JPH1020226A - 光スキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】走査光ビームの偏向角が大きく、平面コイルや
配線などの電気要素の耐久性に優れ、安価に大量に生産
できる小型の光スキャナを提供する。 【解決手段】光スキャナは、自由端が振動される構造体
１００と、その自由端の近くに配置される永久磁石１０
８を有している。構造体１００は、固定端となる支持体
１０４と、弾性変形可能なフレキシブル基板１０１と、
反射面を有する可動板１０５を有し、支持板１０４と可
動板１０５はフレキシブル基板１０１の端部に接着され
ている。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、その端部は外部と
の接続用の露出した電極パッド１０３に接続されてい
る。フレキシブル基板１０１の支持体１０４と可動板１
０５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板バネ部１０６として働
き、その中央には貫通穴１０７を形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【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２２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２２（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２２（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３１
２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２３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６３−８２１６
５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。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。

【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、さらに安価に大量に生産できる光スキャ
ナを提供することである。本発明の目的は、前述の利点
を備えた光スキャナであり、さらに歪ゲージを備えた光
スキャナを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、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、支持部に片持ちに支持された弾性
部と、弾性部の自由端部に設けられたミラーと、弾性部
の内部に設けられたコイルと、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、コイ
ルには交流電流が供給され、コイルを流れる電流と永久
磁石が作る磁場との相互作用により支持部に対してミラ
ーが振動され、これにより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る。

【００１１】上記構成において好ましくは弾性部は有機
絶縁材料で作られている。上記構成において好ましくは
支持部と弾性部とミラーとコイルとを備えた構造体が半
導体製造技術により作られている。尚、ここでいう半導
体製造技術とは、Ｓｉ等の半導体基板に各種工程により
半導体素子を作製する技術のことであり、各種材料のス
パッタリング、ＣＶＤ及びフォトリソグラフィとエッチ
ングによるパターニング等が含まれる。特にエッチング
にはアルカリ溶液を用いたＳｉ基板の異方性エッチング
も含まれる。

【００１２】

【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４を参照して説明する。

【００１３】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。

【００１４】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１０
５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１
０１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１０
４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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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１０
１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１
０７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。

【００１９】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。

【００２０】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１
０３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。

【００２１】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。

【００２２】

【数１】 ここに、ｆ_r は共振周波数、Ｅ_p は板バネ部１０６のヤ
ング率、Ｉ_p 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１０
６のの質量、ｇａｉｎは共振時のゲイン、ｆは任意の周
波数、ｄ_p はダンピング係数、ｉ_max は共振時の偏向
角、ｗは平面コイル１０２に発生する力量、Ｅ_s は可動
板１０５のヤング率、Ｉ_s は可動板１０５の断面二次モ
ーメント、ｌ_b は板バネ部１０６の長さ、ｌ_a は可動板
１０５の長さである。

【００２３】本発明の光スキャナを用いたバーコードリ
ーダシステムが図４に概略的に示される。図４に示され
るように、レーザ光源１０９はコリメートされたレーザ
光を振動している可動板１０５の反射面に照射し、可動
板１０５の反射面で反射されたレーザ光１０８は一次元
的に走査される。つまり、レーザ光１０８はある平面内
において所定の角度範囲で振れ、その軌道上にあるバー
コード１１０の上を直線的に往復移動する。レーザー光
１０８はバーコード１１０で散乱され、その散乱光は、
バーコード１１０に記録されている情報を反映してお
り、受光素子１１１で検出される。受光素子１１１から
の出力は信号処理回路１１２によって処理され、バーコ
ード１１０に記録されている情報が読み取られる。

【００２４】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１
０５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。

【００２５】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。

【００２６】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
ンディ型のバーコードリーダ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。

【００２７】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。

【００２８】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。その変形例のひとつが図５に
示される。図５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１０
１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。

【００２９】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１０
６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。

【００３０】別の変形例が図６に示される。図６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。

【００３１】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１
０８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。

【００３２】＜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７と図８に示される。図７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。

【００３３】図７において、支持体２０１と可動板２０
２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２０
４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。

【００３４】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２０
５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２
０９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２０
９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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】次に、本実施形態の光スキャナの構造体２
００の作製方法について図８を参照して説明する。図８
（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２１
２の間の絶縁層として働き、裏面のシリコン窒化膜２０
３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。

【００３８】図８（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。

【００３９】図８（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。

【００４０】図８（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。

【００４１】図８（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２０
４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。

【００４２】図８（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２
０７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８（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。

【００４４】図８（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２０
１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。

【００４５】図８（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２１
３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２１
３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。

【００４６】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２０
６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。

【００４７】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。

【００４８】本実施形態の光スキャナは、第一実施形態
の光スキャナと同様に、図４のバーコードリーダシステ
ムに適用できる。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。

【００４９】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
ンディ型のバーコードリーダ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。

【００５０】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。

【００５１】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。その変形例のひとつが図９に
示される。図９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。

【００５２】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２
０２をシリコンからポリイミドに変更すれば可動板２０
２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２０
２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。

