JP3683988B2 - 光スキャナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を反射し、その反射光を一次元的に走査する小型の光スキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭６３−８２１６５号は、図２１に示される構成の光スキャナすなわち偏向器３００を開示している。この偏向器３００は、図２１（ｂ）に示されるように、大きなヨーク３２８と、ヨーク３２８に巻かれたコイル３２９と、ヨーク３２８の内側の空間に配置された光偏向子３１０とを有している。光偏向子３１０は、図２１（ａ）に示されるように、ミラー３１２と駆動用コイル３１１とリガメント３１３と３１４を有し、これらは互いに一体的に形成され、支持枠３１５に支持されている。
【０００３】
この偏向器では、駆動用コイル３１１に流れる電流と、ヨーク３２８とコイル３２９によって作り出される磁場との相互作用により、駆動用コイル３１１が受ける力によりリガメント３１３と３１４が捻れ、ミラー３１２が所定の周波数で振られる。光はミラー３１２に照射され、その反射光が一次元的に走査される。
【０００４】
特開平６−４６２０７号は、圧電振動子を用いて反射面を振動させる光スキャナを開示している。この光スキャナでは、図２２に示されるように、担体材料２と電極３からなる片持ち梁がシリコン基板１に支持されている。この片持ち梁はユニモルフ型圧電アクチュエータ６を構成しており、これはシリコン基板１の上面に担体材料２と電極３を順に形成し、エッチングにより空間７を形成することで作製される。片持ち梁の上には歪みゲージ９が設けられており、またその固定端には別の歪みゲージ１０が設けられている。歪みゲージ９はユニモルフ型圧電アクチュエータ６の変形量の計測に用いられ、歪みゲージ１０はその計測時の参照信号に用いられる。
【０００５】
この光スキャナでは、片持ち梁の変形しない先端部が反射面として機能し、この反射面に光が照射される。片持ち梁はユニモルフ型圧電アクチュエータ６によって振動され、これにより片持ち梁の先端部で反射された光が一次元的に走査される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６３−８２１６５号の光スキャナは、十分な駆動力を得るため、大型のヨーク３２８とコイル３２９を必要としている。このため、装置全体の構成が大型になっている。近年、小型の光スキャナが要望されており、これに応えるために装置全体の小型化を図ると、駆動力が弱くなり、走査ビームの十分な偏向角が得られない。さらに、機械的な組立工程を要するため、組立が煩雑である。
【０００７】
特開平６−４６２０７号の光スキャナは、前述の光スキャナに比べて小型であるが、走査ビームの偏向角は今後の要求に応えられるほど大きなものとは言えない。また、電気要素、例えば電極３や歪みゲージ９や１０の電極等が露出しているため、経年変化に対する対策が施されておらず、電気要素の耐久性の面、別の言い方をすれば安定した性能の維持という面で疑問が残る。
【０００８】
本発明の目的は、走査ビームの大きな偏向角が得られる光スキャナを提供することである。
【０００９】
本発明の目的は、前述の利点を備えた光スキャナであり、さらに電気要素の耐久性の優れている光スキャナを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は光を一次元的に走査する光スキャナであり、固定の支持部と、前記支持部に片持ちに支持された有機絶縁材料からなる弾性部と、前記弾性部の自由端部に設けられた可動板上に設けられたミラーと、前記弾性部の内部に設けられたコイルと、前記弾性部の自由端の近くに間隔を置いて配置される永久磁石とを有している。前記コイルには交流電流が供給され、前記コイルを流れる電流と前記永久磁石が作る磁場との相互作用により前記支持部に対して前記ミラーが振動され、これにより前記ミラーで反射された光が一次元的に走査される。前記可動板と前記支持部の間に位置する前記弾性部内部に、前記コイルに電流を供給するための配線を有している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
＜第一の実施の形態＞
本発明の光スキャナの第一の実施の形態について図１〜図３を参照して説明する。
【００１５】
図１と図３に示されるように、光スキャナは、その自由端が振動される構造体１００と、この構造体１００の自由端の近くに配置される永久磁石１０８とを有している。構造体１００は、図１〜図３に示されるように、固定端となる支持部である支持体１０４と、弾性部である弾性変形可能なフレキシブル基板１０１と、ミラーとなる反射面を有する可動板１０５とを有し、支持体１０４と可動板１０５はフレキシブル基板１０１の両端部に接着により固定されている。尚ここでいうフレキシブル基板とは有機絶縁材料で構成されている薄板状のものである。
【００１６】
支持体１０４と可動板１０５のフレキシブル基板１０１への接着は、光の走査方向の高い直線性を得るため（即ち、走査光ビームの軌跡がぶれることなく同一の直線上を往復するようにするため）、可動板１０５と支持体１０４の幅方向に直交する中心軸線を一致させて行なわれる。ここで構造体１００の支持体１０４から可動板１０５へ延びる方向を長さ方向とし、それに直交する方向を幅方向としている。以下の実施形態でも同様に長さ方向と幅方向を定義する。フレキシブル基板１０１と支持体１０４と可動板１０５は共に同じ幅を有しており、このような接着は、可動板１０５と支持体１０４の幅方向の両端をフレキシブル基板１０１の幅方向の両端に揃えて接着することで簡単に実現される。
【００１７】
フレキシブル基板１０１は、その周縁の内側を周回する平面コイル１０２を内蔵しており、平面コイル１０２の両端部はそれぞれ電極パッド１０３に接続され、電極パッド１０３はフレキシブル基板１０１の表面に露出しており、平面コイル１０２の外部との電気的接続を可能にしている。
【００１８】
可動板１０５は、フレキシブル基板１０１との接着面の反対側の面に反射面を有している。可動板１０５の材質は光スキャナの性能によって決定される。例えば、低い周波数での走査に対しては、可動板１０５の質量は大きいことが望ましく、金属等の密度の高い材質の使用が適している。高い周波数での走査に対しては、可動板１０５の質量は小さいことが望ましく、プラスチック等の密度の低い材質の使用が適している。可動板１０５の反射面は、可動板１０５がプラスチック製の場合には、例えば、無電解メッキを用いて、金属等の反射率の高い材料を成膜して作られる。
【００１９】
支持体１０４は、構造体１００をダイキャスト等に固定するために用いるため、強度の高い金属等の厚板、例えばステンレス鋼の厚板で作られることが好ましい。また、支持体１０４とダイキャストとの固定が弱いと、光スキャナの動作に悪影響が生じるため、支持板１０４はダイキャストに強固に接着される。
【００２０】
