光学的情報読取装置用光走査モジュール
【課題】 光走査部をモジール化して一層の小型化および薄型化を進めるとともに、その製造も容易にして安価に提供できるようにする。
【解決手段】 読取対象に照射する光を放射する発光部１１と、その発光部１１が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラー１２とを備えた基板部１０と、発光部１１から放射される光を走査ミラー１２へ誘導する反射面２１，２２，４１，４２を形成した第１反射部２０及び第２反射部４０と、発光部１１から放射されて反射面２１，２２，４１，４２によって走査ミラー１２へ誘導される光を平行光にするコリメータレンズ３１を備えたコリメータ部３０とを、それぞれウエハ状に形成し、それを積層して互いに接合して光走査モジール１を構成する。
【解決手段】 読取対象に照射する光を放射する発光部１１と、その発光部１１が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラー１２とを備えた基板部１０と、発光部１１から放射される光を走査ミラー１２へ誘導する反射面２１，２２，４１，４２を形成した第１反射部２０及び第２反射部４０と、発光部１１から放射されて反射面２１，２２，４１，４２によって走査ミラー１２へ誘導される光を平行光にするコリメータレンズ３１を備えたコリメータ部３０とを、それぞれウエハ状に形成し、それを積層して互いに接合して光走査モジール１を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バーコードや二次元コードなどの光反射率が異なるパターンで構成される読取対象を光走査し、その反射光を受光して光電変換した信号から情報を読み取る光学的情報読取装置用の光走査モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的情報読取装置として、例えばバーコードを読み取るレーザスキャナは、開発当初は、その光走査部を構成するレーザ発光部やレンズ、走査機構や電気回路などがそれぞれが高価であったため、レーザスキャナ自体も高価なものであった。近年はそれらの部品も安価になり、また、技術革新により小型化を実現できるようになった。
しかし、レーザスキャナの筐体中でも、光学部はレンズと発光部であるレーザ発生器との距離をある程度取らなくてはならないので、小型化および薄型化のネックになっている。そのため、最近では光学的情報読取装置における光走査部の小型化および薄型化を実現するために種々の技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されている光スキャナデバイスでは、ボールレンズという特殊なレンズを用いて、光スキャナデバイス（光走査装置）の薄型化を図りつつ光学部の精度を保つようにしている。
また、特許文献２に見られるように、発光部やレンズの配置を通常とは異なる形にすることによって、筐体全体の小型化を図っている例もある。
さらに、例えば特許文献３に記載されている光走査装置は、半導体薄膜技術を利用して部材レベルから小型化および薄型化しようと試みている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０６８７１号公報
【特許文献２】特開２００３−２９５０９３号公報
【特許文献３】特開２００４−２６４６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、光学的情報読取装置の筐体内に収納される光走査部を小型化および薄型化する技術が日々進んでいる。しかしながら、スペースを大幅にとるレンズ及びレーザ光源を備えた発光部とそのレーザ光を走査するための走査ミラーの存在が、光走査部を小さくすることへの障害になっている。
また、いくら小型化および薄型化できたとしても、その製造を効率よく低コストで行えなければ、工業製品としての流通は難しい。
【０００６】
この発明は上述のような技術的な背景に基づいてなされたものであり、光学的情報読取装置用の光走査部をモジール化して一層の小型化および薄型化を進めるとともに、その製造も容易にして安価に提供できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による光走査モジュールは、光反射率が異なるパターンで構成される読取対象に光走査し、その反射光を受光して光電変換した信号から情報を読み取る光学情報読取装置用光走査モジュールであって、上記の目的を達成するため、次のように構成する。
すなわち、読取対象に照射する光を放射する発光部と、該発光部が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラーとを備えた基板部と、上記発光部から放射される光を上記走査ミラーへ誘導する反射面を形成した反射部と、上記発光部から放射されて上記反射面によって上記走査ミラーへ誘導される光を平行光にするコリメータレンズを備えたコリメータ部とを、それぞれウエハ状に形成し、それを積層して互いに接合して構成する。
【０００８】
そして、前記反射部を、上記基板部とコリメータ部との間に積層された第１反射部と、上記コリメータ部に積層された第２反射部とによって構成し、その第１反射部と第２反射部には、それぞれ互いに反対方向に傾斜して対向する一対の反射面を形成し、上記発光部から放射される光を上記第１反射部の一対の反射面の一方によって反射して上記コリメータレンズに導き、そのコリメータレンズによって平行光にされた光を、上記第２反射部の一対の反射面と上記第１反射部の一対の反射面の他方とによって上記走査ミラーに誘導するように構成するとよい。
【０００９】
あるいは、上記読取対象に照射する光を放射する発光部と、その発光部が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラーとを備えた基板部と、その基板部に積層され、上記発光部が放射する光を反射する反射面を形成した反射部と、その反射部に積層され、上記発光部から放射されて上記反射面によって反射された光を平行光にして再び上記反射面に戻して上記走査ミラーに向かわせる凹反射面を形成したコリメータ部とを、それぞれウエハ状に形成し、積層した各部を互いに接合して構成してもよい。
上記各光走査モジュールにおける走査ミラーは、熱膨張率が異なる材料からなる層を積層したバイモルフ部によって上記基板部に揺動可能に片持ち支持されるようにするとよい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明による光学的情報読取装置用の光走査モジュールは、光走査部の全ての構成要素をウエハ状に形成して積層および接合したモジュールとして構成するので、大幅な小型化および薄型化を実現でき、且つそれを効率よく安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
〔第１の実施形態の構成〕
まず、この発明による光学的情報読取装置用光走査モジュールの第１の実施形態の構成を図１乃至図３によって説明する。
図１はその光走査モジュールの構成を示す断面図、図２は図１の右側を左手前側にして見た分解斜視図、図３はその各部（層）を積層して接合した完成状態の斜視図である。
【００１２】
この光走査モジュール１は直方体に形成されており、基板部１０、第１反射部２０、コリメータ部３０、第２反射部４０、及び透明カバー部５０の５層が積層されて構成されている。
基板部１０は、その内面に読取対象に照射する光を放射する発光部であるレーザ放射部１１と、そのレーザ放射部１１が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラー１２とを備えている。走査ミラー１２は基板部１０のほぼ中央部に設けられ、レーザ放射部１１はその一方の側に偏って設けられている。
【００１３】
