JP3427564B2

JP3427564B2 - 光走査装置

Info

Publication number: JP3427564B2
Application number: JP12304395A
Authority: JP
Inventors: 稔坂田; 正哲池田; 秀一若林
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1995-04-25
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 2003-07-22
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: JPH08327927A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】この発明は光走査装置に関する。

【０００２】

【背景技術】光走査装置はバーコード・リーダ，レーザ
・ビーム・プリンタ，光走査式形状認識センサ等におい
て光ビームを走査させるために用いられる。

【０００３】この種の光走査装置の一例が図１８に示さ
れている。これは特開平４−９５９１７号公報に開示さ
れている。この光走査装置はプレート70と圧電アクチュ
エータ74とから構成されている。プレート70は，光ビー
ムを反射させるためのミラー部71と，外部から振動を与
えるための振動入力部72と，これらを連結する細長い弾
性変形部73とから構成されている。プレート70のミラー
部71は弾性変形部73の中心線（Ｚ軸）に関して非対称で
ある。すなわち，ミラー部71の重心は弾性変形部73の中
心線から外れた位置にある。振動入力部72が圧電アクチ
ュエータ74に固定され，圧電アクチュエータ74から発生
する微小振動が与えられる。

【０００４】弾性変形部73は，その中心線の回りにねじ
れるねじれ変形モード（θ_T 方向）と，中心線に沿って
曲がる曲げ変形モード（θ_B 方向）の２つの共振振動モ
ードを有している。これらの２つの共振振動モードの共
振周波数を含む振動を圧電アクチュエータ74で発生させ
ることにより，弾性変形部73が共振し，ミラー部71がθ
_T方向およびθ_B方向に増巾されて振動する。これによっ
て光源からミラー部71に入射した光の反射光は二次元的
に走査される。圧電アクチュエータ74で発生する振動に
いずれか一方の共振周波数のみを含ませることにより，
光の一次元走査が行なわれる。

【０００５】このような光走査装置はバーコード・リー
ダにおけるバーコードの読取り光の一次元走査，光ビー
ム・プリンタ（レーザ・プリンタ）における感光ドラム
表面への潜像の形成のためのレーザ・ビームの一次元走
査，形状認識装置において光を対象物に投射するときの
二次元走査等のために利用される。

【０００６】この光走査装置は平面ミラーをモータで回
転させるガルバノ・スキャナ，多面鏡（ポリゴン・ミラ
ー）を回転させるポリゴン・スキャナ等に比べて小型化
が可能であるという特長をもつ。

【０００７】図１８に示すような構造をもつ光走査装置
にはさらに，走査角度をより大きくする，圧電アクチュ
エータの駆動電圧を減少させる等の性能向上が要求され
ている。

【０００８】走査角度を大きくしようとするときの障害
の要因の一つの空気抵抗の存在を挙げることができる。
空気抵抗に打ち勝って走査角度を大きくしようとする
と，圧電アクチュエータの加振量を大きくする必要があ
り，そのためには圧電アクチュエータを駆動するための
電圧を高くしなければならない。重りをミラー部の背面
に付加して慣性モーメントを増加させ走査角度を大きく
しようとすれば，弾性変形部の共振周波数が低下し，光
の走査速度が遅くなる。そのような光走査装置を用いた
形状認識装置では単位時間当りに得られる情報量が減少
する。

【０００９】

【発明の開示】この発明は，共振周波数を低下させるこ
となく走査角度を大きくすることを目的とする。

【００１０】この発明による光走査装置は，内部に密閉
された空間を有する箱状体を備え，上記箱状体の内部
に，光を反対させるミラー部が，上記箱状体に取付けら
れた少なくとも一つの共振振動モードを有する弾性変形
部によって変位自在に支持されており，上記箱状体の内
部が減圧されているものである。

【００１１】この光走査装置は，一実施態様では上記箱
状体の全体に上記共振振動モードの共振周波数を含む振
動を与える振動装置をさらに備えている。上記箱状体
は，好ましい実施態様では，上記ミラー部と，方形状の
フレーム部と，上記ミラー部と上記フレーム部を連結す
る上記弾性変形部とが形成されたスキャナ基板，および
上記スキャナ基板を挟むように上記フレーム部に接合さ
れた２枚の保護基板から構成されている。

