JP2004252048A

JP2004252048A - 振動ミラー、光書込装置および画像形成装置

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Publication number: JP2004252048A
Application number: JP2003040961A
Authority: JP
Inventors: Yukito Sato; 幸人佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】リブ構造の加工精度による共振周波数のばらつきを小さくし、生産の歩留まりを向上させる。
【解決手段】ミラー部１０２を形成する第１の基板１０１は、剛性が高く、シリコンや樹脂とのエッチング選択比が大きなガラス基板で形成し、第１の基板の反ミラー面側に接合されミラー部を補強するリブ部１０３と、それと結合する梁１０４、１０５を形成する第２の基板１０８は、適度な剛性をもち、基板自体を電極として使用可能な低抵抗の単結晶シリコン基板で形成し、梁１０４、１０５の外側を枠状に支持部を形成する第３の基板１０９は、加工が容易で安価なポリイミドで形成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシニング技術を応用した微小光学系を有する光走査装置に関し、例えば、デジタル複写機、及びレーザプリンタ等の書込系に用いられる光走査装置、あるいはバーコードリーダー等の読み取り装置などに好適な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の振動ミラーでは、同一直線上に設けられた２本の梁で支持されたミラー基板を、ミラー基板に対向する位置に設けた電極との間の静電引力で、２本の梁をねじり回転軸として往復振動させている（例えば、非特許文献１参照）。マイクロマシニング技術で形成されるこの振動ミラーは、従来のモーターを使ったポリゴンミラーの回転による光走査装置と比較して、構造が簡単で半導体プロセスでの一括形成が可能なため、小型化が容易で製造コストも低く、また単一の反斜面であるため複数面による精度のばらつきがなく、さらに往復走査であるため高速化にも対応できる等の効果が期待できる。
【０００３】
このような静電駆動の振動ミラーとしては、梁をＳ字型として剛性を下げ、小さな駆動力で大きな振れ角が得られるようにしたもの（例えば、特許文献１参照）、梁の厚さをミラー基板、フレーム基板よりも薄くしたもの（例えば、特許文献２参照）、固定電極をミラー部の振動方向に重ならない位置に配置したもの（例えば、特許文献３、非特許文献２参照）、また、対向電極をミラーの振れの中心位置から傾斜させて設置することで、ミラーの振れ角を変えずに駆動電圧を下げたものがある（例えば、非特許文献３参照）。以上は駆動方法として静電引力を用いた例であるが、駆動力はそのほか電磁力を用いたものや圧電素子を用いたものが提案されている。
【０００４】
一般に、これらの振動ミラーは低エネルギーで大きな振れ角が得られるように、ミラー基板とねじり梁それぞれの材質、形状、寸法で決まってくる構造体の共振周波数で駆動するとともに、振動ミラーの構造としては動作時の剛性を確保しつつ軽量化して慣性モーメントを小さくする方法がとられる。
【０００５】
このような振動ミラーとしては、ミラー部裏面に複数の凹部を形成したものや（例えば、特許文献４参照）、ミラー部裏面に補強リブを設けたものが提案されている（例えば、特許文献５参照）。また、共振振動型ではないが、ミラー裏面に複数の中空部を設けたものが提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
ＩＢＭＪ．Ｒｅｓ．ＤｅｖｅｌｏｐＶｏｌ．２４（１９８０）
【非特許文献２】
Ｔｈｅ１３ｔｈＡｎｎｕａｌＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＭＥＭＳ２０００（２０００）ｐ．４７３−４７８
【非特許文献３】
Ｔｈｅ１３ｔｈＡｎｎｕａｌＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＭＥＭＳ２０００（２０００）ｐ．６４５−６５０
【特許文献１】
特許第２９２４２００号公報
【特許文献２】
特開平７−９２４０９号公報
【特許文献３】
特許第３０１１１４４号公報
【特許文献４】
特開２００１−２４９３００号公報
【特許文献５】
特開平７−２８７１８４号公報
【特許文献６】
特開平８−２２０４６３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
振動ミラーの共振周波数ｆは、梁のねじり弾性係数をｋ、ミラー基板の慣性モーメントをＩとすると次式であらわすことができる。
【０００８】
ｆ＝１／２π√（ｋ／Ｉ）
ねじり弾性係数ｋは、梁幅をｃ、梁高さをｔ、梁長さをＬとすると次式であらわすことができる。
なお、βは断面形状係数、Ｅはヤング率、νはポアソン比である。
