CN101082698A - 光偏转器和使用该光偏转器的光学仪器 - Google Patents

Abstract

光偏转器包括振荡系统和用于驱动振荡系统的驱动系统，振荡系统包括第一振荡器、第一扭力弹簧、第二振荡器、第二扭力弹簧和支撑部件，第一振荡器包括具有被配置为偏转光的光偏转元件的第一可活动元件，第二振荡器包括具有被配置为调整质量的质量调整部件的第二可活动元件，其中，第一可活动元件由第二可活动元件通过第一扭力弹簧弹性地支撑，用于围绕振荡轴进行扭转振荡，其中，第二可活动元件由支撑部件通过第二扭转弹簧弹性地支撑，用于围绕振荡轴进行扭转振荡，以及其中，振荡系统具有至少两种具有不同的频率的围绕振荡轴振荡的固有振荡模式。

Description

光偏转器和使用该光偏转器的光学仪器

技术领域

本发明涉及光偏转器和生产光偏转器的方法，以及例如使用这样的光偏转器的诸如成像装置或显示设备的光学仪器。本发明的光偏转器适用于其中图像是基于光的偏斜扫描而投射的投影显示器，或者诸如激光束打印机或数字复印机的具有电子照相方式的成像装置。

背景技术

关于这样的光偏转器，已经提出了各种光学扫描系统或光学扫描设备，其中，具有反射面的可活动元件按正弦波方式振荡，以使光偏转。与使用旋转多边形反射镜(多面反射镜)的扫描光学系统相比，具有基于共振现象按正弦波方式振荡的光偏转器的光学扫描系统具有诸如下列的一些有益特征。即，可以使光偏转器的尺寸相当小；功率消耗低；特别是，由单晶硅制成的并通过半导体工艺生产的那些光偏转器从理论上来讲没有金属疲劳并具有良好的耐久性。

在这样的光偏转器中，相对于所需的驱动频率，预先确定要作为目标的固有振荡模式的频率。对于光偏转器的生产方法，也有某些良好的建议。一个示例是：一种平面电检镜包括具有反射面的可活动板和线圈，并被弹性地支撑，用于相对于扭转轴进行振荡运动，在可活动板的相对端提供惯性负载部分，将激光束投射到其上以去除质量，以便调整转动惯量，并获得所需要的频率(参见下面的专利文件No.1)。

另一个示例是：用质量构件(例如通常是树脂)涂覆可活动板，并基于上文所描述的原理来调整频率(参见专利文献No.2)

另一方面，基于共振现象的某些光偏转器使用这样的方法：在扭转振荡方向同时激励两种或更多种固有振荡模式，以执行不同于正弦光学扫描的光学扫描。这涉及这样的光偏转器：同时激励围绕同一个中心轴的两种或更多种固有振荡模式，以产生斩波状的大致恒定的角速度扫描(参见专利文献No.3)。图18是用于说明这种光偏转器的方框图。

在图18中，一般在1012表示的光偏转器包括第一可活动元件1014、第二可活动元件1016、用于连接并弹性地支撑它们的第一扭力弹簧1018、用于弹性地支撑第二可活动元件1016和机械接地表面1023的第二扭力弹簧1020。所有这些组件都可以通过驱动单元1030围绕扭转轴1026被扭转振荡。第一可活动元件1014具有反射面，用于偏转光，并且响应第一可活动元件1014的扭转振荡，而使来自光源的光在进行扫描时发生偏转。至于围绕扭转轴1026的扭转振荡，光偏转器1012具有参考频率的一阶固有振荡模式，以及大致为参考频率的三倍的频率的二阶固有振荡模式。驱动单元1030以两种频率驱动光偏转器1012，即，一阶固有振荡模式的频率和三倍于前者但是相位相同的频率。因此，光偏转器1012基于一阶固有振荡模式以及二阶固有振荡模式进行扭转振荡。结果，由第一可活动元件1014反射的光的偏斜扫描的位移角基于这两种振荡模式的叠加，它大致像斩波那样变化，而不是按正弦方式变化。结果，至于偏斜扫描的角速度，与基于正弦波的位移角相比，大致恒定的角速度区域变得更宽。因此，可用区域与整个偏斜扫描范围的比率可变得更大。

另一方面，第一可活动元件1014在其偏斜扫描反射面的背后具有位移检测反射面1015。位移检测装置1032将光投射到位移检测反射面1015上，并检测来自其的反射光，从而检测第一可活动元件1014的位移角。位移角检测信号通过信号线1034，借助于带通滤波器电路1036，只有一阶固有振荡模式的频率分量被提供到第一信号线1038和第二信号线1040。来自第一信号线1038的信号被施加于乘法器1042，通过乘法器，信号被转换为三倍频率信号。为此，乘法器1042配备有相位调整输入端1054和振幅调整输入端1055。通过这两个输入端，可以调整乘法器1042的输出信号的相位和最大振幅，以便由位移检测装置1032检测到的第一可活动元件的偏斜扫描的位移呈现大致的斩波形状。

来自乘法器1042的信号被输入到加法器1046。加法器1046将来自乘法器1042的信号以及通过第二信号线1040和自动增益控制电路1060的一阶固有振荡模式的频率信号相加，并产生用于光偏转器1012的驱动信号。此驱动信号通过信号线1048被提供到驱动电路1050，通过该驱动电路，基于一阶固有振荡模式和三倍频率信号的组合波形，对驱动装置1023进行驱动。

自动增益控制电路1060包括峰值检测电路1056、微分放大电路1061、预置振幅1063、放大器1062和增益控制电路1064。上文所提及的第二信号线1040分成两条信号线1040a和1040b。来自信号线1040a的信号用来通过微分放大电路1061检测由峰值检测电路1056检测到的最大振幅与预置振幅1063(其是预定的振幅值)之间的差。所产生的微分信号被提供到用于控制增益控制电路1064的放大器1062，并且此信号还用来控制增益控制电路1064，以便来自信号线1040b的信号与预置振幅1063具有相同的增益。

[专利文献]

No.1：日本专利申请公开

No.2002-40355

No.2：日本专利申请公开

No.2004-219889

No.3：美国专利No.4,859,846

发明内容

然而，在诸如上文所描述的基于共振现象的光偏转器中，不容易同时确保大的扫描角和高的扫描可再现性。此外，在具有多个振荡器和多个扭力弹簧的振荡系统中，由于诸如处理容差(process tolerance)的因素，容易发生频率偏离。因此，希望在这样的振荡系统中确保高的扫描可再现性和用于准确地根据需要调整多种固有振荡模式的频率的方便的可调整性。

根据本发明的一个方面，提供了一种光偏转器，包括：振荡系统；以及被配置为驱动所述振荡系统的驱动系统；其中，所述振荡系统包括第一振荡器、第一扭力弹簧、第二振荡器、第二扭力弹簧和支撑部件，其中，所述第一振荡器包括具有被配置为偏转光的光偏转元件的第一可活动元件，所述第二振荡器包括具有被配置为调整质量的质量调整部件的第二可活动元件，所述第一可活动元件由所述第二可活动元件通过所述第一扭力弹簧弹性地支撑，用于围绕振荡轴进行扭转振荡，所述第二可活动元件由所述支撑部件通过所述第二扭转弹簧弹性地支撑，用于围绕振荡轴进行扭转振荡，以及其中，所述振荡系统具有至少两种具有不同的频率、围绕振荡轴振荡的固有振荡模式。

