工程で、アルミニゥム膜 2 1 1からホ卜リソグラフィとアルミエッチングにより、端子 212，第 1のトーシヨンバ一上の配線 213， 1ターンの第 1の駆動コイル 102，第 2のト一シヨンバ一上の K線 214，第 2の駆動コィル 103，光素子であるミラー 215を同時に形成する。

図示のように、第 1の駆動コイル 102と第 2の駆動コイル 103は直列接続され、端子 212に接続されている。

( j ) 工程でホトリソグラフィにより、第 1の駆動コイル 1 C 2，第 2の駆動コイル 1 03を囲むように有機保護膜 216を形成する。 (k) 工程で、周辺部 203と外側可動板 208の中間部 217の酸化膜と、外側可動板 208と内側可動板 2 10の中間部 2 18の酸化膜と、残っている酸化膜 202を酸化膜エッチングにより除去し、チップ 101が完成する。

( 1 ) 工程で別途製造した中央に凹部 219を有するシリコン基板

220上に前記チップ 1 0 1を載せて接着し、（m) 工程でチップ 101の対角に図 1に示すように永久磁石 105， 106を装着して電磁ァクチユエ一タ 100が完成する。

次に図 5により本実施例の電磁ァクチユエ一タ 100の駆動法を説明する。この電磁ァクチユエ一タ 1 00では、図 1，図 3 ( i ) ，図 5 (a) に示すように第 1の駆動コイル 102と第 2の駆動コイル 103 が直列接続れているので、前述の関連技術例 2とは異なり、第 1の駆勖コイル 102と第 2の駆動コイル 103とを同一の電流 iで駆動することとなる。そこで本実施例では、第 1の駆動コイル 102で駆動される外側可動板と、第 2の駆動コイル 103で駆動される内側可動板との共振周波数の違いを利用して、外側可動板と内側可動板を別個に駆動し、光素子 104の光軸方向を 2次元に振るようにしている。

いま外側可動板の共振周波数を 400 H z、内側可動板の共振周波数を 1600 H zと仮定する。図 5 ( a) に示すように、周波数 400Hz (f x) で出力電圧 e 1可変の正弦波交流電源 51と、周波数 1600Hz (f ₂) で出力電圧 e 2可変の正弦波交流電源 52とを直列接続にして、電磁ァクチユエ一タ 100の端子 212に接続する。すると、外側可動板は交流電源 51の出力で励振され、 400Hzで X軸を軸として共振振動し、内側可動板は交流電源 52で励振され Y軸を軸として 1600Hzで共振振動する。よって、光素子 104の光軸方向は、図 5 (b) に示すように、リサージュ図形を描くように 2次元に振れる。外側可動板と内側可動板の共振周波数の比が整数比にならないように設定すればリサ一ジュ図形が時間と共に移動するようになり、細かなスキャンが可能となる。 X軸方向の振れは交流電源 5 1の電圧を変えることにより変わり、 Y軸方向の振れは交流電源 5 2の電圧を変えることにより変る。この種の電磁ァクチユエ一タの可動板の共振における機械的 Qは高く、電源周波数が数 H zずれると振幅は相当滅衰する。このため、交流電源 5 1で内側駆動板が励振されることはなく、交流電源 5 2により外側可動板が励振されることもない。また共振を利用しているので、関連技術例 2のように検出コイルで可動板の変位角を検出し、変位角をフィードバック制御することができないので、検出コイルは不要である。

なお、図 5 ( a ) は電圧源（内部インピーダンス小）で駆動する例であるが、電流源（内部インピーダンス大）で駆動するときは、両電源を端子 2 1 2に並列接続する形となる。

以上説明したように、本実施例では、第 1の駆動コイルと第 2の駆動コイルが 1ターンで互に直列接続されているため、端子，卜一シヨンバー上の配線，駆動コイルの回数が滅り、構成が関連技術例 2等と比べて大幅に簡素化され、また第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイル，端子，第 1のトーシヨンバーおよび第 2のト一シヨンバーの配線，ミラ一がアルミ蒸着膜からホ卜リソグラフィとアルミエッチングで形成されているため、関連技術例 2等と比べてマスク数が半滅し製法が大幅に簡略化されている。このため歩留りが良く口一コストで製造できる。

また、駆動コイル，トーシヨンバー上の配線は、アルミ蒸着膜で関連技術例 2等の電铸コイル法による銅膜より大幅に薄く、材質が銅より柔らかいアルミニウムであるため、特性の安定性が良く長寿命が期待でき (実施例 2)

本実施例は、第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルを 1ターン閉回路とし、またチップ支持部に、実施例 1のように凹部を設けたり、或は前述の関連技術例 3のようにスぺ一サを設けたりする必要をなくした電磁ァクチユエ一夕を提供するものである。

図 6，図 7により本実施例の電磁ァクチユエータの製造工程を説明する。（a) 工程でシリコン基板 300の上下面に酸化により酸化膜 301， 302を形成する。（b) 工程で酸化膜 302における周辺部 303以外の個所をホトリソグラフィと酸化膜ェツチングにより除去する。（c) 工程では（b) 工程で酸化膜 302を除去した個所に酸化により薄い酸化膜 304を形成する。（d) 工程で第 1のトーシヨンバー部 305，外側可動板部 306，第 2のトーシヨンバー部 307，内側可動板部 308を除いて酸化膜 304をホトリソグラフィと酸化膜エツチングにより除去する。（e) 工程では（d) 工程で除去した部分を異方性エッチングする。（f ) 工程で残っている酸化膜 304を酸化膜エッチングにより除去する。（g) 工程で下面を更に異方性エッチングする。

