JP3427564B2 - Optical scanning device - Google Patents

Optical scanning device

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JP3427564B2
JP3427564B2 JP12304395A JP12304395A JP3427564B2 JP 3427564 B2 JP3427564 B2 JP 3427564B2 JP 12304395 A JP12304395 A JP 12304395A JP 12304395 A JP12304395 A JP 12304395A JP 3427564 B2 JP3427564 B2 JP 3427564B2
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稔 坂田
正哲 池田
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【技術分野】この発明は光走査装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical scanning device.

【0002】[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。
BACKGROUND ART An optical scanning device is used for scanning an optical beam in a bar code reader, a laser beam printer, an optical scanning type shape recognition sensor and the like.

【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。
An example of this type of optical scanning device is shown in FIG. This is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-95917. This optical scanning device is composed of a plate 70 and a piezoelectric actuator 74. The plate 70 is composed of a mirror portion 71 for reflecting the light beam, a vibration input portion 72 for giving vibration from the outside, and an elongated elastic deformation portion 73 connecting these. The mirror portion 71 of the plate 70 is asymmetric with respect to the center line (Z axis) of the elastically deformable portion 73. That is, the center of gravity of the mirror portion 71 is located off the center line of the elastically deformable portion 73. The vibration input unit 72 is fixed to the piezoelectric actuator 74, and the minute vibration generated from the piezoelectric actuator 74 is applied.

【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(θT 方向)と,中心線に沿って
曲がる曲げ変形モード(θB 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θB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。
The elastic deformation portion 73 has two resonance vibration modes, a twist deformation mode (θ T direction) twisting around its center line and a bending deformation mode (θ B direction) bending along the center line. There is. By causing the piezoelectric actuator 74 to generate vibration including the resonance frequencies of these two resonance vibration modes, the elastic deformation portion 73 resonates, and the mirror portion 71 becomes θ.
It vibrates by being amplified in the T and θ B directions. As a result, the reflected light of the light that has entered the mirror section 71 from the light source is two-dimensionally scanned. By including only one resonance frequency in the vibration generated by the piezoelectric actuator 74,
One-dimensional scanning of light is performed.

【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。
Such an optical scanning device is a laser beam for one-dimensional scanning of bar code reading light in a bar code reader and a laser beam for forming a latent image on the surface of a photosensitive drum in a light beam printer (laser printer). It is used for one-dimensional scanning, two-dimensional scanning when light is projected on an object in a shape recognition device, and the like.

【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。
This optical scanning device has a feature that it can be downsized as compared with a galvano scanner in which a plane mirror is rotated by a motor, a polygon scanner in which a polygon mirror is rotated, and the like.

【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。
Further, the optical scanning device having the structure shown in FIG. 18 is required to have improved performance such as increasing the scanning angle and reducing the driving voltage of the piezoelectric actuator.

【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。
The presence of air resistance is one of the causes of obstacles when trying to increase the scanning angle.
In order to overcome the air resistance and increase the scanning angle, it is necessary to increase the vibration amount of the piezoelectric actuator, and for that purpose, the voltage for driving the piezoelectric actuator must be increased. If a weight is added to the back surface of the mirror section to increase the moment of inertia and increase the scanning angle, the resonance frequency of the elastically deforming section is lowered and the scanning speed of light becomes slow. In the shape recognition device using such an optical scanning device, the amount of information obtained per unit time is reduced.

【0009】[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。
DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to increase the scanning angle without lowering the resonance frequency.

【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。
The optical scanning device according to the present invention comprises a box-shaped body having a sealed space therein, and at least a mirror portion for reflecting light is attached to the box-shaped body inside the box-shaped body. It is movably supported by an elastically deformable portion having one resonance vibration mode, and the inside of the box-shaped body is decompressed.

【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。
In one embodiment, the optical scanning device further includes a vibrating device that applies vibrations including the resonance frequency of the resonance vibration mode to the entire box-shaped body. In a preferred embodiment, the box-shaped body includes a scanner board formed with the mirror section, a rectangular frame section, and the elastically deformable section connecting the mirror section and the frame section, and the scanner board. It is composed of two protective substrates joined to the frame portion so as to be sandwiched therebetween.

