JPH1090625A - 光スキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は大きな偏向角を持って振動する光スキ
ャナにおいて、高い耐久性を示す電気要素を有する光ス
キャナを提供する。 【解決手段】本発明による光スキャナは、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、前記可動板に二自由度以
上の自由度を持たせながら前記支持体と前記可動板とを
接続する弾性部材と、少なくとも二辺が前記可動板上に
形成された駆動コイルと、前記可動板近傍に間隔を置い
て配置された永久磁石とを具備し、前記駆動コイルに交
流電流を印加することにより、前記可動板が前記弾性部
材と前記支持体との接続部を固定端とした曲げ及びねじ
り振動を行う光スキャナであって、前記弾性部材は内部
に電気要素を有し、前記可動板上と前記支持体上に達す
る絶縁性の弾性膜であることを特徴とする。

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及び二次元に走査する小型の
光スキャナに関する。

【０００２】

【従来の技術】

＜第１の従来技術＞従来、小型の光スキャナの一例とし
て、光を反射させるためのスキャン部と細長い弾性変形
部と圧電アクチュエータとが接着された振動入力部を有
し、圧電アクチュエータによって反射部を二次元に振動
させ光を走査するものが知られている。

【０００３】このような光スキャナは、例えば、特開平
５−１００１７５号公報に開示されている。図１５は、
この特開平５−１００１７５号公報に開示された光スキ
ャナ１の構成を示す。

【０００４】この光スキャナ１は、薄板状のプレート６
と圧電アクチュエータ２１とから構成されている。前記
プレート６には、振動入力部５と弾性変形部２とスキャ
ン部３及びウエイト部３Ｗとが一体に形成されている。

【０００５】前記圧電アクチュエータ２１は、積層型圧
電素子２２にひずみ変換素子２３を接合させた構造とな
っている。前記スキャン部３には、光ビームを反射させ
るためのミラー面４が形成されている。

【０００６】このように構成された光スキャナ１におい
て、振動入力部５に接着された圧電アクチュエータ２１
に電圧を印加して振動入力部５を振動させると、弾性変
形部２が共振してスキャン部３が、図１（ａ）では軸心
Ｐの回りに角度θ_T の範囲で回動すると共に、図１
（ｂ）では軸心Ｑの回りに角度θ_B の範囲で回動するよ
うになる。

【０００７】この場合、圧電アクチュエータ２１から、
ねじれ変形モードの共振周波数を持つ振動と、曲げ変形
モードの共振周波数を持つ振動とを重ね合わせた振動モ
ードで振動入力部５を振動させることにより、変形弾性
部２でねじり変形モードと曲げ変形モードとが増幅さ
れ、スキャン部３ではねじれ振動と曲げ振動が合成され
た振動となる。

【０００８】そして、このように構成された光スキャナ
１において、圧電アクチュエータ２１に印加する電圧を
図示しない駆動回路によって制御することにより、二次
元的な光走査を実現している。

【０００９】＜第２の従来技術＞また、小型の光スキャ
ナの一例として、シリコン半導体基板とねじりバネとを
用い、電磁力によって反射鏡を揺動させて光を走査する
光偏向子を用いるようにしたものが知られている。

【００１０】このような光スキャナは、例えば、文献
“ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＤＩＧＥＳＴＯＦ ＴＨＥ Ｓ
ＥＮＳＯＲ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ，１９９５．ｐｐ１７
−２０”に開示されている。

【００１１】図１６は、この文献に開示された光スキャ
ナの構成を示す。この光スキャナは、光偏向子としてシ
リコン半導体基板３１に反射鏡３４と、ねじりバネ３３
と、これらを支持する固定枠５０とを一体に形成してい
る。

【００１２】前記反射鏡３４の周縁部には平面コイル３
５が敷設されており、この平面コイル３５は前記ねじり
バネ３３上を伝わって前記固定枠５０上に形成された電
極３６に電気的に接続されている。

【００１３】また、円形の永久磁石３８はスペーサ絶縁
基板４０を介してその磁化方向が前記反射鏡３４に平行
でかつ、前記ねじりバネ３３の軸方向と約４５度をなす
方向になる場所に配置されている。

【００１４】交流電流が印加される前記平面コイル３５
には前記永久磁石３８が発生する磁界との相互作用によ
ってローレンツ力が生じる。このローレンツ力によっ
て、前記反射鏡３４は前記ねじりバネ３３のねじり方向
に揺動する。

【００１５】前記ねじりバネ３３の弾性特性と前記反射
鏡３４の質量および重心によって規定される共振周波数
と同じ周波数を有する電流を前記平面コイル３５に印加
すると、その電流値における最大の振幅を得ることがで
きる。

【００１６】また、ここでは反射鏡３４を真空封止する
ことによってダンピング係数を小さくしている。なお、
図１６において、参照符号３９はガス吸着剤であり、４
１は前カバー絶縁基板であり、４２は裏面絶縁基板であ
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た第１及び第２の従来技術には大きな偏向角を持って振
動する光スキャナの配線などの電気要素の耐久性や大気
からの保護という観点については記載されていない。

【００１８】そこで、本発明はこのような点に着目し、
大きな偏向角を持って振動する光スキャナにおいて、高
い耐久性を示す電気要素を有する光スキャナを提供する
ことを課題とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１による
と、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、前記可
動板に二自由度以上の自由度を持たせながら前記支持体
と前記可動板を接続した弾性部材と、少なくとも二辺が
前記可動板上に形成された駆動コイルと、前記可動板近
傍に間隔を置いて配置された永久磁石とからなり、前記
駆動コイルに交流電流を印加することにより、前記可動
板が前記弾性部材と前記支持体との接続部を固定端とし
た曲げ及びねじり振動を行う光スキャナであって、前記
弾性部材は内部に電気要素を有し、前記可動板上と前記
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
た光スキャナが提供される。

【００２０】本発明の請求項２によると、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、前記可動板に二自由度以
上の自由度を持たせながら前記支持体と前記可動板を接
続した弾性部材と、少なくとも一辺が前記可動板上に形
成された複数の駆動コイルと、前記可動板近傍に間隔を
置いて配置された永久磁石とからなり、前記複数の駆動
コイルに交流電流を印加することにより、前記可動板が
前記弾性部材と前記支持体との接続部を固定端とした曲
げ及びねじり振動を行う光スキャナであって、前記弾性
部材は内部に電気要素を有し、前記可動板上と前記支持
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
スキャナが提供される。

【００２１】本発明の請求項３によると、前記永久磁石
は、二つ以上の永久磁石を有し、少なくとも一つの永久
磁石が前記支持体に対する前記可動板の先端近傍に配置
され、少なくとも他の一つの永久磁石が前記可動板の側
面近傍に配置されていることを特徴とした請求項１記載
の光スキャナが提供される。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態につき詳細に説明する。 ＜第１実施の形態＞図１乃至図４は、本発明による光ス
キャナの第１実施の形態及びその変形例を示す。

【００２３】この実施の形態の光スキャナは二次元の光
の走査を行うことができるもので、この光スキャナの斜
視図を図１に示し、ここで使用される駆動コイルを図２
（ａ）に示し、この光スキャナの断面図を図２（ｂ）に
示し、この光スキャナの製作工程を図３（ａ）〜（ｅ）
及び図４（ａ）〜（ｄ）に示す。