【０００９】
ｋ＝βｔｃ^３Ｅ／Ｌ（１＋ν）
ミラー基板の慣性モーメントＩは、ミラー重量をＭ、密度をρ、ミラー基板の幅、長さ、厚さをそれぞれｂ、ａ、ｔとすると次式であらわすことができる。
【００１０】

ねじり梁支持の振動ミラーは、一般に低エネルギーで大きな振れ角が得られるように、ミラー基板とねじり梁それぞれの材質、形状、寸法で決まってくる構造体の共振周波数を駆動周波数として設定している。これらの関係式からわかるように、ねじり梁（ｃ，ｔ，Ｌ）とミラー基板（ａ，ｂ，ｔ）の寸法は振動ミラーの共振周波数に大きく影響してくる。また、ミラー基板を軽量、高剛性化するためにリブ構造とする場合についても、リブの高さとミラーの厚さ精度の共振周波数への影響は大きい。
【００１１】
このように、ねじり梁とミラー基板の形状、寸法は製造工程におけるマスク精度や加工方法、加工精度によって決まってくるため、完成した振動ミラーには必ず寸法誤差が生じてくる。したがって、共振周波数は厳密に見れば個々のデバイスですべて異なってくる。この差がある範囲におさまっていれば電圧のゲイン調整により振れ角を調整することは可能であるが、共振周波数の差が大きいと調整できる範囲をこえてしまう。調整範囲を越えた共振周波数のデバイスはそのままでは使用不可能であり除外されるため歩留まりが下がることになる。
【００１２】
本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、リブ構造の加工精度による共振周波数のばらつきを小さくし、生産の歩留まりを向上させた振動ミラー、光書込装置および画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の振動ミラーでは、光ビームを反射するミラー基板と、ミラー基板を支持する同一直線上に設けられた２本の梁と、上記ミラー基板に回転力を発生するミラー駆動手段とを有し、ミラー基板を前記梁をねじり回転軸として、所定の走査周波数で往復振動する振動ミラーにおいて、ミラー部を形成する第１の基板と、第１の基板の反ミラー面側に接合され上記ミラー部を補強するリブ部と、それと結合する梁部とを形成する第２の基板と、第１、第２のいずれかに接合され枠状に支持部を形成する第３の基板とからなる。
【００１４】
請求項２の振動ミラーでは、請求項１記載の振動ミラーにおいて上記第１、第２、第３の基板のうち、少なくとも隣接する基板の材質が異なる。
【００１５】
請求項３の振動ミラーでは、請求項１記載の振動ミラーにおいて上記第１、第２、第３の基板のうち、隣接しない２つの基板が同一材料で形成されている請求項１記載の振動ミラー。
【００１６】
請求項４の振動ミラーでは、請求項３記載の振動ミラーにおいて上記第１、第２、第３の基板のうち、隣接しない２つの基板がシリコン基板である。
【００１７】
請求項５の振動ミラーでは、請求項１記載の振動ミラーにおいて上記第１、第２、第３の基板のいずれかの接合面間にエッチングストップ層を形成してなる。
【００１８】
請求項６の振動ミラーでは、請求項５記載の振動ミラーにおいて上記第１、第２、第３の基板が同一材料からなり、それぞれの接合面間にエッチングストップ層を形成してなる。
【００１９】
請求項７の振動ミラーでは、請求項６記載の振動ミラーにおいて上記第１、第２、第３の基板がシリコン基板からなり、それぞれ接合面間に酸化膜を形成してなる。
【００２０】
請求項８の振動ミラーでは、請求項５記載の振動ミラーにおいて上記第１、第２、第３の基板のうち、隣接する２つの基板が同一材料からなり、それぞれの接合面間にエッチングストップ層を形成してなる。
【００２１】
請求項９の振動ミラーでは、請求項８記載の振動ミラーにおいて上記第１、第２、第３の基板のうち、隣接する２つの基板がシリコン基板からなり、それぞれの接合面間に酸化膜を形成してなる。
【００２２】
請求項１０の振動ミラーにおいては、請求項１に記載の振動ミラーにおいて上記ミラー基板で偏向した光ビームの透過部と、上記ミラー駆動手段に結線する端子とを有する封止手段を備え、少なくとも上記ミラー基板を減圧状態に密閉されている。
【００２３】
請求項１１の光書込装置においては、請求項１から９のいずれか１項記載の振動ミラーと、前記振動ミラーの振幅に対応して、前記光源を変調する光源駆動手段と、前記ミラー面で反射された光ビームを被走査面に結像させるための手段とを有する。
【００２４】
請求項１２の画像形成装置においては、請求項１から９のいずれか１項記載の振動ミラーと、記録信号によって変調された光ビームを前記振動ミラーのミラー基板のミラー面へ入射させるための手段と、前記ミラー面で反射された光ビームを結像させるための手段と、前記記録信号にしたがった静電潜像が結像される像担持体と、静電像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段を有する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的に説明する。