【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。
According to the present invention, since the internal space of the box-shaped body provided with the mirror portion and the elastically deformable portion is sealed and decompressed, the air resistance received by these is reduced and the resonance frequency is not lowered. The scan angle can be increased. When the optical scanning device is applied to the shape recognition sensor, the amount of information obtained per unit time increases. Further, it becomes possible to reduce the driving voltage. Further, it is possible to prevent the mirror portion from being soiled, and since the corrosive substances and the like from the outside do not adhere to the elastically deformable portion, fatigue resistance is enhanced and reliability of the optical scanning device is improved. Since the inner layer of the box-shaped body functions as a stopper for the mirror portion, it is not necessary to provide a stopper, and it is possible to prevent the displacement of the mirror portion beyond the breaking strain of the elastically deformable portion.

【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。
In one embodiment, the scanner substrate and the protective substrate are made of the same material, and are formed in plane symmetry with respect to the center plane of the scanner substrate.

【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。
If the materials of the substrates are all the same, the coefficients of thermal expansion are also the same, warpage due to ambient temperature changes does not occur, and changes in the resonance frequency of the optical scanning device due to this are also prevented.

【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。
In another embodiment, the scanner substrate is made of silicon. The protective substrate is made of silicon or a material other than silicon.

【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。
Since silicon (especially (110) silicon substrate) can be vertically etched with an alkaline etching solution with high precision, it can be processed into a mirror portion and an elastically deformable portion having performance close to the designed value. In addition, since the silicon substrate can be batch processed, the cost in the shape processing process of the optical scanning device is reduced.

【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。
In yet another embodiment, a visible light transmitting portion is formed on the wall surface of the box-shaped body facing the mirror portion.

【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。
By providing a visible light transmitting portion on the wall surface of the box-shaped body, an inexpensive laser can be used as a light source, so that the cost of the entire optical sensing system including this optical scanning device can be reduced. Becomes Preferably, this visible light transmitting portion is formed of a SiN film. SiN
Since the film has a tensile stress and does not bend, high-precision optical scanning is possible without bending the optical path of the light incident on or reflected from the mirror surface.

【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。
In still another embodiment, a lens for collecting the light reflected by the mirror section is provided on the light transmitting section.

【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。
Since the light reflected by the mirror portion by the lens has a focal point, when the optical scanning device is applied to a shape recognition sensor, it is possible to selectively collect information about equidistant locations from the optical scanning device. . Preferably, this lens is composed of binary optics (a diffractive Fresnel zone plate). Since it is only necessary to form a pattern that blocks light on the light transmitting portion, the step of bonding the lenses is not necessary, and the lens itself can be manufactured by the semiconductor process, so that the cost can be reduced.

【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。
In yet another embodiment, a light receiving element is provided on the surface of the box-shaped body.

【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。
By integrating the light receiving element and the optical scanning device, the size of the optical sensing system can be reduced. Preferably, this light receiving element is formed by doping the protective substrate with n-type or p-type impurities. By making the light receiving element forming process common to the protective substrate forming process, the manufacturing process of the entire optical scanning device can be simplified.

【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。
In still another embodiment, a movable electrode is provided on at least one surface of the mirror portion, and a fixed electrode is provided on the inner surface of the box-shaped body facing the movable electrode.
The vibration frequency is detected based on the change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode.

【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。
This makes it possible to detect the change in the resonance frequency, and by feeding back the detection signal to the piezoelectric actuator (vibration device) that drives the optical scanning device, it is possible to scan the light in the resonance region set in advance. become.

【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。
In yet another embodiment, at least one strain detecting element is provided in the elastically deformable portion, and the vibration frequency is detected based on the change in the resistance value of the strain detecting element.

【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。
Similar to the embodiment in which the vibration frequency is detected based on the change in capacitance described above, the change in resonance frequency can be detected, and the detection signal is fed back to the piezoelectric actuator that drives the optical scanning device. It becomes possible to always scan the light in the set resonance region.
Preferably, this strain detecting element is a piezoresistive element formed by diffusing p-type or n-type impurities on a silicon substrate. More preferably, at least one piezoresistive element is formed with an inclination of 45 degrees with respect to the axial direction of the elastically deformable portion. When the piezoresistive element is arranged in a direction inclined by 45 degrees with respect to the axial direction of the elastically deformable portion, the sensitivity is highest for the torsional vibration of the elastically deformable portion, so that the optical scanning based on the torsional vibration can be controlled with high accuracy. .