【００１２】この発明によると，ミラー部および弾性変
形部が設けられた箱状体の内部空間が封止されかつ減圧
されるので，これらが受ける空気抵抗が減少し，共振周
波数を低下させることなく走査角度を増加させることが
できる。光走査装置を形状認識センサに適用した場合に
は単位時間当りに得られる情報量は増大する。また，駆
動電圧を減少させることも可能となる。さらにミラー部
の汚れを防ぐことができ，弾性変形部には外部からの腐
食物質等が付着しないので耐疲労性が高くなり，光走査
装置の信頼性が向上する。箱状体の内層がミラー部のス
トッパとして働くのでストッパを設ける必要がなく，弾
性変形部の破壊歪を越えるミラー部の変位を防ぐことが
できる。

【００１３】一実施態様においては，上記スキャナ基板
および上記保護基板が同じ材料で形成され，上記スキャ
ナ基板の中心面に関して面対称に形成される。

【００１４】基板の材料がすべて同じであれば熱膨張係
数も同じであり，周囲の温度変化による反りが発生せ
ず，これに伴う光走査装置の共振周波数変化も防止され
る。

【００１５】他の実施態様においては，上記スキャナ基
板がシリコンで形成される。上記保護基板はシリコンま
たはシリコン以外の材料で形成される。

【００１６】シリコン（特に(110) シリコン基板）はア
ルカリ系エッチング液によって高精度に垂直エッチング
することができるので，設計値に近い性能のミラー部お
よび弾性変形部に加工することが可能である。またシリ
コン基板はバッチ加工が可能なため，光走査装置の形状
加工プロセスにおけるコストが低減される。

【００１７】さらに他の実施態様においては，箱状体の
ミラー部に対向する壁面に可視光透過部が形成される。

【００１８】箱状体の壁面に可視光透過部を設けること
により，光源として安価なレーザを使用することができ
るようになるので，この光走査装置を含む光センシング
・システム全体のコストダウンが可能となる。好ましく
は，この可視光透過部はＳｉＮ膜で形成される。ＳｉＮ
膜は引張り応力をもち，たわまないため，ミラー部表面
に入射またはミラー部表面から反射した光の光路を曲げ
ることがなく，高精度の光走査が可能となる。

【００１９】さらに他の実施態様においては，上記光透
過部上にミラー部で反射した光を集光するレンズが設け
られる。

【００２０】レンズによってミラー部で反射した光が焦
点をもつため，光走査装置を形状認識センサに応用した
場合には，光走査装置から等距離の場所に関する情報を
選択的に収集することができる。好ましくは，このレン
ズはバイナリ・オプティクス（回折型フレネル・ゾーン
・プレート）で構成される。光透過部上に光を遮るパタ
ーンを形成するだけでよいので，レンズを張合せる工程
が必要なくなるとともに，レンズ自体も半導体プロセス
によって製作できるのでコストダウンが可能となる。

【００２１】さらに他の実施態様においては，箱状体の
表面に受光素子が設けられる。

【００２２】受光素子と光走査装置を一体化することに
よって，光センシング・システムの小型化が可能とな
る。好ましくは，この受光素子が保護基板へのｎ型また
はｐ型不純物ドーピングによって形成される。受光素子
形成プロセスを保護基板作製プロセスと共通にすること
によって，光走査装置全体の製作プロセスを単純化する
ことができる。

【００２３】さらに他の実施態様においては，上記ミラ
ー部の少なくとも一面に可動電極が設けられ，上記可動
電極に対向する箱状体の内面上に固定電極が設けられ，
上記可動電極と上記固定電極との間の静電容量変化に基
づいて振動周波数が検出される。

【００２４】これにより共振周波数変化の検出が可能と
なり，その検出信号を光走査装置を駆動する圧電アクチ
ュエータ（振動装置）にフィードバックすることで，あ
らかじめ設定した共振域で光を走査することができるよ
うになる。

