(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を備えたミラー部と、
ミラー部を囲むとともに、第１の両持ち梁を介してミラー部を支持する内部フレームと、
内部フレームを囲むとともに、前記第１の両持ち梁と交叉する方向に延びる第２の両持ち梁を介して内部フレームを支持する外側フレームと、
前記第２の両持ち梁上に形成された磁歪膜と該磁歪膜に対応させて設置された電磁コイルとからなり、前記第２の両持ち梁に応力を発生させるアクチュエータと、
前記第１の両持ち梁および第２の両持ち梁に形成された歪検出素子と、
該歪検出素子の検出出力から前記第１の両持ち梁および第２の両持ち梁の各捩れによる変位角度に対応する信号を抽出する捩れ変位検出手段とを有して、
該捩れ変位検出手段の出力に基づいて、前記アクチュエータのコイルを駆動して前記第２の両持ち梁を捩れおよび曲げ振動させることにより、前記第１の両持ち梁および第２の両持ち梁を２軸として前記ミラー部を回動させて、ミラー部の反射面に入射する光を２次元に走査反射することを特徴とする２次元光スキャナ。
【請求項２】
反射面を備えたミラー部と、
ミラー部を囲むとともに、第１の両持ち梁を介してミラー部を支持する内部フレームと、
内部フレームを囲むとともに、前記第１の両持ち梁と交叉する方向に延びる第２の両持ち梁を介して内部フレームを支持する外側フレームと、
前記第２の両持ち梁上に形成された磁歪膜と該磁歪膜に対応させて設置された電磁コイルとからなり、前記第２の両持ち梁に応力を発生させるアクチュエータと、
前記第１の両持ち梁および第２の両持ち梁における各幅方向両端部に形成されたピエゾ抵抗と、
前記第１の両持ち梁の中心線に対して同じ側のピエゾ抵抗同士を対向させるとともに同一梁上のピエゾ抵抗の接続点から出力を取り出して第１の両持ち梁の捩れによる変位角度に対応する信号を抽出する第１のブリッジ回路と、
前記第２の両持ち梁の中心線に対して同じ側のピエゾ抵抗同士を対向させるとともに同一梁上のピエゾ抵抗の接続点から出力を取り出して第２の両持ち梁の捩れによる変位角度に対応する信号を抽出する第２のブリッジ回路とを有して、
前記第１のブリッジ回路および第２のブリッジ回路の出力に基づいて、前記アクチュエータのコイルを駆動して前記第２の両持ち梁を捩れおよび曲げ振動させることにより、前記第１の両持ち梁および第２の両持ち梁を２軸として前記ミラー部を回動させて、ミラー部の反射面に入射する光を２次元に走査反射することを特徴とする２次元光スキャナ。
【請求項３】
前記第１の両持ち梁の捩れ振動と第２の両持ち梁の曲げ振動の共振周波数を略同じに設定してあることを特徴とする請求項１または２記載の２次元光スキャナ。
【請求項４】
前記第２の両持ち梁は、前記第１の両持ち梁の方向に対して直交していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の２次元光スキャナ。
【請求項５】
前記ミラー部が方形で、前記内部フレームおよび外側フレームがそれぞれ４角枠形状であり、
前記第１の両持ち梁は前記ミラー部の対向する２辺の中央を通る線上に延び、
前記第２の両持ち梁は前記内部フレームの対向する２辺の中央を通る線上に延びていることを特徴とする請求項４記載の２次元光スキャナ。
【請求項６】
前記ミラー部、内部フレーム、外側フレーム、第１の両持ち梁および第２の両持ち梁は、半導体基板をエッチングして形成され、
前記ミラー部上に金属反射膜を形成して前記反射面としてあることを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の２次元光スキャナ。
【請求項７】
前記磁歪膜が前記第２の両持ち梁の片側にのみ形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載の２次元光スキャナ。