【００２４】この第１実施の形態による光スキャナは、
次のように構成されている。この光スキャナは、可動板
１０１と、弾性部材１０２と、支持体１０３と、永久磁
石１０４及び駆動コイル１０６とから構成されている。

【００２５】前記可動板１０１には光を反射するための
反射面１０５が形成されており、図１における可動板１
０１の裏面がそれに対応している。この可動板１０１に
用いる主材料には振動中に反射面１０５が変形しないこ
とが望まれるので、ここでは可動板１０１の主材料とし
て高剛性材料である単結晶シリコンを用いている。

【００２６】また、この可動板１０１に用いる材料には
その他に窒化シリコン、アルミニウム、ポリイミド等の
材料が用いられている。すなわち、前記窒化シリコンは
光スキャナを作製するときのマスク材料として用いら
れ、前記アルミニウムは前記駆動コイル１０６の配線と
駆動コイル１０６の始点及び終点にあるコンタクトパッ
ド１０７として、場合によっては反射面１０５のミラー
材料として用いられる。

【００２７】また、前記ポリイミドは前記駆動コイル１
０６を上下から挟み込むような膜を形成するために使用
されており、コイル配線間の絶縁と、コンタクトパッド
１０７も含めて電気要素が大気に触れないようにしてい
る。

【００２８】前記弾性部材１０２は、前記可動板１０１
から延在するポリイミド膜を主材料として、その内部に
前記コンタクトパット１０７から前記支持体１０３に向
かう配線１０８が形成されている。

【００２９】この配線１０８材料としては、アルミニウ
ムを用いる。前記支持体１０３は、光スキャナをダイキ
ャスト等に固定するための接着部として用いられると共
に、その表面に外部からの電力を前記配線１０８を通し
て前記駆動コイル１０６に供給するためのボンディング
パッド１０９が形成されている。

【００３０】この支持体１０３は主材料として単結晶シ
リコンを用いており、この単結晶シリコンは剛性が高い
ため、ダイキャストなどに固定するのに都合がよい。そ
の他に支持体１０３には，光スキャナを作製するときの
マスク材料となる窒化シリコンと、前記ボンディングパ
ッド１０９と配線１０８を形成するアルミニウムと、配
線１０８を上下から挟み込むことによって大気に触れな
いようにするためのポリイミド膜などが用いられてい
る。

【００３１】このポリイミド膜は前記可動板１０１、弾
性部材１０２から延在するポリイミド膜を用いている。
また、支持体１０３の単結晶シリコンと可動板１０１で
用いられる単結晶シリコンは同一の基板から形成されて
いる。

【００３２】図２（ａ）に示すように、駆動コイル１０
６は、その配線の線幅と配線間の距離を各辺で変化させ
ていると共に、永久磁石１０４近傍でその幅方向に平行
に形成された配線がその他の場所に形成した配線と比べ
ると配線の線幅が狭く、配線間の間隔も狭くしている。

【００３３】ただし、駆動コイル１０６の厚みは均一に
している。ここで、永久磁石１０４の配置位置について
は、上述した文献“TECHNICAL DIGEST OF THE SENSOR S
YMPOSIUM,1995.pp17-20 ”に示された構成を応用し、可
動板１０１の板厚方向に着磁方向を合わせ、可動板１０
１先端の駆動コイル１０６に対して上方あるいは下方約
45度の延長線上に永久磁石１０４下部あるいは上部先端
が合うような位置に配置する。

【００３４】次に、この第１の実施の形態による光スキ
ャナの作製方法を説明する。この光スキャナは、図２
（ｂ）に示す断面図、図３（ａ）〜（ｅ）及び図４
（ａ）〜（ｄ）に示すような半導体製造技術によって作
製することができるもので、使用する材料としては単結
晶シリコンの基板と窒化シリコンとポリイミドとアルミ
ニウムの４種類だけである。

【００３５】まず、図３（ａ）に示すように、シリコン
基板１１０を洗浄し、このシリコン基板１１０の両面に
低圧CVD 装置を用いて窒化シリコン膜１１１を成膜す
る。このシリコン基板１１０の両面に形成された窒化シ
リコン膜１１１は、可動板１０１と支持体１０３とを分
離する際のマスク材料として用いるため、図３（ｂ）に
示すように、裏面の窒化シリコン膜１１１にはフッ素系
のドライエッチングによって、シリコンが除去される部
分をパターニングしておく。

【００３６】次に、図３（ｃ）に示すように、パターニ
ングされた面と逆の面の窒化シリコン膜１１１上に第１
のポリイミド層１１２を形成する。この第１のポリイミ
ド層１１２の形成方法としては、液状のポリイミド溶液
を窒化シリコン膜１１１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、焼結する手
法を用いる。

【００３７】次に、図３（ｄ）に示すように、第１ポリ
イミド層１１２上にスパッタされたアルミニウムをエッ
チングすることによって、駆動コイル１０６とコンタク
トパッド１０７とが形成される。

【００３８】次に、図３（ｅ）に示すように、第２のポ
リイミド層１１３が、前述した第１のポリイミド層１１
２と同様に液状のポリイミド溶液を第１のポリイミド層
１１２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され、焼結される。

【００３９】このとき、コンタクトパッド１０７上のポ
リイミドは、あらかじめ除去しておくものとする。次
に、図４（ａ）に示すように、第２のポリイミド層１１
３上にスパッタされたアルミニウムをエッチングするこ
とによって、配線１０８を形成する。

【００４０】次に、図４（ｂ）に示すように、コンタク
トパッド１０７における駆動コイル１０６と配線１０８
のコンタクトを確実にするためと、ボンディングパッド
１０９を形成する目的で、さらにアルミニウムをスパッ
タにより成膜しエッチングすることによってパターニン
グを行う。

【００４１】このとき、アルミニウム成膜は、配線１０
８の膜厚よりかなり厚膜であることが望まれる。次に、
図４（ｃ）に示すように、第３のポリイミド層１１４
が、弾性部材１０２の剛性を決定する目的とボンディン
グパッド１０９を大気から保護する目的で成膜される。

【００４２】この第３のポリイミド層１１４の成膜後、
ボンディングパッド１０９上のポリイミドはフォトリソ
グラフィー技術とドライエッチングにより除去される。
次に、図４（ｄ）に示すように、シリコン基板１１０か
ら可動板１０１と支持体１０３を作製するためにアルカ
リ性溶液を用いてシリコン基板１１０の裏面からシリコ
ンの異方性エッチングを行う。

【００４３】このとき、図２（ｂ）に示すように、弾性
部材１０２となる第１のポリイミド層１１２下には窒化
シリコン膜１１１があり、この窒化シリコン膜１１１は
シリコン基板１１０が貫通エッチングされた際に第１の
ポリイミド層１１２を保護するための保護層になる。

【００４４】また、シリコン基板１１０の貫通エッチン
グ後に、弾性部材１０２と可動板１０１と支持体１０３
の裏面に露出した窒化シリコン膜１１１は、ドライエッ
チングによって除去される。

【００４５】そして、必要に応じて、光を反射する面に
アルミニウムをスパッタして反射率の高い反射面１０５
を形成すれば第１の実施の形態による光スキャナの完成
となる。

【００４６】次に、この第１の実施の形態による光スキ
ャナの作用を説明する。まず、ボンディングパッド１０
９から交流電流を印加することにより、可動板１０１上
でその先端を周回する駆動コイル１０６には永久磁石１
０４との相互作用によってローレンツ力が発生する。

