JP2005208608A - マイクロミラースキャナーとその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 静電駆動型マイクロミラースキャナーを用いた画像描画装置を構成して多様なスキャニング動作を実施するため、特に、複数枚のマイクロミラーの揺動を制御してかかるスキャニング動作を実施する際、その静電力を確実に制御でき且つ所要動作を効率よく実施できる構成の提供。
【解決手段】 複数のマイクロミラーをそれぞれ静電駆動させるため、静電駆動用の電極間に電圧を印加する際、用途や目的の揺動動作に応じて、あるいは温度補償のために、所要パターンに変形させた電圧波形あるいは選択した所要パターンの電圧波形を印加することで、キラーの揺動速度、揺動パターンを容易に設定でき、その停止、加速、方向変換などの揺動運動を制御することが可能となる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、レーザビームプリンタ、コピー機などに用いて好適な画像描画装置を構成できる静電駆動型マイクロミラースキャナーに関し、複数のマイクロミラーを静電駆動する際の電圧を所要パターンの電圧波形で印加し、各種揺動運動を正確にかつ効率よく制御するマイクロミラースキャナーとその制御方法に関する。

近年、シリコンなどの半導体基板に、エッチングや成膜などのマイクロマシニング技術を用い、例えば所要のグルーブを形成して構成したマイクロミラーをサスペンションビームで揺動可能に支持し、ミラー部とグルーブ周辺に設けた電極対により静電力を発生させて、前記ミラーを揺動運動させる静電駆動型マイクロミラースキャナーが種々提案されている。

前記マイクロミラースキャナーは、静電力で駆動され、サスペンションビームを軸とする回動角によって、入射させた光の反射経路を変換することが可能であり、レーザー光のスイッチングやスキャニングが実施できる。

従来からのレーザビームプリンタ、コピー機などに用いられている画像描画装置は、入射レーザ光をポリゴンミラー（３０）あるいはガルバノミラーで反射させて高速スキャンし、回転ドラム（３１）上に所定の画像を描画するよう構成されている。（図４Ａ参照）
特開２００２−３１１３７６（ＵＳ ２００２／０１５８５４８ Ａ１、図１１Ａ） 特開２００３−２４８１８３ 特開２００３−０１５０６４ ＵＳ ６，６４３，０５２ Ｂ２（図１１Ｂ，Ｃ） 特開平５−１１９２７９

マイクロミラーの回動角を大きくするために、特開２００２−３１１３７６の発明では、振動体の共振周波数と一致する周波数で振動体を動作させれば共振現象により小さな駆動力でも効率的に振動体を作動させ得ることを利用し、共振周波数制御用電極と振幅制御用電極をそれぞれ独立して作動するようにして、マイクロミラーの共振周波数と振幅とを共に制御し、マイクロミラーの回転軸のスプリング定数を減らすことによって、小さな駆動力で大きい回動角を得られる構成を提案している。

レーザビームプリンタ、コピー機などに用いる画像描画装置は、プリンタ等の高速化、多機能化の要請からスキャナーエンジンたるマイクロミラースキャナーの高速スキャニングと種々動作の確実な制御を要求されている。

しかし、従来のデバイスや制御方法では、主にミラーの振幅の増大を目的とした構成や制御が提案されるのみで、例えば実用化に向けてのスキャニング動作を確実に実現できる構成や制御方法ではなかった。

この発明は、静電駆動型マイクロミラースキャナーを用いて画像描画装置を構成した際、多様なスキャニング動作を実施することが想定され、特に、複数枚のマイクロミラーの揺動を制御してかかるスキャニング動作を実施する際、その静電力を確実に制御でき且つ所要動作を効率よく実施できる構成からなるマイクロミラースキャナーとその制御方法の提供を目的としている。

発明者らは、異なる基板で構成された複数個か同一基板に複数枚形成された複数の静電駆動型マイクロミラースキャナーを用いて画像描画装置を構成した際、多様なスキャニング動作を確実に且つ効率よく実施できる静電力の駆動方法について、鋭意検討した結果、静電駆動用の電極間に電圧を印加する際、目的の揺動動作に応じて、所要パターンに変形させた電圧波形を印加することで、ミラーの揺動速度、揺動パターンを容易に設定でき、その停止、加速、方向変換などの揺動運動を制御することが可能となることを知見した。

また、発明者らは、前記構成の静電駆動型マイクロミラースキャナーにおいて、デバイス自体の温度変動によりマイクロミラーの揺動動作が変化、変動することについて、その対策を鋭意検討した結果、前記の所要パターンに変形させた電圧波形を印加する手段が利用でき、デバイス自体の温度変動に応じて揺動動作の補正を行うように設定した特定の電圧波形を先の駆動用の電圧波形に加えることで、デバイスの温度補正を実現できることを知見し、この発明を完成した。