【請求項８】
前記ミラー部の厚さが前記第１の両持ち梁および第２の両持ち梁の各厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１から７のいずれか１に記載の２次元光スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光センサやレーザ応用機器など走査に用いられる２次元光スキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光スキャナは従来、モータや電磁アクチュエータでミラーを駆動してその反射光を走査する構成で、バーコード・リーダ、レーザ・ビーム・プリンタ、ディスプレイ、あるいは自動車用レーザレーダなどに幅広く用いられている。
このようなモータや電磁アクチュエータで駆動するような機械的構造では小型化や高速化に限度があったが、近年普及してきたシリコンや水晶を微細加工するマイクロマシーニング技術の適用により、いわゆるマイクロスキャナが多く開発されるようになってきている。
【０００３】
このマイクロスキャナでは、マイクロマシーニング技術によりミラーや弾性梁等の機構部品を実現する一方、これを駆動するアクチュエータを内蔵させる必要がある。アクチュエータとして提案されているものは、機能膜の集積による圧電式・磁歪式アクチュエータ方式、狭い電極間ギャップによる静電アクチュエータ方式、マイクロコイルによる電磁アクチュエータ方式など多様である。
とくに２次元走査のマイクロスキャナでは１つのミラーを２方向に回転させる必要があるが、とくに大きな角度変位が必要なものについては、各方向に独立の捩れ弾性ビームを設けた構造のものが多く用いられている。
【０００４】
図９、図１０はその例を示す。
このスキャナは３層構造になっており、とくに図９に示すように、シリコン基板２を上側ガラス基板３と下側ガラス基板４の間に挟んで接合した構成となっている。
上側ガラス基板３と下側ガラス基板４には、それぞれ中央に例えば超音波加工で形成した方形状の凹部３Ａ、４Ａを設けて、これにより、密封構造の中に後述するミラー部５Ｂの揺動空間を確保している。
【０００５】
シリコン基板２には、可動部分として枠状に形成された内部フレーム５Ａと、内部フレーム５Ａの内側に形成された方形状のミラー部５Ｂが形成されている。ミラー部５Ｂは、対向する辺から外方へ延ばした弾性ビーム６Ｂにより、両側から内部フレーム５Ａに弾性的に支持される。また内部フレーム５Ａは弾性ビーム６Ｂとは直交方向に延ばした弾性ビーム６Ａにより両側からシリコン基板２の周辺部に弾性的に支持される。これにより、ミラー部５Ｂは直交する２軸方向に回動可能となっている。
これらの内部フレーム５Ａ、ミラー部５Ｂ、および弾性ビーム６Ａ、６Ｂは、シリコン基板２の異方性エッチングにより一体的に形成されている。
【０００６】
内部フレーム５Ａ上には図示省略の絶縁膜を介してコイル７Ａが形成されていて、その両端はシリコン基板２の周辺部に設けた電極パッド９Ａに電気的に接続されている。同様に、ミラー部５Ｂ上にはその中央部に形成された反射膜８を取り囲むようにして、図示省略の絶縁膜を介してコイル７Ｂが形成され、その両端がシリコン基板２の周辺部に設けた電極パッド９Ｂに電気的に接続されている。
【０００７】
上側ガラス基板３と下側ガラス基板４にはそれぞれ、２個づつ対となった８個の円板状の永久磁石１０Ａ〜１３Ａ、１０Ｂ〜１３Ｂが、弾性ビーム６Ａ、６Ｂの近傍に配置されている。すなわち、永久磁石１０Ａと１１Ａの対および永久磁石１０Ｂと１１Ｂの対は、弾性ビーム６Ｂの軸方向の磁界を発生し、コイル７Ａに流れる駆動電流と作用することで、内部フレーム５Ａを回転駆動可能である。また、永久磁石１２Ａと１３Ａの対および永久磁石１２Ｂと１３Ｂの対は、弾性ビーム６Ａの軸方向の磁界を発生し、コイル７Ｂに流れる駆動電流と作用することで、ミラー部５Ｂを回転駆動可能である。
