JPH10253912A

JPH10253912A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH10253912A
Application number: JP9348234A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kawasaki; 栄嗣川崎; Masaki Esashi; 正喜江刺; Yoshinori Otsuka; 義則大塚; Tadashi Hattori; 服部　　正
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】光走査装置を小型化し、その場合の動作特性
のばらつきを少なくするとともにミラーの位置精度を高
め、さらに振動部の振動動作を保証して、外的要因によ
り動作特性が変わるのを防止する。【解決手段】シリコン基板１に薄肉部を形成し、この
肉薄部にミラー部１２等の可動部１２〜１６を形成し、
圧電体膜２１〜２４により可動部１２〜１６を駆動す
る。この駆動により、ミラー部１２は異なる軸方向に捩
じれ振動する。ミラー部１２には金属薄膜が形成されて
おり、その金属薄膜に光を入射することにより、２次元
での光走査を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レザープリンタや
バーコードリーダ等に用いることができる光走査装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光走査装置として、特開
平７−１９９０９９号公報に示すものがある。図１９に
その光走査装置の構成を示し、図２０にその動作状態を
示す。光走査装置１００は、薄板状のプレート１０１
と、このプレート１０１の上下両端部に設置された４個
の圧電バイモルフ（加振手段）１２１〜１２４とから構
成されている。

【０００３】プレート１０１は、金属薄板をエッチング
または放電加工等を利用して図に示すような形状に加工
されている。プレート１０１の中央付近には、高反射コ
ーティング（Ａｌ蒸着、Ａｕ蒸着など）が施されたミラ
ーが接着されるミラー設置部１１１が形成されている。
このミラー設置部１１１上にミラーが接着されてミラー
部１０２が構成される。

【０００４】ミラー設置部１１１の相対向する端部には
１対の第１スプリング部（第１の捩じれ振動部）１１４
が形成されている。また、ミラー設置部１１１は、第１
スプリング部１１４によって、ミラー設置部１１１の外
側に形成された第１フレーム部（第１の保持部）１１６
に支持されており、図２０に示されるように、ｊ軸を中
心軸として回動自在になっている。

【０００５】第１フレーム部１１６は、一対の第２スプ
リング部（第２の捩じれ振動部）１１３によって、第１
フレーム部１１６の外側に形成された第２フレーム部
（第２の保持部）１１５に支持されており、第１スプリ
ング部１１４の回動軸ｊに対して直交する回動軸ｋを中
心軸として回動自在になっている。第２フレーム部１１
５は、一対の連結部１１７によって、第２フレーム部１
１５の外側に形成された第３フレーム部１１２に支持さ
れており、連結部１１７の加振軸ｉを中心軸として回動
自在になっている。なお、加振軸ｉは、図２０に示すよ
うに、回動軸ｊ、回動軸ｋに対して、それぞれ４５°づ
つずれた方向に形成された軸となっている。

【０００６】また、プレート１０１に形成された第３フ
レーム部１１２の上下両端それぞれの両面には、駆動源
である圧電バイモルフ１２１〜１２４が接着されてい
る。上記した光走査装置１００は次のように動作する。
図２０において、光走査装置１００は、駆動源である圧
電バイモルフ１２１〜１２４のそれぞれの一端ａ、ｂ、
ｃ、ｄを固定端とし、他端を自由端とした片持ち梁状と
して、図示されない光学系を構築する基板等に固定され
ている。また、この圧電バイモルフ１２１〜１２４は、
圧電素子の分極方向を考慮して接着されている。

【０００７】そして、同一の正弦波信号がそれぞれ圧電
バイモルフ１２１〜１２４に印加された場合、それぞれ
圧電バイモルフは、図２０に示すような曲げ振動を行
う。すなわち、圧電バイモルフ１２１と１２２、１２３
と１２４は、それぞれ同位相の曲げ振動を行い、圧電バ
イモルフ１２１と１２３、１２２と１２４は、それぞれ
逆位相の曲げ振動を行う。この振動は、連結部１１７を
経由することにより、第２フレーム部１１５のｉ軸を中
心軸とする捩じり振動に変換される。

【０００８】ここで、ミラー部１０２と第１フレーム部
１１６は、第１スプリング部１１４によって連結されて
おり、これらの組み合わせは、第１スプリング部１１４
の軸に相当するｊ軸を回転軸として、捩じり振動子を構
成している。また、第１フレーム部１１６と第２フレー
ム部１１５は、第２スプリング部１１３によって連結さ
れており、これらの組み合わせは、第２スプリング部１
１３の軸に相当するｋ軸を回転軸として、捩じり振動子
を構成している。従って、ミラー部１０２は、ｊ軸及び
ｋ軸を回転軸として捩じり振動が可能であり、２自由度
の振動系を構成している。

