JP2005010453A - 振動ミラー及びその製造方法、光書込装置、画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】静電的に駆動される梁支持型振動ミラーにおいて、ミラー基板の振動時の変形を効果的に抑制するための新規な補強構造を提供する。
【解決手段】第１の駆動電極２０８，２０９と第２の駆動電極２２３，２２４を備える２段電極構造の振動ミラーにおいて、ミラー基板２０１の裏面に絶縁膜２０２を形成し、この絶縁膜上に補強のためのリブ２５０を形成する。このリブ２５０によりミラー基板２０１の振動時の変形が抑えられる。リブはエッチングにより容易に高精度に加工することができる。第２の駆動電極とリブをシリコンのエッチング加工により同時に形成する際、リブがない場合に比べてエッチング面積の偏りが少なくなるため加工精度、製造歩留まりが向上する。
【選択図】 図３
【解決手段】第１の駆動電極２０８，２０９と第２の駆動電極２２３，２２４を備える２段電極構造の振動ミラーにおいて、ミラー基板２０１の裏面に絶縁膜２０２を形成し、この絶縁膜上に補強のためのリブ２５０を形成する。このリブ２５０によりミラー基板２０１の振動時の変形が抑えられる。リブはエッチングにより容易に高精度に加工することができる。第２の駆動電極とリブをシリコンのエッチング加工により同時に形成する際、リブがない場合に比べてエッチング面積の偏りが少なくなるため加工精度、製造歩留まりが向上する。
【選択図】 図３
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に係り、より詳しくは、静電力によって駆動される、ねじり梁支持型振動ミラーと、それを利用した光書込装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の振動ミラーは、デジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置の光書込装置や、バーコードリーダー、スキャナ等の光読取装置への応用が有望視されている。
【０００３】
非特許文献１に記載されているこの種の振動ミラー（光走査装置）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る。マイクロマシンニング技術によって作成されるこの振動ミラーは、モーターによりポリゴンミラーを回転させる構成の光走査装置と比較し、構造が簡単であり、半導体プロセスでの一括形成が可能であるため、小型化が容易で製造コストも低い。また、ポリゴンミラーは複数のミラー面を利用するためミラー面毎の精度のばらつきの問題があるが、ミラー面が１つの振動ミラーには、そのような問題はない。さらに振動ミラーは、往復走査による高速走査に容易に対応できる。
【０００４】
また、非特許文献２と非特許文献３に記載された振動ミラーでは、ミラー基板の振れ角を大きくするため、その振動領域に電極が重ならないようミラー基板の端面に対向電極が設けられる。これらの振動ミラーは、板厚２０μｍのシリコンからなる可動電極としてのミラー基板とミラー基板端面に微小なギャップを隔てて対向する固定電極の間の静電引力で駆動するもので、両電極は同一部位に形成されている。非特許文献２の振動ミラーでは、形成プロセスで生じる構造体の微小な非対称性を利用してミラー基板の振動を起動させるための初期モーメントを得るが、非特許文献３に記載された振動ミラーでは、起動のための金属薄膜電極を駆動電極と直交する面上に配備している。
【０００５】
また、この種の振動ミラーにおいて、ミラー基板の振れ角を大きくとりつつ剛性を維持するために、ミラー基板を肉抜きして凹部を形成した構造が特許文献１に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４９３００号公報
【非特許文献１】
Ｋ．Ｅ．Ｐｅｔｅｒｓｅｎ， ”Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｏｒｔｉｏｎａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｉｒｒｏｒ”， ＩＢＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ２４，（１９８０），ｐｐ．６３１−６３７
【非特許文献２】
Ｈａｒａｌｄ Ｓｃｈｅｎｋ，”Ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ Ｅｘｃｉｔｅｄ ２Ｄ−Ｍｉｃｒｏ− Ｓｃａｎｎｉｎｇ−Ｍｉｒｒｏｒ ｗｉｔｈ ａｎ Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ”， Ｔｈｅ １３ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ ＭＥＭＳ ２０００，（２０００）， ｐｐ．４７３−４７８
【非特許文献３】
Ｈａｒａｌｄ Ｓｃｈｅｎｋ ｅｔ ａｌ，”Ａ Ｎｅｗ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｏｒｓｉｏｎａｌ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ”， Ｔｈｅ １９９９ ＡＳＭＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ａｎｄ Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ， Ｎｏｖ．１４−１９，１９９９， ｐｐ．３３３−３３８
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
梁をねじり回転軸としてミラー基板が往復振動するタイプの振動ミラーにおいては、ミラー基板を軽くして慣性モーメントを小さくすることが、ミラー基板の振れ角の増大及び高速駆動のために有効である。しかし、ミラー基板として必要な大きさを維持しつつ軽量化のためにミラー基板の板厚を薄くすると、振動時にミラー基板が変形してミラー面の平坦性を維持できなくなり、ミラー面で反射された光ビームの断面形状や焦点位置が変動してしまう。
【０００８】
ミラー基板の慣性モーメントを小さくしつつミラー基板の変形を減らす手段としては、前記特許文献１に記載されているようにミラー基板に凹部を形成した構造や、本出願人の特許出願（特願２００２−２１６２５０号）に係るミラー基板の裏面に補強部を形成した振動ミラーの構造は有効である。しかし、単結晶シリコンなどからなるミラー基板にエッチングにより凹部や補強部を形成する場合、エッチング深さのばらつきにより、ミラー基板の慣性モーメントや共振周波数の精度を上げにくいという問題がある。また、ミラー基板は可動電極としても作用するため、ミラー基板そのものに凹部や補強部を形成することは、電気的に見れば可動電極の形状が複雑化することでもあり、これが可動電極と駆動電極（固定電極）との間の電界に影響を及ぼし、したがってミラー基板の挙動にも影響が及ぶという問題がある。
【０００９】
さて、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。
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。
ｋ＝βｔｃ３Ｅ／Ｌ （１＋ν）
シリコンの温度係数をΔｈｔとすると、温度Ｔｍｔにおけるヤング率Ｅは
Ｅ＝Ｅｏ （１−Δｈｔ＊Ｔｍｔ）
で与えられる。
また、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】
ねじり梁支持型の振動ミラーは、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が、以上の関係式からわかるように、ねじり梁寸法（ｃ，ｔ，Ｌ）とミラー基板寸法（ａ，ｂ，ｔ）並びに環境温度が振動ミラーの共振周波数に大きく影響してくる。したがって、駆動周波数を共振点に固定して振動ミラーを使用する場合に、寸法のばらつきや環境温度の変化により生じる共振点のずれによる振れ角の変動が大きいという問題がある。
【００１１】
このような問題点に鑑み、本出願人は、共振点外で安定した大きな振れ角で動作させることが可能な２段電極構造の振動ミラーの発明を特許出願している（特願２００３−２６５２８号、以下先願と記す）。この先願に係る発明の振動ミラーの一例について図１を参照し説明する。図１において、（ａ）は振動ミラーのミラー面と反対側から見た概略平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’ 線概略断面図、（ｃ）はミラー面側から見た概略平面図である。
【００１２】
図１において、１０１はミラー基板、１０２，１０３は一直線上にあるねじり梁、１０４は枠状支持部であり、ミラー基板１０１はその対向する２つの端部の中央部をねじり梁１０２，１０３を介して枠状支持部１０４に支持され、ねじり梁１０２，１０３をねじり回転軸として往復振動可能である。ミラー基板１０１のねじり梁１０２，１０３によりされない対向した２つの端部１０５，１０６は櫛歯状に形成され、この櫛歯状の辺１０５，１０６と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極１０７，１０８が枠状支持部１０４に形成されている。このようなミラー基板１０１、ねじり梁１０２，１０３及び駆動電極１０７，１０８を含む枠状支持部１０４からなる構造体は、第１の基板（例えば低抵抗の単結晶シリコン基板）から半導体プロセスによって一体的に作成される。ミラー基板１０１の一面に、反射率の高い金属膜からなるミラー面１０９が形成されている。
【００１３】
枠状支持部１０４には、それと略同一形状の枠状支持部１１１が絶縁層１１０を介して接合されている。この枠状支持部１１１には、第１の駆動電極１０７，１０８と同一の平面形状を有する櫛歯状の第２の駆動電極１１２，１１３が形成されている。このような第２の駆動電極１１２，１１３を含む枠状支持部１１１は、絶縁層１１０を介して前記第１の基板に接合された第２の基板（例えば低抵抗の単結晶シリコン基板）から半導体プロセスによって作成される。
【００１４】
枠状支持部１０４は、スリット１２０，１２１，１２２によって、ミラー基板１０１と電気的に導通した領域と第１の駆動電極１０７，１０８と電気的に導通した領域に絶縁分離され、それぞれの領域には金属薄膜からなる電極パッド１２３，１２４が形成されている。また、枠状支持部１１１は、スリット１２６，１２７，１２８，１２９によって、第２の駆動電極１１２と電気的に導通した領域と第２の駆動電極１１３と電気的に導通した領域とに絶縁分離され、それぞれの領域に金属薄膜からなる電極パッド１３０，１３１が形成されている。
【００１５】
この２段電極構造の振動ミラーは、ミラー基板１０１、ねじり梁１０２，１０３、枠状支持部１０４ならなる構造体の寸法などで決まる共振点外でも大きな振れ角で安定に駆動することができる。その駆動方法を次に説明する。
【００１６】
