JP3362341B2 - 振動子及び光スキャナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動子及び光スキャナに
関する。具体的にいうと、本発明は、レーザビームプリ
ンタやバーコードスキャナ等に用いられ、光ビームを少
なくとも１方向に走査する光スキャナと、その光スキャ
ナに用いられる振動子に関する。

【０００２】

【背景技術とその問題点】従来より用いられている光ス
キャナを図１１に示す。これはポリゴンスキャナ６１と
呼ばれるものであって、外周各面にミラー面６２を形成
された正多角形柱状のポリゴンミラー６３を直流サーボ
モータ６４によって１方向に回転させるようにしたもの
である。発光素子６５から出射した光ビームαをレンズ
６６によって集光させた後、ポリゴンミラー６３のミラ
ー面６２に照射させると、ポリゴンミラー６３の回転に
伴ってミラー面６２で反射された光ビームαが一定の範
囲θ_P内に走査されるものである。

【０００３】しかしながら、このようなポリゴンスキャ
ナ６１にあっては、ポリゴンミラー６３と直流サーボモ
ータ６４とから構成されているため、コストが高くつく
と共に小型化も困難であった。また、光ビームαの走査
角θ_Pもミラー面６２の面数によって決定されるため、
走査角θ_Pを変化させることが不可能であった。

【０００４】このため本発明の出願人は、バネ（振動
子）の弾性共鳴振動を利用した光スキャナ７１を提案し
ている。この光スキャナ７１を用いた光ビーム走査機構
７２を図１２に示す。この光ビーム走査機構７２は、発
光素子及び光ビーム集光用のレンズ等を内蔵した投光器
７３と、光スキャナ７１とを有している。光スキャナ７
１は、プレート状の振動子７４と該振動子７４を振動さ
せるための圧電素子等の駆動源７５とからなり、振動子
７４は、所定の弾性変形モードで共振する弾性変形部７
６と、弾性変形部７６の一端に設けられた振動入力部７
７と、他端に設けられたスキャン部７８とからなり、振
動入力部７７には駆動源７５が接合されており、スキャ
ン部７８にミラー面が形成されている。

【０００５】しかして、弾性変形部７６における弾性変
形モードの共振周波数と等しい周波数の振動を振動入力
部７７に加えると、この振動は弾性変形部７６によりス
キャン部７８の回転運動に変換される。よって、投光器
７３から出射された光ビームαをスキャン部７８のミラ
ー面に照射させていると、ミラー面で反射された光ビー
ムαはスキャン部７８の回動角の２倍のスキャン角で走
査されることになる。

【０００６】しかしながら、このような光ビーム走査機
構においては、光スキャナと投光部とが互いに独立の部
品となっているため、各部品が小型化されても、光スキ
ャナと投光部から光ビーム走査機構を組み立てた場合に
大きな組み立てスペースが必要となり、全体としての小
型化が困難であった。また、投光部と光スキャナの組み
立て時に投光部とミラー面との光軸調整作業が必要とな
り、その光軸調整作業が面倒であった。

【０００７】また、ミラー面で光ビームを反射させてス
キャンさせており、このミラー面はスキャン部と共に回
動するので、ミラー面は一定以上の面積（直径５ｍｍ以
上）を必要とし、振動子をさらに小型化する際の妨げに
なっていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、別途投光部を必要とすることなく光ビーム走査
機構を構成することができ、しかも、超小型かつ安価
で、組み立て時の光軸調整作業も不要な光スキャナと、
当該光スキャナに用いる振動子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の振動子
は、少なくとも１つの弾性変形モードを有する弾性変形
部と、弾性変形部の端部に設けられた振動入力部及びス
キャン部とを有し、振動入力部に印加された振動を弾性
変形部で所定の弾性変形モードに変換し、スキャン部を
少なくとも１軸周りに回動させるようにした振動子であ
って、前記スキャン部に凹部が設けられ、前記凹部内に
発光素子が配置され、前記スキャン部の表面にフレネル
レンズが設けられており、前記発光素子と前記フレネル
レンズの光軸が一致し、前記発光素子と前記フレネルレ
ンズの距離がフレネルレンズの焦点距離とほぼ等しいか
それよりも短くなっていることを特徴としている。請求
項２に記載の振動子は、請求項１に記載の振動子におけ
る前記スキャン部に設けられた前記凹部において、前記
凹部の側面を傾斜面にするとともに、前記傾斜面に鏡面
加工を施し、前記凹部内に配置された前記発光素子から
前記傾斜面に向けて光ビームを発射させるようにしたこ
とを特徴としている。

【００１０】請求項３に記載の光スキャナは、請求項１
又は２に記載された振動子と、前記弾性変形部の弾性変
形モードに対する共振周波数の振動を前記振動入力部に
印加するための駆動源とを備えたことを特徴としてい
る。