すなわち、この発明は、基板に形成したサスペンションビームで揺動支持可能に構成したマイクロミラーを複数個配置するか、基板に該マイクロミラーを複数枚形成した静電駆動型マイクロミラースキャナーに対して、各マイクロミラーを揺動駆動するために静電駆動用の電極間に電圧を印加する際、その印加する電圧波形を、目的の揺動動作に応じた所要パターンに変形するか又は目的の揺動動作に応じた所要パターンを選択して印加するかあるいは前記変形と選択パターンの両方を印加し、さらに必要に応じて当該デバイス温度又はその近傍温度に応じて前記揺動運動を補正するための所要パターンの電圧波形をさらに印加し、当該各マイクロミラーの揺動速度、揺動パターン、停止、加速、方向変換などの揺動運動を制御することを特徴とするマイクロミラースキャナーの制御方法である。

また、この発明は、成膜又はエッチングあるいはその両方のマイクロマシニング技術で、基板に形成したサスペンションビームで揺動支持可能に構成したマイクロミラーを複数個配置するか、基板に該マイクロミラーを複数枚形成した静電駆動型マイクロミラースキャナーと、ミラーを揺動させるための静電駆動用の電極間に、目的の揺動動作あるいはさらに温度補償に応じて選定する、所要パターンに変形させた電圧波形を印加する手段又は所要パターンに変形した電圧波形を選択して印加する手段あるいは前記の両手段を有することを特徴とするマイクロミラースキャナーである。

また、この発明は、マイクロミラーを複数有することが特徴であり、
２枚１組のマイクロミラーを用い、相互に逆方向に揺動させてそれぞれ片方向スキャニングを交互に行わせて両方向スキャニングを実施すること、
複数のマイクロミラーに、それぞれ異なるレーザー光を入射して多光線のスキャニングを実施すること、
少なくとも１つのマイクロミラーの表裏面に、それぞれ異なるレーザー光を入射して多光線のスキャニングを実施すること、を特徴とするマイクロミラースキャナーである。

さらに、この発明は、前記構成のマイクロミラースキャナーあるいはその制御方法において、マイクロミラーに入光又は反射したレーザー光を一部取り出しモニターして揺動動作を制御する方法を併せて採用でき、また、入光及び反射出光するレーザー光に複数光のレーザーや異波長光の合成光レーザーを用いたり、反射光路に回折格子を用いて、複数光のレーザーを反射出光したり、入光するレーザー光にミラーの位置検出用の光線が入力され、該位置検出光線が別途検出する方法を併用することが可能である。

上述のこの発明のマイクロミラースキャナーには、配置される複数のマイクロミラースキャナーの少なくとも１つが、
基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、該グルーブ内に静電駆動用電極を配置した構成、
基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、さらにこれらマイクロミラーとサスペンションビームの外周部にグルーブを配置して第２のサスペンションビームを形成し、且つ各グルーブ内に静電駆動用電極を配置し、マイクロミラーが同軸又は直交２軸で２つの異なる静電駆動源を有する構成、
グルーブ内に配置される静電駆動用電極が、サスペンションビームに沿って配置される構成、
マイクロミラーを設けた基板に他基板を積層配置してミラーの非反射面側に平面電極を対向配置した構成、
マイクロミラーとサスペンションビーム、グルーブ、静電駆動用電極が成膜又はエッチングあるいはその両方のマイクロマシニング技術で形成された構成、
の各々単独又は組み合せた構成を採用することができる。

この発明において、マイクロミラースキャナー自体は、実施例に示すごとく、ミラーサイズが４ｍｍ角以下、好ましい実施態様では２ｍｍ以下の極めて小型であり、スキャニング動作を実行するため用いられる従来のポリゴンミラー（図４Ａ参照）の駆動に比較してミラー自体、光反射面の位置変動がなく、小型化、静音化、省電力化、長寿命化が可能という本来的な特徴を有する。

特に、この発明による制御方法は、所要パターンに変形した電圧波形を用いて駆動力を発揮させることで、いずれの構成からなるマイクロミラースキャナーでも、複数のマイクロミラーを個別に又は同時に制御でき、上述のスキャナー自体の基本的機能を疎外することなく、目的の動作を実行させることができる。

この発明による制御方法は、マイクロミラースキャナーを数ｋＨｚで揺動させることが可能であり、従来のポリゴンミラースキャナーと同等以上の高速スキャニングが可能であり、特に、レーザ光源およびミラーを２組設け、それぞれ片方向スキャンを交互に行うことで見かけ上の両方向スキャンを実現することが可能である。

またこの発明は、スキャン有効時間を増大させ、走査速度を一定に制御したり、スキャン周波数のばらつきを低減でき、安定したスキャニング動作を実現できる。また、マイクロミラースキャナーをスキャニング動作させる際に、例えば円筒状ドラムの外周表面での速度差を小さくでき、また、ミラーの最大振れ角を比較的小さく設定でき、デバイス自体に過度のスペックを要求することがなく、実用化に優れている。

この発明による制御方法は、マイクロミラーが同軸で２つの異なる静電駆動源を有するマイクロミラースキャナーの構成を用い、主駆動の揺動パターンによる走査速度に副駆動の揺動パターンによる速度補正を加えて、速度を調整したり、走査速度を一定に作動させることができる。また、マイクロミラー３が直交２軸で２つの異なる静電駆動源を有する構成では、往復のスキャニングと２次元プロッター作動が可能となる。

