JPH02207214A - Micro optical scanner - Google Patents
Micro optical scannerInfo
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- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、多面鏡の回転、振動等により光の方向を変化
させる光スキャナの低価格化、縮小化に関するものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to lowering the price and downsizing of an optical scanner that changes the direction of light by rotating, vibrating, etc. a polygon mirror.
多面鏡の回転、振動等により光の方向を変化させる光ス
キャナの具体的応用例を第6図に示す。FIG. 6 shows a specific application example of an optical scanner that changes the direction of light by rotating or vibrating a polygon mirror.
これはレーザによる光プリンタ(通常レーザプリンタと
呼ばれる)の原理図を示したものである。This is a diagram showing the principle of an optical printer using a laser (usually called a laser printer).
スキャナコントローラ111により駆動される半導体レ
ーザ101(これは他のレーザであってもよい)から出
た光はコリメークレンズ102により集光され、スキャ
ナモータ103により駆動される回転多面鏡104に入
射する。Light emitted from a semiconductor laser 101 (this may be another laser) driven by a scanner controller 111 is focused by a collimating lens 102 and enters a rotating polygon mirror 104 driven by a scanner motor 103. .
この回転多面鏡104で反射された光は、回転多面鏡1
04の回転につれて向きを変えて出ていく。The light reflected by the rotating polygon mirror 104 is transmitted to the rotating polygon mirror 1
As 04 rotates, it changes direction and exits.
この反射光は集光レンズ109によって感光体ドラム1
07上に集光される。This reflected light is transmitted to the photosensitive drum 1 by a condensing lens 109.
The light is focused on 07.
この感光体ドラム107は、チャージャ106により予
め帯電されている。この帯電がレーザ光により放電され
、レーザ光の有無により電荷の′a淡が形成される。This photosensitive drum 107 is charged in advance by a charger 106. This electrical charge is discharged by laser light, and a difference in charge is formed depending on the presence or absence of laser light.
図示は省略しているが、電荷の濃淡が形成された後に、
トナーが感光体ドラム」二に付りられる。Although not shown, after the density of charge is formed,
Toner is applied to the photoreceptor drum.
但し静電力により付着するため、電荷の有無にしたがっ
てトナーの有無ができる。この1−ナーが印字紙108
に写され、文字、画像等が形成される。However, since the toner is attached by electrostatic force, the presence or absence of toner can be determined depending on the presence or absence of charge. This 1-ner is the printing paper 108
is copied to form characters, images, etc.
センサ110は、光ビームの走査開始タイミングを正確
に検知するために設けられている。The sensor 110 is provided to accurately detect the scanning start timing of the light beam.
以上説明した従来例において、回転多面鏡104及びス
キャナモータ103が大きくかつ高価であり、コンパク
ト化、低価格化か要求されていた。In the conventional example described above, the rotating polygon mirror 104 and the scanner motor 103 are large and expensive, and there has been a demand for compactness and low cost.
本発明はこの問題を解決するため、回転多面鏡及びスキ
ャナモータを半m一体集積回路の製造技術を応用して作
成することにより、微小な回転多面鏡を形成し、かつこ
の微小な回転多面鏡を駆動する手段として静電力を用い
る。In order to solve this problem, the present invention forms a minute rotating polygon mirror by creating a rotating polygon mirror and a scanner motor by applying the manufacturing technology of a half-meter integrated circuit, and this minute rotating polygon mirror Electrostatic force is used as a means of driving.
本発明に使用する回転多面鏡としては、多結晶または非
晶質シリコン上に金属膜等の反射膜をコートシたものが
挙げられる。また反射面の加工としては現在RI E
(Reactive Ion Etching)法が最
も良いと考えられる。Examples of the rotating polygon mirror used in the present invention include polycrystalline or amorphous silicon coated with a reflective film such as a metal film. Also, currently RIE is used for processing reflective surfaces.
(Reactive Ion Etching) method is considered to be the best method.
本発明によれば、複数の微小回転多面鏡を同一基板上に
同時に形成できるため、低価格で製作でき、かつ微小化
が容易なため装置のコンパクト化に大きく貢献できる。According to the present invention, since a plurality of micro-rotating polygon mirrors can be formed simultaneously on the same substrate, they can be manufactured at low cost, and miniaturization is easy, which can greatly contribute to making the device more compact.