【０００８】
下側ガラス基板４の凹部４Ａには、コイル７Ａ、７Ｂとそれぞれ電磁結合するように配置された検出コイル１５Ａ、１６Ａおよび１５Ｂ、１６Ｂが形成されている。
内部フレーム５Ａおよびミラー部５Ｂが回転すると、駆動用のコイル７Ａ、７Ｂと検出コイルの相互インダクタンスが角度変位に応じて変化するので、検出コイルには角度変位に応じた電気信号が出力される。
【０００９】
いま、コイル７Ａに正弦波状の駆動電流を流すと、永久磁石の対１０Ａと１１Ａおよび永久磁石の対１０Ｂと１１Ｂにより生じる磁界と作用して、内部フレーム５Ａが回動する。同様に、コイル７Ｂに正弦波状の駆動電流を流すと、永久磁石の対１２Ａと１３Ａおよび永久磁石の対１２Ｂと１３Ｂにより生じる磁界と作用して、ミラー部５Ｂが回動する。
したがって、２つのコイルに流す電流を制御することにより、ミラー部５Ｂを任意に２次元的に回動させることができる。さらに検出コイル１５Ａ、１６Ａおよび１５Ｂ、１６Ｂからの変位角度の信号を利用することで、精度の高い角度制御やフイードバックによる共振駆動が可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスキャナでは、２重フレーム構成の各軸専用のアクチュエータとして、磁石や外部コイルを２組用いている。その結果、構成が複雑でスキャナ全体のサイズが大きくなるとともに、コストも高いものとなる。
【００１１】
この対策として、ミラー部を片持ち梁で支持し、その梁に磁歪膜を形成して、磁界をかけることにより曲げと捩れの両方の応力を発生できるようにしたものも提案されている。これは片持ち梁をその曲げ振動および捩れ振動の各共振周波数で振動させて組み合わせることで、２次元の走査が可能であり、構成は簡単となる。
しかしながら、駆動に際して共振周波数で振動させなければならず、共振周波数の設定に制約があって設計自由度が少ないという問題がある。
【００１２】
また、片持ち梁でミラー部が支持されているため、残留応力によってミラーの反りが大きくならざるを得ない。さらに、大きな変位角度を得ようとして片持ち梁の厚さを薄くすると壊れやすくなり、製造工程では歩留まりが低下しやすく、また使用中に衝撃を受けた際にも破損しやすいという問題を有している。
【００１３】
したがって本発明は、上記の問題点に鑑み、２重フレーム構成を採用して共振周波数の設計自由度を高く確保し、しかも大きな変位角度を可能としながら、構造が簡単でコンパクトに、かつ安価に実現可能な２次元光スキャナを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の本発明は、反射面を備えたミラー部と、ミラー部を囲むとともに、第１の両持ち梁を介してミラー部を支持する内部フレームと、内部フレームを囲むとともに、第１の両持ち梁と交叉する方向に延びる第２の両持ち梁を介して内部フレームを支持する外側フレームと、第２の両持ち梁上に形成された磁歪膜と該磁歪膜に対応させて設置された電磁コイルとからなり、第２の両持ち梁に応力を発生させるアクチュエータと、第１の両持ち梁および第２の両持ち梁に形成された歪検出素子と、該歪検出素子の検出出力から第１の両持ち梁および第２の両持ち梁の各捩れによる変位角度に対応する信号を抽出する捩れ変位検出手段とを有して、該捩れ変位検出手段の出力に基づいて、アクチュエータのコイルを駆動して第２の両持ち梁を捩れおよび曲げ振動させることにより、第１の両持ち梁および第２の両持ち梁を２軸としてミラー部を回動させて、ミラー部の反射面に入射する光を２次元に走査反射するものとした。
【００１５】