【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。
In yet another embodiment, an inert gas is present in the inner space of the box-shaped body.

【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。
Strain detection elements such as a mirror section, an elastically deformable section, electrodes for detecting capacitance (movable electrodes and fixed electrodes), piezoresistive elements, etc., which are housed in the inner space of the box-shaped body, do not react with the inert gas. Therefore, there is no fear of deterioration due to chemical reaction, and the life of the optical scanning device is extended.

【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。
In still another embodiment, the distance between the mirror portion and the inner surface of the box-shaped body at rest is smaller than the maximum displacement amount of the mirror portion that causes breakage in the elastically deformable portion. It is manufactured so that.

【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。
Since the inner surface of the box-shaped body can prevent the displacement of the mirror portion exceeding the breaking strain of the elastically deformable portion, the reliability of the optical scanning device is improved.

【0031】[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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a perspective view showing an optical scanning device, and FIG.
2 is a sectional view taken along line II-II, and FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. In FIGS. 2 and 3, the wall thickness is drawn thicker than the actual thickness for convenience of drawing and for easy understanding. This also applies to other drawings (cross-sectional views).

【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。
The optical scanning device 1 includes a scanner box-shaped body 2. The scanner box 2 is attached to a piezoelectric actuator 3 for applying high frequency vibration thereto.
The piezoelectric actuator 3 is fixed to a support plate 4 (for example, an electric circuit board).

【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。
The scanner box 2 is composed of two protective substrates 30 and 40, and a scanner substrate 20 which is partially sandwiched between and supported by these protective substrates 30 and 40.

【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。
Recesses 31 and 41 are formed on the inner surfaces of the two protective substrates 30 and 40, respectively. By this,
A projecting edge exists around the entire inner surfaces of the protective substrates 30 and 40.

【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。
On the other hand, the scanner board 20 has a rectangular frame portion 24, a mirror portion (vibrator) 25 formed inside the frame 24 and separated from the frame 24, and an elastic deformation portion (which integrally connects these portions). Beam part) 26.
The frame portion 24 is sandwiched and joined to the projecting edges of the protective substrates 30 and 40 on both sides thereof. One side of the frame portion 24 is slightly wide (this portion is indicated by reference numeral 24a), and the elastic deformation portion 26 integrally extends from the portion 24a. Frame part
The projecting edges of the protective substrates 30 and 40 corresponding to 24a are also formed to have a slightly wider width.

【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。
Due to the concave portions 31 and 41 of the protective substrates 30 and 40,
An internal space is formed in which the mirror portion 25 of the scanner board 20 vibrates. This internal space is sealed and decompressed (lower than atmospheric pressure). The internal space may be brought into a state close to a vacuum.

【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。
The elastically deforming portion 26 of the scanner substrate 20 is formed to be quite thin and has elasticity, and supports the mirror portion 25 in a cantilevered manner. At least one surface of the mirror section 25 is a mirror surface with respect to the light to be scanned. The mirror portion 25 is asymmetrical about the center line extending in the longitudinal direction of the elastically deformable portion 26. Therefore, the center of gravity of the mirror portion 25 is located off the center line of the elastically deforming portion 26. Therefore, JP-A-4-
Similar to the above-mentioned optical scanner described in Japanese Patent No. 95917, the elastically deformable portion 26 has two resonance vibration modes, that is, a torsional deformation mode and a bending deformation mode.

【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。
As will be described later, the scanner substrate 20 and the protective substrates 30 and 40 are made of silicon substrate.
The silicon substrate transmits infrared light. The optical scanning device of this embodiment scans infrared light, and the scanner box 2
Has no window for passing incident light and reflected light. In this case, the mirror surface of the mirror portion 25 of the scanner substrate 20 is formed by a metal having a high melting point (for example, a Pt / Ti layer formed by a vapor deposition process or a sputtering process).