フレキシブル基板１０１の支持体１０４と可動板１０５の間に位置する部分は、支持体１０４に対して可動板１０５を変位可能に支持する弾性部すなわち板バネ部１０６として機能する。フレキシブル基板１０１は板バネ部１０６の中央つまり平面コイル１０２の内側に貫通穴１０７を有している。貫通穴１０７は可動板１０５の変位を助長する。直線性の高い一次元的な走査を実現するため、貫通穴１０７は、その中心が板バネ部１０６の幅方向の中心に位置し、幅方向に対して直交する中心軸線に関して軸対称な形状であることが望ましい。これに加えて、貫通穴１０７は変位時に特定の箇所に応力が集中しない形状が望ましい。このため貫通穴１０７の形状は円や楕円あるいは角が丸まった多角形が適している。
【００２１】
永久磁石１０８は、その着磁方向は可動板１０５の振動方向に略平行で、可動板１０５の先端部に位置する平面コイル１０２に対して上方あるいは下方約４５度の方向の任意の位置に永久磁石上部先端が合う位置に配置される。
【００２２】
続いて、上述した構成の光スキャナの動作について説明する。平面コイル１０２には電極パッド１０３を介して電源（図示せず）より交流電流が供給される。平面コイル１０２に電流が流れると、おもに構造体１００の自由端の近くに位置する平面コイル１０２の一部すなわち構造体１００の自由端の辺に平行に延びる部分の平面コイル１０２が、その近くに配置された永久磁石１０８が作る磁場との相互作用によって力を受ける。平面コイル１０２を流れる電流が交流であるため、平面コイル１０２の前述の部分が受ける力の向きは周期的に変化する。このため可動板１０５はその厚み方向に振動する。構造体１００の振動の共振周波数は可動板１０５と板バネ部１０６の形状や材質によって一意的に決まり、平面コイル１０２に供給される交流電流の周波数がこの共振周波数に等しいとき、可動板１０５の振動の振幅は最大となる。
【００２３】
この共振周波数と共振時のゲインと可動板１０５の偏向角は近似的に以下に示す（式１）（式２）（式３）によって表わされ、設計する際の指標となる。光源からの光を可動板１０５で反射させて光を走査する場合、光の偏向角は可動板１０５の偏向角の二倍になる。
【００２４】
【数１】

ここに、ｆrは共振周波数、Ｅpは板バネ部１０６のヤング率、Ｉpは板バネ部１０６の断面二次モーメント、ｍａｓｓは可動板１０５の質量、ｍｃｐは板バネ部１０６のの質量、ｇａｉｎは共振時のゲイン、ｆは任意の周波数、ｄpはダンピング係数、ｉmaxは共振時の偏向角、ｗは平面コイル１０２に発生する力量、Ｅsは可動板１０５のヤング率、Ｉsは可動板１０５の断面二次モーメント、ｌbは板バネ部１０６の長さ、ｌaは可動板１０５の長さである。
【００２５】
本実施形態では、平面コイル１０２はフレキシブル基板１０１の周縁に沿って可動板１０５から支持体１０４に至る範囲を周回している。従って、永久磁石１０８の磁束の影響を受ける部分は実質的に可動板１０５の端部に平行に形成されたコイル１０２の一部だけであるので、振動が安定し、縦振動以外のモードが発生し難い。また、平面コイル１０２以外の配線が不要なため、作製が簡便で生産性に優れている。
【００２６】
また、この光スキャナは、配線等の電気要素がフレキシブル基板１０１に一体に形成されているため、コイル１０２等を単品でハンドリングする必要がない。特にここで用いられている平面コイル１０２は光スキャナを小型化するために薄膜で形成されているためハンドリングが難しく、平面コイル１０２をフレキシブル基板１０１内に形成し、フレキシブル基板１０１と一体でハンドリングすることによって生産性が大きく向上する。この光スキャナは組立工程が少なく、フレキシブル基板１０１に支持体１０４と可動板１０５を接着するだけで完成する。また、組立工程が少ないことから組立上の問題で光スキャナの振動が不安定になるようなことが殆どない。
【００２７】
板バネ部１０６に設けられた貫通穴１０７は板バネ部１０６の強度特性を改善している。例えばハンディ型のものに本実施形態の光スキャナが用いられた場合、使用時の光スキャナの向きは一定でなく、どの様な向きでも使用できるように設計しなければならない。このとき、問題となるのは光スキャナの振動部に光スキャナの向きによりねじれが生じることである。そこで解析を行い、ねじれに強く偏向角を大きくとる構成として板バネ部１０６の中心に貫通穴１０７を設けることを求めた。尚、貫通穴１０７を設ける際にその四隅に応力集中が起こるため、四隅に曲率を持たせその集中した応力を周辺に分散させている。
【００２８】
板バネ部１０６に主に有機材料からなるフレキシブル基板１０１を用いることによって脆性破壊が起き難く、必要最小限の強度を保ちながら、大きな偏向角を得ることができる。また、平面コイル１０２がフレキシブル基板１０１内部に作製されているため、平面コイル１０２の湿気による劣化が殆どない。その他にもフレキシブル基板１０１は平面コイル１０２の配線間の絶縁にも貢献している。
【００２９】
この実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
【００３０】
その変形例のひとつが図４に示される。図４に示されるように、平面コイル１０２は可動板１０５が接着される領域を周回しており、平面コイル１０２の端部は配線１１３によって、支持体１０４が接着される部分に設けられた電極パッド１０３に電気的に接続されている。平面コイル１０２の内側の端部に接続された配線１１３は平面コイル１０２を跨ぐが、その部分はフレキシブル基板１０１の有機膜によって良好に絶縁されている。従って、このフレキシブル基板１０１は平面コイル１０２と絶縁用の有機膜と配線１１３、電極パッド１０３とこれらを挟み込む有機膜との多層構造によって形成される。
【００３１】
板バネ部１０６内に配線を通すことにより、平面コイルを通していた場合よりも、板バネ部１０６の強度を制御し易くできる利点と平面コイル１０２全体の抵抗が小さくなるため光スキャナの消費電力が小さくなる利点を有している。
【００３２】
別の変形例が図５に示される。図５に示されるように、支持体１０４は可動板１０５を周回する形状をしており、この支持体１０４に永久磁石１０８が固定されている。支持体１０４は、永久磁石１０８の取付部分がエッチング等によって２０μｍ程度削られ、永久磁石１０８の接着面には接着剤等が塗布され、エッチングによって掘り下げられた部分に接着される。
【００３３】
この構成は、エッチングによって永久磁石１０８の取付位置が明確にされているため、永久磁石１０８が常に同じ位置に取り付けられるという利点と、永久磁石１０８の取り付けが簡易化され取付時間が短縮されるという利点を有している。
【００３４】
＜第二の実施の形態＞
本発明の光スキャナの第二の実施の形態が図６と図７に示される。図６に示される本実施形態の構造体２００の外観的な形状は図１〜図３に示される第一実施形態の構造体１００と同じであるが、本実施形態の構造体２００は半導体製造技術を用いて一体で作製されている点で構造体１００とは異なっている。
【００３５】
図６において、支持体２０１と可動板２０２は同一の基板を用いて作製されたものである。ここで基板には面方位が（１００）面のシリコン単結晶基板が用いられた。シリコン基板にはシリコン窒化膜２０３が形成されている。シリコン窒化膜２０３上に第１ポリイミド層２０４が形成されている。第１ポリイミド層２０４上に平面コイル２０５が形成されている。平面コイル２０５は、アルミスパッタで成膜し、エッチングによってコイルパターンに加工されている。平面コイル２０５は構造体２００の周縁の近くを周回しており、その両端は外部との電気的接続のための電極パッド２０６に接続されている。電極パッド２０６は、その下地は平面コイル２０５と一緒に形成され、その後に膜厚を更に増すために再度スパッタによりアルミを堆積して形成される。
