JP2000292735A

JP2000292735A - 光スキャナ

Info

Publication number: JP2000292735A
Application number: JP11095922A
Authority: JP
Inventors: Kenji Murakami; 賢治村上
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】安価で小型な光量変動の少ない光スキャナを提
供する。【解決手段】光スキャナ１００は反射部１１０とスキャ
ナ部１５０とで構成され、スキャナ部１５０は、一対の
ヒンジ１５４によって支持体１５２に支えられた可動板
１５６を備えている。可動板１５６は二枚の電極１５８
と１６０から成る第１の反射面を有している。可動板１
５６の中心には開口１７０が形成され、また支持体１５
２には段付貫通穴１７６が形成されておいる。電極１５
８と１６０は、それぞれ、配線１６２と１６４を介し
て、支持体１５２に設けられた電極パッド１６６と１６
８に電気的に接続されている。一方、反射部１１０は、
透明膜１１４を介して基板１１２に支持されたミラー１
１６から成る第２の反射面を有している。基板１１２は
スキャナ部１５０の支持体１５２に取り付けられ、ミラ
ー１１６と開口１７０と段付貫通穴１７６の同一軸線上
に位置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を１次元以上で
走査し得る小型の光スキャナに関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平２−１７８８８８号に開示されて
いる軽量可搬型のバーコードリーダについて説明する。
図９（Ａ）はバーコードリーダの正面図、図９（Ｂ）は
図９（Ａ）の２−２線に沿う垂直断面図、図９（Ｃ）は
図９（Ｂ）の３−３線に沿う横断面図である。

【０００３】レーザダイオード３３から射出された光
は、合焦レンズ３２を通り、走査受光ミラー１９の走査
ミラー１９ｂに照射される。走査受光ミラー１９は走査
ミラー１９ｂと受光ミラー１９ａとを有しており、走査
モータ２４により回動される。走査モータ２４により回
動される走査ミラー１９ｂによる反射光は走査されて窓
１４を通り、ヘッド外部にあるバーコードを照射走査す
る。バーコードよりの反射光は射出光と逆の経路で窓１
４を通り、走査受光ミラー１９の受光ミラー１９ａに照
射され、ホトセンサ１７上に集光され検出される。

【０００４】この光学系の特徴は、射出光を走査ミラー
１９ｂで走査すると同時に、ホトセンサ１７の視野を受
光ミラー１９ａで走査することにより、実際に射出光が
照射されている領域近傍からの反射散乱光を選択的に検
出することである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように光スキャナ
は一般的に光源（レーザダイオード３３）、集光レンズ
（合焦レンズ３２）、光検出器（ホトセンサ１７）等と
一緒に用いられる。このような光学系はそれぞれの部品
を位置決め調整して組み立てる必要があり、コスト低減
が困難である。

【０００６】また、光スキャナ上の走査受光ミラー１９
への光の入射角を小さくする（垂直入射に近い）構成と
なっているため、レーザーダイオード３３、ホトセンサ
１７等が、反射光を遮らないように、走査受光ミラー１
９との距離をある程度確保する必要があり、小型化が困
難である。

【０００７】さらに、バーコードスキャナから比較的離
れた（数十ｃｍ程度）距離にあるバーコードの情報が読
みとれるように、出射光の焦点位置を定める合焦レンズ
３２が設計されており、一方、受光ミラー１９ａの面積
もバーコードまでの距離に対応して走査ミラー１９ｂの
面積よりもかなり大きく設計されている。このような構
成では、可動板（走査受光ミラー１９）が大きいために
モータ２４の駆動力を大きくする必要があり、バーコー
ドスキャナの小型化が困難である。平面ミラーである走
査ミラー、凹面ミラーである受光ミラーが一体に形成さ
れているため、ミラーの加工も複雑である。

【０００８】本発明は、この様な実状に鑑みて成された
ものであり、その目的は、安価で小型な光スキャナを提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による光スキャナ
は、光が通過するための開口及び第１の反射面が設けら
れた可動板と、前記可動板を支持する支持体と、前記開
口を通過した光を前記第１の反射面に向けて反射する第
２の反射面とを有し、前記開口の厚みｔが下記の（１）
式を満たすことを特徴とする。

【００１０】ｔ≦ｄ（ｃｏｓα−Ｒ^1/2）／ｓｉｎα ・・・（１）ここで、ｄは開口の開口径、αは可動板の最大振れ角、
Ｒは可動板の無振れ角時及び最大振れ角時の開口からの
光出射量の所望の比である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。図１に本発明の実施の
形態の光スキャナを示す。図１（Ａ）は光スキャナの断
面図である。図１（Ｂ）は反射部の上面図で、図中のＢ
−Ｂ線に沿った断面が図１（Ａ）に示されている。図１
（Ｃ）はスキャナ部の上面図で、図中のＣ−Ｃ線に沿っ
た断面が図１（Ａ）に示されている。

