JP2004085839A - 揺動装置、それを用いた光偏向器、画像表示装置、画像形成装置、及びその製法 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー効率が良く、変位が大きい揺動が可能な構成とできる揺動装置である。
【解決手段】揺動装置１０１は、支持基板１０６に対して回転軸を中心に揺動可能な可動板１０５を有する。回転軸の方向と角度を成す所定方向に着磁された硬磁性体１０９が可動板１０５と支持基板１０６の一方に設けられ、硬磁性体１０９と離間した位置に、磁束を発生する磁気発生手段１０７が可動板１０５と支持基板１０６の他方に設けられている。軟磁性体１２１、１２２が、硬磁性体１０９の磁極に近接した磁気発生手段１０７の部分を除いて、磁気発生手段１０７を少なくとも部分的に覆う様に設けられている。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁アクチュエータを用いた揺動装置、それを用いた光偏向器、画像表示装置、画像形成装置、及びその製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体プロセスを利用して、シリコン等の基板上に電磁アクチュエータを作製する試みがなされている。電磁アクチュエータを半導体プロセスを用いて作製すると、固定子と可動子と電磁コイルとを一括で作製でき、接合や接着をする工程が不要であり、固定子と可動子と電磁コイルとを高精度にアライメントできる。また、一度に大量に作製可能な為、低コスト化が見込める。
【０００３】
基板上に作製される電磁アクチュエータの応用例の一つとして光偏向器がある。光偏向器はレーザビームプリンタ等の画像形成装置やヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置や、バーコードリーダ等の画像入力装置に用いられる。１つの光偏向器で２軸の偏向が可能なものも見受けられる。
【０００４】
基板上に作製される電磁アクチュエータを光偏向器に応用したものの例として、特開２０００−２３５１５２号公報に開示のものがある。図９は、特開２０００−２３５１５２号公報に実施例の１つとして記載されている光偏向器を示す上面図である。これは、トーションビーム光偏向器であり、レーザ光を２次元走査する偏向器として用いられる。このトーションビーム光偏向器は、内側のｙ軸方向偏向部１００３と外側のｘ軸方向偏向部１００４とから構成されている。内側のｙ軸方向偏向部１００３は、溝部１００２を有する基板１００１と、軸部１００５によって揺動可能に支持され表面に硬磁性を示す薄膜が成膜されている可動板１００６と、可動板１００６を揺動させる一対の薄膜電磁石部１００７と、可動板１００６上に設けられたミラー１００８から構成されている。可動板１００６と薄膜電磁石部１００７の形成面は厚み方向に僅かにずらしてある。薄膜電磁石部１００７にｙ軸方向偏向部１００３の構造的な共振周波数である６０ｋＨｚの交流を通電することで生じる磁界と、可動板１００６に形成された硬磁性薄膜に生ずる磁界との間に生ずるクーロン力で可動板１００６を揺動させ、照射された光をミラー１００８により偏向させる。機械的な共振を利用した駆動方法のため、低消費電力を実現することができる。外側のｘ軸方向偏向部１００４は、ｙ軸方向偏向部１００３と同様の構造であり、駆動方法も同様である。この光偏向器の駆動周波数は６０ｋＨｚ（ｙ軸）、６０Ｈｚ（ｘ軸）、可動板１００６の変形角度は±１３．６７°（ｙ方向）である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した光偏向器は以下に示すような問題点を有している。
図９に示した特開２０００−２３５１５２号公報の光偏向器においては、２軸の回りの高速動作を実現しているが、薄膜電磁石部１００７を構成するコアがスパッタで成膜される薄膜であるため、断面積を大きくすることには限界がある。そのため、薄膜電磁石部１００７に大きな電流を流すと磁束が飽和することは必至であり、変形角度をさらに大きくすることが難しい。また、可動板１００６と薄膜電磁石部１００７の形成面の厚み方向のずれが僅かであり、この点からも変形角度をさらに大きくすることが難しい。また、薄膜電磁石部１００７が有する軟磁性体の形状が帯状であり、磁束の漏れが大きく、エネルギー効率の向上は難しい。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来のものにおける問題を解決し、エネルギー効率が良く、変位が大きい揺動が可能な構成とできる揺動装置、揺動装置を用いた光偏向器、及び光偏向器を用いた画像表示装置、画像形成装置、並びにその製法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の揺動装置は、支持基板に対して回転軸を中心に揺動可能な可動板を有する揺動装置であって、前記回転軸の方向と角度を成す所定方向に着磁された硬磁性体が前記可動板と支持基板の一方側に設けられ、前記硬磁性体と離間した位置に、磁束を発生する磁気発生手段が前記可動板と支持基板の他方側に設けられ、軟磁性体が、前記硬磁性体の磁極に近接した前記磁気発生手段の部分を除いて、前記磁気発生手段を少なくとも部分的に覆う様に設けられていることを特徴とする。この構成のように、軟磁性体が磁気発生手段を少なくとも部分的に覆う様に設けられていることで、発生する磁束の多くが軟磁性体によって遮蔽され、軟磁性体から漏れる磁束を、軟磁性体が無い場合と比較して、効果的に永久磁石すなわち着磁硬磁性体に作用させられる。また、永久磁石の着磁方向と回転軸の方向とが角度を成しているので、可動板に対して回転軸を中心としたトルクを発生させられる。