【００４７】このローレンツ力のベクトル方向は永久磁
石１０４と駆動コイル１０６の位置関係によって決ま
り、この場合、可動板１０１の板厚方向に力が発生す
る。この光スキャナは弾性部材１０２と可動板１０１と
の接続部が可動板１０１の幅方向に対する中心からはず
れているため、曲げ振動のみの振動を作り出すことはで
きず、曲げ振動とねじり振動が同時に発生する構造とな
っている。

【００４８】ここで、弾性部材１０２が支持体１０３と
の接続部を固定端として板厚方向に振動することを曲げ
振動と呼び、弾性部材１０２の中心軸を回転軸として可
動板１０１が上方あるいは下方に回転する方向に働く振
動をねじり振動と呼ぶ。

【００４９】この場合、曲げ振動による可動板１０１の
振幅は、駆動コイル１０６に生じるローレンツ力の強さ
と、このローレンツ力の生じている点から支持体１０３
の弾性部材１０２と接続している辺までの垂線の長さと
の積によって決まる。

【００５０】また、ねじり振動による可動板１０１の振
幅の場合は、駆動コイル１０６に生じるローレンツ力の
強さと、このローレンツ力の生じている点から弾性部材
１０２の幅方向に対する中心軸線上までの垂線の長さと
の積によって決まる。

【００５１】また、ローレンツ力は永久磁石１０４の性
能とサイズ、駆動コイル１０６のターン数と配線長と駆
動コイル１０６に印加する電流量と永久磁石１０４から
駆動コイル１０６までの距離によって決まる。

【００５２】ここで、駆動コイル１０６が可動板１０１
の最外周を周回するように形成されるのは、発生力量を
少しでも大きくするためである。そして、支持体１０３
を図示しないダイキャスト等に固定し、駆動コイル１０
６に電流を印加することによって、可動板１０１は支持
体１０３と弾性部材１０２の境界部を固定端とした振動
を開始する。

【００５３】このとき、可動板１０１と弾性部材１０２
の形状や材質によって一意的に決定される共振周波数と
同様の周波数で交流電流を印加することにより、可動板
１０１はその電流値における最大の振幅で振動を開始す
る。

【００５４】このときの振動は、曲げ振動とねじり振動
とが同時に発生する２次元的な振動となり、曲げ振動の
共振周波数もねじり振動の共振周波数も可動板１０１と
弾性部材１０２の形状や材質によって一意的に決定され
る。

【００５５】したがって、曲げ方向に対してもねじり方
向に対しても共振状態で振動させたい場合、曲げ振動モ
ードの共振を励起する電流波形とねじれ振動モードの共
振を励起する電流波形とを重ね合わせた交流電流を駆動
コイル１０６に印加すればよい。

【００５６】図５に示すように、振動している可動部の
裏面に形成された反射面１０５にコリメートされたレー
ザ光１１５を反射させることにより、反射したレーザ光
１１５は２次元に走査される。

【００５７】この光スキャナがバーコードリーダの読み
取り部に用いられる場合、反射光はバーコード１１６に
反射して散乱光を発生させる。その散乱光は受光素子１
１７で受光され信号処理回路１１８によって電気信号に
変換される。

【００５８】当然、この光スキャナは駆動回路１１９を
用いて振動を制御しており、バーコード上に走査される
レーザ光は参照符号１２０として示すようなラスタ型の
形状となる。

【００５９】したがって、この第１の実施の形態による
光スキャナによれば、次のような効果がある。本実施の
形態における光スキャナは２次元の光走査を行うことが
できる。

【００６０】この光スキャナは一つの駆動コイル１０６
が曲げ振動とねじり振動の両方を発生させる。したがっ
て、本実施の形態における光スキャナは同一形状であれ
ば、駆動時の曲げ、ねじり方向の偏向角は駆動コイル１
０６に印加される電流値によって一意的に決定でき、駆
動制御がしやすい。

【００６１】また、本実施の形態における光スキャナ
は、弾性部材１０２として有機膜であるポリイミドを用
いているために、上述した文献“TECHNICAL DIGEST OF
THE SENSOR SYMPOSIUM,1995.pp17-20 ”に示されている
ようなシリコンを振動部材に用いた場合と比較して脆性
破壊が起きにくく、必要最小限の強度を保ちながら、大
きな偏向角を得ることができる。

【００６２】また、駆動コイル１０６、配線１０８およ
びコンタクトパッド１０７等の電気要素がポリイミド膜
内部に形成されているため、電気要素が湿気によって劣
化することがほとんどなく、ポリイミド膜内部に駆動コ
イル１０６を設けることで駆動コイル１０６の配線間の
絶縁も安定する。

【００６３】また、本実施の形態で示した駆動コイル１
０６はコイルに電流が印加される際に発生する熱を極力
抑えながら、大きな駆動力を得るために考察された形状
となっている。

【００６４】この駆動力は以下に示す式（１）によって
簡単に求めることができる。 F = n i ・B …（１） ここで、F は駆動力、n はコイルのターン数、i はコイ
ルに流れる電流量、そしてB が永久磁石１０４に近接し
て形成された駆動コイル１０６の配線部上における平均
磁束密度を示している。

【００６５】この駆動力を大きくするためには、駆動コ
イル１０６に流れる電流量を大きくすることも有効であ
るが、実際には電流量を大きくすれば駆動コイル１０６
に熱が発生し、駆動コイル１０６の電気抵抗が大きくな
ってしまう結果、電流から駆動力への変換効率が悪くな
ってしまう。

【００６６】また、駆動力を大きくするために、駆動コ
イル１０６のターン数を増やしても駆動コイル１０６の
抵抗が大きくなってしまうため、上記と同様の問題が発
生する。

【００６７】なお、駆動力を大きくするために、永久磁
石１０４による平均磁束密度を考慮すれば、永久磁石１
０４と駆動コイル１０６との距離は短い方がよい。すな
わち、駆動コイル１０６の線幅と配線間隔を狭くするこ
とが望ましいが、駆動コイル１０６の配線全体の線幅を
狭くすれば上記と同様に抵抗の問題が発生する。

【００６８】これを極力抑えるために、本実施の形態で
は、図２（ａ）に示すように駆動力に寄与する配線だけ
その線幅を狭くすると共に、配線間の間隔も狭くするこ
とにより、配線全体が永久磁石１０４の近傍に集中する
ようになされている。

【００６９】ここで、駆動力に寄与しない部分の駆動コ
イル１０６の配線間隔を広くしているのは、駆動コイル
１０６の作製歩留まりを向上させるためである。本実施
の形態では光スキャナを一体に形成することができ、組
立作業がほとんどなく、超小型の光スキャナとしての生
産性を向上することができる。

【００７０】また、本実施の形態では光スキャナは半導
体製造技術を応用しているため、超小型化された光スキ
ャナの寸法精度が高く、個々の部品または組立上の問題
で光スキャナの振動が不安定になるようなことはない。

【００７１】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。例えば、図６に示すよ
うに、ねじり振動をより確実に大きな振幅を得るため
に、弾性部材１０２が接続する部分に近接する可動板１
０１の側壁の対岸に位置する側壁面１２２の近傍に永久
磁石１２１を配置してもよい。

【００７２】すなわち、ねじり振動は弾性部材１０２が
可動板１０１の中心からずれた位置に接続されているた
めに発生する。ねじれの場合、発生力はモーメントで決
定され、この構成の場合、弾性部材１０２の幅方向に対
する中心軸を回転中心として、発生力が生じる部分から
回転中心軸までの垂線の長さと発生力の積で求められ
る。