第１反射部２０は、基板部１０上に積層され、レーザ放射部１１と走査ミラー１２を挟んで対向する内側面に一対の反射面２１、２２を形成している。反射面２１，２２は、いずれも基板部１０の内面（上面）に対して４５°の角度で反対方向に上り傾斜する平面状の反射面である。
コリメータ部３０は、第１反射部２０上に積層され、レーザ放射部１１から放射されて第１反射部２０の一方の反射面２１によって反射されたレーザ光を平行光にする凸レンズであるコリメータレンズ３１を備え、そのコリメータレンズ３１と第１反射部２０及び第２反射部４０と透孔窓３２が形成されている。
【００１４】
第２反射部４０は、コリメータ部３０上に積層され、コリメータレンズ３１によって平行光にされたレーザ光を第１反射部２０の他方の反射面２２と共同して走査ミラー１２に誘導する一対の反射面４１，４２を形成している。その反射面４１，４２は、第２反射部４０の内側面における第１反射部２０の反射面２１，２２と対応する位置に対向して形成され、いずれも上面に対して４５°の角度で反対方向に下り傾斜する平面状の反射面である。
【００１５】
透明カバー部５０は、第２反射部４０上に積層される透明材料からなる平板状の層である。但し、この透明カバー部５０は省略することもできる。
これらの各部はそれぞれウエハ状に形成され、積層技術によって互いに接合して図３に示すようにモジュール化されている。
透明カバー部５０を設けた場合は、発光部１１と走査ミラー１２およびコリメータレンズ３１が配置された空間が密封されるため、外部からほこりや異物あるいは湿気などが入り込んで、汚れたり劣化したりするのを防止することができる。
【００１６】
レーザ光を放射するレーザ放射部１１は、基板部１０の内面に設けられたサブマウント１１１上に、レーザダイオード１１２とモニタフォトダイオード１１３とが配置されている。レーザダイオード１１２は、サブマウント１１１上の第１反射部２０の反射面２１に近い方の端部寄りに設置され、その光量を検出するためのモニタフォトダイオード１１３は走査ミラー１２に近い方の端部寄りに設置されている。そのレーザダイオード１１２とモニタフォトダイオード１１３への配線１１４，１１５が、サブマウント１１１から基板部１０に形成されたスルーホールを通して外部に導出される。また、走査ミラー１２を駆動するための配線１１６も、から基板部１０に形成されたスルーホールを通して外部に導出される。これらの配線を貫通配線と称する。
【００１７】
この光走査モジュール１において、レーザ放射部１１のレーザダイオード１１２から放射されるレーザ光は、図１中にその光路を一点鎖線で示すように、まず第１反射部２０の一方の反射面２１によって反射されて９０°偏向してコリメータ部３０のコリメータレンズ３１に向けられ、そのコリメータレンズ３１を通過して平行光になり、第２反射部４０の反射面４１と４２によって順次反射されてそれぞれ９０°偏向された後、第１反射部２０の他方の反射面２２によって反射されてさらに９０°偏向されて走査ミラー１２に導かれる。そして、その走査ミラー１２によって反射されたレーザ光が透明カバー部５０を透過して外部へ射出し、バーコード等の読取対象を照射する。
【００１８】
走査ミラー１２の詳細は後述するが、バイモルフ部１０３によって基板部１０に揺動可能に片持ち支持されており、バイモルフ部１０３への印加電圧によって図１に仮想線で示すように、ほぼ４５°傾斜した状態を中心に角度θの範囲で往復振動して傾斜角度が変化する。そして、反射面２２から基板部１０の内面に平行に走査ミラー１２に導かれるレーザ光が、この走査ミラー１２によって反射・偏向されて透明カバー部５０を透過して射出し、角度２θの範囲でその射出角度が変化する。したがって、バーコード等の読取対象を、そこまでの距離とこの角度２θとに応じた範囲でレーザ光を照射して光走査することができる。
【００１９】
その光走査による読取対象からの反射光を受光して光電変換するための集光レンズと受光素子などは図示していないが、この光走査モジュール１内に、例えばコリメータ部３０あるいは透明カバー部５０に読取対象からの反射光を集光する集光レンズも形成し、基板部１０の内面にフォトダイオード等による受光素子アレイを配置して設けることができる。あるいは、この光走査モジュール１に隣接して集光レンズと受光素子などからなる受光部モジュールを一体に構成することもできる。
【００２０】
また、この実施形態では、反射部をそれぞれ反対方向に傾斜して対向する一対の反射面を形成した第１反射部２０と第２反射部４０によって構成しているが、これに限るものではなく、発光部１１から放射される光をコリメータレンズ３１を通して走査ミラー１２へ誘導できるように反射面を設けらけれるようにすればよい。発光部１１と走査ミラー１２およびコリメータレンズ３１の配置関係に応じて、反射部の構成も変更することになる。
【００２１】
次に、この光走査モジュールの製造方法について説明する。
〔反射面を有する反射部の形成方法〕
第１反射部２０と第２反射部４０の層は、例えばシリコン異方性ウエットエッチングによって形成される。
図４はシリコン基板の方位面を説明するための図であり、（ａ）〜（ｃ）は、左側にそれぞれ（１００）面、（１１０）面、および（１１１）面を斜線を施して示し、右側にはそれぞれ左側に示した方位面を表面にしたシリコン基板におけるシリコン原子の結合状態を示している。
【００２２】
図５はシリコン異方性ウエットエッチングの工程を示している。
良く知られているように、シリコン基板２５上にＳｉＯ２やＳｉＮによるエッチングマスク２６を施したシリコン部材を、水酸化３メチルアンモニウム(ＴＭＡＨ)などのエッチング液に浸すと、シリコン単結晶では各方位面よってエッチングの速度が異なる。
図２に示したように、その表面にあるシリコン原子が結晶中のシリコン原子とどのように結合しているかによって、エッチングの速度が異なるのである。
【００２３】
最も一般的なシリコン基板は、図４の（ａ）に示すように(１００)面を表面とするものであり、エッチングマスク２６に(１１０)方向と平行な帯状の開口を開けて結晶異方性エッチングを行うと、図５の（ａ）に示すように２つの(１１１)面に囲まれたＶ字形の溝２７ができる。このＶ字形の溝２７を同図の（ｂ）に示すように連続して形成し、同図の（ｃ）に示すようにエッチングマスク２６の外周に倣って結晶方向にアンダーカットしていくことによって、同図の（ｄ）に示すように四角錐台形状の窪み２８ができる。
【００２４】
この技術によって、第１反射部２０および第２反射部４０のシリコン層の形状が形成される。図５の（ｄ）に示した窪み２８の互いに反対方向に傾斜して対向する傾斜面２８ａ，２８ｂは、シリコンの特性により鏡のように面を形成するが、より反射率を高めるためにアルミニウムや金などを蒸着してもよい。この傾斜面２８ａ，２８ｂが反射面２１，２２あるいは反射面４１，４２となる。
【００２５】
〔コリメータ部のコリメーターレンズ形成方法〕
凸レンズであるコリメーターレンズ３１を設けたコリメータ部３０の層は、フォトレジストリフロー法やグレースケールマスク法によって形成する。図６にレジストリフロー法の工程を示す。
【００２６】
図６の（ａ）に示すように、石英ガラス等で形成された基板３５の表面に感光性樹脂であるネガ型のフォトレジスト３６を塗布する。その基板３５にフォトマスク３７を用いてその影をフォトレジスト３６に焼き付ける露光（パターニング）を行う。それによって、フォトレジスト３６には感光した領域とそうでない領域ができ、ウエットエッチングによって図６の（ｂ）に示すように感光した領域３６ａだけを残すことができる。その基板を加熱することによって、フォトレジストの領域３６ａを溶融・硬化させて同図、（ｃ）に示すようにマイクロレンズアレイ形状３６ｂにする。そして、さらにドライエッチングを施すことによって、そのレンズ形状を石英ガラス等による基板３５に転写して、同図（ｄ）に示すように凸レンズのマイクロレンズアレイ３８を形成することができる。
【００２７】
次に、図７によってグレースケールマスク法を説明する。