この発明において、例えば、シリコン等の半導体基板にサスペンションビームで揺動可能に支持するミラーを形成した静電駆動型マイクロミラースキャナーは、基板上に各種材料の薄膜をパターン加工、積層したりして製造する表面マイクロマシニング、あるいは基板自体をエッチング加工したり、さらには成膜を併せて行うなどのバルクマイクロマシニングで製造される。

マイクロミラーを揺動可能に支持するサスペンションビームの構成には、従来一般的な構成であるコ字型のグルーブを対向させて形成し、マイクロミラーの中央に１条のビームを形成する他、サスペンションビームを複数条としたり、Ｖ，Ｍ字型など種々の構成を採用することができる。

また、静電駆動型マイクロミラースキャナーは、その駆動源の静電容量素子として、平面型電極構成、または従来例の図１１Ａ，Ｂに示す櫛歯型電極構成を採用することが可能である。

平面型電極構成は、マイクロミラーを形成した基板の可動側と積層する固定側基板間や成膜間に対向電極を適宜配置して形成することが可能である。櫛歯型電極構成は、ミラーを形成した基板の可動側と固定側間に多数の櫛歯を形成して、対向する櫛歯面間に電極を配置して多数のコンデンサを並べた構成を採用することが可能である。

例えば、この発明による静電駆動型マイクロミラースキャナー１として、図１に示す２枚１組の構成を説明すると、半導体基板２の所要位置に対向するコ字型のグルーブ４，４を二か所に設けて、グルーブ４，４に囲まれるそれぞれのマイクロミラー３が図の略上下（ｙ）方向のサスペンションビーム５，５で揺動可能に支持される構成である。

図１の構成において、マイクロミラー３の駆動用電極は、前記のコ字型のグルーブ４，４内に形成するが、ここでは基板２をエッチング加工する際にマイクロミラー３側と基板２側に交互に配置される櫛歯型電極１０，１１を形成してある。

また、前記のグルーブ４，４内に櫛歯型電極配置する静電駆動用の電極の構成において、所要パターンで異なる電極群を同一の櫛歯内に配置することも可能であり、それぞれ異なる電圧波形を印加することができる。

さらには、図１に示すごとく、平面型電極構成と組み合せることも可能である。すなわち、２枚のマイクロミラー３の基板２に他の基板２１を積層するに際し、各マイクロミラー３の非反射面側に平面電極を形成し、他の基板２１の所要２箇所にそれぞれ平面電極２２，２２を成膜し、基板２１の外周部にスペーサーを配して積層することで静電素子を形成でき、例えば、所要のＤＣ電圧波形を印加することができる。また、他の基板２１の対向位置に凹部を形成して各凹部底へ平面電極を成膜して静電素子を形成してもよい。

この発明による静電駆動型マイクロミラースキャナー１として、図２に示す構成例は、２枚のマイクロミラー３がそれぞれ直交２軸で２つの異なる静電駆動源を有する構成であり、基板２の所要の二か所に対向するコ字型のグルーブ４，４を設けて、マイクロミラー３が図の略上下（ｙ）方向のサスペンションビーム５，５で揺動可能に支持する構成に加え、マイクロミラー３とサスペンションビーム５，５を囲むフレーム７を形成するように、さらにコ字型のグルーブ６，６を設けて図の左右（ｘ）方向の別のサスペンションビーム８，８で、前記マイクロミラー３自体を揺動軸に直交する軸方向に傾斜させたりあるいは揺動可能に支持した構成となしてある。

静電駆動用の電極は、図１の構成と同様に前記のコ字型のグルーブ４，４内に櫛歯型電極１０，１１を形成してあり、さらに、マイクロミラー３とサスペンションビーム５，５を囲むフレーム７全体を傾斜させたりあるいは揺動駆動するため、コ字型のグルーブ６，６内にフレーム７側と基板２側に交互に配置される櫛歯型電極１２，１３を形成してある。

また、図３に示すマイクロミラースキャナー１の構成例は、上述の図２と基本的に同様構成であるが、２枚のマイクロミラー３が同軸で２つの異なる静電駆動源を有する構成であり、マイクロミラー３とサスペンションビーム５，５を囲むフレーム７のサスペンションビーム９，９の位置が、マイクロミラー３のサスペンションビーム５，５の略上下（ｙ）方向と同軸となるように設けてある。

上述のごとき、１枚の半導体基板２にサスペンションビーム５，５で揺動可能に支持する２枚のマイクロミラー３を形成した静電駆動型マイクロミラースキャナー１において、静電駆動用の櫛歯型電極１０，１１に、まずマイクロミラーの共振周波数に合致あるいは近似するようにＤＣ電圧を印加するため、予め該ＤＣ電圧値を求めて電圧制御手段へ設定しておき、次に該ミラー３を揺動駆動するために駆動用の電極１０，１１間にＡＣ電圧を印加する。なお、図１の構成で平面電極を併用する場合は、平面電極２２，２２に所要のＤＣ電圧波形を印加することができる。