(h) 工程で酸化膜 30 1上にアルミ蒸着によりアルミニウム膜 309を形成する。（ i ) 工程で、アルミニウム膜 309からホトリソグラフィとアルミエッチングにより、 1ターン閉回路の第 1の駆動コィル 31 0, 1ターン閉回路の第 2の駆動コイル 31 1，光素子であるミラ一312を形成する。（ j ) 工程でホトリソグラフィにより第 1の駆動コイル 310，第 2の駆動コイル 31 1のまわりに有機保護膜 31 3 を形成する。（k) 工程で酸化膜 301の不要部を酸化膜エッチングで除去し、チップ 320を完成する。

( 1 ) 工程で別途用意したパイレックスガラス基板 32 1にチップ 3 2 0を載せ陽極接合により接合する。

なお陽極接合は、シリコン基板とガラス基板の平滑な面同志を合わせ

4 0 0でに加熱した後、ガラス側に数 1 0 0 Vの負電圧を印加して接合する技術である。このときガラス基板のイオンに偏りができ、シリコン基板とガラス基板の間に静電引力が生じ、界面での化学結合により接合される。

本実施例では、第 1の駆動コイル 3 1 0，第 2の駆動コイル 3 1 1は閉回路となっていて、外部に第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルの端子が設けられていないので、駆動はワイヤレスで行う。すなわち、第 1 の駆動コイル 3 1 0 , 第 2の駆動コイル 3 1 1と電磁結合する 1次コィルを用意し、この 1次コイルに、外側可動板の共振周波数の交流電漯と、内側可動板の共振周波数の交流電源を接続して駆動することにより、実施例 1と同様に、光素子 3 1 2の光軸方向を 2次元に振ることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、第 1の駆動コイル，第 2の駆動コィルが共に 1ターン閉路でかつ端子およびトーションバ一上の配線が不要なので、構成が関連技術例 2等と比べて大幅に簡素化され、また第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイル，ミラーがアルミ蒸着からホトリソグラフィとアルミエッチングにより形成されているため、関連技術例 2等と比べてマスク数が半滅し、製法が大幅に簡略化される。このため歩留りが良く口一コストで製造できる。

また、第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルがアルミ蒸着膜から形成されているので、特性の安定性が良く長寿命が期待できる。

(変形）

なお、以上の各実施例は、外側可動板，内側可動板と、可動板を 2枚有する電磁ァクチユエ一夕の例であるが、関連技術例 1のように可動板を 1枚有する電磁ァクチユエ一夕においても、前述と同様にして、構成の簡素化，製法の簡略化ができる。

(実施例 3 )

図 9は実施例 3である "電磁ァクチユエ一タ" の概略的構成を示す図である。本実施例は、光素子（ミラー，受光素子，発光素子等） 6 1 5 の光軸方向を 2次元に振る、前述の関連技術例 2に示すような電磁ァクチユエ一夕 6 1 0において、例えば外部から衝撃を受けた際に、外側可動板，内側可動板が過度に変位してト一ションバーが破損することのないように、外側可動板用ストツバ 6 1 2， 6 1 3及び内側可動板用ストッノ、。 6 1 4を設けた例である。

本実施例は、関連技術例 2と比べて、前記ストツバを設ける点以外に、図 9，図 1 0に示すように、永久磁石の配置が異なっている。しかし、この永久磁石の配置による電磁ァクチユエ一タとしての機能の差異は特になく、この配置により、永久磁石の磁束の、駆動コイルに直交する成分を利用し、永久磁石の数を滅らし、構造を簡素化し、低価格化をはかっている。

ということで、電磁ァクチユエ一タの詳しい構成，動作については、前述の関連技術例 2の説明を援用することとし、以下ストツバについて説明する。

この種の電磁ァクチユエ一夕では、可動板を揺動自在に軸支するトーシヨンバ一は、図 1 1に示す構造となっている。図 1 1において、 ( a ) はトーシヨンバーの断面図、（b ) はトーシヨンバ一部の平面図、（c ) はトーシヨンバー部の斜視図である。図 1 1から直感的に、卜一ションバ一 Tは左右方向には強いが、上下方向に弱いことが判る。

この理由を、図 1 2に示す片持ち梁により考察する。片持ち梁 T aの 3 先端に Fの力が加わつた時の変位 Δ yは

である。また、先端に F' の力が加わったときの変位 Ay' は

である。今、仮に b = 3 t， F = F' とすると

A 4 β ³一„ 1 4 β³ ^

Λ ν = r =— F

y G · 3 t · t³ 3 Gt⁴

3

Δ y = F = F

G · t · 27 t³* 27 G t

ただし、 Gは横弾性係数

Δ ' =" "厶 y となり、横方向が上下方向よりも同じ力を加えられても変位が少なく丈夫であることを示していると考えられる。

シリコンウェハを使用してトーシヨンバー（梁）を作成すると、図 13に示すような形状となるため、横方向への衝撃よりも上下方向への衝撃に弱いことが容易に推察されるため、上下方向への衝撃による過度の変位を阻止するとよいことがわかる。