【０００９】従って、圧電バイモルフ１２１〜１２４に
より、第１スプリング部１１４、第２スプリング部１１
３に周期的な外力を作用させると、第１スプリング部１
１４は、その周期的な外力が作用するときに捩じれ、こ
の捩じれの回転角に応じた大きさで、捩じれの方向とは
逆方向に回転トルクを発生し、ｊ軸を回転軸としてミラ
ー部１０２を強制振動させる。また、第２スプリング部
１１３も、上述した周期的な外力が作用するときに捩じ
れ、この捩じれの回転角に応じた大きさで捩じれの方向
とは逆方向に回転トルクを発生し、ミラー部１０２と第
１フレーム部１１６を介してミラー部１０２を強制振動
させる。

【００１０】上述した光走査装置１００は、バーコード
リーダ等の光学的情報読取装置に応用することができ
る。図２１にその構成を示す。光走査装置１００を駆動
する駆動回路は、角周波数ωj の正弦波信号を発生する
発生器１３１と、角周波数ωk の正弦波信号を発生する
発生器１３２と、この信号発生器１３１、１３２で発生
した正弦波信号を加算する加算器１３３と、加算器１３
３で発生した信号を増幅する増幅回路１３４と、この増
幅回路１３４から出力された信号を圧電バイモルフ１２
１〜１２４に伝達する回路とから構成されている。

【００１１】そして、圧電バイモルフ１２１〜１２４に
増幅回路１３４から出力される駆動信号が印加される
と、第２フレーム部１１５、第２スプリング部１１３、
第１フレーム部１１６、第１スプリング部１１４、ミラ
ー部１０２は、ｉ軸を回転軸として全体として捩じり振
動をする。このとき、ミラー部１０２は、慣性モーメン
トを持っているためｉ軸を中心とする捩じりモーメント
を受け、捩じり方向に加振力として作用する。そして、
この捩じり加振力が、前述の２自由度捩じり振動子、す
なわち、図中ミラー部１０２のｊ軸を中心とする捩じり
振動と、ｋ軸を中心とする捩じり振動とに加振力として
作用し、ミラー部１０２を捩じり振動させる。

【００１２】また、レーザ駆動回路１３５は、レーザダ
イオード１３６からレーザ光を発生させる。このレーザ
ダイオード１３６で発生したレーザ光は、捩じり振動す
るミラー部１０２で反射し、ミラー部１０２の捩じり角
の２倍の角度で偏向されバーコードラベル１３７上を光
走査する。そして、バーコードラベル１３７上で散乱し
た光を受光素子１３８に受光させ、この受光した散乱光
の光強度に応じて電気信号に変換する。そして、得られ
た電気信号を、２値化回路１３９により２値信号に変換
し、デコード回路１４０によってバーコード記号の内容
に応じたデコード処理を行う。

【００１３】なお、上述した駆動源である圧電バイモル
フ１２１〜１２４は、第３フレーム部１１２の片面にの
み接着される圧電ユニモルフ構造とすることもできる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記し
た従来の構造に対し、それを小型化することについて検
討を進めたところ、以下のような問題があることが判明
した。第１に、金属薄板によりプレート１０１を構成し
ているため、それを小型化していくと、その加工精度に
より動作特性にばらつきが生じやすいという問題があ
る。

【００１５】第２に、金属薄板のプレート１０１のミラ
ー設置部１１１上にミラーを接着しているので、その位
置精度が問題となる。第３に、小型化していくと空気の
粘性によりミラー部１０２等の捩じり振動が起こりにく
くなり、最悪の場合、全く動作しない状態が生じる。ま
た、動作環境における外的要因により、動作特性が変わ
るという問題がある。

【００１６】本発明は上記問題に鑑みたもので、小型化
した場合でも動作特性のばらつきを少なくすることを第
１の目的とする。また、ミラーの位置精度を高めること
を第２の目的とする。さらに、小型化した場合でも振動
部の振動動作を保証し、動作環境における外的要因によ
り、動作特性が変わるのをなくすことを第３の目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、薄肉部（２）が
形成された半導体基板（１）と、薄肉部を振動させる加
振手段（２１〜２４）とを備え、薄肉部には光を出射す
る光出射部（１０）が設けられていることを特徴として
いる。

【００１８】従って、半導体基板に薄肉部を形成して、
それを振動させるようにすることにより、動作特性のば
らつきを少なくすることができる。また、請求項２に記
載の発明のように、金属薄膜（１０）を用いてミラーを
構成すれば、光反射により光走査を行うことができ、ま
た半導体プロセスを用いているためミラーの位置精度を
高めることができる。

【００１９】この場合、請求項３に記載の発明のよう
に、金属薄膜が形成されるミラー部（１２）を異なる２
軸を回転軸として振動させるようにすれば、２次元での
光走査を行うことができる。また、請求項４に記載の発
明のように、異なる２軸を回転軸としたミラー部の振動
をモニタするモニタ手段（６３ａ、６３ｂ、６４ａ、６
４ｂ、６５〜６８）を設ければ、そのモニタ出力を加振
手段への駆動信号の制御に用いることによって、加振手
段を適切に駆動することができる。