基板材質、マイクロミラーやサスペンションビームの形状構成や各部寸法などの諸条件によって、マイクロミラーの固有の共振周波数が決定されるが、さらにマイクロミラーの回転軸のばね定数、予定するミラーの揺動運動パターン、必要とされるミラーの振幅すなわち回動角度などの各条件に応じて、どの程度共振すべきか、振れ角が最大となるようにするのか、ある範囲に収まるようにするかが考慮されて、該ＤＣ電圧値が決定されるとよい。

また、上記のバイアス電圧を一定あるいは必要に応じて変化させて印加したり、マイクロミラーの回転軸のばね定数を必要に応じて変化させる手段を併用することも可能である。

この発明において、各マイクロミラーを作動させるために、前記の揺動駆動用ＡＣ電圧を印加する際、電圧制御手段に応じて、その印加する電圧波形を所要パターンに変形させてから印加するか、あるいは予め電圧波形を複数の所要パターンで印加できるように設定しておき、スイッチ又は信号でいずれかの電圧波形パターンを選択、印加できるように構成することで、当該マイクロミラーの揺動速度、揺動パターン、あるいは停止、加速、方向変換などの揺動運動を適宜制御することができる。

図４Ｂに示すごとく、所要幅のドラム３１外周の一直線状平面、あるいは所要幅の平面の一直線状平面をスキャニングするため、マイクロミラー３３へある方向からレーザー光を入射させ、揺動する当該ミラー３３によって一直線状平面をスキャニング動作させることを想定する。

マイクロミラーの揺動スキャニング動作が、図４Ｂに示すごとく一方向である場合、スキャンとリターンの繰り返しであるので、駆動時の電圧波形は矩形波（正弦波でもよい）が想定されるが、ここで図５Ａに示すごとくリターン電圧を上げる、すなわち電圧波形は電位０の水平軸に非対称波形とすることで、スキャン有効時間を増加させることができる。

また、マイクロミラーの揺動スキャニング動作が一方向であり、有効スキャンが終了後に逆方向電圧を上げてブレーキングし、加速時間を短くすることを目的に、図５Ｂに示すごとく、電圧波形を階段状の矩形波（正弦波でも同様）を印加することができ、有効スキャンが終了後にリターン電圧を上げて停止、方向変換、再加速させる制御が可能となる。

さらに、マイクロミラーの揺動スキャニング動作が一方向であり、スキャン速度を一定に保持することを目的に、図５Ｃ，Ｄに示すごとく、電圧波形がパルス状の矩形波を印加することができる。すなわち、図示のパターンの電圧を印加することで、有効スキャンの中間部の電圧を下げてスキャン速度を下げることができ、スキャン速度を一定に保持する制御が可能となる。

前述のマイクロミラーの共振周波数、サスペンションビームのばね定数の設定や変更は、これを予め設定しておき文字どおりのバイアス一定制御を基本とすることも可能である。基本的なマイクロミラーの揺動動作を確保した上で、上述のスキャン有効時間を増加させたり、スキャン速度を一定にするなど、スキャナーの用途、作動目的等に応じて、選定又は設定した所要波形の電圧を印加し、複数のマイクロミラーの個別にあるいは同時に全てを制御でき、目的とするマイクロミラーのスキャニング動作を確保することができる。

また、スキャニング動作中に当該デバイス自体の温度変化が生じた場合、基本的なマイクロミラーの揺動動作が変動することが想定され、上記のバイアス電圧制御を温度変化に応じて変更して対応することができ、また、駆動電圧の振幅を制御しても同等の補正が可能である。例えば、矩形の電圧波形でその波形高さを補償量に応じて大小変化させることができる。もちろん、揺動動作するミラー近傍が真空雰囲気に保持されたり、マイクロミラーデバイス自体を断熱するかあるいは放熱性が良好になるように構成したり、熱の発生・滞留や侵入を防止して基本的に熱に対して安定的な構成となるように公知の種々手段を備えることができる。

また、前記温度補正については、ダイオードの順方向電圧の温度変化を利用して直接前記バイアス電圧や出力振幅を制御しても良く、マイクロコンピュータ等でマイクロミラーの動作温度を検出し、同温度に対応した補正電圧をバイアス電圧や出力振幅制御に使用することができる。該マイコンを使用する場合には、マイクロミラーを取り付けている基板等に、例えば不揮発性メモリーを備えマイクロミラーの温度補正に必要なデータを記憶させ、同データとマイクロミラーの環境温度とで温度補正出力を演算させる構成も採用できる。

さらには、前記バイアス一定制御のまま、駆動用電圧制御に際して、上述したスキャナーの用途、機能や目的別の電圧波形に加えて、温度補正用電圧波形をさらに重畳して印加する制御を採用することが可能である。簡単な温度補正を行った電圧波形の例を図５Ｅに示す。