そこで、上下方向への過度の変位を阻止する第 1の手法として、可動板の下にス卜ツバを設ける構造で卜一ションバ一が破壊する確率を滅少させることができる。

もう一つは、可動板の質量 mを滅少させることによって同じ加速度 α が加わっても

P = m α

から、 Fを小さくする手法が考えられる。この第 2手法は、横方向に対しても上下方向に対しても有効である。また、前記 2つの手法を同時に実現することによって、更に一層の耐衝撃 ·振動性の向上が期待できる

本実施例は、前記第 1の手法を用いるものである。図 14, 図 1 5 は、本実施例のストッパを備える "電磁ァクチユエ一夕" の製造工程を示す図である。なお、判り易くするため、大きさ特に厚きを誇張して示している。後述の図 16〜図 22についても同様である。

図 14 (a)〜（g) において、右側はシリコン基板 600の平面図であり、左側は、 A— A '線で切断し矢印方向から見た断面図である。

(a) 工程でシリコン基板 600の上下面に酸化による酸化膜 601, 602を形成する。（b) 工程で酸化膜 601の一部をホ卜リソグラフィと酸化膜エッチングにより除去する。（c) 工程で酸化膜 601の除去部分のシリコン面を更にエッチングする。（d) 工程でエッチングしたシリコン面に酸化により薄い酸化膜 603を形成する。（e) 工程では酸化膜 603における外側可動板用ストツバ 612， 613、内側可動板用ストッパ 614部分以外をホトリソグラフィと酸化膜エツチングにより除去する。（f) 工程ではシリコン基板 600におけるストツパ 61 2， 61 3， 614を設けない面に、陽極接合法によりパイレックスガラス板 604を接合する。（g) 工程では、チップ支持部 605、ストツバ 61 2, 613, 614部を除いて、シリコン基板 600を異方性エッチングし、（h) 工程ではチップ支持部 605、スト、ジノヽ °612， 613， 614部の酸化膜をエッチングで除去し、チップ支持体 700を得る。

( i ) 工程では、以上のプロセスで形成したチップ支持体 700上に、別途製造した可動板，トーシヨンバー，駆動コイル等からなるチップ 61 1を接着する。（ j ) 工程で永久磁石 616を配置し電磁ァクチユエ一タ 6 1 0が完成する。具体的には、図 1 0に示すように、ョ一ク 6 2 2を兼ねるパッケージ内に、チ、ンプ 6 1 1、永久磁石 6 1 6を図示の位置に配置し、ワイヤ 6 2 4で所要の接続を行い電磁ァクチユエ一タ 6 1 0が完成する。

なお、前記した "陽極接合" は、シリコン基板とガラス基板の平滑な面同志を合わせ 4 0 0 *Όに加熱した後、ガラス側に数 1 0 0 Vの負電圧を印加し接合する技術である。このときガラス基板中のイオンに儋りができ、シリコン基板とガラス基板の間に静電引力が生じ、界面での化学結合により接合される。

本実施例では、図 9，図 1 5 ( j ) に示すように、可動板の片面に対向して、可動板の揺動範囲外に、トーシヨンバーと並行に延びる梁状のストッパ 6 1 2， 6 1 3， 6 1 4を設けたので、外部から衝撃を受けたとき、可動板の過度の変位はストツバで阻止され、卜一シヨンバーの破壊が避けられる。また、何等かの原因で可動板が過度に駆動されたときも前述と同様に、ストツバ 6 1 2， 6 1 3， 6 1 4により可動板の過度の変位が阻止され、卜ーシヨンバーの破壊が避けられる。

(実施例 4 )

図 1 6，図 1 7は実施例 4である "電磁ァクチユエ一夕" の製造工程を示す図である。本実施例の概略的構成，動作は、実施例 3と同様すなわち、関連技術例 2と同様であるが、前述の第 2の手法により、可動板の質量を削滅させて、外部から衝撃を受けたとき等に可動板が過度に変位してト一シヨンバーが破壊するのを防止するようにした例である。たとえば、 2 0 0 / m厚のシリコン基板（ウェハ）を使用し、可動板部分を 5 0 μ m厚までエッチングした場合、可動板の質量は従来のものに比し 1 Z4となる。

外部からの衝撃により、可動板にかかる加速度を αとすると、 ¥ = I / 4 · m a

であるから、可動板にかかる力 Fは 1/4になり、ト一シヨンバーが破壊する確率は大幅に低滅される。

図 1 6，図 1 7により本実施例の製造工程を説明する。本工程では、 200 /zm厚のシリコン基板（ウェハ）を使用し、可動板部分を 1 00 μιη厚までエッチングする例である。（a) 工程で酸化により 200 μιη厚のシリコン基板 800の上下面に酸化膜 801， 802を形成する。（b) 工程で酸化膜 802の一部をホトリソグラフィと酸化膜エッチングにより除去する。（c ) 工程で酸化により薄い酸化膜 803を形成する。（d) 工程で、ホ卜リソグラフィと酸化膜エツチングにより、酸化膜 803における第 1の卜一シヨンバ一部 804，外側可動板部 805，第 2のトーシヨンバー部 806，内側可動板部 807 以外の部分を除去する。（e) 工程では（d) 工程で酸化膜エツチングした部分を更に異方性エッチングする。（f ) 工程で残っている酸化膜 803を酸化膜エッチングにより除去する。（g) 工程で、異方性エッチングにより 1 00 m厚の第 1のトーションバ一 808, 外側可動板 809, 第 2の卜一シヨンバー 810, 内側可動板 81 1を形成する。