図７の（ａ）に示すように石英ガラス等で形成された基板３０１上にポジ型のフォトレジスト層３０２を塗布して、基本材料を作る。次に、同図（ｂ）に示すように事前に用意しておいたグレースケールマスク３０３を介して露光する。このグレースケールマスクとは、例えば、全体として円形のマスクで、その中心から同心円状に周辺に向かって次第に疎になるように密度が変化するドットパターンを形成したものである。これは、ポジ型のフォトレジスト層３０２によってレンズを成形するために、そのレンズの曲面形状に対応させてドットパターンの密度を変化させている。これによって、露光量は中心から同心円状に周辺に向かって増加することになる。
【００２８】
次に、露光されたフォトレジスト層３０２を現像すると、図７の（ｃ）に示すように、露光量の多い部分ほどフォトレジスト層３０２が薄くなって、その表面が凸曲面に成形される。同時に、その表面には表面粗さが発生する場合がある。
そこで、その現像されたフォトレジスト層３０２の表面を融点以上の温度にして、融解させる。その融解した表面は、フォトレジストの粘性により滑らかになるように変形する。それによって、フォトレジスト層の表面を所望の立体的なレンズ形状に成形することができる。
【００２９】
このフォトレジスト層３０２の表面側からドライエッチングを施すことによって、そのレンズ形状を石英ガラス等による基板３０１に転写して、図７の（ｄ）に示すように凸レンズ３０４を形成することができる。
図７では、基板３０１を厚く図示しているが、所望の厚さでかまわない。
以上の何れかの方法を採用すれば、図１に示したコリメータレンズ３１を有するコリメータ部３０をウエハ状のレンズ層として作ることができる。また、透孔窓３２は、エッチングやサンドブラストによって形成することができる。
【００３０】
〔走査ミラーの作成方法〕
次に、シリコンウエハやＳＯＩウエハの上に図１に示した走査ミラー１２を作成する方法について、図８を用いて説明する。
図８の（ａ）に示すように、図１における基板部１０の基板に相当するガラス層１０１上に、後述するミラー素材を位置決めさせるために、ポリシリコンの犠牲層１０２を堆積させる。
【００３１】
次に、図８の（ｂ）に示すように、犠牲層１０２の一端部を覆うように、ガラス層１０１上に熱膨張係数の異なる材料からなる層を積層したバイモルフ部１０３を堆積させる。この例では、熱膨張係数の異なる材料として酸化シリコン(ＳｉＯ２)層１０３ａとアルミニウム（Ａｌ）層１０３ｂを選択する。これらの材料の組み合わせは、内部応力により湾曲する性質を有することができればよく、酸化シリコンシとアルミニウムに限定されるものではない。
【００３２】
そして、図８の（ｃ）に示すように、バイモルフ部１０３上を含む犠牲層全体にミラー素材（ここでは銅）１０４を堆積させる。ミラー素材１０４を厚く堆積させるためにメッキ加工を施す。
ミラー素材１０４が固定されたところで、犠牲層１０２を取り除くためにエッチングを行う。それによって図６の（ｄ）に示すようになる。このエッチング方法は特に問わないが、ここではＸｅＦ2（二フッ化キセノン）でドライエッチングする方法を用いている。
この状態では、バイモルフ部１０３が、ガラス層１０１にミラー素材１０４の一端部を固定する片持ち梁構造をなす。バイモルフ構造体は残留応力によって、変位することができる。
【００３３】
すなわち、バイモルフ部１０３に通電するとその材料が通電抵抗によって発熱し、ヒータの役目をして温度が上昇する。このときアルミニウム層１０３ｂの熱膨張係数が酸化シリコン層１０３ａのそれよりも大きいため、バイモルフ部１０３の自由端が上方向に変位し、図８の（ｅ）に示すようにミラー素材１０４を斜めに持ち上げ、その角度が通電の大きさによって変化する。室温でほぼ４５°に立ち上がるように設計することもできる。
ρ：バイモルフ部の温度がΔＴだけ上昇したときの曲率
ｙ：バイモルフの先端の変位
とすると ｙ＝２ρｓｉｎ2（１／２ρ） の関係を満たす。
【００３４】
このようにして出来上がった、基板部１０、第１反射部２０、コリメータ部３０、第２反射部４０の各層、およびガラスあるいはアクリル樹脂等による透明カバー部５０をそれぞれ積層してウエハ接合し、ダイシングをいって、光走査モジュール１を構成する。
このウエハ接合には、シリコン基板同士あるいはガラス基板とシリコン基板を接合して積層構造を作るのによく用いられる陽極接合の技術を利用するとよい。
【００３５】
その陽極接合について簡単に説明する。例えば、ガラス基板とシリコン基板をよく洗浄した後、重ね合わせて３００〜５００℃に加熱する。そして、シリコン基板を陽極として４００〜５００Vの電圧を印加すると、ガラス中の電荷が分離して、負電荷がシリコン側に引き付けられる。この時、電荷の移動に伴って電流が流れ、界面では静電力に起因する大きな吸引力が作用し、基板同士が接着されていく。界面の電圧降下が印加電圧に等しくなると、電荷の移動が終了して電流が流れなくなり、接着が完了する。
【００３６】
〔第２の実施形態〕
次に、この発明による光学的情報読取装置用光走査モジュールの第２の実施形態について、図９乃至図１１によって説明する。
図９はその光走査モジュールを透視状態で示す斜視図、図１０はその長手方向に沿う断面図、図１１はその発光部と反射部の反射面と走査ミラーとの配置関係およびレーザ光の光路を示す平面図である。これらの図において、図１及び図２と対応する部分には同一の符号を付しており、それらの説明は省略するか簡単にする。
【００３７】
前述した第１の実施形態の光走査モジュール１は５層構造に構成されていたが、この第２の実施形態の光走査モジュール２は３層構造に構成している。したがって、第１の実施形態よりさらに小型化及び薄型化を図ることができる。
すなわち、この光走査モジュール２は、図９および図１０に示すように、基板部６０と反射部７０とコリメータ部８０の３層からなり、それらがウエハ状に形成されて積層され、互いに接合して構成されている。
【００３８】
基板部６０上には、読取対象に照射する光を放射する発光部１１と、その発光部１１が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラー１２とが配設されている。しかし、前述した光走査モジュール１では、発光部１１と走査ミラー１２とが基板部１０の幅方向の中心線に沿って整列して配置されていたが、この光走査モジュール２では、走査ミラー１２は幅方向の中心線を基板部６０の幅方向の中心線と一致させて配置されているが、発光部１１は図１１に明示するように、基板部６０の幅方向の中心線からずれた位置にその中心線に対して傾けて配置されている。
【００３９】
また、走査ミラー１２を基板部６０に対して揺動可能に片持ち支持するバイモルフ部１０３が、走査ミラー１２の幅方向の両側で長手方向の中央部を支持しているが、これは、前述した光走査モジュール１の場合と同様に、走査ミラー１２に下端部をバイモルフ部１０３によって支持するようにしてもよい。バイモルフ部１０３が、熱膨張率が異なる材料による２つの層を積層して構成されていることは、前述した第1の実施形態と同様である。
【００４０】
反射部７０における発光部１１のレーザダイオード１１２と対向する側の内端面には、反射面７１が基板部６０の上面に対して４５°程度の上り傾斜に形成されている。
また、透明材料からなるコリメータ部８０における反射面７１と対向する位置の内面に、球面の一部をなす形状の凹反射面８１すなわち凹面鏡が形成されている。なお、発光部１１の角度を変えることによって、レーザダイオード１１２から放射されて反射面７１で反射され、凹反射面８１に向かうレーザ光の光軸と、凹反射面８１の光軸との角度を任意に変えられるよう構成されている。
また、反射部７０に形成された空間、すなわち発光部１１と走査ミラー１２が収納されている空間は、基板部６０と反射部７０とコリメータ部８０の各層によって密封されている。その効果は第１の実施形態の場合と同様である。