電極パッド１２３を接地しておく。すなわち、ミラー基板１０１を接地しておく。第１の駆動電極１０７，１０８の電極パッド１２４に電圧を印加すると、微小ギャップを介して噛み合っている第１の駆動電極１０７，１０８とミラー基板１０１の櫛歯状端部（可動電極）１０５，１０６の間に静電引力が働く。このとき、両電極間には厚さ方向に微小な位置ずれがあるため、両電極を最短距離とするようにミラー基板１０１に回転モーメントが発生する。このようにしてミラー基板１０１に微小変位が発生した後は、電極パッド１２３への電圧印加周期を振動ミラーの決まる共振周波数にあわせることでミラー基板１０１の振れ角を徐々に増大させていくことができる。可動電極が第１の駆動電極との最近接位置を通過した後、電極パッド１２３への電圧印加を停止し、次に可動電極が引き込まれる側の第２の駆動電極１１２又は１１３の電極パッド１３０又は１３１に電圧を印加することで、振れ角を増大させる方向への静電引力が作用し、振れ角をさらに増大させることができる。
【００１７】
図２に、ミラー基板１０１の振動と各駆動電極への電圧印加のタイミング関係を示す。（ａ）はミラー基板１０１の振動波形、（ｂ）は第１の駆動電極１０７，１０８への印加電圧波形、（ｃ）は第２の駆動電極１１２への印加電圧波形、（ｄ）は第２の駆動電極１１３への印加電圧波形を示す。各駆動電極による効率よく静電トルクが働くようにミラー基板１０１の振動と各駆動電極への印加電圧の位相関係を設定するのが望ましく、ここでは、第１の駆動電極１０７，１０８には０＜α１＜θ１の振れ角の範囲で電圧を印加し、第２の駆動電極１１２，１１３にはθ１＜α２＜θ２なる振れ角の範囲に電圧を印加するようにしている。
【００１８】
かかる２段電極構造の振動ミラーは、共振点外でも大きな振れ角でミラー基板を振動させることができる。共振点外では寸法ばらつきや環境温度変化による振れ角変化が共振点付近と比較して著しく小さいため、安定した振れ角でミラー基板を往復振動させることができる。
【００１９】
このような２段電極構造の振動ミラーにおいても、ミラー基板の慣性モーメントを小さくしつつ、その振動時の変形を抑えるために剛性を高めることが望まれる。しかし、ミラー基板そのもをエッチングにより肉抜きして凹部や補強部を形成する構成は前述したような問題がある。
【００２０】
よって、本発明の主たる目的は、上に述べたような問題がなく、かつ、製造プロセスを格別複雑化することもなく、さらに２段電極構造の場合に製造プロセスを変更することなく駆動電極の加工精度を向上する効果をも期待できる、ミラー基板の変形抑制のための新規な構造を有し、ビーム形状や共振周波数が安定した振動ミラーを提供することにある。本発明の他の目的は、そのような振動ミラーを用いた光書込装置及び画像形成装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ミラー基板と、該ミラー基板の対向する２辺の中央部を支持する２本の梁と、前記ミラー基板を静電的に駆動するための駆動電極とを有し、前記ミラー基板が前記梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラーであって、前記ミラー基板が、そのミラー面が形成された面と反対側の面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成された補強用のリブとを有することを特徴とする振動ミラーである。
【００２２】
請求項２の発明は、ミラー基板と、２本の梁と、該梁を介して前記ミラー基板の対向する２辺の中央部を支持する枠状支持部と、前記ミラー基板の支持されない２辺に対向する前記枠状支持部の部位に形成された第１の駆動電極と、前記第１の枠状支持部に絶縁膜を介して接合された、前記第１の駆動電極と重なる第２の駆動電極とを有し、前記ミラー基板が、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極により静電的に駆動されることにより前記梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラーであって、前記ミラー基板は、そのミラー面が形成された面と反対側の面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成された補強用のリブとを有することを特徴とする振動ミラーである。
【００２３】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明の振動ミラーにおいて、前記ミラー基板が前記ねじり回転軸と直交する方向に長い形状を持ち並列に配列された複数の前記リブを有することを特徴とするものである。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項１又は２の発明の振動ミラーにおいて、前記ミラー基板が筋交い状の複数の前記リブを有することを特徴とするものである。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項１又は２の発明の振動ミラーにおいて、前記ミラー基板がハニカム状の複数の前記リブを有することを特徴とするものである。
【００２６】
請求項６の発明は、請求項２の発明の振動ミラーにおいて、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極が櫛歯形状であり、前記リブの延長線上に前記第２の駆動電極の櫛歯部が位置することを特徴とするものである。
【００２７】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項の発明の振動ミラーにおいて、前記リブの全体の重心位置と前記ミラー基板の重心位置とが面内方向で一致することを特徴とするものである。
【００２８】
請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項の発明の振動ミラーにおいて、前記ミラー面が前記ミラー基板の周縁部を残して凹形に肉抜きされた面に形成されることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項の発明の振動ミラーの前記ミラー基板の振動空間を封止するための封止手段を有し、前記振動空間が減圧状態に封止されたことを特徴とする振動ミラーである。
【００３０】
請求項１０の発明は、絶縁膜を介して接合された２枚の単結晶シリコン基板をエッチング加工することにより請求項１乃至８のいずれか１項の発明の振動ミラーを製造することを特徴とする振動ミラー製造方法である。
【００３１】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明の振動ミラー製造方法において、前記リブの形成のためのエッチング加工がドライエッチングによりなされることを特徴とするものである。
【００３２】
請求項１２の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項の発明の振動ミラーと、前記振動ミラーのミラー基板のミラー面に光ビームを入射させる手段と、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である。
【００３３】
請求項１３の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項の発明の振動ミラーと、像担持体と、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前記像担持体に結像させるための手段と、該結像のための手段により光ビームが結像されることにより前記像担持体に形成された静電潜像をトナーで顕像化する現像手段と、該現像手段により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である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明による振動ミラーのミラー基板の変形を抑制するための構造は、図１及び図２に関連して説明した２段電極構造の振動ミラーへの適用する場合に特に好適であるため、２段電極構造の振動ミラーを例にして本発明の実施の形態を説明する。しかし、本発明は、駆動電極が１段のみの構造の振動ミラーに対しても同様に適用し得るものであることは、以下の説明から明らかであろう。したがって、本発明による１段電極構造の振動ミラーの実施例の提示は省略する。
【００３５】
［実施例１］
本発明の振動ミラーの一実施例の構成を図３に示す。図３の（ａ）は振動ミラーのミラー面と反対側から見た概略平面図、（ｂ）は振動ミラーのＢ−Ｂ’線概略断面図、（ｃ）は振動ミラーのミラー面側から見た概略平面図である。
【００３６】
図３において、２００は第１の基板であり、これはミラー基板２０１、同軸上にある２本のねじり梁２０２，２０３、枠状支持部２０４からなり、ミラー基板２０１はその対向する２つの辺の中央部をねじり梁２０２，２０３を介して枠状支持部２０４に支持されている。ミラー基板２０１は、ねじり梁２０２，２０３をねじり回転軸として往復振動可能である。ミラー基板２０１のねじり梁２０２，２０３に支持されない対向した２つの辺には櫛歯状電極部（可動電極）２０６，２０７が形成されている。枠状支持部２０４には、櫛歯状電極部２０６，２０７と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極２０８，２０９が形成されている。このような第１の基板２００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、電極として使用可能な低抵抗の単結晶シリコン基板を、酸化膜をエッチングマスクとしてＳＦ６ガスを用いた高密度プラズマエッチングにより貫通エッチングすることによって一体成形されている。
【００３７】
ミラー基板２０１の一面には、当該振動ミラーで使用され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面２０５が形成されている。ミラー面２０５上に酸化防止のためのパッシベーション膜として絶縁膜が形成されてもよい。
【００３８】
第１の基板２００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る。ねじり梁２０２，２０３の幅は厚さとほぼ同じであることが望ましいが、多少変えることで共振周波数を調整可能である。また、ねじり梁２０２，２０３の長さも、所望の共振周波数となるように設定される。
【００３９】
枠状支持部２０４は、スリット２１０，２１１，２１２により、第１の駆動電極２０８，２０９と電気的に導通した領域とミラー基板２０１と電気的に導通した領域とに絶縁分離されている。絶縁分離された各領域には、表面の酸化膜をマスクエッチングで部分的に除去して低抵抗シリコン面を露出させ、スパッタ法でＡｌ薄膜をマスク成膜することにより電極パッド２１３，２１４が形成されている。
【００４０】
第１の基板２００のミラー面２０５と反対側の面に、絶縁膜２２０を介して接合された第２の基板２２１をドライエッチング加工することにより、絶縁膜２２０を介して枠状支持部２０４と重なる枠状支持部２２２と、ミラー基板２０１の裏面に絶縁膜２２０を介して配設されたリブ２５０が形成されている。枠状支持部２２２の内側端面には櫛歯状の第２の駆動電極２２３，２２４が形成されている。第２の駆動電極２２３，２２４は第１の駆動電極２０８，２０９と重なる位置関係にある。このような第２の基板２２１としては、高精度の微細加工が可能で、電極として使用可能な低抵抗の単結晶シリコン基板が用いられる。
【００４１】
枠状支持部２２２は、スリット２２５，２２６により、駆動電極２２３と電気的に導通した領域と駆動電極２２４と電気的に導通した領域とに絶縁分離され、その各領域には、表面の酸化膜をマスクエッチングで部分的に除去して低抵抗シリコン面を露出させ、スパッタ法でＡｌ薄膜をマスク成膜することにより電極パッド２２９，２３０が形成されている。なお、電極パッド２２９，２３０及び電極パッド２１３，２１４の材料はＡｌに限定されるものではなく、十分な密着性とシリコン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、その成膜方法は真空蒸着法、イオンプレーティング法等の他の方法でもよい。