【００１１】請求項４に記載の光スキャナは、請求項３
に記載の光スキャナにおける前記駆動源が、静電力によ
って振動入力部に共振周波数の振動を印加するものであ
ることを特徴としている。

【００１２】請求項５に記載の光スキャナは、請求項３
に記載の光スキャナにおける前記駆動源が、振動子の可
動部分の一部に設けられた第１の静電電極と、この第１
の静電電極に対向させて固定された第２の静電電極とか
ら構成され、第１及び第２の静電電極に駆動電圧を印加
することにより前記振動子を少なくとも１方向に回動さ
せるようにしたことを特徴としている。

【００１３】

【作用】請求項１に記載の振動子にあっては、スキャン
部に発光素子とフレネルレンズが設けられており、発光
素子とフレネルレンズの光軸が一致し、発光素子とフレ
ネルレンズの距離がフレネルレンズの焦点距離とほぼ等
しいかそれよりも短くなっているから、フレネルレンズ
を通過した光はほぼコリメート光となり、振動入力部に
振動を印加すると、スキャン部が回転し、光ビーム（コ
リメート光）が走査される。 こうして発光素子と振動子
とフレネルレンズを一体化した結果、発光素子から出射
された光ビームを反射させ走査させるためのミラーが振
動子に必要なくなり、発光素子やフレネルレンズを固定
するための部材も必要なくなる。従って、請求項１に記
載の振動子にあっては、発光素子を備えた振動子を小型
・軽量化でき、構造を簡単にでき、コストを安価にでき
る。 また、レンズとしてフレネルレンズを用いているの
で、振動子を小型軽量化することができ、振動子の慣性
モーメントが小さくなり、駆動源が小型になり、かつ消
費電力も低くなる。 さらに、この振動子にあっては、ス
キャン部に設けられた凹部内に発光素子が配置され、か
つ、スキャン部の表面にフレネルレンズが設けられてい
るので、スキャン部に凹部を設けることなくスキャン部
の表面に発光素子を配置した構造と比較して振動子が小
型になり、また凹部を設けることによってスキャン部を
軽量化することができ、振動子の慣性モーメントが小さ
くなって駆動源を小型化でき、かつ消費電力も低くする
ことができる。

【００１４】請求項２に記載の振動子にあっては、請求
項１に記載の振動子において、スキャン部に設けられた
凹部の側面を傾斜面にするとともに該傾斜面に鏡面加工
を施し、凹部内に配置された前記発光素子から前記傾斜
面に向けて光ビームを発射させるようにしているので、
発光素子とフレネルレンズの間の光路がほぼ９０度曲げ
られ、凹部の深さが浅くても発光素子とフレネルレンズ
の間に必要な距離を容易に確保することができる。

【００１５】請求項３に記載の光スキャナにあっては、
少なくとも１つの弾性変形モードを有する弾性変形部
と、弾性変形部の端部に設けられた振動入力部及びスキ
ャン部とを有し、振動入力部に印加された振動を弾性変
形部で所定の弾性変形モードに変換し、スキャン部を少
なくとも１軸周りに回動させるようにした振動子と、前
記弾性変形部の弾性変形モードに対する共振周波数の振
動を弾性変形部に印加するための駆動源と、前記スキャ
ン部に設けられた凹部と、前記凹部内に設けられた発光
素子と前記スキャン部表面に設けられたフレネルレンズ
とから構成されているので、駆動源により振動入力部に
振動を印加すると、スキャン部が回転し、発光素子から
出射されている光ビームが走査される。

【００１６】こうして発光素子と振動子とフレネルレン
ズを一体化した結果、発光素子から出射された光ビーム
を反射させ走査させるためのミラーが振動子に必要なく
なり、発光素子を固定するための部材も必要なくなる。
従って、請求項３に記載の光スキャナにあっては、小型
・軽量化でき、構造を簡単にでき、コストを安価にでき
る。さらに、請求項３に記載の光スキャナにあっても、
スキャン部に設けられた凹部内に発光素子が配置され、
かつ、スキャン部の表面にフレネルレンズが設けられて
いるので、発光素子が凹部内に納まって光スキャナが小
型になり、また凹部によってスキャン部が軽量化され、
振動子の慣性モーメントが小さくなって駆動源を小型化
でき、かつ消費電力も低くすることができる。

【００１７】請求項４に記載の光スキャナにあっては、
請求項３に記載の光スキャナにおいて、静電力によって
振動入力部に共振周波数の振動を印加する駆動源を用い
ているから、小型かつ安価な駆動源を用いることがで
き、光スキャナを小型かつ安価にすることができる。