【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。
When the piezoelectric actuator 3 is vibrated at a frequency in which the resonance frequency of the torsional deformation mode and the resonance frequency of the bending deformation mode are weighted, the vibration is transmitted from the protective substrate 40 to the frame portion 24a of the scanner substrate 20, and the elastically deformable portion. 26 resonates at these resonance frequencies and vibrates. The mirror section 25 vibrates around two axes orthogonal to each other.

【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。
Infrared light projected from the outside through the protective substrate 30 or 40 toward the mirror portion 25 is reflected by the mirror portion 25 and is emitted again through the protective substrate 30 or 40. Mirror section 25
Are oscillated in two directions orthogonal to each other, so that the reflected light from the mirror section 25 is two-dimensionally scanned.

【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。
If the vibration frequency of the piezoelectric actuator 3 is set to only one of the above two resonance frequencies, the mirror section 25 vibrates only in one direction (only around one axis). As a result, one-dimensional scanning of infrared light is achieved.

【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。
By adjusting the vibration intensity of the piezoelectric actuator 3 and changing the vibration amplitude of the mirror section 25,
It is also possible to adjust the scanning angle of the light beam.

【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。
Since the internal space of the scanner box 2 is decompressed, the resistance by the gas when the mirror portion 25 vibrates is small, and the vibration amplitude is large. This increases the light scanning angle. Since it is not necessary to attach a weight or the like to the mirror portion 25, it is possible to avoid the problem that the resonance frequency is lowered by attaching the weight.

【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。
When the scanner box-shaped body 2 is given an external shock, the mirror portion 25 may vibrate significantly. If the impact is too large, the elastically deformable portion 26 may be damaged. According to the above configuration, the protective substrate
Since 30 and 40 act as stoppers to prevent damage due to impact, it is not necessary to add new stoppers.

【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。
Preferably, the distance between the mirror portion (at a stationary position) and the inner surface of the protective substrate is smaller than the displacement amount of the mirror portion that exceeds the breaking strain of the elastically deformable portion.
As a result, it is possible to prevent the elastically deformable portion from being destroyed when excessive vibration of the mirror portion occurs.

【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。
Since the mirror part 25 is completely sealed in the scanner box-like body 2, the mirror part 25 can be prevented from being soiled and the reliability of the optical scanning device is improved. Since corrosive substances from the outside do not adhere to the elastically deformable portion 26, fatigue resistance is improved, and in this respect also, the reliability of the optical scanning device is improved.

【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。
It is possible to evenly scrape the surfaces of the mirror portion 25 and the elastically deformable portion 26 by dry etching or the like to provide a gap between the protective substrates 30 and 40 and the mirror portion 25.

【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。
The scanner board 20 and the protection boards 30 and 40 are
It is preferably formed by a silicon substrate. This is because silicon (particularly (001) silicon) can be subjected to highly accurate vertical etching with an alkaline etching solution, and by doing so, it can be processed into mirror parts and elastically deformed parts with performance close to the design value. In addition, since the silicon substrate can be batch processed, the cost of the shape processing process of the optical scanning device can be reduced.

【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。
The protective substrates 30 and 40 may be formed of a material such as a glass substrate. Preferably, the protective substrates 30 and 40 and the scanner substrate 20 are made of the same material.

【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。
More preferably, as shown in FIGS. 2 and 3, with respect to the center plane of the scanner substrate 20 (the plane passing through the center in the thickness direction as indicated by the symbol N), the protective substrates 30 and 40 are provided. And are formed in plane symmetry.

【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。
If the materials of the protective substrates 30 and 40 and the scanner substrate 20 are all the same, their thermal expansion coefficients are also the same, so that warpage due to ambient temperature change does not occur, and the optical scanning device is not affected by the warpage. This is because the resonance frequency change is also prevented. If the protective substrates 30 and 40 are plane-symmetric with respect to the center plane of the scanner substrate 20, this effect will be more remarkable. It is best that the scanner substrate 20 and the upper and lower protection substrates 30 and 40 are all formed of silicon substrates.

【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。
FIGS. 4 and 5 show the above-mentioned scanner board.
20 shows a manufacturing process of the protective substrate 20 and the protective substrates 30 and 40, respectively. These are sectional views corresponding to FIG.