さらに半導体レーザとの集積化も可能であり、部品点数
の減少により、さらなる低価格、コンパクト化並びに信
頼性の向上を図ることが可能となる。Furthermore, it is possible to integrate it with a semiconductor laser, and by reducing the number of parts, it becomes possible to further reduce the cost, make it more compact, and improve reliability.
本発明の第1実施例を第1図に示す。 A first embodiment of the invention is shown in FIG.
同図の(a)は平面図であり、(b)は(a)のx−x
’線に沿う横断面図である。(a) of the figure is a plan view, and (b) is xx in (a).
' is a cross-sectional view along the line.
基板1上に回転多面鏡2とこれを支持する軸3、及び静
電気を印加する電極群4が設けである。A rotating polygon mirror 2, a shaft 3 for supporting it, and an electrode group 4 for applying static electricity are provided on a substrate 1.
電極群4は、軸まわりに90°間隔で配置した4個の電
極を1つのグループとして、等間隔で配置したA、B、
Cの3グループから成る。Electrode group 4 consists of four electrodes arranged at 90° intervals around the axis, with electrodes A, B arranged at equal intervals,
It consists of three groups: C.
このうちAグループの電極4A1〜/IA4は端子φ、
に、Bグループの電極4. B 1〜4134は端子ψ
8に、Cグループの電極4C1〜4C4は端子φ。にそ
れぞれ接続される。Among these, the electrodes 4A1 to /IA4 of the A group are terminals φ,
Then, electrode 4 of group B. B 1 to 4134 are terminals ψ
8, the electrodes 4C1 to 4C4 of group C are terminals φ. are connected to each.
同図(b)に示すように、回転多面鏡2は軸3に回転自
在に支持され、軸3の」二部に止めを設りて回転多面鏡
2が外れないようにしである。As shown in FIG. 2B, the rotating polygon mirror 2 is rotatably supported on a shaft 3, and a stop is provided at the second portion of the shaft 3 to prevent the rotating polygon mirror 2 from coming off.
また基板1と全電極4. A 1〜4CIとの間には絶
縁膜5を設けである。Also, the substrate 1 and all electrodes 4. An insulating film 5 is provided between A1-4CI.
回転多面鏡2は導電材料又は半導体材料で形成するとと
もに、軸3を介して接地し、端子φ4に電圧を印加する
。The rotating polygon mirror 2 is formed of a conductive material or a semiconductor material, is grounded via a shaft 3, and applies a voltage to a terminal φ4.
回転多面鏡の外周には、上述した固定子電極4と対応さ
せて90°間隔て、回転子電極としての凸部2人が設け
てあり、端子φ4への電圧印加による吸引力で各凸部2
人がAグループの電極4A1〜4A4に対向した状態で
最も安定となる。On the outer periphery of the rotating polygon mirror, two convex portions as rotor electrodes are provided at 90° intervals in correspondence with the stator electrode 4 described above, and each convex portion is moved by the attractive force caused by voltage application to the terminal φ4. 2
The state is most stable when the person faces the electrodes 4A1 to 4A4 of group A.
次に端子φ4の電圧を切り、端子φ8に電圧を加えると
、回転多面鏡の外周凸部2人がBグループの各電極4B
1〜4B4に対向する位置まで移動し、回転多面鏡2が
回転したことになる。Next, when the voltage at terminal φ4 is cut off and the voltage is applied to terminal φ8, the two outer peripheral protrusions of the rotating polygon mirror are connected to each electrode 4B of group B.
1 to 4B4, and the rotating polygon mirror 2 has rotated.
以後同様に、端子φ。、ψ8、φ、・・・と順次電圧を
印加して回転を続行させることができる。つまり、多面
鏡2自体を回転子とする静電モータとして働く。Thereafter, in the same way, the terminal φ. , ψ8, φ, . . . , the rotation can be continued by sequentially applying voltages. In other words, it works as an electrostatic motor using the polygon mirror 2 itself as a rotor.
光源としての半導体レーザ101からコリメータレンズ
102を介して入射するレーザ光は、回転多面鏡2の鏡
面から反射され、レーザビーム105として取り出され
る。この回転多面鏡のサイズとしては100μm〜1鶴
程度であり、後述するように半導体製造技術を応用して
1つの基板上に同時にかつ多量に形成できるため、極め
て安価に製造でき、また装置全体のコンパクト化を図る
ことができる。Laser light that enters from a semiconductor laser 101 as a light source via a collimator lens 102 is reflected from the mirror surface of the rotating polygon mirror 2 and extracted as a laser beam 105. The size of this rotating polygon mirror is about 100 μm to 1 crane, and as described later, it can be formed simultaneously and in large quantities on one substrate by applying semiconductor manufacturing technology, so it can be manufactured at an extremely low cost, and it also reduces the overall cost of the device. It can be made more compact.