【００１２】光スキャナ１００は大別して反射部１１０
とスキャナ部１５０とで構成されている。スキャナ部１
５０は、一対のヒンジ１５４によって支持体１５２に支
えられた可動板１５６を備えている。可動板１５６は、
ヒンジ１５４に連続した可動板本体と、その上に設けら
れた第１の反射面を有し、可動板本体は基層１７４と絶
縁層１７２とで構成され、第１の反射面は二枚の電極１
５８と１６０で構成されている。

【００１３】可動板１５６の中心には開口１７０が形成
され、また支持体１５２には段付貫通穴１７６が形成さ
れており、両者は同軸な位置関係にある。言い換えれ
ば、開口１７０と段付貫通穴１７６は、互いに同軸な位
置関係となるように、それぞれ可動板１５６と支持体１
５２に形成されている。

【００１４】電極１５８と１６０は、第１の反射面とし
て機能すると共に、可動板１５６をヒンジ１５４を軸に
揺動駆動するためのもので、ほぼ揺動軸に沿って離れて
おり、互いに絶縁されている。電極１５８は、中央部分
において、揺動軸を越えて、電極１６０の側に張り出し
ており、この張り出した部分に開口１７０が形成されて
いる。このように、開口１７０は加工性の良い電極１５
８に形成されるため、高い寸法精度で良好な形状に作ら
れている。

【００１５】電極１５８と１６０は、それぞれ、ヒンジ
１５４を延びる配線１６２と１６４を介して、支持体１
５２に設けられた電極パッド１６６と１６８に電気的に
接続されており、電極パッド１６６と１６８に供給され
る電気信号に応じた電位となる。

【００１６】支持体１５２は導電性材料からなり、接地
電位に保たれる。従って、電極１５８とグランド面１７
８の間と電極１６０とグランド面１７８の間には、それ
ぞれ、電極１５８の電位と電極１６０の電位に応じた静
電力が発生する。その結果、可動板１５６は、電極１５
８とグランド面１７８の間に発生する静電力と電極１６
０とグランド面１７８の間に発生する静電力の違いに対
応して、ヒンジ１５４を軸にして揺動する。

【００１７】一方、反射部１１０は、透明膜１１４を介
して基板１１２に支持されたミラー１１６から成る第２
の反射面を有している。透明膜１１４は例えばガラス質
の薄膜から成る。図では、ミラー１１６は透明膜１１４
の上側に設けられているが、透明膜１１４の下側に設け
られていてもよい。

【００１８】基板１１２は、スキャナ部１５０の支持体
１５２に取り付けられており、ミラー１１６は、可動板
１５６の開口１７０と支持体１５２の段付貫通穴１７６
の軸線上に位置している。言い換えれば、反射部１１０
は、ミラー１１６が可動板１５６の開口１７０と支持体
１５２の段付貫通穴１７６の軸線上に位置するように、
スキャナ部１５０に取り付けられている。

【００１９】次に、図１の光スキャナをバーコードリー
ダに適用した例について、図２を参照して説明する。光
スキャナ１００の前方にコリメートレンズ３０４が配置
されている。光スキャナ１００のスキャナ部１５０に設
けられた段付貫通穴１７６の内部に光ファイバ３０２が
挿入され、光ファイバ３０２の端面は段付貫通穴１７６
の段部に当接されている。光ファイバ３０２は、図示し
ない光源部と光検出部に接続されており、読み取りのた
めの光を光スキャナ１００に導くとともに、読み取り対
象物からの光を光検出部に案内する。

【００２０】光ファイバ３０２の端面から射出された光
は、段付貫通穴１７６の開口を通って、広がりながら可
動板１５６を照明する。開口１７０を通過した光は、第
２の反射面１１６で反射された後、第１の反射面１５８
と１６０で反射され、透明膜１１４から光スキャナ１０
０の外部に投射される。光スキャナ１００を出た光は、
コリメートレンズ３０４により平行光に変えられ、前方
に投射される。

【００２１】前述したように、光スキャナ１００の可動
板１５６は、電極パッド１６６と１６８に供給された電
気信号に応じて、ヒンジ１５４を軸にして揺動する。従
って、電極パッド１６６と１６８の各々に、オフセット
電圧が印加され正電位に保たれた位相が１８０度異なる
正弦波をそれぞれ印加すると、可動板１５６は周期的に
傾く。その結果、コリメートレンズ３０４を介して投射
される光は左右に往復走査される。