【００４２】
この実施例においては、リブ２５０は、図３（ｂ）に見られるように第２の基板２２１の厚さ相当の高さをもつ。図３（ｃ）に見られるように、リブ２５０はそれぞれ梁２０２，２０３と直交する方向に長く、梁２０２，２０３の方向に複数本が等間隔に並列配置されている。リブ２５０の間隔は駆動電極２２３，２２４の櫛歯の間隔と一致しており、各リブ２５０の延長線上に駆動電極２２３，２２４の対応した櫛歯が位置する。リブ２５０の全体の重心はミラー基板２０１の重心位置と面内方向で一致させており、これはミラー基板２０１の走査方向の振動を安定化するためである。
【００４３】
この実施例の振動ミラーは、図１に示した先願に係る発明の振動ミラーと同様の駆動方法によって駆動することができる。すなわち、ミラー基板の電極パッド２１３を接地し、図２の（ｂ）に示した駆動パルスを第１の駆動電極の電極パッド２１４に印加し、図２の（ｃ），（ｄ）に示した駆動パルスを第２の駆動電極の電極パッド２２９，２３０にそれぞれ印加することにより、図２の（ａ）に示したようにミラー基板を往復振動させることができる。
【００４４】
このように往復振動しているミラー基板２０１は、その慣性モーメントにより、特に梁２０２，２０３と直交する方向（ねじり回転軸と直交する方向）の変形が大きい。この方向について、ミラー基板２０１の裏面側に設けられたリブ２５０により剛性が増大するため、ミラー基板２０１の変形が効果的に抑えられ、したがって良好なビーム形状を得ることができる。そして、リブ２５０はミラー基板２０１とは絶縁膜２２０により絶縁されているため、ミラー基板２０１の可動電極２０６，２０７と駆動電極２０８，２０９，２２３，２２５の間の電界がリブ２５０によって格別影響されることがなく、したがってリブ２５０を設けたことがミラー基板２０１の挙動に悪影響を及ぼすことはない。
【００４５】
また、ミラー基板２０１の裏面の絶縁膜２２０上にリブ２５０を設ける構造は、先に触れたように、またより具体的に後述するように、第２の基板２２１を絶縁膜２２０までドライエッチングすることにより、容易に高い寸法精度のリブ２５０を形成することができ、しかも、この実施例のような２段電極構造の振動ミラーの場合、第２の駆動電極２２３，２２４と同じプロセスでリブ２５０を形成することができ製造プロセスが複雑化することもない。さらに大きなメリットとして、２段電極構造の振動ミラーの場合、以下の製造方法に関連して説明するように、ミラー基板２０１の裏面側にリブ２５０を設けることは、第２の駆動電極２２３，２２４の加工精度の向上、振動ミラーの製造歩留まりの向上にも寄与する。
【００４６】
次に、この実施例の振動ミラーの製造方法の一例について説明する。図４は製造工程を説明するための概略断面図である。
【００４７】
工程ａ： 板厚５２５μｍの２枚のシリコン基板３０１，３０２を厚さ５０００ の熱酸化膜３０３を介して直接接合したシリコンウェハを用意し、一方のシリコン基板３０１を板厚２００μｍまで、他方のシリコン基板３０２を板厚６０μｍまでそれぞれ研削、研磨した。シリコン基板３０１は第２の基板２２１として用いられるもので、シリコン基板３０２は第１の基板２００として用いられるものである。なお、２枚のシリコン基板として、０．１Ω・ｃｍ以下の低抵抗の基板を用いた。また、シリコン基板の直接接合は、各シリコン基板の接合面をミラー面研磨して十分に洗浄した後、清浄かつ減圧雰囲気中で接合面を接触させ５００℃の温度で仮接合し、その後１１００℃の熱処理をすることにより本接合することにより行った。なお、仮接合を減圧中で行なうのは、接合面のボイドの発生を抑えるためである。
【００４８】
工程ｂ： シリコンウエハを熱酸化し、その全面に酸化膜３０４を１μｍの厚さに形成した。
【００４９】
工程ｃ： 次に、シリコン基板３０２側の酸化膜３０４を、レジストマスクを用い、ドライエッチングにより、ミラー基板２０１、梁２０２，２０３、枠状支持部２０４、第１の駆動電極２０８，２０８、スリット２１０，２１１，２１２の形状にパターニングし酸化膜マスク３０５を形成した。なお、この説明においては、第２の駆動電極２２３，３３４のための電極パッド２２９，２３０をミラー面側に設けるために、その部分を開口させるようにパターニングした。
【００５０】
工程ｄ： 次に、パターニングした酸化膜マスク３０５をマスクとして、高密度プラズマエッチングにより、シリコン基板３０２を接合面の酸化膜３０３に達するまでエッチングした。このとき、界面の酸化膜３０３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３０３に達したときにエッチングが停止した。第２の駆動電極２２３，２２４の電極パッドの引き出し部分のシリコンも除去され、その部分は絶縁膜３０３が露出している。
【００５１】
工程ｅ： 次に、シリコン基板３０１に形成された酸化膜３０４を、レジストマスクを用い、ドライエッチングにより、枠状支持部２２２、第２の駆動電極２２３，２２４、リブ２５０、スリット２２５，２２６の形状にパターニングして酸化膜マスク３０６を形成した。この際、両面アライナを用いて、シリコン基板３０２側に形成されたパターンに合わせて、シリコン基板３０１の表面にレジストマスクを形成し、パターニングした。
【００５２】
工程ｆ： この酸化膜マスク３０６を用い、高密度プラズマエッチングにより、シリコン基板３０１を接合面の酸化膜３０３に達するまでエッチングした。界面の酸化膜３０３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３０３に達したときにエッチングは確実に停止する。
【００５３】
このエッチングの際に、ミラー基板裏面にリブを設けることにより次のような効果を得られる。ドライエッチングでは、マスク開口が広い部分にはエッチングガスが入りやすいためエッチング速度が速く、マスク開口が狭い部分はエッチングガスが入りにくいためエッチング速度が遅くなる。ミラー基板裏面にリブを設けない場合、ミラー基板の部分と第２の駆動電極の部分とでマスク開口面積つまりエッチング面積が大きく違うためエッチングの進行が不均一になりやすい。これに対し、本発明の振動ミラーでは、ミラー基板裏面にリブを設けるため、エッチング面積の片寄りが少なくなるので、エッチングの進行が均一化される効果が得られる。特に、実施例１のように、リブの延長線上に第２の駆動電極の櫛歯が位置するようにリブを配置すると、第２の駆動電極の櫛歯のエッチング不足などを、より確実に防止することができるため、第２の駆動電極の加工精度が向上し、また、振動ミラーの製造歩留まりが向上する効果がある。
【００５４】
工程ｇ： 次に、基板全体をＢＨＦウエットエッチング液にいれることで、酸化膜３０３の露出している部分（貫通させる部分及び電極パッド形成部）をエッチング除去した。
【００５５】
工程ｈ： 次に、電極パッド２１３，２１４としての金属薄膜３０７、電極パッド２２９，２３０としての金属薄膜３０９、及び、ミラー面２０５としての金属薄膜３０８を、メタルマスクを用いてスパッタ成膜し、振動ミラーを完成した。なお、前述したように、ここに示す製造工程例においては、第２の駆動電極２２３，２２４のための電極パッド２２９，２３０はミラー面側に形成されている。このように同じ側の面にすべての電極パッドを設ける構造は振動ミラーの実装に都合がよい。かかる構造の振動ミラーも本発明に包含されることは当然である。
【００５６】
［実施例２］
本発明の振動ミラーの他の実施例を図５により説明する。図５の（ａ）は図３（ｂ）に対応した概略断面図、図５の（ｂ）は図３（ｃ）に対応した概略平面図であり、図３と同じ符号は同一部分又は対応部分を示す。
【００５７】
この実施例の振動ミラーにおいては、図５（ｂ）に見られるように、ミラー基板２０１の裏面に絶縁膜２２０を介して形成されるリブ２５０は筋交い状とされている。リブ２５０は、その全体の重心がミラー基板２０１の重心位置に面内方向で一致するように配列されている。これ以外の構成は前記実施例１の振動ミラーと同じであるので、その説明を省略する。また、この実施例の振動ミラーは、図４により説明した製造プロセスと同様のプロセスで製造できる。
【００５８】
この実施例の振動ミラーは、リブ２５０を筋交い状とすることにより、ミラー基板２０１の振動時に最も慣性モーメントによる変形が大きな梁２０２，２０３と直交する方向の変形を低減すると同時に、梁２０２，２０３と平行な方向の変形も低減することができる。図５（ｂ）では筋交い状のリブ２５０が２組配置された状態が示されているが、さらに多くの筋交い状リブ２５０を配置してもよく、そのようにすることにより変形低減の効果を高めることができる。また、この実施例においても、リブ２５０を設けることにより、第２の基板２２１のエッチング面積の偏りを減らす効果を得られることは明らかである。多数組の筋交い状リブ２５０を、その延長線上に第２の駆動電極２２３，２２４の櫛歯部が位置するように配置すると、第２の駆動電極の加工精度の向上と振動ミラーの製造歩留まりの向上に特に効果的である。
【００５９】
［実施例３］
本発明の振動ミラーの他の実施例を図６により説明する。図６の（ａ）は図３（ｂ）に対応した概略断面図、図６の（ｂ）は図３（ｃ）に対応した概略平面図であり、図３と同じ符号は同一部分又は対応部分を示す。
【００６０】
この実施例の振動ミラーにおいては、図６（ｂ）に見られるように、ミラー基板２０１の裏面に絶縁膜２２０を介して形成されるリブ２５０はハニカム状とされている。このリブ２５０は、その全体の重心がミラー基板２０１の重心位置に面内方向で一致するように配列されている。ハニカム状のリブ２５０の空隙部分は第２の駆動電極２２３，２２４の間隔とほぼ等しい寸法となっている。ここではハニカム状のリブ２５０は均等に配置されているが、リブ２５０の全体の重心がミラー基板２０１の重心位置に面内方向で一致するならば必ずしも均等配置でなくてもよい。枠状支持部２２２の駆動電極２２３，２２４が形成される領域はスリット２６０，２６１，２６２，２６３により絶縁分離されている。これ以外の構成は前記実施例１の振動ミラーと同じであるので、その説明を省略する。この実施例の振動ミラーは、図４により説明した製造プロセスと同様のプロセスで製造できる。
【００６１】
この実施例の振動ミラーは、ハニカム状のリブ２５０をミラー基板２０１の裏面に絶縁膜２２２を介して配列することで、ミラー基板２０１の振動時に最も慣性モーメントによる変形が大きな梁２０２，２０３と直交する方向の変形を効果的に低減させることができると同時に、それ以外の方向の変形も低減することができる。また、この実施例においても、リブ２５０を設けることにより、第２の基板２２１のエッチング面積の偏りを減らす効果を得られることは明らかである。
【００６２】
［実施例４］
本発明の振動ミラーの他の実施例を図７により説明する。図７は図３（ｂ）に対応した概略断面図である。
【００６３】
この実施例の振動ミラーにおいては、ミラー基板２０１のミラー面側が、その周辺部を残し略全面的に肉抜きされて凹形状とされ、その底面にミラー面２０５が形成されている。ミラー基板２０１の裏面側には、絶縁膜２２０を介して前記実施例１，２又は３と同様のリブ２５０形成されている。このリブ２５０が設けられているため、ミラー基板２０１を肉抜きして全体を薄くしても、ミラー基板２０１の必要な剛性を確保することができる。これ以外の構成は前記各実施例と同様であるので説明を省略する。