なお、上記実施例では回転多面鏡2として4面鏡を用い
たが、4面鏡である必要は全くなく、面鏡を含む他の多
面鏡であってもよい。In the above embodiment, a four-sided mirror is used as the rotating polygonal mirror 2, but it is not necessary to use a four-sided mirror at all, and other polygonal mirrors including a plane mirror may be used.
また三相駆動静電モータを例として挙げたが、必らずし
も三相である必要はない。Furthermore, although a three-phase drive electrostatic motor is given as an example, it does not necessarily have to be three-phase.
ただし、駆動相数を増やした方かモータとしてスムース
に動作するし、電極数も多げれば多い程スムースに回転
する。However, the motor operates more smoothly if the number of drive phases is increased, and the more electrodes there are, the more smoothly the motor rotates.
次に本発明で使用する微小回転多面鏡を成形するための
好適な方法を第2図に基づいて説明する。Next, a preferred method for molding the micro-rotating polygon mirror used in the present invention will be described with reference to FIG.
まずシリコン基板1上に、PSG (燐珪酸ガラス)層
61、多結晶シリコン層21、PSG層62、金属膜7
1を積層形成する。First, a PSG (phosphosilicate glass) layer 61, a polycrystalline silicon layer 21, a PSG layer 62, a metal film 7 are formed on a silicon substrate 1.
1 is laminated and formed.
PSG層61.62及び金属膜71の厚みは50nmと
した。The thickness of the PSG layers 61 and 62 and the metal film 71 was 50 nm.
次に、得ようとする回転多面鏡と同じ平面パターンをも
つホトレジスト8をホトリソグラフィーにて形成する。Next, a photoresist 8 having the same planar pattern as the rotating polygon mirror to be obtained is formed by photolithography.
このホトレジスト8をマスクにして、金属膜71及びP
SG層62をエツチングし、さらに多結晶シリコン層2
1をRT E (Reactive Jon Etch
ing)法またばI B E (Jon Beam E
tcbing)法にて垂直にエツチングし、エツチング
面をほぼ鏡面とする。Using this photoresist 8 as a mask, the metal film 71 and P
The SG layer 62 is etched, and then the polycrystalline silicon layer 2 is etched.
RT E (Reactive Jon Etch
ing) law or I B E (Jon Beam E
The etched surface is vertically etched using the tcbing method to make the etched surface almost mirror-like.
こののち金属膜71を除去し、PSG層63て全体を一
様に覆う(第2図b)。Thereafter, the metal film 71 is removed and the entire surface is uniformly covered with the PSG layer 63 (FIG. 2b).
さらにその上に多結晶シリコン膜を形成し、エツチング
して軸部5を形成する。次に絶縁膜5を形成し、電極群
4を形成する(第2図C)。Further, a polycrystalline silicon film is formed thereon and etched to form the shaft portion 5. Next, an insulating film 5 is formed, and an electrode group 4 is formed (FIG. 2C).
次いで、PSG層62.63を同時に除去し、回転多面
鏡2を基板1、軸5から分離する。Next, the PSG layers 62 and 63 are removed at the same time, and the rotating polygon mirror 2 is separated from the substrate 1 and shaft 5.
最後に金属膜を回転多面鏡2の側面のみに形成して完成
する。Finally, a metal film is formed only on the side surfaces of the rotating polygon mirror 2 to complete the process.
次に、本発明の第2実施例を第3図に示す。Next, a second embodiment of the present invention is shown in FIG.
これは半導体レーザの基板上に微小回転多面鏡を設けた
ものである。レーザを形成した基板1上に、第1実施例
と同様にして微小回転多面鏡2及び静電モータを形成し
たものである。80は半導体レーザの上部電極であり、
84が半導体レーザのストライプパターンである。This is a micro-rotating polygon mirror provided on a semiconductor laser substrate. A minute rotary polygon mirror 2 and an electrostatic motor are formed on a substrate 1 on which a laser is formed in the same manner as in the first embodiment. 80 is the upper electrode of the semiconductor laser;
84 is a stripe pattern of a semiconductor laser.