【００１８】請求項５に記載の光スキャナにあっては、
請求項３に記載の光スキャナにおいて、振動子の可動部
分の一部に設けられた第１の静電電極と、第１の静電電
極に対向させて固定された第２の静電電極とから駆動源
を構成しているので、第１及び第２の静電電極を付加す
るだけで静電力により振動入力部に振動を印加すること
ができ、駆動源を小型かつ安価に構成することができ
る。

【００１９】

【実施例】図１（ａ）（ｂ）は本発明の第１の実施例に
よる光スキャナ１を示す平面図及び断面図である。この
光スキャナ１に用いられている振動子２は、曲げ変形モ
ードを有する板バネ状の弾性変形部３の一端に厚肉の振
動入力部４を設け、他端にスキャン部５を設けたもので
ある。スキャン部５の上面には発光素子６を収納するた
めの凹部７を凹設してあり、凹部７内の底面には半導体
レーザチップやＬＥＤチップ等の面発光型の発光素子６
が実装されている。また、スキャン部５の上面には、微
小光学素子の代表であるマイクロフレネルレンズ８が接
着されている。フレネルレンズ８と発光素子６とは光軸
を一致させてあり、さらにフレネルレンズ８と発光素子
６との距離はマイクロフレネルレンズ８の焦点距離とほ
ぼ等しいか、あるいはそれよりも小さくしてあり、発光
素子６から出射された光ビームαはフレネルレンズ８を
透過することにより、コリメート光もしくはコリメート
に近い集束光に変換される。このように発光素子６から
出射された光ビームαをコリメートもしくは集光させる
ための光学素子としてフレネルレンズ８を用いれば、振
動子２上への集積性を高めることができ、また、同心円
状パターンの微細化によって短焦点化を図れ、薄い振動
子２上に発光素子６とフレネルレンズ８とを実装するこ
とが可能になる。

【００２０】 この振動子２の振動入力部４の下面をベー
ス９に固定された圧電素子１０の自由端に接合させて光
スキャナ１が構成されている。このように駆動源として
小型アクチュエータである圧電素子１０を用いることに
より光スキャナ１の小型化を図れる。

【００２１】 つぎに、シリコン製の振動子２を用いた光
スキャナの製作方法を説明する。まず初めに、光学系の
設計を行なう。発光素子６をフレネルレンズ８から焦点
距離Ｆだけ離れた焦点位置に置くと、フレネルレンズ８
を透過した後の光ビームαはコリメート光となる。ま
た、この焦点位置からΔｓだけ離れた位置に発光素子６
を置くと、フレネルレンズ８のレンズ面からＬの距離に
焦点を結ぶ集束光ビームαとなる。この光ビームαの集
光位置までの距離Ｌは次の数式１で与えられる。

【００２２】

【数１】

【００２３】従って、出射ビームの所望形態（すなわ
ち、集光位置までの距離Ｌ）が決まると、数式１よりフ
レネルレンズ８と発光素子６との距離Ｆ＋Δｓが決定さ
れる。

【００２４】 この結果に基づき、スキャン部５の上面に
固着されるフレネルレンズ８と凹部７の底面に実装され
る発光素子６との距離がＦ＋Δｓとなるよう、シリコン
基板に凹部７を設ける。ただし、フレネルレンズ８にお
いては、フレネルレンズパターン８ａはレンズ基板８ｂ
の上に設けられているので、シリコン基板に設ける凹部
７の深さＨは上記Ｆ＋Δｓからレンズ基板８ｂの厚さＴ
を差し引いた深さとする。シリコン基板に凹部７を加工
する場合には、異方性エッチング技術を用い、エッチン
グレートからエッチング時間を割出し、エッチング時間
を管理することにより凹部７の深さＨを精度よく加工す
ることができる。

【００２５】 シリコン基板に凹部７を加工した後、凹部
７の底面に発光素子６を実装し、ついで凹部７の上面に
発光素子６と位置合わせしてフレネルレンズ８を配置
し、紫外線硬化型樹脂等を用いて凹部７の上面にフレネ
ルレンズ８を接着する。なお、発光素子６への配線手段
は図示していないが、発光素子６に接合されたワイヤ等
を振動子２の外部へ引き出してもよく、あるいは、振動
子２の表面に配線パターンを形成し、発光素子６を当該
配線パターンに接続してもよい。

【００２６】 つぎに、圧電素子１０の通常の振動振幅で
スキャン部５の所望回動角が得られるように弾性変形部
３の厚みｔを設計すると、シリコン基板の裏面側からの
エッチング量が決まる。したがって、シリコン基板の弾
性変形部形成箇所をそのエッチング量だけ裏面側から異
方性エッチングすれば、厚みｔの弾性変形部３が得られ
る。