【００６４】
この実施例では、上に述べたようなミラー基板２０１の肉抜きによりミラー基板２０１の慣性モーメントが減少し、その分だけミラー基板２０１の振動時の変形がさらに生じにくくなる。また、ミラー面２０５の中心とミラー基板２０１の回転軸中心とのずれを小さくすることができ、例えば、ミラー基板２０１をその板厚の半分まで肉抜きするならば、ミラー面２０５の中心とミラー基板２０１の回転軸中心とを一致させることができる。
【００６５】
［実施例５］
図８は、本発明の振動ミラーの他の実施例を示す概略断面図である。この実施例の振動ミラーは、前記実施例１乃至４の振動ミラーの第１の基板２００の枠状支持部２０４と第２の基板２２１の枠状支持部２２２に、パイレックスガラスかならなるカバー基板３００とベース基板３０１をそれぞれ陽極接合し、ミラー基板２０１の振動空間３０７を減圧状態に封止したものである。このような減圧封止手段を有する振動ミラーは、ミラー基板２０１の振動空間の粘性抵抗が小さいため低い駆動電圧で大きな振れ角を安定に得ることができる。また、振動ミラー内部への塵芥などの侵入が阻止され、振動ミラーの信頼性が向上する。電極パッド２１３，２１４，２２９，２３０と外部との電気的接続は、カバー基板３００及びベース基板３０１に設けられた貫通電極３０２〜３０５を通じてなされる。
【００６６】
なお、カバー基板３００及びベース基板３０１の接合方法は陽極接合に限らないが、パイレックスガラスとシリコンとの陽極接合は長期安定な封止が可能である。また、カバー基板３００は少なくとも光を通す窓部を有するならば、樹脂やセラミックスなどの材料から形成することも可能である。ベース基板３０１も樹脂やセラミックスなどの材料から形成することも可能である。また、封止手段として、振動ミラー全体を収容するような封止容器を用いることもできる。
【００６７】
［実施例６］
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光走査手段に好適である。図９は、本発明の振動ミラーを用いた画像形成装置の一例を説明するための概略構成図である。
【００６８】
図９において、８０１は光書込装置、８０２は光書込装置８０１の被走査面を提供する感光体ドラム（像担持体）である。光書込装置８０１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８０２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８０２は、矢印８０３方向に回転駆動され、帯電部８０４で帯電された表面に光書込装置８０１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８０５でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写部８０６で記録紙８０８に転写される。転写されたトナー像は定着部８０７によって記録紙８０８に定着される。感光体ドラム８０２の転写部８０６を通過した表面部分はクリーニング部８０９で残留トナーを除去される。なお、感光体ドラム８０２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。
【００６９】
光書込装置８０１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８２０と、前述したような本発明の振動ミラー８２１と、この振動ミラー８２１のミラー基板のミラー面に光源部８２０からのレーザビームを結像させるための結像光学系８２２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８０２の表面（被走査面）に結像させるための走査光学系８２３から構成される。振動ミラー８２１は、その駆動のための集積回路８２４とともに回路基板８２５に実装された形で光書込装置８０１に組み込まれる。
【００７０】
このような構成の光書込装置８０１は、次のような利点を有する。本発明による振動ミラー８２１は、前述のようにミラー基板の変形が少なくビーム形状が安定しているため、安定したビームスポット径での書き込みが可能であるほか、回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の高画質化、省電力化に有利である。振動ミラー８２１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。振動ミラー８２１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８２１の発熱量もわずかであるため、光書込装置８０１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。また、振動ミラーは高速の往復走査が可能であるため、画像記録速度の高速化が可能である。
【００７１】
なお、記録紙８０８の搬送機構、感光体ドラム８０２の駆動機構、現像部８０５、転写部８０６などの制御手段、光源部８２０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。
【００７２】
【発明の効果】
以上に説明したように、
（１）請求項１乃至９の発明によれば、振動ミラーのミラー基板の振動時の変形がリブにより抑えられるため、安定したビーム形状を得ることができる。ミラー基板に形成された絶縁膜上にリブが形成される構造であるため、エッチング加工により容易に寸法精度の高いリブを形成することができる。リブはミラー基板とは絶縁されているため、リブを設けたことによりミラー基板の可動電極と駆動電極の間の電界に格別の影響はなく、ミラー基板の挙動に悪影響を及ぼすことはない。
（２）請求項２の発明によれば、２段電極構造の振動ミラーにおける第２の駆動電極を形成するためのエッチング工程において、同時にリブを形成することができるため、リブを設けることによる製造プロセスの変更は不要である。しかも、ミラー基板の裏面側にリブを設けるため、それを設けない場合に比べエッチング面積の偏りが減り、第２の駆動電極の加工精度が向上する。特に、請求項６の発明によれば、第２の駆動電極の櫛歯部から均一にエッチングを進行させることができるため、第２の駆動電極の櫛歯形状やエッチング速度のばらつきが小さくなり、共振周波数などのばらつきの少ない再現性のよい振動ミラーを得られる。
（３）請求項３の発明によれば、リブによって、ミラー基板の振動時に慣性モーメントによる変形が最も大きな梁と直交する方向の変形を効果的に減らすことができる。
（４）請求項４の発明によれば、リブによって、ミラー基板の振動時に慣性モーメントによる変形が最も大きな梁と直交する方向の変形を減らすと同時に、梁と平行な方向の変形も減らすことができるため、走査方向ばかりでなくそれと直交する方向についても安定したビーム形状を得ることができる。
（５）請求項５の発明によれば、リブによって、ミラー基板の振動時に慣性モーメントによる変形が最も大きな梁と直交する方向の変形を効果的に減らすことができると同時にそれ以外の方向の変形も減らすことができるため、走査方向に対するあらゆる方向で安定したビーム形状を得ることができる。
（６）請求項７の発明によれば、ミラー基板の走査方向の振動が安定するため安定したビーム形状が得られる。
（７）請求項８の発明によれば、ミラー基板の慣性モーメントが減少し、その分だけミラー基板の振動時の変形をさらに生じにくくなる。また、ミラー面の中心とミラー基板の回転軸中心とのずれを小さくし、さらには一致させることができる。
（８）請求項９の発明によれば、ミラー基板の振動空間の粘性抵抗が減り、低い駆動電圧で大きな振れ角を安定に得ることができる。また、振動ミラー内部への塵芥などの侵入が阻止され、振動ミラーの信頼性が向上する。
（９）請求項１０の発明によれば、単純な製造プロセスで、加工精度が高く共振周波数などのばらつきの少ない請求項１乃至８の発明の振動ミラーを製造することができる。請求項１１の発明によれば、リブの高精度の加工が可能であり、また、リブの形状の設計の自由度が広く最適化が容易になる。
（１０）請求項１２の発明によれば、安定したビームスポット径での書き込みが可能で、往復走査による高速書き込みが可能であり、消費電力が小さく、静粛性に優れたコンパクトな光書込装置を実現できる。
（１１）請求項１３の発明によれば、高画質な画像形成を高速に行うことが可能で、消費電力が小さく静粛性も優れたコンパクトな画像形成装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本出願人の先願に係る発明の２段電極構造の振動ミラーの一例を示す概略平面図及び概略断面図である。
【図２】２段電極構造の振動ミラーの駆動電圧波形及びミラー基板の振動波形を示す波形図である。
【図３】本発明の振動ミラーの一実施例を説明するための概略平面図及び概略断面図である。
【図４】図３に示した振動ミラーの製造工程説明図である。
【図５】本発明の振動ミラーの他の実施例を説明するための概略断面図及び概略平面図である。
【図６】本発明の振動ミラーの他の実施例を説明するための概略断面図及び概略平面図である。
【図７】本発明の振動ミラーの他の実施例を説明するための概略断面図である。
【図８】本発明の振動ミラーの他の実施例を説明するための概略断面図である。
【図９】本発明の光書込装置及び画像形成装置の一実施例を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
２００ 第１の基板
２０１ ミラー基板
２０２，２０３ ねじり梁
２０４ 枠状支持部
２０６，２０７ 可動電極
２０８，２０９ 第１の駆動電極
１２３，２１４ 電極パッド
２２０ 絶縁膜
２２１ 第２の基板
２２２ 枠状支持部
２２３，２２４ 第２の駆動電極
２２９，２３０ 電極パッド
２５０ リブ
３００ カバー基板
３０１ ベース基板
３０２〜３０５ 貫通電極
８０１ 光書込装置
８２１ 振動ミラー
８０２ 感光体ドラム
８０５ 現像部
８０６ 転写部
【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に係り、より詳しくは、静電力によって駆動される、ねじり梁支持型振動ミラーと、それを利用した光書込装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の振動ミラーは、デジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置の光書込装置や、バーコードリーダー、スキャナ等の光読取装置への応用が有望視されている。
【０００３】
非特許文献１に記載されているこの種の振動ミラー（光走査装置）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る。マイクロマシンニング技術によって作成されるこの振動ミラーは、モーターによりポリゴンミラーを回転させる構成の光走査装置と比較し、構造が簡単であり、半導体プロセスでの一括形成が可能であるため、小型化が容易で製造コストも低い。また、ポリゴンミラーは複数のミラー面を利用するためミラー面毎の精度のばらつきの問題があるが、ミラー面が１つの振動ミラーには、そのような問題はない。さらに振動ミラーは、往復走査による高速走査に容易に対応できる。
【０００４】