(h) 工程で、酸化膜 801上にアルミ蒸着によりアルミ膜 901を形成する。（ i ) 工程で、アルミ膜 901からホトリソグラフィとアルミエッチングにより、外側可動板周縁部の第 1の駆動コイル 902，内側可動板周縁部の第 2の駆動コイル 903，内側可動板中央部の光素子であるミラー 904を同時に形成する。（j) 工程でホトリソグラフィにより、周縁部，第 1の駆動コイル 902，第 2の駆動コイル 903上に選択的に有機保護膜 905を形成する。（k) 工程で酸化膜エツチングにより不要な酸化膜 802を除去し、電磁ァクチユエ一夕の要部のチップ 900を完成する。あとは、このチップ 900を関連技術例 2に示すような上側，下側のガラス基板で挟み込み、実施例 1のように永久磁石を配置して電磁ァクチユエ一タを組み立てる。

以上説明したように、本実施例では、可動板を、シリコン基板から薄くフィルム状に形成しているので、可動板の質量が小さく、外部から衝撃を受けたとき等に可動板に働く力が小さくて、可動板が過度に変位してト一シヨンバーが破壊するのを防止することができる。

(実施例 5)

図 18，図 19は実施例 5である "電磁ァクチユエ一夕" の製造工程を示す図である。本実施例の概略的構成，動作も実施例 3と同様であるが、本実施例は、前述の第 1の手法と第 2の手法を組み合わせた例である。すなわち、ストッパを設け、かつ可動板の質量を削滅する例であ図 18，図 19により本実施例の製造工程を説明する。

(a) 工程で 200 μπι厚のシリコン基板 300の上下面を酸化し酸化膜 501， 502を形成する。（b) 工程で、ホトリソグラフィと酸化膜エッチングにより、酸化膜 502におけるストツバ部 503， 504, 505および周辺部 506以外の部分を除去する。（ c ) 工程では酸化により、薄い酸化膜 507を形成する。（d) 工程で、ホ卜リソグラフィと酸化膜エッチングにより、酸化膜 507における周辺部 506, 第 1の卜一シヨンバー部 508，外側可動板部 509，第 2のト一シヨンバー部 510，内側可動板部 51 1を除いた部分を除去する。（e) 工程では（d) 工程で酸化膜 507を除去した部分を更に異方性エッチングする。（f ) 工程で酸化膜エッチングにより残っていた酸化膜 507を除去する。（g) 工程で、更に異方性エッチングにより、第 1の卜一ションバ一 5 1 2，外側可動板 51 3，内側可動板 5 1 4，第 2の卜ーシヨンバー 5 1 5を形成する。

( h ) 工程で、アルミ蒸着により、酸化膜 5 0 1上にアルミ膜 5 1 6 を形成する。（ i ) 工程では、ホトリソグラフィとアルミエッチングにより、アルミ膜 5 1 6から外側可動板周縁部の第 1の駆動コイル 5 1 7，内側可動板周縁部の第 2の駆動コイル 5 1 8，内側可動板中央部の光素子であるミラ一 5 1 9を形成する。（ j ) 工程ではホトリソグラフィにより、周縁部，第 1の駆動コイル 5 1 7 , 第 2の駆動コイル 5 1 8上に有機保護膜 5 1 9を形成する。（k ) 工程で酸化膜エツチングにより残っていた酸化膜 5 0 2を除去し、電磁ァクチユエ一タの要部のチップ 5 2 0を完成する。（ 1 ) 工程では（k ) 工程で得たチップ 5 2 0を、実施例 3と同様の工程で得たチップ支持体 5 5 0上に配置 · 接着する。あとは実施例 3と同様に永久磁石をチップ 5 2 0の対角に配置し、電磁ァクチユエ一夕が完成する。

以上説明したように、本実施例では、ストツバを設け、更に可動板の質量を削滅しているので、衝撃によるト一シヨンバーの破壊を確実に防止することができる。

(実施例 6 )

図 2 0 , 図 2 1，図 2 2は実施例 6である "電磁ァクチユエ一夕" の製造工程を示す図である。本実施例の概略的構成，動作も実施例 1と同様である。本実施例は、ストッパを設け、かつ可動板の質量を削滅するものであるが、実用性のより高い製造工程によるものである。

図 2 0，図 2 1，図 2 2により本実施例の製造工程を説明する。

( a ) 工程で 2 0 0 μ m厚のシリコン基板 4 0 0の上下面を酸化し酸化膜 4 0 1， 4 0 2を形成する。（b ) 工程で、ホトリソグラフィと酸化膜エッチングにより、酸化膜 4 0 2における周辺部 4 0 3以外の部分を除去する。（c ) 工程では酸化により薄い酸化膜 4 0 4を形成する。 (d) 工程では、ホ卜リソグラフィと酸化膜エッチングにより、酸化膜 402における第 1のトーションバ一部 405，外側可動板部 406，第 2の卜ーションバ一部 407 , 内側可動板部 408以外の部分を除去する。（e ) 工程では（d) 工程での除去部分を異方性エッチングする。（ f ) 工程で酸化により残っていた酸化膜 404を除去する。

(g) 工程では、更に異方性エッチングにより、第 1の卜ーシヨンバー 409，外側可動板 410，第 2の卜ーシヨンバー 41 1，内側可動板 412を形成する。