【００５３】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、

【００５４】

【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。

【００５５】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。

【００５６】別の変形例として、第２ポリイミド層２０
７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。

【００５７】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２
０５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。

【００５８】また更に別の変形例として、図６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。

【００５９】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２
１１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。

【００６０】＜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１０〜図１２を参照して
説明する。

【００６１】図１０と図１１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。

【００６２】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３
１０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３
０６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３
１０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３０
７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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】次に、本実施形態の光スキャナの構造体３
００の作製方法について図１２を参照して説明する。図
１２（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。

【００６６】図１２（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。

【００６７】図１２（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３
１４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。

【００６８】図１２（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３０
５の上の部分がエッチングによって除去される。

【００６９】図１２（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３
０８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。

【００７０】図１２（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３０
６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。

【００７１】図１２（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３１
０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。

【００７２】図１２（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３１
２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。

【００７３】図１２（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３２
０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３
２０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。

【００７４】図１２（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３０
３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３
１４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。

【００７５】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３０
９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。

【００７６】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。

【００７７】本実施形態の光スキャナは、図４に示され
るバーコードリーダシステムの第一実施形態の光スキャ
ナに代えて適用可能である。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。

【００７８】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
ィ型のバーコードリーダ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。

【００７９】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。

【００８０】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。その変形例のひとつが
図１３に示される。図１３に示されるように、可動板３
０２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。

【００８１】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３
０２をシリコンからポリイミドに変更すれば可動板３０
２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３０
２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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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３０
４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。

【００８５】更に別の変形例が図１４に示される。図１
４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２
０μｍ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。

【００８６】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３１
３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。

【００８７】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１５と図１６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１７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１８に示されている。

【００８８】図１７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バーコードリー
ダ（電池駆動）に十分用いることができることが確認さ
れた。

【００８９】また、実験全体を通して以下の知見を得
た。図１７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１８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１７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。

【００９０】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。

【００９１】＜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１９〜図２１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
にさらにひずみゲージを内蔵し、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。

【００９２】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内にひずみゲージ
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。

【００９３】図１９と図２０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。ひずみゲージ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。ひずみゲージ４０
１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、ひずみゲージ４
０１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。

【００９４】ひずみゲージ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はひずみゲージ４０
１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、ひずみゲージ４０１、配線４１
２、信号出力用パッド４１０の厚みは個別に設定され
る。ひずみゲージ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４０
３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。実際に使用するひずみゲージ４０１は
一つでよいため、一方のひずみゲージ４０１は予備とし
て残しておく。また、この二つのひずみゲージから検出
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。

【００９５】次に、本実施形態の動作について説明す
る。ひずみゲージ４０１によって板バネ部４０３のひず
み量が計測される。図２１に示されるように、歪ゲージ
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ＢＰ
Ｆ（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。

【００９６】本実施形態の光スキャナでは、共振周波数
を検知するひずみゲージ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。

【００９７】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。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ひ
ずみゲージ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、ひずみゲージ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。

【００９８】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。本発明は以下の各
項に記した技術思想を含んでいる。

【００９９】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。 （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、ひずみゲージ等を総称している。 （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。 （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。

【０１００】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。 （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。 （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。

【０１０１】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。 （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。 （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。

【０１０２】４．（構成） 第２項または第３項におい
て、該絶縁性の弾性体膜内にひずみゲージと信号取出し
用電極とひず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。 （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。 （作用効果） 共振周波数を検知するひずみゲージを内
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。

【０１０３】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。 （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。 （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。

【０１０４】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。 （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。 （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。

【０１０５】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。 （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。 （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。

【０１０６】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。 （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。 （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。

【０１０７】

【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】図１の光スキャナを用いたバーコードリーダシ
ステムの構成を示している。

【図５】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６】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７】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８】図７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９】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１０】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１１】図１０の光スキャナのＸＩ−ＸＩ線における
断面図である。

【図１２】図１０と図１１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１３】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１４】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１５】実験に用いた構造体の寸法を示す上面図であ
る。

【図１６】図１５の構造体のＸＶＩ−ＸＶＩ線における
断面図である。

【図１７】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１８】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１９】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２０】図１９の光スキャナの構造体のＸＸ−ＸＸ線
による断面図である。

【図２１】図１９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２２】従来の光スキャナを示す図である。

【図２３】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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、 支持部に片持ちに支持された弾性部と、 弾性部の自由端部に設けられたミラーと、 弾性部の内部に設けられたコイルと、 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、コイルには交流電流が供給され、コ
   イルを流れる電流と永久磁石が作る磁場との相互作用に
   より支持部に対してミラーが振動され、これによりミラ
   ーで反射された光が一次元的に走査される光スキャナ。
2. 【請求項２】請求項１において、弾性部が有機絶縁材料
   で作られている光スキャナ。
3. 【請求項３】請求項１において、支持部と弾性部とミラ
   ーとコイルとを備えた構造体が半導体製造技術により作
   られている光スキャナ。