請求項２の発明は、とくに歪検出素子を各梁における各幅方向両端部に形成されたピエゾ抵抗とし、捩れ変位検出手段を第１の両持ち梁の中心線に対して同じ側のピエゾ抵抗同士を対向させるとともに同一梁上のピエゾ抵抗の接続点から出力を取り出して第１の両持ち梁の捩れによる変位角度に対応する信号を抽出する第１のブリッジ回路と、第２の両持ち梁の中心線に対して同じ側のピエゾ抵抗同士を対向させるとともに同一梁上のピエゾ抵抗の接続点から出力を取り出して第２の両持ち梁の捩れによる変位角度に対応する信号を抽出する第２のブリッジ回路とからなるものとした。
請求項３の発明は、第１の両持ち梁の捩れ振動と第２の両持ち梁の曲げ振動の共振周波数を略同じに設定したものである。
請求項４の発明は、第２の両持ち梁が、第１の両持ち梁の方向に対して直交しているものとした。
【００１６】
請求項５の発明は、ミラー部が方形で、内部フレームおよび外側フレームがそれぞれ４角枠形状であり、第１の両持ち梁はミラー部の対向する２辺の中央を通る線上に延び、第２の両持ち梁は内部フレームの対向する２辺の中央を通る線上に延びているものとした。
【００１７】
請求項６の発明は、ミラー部、内部フレーム、外側フレーム、第１の両持ち梁および第２の両持ち梁が半導体基板をエッチングして形成され、ミラー部上に金属反射膜を形成して反射面としてあるものである。
【００１８】
請求項７の発明は、磁歪膜が第２の両持ち梁の片側にのみ形成されているものとした。
【００１９】
請求項８の発明は、ミラー部の厚さが第１の両持ち梁および第２の両持ち梁の各厚さよりも厚いものである。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１の発明では、ミラー部と外側フレームの間に内部フレームを配し、これらの間を方向が交叉する第１の両持ち梁と第２の両持ち梁で順次に接続し、アクチュエータで第２の両持ち梁を捩れおよび曲げ振動させるものとしたので、ミラー部が捩れ振動で第２の両持ち梁まわりに回動するとともに第２の両持ち梁の曲げ振動で第１の両持ち梁まわりに回動して、第２の両持ち梁に対応させたアクチュエータだけで２次元に光を走査でき、装置が小型化され、コストも低減する。
また、ミラー部の回動軸として第１の両持ち梁と第２の両持ち梁を備えるので、それぞれ独立した共振周波数の設定ができ、反りや破損の間題も低減することができる。
そしてアクチュエータは第２の両持ち梁上に形成された磁歪膜と、該磁歪膜に対応させて設置された電磁コイルとから構成したので、基板内に複雑な構造や機構を作りこむ必要がなく、外部から電磁コイルで磁界を印加するという簡単な構成でミラー部を回動駆動できる。
また第１の両持ち梁および第２の両持ち梁には歪検出素子を形成して、該歪検出素子の検出出力から第１の両持ち梁および第２の両持ち梁の各捩れによる変位角度に対応する信号を抽出する捩れ変位検出手段を有しているので、その出力によりミラー部の２次元的な回動角度を検出でき、高精度の角度制御やフイードバックによる振動制御等が実現できる。
【００２１】
請求項２の発明は、とくに歪検出素子を各梁における各幅方向両端部に形成されたピエゾ抵抗とし、第１の両持ち梁および第２の両持ち梁のそれぞれにおいて、梁の中心線に対して同じ側のピエゾ抵抗同士を対向させるとともに同一梁上のピエゾ抵抗の接続点から出力を取り出す第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路で捩れ変位検出手段を構成したので、精度よく第１の両持ち梁および第２の両持ち梁の捩れによる変位角度に対応する信号のみを抽出することができる。
【００２２】
請求項３の発明は、第１の両持ち梁の捩れ振動と第２の両持ち梁の曲げ振動の共振周波数を略同じに設定したので、アクチュエータで第２の両持ち梁を曲げ振動させたとき、ミラー部はとくに効率よく第１の両持ち梁まわりに回動する。