また、非特許文献２と非特許文献３に記載された振動ミラーでは、ミラー基板の振れ角を大きくするため、その振動領域に電極が重ならないようミラー基板の端面に対向電極が設けられる。これらの振動ミラーは、板厚２０μｍのシリコンからなる可動電極としてのミラー基板とミラー基板端面に微小なギャップを隔てて対向する固定電極の間の静電引力で駆動するもので、両電極は同一部位に形成されている。非特許文献２の振動ミラーでは、形成プロセスで生じる構造体の微小な非対称性を利用してミラー基板の振動を起動させるための初期モーメントを得るが、非特許文献３に記載された振動ミラーでは、起動のための金属薄膜電極を駆動電極と直交する面上に配備している。
【０００５】
また、この種の振動ミラーにおいて、ミラー基板の振れ角を大きくとりつつ剛性を維持するために、ミラー基板を肉抜きして凹部を形成した構造が特許文献１に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４９３００号公報
【非特許文献１】
Ｋ．Ｅ．Ｐｅｔｅｒｓｅｎ， ”Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｏｒｔｉｏｎａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｉｒｒｏｒ”， ＩＢＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ２４，（１９８０），ｐｐ．６３１−６３７
【非特許文献２】
Ｈａｒａｌｄ Ｓｃｈｅｎｋ，”Ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ Ｅｘｃｉｔｅｄ ２Ｄ−Ｍｉｃｒｏ− Ｓｃａｎｎｉｎｇ−Ｍｉｒｒｏｒ ｗｉｔｈ ａｎ Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ”， Ｔｈｅ １３ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ ＭＥＭＳ ２０００，（２０００）， ｐｐ．４７３−４７８
【非特許文献３】
Ｈａｒａｌｄ Ｓｃｈｅｎｋ ｅｔ ａｌ，”Ａ Ｎｅｗ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｏｒｓｉｏｎａｌ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ”， Ｔｈｅ １９９９ ＡＳＭＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ａｎｄ Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ， Ｎｏｖ．１４−１９，１９９９， ｐｐ．３３３−３３８
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
梁をねじり回転軸としてミラー基板が往復振動するタイプの振動ミラーにおいては、ミラー基板を軽くして慣性モーメントを小さくすることが、ミラー基板の振れ角の増大及び高速駆動のために有効である。しかし、ミラー基板として必要な大きさを維持しつつ軽量化のためにミラー基板の板厚を薄くすると、振動時にミラー基板が変形してミラー面の平坦性を維持できなくなり、ミラー面で反射された光ビームの断面形状や焦点位置が変動してしまう。
【０００８】
ミラー基板の慣性モーメントを小さくしつつミラー基板の変形を減らす手段としては、前記特許文献１に記載されているようにミラー基板に凹部を形成した構造や、本出願人の特許出願（特願２００２−２１６２５０号）に係るミラー基板の裏面に補強部を形成した振動ミラーの構造は有効である。しかし、単結晶シリコンなどからなるミラー基板にエッチングにより凹部や補強部を形成する場合、エッチング深さのばらつきにより、ミラー基板の慣性モーメントや共振周波数の精度を上げにくいという問題がある。また、ミラー基板は可動電極としても作用するため、ミラー基板そのものに凹部や補強部を形成することは、電気的に見れば可動電極の形状が複雑化することでもあり、これが可動電極と駆動電極（固定電極）との間の電界に影響を及ぼし、したがってミラー基板の挙動にも影響が及ぶという問題がある。
【０００９】
さて、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。
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。
ｋ＝βｔｃ３Ｅ／Ｌ （１＋ν）
シリコンの温度係数をΔｈｔとすると、温度Ｔｍｔにおけるヤング率Ｅは
Ｅ＝Ｅｏ （１−Δｈｔ＊Ｔｍｔ）
で与えられる。
また、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。
ねじり梁支持型の振動ミラーは、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が、以上の関係式からわかるように、ねじり梁寸法（ｃ，ｔ，Ｌ）とミラー基板寸法（ａ，ｂ，ｔ）並びに環境温度が振動ミラーの共振周波数に大きく影響してくる。したがって、駆動周波数を共振点に固定して振動ミラーを使用する場合に、寸法のばらつきや環境温度の変化により生じる共振点のずれによる振れ角の変動が大きいという問題がある。
【００１１】
このような問題点に鑑み、本出願人は、共振点外で安定した大きな振れ角で動作させることが可能な２段電極構造の振動ミラーの発明を特許出願している（特願２００３−２６５２８号、以下先願と記す）。この先願に係る発明の振動ミラーの一例について図１を参照し説明する。図１において、（ａ）は振動ミラーのミラー面と反対側から見た概略平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’ 線概略断面図、（ｃ）はミラー面側から見た概略平面図である。
【００１２】
図１において、１０１はミラー基板、１０２，１０３は一直線上にあるねじり梁、１０４は枠状支持部であり、ミラー基板１０１はその対向する２つの端部の中央部をねじり梁１０２，１０３を介して枠状支持部１０４に支持され、ねじり梁１０２，１０３をねじり回転軸として往復振動可能である。ミラー基板１０１のねじり梁１０２，１０３によりされない対向した２つの端部１０５，１０６は櫛歯状に形成され、この櫛歯状の辺１０５，１０６と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極１０７，１０８が枠状支持部１０４に形成されている。このようなミラー基板１０１、ねじり梁１０２，１０３及び駆動電極１０７，１０８を含む枠状支持部１０４からなる構造体は、第１の基板（例えば低抵抗の単結晶シリコン基板）から半導体プロセスによって一体的に作成される。ミラー基板１０１の一面に、反射率の高い金属膜からなるミラー面１０９が形成されている。
【００１３】
枠状支持部１０４には、それと略同一形状の枠状支持部１１１が絶縁層１１０を介して接合されている。この枠状支持部１１１には、第１の駆動電極１０７，１０８と同一の平面形状を有する櫛歯状の第２の駆動電極１１２，１１３が形成されている。このような第２の駆動電極１１２，１１３を含む枠状支持部１１１は、絶縁層１１０を介して前記第１の基板に接合された第２の基板（例えば低抵抗の単結晶シリコン基板）から半導体プロセスによって作成される。
【００１４】
枠状支持部１０４は、スリット１２０，１２１，１２２によって、ミラー基板１０１と電気的に導通した領域と第１の駆動電極１０７，１０８と電気的に導通した領域に絶縁分離され、それぞれの領域には金属薄膜からなる電極パッド１２３，１２４が形成されている。また、枠状支持部１１１は、スリット１２６，１２７，１２８，１２９によって、第２の駆動電極１１２と電気的に導通した領域と第２の駆動電極１１３と電気的に導通した領域とに絶縁分離され、それぞれの領域に金属薄膜からなる電極パッド１３０，１３１が形成されている。
【００１５】
この２段電極構造の振動ミラーは、ミラー基板１０１、ねじり梁１０２，１０３、枠状支持部１０４ならなる構造体の寸法などで決まる共振点外でも大きな振れ角で安定に駆動することができる。その駆動方法を次に説明する。
【００１６】
電極パッド１２３を接地しておく。すなわち、ミラー基板１０１を接地しておく。第１の駆動電極１０７，１０８の電極パッド１２４に電圧を印加すると、微小ギャップを介して噛み合っている第１の駆動電極１０７，１０８とミラー基板１０１の櫛歯状端部（可動電極）１０５，１０６の間に静電引力が働く。このとき、両電極間には厚さ方向に微小な位置ずれがあるため、両電極を最短距離とするようにミラー基板１０１に回転モーメントが発生する。このようにしてミラー基板１０１に微小変位が発生した後は、電極パッド１２３への電圧印加周期を振動ミラーの決まる共振周波数にあわせることでミラー基板１０１の振れ角を徐々に増大させていくことができる。可動電極が第１の駆動電極との最近接位置を通過した後、電極パッド１２３への電圧印加を停止し、次に可動電極が引き込まれる側の第２の駆動電極１１２又は１１３の電極パッド１３０又は１３１に電圧を印加することで、振れ角を増大させる方向への静電引力が作用し、振れ角をさらに増大させることができる。
【００１７】
図２に、ミラー基板１０１の振動と各駆動電極への電圧印加のタイミング関係を示す。（ａ）はミラー基板１０１の振動波形、（ｂ）は第１の駆動電極１０７，１０８への印加電圧波形、（ｃ）は第２の駆動電極１１２への印加電圧波形、（ｄ）は第２の駆動電極１１３への印加電圧波形を示す。各駆動電極による効率よく静電トルクが働くようにミラー基板１０１の振動と各駆動電極への印加電圧の位相関係を設定するのが望ましく、ここでは、第１の駆動電極１０７，１０８には０＜α１＜θ１の振れ角の範囲で電圧を印加し、第２の駆動電極１１２，１１３にはθ１＜α２＜θ２なる振れ角の範囲に電圧を印加するようにしている。
【００１８】
かかる２段電極構造の振動ミラーは、共振点外でも大きな振れ角でミラー基板を振動させることができる。共振点外では寸法ばらつきや環境温度変化による振れ角変化が共振点付近と比較して著しく小さいため、安定した振れ角でミラー基板を往復振動させることができる。
【００１９】
このような２段電極構造の振動ミラーにおいても、ミラー基板の慣性モーメントを小さくしつつ、その振動時の変形を抑えるために剛性を高めることが望まれる。しかし、ミラー基板そのもをエッチングにより肉抜きして凹部や補強部を形成する構成は前述したような問題がある。
【００２０】
よって、本発明の主たる目的は、上に述べたような問題がなく、かつ、製造プロセスを格別複雑化することもなく、さらに２段電極構造の場合に製造プロセスを変更することなく駆動電極の加工精度を向上する効果をも期待できる、ミラー基板の変形抑制のための新規な構造を有し、ビーム形状や共振周波数が安定した振動ミラーを提供することにある。本発明の他の目的は、そのような振動ミラーを用いた光書込装置及び画像形成装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ミラー基板と、該ミラー基板の対向する２辺の中央部を支持する２本の梁と、前記ミラー基板を静電的に駆動するための駆動電極とを有し、前記ミラー基板が前記梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラーであって、前記ミラー基板が、そのミラー面が形成された面と反対側の面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成された補強用のリブとを有することを特徴とする振動ミラーである。