【００２７】 なお、シリコン基板に凹部７と弾性変形部
３を成形するための異方性エッチング加工においては、
例えば（１００）面シリコン基板（ウエハ）を用い、エ
ッチング箇所以外の領域を覆うエッチング保護膜として
ＳｉＯ₂やＳｉ₃Ｎ₄を用い、エッチャントとして２０〜
４０％のＫＯＨを用いると、効果的にエッチングするこ
とができる。

【００２８】 こうして製作された振動子２の振動入力部
４に圧電素子１０を接合させると、光スキャナ１が形成
される。

【００２９】 つぎに、図１（ａ）（ｂ）のような光スキ
ャナ１の動作を説明する。この光スキャナ１は弾性変形
部３の弾性共振振動を利用するものであって、振動子２
は図２のような質点Ｍと長さＤのバネＳ（この固定端が
弾性変形部３の基端Ａに当たる）とからなる１自由度バ
ネ系によって模式的に表わすことができる。

【００３０】 弾性変形部３の弾性変形モードは、弾性変
形部３の基端Ａを中心とした曲げ変形モードであるの
で、その曲げ変形モードの共振振動数ｆ_Bを求めると次
の数式２のようになる。

【００３１】

【数２】

【００３２】ここで、Ｉ_AはＡ点の周りの回転慣性モー
メント、ｋ_BはＡ点の周りにおける弾性変形部３の曲げ
剛性を示す。

【００３３】 しかして、スキャナ駆動回路（図示せず）
により圧電素子１０を駆動し、圧電素子１０を弾性変形
部３における曲げ変形モードの共振周波数ｆ_Bと等しい
周波数で図１（ｂ）のｘ方向に振動させると、圧電素子
１０の振動が振動入力部４に印加される。振動入力部４
に当該振動が入力されると、弾性変形部３（バネＳ）が
曲げ変形モードで共振し、スキャン部５（質点Ｍ）が弾
性変形部３の曲げ方向にθ_Aの角度で回動させられる。
このとき発光素子６から光ビームαが出射されている
と、スキャン部５の回転に伴って光ビームαもθ_Aのス
キャン角で走査される。また、圧電素子１０の振幅（あ
るいは、スキャナ駆動回路の出力電圧）を変化させるこ
とによりスキャン部５の回動角を変化させることができ
るので、光ビームαのスキャン角も制御することができ
る。

【００３４】 上記のような構造の光スキャナ１は、板バ
ネ状の振動子２と、駆動源である圧電素子１０と、発光
素子６及びフレネルレンズ８が一体に集積化されている
ので、超小型化及び軽量化することができる。特に、光
学素子としてフレネルレンズ８を用いているので、フレ
ネルレンズ８の同心円状パターンを微細化することによ
って厚みを大きくすることなく短焦点化することがで
き、ほぼスキャン部５の厚み内にフレネルレンズ８と発
光素子６を同時に搭載することが可能になる。

【００３５】 図３（ａ）（ｂ）は、本発明の第２の実施
例による光スキャナ１１を示す平面図及び断面図であ
る。この光スキャナ１１に用いられている振動子２は、
２軸方向に弾性変形可能となっている。すなわち、トー
ションバー状をした弾性変形部３の一端に振動入力部４
を側方へ偏心させて設け、弾性変形部３の他端にスキャ
ン部５を側方へ偏心させて設けてある。

【００３６】 しかして、圧電素子１０より振動入力部４
へ弾性変形部３における曲げ変形モードの共振周波数ｆ
_Bと等しい周波数の振動を印加すると、図３（ｂ）に示
すように弾性変形部３が曲げ変形モードで共振し、スキ
ャン部５がθ_B方向に回動する。このとき発光素子６か
ら光ビームαが出射されていると、光ビームαはθ_B方
向と直角な方向に走査される。また、振動入力部４へ弾
性変形部３におけるねじれ変形モードの共振周波数ｆ_T
と等しい周波数の振動を印加すると、図３（ａ）に示す
ように弾性変形部３がねじれ変形モードで共振振動し、
スキャン部５がθ_T方向に回動する。同様に発光素子６
から出射されている光ビームαもθ_T方向に走査され
る。

【００３７】 図４は本発明の第３の実施例による静電力
駆動型の光スキャナ１２を示す断面図である。これは、
ベース９に固定された振動子２の固定端１３から弾性支
持部１４を水平に延出させ、弾性支持部１４の先端に振
動入力部４を設け、さらに振動入力部４の反対側から弾
性変形部３を延出させ、この弾性変形部３の先端に発光
素子６及びフレネルレンズ８を実装されたスキャン部５
を設けたものである。振動子２の振動入力部４の下面に
は第１の静電電極１５が設けられており、第１の静電電
極１５と対向させてベース９の上面には第２の静電電極
１６が固定されている。

