JP3776521B2 - 光スキャナ - Google Patents
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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。
【０００４】
図１４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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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θT 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θB の範囲で回動するようになる。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
＜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。
【００１３】
このような光スキャナは、例えば、文献“ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＤＩＧＥＳＴ ＯＦ ＴＨＥ ＳＥＮＳＯＲ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ，１９９５．ｐｐ１７−２０“に開示されている。
【００１４】
図１５は、この文献に開示された光スキャナの構成を示す。
【００１５】
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。
【００１６】
前記反射鏡３４の周縁部には平面コイル３５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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
なお、図１５において、参照符号３９はガス吸着剤であり、４１は前カバー絶縁基板であり、４２は裏面絶縁基板である。
【００２３】
【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。
【００２４】
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。
【００２５】
【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、前記可動板の幅方向に対する中心から外れるように前記支持体と前記可動板とを接続する弾性部材と、前記可動板上に形成された駆動コイルと、前記可動板の先端部分の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が提供される。
【００２６】
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、前記支持体と前記可動板とを接続する弾性部材と、前記可動板上に、可動板の幅方向に沿って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有機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。
【００２７】
本発明の請求項３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、前記支持体と前記可動板とを接続する弾性部材と、前記可動板上に形成された駆動コイルと、前記可動板の先端部分の近傍と側壁部分の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有機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。
【００２８】
【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。
【００２９】
＜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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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１０１の裏面がそれに対応している。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、前記ポリイミドは前記駆動コイル１０６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。
【００３８】
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。
【００３９】
この配線１０８材料としては、アルミニウムを用いる。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
図２（ａ）に示すように、駆動コイル１０６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。
【００４６】
ただし、駆動コイル１０６の厚みは均一にしている。
【００４７】
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 SYMPOSIUM,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１０１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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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１１２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。
【００５６】
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。
【００５７】
次に、図４（ａ）に示すように、第２のポリイミド層１１３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。
【００５８】
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。
【００５９】
このとき、アルミニウム成膜は、配線１０８の膜厚よりかなり厚膜であることが望まれる。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
まず、ボンディングパッド１０９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１０４との相互作用によってローレンツ力が発生する。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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１０６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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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１０６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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
また、本実施の形態で示した駆動コイル１０６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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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１０４と駆動コイル１０６との距離は短い方がよい。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
例えば、図５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１０１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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
この構成において、図８（ａ）に示すように、駆動コイル１０６は永久磁石１０４と永久磁石１２１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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
＜第２実施の形態＞
図６乃至図１０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。
【０１０５】
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６に示し、ここで使用される駆動コイルを図８（ｂ）に示す。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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６における可動板２０１の裏面がそれに対応している。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
この配線２０９もアルミニウムを用いる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
図８（ｂ）に示すように、駆動コイル２０６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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
前記永久磁石２０４の配置位置については、上述した文献“TECHNICAL DIGEST OF 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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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２０４との相互作用によってローレンツ力が発生する。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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２０３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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
そして、支持体２０３を図示しないダイキャスト等に固定し、駆動コイル２０６及び２０７に電流を印加することにより、可動板２０１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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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 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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
また、本実施の形態で示した駆動コイル２０６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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
これを極力抑えるために、本実施の形態では、図８（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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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７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。
【０１６２】
この永久磁石２１１及び２１２は可動板２０１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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
この構成において、図１０（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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
第２の変形例として、図９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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
この構成では、各駆動コイル２０６及び２０７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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
この構成において、図１０（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２１３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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
＜第３実施の形態＞
図１１乃至図１３は、本発明による光スキャナの第３実施の形態を示す。
【０１７７】
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１１に示し、この光スキャナの上面図を図１２に示す。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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３０６と、前記駆動コイル３０５とボンディングパッド３０６を接続するための配線３０７と、前記可動板３０１、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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
また、この支持体３０３には検出コイル３０８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。
【０１８８】
次に、この実施の形態の作用を説明する。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
検出コイル３０８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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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１３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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
（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。
【０２０４】
（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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
（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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
（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。
【０２１１】
（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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
（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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
（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。
【０２１９】
（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。
【０２２０】
（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。
【０２２１】
（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。
【０２２２】
（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。
【０２２３】
（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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
（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。
【０２２６】
（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。
【０２２７】
（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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
（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。
【０２３１】
（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。
【０２３２】
（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。
【０２３３】
（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。
【０２３４】
（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。
【０２３５】
（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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
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。
【０２３８】
（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。
【０２３９】
（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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
（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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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。
【０２５１】
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。
【０２５２】
【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変形例の構成を示す斜視図である。
【図６】 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７】 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８】 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９】 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１０】 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１１】 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１２】 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１３】 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１４】 第１の従来技術の構成を示す図である。
【図１５】 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、３０４…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、
３０８…検出コイル、
３１５…自励発振回路。
【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。
【０００４】
図１４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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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θT 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θB の範囲で回動するようになる。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