【００３６】
平面コイル２０５上には第２ポリイミド層２０７が形成されている。第２ポリイミド層２０７は、板バネ部２０８の一部を構成するほか、平面コイル２０５のコイル配線間の絶縁膜として働くと共に、平面コイル２０５によって生ずる段差を低減する働きをしている。第２ポリイミド層２０７上には第３ポリイミド層２０９が形成されてる。第１ポリイミド層２０４と第２ポリイミド層２０７と第３ポリイミド層２０９は、支持体２０１に対して可動板２０２を変位可能に支持する板バネ部２０８を構成している。特に第３ポリイミド層２０９は板バネ部２０８のバネ特性を設計値に合わせるために形成される。電極パッド２０６は、その上に第２ポリイミド層２０７と第３のポリイミド層２０９は設けられておらず露出しており、外部との電気的な接続が可能となっている。尚、第１及び第２ポリイミド層によって板バネ部２０８の所望のバネ特性が得られる場合は第３ポリイミド層は設けなくともよい。
【００３７】
板バネ部２０８には貫通穴２１０が形成されている。貫通穴２１０は、直線性の高い一次元的な走査を実現するため、その中心が板バネ部２０８の幅方向の中心に位置し、幅方向に対して直交する中心軸線に関して軸対称な形状であることが望ましい。これに加えて、貫通穴２１０は変位時に特定の箇所に応力が集中しない形状が望ましい。このため貫通穴２１０の形状は円や楕円あるいは角が丸まった多角形が適している。
【００３８】
永久磁石２１１は、その着磁方向は可動板２０２の振動方向に略平行で、可動板２０２の先端部に位置する平面コイル２０５に対して上方あるいは下方約４５度の方向の任意の位置に永久磁石上部先端が合う位置に配置される。
【００３９】
次に、本実施形態の光スキャナの構造体２００の作製方法について図７を参照して説明する。
【００４０】
図７（Ａ）に示されるように、シリコン基板２１２は洗浄され、低圧ＣＶＤ装置を用いてその表面にシリコン窒化膜２０３が成膜される。上面のシリコン窒化膜２０３はその上に形成される平面コイル２０５とシリコン基板２１２の間の絶縁層として働き、裏面のシリコン窒化膜２０３は可動板２０２と支持体２０１を分離する際のマスク材料として使用される。
【００４１】
図７（Ｂ）に示されるように、このような理由から、裏面のシリコン窒化膜２０３は、ドライエッチングによって除去すべき部分のシリコンが露出するようにパターニングされる。一方、上面のシリコン窒化膜２０３の上には、板バネ部２０８に貫通穴２１０を形成する際のマスク２１３が、スパッタで成膜されたアルミを用いて形成される。
【００４２】
図７（Ｃ）に示されるように、上面のシリコン窒化膜２０３の上に第１ポリイミド層２０４が形成される。第１ポリイミド層は、液状のポリイミド溶液をシリコン窒化膜２０３の上に塗布し、印刷法あるいはスピンコーティング法によって均一に成膜し、これを焼結して形成される。
【００４３】
図７（Ｄ）に示されるように、第１ポリイミド層２０４の上に平面コイル２０５が形成される。平面コイル２０５は、スパッタされたアルミの膜をコイルパターンにエッチングすることによって形成される。その後、電極パッド２０６に相当する部分にのみ再度スパッタによりアルミが成膜され、十分に厚い膜厚を持つ電極パッド２０６が形成される。
【００４４】
図７（Ｅ）に示されるように、第１ポリイミド層２０４の上に第２ポリイミド層２０７が形成される。第２ポリイミド層２０７は、第１ポリイミド層２０４の形成と同様に、液状のポリイミド溶液を第１ポリイミド層２０４の上に塗布し、印刷法あるいはスピンコーティング法によって均一に成膜し、これを焼結して形成される。
【００４５】
図７（Ｆ）に示されるように、第２ポリイミド層２０７の上に第３ポリイミド層２０９が形成される。第３ポリイミド層２０９は、後に形成される板バネ部２０８の剛性を上げるため、第１ポリイミド層２０４と第２ポリイミド層２０７よりも厚く形成される。第３ポリイミド層２０９は、第１ポリイミド層２０４の形成と同様に、液状のポリイミド溶液を第２ポリイミド層２０７の上に塗布し、印刷法あるいはスピンコーティング法によって均一に成膜し、これを焼結して形成される。
【００４６】
図７（Ｇ）に示されるように、第２ポリイミド層２０７と第３ポリイミド層２０９の貫通穴２１０と電極パッド２０６の上に位置する部分がドライエッチングにより選択的に除去される。
【００４７】
図７（Ｈ）に示されるように、前述のパターニングされた下面のシリコン窒化膜２０３をマスクにしてシリコン基板２１２が下面からアルカリ性溶液を用いて異方性エッチングされ、可動板２０２と支持体２０１が作製される。その際、第１ポリイミド層２０４の下に位置するシリコン窒化膜２０３は、この異方性エッチングから第１ポリイミド層２０４を保護するマスク層として働く。
【００４８】
図７（Ｉ）に示されるように、第１ポリイミド層２０４のマスク層となったシリコン窒化膜２０３はシリコンのエッチング後ドライエッチングによって除去される。シリコン窒化膜２０３が除去されると、板バネ部２０８の下に第１ポリイミド層２０４をエッチングするためのマスク層２１３が現れる。このマスク層２１３を用いて裏面から第１ポリイミド層２０４が加工され、貫通穴２１０が形成される。最後に、マスク層２１３がエッチングにより除去され、上述した本実施形態の光スキャナの構造体２００が得られる。
【００４９】
続いて、本実施形態の光スキャナの動作について説明する。平面コイル２０５には電極パッド２０６を介して電源（図示せず）より交流電流が供給される。平面コイル２０５に電流が流れると、おもに構造体２００の自由端の近くに位置する平面コイル２０５の一部すなわち構造体２００の自由端の辺に平行に延びる部分の平面コイル２０５が、その近くに配置された永久磁石２１１が作る磁場との相互作用によって力をうける。平面コイル２０５を流れる電流が交流であるため、平面コイル２０５の前述の部分が受ける力の向きは周期的に変化する。このため可動板２０２はその厚み方向に振動する。構造体２００の振動の共振周波数は可動板２０２と板バネ部２０８の形状や材質によって一意的に決まり、平面コイル２０５に供給される交流電流の周波数がこの共振周波数に等しいとき、可動板２０２の振動の振幅は最大となる。
【００５０】
この共振周波数と共振時のゲインと可動板２０２の偏向角は前出の（式１）（式２）（式３）によって表わされ、設計する際の指標となる。光源からの光を可動板２０２で反射させて光を走査する場合、光の偏向角は可動板２０２の偏向角の二倍になる。
【００５１】
本実施形態では、構造体２００は一体的に形成されているため、その後に組立作業が不要であり、超小型の光スキャナを大量に安価に生産することができる。また、構造体２００は半導体製造技術を応用して形成されるため、加工精度が非常に高く、このため組立誤差に起因して生じる光スキャナの特性の劣化はない。
【００５２】