【００２０】このモニタ手段としては、請求項５に記載
の発明のように、捩じれ振動部（１３ａ、１３ｂ、１４
ａ、１４ｂ）の捩じれ状態に基づいてモニタを行うもの
とすることができ、より具体的には、請求項６に記載の
発明のように、捩じれ振動部に、捩じれによって生じる
応力により抵抗値が変化する可変抵抗（６３ａ、６４
ａ、６４ｂ、６３ｂ）を用いることによってモニタを行
うことができる。

【００２１】また、半導体基板に形成された薄肉部とし
ては、請求項７に記載の発明のように、金属薄膜が形成
されるミラー部（１２）と、このミラー部に対し所定の
隙間を介して形成された第１の保持部（１６）と、ミラ
ー部と第１の保持部とを連結し、周期的な外力が作用す
るときに捩じれ、この捩じれの回転角に応じた大きさで
捩じれの方向とは逆方向に回転トルクが発生するように
ミラー部を強制振動させる第１の捩じれ振動部（１４、
１４ａ、１４ｂ）と、第１の保持部に対し所定の隙間を
介して形成された第２の保持部（１５）と、第１の保持
部と前記第２の保持部とを連結し、周期的な外力が作用
するときに捩じれ、この捩じれの回転角に応じた大きさ
で捩じれの方向とは逆方向に回転トルクが発生するよう
に第１の保持部を介してミラー部を強制振動させる第２
の捩じれ振動部（１３、１３ａ、１３ｂ）とを有して構
成することができる。

【００２２】この場合、加振手段によって、第１及び第
２の捩じれ振動部のそれぞれに上述した周期的な外力を
作用させる。また、請求項８に記載の発明においては、
ミラー部に貫通穴（５０）を形成し、この貫通穴を介し
て金属薄膜から光の反射を行うようにしたことを特徴と
している。

【００２３】この場合、金属薄膜に対し裏面側から光の
反射を行うことができる。また、上述した加振手段とし
ては、請求項９に記載の発明のように、薄肉部の支持部
に形成された圧電素子（２１〜２４）を用いることがで
きる。請求項１０に記載の発明においては、薄肉部
（２）を、少なくとも光出射方向が透明となる部材（１
１、４１）にて気密に覆ったことを特徴としている。

【００２４】このような構成にすることにより、小型化
した場合でも薄肉部の振動動作を保証し、動作環境にお
ける外的要因により、動作特性が変わるのをなくすこと
ができる。なお、特許請求の範囲および課題を解決する
ための手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形
態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１に、本発明の第１実施形態に係る
２次元光走査装置の全体構成図を示し、図２に図１中の
Ａ−Ａ断面を示す。シリコン基板１には、裏面からのエ
ッチングによって図２に示すように薄肉部２が形成され
ている。この薄肉部２には貫通溝３が形成されており、
この貫通溝３の形成によって、薄肉部２は、ミラー部１
２、第１スプリング部（第１の捩じれ振動部）１４、第
１フレーム部１６（第１の保持部）、第２スプリング部
１３（第２の捩じれ振動部）、第２フレーム部（第２の
保持部）１５などの可動部を有する構造となる。これら
は、図１９に示したミラー部１０２、第１スプリング部
１１４、第１フレーム部１１６、第２スプリング部１１
３、第２フレーム部１１５と同等の機能を有し同等の作
用を行う。

【００２６】また、薄肉部２は片持ち梁構造となってお
り、その支持部上にＰＺＴ等の圧電体膜２１〜２４が形
成されている。圧電体膜２１〜２４は、圧電ユニモルフ
構造となっており、図１９に示した圧電バイモルフ１２
１〜１２４と同等の機能を有し同等の作用を行うもの
で、薄肉部２を振動させる加振手段を構成している。本
実施形態を図２１に示したような光学的情報読取装置に
応用する場合には、図２１に示す増幅回路１３４からの
駆動信号が圧電体膜２１〜２４に印加される。

【００２７】シリコン基板１の上には、ボンディングパ
ッド４および基板電極５が形成されている。各ボンディ
ングパッド４は、配線６を介し圧電体膜２１〜２４の上
部電極７と電気接続される。また、圧電体膜２１〜２４
のそれぞれは、図２に示すように、下部電極８の上に形
成されている。また、シリコン基板１には、低抵抗層９
（図１に点線で示す）が形成されており、この低抵抗層
９により基板電極５と下部電極８が電気的に接続され
る。また、ミラー部１２には、反射面を構成するミラー
１０が形成されている。なお、ボンディングパッド４、
基板電極５、配線６、上部電極７およびミラー１０はア
ルミニウムなどの金属薄膜により形成されている。

【００２８】また、シリコン基板１の下側には、ベース
としてのガラス、例えば、ほう珪酸ガラス（商品名：パ
イレックスガラス）１１が陽極接合法にて接合されてい
る。パイレックスガラス１１は図示しないケースに半田
等により固定される。なお、パイレックスガラス１１を
設けることにより、組み付け時のハンドリング性を良好
にし、またケースからの熱応力を緩和することができ
る。