【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。
Referring to FIG. 4, in the manufacturing process of the scanner substrate 20, first, the frame portion 2 on the (110) silicon substrate is formed.
4, a mask is formed on a portion corresponding to the mirror portion 25 and the elastically deforming portion 26 (a portion to be left) (FIG. 4 (A)). The portion of the silicon substrate where the mask is not formed is etched by the alkaline etching solution. By this etching, a wall perpendicular to the surface of the (110) silicon substrate is formed (FIG. 4 (B)). The scanner substrate 20 is completed by removing the mask (FIG. 4C). If necessary, in particular, as described above, when the infrared light is scanned without forming the window on the protective substrate, a reflective film (mirror surface) is formed on the surface of the mirror portion 25 of the scanner substrate 20. .

【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。
In the process of manufacturing the protective substrate, referring to FIG. 5, a mask is formed on the (100) silicon substrate or the (110) silicon substrate at a portion corresponding to the frame portion 24 of the scanner substrate 20 (see FIG. 5 (A)). The portion of the silicon substrate where the mask is not formed is evenly shaved to an appropriate depth by dry etching (FIG. 5 (B)).
Finally, the mask is removed (FIG. 5 (C)). With the protective substrate 20
30 is formed in exactly the same shape.

【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。
The scanner substrate 20 manufactured in this way
The protective substrates 30 and 40 are arranged on both sides of the scanner substrate 20 so as to sandwich them, and these silicon substrates are joined by fusion bonding in a high temperature atmosphere (FIG. 5 (D)).
). The frame part 24 of the scanner board 20 has both the protection boards 30 and 4
It will be joined to the corresponding part of 0. At this time,
Oxygen in the closed space formed in the scanner box 2 adheres to the inner wall to form an oxide film. Therefore, the closed space becomes a vacuum or a state close to it. As described above, since the air resistance during the vibration of the mirror portion 25 is reduced, the scanning angle is increased without lowering the resonance frequency.

【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。
The scanner substrate 20 and the protective substrates 30 and 40 may be joined by a fusion bonding method in a mixed gas atmosphere of oxygen and nitrogen. In this case, oxygen adheres to the inner wall of the closed space of the scanner box to form an oxide film, but nitrogen, which is an inert gas, remains in the closed space. Since nitrogen is an inert gas, the mirror section 25 contained in the closed space,
Since the elastic deformation portion 26, the electrostatic capacitance detection electrode and the strain detection element described later do not react with the surrounding gas, there is no risk of deterioration due to chemical reaction, and the life of the optical scanning device is extended.

【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。
FIG. 6 shows an example in which the visible light transmitting window 32 is formed on the protective substrate 30, and is a perspective view corresponding to FIG.
FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG. The same components as those described above are designated by the same reference numerals to avoid redundant description.

【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。
By providing the visible light transmitting window 32 on the protective substrate 30, it becomes possible to use an inexpensive visible light laser as a light source, so that the cost of the device including this optical scanning device or the entire system can be reduced. Becomes As shown in FIG. 7, the light transmitting window 32 is formed by thinly dry-etching the portion of the protective substrate 30 where the visible light transmitting window 32 is to be formed (the portion corresponding to approximately the center of the mirror portion 25). During fusion bonding for bonding the substrates 20, 30, 40, oxygen in the closed space adheres to the inner wall, and the thin window 32 becomes an oxide film, so that visible light is transmitted. When the scanner substrate 20 is formed of a silicon substrate, the surface of the silicon substrate serves as a reflection surface, and therefore it is not always necessary to form a reflection film on the mirror portion 25.

【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。
FIG. 9 shows an example in which the SiN film 34 is formed on the protective substrate 30 as a visible light transmitting window.
It is a sectional view corresponding to.

【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。
A window 33 is opened in one protective substrate 30, and a SiN film 34 is provided from the inside so as to cover the window 33. Since the SiN film 34 transmits visible light, this SiN film
Visible light is made incident on the mirror section 25 through
The reflected light from can be taken outside. SiN film 34
Has a tensile stress and does not bend, so that high-precision optical scanning is possible without bending the optical path of the light incident on the surface of the mirror portion 25 or reflected from the surface of the mirror portion 25.