【００２５】さらに他の実施態様においては，上記弾性
変形部に少なくとも１つの歪み検出素子が設けられ，上
記歪み検出素子の抵抗値の変化に基づいて振動周波数が
検出される。

【００２６】上述した静電容量変化に基づいて振動周波
数を検出する実施態様と同様に，共振周波数変化の検出
が可能となり，その検出信号を光走査装置を駆動する圧
電アクチュエータにフィードバックすることにより，設
定共振域で常に光を走査することができるようになる。
好ましくは，この歪み検出素子はシリコン基板上にｐ型
またはｎ型不純物の拡散によって形成されたピエゾ抵抗
素子である。さらに好ましくは，少なくとも１つのピエ
ゾ抵抗素子が弾性変形部の軸方向に対して４５度傾いて
形成される。弾性変形部の軸方向に対して４５度傾いた
方向にピエゾ抵抗素子を配置すると，弾性変形部のねじ
り振動に対して最も感度が高くなるので，ねじり振動に
基づく光走査を高精度に制御できる。

【００２７】さらに他の実施態様においては，箱状体の
内部空間に不活性ガスが存在する。

【００２８】箱状体の内部空間内に収められたミラー
部，弾性変形部，静電容量検出用電極（可動電極および
固定電極），ピエゾ抵抗素子等の歪み検出素子が不活性
ガスと反応しないので，化学反応による劣化のおそれが
なく，光走査装置の寿命が長くなる。

【００２９】さらに他の実施態様においては，静止時に
おける上記ミラー部と上記箱状体の内面との間の距離
が，上記弾性変形部において破壊を発生させる上記ミラ
ー部の最大変位量よりも小さくなるように作製される。

【００３０】箱状体の内面によって弾性変形部の破壊歪
を超えるミラー部の変位を防ぐことができるので，光走
査装置の信頼性が向上する。

【００３１】

【実施例】図１は光走査装置を示す斜視図，図２は図１
のII−II線にそう断面図，図３は図１のIII −III 線に
そう断面図である。図２および図３において，作図の便
宜上，および分りやすくするために，肉厚が実際よりも
厚めに強調して描かれている。このことは他の図面（断
面図）においても同様である。

【００３２】光走査装置１はスキャナ箱状体２を含んで
いる。このスキャナ箱状体２はそれに高周波振動を印加
するための圧電アクチュエータ３に取付けられている。
圧電アクチュエータ３は支持板４（たとえば電気回路基
板）に固定されている。

【００３３】スキャナ箱状体２は，２枚の保護基板30お
よび40，ならびにこれらの保護基板30，40の間にその一
部が挟まれかつ支持されたスキャナ基板20から構成され
ている。

【００３４】２枚の保護基板30，40にはそれぞれその内
面に凹部31，41が形成されている。このことによって，
保護基板30，40の内面の全周囲には突縁が存在する。

【００３５】一方，スキャナ基板20は，方形状のフレー
ム部24，このフレーム24の内側にフレーム24から離して
形成されたミラー部（振動子）25，およびこれらを一体
に連結する弾性変形部（梁部）26から構成されている。
フレーム部24はその両面において保護基板30，40の突縁
に挟まれかつ接合されている。フレーム部24の一辺はや
や巾が広く（この部分を符号24a で示す），部分24a か
ら弾性変形部26が一体にのびている。フレーム部の部分
24a に対応する保護基板30，40の突縁の部分も巾がやや
広く形成されている。

【００３６】保護基板30，40の凹部31と41とによって，
スキャナ基板20のミラー部25が振動する内部空間が形成
されている。この内部空間は密閉されており，かつ減圧
（大気圧よりも低い）されている。内部空間を真空にほ
ぼ近い状態としてもよい。

【００３７】スキャナ基板20の弾性変形部26はかなり細
く形成され，弾性を有しており，ミラー部25を片持ち状
に支持している。ミラー部25の少なくとも一面は走査す
べき光に関して鏡面となっている。弾性変形部26の長手
方向にのびる中心線を中心として，ミラー部25は非対称
である。したがってミラー部25の重心は弾性変形部26の
中心線から外れた位置にある。したがって，特開平４−
９５９１７号公報に記載の上述した光スキャナと同じよ
うに，弾性変形部26はねじれ変形モードと曲げ変形モー
ドの２つの共振振動モードを有している。