【００２９】上記構成において、ボンディングパッド
４、基板電極５に駆動信号が印加されると、圧電体膜２
１〜２４は、所定の共振条件にてミラー部１２を捩じり
振動させる。この捩じり振動動作は、図１９に示すもの
と同じである。従って、捩じれ振動を行うミラー１０に
光を入射することにより、その反射光を用いて２次元走
査を行うことができる。

【００３０】次に、上記した光走査装置の製造方法を、
図３、図４を参照して説明する。なお、図３、図４は、
図２と同じ断面状態を示している。まず、面方位（１０
０）のｎ型シリコン基板１を用意し、その両面に熱酸化
によりＳｉＯ₂等の絶縁膜３１を成膜する（図３
（ａ））。次に、絶縁膜３１の所定位置を除去し、イオ
ン注入、固相拡散等によりｐ型の不純物を導入し、低抵
抗層９を形成する（図３（ｂ））。そして、絶縁膜３１
を除去した後、再度、シリコン基板１の両面にＳｉＯ₂
等の絶縁膜３２を成膜し（図３（ｃ））、その後、絶縁
膜３２の所定位置を除去する（図３（ｄ））。

【００３１】そして、スパッタあるいは電子ビーム蒸着
等により白金／チタンなどの下部金属電極８を形成し
（図３（ｅ））、この後、スパッタ、ゾルーゲル法、Ｃ
ＶＤ等によりＰＺＴ等の圧電体膜２１〜２４（図では圧
電体膜２３を示している）を形成する（図３（ｆ））。
次に、スパッタや電子ビーム蒸着等によりアルミニウム
などの金属薄膜を形成する。この金属薄膜は、ボンディ
ングパッド４、基板電極５、配線６、上部電極７および
ミラー１０となる（図４（ａ））。そして、表面全面
に、スパッタ、ＣＶＤ等によりＳｉＯ₂等の絶縁膜３３
を形成する（図４（ｂ））。

【００３２】この後、裏面の絶縁膜３２の所定位置を除
去し、シリコンの異方性エッチングを行って薄肉部２を
形成する（図４（ｃ））。この場合、図３（ｂ）の工程
で形成したｐ型低抵抗層９の不純物にはボロンを、その
濃度を５×０¹⁹ｃｍ^-3以上として、シリコンのエッチャ
ントにＥＰＷ（エチレンジアミン−ピロカテコール−
水）を用いると、このｐ型低抵抗層９はほとんどエッチ
ングされないので、薄肉部２を制御性よく形成すること
ができる。

【００３３】そして、シリコン基板１の裏面の絶縁膜３
２を除去した後、パイレックスガラス１１を陽極接合法
にて接合し（図４（ｄ））、この後、薄肉部２の所定の
位置３をドライエッチングを用いて貫通させ、図２に示
す構造の光走査装置を得る（図４（ｅ））。（第２実施形態）図５に、本発明の第２実施形態に係る
光走査装置の模式的構成を示す。また、図６に、図５中
のＢ−Ｂ断面を示す。

【００３４】本実施形態においては、シリコン基板１の
上部に、ガラス、例えばパイレックスガラス４１を用い
て気密接合し、ミラー部１２等の可動部が配置される空
間４２の雰囲気を制御可能な構造としている。従って、
パイレックスガラス４１、１１により、薄肉部２および
圧電体膜２１〜２４の形成領域が気密に覆われることに
なり、ミラー部１２等の捩じり振動動作が保証され、ま
た外的要因によりその動作特性が変わるのが防止され
る。

【００３５】なお、シリコン基板１の表面には絶縁膜３
３が形成されているので、絶縁膜３３の上にさらにシリ
コン薄膜４４を成膜して、パイレックスガラス４１との
陽極接合を行うようにしている。また、パイレックスガ
ラス４１には、陽極接合の際に発生するガスを吸着して
空間４２を真空にするためのゲッター４３が配置されて
いる。なお、ゲッター４３と空間４２との間は、シリコ
ン薄膜４４をエッチングして設けられた通路４５により
つながっている。

【００３６】なお、パイレックスガラス４１の気密接合
を得るためには、シリコン薄膜４４表面を平坦にする必
要がある。このため、シリコン基板１中に拡散抵抗６ａ
を形成し、拡散抵抗６ａを介してボンディングパッド４
から配線６への電気接続を行うようにしている。この実
施形態に係る光走査装置は、絶縁膜３３の上にシリコン
薄膜３１を成膜し、最終プロセスにおいて、真空に制御
した雰囲気中でパイレックスガラス４１を陽極接合する
ことにより構成することができる。

【００３７】図７に、上記した実施形態の変形例を示
す。この変形例においては、パイレックスガラス４１を
平板状のものとし、ミラー部１２等の可動部が配置され
る空間を確保するため、シリコンのスペーサ基板４６
を、パイレックスガラス４１とシリコン基板１との間に
挿入している。スペーサ基板４６とパイレックスガラス
４１とは陽極接合法にて接合される。そして、スペーサ
基板４６の裏面とシリコン表面の絶縁膜（ＳｉＯ₂）３
３上に形成された金薄膜４７とが共晶接合される。