【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。
FIG. 10 shows the process of forming the SiN film on the protective substrate 30, and FIG. 11 shows the process of manufacturing the scanner cartridge.

【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) )。
A mask is formed in a portion corresponding to the frame portion 24 of the scanner substrate 20, and the unmasked portion of the silicon substrate to be the protective substrate 30 is evenly shaved by dry etching to remove the mask. 5 (A),
It is the same as that shown in (B), (C), (Fig. 10 (A),
(B), (C)). A place where a light transmitting portion should be formed on the inner surface of the protective substrate 30 (a portion corresponding to almost the center of the mirror portion 25)
Then, the SiN film 52 is formed by LPCVD (FIG. 10).
(D)). Further, a mask for alkali etching is formed on the outer surface of the protective substrate 30 except for the place where the window 33 is to be formed (the back side of the LPCVD-SiN film 34) (FIG. 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。
The scanner substrate 20, the protective substrate 40, which is separately manufactured by the method shown in FIGS. 4 and 5, and the protective substrate 30, which is manufactured by the above method, are joined by fusion bonding in a high temperature atmosphere (FIG. 11 (F)). ).
A mask is previously formed on the entire outer surface of the protective substrate 40.

【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。
Thereafter, the window 33 is formed by performing anisotropic etching with an alkaline etching solution (FIG. 11 (G)). The etching cross section has an inverted mesa shape, and the etching stops at the SiN film 34 formed on the inner surface of the protective substrate 30. Finally, the external mask is removed (FIG. 11 (H)). In this manufacturing process, LPCVD (Low Pressure C
It is characterized in that the chemical vapor deposition-SiN film 34 is used as an etching stop layer.

【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。
FIG. 12 shows an example in which a condenser lens 53 is provided in the light transmitting window 32 of the scanner box-shaped body 2 shown in FIG. The scanner box 2 is emitted from the light source 54 and passes through the light transmitting window 32.
The light incident on the inside is reflected by the mirror unit 25. By vibrating the mirror unit 25, the reflected light is scanned one-dimensionally or two-dimensionally as described above. The light reflected from the mirror section 25 is condensed by the lens 53 when it is emitted to the outside through the light transmission window 32, and forms a spot on the surface of the object to be measured (when applied to a shape recognition sensor). As described above, since the light reflected by the mirror section 25 has a focus, it is possible to selectively collect information about the object to be measured at a position equidistant from the optical scanning device.

【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。
FIG. 13 shows S of the scanner box-like body shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged view of the SiN film 34 portion, showing an example in which a lens (diffractive Fresnel lens) 55 composed of binary optics is provided on the iN film 34. Since it is only necessary to form the pattern for blocking light on the SiN film 34 with a metal such as Al or Pt, the step of bonding the lens and the like is not necessary, and the lens itself can be manufactured by the semiconductor process, so that the cost can be reduced. Becomes Lens 55
Can also be formed by processing the surface of the SiN film 34 with an electron beam.

【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。
FIG. 14 shows an example in which one or a plurality of light receiving elements 56 for receiving the reflected light from the object to be measured are provided on the protective substrate 30 of the scanner box-like body shown in FIG. Light receiving element
By integrating 56 into the scanner box, the optical sensing system can be downsized.

【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。
In FIG. 15, the light receiving element 57 is connected to the protective substrate 30 by n.
An example formed by doping with a p-type or p-type impurity is shown. The protective substrate 30 is formed of a p-type or n-type silicon substrate. By implementing both the light receiving element forming process and the protective substrate manufacturing process by the semiconductor process, the manufacturing process of the entire optical scanning device can be simplified.

【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。
FIG. 16 shows an example in which an electrode for monitoring the angle (tilt) of the mirror portion 25 is provided on one surface of the mirror portion 25 and the inner surface of the protective substrate 40 facing the one surface.