【００２２】
請求項２の発明は、ミラー基板と、２本の梁と、該梁を介して前記ミラー基板の対向する２辺の中央部を支持する枠状支持部と、前記ミラー基板の支持されない２辺に対向する前記枠状支持部の部位に形成された第１の駆動電極と、前記第１の枠状支持部に絶縁膜を介して接合された、前記第１の駆動電極と重なる第２の駆動電極とを有し、前記ミラー基板が、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極により静電的に駆動されることにより前記梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラーであって、前記ミラー基板は、そのミラー面が形成された面と反対側の面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成された補強用のリブとを有することを特徴とする振動ミラーである。
【００２３】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明の振動ミラーにおいて、前記ミラー基板が前記ねじり回転軸と直交する方向に長い形状を持ち並列に配列された複数の前記リブを有することを特徴とするものである。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項１又は２の発明の振動ミラーにおいて、前記ミラー基板が筋交い状の複数の前記リブを有することを特徴とするものである。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項１又は２の発明の振動ミラーにおいて、前記ミラー基板がハニカム状の複数の前記リブを有することを特徴とするものである。
【００２６】
請求項６の発明は、請求項２の発明の振動ミラーにおいて、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極が櫛歯形状であり、前記リブの延長線上に前記第２の駆動電極の櫛歯部が位置することを特徴とするものである。
【００２７】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項の発明の振動ミラーにおいて、前記リブの全体の重心位置と前記ミラー基板の重心位置とが面内方向で一致することを特徴とするものである。
【００２８】
請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項の発明の振動ミラーにおいて、前記ミラー面が前記ミラー基板の周縁部を残して凹形に肉抜きされた面に形成されることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項の発明の振動ミラーの前記ミラー基板の振動空間を封止するための封止手段を有し、前記振動空間が減圧状態に封止されたことを特徴とする振動ミラーである。
【００３０】
請求項１０の発明は、絶縁膜を介して接合された２枚の単結晶シリコン基板をエッチング加工することにより請求項１乃至８のいずれか１項の発明の振動ミラーを製造することを特徴とする振動ミラー製造方法である。
【００３１】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明の振動ミラー製造方法において、前記リブの形成のためのエッチング加工がドライエッチングによりなされることを特徴とするものである。
【００３２】
請求項１２の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項の発明の振動ミラーと、前記振動ミラーのミラー基板のミラー面に光ビームを入射させる手段と、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である。
【００３３】
請求項１３の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項の発明の振動ミラーと、像担持体と、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前記像担持体に結像させるための手段と、該結像のための手段により光ビームが結像されることにより前記像担持体に形成された静電潜像をトナーで顕像化する現像手段と、該現像手段により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である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明による振動ミラーのミラー基板の変形を抑制するための構造は、図１及び図２に関連して説明した２段電極構造の振動ミラーへの適用する場合に特に好適であるため、２段電極構造の振動ミラーを例にして本発明の実施の形態を説明する。しかし、本発明は、駆動電極が１段のみの構造の振動ミラーに対しても同様に適用し得るものであることは、以下の説明から明らかであろう。したがって、本発明による１段電極構造の振動ミラーの実施例の提示は省略する。
【００３５】
［実施例１］
本発明の振動ミラーの一実施例の構成を図３に示す。図３の（ａ）は振動ミラーのミラー面と反対側から見た概略平面図、（ｂ）は振動ミラーのＢ−Ｂ’線概略断面図、（ｃ）は振動ミラーのミラー面側から見た概略平面図である。
【００３６】
図３において、２００は第１の基板であり、これはミラー基板２０１、同軸上にある２本のねじり梁２０２，２０３、枠状支持部２０４からなり、ミラー基板２０１はその対向する２つの辺の中央部をねじり梁２０２，２０３を介して枠状支持部２０４に支持されている。ミラー基板２０１は、ねじり梁２０２，２０３をねじり回転軸として往復振動可能である。ミラー基板２０１のねじり梁２０２，２０３に支持されない対向した２つの辺には櫛歯状電極部（可動電極）２０６，２０７が形成されている。枠状支持部２０４には、櫛歯状電極部２０６，２０７と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極２０８，２０９が形成されている。このような第１の基板２００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、電極として使用可能な低抵抗の単結晶シリコン基板を、酸化膜をエッチングマスクとしてＳＦ６ガスを用いた高密度プラズマエッチングにより貫通エッチングすることによって一体成形されている。
【００３７】
ミラー基板２０１の一面には、当該振動ミラーで使用され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面２０５が形成されている。ミラー面２０５上に酸化防止のためのパッシベーション膜として絶縁膜が形成されてもよい。
【００３８】
第１の基板２００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る。ねじり梁２０２，２０３の幅は厚さとほぼ同じであることが望ましいが、多少変えることで共振周波数を調整可能である。また、ねじり梁２０２，２０３の長さも、所望の共振周波数となるように設定される。
【００３９】
枠状支持部２０４は、スリット２１０，２１１，２１２により、第１の駆動電極２０８，２０９と電気的に導通した領域とミラー基板２０１と電気的に導通した領域とに絶縁分離されている。絶縁分離された各領域には、表面の酸化膜をマスクエッチングで部分的に除去して低抵抗シリコン面を露出させ、スパッタ法でＡｌ薄膜をマスク成膜することにより電極パッド２１３，２１４が形成されている。
【００４０】
第１の基板２００のミラー面２０５と反対側の面に、絶縁膜２２０を介して接合された第２の基板２２１をドライエッチング加工することにより、絶縁膜２２０を介して枠状支持部２０４と重なる枠状支持部２２２と、ミラー基板２０１の裏面に絶縁膜２２０を介して配設されたリブ２５０が形成されている。枠状支持部２２２の内側端面には櫛歯状の第２の駆動電極２２３，２２４が形成されている。第２の駆動電極２２３，２２４は第１の駆動電極２０８，２０９と重なる位置関係にある。このような第２の基板２２１としては、高精度の微細加工が可能で、電極として使用可能な低抵抗の単結晶シリコン基板が用いられる。
【００４１】
枠状支持部２２２は、スリット２２５，２２６により、駆動電極２２３と電気的に導通した領域と駆動電極２２４と電気的に導通した領域とに絶縁分離され、その各領域には、表面の酸化膜をマスクエッチングで部分的に除去して低抵抗シリコン面を露出させ、スパッタ法でＡｌ薄膜をマスク成膜することにより電極パッド２２９，２３０が形成されている。なお、電極パッド２２９，２３０及び電極パッド２１３，２１４の材料はＡｌに限定されるものではなく、十分な密着性とシリコン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、その成膜方法は真空蒸着法、イオンプレーティング法等の他の方法でもよい。
【００４２】
この実施例においては、リブ２５０は、図３（ｂ）に見られるように第２の基板２２１の厚さ相当の高さをもつ。図３（ｃ）に見られるように、リブ２５０はそれぞれ梁２０２，２０３と直交する方向に長く、梁２０２，２０３の方向に複数本が等間隔に並列配置されている。リブ２５０の間隔は駆動電極２２３，２２４の櫛歯の間隔と一致しており、各リブ２５０の延長線上に駆動電極２２３，２２４の対応した櫛歯が位置する。リブ２５０の全体の重心はミラー基板２０１の重心位置と面内方向で一致させており、これはミラー基板２０１の走査方向の振動を安定化するためである。
【００４３】
この実施例の振動ミラーは、図１に示した先願に係る発明の振動ミラーと同様の駆動方法によって駆動することができる。すなわち、ミラー基板の電極パッド２１３を接地し、図２の（ｂ）に示した駆動パルスを第１の駆動電極の電極パッド２１４に印加し、図２の（ｃ），（ｄ）に示した駆動パルスを第２の駆動電極の電極パッド２２９，２３０にそれぞれ印加することにより、図２の（ａ）に示したようにミラー基板を往復振動させることができる。
【００４４】
このように往復振動しているミラー基板２０１は、その慣性モーメントにより、特に梁２０２，２０３と直交する方向（ねじり回転軸と直交する方向）の変形が大きい。この方向について、ミラー基板２０１の裏面側に設けられたリブ２５０により剛性が増大するため、ミラー基板２０１の変形が効果的に抑えられ、したがって良好なビーム形状を得ることができる。そして、リブ２５０はミラー基板２０１とは絶縁膜２２０により絶縁されているため、ミラー基板２０１の可動電極２０６，２０７と駆動電極２０８，２０９，２２３，２２５の間の電界がリブ２５０によって格別影響されることがなく、したがってリブ２５０を設けたことがミラー基板２０１の挙動に悪影響を及ぼすことはない。
【００４５】
また、ミラー基板２０１の裏面の絶縁膜２２０上にリブ２５０を設ける構造は、先に触れたように、またより具体的に後述するように、第２の基板２２１を絶縁膜２２０までドライエッチングすることにより、容易に高い寸法精度のリブ２５０を形成することができ、しかも、この実施例のような２段電極構造の振動ミラーの場合、第２の駆動電極２２３，２２４と同じプロセスでリブ２５０を形成することができ製造プロセスが複雑化することもない。さらに大きなメリットとして、２段電極構造の振動ミラーの場合、以下の製造方法に関連して説明するように、ミラー基板２０１の裏面側にリブ２５０を設けることは、第２の駆動電極２２３，２２４の加工精度の向上、振動ミラーの製造歩留まりの向上にも寄与する。
【００４６】