【００７３】永久磁石１０４は回転中心軸に対して垂直
方向に駆動力が分布する配置になっているため、永久磁
石１０４だけではねじり振動を発生する駆動力を効率よ
く得ることができない。

【００７４】一方、永久磁石１２１は回転中心軸から最
も離れた側壁面１２２近傍に配置されており、永久磁石
１２１近傍を通る駆動コイル１０６の配線に生じる駆動
力は永久磁石１０４が作り出す駆動力よりもはるかに効
率的で大きい。

【００７５】この構成において、図９（ａ）に示すよう
に、駆動コイル１０６は永久磁石１０４と永久磁石１２
１近傍に形成された配線部が他の配線部と比較して配線
幅が狭く、配線間隔も狭くなっている。

【００７６】これによって、駆動力を効率的に得ること
ができ、駆動コイルの電気抵抗を最小限に抑え、電流を
印加したときの熱の発生を最小限にしている。 ＜第２実施の形態＞図７乃至図１１は、本発明による光
スキャナの第２実施の形態及びその変形例を示す。

【００７７】この第２実施の形態による光スキャナは二
次元の光の走査を行うことができるもので、この光スキ
ャナの斜視図を図７に示し、ここで使用される駆動コイ
ルを図９（ｂ）に示す。

【００７８】この第２実施の形態による光スキャナは、
駆動コイル２０６及び２０７が光スキャナの幅方向に対
して２つに分割されている点が第１実施の形態で示した
単一の駆動コイル１０６の構成と異なる。

【００７９】この光スキャナは、可動板２０１と、弾性
部材２０２と、支持体２０３と、永久磁石２０４と、駆
動コイル２０６及び２０７から構成されている。前記可
動板２０１には光を反射するための反射面２０５が形成
されており、図７における可動板２０１の裏面がそれに
対応している。

【００８０】この可動板２０１の材料としては振動中に
反射面が変形しないことが望まれるので、ここでは可動
板２０１の主材料として高剛性材料である単結晶シリコ
ンを用いている。

【００８１】この可動板２０１にはその他に窒化シリコ
ン、アルミニウム、ポリイミド材料が用いられており、
窒化シリコンは光スキャナを作製するときのマスク材料
として用いられ、アルミニウムは駆動コイル２０６及び
２０７の配線と該駆動コイル２０６、２０７の始点及び
終点にあるコンタクトパッド２０８として、場合によっ
ては反射面２０５のミラー材料としても用いられる。

【００８２】また、ポリイミドは駆動コイル２０６及び
２０７を上下から挟み込むように形成されており、コイ
ル配線間の絶縁と、コンタクトパッド２０８も含めて電
気要素が大気に触れないようにしている。

【００８３】前記弾性部材２０２は可動板２０１から延
在するポリイミド膜を主材料として、その内部にコンタ
クトパッド２０８から支持体２０３に向かう配線２０９
が形成されている。

【００８４】この配線２０９もアルミニウムを用いる。
前記支持体２０３は光スキャナをダイキャスト等に固定
するための接着部として用いられると共に、その表面に
外部からの電力を配線２０９を通して駆動コイル２０６
及び２０７に供給するためのボンディングパッド２１０
が形成されている。

【００８５】この支持体２０３は主材料として単結晶シ
リコンを用いており、単結晶シリコンは剛性が高いた
め、ダイキャストなどに固定するのに都合がよい。その
他に支持体２０３の材料としては光スキャナを作製する
ときのマスク材料となる窒化シリコンと、ボンディング
パッド２１０と配線２０９を形成するアルミニウムと、
配線２０９を上下から挟み込み配線２０９が大気に触れ
ないようにするためのポリイミド膜などが用いられてい
る。

【００８６】このポリイミドは可動板２０１、弾性部材
２０２から延在するポリイミドを用いている。また、支
持体２０３の単結晶シリコンと可動板２０１で用いられ
る単結晶シリコンは同一の基板から形成されている。

【００８７】図９（ｂ）に示すように、駆動コイル２０
６及び２０７は配線の線幅と配線間の距離を各辺で変化
させている。すなわち、永久磁石２０４近傍でその幅方
向に平行に形成される駆動コイル２０６及び２０７の配
線は、その他の場所に形成される配線と比べると配線の
線幅が狭く、配線間の間隔も狭くしている。

【００８８】ただし、駆動コイル２０６及び２０７の厚
みは共に均一にしている。前記永久磁石２０４の配置位
置については、上述した文献“TECHNICAL DIGESTOF THE
SENSOR SYMPOSIUM,1995.pp17-20 ”に示された構成を
応用し、可動板２０１の板厚方向に着磁方向を合わせ、
可動板２０１先端の駆動コイル２０６及び２０７に対し
て上方あるいは下方約45度の延長線上に永久磁石２０４
下部あるいは上部先端が合うような位置に配置する。

【００８９】なお、この第２実施の形態による光スキャ
ナは、第１実施の形態で示した光スキャナの作製方法と
同様の方法で作製が可能である。次に、この第２実施の
形態による光スキャナの作用を説明する。

【００９０】まず、ボンディングパット２１０から交流
電流を印加することにより、可動板２０１上でその先端
を周回する駆動コイル２０６及び２０７は永久磁石２０
４との相互作用によってローレンツ力が発生する。

【００９１】このローレンツ力のベクトル方向は、永久
磁石２０４と駆動コイル２０６及び２０７の位置関係に
よって決まり、この場合、可動板２０１の板厚方向に力
が発生する。

【００９２】もし、駆動コイル２０６及び２０７に同じ
向きと大きさの交流電流を印加すると、この光スキャナ
は支持体２０３と弾性部材２０２の境界部を固定端とし
た曲げ振動を開始する。

【００９３】しかし、駆動コイル２０６及び２０７にそ
れぞれ異なった向きと大きさで交流電流を印加すると、
この光スキャナは曲げ振動の他にねじり振動も加わった
２次元的な振動を開始する。

【００９４】ここで、弾性部材２０２が支持体２０３と
の接続部を固定端として板厚方向に振動することを曲げ
振動と呼び、弾性部材２０２の中心軸を回転軸として可
動板２０１が上方あるいは下方に回転する方向に働く振
動をねじり振動と呼ぶ。

【００９５】この曲げ振動による可動板２０１の振幅は
駆動コイル２０６及び２０７に生じるローレンツ力の強
さと、このローレンツ力の生じている点から支持体２０
３の弾性部材２０２と接続している辺までの垂線の長さ
との積によって決まる。

【００９６】また、ねじり振動による可動板２０１の振
幅の場合は、駆動コイル２０６及び２０７に生じるロー
レンツ力の強さと、このローレンツ力の生じている点か
ら弾性部材２０２の幅方向に対する中心軸線上までの垂
線の長さとの積によって決まる。

【００９７】また、ローレンツ力は永久磁石２０４の性
能とサイズ、駆動コイル２０６及び２０７のターン数と
配線長と駆動コイル２０６及び２０７に印加する電流量
と永久磁石２０４から駆動コイル２０６及び２０７まで
の距離によって決まる。

【００９８】ここで、駆動コイル２０６及び２０７が可
動板最外周を周回するように形成されるのは、発生力量
を少しでも大きくするためである。そして、支持体２０
３を図示しないダイキャスト等に固定し、駆動コイル２
０６及び２０７に電流を印加することにより、可動板２
０１は支持体２０３と弾性部材２０２の境界部を固定端
とした振動を開始する。