【００２３】
請求項４の発明は、第２の両持ち梁が第１の両持ち梁の方向に対して直交しているので、各梁まわりの回動量が他方の梁へ影響を与える成分を含まないので、２次元走査の、演算・制御が簡単となる。
【００２４】
請求項５の発明では、外側フレームに対する可動部としてのミラー部および内部フレームはそれぞれの辺の中央を通る線上の第１の両持ち梁および第２の両持ち梁で支持されるので、片振れなしに滑らかに回動する。
【００２５】
請求項６の発明は、ミラー部、内部フレーム、外側フレーム、第１の両持ち梁および第２の両持ち梁が半導体基板をエッチングして形成され、ミラー部の反射面も金属反射膜の形成によるので、２次元光スキャナがとくに小型・コンパクトに実現される。
この際、半導体のバッチプロセスが利用できるので、大量生産により低価格化が可能となる。
【００２６】
請求項７の発明は、一対の第２の両持ち梁のうち、片側にのみ磁歪膜が形成されているものとしたので、アクチュエータの構成がさらに簡略化され、小型・コンパクト化が一層促進される。
【００２７】
請求項８の発明は、ミラー部の厚さを第１の両持ち梁および第２の両持ち梁の各厚さよりも厚いものとしたので、走査角を大きくしたときでもミラー部の変形が抑えられ、ミラー部変形に起因する反射光ビームの歪みやズレが小さく、したがって精度の高い反射光ビーム走査が可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は実施例を示す平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ部断面図である。
本実施例は、シリコンまたはガラスからなる台座基板３８上にシリコン基板から形成したスキャナ基板３０を載置して接合固定されている。
スキャナ基板３０には、固定側としての外側フレーム３１の内側に、可動部分として枠状に形成された内部フレーム３２と、さらに内部フレーム３２の内側に形成された方形状のミラー部３３が形成されている。
【００２９】
ミラー部３３は、対向する辺から外方へ延びる第１の弾性ビーム３４（３４ａ、３４ｂ）により、両側から内部フレーム３２に弾性的に支持されている。また、内部フレーム３２は弾性ビーム３４と直交方向に、両側から第２の弾性ビーム３５（３５ａ、３５ｂ）により外側フレーム３１に弾性的に支持されている。これらの内部フレーム３２、ミラー部３３、および弾性ビーム３４、３５は、シリコン基板の異方性エッチングにより一体的に形成されている。
ミラー部３３の上には、金やＡｌ（アルミニウム）等の金属薄膜による反射膜３６が形成されており、入射光ビームの反射率を上げるようになっている。
【００３０】
弾性ビーム３４および３５は、外側フレーム３１の厚さに比べて薄くなっており、曲げ変形ならびに捩れ変形が容易にできるようになっている。ここで、弾性ビーム３４の捩れ振動の共振周波数ｆ１ｔは、弾性ビーム３５の逆相の曲げ共振モードの共振周波数ｆ２ｂに近く、２つの共振モードがカップリングするよう弾性ビーム３４と３５、内部フレーム３２、およびミラー部３３の厚さなど各寸法が設定されている。
【００３１】
弾性ビーム３５（３５ａ、３５ｂ）の各裏面にはそれぞれ磁歪膜３７が形成され、弾性ビーム３５の長さ方向の磁界印加に対して曲げと捩れの応力を発生するような方向に磁化されている。そして、弾性ビーム３５ａ、３５ｂのそれぞれに対応させて、外部コイル３９が設けられて、磁歪膜３７と外部コイル３９とでアクチュエータが構成されている。
【００３２】
外部コイル３９に弾性ビーム３５の捩れ振動の共振周波数ｆ２ｔの駆動電流を流すと、内部フレーム３２は弾性ビーム３５の軸回りに捩れ共振し、これにより同時に、ミラー部３３も弾性ビーム３５を軸として回動する。