以上、基本的なマイクロミラースキャナーの制御方法を説明したが、次に２枚のマイクロミラーを個別又は同時に制御する方法を説明する。図６に示すごとく、レーザー光源とマイクロミラーを２組（３４，３５）設け、それぞれ片方向スキャンを交互に行うことで見かけ上の両方向スキャンを実現する。すなわち、２枚のマイクロミラー３４，３５は、マイクロミラー３４がａ方向のときマイクロミラー３５はｄ方向とそれぞれ逆方向に揺動させ、例えばａ方向とｃ方向の同じ向きのスキャンのみを使用すると、図示のごとき感光体上のスキャン軌跡を得ることができる。

この発明によるマイクロミラースキャナーの制御方法おいて、マイクロミラーに入光及び反射出光するレーザー光に複数光のレーザーを用いた制御方法を採用することができる。すなわち、図７Ａに示すごとく、ａ，ｂ，ｃの３種のレーザー光をマイクロミラー３４に入光させ、それぞれ部分的にスキャニング動作させることにより、多数のスキャン軌跡を得ることができ、スキャニング軌跡をより平行に近づけ往復スキャン動作を実現可能にする。この制御を図６の２枚のマイクロミラー３４，３５に適用できることは当然である。

また、図７Ｂに示すごとく、ａ，ｂの２種のレーザー光をマイクロミラー３４に入光させ、ａ，ｂのスキャニング軌跡を繰り返し得ることができ、これによって高速化が実現でき、この制御を図６の２枚のマイクロミラー３４，３５に適用することも可能である。さらには、別感光体に照射する構成を採用してタンデム型カラー複写機を実現することを可能にする。

また、この発明によるマイクロミラースキャナーの制御方法において、入光するレーザー光に異波長光の合成光レーザーを採用し、ミラーに回折格子を用いるか、反射光路に回折格子を用いて、複数光のレーザーを反射出光する構成を採用することができる。

例えば、図７Ｃに示すごとく、同軸に波長の異なるレーザー光を合成し、回折格子構成のマイクロミラー３４で波長ごとに多レーザーに分離することで、当該マイクロミラースキャナーのスキャニング動作の高速化することが可能であり、複数レーザー光を同時に扱うことが可能でカラー化を図ることが容易になる。もちろん、図６の両方向スキャニングと組み合せることができる。

さらには、複数のマイクロミラーの一つあるいは全てのミラーの表裏面に、それぞれ異なるレーザー光を入射して多光線のスキャニングを実施することも可能である。

この発明によるマイクロミラースキャナーの制御方法において、マイクロミラーに入光又は反射したレーザー光を一部取り出しモニターして揺動動作を制御する方法を併用することできる。

例えば、図８Ａに示すごとく、マイクロミラー３６にハーフミラー構成を採用して、レーザー光を書き込みと同時に受光素子３７でこれを監視することにより、露光の均一化や階調の精度向上を図ることができ、２枚１組の両方向スキャニングの場合も同様である。また、光量変動の監視や、多階調の場合は所定露光量に達した時にレーザー光を停止したり、あるいは図示の受光素子３７にマイクロミラーをもう１つ設けると同時に同じ画像が得られ、種々の機能向上を図るなどの新たな構成の付加が可能となる。

また、この発明によるマイクロミラースキャナーの制御方法において、図８Ｂに示すごとく、入光するレーザー光にマイクロミラー３８の位置検出用の光線３９を入力して、この位置検出光線３５をラインセンサなどの位置検出器４０により別途検出するよう構成することで、スキャニング動作中のミラーの角度を検出でき、例えば書き込み精度を大きく向上させることが可能となる。

複数のマイクロミラーを配置したマイクロミラースキャナーの制御方法において、スキャニング動作の速度制御を行うには、前述の所要パターン電圧波形の印加のほか、図３のマイクロミラーが同軸で２つの異なる静電駆動源を有するマイクロミラースキャナーの構成を用いると、櫛歯型電極１０，１１に所要パターンの電圧波形が印加されて揺動するマイクロミラー３の速度が一定となるように、さらに、フレーム７側の櫛歯型電極１２，１３に所要パターンの電圧波形を印加してマイクロミラー３を含むフレーム７全体の速度を調整することが可能となる。

また、図２のマイクロミラー３が直交２軸で２つの異なる静電駆動源を有する構成では、往復のスキャニングが可能となる。すなわち、図９Ａに動作概念を示すごとく、櫛歯型電極（１０，１１）に所要パターンの電圧波形が印加されてｙ軸中心に揺動するマイクロミラー３３の速度は、フレーム（７）側の櫛歯型電極（１２，１３）に所要パターンの電圧波形を印加してマイクロミラー３３を含むフレーム（７）全体のｘ軸中心の揺動速度を補正することができ、感光体上のスキャン軌跡は、破線の補正前のｙ軸中心の揺動による軌跡が、ｘ軸中心の揺動の補正が加わり実線のような軌跡となり往復のスキャンを可能にする。もちろん複数のマイクロミラーを同様に作動させて多光線のスキャニングを実施することができる。