根据本发明的另一个方面，提供了一种生产如上文所述的光偏转器的方法，包括：将激光投射到所述质量调整部件，以去除一部分所述质量调整部件的步骤。

根据本发明的再一个方面，提供了一种光学仪器，包括：光源；如上文所述的光偏转器；以及光敏部件和图像显示部件中的一个；其中，所述光偏转器被配置为偏转发自所述光源的光，并将至少一部分偏转的光引导到所述光敏部件或图像显示部件上。

根据本发明的一个方面的光偏转器可具有多种固有振荡模式，其中，多个振荡器的一个(第二个)可配备有质量调整部件，用于调整质量。这就可以对固有振荡模式的频率进行简单而方便的调整，并确保良好的扫描可再现性。

通过下面的参考附图对优选实施例进行的详细描述，本发明的这些目的及其他目的、特点和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的第一个工作示例的光偏转器的平面图。

图2A是根据本发明的第一个工作示例的光偏转器的纵截面。

图2B是沿着图1中的线A-A截取的、根据本发明的第一个工作示例的光偏转器的截面。

图3是用于说明由根据本发明的第一个工作示例的光偏转器在进行扫描时偏转的光的位移角的图形。

图4是用于说明由根据本发明的第一个工作示例的光偏转器在进行扫描时偏转的光的角速度的图形。

图5A是用于说明理想的扫描可再现性的示意视图。

图5B是用于说明由于扫描位置偏移而导致的扫描可再现性恶化的示意视图。

图6是显示了在本发明的第一个工作示例中的、其中没有形成反射面的振荡系统一侧的结构的平面图。

图7A是用于说明在没有重心偏移的理想状态下扭转振荡的示意视图。

图7B是用于说明在有重心偏移的状态下扭转振荡的示意视图。

图7C是用于说明在有重心偏移的另一种状态下扭转振荡的示意视图。

图8是根据本发明的第二个工作示例的光偏转器的平面图。

图9是沿着图8中的线A-A截取的根据本发明的第二个工作示例的光偏转器的截面。

图10A是用于说明本发明的第二个工作示例中的激光束机械加工过程的一个过程的平面图。

图10B是用于说明本发明的第二个工作示例中的激光束机械加工过程的另一个过程的平面图。

图10C是沿着图10B中的线C-C截取的、用于说明如图10B所示的第二个工作示例中的过程的截面图。

图11是用于说明本发明的第二个工作示例的修改形式的截面图。

图12A是根据本发明的第三个工作示例的光偏转器的平面图。

图12B是显示了在本发明的第三个工作示例中的、其中没有形成反射面的振荡系统一侧的结构的平面图。

图13是沿着图12A中的线B-B截取的根据本发明的第三个工作示例的光偏转器的截面图。

图14是沿着图12A中的线D-D截取的本发明的第三个工作示例中的扭力弹簧的截面图。

图15是用于说明本发明的第三个实施例中的生产振荡器的过程的截面示意视图。

图16是用于说明本发明的第三个实施例中的生产扭力弹簧的过程的截面示意视图。

图17是显示了具有本发明的光偏转器的光学仪器的工作示例的透视图。

图18是用于说明已知类型的光偏转器的方框图。

具体实施方式

现在将参考附图详细描述本发明的优选实施例。

下面将描述本发明的一个实施例。此实施例涉及具有多个振荡器的振荡系统，其中，可以只在无反射面(光偏转元件)的第二振荡器处提供质量调整部件，以便可以将多种固有振荡模式的频率正好设置到期望值。如此，确保了良好的扫描可再现性。通常，为增强使用这样的质量调整部件的效果，可以将质量调整部件和磁体(其可以是驱动单元的一个组件)设置成其间夹着振荡轴。优选情况下，可以将磁体和质量调整部件设置成夹着振荡轴，并使它们位于第二振荡器的相对的表面。在该情况下，可以以稍后参考工作示例所描述的方式来设置它们，或者也可以使它们按对角方式设置，同时夹着振荡轴。作为再一个备选方案，它们可以被设置在第二振荡器的同一个表面上，同时在它们之间夹着振荡轴。无论如何，通过按所描述的方式设置磁体和质量调整部件，第二振荡器的重心可以大致与振荡轴对齐，确保了良好的扫描可再现性。

根据此实施例的用于在扫描时偏转来自光源的光的光偏转器可以包括：振荡系统；用于保持该振荡系统的固定部件；以及用于驱动该振荡系统的驱动单元，其中，驱动系统可以包括例如稍后将描述的磁体和线圈。驱动单元可以使用静电力、压电器件等等。振荡系统可以包括第一振荡器、第一扭力弹簧、第二振荡器、第二扭力弹簧和支撑部件。第一振荡器可以包括第一可活动元件，该元件具有用于反射来自光源的光的反射面。第二振荡器可以包括第二可活动元件，该元件具有用于调整第二振荡器的质量的质量调整部件。可以向该质量调整部件添加磁体，以响应来自驱动单元的固定线圈的磁场而产生转矩。

第一可活动元件可以由第一扭力弹簧(弹性支撑装置)弹性地支撑，用于相对于第二可活动元件围绕振荡轴产生扭转振荡。第二可活动元件可以由第二扭力弹簧(弹性支撑装置)弹性地支撑，用于相对于支撑部件围绕振荡轴产生扭转振荡。支撑部件可以固定到固定部件上。振荡系统可以具有至少两种不同频率的固有振荡模式，驱动单元可以使振荡系统围绕扭转轴，同时在这些固有振荡模式的频率周围产生扭转振荡。

在具有所描述的这种振荡系统的根据此实施例的光偏转器中，可以只在第二振荡器处提供质量调整部件(通常，可向其添加磁体)。因此，可以使其转动惯量大于第一振荡器的转动惯量。因此，在此实施例中，如果必须调整第一和第二振荡器中的某一个的转动惯量，可以选择性地并令人满意地只调整多种固有振荡模式中的特定固有振荡模式的频率。为了调整第一振荡器，可以去除振荡器主体的一部分，或者向其添加质量。稍后将描述特定固有振荡模式的频率的选择性的可调整性的原理。

此外，在此实施例中，由于磁体和质量调整部件的效果，光偏转器的扫描可再现性提高。一般而言，在光偏转器中，在逐行扫描(successive scan)操作中，振幅、相位、光斑扫描速度和光斑轨迹的可再现性是非常重要的。如果在逐行扫描过程中这些值偏移，则会直接导致在成像装置中使用了该光偏转器的情况下图像质量的恶化。

这里，导致扫描可再现性的恶化的第一个因素是在振荡过程中振荡器从周围环境遭受到的阻力。如果振荡器在垂直于振荡轴的方向(即，围绕扭转振荡的振荡轴的惯量的力矩臂(moment arm ofinertia)的方向，可以叫做“振荡器的宽度”)的尺寸大，则振荡器的外周部分很快地搅动周围环境。这会导致扰动流，因而空气阻力的大小将在每次扫描时产生变化。在基于振荡器的共振现象的光偏转器中，这种阻力的变化对应于粘滞阻尼的变化，从而扫描可再现性降低。

通过使用如上文所描述的磁体和质量调整部件，可以使第二振荡器总体上的转动惯量大于第一振荡器的转动惯量，同时减小了第二振荡器的宽度。通常，可以只在第二振荡器处提供磁体。在利用磁体作为转矩生成源的同时，磁体的质量还可以用作转动惯量。因此，在没有特别地确保安装驱动单元的空间的情况下，可以使第二振荡器的宽度为小。

