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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optical scanning
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稔 坂田
正哲 池田
秀一 若林
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オムロン株式会社
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【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。 BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical scanning device. 【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。 [0002] The optical scanning device barcode readers, laser beam printer, used for scanning the light beam in the optical scanning-type shape recognition sensor. 【0003】この種の光走査装置の一例が図18に示されている。 [0003] An example of this type of optical scanning apparatus is shown in Figure 18. これは特開平4−95917号公報に開示されている。 This is disclosed in JP-A-4-95917. 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。 The optical scanning apparatus is composed of the plate 70 and the piezoelectric actuator 74.. 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。 Plate 70, the mirror unit 71 for reflecting the light beam, and the vibration input portion 72 for applying vibration from the outside, and an elongated elastic deformation portion 73 which connects them. 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。 Mirror portion 71 of the plate 70 is asymmetric with respect to the center line of the elastic deformation portion 73 (Z-axis). 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。 That is, the center of gravity of the mirror unit 71 is at a position off the center line of the elastic deformation portion 73. 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。 Vibration input unit 72 is fixed to the piezoelectric actuator 74, the micro vibration generated from the piezoelectric actuator 74 is provided. 【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。 [0004] the elastic deformation section 73, a torsional deformation mode twisted about its center line (theta T direction), has two resonant vibration modes of bending the bending deformation mode along the center line (theta B direction) there. 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 By generating vibration including a resonant frequency of these two resonance modes in the piezoelectric actuator 74, resonates the elastic deformation part 73, the mirror unit 71 is θ
T方向およびθ B方向に増巾されて振動する。 It is to vibrate the Zohaba in the T direction and theta B direction. 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。 This reflected light of the light incident from the light source to the mirror portion 71 by is two-dimensionally scanned. 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, By including only one of the resonance frequency or the vibration generated by the piezoelectric actuator 74,
光の一次元走査が行なわれる。 One-dimensional scan 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。 [0005] The laser beam for forming latent images on such an optical scanning device bar code reader beam one-dimensional scan of the bar code reader, the photosensitive drum surface in the light beam printer (laser printer) one-dimensional scanning of, is used for two-dimensional scanning or the like at the time of projecting the object light in the shape recognition system. 【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。 [0006] with the feature that the optical scanning apparatus can be miniaturized as compared to planar mirror galvanometer scanner for rotating the motor, the polygon scanner for rotating polygonal mirror (the polygon mirror). 【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。 [0007] Further in the optical scanning device having a structure as shown in FIG. 18, the scanning angle is larger, performance improvement such as decreasing the driving voltage of the piezoelectric actuator is required. 【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。 [0008] can be mentioned the presence of one air resistance factors failures when attempting to increase the scanning angle.
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。 If you try to increase the scan angle by overcoming the air resistance, it is necessary to increase the pressure Furyou piezoelectric actuator, since the must to increase the voltage for driving the piezoelectric actuator. 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。 If by adding the weight to the back of the mirror unit attempts to increase the scan angle increases the moment of inertia, and decrease the resonance frequency of the elastic deformation portion, the scanning speed of light becomes slow. 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。 Amount information obtained per unit time is decreased in a shape recognition apparatus using such optical scanning device. 【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。 [0009] DISCLOSURE OF THE INVENTION The invention aims to increase the scanning angle without decreasing 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。 [0010] The optical scanning device according to the present invention, comprises a box-like body having a closed space therein, the interior of the box-like body, at least a mirror portion which oppose light, mounted on the box-like body it is supported freely displaceable by elastic deformation portion having one resonant vibration mode, in which the interior of the box-like body is depressurized. 【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。 [0011] The optical scanning device, in one embodiment further includes a vibration device for vibrating comprising a resonant frequency of the resonant vibration mode throughout the box-like body. 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。 The box-like body, in a preferred embodiment, and the mirror portion, and the frame portion of the rectangular shape, a scanner board and the elastic deformation portion is formed for connecting the mirror section and the frame section, and the scanner board and a two protective substrate bonded to the frame portion so as to sandwich. 【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。 [0012] According to the present invention, since the internal space of the box-shaped body mirror portion and the elastic deformation portion is provided is sealed and vacuum, air resistance is reduced which they receive, without lowering the resonance frequency it is possible to increase the scanning angle. 