マイクロアクチュエータと複合した集積型光計測システム

• Project/Area Number: 14702039
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Measurement engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐々木 実 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70282100)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥22,750,000 (Direct Cost: ¥17,500,000、Indirect Cost: ¥5,250,000); Fiscal Year 2004: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2003: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2002: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
• Keywords: 光計測 / ウェハ折り曲げ / 三角測 / 光スキャナ / 静電駆動 / 縦型櫛歯電極 / SOIウェハ / 三角測量 / ウェーハ折り曲げ / vertical comb / SOIウェーハ

Research Abstract

高性能な小型レーザスキャン式変位センサを可能にする研究を進めた。
1 変位センサ:レーザビームはスキャニングせずに対象物に照射し反射光の光量や反射角を検出するPosition Sensitive Detectorを組み合わせた、三角測量型小型距離センサを開発した。昨年度までのセンサからの改良としてレーザダイオードをセンサ上に固定した。新しい製作プロセスであるウェハ折り曲げに関しては、ポリマー材料であるフォトレジストを金属銅めっきに替えた。湿度などの影響で経時変化するようなことは無くなった。製作における歩留まり・安定性も高まり、上記改良型センサに関しては、折り曲げ部分を増加させても安定して、デバイス製作が、可能になった。すなわち、アクチュエータのようなパッケージングが難しいとされるデバイスとも組み合わせができる見通しがついた。
2 光スキャナ:消費電力の少ない静電駆動式光スキャナの改良を進めている。低電圧駆動が可能な光スキャナについては、5Vで7.3°のミラー回転角を得た。この値は、これまで報告させている低電圧光スキャナで世界最大の値である。本特性はミラーを支えるトーションバーに張力を加えることで、回転方向には柔らかく、かつ、その他の回転方向には堅牢にすることが出来たことによる。2005年6月に開催される国際会議Transducers'05で発表予定である。また、光スキャナ内部に回転角センサを組み込む研究も進めた。結晶シリコンがもつピエゾ抵抗効果を利用し、せん断応力を検出する、温度ドリフトの影響を受け難い回転角センサを実現した。本方式は圧力センサにおいて実績のあるセンサである。変調方式の検出方法を併用することで、角度分解能0.03°を確認した。
1と2いずれも、従来の光センサや光スキャナが抱えていた難問を解決するものである。

Research Products

• [Journal Article] Compact Triangulation Sensor Array Constructed by Wafer Bending (2005)
  • Author(s): S.Endou, M.Ishimori, M.Sasaki, K.Hane
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys.Part 1 (in press)
  • NAID: 10015705947
• [Journal Article] Three-dimensional SOI-HEMS Constructed by Buckled Bridges ad Vertical Comb Drive Actuator (2004)
  • Author(s): M.Sasaki, D.Briand, W.Noell, N.de Rooij, K.Hane
  • Journal Title: IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics Vol.10, No.3 Pages: 455-461
• [Journal Article] Resonant Cavity Thin Film Photodiode for Compact Displacement Sensor (2004)
  • Author(s): Minoru Sasaki, Fuki Nakai, Xiaoyu Mi, Kazuhiro Hane
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys.Part 1 Vol.43, 4B Pages: 2381-2386
  • NAID: 10012950324
• [Journal Article] Rotation Angle Sensor in Micromirror Device (2004)
  • Author(s): Minoru Sasaki, Tsukasa Haga, Kazuhiro Hane
  • Journal Title: 2004 IEEE/LEOS International Conference on Optical MEMS, D-4 Pages: 46-47
• [Journal Article] Low-Voltage Bulk Micromirror Device Using Tense Thin Film Torsion Bar (2004)
  • Author(s): Shinya Yuuki, Minoru Sasaki, Kazuhiro Hane
  • Journal Title: 2004 IEEE/LEOS International Conference on Optical MEMS, P-12 Pages: 88-89
• [Journal Article] Compact Triangulation Sensor Array Constructed by Folded Wafer (2004)
  • Author(s): Satoshi Endou, Minoru Sasaki, Kazuhiro Hane
  • Journal Title: Extended Abstracts of the 2004 International Conference on Solid State Devices and Materials, I-6-4 Pages: 386-387
  • NAID: 10022538827
• [Patent(Industrial Property Rights)] トーションバーを用いた静電駆動型マイクロミラーデバイス (2004)
  • Inventor(s): 佐々木実, 結城慎也, 羽根一博
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学
  • Industrial Property Number: 2004-140525
  • Filing Date: 2004-05-11
• [Patent(Industrial Property Rights)] ピエゾ抵抗型角度センサを組み込んだマイクロミラー (2004)
  • Inventor(s): 佐々木実, 羽根一博
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学
  • Industrial Property Number: 2004-241132
  • Filing Date: 2004-08-20
• [Publications] M.Sasaki, S.Endou, K.Hane: "Compact triangulation distance sensor realized by wafer bending technique"Proceedings of Photonics Europe 2004, Conference 5455. (発表予定). (2004)
• [Publications] M.Sasaki, F.Nakai, X.Mi, K.Hane: "Resonant Cavity Thin Film Photodiode for Compact Displacement Sensor"Jpn.J.Appl.Phys.Part 1. Vol.43(in press). (2004)
• [Publications] M.Ishimori, J.H.Song, M.Sasaki, K.Hane: "Si-Wafer Bending Technique for a Three-Dimensional Microoptical Bench"Jpn.J.Appl.Phys.Part 1. No.6B, Vol.42. 4063-4066 (2003)
• [Publications] M.Ishimori, J.-H.Song, M.Sasaki, K.Hane: "Optical Scanner Prepared by Wafer Bending Technique"2003 IEEE/LEOS International Conference on Optical MEMS. WP15,159-WP15,160 (2003)
• [Publications] M.Sasaki, D.Briand, W.Noell, N.de Rooii: "Vertical Comb Drive Actuator Constructed by Buckled Bridges in SOI-MEMS"2003 IEEE/LEGS International Conference on Optical MEMS. TuB2,89-Tub2,90 (2003)
• [Publications] M.Sasaki, D.Briand, W.Noell, N.de Rooij: "Vertically Buckled Bridges for Three-Dimensional SOI-MEMS"Extended Abstracts of the 2003 International Conference on Solid State Devices and Materials. P14-3,6967-697 (2003)
• [Publications] V.K.Singh, M.Sasaki, J.H.Song, K.Hane: "Spray coated photoresist over anisotropically etched deep Si cavities"Digest of Papers of 2002 Microprocesses and Nanotechnology Conference. 188-189 (2002)
• [Publications] M.Ishimori, J.H.Song, M.Sasaki, K.Hane: "Si wafer bending technology for a three dimensional micro optical bench"Digest of Papers of 2002 Microprocesses and Nanotechnology Conference. 328-329 (2002)
• [Publications] M.Sasaki, T.Yamaguchi, J.H.Song, K.Hane, M.Hara, K.Hori: "Optical scanner on a three-dimensional micro-optical bench"Journal of Lightwave Technology. (印刷中). (2003)
• [Publications] 石杜昌弘, 宋鐘亨, 佐々木実, 羽根一博: "Si基板折り曲げによるトーションマイクロミラーの開発"平成15年電気学会全国大会. (発表予定). (2003)