用于向第二振荡器提供转动惯量的功能可以在磁体和质量调整部件之间共享。因此，通过部分地去除质量调整部件，可以使转动惯量的可调范围变宽。此外，如果适当地选择质量调整部件的体积和密度，可以通过部分地去除质量调整部件的步骤扩大待调整的固有振荡模式的频率带宽。

特别地，可以使用吸光材料作为质量调整部件，这样便可以使用激光束机械加工。如此，在该情况下可完成高精度的和高速的质量去除操作。

导致扫描可再现性恶化的第二个因素是围绕振荡轴的不希望振荡。如果与围绕振荡轴的扭转振荡一起存在围绕任何其他轴的平移运动或振荡运动，则光学偏转面的扭转振荡将是组合的运动，与这样的不希望的振荡组合在一起。这将会导致在逐行扫描操作过程中振幅、相位、光斑扫描速度和光斑轨迹产生变化。

同时，取决于动力学运动的方向，诸如上文所描述的不希望的振荡分量将产生具有不同于驱动频率的特征频率的激励力，关于这一点，稍后将参考工作示例进行描述。在此实施例中，振荡系统可以具有由扭力弹簧弹性地支撑的多个振荡器，可以使用围绕振荡轴的多种固有振荡模式。如果存在基于不希望的振荡分量的特征频率的激励力，则将由此激励不同于驱动信号的分量将要激励的固有振荡模式的固有振荡模式。结果，围绕振荡轴的固有振荡模式不再独立，将产生耦合振荡。如果产生了这样的耦合振荡，则在逐行扫描操作过程中振幅、相位、光斑扫描速度和光斑轨迹产生变化。因而，由此显著降低了扫描可再现性。

在使用围绕振荡轴的扭转振荡的此实施例的振荡系统中，在扭转振荡方向上有可能会发生大的位移。因此，如果相对振荡轴有重心偏移，则它会导致比较大的惯性力，而这样的惯性力将导致如上文所描述的不希望的振荡。使用的扫描角越大，这种可能性就越大。如此，当在成像装置中集成了该光偏转器时，这是一个关键问题。

在此实施例中，通常，磁体和质量调整部件可设置成其间夹着振荡轴。即，第二振荡器的重心可以大致与振荡轴对齐。利用此结构，可以很好地避免不希望的振荡与固有振荡模式之间的耦合振荡，并确保了良好的扫描可再现性。此外，即使由于处理容差而导致重心偏移，例如，通过部分地去除质量调整部件，也可以将重心位置调整为大致与振荡轴对齐。

至于在其上面形成了诸如反射面的光偏转元件的第一可活动元件，其平整性对于获得良好的反射光斑是非常重要的。由于下列因素，第一可活动元件可能会变形。首先，对应于扭转振荡的角加速度将会使第一可活动元件变形。此外，由于诸如温度或湿度的外界环境的任何变化所导致的部件的膨胀也会导致变形。在此实施例中，通常，可以只在第二可活动元件处提供磁体和质量调整部件(即，不在第一可活动元件处提供)，这样便可以避免上文所描述的第一可活动元件的变形。如此，可获得良好的光学扫描特征。

在本发明的此实施例中，如上文所描述的，基于可以只在第二可活动元件处提供的质量调整部件(可以向其添加磁体)的效果，可以轻松而准确地将多种固有振荡模式的频率调整到期望值，此外，还可确保良好的扫描可再现性。

因此，在进行图像形成或图像显示的情况下，不仅可以改善扫描可再现性，而且，即使将透镜设置于光偏转器的后面，也可以稳定光学扫描的位置与速度之间的关系。如此，成功地实现了良好的光扫描单元。

具有根据本发明的此实施例的光偏转器的诸如图像显示设备或成像装置的光学仪器可以包括光源、如前所述的光偏转器和光敏部件或图像显示部件。光偏转器可以用于偏转来自光源的光，并将至少一部分偏转的光引导到光敏部件或图像显示部件上。

接下来，将参考图形描述本发明的具体工作示例。

[第一个工作示例]

图1、2A、2B和6显示了根据本发明的第一个工作示例的光偏转器。这里，图1是平面图。图2A是沿着包含图1的振荡轴17并垂直于图1的纸张的平面所截取的截面图。图2B是沿着图1中的线A-A截取的截面图。图6是从底部观察的图1的振荡系统160的组件的平面图。振荡系统160包括反射面22、第一振荡器41、第一扭力弹簧12、第二振荡器42、第二扭力弹簧14和支撑部件15。

第一振荡器41包括在其上形成有反射面22作为用于偏转光的光学偏转元件的第一可活动元件。反射面22由铝制成，并通过汽相沉积形成。此反射面可以由诸如金或铜的任何其他材料制成。可以在其最上面的表面上形成保护膜。

如图1、2A和2B所示，第二振荡器42包括一对第二可活动元件13，每一个都具有永磁体151和质量调整部件19。由于质量调整部件19和永磁体151设置于可活动元件的相对表面，它们之间夹着振荡轴17，因此，质量调整部件19和永磁体151的各自的重心位置相对于振荡轴17放置成大致彼此呈点对称的关系。如此，每一个第二振荡器42(可活动元件13)的重心位置大致与振荡轴17的位置对齐。质量调整部件19是由磷青铜制成的片状部件，它通过粘合剂被固定到第二可活动元件13上。质量调整部件19可以由诸如金属、介电材料或半导体的、吸收稍后描述的机械加工激光束的材料制成。在此示例中，所使用的永磁体的数量是四个(两对)，如图所示。然而，可以根据需要使用任何数量。

下面将说明此工作示例中的驱动原理，以及其结构。在此示例中，如图1所示的振荡系统160通过下面将描述的驱动单元围绕振荡轴17进行扭转振荡。如图1所示的并包括第一可活动元件11、第一扭力弹簧12、第二可活动元件13、第二扭力弹簧14和支撑部件14的振荡系统160，是通过根据半导体制造方法的光刻过程和刻蚀过程从单晶硅衬底整体地生产出来的。因此，加工精度非常高，可以生产相当小的振荡系统。此外，由于单晶硅具有高的杨氏模量和小的密度，因此，由于振荡器的自重导致的变形非常小。因此，实现了在共振过程中具有大振幅放大系数的振荡系统。

在此工作示例中，第一可活动元件11在垂直于振荡轴17的方向的尺寸为3毫米，在平行于该轴的方向的尺寸为1毫米。振荡系统160的全长大约是20毫米。第一振荡器41由一对第一扭力弹簧12弹性地支撑，用于围绕振荡轴17进行扭转振荡。如图所示，第二振荡器42实际包括一对沿着振荡轴17方向设置的振荡器，同时它们之间夹着第一振荡器41。每一个第二振荡器42都由支撑部件15和第二扭力弹簧14弹性地支撑，用于围绕振荡轴17进行扭转振荡。如此，第一振荡器41和配对的第二振荡器42串联地设置，并被弹性地支撑，用于围绕振荡轴17进行扭转振荡。

这里，由于第一可活动元件11应该被形成为具有反射面22，因此，在驱动过程中其平整性特别重要。此示例的第一可活动元件11通过一对扭力弹簧12在其相对端被支撑。因此，与单一弹簧支架相比，可以很好地避免由于其自重而导致的变形，并可以保持更好的平整性。