【００３８】このような構成とすることにより、パイレ
ックスガラス４１に空間４２を設けるなどの加工が不要
となり、光が通過する面を、容易に光学的に平坦な面と
することができる。（第３実施形態）図８に、本発明の第３実施形態に係る
光走査装置の模式的構成を示す。この図８に示すもの
は、全体を斜め下から見た図となっている。また、図９
に、その断面図を示す。この図９は、図６と同じ断面状
態を示している。

【００３９】この実施形態においては、図５、図６に示
す実施形態に対し、図９に示すように、ミラー部１２に
おけるシリコン基板１に貫通穴５０を形成した点で相違
している。但し、この実施形態においては、裏面側のパ
イレックスガラス１１から光を入射し、貫通穴５０と絶
縁膜３２を通過してミラー１０の裏面で反射させるよう
にしている。

【００４０】この場合、シリコン基板１の下側のパイレ
ックスガラス１１は、上側のパイレックスガラス４１の
ように空間４２を設けるなどの加工を必要とせず平板状
となっているため、光学研磨面を得るのが容易である。
このため、パイレックスガラス１１を通過する光の散乱
等の減衰も最小限に抑制することができる。このよう
に、シリコン基板１の裏面側から光の入射を行う場合、
シリコン基板１のエッチング面に金属薄膜によるミラー
を構成することも考えられるが、そのエッチング面は表
面粗度が研磨面に比べ、悪化しているので、その面をそ
のままミラー面につかうことはできない。また、その上
にミラーを貼り付けるのは、組み付けならびに特性（共
振周波数）などのばらつきを発生させるので、やはり問
題である。従って、本実施形態のように、貫通穴５０を
形成した構成とすれば、そのような問題を解決すること
ができる。（第４実施形態）図１に示す第１実施形態のものでは、
ボンディングパッド４、基板電極５に駆動信号を印加し
て、圧電体膜２１〜２４を所定の共振条件で駆動するも
のを示したが、このような共振駆動方式においては、周
囲の温度変化などによって共振周波数が変化するため、
その周波数、駆動信号の振幅をモニタして、駆動信号を
制御するのが好ましい。

【００４１】このため、本実施形態では、２軸（ｉ軸、
ｋ軸）を回転軸としたミラー部１２の振動をモニタする
モニタ手段を設けた構成としている。具体的には、図１
０に示すように、図１中の低抵抗層９を２つに分離して
低抵抗層９ａ、９ｂ（図１０中にハッチングで示す）と
し、低抵抗層９ａ、９ｂが、圧電体膜２１〜２４、第
１、第２フレーム部１６、１５の一部、第１スプリング
部１４（図中では、符号１４ａ、１４ｂとして示す）、
第２スプリング部１３（図中では、符号１３ａ、１３ｂ
として示す）、ミラー部１２、およびシリコンチップ外
周部の、それぞれの下部に形成されている。また、低抵
抗層９ａには基板電極５ａが接続され、低抵抗層９ｂに
は基板電極５ｂが接続されている。さらに、第１、第２
スプリング部１４、１３は折れ曲がった（折り返した）
構造となっており、ミラー部１２が回転振動したとき第
１、第２スプリング部１４、１３の長手方向に大きな引
っ張り応力、圧縮応力が加わるようにしている。

【００４２】このような構成により、第１、第２スプリ
ング部１４ａ、１４ｂ、１３ａ、１３ｂの下部に形成さ
れた低抵抗層９ａ、９ｂは、ミラー部１２が回転振動し
たとき、その応力を受けて抵抗値が変化する、すなわち
シリコンのピエゾ抵抗効果によって抵抗値が変化する可
変抵抗となっている。この場合、基板電極５ａから第２
フレーム部１５、第２スプリング部１３ａ、第１フレー
ム部１６、第１スプリング部１４ａ、ミラー部１２、第
１スプリング部１４ｂ、第１フレーム部１６、第２スプ
リング部１３ｂ、第２フレーム部１５を介し、基板電極
５ｂに至るまで、電気的に直列接続された構成になって
いる。従って、第２スプリング部１３ａ、第１スプリン
グ部１４ａ、スプリング部１４ｂ、第２スプリング部１
３ｂの下部に形成された低抵抗層９ａ、９ｂによる可変
抵抗は、それぞれ、図１１に示すように、基板電極５ａ
から基板電極５ｂの間で直列接続された可変抵抗６３
ａ、６４ａ、６４ｂ、６３ｂとなる。

【００４３】そして、図１１に示すように、基板電極５
ａに直流電源（振動モニタ用の電源）６６を接続し、基
板電極５ｂを参照抵抗６５を介して接地すれば、ミラー
部１２の回転振動によって可変抵抗６３ａ、６４ａ、６
４ｂ、６３ｂの抵抗値がその回転振動の周波数に同期し
て変化するので、それに伴って基板電極５ｂからの出力
電圧が変化する。この出力電圧は、２軸を回転軸とした
ミラー部１２の回転振動の周波数成分を持つ電圧とな
る。