電極80と基板1との間に電流を流し、レーザ発光させ
るが、電流はパターン84のみを通って流れるよう形成
されている。ここから出射したレーザ光は、回転多面鏡
2により反射され外に出ていく。A current is passed between the electrode 80 and the substrate 1 to cause laser emission, but the current is formed so as to flow only through the pattern 84. The laser light emitted from here is reflected by the rotating polygon mirror 2 and goes out.
本実施例は、レーザと回転多面鏡が集積された構造であ
り、非常に小さく形成することができる。This embodiment has a structure in which a laser and a rotating polygon mirror are integrated, and can be made very small.
第3図(b)に断面構造を示す。半導体レーザの断面は
通常構造のものであり、活性層82の上下にクラッド層
81.83を設け、」二部電極80から電流を注入する
構造となっている。The cross-sectional structure is shown in FIG. 3(b). The cross section of the semiconductor laser has a normal structure, with cladding layers 81 and 83 provided above and below an active layer 82, and a current being injected from a two-part electrode 80.
本実施例において半導体レーザの構造は、一般に知られ
ているどの構造をとっても問題なく動作する。In this embodiment, the structure of the semiconductor laser can be any generally known structure and will operate without problems.
第4図に本発明の第3実施例を示す。FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
先の第2実施例で示した半導体レーザと微小回転多面鏡
を集積化した構造において、半導体レーザからの出射光
は平行ビーム状とならずにある角度で広がっていく。こ
のため、回転多面鏡でビームを振る効果がかなり減じら
れてしまう。そこでこの回転鏡2の鏡面を凹面鏡とした
のが本実施例である。In the structure in which the semiconductor laser and micro-rotating polygon mirror are integrated as shown in the second embodiment, the light emitted from the semiconductor laser does not become a parallel beam, but spreads out at a certain angle. For this reason, the effect of beam swinging by the rotating polygon mirror is considerably reduced. Therefore, in this embodiment, the mirror surface of the rotating mirror 2 is a concave mirror.
これによりレーザビームが集光され、ビームを振る効果
を大きくすることができる。As a result, the laser beam is focused, and the effect of beam waving can be increased.
第5図に本発明の第4実施例を示す。FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention.
本実施例は、半導体レーザから出射したレーザ光を凹面
鏡9によって平行ビームに変え、回転多面鏡2によって
このビームを振るよう構成したものである。In this embodiment, a concave mirror 9 converts laser light emitted from a semiconductor laser into a parallel beam, and a rotating polygon mirror 2 swings this beam.
この効果は、先の実施例3と全く同じであるが、凹面鏡
9に入射するレーザ光の角度が常に一定であるため、ビ
ームの振る角度に影響されず常に平行ビームを出すこと
ができるという利点をもっている。This effect is exactly the same as in the third embodiment, but since the angle of the laser beam incident on the concave mirror 9 is always constant, the advantage is that a parallel beam can always be emitted without being affected by the angle at which the beam swings. have.
この凹面鏡9は回転多面鏡2と全く同様にして作ること
ができる。This concave mirror 9 can be made in exactly the same manner as the rotating polygon mirror 2.
本発明によれば、複数の微小回転多面鏡を同一基板上に
同時に形成できるため、低価格で製作で、きるとともに
、微小化が容易であり装置全体のコンバク1−化に大き
く貢献できる。According to the present invention, since a plurality of micro-rotating polygon mirrors can be simultaneously formed on the same substrate, it can be manufactured at low cost, and miniaturization is easy, which can greatly contribute to the miniaturization of the entire device.
さらに、半導体レーザとの集積化も可能であり、部品点
数の減少によりさらなる低価格、コンパクト化並びに信
頼性の向上を図ることが可能となる。Furthermore, it is possible to integrate it with a semiconductor laser, and by reducing the number of parts, it becomes possible to further reduce the cost, make it more compact, and improve reliability.
また本発明は、密着イメージセンサ、光プリンタ、デイ
スプレィ等へ応用でき、これらの機器の性能向上、低価
格化に大きく寄与することができる。Further, the present invention can be applied to contact image sensors, optical printers, displays, etc., and can greatly contribute to improving the performance and lowering the prices of these devices.