一方、外部コイル３９、３９に弾性ビーム３５ａ、３５ｂを逆相とする曲げ共振モードの共振周波数ｆ２ｂの駆動電流を流すと、図１におけるＣ−Ｃ部断面図である図３に示すように、左側の弾性ビーム３５ａの表面が伸び、右側の弾性ビーム３５ｂの表面が縮んで、内部フレーム３２がシーソーのように振動する。
この結果、弾性ビーム３４の軸回りに捩れ共振モードが励振されて、ミラー部３３は弾性ビーム３４を軸として回動することとなる。
【００３３】
したがって、共振周波数ｆ２ｔの成分と共振周波数ｆ２ｂの成分を重畳した駆動電流を外部コイル３９、３９に流すことにより、弾性ビーム３５の軸回りと弾性ビーム３４の軸回りの捩れ振動が任意の割合で励起できる。これにより、ミラー部３３に照射された光ビームを２次元的にスキャンすることが可能となる。
【００３４】
さらに、先の図１に示すように、弾性ビーム３５上の、当該弾性ビーム３５がシリコン基板３１の外側フレームにつながる接続部近傍における幅方向両端部には、ピエゾ抵抗が形成されている。
すなわち、弾性ビーム３５ａにはピエゾ抵抗４２Ａ、４２Ｂが形成され、弾性ビーム３５ｂにはピエゾ抵抗４２Ｃ、４２Ｄが形成されている。ピエゾ抵抗４２Ａと４２Ｃは、弾性ビーム３５ａ、３５ｂの中心線Ｌ１に対して同じ側に配置され、ピエゾ抵抗４２Ｂと４２Ｄとが同じ中心線Ｌ１に対して同じ側に配置されている。
【００３５】
また、弾性ビーム３４上の、当該弾性ビーム３４が内部フレーム３２につながる接続部近傍における幅方向両端部にも、ピエゾ抵抗が形成されている。
すなわち、弾性ビーム３４ａにはピエゾ抵抗４３Ａ、４３Ｂが形成され、弾性ビーム３４ｂにはピエゾ抵抗４３Ｃ、４３Ｄが形成されている。ピエゾ抵抗４３Ａと４３Ｃは、弾性ビーム３４ａ、３４ｂの中心線Ｌ２に対して同じ側に配置され、ピエゾ抵抗４３Ｂと４３Ｄとが同じ中心線Ｌ２に対して同じ側に配置されている。
【００３６】
ピエゾ抵抗４２Ａ〜４２Ｄは、図示省略のＡｌ配線による接続により、図４の（ａ）に示すようなブリッジ回路Ａを構成している。
すなわち、ピエゾ抵抗４２Ａ、４２Ｄの各一端は電圧源Ｖｃｃに接続され、ピエゾ抵抗４２Ｂ、４２Ｃの各一端は接地端子ＧＮＤに接続される。そして、ピエゾ抵抗４２Ａ、４２Ｂの各他端は端子Ａ１に、ピエゾ抵抗４２Ｃ、４２Ｄの各他端は端子Ａ２に接続される。
【００３７】
同様に、ピエゾ抵抗４３Ａ〜４３Ｄは、図４の（ｂ）に示すようなブリッジ回路Ｂを構成している。
ピエゾ抵抗４３Ａ、４３Ｄの各一端は電圧源Ｖｃｃに接続され、ピエゾ抵抗４３Ｂ、４３Ｃの各一端は接地端子ＧＮＤに接続される。そして、ピエゾ抵抗４３Ａ、４３Ｂの各他端は端子Ｂ１に、ピエゾ抵抗４３Ｃ、４３Ｄの各他端は端子Ｂ２に接続される。
【００３８】
ここで内部フレーム３２が弾性ビーム３５の捩れ変形により回動する場合、弾性ビーム３５の幅方向の両端での表面応力の極性が逆になるので、ピエゾ抵抗４２Ａ、４２Ｃと、ピエゾ抵抗４２Ｂ、４２Ｄとの抵抗値の変化が逆方向となる。この結果、ブリッジ回路Ａの端子Ａ１とＡ２の出力は逆方向にオフセットするので、これにより、捩れ振動を検出することができる。
一方、内部フレーム３２が弾性ビーム３５の曲げ変形により回動する場合、弾性ビーム３５の幅方向では表面応力が一定になるので、ピエゾ抵抗４２Ａと４２Ｂの抵抗値の変化は同方向、またピエゾ抵抗４２Ｃと４２Ｄの抵抗値の変化も同方向となる。この結果、ブリッジ回路Ａの端子Ａ１とＡ２の出力は同一方向にオフセットするので互いにキャンセルされる。
【００３９】
同様にして、ミラー部３３が弾性ビーム３４の捩れ変形により回動する場合、弾性ビーム３４の幅方向の両端での表面応力の極性が逆になるので、ピエゾ抵抗４３Ａ、４３Ｃと、ピエゾ抵抗４３Ｂ、４３Ｄとの抵抗値の変化が逆方向となる。この結果、ブリッジ回路Ｂの端子Ｂ１とＢ２の出力は逆方向にオフセットするので、これにより、捩れ振動を検出することができる。