【０００８】
上記基本構成に基づいて、以下の様な態様が可能である。
前記軟磁性体が、硬磁性体ないし永久磁石の磁極に近接した磁気発生手段の部分を除いて、磁気発生手段を少なくとも部分的に覆う一つの形態として、第一軟磁性体と第二軟磁性体とが、前記磁気発生手段を上下から挟んで設けられる形態がある。このように、軟磁性体が磁気発生手段を挟んで設けられることで、発生する磁束の大部分が軟磁性体によって遮蔽され、軟磁性体から漏れる磁束を、軟磁性体が無い場合と比較して、効果的に永久磁石に作用させられる。
【０００９】
前記磁気発生手段は、典型的には、平面コイルなどのコイルである。この構成のように、磁気発生手段にコイルを用いる場合、コイルに流す電流を変化させることにより可動板の動作を制御できる。コイルはどの様なものでも良いが、平面コイルやこれを積層させたコイルを用いれば、装置を軽量化、小型化できる。
【００１０】
前記コイルが、永久磁石が設置される可動板の面と略平行な面上で、前記可動板を周回している様にできる。このように、コイルが可動板を周回することで、効果的に磁束を可動板上の永久磁石に作用させられる。そのため、発生力が大きくなり、エネルギー効率が向上する。また、可動板の変位を大きくできる。
【００１１】
前記第一軟磁性体と第二軟磁性体の少なくとも１つが開口を有し、この開口の周部が可動板を周回している様にもできる。この構成のように、軟磁性体に開口を設け、その周部が可動板を周回していることで、コイルから発生する磁束が軟磁性体によって導かれ、軟磁性体の開口部に集中する。そのため、軟磁性体の内周部に設置される可動板上の永久磁石に磁束を効果的に作用させられる。よって、発生力が大きくなり、エネルギー効率が向上し、可動板の変位を大きくできる。更に、可動板が揺動する時に、可動板と軟磁性体との干渉が無いため、可動板の変位を大きくとれる。また、可動板と軟磁性体との間の空気の粘性抵抗を最小限に抑えられて、より大きなＱ値を得ることができる。また、可動板上に偏向部を設置し、揺動装置を光偏向器として用いる場合、上記開口を通して光を偏向部に入射させ、偏向させられる。
【００１２】
前記開口の周部が、前記硬磁性体の磁極に近接する部分を有する様にもできる。この構成のように、開口の周部が永久磁石の磁極に近接する部分を有することで、コイルから発生する磁束を、極めて効果的に永久磁石に作用させられる。そのため、発生力が大きくなり、エネルギー効率が向上する。また、可動板の変位を大きくできる。
【００１３】
前記第一軟磁性体の外周部と第二軟磁性体の外周部とが、磁気的に接続している部分を有する様にもできる。この構成のように、上側の軟磁性体と下側の軟磁性体とが外周部で磁気的に接続している部分を有することで、永久磁石にはほぼ作用しない外周部における磁束の漏れを最小限に抑えられる。そのため、エネルギー効率が向上する。
【００１４】
前記第一軟磁性体の開口の内周部と第二軟磁性体の開口の内周部とが、前記硬磁性体の磁極に近接しない部分において、磁気的に接続している部分を有する様にもできる。この構成のようにすることで、永久磁石の磁極にはほぼ作用しない部分における磁束の漏れを最小限に抑えられ、エネルギー効率が向上する。
【００１５】
前記硬磁性体が、前記第一軟磁性体の最上面と第二軟磁性体の最下面との間に設置される形態にもできる。この構成のように、永久磁石が上側の軟磁性体と下側の軟磁性体との間に設置されることで、特に磁気発生手段から発生する磁束の密度が比較的大きい領域に、永久磁石を配置させられる。そのため、発生力を大きくでき、エネルギー効率を向上できる。また、可動板の変位を大きくできる。また、所望される可動体の変位に応じて、上側の軟磁性体と下側の軟磁性体との間隔を最適化することができる。
【００１６】
前記硬磁性体の磁界の方向と前記可動体の回転軸の方向とが互いに略直交している形態にもできる。このように、永久磁石の磁極と回転軸との位置関係を工夫することにより、効果的に回転軸を中心に可動体を揺動させる方向の発生力を得ることができ、エネルギー効率が向上する。また、下側の軟磁性体の上面と上側の軟磁性体の下面とから等間隔の面上で、軟磁性体に近接している部分に磁束が集中するため、永久磁石の磁極を、コイルから発生する磁束の密度が非常に高い領域に配置することができる。
【００１７】