【００３８】後に説明するように，スキャナ基板20およ
び保護基板30，40はシリコン基板からつくられている。
シリコン基板は赤外光を透過する。この実施例の光走査
装置は赤外光を走査するものであり，スキャナ箱状体２
には入射光，反射光を通すための窓は設けられていな
い。この場合に，スキャナ基板20のミラー部25の鏡面
は，融点の高い金属（たとえば蒸着プロセスまたはスパ
ッタ・プロセスで形成されたＰｔ／Ｔｉ層等）によって
形成される。

【００３９】圧電アクチュエータ３を上記ねじれ変形モ
ードの共振周波数と曲げ変形モードの共振周波数が重量
した周波数で振動させると，その振動が保護基板40から
スキャナ基板20のフレーム部分24a に伝わり，弾性変形
部26がこれらの共振周波数に共振して振動する。ミラー
部25は互いに直交する二軸のまわりに振動することにな
る。

【００４０】外部から保護基板30または40を通してミラ
ー部25に向けて投射した赤外光はミラー部25で反射して
再び保護基板30または40を通って出射する。ミラー部25
が直交する２方向に振動しているので，ミラー部25から
の反射光は二次元的に走査されることになる。

【００４１】圧電アクチュエータ３の振動周波数を上記
の２つの共振周波数のいずれか一方のみとすれば，ミラ
ー部25は一方向にのみ（一軸のまわりでのみ）振動す
る。これにより，赤外光の一次元走査が達成される。

【００４２】圧電アクチュエータ３の振動の強さを調整
し，ミラー部25の振動の振幅を変化させることにより，
光ビームの走査角の調整も可能である。

【００４３】スキャナ箱状体２の内部空間は減圧されて
いるので，ミラー部25が振動したときの気体による抵抗
が小さく，振動振幅が大きくなる。これによって光の走
査角度が大きくなる。ミラー部25に重り等を取付けなく
てもよいので，重りを取付けることによって共振周波数
が低下する問題を回避できる。

【００４４】スキャナ箱状体２に外部から何らかの衝撃
が与えられたときにはミラー部25が大きく振動する可能
性がある。あまり大きな衝撃であると，弾性変形部26が
破損するおそれがある。上述の構成によると，保護基板
30，40が衝撃による破損防止用のストッパとして働くの
で新たにストッパを付加する必要がない。

【００４５】好ましくは，ミラー部（静止時の位置にあ
る）と保護基板の内面との間の間隔を，弾性変形部の破
壊歪を越えるミラー部の変位量よりも小さくしておく。
これによってミラー部の大きすぎる振動が生じたときに
弾性変形部が破壊するのを未然に防止することができ
る。

【００４６】ミラー部25はスキャナ箱状体２内に完全に
密閉されているので，ミラー部25の汚れを防ぐことがで
き，光走査装置の信頼性が向上する。弾性変形部26にも
外部からの腐食物質が付着しないので耐疲労性が良くな
り，この点からも光走査装置の信頼性が向上する。

【００４７】ミラー部25および弾性変形部26の表面をド
ライ・エッチング等で均等に削り取ることによって，保
護基板30，40とミラー部25との間に間隙を設けるように
することもできる。

【００４８】スキャナ基板20および保護基板30，40は，
好ましくはシリコン基板によって形成される。シリコン
（とくに(001) シリコン）はアルカリ系エッチング液に
よる高精度な垂直エッチングが可能であり，これにより
設計値に近い性能のミラー部および弾性変形部に加工す
ることができるからである。またシリコン基板はバッチ
加工が可能なため，光走査装置の形状加工プロセスにお
けるコストが低減できる。

【００４９】保護基板30および40はガラス基板等の材料
で形成してもよい。好ましくは保護基板30，40とスキャ
ナ基板20とは同じ材料で形成される。

【００５０】さらに好ましくは，図２および図３に示さ
れているように，スキャナ基板20の中心面（符号Ｎで示
すように，厚さ方向の中心を通る面）に関して，保護基
板30と40とが面対称の形に形成される。