次に、この実施例の振動ミラーの製造方法の一例について説明する。図４は製造工程を説明するための概略断面図である。
【００４７】
工程ａ： 板厚５２５μｍの２枚のシリコン基板３０１，３０２を厚さ５０００ の熱酸化膜３０３を介して直接接合したシリコンウェハを用意し、一方のシリコン基板３０１を板厚２００μｍまで、他方のシリコン基板３０２を板厚６０μｍまでそれぞれ研削、研磨した。シリコン基板３０１は第２の基板２２１として用いられるもので、シリコン基板３０２は第１の基板２００として用いられるものである。なお、２枚のシリコン基板として、０．１Ω・ｃｍ以下の低抵抗の基板を用いた。また、シリコン基板の直接接合は、各シリコン基板の接合面をミラー面研磨して十分に洗浄した後、清浄かつ減圧雰囲気中で接合面を接触させ５００℃の温度で仮接合し、その後１１００℃の熱処理をすることにより本接合することにより行った。なお、仮接合を減圧中で行なうのは、接合面のボイドの発生を抑えるためである。
【００４８】
工程ｂ： シリコンウエハを熱酸化し、その全面に酸化膜３０４を１μｍの厚さに形成した。
【００４９】
工程ｃ： 次に、シリコン基板３０２側の酸化膜３０４を、レジストマスクを用い、ドライエッチングにより、ミラー基板２０１、梁２０２，２０３、枠状支持部２０４、第１の駆動電極２０８，２０８、スリット２１０，２１１，２１２の形状にパターニングし酸化膜マスク３０５を形成した。なお、この説明においては、第２の駆動電極２２３，３３４のための電極パッド２２９，２３０をミラー面側に設けるために、その部分を開口させるようにパターニングした。
【００５０】
工程ｄ： 次に、パターニングした酸化膜マスク３０５をマスクとして、高密度プラズマエッチングにより、シリコン基板３０２を接合面の酸化膜３０３に達するまでエッチングした。このとき、界面の酸化膜３０３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３０３に達したときにエッチングが停止した。第２の駆動電極２２３，２２４の電極パッドの引き出し部分のシリコンも除去され、その部分は絶縁膜３０３が露出している。
【００５１】
工程ｅ： 次に、シリコン基板３０１に形成された酸化膜３０４を、レジストマスクを用い、ドライエッチングにより、枠状支持部２２２、第２の駆動電極２２３，２２４、リブ２５０、スリット２２５，２２６の形状にパターニングして酸化膜マスク３０６を形成した。この際、両面アライナを用いて、シリコン基板３０２側に形成されたパターンに合わせて、シリコン基板３０１の表面にレジストマスクを形成し、パターニングした。
【００５２】
工程ｆ： この酸化膜マスク３０６を用い、高密度プラズマエッチングにより、シリコン基板３０１を接合面の酸化膜３０３に達するまでエッチングした。界面の酸化膜３０３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３０３に達したときにエッチングは確実に停止する。
【００５３】
このエッチングの際に、ミラー基板裏面にリブを設けることにより次のような効果を得られる。ドライエッチングでは、マスク開口が広い部分にはエッチングガスが入りやすいためエッチング速度が速く、マスク開口が狭い部分はエッチングガスが入りにくいためエッチング速度が遅くなる。ミラー基板裏面にリブを設けない場合、ミラー基板の部分と第２の駆動電極の部分とでマスク開口面積つまりエッチング面積が大きく違うためエッチングの進行が不均一になりやすい。これに対し、本発明の振動ミラーでは、ミラー基板裏面にリブを設けるため、エッチング面積の片寄りが少なくなるので、エッチングの進行が均一化される効果が得られる。特に、実施例１のように、リブの延長線上に第２の駆動電極の櫛歯が位置するようにリブを配置すると、第２の駆動電極の櫛歯のエッチング不足などを、より確実に防止することができるため、第２の駆動電極の加工精度が向上し、また、振動ミラーの製造歩留まりが向上する効果がある。
【００５４】
工程ｇ： 次に、基板全体をＢＨＦウエットエッチング液にいれることで、酸化膜３０３の露出している部分（貫通させる部分及び電極パッド形成部）をエッチング除去した。
【００５５】
工程ｈ： 次に、電極パッド２１３，２１４としての金属薄膜３０７、電極パッド２２９，２３０としての金属薄膜３０９、及び、ミラー面２０５としての金属薄膜３０８を、メタルマスクを用いてスパッタ成膜し、振動ミラーを完成した。なお、前述したように、ここに示す製造工程例においては、第２の駆動電極２２３，２２４のための電極パッド２２９，２３０はミラー面側に形成されている。このように同じ側の面にすべての電極パッドを設ける構造は振動ミラーの実装に都合がよい。かかる構造の振動ミラーも本発明に包含されることは当然である。
【００５６】
［実施例２］
本発明の振動ミラーの他の実施例を図５により説明する。図５の（ａ）は図３（ｂ）に対応した概略断面図、図５の（ｂ）は図３（ｃ）に対応した概略平面図であり、図３と同じ符号は同一部分又は対応部分を示す。
【００５７】
この実施例の振動ミラーにおいては、図５（ｂ）に見られるように、ミラー基板２０１の裏面に絶縁膜２２０を介して形成されるリブ２５０は筋交い状とされている。リブ２５０は、その全体の重心がミラー基板２０１の重心位置に面内方向で一致するように配列されている。これ以外の構成は前記実施例１の振動ミラーと同じであるので、その説明を省略する。また、この実施例の振動ミラーは、図４により説明した製造プロセスと同様のプロセスで製造できる。
【００５８】
この実施例の振動ミラーは、リブ２５０を筋交い状とすることにより、ミラー基板２０１の振動時に最も慣性モーメントによる変形が大きな梁２０２，２０３と直交する方向の変形を低減すると同時に、梁２０２，２０３と平行な方向の変形も低減することができる。図５（ｂ）では筋交い状のリブ２５０が２組配置された状態が示されているが、さらに多くの筋交い状リブ２５０を配置してもよく、そのようにすることにより変形低減の効果を高めることができる。また、この実施例においても、リブ２５０を設けることにより、第２の基板２２１のエッチング面積の偏りを減らす効果を得られることは明らかである。多数組の筋交い状リブ２５０を、その延長線上に第２の駆動電極２２３，２２４の櫛歯部が位置するように配置すると、第２の駆動電極の加工精度の向上と振動ミラーの製造歩留まりの向上に特に効果的である。
【００５９】
［実施例３］
本発明の振動ミラーの他の実施例を図６により説明する。図６の（ａ）は図３（ｂ）に対応した概略断面図、図６の（ｂ）は図３（ｃ）に対応した概略平面図であり、図３と同じ符号は同一部分又は対応部分を示す。
【００６０】
この実施例の振動ミラーにおいては、図６（ｂ）に見られるように、ミラー基板２０１の裏面に絶縁膜２２０を介して形成されるリブ２５０はハニカム状とされている。このリブ２５０は、その全体の重心がミラー基板２０１の重心位置に面内方向で一致するように配列されている。ハニカム状のリブ２５０の空隙部分は第２の駆動電極２２３，２２４の間隔とほぼ等しい寸法となっている。ここではハニカム状のリブ２５０は均等に配置されているが、リブ２５０の全体の重心がミラー基板２０１の重心位置に面内方向で一致するならば必ずしも均等配置でなくてもよい。枠状支持部２２２の駆動電極２２３，２２４が形成される領域はスリット２６０，２６１，２６２，２６３により絶縁分離されている。これ以外の構成は前記実施例１の振動ミラーと同じであるので、その説明を省略する。この実施例の振動ミラーは、図４により説明した製造プロセスと同様のプロセスで製造できる。
【００６１】
この実施例の振動ミラーは、ハニカム状のリブ２５０をミラー基板２０１の裏面に絶縁膜２２２を介して配列することで、ミラー基板２０１の振動時に最も慣性モーメントによる変形が大きな梁２０２，２０３と直交する方向の変形を効果的に低減させることができると同時に、それ以外の方向の変形も低減することができる。また、この実施例においても、リブ２５０を設けることにより、第２の基板２２１のエッチング面積の偏りを減らす効果を得られることは明らかである。
【００６２】
［実施例４］
本発明の振動ミラーの他の実施例を図７により説明する。図７は図３（ｂ）に対応した概略断面図である。
【００６３】
この実施例の振動ミラーにおいては、ミラー基板２０１のミラー面側が、その周辺部を残し略全面的に肉抜きされて凹形状とされ、その底面にミラー面２０５が形成されている。ミラー基板２０１の裏面側には、絶縁膜２２０を介して前記実施例１，２又は３と同様のリブ２５０形成されている。このリブ２５０が設けられているため、ミラー基板２０１を肉抜きして全体を薄くしても、ミラー基板２０１の必要な剛性を確保することができる。これ以外の構成は前記各実施例と同様であるので説明を省略する。
【００６４】
この実施例では、上に述べたようなミラー基板２０１の肉抜きによりミラー基板２０１の慣性モーメントが減少し、その分だけミラー基板２０１の振動時の変形がさらに生じにくくなる。また、ミラー面２０５の中心とミラー基板２０１の回転軸中心とのずれを小さくすることができ、例えば、ミラー基板２０１をその板厚の半分まで肉抜きするならば、ミラー面２０５の中心とミラー基板２０１の回転軸中心とを一致させることができる。
【００６５】
［実施例５］
図８は、本発明の振動ミラーの他の実施例を示す概略断面図である。この実施例の振動ミラーは、前記実施例１乃至４の振動ミラーの第１の基板２００の枠状支持部２０４と第２の基板２２１の枠状支持部２２２に、パイレックスガラスかならなるカバー基板３００とベース基板３０１をそれぞれ陽極接合し、ミラー基板２０１の振動空間３０７を減圧状態に封止したものである。このような減圧封止手段を有する振動ミラーは、ミラー基板２０１の振動空間の粘性抵抗が小さいため低い駆動電圧で大きな振れ角を安定に得ることができる。また、振動ミラー内部への塵芥などの侵入が阻止され、振動ミラーの信頼性が向上する。電極パッド２１３，２１４，２２９，２３０と外部との電気的接続は、カバー基板３００及びベース基板３０１に設けられた貫通電極３０２〜３０５を通じてなされる。
【００６６】
なお、カバー基板３００及びベース基板３０１の接合方法は陽極接合に限らないが、パイレックスガラスとシリコンとの陽極接合は長期安定な封止が可能である。また、カバー基板３００は少なくとも光を通す窓部を有するならば、樹脂やセラミックスなどの材料から形成することも可能である。ベース基板３０１も樹脂やセラミックスなどの材料から形成することも可能である。また、封止手段として、振動ミラー全体を収容するような封止容器を用いることもできる。
【００６７】
［実施例６］
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光走査手段に好適である。図９は、本発明の振動ミラーを用いた画像形成装置の一例を説明するための概略構成図である。
【００６８】
図９において、８０１は光書込装置、８０２は光書込装置８０１の被走査面を提供する感光体ドラム（像担持体）である。光書込装置８０１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８０２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８０２は、矢印８０３方向に回転駆動され、帯電部８０４で帯電された表面に光書込装置８０１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８０５でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写部８０６で記録紙８０８に転写される。転写されたトナー像は定着部８０７によって記録紙８０８に定着される。感光体ドラム８０２の転写部８０６を通過した表面部分はクリーニング部８０９で残留トナーを除去される。なお、感光体ドラム８０２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。