(h) 工程で酸化膜 401上にアルミ蒸着によりアルミ膜 413を形成する。（ i ) 工程で、ホトリソグラフィとアルミエ、クチングにより、外側可動板周縁部の第 1の駆動コイル 414，内側可動板周縁部の第 2 の駆動コイル 415，内側可動板中央部の光素子であるミラ一 416を形成する。（j) 工程で、ホトリソグラフィにより、第 1の駆動コイル 414，第 2の駆動コイル 415，周辺部 417上に有機保護膜 418 を形成する。（k) 工程で酸化膜エッチングにより残っていた酸化膜 401， 402を除去し、電磁ァクチユエ一夕の要部のチップ 419を完成する。

( 1 ) 工程でシリコン基板 420の上下面を酸化し、酸化膜 421， 422を形成する。（m) 工程では、ホトリソグラフィと酸化膜エッチングにより、酸化膜 420, 42 1における外側可動板用ストツバ部 423, 425、内側可動板用ストツバ部 424以外の部分を除去する。（n) 工程でシリコン基板 420の下面にパイレックスガラス板 426を隠極接合により接合する。（o) 工程で、異方性エッチングにより、シリコン基板 420におけるストッパ部 423， 424， 425 以外の部分を除去し、チップ支持体 427が完成する。（P) 工程で、陽極接合により、チップ 419とチップ支持体 427を接合する。あとは実施例 3と同様に、チップ 4 1 9の対角に永久磁石を配置し、電磁ァクチユエ一夕が完成する。

本実施例では、実施例 5と比べて、チップ，チップ支持体共に構造が簡略化されて実用型となっているが、実施例 5と同様の効果が期待できる。

以上の各実施例は、いずれも光素子の光軸方向を 2次元に振ることのできる電磁ァクチユエ一夕であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、関連技術例 1のように、光素子の光軸方向を 1次元に振る型で実施することができる。

また各実施例は、光素子にミラーを用いるものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、光素子に受光素子，発光素子等を用いる型で実施することができる。

また、各実施例では、ストッパを可動板の片側にのみ E置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ストツバを可動板の両側に配置する形で実施することができる。

(実施例 7 )

図 2 3は実施例 7である "電磁ァクチユエ一タ" の概略的構成を示す図である。本実施例は、光素子（ミラー，受光素子，発光素子等） 1 1 0 8の光軸方向を 2次元に振る、前述の関連技術例 2に示すような電磁ァクチユエ一タ 1 1 0 0において、第 1の駆動コイル 1 1 0 5，第 2の駆動コイル 1 1 0 6をそれ自体で閉回路に構成し、この第 1の駆動コイル 1 1 0 5，第 2の駆動コイル 1 1 0 6と電磁結合する 1次コィル 1 1 0 7を新たに設け、この 1次コイル 1 1 0 7を介して第 1の駆動コイル 1 1 0 5，第 2の駆動コイル 1 1 0 6に電流を流すようにするものである。 1 1 0 9は外側可動板、 1 1 1 0は内側可動板、 1 1 1 1は第 1のトーシヨンバー、 1 1 1 2は第 2のトーシヨンバーである。本実施例では、前述の構成に伴い、卜ーシヨンバ一 1 1 1 1， 1 1 1 2部分の配線が不要となり、この他永久磁石 1 103， 1 1 04の配置、駆動の仕方の点で関連技術例 2等と異なる。しかしこの永久磁石 1 103, 1 104の配置による電磁ァクチユエ一夕としての機能に差異がなく、この配置により構成を簡素化し低価格化をはかっている。駆動の仕方については、後述するとして、まず本実施例の電磁ア^ チユエ一夕の製造工程を図 24〜図 27により説明する。

図 24〜図 26において、右側は加工中のシリコン基板等の平板図、左側は前記平面図における A— A' 線の断面図である。図 24, 図 25 はチップ 1 101の製造工程を示す。図 24の（a) 工程でシリコン基板 1200の上下面に酸化により酸化膜 1201， 1202を形成する。（b) 工程で酸化膜 1202における周辺部 1203，外側可動板部 1204，内側可動板部 1205以外の部分をホ卜リソグラフィと酸化膜エッチングにより除去する。（c) 工程では（b) 工程で除去した部分を酸化により薄い酸化膜 1206を形成する。（d) 工程で周辺部 1203, 第 1の卜一シヨン部 1207, 外側可動板部 1204，第 2 のトーシヨン部 1208，内側可動板部 1205を除いた部分の酸化膜 1206をホトリソグラフィと酸化膜エッチングにより除去する。

(e) 工程では（d) 工程で除去した部分を異方性エッチングする。

(f ) 工程で残っていた酸化膜 1206を除去する。（g) 工程でさらに下面から異方性ェツチングする。

図 25 (h) 工程では酸化膜 1201上にアルミ蒸着によりアルミ二ゥム膜 1209を形成する。（ i ) 工程でアルミニウム膜 1209からホ卜リソグラフィとアルミエッチングにより 1ターン閉回路の第 1の駆動コイル 1 105， 1ターン閉回路の第 2の駆動コイル 1 106，光素子であるミラ一 1 108を同時に形成する。（j) 工程では、周辺部 1 203および第 1の駆動コイル 1 105，第 2の駆動コイル 1 106の回りに、ホトリソグラフィにより有機保護膜 1 2 1 0を形成する。