【００９９】このとき、可動板２０１と弾性部材２０２
の形状や材質によって一意的に決定される共振周波数と
同様の周波数で交流電流を印加することにより、可動板
２０１はその電流値における最大の振幅で振動を開始す
る。

【０１００】また、このときの振動は曲げ振動のみの１
次元の振動かあるいは曲げ振動とねじり振動が同時に発
生する２次元的な振動となる。なお、曲げ振動の共振周
波数もねじり振動の共振周波数も可動板２０１と弾性部
材２０２の形状や材質によって一意的に決定される。

【０１０１】本実施の形態のように複数の駆動コイルを
有する場合は、印加する電流の条件によって振動は複雑
に変化する。例えば、曲げ振動のみを発生させる場合
は、駆動コイル２０６及び２０７に曲げモードの共振周
波数と同様の周波数の交流電流を印加すればよい。

【０１０２】また、ねじり振動のみを発生させる場合
は、ねじりモードの共振周波数と同様の周波数を持つ交
流を駆動コイル２０６及び２０７に印加すればよいす
る。このとき、駆動コイル２０６及び２０７に印加する
電流の位相を１８０度ずらせば、可動板２０１はねじり
モードの振動を開始する。

【０１０３】そして、曲げモードに対してもねじりモー
ドに対しても共振状態で振動させたい場合は、曲げモー
ドの共振を励起する電流波形とねじれモードの共振を励
起する電流波形とを重ね合わせた交流電流をそれぞれの
駆動コイル２０６、２０７に印加すればよい。

【０１０４】したがって、この第２実施の形態による光
スキャナによれば次のような効果がある。本実施の形態
における光スキャナは、曲げ振動のみの１次元の光走査
を行うこともでき、さらにねじり振動も含めた２次元の
光走査も行うこともできると共に、駆動コイル２０６及
び２０７に印加する電流の向きや大きさを制御すること
によって、曲げ振動の振幅とねじり振動の振幅を微妙に
制御することができ、光の走査領域が任意に決定されて
いる場合でも、印加する電流を制御することによって対
応することができる。

【０１０５】特に、走査領域の縦横比が変化するような
場合、第１実施の形態で示した光スキャナでは対応する
ことができないが、本実施の形態で示した光スキャナで
は対応することができる。

【０１０６】また、この第２実施の形態による光スキャ
ナでは、弾性部材２０２として有機膜であるポリイミド
を用いているために、上述した文献“TECHNICAL DIGEST
OFTHE SENSOR SYMPOSIUM,1995.pp17-20 ”に示されて
いるようなシリコンを振動部材に用いた場合と比較して
脆性破壊が起きにくく、必要最小限の強度を保ちなが
ら、大きな偏向角を得ることができる。

【０１０７】また、駆動コイル２０６及び２０７、配線
２０９およびコンタクトパッド２０８等の電気要素がポ
リイミド膜内部に形成されているため、電気要素が湿気
によって劣化することがほとんどなく、ポリイミド膜内
部に駆動コイル２０６及び２０７を設けることにより、
駆動コイル２０６及び２０７の配線間の絶縁も安定す
る。

【０１０８】また、本実施の形態で示した駆動コイル２
０６及び２０７は、コイルに電流が印加される際に発生
する熱を極力抑えながら、大きな駆動力を得るために考
察されした形状となっている。

【０１０９】この駆動力は第１実施の形態で示した式
（１）によって簡単に求めることができる。ここで、簡
単化のため、２つの駆動コイル２０６及び２０７に印加
される電流は向きも大きさも同一であると仮定すると、
式（１）から、駆動力を大きくするためには電流量を大
きくすることも有効である。

【０１１０】しかるに、実際には電流量を大きくすれ
ば、駆動コイル２０６及び２０７に熱が発生し、駆動コ
イル２０６及び２０７の電気抵抗が大きくなってしまう
結果、電流から駆動力への変換効率が悪くなってしま
う。

【０１１１】また、駆動力を大きくするために、駆動コ
イル２０６及び２０７のターン数を増やしても駆動コイ
ル２０６及び２０７の抵抗が大きくなってしまうため、
上記と同様の問題が発生する。

【０１１２】もっとも、第１実施の形態で示した駆動コ
イルに比べれば、本構成の駆動コイルは２つに分割され
ている分、コイルの総配線長が短いため熱問題に対して
は有利である。

【０１１３】また、駆動力を大きくするために、平均磁
束密度を考慮すれば永久磁石と駆動コイルの距離は短い
方がよい。すなわち、駆動コイル２０６及び２０７の線
幅と配線間隔を狭くすることが望ましいが、駆動コイル
２０６及び２０７の配線全体の線幅を狭くすれば上記と
同様に抵抗の問題が発生する。

【０１１４】これを極力抑えるために、本実施の形態で
は、図９（ｂ）に示すように駆動力に寄与する配線だけ
その線幅を狭くし、また、配線間隔を狭くすることで配
線全体が永久磁石２０４の近傍に集中するようになされ
ている。

【０１１５】ここで、駆動力に寄与しない部分の駆動コ
イル２０６及び２０７の配線間隔を広くしているのは、
駆動コイル２０６及び２０７の作製歩留まりを向上させ
るためである。

【０１１６】本実施の形態では、光スキャナは一体に形
成することができ、組立作業がほとんどなく、超小型の
光スキャナの生産性を向上することができる。また、本
実施の形態では、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の寸法精度が高く、個々の部
品または組立上の問題で光スキャナの振動が不安定にな
るようなことはない。

【０１１７】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。第１の変形例として、
ねじり振動をより確実に大きな振幅を得るために図８に
示すように、可動板２０１の幅方向の両端にそれぞれ永
久磁石２１１及び２１２を配置してもよい。

【０１１８】この永久磁石２１１及び２１２は可動板２
０１の幅方向に平行な磁場を形成するように磁化方向を
合わせて配置すれば効率よく、駆動力に変換することが
できる。

【０１１９】この第１の変形例による光スキャナでは、
曲げモードのみの振動を発生させたい場合、駆動コイル
２０６及び２０７に印加する電流の向きを逆向きにしな
ければならない点が上述した第２実施の形態における構
成と大きく異なる。

【０１２０】また、第２実施の形態における構成が曲げ
振動における効率を重視しているのに対し、この変形例
による光スキャナでは、ねじり振動における効率を重視
した構成といえる。

【０１２１】これは、第２実施の形態で示した構成はね
じり振動に影響を与えるモーメントが均一に分布してい
ないが、この変形例の構成ではねじりモードのモーメン
トが均一に分布しているのに対し、曲げ振動に影響を与
えるモーメントが均一に分布していないためである。

【０１２２】この構成において、図１１（ａ）に示すよ
うに駆動コイル２０６及び２０７は永久磁石２１１及び
２１２近傍に形成された配線部で他の配線部と比較して
配線幅が狭く、配線間隔も狭くなっている。

【０１２３】これによって、駆動力を効率的に得ること
ができ、駆動コイルの電気抵抗を最小限に抑え、電流を
印加したときの熱の発生を最小限にしている。第２の変
形例として、図１０に示すように、曲げ振動とねじり振
動の個別制御をより簡単に行えるようにするため、第２
実施の形態に類似したような構成で駆動コイル２０６及
び２０７を可動板２０１の幅方向に２つに分割して形成
し、それぞれの駆動コイル２０６及び２０７に永久磁石
２１３及び２１４をそのコイルの分担する振動モードを
発生させる位置に配置してもよい。