【００２６】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る振動ミラーの構成を示す。図１（ａ）は振動ミラーの平面図、（ｂ）は振動ミラーのねじり梁と直交方向Ａ−Ａ’中央の断面図である。第１の基板１０１上には、使用する光に対して十分な反射率をもつ金属薄膜からなるミラー部１０２が形成されている。第１の基板１０１の反ミラー面側には、第２の基板１０８が接合されており、第２の基板には動作時のミラー部の変形を抑えるためのリブ部１０３と、そこに結合する２本の梁部１０４、１０５と、櫛歯型の駆動電極１０６、１０７が形成されている。リブ部１０３は同軸上に設けられた２本の梁１０４、１０５でその一辺の中央部分を支持されており、第１の基板１０１と第２の基板１０８に形成された各部の寸法は、必要とする共振周波数が得られるように設計されている。また、第１の基板１０１のミラー面側には、第３の基板１０９が２本の梁１０４、１０５の外側を枠状に支持部を形成している。
【００２７】
ミラー部１０２が形成されている第１の基板１０１は、剛性が高く、シリコンや樹脂とのエッチング選択比が大きなガラス基板で形成されている。リブ部１０３とそこに結合する２本の梁部１０４、１０５と、櫛歯型の駆動電極１０６、１０７が形成されている第２の基板１０８は、高精度の微細加工が可能で弾性体として使用するうえで適度な剛性をもち、かつ、基板自体を電極として用いることができるように低抵抗の単結晶シリコン基板で形成されている。２本の梁１０４、１０５の外側を枠状に支持部を形成している第３の基板１０９は、加工が容易で安価なポリイミドで形成されている。このように第１、第２、第３の基板の材質が異なり、第１の基板が第２、第３の基板に対し大きなエッチング選択比をもっているため、第２、第３の基板の加工の際、第１の基板に達した時点でエッチングが停止し、良好なエッチング深さ精度が得られる。
【００２８】
第２のシリコン基板１０８は、第１のガラス基板１０１を介して第３のポリイミド基板１０９に接合されており、第３のポリイミド基板１０９はミラー基板が振動する領域が除去されている。なお、第３のポリイミド基板１０９の厚さは、ミラー基板の振動範囲がフレーム外に出ないことと、振動ミラー製造時の取り扱いに支障をきたさないことを考慮して設定してある。
【００２９】
第２のシリコン基板１０８における、ねじり梁１０４、１０５、リブ部１０３、櫛歯電極部１０６、１０７は、酸化膜をエッチングマスクとして、ＳＦ６エッチングガスを用いた高密度プラズマエッチングにより、同一シリコン基板を貫通エッチングすることによって一体成形されている。この際、静電引力による駆動のための可動電極１０６、１０７をミラー基板のねじり梁が結合されていない側面に櫛歯形状に加工形成した。
【００３０】
また、第３のポリイミド基板１０９については、メタルマスクによりミラー基板振動領域をＯ２プラズマでエッチング除去して形成してある。なお、第２のシリコン基板１０８と第１のガラス基板１０１は陽極接合で、第１のガラス基板１０１と第３のポリイミド基板１０９は熱圧着で接合した。
【００３１】
第２のシリコン基板１０８のねじり梁に支持されていない櫛歯形状をなす両可動電極１０６、１０７は、微小ギャップを隔てた同一部位に設けられた、同じく櫛歯形状の駆動用の固定電極１１０、１１１に噛み合うかたちで対向している。この固定電極１１０、１１１が形成されている第２のシリコン基板１０８の一部は、スリット１１２、１１３、１１４、１１５によりねじり梁が結合されている領域からは絶縁分離されている。
【００３２】
第２のシリコン基板１０８の表面には酸化膜が形成されており、固定電極１１０、１１１が形成され絶縁分離されている第２のシリコン基板１０８の一部は酸化膜がマスクエッチングによって除去され、低抵抗シリコン基板が露出しており、この部分にスパッタ法でマスク成膜したＡｌ薄膜による電極パット１１６、１１７が形成されている。また、ねじり梁が結合されている上部フレームの一部からも同様にマスクエッチングによって酸化膜が除去され低抵抗シリコン基板が露出しており、この部分にもスパッタ法でマスク成膜したＡｌ薄膜による電極パット１１８が形成されている。なお、ここでは電極パットとしてＡｌ薄膜をスパッタ法で形成しているが、十分な密着性とシリコン基板との導通が得られればＡｕ等の他の材料も選択可能であり、また、成膜方法についても真空蒸着法、イオンプレーティング法等の他の方法で成膜してもよい。
【００３３】
なお、ここでは振動ミラーの駆動方法として静電引力を用いた場合の構成を説明したが、電磁力や圧電素子を用いた場合の構成にすることも可能である。
【００３４】