【００５１】保護基板30，40およびスキャナ基板20の材
料がすべて同じであればそれらの熱膨張係数も同じであ
り，周囲の温度変化による反りが発生せず，反りの発生
に伴う光走査装置の共振周波数変化も防止されるからで
ある。保護基板30と40がスキャナ基板20の中心面に関し
て面対称であればこの効果が一層顕著になる。スキャナ
基板20および上下保護基板30，40のすべてをシリコン基
板で形成するのが最もよい。

【００５２】図４および図５は，上述したスキャナ基板
20，ならびに保護基板30および40の作製プロセスをそれ
ぞれ示している。これらは，図２に相当する断面図であ
る。

【００５３】図４を参照して，スキャナ基板20の作製プ
ロセスでは，まず(110) シリコン基板上のフレーム部2
4，ミラー部25および弾性変形部26に相当する部分（残
したい部分）にマスクが形成される（図４(A) ）。アル
カリ系のエッチング液によってシリコン基板のマスクが
形成されていない部分がエッチングされる。このエッチ
ングによって(110) シリコン基板の表面に対して垂直な
壁が形成される（図４(B) ）。マスクを除去することに
よってスキャナ基板20が完成する（図４(C) ）。必要で
あれば，特に上述したように，保護基板に窓を形成せず
に赤外光の走査を行う場合には，スキャナ基板20のミラ
ー部25の表面に反射膜（鏡面）が形成される。

【００５４】保護基板の作製プロセスでは，図５を参照
して，(100) シリコン基板または(110) シリコン基板上
において，スキャナ基板20のフレーム部24に相当する部
分にマスクが形成される（図５(A) ）。ドライ・エッチ
ングによってシリコン基板上のマスクが形成されていな
い部分が適当な深さまで均等に削り取る（図５(B) ）。
最後にマスクが除去される（図５(C) ）。保護基板20と
30は全く同じ形に形成される。

【００５５】このようにして作製されたスキャナ基板20
を挟むように，保護基板30と40をスキャナ基板20の両側
に配置し，これらのシリコン基板を高温雰囲気において
フュージョン・ボンディングにより接合する（図５(D)
）。スキャナ基板20のフレーム部24が両保護基板30，4
0の対応する部分と接合されることになる。このとき，
スキャナ箱状体２内に形成された閉空間内の酸素は内壁
に付着して酸化膜を形成する。したがって閉空間内は真
空またはそれに近い状態となる。上述したようにミラー
部25の振動時における空気抵抗が減少するので，共振周
波数を低下させることなく走査角度が増大する。

【００５６】スキャナ基板20と保護基板30，40とを酸素
と窒素の混合ガス雰囲気において，フュージョン・ボン
ディング法で接合してもよい。この場合，酸素はスキャ
ナ箱状体の閉空間の内壁に付着して酸化膜となるが，不
活性ガスである窒素は閉空間内に残留する。窒素は不活
性ガスであるから，閉空間内に収められたミラー部25，
弾性変形部26，後述する静電容量検出用電極および歪み
検出素子が周囲のガスと反応しないため，化学反応によ
る劣化のおそれがなく，光走査装置の寿命が長くなる。

【００５７】図６は保護基板30に可視光透過窓32が形成
された例を示すもので，図１に相当する斜視図である。
図７は図６のVII−VII線にそう断面図である。上述した
ものと同一物には同一符号を付し，重複説明を避ける。

【００５８】保護基板30に可視光透過窓32を設けること
により，光源として安価な可視光レーザを使用すること
ができるようになるので，この光走査装置を含む装置ま
たはシステム全体のコストダウンが可能となる。図７に
示すように保護基板30の可視光透過窓32を形成すべき箇
所（ミラー部25のほぼ中央に対応する箇所）を薄くドラ
イ・エッチングすることにより光透過窓32が形成され
る。基板20，30，40を接合するフュージョン・ボンディ
ングの際に，閉空間内の酸素が内壁に付いて，この薄い
窓32の部分が酸化膜となるため，可視光が透過するよう
になる。スキャナ基板20をシリコン基板で形成した場合
には，シリコン基板の表面が反射面となるので，ミラー
部25に必ずしも反射膜を形成する必要はない。