【０１２４】したがって、曲げ振動を発生させる駆動コ
イル２０７に対応する永久磁石２１３は可動板２０１の
先端近傍に配置されている。また、駆動コイル２０６は
ねじり振動を発生させる目的で形成されており、これに
対応した永久磁石２１４は弾性部材２０２が接続する部
分に近接する可動板２０１の側壁の対岸に位置する側壁
面の近傍に永久磁石２１４を配置する。

【０１２５】この構成では、各駆動コイル２０６及び２
０７が振動方向を分担しているため、駆動コイル２０７
のみに電流を印加した場合は曲げ振動が発生し、駆動コ
イル２０６のみに電流を印加した場合は不完全ではある
がねじり振動が発生する。

【０１２６】なお、曲げ振動とねじり振動を同時に発生
させる場合、第２実施の形態やその第１の変形例では２
つのコイルに曲げ振動の波形とねじり振動の波形を重ね
合わせた波形で電流を印加していたが、この変形例では
重ね合わせる必要はなく、それぞれの駆動コイル２０６
及び２０７にそれぞれのモードを発生させる交流電流を
印加すればよい。

【０１２７】この構成は波形を重ね合わせる必要がな
く、電流波形を形成する電気回路の構成が容易になる。
この構成において、図１１（ｂ）に示すように、駆動コ
イル２０６及び２０７の配線は、永久磁石２１４及び２
１３近傍に形成された配線部が他の配線部と比較して配
線幅が狭く、配線間隔も狭くなっている。

【０１２８】これによって、駆動力を効率的に得ること
ができ、駆動コイルの電気抵抗を最小限に抑え、電流を
印加したときの熱の発生を最小限にしている。 ＜第３実施の形態＞図１２乃至図１４は、本発明による
光スキャナの第３実施の形態を示す。

【０１２９】この実施の形態による光スキャナは二次元
の光の走査を行うことができると共に、駆動周波数を検
出するための検出コイルを内蔵しているもので、この光
スキャナの断面図を図１２に示し、この光スキャナの上
面図を図１３に示す。

【０１３０】本実施の形態では上述した第１実施の形態
で示した構成を用いて検出用のコイルを内蔵した光スキ
ャナについて示す。この光スキャナは可動板３０１と、
弾性部材３０２と、支持体３０３と、永久磁石３０４
と、駆動コイル３０５とから構成されており、これらを
構成する構成要素は第１実施の形態と同様である。

【０１３１】また、この光スキャナは、電気要素として
前記可動板３０１上に形成された駆動コイル３０５と、
前記支持体３０３上に形成されたボンディングパッド３
０６と、前記駆動コイル３０５とボンディングパッド３
０６を接続するための配線３０７と、前記可動板３０
１、弾性部材３０２及び支持体３０３に延在する検出コ
イル３０８とがある。

【０１３２】この検出コイル３０８と駆動コイル３０５
は第２のポリイミド層３１０によって絶縁されている。
また、検出コイル３０８は第１のポリイミド層３０９と
第２のポリイミド層３１０に挟まれており、コイル配線
間もポリイミドによって絶縁されている。

【０１３３】そして、駆動コイル３０５の始点及び終点
にはコンタクトパッド３１１が形成されている。この駆
動コイル３０５の配線間の絶縁をとっている第３のポリ
イミド層３１２はコンタクトパッド３１１の部分だけ取
り除かれており、コンタクトパッド３１１は配線３０７
と電気的に接続されている。

【０１３４】また、この配線３０７も第４のポリイミド
層３１３によって大気から遮断されている。前記支持体
３０３により、配線３０７とボンディングパッド３０６
とは電気的に接続されている。

【０１３５】また、この支持体３０３には検出コイル３
０８の始点及び終点に電気的に接続されたボンディング
パッド３１４が形成されている。次に、この実施の形態
の作用を説明する。

【０１３６】まず、ボンディングパット３０６から交流
電流を印加することにより、可動板３０１上でその先端
を周回する駆動コイル３０５には永久磁石３０４との相
互作用によってローレンツ力が発生する。

【０１３７】このローレンツ力のベクトル方向は永久磁
石３０４と駆動コイル３０５の位置関係によって決ま
り、この場合、可動板３０１の板厚方向にローレンツ力
が発生する。

【０１３８】この光スキャナは弾性部材３０２と可動板
３０１との接続部が可動板３０１の幅方向に対する中心
からはずれているため、曲げ振動のみを作り出すことは
できず、曲げ振動とねじり振動が同時に発生する構造と
なっている。

【０１３９】ここで、弾性部材３０２が支持体３０３と
の接続部を固定端として板厚方向に振動することを曲げ
振動と呼び、弾性部材３０２の中心軸を回転軸として可
動板３０１が上方あるいは下方に回転する方向に働く振
動をねじり振動と呼ぶ。

【０１４０】可動板３０１が振動を開始すると検出コイ
ル３０８には式（２）に示されるような誘導起電圧Ｖが
発生する。 Ｖ＝Ｂ・ｖ・ｌ …（２） ここで、Ｂは永久磁石３０４近傍に形成されたコイル配
線上の平均磁束密度であり、ｖは可動板３０１の振動速
度であり、ｌは誘導起電圧を発生する検出コイル３０８
の配線長を示している。

【０１４１】検出コイル３０８から得られた電圧波形は
可動板３０１の振動波形と同様の波形となり、駆動コイ
ル３０５に印加される電流波形とは同一波形であるもの
の、位相がずれて出力される。

【０１４２】したがって、この第３実施の形態による光
スキャナによれば次のような効果がある。検出コイル３
０８を光スキャナに一体で内蔵することで、検出コイル
３０８を含めた光スキャナを一体で形成することがで
き、組立作業がほとんどなく、超小型の光スキャナの生
産性を向上することができる。

【０１４３】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の寸法精度が高く、個々
の部品または組立上の問題で光スキャナの振動が不安定
になるようなことはない。

【０１４４】また、駆動コイル３０５で熱を発生しても
振動状態を表す検出コイル３０８からの検出信号には全
く影響がなく、歪みゲージなどを使った検出系よりも精
度の高い信号の検出を行うことができる。

【０１４５】なお、この検出信号は可動板３０１の振動
状態を評価するのに用いるだけでなく、図１４に示すよ
うにこの検出信号を使って、光スキャナを常に共振状態
で振動できるようにする自励発振回路３１５を構成する
こともできる。

【０１４６】この光スキャナを自励発振させることによ
って温度環境や弾性部材３０２の経時的な変化に影響さ
れずに常に安定した共振駆動が可能になる。以上説明し
たような実施の形態において、本発明には以下のような
発明が含まれている。

【０１４７】（１）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、前記可動板に二自由度以上の自由度を持たせな
がら前記支持体と前記可動板とを接続する弾性部材と、
少なくとも二辺が前記可動板上に形成された駆動コイル
と、前記可動板近傍に間隔を置いて配置された永久磁石
とを具備し、前記駆動コイルに交流電流を印加すること
により、前記可動板が前記弾性部材と前記支持体との接
続部を固定端とした曲げ及びねじり振動を行う光スキャ
ナであって、前記弾性部材は内部に電気要素を有し、前
記可動板上と前記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。