次に、本発明の実施例１に係る振動ミラーの動作を説明する。２本のねじり梁１０４、１０５で支持されたミラー部１０２の両端を可動電極として接地するため、上部フレームに形成された電極パット１１８を接地しておく。このとき上部フレームとねじり梁、ミラー基板は低抵抗のシリコン基板によって一体形成されているため同電位となる。上部フレームに形成された電極パット１１６、１１７から固定電極１１０、１１１に同時に電圧を印加すると、微小ギャップを介して向かい合った固定電極１１０、１１１と可動電極１０６、１０７の間に静電引力が働き、両電極間に微少量の初期位置ずれがあった場合、両者が最短距離となるように可動電極すなわちミラー基板に回転のモーメントが働く。このようにして起動した後は、共振振動により振れ角を増大していくことができる。なお、ここではミラー基板を共振振動させるための駆動力として静電引力を用いた場合を説明したが、電磁力、圧電素子を駆動に用いてもよい。
【００３５】
このときの共振周波数は前述したようにミラー基板の慣性モーメントとねじり梁の剛性、すなわちそれぞれの材料、構造、寸法によって決まってくる。加工時の寸法はフォトリソグラフィ工程での露光、現像時間の超過、あるいはエッチング時のオーバーエッチング等を考慮したうえでフォトマスクの寸法補正を行ない合わせ込む。ミラー部裏面に接合された第２基板のエッチングによりリブ構造が形成されるが、その際、エッチング深さにばらつきがあると、ミラーの慣性モーメントが変わってしまい、それに伴ない共振周波数が変わってしまう。
【００３６】
しかしながら、本実施例の構造ではリブ形成エッチングは、第２基板に対してエッチング選択比の大きな第１基板に到達するまで行なえばよく、容易に高精度のリブを作製できる。ミラー板厚の加工精度によるばらつきが小さい本実施例による振動ミラーは共振周波数のばらつきが小さく、したがって振れ角のばらつきも小さく、電圧のゲイン等で振れ角をそろえることが容易である。
【００３７】
（実施例２）
図２は、本発明の実施例２に係る振動ミラーの構成を示し、図は、振動ミラーのねじり梁と直交方向中央の断面図である。
【００３８】
第１の基板２０１上には、使用する光に対して十分な反射率をもつ金属薄膜からなるミラー部２０２が形成されている。第１の基板２０１の反ミラー面側には、第２の基板２０８が接合されており、第２の基板２０８には動作時のミラー部の変形を抑えるためのリブ部２０３と、そこに結合する２本の梁部（図示せず）と、櫛歯型の駆動電極２０６、２０７が形成されている。リブ部２０３は同軸上に設けられた２本の梁でその一辺の中央部分を支持されており、第１の基板２０１と第２の基板２０８に形成された各部の寸法は、必要とする共振周波数が得られるように設計されている。また、第１の基板２０１のミラー面側には、第３の基板２０９が２本の梁の外側を枠状に支持部を形成している。
【００３９】
ミラー部が形成されている第１の基板２０１は、剛性が高く、シリコンとのエッチング選択比が大きなガラス基板で形成されている。リブ部２０３とそこに結合する２本の梁部と、櫛歯型の駆動電極２０６、２０７が形成されている第２の基板２０８と、２本の梁の外側を枠状に支持部を形成している第３の基板２０９は、高精度の微細加工が可能で弾性体として使用するうえで適度な剛性をもち、かつ、基板自体を電極として用いることができるように低抵抗の単結晶シリコン基板で形成されている。
【００４０】
このように、第２、第３の基板の材質が第１の基板の材質と異なり、第１の基板が第２、第３の基板に対し大きなエッチング選択比をもっているため、第２、第３の基板の加工の際、第１の基板に達した時点でエッチングが停止し、良好なエッチング深さ精度が得られる。さらに本実施例においては第２、第３の基板の材料として同一のシリコン材料を使っているので、表裏ともに同様の加工方法、装置を設定することが可能である。
【００４１】
第２のシリコン基板２０８は、第１のガラス基板２０１を介して第３のシリコン基板２０９に接合されており、第３のシリコン基板２０９はミラー基板が振動する領域が除去されている。なお、第３のシリコン基板２０９の厚さは、ミラー基板の振動範囲がフレーム外に出ないことと、振動ミラー製造時の取り扱いに支障をきたさないことを考慮して設定してある。
【００４２】
第２のシリコン基板２０８における、ねじり梁、リブ部２０３、櫛歯電極部２０６、２０７と、第３のシリコン基板２０９のミラー基板振動領域は、それぞれ酸化膜をエッチングマスクとして、ＳＦ６エッチングガスを用いた高密度プラズマエッチングにより、同一シリコン基板を貫通エッチングすることによって成形されている。この際、静電引力による駆動のための可動電極２０６、２０７をミラー基板のねじり梁が結合されていない側面に櫛歯形状に加工形成した。また、第２、第３のシリコン基板と第１のガラス基板は陽極接合で接合されている。
【００４３】
第２のシリコン基板２０８のねじり梁に支持されていない櫛歯形状をなす両可動電極２０６、２０７は、微小ギャップを隔てた同一部位に設けられた同じく櫛歯形状の駆動用の固定電極２１０、２１１に噛み合うかたちで対向している。この固定電極２１０、２１１が形成されている第２のシリコン基板２０８の一部は、スリットによりねじり梁が結合されている領域からは絶縁分離されている。本実施例の表面側の構成は実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００４４】