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。 Information amount obtained per unit time in the case of applying the optical scanning device to shape recognition sensor is increased. また,駆動電圧を減少させることも可能となる。 Further, it is possible to reduce the driving voltage. 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。 Furthermore contamination of the mirror portion can be prevented, fatigue resistance is increased because such corrosion substances from the outside does not adhere to the elastic deformation portion, the reliability of the optical scanning apparatus is improved. 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。 It is not necessary to provide a stopper because the inner layer of the box-like body acts as a stopper of the mirror portion, it is possible to prevent the displacement of the mirror portion beyond the fracture strain of the elastic deformation 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。 [0013] In one embodiment, the scanner board and the protective substrate is formed of the same material, it is formed plane-symmetrically with respect to the center plane of the scanner board. 【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。 [0014] a same thermal expansion coefficient if the material of the substrate is all the same, does not occur warpage due to temperature change of the surrounding, the resonance frequency change of the optical scanning device with thereto is 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。 [0015] In another embodiment, the scanner board is formed of silicon. 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。 The protective substrate is formed of a material other than silicon or 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。 [0016] Since silicon (in particular, (110) silicon substrate) can be etched vertically with high precision by an alkaline etchant, and can be processed into a mirror portion and the elastic deformation portion close to the design value performance. 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 the silicon substrate is capable of batch processing, the cost in the shaping process of the optical scanning device can be 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。 [0017] In yet another embodiment, the visible light transmission portion is formed on a wall surface opposite to the mirror portion of the box-shaped body. 【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。 [0018] By providing a visible light transmission portion on a wall surface of the box-shaped body, since it is possible to use an inexpensive laser as a light source, capable of optical sensing system overall cost including the optical scanning device to become. 好ましくは,この可視光透過部はSiN膜で形成される。 Preferably, the visible light transmission portion is formed in the SiN film. SiN 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。 Film has a tensile stress, since no bend, without bending the optical path of the light reflected from the incident or mirror unit surface mirror surface, capable of optical scanning with high accuracy. 【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。 [0019] In yet another embodiment, the lens is provided for focusing the light reflected by the mirror portion on the light-transmitting portion. 【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。 [0020] Since the light reflected by the mirror portion has a focus by the lens, when applied to an optical scanning device in the shape recognition sensor may be selectively gathers information about equidistant location from the optical scanning device . 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。 Preferably, the lens is composed of binary optics (diffractive Fresnel zone plate). 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 it is only necessary to form a pattern for shielding light on the optical transmission unit, with Zhang adjust process eliminating the need of the lens, the lens itself becomes possible cost since it manufactured by a semiconductor process. 【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。 [0021] In yet another embodiment, the 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。 [0022] By integrating the light-receiving element and an optical scanning device, miniaturization of the optical sensing system is possible. 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。 Preferably, the light receiving element is formed by a n-type or p-type impurity doping of the protective substrate. 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 common with the protective substrate fabricating process a light-receiving element formation process, it is possible to simplify the fabrication process of the entire optical scanning device. 【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, [0023] In yet another embodiment, the movable electrode provided on at least one surface of the mirror portion, the fixed electrode is provided on the inner surface of the box-shaped body facing the movable electrode,
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。 Oscillation frequency is detected based on a change in the electrostatic capacity 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。 [0024] This enables the detection of the resonance frequency change, are fed back to the piezoelectric actuator (vibrator) for driving the optical scanning device of the detection signal, so that it is possible to scan the light in a resonance range previously set 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。 [0025] In yet another embodiment, at least one strain detecting elements are provided on the elastically deformable portion, the vibration frequency is detected based on a change in resistance of the strain detecting elements. 【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。 [0026] Similar to the embodiment for detecting the vibration frequency based on capacitance change mentioned above, it is possible to detect the resonance frequency changes, by feeding back the detection signal to the piezoelectric actuator for driving the optical scanning apparatus, always be able to scan the light at setting resonance range.