【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。
A movable electrode 59 is provided on one surface of the mirror portion 25 of the scanner substrate 24. The fixed electrode 60 is provided on the surface of the protective substrate 40 facing the movable electrode 59. These electrodes 59 and 60 are formed by vapor-depositing a metal (for example, Pt) or by doping a silicon substrate with impurities. Electrode 59 is elastically deformable portion 26, frame portion
24 and the wiring pattern formed on the protective substrate 40,
The electrode 60 is connected to an external electrode 61 formed on the outer surface of the scanner box 2, and the electrode 60 is connected to an external electrode 62 via a wiring pattern formed on the protective substrate 40. A groove having a depth corresponding to the thickness of these wiring patterns is formed at the joint between the frame portion 24 of the scanner substrate 20 and the protective substrate 40, and the wiring pattern is formed in this groove.

【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。
The movable electrode 59 and the fixed electrode 60 may be provided on the other upper surface of the mirror portion 25 and the inner surface of the protective substrate 30, respectively. When the movable electrode acts as a mirror surface for the light used, the movable electrode may be provided on both surfaces of the mirror portion. In this case, fixed electrodes are formed on the inner surfaces of both protective substrates.

【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。
When high frequency vibration is applied to the scanner box-shaped body 2 by the piezoelectric actuator 3, the elastic deformation section 26 resonates and vibrates, and the mirror section 25 is displaced in the closed section of the scanner box-shaped body 2. A change in the gap between the movable electrode 59 and the fixed electrode 60 changes the electrostatic capacitance between the electrodes 59 and 60, and the vibration frequency is detected by setting the change in the electrostatic capacitance. This makes it possible to detect a change in the resonance frequency, and by feeding back a signal representing the resonance frequency to the piezoelectric actuator 3, it is possible to always scan the light in the preset resonance range.

【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。
FIG. 17 shows an example in which, instead of providing the movable electrode 59 and the fixed electrode 60, a strain detecting element (piezoresistive element) for monitoring the angle (tilt) of the mirror section 25 is provided in the elastically deforming section 26. Shows.

【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。
In FIG. 17A, the two strain detecting elements 63 are
The elastically deforming portions 26 are arranged in such a manner that they are inclined by 45 degrees in the axial direction. In FIG. 17B, one strain detecting element 63A is arranged at an angle of 45 degrees in the axial direction of the elastically deformable portion 26, and the other strain detecting elements 63B are respectively provided along the axial direction.

【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。
At least one strain detecting element (strain gauge) is provided in the elastic deformation portion 26, and is preferably a piezoresistive element formed by diffusion of p-type or n-type impurities. When the piezoresistive elements 63 and 63A are arranged in a direction inclined by 45 degrees with respect to the axial direction of the elastically deformable portion 26, the elastically deformable portion 26
The sensitivity is highest with respect to the torsional vibration of, and the scanning of light (resonance frequency) can be controlled with high accuracy. A piezoresistive element 63 arranged along the axial direction of the elastically deformable portion 26.
B is used to detect the frequency of bending vibration.

【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。
When high frequency vibration is applied to the scanner box-shaped body 2 by the piezoelectric actuator 3, the elastic deformation portion 26 resonates and vibrates, and the mirror portion 25 is displaced in the closed section. As the elastic deformation section 26 expands and contracts, the resistance value of the piezoresistive element changes, and the vibration frequency is detected based on the change in the resistance value. As a result, the resonance frequency change can be detected in the same manner as in the embodiment in which the vibration frequency is detected based on the electrostatic capacitance change described above, and the resonance frequency set in advance is fed back to the piezoelectric actuator 3 by feeding back a signal representing the detected frequency to the piezoelectric actuator 3. The area can always be scanned with light.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】光走査装置を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an optical scanning device.

【図2】図1のII−II線にそう断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.

【図3】図1のIII −III 線にそう断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.

【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。
4 (A), (B) and (C) show a manufacturing process of a scanner substrate.

【図5】(A) ,(B) ,(C) および(D) は保護基板の作製
プロセスを示す。
5 (A), (B), (C) and (D) show a process for manufacturing a protective substrate.

【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。
FIG. 6 is a perspective view corresponding to FIG. 1, showing an embodiment in which a visible light transmitting window is formed on a protective substrate.

【図7】図6のVII−VII線にそう断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG.

【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。
8A, 8B, and 8C show a manufacturing process of the protective substrate shown in FIG.

【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。
9 is a sectional view corresponding to FIG. 7, showing an embodiment in which a SiN film is formed on a protective substrate as a visible light transmitting window.