（実施例３）
図３は、本発明の実施例３に係る振動ミラーの構成を示し、図は、ねじり梁と直交方向中央の断面図である。
【００４５】
第１の基板３０１上には、使用する光に対して十分な反射率をもつ金属薄膜からなるミラー部３０２が形成されている。第１の基板３０１の反ミラー面側には、酸化膜３０４を介して第２の基板３０８が接合されており、第２の基板３０８には動作時のミラー部の変形を抑えるためのリブ部３０３と、そこに結合する２本の梁部（図示せず）と、櫛歯型の駆動電極３０６、３０７が形成されている。リブ部３０３は同軸上に設けられた２本の梁でその一辺の中央部分を支持されており、第１の基板３０１と第２の基板３０８に形成された各部の寸法は、必要とする共振周波数が得られるように設計されている。また、第１の基板３０１のミラー面側には、第３の基板３０９が２本の梁の外側を枠状に支持部を形成している。
【００４６】
ミラー部が形成されている第１の基板３０１と、リブ部３０３とそこに結合する２本の梁部と、櫛歯型の駆動電極３０６、３０７が形成されている第２の基板３０８は、高精度の微細加工が可能で弾性体として使用するうえで適度な剛性をもち、かつ、基板自体を電極として用いることができるように低抵抗の単結晶シリコン基板で形成されている。２本の梁の外側を枠状に支持部を形成している第３の基板３０９は、加工が容易で安価なポリイミドで形成されている。
【００４７】
このように、第１、第２の基板の材質が両基板を接合している界面の材質と異なり、酸化膜が第１、第２のシリコン基板に対し大きなエッチング選択比をもっているため、第１、第２のシリコン基板の加工の際、界面の酸化膜に達した時点でエッチングが停止し、良好なエッチング深さ精度が得られる。第２のシリコン基板３０８は、酸化膜と第１のシリコン基板３０１を介して第３のポリイミド基板３０９に接合されており、第３のポリイミド基板はミラー基板が振動する領域が除去されている。なお、第３のポリイミド基板３０９の厚さは、ミラー基板の振動範囲がフレーム外に出ないことと、振動ミラー製造時の取り扱いに支障をきたさないことを考慮して設定してある。
【００４８】
第２のシリコン基板３０８における、ねじり梁、リブ部３０３、櫛歯電極部３０６、３０７はそれぞれ酸化膜をエッチングマスクとして、ＳＦ６エッチングガスを用いた高密度プラズマエッチングにより、同一シリコン基板を貫通エッチングすることによって成形されている。この際、静電引力による駆動のための可動電極３０６、３０７をミラー基板のねじり梁が結合されていない側面に櫛歯形状に加工形成した。第３のポリイミド基板のミラー基板振動領域については、メタルマスクによりミラー基板振動領域をＯ２プラズマでエッチング除去して形成してある。また、第１、第２のシリコン基板は酸化膜を介して直接接合で接合されている。
【００４９】
第２のシリコン基板３０８のねじり梁に支持されていない櫛歯形状をなす両可動電極３０６、３０７は、微小ギャップを隔てた同一部位に設けられた同じく櫛歯形状の駆動用の固定電極３１０、３１１に噛み合うかたちで対向している。この固定電極３１０、３１１が形成されている第２のシリコン基板３０８の一部は、スリットによりねじり梁が結合されている領域からは絶縁分離されている。本実施例の表面側の構成は実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００５０】
次に、図４を用いて、実施例３の製造方法を説明する。板厚５２５ｕｍの２枚のシリコン基板４０１、４０２を厚さ５０００Ａの熱酸化膜４０３を介して直接接合し、一方のシリコン基板４０２を板厚２ｕｍまで研削、研磨する（ａ）。次に、研磨したほうのシリコン基板４０２に厚さ１ｍｍのポリイミド薄板４０４を熱圧着し、もう一方のシリコン基板４０１を厚さ８０ｕｍまで研削、研磨する（ｂ）。次に、シリコン基板４０１にレジスト４０５を形成し、リブ、ギャップ形状にパターニングする（ｃ）。次に、このレジストをマスクとして高密度プラズマエッチングでシリコン基板４０１を、界面の酸化膜４０３に達するまでエッチングする（ｄ）。このとき、界面の酸化膜はシリコンに対して大きなエッチング選択比を持っているため、酸化膜に達したときにエッチングが停止する。そのためリブの高さがエッチング時間に影響されず、高精度に形成することができる。次に、リブが形成された領域をレジスト４０６で保護し、界面の酸化膜４０３をバッファーフッ酸でエッチング除去したあと、さらに高密度プラズマでギャップ領域をポリイミド基板４０４に達するまでエッチングする（ｅ）。次に、表面側のレジストをドライエッチングで除去する（ｆ）。次に、ポリイミド基板をメタルマスクでシリコン基板に達するまでドライエッチングし、ミラー基板裏面に空間を形成する（ｇ）。最後に、メタルマスクで表面側に電極４０７を、裏面側にミラー４０８をスパッタ成膜する（ｈ）。
【００５１】
（実施例４）
図５は、本発明の実施例４に係る振動ミラーの構成を示し、図は、ねじり梁と直交方向中央の断面図である。
【００５２】