【００６９】
光書込装置８０１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８２０と、前述したような本発明の振動ミラー８２１と、この振動ミラー８２１のミラー基板のミラー面に光源部８２０からのレーザビームを結像させるための結像光学系８２２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８０２の表面（被走査面）に結像させるための走査光学系８２３から構成される。振動ミラー８２１は、その駆動のための集積回路８２４とともに回路基板８２５に実装された形で光書込装置８０１に組み込まれる。
【００７０】
このような構成の光書込装置８０１は、次のような利点を有する。本発明による振動ミラー８２１は、前述のようにミラー基板の変形が少なくビーム形状が安定しているため、安定したビームスポット径での書き込みが可能であるほか、回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の高画質化、省電力化に有利である。振動ミラー８２１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。振動ミラー８２１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８２１の発熱量もわずかであるため、光書込装置８０１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。また、振動ミラーは高速の往復走査が可能であるため、画像記録速度の高速化が可能である。
【００７１】
なお、記録紙８０８の搬送機構、感光体ドラム８０２の駆動機構、現像部８０５、転写部８０６などの制御手段、光源部８２０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。
【００７２】
【発明の効果】
以上に説明したように、
（１）請求項１乃至９の発明によれば、振動ミラーのミラー基板の振動時の変形がリブにより抑えられるため、安定したビーム形状を得ることができる。ミラー基板に形成された絶縁膜上にリブが形成される構造であるため、エッチング加工により容易に寸法精度の高いリブを形成することができる。リブはミラー基板とは絶縁されているため、リブを設けたことによりミラー基板の可動電極と駆動電極の間の電界に格別の影響はなく、ミラー基板の挙動に悪影響を及ぼすことはない。
（２）請求項２の発明によれば、２段電極構造の振動ミラーにおける第２の駆動電極を形成するためのエッチング工程において、同時にリブを形成することができるため、リブを設けることによる製造プロセスの変更は不要である。しかも、ミラー基板の裏面側にリブを設けるため、それを設けない場合に比べエッチング面積の偏りが減り、第２の駆動電極の加工精度が向上する。特に、請求項６の発明によれば、第２の駆動電極の櫛歯部から均一にエッチングを進行させることができるため、第２の駆動電極の櫛歯形状やエッチング速度のばらつきが小さくなり、共振周波数などのばらつきの少ない再現性のよい振動ミラーを得られる。
（３）請求項３の発明によれば、リブによって、ミラー基板の振動時に慣性モーメントによる変形が最も大きな梁と直交する方向の変形を効果的に減らすことができる。
（４）請求項４の発明によれば、リブによって、ミラー基板の振動時に慣性モーメントによる変形が最も大きな梁と直交する方向の変形を減らすと同時に、梁と平行な方向の変形も減らすことができるため、走査方向ばかりでなくそれと直交する方向についても安定したビーム形状を得ることができる。
（５）請求項５の発明によれば、リブによって、ミラー基板の振動時に慣性モーメントによる変形が最も大きな梁と直交する方向の変形を効果的に減らすことができると同時にそれ以外の方向の変形も減らすことができるため、走査方向に対するあらゆる方向で安定したビーム形状を得ることができる。
（６）請求項７の発明によれば、ミラー基板の走査方向の振動が安定するため安定したビーム形状が得られる。
（７）請求項８の発明によれば、ミラー基板の慣性モーメントが減少し、その分だけミラー基板の振動時の変形をさらに生じにくくなる。また、ミラー面の中心とミラー基板の回転軸中心とのずれを小さくし、さらには一致させることができる。
（８）請求項９の発明によれば、ミラー基板の振動空間の粘性抵抗が減り、低い駆動電圧で大きな振れ角を安定に得ることができる。また、振動ミラー内部への塵芥などの侵入が阻止され、振動ミラーの信頼性が向上する。
（９）請求項１０の発明によれば、単純な製造プロセスで、加工精度が高く共振周波数などのばらつきの少ない請求項１乃至８の発明の振動ミラーを製造することができる。請求項１１の発明によれば、リブの高精度の加工が可能であり、また、リブの形状の設計の自由度が広く最適化が容易になる。
（１０）請求項１２の発明によれば、安定したビームスポット径での書き込みが可能で、往復走査による高速書き込みが可能であり、消費電力が小さく、静粛性に優れたコンパクトな光書込装置を実現できる。
（１１）請求項１３の発明によれば、高画質な画像形成を高速に行うことが可能で、消費電力が小さく静粛性も優れたコンパクトな画像形成装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本出願人の先願に係る発明の２段電極構造の振動ミラーの一例を示す概略平面図及び概略断面図である。
【図２】２段電極構造の振動ミラーの駆動電圧波形及びミラー基板の振動波形を示す波形図である。
【図３】本発明の振動ミラーの一実施例を説明するための概略平面図及び概略断面図である。
【図４】図３に示した振動ミラーの製造工程説明図である。
【図５】本発明の振動ミラーの他の実施例を説明するための概略断面図及び概略平面図である。
【図６】本発明の振動ミラーの他の実施例を説明するための概略断面図及び概略平面図である。
【図７】本発明の振動ミラーの他の実施例を説明するための概略断面図である。
【図８】本発明の振動ミラーの他の実施例を説明するための概略断面図である。
【図９】本発明の光書込装置及び画像形成装置の一実施例を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
２００ 第１の基板
２０１ ミラー基板
２０２，２０３ ねじり梁
２０４ 枠状支持部
２０６，２０７ 可動電極
２０８，２０９ 第１の駆動電極
１２３，２１４ 電極パッド
２２０ 絶縁膜
２２１ 第２の基板
２２２ 枠状支持部
２２３，２２４ 第２の駆動電極
２２９，２３０ 電極パッド
２５０ リブ
３００ カバー基板
３０１ ベース基板
３０２〜３０５ 貫通電極
８０１ 光書込装置
８２１ 振動ミラー
８０２ 感光体ドラム
８０５ 現像部
８０６ 転写部
Claims (13)
- ミラー基板と、該ミラー基板の対向する２辺の中央部を支持する２本の梁と、前記ミラー基板を静電的に駆動するための駆動電極とを有し、前記ミラー基板が前記梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラーであって、前記ミラー基板は、そのミラー面が形成された面と反対側の面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成された補強用のリブとを有することを特徴とする振動ミラー。
- ミラー基板と、２本の梁と、該梁を介して前記ミラー基板の対向する２辺の中央部を支持する枠状支持部と、前記ミラー基板の支持されない２辺に対向する前記枠状支持部の部位に形成された第１の駆動電極と、前記第１の枠状支持部に絶縁膜を介して接合された、前記第１の駆動電極と重なる第２の駆動電極とを有し、前記ミラー基板が、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極により静電的に駆動されることにより前記梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラーであって、前記ミラー基板は、そのミラー面が形成された面と反対側の面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成された補強用のリブとを有することを特徴とする振動ミラー。
- 前記ミラー基板は、前記ねじり回転軸と直交する方向に長い形状を持ち並列に配列された複数の前記リブを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の振動ミラー。
- 前記ミラー基板は、筋交い状の複数の前記リブを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の振動ミラー。
- 前記ミラー基板は、ハニカム状の複数の前記リブを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の振動ミラー。
- 前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極は櫛歯形状であり、前記リブの延長線上に前記第２の駆動電極の櫛歯部が位置することを特徴とする請求項２に記載の振動ミラー。
- 前記リブの全体の重心位置と前記ミラー基板の重心位置とが面内方向で一致することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動ミラー。
- 前記ミラー面は、前記ミラー基板の周縁部を残して凹形に肉抜きされた面に形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動ミラー。
- 前記ミラー基板の振動空間を封止するための封止手段を有し、前記振動空間が減圧状態に封止されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動ミラー。
- 絶縁膜を介して接合された２枚の単結晶シリコン基板をエッチング加工することにより請求項１乃至８のいずれか１項記載の振動ミラーを製造することを特徴とする振動ミラー製造方法。
- 前記リブの形成のためのエッチング加工はドライエッチングによりなされることを特徴とする請求項１０に記載の振動ミラー製造方法。
- 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動ミラーと、前記振動ミラーのミラー基板のミラー面に光ビームを入射させる手段と、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９のいずれか１項に記載の振動ミラーと、像担持体と、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前記像担持体に結像させるための手段と、該結像のための手段により光ビームが結像されることにより前記像担持体に形成された静電潜像をトナーで顕像化する現像手段と、該現像手段により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。
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