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。 Preferably, the strain detecting elements is a piezo-resistive element formed by diffusion of p-type or n-type impurity on the silicon substrate. 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。 More preferably, at least one piezoresistive element is formed inclined 45 degrees with respect to the axial direction of the elastic deformation portion. 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。 Placing the piezoresistive element 45 degrees inclined direction with respect to the axial direction of the elastic deformation portion, the most sensitive is increased relative to the torsional vibration of the elastic deformation portion can be controlled optical scanning with high accuracy based on the torsional vibration . 【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。 [0027] In yet another embodiment, the inert gas is present in the interior 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。 The mirror unit, housed within the interior space of the box-like body, the elastic deformation portion, the electrostatic capacitance detection electrode (movable electrode and the fixed electrode), the strain detecting element such as a piezoresistive element does not react with the inert gas since, there is no possibility of deterioration due to chemical reactions, the lifetime of the optical scanning apparatus becomes long. 【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。 [0029] In yet another embodiment, the distance between the inner surface of the mirror portion and the box-like body during a stationary state is smaller than the maximum displacement amount of the mirror unit that generates fracture in the elastic deformation part It is prepared to be. 【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。 [0030] Since the inner surface of the box-shaped body can be prevented from displacement of the mirror portion exceeding the fracture strain of the elastic deformation portion, the reliability of the optical scanning apparatus is improved. 【0031】 【実施例】図1は光走査装置を示す斜視図,図2は図1 [0031] [Embodiment] FIG. 1 is a perspective view of an optical scanning device, Figure 2 is Figure 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。 II-II line so cross-section view of FIG. 3 is a so sectional view III -III line in FIG. 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。 2 and 3, in order to convenience and understandable for drawing, the wall thickness is drawn to emphasize thicker than actual. このことは他の図面(断面図)においても同様である。 This also applies to other drawings (sectional view). 【0032】光走査装置1はスキャナ箱状体2を含んでいる。 The optical scanning device 1 includes a scanner box-like body 2. 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。 The scanner box-like body 2 is attached to the piezoelectric actuator 3 for applying a high frequency vibration to it.
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 piezoelectric actuator 3 is fixed to the support plate 4 (e.g. electrical 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-like body 2 is composed of two protective substrates 30 and 40 as well as the scanner board 20 a part of which is sandwiched and supported between these protective substrate 30, 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。 [0034] The two protective substrates 30, 40 recesses 31, 41 on its inner surface respectively are formed. このことによって, By this thing,
保護基板30,40の内面の全周囲には突縁が存在する。 There are flange is the entire circumference of the inner surface of the protective substrate 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。 On the other hand, the scanner board 20, the frame portion 24 of rectangular shape, the mirror portion formed away from the frame 24 inside the frame 24 (transducer) 25, and the elastic deformation portion which these are integrally connected ( and a beam portion) 26.
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。 Frame section 24 is sandwiched between the flange of the protective substrate 30 and 40 and joined at both sides thereof. 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。 One side of the frame portion 24 is a little width is wide (shown this portion by symbol 24a), elastically deformable portion 26 from the portion 24a is extended integrally. フレーム部の部分 Part of the frame portion
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。 Also part of the flange of the protective substrate 30 and 40 corresponding to 24a width is slightly wider. 【0036】保護基板30,40の凹部31と41とによって, [0036] by the recesses 31 and 41 of the protection substrate 30 and 40,
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。 Interior space mirror portion 25 of the scanner board 20 vibrates is formed. 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。 The internal space is being closed, and vacuum (below atmospheric pressure). 内部空間を真空にほぼ近い状態としてもよい。 The internal space may be a state almost near 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。 The elastically deformable portion 26 of the scanner board 20 is fairly narrow form, has elasticity and supports the mirror part 25 in a cantilever manner. 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。 At least one surface of the mirror portion 25 has a mirror surface with respect to light to be scanned. 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。 About a center line extending in the longitudinal direction of the elastically deformable portion 26, the mirror unit 25 are asymmetrical. 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。 Thus the center of gravity of the mirror unit 25 is at a position off the center line of the elastically deformable portion 26. したがって,特開平4− Therefore, JP-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。 As with the above-mentioned optical scanner according to 95,917 JP, the elastically deformable portion 26 has two resonant vibration modes of deformation mode and bending torsional 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。 [0038] As described later, the scanner board 20 and the protective substrate 30, 40 is made of silicon substrate.