【００４１】
この光走査モジュール２において、図１０及び図１１に光路を示すように、発光部１１のレーザダイオード１１２から発射されたレーザ光が、反射部７０の反射面７１によって上方に反射されて、コリメータ部８０の凹反射面８１に導かれ、その凹反射面８１で反射されて平行光になって再び反射面７１に戻され、そこで水平方向に反射されて走査ミラー１２に導かれる。そのレーザ光は走査ミラー１２によって上方に反射さでれ、コリメー部８０の透明な平板部を通して外部へ射出する。走査ミラー１２が図１０で矢示Ｖ方向に揺動すると、レーザ光の射出方向が変化し、所要範囲の読取対象を照射して光走査することができる。
【００４２】
この第２の実施形態の光走査モジュール２の各部の製造方法も、前述した第1の実施形態の場合とほぼ同様である。そして、前述した実施形態の場合と同様に、ウエハ状に作成した各部を、半導体の集積化プロセス技術（陽極接合など）や、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）技術を利用して積層及び接合し、超小形で薄型の光走査モジュールを完成することができる。
【００４３】
しかし、コリメータ部８０の凹反射面８１の製造方法については、前述した第1の実施形態におけるコリメータ部３０のコリメータレンズ３１の図６又は図7によって説明した製造方法とは異なるので、図１２によってその製造工程の一例を説明する。
まず、図１２の（ａ）に示すように、ガラス基板８０１の一方の表面にポジ型のフォトレジスト８０２を均一な厚さに塗布し、その上面に平行に、凹反射面の形成部に対応する円形部分を中心部ほど光透過率が高くなるグレースケール８０３ａにしたフォトマスク８０３を配置する。そして、そのフォトマスク８０３の上方から光を照射して露光した後、現像することによって、（ｂ）に示すようにフォトレジスト８０２に球面状の凹部８０２ａが形成される。
【００４４】
次いで、フォトレジスト８０２側からドライエッチングを施していくと、まずフォトレジスト８０２が薄くなって行き、凹部８０２ａではフォトレジスト８０２がなくなって、ガラス８０１が球面状にエッチングされ、（ｃ）に示すようにガラス８０１の表面に球面状の凹部８０１ａが形成され、他の部分のフォトレジスト８０２も除去される。
次いで、（ｅ）に示すようにそのガラス８０１の凹部８０１ａも含む表面全体に均一な膜厚でアルミニウム膜８０４を形成する。
【００４５】
その後再び、そのアルミニウム膜８０４の凹面部８０４ａを含む部表面全体にフォトレジストを塗布し、フォトマスクを用いて露光した後現像して、（ｆ）に示すように凹面部８０４ａ内にのみフォトレジスト８０５を残す。そして、エッチングによりフォトレジスト８０５に覆われてる凹面部８０４ａ以外のアルミニウム膜８０４を除去すると、（ｈ）に示すように、凹反射面８１を設けたコリメータ部８０が完成する。
【００４６】
この実施形態の場合も、光走査モジュール２がレーザ光を照射した読取対象からの反射光を集光して受光し、光電変換するための集光レンズと受光素子なども、この光走査モジュール２を少し延ばしてそこに設けるか、あるいは、この光走査モジュール２に隣接して集光レンズと受光素子などからなる受光部モジュールを一体に構成することもできることは、第１の実施形態の場合と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
この発明による光走査モジュールは、バーコードリーダや二次元コードリーダ等各種の光学的情報読取装置に利用することができ、スキャナ筐体の小型化と薄型化を実現できる。また、光学系の光軸調整が容易で、バラツキが少なくなり、製造工程も簡単で効率化できるので、製造コストの大幅な削減が可能である。さらに、レンズ層とミラー層（反射層）を積層するので、光学設計のバリエーションを拡張できる。基板部に貫通配線を行うことができ、評価試験時間の削減やＬＳＩなどの配線を簡略化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明による光学情報読取装置用光走査モジュールの第１の実施形態の構成を示す断面図ある。
【図２】図１の右側を左手前側にして見た分解斜視図である。
【図３】図２示した各部（層）を積層して接合した完成状態の斜視図である。
【図４】シリコン基板の方位面を説明するための説明図である。
【図５】図１に示した反射部２０，４０の作成に用いるシリコン異方性ウエットエッチングの工程を示す図である。
【図６】図１に示したコリメータ部３０の作成に適用できるレジストリフロー法の工程を示す図である。
【００４９】
【図７】図１に示したコリメータ部３０の作成に適用できるグレースケールマスク法の工程を示す図である。
【図８】図１に示した走査ミラー１２の作成工程を示す図である。
【図９】この発明による光学情報読取装置用光走査モジュールの第２の実施形態の構成を透視状態で示す斜視図である。
【図１０】同じくその長手方向に沿う断面図である。
【図１１】同じくその発光部と反射部の反射面と走査ミラーとの配置関係およびレーザ光の光路を示す平面図である。
【図１２】図１０に示したコリメータ部８０の製造工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１：光学的情報読取装置用の光走査モジュール
１０，６０：基板部 １1：レーザ放射部（発光部） １２：走査ミラー
２０：第１反射部 ２１，２２：反射面 ３０，８０：コリメータ部
３１：コリメータレンズ ３２：透孔窓 ４０：第２反射部
４１，４２：反射面 ５０：透明カバー部 ７０：反射部 ７１：反射面
８１：凹反射面（凹面鏡） １０３：バイモルフ部
１１１：サブマウント １１２：レーザダイオード
１１３：モニタフォトダイオード
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バーコードや二次元コードなどの光反射率が異なるパターンで構成される読取対象を光走査し、その反射光を受光して光電変換した信号から情報を読み取る光学的情報読取装置用の光走査モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的情報読取装置として、例えばバーコードを読み取るレーザスキャナは、開発当初は、その光走査部を構成するレーザ発光部やレンズ、走査機構や電気回路などがそれぞれが高価であったため、レーザスキャナ自体も高価なものであった。近年はそれらの部品も安価になり、また、技術革新により小型化を実現できるようになった。
しかし、レーザスキャナの筐体中でも、光学部はレンズと発光部であるレーザ発生器との距離をある程度取らなくてはならないので、小型化および薄型化のネックになっている。そのため、最近では光学的情報読取装置における光走査部の小型化および薄型化を実現するために種々の技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されている光スキャナデバイスでは、ボールレンズという特殊なレンズを用いて、光スキャナデバイス（光走査装置）の薄型化を図りつつ光学部の精度を保つようにしている。
また、特許文献２に見られるように、発光部やレンズの配置を通常とは異なる形にすることによって、筐体全体の小型化を図っている例もある。
さらに、例えば特許文献３に記載されている光走査装置は、半導体薄膜技術を利用して部材レベルから小型化および薄型化しようと試みている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０６８７１号公報
【特許文献２】特開２００３−２９５０９３号公報
【特許文献３】特開２００４−２６４６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、光学的情報読取装置の筐体内に収納される光走査部を小型化および薄型化する技術が日々進んでいる。しかしながら、スペースを大幅にとるレンズ及びレーザ光源を備えた発光部とそのレーザ光を走査するための走査ミラーの存在が、光走査部を小さくすることへの障害になっている。