【００５９】図９は，可視光透過窓としてＳｉＮ膜34を
保護基板30に形成した例を示しており，図２または図７
に相当する断面図である。

【００６０】一方の保護基板30に窓33があけられ，この
窓33を覆うように内側からＳｉＮ膜34が設けられてい
る。ＳｉＮ膜34は可視光を透過するので，このＳｉＮ膜
34を通して可視光をミラー部25に入射させ，ミラー部25
からの反射光を外部に取出すことができる。ＳｉＮ膜34
は引張り応力をもち，たわまないため，ミラー部25の表
面に入射またはミラー部25の表面から反射した光の光路
を曲げることがなく，高精度の光走査が可能となる。

【００６１】図１０は，ＳｉＮ膜を保護基板30に形成す
るプロセスを示しており，図１１はスキャナ・カートリ
ッジの作製プロセスを示すものである。

【００６２】スキャナ基板20のフレーム部24に相当する
部分にマスクを形成し，保護基板30となるシリコン基板
のマスクされていない部分をドライ・エッチングで均等
に削り取り，マスクを除去するところまでは図５(A)，
(B)，(C)，に示すものと同じである（図１０(A)，
(B)，(C) ）。保護基板30の内面において光透過部を形
成すべき場所（ミラー部25のほぼ中央に対応する箇所）
に，ＬＰＣＶＤ法によりＳｉＮ膜52を形成する（図１０
(D) ）。さらに保護基板30の外面には，窓33を形成すべ
き場所（ＬＰＣＶＤ−ＳｉＮ膜34の裏側）を除いてアル
カリ・エッチングのためのマスクを形成する（図１０
(E) ）。

【００６３】図４および図５に示す方法により別途作製
したスキャナ基板20，保護基板40，および上述の方法に
より作製した保護基板30を高温雰囲気中におけるフュー
ジョン・ボンディングにより接合する（図１１(F) ）。
保護基板40の外面全面にもマスクをあらかじめ形成して
おく。

【００６４】この後，アルカリ系のエッチング液によっ
て異方性エッチングを行うことにより，窓33を形成する
（図１１(G) ）。エッチング断面は逆メサ状になり，エ
ッチングは保護基板30の内面に形成されたＳｉＮ膜34の
ところで停止する。最後に外部のマスクが除去される
（図１１(H) ）。この作製プロセスにおいては，光透過
膜として内部に形成されたＬＰＣＶＤ（Low Pressure C
hemical Vapor Deposition）−ＳｉＮ膜34をエッチング
停止層として用いている点に特徴がある。

【００６５】図１２は，図７に示すスキャナ箱状体２の
光透過窓32に集光レンズ53を設けた例を示している。光
源54から出射し，光透過窓32を通してスキャナ箱状体２
内に入射した光はミラー部25で反射する。ミラー部25が
振動することにより，上述したように反射光が一次元ま
たは二次元的に走査されることになる。ミラー部25から
の反射光は光透過窓32を通って外部に出射するときにレ
ンズ53によって集光され，被測定物の表面上にスポット
を形成する（形状認識センサに適用された場合。）この
ように，ミラー部25で反射した光が焦点をもつため，光
走査装置から等距離の場所における被測定物に関する情
報を選択的に収集することができる。

【００６６】図１３は，図９に示すスキャナ箱状体のＳ
ｉＮ膜34上に，バイナリ・オプティクスで構成されるレ
ンズ（回折型フレネル・レンズ）55を設けた例を示すも
ので，ＳｉＮ膜34部分の拡大図である。ＳｉＮ膜34上に
光を遮るパターンを，たとえばＡｌ，Ｐｔ等の金属で形
成するだけでよいので，レンズ等を張合せる工程が必要
なくなるとともに，レンズ自体も半導体プロセスによっ
て製作できるのでコストダウンが可能となる。レンズ55
はＳｉＮ膜34の表面を電子ビームで加工することによっ
ても形成できる。