シリコン基板は赤外光を透過する。 Silicon substrate is transmitted through the infrared light. 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 The optical scanning device of this embodiment is intended to scan the infrared light, the scanner box-like body 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。 The window is not provided for the passage of the incident light, reflected light on. 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。 In this case, the mirror surface of the mirror portion 25 of the scanner board 20 is formed by the high melting point metal (e.g. deposition process or a sputtering process at a Pt / Ti layer was formed and the like). 【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。 [0039] When the piezoelectric actuator 3 is a resonance frequency of the deformation mode and bending resonance frequency of the torsional deformation mode vibrates at a frequency weight, transmitted vibration from the protection substrate 40 to the frame portion 24a of the scanner board 20, the elastic deformation portion 26 vibrates by resonating with these resonance frequencies. 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。 Mirror unit 25 will vibrate about the two axes perpendicular 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。 The infrared light is projected toward the mirror unit 25 through the protective external substrate 30 or 40 is emitted through the re-protection substrate 30 or 40 is reflected by the mirror unit 25. ミラー部25 Mirror unit 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。 Because There is vibrating in the two directions perpendicular, the reflected light from the mirror unit 25 will be 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。 [0041] If the vibration frequency of the piezoelectric actuator 3 only one of the two resonant frequencies of the mirror portion 25 in one direction only (around uniaxial only) to vibrate. これにより,赤外光の一次元走査が達成される。 Thus, one-dimensional scanning of the 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, [0042] By adjusting the intensity of the vibration of the piezoelectric actuator 3, changing the amplitude of the vibration of the mirror 25,
光ビームの走査角の調整も可能である。 Adjustment of the scanning angle of the light beam are possible. 【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。 [0043] Since the inner space of the scanner box-like body 2 is depressurized, the resistance by the gas when the mirror unit 25 is vibrated is small, the vibration amplitude is large. これによって光の走査角度が大きくなる。 This scanning angle of the light increases. 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 it is not attached a weight or the like to the mirror portion 25, it is possible to avoid the problem of reduced resonant frequency by attaching a 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。 [0044] There is a possibility that the mirror unit 25 vibrates greatly when some external impact on the scanner box-like body 2 is provided. 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。 When a too big impact, there is a risk that the elastically deformable portion 26 is broken. 上述の構成によると,保護基板 According to the above arrangement, the protective substrate
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。 30 and 40 need not be newly added to stop so acts as a stopper for preventing damage due to impact. 【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。 [0045] Preferably, the distance between the mirror portion (in the rest time of the position) and the inner surface of the protective substrate, is made smaller than the displacement amount of the mirror beyond the fracture strain of the elastic deformation portion.
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。 This elastic deformation portion when too large vibration of the mirror unit has occurred can be prevented from being broken. 【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。 [0046] Since the mirror unit 25 is completely sealed to the scanner box-like body 2, contamination of the mirror portion 25 can be prevented, reliability of the optical scanning apparatus is improved. 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。 Fatigue resistance is improved since the corrosive substances from the outside does not adhere to the elastic deformation section 26, thereby improving reliability of the optical scanning device from this point. 【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。 [0047] By scraping the surface of the mirror portion 25 and the elastically deformable portion 26 to evenly dry etching or the like, can also be provided a gap between the protective substrate 30, 40 and the mirror unit 25. 【0048】スキャナ基板20および保護基板30,40は, The scanner board 20 and the protective substrate 30 and 40,