板バネ部２０８に設けられた貫通穴２１０は板バネ部２０８の強度特性を改善している。例えばハンディ型のものに本実施形態の光スキャナが用いられた場合、使用時の光スキャナの向きは一定でなく、どの様な向きでも使用できるように設計しなければならない。このとき、問題となるのは光スキャナの振動部に光スキャナの向きによりねじれが生じることである。そこで解析を行い、ねじれに強く偏向角を大きくとる構成として板バネ部２０８の中心に貫通穴２１０を設けることを求めた。尚、貫通穴２１０を設ける際にその四隅に応力集中が起こるため、四隅に曲率を持たせその集中した応力を周辺に分散させている。
【００５３】
板バネ部２０８に有機絶縁材料であるポリイミドを用いることによって脆性破壊が起き難く、必要最小限の強度を保ちながら、大きな偏向角を得ることができる。また、配線がポリイミド内部に作製されているため、配線の湿気による劣化が殆どない。その他にもポリイミド層は平面コイル２０５の配線間の絶縁にも貢献している。
【００５４】
この実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
【００５５】
その変形例のひとつが図８に示される。図８に示されるように、可動板２０２はポリイミド層等の有機膜によって形成されている。ポリイミドで作製された可動板２０２はシリコンで作製されたものに比べて質量が小さいため、これを用いた光スキャナは大きな偏向角を実現できる。以下に可動板２０２の質量と偏向角の関係について示す。
【００５６】
可動板２０２の質量は前出の（式１）から明らかなように共振周波数に影響を与える。光スキャナによって反射される光の走査速度を最大偏向角を変更せずに大きくするには、可動板２０２の質量を小さくして、光スキャナの共振周波数を上げればよい。可動板２０２をシリコンからポリイミドに変更すれば可動板２０２の質量が低減し共振周波数が大きくなる。しかし、可動板２０２をシリコンからポリイミドに変更した場合、可動板２０２と板バネ部２０８の強度差が、可動板２０２にシリコンを用いた場合に比べて小さくなる。これは、可動板２０２を支える板バネ部２０８の強度が相対的に大きくなるためである。
【００５７】
また、一体形成による製造工程を考えた場合、ポリイミドの厚膜形成では通常のシリコン基板の厚み（３００〜５００μｍ）を達成することは困難であり、可動板２０２と板バネ部２０８の強度差がなくなり、可動板２０２が振動中に変形するおそれがある。このような不都合は、板バネ部２０８の剛性を小さくし、可動板２０２との強度差を大きくすることで解決される。可動板２０２、板バネ部２０８の強度は剛性で表わされ、直方体の形状に対しては、
【数２】

で表わされる。ここに、Ｇは剛性、Ｅはヤング率、ｂは幅、ｈは厚みである。（式４）から、可動板２０２と板バネ部２０８の厚みの差を大きくすれば、強度差が増加することが分かる。ポリイミドの厚膜形成に限界があることを考慮すれば、板バネ部２０８の厚みを小さくすることが望ましい。
【００５８】
一方、共振周波数において可動板２０２の質量を小さくすると共に板バネ部２０８の剛性を小さくすることは前出の（式１）から明らかなように、互いの影響を相殺し合う結果となり、共振周波数には大きな影響を及ぼさない。板バネ部２０８の剛性が小さくなったことによる影響は前出の（式３）から明らかなように偏向角の変化に顕著に現れる。板バネ部２０８の剛性が小さくなったことにより偏向角を大きくすることができるのである。
【００５９】
別の変形例として、第２ポリイミド層２０７と第３ポリイミド層２０９は形成されなくてもよい。ただし、この構造体では、平面コイル２０５が大気に直接さらされるため、コイル間の異常放電等が起きないように、真空中で使用されることが望ましい。
【００６０】
更に別の変形例として、平面コイル２０５はメッキ加工によって作製されてもよい。平面コイル２０５は、構造体が大きな力を受けるように巻数を増やし、微細に加工することが望ましい。しかし、平面コイル２０５のサイズを変更せずに巻数を増やせば、コイルの配線幅が狭まり配線抵抗が大きくなり、光スキャナの温度を増加させてしまう。この温度の増加によって、板バネ部２０８の強度特性が変化してしまい、共振周波数が不安定になることもある。これを解決するためにはコイルの厚みを増すのがよい。従って、電解メッキ法を用いてスパッタとエッチングによって形成されたアルミのコイルパターンをシード層としてメッキ金属を成膜、形成する。
【００６１】
また更に別の変形例として、図５に示される構成と同様に、支持体２０１が可動板２０２を周回する形状に変更され、支持体２０１に永久磁石２１１が固定されてもよい。永久磁石の取付部分はドライエッチングによって２０μｍ程度削られ、永久磁石の接着面には接着剤等が塗布され、エッチングによって掘り下げられた部分に接着される。
【００６２】
この構成は、エッチングによって永久磁石２１１の取付位置が明確にされているため、永久磁石２１１が常に同じ位置に取り付けられるという利点と、永久磁石２１１の取り付けが簡易化され取付時間が短縮されるという利点を有している。
【００６３】
＜第三の実施の形態＞
本発明の光スキャナの第三の実施の形態について図９〜図１１を参照して説明する。
【００６４】
図９と図１０に示されるように、光スキャナは構造体３００と永久磁石３１３を有している。構造体３００は半導体製造技術を用いて一体で作製され、支持体３０１と可動板３０２は同一の基板から作製される。ここで基板には面方位が（１００）面のシリコン単結晶基板が用いられている。シリコン基板の上にはシリコン窒化膜３０３が形成されている。可動板３０２の上のシリコン窒化膜３０３の上には平面コイル３０４が形成されている。平面コイル３０４はアルミをスパッタで成膜し、エッチングによって加工して作られる。平面コイル３０４の両端部には配線３０８とのコンタクト用のコンタクトパッド３０５が設けられている。シリコン窒化膜３０３の上には第１ポリイミド層３０６が設けられており、これは支持体３０１と可動板３０２とを連結している。第１ポリイミド層３０６の上には配線３０８が設けられ、配線３０８は一端がコンタクトパッド３０５に接続され、他端は支持体３０１の上に位置し、これにはアルミ製の電極パッド３０９が設けられている。
【００６５】
第１ポリイミド層３０６の上には第２ポリイミド層３１０が設けられている。第２ポリイミド層３１０は、電極パッド３０９を除いて配線３０８を覆っており絶縁膜として機能すると共に、第一ポリイミド層３０６と配線３０８の段差を低減する働きをしている。第２ポリイミド層３１０の上には第３ポリイミド層３１１が設けられている。支持体３０１と可動板３０２の間に位置する第一ポリイミド層３０６と第２ポリイミド層３１０と第３ポリイミド層３１１は、支持体３０１に対して可動板３０２を振動可能に支持する板バネ部３０７を構成している。第３ポリイミド層３１１は板バネ部３０７の剛性を調整するために設けられ、その層厚を調整することで所望の剛性の板バネ部３０７が得られる。第３ポリイミド層３１１は電極パッド３０９の上には設けられておらず、電極パッド３０９は露出しており、外部との電気的な接続が可能となっている。尚、第１及び第２ポリイミド層によって所望の剛性の板バネ部３０７が得られる場合は、第３ポリイミド層は設けなくてもよい。
【００６６】