在图1、2A、2B和6中，显示了固定部件150和驱动单元。如图所示，此工作示例的驱动单元包括永磁体151和固定到固定部件150上的固定线圈152。如图2A、2B和6所示，第二可活动元件13的每一个永磁体151都是棱镜状的金属磁体，长度大约为2毫米，截面尺寸为250μm×250μm。永磁体151沿着其长度方向具有极化(磁化)方向，并通过粘合剂固定到第二可活动元件13上。

从图2A和2B可以看出，固定部件150用于适当地保持振荡系统160、永磁体151和固定线圈152的位置。响应于施加驱动AC电流，这些固定线圈152在如图2B所示的箭头H的方向产生交变磁场。由于永磁体151的磁通密度方向位于箭头B的方向，因此，由固定线圈152产生的磁场围绕振荡轴17产生转矩，由此驱动振荡系统160。如图2A所示，支撑部件15的相对端由固定部件150固定地支撑。此外，如图所示，此工作示例的光偏转器具有两个固定点，用于固定两个第二扭力弹簧14分别连接到其上的支撑部件。

接下来，将比较详细地说明根据此工作示例的光偏转器的锯齿波状振荡的驱动原理。至于围绕扭转轴17的扭转振荡，此示例的振荡系统160具有频率为f₁的一阶固有振荡模式，以及频率大致为参考频率的两倍的频率f₂的二阶固有振荡模式。此振荡系统160可以被当作相对于扭转振荡的自由度为“2”的振荡系统。

另一方面，固定线圈152根据基于参考频率f₀(由系统应用的规范确定的目标驱动频率)和两倍于参考频率的频率2f₀的组合驱动信号来驱动振荡系统160。参考频率f₀以及固有振荡模式频率f₁和f₂具有下面所描述的关系，此示例的光偏转器基于固有振荡模式的大的动态-静态模量比率(振幅放大系数)，以低功耗执行组合波驱动。

特别地，固有模式频率f₁被设计为接近于参考频率f₀。这里，如果一阶和二阶固有振荡模式的模式阻尼比(其代表在固有模式频率下，动态-静态模量比值曲线的峰值的陡度，约等于1/2Q)分别由γ1和γ2表示，则其范围按如下方式表示。

f₀(1-2γ₁)＜f₁＜f₀(1+2γ₁)    ...(1)

此外，在此说明书中，按如下方式定义有关频率f₁和f₂的频率比的失调Δ，并确定“大致乘以整数”的范围。失调Δ通过Δ＝N(f₁/f₂)被定义为振荡系统的频率f₁和f₂成“N倍”关系的指数。例如，在此说明书中，“大致两倍”这种措辞是指下面的公式(2)表达的范围。

$-2({\mathrm{\&gamma;}}_1+{\mathrm{\&gamma;}}_2)+1<2\frac{f_1}{f_2}<2({\mathrm{\&gamma;}}_1+{\mathrm{\&gamma;}}_2)+1...\left(2\right)$

另外，在此工作示例中，频率比在下列范围内。

$-({\mathrm{\&gamma;}}_1+{\mathrm{\&gamma;}}_2)+1<2\frac{f_1}{f_2}<({\mathrm{\&gamma;}}_1+{\mathrm{\&gamma;}}_2)+1...\left(3\right)$

在此示例的振荡系统160中，γ1大约是0.0007，而γ2大约是0.00025。在此示例中，通过固定线圈152，f₀和2f₀的振荡在两种固有振荡模式的峰值周围被激励，基于它驱动振荡系统160。特别地，在由公式(1)定义的范围内，至于频率f₀的振荡(其是正弦波组合驱动的消耗电功率的主要成分)，可以使用一阶固有振荡模式的具有大的动态-静态模量比率(振幅放大系数)的范围。因此，光偏转器的功率消耗被降低。

下面将更详细地说明驱动方法。图3是以时间t为横轴的图形，它说明在频率f₀的扭转振荡过程中第一振荡器11的位移角(在此说明书中，由于可活动元件的往复振荡的位移角和由光偏转器偏斜地扫描的光的位移角只是相对于常数不同，因此它们被认为是等同的)。具体来说，图3显示了对应于第一振荡器可活动元件11的扭转振荡的一个周期T₀的部分(-T₀/2＜X＜T₀/2)。

曲线61描绘了用于驱动固定线圈152的驱动信号的参考频率f₀的分量。它是在最大振幅±₁范围内往复地振荡的正弦振荡，并用下面的公式(4)来表达，其中，时间是t，角频率是w₀＝2πf₀。

θ₁＝₁sin[w₀t]    ...(4)

另一方面，曲线62描绘了两倍于参考频率f₀的频率分量，它是在最大振幅±₂范围内振荡的正弦振荡，并用下面的公式(5)来表达。

θ₂＝₂sin[2w₀t]    ...(5)

曲线63描绘了作为上文所描述的驱动的结果产生的第一振荡器可活动元件11的扭转振荡的位移角。至于围绕扭转轴17的扭转振荡，光偏转器具有频率为f₁的固有振荡模式和频率为f₂的二阶固有振荡模式，如上文所描述的，在参考频率f₀和两倍于参考频率的频率2f₀的周围进行调整。因此，在光偏转器中发生了由对应于θ₁的驱动信号激励的共振和由对应于θ₂的驱动信号激励的共振。即，曲线63中的第一振荡器可活动元件11的位移角基于由这两个正弦振荡的叠加提供的振荡；即，产生了可以用下面的公式(6)表达的锯齿波状振荡。

θ＝θ₁+θ₂＝₁sin[w₀t]+₂sin[2w₀t]    ...(6)

图4显示了通过对图3中的曲线61和63以及直线64进行微分而获得的曲线61a、63a和直线64a，它还显示了这些曲线的角速度。与描绘了参考频率f₀的正弦振荡的角速度的曲线61a相比，描绘了第一振荡器可活动元件11的锯齿波状往复振荡的角速度的曲线63a具有这样的特点：在部分N-N′，角速度被保持在具有分别对应于最大角速度V₁和最小角速度V₂的上限和下限的范围之内。如此，如果在基于使用该光偏转器的光学偏斜扫描的应用中，V1和V2存在于在从对应于恒定角速度扫描的直线64a开始的角速度的允许误差范围内，则部分N-N′可以被认为是基本上恒定的角速度扫描区域。

如上文所描述的，与基于遵循正弦波的位移角的振荡相比，锯齿波往复振荡的确为偏斜扫描的角速度提供了其中角速度基本上恒定的宽得多的区域。如此，可用的区域与整个偏斜扫描区域的比率显著地扩大。此外，基于锯齿波的驱动确保了扫描线的有规律的间隔，这例如对于打印机的应用是相当有利的。

虽然前面的描述是参考其中固有振荡模式的频率f₁和f₂成“双倍”关系(后者大致是前者的两倍)的示例来进行的，但是，也可以设置后者大致是前者的三倍的“三倍”关系。在这种情况下，类似于“双倍”关系，通过基于正弦波的叠加的振荡，提供了斩波状的振荡。由于这使得可利用光的往复扫描，因此，特定可用频率下的扫描线的数量可以翻倍。