さらに、図２のマイクロミラースキャナーの構成により、２次元で書き込みが可能になる。すなわち、図９Ｂに動作概念を示すごとく、所要パターンの電圧波形が印加されてｙ軸中心に揺動するマイクロミラー３は、さらに所要パターンの電圧波形を印加してマイクロミラー３を含むフレーム全体のｘ軸中心の揺動を得ることで、平面感光体４１に２次元で書き込み、プロッターとして機能する。従って、前記平面感光体４１が例えば蛍光塗料を塗布された構成であると、ディスプレイとして機能させることが可能となる。

この発明の複数のマイクロミラーを有する静電駆動型マイクロミラースキャナーの制御方法は、各マイクロミラーを予め設定する所要パターンの電圧波形を印加して静電駆動するため、各種揺動運動を正確にかつ効率よく制御することが可能で、レーザービームプリンタ、コピー機などに用いて好適な画像描画装置を構成できる。例えば、マイクロミラースキャナーを各種スキャナードライバーに組み込んだり、プリンタードライバーに組み込み、この発明のマイクロミラースキャナーの制御方法を実施することで、高速化、多機能化、高性能化を図ることができる。

この発明のマイクロミラースキャナーにおいて、ミラーを揺動させるための静電駆動用の電極間に、所要パターンに変形させた電圧波形を印加する手段としては、発振器、ＣＰＵ、スイッチング素子、パワートランジスタ等を組合わせて、ＣＰＵを制御して所望の電圧波形を生成、印加することができる。また、電圧駆動型アンプ、電流駆動型アンプ、トランス等を利用しても所要パターンに変形させた電圧波形を印加することが可能である。

また、同様の構成の装置を用い、ＣＰＵを予めプログラム制御して種々のパターンに変形した電圧波形を発生できるように用意しておき、任意に選択するかあるいは所要の条件下で自動的に選択されるようにして、種々パターンの電圧波形を印加するよう構成することができる。

実施例１
図１に示す２枚のマイクロミラーを有するマイクロミラースキャナーの構成において、レーザープリンタ用エンジンであり、赤外線レーザー光を使用し、ミラーサイズが４ｍｍ径、Ａ４縦サイズで６００ｄｐｉ、ドットピッチ４２．３μｍ、総ドット数７０１４を両方向スキャニングする構成を想定した。

回転ドラムの外周面の軸方向直線を走査するため、通常、走査速度が一定でなくｆＱレンズによる補正を要する。すなわち、図４Ａの回転するポリゴンミラーによるレーザースキャン速度を測定したところ、回転ドラム上の中央と端（３０°）では端側が速く、その速度差は約３０％あることが分かった。

この発明のマイクロミラーの場合は、図１０Ａのレーザースキャン速度を、回転ドラム中央（角度０）に対する速度差と角度（レーザー位置φ）との関係のグラフに、白丸印として表すような速度差を有していた。このマイクロミラースキャナーの駆動に際し、レーザースキャン速度の補正にｆＱレンズを使用した場合、偏向角度４０〜６０°、反射率９０％以上で、動作周波数は２．９ｋＨｚであった。

次に、回転ドラム上の所要範囲の走査速度をできるだけ一定にするため、回転ドラムの中央部の走査速度を減速するか、あるいは該端部の速度を増速するように、駆動用の電圧波形を変形にして印加した。その結果、図１０Ａの回転ドラム中央（角度０）に対する速度差とレーザー位置のとの関係に黒丸印で示すように速度差を大きく減少させることができ、ｆＱレンズを使用しないで走査を実施できる範囲を拡大することが可能であった。この場合の動作周波数は２．９ｋＨｚであった。

実施例２
実施例１において、各ミラーサイズを４．５ｍｍ×１．２ｍｍの楕円形にした以外は、同じ条件でスキャニングを行ったところ、動作周波数は４ｋＨｚが得られた。

また、マイクロミラースキャナーが動作する雰囲気温度が変化する場合を想定して、−１０℃〜６０℃に種々変化させると、図１０Ｂに実線で示すごとく温度の上昇に伴い共振周波数が低下する傾向にあることが分かった。

そこで、前記の共振周波数と温度変化との相関関係から予め補正用電圧波形を求めておき、測定された雰囲気温度に応じて温度補正を行うための電圧波形を、マイクロミラーの駆動電圧波形に重畳して印加することで、図１０Ｂに一点鎖線で示すように補正でき、４ｋＨｚの動作周波数を安定的に保持することが可能であった。

実施例３
図２及び図３に示す２種のマイクロミラースキャナーの構成において、実施例１と同様光学系のレーザープリンタ用エンジンであり、光源に紫外線レーザー光を使用し、ミラーサイズが２ｍｍ径、Ａ４縦サイズで６００ｄｐｉ、ドットピッチ４２．３μｍ、総ドット数７０１４をスキャニングする構成を想定した。

実施例１と同様に走査速度の補正にｆＱレンズを使用した場合と、電圧波形を所要パターンにして印加し、端部の走査速度を増速して走査速度を補正し、ｆＱレンズを使用しない場合の両方の走査を実施した。その結果、いずれの構成も偏向角度４０〜６０°、反射率９０％以上で、動作周波数は５．５ｋＨｚが得られた。