板バネ部３０７には貫通穴３１２が形成されている。貫通穴３１２は、直線性の高い一次元的な走査を実現するため、その中心が板バネ部３０７の幅方向の中心に位置し、幅方向に対して直交する中心軸線に関して軸対称な形状であることが望ましい。これに加えて、貫通穴３１２は変位時に特定の箇所に応力が集中しない形状が望ましい。このため貫通穴３１２の形状は円や楕円あるいは角が丸まった多角形が適している。
【００６７】
永久磁石３１３は、その着磁方向は可動板３０２の振動方向に略平行で、可動板３０２の先端部に位置する平面コイル３０４に対して上方あるいは下方約４５度の方向の任意の位置に永久磁石上部先端が合う位置に配置される。
【００６８】
次に、本実施形態の光スキャナの構造体３００の作製方法について図１１を参照して説明する。
【００６９】
図１１（Ａ）に示されるように、面方位が（１００）面のシリコン基板３２０は、洗浄後、その表面に低圧ＣＶＤ装置を用いてシリコン窒化膜３０３が成膜される。上面のシリコン窒化膜３０３はその上に形成される平面コイル３０４とシリコン基板３２０の間の絶縁膜として働く。下面のシリコン窒化膜３０３はドライエッチングによって部分的に除去されてパターニングされ、パターニングされたシリコン窒化膜３０３はシリコン基板３２０から支持体３０１と可動板３０２を作製する際のマスクとして働く。
【００７０】
図１１（Ｂ）に示されるように、上面のシリコン窒化膜３０４の上に平面コイル３０４が形成される。平面コイル３０４は、スパッタリングによってアルミを成膜し、これをエッチングによってパターニングして作製される。平面コイル３０４の両端部には、のちに形成される配線３０８とのコンタクト用のコンタクトパッド３０５が形成される。
【００７１】
図１１（Ｃ）に示されるように、のちに板バネ部３０７に貫通穴３１２を形成するためのマスク３１４が形成される。マスク３１４は、スパッタされたアルミをリフトオフ等の方法によってパターニングして作製される。
【００７２】
図１１（Ｄ）に示されるように、上面のシリコン窒化膜３０３の上に、平面コイル３０４とマスク３１４を覆う第１ポリイミド層３０６が作製される。第１ポリイミド層３０６は、液状のポリイミド溶液をシリコン基板に塗布し、印刷法あるいはスピンコーティング法によって均一に成膜し、焼結して作製される。その後、第一ポリイミド層３０６は、コンタクトパッド３０５の上の部分がエッチングによって除去される。
【００７３】
図１１（Ｅ）に示されるように、第１ポリイミド層３０６の上に配線３０８が形成される。配線３０８は、スパッタされたアルミをエッチングによりパターニングして作製される。その後必要に応じて、支持体３０１上に設けられる電極パッド３０９のアルミの厚みを増すため、アルミのスパッタとパターニングを再度行なってもよい。
【００７４】
図１１（Ｆ）に示されるように、第１ポリイミド層３０６の上に第２ポリイミド層３１０が設けられる。第２ポリイミド層３１０は、第１ポリイミド層と同様に、液状のポリイミド溶液を第１ポリイミド層３０６上に塗布し、印刷法あるいはスピンコーティング法によって均一に成膜し、焼結して作製される。
【００７５】
図１１（Ｇ）に示されるように、第２ポリイミド層３１０の上に第３ポリイミド層３１１が設けられる。第３ポリイミド層３１１は、第１ポリイミド層と同様に、液状のポリイミド溶液を第２ポリイミド層３１０上に塗布し、印刷法あるいはスピンコーティング法によって均一に成膜し、焼結して作製される。第３ポリイミド層３１１は、板バネ部３０７の剛性を高めるため、第１ポリイミド層３０６や第２ポリイミド層３１０よりも厚く形成される。
【００７６】
図１１（Ｈ）に示されるように、第２ポリイミド層３１０と第３ポリイミド層３１１は、電極パッド３０９の上に位置する部分と、形成すべき貫通穴３１２に相当する部分とが、ドライエッチングにより除去される。
【００７７】
図１１（Ｉ）に示されるように、シリコン基板３２０から支持体３０１と可動板３０２が作製される。支持体３０１と可動板３０２は、シリコン基板３２０の下面のパターニングされたシリコン窒化膜３０３をマスクにして、アルカリ性溶液を用いてシリコン基板３２０を下面から異方性エッチングして作製される。このとき、第１ポリイミド層３０６の下にあるシリコン窒化膜３０３は、シリコン基板３２０がエッチングされ貫通された際に第１ポリイミド層３０６を保護するマスク層として働く。
【００７８】
図１１（Ｊ）に示されるように、第１ポリイミド層３０６のマスク層となったシリコン窒化膜３０３は、シリコン基板３２０のエッチング後、ドライエッチングによって除去される。シリコン窒化膜３０３が除去されると、アルミのマスク３１４が現れる。マスク３１４を用いて第１ポリイミド層３０６が除去され、貫通穴３１２が形成される。その後、マスク３１４がエッチングにより除去され、上述した本実施形態の光スキャナの構造体３００が得られる。
【００７９】
続いて、本実施形態の光スキャナの動作について説明する。平面コイル３０４には電極パッド３０９を介して電源（図示せず）より交流電流が印加される。平面コイル３０４を流れる電流は構造体３００の自由端の近くに配置された永久磁石３１３が作る磁場と相互作用し、平面コイル３０４は特に構造体３００の自由端近くの部分が力を受ける。平面コイル３０４を流れる電流が交流であるため、平面コイル３０４が受ける力の方向は周期的に変化し、可動板３０２は厚み方向に振動する。構造体３００の振動の共振周波数は可動板３０２と板バネ部３０７の形状や材質によって一意的に決まり、この共振周波数に等しい周波数の交流電流の平面コイル３０４への供給は可動板３０２をその電流値で最大の振幅で振動させる。
【００８０】
この共振周波数と共振時のゲインと可動板３０２の偏向角は前出の（式１）（式２）（式３）によって表わされ、設計する際の指標となる。可動板３０２で反射される光は、可動板３０２の偏向角の二倍の偏向角で往復走査される。
【００８１】
本実施形態の光スキャナでは、構造体３００は一体に形成されるため、その後の組立作業は不要であり、超小型の光スキャナを大量に安価に生産することができる。また、構造体３００は半導体製造技術を応用して作製されるので寸法精度が非常に高く、このため設計値との誤差に起因する光スキャナの性能の劣化が非常に少ない。
【００８２】
板バネ部３０７に設けた貫通穴３１２は板バネ部３０７の強度特性を改善している。例えばハンディ型のものに本実施形態の光スキャナが用いられた場合、使用時の光スキャナの向きは一定でなく、どの様な向きでも使用できるように設計しなければならない。このとき、問題となるのは光スキャナの振動部に光スキャナの向きによりねじれが生じることである。そこで解析を行い、ねじれに強く大きな偏向角を得られる構成として板バネ部３０７の中心に貫通穴３１２を設けることを求めた。貫通穴３１２を設ける際にその四隅に応力集中が起こるため、四隅に曲率を持たせその集中した応力を周辺に分散させている。
【００８３】
板バネ部３０７に有機絶縁材料であるポリイミドを用いることによって脆性破壊が起き難く、必要最小限の強度を保ちながら、大きな偏向角を得ることができる。また、平面コイル３０４と配線３０８がポリイミド内部に作製されているため、平面コイル３０４と配線３０８の湿気による劣化がほとんどない。さらに、ポリイミド膜は平面コイル３０４の線材の間および平面コイル３０４と平面コイルの上を横断する配線３０８の間を良好に絶縁し、光スキャナの性能の向上に貢献している。