根据此工作示例，只在第二振荡器42处提供永磁体151和质量调整部件19。因此，可以使第二振荡器42的转动惯量大于第一振荡器41的转动惯量。在此特定示例中，前者大约是后者的5倍。由于转动惯量的这种关系，即使由于诸如处理容差的任何误差等等使得频率f₁和f₂偏离参考频率f₀(其是目标驱动频率)并且频率f₂是参考频率的两倍，也可以令人满意地调整这两个频率f₁和f₂。细节如下。

在此工作示例的振荡系统160中，围绕振荡轴17的一阶和二阶固有振荡模式的频率f₁和f₂可以通过下面的公式(7)给出的关系近似地表达，其中I₁是第一可活动元件11的转动惯量，I₂是配对的第二可活动元件13的转动惯量，而K₁和K₂分别是第一扭力弹簧12和第二配对的扭力弹簧14的弹簧常数。

${\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{\mathrm{1,2}}\right)}^2=\frac{1}{2}(\frac{K_1+K_2}{I_2}+\frac{K_1}{I_1})\stackrel{-}{+}\frac{1}{2}\sqrt{{(\frac{K_1+K_2}{I_2}+\frac{K_1}{I_1})}^2-4\frac{K_1{K}_2}{I_1{I}_2}}...\left(7\right)$

从公式(7)可以看出，如果I₁和I₂之间的差不大，则频率f₁和f₂两者都将随着I₁和I₂的增大/减小而变化。因此，为了分别朝着所需频率f₀和2f₀的方向调整频率f₁和f₂，必须扩大I₁和I2的增大/减小的量，否则，朝着期望的值的方向调整频率是不可能的。

另一方面，在公式(7)中，如果I₁＜＜I₂，则对两个振荡器的转动惯量I₁和I₂的调整而产生的频率f₁和f₂的改变具有这样的特征：频率f₁响应于I₁的增大/缩小而变化，而频率f₂响应于I₂的增大/减小而变化；然而I₁的增大/减小导致的频率f₂的变化非常小，同时I₂的增大/减小导致的频率f₁的变化非常小。

考虑到如上文所描述的振荡系统160的特征，此工作示例的振荡系统160的结构是这样的：以便只在第二振荡器42处提供永磁体151和质量调整部件19，由此满足关系I₁＜＜I₂，同时确保了下面将描述的扫描可再现性的改善。特别地，只在第二振荡器42处提供磁体1 51的确可以使得在利用磁体作为转矩生成源的同时，磁体的质量还可以用作转动惯量，以确保关系I₁＜＜I₂成立。

在此工作示例的振荡系统160中，基于激光束投影，第一振荡器11和/或质量调整部件19被部分地去除，以减小I₁和I₂的适当的量，由此调整频率f₁和f₂以满足由公式(1)或公式(3)定义的关系。通过借助于扫描驱动频率来测量振荡系统160的振幅，便可以确定固有振荡模式的频率f₁和f₂与它们的目标值之间的任何偏离。基于如此测量的值，可以根据公式(7)计算出所需要的调整量δI₁和δI₂。然后，通过借助于使用激光束部分地去除第一可活动元件和/或质量调整部件19，可以根据需要准确地调整频率f₁和f₂。

具体来说，关于调整量δI₂，通过在磁体和质量调整部件之间共享向第二振荡器42提供转动惯量的功能，与去除第二可活动元件13本身的一部分的情况相比，通过激光束机械加工去除的单位体积的调整量δI₂扩大。因此，可以使基于激光束机械加工的对固有振荡模式的频率调整是快速的，且确保生产成本降低。此外，由于要去除的单位体积的调整量δI₂大，因此，即使第二振荡器42的宽度小，也可使频率可调范围是大的。利用这些特点，不仅稍后所描述的扫描可再现性得到改善，而且也可以使振荡系统160的尺寸为小。因此，在根据半导体制造方法从单晶硅衬底生产设备的情况下，生产成本更进一步降低。

下面将参考图5A和5B说明与扫描可再现性有关的问题，当发自光源的光在进行扫描时被光偏转器偏转时可能会发生这些问题。图5A是用于说明通过使用理想的光偏转器进行扫描的结果的示意图。图中的箭头描述了所设计的主扫描线。扫描光斑70的轨迹与设计的主扫描线准确地彼此对准。这里，各光斑70位置之间存在有规律的间隔，如图所示，假设这是理想状态。即，当光偏转器进行完全恒定速度的扫描时，用于产生光斑70的光源的发光定时是精确地有规则的。此外，如果像在此工作示例的光偏转器中那样进行大致恒定速度的扫描，则可以使用光学透镜光学地校正部分N-N′中的速度分布，并且可以基于光源的恒定发光定时，产生如图5A所示的间隔相等的各光斑70位置。因此，在精确地执行如图3和4所示的正弦波组合驱动的情况下，扫描可再现性将是理想的。

另一方面，图5B显示了光偏转器的扫描可再现性存在问题的情况。在图5B的情况下，扫描71的轨迹未与设计的主扫描方向对准，在垂直于主扫描线的方向(副扫描方向)存在偏离。作为这样的扫描的结果，将产生与主扫描线偏离距离J1的诸如图5B中的72处的光斑。通常如图5B所示的，副扫描方向上的偏离在每一个光斑处都是不同的，在这个方向上光斑位置的可再现性相当低(下面，这样的偏离将称为“副扫描位置变化”)。

除此之外，在图5B中，如在光斑73处所示的，在主扫描方向产生了与理想位置的距离为J2的偏离(下面，这样的偏离将称为“主扫描位置偏离”)。这样的偏离是由公式(6)中显示的正弦波组合驱动的1和2的变化、相对于相应的频率分量的驱动信号的相位延迟的变化、或者相应的频率分量的角速度或角加速度的变化、或来自任何其他频率分量的混合物的变化中的任何变化而产生的。如果不能达到扫描可再现性并且产生了如上所述的这样的副扫描位置偏离或主扫描位置偏离，则当在成像装置中使用该光偏转器时，光斑位置不是固定的，图像质量降低。

将导致这样的扫描位置变化的第一个因素是振荡系统160在扭转振荡过程中遭受到的来自周围环境的阻力。

由于扭转振荡，第一振荡器41和第二振荡器42遭受到来周围环境的空气阻力。由于如上文所描述的振荡系统160将其固有振荡模式设置为围绕驱动信号的频率f₀和2f₀，因此，它可以被认为在共振点处扭转振荡。在这样的振荡状态下，从驱动单元施加的能量和由于空气阻力而消散到周围环境中的能量是平衡的。

然而，当第一和第二振荡器41和42扭转振荡时，这些振荡器的表面围绕振荡轴17搅动周围环境。通过这种搅拌，围绕这些振荡器的周围环境被扰动，导致施加于这些振荡器的空气阻力随时间而变化。空气阻力的变化导致振荡系统160在共振点处的振荡状态的变化。结果，将发生扫描的正弦波组合驱动的1和2的变化、相对于驱动信号的相位延迟的变化、或相应的频率分量的角速度或角加速度的变化。

如果振荡系统160如此成形以便减小来自周围环境的空气阻力，则可以有效地减小这样的变化。在振荡系统160中，通过只减小第二振荡器42的宽度，可以减小来自周围环境的空气阻力，而不会降低光学扫描性能，此外，也不会增大振荡系统160在振荡轴17方向上的尺寸。