この発明によるマイクロミラースキャナーは、レーザープリンタ用エンジンに用いた実施例に明らかなように、従来のポリゴンミラーと比較して、ポリゴンミラースキャナーの現最高回転数と同等以上の動作周波数が得られ、消費電力は、ポリゴンスキャナーモーターでは１０〜３０Ｗであるのに対して、マイクロミラースキャナーでは０．１Ｗ以下と優れている。

さらに、この発明によるマイクロミラースキャナーは、従来のポリゴンミラーと比較して、反射面の倒れ補正用レンズが不要であり、ミラーの反射面の位置変動もなく、光学ユニットの発熱、発塵もなくなるなど、光学系の簡素化が容易になる利点がある。

この発明によるマイクロミラースキャナーの構成例を示す基板の斜視説明図である。 この発明によるマイクロミラースキャナーの他の構成例を示す基板の斜視説明図である。 この発明によるマイクロミラースキャナーの他の構成例を示す基板の斜視説明図である。 スキャニング動作の概念を示すミラーと回転ドラムの説明図であり、Ａが従来のポリゴンミラーの場合、Ｂがこの発明によるマイクロミラースキャナーの場合を示す。 Ａ〜Ｅは、この発明によるマイクロミラースキャナーの駆動用電圧波形の例を示すグラフである。 この発明によるマイクロミラースキャナーによる両方向スキャニング動作の概念説明図である。 Ａ、Ｂは、この発明によるマイクロミラースキャナーに多レーザー光を入射した場合の駆動例を示す概念説明図であり、Ｃは、マイクロミラースキャナーに異波長レーザー光を入射した場合の駆動例を示す概念説明図である。 Ａは、この発明によるマイクロミラースキャナーにハーフミラー構成を用いた場合の駆動例を示す概念説明図であり、Ｂは、マイクロミラースキャナーにミラー位置検出用光を入射した場合の駆動例を示す概念説明図である。 Ａ，Ｂは、マイクロミラーが直交二軸で２つの異なる静電駆動源を有するマイクロミラースキャナーの駆動例を示す概念説明図である。 Ａはドラム中央（角度０）に対する速度差とレーザー位置φとの関係を示すグラフであり、Ｂはマイクロミラー温度と共振周波数との関係を示すグラフである。 Ａ〜Ｃは、従来のマイクロミラースキャナーの構成を示す説明図である。

符号の説明

１ マイクロミラースキャナー
２，２１ 基板
３，３３，３４，３５，３６，３８ マイクロミラー
４，６ グルーブ
５，８，９ サスペンションビーム
７ フレーム
１０，１１，１２，１３ 櫛歯型電極
２２ 平面電極
３０ ポリゴンミラー
３１ 回転ドラム
３７ 受光素子
３９ 位置検出光線
４０ 位置検出器
４１ 平面感光体

Claims (30)

1. 基板に形成したサスペンションビームで揺動支持可能に構成したマイクロミラーを複数個配置するか、基板に該マイクロミラーを複数枚形成した静電駆動型マイクロミラースキャナーに対して、各ミラーを揺動駆動するために静電駆動用の電極間に電圧を印加する際、その印加する電圧波形を、目的の揺動動作に応じた所要パターンに変形するか又は目的の揺動動作に応じた所要パターンを選択して印加するかあるいは前記変形と選択パターンの両方を印加し、各ミラーの揺動運動を制御するマイクロミラースキャナーの制御方法。
2. 基板に形成したサスペンションビームで揺動支持可能に構成したマイクロミラーを複数個配置するか、基板に該マイクロミラーを複数枚形成した静電駆動型マイクロミラースキャナーに対して、各ミラーを揺動駆動するために静電駆動用の電極間に電圧を印加する際、その印加する電圧波形を目的の揺動動作に応じた所要パターンに変形するか又は目的の揺動動作に応じた所要パターンを選択して印加するかあるいは前記変形と選択パターンの両方を印加し、且つ当該デバイス温度又はその近傍温度に応じて前記揺動運動を補正するための所要パターンの電圧波形をさらに印加し、各ミラーの揺動運動を制御するマイクロミラースキャナーの制御方法。
3. 各マイクロミラースキャナーが、基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、該グルーブ内に静電駆動用電極を配置した構成である請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
4. 各マイクロミラースキャナーが、基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、さらにこれらマイクロミラーとサスペンションビームの外周部にグルーブを配置して第２のサスペンションビームを形成し、且つ各グルーブ内に静電駆動用電極を配置し、マイクロミラーが同軸で２つの異なる静電駆動源を有する構成である請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
   