好ましくはシリコン基板によって形成される。 Preferably formed by a silicon substrate. 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。 Silicon (particularly (001) silicon) is capable of precise vertical etching with an alkaline etching solution, thereby is because it can be processed into a mirror portion and the elastic deformation portion of the performance close to the design value. 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 silicon substrate because it can be a batch process, can cost reduction in shaping process of the optical scanning device. 【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。 The protective substrate 30 and 40 may be formed of a material such as a glass substrate. 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。 Preferably the protective substrate 30, 40 and the scanner board 20 is formed 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。 [0050] More preferably, as shown in FIGS. 2 and 3, (as shown at N, plane passing through the center of the thickness direction) center plane of the scanner board 20 with respect to a protective substrate 30 40 bets are formed in the shape of 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。 The material is their thermal expansion coefficients, if all the same a protective substrate 30, 40 and the scanner board 20 is also the same, does not occur warpage due to temperature change of the surrounding, the optical scanning device due to the generation of the warp resonance frequency change is because also prevented. 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。 Protection substrate 30 and 40 this effect becomes more pronounced if the plane-symmetric with respect to the center plane of the scanner board 20. 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。 All scanner board 20 and the upper and lower protection substrate 30 and 40 and most preferably formed of a silicon substrate. 【0052】図4および図5は,上述したスキャナ基板 [0052] Figures 4 and 5, a scanner substrates described above
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。 20, and respectively show the manufacturing process of the protective substrate 30 and 40. これらは,図2に相当する断面図である。 These are cross-sectional view 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 [0053] With reference to FIG. 4, in the manufacturing process of the scanner board 20, first (110) frame portion 2 on the silicon substrate
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) )。 4, the mask is formed in a portion (leaving the section to) corresponding to the mirror portion 25 and the elastically deformable portion 26 (FIG. 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。 Portion where the mask is not formed in the silicon substrate by an etchant of alkaline is etched. 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) )。 The by etching (110) the vertical wall to the surface of the silicon substrate is formed (FIG. 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) )。 Scanner board 20 is completed by removing the mask (FIG. 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。 If necessary, especially as described above, when performing the scanning of the infrared light without forming a window in the protective substrate is reflected on the surface of the mirror portion 25 of the scanner board 20 film (mirror) is formed . 【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) )。 [0054] In the manufacturing process of the protective substrate, with reference to FIG. 5, (100) in a silicon substrate or a (110) silicon substrate, the mask is formed in a portion corresponding to the frame portion 24 of the scanner board 20 (FIG. 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) )。 Portion where the mask is not formed on the silicon substrate by dry etching etches evenly to a suitable depth (FIG. 5 (B)).
最後にマスクが除去される(図5(C) )。 Finally the mask is removed (FIG. 5 (C)). 保護基板20と And the protective substrate 20
30は全く同じ形に形成される。 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 [0055] The scanner substrate 20 fabricated in this manner
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) So as to sandwich and the protection substrate 30 and 40 arranged on both sides of the scanner board 20 are bonded by the fusion bonding in these silicon substrate temperature atmosphere (FIG. 5 (D)
)。 ). スキャナ基板20のフレーム部24が両保護基板30,4 Frame portion 24 both protective substrate of the scanner board 20 30,4
0の対応する部分と接合されることになる。 0 corresponding would be part and bonding. このとき, At this time,
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。 Oxygen in the closed space formed in the scanner box-like body 2 to form an oxide film adhering to the inner wall. 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。 Thus in the closed space is in a state close to a vacuum or. 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。 Since the air resistance decreases when the vibration of the mirror portion 25 as described above, the scan angle is increased without decreasing 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。 [0056] In a mixed gas atmosphere of oxygen and nitrogen and scanner substrate 20 and the protective substrate 30 and 40 may be joined by fusion bonding method. 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。 In this case, the oxygen is attached to the inner wall of the closed space of the scanner box-like body comprising an oxide film, nitrogen is an inert gas remaining in the closed space. 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, Since nitrogen is an inert gas, the mirror unit 25, housed in the closed space,
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。 Elastically deformable portion 26, since the electrostatic capacitance detecting electrodes and the strain detecting elements to be described later does not react with the surrounding gas, there is no possibility of deterioration due to chemical reactions, the lifetime of the optical scanning apparatus becomes long. 【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。 [0057] Figure 6 shows an example in which the visible light transmitting window 32 is formed in the protective substrate 30 is a perspective view corresponding to FIG.