＜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。
【００１３】
このような光スキャナは、例えば、文献“ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＤＩＧＥＳＴ ＯＦ ＴＨＥ ＳＥＮＳＯＲ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ，１９９５．ｐｐ１７−２０“に開示されている。
【００１４】
図１５は、この文献に開示された光スキャナの構成を示す。
【００１５】
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。
【００１６】
前記反射鏡３４の周縁部には平面コイル３５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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
なお、図１５において、参照符号３９はガス吸着剤であり、４１は前カバー絶縁基板であり、４２は裏面絶縁基板である。
【００２３】
【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。
【００２４】
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。
【００２５】
【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、前記可動板の幅方向に対する中心から外れるように前記支持体と前記可動板とを接続する弾性部材と、前記可動板上に形成された駆動コイルと、前記可動板の先端部分の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が提供される。
【００２６】
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、前記支持体と前記可動板とを接続する弾性部材と、前記可動板上に、可動板の幅方向に沿って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有機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。
【００２７】
本発明の請求項３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、前記支持体と前記可動板とを接続する弾性部材と、前記可動板上に形成された駆動コイルと、前記可動板の先端部分の近傍と側壁部分の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有機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。
【００２８】
【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。
【００２９】
＜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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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１０１の裏面がそれに対応している。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、前記ポリイミドは前記駆動コイル１０６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。
【００３８】
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。
【００３９】
この配線１０８材料としては、アルミニウムを用いる。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
図２（ａ）に示すように、駆動コイル１０６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。
【００４６】
ただし、駆動コイル１０６の厚みは均一にしている。
【００４７】
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 SYMPOSIUM,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１０１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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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１１２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。
【００５６】
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。
【００５７】
次に、図４（ａ）に示すように、第２のポリイミド層１１３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。
【００５８】
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。
【００５９】
このとき、アルミニウム成膜は、配線１０８の膜厚よりかなり厚膜であることが望まれる。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
まず、ボンディングパッド１０９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１０４との相互作用によってローレンツ力が発生する。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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１０６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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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１０６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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
また、本実施の形態で示した駆動コイル１０６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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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１０４と駆動コイル１０６との距離は短い方がよい。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
例えば、図５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１０１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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
この構成において、図８（ａ）に示すように、駆動コイル１０６は永久磁石１０４と永久磁石１２１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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
＜第２実施の形態＞
図６乃至図１０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。
【０１０５】
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６に示し、ここで使用される駆動コイルを図８（ｂ）に示す。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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６における可動板２０１の裏面がそれに対応している。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
この配線２０９もアルミニウムを用いる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
図８（ｂ）に示すように、駆動コイル２０６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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
前記永久磁石２０４の配置位置については、上述した文献“TECHNICAL DIGEST OF 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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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２０４との相互作用によってローレンツ力が発生する。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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２０３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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
そして、支持体２０３を図示しないダイキャスト等に固定し、駆動コイル２０６及び２０７に電流を印加することにより、可動板２０１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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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 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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
また、本実施の形態で示した駆動コイル２０６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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
これを極力抑えるために、本実施の形態では、図８（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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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７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。
【０１６２】
この永久磁石２１１及び２１２は可動板２０１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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
この構成において、図１０（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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
第２の変形例として、図９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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
この構成では、各駆動コイル２０６及び２０７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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
この構成において、図１０（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２１３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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
＜第３実施の形態＞
図１１乃至図１３は、本発明による光スキャナの第３実施の形態を示す。
【０１７７】
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１１に示し、この光スキャナの上面図を図１２に示す。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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３０６と、前記駆動コイル３０５とボンディングパッド３０６を接続するための配線３０７と、前記可動板３０１、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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
また、この支持体３０３には検出コイル３０８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。
【０１８８】
次に、この実施の形態の作用を説明する。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
検出コイル３０８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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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１３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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
（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。
【０２０４】
（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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
（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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
（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。
【０２１１】
（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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
（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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
（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。
【０２１９】
（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。
【０２２０】
（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。
【０２２１】
（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。
【０２２２】
（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。
【０２２３】
（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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
（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。
【０２２６】
（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。
【０２２７】
（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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
（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。
【０２３１】
（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。
【０２３２】
（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。
【０２３３】
（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。
【０２３４】
（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。
【０２３５】
（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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
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。
【０２３８】
（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。
【０２３９】
（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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
（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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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。
【０２５１】
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。
【０２５２】
【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変形例の構成を示す斜視図である。
【図６】 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７】 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８】 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９】 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１０】 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１１】 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１２】 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１３】 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１４】 第１の従来技術の構成を示す図である。
【図１５】 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、３０４…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、
３０８…検出コイル、
３１５…自励発振回路。
Claims (5)
- 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、
前記可動板の幅方向に対する中心から外れるように前記支持体と前記可動板とを接続する弾性部材と、
前記可動板上に形成された駆動コイルと、
前記可動板の先端部分の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。 - 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、
前記支持体と前記可動板とを接続する弾性部材と、
前記可動板上に、可動板の幅方向に沿って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有機弾性膜であることを特徴とした光スキャナ。 - 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、
前記支持体と前記可動板とを接続する弾性部材と、
前記可動板上に形成された駆動コイルと、
前記可動板の先端部分の近傍と側壁部分の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有機弾性膜であることを特徴とした光スキャナ。 - 前記駆動コイルにおいて、その配線幅と配線間の間隔が前記永久磁石と対向する部分で最小となるように構成されていることを特徴とした請求項１乃至請求項３のいずれかひとつに記載の光スキャナ。
- 前記可動板上に、この可動板の振動時の振動周波数を検出する検出コイルが形成されていることを特徴とした請求項１乃至請求項４のいずれかひとつに記載の光スキャナ。
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