【００３８】 この光スキャナ１２にあっては、静電電極
１５，１６間に電圧を印加すると、静電電極１５，１６
間に静電吸引力が発生し、スキャン部５が変位させられ
る。したがって、スキャナ駆動回路１７から静電電極１
５，１６間に交流電圧やパルス電圧等の駆動信号を印加
すると、静電電極１５，１６間に働く静電力によって振
動入力部４が上下に振動させられ、この駆動信号の周波
数を弾性変形部３におけるいずれかの弾性変形モードの
共振周波数と等しくすることにより弾性変形部３を当該
弾性変形モードで大きく共振させることができる。この
結果、スキャン部５が大きく回動し、発光素子６から出
射されている光ビームαが走査される。

【００３９】 図５は本発明の第４の実施例による光スキ
ャナ１８を示す断面図である。この光スキャナ１８にあ
っては、ベース９に固定された固定部１９から弾性変形
部３を水平に延出させ、弾性変形部３の先端にフレネル
レンズ８及び発光素子６を搭載されたスキャン部５を設
け、スキャン部５の下面を振動入力部４として第１の静
電電極１５を設け、ベース９に第１の静電電極１５と対
向させて第２の静電電極１６を固定してある。

【００４０】 この光スキャナ１８は、スキャナ駆動回路
から静電電極１５，１６間に駆動電圧を印加すると、静
電電極１５，１６間に働く静電力によってスキャン部５
が直接振動させられ、この振動が弾性変形部３の共振周
波数に等しいと、弾性変形部３が大きく撓んでスキャン
部５を大きな角度で回動させる。また、この実施例で
は、弾性変形部３を共振させず、静電電極１５，１６間
に一定の静電圧を印加すれば、スキャン部５を一定の角
度に保持させることができる。この場合には、光ビーム
αの角度変化は小さいが、光ビームαのスキャン方向を
固定させることができる。

【００４１】 図６に示すものは本発明の第５の実施例に
よる光スキャナ２０である。この光スキャナ２０にあっ
ては、スキャン部５に凹設された凹部７の側面に傾斜面
２１を設けると共にこの傾斜面２１に鏡面加工を施し、
凹部７の底面に実装された端面出射型の発光素子６から
鏡面加工された傾斜面２１に向けて光ビームαを出射さ
せるようにしている。発光素子６の端面から水平方向へ
出射された光ビームαは傾斜面２１で上方へ反射され、
凹部７の上面に固定されたフレネルレンズ８を通過して
集光もしくはコリメートされた後、スキャン部５の上面
から出射される。

【００４２】 図７に示すものは本発明の第６の実施例に
よる光スキャナに用いられる振動子２２であって、振動
子２２自体が発光素子６と同じ材料によって形成されて
おり、振動子２２のスキャン部５に発光素子６が一体に
形成され、かつ、振動入力部４または振動子２２のいず
れかの場所に発光素子６を駆動するための電極パッド部
４０，４３を設けてある。

【００４３】 図８（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はこの振動
子２２の製造方法を示す概略斜視図である。以下、この
振動子２２の製造方法を説明することによって振動子２
２の具体的構造を明らかにする。振動子２２を得るため
の振動子基板２３は、図７に示すように、ＭＯＣＶＤ
（metal-organic CVD）法等によって、ｎ−ＧａＡｓ基
板２４上にｎ−ＧａＡｓバッファ層２５、ｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ／ＡｌＡｓ高反射層２６、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層２７、ＧａＩｎＰ活性層２８、ｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層２９、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ電流ブロック層
３０、ｐ−ＡｌＧａＡｓ導電層３１、ｐ−ＧａＡｓキャ
ップ層３２（図８ではバッファ層２５〜キャップ層３２
を結晶成長層３３として示す。）を順次成長させたもの
である。

【００４４】 この振動子基板２３の上面をマスク（図示
せず）によって覆い、振動子基板２３の発光素子領域３
４内の適当な箇所でマスクに窓を開口し、この窓を通し
てＺｎ等の不純物をキャップ層３２からクラッド層２９
まで拡散させ、図８（ａ）に示すように、ｐ型の電流通
路領域３５を形成する。これにより、振動子基板２３の
発光素子領域３４には電流狭窄構造のＬＥＤや半導体レ
ーザ等の面発光型の発光素子６が一体に形成される。こ
こで、活性層２８から出射される光の吸収を避けるた
め、光出射部３６（電流通路領域３５の上面）でキャッ
プ層３２を除去して光出射窓３７を開口しておく。