【００８４】
なお、この実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
【００８５】
その変形例のひとつが図１２に示される。図１２に示されるように、可動板３０２はポリイミド等の有機膜で形成されている。ポリイミド製の可動板３０２はシリコン製のものに比べて質量が小さく、これを用いた光スキャナは大きな偏向角を実現できる。以下に可動板３０２の質量と偏向角の関係について示す。
【００８６】
可動板３０２の質量は前出の（式１）から明らかなように共振周波数に影響を与える。光スキャナによって反射された光の走査速度を最大偏向角を変更せずに大きくするには、可動板３０２の質量を小さくして、光スキャナの共振周波数を上げればよい。可動板３０２をシリコンからポリイミドに変更すれば可動板３０２の質量が低減し共振周波数が大きくなる。しかし、可動板３０２をシリコンからポリイミドに変更した場合、可動板３０２と板バネ部３０７との強度差が可動板３０２にシリコンを用いた場合に比べて小さくなる。これは、可動板３０２を支える板バネ部３０７の強度が相対的に大きくなるためである。
【００８７】
また、一体形成による製造工程を考えた場合、ポリイミドの厚膜形成では通常のシリコン基板の厚み（３００〜５００μｍ）を達成することは困難であり、可動板３０２と板バネ部３０７の強度差がなくなり、可動板３０２が振動中に変形するおそれがある。このような不都合は、板バネ部３０７の剛性を小さくし、可動板３０２との強度差を大きくすることで解消される。可動板３０２と板バネ部３０７の強度は剛性で表わされ、長方体の形状に対しては、前出の（式４）で表わされる。（式４）から分かるように、強度差を大きくするには、可動板３０２と板バネ部３０７の厚みに差を持たせることが有効である。ポリイミドの厚膜形成に限界があることを考慮すれば板バネ部３０７の厚みを小さくすることが望ましい。
【００８８】
一方、共振周波数において可動板３０２の質量を小さくすると共に板バネ部３０７の剛性を小さくすることは、前出の（式１）から明らかなように、互いの影響を相殺し合う結果となり、共振周波数には大きな影響を及ぼさない。板バネ部３０７の剛性が小さくなったことによる影響は、前出の（式３）から明らかなように、偏向角の変化に顕著に現れる。板バネ部３０７の剛性が小さくなったことにより偏向角を大きくすることができるのである。
【００８９】
別の変形例としては、平面コイル３０４はメッキ加工によって作製されてもよい。平面コイル３０４は、構造体が大きな力を受けるように、巻数が多く、線幅は細いことが望ましい。しかし、平面コイル３０４のサイズを変更せずに巻数を増やすと必然的にコイルの線幅は細くなり、このため電気抵抗が大きくなり光スキャナの温度を増加させてしまう。この温度の増加によって、板バネ部３０７の強度特性が変化してしまい、共振周波数が不安定になることもある。これを解決するためには平面コイル３０４の厚みを増すのがよい。したがって、電解メッキ法を用いてスパッタとエッチングによって形成されたアルミのコイルパターンをシード層としてメッキ金属を成膜、形成する。
【００９０】
更に別の変形例が図１３に示される。図１３に示されるように、支持体３０１は可動板３０２を周回する形状をしており、永久磁石３１３は支持体３０１に取り付けられている。支持体３０１は永久磁石３１３の取付位置に当たる部分がドライエッチングによって２０μｍ程度エッチングによって掘り下げられており、この部分に永久磁石３１３が接着によって固定される。
【００９１】
この構成では、エッチングによって永久磁石３１３の取付位置が示されているため、永久磁石３１３が常に正確な位置に取り付けられると共に、永久磁石３１３の取り付けが簡易化され取付時間が短縮される。
【００９２】
次に、本実施形態の光スキャナを使用した実験について説明する。実験に使用した光スキャナの構造体の寸法の一例が図１４と図１５に示されている。また、パルスジェネレータで生成された共振周波数に等しい周波数の矩形波を平面コイルに供給したときの電流と光スキャナの偏向角の関係が図１６に、光スキャナを振動させない状態における電流と平面コイルの電気抵抗の関係が図１７に示されている。
【００９３】
図１６に示されるように、この光スキャナでは電流値１０ｍＡで偏向角が約４０度に達することが分かった。この結果、光を走査する角度は約８０度に達し、この光スキャナはハンディタイプのもの（電池駆動）に十分用いることができることが確認された。
【００９４】
また、実験全体を通して以下の知見を得た。図１６から消費電力を上げることによって偏向角の増加率が次第に低下し、平面コイルの抵抗が次第に大きくなることが分かった。また、別の実験で消費電力が上がることによって平面コイルに熱が発生していることも確認された。従って、図１７に示されるように消費電力の上昇に伴って平面コイルの抵抗が大きくなったのは、平面コイルで発生する熱量が消費電力の上昇に伴って大きくなったためと考えられる。図１６に示されるように電流量の増加に伴う偏向角の増加率の低下は、平面コイルで発生した熱が板バネ部にまで影響を及ぼし板バネ部の共振周波数を変えてしまったためと考えられる。今回の実験では電源としてパルスジェネレータを用いているため、共振周波数の変化に対応することができなった。
【００９５】
この結果より、実験に用いた光スキャナでは最大電流値を１０ｍＡ以下に設定すると、本結果以上の偏向角が必要な場合には板バネ部の強度を小さくして偏向角を大きくすることが望ましいことがわかった。
【００９６】
＜第四の実施の形態＞
本発明の光スキャナの第四の実施の形態について図１８〜図２０を参照して説明する。本実施形態では、第三実施形態の光スキャナにさらに歪みゲージを内蔵し、ひずみ量を検出することにより振動のモニタリングを行い、反射面を有する可動板が常に共振周波数で振動するように自励発振回路を構成した光スキャナを示す。
【００９７】
まず本実施形態の概要を説明する。上述のように本発明の光スキャナでは永久磁石４１４が作る磁場と平面コイル４０５を流れる交流電流の相互作用によって可動板４０２が振動される。可動板４０２の振動の振幅は、可動板４０２と板バネ部４０３の形状や材質によって一意的に決まる構造体４００の振動の共振周波数と平面コイル４０５を流れる交流電流の周波数の関係に依存し、交流電流の周波数が共振周波数に等しいとき最大となる。このような光スキャナは偏向角を最大限大きくするために共振周波数で振動させている。しかしながら、長時間使用した場合や使用環境の変化等によって光スキャナの共振周波数は微妙に変化する。これを補正するため、光スキャナの板バネ部４０３内に歪みゲージ４０１を一体に形成し、ひずみ量を検出し、さらに、自励発振回路を構成する。これにより、光スキャナは常に共振周波数で駆動することができるようになる。
【００９８】
図１８と図１９に示されるように、構造体４００の板バネ部４０３は第１ポリイミド層４０４と配線４０７と第２ポリイミド層４０８と第３ポリイミド層４０９によって構成されている。歪みゲージ４０１は板バネ部４０３の第２ポリイミド層４０８と第３ポリイミド層４０９の間に形成されている。歪みゲージ４０１は、スパッタされたアルミをエッチングによって配線４０７と平行な方向に数回折返した形状に加工して作製される。信号出力用パッド４１０は支持体４１１上の第２ポリイミド層４０８の上に形成され、歪みゲージ４０１から信号出力用パッド４１０までの配線４１２も第２ポリイミド層４０８の上に形成されている。