另一方面，减小第一振荡器11的宽度将导致反射面22在主扫描方向上的有效反射尺寸的减小。因此，当在成像装置中使用该光偏转器时，例如，为了使逐行扫描操作中的光斑分辨率(在一次扫描中有效地分开的光斑的数量)均匀，必须利用较大的扫描角进行光学扫描。这需要第一和第二扭力弹簧12和14具有大的扭转角，并且为避免断裂，这些扭力弹簧的长度必须延长。此外，如果利用大的扫描角驱动第一和第二振荡器41和42以确保进行所需要的成像，则加强上文所描述的周围环境搅动功能。由于这些原因，通过使第一振荡器41的宽度较小难以有效地减小空气阻力的变化。

此工作示例的振荡系统160在第二振荡器42处提供质量调整部件19和永磁体151，并且可以使得第二振荡器42的宽度较小，同时保持其转动惯量。因此，振荡系统160可以具有这样的结构：可以减小空气阻力的变化，而不会降低光学扫描性能，并且如上文所描述的，可以精确地调整固有振荡模式的频率。

此外，由于共振点处的振荡，在具有大的振荡能的振荡中，空气阻力的影响相对比较小。因此，通过使转动惯量为大，同时在第二振荡器中使用质量调整部件19和永磁体151，可以使驱动过程中的振荡能保持为大，且可以减小空气阻力的变化对扫描可再现性的不利影响。特别地，由于只使第二振荡器的转动惯量为大并不需要给第一振荡器41增加重量，因此可以改善扫描可再现性，而不会放大在驱动过程中由于第一可活动元件11的自重而导致的反射面11的变形。

在此工作示例中，比较第一和第二振荡器41和42的宽度，使第二振荡器42的宽度较小。在具有多个振荡器的振荡系统中，每个振荡器都会遭受到上文所描述的这样的变化的空气阻力。因此，如果振荡器的数量增加，虽然可以基于多种固有振荡模式，利用低功耗更加无疑地实现如上文所描述的特征光学扫描，但是另一方面也存在更多变化因素。然而，通过使第二振荡器42的宽度小于第一振荡器41的宽度，并通过提供永磁体151和质量调整部件19以增大第二振荡器42的转动惯量，如在此工作示例中那样，就可以避免这一点。此结构提供了一个优点：与增加空气阻力的变化因素的数量相比，增加振荡器的数量更加有效地增大振荡能，并由此改进扫描可再现性。

在此工作示例中，如图1所示，第二振荡器42实际包括一对相同结构的振荡器。因此，可以在振荡系统160中提供两组固定线圈(驱动装置)152和永磁体(转矩产生装置)151，因此，可以以低功耗驱动该系统。如图2A所示，由固定部件150在其相对端支撑振荡系统160。这有效地避免了振荡系统160在驱动过程中产生不希望的振荡。此外，即使振荡系统160受到冲击，该结构也坚固到足以承受该冲击。

另一方面，将导致扫描位置变化的第二个因素是振荡系统160的不希望的振荡以及由此产生的惯性力。

除了围绕振荡轴17的扭转振荡之外的方向上的任何振荡都是不希望的振荡。如果发生了这样的不希望的振荡，则第一振荡器41的运动将是围绕扭转轴17扭转振荡的分量和非有意地产生的不希望的振荡的组合振荡。这导致上文所描述的扫描位置变化。此外，正如稍后所描述的，不希望的振荡将导致将用于光学扫描的围绕振荡轴的两种固有振荡模式的耦合振荡，从而恶化了扫描位置变化。

特别地，在如图1所示的此工作示例的振荡系统160中，在该图的纸张的法线方向上的和沿着该图的纸张并垂直于振荡轴17的方向上的刚性相对比较低。这是该振荡系统的显著的特点，其中，围绕同一个振荡轴串联地弹性地支撑多个振荡器和扭力弹簧。如果第一振荡器41和第二振荡器42的重心从振荡轴17偏移，则可能会在这两个方向上导致不希望的振荡。

图7A-7C是用于说明这样的重心偏移和不希望的振荡之间的关系的示意图。具体来说，图7A、7B和7C对应于沿着图1中的线A-A截取的截面图，并显示了第二振荡器13从扫描中心位置(13a)到对应于一个周期的四分之一的位置(13b)、沿着箭头67的方向的振荡运动。图7A显示了没有重心偏移的理想状态。图7B显示了这样的状态：如第二可活动元件13a及其重心66a所描绘的，在第二可活动元件13a的厚度方向存在偏移。图7C显示了这样的状态：在第二可活动元件13a的宽度方向存在偏移。为便于说明重心偏移和不希望的振荡之间的关系，这里假设构成了第二振荡器的第二可活动元件13不配备有永磁体151和质量调整部件19。

如图7A所示，在没有重心偏移的理想状态下，响应于频率为f₀和2f₀的驱动信号产生围绕振荡轴17的扭转振荡。

另一方面，在图7B中，由于响应于扭转振荡，重心66a偏离振荡轴17，在从振荡轴17到重心66a的方向中，在第二可活动元件13a中产生了惯性力。由于此惯性力，第二可活动元件13a朝着13b所示的位置扭转振荡，以便振荡轴17的位置沿着图7B的曲线65而变化。由于从位置13a到位置13b的振荡运动对应于一个周期的四分之一，因此，在图7B中的箭头P的方向上的振荡运动与扭转振荡具有相同频率，在箭头Q方向上的振荡的频率是扭转振荡的频率的两倍。

此外，如图7C所示，如果重心66a在振荡器13a的宽度方向偏离，类似地，扭转振荡伴随有不希望的振荡，如曲线65所描绘的那样。在此情况下，虽然方向不同于图7B的情况，在箭头P的方向发生频率与围绕振荡轴17的扭转振荡的频率相同的振荡，并且在箭头Q方向发生了具有双倍频率的振荡。

如上文所描述的，在箭头P或Q方向，重心偏移将导致不希望的振荡。虽然已经讨论了图7A-7C的截面图中的不希望的振荡，但是，基于类似的机理，任何其他方向上的重心偏移都将导致特征频率的不希望的振荡，从而降低扫描位置可再现性。

具体来说，Q方向上的振荡的频率是扭转振荡的频率的两倍。在此示例的振荡系统160中，在固有振荡模式的频率f₁和f₂之间存在大致“两倍”关系。因此，由于在方向67上以驱动信号的参考频率f₀激励的振荡，在箭头Q方向上产生具有双倍频率的不希望的振荡。然后，响应于此不希望的振荡，并且由于振荡系统160的任何部分的重心偏移，产生具有围绕振荡轴17的转矩分量的惯性力。一个示例是这样的情况：第二振荡器42同时具有图7B的重心偏移和图7C的重心偏移两者。如此，具有大振幅放大系数的频率f₂的固有振荡模式非有意地被激励。如果如上文所描述的那样围绕振荡轴17发生固有振荡模式的耦合振荡现象，则扫描位置将以特征频率分量周期性地偏移或显示出大致周期性的变化，其中振幅或相位随机变化。

在此工作示例中，永磁体151和质量调整部件19被设置成其间夹着振荡轴17。这极易确保振荡轴17延伸通过第二振荡器42的重心位置。如此，很好地减小了诸如上文所描述的振荡系统160的不希望的振荡，还可以减小由此产生的惯性力。结果，避免了固有振荡模式的耦合振荡。因此，很好地减小了扫描位置变化，并可以实现卓越的扫描可再现性。