【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。
FIG. 10: (A), (B), (C), (D) and (E) are SiN
A manufacturing process for forming a film on a protective substrate is shown.

【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。
11 (F), (G) and (H) show a manufacturing process for forming a SiN film on a protective substrate.

【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。
12 is a cross-sectional view showing an embodiment in which a lens is provided on a light transmission window of the optical scanning device shown in FIG.

【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。
13 is an enlarged cross-sectional view of the SiN film portion, showing an embodiment in which a lens composed of binary optics is provided on the SiN film of the optical scanning device shown in FIG.

【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。
14 is a cross-sectional view showing an embodiment in which a light receiving element is provided on a protective substrate of the optical scanning device shown in FIG.

【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。
15 is a plan view showing an optical scanning device shown in FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example in which a light receiving element formed by p-type or p-type impurity doping is provided.

【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。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing an embodiment in which electrodes for monitoring the angle of the mirror section are provided on the mirror section and the protective substrate.

【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。
17 (A) and 17 (B) respectively show embodiments in which the elastic deformation portion is provided with a strain detection element for monitoring the angle of the mirror portion.

【図18】従来の光走査装置の一例を示す斜視図であ
る。
FIG. 18 is a perspective view showing an example of a conventional optical scanning device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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)
2 Scanner Box 3 Piezoelectric Actuator 4 Support Substrate 20 Scanner Substrate 24 Frame 25 Mirror 30, 40 Protective Substrate 31, 41 Recess 32, 33 Light Transmission Window 34 SiN Film 53 Lens 55 Binary Optics (Fresnel Zone Plate) ) 56 Light receiving element 59 Movable electrode 60 Fixed electrode 63, 63A, 63B Strain detection element (piezoresistive element)

───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) Reference JP-A-7-92409 (JP, A) JP-A-4-211218 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 26/10

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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。
1. A box-shaped body having a sealed space inside, wherein a mirror part for reflecting light is provided inside the box-shaped body to provide at least one resonance vibration mode attached to the box-shaped body. It is movably supported by an elastically deformable portion, the inside of the box-shaped body is decompressed, and a light-transmitting section is formed at a portion of the box-shaped body facing the mirror section. The light-transmitting section is a SiN film. Optical scanning device formed by.
【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。
2. A box-shaped body having a sealed space inside, wherein a mirror part for reflecting light is provided inside the box-shaped body to provide at least one resonance vibration mode attached to the box-shaped body. It is movably supported by the elastically deformable part, the inside of the box-shaped body is decompressed, and a light-transmitting part is formed at a portion of the box-shaped body facing the mirror part, and a lens is provided on the light-transmitting part. An optical scanning device provided with.
【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。
3. A scanner substrate, wherein the box-shaped body is formed with the mirror portion, a rectangular frame portion, and the elastically deformable portion connecting the mirror portion and the frame portion, and the scanner substrate. The optical scanning device according to claim 1, wherein the optical scanning device is composed of two protective substrates that are bonded to the frame portion so as to be sandwiched therebetween.
【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。
4. The optical scanning device according to claim 3, wherein the scanner substrate and the protective substrate are made of the same material, and the scanner substrate and the protective substrate are plane-symmetric with respect to the center plane of the scanner substrate.
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US6315423B1 (en) * 1999-07-13 2001-11-13 Input/Output, Inc. Micro machined mirror
EP1499560B1 (en) * 2002-04-29 2005-12-14 Micronic Laser Systems Ab Device for protecting a chip and method for operating a chip
JP2004245890A (en) * 2003-02-10 2004-09-02 Denso Corp Optical scanning device
JP2007298624A (en) * 2006-04-28 2007-11-15 Sumitomo Precision Prod Co Ltd Mems device
DE102012222988B4 (en) * 2012-12-12 2021-09-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Micromechanical resonator arrangement
JP2016065964A (en) * 2014-09-24 2016-04-28 株式会社デンソー Optical component
JP6439802B2 (en) 2014-12-08 2018-12-19 株式会社リコー Optical deflector, image display device, and object device
DE102017209645B4 (en) * 2017-06-08 2022-11-17 Robert Bosch Gmbh Micromechanical light deflection device, method for deflecting light using a micromechanical light deflection device and light transmission device

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