【００４５】 ついで、図８（ｂ）に示すように、振動子
２２の平面パターンとなるように、光出射部３６及びそ
の周囲の適当な領域を除き、振動子基板２３の上面を例
えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）
等の誘電体からなる絶縁被膜３８で覆う。この後、発光
素子領域３４の上面のほぼ全体に発光素子６のｐ側電極
３９を設け、絶縁被膜３８上の適当な箇所に電極パッド
部４０を設け、ｐ側電極３９と電極パッド部４０をリー
ド部４１によって接続する。なお、ｐ側電極３９、リー
ド部４１及び電極パッド部４０は蒸着法等によって一度
に形成されるものであり、図７及び図８においてはｐ側
電極３９、リード部４１及び電極パッド部４０は図示せ
ず、それらの形成領域だけを破線で示している。このと
き、電極パッド部４０を振動入力部４に設けておくと、
電源等と接続されている発光素子駆動用のリード線（図
示せず）が振動入力部４の振動を妨げず、大きな振動振
幅をとることができる。

【００４６】 この後、振動子基板２３の上にフォトレジ
スト（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフィ工程に
よりフォトレジストを振動子形状にパターニングし、こ
のフォトレジストをマスクとして振動子基板２３を適当
な厚さ及び振動子形状にエッチングし、図８（ｃ）に示
すように、所望の振動子形状を得る。この時、スキャン
部５及び弾性変形部３の形状及び厚み等を適当に設計す
ることにより、任意の共振周波数に設計することができ
る。

【００４７】 最後に、ＧａＡｓ基板２４の発光素子領域
３４下面（あるいは、ＧａＡｓ基板２４の下面全体）に
ｎ側電極４２を形成することによって発光素子領域３４
に面発光型の発光素子６を形成し、さらに、振動入力部
４の上面に電極パッド部４３を設け、ｎ側電極４２と電
極パッド部４３を振動入力部４の外側に引き回したリー
ド線４４で接続し、図８（ｄ）又は図７に示すような振
動子２２を完成する。

【００４８】 しかして、この振動子２２ないし光スキャ
ナにあっては、電極パッド部４０，４３から発光素子６
に直流電圧を印加すると、電流通路領域３５を通して活
性層２８に電流が注入され、活性層２８から出た光が出
射され、発光素子６の光出射窓３７から外部へ光ビーム
αが出射される。一方、振動入力部４から振動を付与さ
れていると、スキャン部５を支持している２本のビーム
状をした弾性変形部３が曲げ変形モードで振動し、スキ
ャン部５を上下に回動させ、これによって発光素子６か
ら出射されている光ビームαがスキャンされる。

【００４９】 このように振動子２２上に直接発光素子６
を形成したので、部品点数を削減でき、組立性が向上す
る。しかも、振動子基板２３としてＧａＡｓ等のエピタ
キシャル成長基板を用いているので、発光素子６を振動
子２２中にモノリシックに作製でき、製造工程の低減が
可能になる。さらに、振動子２２と発光素子６の面倒な
位置合わせの必要もなくなり、組立性が向上する。それ
に伴ってコストダウンも図れる。

【００５０】 また、振動子２２のスキャン部５の大きさ
をチップ状の発光素子６の大きさとほぼ等しくでき、振
動入力部４に印加する振動振幅も小さくてよくなる。こ
れにより圧電素子等の駆動源の小型化と、駆動源を駆動
するための電源の駆動電圧を大幅に低減し、消費電力も
小さくすることができる。このため、これまで１００Ｖ
以上必要であった駆動電圧を大幅に小さくでき、乾電池
による駆動も可能になる。また、１ｍｍ角以下の大きさ
の光スキャナの実現も可能になる。

【００５１】 なお、図７の実施例は上記構造以外にも種
々の構造が可能である。例えば、この実施例では面発光
型のＡｌＧａＩｎＰ系の可視光発光素子について説明し
たが、これは端面出射型の発光素子でもよく、あるい
は、ＡｌＧａＩｎＰ系だけでなく、ＡｌＧａＡｓ系をは
じめとして、いかなる材料系の発光素子であってもよ
い。また、ＧａＡｓ基板２４の下面にｎ側電極４２を設
けず、電極パッド部４３を直接ＧａＡｓ基板２４の下面
に接続しても良い。

【００５２】 また、図７ではＧａＡｓ基板２４の下面の
ｎ側電極４２と振動入力部４に設けた電極パッド部４３
をリード線４４で接続しているが、これ以外の構造も可
能である。例えば、発光素子領域３４の近傍をＧａＡｓ
基板２４までエッチングし、このエッチングした部分で
電極パッド部４３をｎ側電極４２又はＧａＡｓ基板２４
に接続してもよい。

【００５３】 さらに、図７では弾性変形部３の曲げ変形
モードによりスキャン部５を１方向に回動させるように
したものを説明したが、２つ以上の弾性変形モードを有
し、２方向にスキャン部５が回動でき、２次元走査の可
能な光スキャナも可能である。