また、いくら小型化および薄型化できたとしても、その製造を効率よく低コストで行えなければ、工業製品としての流通は難しい。
【０００６】
この発明は上述のような技術的な背景に基づいてなされたものであり、光学的情報読取装置用の光走査部をモジール化して一層の小型化および薄型化を進めるとともに、その製造も容易にして安価に提供できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による光走査モジュールは、光反射率が異なるパターンで構成される読取対象に光走査し、その反射光を受光して光電変換した信号から情報を読み取る光学情報読取装置用光走査モジュールであって、上記の目的を達成するため、次のように構成する。
すなわち、読取対象に照射する光を放射する発光部と、該発光部が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラーとを備えた基板部と、上記発光部から放射される光を上記走査ミラーへ誘導する反射面を形成した反射部と、上記発光部から放射されて上記反射面によって上記走査ミラーへ誘導される光を平行光にするコリメータレンズを備えたコリメータ部とを、それぞれウエハ状に形成し、それを積層して互いに接合して構成する。
【０００８】
そして、前記反射部を、上記基板部とコリメータ部との間に積層された第１反射部と、上記コリメータ部に積層された第２反射部とによって構成し、その第１反射部と第２反射部には、それぞれ互いに反対方向に傾斜して対向する一対の反射面を形成し、上記発光部から放射される光を上記第１反射部の一対の反射面の一方によって反射して上記コリメータレンズに導き、そのコリメータレンズによって平行光にされた光を、上記第２反射部の一対の反射面と上記第１反射部の一対の反射面の他方とによって上記走査ミラーに誘導するように構成するとよい。
【０００９】
あるいは、上記読取対象に照射する光を放射する発光部と、その発光部が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラーとを備えた基板部と、その基板部に積層され、上記発光部が放射する光を反射する反射面を形成した反射部と、その反射部に積層され、上記発光部から放射されて上記反射面によって反射された光を平行光にして再び上記反射面に戻して上記走査ミラーに向かわせる凹反射面を形成したコリメータ部とを、それぞれウエハ状に形成し、積層した各部を互いに接合して構成してもよい。
上記各光走査モジュールにおける走査ミラーは、熱膨張率が異なる材料からなる層を積層したバイモルフ部によって上記基板部に揺動可能に片持ち支持されるようにするとよい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明による光学的情報読取装置用の光走査モジュールは、光走査部の全ての構成要素をウエハ状に形成して積層および接合したモジュールとして構成するので、大幅な小型化および薄型化を実現でき、且つそれを効率よく安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
〔第１の実施形態の構成〕
まず、この発明による光学的情報読取装置用光走査モジュールの第１の実施形態の構成を図１乃至図３によって説明する。
図１はその光走査モジュールの構成を示す断面図、図２は図１の右側を左手前側にして見た分解斜視図、図３はその各部（層）を積層して接合した完成状態の斜視図である。
【００１２】
この光走査モジュール１は直方体に形成されており、基板部１０、第１反射部２０、コリメータ部３０、第２反射部４０、及び透明カバー部５０の５層が積層されて構成されている。
基板部１０は、その内面に読取対象に照射する光を放射する発光部であるレーザ放射部１１と、そのレーザ放射部１１が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラー１２とを備えている。走査ミラー１２は基板部１０のほぼ中央部に設けられ、レーザ放射部１１はその一方の側に偏って設けられている。
【００１３】
第１反射部２０は、基板部１０上に積層され、レーザ放射部１１と走査ミラー１２を挟んで対向する内側面に一対の反射面２１、２２を形成している。反射面２１，２２は、いずれも基板部１０の内面（上面）に対して４５°の角度で反対方向に上り傾斜する平面状の反射面である。
コリメータ部３０は、第１反射部２０上に積層され、レーザ放射部１１から放射されて第１反射部２０の一方の反射面２１によって反射されたレーザ光を平行光にする凸レンズであるコリメータレンズ３１を備え、そのコリメータレンズ３１と第１反射部２０及び第２反射部４０と透孔窓３２が形成されている。
【００１４】
第２反射部４０は、コリメータ部３０上に積層され、コリメータレンズ３１によって平行光にされたレーザ光を第１反射部２０の他方の反射面２２と共同して走査ミラー１２に誘導する一対の反射面４１，４２を形成している。その反射面４１，４２は、第２反射部４０の内側面における第１反射部２０の反射面２１，２２と対応する位置に対向して形成され、いずれも上面に対して４５°の角度で反対方向に下り傾斜する平面状の反射面である。
【００１５】
透明カバー部５０は、第２反射部４０上に積層される透明材料からなる平板状の層である。但し、この透明カバー部５０は省略することもできる。
これらの各部はそれぞれウエハ状に形成され、積層技術によって互いに接合して図３に示すようにモジュール化されている。
透明カバー部５０を設けた場合は、発光部１１と走査ミラー１２およびコリメータレンズ３１が配置された空間が密封されるため、外部からほこりや異物あるいは湿気などが入り込んで、汚れたり劣化したりするのを防止することができる。
【００１６】
レーザ光を放射するレーザ放射部１１は、基板部１０の内面に設けられたサブマウント１１１上に、レーザダイオード１１２とモニタフォトダイオード１１３とが配置されている。レーザダイオード１１２は、サブマウント１１１上の第１反射部２０の反射面２１に近い方の端部寄りに設置され、その光量を検出するためのモニタフォトダイオード１１３は走査ミラー１２に近い方の端部寄りに設置されている。そのレーザダイオード１１２とモニタフォトダイオード１１３への配線１１４，１１５が、サブマウント１１１から基板部１０に形成されたスルーホールを通して外部に導出される。また、走査ミラー１２を駆動するための配線１１６も、から基板部１０に形成されたスルーホールを通して外部に導出される。これらの配線を貫通配線と称する。
【００１７】
この光走査モジュール１において、レーザ放射部１１のレーザダイオード１１２から放射されるレーザ光は、図１中にその光路を一点鎖線で示すように、まず第１反射部２０の一方の反射面２１によって反射されて９０°偏向してコリメータ部３０のコリメータレンズ３１に向けられ、そのコリメータレンズ３１を通過して平行光になり、第２反射部４０の反射面４１と４２によって順次反射されてそれぞれ９０°偏向された後、第１反射部２０の他方の反射面２２によって反射されてさらに９０°偏向されて走査ミラー１２に導かれる。そして、その走査ミラー１２によって反射されたレーザ光が透明カバー部５０を透過して外部へ射出し、バーコード等の読取対象を照射する。
【００１８】
走査ミラー１２の詳細は後述するが、バイモルフ部１０３によって基板部１０に揺動可能に片持ち支持されており、バイモルフ部１０３への印加電圧によって図１に仮想線で示すように、ほぼ４５°傾斜した状態を中心に角度θの範囲で往復振動して傾斜角度が変化する。そして、反射面２２から基板部１０の内面に平行に走査ミラー１２に導かれるレーザ光が、この走査ミラー１２によって反射・偏向されて透明カバー部５０を透過して射出し、角度２θの範囲でその射出角度が変化する。したがって、バーコード等の読取対象を、そこまでの距離とこの角度２θとに応じた範囲でレーザ光を照射して光走査することができる。