また、前記可動板を揺動可能に支持する弾性支持部と弾性支持部を固定する支持基板とを有する揺動装置において、可動板と弾性支持部と支持基板との何れか２つ以上が同一部材から形成されている様にできる。この構成のように、例えば、可動板と弾性支持部と支持基板とを同一部材から形成することで、組み立て工程が不要にでき、低コスト化を図れる。また、可動板と支持基板とのアライメントが不要になり、ロット間のばらつきが少なくなる。
【００１８】
前記可動板と弾性支持部と支持基板との少なくとも１つが、単結晶シリコンよりなる様にできる。この構成のように、例えば、可動板と弾性支持部とに単結晶シリコンを用いることで、弾性支持部の減衰係数が小さくなるため、共振周波数で駆動した場合に大きなＱ値を得ることができる。また、金属材料のように繰り返し変形による疲労破壊が起きないので、長寿命の光偏向器等を構成可能となる。
【００１９】
前記コイルと第一軟磁性体と第二軟磁性体との少なくとも１つが前記支持基板上に形成されている様にもできる。このように、コイルと軟磁性体とを支持基板上に形成することで、組み立て工程が不要であり、低コストである。また、コイルと軟磁性体と支持基板とのアライメントが不要となり、ロット間のばらつきが少なくなる。
【００２０】
前記第一軟磁性体と第二軟磁性体との少なくとも１つが強磁性体よりなる様にできる。このように、軟磁性体が強磁性体よりなることで、より効果的に磁束を所望の領域に導くことができる。
【００２１】
前記コイルに、主に可動板の共振周波数の周波数成分を含む電流が印加される様に構成できる。この構成のように、可動板を共振周波数で駆動することにより、大きな可動板の変位が得られる。また、外乱振動の影響を受けにくく、より安定した駆動が可能になる。
【００２２】
また、上記課題を解決する本発明の光偏向器は、上記揺動装置を用いた光偏向器であって、前記可動板には入射光を偏向させる偏向部が設けられていることを特徴とする。この構成のように、可動板が偏向部を有することで、揺動装置を光偏向器として用いることができる。よって、エネルギー効率が良く、偏向角が大きい光偏向器を提供できる。偏向部は、例えば、ミラー、レンズ、或いは回折格子を有する。偏向部をミラーで構成する場合、作製が容易で、可動部分の質量が小さい光偏向器を提供できる。偏向部をレンズで構成する場合、偏向角の大きい透過型の光偏向器を提供できると共に、光の入射方向に対して光の偏向範囲を光偏向器の反対側に持って来られるので、装置各部の設計配置上の自由度が高まる。また、偏向部を回折格子で構成する場合は、入射光を複数のビームとして偏向することができる。
【００２３】
偏向部を持つ可動体が１つの回転軸を中心に揺動可能に支持される上記構成の内側の光偏向器と、該光偏向器から離間した位置に配置される永久磁石を有して該光偏向器全体を可動体として別の回転軸を中心に揺動可能に支持する外側の光偏向器とを含む構成にもできる（図４参照）。この構成では、内側の光偏向器において、硬磁性体が可動板に設けられ、この硬磁性体と離間した位置に、磁束を発生する磁気発生手段が該可動板の支持基板上に設けられ、外側の光偏向器において、別の硬磁性体が別の支持基板に設けられ、この硬磁性体と離間した位置に、磁束を発生する磁気発生手段が前記可動板の支持基板上に設けられる。２つの磁気発生手段は共通でもよいし、別個に設けられてもよい。この構成のように、光偏向器を揺動可能に支持し、離間した位置に永久磁石を設けることで、１つのコイル（磁気発生手段）で入射光を２次元に偏向する光偏向器を実現できる。非常に簡単な構成のため、小型化が見込め、安価である。また、エネルギー効率の向上も見込める。
【００２４】
上記光偏向器の支持基板が上記揺動装置の可動板として構成され、光偏向器の回転軸と揺動装置の回転軸とが互いに略直交している様にもできる（図６参照）。この構成では、内外の支持基板にコイル（磁気発生手段）が夫々設置され、可動板に永久磁石が設置され、内側の支持基板には更に永久磁石も設置される。このように、複数の揺動装置を入れ子構造にすることで、入射光を２次元に偏向する光偏向器を実現できる。
【００２５】
また、上記課題を解決する本発明の画像表示装置は、光源と、光源から発せられた光を偏向させる上記光偏向器と、光偏向器により偏向された光が投影される画像表示面とを有することを特徴とする。光はレンズ、ミラー、回折格子などの光学素子を介して投影される。この構成のように、上記光偏向器を画像表示装置に応用することで、エネルギー効率が良く、偏向角が大きい画像表示装置を提供できる。
【００２６】
また、上記課題を解決する本発明の画像形成装置は、光源と、光源から発せられた光を偏向させる上記光偏向器と、光偏向器により偏向された光が投影される画像形成面（感光性材料）とを有することを特徴とする。光はレンズ、ミラー、回折格子などの光学素子を介して投影される。この構成のように、上記光偏向器を画像形成装置に応用することで、エネルギー効率が良く、偏向角が大きい画像形成装置を提供できる。
【００２７】