【００２２】コリメートレンズ３０４を介して投射され
た光は、走査対象物であるバーコードを照明する。バー
コードからの戻り光には散乱光と０次反射光があるが、
反射光を利用する検出方法を用いた場合、投射時の光路
を逆行して、すなわち、コリメートレンズ３０４、透明
膜１１４、第１の反射面１５８と１６０、第２の反射面
１１６、開口１７０を経て、光ファイバ３０２の端面に
入射し、図示しない光検出部に案内され、それに含まれ
る情報が読み取られる。

【００２３】このバーコードリーダでは、光ファイバ３
０２の端面と光スキャナ１００とコリメートレンズ３０
４が同軸に配置され、光スキャナ１００の内部では開口
１７０と第２の反射面１１６と第１の反射面１５８と１
６０が同軸に配置されているので、位置合わせが容易に
行なえる。また、光スキャナ１００の構造的特徴のおか
げで非常に小型なバーコードリーダとなっている。

【００２４】図３を参照すると分かるように、光スキャ
ナ１００は、可動板１５６の傾きに応じて、見かけの開
口径が変化するという性質を有している。本明細書にお
いて、見かけの開口径とは、光導入部すなわち段付貫通
孔１７６の開口、あるいは、図２における光ファイバ３
０２の端面から見た、開口１７０によって規定される穴
の径を指す。

【００２５】見かけの開口径は、可動板１５６の傾きの
他に、開口１７０の厚みにも依存している。本明細書に
おいて、開口１７０の厚みとは、開口１７０を規定して
いる部材１８０の厚みを指しており、これは図１におけ
る電極１５８と絶縁層１７２の合計の厚みに相当し、基
層１７４の厚みは含まない。

【００２６】走査のための可動板１５６の振動は、見か
けの開口径を変化させ、開口１７０の厚みによる光の蹴
られを発生させる。これは、光スキャナ１００の外に射
出される光の走査位置に依存した光量変化を引き起こ
す。このような射出光の変動は、検出系に大きな影響と
負担を与える。

【００２７】つまり、検出系からすれば、光スキャナ１
００からの射出光は、一定であることが好ましい。一定
の強度の射出光を実現するには、見かけの開口径の変動
を小さくすればよく、そのためには、開口１７０を規定
する部材１８０の厚みを薄くすればよい。しかし、開口
１７０を規定する部材１８０の厚みの低下は、開口１７
０の機械的な強度を減少させ、振動による開口１７０の
破壊やゆがみなどを引き起こす要因となる。従って、開
口１７０を規定する部材１８０は、実際には、構造的強
度を確保するため、ある程度の厚みを持つ必要がある。

【００２８】このような事情を考慮すると、開口の厚み
ｔは、可動板１５６の最大振れ角αを考慮して、次の
（１）式を満足すると好適である。ｔ≦ｄ（ｃｏｓα−Ｒ^1/2）／ｓｉｎα ・・・（１）ここに、ｄは開口１７０の実際の開口径、Ｒは可動板の
無振れ角時及び最大振れ角時の開口からの光出射量の所
望の比である。

【００２９】ここで開口径によって式を定義しなかった
のは開口は出射光のＮＡに影響を及ぼすためであり、特
にこの光学系を共焦点型顕微鏡等に用いた場合、開口径
がその顕微鏡の性能に大きな影響を与えるため、開口径
は光学設計によって決定されるべきと判断したからであ
る。

【００３０】（１）式は、図３に示されるように、最大
振れ角時の開口径を導き、無振れ角時の開口径の比が、
所望の変化率以下に抑えられるように構成されている。
この式では開口を通過する光束のエネルギー分布につい
て言及していない。これは分布が必ずしも一意的に決ま
るものでなく、光束の分布を無視した（１）式は光束に
分布がある場合も包含しているためである。

【００３１】図２に示したバーコードリーダでは、光ス
キャナに光を光ファイバで導入しているが、光ファイバ
ーはシングルモードのものでもマルチモードのものでも
よい。勿論、段付貫通穴１７６に、半導体レーザやＬＥ
Ｄ等を配置しても同様の機能体が得られる。この場合、
半導体レーザでよく問題となるレーザの発熱を、段付貫
通穴１７６を熱伝導率の良い材料で塞いで冷却効率を上
げることにより、好適に抑えることもできる。