【００４４】この出力電圧は、ローパスフィルタ回路６
７、ハイパスフィルタ回路６８に出力される。そして、
ローパスフィルタ回路６７、ハイパスフィルタ回路６８
の遮断周波数を、２軸の回転振動のそれぞれの共振周波
数の間に設定しておくことにより、２軸の回転振動のそ
れぞれの周波数成分に応じた振動モニタ出力１、２を得
ることができる。この振動モニタ出力１、２は、図示し
ない回路によって、圧電体膜２１〜２４への駆動信号の
制御に用いられる。

【００４５】上記した構成によれば、フレーム部等の可
動部と外周部との間は金属配線等がないため、ワイヤを
用いた空中配線やスプリング部上の金属配線が不要とな
る。ワイヤを用いた場合には、可動部と固定部間の接続
に対する信頼性確保、あるいは共振周波数の変動といっ
た問題が生じ、またスプリング部上に金属配線を形成す
ると、繰り返し応力による断線、残留応力による共振周
波数の変動といった問題が生じるが、可動部と外周部と
の間の金属配線等を不要とすることによって、そのよう
な問題をなくすことができる。

【００４６】図１２に、圧電体膜２１〜２４を駆動する
回路を設けた場合の構成を示す。基板電極５ａ、５ｂの
電位が、圧電体膜２１〜２４の基板電極の電位となるの
で、第１実施形態の場合のように、それらを接地するこ
とができない。このため、圧電体膜２１、２３に対して
は、基板電極５ａの電位が基準電位となるように、交流
の駆動電源６９を設けて圧電体膜２１、２３に駆動信号
を印加し、圧電体膜２２、２４に対しては、基板電極５
ｂの電位が基準電位となるように、交流の駆動電源７０
を設けて圧電体膜２２、２４に駆動信号を印加するよう
にしている。なお、圧電体膜２１と２３に印加する駆動
信号の位相、および圧電体膜２２と２４に印加する駆動
信号の位相をそれぞれ逆位相にする必要があるため、位
相シフト回路７１、７２を設けている。

【００４７】なお、上記した構成では、第１、第２フレ
ーム部１６、１５の部分での電気配線を低抵抗層９ａ、
９ｂにより形成するものを示したが、図１３に示すよう
に、その部分の電気配線を金属配線２５にしてもよい。
この場合、スプリング部以外での電圧降下を抑えること
ができる。第１、第２フレーム部１６、１５上はほとん
ど変形しないので、その上に形成された金属配線２５に
は応力が加わらず、断線等は生じない。また、金属配線
２５をミラー部１０と同じプロセスで形成すれば、マス
ク変更のみで対応することができる。さらに、シリコン
チップ外周部についても、金属配線２６で引き回すよう
にすれば、配線抵抗が小さくなるため、圧電体膜２１〜
２４への印加電圧に差が生じないようにすることがで
き、ミラー部１０の振動を良好にすることができる。

【００４８】また、図１４に示すように、参照抵抗６５
を同一のシリコンチップ上に形成することもできる。こ
の場合、参照抵抗６５を低抵抗層９ａ、９ｂと同一工程
で形成した抵抗層とすれば、工程数を増やすことなく参
照抵抗６５を形成することができ、また参照抵抗６５と
可変抵抗６３ａ、６４ａ、６４ｂ、６３ｂの温度特性を
等しくすることができるため、モニタ出力電圧の温度特
性を良好なものにすることができる。

【００４９】次に、図１０に示す光走査装置の製造方法
について説明する。この実施形態においては、上記した
ようにシリコンのピエゾ効果による抵抗値変化を利用し
ているため、スプリング部１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１
４ｂの配置が重要になる。例えば、シリコン基板の面方
位を（１００）、導電の型をｎ型とし、低抵抗層９ａ、
９ｂをｐ型とした場合には、ｐ型シリコンのピエゾ抵抗
係数は＜１１０＞方向が最大であるので、スプリング部
１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂの長手方向が＜１１０
＞方向になるように設置すれば、最大の抵抗値変化が得
られる。しかしながら、スプリング部１３ａ、１３ｂ、
１４ａ、１４ｂの長手方向を＜１１０＞方向に配置する
と、裏面からのエッチングによる長方形は、図１５に示
すように、シリコンチップ外周に対して４５°傾いたも
のになるので、圧電体膜２１〜２４の支持部もその長手
方向から４５°傾いたものになり、理想的な振動を得る
ことができない。また、チップ面積も大きくなってしま
う。

【００５０】そこで、本実施形態においては、ＳＯＩ基
板を用いて光走査装置の製造を行うようにしている。こ
の場合の製造方法を図１６、図１７の工程図を参照して
説明する。なお、この図１６、図１７の工程図は、図
３、図４に対応するものであるので、それとの関係で本
製造方法で説明する。まず、ＳＯＩ基板１を用意する。
このＳＯＩ基板１においては、酸化シリコン等からなる
絶縁膜１ａが埋設されており、ＳＯＩ部１ｂは面方位が
（１００）、導電型がｎ型である。また、基板部１ｃの
導電型はｐ型でもｎ型のいずれでもよい。そして、ＳＯ
Ｉ基板１の両面に絶縁膜３１を成膜する（図１６
（ａ））。