一方、ミラー部３３が弾性ビーム３４の曲げ変形により回動する場合、弾性ビーム３４の幅方向では表面応力が一定になるので、ピエゾ抵抗４３Ａと４３Ｂの抵抗値の変化は同方向、またピエゾ抵抗４３Ｃと４３Ｄの抵抗値の変化も同方向となる。この結果、ブリッジ回路Ｂの端子Ｂ１とＢ２の出力は同一方向にオフセットするので互いにキャンセルされる。
【００４０】
したがって、ブリッジ回路ＡとＢは、いずれも捩れ振動だけを検出し、ミラー部３３の２つの回転軸周りの変位角度に比例した電圧を検出信号としてそれぞれ出力する。
この検出信号は、外部コイル３９を駆動する制御回路へフィードバックされるとともに、各種制御、信号処理に利用される。
【００４１】
図５は、上記構成のスキャナ基板の製造プロセスを示す説明図である。
ここでは、シリコンウエハを処理して多数のスキャナ基板を一括して製造するが、図には、１個のスキャナ基板分のみ示す。
まず（ａ）に示すように、図示しない熱酸化膜を形成したｎ型のシリコン基板Ｓの上面に、通常ＬＳＩプロセスで用いられる蒸着やスパッタによりＡｌ（アルミニウム）膜を形成して、回路接続のための配線形成と同時に、ミラー部３３相当部分に反射膜３６を形成する。なお、反射膜３６としては別工程により一層反射率の高い金などの金属膜を形成することもできる。
【００４２】
とくに図示しないが、シリコン基板Ｓの表面には、さらに弾性ビーム３４、３５相当領域に不純物等を注入してピエゾ抵抗を形成する。
また、シリコン基板Ｓの裏面には、基板周辺部の外部フレーム３１相当部分に耐エッチングのマスク材４１を形成し、さらに当該マスク材４１上に加えて、内部フレーム３２に対応する部分にマスク材４０を形成する。
【００４３】
次にシリコン基板３０の裏面から第１のドライエッチングを行って、（ｂ）のように、内部フレーム３２など厚肉とする部位以外の領域を所定の厚さまで薄くし、マスク材４０を選択的に除去する。
【００４４】
このあと、さらに裏面から第２のドライエッチングを行うことにより、（ｃ）のように、マスク材４１でカバーされた部位以外の領域をさらに薄くして、弾性ビーム３４、３５相当領域が所定の厚さになるようにしたあと、マスク材４１を選択的に除去する。
なお、この際、ＳＯＩ基板を用いて埋め込み酸化膜を形成しておき、これでエッチングストップさせることにより、弾性ビームの厚さを一層精度よく実現することができる。
【００４５】
つぎに、シリコン基板３０の表面側に不図示の耐エッチング膜を形成し、これをパターニングして、上記第２のドライエッチングで薄くした領域をさらに第３のエッチングで選択的にエッチングする。
これにより、（ｄ）に示すように、外側フレーム３１の内側に周囲の空隙で区画された弾性ビーム３５（および３４）とミラー部３３が形成される。その後、上記耐エッチング膜を除去し、弾性ビーム３５の裏面に磁歪膜３７を形成してスキャナ基板３０が完成する。
シリコンウエハ上に形成されたスキャナ基板３０は、このあとダイシングにより個々のチップに分割され、先の図２に示すように、台座基板３８に接合して実装され、光スキャナが完成する。
【００４６】
本実施例は以上のように構成され、外側フレーム３１と内部フレーム３２を結ぶ弾性ビーム３５ａ、３５ｂに磁歪膜３７を形成するとともに、当該弾性ビーム３５に対応させて外部コイル３９を設け、弾性ビーム３５の捩れ振動の共振周波数ｆ２ｔと曲げ共振モードの共振周波数ｆ２ｂの成分を重畳した駆動電流を外部コイル３９に流すことにより、弾性ビーム３４に対応させた別途の外部コイルなどアクチュエータなしに、弾性ビーム３４の軸回りの捩れ振動まで励起させて２次元スキャンが可能となっている。すなわち、弾性ビーム３５ａ、３５ｂに対応させた１組のアクチュエータだけで２次元走査を実現するので、コンパクトでかつ低コストとなる。