第１の基板５０１上には、使用する光に対して十分な反射率をもつ金属薄膜からなるミラー部５０２が形成されている。第１の基板５０１の反ミラー面側には、酸化膜５０４を介して第２の基板５０８が接合されており、第２の基板には動作時のミラー部の変形を抑えるためのリブ部５０３と、そこに結合する２本の梁部（図示せず）と、櫛歯型の駆動電極５０６、５０７が形成されている。リブ部５０３は同軸上に設けられた２本の梁でその一辺の中央部分を支持されており、第１の基板５０１と第２の基板５０８に形成された各部の寸法は、必要とする共振周波数が得られるように設計されている。また、第１の基板のミラー面側には、酸化膜５０５を介して第３の基板５０９が２本の梁の外側を枠状に支持部を形成している。
【００５３】
ミラー部が形成されている第１の基板５０１と、リブ部５０３とそこに結合する２本の梁部と、櫛歯型の駆動電極５０６、５０７が形成されている第２の基板５０８と、２本の梁の外側を枠状に支持部を形成している第３の基板５０９は、いずれも高精度の微細加工が可能で弾性体として使用するうえで適度な剛性をもち、かつ、基板自体を電極として用いることができるように低抵抗の単結晶シリコン基板で形成されている。
【００５４】
このように、第１、第２および第２、第３の基板の材質が両基板を接合している界面の材質と異なり、酸化膜が第１、第２、第３のシリコン基板に対し大きなエッチング選択比をもっているため、第１、第３のシリコン基板の加工の際、界面の酸化膜に達した時点でエッチングが停止し、良好なエッチング深さ精度が得られる。第２のシリコン基板５０８は、酸化膜／第１のシリコン基板５０１／酸化膜を介して第３のシリコン基板５０９に接合されており、第３のシリコン基板はミラー基板が振動する領域が除去されている。なお、第３のシリコン基板５０９の厚さは、ミラー基板の振動範囲がフレーム外に出ないことと、振動ミラー製造時の取り扱いに支障をきたさないことを考慮して設定してある。
【００５５】
第２のシリコン基板５０８における、ねじり梁、リブ部５０３、櫛歯電極部５０６、５０７と、第３のシリコン基板のミラー基板振動領域については、それぞれ酸化膜をエッチングマスクとして、ＳＦ６エッチングガスを用いた高密度プラズマエッチングにより、同一シリコン基板を貫通エッチングすることによって成形されている。この際、静電引力による駆動のための可動電極５０６、５０７をミラー基板のねじり梁が結合されていない側面に櫛歯形状に加工形成した。また、第１、第２、第３のシリコン基板はそれぞれが酸化膜を介して直接接合で接合されている。
【００５６】
第２のシリコン基板５０８のねじり梁に支持されていない櫛歯形状をなす両可動電極５０６、５０７は、微小ギャップを隔てた同一部位に設けられた同じく櫛歯形状の駆動用の固定電極５１０、５１１に噛み合うかたちで対向している。この固定電極５１０、５１１が形成されている第２のシリコン基板５０８の一部は、スリットによりねじり梁が結合されている領域からは絶縁分離されている。本実施例の表面側の構成は実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００５７】
以上に説明した本発明の振動ミラーは、写真印刷方式のプリンタや複写機などの画像形成装置のための光走査装置として最適である。次に、そのような画像形成装置の一例について図６を参照して説明する。
【００５８】
図６において、６０１は光書込装置、６０２は光書込装置６０１の被走査面を提供する感光体ドラムである。光書込装置６０１は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームで感光体ドラム６０２の表面（被走査面）を同ドラムの軸方向に走査するものである。感光体ドラム６０２は、矢印６０３方向に回転駆動され、帯電部６０４で帯電された表面に光書込装置６０１により光走査されることによって静電潜像を形成される。この静電潜像は現像部６０５でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写部６０６で記録紙６０８に転写される。転写されたトナー像は定着部６０７によって記録紙６０８に定着される。感光体ドラム６０２の転写部６０６を通過した表面部分はクリーニング部６０９で残留トナーを除去される。なお、感光体ドラム６０２に代えてベルト状の感光体を用いる構成も可能であることは明らかである。また、トナー像を転写媒体に一旦転写し、この転写媒体からトナー像を記録紙に転写して定着させる構成とすることも可能である。
【００５９】
光書込装置６０１は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームを発する光源部６２０と、本発明の振動ミラー６２１と、この振動ミラー６２１のミラー基板のミラー面に光源部６２０からのレーザビームを結像させるための結像光学系６２２と、ミラー面で反射された１本又は複数本のレーザビームを感光体ドラム６０２の表面（被走査面）に結像させるための走査光学系６２３から構成される。振動ミラー６２１は、その駆動のための集積回路６２４とともに回路基板６２５に実装された形で光書込装置６０１に組み込まれる。