( k ) 工程で酸化膜 1 201の不要部分 12 1 1， 12 12を除去しチップ 1 100が完成する。

図 26は支持体 1 102の製造工程を示す。図 26の（a) 工程でパィレツクスガラス基板 1300上にアルミ蒸着によりアルミニウム膜 1301を形成する。（b) 工程でアルミニウム膜 1301からホトリソグラフィとアルミエッチングにより 1次コイル 1 107の 1層目 1302と一方の端子 1303を形成する。（ c ) 工程では上面全面に層間絶縁膜 1304を形成する。（d) 工程で絶縁膜 1304上にアルミ蒸着によりアルミニウム膜 1305を形成する。（e) 工程でアルミ二ゥム膜 1305からホトリソグラフィとアルミエツングにより 1次コィル 1 107の 2層目 1 306と他方の端子 1 307を形成する。

( f ) 工程で上面全面に有機保護膜 1308を形成する。（ g ) 工程で周辺部にスぺーサ 1309を接着し支持体 1 102を完成する。

図 27は組立工程を示す。（ a) 工程で図 26 ( g) の支持体 1 102上に図 25 (k) のチップ 1 101を接着する。（b) 工程でチップ 1 101の対辺に永久磁石 1 103， 1 104を装着し電磁ァクチユエ一夕 1 100を完成する。永久磁石 1 103の S極と永久磁石 1 104の N極は不図示のパッケージ兼用のヨークで結ばれている。図 28により本実施例の電磁ァクチユエ一夕 1 100の駆動の仕方を説明する。本実施例では外側可動板 1 1 19，内側可動板 1 1 10を共に共振状態に振動する。ここで外側可動板 1 1 1 9の共振周波数を 375Hz, 内側可動板の共振周波数を 1500Hzと仮定する。図 28 (a) に示すように、 375Hz (f 1 ) ，出力電圧 e lの第

1の正弦波交流電源 61と、 1 500Hz (f 2) ，出力電圧 e 2の 4 第 2の正弦波交流電源 62とを直列接続して 1次コイル 1 107の端子 1303， 1307に接続し付勢すると、 1次コイル 1 107と電磁結合された第 1の駆動コイル 1 105，第 2の駆動コイル 1 107に、夫々 375Hzと 1500Hzの正弦波電流が流れ、外側可動板は 375 H zの共振状態に内側可動板波 1500 H zの共振状態に駆動され、光素子 1 108の光軸方向は図 28 (b) に示すリサージュ図形 63のように振れる。

X軸方向の振幅 Xは第 1の交流電源 61の電圧 e 1を変えて変えることができ、 Y軸方向の振幅 yは第 2の交流電源 62の電圧 e 2を変えて変えることができる。外側可動板 1 109，内側可動板 1 1 10の共振周波数の比が整数でないように設定すると、リサージュ図形が移動し細かなスキャンが可能となる。

図 28は電圧源（内部インピーダンス小）で付勢する例であるが、電流源（内部インピーダンス大）を用いるときは、両電源を端子 1303, 1307に並列に接続すればよい。なおこの種電磁ァクチュエー夕の共振特性は、図 29に例示するように急峻（機械的 Qが高い）なため、外側可動板 1 109は 1500Hzの電流により駆動されることなく内側可動板 1 1 10は 375Hzの電流により駆動されることはない。

以上説明したように、本実施例ではトーシヨンバ一上の配線がないので、長寿命が期待でき、また駆動コイルの製造工程が関連技術例 2より簡単で歩留まりが良く低コストで製造できる。

(実施例 8)

図 30は実施例 8である "電磁ァクチユエータ" の構成を示す断面図である。実施例 7と同様にして製造したチップ 81をパイレックスガラス基板 82， 85とシリコンスぺ一サ 83， 84により真空封止した例である。この真空封止により、応答特性が改善され、チップ 8 1の劣化が防止できる。

この場合、 1次コイル 8 6は図 3 0に示すように、電磁ァクチユエ一タの外側部分すなわち封止領域外に形成する。

なお、シリコンスぺーサ 8 3， 8 4とチップ 8 1の接合は、スぺ一サ側にスパッタリングによりパイレツクスガラス膜を形成し、陽極接合法により行う。パイレックスガラス 8 2とシリコンスぺ一サ 8 3との接合およびバイレ、ジクスガラス 8 5とシリコンスぺ一サ 8 4との接合も陽極接合法により行う。この陽極接合法は、シリコン基板とガラス基板の平滑な面同志を合わせて約 4 0 0 *Όで加熱した後、ガラス側に数 1 0 0 V の負電力を印加して接合する方法である。

本実施例も前記実施例 7と同様にして駆動される。

以上説明したように、本実施例は、真空封止タイプではあるが、第 1 の駆動コイル，第 2の駆動コイルから外部への引出し線がないので封止の信頼性が高い。本実施例においても実施例 7と同様の効果が得られる。なお真空封止のかわりに不活性ガスに封止するガス封止の形で実施しても同様の効果が期待できる。

(実施例 9 )

図 3 1は、実施例 9である "電磁ァクチユエ一タ" の要部構成と驩動法の説明図である。本実施例は 1次コイルから第 1の駆動コイル，第 2 の駆動コイルへの付勢に搬送波を用いる例である。

前述の実施例 7，実施例 8における 1次コイルと第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルは空心トランスを構成し、漏れ磁束が多く、付勢周波数も低いのでエネルギの伝達効率が低い。

この漏れ磁束の点は、 1次コイルと第 1の駆動コイル，第 2の駆動コィルとの距離をできるかぎり小さくすることである程度解決できる。付勢周波数の点は、本実施例では数 100 KHzの搬送波を用いることで解決している。