また、上記課題を解決する本発明の揺動装置または光偏向器を作製する方法は、基板から可動板と弾性支持部と支持基板を形成する工程と、可動板または支持基板に硬磁性体を形成する工程と、支持基板または可動板に磁気発生手段を形成する工程、前記第一軟磁性体と第二軟磁性体とを形成する工程とを少なくとも有することを特徴とする。更に、可動板に偏向部を形成する工程を有してもよい。これにより、エネルギー効率が良く、偏向角が大きい光偏向器等の揺動装置を作製することができる。また、可動板と弾性支持部とを一度に作製することができる。更に、可動板と支持基板とのアライメントが不要であり、ロット間のばらつきが少なくなる。
【００２８】
上記作製方法において、基板を用いて可動板と弾性支持部と支持基板とを形成する工程は、反応性イオンエッチング、またはアルカリ溶液を用いたエッチングを含んでなされ得る。前者のように、反応性イオンエッチングを行うことで、精度良く、安定して可動板と弾性支持部の形状を形成することができる。後者のように、アルカリ溶液を用いたシリコン結晶面のエッチング速度差による異方性エッチングを行うことで、精度良く、安定して可動板と弾性支持部の形状を形成することができ、また、エッチングレートが反応性イオンエッチングと比較して速いため、時間を短縮でき、コストダウンに繋がる。
【００２９】
また、可動板または支持基板に硬磁性体を形成する工程が、メッキによりなされ得る。このように硬磁性体（永久磁石）をメッキで作製することにより、組み立て工程が不要となり、低コスト化を図れる。また、可動板と支持基板とのアライメントが不要となり、ロット間のばらつきが少なくなる。更に、蒸着やスパッタリングと比較して、厚く、高速に磁界発生手段を形成することもできる。
【００３０】
前記第一軟磁性体を形成する工程と第二軟磁性体を形成する工程との少なくとも１つが、メッキによりなされ得る。このように、軟磁性体をメッキで作製することにより、膜厚を数μｍ〜数百μｍ程度にできる。また、軟磁性体の組み立て工程が不要となり、低コスト化を図れる。また、コイル（磁界発生手段）と軟磁性体とのアライメントが不要となり、ロット間のばらつきが少なくなる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を明らかにすべく実施例を図面を参照しながら説明する。
【００３２】
［実施例１］
図１、図２及び図３を用いて本発明の実施例１である光偏向器を説明する。まず、構造について説明する。図１及び図２は本実施例の光偏向器の構成を示し、図１は主部の分解図であり、図２（ａ）は上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。図１に層毎に分解して示すように、光偏向器１０１は主に支持基板１０６と第一軟磁性体１２１とコイル（磁気発生手段）１０７と第二軟磁性体１２２とから成り、支持基板１０６と一体的に可動板１０５が一対のネジリばね１０３（弾性支持部）と共に形成されている。本実施例は、コイル１０７の下側と上側に、第一軟磁性体１２１と第二軟磁性体１２２を夫々有していることを特徴としている。
【００３３】
図２（ａ）、（ｂ）を用いて構造について詳しく説明する。但し、図２（ａ）においては分かり易くするために、第二軟磁性体１２２を示していない。光偏向器１０１の寸法は（ａ）に示す通りである。支持基板１０６はネジリばね１０３を介して可動板１０５を揺動可能に支持している。可動板１０５の大きさは１ｍｍ□である。支持基板１０６とネジリばね１０３と可動板１０５とは、半導体プロセスにより一体で形成されている。可動板１０５の下面には偏向部１０８が、上面には永久磁石１０９が夫々設置されている。永久磁石１０９の磁極は、磁極の方向がネジリばね１０３の回転軸（長手方向軸）に略直交していればよく、図２に示す通りでなくてもよい。永久磁石１０９は、サマリウムコバルト、ネオジウム鉄ボロン等の硬磁性体を着磁した材料から構成される。コイル１０７は、銅やアルミニウムのように低抵抗な金属で構成される。
【００３４】
コイル１０７の上面と下面とには、絶縁膜１１８と絶縁膜１１９とが夫々設置され、コイル１０７と第一軟磁性体１２１及び第二軟磁性体１２２とは、電気的に絶縁されている。ここでは、簡単のため、コイル１０７の巻き数を少なく示しているが、実際の巻き数は数回〜数百回程度である。図１においては単層のコイル１０７を示しているが、多層のコイルであってもよい。コイル１０７から発生する磁束の密度は、軟磁性体の開いた領域１２３において比較的大きいため、永久磁石１０９の磁極である端部を領域１２３内に配置するとよい。第一軟磁性体１２１と第二軟磁性体１２２は、それらの外周部において磁気的に結合しており、鉄、ニッケル、コバルト又はそれらの合金等の強磁性体から成る。図２（ｂ）において、第一軟磁性体１２１と第二軟磁性体１２２の間隔ｄは、所望される可動板１０５の変位に応じて最適化を行う。すなわち、変位が大きければ間隔ｄもそれに応じて大きくできる。偏向部１０８はミラー、レンズ、回折格子等の光学素子で構成される。コイル１０７には電流源１１１が電気的に直列に接続されている。
【００３５】
次に動作について説明する。