【００６７】図１４は，図１２に示すスキャナ箱状体の
保護基板30上に被測定物からの反射光を受光する１また
は複数の受光素子56を設けた例を示している。受光素子
56をスキャナ箱状体に一体化することによって，光セン
シング・システムの小型化が可能となる。

【００６８】図１５は，受光素子57を保護基板30へのｎ
型またはｐ型不純物のドーピングによって形成した例を
示している。保護基板30はｐ型またはｎ型シリコン基板
で形成される。受光素子形成プロセスと保護基板作製プ
ロセスをともに半導体プロセスで実現することによっ
て，光走査装置全体の製作プロセスを単純化することが
できる。

【００６９】図１６は，ミラー部25の一面とこれに対向
する保護基板40の内面上にミラー部25の角度（傾き）を
モニタするための電極を設けた例を示している。

【００７０】スキャナ基板24のミラー部25の一面に可動
電極59が設けられている。保護基板40の可動電極59に対
向する面に，固定電極60が設けられている。これらの電
極59，60は金属（たとえばＰｔ）を蒸着等することによ
って，またはシリコン基板に不純物をドープすることに
よって形成される。電極59は弾性変形部26，フレーム部
24および保護基板40に形成された配線パターンを経て，
スキャナ箱状体２の外面に形成された外部電極61に接続
され，電極60は保護基板40に形成された配線パターンを
経て外部電極62に接続されている。スキャナ基板20のフ
レーム部24と保護基板40との接合部分においては，これ
らの配線パターンの厚さに相当する深さの溝が形成さ
れ，この溝内に配線パターンが形成されている。

【００７１】ミラー部25の他の上面および保護基板30の
内面に可動電極59および固定電極60をそれぞれ設けるよ
うにしてもよい。可動電極が使用する光に対して鏡面と
して作用する場合には，ミラー部の両面に可動電極を設
けるようにしてもよい。この場合には，両保護基板の内
面に固定電極が形成される。

【００７２】圧電アクチュエータ３によってスキャナ箱
状体２に高周波振動が印加されると，弾性変形部26は共
振振動し，ミラー部25はスキャナ箱状体２内の閉区間に
おいて変位する。可動電極59と固定電極60との間隙が変
化することによりこれらの電極59と60との間の静電容量
が変化し，この静電容量の変化を設定することにより振
動周波数が検出される。これにより共振周波数変化の検
出が可能となり，共振周波数を表わす信号を圧電アクチ
ュエータ３にフィードバックすることにより，あらかじ
め設定した共振域で常に光を走査することができる。

【００７３】図１７は，可動電極59および固定電極60を
設ける代わりに，弾性変形部26にミラー部25の角度（傾
き）をモニタするための歪み検出素子（ピエゾ抵抗素
子）を設けた例を示している。

【００７４】図１７(A) では２個の歪み検出素子63が，
弾性変形部26の軸方向にともに４５度傾いた配置で設け
られている。図１７(B) は１つの歪み検出素子63A が弾
性変形部26の軸方向に45度傾いた配置で，他の歪み検出
素子63B が軸方向に沿ってそれぞれ設けられている。

【００７５】歪み検出素子（歪みゲージ）は，弾性変形
部26に少なくとも１つ設けられ，好ましくはｐ型または
ｎ型不純物の拡散によって形成されたピエゾ抵抗素子で
ある。弾性変形部26の軸方向に対して４５度傾いた方向
にピエゾ抵抗素子63，63A を配置すると，弾性変形部26
のねじり振動に対して最も感度が高くなり，光の走査
（共振周波数）を高精度に制御できるようになる。弾性
変形部26の軸方向に沿って配置されたピエゾ抵抗素子63
B は曲げ振動の周波数の検出に用いられる。

【００７６】圧電アクチュエータ３によってスキャナ箱
状体２に高周波振動が印加されると，弾性変形部26は共
振振動し，ミラー部25は閉区間内において変位する。弾
性変形部26が伸縮することによりピエゾ抵抗素子の抵抗
値が変化し，この抵抗値の変化に基づいて振動周波数が
検出される。これにより，上述した静電容量変化に基づ
いて振動周波数を検出する実施例と同様に共振周波数変
化の検出が可能となり，検出した周波数を表わす信号を
圧電アクチュエータ３にフィードバックすることにより
あらかじめ設定した共振域で常に光を走査することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光走査装置を示す斜視図である。