【００１９】
その光走査による読取対象からの反射光を受光して光電変換するための集光レンズと受光素子などは図示していないが、この光走査モジュール１内に、例えばコリメータ部３０あるいは透明カバー部５０に読取対象からの反射光を集光する集光レンズも形成し、基板部１０の内面にフォトダイオード等による受光素子アレイを配置して設けることができる。あるいは、この光走査モジュール１に隣接して集光レンズと受光素子などからなる受光部モジュールを一体に構成することもできる。
【００２０】
また、この実施形態では、反射部をそれぞれ反対方向に傾斜して対向する一対の反射面を形成した第１反射部２０と第２反射部４０によって構成しているが、これに限るものではなく、発光部１１から放射される光をコリメータレンズ３１を通して走査ミラー１２へ誘導できるように反射面を設けらけれるようにすればよい。発光部１１と走査ミラー１２およびコリメータレンズ３１の配置関係に応じて、反射部の構成も変更することになる。
【００２１】
次に、この光走査モジュールの製造方法について説明する。
〔反射面を有する反射部の形成方法〕
第１反射部２０と第２反射部４０の層は、例えばシリコン異方性ウエットエッチングによって形成される。
図４はシリコン基板の方位面を説明するための図であり、（ａ）〜（ｃ）は、左側にそれぞれ（１００）面、（１１０）面、および（１１１）面を斜線を施して示し、右側にはそれぞれ左側に示した方位面を表面にしたシリコン基板におけるシリコン原子の結合状態を示している。
【００２２】
図５はシリコン異方性ウエットエッチングの工程を示している。
良く知られているように、シリコン基板２５上にＳｉＯ２やＳｉＮによるエッチングマスク２６を施したシリコン部材を、水酸化３メチルアンモニウム(ＴＭＡＨ)などのエッチング液に浸すと、シリコン単結晶では各方位面よってエッチングの速度が異なる。
図２に示したように、その表面にあるシリコン原子が結晶中のシリコン原子とどのように結合しているかによって、エッチングの速度が異なるのである。
【００２３】
最も一般的なシリコン基板は、図４の（ａ）に示すように(１００)面を表面とするものであり、エッチングマスク２６に(１１０)方向と平行な帯状の開口を開けて結晶異方性エッチングを行うと、図５の（ａ）に示すように２つの(１１１)面に囲まれたＶ字形の溝２７ができる。このＶ字形の溝２７を同図の（ｂ）に示すように連続して形成し、同図の（ｃ）に示すようにエッチングマスク２６の外周に倣って結晶方向にアンダーカットしていくことによって、同図の（ｄ）に示すように四角錐台形状の窪み２８ができる。
【００２４】
この技術によって、第１反射部２０および第２反射部４０のシリコン層の形状が形成される。図５の（ｄ）に示した窪み２８の互いに反対方向に傾斜して対向する傾斜面２８ａ，２８ｂは、シリコンの特性により鏡のように面を形成するが、より反射率を高めるためにアルミニウムや金などを蒸着してもよい。この傾斜面２８ａ，２８ｂが反射面２１，２２あるいは反射面４１，４２となる。
【００２５】
〔コリメータ部のコリメーターレンズ形成方法〕
凸レンズであるコリメーターレンズ３１を設けたコリメータ部３０の層は、フォトレジストリフロー法やグレースケールマスク法によって形成する。図６にレジストリフロー法の工程を示す。
【００２６】
図６の（ａ）に示すように、石英ガラス等で形成された基板３５の表面に感光性樹脂であるネガ型のフォトレジスト３６を塗布する。その基板３５にフォトマスク３７を用いてその影をフォトレジスト３６に焼き付ける露光（パターニング）を行う。それによって、フォトレジスト３６には感光した領域とそうでない領域ができ、ウエットエッチングによって図６の（ｂ）に示すように感光した領域３６ａだけを残すことができる。その基板を加熱することによって、フォトレジストの領域３６ａを溶融・硬化させて同図、（ｃ）に示すようにマイクロレンズアレイ形状３６ｂにする。そして、さらにドライエッチングを施すことによって、そのレンズ形状を石英ガラス等による基板３５に転写して、同図（ｄ）に示すように凸レンズのマイクロレンズアレイ３８を形成することができる。
【００２７】
次に、図７によってグレースケールマスク法を説明する。
図７の（ａ）に示すように石英ガラス等で形成された基板３０１上にポジ型のフォトレジスト層３０２を塗布して、基本材料を作る。次に、同図（ｂ）に示すように事前に用意しておいたグレースケールマスク３０３を介して露光する。このグレースケールマスクとは、例えば、全体として円形のマスクで、その中心から同心円状に周辺に向かって次第に疎になるように密度が変化するドットパターンを形成したものである。これは、ポジ型のフォトレジスト層３０２によってレンズを成形するために、そのレンズの曲面形状に対応させてドットパターンの密度を変化させている。これによって、露光量は中心から同心円状に周辺に向かって増加することになる。
【００２８】
次に、露光されたフォトレジスト層３０２を現像すると、図７の（ｃ）に示すように、露光量の多い部分ほどフォトレジスト層３０２が薄くなって、その表面が凸曲面に成形される。同時に、その表面には表面粗さが発生する場合がある。
そこで、その現像されたフォトレジスト層３０２の表面を融点以上の温度にして、融解させる。その融解した表面は、フォトレジストの粘性により滑らかになるように変形する。それによって、フォトレジスト層の表面を所望の立体的なレンズ形状に成形することができる。
【００２９】
このフォトレジスト層３０２の表面側からドライエッチングを施すことによって、そのレンズ形状を石英ガラス等による基板３０１に転写して、図７の（ｄ）に示すように凸レンズ３０４を形成することができる。
図７では、基板３０１を厚く図示しているが、所望の厚さでかまわない。
以上の何れかの方法を採用すれば、図１に示したコリメータレンズ３１を有するコリメータ部３０をウエハ状のレンズ層として作ることができる。また、透孔窓３２は、エッチングやサンドブラストによって形成することができる。
【００３０】
〔走査ミラーの作成方法〕
次に、シリコンウエハやＳＯＩウエハの上に図１に示した走査ミラー１２を作成する方法について、図８を用いて説明する。
図８の（ａ）に示すように、図１における基板部１０の基板に相当するガラス層１０１上に、後述するミラー素材を位置決めさせるために、ポリシリコンの犠牲層１０２を堆積させる。
【００３１】
次に、図８の（ｂ）に示すように、犠牲層１０２の一端部を覆うように、ガラス層１０１上に熱膨張係数の異なる材料からなる層を積層したバイモルフ部１０３を堆積させる。この例では、熱膨張係数の異なる材料として酸化シリコン(ＳｉＯ２)層１０３ａとアルミニウム（Ａｌ）層１０３ｂを選択する。これらの材料の組み合わせは、内部応力により湾曲する性質を有することができればよく、酸化シリコンシとアルミニウムに限定されるものではない。
【００３２】
そして、図８の（ｃ）に示すように、バイモルフ部１０３上を含む犠牲層全体にミラー素材（ここでは銅）１０４を堆積させる。ミラー素材１０４を厚く堆積させるためにメッキ加工を施す。
ミラー素材１０４が固定されたところで、犠牲層１０２を取り除くためにエッチングを行う。それによって図６の（ｄ）に示すようになる。このエッチング方法は特に問わないが、ここではＸｅＦ2（二フッ化キセノン）でドライエッチングする方法を用いている。
この状態では、バイモルフ部１０３が、ガラス層１０１にミラー素材１０４の一端部を固定する片持ち梁構造をなす。バイモルフ構造体は残留応力によって、変位することができる。
【００３３】
すなわち、バイモルフ部１０３に通電するとその材料が通電抵抗によって発熱し、ヒータの役目をして温度が上昇する。このときアルミニウム層１０３ｂの熱膨張係数が酸化シリコン層１０３ａのそれよりも大きいため、バイモルフ部１０３の自由端が上方向に変位し、図８の（ｅ）に示すようにミラー素材１０４を斜めに持ち上げ、その角度が通電の大きさによって変化する。室温でほぼ４５°に立ち上がるように設計することもできる。