ｙ軸、つまりねじりバネ１０３を中心に揺動する可動板１０５の動作について説明する。電流源１１１から矢印の方向にコイル１０７に電流を流すと、コイル１０７の上面及び下面にコイル１０７に流れる電流に対応した磁極（上面がＮ極、下面がＳ極）が発生する。発生する磁界Ｈは、コイル１０７を流れる電流Ｉとコイル１０７の巻数Ｎとの積に比例する。磁界Ｈは永久磁石１０９の磁極に作用し、可動板１０５がねじりバネ１０３を中心に揺動する。発生するトルクＴは永久磁石１０９の磁化ｍと磁界Ｈの積として表される。従って、発生するトルクＴはコイル１０７を流れる電流Ｉに比例することが分かる。
【００３６】
一方、可動板１０５が揺動することによりねじりバネ１０３が捩じられ、これによって発生するねじりバネ１０３のバネ反力Ｆ’と可動板１０５の変位角ψとの関係は、
ψ＝（（Ｆ’・Ｌ）・ｌ）／（２・Ｇ・Ｉ_ｐ）　　　（１）
で与えられる。ここでＧは横弾性係数、Ｌはねじりバネ１０３の中心軸から力点までの距離、ｌはねじりバネ部１０３の長さ、Ｉ_ｐは断面二次極モーメントである。そして、発生するトルクＴとＦ’・Ｌとが釣り合う位置まで可動板１０５が揺動する。従って、可動板１０５の変位角ψはコイル１０７に流れる電流Ｉに比例することが分かる。従って、コイル１０７に流す電流を制御することにより、可動板１０５の変位角ψを制御できる。
【００３７】
こうして、コイル１０７に電流を流すことで、偏向部１０８を有する可動板１０５を駆動することができる。駆動方法は、コイル１０７に電流源１１１を用いて交流を流すことで、可動板１０５を連続的に揺動させる。可動板１０５の共振周波数で駆動することにより、大きな変位角が得られる。また、変位角センサ（不図示）を用いて可動板１０５の変位角を検知し、電流源１１１から流す電流を変化させて、可動板１０５の動きを制御することも可能である。
【００３８】
次に、図２（ａ）におけるＯ−Ａ’断面を表す図３を用いて作製プロセスを説明する。但し、プロセスを分かり易くするために、図３では寸法（特に厚さ方向の寸法）は誇張して示してある。
先ず、図３（ａ）に示す如く、材料が単結晶シリコンである支持基板１０６（厚さ：５００μｍ程度）の両面に、熱酸化炉等を用いて二酸化シリコン１１５を１μｍ程度成膜し、フッ化水素酸等によるウェットエッチング又はフッ素系ガスによる反応性イオンエッチング等を用いてパターニングする。
【００３９】
次に、図３（ｂ）に示す如く、表面から、二酸化シリコン１１５をエッチングマスクとして、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングにより支持基板１０６を５０μｍ程度エッチングする。そして、図３（ｃ）に示す如く、二酸化シリコン１１５を含む全表面上に電気メッキのシード電極１１２として、チタンを５０Å程度成膜した後、金、銅等を１０００Å程度、蒸着、スパッタ等で成膜する。その上にフォトレジスト１１３を３０μｍ程度成膜後、パターニングし、メッキのマスクとする。ここでは、フォトレジスト１１３に、膜厚に適したフォトレジストであるＡＺ　Ｐ４６２０（Ｈｏｅｃｈｓｔ製）を用いた。
【００４０】
次に、図３（ｄ）に示す如く、ニッケルメッキ又はパーマロイメッキ等を行い、ニッケル又はパーマロイ等を２０μｍ程度成膜し、第一軟磁性体１２１を形成する。メッキの方法は電気メッキでも無電解メッキでもよい。その後、フォトレジスト１１３を除去し、露出したシード電極１１２の部分を反応性イオンエッチング又はイオンミーリングを用いて除去する。
【００４１】
次に、図３（ｅ）に示す如く、ポリイミド、ベンゾシクロブテン等の絶縁膜１１８を成膜し、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液等の強アルカリ溶液によるウェットエッチング又は反応性イオンエッチング等を用いてパターニングする。
【００４２】
次に、図３（ｆ）に示す如く、シード電極１１４として、チタンを５０Å程度成膜した後、金、銅等を１０００Å程度、蒸着、スパッタ等で成膜する。その上にフォトレジスト１１６を６０μｍ程度成膜後、パターニングし、メッキのマスクとする。ここでは、フォトレジスト１１６に、膜厚に適したフォトレジストであるＳＵ−８（ＭＩＣＲＯＣＨＥＭ　ＣＯＲＰ．製）を用いた。
【００４３】
次に、図３（ｇ）に示す如く、電気銅メッキ又は無電解銅メッキを行い、銅を５０μｍ程度成膜し、コイル１０７を形成する。ここで、コイル１０７の幅は３０μｍ程度である。その後、フォトレジスト１１６を、加熱したＮ−メチルピロリドンを用いて除去する。そして、露出したシード電極１１４を反応性イオンエッチング又はイオンミーリングを用いて除去する。
【００４４】
次に、図３（ｈ）に示す如く、絶縁膜１１９を成膜してパターニングし、（ｃ）〜（ｄ）と同様の工程を行い、第二軟磁性体１２２を形成する。その後、裏面にフォトレジスト１１７を３０μｍ程度成膜後、パターニングし、エッチングのマスクとする。ここでは、フォトレジスト１１７に、膜厚に適したフォトレジストであるＡＺ　Ｐ４６２０（Ｈｏｅｃｈｓｔ製）を用いた。
【００４５】