【図２】図１のII−II線にそう断面図である。

【図３】図１のIII −III 線にそう断面図である。

【図４】(A) ，(B) および(C) はスキャナ基板の作製プ
ロセスを示す。

【図５】(A) ，(B) ，(C) および(D) は保護基板の作製
プロセスを示す。

【図６】保護基板に可視光透過窓が形成された実施例を
示すもので，図１に相当する斜視図である。

【図７】図６のVII−VII線にそう断面図である。

【図８】(A) ，(B) および(C) は図６に示す保護基板の
作製プロセスを示す。

【図９】可視光透過窓としてＳｉＮ膜を保護基板に形成
した実施例を示すもので，図７に相当する断面図であ
る。

【図１０】(A) ，(B) ，(C) ，(D) および(E) はＳｉＮ
膜を保護基板に形成する作製プロセスを示す。

【図１１】(F) ，(G) および(H) はＳｉＮ膜を保護基板
に形成する作製プロセスを示す。

【図１２】図７に示す光走査装置の光透過窓上にレンズ
を設けた実施例を示す断面図である。

【図１３】図９に示す光走査装置のＳｉＮ膜上に，バイ
ナリ・オプティクスで構成されるレンズを設けた実施例
を示すもので，ＳｉＮ膜部分の拡大断面図である。

【図１４】図１２に示す光走査装置の保護基板上に受光
素子を設けた実施例を示す断面図である。

【図１５】図１３に示す光走査装置の保護基板上に，ｎ
型またはｐ型不純物ドーピングによって形成した受光素
子を設けた実施例を示す断面図である。

【図１６】ミラー部および保護基板にミラー部の角度を
モニタするための電極を設けた実施例を示す断面図であ
る。

【図１７】(A) および(B) は弾性変形部にミラー部の角
度をモニタするための歪み検出素子を設けた実施例をそ
れぞれ示している。

【図１８】従来の光走査装置の一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

２スキャナ箱状体３圧電アクチュエータ４支持基板 20 スキャナ基板 24 フレーム部 25 ミラー部 30，40 保護基板 31，41 凹部 32，33 光透過窓 34 ＳｉＮ膜 53 レンズ 55 バイナリ・オプティクス（フレネル・ゾーン・プレ
ート） 56 受光素子 59 可動電極 60 固定電極 63，63A ，63B 歪み検出素子（ピエゾ抵抗素子）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−92409（ＪＰ，Ａ) 特開平４−211218（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に密閉された空間を有する箱状体を
備え，上記箱状体の内部に，光を反射させるミラー部
が，上記箱状体に取付けられた少なくとも一つの共振振
動モードを有する弾性変形部によって変位自在に支持さ
れており，上記箱状体の内部が減圧され，上記箱状体の上記ミラー部に対向する箇所に光透過部が
形成され，上記光透過部がＳｉＮ膜によって形成されている光走査
装置。
【請求項２】内部に密閉された空間を有する箱状体を
備え，上記箱状体の内部に，光を反射させるミラー部
が，上記箱状体に取付けられた少なくとも一つの共振振
動モードを有する弾性変形部によって変位自在に支持さ
れており，上記箱状体の内部が減圧され，上記箱状体の上記ミラー部に対向する箇所に光透過部が
形成され，上記光透過部上にレンズが設けられている光走査装置。
【請求項３】上記箱状体が，上記ミラー部と，方形状
のフレーム部と，上記ミラー部と上記フレーム部を連結
する上記弾性変形部とが形成されたスキャナ基板，およ
び上記スキャナ基板を挟むように上記フレーム部に接合
された２枚の保護基板から構成されている，請求項１ま
たは２に記載の光走査装置。
【請求項４】上記スキャナ基板および上記保護基板が
同じ材料で形成され，かつ上記スキャナ基板および上記
保護基板が上記スキャナ基板の中心面に関して面対称で
ある請求項３に記載の光走査装置。