【００５１】この後、絶縁膜３１の所定位置を除去し、
ｐ型の低抵抗層９（９ａ、９ｂ）を上記したパターンで
形成し（図１６（ｂ））、絶縁膜３１を除去した後、再
度、ＳＯＩ基板１の両面に絶縁膜３２を成膜し（図１６
（ｃ））、その後、絶縁膜３２の所定位置を除去する
（図１６（ｄ））。そして、下部金属電極８を形成（図
１６（ｅ））した後、圧電体膜２１〜２４を形成する
（図１６（ｆ））。

【００５２】次に、ボンディングパッド４、基板電極５
（５ａ、５ｂ）、配線６、上部電極７およびミラー１０
などを金属薄膜により形成する（図１７（ａ））。そし
て、表面全面に絶縁膜３３を形成し（図１７（ｂ））、
裏面の絶縁膜３２の所定位置を除去し、基板部１ｃをエ
ッチングするとともに、さらに絶縁膜１ａをエッチング
し、薄肉部２を形成する（図１７（ｃ））。

【００５３】そして、裏面の絶縁膜３２を除去した後、
パイレックスガラス１１を接合する（図１７（ｄ））。
この後、薄肉部２に貫通溝３を形成する。この場合、第
１、第２スプリング部１４ａ、１４ｂ、１３ａ、１３ｂ
が折れ曲がった構造になるようにする。このようにし
て、図１０に示す構造の光走査装置を得る（図１７
（ｅ））。

【００５４】この製造方法によれば、ＳＯＩ基板を用い
ることによって、裏面からのエッチングによる長方形
を、図１８に示すように、シリコンチップ外周に対して
平行とすることができ、圧電体膜２１〜２４の支持部を
その長手方向と垂直にし理想的な形状にすることができ
る。なお、上記した製造方法においては、ＳＯＩ基板を
用いるものを示したが、ＳＯＩ基板を用いずに製造する
こともできる。例えば、シリコン基板の面方位を（１０
０）、導電の型をｐ型とし、低抵抗層９（９ａ、９ｂ）
をｎ型とした場合には、ｎ型シリコンのピエゾ抵抗係数
は＜１００＞が大きいので、スプリング部１３ａ、１３
ｂ、１４ａ、１４ｂの長手方向を＜１００＞方向に設置
すれば、最大の抵抗値変化が得られる。従って、このよ
うなシリコン基板を用いれば、第１実施形態と同様の方
法を用いて光走査装置を製造することができる。また、
シリコン基板の面方位を（１００）、導電の型をｎ型と
したｐ型のエピ基板（ｐ型層の厚さは薄肉部２の厚さ相
当とする）を用い、所定の場所にｎ型層を設けて低抵抗
層９（９ａ、９ｂ）としてもよい。なお、これらの製造
方法においても、スプリング部１３ａ、１３ｂ、１４
ａ、１４ｂの厚さ方向の全体がｎ型となっていると、ほ
とんど抵抗値が変化しないため、最大でも厚さ方向の半
分程度までとするのがよい。また、このような製造方法
を用いた場合も、裏面からのエッチングによる長方形
は、図１８に示すようにシリコンチップのシリコンチッ
プ外周に対して平行となるようにすることができる。

【００５５】なお、この第４実施形態に示すものにおい
ても、第２、第３実施形態のようにして実施することが
できる。本発明は上述した種々の実施形態に限定される
ものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で適宜変
更が可能である。例えば、第１、第２スプリング部１
４、１３からなるトーションビーム部、第１、第２フレ
ーム部１６、１５からなるリング部、およびミラー部１
２における薄肉部２の厚さは、一定でなくても、剛性の
必要なトーションビーム部、リング部のみ厚くしてもよ
い。このようにすると、可動部の質量が大きくなるの
で、より小さな寸法で所望の共振周波数を得ることがで
きる。

【００５６】また、トーションビーム部、リング部なら
びにミラー部１２に形成される絶縁膜３２、３３はシリ
コンに対して応力フリーとすることが望ましい。これは
応力が残留する場合ミラー部１２が反ってしまい、反射
光が発散するという不具合の発生が考えられるからであ
る。また、ミラー部１２において金属薄膜１０を形成す
る以外に、ミラーを貼り付けるように構成することも可
能である。また、光反射を行うものに限らず、発光素
子、例えば半導体レーザ素子を光出射部として構成する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る光走査装置の全体構成図で
ある。

【図２】図１中のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１に示す光走査装置の製造工程を示す工程図
である。