【００３２】光スキャナ１００は、図２では、その前方
にコリメートレンズ３０４を配置することによりバーコ
ードリーダに適用されているが、コリメートレンズ３０
４を集光レンズに代えることにより共焦点光学系に適用
されてもよい。

【００３３】光スキャナ１００を共焦点光学系に適用し
た場合、光ファイバにシングルモードファイバを用いる
ことにより、"Micromachined scanning confocal optic
al microscope" OPTIC LETTERS, Vo1.21, No10, May,19
96に示される微小共焦点顕微鏡と同様に、シングルモー
ドファイバのコアを共焦点ピンホールとする共焦点光学
系を構成することもできる。

【００３４】また、光ファイバにマルチモードファイバ
を用いた場合には、開口１７０をピンホールとする共焦
点光学系を構成することができる。その他にも、光スキ
ャナ１００は、レーザプリンタ用の光走査手段として用
いることもできるなど、広い汎用性を有している。

【００３５】次に、図１に示した光スキャナ１００の作
製方法について説明する。光スキャナ部１５０は、図１
において、シリコン基板１８６と酸化シリコン膜１８４
とシリコン基板１８４とで構成されたＳＯＩウェハに対
して、半導体製造技術を適用して作製される。電極１５
８と１６０や配線１６２と１６４や電極パッド１６６と
１６８は、例えば、シリコン基板１８４の上に形成され
た窒化シリコン膜１８８の上に金属膜を形成しパターニ
ングして作製される。特に、電極１５８と１６０は、好
ましくは、蒸着によって成膜されたアルミ膜などの高反
射率を有する金属膜で作製される。

【００３６】可動板１５６とヒンジ１５４は、その輪郭
に応じたマスクを介してエッチングを行なうことにより
作製される。ヒンジ１５４は窒化シリコン膜１８８で構
成され、可動板１５６の基層１７４はシリコン基板１８
６で構成され、絶縁層１７２は窒化シリコン膜１８８で
構成される。また、グランド面１７８を持つ支持体１５
２はシリコン基板１８２から作製され、これは接地電位
に保たれるため、シリコン基板１８２には多量の不純物
が混入した低抵抗シリコンが用いられる。

【００３７】上述した作製方法によると、ヒンジ１５４
は窒化シリコン膜１８８からなり、その上に配線１６２
と１６４が形成されているが、ヒンジ１５４と配線１６
２と１６４は、図４に示すように、ヒンジ１５４をポリ
イミド等の有機膜で構成し、その内部を配線１６２が走
っている構成としてもよい。このような構造体の詳細
は、本出願人による特開平１０−２０２２６号に開示さ
れており、これをここで引用することにより、その技術
内容は本明細書に組み込まれるものとする。

【００３８】反射部１１０は通常のシリコン基板上に作
製できる。シリコン基板の厚みは光路長に影響を与える
ため、光学設計に従った厚みのシリコン基板を用意す
る。シリコン基板上に酸化シリコン膜や窒化シリコン膜
を形成して透明膜１１４を形成し、その上にアルミなど
の高反射膜を選択的に形成して第２の反射膜１１６を形
成する。基板１１２は結晶異方性エッチングによりシリ
コン基板を透明膜１１４が露出するまで選択的に除去す
ることにより作製される。

【００３９】酸化シリコン膜や窒化シリコン膜だけでは
耐久性が足りない場合、ポリイミドなどの有機膜で補強
してもよい。この場合、使用するポリイミドはフッ素が
含有されたフッ素化ポリイミドが望ましい。これはフッ
素化ポリイミドが光学的にガラスに近い性質を持つため
である。

【００４０】上述した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。図５に第１の変形例の光
スキャナを示す。図中、上述した実施の形態の各部材の
参照符号と同じ参照符号で示された部材は、同等の部材
を示しており、その詳しい説明は重複を避けるために省
略し、以下では相違部分に重点を置いて説明する。

【００４１】図５に示すように、この変形例の光スキャ
ナ１００では、反射部１１０の透明膜１１４の上に、第
２の反射面１１６の周囲に、グレーティンクレンズ１１
８が設けられている。グレーティングレンズ１１８は、
バーコードリーダへの適用に対しては、コリメートレン
ズとして機能するように設計され、共焦点光学系への適
用に対しては、集光レンズとして機能するように設計さ
れる。

【００４２】グレーティングレンズ１１８は、マイクロ
マシニング技術により、酸化シリコン膜や窒化シリコン
膜あるいはポリイミドで形成された透明膜１１４を加工
して作製される。この様に作製されるグレーティングレ
ンズ１１８は、非常に高い寸法精度を持つ。従って、光
スキャナ１００を別体の光学素子とを組み合わせる装置
に比べて、組立が容易に行なえる。