【００６０】
このような構成の光書込装置６０１は、次のような利点を有する。本発明による振動ミラー６２１は、前述のように共振周波数の精度、安定性の面で有利であるほか、回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の省電力化に有利である。振動ミラー６２１のミラー基板の振動時の風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、画像形成装置の静粛性の改善に有利である。光走査装置６２１は回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、振動ミラー６２１の発熱量もわずかであるため、光書込装置６０１の小型化が容易であり、したがって画像形成装置の小型化に有利である。
【００６１】
なお、記録紙６０８の搬送機構、感光体ドラム６０２の駆動機構、現像部６０５、転写部６０６などの制御手段、光源部６２０の駆動系などは、従来の画像形成装置と同様でよいため図中省略されている。
【００６２】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１記載の発明によれば、ミラー部を形成する第１の基板と、第１の基板の反ミラー面側に接合され上記ミラー部を補強するリブ部と、それと結合する梁部とを形成する第２の基板と、第１、第２のいずれかに接合され枠状に支持部を形成する第３の基板とからなり、機能の異なる構成部材を３層の基板に分離して設置しているため、それぞれの構成部材の機能に最適な加工方法や基板材料を別々に設定することができるので、ばらつきのない高精度な加工が可能となる。したがって、共振周波数のばらつきを小さくすることができ、生産の歩留まりを向上させることができる。
【００６３】
請求項２記載の発明によれば、上記第１、第２、第３の基板のうち、少なくとも隣接する基板の材質が異なり、３層からなる構成部材それぞれの材料を任意に設定できるので、中間層となる基板とその上下層となる基板とのエッチング選択比を大きくとることで中間層をエッチングストップ層として利用できる。すなわち、リブ形成の際のエッチング深さを装置や条件でばらつきが生じる時間管理で設定する必要が無く、基板の厚さそのものがエッチング深さになるため、ばらつきのない高精度な加工が可能となる。したがって、共振周波数のばらつきを小さくすることができ、生産の歩留まりを向上させることができる。
【００６４】
請求項３記載の発明によれば、上記第１、第２、第３の基板のうち、隣接しない２つの基板が同一材料で形成されているので、請求項２の効果に加えて、基板材料を２種に抑えることができるので、低コストにデバイスを形成できる。
【００６５】
請求項４記載の発明によれば、上記第１、第２、第３の基板のうち、隣接しない２つの基板がシリコン基板で形成されているので、請求項３の効果に加えて高精度の加工を多くの既存の装置を利用してできるため、低コストにデバイスを形成できる。
【００６６】
請求項５記載の発明によれば、上記第１、第２、第３の基板のいずれかの接合面間にエッチングストップ層を形成しており、それぞれの基板の加工をエッチングストップ層まで行なうことにより、基板途中で時間管理によりエッチングを停止する場合と比較してそれぞれの基板厚そのものを加工深さに設定でき、さらに、エッチングストップ層の材料を基板材料とは別々に設定できるので、それぞれの構成部材の機能に最適な加工方法や基板材料を別々に設定することができ、ばらつきのない高精度な加工が可能となる。したがって、共振周波数のばらつきを小さくすることができ、生産の歩留まりを向上させることができる。
【００６７】
請求項６記載の発明によれば、上記第１、第２、第３の基板が同一材料からなり、それぞれの接合面間にエッチングストップ層を形成しており、請求項５の効果に加えて基板材料を１種に抑えることができるので、低コストにデバイスを形成できる。
【００６８】
請求項７記載の発明によれば、上記第１、第２、第３の基板がシリコン基板からなり、それぞれ接合面間に酸化膜を形成しているので、請求項５の効果に加えて高精度の加工を多くの既存の装置を利用してできるため、低コストにデバイスを形成できる。
【００６９】
請求項８記載の発明によれば、上記第１、第２、第３の基板のうち、隣接する２つの基板が同一材料からなり、それぞれの接合面間にエッチングストップ層を形成しているため、請求項５の効果に加えて基板材料を２種に抑えることができるので、低コストにデバイスを形成できる。
【００７０】
請求項９記載の発明によれば、上記第１、第２、第３の基板のうち、隣接する２つの基板がシリコン基板からなり、それぞれの接合面間に酸化膜を形成しているので、請求項５の効果に加えて高精度の加工を多くの既存の装置を利用してできるため、低コストにデバイスを形成できる。
【００７１】