図 31 (a) に示すように、第 1の駆動コイル 95はダイオード 97 を介して閉回路に構成し、第 2の駆動コイル 96はダイオード 98を介して閉回路に構成する。これにより各閉回路は平均値形ダイォード検波回路を構成する。ダイオード 97， 98は公知の半導体製造プロセスにより外側可動板，内側可動板に形成する。ここで外側可動板の共振周波数を 375 H z、内側可動板の共振周波数を 1500 H z、搬送周波数を 400 KHzとして説明する。

375Hzの正弦波交流電源 91と 1 500 H zの正弦波交流電源 92を直列接続して合成波を形成し振幅変調回路 93に入力し、別途発生した 400KHzの搬送波を変調する。このようにして形成した振幅変調の被変調波により 1次コイル 94を付勢する。第 1の駆動コイル 95，第 2の駆動コイル 96には、 1次コイル 94との電磁結合により被変調波が誘起し、ダイオード 97, 98により復調され、 375 Hz, 1500Hzおよび直流分の電流が流れる。よって外側可動板は 375Hzの電流により共振状態に駆動され、内側可動板は 1500 H zの電流により共振状態に駆動されて、内側可動板上のミラ一等の光素子の光軸方向は図 31 (b) に示すリサージュ図形 99を描くように振れる。

X軸方向の振幅 Xは交流電源 91の電圧 e 1を変えることにより変えることができ、 Y軸方向の振幅 yは交流電源 92の電圧 e 2を変えることにより変えることができる。このように外側可動板，内側可動板は共に共振状態に駆動されているので、直流分による駆動は無視できる程度となる。

本実施例によれば、実施例 7と同様の効果が得られる他に、 1次コィルと第 1の駆動コィル，第 2の駆動コィルとの間のエネルギ伝達効率を高めることができる。内側の共振周波数と外側の共振周波数との比を整数倍にならないようにすると、長方形のスキャンが実現できる。

以上の実施例 7， 8および 9の各実施例は、いずれも関連技術例 2と同様に、外側可動板，内側可動板 2枚の可動板を有する例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、関連技術例 1と同様の、可動板 1枚の電磁ァクチユエ一夕においても同様に実施することができる。また、以上の各実施例は、 1次コイルにより第 1の駆動コイル，第 2 の駆動コイルを共に付勢する例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、第 1の駆動コイルは関連技術例 2のように端子を介して外部から電流を流し、第 2の駆動コイルの方のみを 1次コイルを介して付勢する形で実施することができる。なお 1次コイルの付勢により誘起する第 1の駆動コイルの電流は必要に応じて第 1の駆動コイルとその電源との間直列にチョークコイルを接続して阻止すれば良い。この例では外側可動板を共振状態以外の状態たとえば任意の周波数の正弦波，のこぎり波状に駆動できる。

また、以上の各実施例では、第 1の駆動コイル，第の駆動コイルは共に 1ターンとなっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、所要の駆動コイルを複数ターンとする形で実施することができる。また実施例 7， 8では、第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルをアルミニゥム膜から構成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の金属例えば銅，金の膜を用いてる形で同様に実施することができる。

以上説明したように、本発明によれば、ローコストの電磁ァクチュエータが提供でき、寿命の安定した電磁ァクチユエ一夕が提供できると共に衝撃に強い電磁ァクチユエータを提供することができる。そしてさらに本発明によれば、ト一シヨンバーにおける配線の少なくとも一部を不要とできるので、寿命が長く口一コストの電磁ァクチュエータを提供することができる。

産業上の利用可能性

本発明は、各種情報機器、例えばバーコードスキャナー， C D - R O Mドライブ，自動改札のセンサーなどの光学スキャナ一，光学センサーとして広く利用できる。

Claims

請求の範囲

1 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1の卜一ションバ一と、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1のトーションバ一と軸方向が直交する第 2の卜一シヨンバーとを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた 1ターンの第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けられ前記第 1の駆動コィルと直列に接続された第 2の駆動コィルと、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子とを備え、前記第 1の駆動コィル，第 2の駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一タ。

2 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1の卜一シヨンバーと、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1のトーシヨンバーと軸方向が直交する第 2の卜一シヨンバーとを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた 1ターン閉路の第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた 1ターン閉路の第 2の駆動コイルと、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子とを備え、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一夕。

3 半導体基板上にアルミ蒸着によりアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜からホトリソグラフィとアルミエッチングによって駆動コイルを形成することを特徴とする請求項 1または請求項 2記載の電磁ァクチユエ一タの製造方法。

4 半導体基板上にアルミ蒸着によりアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜からホ卜リソグラフィとアルミエッチングによって駆動コィルと光素子のミラ一とを同時に形成することを特徴とする請求項 1 または請求項 2記載の電磁ァクチユエ一タの製造方法。

5 半導体基板上にアルミ蒸着によりアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜からホ卜リソグラフィとアルミエッチングによって駆動コイルと卜一シヨンバー上の配線とを同時に形成することを特徴とする請求項 1記載の電磁ァクチユエ一タの製造方法。

6 半導体基板に一体形成した、可動板とこの可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支するト一シヨンバーと、前記可動板の周縁部に設けた駆動コイルと、この駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記可動板に形成した光素子とを備え、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエータであって、前記可動板の少くとも片面に対向して、衝撃を受けた際の前記可動板の過度の変位を阻止するストツパを設けたことを特徴とする電磁ァクチユエ一夕。