次に、図３（ｉ）に示す如く、裏面から誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを行い、支持基板１０６を３００μｍ程度エッチングする。その後、フォトレジスト１１７を除去する。
【００４６】
次に、図３（ｊ）に示す如く、裏面から、さらに誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを行い、支持基板１０６を部分的に貫通するまでエッチングする。この際、可動板１０５が所望の厚さとなるように、エッチングを続けてもよい。続いて、表面の二酸化シリコン１１５をフッ化水素酸等によるウェットエッチング又はフッ素系ガスによる反応性イオンエッチング等を用いて除去する。
【００４７】
次に、図３（ｋ）に示す如く、偏向部１０８を形成する。スパッタ等の手段によりアルミニウム等の金属を成膜してミラーとしてもよいし、所望の偏向素子を接着してもよい。そして、永久磁石１０９を表面に形成する。メッキ、スパッタ等の手段により硬磁性体を成膜し、さらに磁化することで永久磁石１０９とする。また、所望の大きさの永久磁石を接着する方法や、希土類磁石の粉末をペースト状の接着剤に混ぜたものを塗布して固化する方法によって形成してもよい。
【００４８】
［実施例２］
次に、本発明の実施例２について説明する。図４及び図５は本発明の実施例２の光偏向器を説明する図である。図４（ａ）は上面図を、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図を、図５は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図を夫々示している。基本的な構成、駆動方法、作製方法は前述の実施例１とほぼ同じである。図４及び図５において、２０１は光偏向器、２０２は第１ねじりバネ、２０３は第２ねじりバネ、２０４は第１可動板（第２可動板の支持基板を兼ねる）、２０５は第２可動板、２０６は第１可動板２０４の支持基板、２０７は第１可動板２０４上に形成されたコイル、２０８は第２可動板２０５上に設置された偏向部、２０９ａ、２０９ｂは支持基板２０６上に設置された第１永久磁石、２１０は第２可動板２０５上に設置された第２永久磁石、２１１は電流源、２２１はコイル２０７を下面において覆う第一軟磁性体、２２２はコイル２０７を上面において覆う第二軟磁性体、２２３は磁束密度の比較的大きい領域（軟磁性体が開いた部分である）を夫々示している。本実施例では、第一軟磁性体２２１と第二軟磁性体２２２は全く分離していて接続部分を持たない様に描いてあるが、永久磁石２０９ａ、２０９ｂ、２１０の磁極に近接する部分を除いて、磁束の遮蔽部分を更に広範囲にする為にこれら軟磁性体２２１、２２２の内周部及び／または外周部が磁気的に接続されていてもよい。図４（ａ）では、構造が分かり易いように、第一軟磁性体２２１、第二軟磁性体２２２を描いていない。
【００４９】
実施例２は、実施例１における光偏向器１０１にあたる構造を第１ねじりバネ２０２によってその回転軸を中心に揺動可能に支持し、第１ねじりバネ２０２を固定する支持基板２０６上に、別の磁気発生手段として、第１永久磁石２０９ａ、２０９ｂが配置されていることを特徴としている。コイル２０７から発生する磁束の密度は領域２２３において比較的大きいため、永久磁石２０９ａ、２０９ｂの磁極である端部は領域２２３内に配置するとよい。
【００５０】
次に、動作について説明する。
ｙ軸周り、つまり第２ねじりバネ２０３中心の駆動原理は実施例１のｙ軸周りに関する場合と同じである。ｘ軸周り、つまり第１ねじりバネ２０２中心の駆動原理も、第１永久磁石２０９ａ、２０９ｂの配置形態は若干異なるが、実施例１のｙ軸周りに関する場合と基本的に同様である。すなわち、第１永久磁石２０９ａ、２０９ｂを図４（ａ）と図５の様に第１可動板２０４の支持基板２０６側に配置し、コイル２０７を第１可動板２０４側に配置することで（この配置関係がｙ軸周りに関する揺動構造と逆になっている）、第１可動板２０４に第１ねじりバネ２０２中心のトルクを与えることができる。
【００５１】
本実施例では、電流源２１１を用いてコイル２０７に電流を流すことにより第１可動板２０４が第１ねじりバネ２０２の周りで支持基板２０６に対して揺動すると共に第２可動板２０５が第２ねじりバネ２０３の周りで第１可動板２０４に対して揺動するので、偏向部２０８を有する第２可動板２０５を２軸に揺動することができる。また、第１可動板２０４及び第２可動板２０５の共振周波数の周波数成分を有する交流電流で駆動することにより、大きな変位角が得られる。更に、第１可動板２０４の共振周波数と第２可動板２０５の共振周波数が大きく異なるように設計することで、第１可動板２０４と第２可動板２０５をほぼ独立に駆動できる。
【００５２】
以上のように、本実施例の光偏向器は、図４及び図５に示すように永久磁石２０９ａ、２０９ｂ、２１０及びコイル２０７とを配置することで、簡単な構成で光ビームを２軸に偏向することが可能となる。また、可動板と永久磁石とが機械的に干渉しない様に工夫されているため、可動板の変位角を大きくとることが可能となる。