如果有重心偏移，则可以对质量调整部件19进行如上文所描述的激光束机械加工，以部分地去除其质量，从而重心被调整并正确地定位于振荡轴17上。

根据本发明的此工作示例，由于只在第二振荡器42处提供的永磁体151和质量调整部件19的效果，可以轻易地将多种固有振荡模式的频率调整到期望值，除此之外，还显著改善了扫描可再现性。

[第二个工作示例]

图8和9显示了根据本发明的第二个工作示例的光偏转器。图8是平面图，而图9是沿着图8中的线A-A截取的截面图。在这些图中，与图1的组件具有类似功能的组件将通过类似的附图标记来表示。下面，将省略与第一个工作示例具有类似功能的那些部分的描述，只说明区别性的特点。如图8和9所示，此示例的光偏转器包括第一可活动元件11、第一扭力弹簧12、第二扭力弹簧14、支撑部件15、质量调整部件19、反射面22、固定部件150和永磁体151，所有这些组件在材料、结构和功能方面都类似于第一个工作示例的情形。

此工作示例的第二可活动元件13具有空隙30，如图8和9所示，空隙大致平行于振荡轴17延伸。通过提供这些空隙30，如图8和9中的虚线所描绘的，在某些部分，质量调整部件19不粘附到第二可活动元件13。这些空隙30是在通过干蚀刻从单晶硅衬底产生振荡系统160的同时形成的。

通过提供空隙30，在如参考第一个工作示例描述的那样通过激光束部分地去除质量调整部件的过程中，固有振荡模式的频率可调范围可以被拓宽，而且，也可以以高速进行调整。此外，振荡系统160的重心位置可调范围变得较宽，且可以以高速进行调整。

图10A-10C是说明此工作示例中的部分地去除质量调整部件19的处理的示意图。图10A是激光束机械加工的初始阶段中的样本的平面图。图10B是显示了已从图10A的状态前进的过程的状态的平面图。图10C是沿着图10B中的线C-C截取的截面。从图10C看出，由于空隙30的存在，质量去除部分85(其是质量调整部件的非粘附区域的一部分)可以被去除，而无需用激光束照射。

首先，如图10A所示，机械加工激光束光斑80在进行扫描时沿着机械加工轨迹82偏移，以便在旋转方向83跟踪弧形环路。机械加工激光束光斑80是利用适合于质量调整部件19的机械加工的输出和脉冲频率发出的。如图所示，通过此机械加工激光光斑80，形成沿着机械加工轨迹82的经过机械加工的部分81。

图10B显示了机械加工激光光斑80已经沿着机械加工轨迹82循环适当时间之后的状态。如图所示，沿着机械加工轨迹82形成了贯通开口 84。图10C以截面图对此进行了显示。机械加工激光束80进一步沿着机械加工轨迹82循环，以便沿着弧形环路去除质量去除部分85的周边。因为由于空隙30的存在而使质量去除部分85不粘附到第二可活动元件13，如图10C所示，利用上文所描述的过程，质量去除部分被分开，并从第二可活动元件13中去除。

在上文所描述的过程中，如果应该增大从质量调整部件19去除的量，则可以扩大机械加工轨迹82的直径。在该情况下，可以快速去除更多的质量。当然，机械加工轨迹82的形状不仅限于上文所描述的弧形环路。

根据如上文所描述的此工作示例，由于空隙30的效果，可以扩大从质量调整部件去除的质量的量，因而可以快速去除质量。这使得可加增大固有振荡模式的频率可调范围或振荡系统106的重力位置可调范围，并可以进行高速调整。

此外，由于在此示例中在第二可活动元件13中提供了空隙30，质量调整部件19可以具有平面形状。这有助于通过粘附进行组装。

此工作示例的第二可活动元件13和质量调整部件19可以具有如图11所示的形状。图11是沿着图8中的线A-A截取的截面图。与图9的示例相比，在如图11所示的结构中，在质量调整部件19中形成了空隙30。甚至在这样的情况下，也可获得有关使用激光束照射的质量去除的类似的有利效果。

[第三个工作示例]

图12A、12B、13和14显示了根据本发明的第三个工作示例的光偏转器。图12A是振荡系统160的形成了反射面22的一侧的平面图，而图12B是振荡系统的相对一侧的平面图。图13是沿着图12A中的线B-B截取的截面图，而图14是沿着图12A中的线D-D截取的截面图。在这些图中，与第一个工作示例的组件具有类似功能的组件将通过类似的附图标记来表示。下面，将省略与第一个工作示例具有类似功能的那些部分的描述，只说明区别性的特点。如图12A和12B所示，此示例的光偏转器包括第一可活动元件11、支撑部件15、反射面22、固定部件150和永磁体151，所有这些组件在材料、结构和功能方面都类似于第一个工作示例的情形。

通过使用碱性水溶液进行各向异性刻蚀，从单晶硅整体地生产此工作示例的振荡系统160(稍后将描述)。在此示例中，如图13和14所示，振荡系统160具有由单晶硅的晶体等效面(equivalent plane)(表面)围绕的特征形状。

如图13所示，此工作示例的第二可活动元件13形成有相对于振荡轴17平行地延伸的凹口31。这些凹口31在通过激光束部分地去除质量调整部件19的处理中具有与第二工作示例的空隙30类似的效果。此外，通过提供这些凹口31作为空隙，与第二个工作示例相比，可以通过激光束机械加工轻易地从质量调整部件19去除大的质量，同时使第二可活动元件13的转动惯量保持为大。此外，由于可以仅通过使用平面部件作为质量调整部件19来限定空隙，因而便于通过粘附进行组装。更进一步，由于在远离形成了凹口31的表面的背面没有空隙，因此，可以使用背面来粘附永磁体151。

另一方面，如图14所示，第一扭力弹簧12具有由单晶硅的(100)个等效面和(111)个等效面围绕的X形状的截面形状。此外，第二扭力弹簧13也具有类似的截面形状。

由于第一扭力弹簧12和第二扭力弹簧13的这种X形状的截面形状，此工作示例的振荡系统160相对于图14中的箭头L的方向和箭头M的方向具有大的刚性，但是，在围绕扭转轴17的箭头N的方向的刚性相对来说较弱。即，作为扭转弹簧，它可以围绕扭转轴轻易地扭动，而其他方向难以弯曲。因此，有效地避免了箭头L和M方向的不希望的振荡。由于以此方式有效地减小了扫描位置变化，因此确保了良好的扫描可再现性。

此工作示例只使用一个第二扭力弹簧14，并由固定部件150以悬臂式结构对振荡系统160进行支撑。因此，即使由于温度变化或任何外力而在固定部件150中发生了变形，几乎也没有应力传递到振荡系统160以使其变形。因此，在制造过程中已调整为与振荡轴对齐的重心位置不会随着温度变化或任何外力而变化，并且不管这样的温度变化或外力如何，都可以确保良好的扫描可再现性。此外，在此结构中，几乎没有应力作为温度变化的结果在振荡轴17的方向传递。因此，围绕振荡轴17的固有振荡模式的频率f₁和f₂可以具有大致相同的变化速率，因此，在正弦波组合驱动过程中两个频率分量的相位差是稳定的。

接下来，将说明此工作示例中的振荡系统160的碱性水溶液刻蚀处理。图15和16显示了碱性溶液内的形状，对应于图13和14中的各部分。在图15和16中，(a)到(f)处的截面形状分别处于该处理中的对应定时。首先，在(a)处，使用在所显示的取方具有(100)个等效面100并且在其上形成了保护膜101的硅衬底99，并对保护膜101进行图案化。在此工作示例中，保护膜101包括氮化硅膜。可以通过使用化学汽相合成方法来形成氮化硅膜。基于光刻和干蚀刻，可在(a)所示的保护膜101中形成图案。