【００４３】また、グレーティング１１８は、レンズの
性能にもよるが、その段差は１００μｍ以下である。従
って、光スキャナ１００を別体の光学素子とを組み合わ
せる装置に比べて、装置構成を非常に小型にすることが
できる。

【００４４】図６に第２の変形例の光スキャナを示す。
図中、上述した実施の形態の各部材の参照符号と同じ参
照符号で示された部材は、同等の部材を示しており、そ
の詳しい説明は重複を避けるために省略し、以下では相
違部分に重点を置いて説明する。

【００４５】図６に示すように、この変形例の光スキャ
ナ１００では、反射部１１０の透明膜１１４の上に、第
２の反射面１１６の周囲に、グレーティンクレンズ１１
８が設けられている。グレーティングレンズ１１８は、
バーコードリーダへの適用に対しては、コリメートレン
ズとして機能するように設計され、共焦点光学系への適
用に対しては、集光レンズとして機能するように設計さ
れる。

【００４６】さらに、グレーティングレンズ１１８の周
囲には、別のグレーティングレンズ１２０が設けられて
おり、可動板１５６には、電極１５８と１６０の周囲
に、それぞれ光検出器１９２と１９４が設けられてい
る。グレーティングレンズ１２０は、入射した光を、光
検出器１９２と１９４に案内する機能を有している。光
検出器１９２と１９４は、半導体製造技術により、可動
板１５６の基層１７４を構成するシリコン基板１８６に
形成される。

【００４７】グレーティングレンズ１１８とグレーティ
ングレンズ１２０は、マイクロマシニング技術により、
酸化シリコン膜や窒化シリコン膜あるいはポリイミドで
形成された透明膜１１４を加工して作製される。この様
に作製されるグレーティングレンズ１１８とグレーティ
ングレンズ１２０は、非常に高い寸法精度を持つ。従っ
て、光スキャナ１００を別体の光学素子とを組み合わせ
る装置に比べて、組立が容易に行なえる。

【００４８】また、グレーティング１１８とグレーティ
ングレンズ１２０は、レンズの性能にもよるが、その段
差は１００μｍ以下である。従って、光スキャナ１００
を別体の光学素子とを組み合わせる装置に比べて、装置
構成を非常に小型にすることができる。

【００４９】この変形例の構成は、特に散乱光検出型の
バーコードリーダのような散乱光を検出する装置に好適
であり、被検面で散乱した光を効果的に検出することが
できる。

【００５０】図７に第３の変形例の光スキャナを示す。
図中、上述した実施の形態の各部材の参照符号と同じ参
照符号で示された部材は、同等の部材を示しており、そ
の詳しい説明は重複を避けるために省略し、以下では相
違部分に重点を置いて説明する。

【００５１】図７に示すように、この変形例の光スキャ
ナ１００では、可動板１５６は一対のヒンジ１５４によ
って可動枠２０２に支持され、可動枠２０２は一対のヒ
ンジ２０４によって支持体１５２に支持されている。ヒ
ンジ１５４とヒンジ２０４は、その軸は互いに直交して
おり、可動板１５６はヒンジ１５４の軸周りに揺動可能
で、可動枠２０２はヒンジ２０４の軸周りに揺動可能と
なっている。つまり、可動板１５６はジンバル構造とな
っている。

【００５２】前述したように、可動板１５６には第１の
反射面として機能する電極１５８と１６０が設けられて
おり、両者はそれぞれ、配線１６２と１６４を介して、
支持体１５２に設けられた電極パッド１６６と１６８に
電気的に接続されている。可動枠２０２には、電極２１
２と２１４が設けられており、両者はそれぞれ、配線２
１６と２１８を介して、支持体１５２に設けられた電極
パッド２２０と２２２に電気的に接続されている。

【００５３】可動板１５６は、電極パッド１６６と１６
８を介して、電極１５８と１６０に与えられる電位に応
じて、ヒンジ１５４を軸として傾き、また、電極パッド
２２０と２２２を介して、電極２１２と２１４に与えら
れる電位に応じて、ヒンジ２０４を軸として傾く。従っ
て、可動板１５６をヒンジ１５４の軸周りとヒンジ２０
４の軸周りに振ることにより、その反射光を二次元的に
走査することができる。

【００５４】可動枠２０２上の電極２１２と２１４は、
可動枠２０２を傾けるための電極として機能するだけ
で、反射面として機能しないため、可動板１５６上の電
極１５８と１６０とは異なる材料で構成されてもよい。