【００５４】 図９は本発明の第７の実施例による光スキ
ャナに用いられる振動子４５を示す斜視図である。この
振動子４５にあっては、表面に絶縁層を形成されたシリ
コン基板４６によって形成された振動子４５の表面に配
線パターン４７を形成し、スキャン部５の上に形成され
た配線パターンのボンディングパッド４８にチップ状の
発光素子６をハンダ４９でダイボンディングすることに
よって発光素子６を電極パッド部４３と接続し、ボンデ
ィングパッド４８の近傍に設けられたダイボンディング
パッド５０と発光素子６をボンディングワイヤ５１で接
続することによって発光素子６を電極パッド部４０に接
続している。

【００５５】 図１０は本発明の第８の実施例による光ス
キャナに用いられる振動子５２を示す斜視図である。こ
れはＳｉ（あるいは、ＧａＡｓ等の化合物半導体）の基
板５３を振動子形状に加工した後、基板５３のスキャン
部５の上にＭＯＣＶＤ法等を用いて発光素子６の結晶層
を成長させ、例えば図８と同様な工程によってスキャン
部５の上に一体に発光素子６を形成したものである。

【００５６】 なお、本発明は上記実施例以外にも種々の
実施例が可能である。特に、発光素子、フレネルレン
ズ、振動子、圧電素子、静電電極等の形状や材質、仕様
等は上記実施例に限るものではない。

【００５７】

【発明の効果】請求項１に記載した振動子によれば、ス
キャン部に凹部が設けられ、凹部内に発光素子が設けら
れ、スキャン部表面にフレネルレンズが設けられてお
り、発光素子とフレネルレンズの光軸が一致し、発光素
子とフレネルレンズの距離がフレネルレンズの焦点距離
とほぼ等しいかそれよりも短くなっているから、フレネ
ルレンズを通過した光はほぼコリメート光となり、振動
入力部に振動を印加すると、スキャン部が回転し、光ビ
ーム（コリメート光）が走査される。 また、この振動子
によれば、発光素子とフレネルレンズと振動子を一体化
しているので、発光素子やフレネルレンズと振動子とが
一体化されて発光素子やフレネルレンズと振動子との間
のスペースが無くなり、発光素子やフレネルレンズを固
定するための部材も別途必要なくなり、スキャン部には
光ビームを反射させるためのミラー面を設ける必要がな
くなる。さらに、発光素子やフレネルレンズをスキャン
部に設けたので、スキャン部を発光素子やフレネルレン
ズの寸法まで小型化することができ、ミラー面により光
ビームを反射させる場合のような寸法上の制約が少なく
なる。この結果、発光素子を備えた振動子をより小型か
つ軽量化することが可能になる。しかも、レンズとして
フレネルレンズを用いているので、振動子を小型軽量化
することができ、振動子の慣性モーメントが小さくな
り、駆動源が小型になり、かつ消費電力も低くなる。

【００５８】また、請求項１に記載した振動子によれ
ば、発光素子とフレネルレンズと振動子が１部品化さ
れ、発光素子及びフレネルレンズの固定部材やミラーが
不要になることで、光源を備えた振動子の部品点数を削
減でき、構造も簡略化できるので、コストを安価にする
ことができる。さらに、発光素子及びフレネルレンズが
スキャン部に設けられているので、発光素子とフレネル
レンズと振動子との位置調整も必要なくなり、発光素子
及びフレネルレンズの振動子への組込作業を容易にする
ことができる。 さらに、請求項１に記載の振動子によれ
ば、スキャン部に設けられた凹部内に発光素子が配置さ
れており、スキャン部表面にフレネルレンズが設けられ
ているので、振動子を小型化でき、また凹部によってス
キャン部が軽量化され、振動子の慣性モーメントを小さ
くできて駆動源を小型化でき、かつ消費電力も低くする
ことができる。

【００５９】請求項２に記載の振動子によれば、請求項
１に記載の振動子において、スキャン部に設けられた凹
部の側面を傾斜面にするとともに該傾斜面に鏡面加工を
施し、凹部内に配置された前記発光素子から前記傾斜面
に向けて光ビームを発射させるようにしているので、発
光素子とフレネルレンズの間の光路がほぼ９０度曲げら
れ、凹部の深さが浅くても発光素子とフレネルレンズの
間に必要な距離を容易に確保することができる。