【０１４８】（対応する発明の実施の形態）この（１）
の発明に関する実施の形態は、第１実施の形態が対応す
る。この（１）の発明における駆動コイルは、第１実施
の形態に示すように、交流電流を印加したとき永久磁石
との相互作用によって可動板を振動させる力を発生する
コイルであり、第１実施の形態では平面コイルを用いて
いる。

【０１４９】この（１）の発明における電気要素とは駆
動コイル、検出コイル、電気配線、電極パッド等を総称
している。 （作用、効果）この（１）の発明による光スキャナは、
駆動コイルがーつしかないにも関わらず２次元駆動する
ことができると共に、構成が簡単で作製が容易な２次元
の光スキャナである。

【０１５０】また、この（１）の発明による光スキャナ
は、板バネ部に絶縁性の弾性膜を用いることによって、
振動部材にシリコンを用いた場合と比べて脆性な破壊が
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。

【０１５１】また、この（１）の発明による光スキャナ
は、電気要素が絶縁性の弾性膜内部に形成されているた
め、電気要素の湿気による劣化がほとんどなく、各電気
要素間の絶縁などにも弾性膜を用いることができる。

【０１５２】（２）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、前記可動板に二自由度以上の自由度を持たせな
がら前記支持体と前記可動板とを接続する弾性部材と、
少なくとも一辺が前記可動板上に形成された複数の駆動
コイルと、前記可動板近傍に間隔を置いて配置された永
久磁石とを具備し、前記駆動コイルに交流電流を印加す
ることにより、前記可動板が前記弾性部材と前記支持体
との接続部を固定端とした曲げ及びねじり振動を行う光
スキャナであって、前記弾性部材は内部に電気要素を有
し、前記可動板上と前記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。

【０１５３】（対応する発明の実施の形態）この（２）
の発明に関する実施の形態は、第２実施の形態が対応す
る。この（２）の発明における駆動コイルは、第２実施
の形態に示すように、交流電流を印加したとき、永久磁
石との相互作用によって可動板を振動させる力を発生す
るコイルであり、第２実施の形態では平面コイルを用い
ている。

【０１５４】この（２）の発明における電気要素とは駆
動コイル、検出コイル、電気配線、電極パッド等を総称
している。 （作用、効果）この（２）の発明による光スキャナは、
複数の駆動コイルを用いることによって（１）の発明に
よる光スキャナよりも可動板の振動を複雑に制御するこ
とができる。

【０１５５】この（２）の発明によるスキャナは、２次
元駆動はもちろん１次元駆動も可能であり、２次元駆動
のそれぞれのモードにおける振幅も駆動コイルに印加す
る電流量を調整することにより、個別に制御することが
できる。

【０１５６】また、この（２）の発明によるスキャナ
は、板バネ部に絶縁性の弾性膜を用いることによって、
振勤部材にシリコンを用いた場合と比べて脆性な破壊が
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。

【０１５７】また、この（２）の発明によるスキャナ
は、電気要素が絶縁性の弾性膜内部に形成されているた
め、電気要素の湿気による劣化がほとんどなく、各電気
要素間の絶縁などにも弾性膜を用いることができる。

【０１５８】（３）前記永久磁石は、二つ以上の永久磁
石を有し、少なくともーつの永久磁石が前記支持体に対
する前記可動板の先端近傍に配置され、少なくとも他の
ーつの永久磁石が前記可動板の側面近傍に配置されてい
ることを特徴とした（１）に記載の光スキャナ。

【０１５９】（対応する発明の実施の形態）この（３）
の発明に関する実施の形態は、第１実施の形態の変形例
が対応する。

【０１６０】（作用、効果）この（３）の発明による光
スキャナは、可動板の側壁近傍に永久磁石を配置するこ
とによって、可動板の先端近傍にのみ永久磁石を配置し
ていた場合と比較してねじり方向に対する偏向角を大き
くとることができる。

【０１６１】（４）前記永久磁石は、二つ以上の永久磁
石を有し、少なくとも二つの永久磁石がそれぞれ前記可
動板の両側壁面近傍に配置されていることを特徴とした
（２）に記載の光スキャナ。

【０１６２】（対応する発明の実施の形態）この（４）
の発明に関する実施の形態は、第２実施の形態の第１変
形例が対応する。

【０１６３】（作用、効果）この（４）の発明による光
スキャナは、可動板の両側壁近傍にそれぞれ永久磁石を
配置することによって、可動板の先端近傍に一つの永久
磁石を配置していた場合と比較してねじり方向に対する
偏向角を大きくとることができる。

【０１６４】ただし、この（４）の発明による光スキャ
ナは、曲げ方向に対する偏向角は小さくなるので、ねじ
り方向の向角を基準に設計する際に有効な構成である。 （５）前記永久磁石は、二つ以上の永久磁石を有し、少
なくともーつの永久磁石が前記支持体に対する前記可動
板の先端近傍に配置され、前記複数の駆動コイルのうち
のーつの駆動コイルのみに影響を及ぼす永久磁石であ
り、少なくとも他のーつ永久磁石が前記可動板の側面近
傍に配置され前記複数の駆動コイルのうちの他のーつの
駆動コイルのみに影響を及ぼす永久磁石であり、それぞ
れの永久磁石はそれぞれ別の駆動コイルに影響を及ぼす
ように配置されたことを特徴とした（２）に記載の光ス
キャナ。

【０１６５】（対応する発明の実施の形態）この（５）
の発明に関する実施の形態は、第２実施の形態の第２変
形例が対応する。

【０１６６】（作用、効果）この（５）の発明による光
スキャナは、それぞれの永久磁石がそれぞれ別の一つの
駆動コイルにのみに影響を及ぼすように配置されている
ため、一つの駆動コイルのみに交流電流を印加した場
合、発生する振動モードをほぼ一つに限定することがで
きる。

【０１６７】また、この（５）の発明による光スキャナ
の構成を用いれば、曲げ振動の波形とねじり振動の波形
を重ね合わせた波形でそれぞれ別の駆動コイルに電流を
印加する必要がないので、それぞれ別の駆動コイルにそ
れぞれのモードを発生させる交流電流を印加すればよ
い。

【０１６８】したがって、（５）の発明による光スキャ
ナは、電流波形を形成する電気回路の構成が容易にな
る。 （６）前記絶縁性の弾性膜は有機膜からなることを特徴
とした（１）、（２）、（３）、（４）、（５）に記載
の光スキャナ。

【０１６９】（対応する発明の実施の形態）この（６）
の発明に関する実施の形態は、第１、第２及び第３実施
の形態が対応する。

【０１７０】（作用、効果）この（６）の発明による光
スキャナは、板バネ部に有機膜を用いることによってシ
リコンなどを振動部材に用いた場合と比較して脆性破壊
が起きにくく、必要最小限の強度を保ちながら、大きな
偏向角を得ることができる。

【０１７１】（７）前記駆動コイルは前記永久磁石近傍
で該駆動コイルの配線の幅と該配線間の間隔が最小にな
ることを特徴とした（１）、（２）、（３）、（４）、
（５）、（６）に記載の光スキャナ。

【０１７２】（対応する発明の実施の形態）この（７）
の発明に関する実施の形態は、第１及び第２実施の形態
が対応する。

【０１７３】（作用効果）この（７）の発明による光ス
キャナは、永久磁石近傍に形成された力の発生に寄与す
るコイル配線の間隔を狭くし、配線の幅も狭くすること
によって永久磁石近傍のコイル配線を永久磁石に近づけ
ることができ、通常のコイルよりも大きな発生力を得る
ことができる。