7 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1のトーシヨンバーと、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1の卜ーションバーと軸方向が直交する第 2のトーシヨンバーとを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた第 2の駆動コイルと、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子とを備え、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一夕であって、前記外側可動板，内側可動板の少くとも片面に対向して、衝撃を受けた際の前記外側可動板，内側可動板の過度の変位を阻止するストツバを設けたことを特徴とする電磁ァクチユエ一タ。

8 ストッパは、可動板の揺動範囲外に設けた、トーシヨンバーとは平行に延びる梁状部材であることを特徴とする請求項 6または請求項 7 記載の電磁ァクチユエ一タ。

9 半導体基板に一体形成した、可動板とこの可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支するトーションバーと、前記可動板の周縁部に設けた駆動コィルと、この駆動コィルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記可動板に形成した光素子とを備え、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一夕であって、前記可動板は前記半導体基板を薄くフィルム状としたものであることを特徴とする電磁ァクチュエータ。

1 0 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1のト一シヨンバーと、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1のト一シヨンバーと軸方向が直交する第 2のト一シヨンバーとを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた第 2 の駆動コイルと、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子とを備え、前記第 1の駆動コィル，第 2の駆動コィルに電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変する電磁ァクチユエ一夕であって、前記外側可動板，内側可動板は前記半導体基板を薄くフィルム状としたものであることを特徴とする電磁ァクチユエ一タ。

1 1 可動板は半導体基板を薄くフィルム状としたものであることを特徴とする請求項 6，請求項 7，請求項 8のいずれかに記載の電磁ァクチユエ一夕。

1 2 半導体基板に一体形成した、可動板とこの可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支するトーシヨンバーと、前記可動板の周縁部に設けた閉路を構成する駆動コイルと、この駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記可動板に形成した光素子と、前記駆動コイルと電磁結合する 1次コイルとを備え、前記 1次コィルを介して前記駆動コィルに電流を流すことにより発生する力により前記可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変することを特徴とする電磁ァクチユエ一タ。

1 3 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1のト一シヨンバーと、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1のトーシヨンバーと軸方向が直交する第 2のト一シヨンバーとを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた閉路を構成する第 1の駆動コィルと、前記内側可動板の周縁部に設けた閉路を構成する第 2の駆動コイルと、前記第 1の駆動コィノレ，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子と、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルと電磁結合する 1次コイルとを備え、前記 1次コイルを介して前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変することを特徴とする電磁ァクチユエ一夕。

1 4 半導体基板に一体形成した、可動板とこの可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支するトーシヨンバーと、前記可動板の周縁部に設けた、ダイオードを介して閉回路を構成する駆動コイルと、この駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記可動板に形成した光素子と、前記駆動コイルと電磁結合する 1次コイルとを備え、前記 1次コィルにより前記駆動コイルを付勢し、この駆動コイルに復調電流を流すことにより発生する力により前記可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変することを特徴とする電磁ァクチユエ一タ。

1 5 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1のト一ションバーと、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1の卜一シヨンバーと軸方向が直交する第 2のトーションバーとを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた、ダイオードを介して閉路を構成する第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた、ダイォードを介して閉回路を構成する第 2の駆動コイルと、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子と、前記第 1の駆動コィル，第 2の駆動コィルと電磁結合する 1次コイルとを備え、前記 1次コイルにより前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルを付勢し、これらの駆動コイルに復調電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変することを特徴とする電磁ァクチユエ一タ。

1 6 可動板，トーシヨンバー，駆動コイル部分が真空封止またはガス封止された領域に配置され、 1次コィルは前記領域外に配置されたことを特徴とする請求項 1 2ないし請求項 1 5のいずれかに記載の電磁ァクチユエ一タ。

1 7 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1のトーシヨンバーと、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1のトーションバーと軸方向が直交する第 2の卜一ションバーとを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた閉路を構成する第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた閉路を構成する第 2の駆動コイルと、前記第 1の駆動コィル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子と、前記第 2の駆動コイルと電磁結合する 1次コィルとを備え、前記 1次コイルに外部から電流を流し、前記 1次コイルを介して前記第 2の駆動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変することを特徴とする電磁ァクチユエ一タ。

1 8 半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第 1のトーシヨンバーと、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記第 1のトーシヨンバーと軸方向が直交する第 2の卜一ションバ一とを備え、さらに前記外側可動板の周縁部に設けた第 1の駆動コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた、ダィオードを介して閉回路を構成する第 2の駆動コィルと、前記第 1の駆動コイル，第 2の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光素子と、前記第 2の駆動コイルと電磁結合する 1 次コイルとを備え、前記第 1の駆動コイルに外部から電流を流し、前記 1次コイルにより前記第 2の駆動コイルを付勢し、この第 2の駆動コィルに復調電流を流すことにより発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して前記光素子の光軸方向を可変することを特徴とする電磁ァクチユエ一タ。

1 9 半導体基板上にアルミ蒸着によりアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜からホトリソグラフィとアルミエッチングによって駆動コイルを形成することを特徴とする請求項 1 2ないし請求項 1 8のいずれかに記載の電磁ァクチユエ一夕の製造方法。

2 0 半導体基板上にアルミ蒸着によりアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜からホ卜リソグラフィとアルミエッチングによって駆動コィルと光素子のミラーとを同時に形成することを特徴とする請求項 1 2ないし請求項 1 8のいずれかに記載の電磁ァクチユエ一夕の製造方法。