【００５５】可動板１５６と可動枠２０２の固有振動数
に違いを持たせた設計をすることが望ましい。これは、
例えば、可動板１５６を共振駆動で、可動枠２０２を非
共振駆動で振動させているとき、双方の固有振動数が近
接していると、可動板１５６の影響で可動枠２０２が異
常振動を起こし、故障の原因になるおそれがあるからで
ある。特に可動枠２０２は可動板１５６と比べて最大振
れ角が小さく、グランド面１７８に当たり易いため注意
が必要である。

【００５６】また、反射部１１０の透明膜１１４の上
に、第２の反射面１１６の周囲に、グレーティンクレン
ズ１１８が設けられている。グレーティングレンズ１１
８は、バーコードリーダへの適用に対しては、コリメー
トレンズとして機能するように設計され、共焦点光学系
への適用に対しては、集光レンズとして機能するように
設計される。

【００５７】グレーティングレンズ１１８は、マイクロ
マシニング技術により、酸化シリコン膜や窒化シリコン
膜あるいはポリイミドで形成された透明膜１１４を加工
して作製される。この様に作製されるグレーティングレ
ンズ１１８は、非常に高い寸法精度を持つ。従って、光
スキャナ１００を別体の光学素子とを組み合わせる装置
に比べて、組立が容易に行なえる。

【００５８】また、グレーティング１１８は、レンズの
性能にもよるが、その段差は１００μｍ以下である。従
って、光スキャナ１００を別体の光学素子とを組み合わ
せる装置に比べて、装置構成を非常に小型にすることが
できる。

【００５９】この変形例の構成は共焦点型顕微鏡やレー
ザプリンタ用の光スキャナとして好適である。また、第
２の変形例の様に、可動板１５６に光検出器を設けると
共に透明膜１１４に光検出器用レンズを設ければ、２次
元バーコードリーダ用の光スキャナとして好適である。

【００６０】図８に第４の変形例の光スキャナを示す。
図中、上述した実施の形態の各部材の参照符号と同じ参
照符号で示された部材は、同等の部材を示しており、そ
の詳しい説明は重複を避けるために省略し、以下では相
違部分に重点を置いて説明する。

【００６１】図８に示すように、この変形例の光スキャ
ナ１００では、反射部１１０の透明膜１１４の中央に、
第２の反射面として機能する凸型反射面１２２が設けら
れている。ここで、凸型反射面１２２とは、凸面鏡と同
等の機能を持つ反射機能体全般を指し、凸形状の反射面
である必要はなく、例えば、平面のミラーとグレーティ
ングレンズを組み合わせた反射素子であってもよい。こ
のような反射素子は、凸形状の反射面に比べて、作製し
易く、実用的である。

【００６２】凸型反射面１２２は、開口１７０を通って
入射して来る光を、第１の反射面１５８と１６０の全体
に拡散して反射する。平面ミラーで構成された第２の反
射面は、開口１７０を通って入射してくる光が平行光に
近い場合や開口１７０と第２の反射面の間隔が狭い場合
には、光を第１の反射面１５８と１６０の広い範囲にわ
たって反射することが難しいが、このように凸型反射面
１２２で構成された第２の反射面は、開口１７０を通っ
て入射してくる光が平行光に近い場合や開口１７０と第
２の反射面の間隔が狭い場合にも、光を第１の反射面１
５８と１６０の広い範囲に反射できる。従って、開口１
７０と第２の反射面１２２の間隔を小さくすることを可
能にし、光スキャナの小型化にとって好適である。

【００６３】凸型反射面１２２の周囲には、グレーティ
ンクレンズ１１８が設けられている。グレーティングレ
ンズ１１８は、バーコードリーダへの適用に対しては、
コリメートレンズとして機能するように設計され、共焦
点光学系への適用に対しては、集光レンズとして機能す
るように設計される。

【００６４】さらに、グレーティングレンズ１１８の周
囲には、別のグレーティングレンズ１２０が設けられて
おり、可動板１５６には、電極１５８と１６０の周囲
に、それぞれ光検出器１９２と１９４が設けられてい
る。グレーティングレンズ１２０は、入射した光を、光
検出器１９２と１９４に案内する機能を有している。光
検出器１９２と１９４は、半導体製造技術により、可動
板１５６の基層１７４を構成するシリコン基板１８６に
形成される。