【００６０】請求項３に記載した光スキャナによれば、
発光素子と振動子とフレネルレンズを一体化しているの
で、発光素子と振動子が一体化されて発光素子と振動子
の間のスペースが無くなり、発光素子を固定するための
部材も別途必要なくなり、スキャン部には光ビームを反
射させるためのミラー面を設ける必要がなくなる。さら
に、発光素子をスキャン部に設けたので、スキャン部を
発光素子の寸法まで小型化することができ、ミラー面に
より光ビームを反射させる場合のような寸法上の制約が
少なくなる。この結果、光スキャナをより小型かつ軽量
化することが可能になる。また、請求項３に記載した光
スキャナによれば、発光素子と振動子とフレネルレンズ
が１部品化され、発光素子の固定部材やミラーが不要に
なることで、光源を備えた振動子の部品点数を削減で
き、構造も簡略化できるので、コストを安価にすること
ができる。さらに、発光素子はスキャン部に設けられて
いるので、発光素子と振動子との位置調整も必要なくな
り、発光素子の振動子への組込作業を容易にすることが
できる。さらに、請求項３に記載の光スキャナにあって
も、スキャン部に設けられた凹部内に発光素子が配置さ
れ、スキャン部表面にフレネルレンズが設けられている
ので、発光素子が凹部内に納まって光スキャナを小型化
でき、また凹部によってスキャン部を軽量化でき、振動
子の慣性モーメントを小さくできて駆動源を小型化する
ことができ、かつ消費電力を低くすることができる。

【００６１】請求項４に記載の光スキャナにあっては、
請求項３に記載の光スキャナにおける前記駆動源を、静
電力によって振動入力部に共振周波数の振動を印加する
ものにしているから、駆動源を静電容量型として小型か
つ安価にすることができる。また、共振周波数の振動を
印加するようにしているので、低い電圧により大きな走
査角を得ることができる。

【００６２】請求項５に記載の光スキャナにあっては、
請求項３に記載の光スキャナにおいて、振動子の可動部
分の一部に設けられた第１の静電電極と、第１の静電電
極に対向させて固定された第２の静電電極とから駆動源
を構成しているので、第１及び第２の静電電極を付加す
るだけで駆動源を構成することができ、駆動源を小型か
つ安価にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例による光スキ
ャナを示す平面図及び断面図である。

【図２】上記実施例の作用説明のための模式図である。

【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の第２の実施例による光
スキャナを示す平面図及び断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例による光スキャナを示す
断面図である。

【図５】本発明の第４の実施例による光スキャナを示す
断面図である。

【図６】本発明の第５の実施例による光スキャナを示す
部分拡大断面図である。

【図７】本発明の第６の実施例による振動子を示す一部
省略した部分破断斜視図である。

【図８】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は同上の振動子の製
造方法を示す斜視図である。

【図９】本発明の第７の実施例による振動子を示す斜視
図である。

【図１０】本発明の第８の実施例による振動子を示す斜
視図である。

【図１１】従来例のポリゴンスキャナを示す概略図であ
る。

【図１２】本発明の出願人が提案している光スキャナを
用いた光ビーム走査光源を示す一部破断した斜視図であ
る。

【符号の説明】

２ 振動子 ３ 弾性変形部 ４ 振動入力部 ５ スキャン部 ６ 発光素子 ７ 凹部 ８ フレネルレンズ １０ 圧電素子 １５，１６ 静電電極 ２２ 振動子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−191118（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−205913（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−174117（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168220（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−151361（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの弾性変形モードを有す
   る弾性変形部と、弾性変形部の端部に設けられた振動入
   力部及びスキャン部とを有し、振動入力部に印加された
   振動を弾性変形部で所定の弾性変形モードに変換し、ス
   キャン部を少なくとも１軸周りに回動させるようにした
   振動子であって、 前記スキャン部に凹部が設けられ、前記凹部内に発光素
   子が配置され、前記スキャン部の表面にフレネルレンズ
   が設けられており、前記発光素子と前記フレネルレンズ
   の光軸が一致し、前記発光素子と前記フレネルレンズの
   距離がフレネルレンズの焦点距離とほぼ等しいかそれよ
   りも短くなっていることを特徴とする振動子。
2. 【請求項２】 前記スキャン部に設けられた前記凹部に
   おいて、前記凹部の側面を傾斜面にするとともに、前記
   傾斜面に鏡面加工を施し、前記凹部内に配置された前記
   発光素子から前記傾斜面に向けて光ビームを発射させる
   ようにしたことを特徴とする請求項１に記載の振動子。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載された振動子と、
   前記弾性変形部の弾性変形モードに対する共振周波数の
   振動を前記振動入力部に印加するための駆動源とを備え
   たことを特徴とする光スキャナ。
4. 【請求項４】 前記駆動源が、静電力によって振動入力
   部に共振周波数の振動を印加するものであることを特徴
   とする請求項３に記載の光スキャナ。
5. 【請求項５】 前記駆動源が、振動子の可動部分の一部
   に設けられた第１の静電電極と、この第１の静電電極に
   対向させて固定された第２の静電電極とから構成され、
   第１及び第２の静電電極に駆動電圧を印加することによ
   り前記振動子を少なくとも１方向に回動させるようにし
   たことを特徴とする請求項３に記載の光スキャナ。