【図４】図３に示す工程に続く製造工程を示す工程図で
ある。

【図５】本発明の第２実施形態に係る光走査装置の模式
的構成図である。

【図６】図５に示す光走査装置の断面図である。

【図７】本発明の第２実施形態の変形例を示す模式的構
成図である。

【図８】本発明の第３実施形態に係る光走査装置の模式
的構成図である。

【図９】図８に示す光走査装置の断面図である。

【図１０】本発明の第４実施形態に係る光走査装置の模
式的構成図である。

【図１１】図１０に示す光走査装置において、モニタ手
段の回路構成を示す図である。

【図１２】図１０に示す光走査装置において、駆動回路
の構成を示す図である。

【図１３】本発明の第４実施形態の変形例を示す模式的
構成図である。

【図１４】本発明の第４実施形態の他の変形例を示す模
式的構成図である。

【図１５】図１０に示す光走査装置を製造する場合の問
題点を説明するための図である。

【図１６】図１０に示す光走査装置の製造工程を示す工
程図である。

【図１７】図１６に示す工程に続く製造工程を示す工程
図である。

【図１８】図１６、図１７に示す製造方法において、裏
面エッチングした後の状態を示す図である。

【図１９】従来の光走査装置を示す構成図である。

【図２０】図１９に示す光走査装置の動作を説明するた
めの図である。

【図２１】図１９に示す光走査装置を光学的情報読取装
置に応用した場合の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…シリコン基板、２…薄肉部、３…貫通溝、１０…ミ
ラー、１２…ミラー部、１３…第２スプリング部（第２
の捩じれ振動部）、１４…第１スプリング部（第１の捩
じれ振動部）、１５…第２フレーム部（第２の保持
部）、１６…第１フレーム部（第１の保持部）、２１〜
２４…圧電体膜、１１、４１…パイレックスガラス、５
０…貫通穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者江刺正喜宮城県仙台市太白区八木山南１丁目11番地９ (72)発明者大塚義則愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者服部正愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄肉部（２）が形成された半導体基板
（１）と、前記薄肉部を振動させる加振手段（２１〜２
４）とを備え、前記薄肉部には光を出射する光出射部
（１０）が設けられていることを特徴とする光走査装
置。
【請求項２】前記光出射部は、ミラーを構成する金属
薄膜（１０）であることを特徴とする請求項１に記載の
光走査装置。
【請求項３】前記薄肉部は、前記金属薄膜が形成され
たミラー部（１２）を有し、このミラー部が、前記加振
手段による加振によって、異なる２軸を回転軸として振
動するようになっていることを特徴とする請求項２に記
載の光走査装置。
【請求項４】前記異なる２軸を回転軸とした前記ミラ
ー部の振動をモニタするモニタ手段（６３ａ、６３ｂ、
６４ａ、６４ｂ、６５〜６８）を有することを特徴とす
る請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】前記薄肉部は、前記加振手段による加振
によって、捩じれて前記ミラー部を強制振動させる捩じ
れ振動部（１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ）を有し、
前記モニタ手段は、前記捩じれ振動部の捩じれ状態に基
づいて前記モニタを行うものであることを特徴とする請
求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】前記捩じれ振動部は、前記捩じれによっ
て生じる応力により抵抗値が変化する可変抵抗（６３
ａ、６４ａ、６４ｂ、６３ｂ）を有し、前記モニタ手段
は、前記可変抵抗の抵抗値に基づいて前記モニタを行う
ものであることを特徴とする請求項５に記載の光走査装
置。
【請求項７】前記薄肉部は、前記金属薄膜が形成され
るミラー部（１２）と、このミラー部に対し所定の隙間を介して形成された第１
の保持部（１６）と、前記ミラー部と前記第１の保持部とを連結し、周期的な
外力が作用するときに捩じれ、この捩じれの回転角に応
じた大きさでその捩じれの方向とは逆方向に回転トルク
が発生するように前記ミラー部を強制振動させる第１の
捩じれ振動部（１４、１４ａ、１４ｂ）と、前記第１の保持部に対し所定の隙間を介して形成された
第２の保持部（１５）と、前記第１の保持部と前記第２の保持部とを連結し、周期
的な外力が作用するときに捩じれ、この捩じれの回転角
に応じた大きさでその捩じれの方向とは逆方向に回転ト
ルクが発生するように前記第１の保持部を介して前記ミ
ラー部を強制振動させる第２の捩じれ振動部（１３、１
３ａ、１３ｂ）とを有するものであり、前記加振手段は、前記第１及び第２の捩じれ振動部のそ
れぞれに前記周期的な外力を作用させるものであること
を特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
【請求項８】前記ミラー部には貫通穴（５０）が形成
されており、この貫通穴を介して前記金属薄膜から光の
反射が行われることを特徴とする請求項３乃至７のいず
れか１つに記載の光走査装置。
【請求項９】前記加振手段は、前記薄肉部の支持部に
形成された圧電素子（２１〜２４）であることを特徴と
する請求項１乃至８のいずれか１つに記載の光走査装
置。
【請求項１０】前記薄肉部は、少なくとも光出射方向
が透明となる部材（１１、４１）にて気密に覆われてい
ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記
載の光走査装置。