【００６５】グレーティングレンズ１１８とグレーティ
ングレンズ１２０は、マイクロマシニング技術により、
酸化シリコン膜や窒化シリコン膜あるいはポリイミドで
形成された透明膜１１４を加工して作製される。この様
に作製されるグレーティングレンズ１１８とグレーティ
ングレンズ１２０は、非常に高い寸法精度を持つ。従っ
て、光スキャナ１００を別体の光学素子とを組み合わせ
る装置に比べて、組立が容易に行なえる。

【００６６】また、グレーティング１１８とグレーティ
ングレンズ１２０は、レンズの性能にもよるが、その段
差は１００μｍ以下である。従って、光スキャナ１００
を別体の光学素子とを組み合わせる装置に比べて、装置
構成を非常に小型にすることができる。

【００６７】この変形例の構成は、特に散乱光検出型の
ようなバーコードリーダのような散乱光を検出する装置
に好適であり、被検面で散乱した光を効果的に検出する
ことができる。

【００６８】本発明は、上述した実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれ
るすべての実施を含む。従って、本実施の形態における
光スキャナについて、以下のことが言える。

【００６９】（１）（構成）光が通過するための開口及び第１の反射面が設けられた
可動板と、前記可動板を支持する支持体と、前記開口を
通過した光を前記第１の反射面に向けて反射する第２の
反射面とを有し、前記開口の厚みｔが、下記条件式
（１）を満たすよう構成したことを特徴とする光スキャ
ナ。

【００７０】ｔ≦ｄ（ｃｏｓα−Ｒ^1/2）／ｓｉｎα ・・・（１）ここに、ｄは開口の開口径、αは可動板の最大振れ角、
Ｒは可動板の無振れ角時及び最大振れ角時での開口から
の光出射量比に対する所望の比である。（対応する発明の実施の形態）この発明に関する実施の
形態は、実施の形態に記載される全てに対応する。（作用効果）反射面や開口（ピンホール）を直線的に配
置できる。この光スキャナは、容易に構成部品の一体形
成ができ、コンパクト化を低コストで実現できる。しか
し、本構成では開口が可動板に設けられているため、見
かけ上の開口面積は可動板の振動と共に刻々と変化する
という問題がある。振動位置で開口から出射される光量
が変化する構成は光スキャナの特性として好ましいもの
ではない。これを最小限に抑えるためには開口部の厚み
が偏向角に対して十分小さくなる必要があり、その厚み
を式により規定することで、可動板振動時の出射光の光
量変化を最小限に抑えることができる。

【００７１】（２）（構成）前記可動板に戻り光を検出するための光検出部をさらに
設けたことを特徴とする上記（１）に記載の光スキャ
ナ。（対応する発明の実施の形態）この発明に関する実施の
形態は、第２の変形例が対応する。（作用効果）反射面を有する可動板と同一平面上に光検
出器を形成することにより、被検面で散乱した光を効果
的に検出することができる。

【００７２】（３）（構成）前記第１の反射面で走査された光の光路上に配置された
レンズをさらに有し、前記可動板、前記支持体、前記第
２の反射面及び前記レンズが一体に形成されたことを特
徴とする上記（１）または上記（２）に記載の光スキャ
ナ。（対応する発明の実施の形態）この発明に関する実施の
形態は、実施の形態に記載される全ての変形例に対応す
る。（作用効果）レンズを設けることによって広がりながら
外部に出射される光を所望の光に加工することができ
る。たとえば、このスキャナをバーコードリーダに用い
る場合はコリメートレンズを用いれば良く、あるいは共
焦点光学系に用いる場合には集光レンズを用いれば良
く、幅広い汎用性を持たせることができる。

【００７３】（４）（構成）前記可動板に２分割された電極をさらに設け、この２分
割された電極に対向するグランド電極をさらに具備した
ことを特徴とする上記（１）から上記（３）のいずれか
１項に記載の光スキャナ。（対応する発明の実施の形態）この発明に関する実施の
形態は、実施の形態に記載される全てに対応する。（作用効果）静電引力を用いた駆動法は簡便であり、コ
ンパクトな光スキャナに向いた駆動方法である。これを
用いることで最大限のコンパクト化が容易に図ることが
できる。

【００７４】（５）（構成）前記可動板に設けられた電極表面を前記第１の反射面と
し、且つ該電極に前記開口の開口端を配置したことを特
徴とする上記（４）に記載の光スキャナ。（対応する発明の実施の形態）この発明に関する実施の
形態は、実施の形態に記載される全てに対応する。（作用効果）電極の形成と一体に開口を作製することに
よって、容易に開口を作製でき、加工コストも削減でき
る。