図7は図6のVII−VII線にそう断面図である。 Figure 7 is a so sectional view of line VII-VII of FIG. 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。 The same reference numerals are given to the same components as those described above, 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。 [0058] By providing a visible light transmitting window 32 in the protective substrate 30, since it is possible to use an inexpensive visible laser as a light source, it can be cost of the entire apparatus or system including the optical scanning device to become. 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。 Light transmission window 32 is formed by thinning dry etching (approximately portion corresponding to the center of the mirror portion 25) portion to be a visible light transmitting window 32 of the protection substrate 30, as shown in FIG. 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。 During fusion bonding for bonding the substrates 20, 30 and 40, attached to the oxygen inside wall of the closed space, part of the thin window 32 is for the oxide film, so that visible light is transmitted. 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。 In the case of forming a scanner board 20 in the silicon substrate, the surface of the silicon substrate is a reflecting surface, it is not always necessary to form a reflective film on the mirror unit 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 [0059] Figure 9 shows an example of forming the SiN film 34 on the protective substrate 30 as a visible light transmission window, Figure 2 or Figure 7
に相当する断面図である。 Is a cross-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。 [0060] spaced windows 33 on one of the protective substrate 30, SiN film 34 is provided from the inside to cover the window 33. SiN膜34は可視光を透過するので,このSiN膜 Since the SiN film 34 transmits visible light, the SiN film
34を通して可視光をミラー部25に入射させ,ミラー部25 34 is incident visible light to the mirror unit 25 through the mirror unit 25
からの反射光を外部に取出すことができる。 The reflected light from the can be taken out to the outside. SiN膜34 SiN film 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。 It has tensile stress, since no bend, without bending the optical path of the light reflected from the surface of the surface on the incident or mirror portion 25 of the mirror unit 25, capable of optical scanning with high accuracy. 【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。 [0061] Figure 10 shows a process for forming a SiN film on the protective substrate 30, FIG. 11 shows a manufacturing process of 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), [0062] a mask is formed in a portion corresponding to the frame portion 24 of the scanner board 20, scraped unmasked portions of the silicon substrate as a protective substrate 30 evenly by dry etching, the point where the mask is removed Figure 5 (A),
(B),(C), に示すものと同じである(図10(A), (B), (C), the same as shown in (FIG. 10 (A), the
(B),(C) )。 (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) Where to form the light transmitting portion in the inner surface of the protective substrate 30 (portion that substantially corresponds to the center of the mirror portion 25)
に,LPCVD法によりSiN膜52を形成する(図10 To form a SiN film 52 by the LPCVD method (FIG. 10
(D) )。 (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 Further the outer surface of the protective substrate 30, except where to form the windows 33 (the back side of the LPCVD-SiN film 34) to form a mask for alkali etching (FIG. 10
(E) )。 (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) )。 [0063] Figure 4 and the scanner board 20 which is separately produced by the method shown in FIG. 5, the protective substrate 40 protective substrate 30 and fabricated by the method described above, are bonded by fusion bonding at high temperature atmosphere (FIG. 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。 Advance forming a mask in the outer surface over the entire 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) )。 [0064] Thereafter, by anisotropic etching by an etchant of alkaline, to form a window 33 (FIG. 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。 Etch profile is reversed mesa, etching stops at the SiN film 34 formed on the inner surface of the protective substrate 30. 最後に外部のマスクが除去される(図11(H) )。 Finally the outside of the mask is removed (FIG. 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 In this manufacturing process, LPCVD formed inside the light-transmitting film (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。 Is characterized hemical Vapor Deposition) -SiN film 34 in that is used as an etch 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。 [0065] Figure 12 shows an example in which a condensing lens 53 on the light transmission window 32 of the scanner box-like body 2 shown in FIG. 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 Emitted from the light source 54, the scanner box-like body 2 through the light transmission window 32
内に入射した光はミラー部25で反射する。 Light incident within is reflected by the mirror unit 25. 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。 By the mirror unit 25 is vibrated, so that the reflected light as described above is one-dimensionally or two-dimensionally scanned. 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。 Light reflected from the mirror 25 is condensed by the lens 53 when emitted to the outside through the light transmission window 32, to form a spot on the surface of the object to be measured (when applied to a shape recognition sensor.) since the light reflected by the mirror portion 25 has a focal point, it is possible to selectively collect information about the object to be measured at equidistant locations from the optical scanning device. 【0066】図13は,図9に示すスキャナ箱状体のS [0066] Figure 13, S scanner box-like body shown in FIG. 9
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。 On iN film 34, it shows an example in which a lens composed of binary optics (diffractive Fresnel lens) 55 is an enlarged view of the SiN film 34 portion. 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。 A pattern for blocking the light on the SiN film 34, such as Al, it is only formed of a metal such as Pt, a lens or the like with tension fit process is not required, the lens itself can cost since it manufactured by a semiconductor process to become. レンズ55 Lens 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。 It can also 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。 [0067] Figure 14 shows an example in which one or more of the light receiving element 56 for receiving reflected light from the measurement object on the protective substrate 30 in the scanner box-like body shown in FIG. 12. 受光素子 Light receiving element