ρ：バイモルフ部の温度がΔＴだけ上昇したときの曲率
ｙ：バイモルフの先端の変位
とすると ｙ＝２ρｓｉｎ2（１／２ρ） の関係を満たす。
【００３４】
このようにして出来上がった、基板部１０、第１反射部２０、コリメータ部３０、第２反射部４０の各層、およびガラスあるいはアクリル樹脂等による透明カバー部５０をそれぞれ積層してウエハ接合し、ダイシングをいって、光走査モジュール１を構成する。
このウエハ接合には、シリコン基板同士あるいはガラス基板とシリコン基板を接合して積層構造を作るのによく用いられる陽極接合の技術を利用するとよい。
【００３５】
その陽極接合について簡単に説明する。例えば、ガラス基板とシリコン基板をよく洗浄した後、重ね合わせて３００〜５００℃に加熱する。そして、シリコン基板を陽極として４００〜５００Vの電圧を印加すると、ガラス中の電荷が分離して、負電荷がシリコン側に引き付けられる。この時、電荷の移動に伴って電流が流れ、界面では静電力に起因する大きな吸引力が作用し、基板同士が接着されていく。界面の電圧降下が印加電圧に等しくなると、電荷の移動が終了して電流が流れなくなり、接着が完了する。
【００３６】
〔第２の実施形態〕
次に、この発明による光学的情報読取装置用光走査モジュールの第２の実施形態について、図９乃至図１１によって説明する。
図９はその光走査モジュールを透視状態で示す斜視図、図１０はその長手方向に沿う断面図、図１１はその発光部と反射部の反射面と走査ミラーとの配置関係およびレーザ光の光路を示す平面図である。これらの図において、図１及び図２と対応する部分には同一の符号を付しており、それらの説明は省略するか簡単にする。
【００３７】
前述した第１の実施形態の光走査モジュール１は５層構造に構成されていたが、この第２の実施形態の光走査モジュール２は３層構造に構成している。したがって、第１の実施形態よりさらに小型化及び薄型化を図ることができる。
すなわち、この光走査モジュール２は、図９および図１０に示すように、基板部６０と反射部７０とコリメータ部８０の３層からなり、それらがウエハ状に形成されて積層され、互いに接合して構成されている。
【００３８】
基板部６０上には、読取対象に照射する光を放射する発光部１１と、その発光部１１が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラー１２とが配設されている。しかし、前述した光走査モジュール１では、発光部１１と走査ミラー１２とが基板部１０の幅方向の中心線に沿って整列して配置されていたが、この光走査モジュール２では、走査ミラー１２は幅方向の中心線を基板部６０の幅方向の中心線と一致させて配置されているが、発光部１１は図１１に明示するように、基板部６０の幅方向の中心線からずれた位置にその中心線に対して傾けて配置されている。
【００３９】
また、走査ミラー１２を基板部６０に対して揺動可能に片持ち支持するバイモルフ部１０３が、走査ミラー１２の幅方向の両側で長手方向の中央部を支持しているが、これは、前述した光走査モジュール１の場合と同様に、走査ミラー１２に下端部をバイモルフ部１０３によって支持するようにしてもよい。バイモルフ部１０３が、熱膨張率が異なる材料による２つの層を積層して構成されていることは、前述した第1の実施形態と同様である。
【００４０】
反射部７０における発光部１１のレーザダイオード１１２と対向する側の内端面には、反射面７１が基板部６０の上面に対して４５°程度の上り傾斜に形成されている。
また、透明材料からなるコリメータ部８０における反射面７１と対向する位置の内面に、球面の一部をなす形状の凹反射面８１すなわち凹面鏡が形成されている。なお、発光部１１の角度を変えることによって、レーザダイオード１１２から放射されて反射面７１で反射され、凹反射面８１に向かうレーザ光の光軸と、凹反射面８１の光軸との角度を任意に変えられるよう構成されている。
また、反射部７０に形成された空間、すなわち発光部１１と走査ミラー１２が収納されている空間は、基板部６０と反射部７０とコリメータ部８０の各層によって密封されている。その効果は第１の実施形態の場合と同様である。
【００４１】
この光走査モジュール２において、図１０及び図１１に光路を示すように、発光部１１のレーザダイオード１１２から発射されたレーザ光が、反射部７０の反射面７１によって上方に反射されて、コリメータ部８０の凹反射面８１に導かれ、その凹反射面８１で反射されて平行光になって再び反射面７１に戻され、そこで水平方向に反射されて走査ミラー１２に導かれる。そのレーザ光は走査ミラー１２によって上方に反射さでれ、コリメー部８０の透明な平板部を通して外部へ射出する。走査ミラー１２が図１０で矢示Ｖ方向に揺動すると、レーザ光の射出方向が変化し、所要範囲の読取対象を照射して光走査することができる。
【００４２】
この第２の実施形態の光走査モジュール２の各部の製造方法も、前述した第1の実施形態の場合とほぼ同様である。そして、前述した実施形態の場合と同様に、ウエハ状に作成した各部を、半導体の集積化プロセス技術（陽極接合など）や、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）技術を利用して積層及び接合し、超小形で薄型の光走査モジュールを完成することができる。
【００４３】
しかし、コリメータ部８０の凹反射面８１の製造方法については、前述した第1の実施形態におけるコリメータ部３０のコリメータレンズ３１の図６又は図7によって説明した製造方法とは異なるので、図１２によってその製造工程の一例を説明する。
まず、図１２の（ａ）に示すように、ガラス基板８０１の一方の表面にポジ型のフォトレジスト８０２を均一な厚さに塗布し、その上面に平行に、凹反射面の形成部に対応する円形部分を中心部ほど光透過率が高くなるグレースケール８０３ａにしたフォトマスク８０３を配置する。そして、そのフォトマスク８０３の上方から光を照射して露光した後、現像することによって、（ｂ）に示すようにフォトレジスト８０２に球面状の凹部８０２ａが形成される。
【００４４】
次いで、フォトレジスト８０２側からドライエッチングを施していくと、まずフォトレジスト８０２が薄くなって行き、凹部８０２ａではフォトレジスト８０２がなくなって、ガラス８０１が球面状にエッチングされ、（ｃ）に示すようにガラス８０１の表面に球面状の凹部８０１ａが形成され、他の部分のフォトレジスト８０２も除去される。
次いで、（ｅ）に示すようにそのガラス８０１の凹部８０１ａも含む表面全体に均一な膜厚でアルミニウム膜８０４を形成する。
【００４５】
その後再び、そのアルミニウム膜８０４の凹面部８０４ａを含む部表面全体にフォトレジストを塗布し、フォトマスクを用いて露光した後現像して、（ｆ）に示すように凹面部８０４ａ内にのみフォトレジスト８０５を残す。そして、エッチングによりフォトレジスト８０５に覆われてる凹面部８０４ａ以外のアルミニウム膜８０４を除去すると、（ｈ）に示すように、凹反射面８１を設けたコリメータ部８０が完成する。
【００４６】
この実施形態の場合も、光走査モジュール２がレーザ光を照射した読取対象からの反射光を集光して受光し、光電変換するための集光レンズと受光素子なども、この光走査モジュール２を少し延ばしてそこに設けるか、あるいは、この光走査モジュール２に隣接して集光レンズと受光素子などからなる受光部モジュールを一体に構成することもできることは、第１の実施形態の場合と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