【００７５】（６）（構成）前記可動板は内部構造と外部構造の固有振動数が異なる
ジンバル構造を有することを特徴とする上記（１）から
上記（４）のいずれか１項に記載の光スキャナ。（対応する発明の実施の形態）この発明に関する実施の
形態は、第３変形例が対応する。（作用効果）共焦点型顕微鏡などに用いる場合、２次元
に走査可能な光スキャナが必要になるが、１次元スキャ
ナを組み合わせて用いればコンパクト化が図れなくな
る。ジンバル構造を採用することにより、一つの可動板
で２次元に駆動することが可能になり、１次元型と同様
にコンパクト化することができる。また、内部可動板と
外部可動板の固有振動数に違いを与えることにより、特
に外部可動板の損傷を防ぐことができる。

【００７６】（７）（構成）前記レンズは少なくとも一つ以上のグレーティングレン
ズが同一平面上に構成されることを特徴とする上記
（３）に記載の光スキャナ。（対応する発明の実施の形態）この発明に関する実施の
形態は、実施の形態に記載される全ての変形例に対応す
る。（作用効果）コンパクト化を図るためには、レンズもマ
イクロマシニングで作製可能なグレーティングレンズを
用いるが有効である。また第３変形例に記載された構成
の場合、それぞれ特性の異なるレンズを同一平面上に構
成することで光を効率的に出射し、散乱光をより効率的
に光検出器に集光することができる。

【００７７】（８）（構成）前記第２の反射面が前記グレーティングレンズと同一平
面上に構成されていることを特徴とする上記（７）に記
載の光スキャナ。（対応する発明の実施の形態）この発明に関する実施の
形態は、実施の形態に記載される全ての変形例に対応す
る。（作用効果）第１の反射面をレンズと同一平面上に形成
することによって、作製が簡単化され、低コスト化と、
コンパクト化できる。

【００７８】（９）（構成）前記第２の反射面が凸面であることを特徴とする上記
（８）に記載の光スキャナ。（対応する発明の実施の形態）この発明に関する実施の
形態は、第４の変形例に対応する。（作用効果）第２の反射面が凸面形状を有することで、
平行光に近い光を用いている場合でも反射光が効果的に
可動板上の反射面に照射することができる。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、開口と第２の反射面と
第１の反射面が直線上に配置された、低コストで小型で
き、射出光の光量変動の少ない光スキャナが提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の光スキャナを示してお
り、（Ａ）は光スキャナの断面図、（Ｂ）は反射部の上
面図、（Ｃ）はスキャナ部の上面図である。

【図２】図１の光スキャナを用いたバーコードリーダの
構成図である。

【図３】可動板の傾きに応じて見かけの開口径が変化す
る様子を示した図である。

【図４】図１の光スキャナのヒンジに適用可能な有機膜
を用いた構造を示す図である。

【図５】第１の変形例の光スキャナを示しており、
（Ａ）は光スキャナの断面図、（Ｂ）は反射部の上面
図、（Ｃ）はスキャナ部の上面図である。

【図６】第２の変形例の光スキャナを示しており、
（Ａ）は光スキャナの断面図、（Ｂ）は反射部の上面
図、（Ｃ）はスキャナ部の上面図である。

【図７】第３の変形例の光スキャナを示しており、
（Ａ）は光スキャナの断面図、（Ｂ）は反射部の上面
図、（Ｃ）はスキャナ部の上面図である。

【図８】第４の変形例の光スキャナの断面図である。

【図９】従来例のバーコードリーダを示しており、
（Ａ）はバーコードリーダの正面図、（Ｂ）は（Ａ）の
２−２線に沿う垂直断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の３−３線
に沿う横断面図である。

【符号の説明】

１１６ミラー１５２支持体１５４ヒンジ１５６可動板１５８、１６０電極１７０開口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光が通過するための開口及び第１の反射
面が設けられた可動板と、前記可動板を支持する支持体と、前記開口を通過した光を前記第１の反射面に向けて反射
する第２の反射面とを有し、前記開口の厚みｔが下記の（１）式を満たすことを特徴
とする光スキャナ。ｔ≦ｄ（ｃｏｓα−Ｒ^1/2）／ｓｉｎα ・・・（１）ここで、ｄは開口の開口径、αは可動板の最大振れ角、
Ｒは可動板の無振れ角時及び最大振れ角時の開口からの
光出射量の所望の比である。
【請求項２】前記可動板に戻り光を検出するための光検
出部をさらに設けたことを特徴とする請求項１に記載の
光スキャナ。
【請求項３】前記第１の反射面で走査された光の光路上
に配置されたレンズをさらに有し、前記可動板と前記支
持体と前記第２の反射面と前記レンズが一体に形成され
たことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光
スキャナ。