そして、独立した２軸回りでの捩れ振動を利用しているから、各軸の共振周波数や駆動振幅の設計自由度が高く得られるとともに、大きな変位角度が可能となる。
【００４７】
また、ＬＳＩプロセスをもとにシリコン基板Ｓを用いて製作されるので、小型・コンパクト化が可能となり、またシリコンウエハからのバッチ処理による大量生産により低価格化が実現できる。
【００４８】
なお、上記実施例では、ミラー部３３の厚さを弾性ビーム３４、３５の厚さと同じく薄いものとしたが、変形例として、図６に示すように、内部フレーム３２と同じ厚さのミラー部３３’とすることもできる。
このようにミラー部３３’の厚さを大きくすることにより、弾性ビーム３４、３５が曲げ変形や捩れ変形した際、ミラー部も同様に変形してしまうことが防止される。これにより、走査ビームの歪みやズレを低減でき、光ビームの走査の精度が向上する。
【００４９】
つぎに、図７は第２の変形例を示す平面図、図８は図７におけるＢ−Ｂ部断面図である。図１の実施例では弾性ビーム３５ａ、３５ｂに対応させた１対のアクチュエータを設けたのに対して、この変形例はアクチュエータを１つのみとしたものである。
すなわち、両持ち梁を構成する弾性ビーム３５ａ、３５ｂのうち、片側の弾性ビーム３５ａだけに磁歪膜３７が形成され、対向する他方の弾性ビーム３５ｂには磁歪膜が形成されていない。そして、弾性ビーム３５ａだけに対応させて外部コイル３９を設けてある。他の構成は第１の実施例と同一である。
【００５０】
これによれば、弾性ビーム３５の逆相の曲げ共振モードにおける励振効率は若干低下するが、アクチュエータが１つのみで、とくに外部コイル３９が少なくなるので、第１の実施例に比較して一層の小型・コンパクト化が可能となる。
【００５１】
なお、上記の実施例および各変形例ではスキャナ基板をシリコン基板からのマイクロマシーニングで形成したものとしたが、本発明はこれに限定されず、例えば金属板等他の材料を用いて実現することもできる。
また、弾性ビームに形成した磁歪膜３７と、これに磁界を及ぼす外部コイル３９とでアクチュエータを構成したが、弾性ビーム３５に曲げ変形と捩れ変形の双方を発生させることができるものであれば、適宜の方式のアクチュエータを採用することができ、例えばＰＺＴやＺｎＯ薄膜を弾性ビーム上に形成した圧電膜方式でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ部断面図である。
【図３】曲げ共振モードで駆動時の動作状態を示す図である。
【図４】ピエゾ抵抗によるブリッジ回路を示す図である。
【図５】スキャナ基板の製造プロセスを示す図である。
【図６】第１の変形例を示す断面図である。
【図７】第２の変形例を示す平面図である。
【図８】図７におけるＢ−Ｂ部断面図である。
【図９】従来例を示す分解斜視図である。
【図１０】従来例を示す平面図である。
【符号の説明】
３０      スキャナ基板
３１      外側フレーム
３２      内部フレーム
３３、３３’    ミラー部
３４、３４ａ、３４ｂ    第１の弾性ビーム
３５、３５ａ、３５ｂ    第２の弾性ビーム
３６      反射膜
３７      磁歪膜
３８      台座基板
３９      外部コイル
４０、４１    マスク材
４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ    ピエゾ抵抗
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ    ピエゾ抵抗
Ｓ        シリコン基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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