5. 各マイクロミラースキャナーが、基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、さらにこれらマイクロミラーとサスペンションビームの外周部にグルーブを配置して第２のサスペンションビームを形成し、且つ各グルーブ内に静電駆動用電極を配置し、マイクロミラーが直交２軸で２つの異なる静電駆動源を有する構成である請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
6. 各マイクロミラースキャナーが、グルーブ内に配置される静電駆動用電極が、サスペンションビームに沿って配置される構成である請求項３から請求項５のいずれかに記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
7. 各マイクロミラースキャナーが、マイクロミラーを設けた基板に他基板を積層配置してミラーの非反射面側に平面電極を対向配置した構成である請求項３から請求項６のいずれかに記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
8. 各マイクロミラースキャナーが、マイクロミラーとサスペンションビーム、グルーブ、静電駆動用電極が成膜又はエッチングあるいはその両方のマイクロマシニング技術で形成された請求項３から請求項７のいずれかに記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
9. 少なくとも１つのマイクロミラーの揺動運動が、ミラー駆動用サスペンションビームに直交する軸方向の揺動運動により補正されて往復のスキャニングを可能にした請求項５に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
10. 少なくとも１つのマイクロミラーの揺動運動に、ミラー駆動用サスペンションビームに直交する軸方向の揺動運動が加算されて２次元のスキャニングを可能にした請求項５に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
11. ２枚１組のマイクロミラーを用い、相互に逆方向に揺動させてそれぞれ片方向スキャニングを交互に行わせて両方向スキャニングを実施する請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
12. 複数のマイクロミラーに、それぞれ異なるレーザー光を入射して多光線のスキャニングを実施する請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
13. 少なくとも１つのマイクロミラーの表裏面に、それぞれ異なるレーザー光を入射して多光線のスキャニングを実施する請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
14. 少なくとも１つのマイクロミラーに、入光及び反射出光するレーザー光が複数光のレーザーである請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
15. 少なくとも１つのマイクロミラーに、入光するレーザー光が異波長光の合成光レーザーであり、ミラーに回折格子を用いるか、反射光路に回折格子を用いて、複数光のレーザーを反射出光する請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
16. 少なくとも１つのマイクロミラーに、入光又は反射したレーザー光を一部取り出しモニターして揺動動作を制御する方法が付加される請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
17. 少なくとも１つのマイクロミラーに、入光するレーザー光にミラーの位置検出用の光線が入力され、該位置検出光線が別途検出される請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
18. 少なくとも１つのマイクロミラーの揺動スキャニング動作が一方向であり、電圧波形が矩形波又は正弦波で、リターン電圧を上げスキャン有効時間を増加させる請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
19. 少なくとも１つのマイクロミラーの揺動スキャニング動作が一方向であり、電圧波形が階段状の矩形波又は正弦波で、有効スキャンが終了後にリターン電圧を上げて停止、方向変換、再加速させる請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
    
20. 少なくとも１つのマイクロミラーの揺動スキャニング動作が一方向であり、電圧波形がパルス状の矩形波又は正弦波で、有効スキャンの中間部の電圧を下げてスキャン速度を下げ、スキャン速度を一定に保持する請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
21. マイクロミラースキャナーがスキャナードライバーに組み込まれたデバイスである請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
22. マイクロミラースキャナーがプリンタードライバーに組み込まれたデバイスである請求項１又は請求項２に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
23. 成膜又はエッチングあるいはその両方のマイクロマシニング技術で、基板に形成したサスペンションビームで揺動支持可能に構成したマイクロミラーを複数個配置するか、基板に該マイクロミラーを複数枚形成した静電駆動型マイクロミラースキャナーと、ミラーを揺動させるための静電駆動用の電極間に、目的の揺動動作あるいはさらに温度補償に応じて選定する、所要パターンに変形させた電圧波形を印加する手段又は所要パターンに変形した電圧波形を選択して印加する手段あるいは前記の両手段を有するマイクロミラースキャナー。
24. 各マイクロミラースキャナーが、基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、該グルーブ内に静電駆動用電極を配置した構成である請求項２３に記載のマイクロミラースキャナー。
25. 各マイクロミラースキャナーが、基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、さらにこれらマイクロミラーとサスペンションビームの外周部にグルーブを配置して第２のサスペンションビームを形成し、且つ各グルーブ内に静電駆動用電極を配置し、マイクロミラーが同軸で２つの異なる静電駆動源を有するマイクロミラースキャナーである請求項２３に記載のマイクロミラースキャナー。
    
26. 各マイクロミラースキャナーが、基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、さらにこれらマイクロミラーとサスペンションビームの外周部にグルーブを配置して第２のサスペンションビームを形成し、且つ各グルーブ内に静電駆動用電極を配置し、マイクロミラーが直交２軸で２つの異なる静電駆動源を有する構成である請求項２３に記載のマイクロミラースキャナー。
27. 各マイクロミラースキャナーが、グルーブ内に配置される静電駆動用電極が、サスペンションビームに沿って配置される構成である請求項２３から請求項２６のいずれかに記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
28. 各マイクロミラースキャナーが、マイクロミラーを設けた基板に他基板を積層配置してミラーの非反射面側に平面電極を対向配置した構成である請求項２３から請求項２７のいずれかに記載のマイクロミラースキャナー。
29. 各マイクロミラースキャナーが、ミラーサイズが４ｍｍ角以下である請求項２３から請求項２８のいずれかに記載のマイクロミラースキャナー。
30. 各マイクロミラースキャナーが、ミラーサイズが２ｍｍ角以下である請求項２３から請求項２８のいずれかに記載のマイクロミラースキャナー。
    

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