【００５３】
［実施例３］
図６は本発明の実施例３の光偏向器を説明する上面図である。実施例３の光偏向器は、実施例１に述べた構造に夫々あたる２つの光偏向器（大）４０１ａ及び光偏向器（小）４０１ｂを有している。光偏向器（小）４０１ｂは、光偏向器（大）４０１ａの可動板４０５ａ上に配置される入れ子構造となっている。但し、光偏向器（大）４０１ａは偏向部を有していない。また、可動板４０５ａ上には２本の永久磁石４０９が光偏向器（小）４０１ｂを挟んで設置されている。光偏向器（小）４０１ｂの可動板４０５ｂの表面にも永久磁石４１０が設置され、裏面にはミラー（不図示）が設置されている。電流源４１１は、光偏向器（大）４０１ａのコイル（光偏向器（大）４０１ａの支持基板上に永久磁石４０９を周回するように設けられている）と光偏向器（小）４０１ｂのコイル（光偏向器（小）４０１ｂの支持基板（光偏向器（大）４０１ａの可動板４０５ａでもある）上に永久磁石４１０を周回するように設けられている）に直列に接続されており、１つの電流源４１１で可動板４０５ｂを２軸に駆動することができる。電流源４１１を２つ設け、光偏向器（大）４０１ａと光偏向器（小）４０１ｂとを独立に駆動してもよい。本実施例でも、軟磁性体が、光偏向器（大）４０１ａのコイルと光偏向器（小）４０１ｂのコイルを覆って上記実施例で述べたように夫々設けられている。半導体レーザ等の光源から発生した光を可動板４０５ｂ上のミラー（不図示）に当てることで、光を２次元に偏向できる。ミラーの代わりにレンズや回折格子のような光学素子を設置してもよい。
【００５４】
以上のように構成された本実施例の光偏向器も、上記実施例１に述べた光偏向器を入れ子構造で用いることで、エネルギー効率が良く、偏向角が大きくでき、２次元の偏向ができる光偏向器を実現できる。
【００５５】
［実施例４］
図７は本発明の光偏向器を用いた光学機器である本発明による画像表示装置の基本的な構成を示す模式図である。図７において、５０１は上記実施例に示された光偏向器（実施例１のものを２つ組合わせて用いてもよいし、実施例２または３のものを用いてもよい）であり、本実施例では、水平・垂直方向に入射光をラスタスキャンする光スキャナ装置として作用する。５０２はレーザ光源である。５０３はレンズ或いはレンズ群であり、５０４は書き込みレンズまたはレンズ群であり、５０５は投影面（画像表示面）である。２つのレンズ或いはレンズ群５０３、５０４の間に、光偏向器５０１が配置されている。
【００５６】
ここにおいて、レーザ光源５０２から入射されたレーザ光は、光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けており、光偏向器５０１により２次元的に走査されることで、投影面５０５上に画像を形成する。
【００５７】
［実施例５］
図８は本発明の光偏向器を用いた光学機器である本発明による画像形成装置の基本的な構成を示す模式図である。図８において、６０１は上記実施例１に示された光偏向器における可動板にミラー、レンズ、回折格子等の光学素子を設けて構成されている光偏向器であり、本実施例ではドラム状感光体（画像形成面）６０６の回転中心と平行な一次元方向に光を走査する光スキャナ装置として機能する。６０２はレーザ光源であり、６０３はレンズ或いはレンズ群であり、６０４は書き込みレンズまたはレンズ群である。２つのレンズ或いはレンズ群６０３、６０４の間に、光偏向器６０１が配置されている。
【００５８】
ここにおいて、レーザ光源６０２から入射されたレーザ光は、光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けており、光偏向器６０１により一次元的に走査される。一方、ドラム状感光体６０６は回転中心の回りで所要の回転速度で回転している。そして、感光体６０６は図示しない帯電器により表面が一様に帯電されている。従って、光偏向器６０１による走査と感光体６０６の回転とに基づき、感光体６０６の表面に光がパターン状に入射されることになり、その光入射部分と光非入射部分とで静電潜像が形成される。図示しない現像器により、感光体６０６の表面の静電潜像に対応したパターンのトナー像が形成され、これを例えば図示しない用紙に転写・定着することで可視画像が形成される。
【００５９】
【発明の効果】
以上に説明した通り、本発明の揺動装置及び光偏向器によると、従来の光偏向器に比べて、エネルギー効率が良く、また、可動板の変位を大きくしやすい。また、本発明の画像表示装置、画像形成装置によると、従来の画像表示装置、画像形成装置に比べて、エネルギー効率が良く、偏向角が大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の光偏向器の実施例１を説明する主部の分解図である。
【図２】図２は本発明の光偏向器の実施例１を説明する図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】図３は本発明の実施例１の作製プロセスを説明する断面図である。