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。 By integrating the 56 to the scanner box-like body, miniaturization of the optical sensing system is possible. 【0068】図15は,受光素子57を保護基板30へのn [0068] Figure 15, n of the light receiving element 57 to the protection substrate 30
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。 It shows an example formed by doping type or p-type impurity. 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。 Protective substrate 30 is formed of p-type or n-type silicon substrate. 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。 By implementing a semiconductor process both the protective substrate manufacturing process and the light receiving element formation process, it is possible to simplify the fabrication process of the entire optical scanning device. 【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。 [0069] Figure 16 shows an example in which an electrode for monitoring the angle (inclination) of the mirror unit 25 on the inner surface of the protection substrate 40 to one surface opposed to the mirror unit 25. 【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。 [0070] The movable electrode 59 is provided on one surface of the mirror portion 25 of the scanner board 24. 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。 On a surface facing the movable electrode 59 of the protective substrate 40, the fixed electrode 60 is provided. 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。 These electrodes 59 and 60 are formed by doping impurities by, or in the silicon substrate by depositing such a metal (e.g. Pt). 電極59は弾性変形部26,フレーム部 Electrode 59 is elastically deformable portion 26, the frame portion
24および保護基板40に形成された配線パターンを経て, Through the wiring pattern formed on 24 and the protective substrate 40,
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。 Is connected to the external electrodes 61 formed on the outer surface of the scanner box-like body 2, electrodes 60 are connected to the external electrode 62 via a wiring pattern formed on the protection substrate 40. 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。 In the joint portion of the frame portion 24 of the scanner board 20 and the protective substrate 40, these groove depth corresponding to the thickness of the wiring pattern is formed, the wiring pattern is formed in the 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。 [0071] the inner surface of the other upper surface and the protective substrate 30 of the mirror unit 25 may be provided movable electrode 59 and fixed electrode 60, respectively. 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。 When acting as a mirror for light in which the movable electrode used, may be provided movable electrodes on both surfaces of the mirror portion. 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。 In this case, the fixed electrode on the inner surface of both the protective substrate. 【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。 [0072] When the high-frequency vibration is applied to the scanner box-like body 2 by the piezoelectric actuator 3, the elastically deformable portion 26 and resonance, the mirror unit 25 is displaced in the closed interval in the scanner box-like body 2. 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。 Capacitance change between the electrodes 59 and 60 by the gap between the fixed electrode 60 and movable electrode 59 changes, the vibration frequency is detected by setting the change in capacitance. 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。 This enables the detection of the resonance frequency change, by feeding back a signal representative of the resonance frequency to the piezoelectric actuator 3, it is possible to always scan the light in a resonance range set in advance. 【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。 [0073] Figure 17, instead of providing the movable electrode 59 and the fixed electrode 60, an example in which the strain detecting elements for monitoring the angle (inclination) of the mirror unit 25 in the elastically deformable portion 26 (piezoresistance element) shows. 【0074】図17(A) では2個の歪み検出素子63が, [0074] Figure 17 (A) in the two strain detecting elements 63,
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。 It is provided at both inclined 45 degrees disposed in the axial direction of the elastically deformable portion 26. 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。 Figure 17 (B) is in an arrangement one strain detecting elements 63A is inclined 45 degrees to the axial direction of the elastically deformable portion 26, 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。 [0075] strain detecting elements (strain gauges) are at least one provided on the elastically deformable portion 26, preferably piezoresistive element formed by diffusion of p-type or n-type impurity. 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 Placing the piezoresistive element 63,63A 45 degrees inclined direction with respect to the axial direction of the elastically deformable portion 26, the elastic deformation section 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。 The most sensitive is increased, it becomes possible to control the scanning of light (resonant frequency) with high accuracy with respect to torsional vibration. 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 Piezoresistive elements 63 disposed along the axial direction of the elastically deformable portion 26
B は曲げ振動の周波数の検出に用いられる。 B is used for detecting the frequency of the 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。 [0076] When the high-frequency vibration is applied to the scanner box-like body 2 by the piezoelectric actuator 3, the elastically deformable portion 26 and resonance, the mirror unit 25 is displaced in the closed interval. 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。 The resistance of the piezoresistive element changes by the elastically deformable portion 26 to expand and contract, vibration frequency is detected based on a change in resistance. 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。 Resonance This enables detection of the same resonance frequency change and examples for detecting vibration frequency based on capacitance change mentioned above was preset by feeding back a signal representing the detected frequency to the piezoelectric actuator 3 You can always scan the light frequency.