这里，如图15所示，形成了宽度为Wk的开口。此外，如图16所示，形成了宽度为Wb和Wg的开口。根据要在(111)个等效面和(100)个等效面之间限定的角度和硅衬底99的厚度来确定这些宽度。通过适当地设置这些宽度，可以根据振荡系统160的规格，实现所需的扭力弹簧常数和空隙的尺寸。

随后，在(b)，将衬底浸入到碱性水溶液中以开始蚀刻。此工作示例使用了氢氧化钾的水溶液。由于诸如氢氧化钾水溶液的水溶液相对于单晶硅的(111)个等效面的蚀刻速度比相对于其他表面的蚀刻速度要慢，可以很好地产生由(111)个等效面围绕的形状。随着蚀刻的进行，按照(b)到(f)描绘的顺序蚀刻衬底。最后，在(f)形成了由(100)个等效面100和(111)个等效面102围绕的第二可活动元件13、凹口31、第一扭力弹簧12和第二扭力弹簧13。此后，通过干蚀刻去除相对表面处的保护膜101。然后，通过真空汽相淀积形成反射膜22，从而提供振荡系统160。

如上文所描述的，在此工作示例中，通过单一的碱性水溶液蚀刻同时形成第二可活动元件13、凹口31、第一扭力弹簧12和第二扭力弹簧13。结果，生产工艺被简化，可以经济地生产出振荡系统160。

具体来说，单晶硅的(111)个等效面具有较慢的蚀刻速度，这允许精确地形成凹口31形状、第一扭力弹簧12和第二扭力弹簧13。通过对凹口31的精密机械加工，可以非常精确地确定第二振荡器42的转动惯量或重心位置。此外，通过对第一和第二扭力弹簧12和13的精密机械加工，可以非常精确地确定扭力弹簧常数。这使得有可能省略部分地去除用于调整重心位置或固有振荡模式的频率的质量调整部件的质量的处理，或减小去除量以缩短进行调整所需的时间。这会进一步降低振荡系统160的生产成本。

此工作示例的质量调整部件19可以由包含钴(其是硬磁材料)的金属磁体制成。在该情况下，质量调整部件19可以粘附到第二可活动元件13，此后，可以将磁化(极化)之前的永磁体151粘附到其上。此后，通过使用极化机器将其极化。因此，在此情况下，质量调整部件19充当与永磁体151具有相同的取向的磁极的永磁体。

结果，提供到振荡系统160的永磁体的量增大，因此，可以以较低的功率消耗驱动振荡系统160。此外，由于将施加于固定线圈152的电流减小，因此热量产生也减慢。因此，也可以减小振荡系统的固有振荡模式的频率的变化。

如图12所示，此工作示例的质量调整部件19具有这样的形状：其相对末端部分较厚，其中心部分较薄。与矩形形状的平板相比，围绕振荡轴17的每惯性力矩的质量可以减轻。此可使得围绕振荡系统160的振荡轴17的固有振荡模式的频率保持恒定，而另一方面改变任何其他固有振荡模式的频率。如果存在围绕振荡轴17的固有振荡模式的频率f₁和f₂以及由于任何干扰所施加的特征振荡，则振荡系统160的固有振荡模式的频率可以与这样的振荡的频率分离。因此，可以更好地减小不希望的振荡，并实现具有更好的扫描可再现性的光偏转器。

如上文所描述的，使用此工作示例的质量调整部件19对于提供根据需要设置围绕振荡系统160的振荡轴17的固有振荡模式的频率f₁和f₂之外的固有振荡模式的频率的增强的能力是非常有效的。

[第四个工作示例]

图17是显示了其中集成了根据本发明的光偏转器的光学仪器的工作示例的示意和透视图。在此示例中，成像装置被示出作为光学仪器。在图17中，3003表示根据本发明的光偏转器，它用于对入射到其上的光进行一维扫描。3001表示激光源，3002表示透镜或透镜组。3004表示写入透镜或透镜组，3005表示鼓形光敏部件。

通过与光的偏斜扫描的定时相关的预定的强度调制，对从激光源3001发出的激光束进行了调制。经过强度调制的光通过透镜或透镜组3002，在进行一维扫描时通过光学扫描系统(光偏转器)3003对它进行偏转。在进行扫描时被偏转的激光束被透镜或透镜组3004聚焦在光敏部件3005上，以在其上形成图像。

光敏部件3005在垂直于扫描方向的方向上围绕转动轴旋转，并且通过充电器(未显示)对它均匀地充电。通过用光扫描光敏部件表面，在经过扫描的表面部分形成静电潜像。随后，通过使用显影设备(未显示)，根据静电潜像产生调色剂图像，然后调色剂图像被转印到片材(sheet)(未显示)上，并定影在转印片材上，从而在片材上产生图像。

利用本发明的光偏转器3003，在光敏部件3005表面的有效区域内，可以使光的偏斜扫描的角速度大致均匀。此外，利用本发明的光偏转器，减小了扫描位置变化，实现了能够产生锐利图像的成像装置。

尽管参考这里所说明的结构描述了本发明，但是，它不只限于所阐述的细节，本申请涵盖这样的修改或改变，只要它们在下列权利要求的范围内，或在对它们的改善的范围内。

Claims (7)

1、一种光偏转器，包括：

振荡系统；以及

驱动系统，其被配置为驱动所述振荡系统；

其中，所述振荡系统包括第一振荡器、第一扭力弹簧、第二振荡器、第二扭力弹簧和支撑部件，

其中，所述第一振荡器包括具有被配置为使光偏转的光偏转元件的第一可活动元件，

其中，所述第二振荡器包括具有被配置为调整质量的质量调整部件的第二可活动元件，

其中，所述第一可活动元件由所述第二可活动元件通过所述第一扭力弹簧弹性地支撑，用于围绕该振荡轴进行扭转振荡，

其中，所述第二可活动元件由所述支撑部件通过所述第二扭转弹簧弹性地支撑，用于围绕振荡轴进行扭转振荡，以及

其中，所述振荡系统具有至少两种具有不同频率、围绕该振荡轴振荡的固有振荡模式。

2、根据权利要求1所述的光偏转器，其中，由具有所述质量调整部件和磁体的所述第二可活动元件提供所述第二振荡器，以及其中，所述磁体和所述质量调整部件被设置成其间夹着该振荡轴。

3、根据权利要求1所述的光偏转器，其中，具有所述质量调整部件、磁体和所述第二可活动元件的所述第二振荡器的重心与振荡轴对齐。

4、根据权利要求1所述的光偏转器，其中，所述振荡系统具有两种不同频率的固有振荡模式，一种频率大致是另一种频率的两倍或三倍。

5、根据权利要求1所述的光偏转器，其中，在所述第二可活动元件和所述质量调整部件之间定义空间。

6、生产根据权利要求1所述的光偏转器的方法，包括：

将激光投射到所述质量调整部件上以去除一部分所述质量调整部件的步骤。

7、一种光学仪器，包括：

光源；

根据权利要求1所述的光偏转器；以及

光敏部件和图像显示部件中之一；

其中，所述光偏转器被配置为偏转来自所述光源的光，并将偏转的光的至少一部分引导到所述光敏部件或图像显示部件上。

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