【０１７４】そして、この（７）の発明による光スキャ
ナは、力の発生に寄与しない部分のコイル配線の幅を十
分にとるとともに、コイル配線の間隔を広くすることに
よって発生する熱の問題を最小限に抑えることができ
る。

【０１７５】また、この（７）の発明による光スキャナ
は、力の発生に寄与しない部分のコイル配線の間隔を広
くすることで作製上の歩留まりを改善することができ
る。 （８）少なくとも一辺が前記可動板内に一体に形成さ
れ、該可動板の振動周波数を検出するための検出コイル
を有することを特徴とした（１）、（２）、（３）、
（４）、（５）、（６）に記載の光スキャナ。

【０１７６】（対応する発明の実施の形態）この（８）
の発明に関する実施の形態は、第３実施の形態が対応す
る。この（８）の発明における検出コイルは、第３実施
の形態に示すように永久磁石との相互作用によって誘導
起電力を発生するコイルを指し、第３実施の形態では可
動板と弾性部材と支持体に延在する平面コイルを用いて
いる。

【０１７７】（作用効果）この（８）の発明による光ス
キャナは、検出コイルは駆動コイルで熱を発生しても検
出される信号に全く影響がなく、ひずみゲージ等を用い
た検出系よりも精度の高い信号検出が可能である。

【０１７８】また、この（８）の発明による光スキャナ
では、検出コイルからの検出信号を用いて可動板の振動
状態を評価するだけでなく、この検出信号を使って、光
スキャナを常に共振状態で振動できるようにする自励発
振回路として構成することもできる。

【０１７９】すなわち、この（８）の発明による光スキ
ャナでは、光スキャナを自励発振させることによって環
境温度や弾性部材の経時的な変化に影響されずに常に安
定した共振駆動が可能になる。

【０１８０】なお、上述した第１及び第２の従来技術に
は大きな偏向角を持って振動する光スキャナの配線など
の電気要素の耐久性や大気からの保護という観点につい
ては記載されていない。

【０１８１】上述した（１）乃至（５）の発明は、この
ような点に着目し、大きな偏向角を持って振動する光ス
キャナにおいて、高い耐久性を示す電気要素を有する光
スキャナを提供することを課題とするものである。

【０１８２】また、上述した第１及び第２の従来技術に
は光スキャナの偏向角を大きくするという観点について
記載されていない。上述した（６）の発明はこの点に着
目し、板バネ部として弾性膜、具体的には有機膜を用い
ることにより、バネ部の剛性を低くし、小型化に伴う発
生力量の低下にも関わらず、大きな偏向角が得られる光
スキャナを提供することを課題とするものである。

【０１８３】また、上述した第２の従来技術にはコイル
に電流を流したときに発生する熱の影響を最小限に抑え
るという観点については記載されていない。上述した
（７）の発明はこの点に着目し、コイルに発生する熱を
最小限に抑えるコイル形状を有する光スキャナを提供す
ることを課題とするものである。

【０１８４】また、上述した第１及び第２の従来技術に
は、光スキャナに一体に形成され振動状態をモニタする
デバイスが環境の変化や光スキャナの経時的な変化に関
わらず精度の良い検出を行うという観点については記載
されていない。

【０１８５】上述した（８）の発明はこの点に着目し、
環境の変化に強い振動状態をモニタするデバイスを一体
に形成した光スキャナを提供することを課題とするもの
である。

【０１８６】

【発明の効果】従って、以上詳述したように、本発明に
よれば、大きな偏向角を持って振動する光スキャナにお
いて、高い耐久性を示す電気要素を有する光スキャナを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態による光スキャナの構
成を示す斜視図である。

【図２】第１実施の形態における駆動コイルの構成を示
す平面図と光スキャナの構成を示す断面図である。

【図３】第１実施の形態による光スキャナの製作工程を
示す断面図である。

【図４】第１実施の形態による光スキャナの製作工程を
示す断面図である。

【図５】第１実施の形態による光スキャナの適用例を示
す図である。

【図６】第１実施の形態による光スキャナの変形例の構
成を示す斜視図である。

【図７】本発明の第２実施の形態による光スキャナの構
成を示す斜視図である。

【図８】第２実施の形態による光スキャナの第１変形例
の構成を示す斜視図である。

【図９】第１実施の形態の変形例及び第２実施の形態に
おける駆動コイルの構成を示す平面図である。

【図１０】第２実施の形態による光スキャナの第２変形
例の構成を示す斜視図である。

【図１１】第２実施の形態の第１変形例及び第２変形例
における駆動コイルの構成を示す平面図である。

【図１２】本発明の第３実施の形態による光スキャナの
構成を示す断面図である。

【図１３】第３実施の形態による光スキャナの構成を示
す平面図である。

【図１４】第３実施の形態による光スキャナの適用例を
示す図である。

【図１５】第１の従来技術の構成を示す図である。

【図１６】第２の従来技術の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１…可動板、 １０２、２０２、３０２…弾性部材、 １０３、２０３、３０３…支持体、 １０４、２０４、２１１、２１２、２１３、２１４、３
０４…永久磁石、 １０５、２０５、…反射面、 １０６、２０６、２０７、３０５…駆動コイル、 １０７、２０８、３１１…コンタクトパッド、 １０８、２０９、３０７…配線、 １０９、２１０、３０６、３１４…ボンディングパッ
ド、 １１０…シリコン基板、 １１１…窒化シリコン膜、 １１２、３０９…第１のポリイミド層、 １１３、３１０…第２のポリイミド層、 ３１３…第４のポリイミド層、 １１４、３１２…第３のポリイミド層、 ３１３…第４のポリイミド層、 １１５…レーザ光、 １１６…バーコード、 １１７…受光素子、 １１８…信号処理回路、 １１９…駆動回路、 ３０８…検出コイル、 ３１５…自励発振回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、 前記可動板に二自由度以上の自由度を持たせながら前記
   支持体と前記可動板とを接続する弾性部材と、 少なくとも二辺が前記可動板上に形成された駆動コイル
   と、 前記可動板近傍に間隔を置いて配置された永久磁石とを
   具備し、 前記駆動コイルに交流電流を印加することにより、前記
   可動板が前記弾性部材と前記支持体との接続部を固定端
   とした曲げ及びねじり振動を行う光スキャナであって、 前記弾性部材は内部に電気要素を有し、前記可動板上と
   前記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。
2. 【請求項２】 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、 前記可動板に二自由度以上の自由度を持たせながら前記
   支持体と前記可動板とを接続する弾性部材と、 少なくとも一辺が前記可動板上に形成された複数の駆動
   コイルと、 前記可動板近傍に間隔を置いて配置された永久磁石とを
   具備し、前記駆動コイルに交流電流を印加することによ
   り、前記可動板が前記弾性部材と前記支持体との接続部
   を固定端とした曲げ及びねじり振動を行う光スキャナで
   あって、 前記弾性部材は内部に電気要素を有し、前記可動板上と
   前記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。
3. 【請求項３】 前記永久磁石は、二つ以上の永久磁石を
   有し、少なくとも一つの永久磁石が前記支持体に対する
   前記可動板の先端近傍に配置され、少なくとも他の一つ
   の永久磁石が前記可動板の側面近傍に配置されているこ
   とを特徴とした請求項１に記載の光スキャナ。