【００９９】
歪みゲージ４０１は、計測に必要な抵抗値を解析的に導き出し、板バネ部４０３の強度の影響を考慮に入れて寸法を決定しなければならない。一方、信号出力用パッド４１０と配線４１２は歪みゲージ４０１の計測値のノイズにならないように抵抗を小さく形成した方がよい。従って、歪みゲージ４０１、配線４１２、信号出力用パッド４１０の厚みは個別に設定される。歪みゲージ４０１は貫通穴４１３の両側に設けられ、一次元振動が不安定にならないように板バネ部４０３の幅方向に垂直な中心軸線から同じ距離だけ離れた位置に形成される。実際に使用する歪みゲージ４０１は一つでよいため、一方の歪みゲージ４０１は予備として残しておく。また、この二つの歪みゲージから検出された信号を比較することにより、ねじれ（モード）のモニタに利用してもよい。
【０１００】
次に、本実施形態の動作について説明する。歪みゲージ４０１によって板バネ部４０３のひずみ量が計測される。図２０に示されるように、歪みゲージ４０１から得られた信号はひずみ量検出回路４２１で増幅される。ひずみ量検出回路４２１から出力される信号は交流信号であり、例えば入力波形がｓｉｎ波の場合、ひずみ量検出回路４２１から出力される信号もｓｉｎ波である。ひずみ量検出回路４２１からの出力信号はＢＰＦ（Band Pass Filter)４２２に入り、共振周波数近傍以外のノイズ信号が除去される。ＢＰＦ４２２を通過した信号は位相器４２３によって位相が調整される。位相器４２３は、光スキャナが共振周波数で振動しているときの入力波形に対する出力波形の位相ずれを補正し、補正後の信号をアンプ４２４に出力する。アンプ４２４は電源を兼ねており、最大電圧値を規定し、これにより共振時の可動板４０２の偏向角が一定に保たれる。ひずみ量検出回路４２１とＢＰＦ４２２と位相器４２３とアンプ４２４は自励発振回路を構成しており、これにより可動板４０２は常に共振周波数で振動される。
【０１０１】
本実施形態の光スキャナでは、共振周波数を検知する歪みゲージ４０１を内蔵した構造体４００が一体に形成されるため、その後の組立作業は不要であり、超小型の光スキャナを大量に安価に生産することができる。また、構造体４００は半導体製造技術を応用して作製されるので寸法精度が非常に高く、このため設計値との誤差に起因する光スキャナの性能の劣化が非常に少ない。
【０１０２】
なお、この実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
【０１０３】
本実施形態は上述した他の実施形態のいずれにも適用してもよい。つまり、上述の他の実施形態の光スキャナの構造体の板バネ部に歪みゲージ４０１を設け、これを用いて自励発振回路を構成してもよい。また、ひずみ量が最も高いのは板バネ部４０３の表面であるため、歪みゲージ４０１は板バネ部４０３の表面に形成してもよい。この場合、信号出力用パッド４１０と配線４１２も板バネ部４０３上に形成してもよい。
【０１０４】
本発明は上述の実施の形態に何等限定されるものではない。その要旨を逸脱しない範囲で行なわれる実施はもちろん本発明に含まれる。
【０１０５】
本発明は以下の各項に記した技術思想を含んでいる。
【０１０６】
１．
（構成） 任意の部材に固定するための支持体と、
少なくとも一方の面が光を反射する反射面である可動板と、
該可動板に一自由度以上の自由度を持たせながら該支持体と該可動板を接続した弾性部材と、
少なくとも一辺が該可動板上に形成されたコイルと、
該可動板近傍に配置され、該可動板から該支持体に向かう方向に平行な磁界成分を有する永久磁石からなり、
該コイルに交流電流を印加することで該可動板が該弾性部材と該支持体との接続部を固定端とした振動を行う光スキャナにおいて、
該弾性部材は内部に電気要素を有し、該可動板上と該支持体上に達する絶縁性の弾性膜であることを特徴とした光スキャナ。
【０１０７】
（対応する発明の実施の形態） 第一、第二、第三の実施の形態が対応する。コイルは、実施の形態の平面コイルが該当する。電気要素は、平面コイル、電気配線、電極、歪みゲージ等を総称している。
【０１０８】
（作用） 交流電流を平面コイルに印加することにより、可動板先端に形成された平面コイルは近傍に配置された磁石によって生じた磁場との相互作用によって力を発生し、これにより可動板は弾性部材と支持体の接続部を固定端として振動する。光スキャナの共振周波数と同様の周波数で交流電流を印加することによりこの１次元振動はその電流値における最大の振幅で振動する。
【０１０９】
（効果） 平面コイルなどの電気要素が絶縁性の弾性膜内部に作製されているため、電気要素の湿気による劣化がほとんどなく、また電気要素間及び平面コイル配線間の絶縁などにも効果がある。さらに振動による剥離や断線等も防げる。
【０１１０】
２．
（構成） 第１項において、電気要素はコイルとコイルに電気的に接続された電極であり、該コイルは該可動板から支持体にいたる領域を周回するように形成されてあり、かつ電極は支持体の上に形成されていることを特徴とした光スキャナ。
【０１１１】
（対応する発明の実施の形態） 第一、第二の実施の形態が対応する。
【０１１２】
（作用効果） 本実施の形態におけるコイルは弾性部材内部を可動板から板バネ部（弾性部材の支持体と可動板の間に位置する部分）および支持体に至るまで周回している平面コイルである。従って、永久磁石から生ずる磁束の影響は可動板の端部に平行に形成されたコイルの部分のみとなり（支持体上に形成されたコイルの部分に作用する力は、支持体が固定されているので振動に影響しない）、振動が安定し、縦振動以外のモードが発生しにくいという効果がある。また、コイル以外の配線を必要としないため、作製工程が簡便で生産性が高い。
【０１１３】
３．
（構成） 第１項において、電気要素はコイルと電極とコイルから電極に電気的に接続するための配線であり、該コイルは可動板の上を周回し、該電極は支持体の上に形成され、該配線は弾性部材の支持体と可動板の間に位置する板バネ部内部を延在し該コイルと該電極を電気的に接続するように形成されていることを特徴とした光スキャナ。
【０１１４】
（対応する発明の実施の形態） 第一の実施の形態の変形例、第三の実施の形態が対応する。
【０１１５】
（作用効果） 板バネ部内にコイルではなく配線を通すことにより、電気要素の板バネ部の強度におよぼす影響を制御しやすくなる。また、コイル配線が短くなりコイル全体の電気抵抗が小さくなることから、光スキャナの消費電力を小さくすることができる。
【０１１６】
４．
（構成） 第２項または第３項において、該絶縁性の弾性膜内に歪みゲージと信号取出し用電極と歪みゲージから信号取出し用電極に接続するための配線を有することを特徴とした光スキャナ。
【０１１７】
（対応する発明の実施の形態） 第四の実施の形態が対応する。
【０１１８】
（作用効果） 共振周波数を検知する歪みゲージを内蔵した光スキャナを一体に形成することができ、組立作業がなく、超小型の光スキャナを大量に安価に生産することができる。また、半導体製造技術を応用すれば、超小型化された光スキャナとしては寸法精度が高く、製作上の問題で光スキャナの振動が不安定になりにくい。