請求項１０記載の発明によれば、上記ミラー基板で偏向した光ビームの透過部と、上記ミラー駆動手段に結線する端子とを有する封止手段を備え、少なくとも上記ミラー基板を減圧状態に密閉しているので、ミラー基板を清浄な環境のもとで動作させることができるため信頼性が向上する。
【００７２】
請求項１１記載の発明によれば、請求項１から９のいずれか１項記載の振動ミラーと、前記振動ミラーの振幅に対応して、前記光源を変調する光源駆動手段と、前記ミラー面で反射された光ビームを被走査面に結像させるための手段とを備えているので、振動ミラーの共振周波数が高精度に調整され、光書込装置としての性能を安定して確保できる。
【００７３】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１から９のいずれか１項記載の振動ミラーと、記録信号によって変調された光ビームを前記振動ミラーのミラー基板のミラー面へ入射させるための手段と、前記ミラー面で反射された光ビームを結像させるための手段と、前記記録信号にしたがった静電潜像が結像される像担持体と、静電像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段を備えているので、振動ミラーの共振周波数が高精度に調整され、画像形成装置としての性能を安定して確保でき、回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の省電力化に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る振動ミラーの構成を示す。
【図２】本発明の実施例２に係る振動ミラーの構成を示す。
【図３】本発明の実施例３に係る振動ミラーの構成を示す。
【図４】実施例３の製造方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施例４に係る振動ミラーの構成を示す。
【図６】本発明が適用される画像形成装置の構成例を示す。
【符号の説明】
１０１第１の基板
１０２ミラー部
１０３リブ部
１０４、１０５梁
１０６、１０７櫛歯型の駆動電極
１０８第２の基板
１０９第３の基板

Claims

光ビームを反射するミラー基板と、ミラー基板を支持する同一直線上に設けられた２本の梁と、前記ミラー基板に回転力を発生するミラー駆動手段とを有し、前記ミラー基板を前記梁をねじり回転軸として、所定の走査周波数で往復振動する振動ミラーであって、ミラー部を形成する第１の基板と、第１の基板の反ミラー面側に接合され前記ミラー部を補強するリブ部と、それと結合する梁部とを形成する第２の基板と、第１、第２のいずれかに接合され枠状に支持部を形成する第３の基板とからなることを特徴とする振動ミラー。
前記第１、第２、第３の基板のうち、少なくとも隣接する基板の材質が異なることを特徴とする請求項１記載の振動ミラー。
前記第１、第２、第３の基板のうち、隣接しない２つの基板が同一材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の振動ミラー。
前記第１、第２、第３の基板のうち、隣接しない２つの基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項３記載の振動ミラー。
前記第１、第２、第３の基板のいずれかの接合面間にエッチングストップ層を形成してなることを特徴とする請求項１記載の振動ミラー。
前記第１、第２、第３の基板が同一材料からなり、それぞれの接合面間にエッチングストップ層を形成してなることを特徴とする請求項５記載の振動ミラー。
前記第１、第２、第３の基板がシリコン基板からなり、それぞれ接合面間に酸化膜を形成してなることを特徴とする請求項６記載の振動ミラー。
前記第１、第２、第３の基板のうち、隣接する２つの基板が同一材料からなり、それぞれの接合面間にエッチングストップ層を形成してなることを特徴とする請求項５記載の振動ミラー。
前記第１、第２、第３の基板のうち、隣接する２つの基板がシリコン基板からなり、それぞれの接合面間に酸化膜を形成してなることを特徴とする請求項８記載の振動ミラー。
前記ミラー基板で偏向した光ビームの透過部と、前記ミラー駆動手段に結線する端子とを有する封止手段を備え、少なくとも前記ミラー基板を減圧状態に密閉することを特徴とする請求項１記載の振動ミラー。
請求項１乃至１０のいずれか１項記載の振動ミラーと、前記振動ミラーの振幅に対応して、光源を変調する光源駆動手段と、前記ミラー面で反射された光ビームを被走査面に結像させるための手段とを有することを特徴とする光書込装置。
請求項１乃至１０のいずれか１項記載の振動ミラーと、記録信号によって変調された光ビームを前記振動ミラーのミラー基板のミラー面へ入射させるための手段と、前記ミラー面で反射された光ビームを結像させるための手段と、前記記録信号にしたがった静電潜像が結像される像担持体と、静電像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段とを有することを特徴とする画像形成装置。