【図面の簡単な説明】 【図1】光走査装置を示す斜視図である。 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of an optical scanning device. 【図2】図1のII−II線にそう断面図である。 2 is a so sectional view of line II-II of FIG. 【図3】図1のIII −III 線にそう断面図である。 3 is a so sectional view III -III line 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 the scanner board. 【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), it shows a (B), (C) and (D) are manufacturing process of the 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。 [6] shows an embodiment in which the visible light transmitting window is formed in the protective substrate is a perspective view corresponding to FIG. 【図7】図6のVII−VII線にそう断面図である。 7 is a so sectional view of 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。 8 (A), it shows the (B) and (C) the fabrication process of the protective board 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] shows an example of forming a SiN film as a visible light transmitting window to the protective substrate is a sectional view corresponding to FIG. 【図10】(A) ,(B) ,(C) ,(D) および(E) はSiN [10] (A), (B), (C), (D) and (E) is SiN
膜を保護基板に形成する作製プロセスを示す。 A manufacturing process for forming a film on the protective substrate. 【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), and (G) (H) shows a manufacturing process for forming a SiN film on the 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 sectional view showing an example in which a lens in the optical transmission on the 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。 In [13] on the SiN film of the optical scanning apparatus shown in FIG. 9, but showing an embodiment in which a lens composed of binary optics, is an enlarged sectional view of a SiN film portion. 【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 example in which a light receiving element on the protective substrate of the optical scanning apparatus shown in FIG. 12. 【図15】図13に示す光走査装置の保護基板上に,n In [15] protection substrate of the optical scanning device shown in FIG. 13, 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。 Example in which a light receiving element formed by a mold or p-type impurity-doped a sectional view showing a. 【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。 16 is a sectional view showing an example of providing an electrode for monitoring the angle of the mirror portion in the mirror portion 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 (B) shows an embodiment in which a strain detection element for monitoring the angle of the mirror portion in the resilient deformation part, respectively. 【図18】従来の光走査装置の一例を示す斜視図である。 18 is a perspective view showing an example of a conventional optical scanning apparatus. 【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) [EXPLANATION OF SYMBOLS] 2 scanner box-like body 3 piezoelectric actuator 4 the supporting substrate 20 scanner board 24 frame portion 25 mirror units 30 and 40 protect the substrate 31, 41 recesses 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 electrodes 63, 63a, 63B strain detecting elements (piezoresistive elements)

───────────────────────────────────────────────────── 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 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (56) reference Patent flat 7-92409 (JP, a) JP flat 4-211218 (JP, a) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) G02B 26/10

Claims (1)

  1. (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。 (57) fitted with a box-like body having Claims 1. A space that is enclosed within, the interior of the box-like body, a mirror portion for reflecting light, to the box-shaped body is supported freely displaceable by elastic deformation portion having at least one resonant vibration mode which is the inside of the box-shaped body is reduced, the light transmitting portions formed at a position opposite to the mirror portion of the box-like body It is an optical scanning device in which the light transmitting portion is formed by a SiN film. 【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 includes a box-like body having a sealed inside space, inside said box-like body, a mirror portion for reflecting light, at least one resonant vibration mode attached to said box-shaped body is supported freely displaceable by elastic deformation portion having, inside of the box-shaped body is reduced, the light transmitting portion at a position opposite to the mirror portion of the box-shaped body is formed, the lens on the light-transmitting portion optical scanning device is provided. 【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。 Wherein said box-like body, and the mirror portion, and the frame portion of the rectangular shape, a scanner board and the elastic deformation portion is formed for connecting the mirror section and the frame section, and the scanner board and a two protective substrate bonded to the frame portion so as to sandwich the optical scanning apparatus according to claim 1 or 2. 【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。 Wherein said scanner substrate and the protective substrate is formed of the same material, and an optical scanning apparatus according to claim 3, wherein the scanner board and the protective substrate is a plane-symmetric with respect to the center plane of the scanner board.
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