第1図(a)(b)は本発明の第1実施例を示す平面図
及び断面図、第2図(a)〜(b)は本発明で使用する
微小回転多面鏡を製作する方法の一例を段階的に示す断
面図、第3図(a) (b)は本発明の第2実施例を
示す平面図及び断面図、第4図は本発明の第3実施例を
示す平面図、第5図は本発明の第4実施例を示す平面図
、第6図は従来例を示す斜視図である。
■・・・基板 2・・・回転多面鏡2A・
・・回転子電極凸部 3・・・軸4・・・固定子電極
5・・・絶縁膜8・・・レシス1−バクーン
9・・・凹面鏡21・・・多結晶シリコン
61.62.63・・・燐珪酸ガラス(P S G)7
1・・・金属膜 105・・・レーザビーム第
図
手続補正書
(方式)
補正の内容
平成1年
4月
28日
畜□
1)明細書第11頁第5行に「第2図(a)とあるのを
、
「第2図(a)〜(d)」と補正する。
〜 (b)
事件の表示
平成1年
特許願
第27825号
発明の名称
以上
微小光スキャナ
補正をする者
事件との関係 特許出願人 <−E’政V画&’ニー
ヨ71 表示変更住所 大阪府大阪市中央区道峰町3丁
目5番11号名称 (400)日本板硝子株式会社代
表者 中 島 達 二FIGS. 1(a) and 1(b) are a plan view and a sectional view showing a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) to (b) show a method for manufacturing a micro-rotating polygon mirror used in the present invention. 3(a) and 3(b) are plan views and sectional views showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a plan view showing a third embodiment of the present invention, FIG. 5 is a plan view showing a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a perspective view showing a conventional example. ■... Substrate 2... Rotating polygon mirror 2A.
... Rotor electrode convex portion 3 ... Shaft 4 ... Stator electrode 5 ... Insulating film 8 ... Resis 1-Bakuun
9... Concave mirror 21... Polycrystalline silicon 61.62.63... Phosphorsilicate glass (PSG) 7
1... Metal film 105... Laser beam diagram procedure amendment (method) Contents of amendment April 28, 1999 □ 1) In the 5th line of page 11 of the specification, "Figure 2 (a) The text has been corrected to ``Figure 2 (a) to (d).'' ~ (b) Representation of the case Relationship with the case of the person who makes the correction for the weak light scanner over the name of the invention in 1999 Patent Application No. 27825 Patent applicant
Yo71 Display change address 3-5-11 Domine-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Name (400) Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Representative Tatsuji Nakajima
Claims (1)
取り付け、該基板上に前記多面鏡体を囲んで適宜数の固
定子電極を設けるとともに、前記多面鏡体側には、前記
固定子電極に対向する回転子電極部を外周に適宜間隔で
設けて、両者で静電モータを構成し、前記固定子電極へ
の電圧印加を順次切り変えることにより、多面鏡を回転
させるようにしたことを特徴とする微小光スキャナ。 2)前記多面鏡体の鏡面を凹面として集光作用を持たせ
た請求項1に記載の微小光スキャナ。 3)前記基板上に、前記多面鏡へ光ビームを投射する光
源としての半導体レーザを集積形成した請求項1又は2
に記載の微小光スキャナ。 4)前記半導体レーザと回転多面鏡との間に、凹面鏡を
設けた請求項3に記載の微小光スキャナ。[Scope of Claims] 1) A microscopic polygonal mirror is rotatably attached to a shaft erected on a substrate, an appropriate number of stator electrodes are provided on the substrate surrounding the polygonal mirror, and On the mirror body side, rotor electrode portions facing the stator electrodes are provided at appropriate intervals on the outer periphery, and both constitute an electrostatic motor, and by sequentially switching the voltage application to the stator electrodes, a multi-faceted A microscopic optical scanner characterized by a rotating mirror. 2) The microscopic optical scanner according to claim 1, wherein the mirror surface of the polygon mirror is a concave surface to have a light condensing effect. 3) Claim 1 or 2, wherein a semiconductor laser as a light source for projecting a light beam onto the polygon mirror is integrally formed on the substrate.
Microscopic optical scanner described in . 4) The micro optical scanner according to claim 3, further comprising a concave mirror provided between the semiconductor laser and the rotating polygon mirror.
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JP2782589A JP2668725B2 (en) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | Low light scanner |
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JP2668725B2 JP2668725B2 (en) | 1997-10-27 |
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JP2782589A Expired - Fee Related JP2668725B2 (en) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | Low light scanner |
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-
1989
- 1989-02-07 JP JP2782589A patent/JP2668725B2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2668725B2 (en) | 1997-10-27 |
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