【図４】図４は本発明の光偏向器の実施例２を説明する図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。
【図５】図５は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図である。
【図６】図６は本発明の光偏向器の実施例３を説明する上面図である。
【図７】図７は本発明の画像表示装置の実施例を説明する模式図である。
【図８】図８は本発明の画像形成装置の実施例を説明する模式図である。
【図９】図９は従来技術を説明する上面図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、６０１：光偏向器
１０３：ねじりバネ
１０５、４０５ａ、４０５ｂ：可動板
１０６、２０６：支持基板
１０７、２０７：コイル
１０８、２０８：偏向部
１０９、４０９、４１０：永久磁石
１１１、２１１：電流源
１１２、１１４：シード電極
１１３、１１６、１１７：フォトレジスト
１１５：二酸化シリコン
１１８、１１９：絶縁膜
１２１、２２１：第一軟磁性体
１２２、２２２：第二軟磁性体
１２３、２２３：磁束密度の比較的大きい領域
２０２：第１ねじりバネ
２０３：第２ねじりバネ
２０４：第１可動板
２０５：第２可動板
２０９ａ、２０９ｂ：第１永久磁石
２１０：第２永久磁石
４０１ａ：光偏向器（大）
４０１ｂ：光偏向器（小）
５０１：光偏向器群
５０２、６０２：レーザ光源
５０３、６０３：レンズ或いはレンズ群
５０４、６０４書き込みレンズまたはレンズ群
５０５：投影面
６０６：感光体

Claims (14)

1. 支持基板に対して回転軸を中心に揺動可能な可動板を有する揺動装置であって、前記回転軸の方向と角度を成す所定方向に着磁された硬磁性体が前記可動板と支持基板の一方側に設けられ、前記硬磁性体と離間した位置に、磁束を発生する磁気発生手段が前記可動板と支持基板の他方側に設けられ、軟磁性体が、前記硬磁性体の磁極に近接した前記磁気発生手段の部分を除いて、前記磁気発生手段を少なくとも部分的に覆う様に設けられていることを特徴とする揺動装置。
2. 前記軟磁性体として、第一軟磁性体と第二軟磁性体とが前記磁気発生手段を挟んで設けられていることを特徴とする請求項１記載の揺動装置。
3. 前記磁気発生手段がコイルであることを特徴とする請求項１または２に記載の揺動装置。
4. 前記コイルが、前記硬磁性体が設置される前記可動板の面と略平行な面上で、前記可動板を周回していることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の揺動装置。
5. 前記第一軟磁性体と第二軟磁性体との少なくとも１つが開口を有し、開口の周部が、前記可動板を周回していることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の揺動装置。
6. 前記第一軟磁性体の外周部と前記第二軟磁性体の外周部とが、磁気的に接続している部分を有することを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載の揺動装置。
7. 前記第一軟磁性体の開口の周部と前記第二軟磁性体の開口の周部とが、前記硬磁性体の磁極に近接しない部分において、磁気的に接続している部分を有することを特徴とする請求項５または６に記載の揺動装置。
8. 前記硬磁性体が、前記第一軟磁性体の最上面と前記第二軟磁性体の最下面との間に設置されていることを特徴とする請求項２乃至７の何れかに記載の揺動装置。
9. 前記コイルに、主に前記可動板の共振周波数の周波数成分を含む電流が印加される様に構成されていることを特徴とする請求項３乃至８の何れかに記載の揺動装置。
10. 請求項１乃至９の何れかに記載の揺動装置を用いた光偏向器であって、前記可動板には入射光を偏向させる偏向部が設けられていることを特徴とする光偏向器。
11. 光源と、前記光源から発せられた光を偏向させる請求項１０に記載の光偏向器と、前記光偏向器により偏向された光が投影される画像表示面とを有することを特徴とする画像表示装置。
12. 光源と、前記光源から発せられた光を偏向させる請求項１０に記載の光偏向器と、前記光偏向器により偏向された光が投影される画像形成面とを有することを特徴とする画像形成装置。
13. 請求項１乃至９の何れかに記載の揺動装置または請求項１０に記載の光偏向器を作製する方法であって、基板から可動板と弾性支持部と支持基板を形成する工程と、可動板と支持基板の一方側に着磁された硬磁性体を形成する工程と、可動板と支持基板の他方側にコイルと軟磁性体を形成する工程とを少なくとも有することを特徴とする揺動装置または光偏向器の作製方法。
14. 前記基板から可動板と弾性支持部と支持基板を形成する工程は、反応性イオンエッチング或いはアルカリ溶液を用いたエッチングを含んでなされることを特徴とする請求項１３に記載の揺動装置または光偏向器の作製方法。

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