【０１１９】
５．
（構成） 第２項、第３項、第４項のいずれかにおいて、絶縁性の弾性膜は有機材料からなることを特徴とした光スキャナ。
【０１２０】
（対応する発明の実施の形態） 第一、第二、第三の実施の形態が対応する。
【０１２１】
（作用効果） 板バネ部に絶縁性の弾性膜として有機材料を用いることによってシリコン等の無機弾性材料を板バネ部に用いた場合と比較して脆性な破壊が起きにくく、必要最小限の強度を保ちながら、大きな偏向角が得られる。
【０１２２】
６．
（構成） 第５項において、半導体製造技術によって、
該板バネ部を構成する有機膜は該可動部上と該支持体上にわたって一体に形成され、
該コイルは該可動部上の該弾性膜内と該板バネ部内と該支持体上の該弾性膜内を周回するように半導体製造技術によって形成された平面コイルであり、
該電極は該支持体上に形成された該有機膜内に半導体製造技術によって形成され、該平面コイルに電気的に直接接続され、該電極上から外部に配線を取出すための電極であることを特徴とした光スキャナ。
【０１２３】
（対応する発明の実施の形態） 第二の実施の形態が対応する。
【０１２４】
（作用効果） この構成では光スキャナは一体に形成することができ、組立作業がなく、超小型の光スキャナを大量に安価に生産することができる。また、半導体製造技術を応用しているため、超小型化された光スキャナとしては寸法精度が高く、製作上の問題で光スキャナの振動が不安定になりにくい。
【０１２５】
７．
（構成） 第５項において、半導体製造技術によって、
該板バネ部を構成する有機膜は該可動部と該支持体上にわたって一体に形成され、
該コイルは該可動部上に形成された絶縁性の該弾性膜内に一体に半導体製造技術によって形成された平面コイルであり、
該電極は該支持体上に形成された該有機膜内に半導体製造技術によって形成され、該電極上から外部に配線を取出すための電極であることを特徴とした光スキャナ。
【０１２６】
（対応する発明の実施の形態） 第三の実施の形態が対応する。
【０１２７】
（作用効果） この構成では光スキャナは一体に形成することができ、組立作業がなく、超小型の光スキャナを大量に安価に生産することができる。また、半導体製造技術を応用しているため、超小型化された光スキャナとしては寸法精度が高く、製作上の問題で光スキャナの振動が不安定になりにくい。
【０１２８】
８．
（構成） 第６項または第７項において、該可動板と該支持体は半導体作製技術により同一の基板から一体的に形成されたことを特徴とした光スキャナ。
【０１２９】
（対応する発明の実施の形態） 第二および第三の実施の形態が対応する。
【０１３０】
（作用効果） この構成では光スキャナの主たる部分（支持体、可動板、板バネ部、電気要素）は半導体作製技術により同一基板を用いて一体に形成することができ、組立作業がなく、超小型の光スキャナを大量に安価に生産することができる。また、半導体製造技術を応用しているため、超小型化された光スキャナとしては寸法精度が高く、製作上の問題で光スキャナの振動が不安定になりにくい。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明によれば、走査光ビームの大きな偏向角を得ることができ、平面コイルや配線などの電気要素の耐久性が優れており、安価に大量に生産できる小型の光スキャナが得られる。また、必要に応じて、歪みゲージを備えて安定な偏向角で走査できる光スキャナが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施の形態の光スキャナの構成を示す斜視図である。
【図２】図１の光スキャナの一部の構造体の分解斜視図である。
【図３】図１の光スキャナの部分断面斜視図である。
【図４】第一の実施の形態の光スキャナの変形例の構造体の分解斜視図である。
【図５】第一の実施の形態の光スキャナの別の変形例の構成を示す斜視図である。
【図６】第二の実施の形態の光スキャナの構成を示す断面図である。
【図７】図６の光スキャナの構造体の製造工程を説明するための図である。
【図８】第二の実施の形態の光スキャナの変形例の構造体の斜視図である。
【図９】第三の実施の形態の光スキャナの構成を示す斜視図である。
【図１０】図９の光スキャナのＸ−Ｘ線における断面図である。
【図１１】図９と図１０の光スキャナの構造体の製造工程を説明するための図である。
【図１２】第三の実施の形態の光スキャナの変形例の構造体の斜視図である。
【図１３】第三の実施の形態の光スキャナの別の変形例の構成を示す斜視図である。
【図１４】実験に用いた構造体の寸法を示す上面図である。
【図１５】図１４の構造体のＸＶ−ＸＶ線における断面図である。
【図１６】平面コイルを流れる電流と光スキャナの偏向角の関係を示すグラフである。
【図１７】可動板を振動させない状態において平面コイルを流れる電流と平面コイルの電気抵抗の関係を示すグラフである。
【図１８】第四の実施の形態の光スキャナの構造体の上面図である。
【図１９】図１８の光スキャナの構造体のＸＩＸ−ＸＩＸ線による断面図である。
【図２０】図１８の構造体を用いた光スキャナの駆動回路のブロック図である。
【図２１】従来の光スキャナを示す図である。
【図２２】従来の別の光スキャナを示す図である。
【符号の説明】
１０１ フレキシブル基板
１０２ 平面コイル
１０４ 支持体
１０５ 可動板
１０６ 板バネ部
１０８ 永久磁石

Claims (4)

1. 光を一次元的に走査する光スキャナであり、
   固定の支持部と、
   前記支持部に片持ちに支持された有機絶縁材料からなる弾性部と、
   前記弾性部の自由端部に設けられた可動板上に設けられたミラーと、
   前記弾性部の内部に設けられたコイルと、
   前記弾性部の自由端の近くに間隔を置いて配置される永久磁石とを有しており、前記コイルには交流電流が供給され、前記コイルを流れる電流と前記永久磁石が作る磁場との相互作用により前記支持部に対して前記ミラーが振動され、これにより前記ミラーで反射された光が一次元的に走査される光スキャナであって、前記可動板と前記支持部の間に位置する前記弾性部内部に、前記コイルに電流を供給するための配線を有していることを特徴とする光スキャナ。
2. 前記可動板と前記支持部の間に位置する前記弾性部内部に、前記弾性部の振動を検出するための歪みゲージを有していることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
3. 前記歪みゲージによって検出された信号を自励発振回路に入力し、この自励発振回路の出力により、光スキャナを駆動することで、前記可動板が常に共振周波数で振動することを特徴とする請求項２に記載の光スキャナ。
4. 前記可動板と前記支持部の間に位置する前記弾性部は、この弾性部の幅方向の中心に位置し、幅方向に対して直交する中心軸線に関して軸対称な形状の貫通穴を有していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかひとつに記載の光スキャナ。

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