この発明による光走査モジュールは、バーコードリーダや二次元コードリーダ等各種の光学的情報読取装置に利用することができ、スキャナ筐体の小型化と薄型化を実現できる。また、光学系の光軸調整が容易で、バラツキが少なくなり、製造工程も簡単で効率化できるので、製造コストの大幅な削減が可能である。さらに、レンズ層とミラー層（反射層）を積層するので、光学設計のバリエーションを拡張できる。基板部に貫通配線を行うことができ、評価試験時間の削減やＬＳＩなどの配線を簡略化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明による光学情報読取装置用光走査モジュールの第１の実施形態の構成を示す断面図ある。
【図２】図１の右側を左手前側にして見た分解斜視図である。
【図３】図２示した各部（層）を積層して接合した完成状態の斜視図である。
【図４】シリコン基板の方位面を説明するための説明図である。
【図５】図１に示した反射部２０，４０の作成に用いるシリコン異方性ウエットエッチングの工程を示す図である。
【図６】図１に示したコリメータ部３０の作成に適用できるレジストリフロー法の工程を示す図である。
【００４９】
【図７】図１に示したコリメータ部３０の作成に適用できるグレースケールマスク法の工程を示す図である。
【図８】図１に示した走査ミラー１２の作成工程を示す図である。
【図９】この発明による光学情報読取装置用光走査モジュールの第２の実施形態の構成を透視状態で示す斜視図である。
【図１０】同じくその長手方向に沿う断面図である。
【図１１】同じくその発光部と反射部の反射面と走査ミラーとの配置関係およびレーザ光の光路を示す平面図である。
【図１２】図１０に示したコリメータ部８０の製造工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１：光学的情報読取装置用の光走査モジュール
１０，６０：基板部 １1：レーザ放射部（発光部） １２：走査ミラー
２０：第１反射部 ２１，２２：反射面 ３０，８０：コリメータ部
３１：コリメータレンズ ３２：透孔窓 ４０：第２反射部
４１，４２：反射面 ５０：透明カバー部 ７０：反射部 ７１：反射面
８１：凹反射面（凹面鏡） １０３：バイモルフ部
１１１：サブマウント １１２：レーザダイオード
１１３：モニタフォトダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射率が異なるパターンで構成される読取対象を光走査し、その反射光を受光して光電変換した信号から情報を読み取る光学情報読取装置用光走査モジュールであって、
前記読取対象に照射する光を放射する発光部と、該発光部が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラーとを備えた基板部と、
前記発光部から放射される光を前記走査ミラーへ誘導する反射面を形成した反射部と、
前記発光部から放射されて前記反射面によって前記走査ミラーへ誘導される光を平行光にするコリメータレンズを備えたコリメータ部とを、
それぞれウエハ状に形成し、それを積層して互いに接合して構成したことを特徴とする光走査モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の光学情報読取装置用光走査モジュールにおいて、
前記反射部が、前記基板部と前記コリメータ部との間に積層された第１反射部と、前記コリメータ部に積層された第２反射部とからなり、
前記第１反射部と第２反射部は、それぞれ互いに反対方向に傾斜して対向する一対の反射面を形成しており、
前記発光部から放射される光を前記第１反射部の一方の反射面によって反射して前記コリメータレンズに導き、該コリメータレンズによって平行光にされた光を、前記第２反射部の一対の反射面と前記第１反射部の他方の反射面とによって前記走査ミラーに誘導するように構成したことを特徴とする光走査モジュール。
【請求項３】
光反射率が異なるパターンで構成される読取対象を光走査し、その反射光を受光して光電変換した信号から情報を読み取る光学情報読取装置用光走査モジュールであって、
前記読取対象に照射する光を放射する発光部と、該発光部が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラーとを備えた基板部と、
該基板部に積層され、前記発光部が放射する光を反射する反射面を形成した反射部と、
該反射部に積層され、前記発光部から放射されて前記反射面によって反射された光を平行光にして再び前記反射面に戻して前記走査ミラーに向かわせる凹反射面を形成したコリメータ部とを、
それぞれウエハ状に形成し、積層した各部を互いに接合して構成したことを特徴とする光走査モジュール。
【請求項４】
前記走査ミラーは、熱膨張率が異なる材料からなる層を積層したバイモルフ部によって前記基板部に揺動可能に片持ち支持されていることを特徴とする光走査モジュール。
【請求項１】
光反射率が異なるパターンで構成される読取対象を光走査し、その反射光を受光して光電変換した信号から情報を読み取る光学情報読取装置用光走査モジュールであって、
前記読取対象に照射する光を放射する発光部と、該発光部が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラーとを備えた基板部と、
前記発光部から放射される光を前記走査ミラーへ誘導する反射面を形成した反射部と、
前記発光部から放射されて前記反射面によって前記走査ミラーへ誘導される光を平行光にするコリメータレンズを備えたコリメータ部とを、
それぞれウエハ状に形成し、それを積層して互いに接合して構成したことを特徴とする光走査モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の光学情報読取装置用光走査モジュールにおいて、
前記反射部が、前記基板部と前記コリメータ部との間に積層された第１反射部と、前記コリメータ部に積層された第２反射部とからなり、
前記第１反射部と第２反射部は、それぞれ互いに反対方向に傾斜して対向する一対の反射面を形成しており、
前記発光部から放射される光を前記第１反射部の一方の反射面によって反射して前記コリメータレンズに導き、該コリメータレンズによって平行光にされた光を、前記第２反射部の一対の反射面と前記第１反射部の他方の反射面とによって前記走査ミラーに誘導するように構成したことを特徴とする光走査モジュール。
【請求項３】
光反射率が異なるパターンで構成される読取対象を光走査し、その反射光を受光して光電変換した信号から情報を読み取る光学情報読取装置用光走査モジュールであって、
前記読取対象に照射する光を放射する発光部と、該発光部が放射する光を偏向して射出する可動の走査ミラーとを備えた基板部と、
該基板部に積層され、前記発光部が放射する光を反射する反射面を形成した反射部と、
該反射部に積層され、前記発光部から放射されて前記反射面によって反射された光を平行光にして再び前記反射面に戻して前記走査ミラーに向かわせる凹反射面を形成したコリメータ部とを、
それぞれウエハ状に形成し、積層した各部を互いに接合して構成したことを特徴とする光走査モジュール。
【請求項４】
前記走査ミラーは、熱膨張率が異なる材料からなる層を積層したバイモルフ部によって前記基板部に揺動可能に片持ち支持されていることを特徴とする光走査モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−２０７１２６（Ｐ２００７−２０７１２６Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７７６７（Ｐ２００６−２７７６７）
【出願日】平成１８年２月３日（２００６．２．３）
【出願人】（３９１０６２８７２）株式会社オプトエレクトロニクス (70)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月３日（２００６．２．３）
【出願人】（３９１０６２８７２）株式会社オプトエレクトロニクス (70)
【Ｆターム（参考）】
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