JP2005308863A - Deflection mirror, optical scanner, and image forming apparatus - Google Patents

Deflection mirror, optical scanner, and image forming apparatus Download PDF

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JP2005308863A JP2004122688A JP2004122688A JP2005308863A JP 2005308863 A JP2005308863 A JP 2005308863A JP 2004122688 A JP2004122688 A JP 2004122688A JP 2004122688 A JP2004122688 A JP 2004122688A JP 2005308863 A JP2005308863 A JP 2005308863A
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Tomohiro Nakajima
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Yukimoto Sasaki
Yukito Sato
智宏 中島
幸基 佐々木
幸人 佐藤
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善紀 林
光美 藤井
哲郎 齋藤
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Ricoh Co Ltd
株式会社リコー
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new deflection mirror excellent characteristics such that dynamic bending deformation of a mirror substrate, which gives an adverse effect on the optical characteristic of a reflected light beam, is effectively suppressed, and to provide an applied apparatus thereof. <P>SOLUTION: The non-supported ends of torsion beams 23 are connected to a mirror substrate via a pair of connecting members 24 and 24. The mirror substrate and connecting members 24 are connected at positions which are farther from a rotation center axis than the peak position of the dynamic bending quantity when the mirror substrate is oscillated by being directly connected to the torsion beams 23. The dynamic bending deformation of the mirror substrate is suppressed, the region in which the dynamic strain is small is expanded, and the dynamic bending quantity in the region is also reduced by the presence of the connecting members. Supporting parts 50 to which the supporting ends 33 of the torsion beams 23 are connected are elastically deformed into a same direction accompanying the rotation of the torsion beams, thus bending moment acting on the mirror substrate is reduced, and the dynamic bending deformation of the mirror substrate is further suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、マイクロマシニング技術により実現される微小光学系に係り、より詳細には、ミラー基板を一端を支持されたねじり梁をねじり回転軸として往復振動させるタイプの偏向ミラーに関する。 The present invention relates to micro-optical system to be implemented by micromachining techniques, and more particularly to a deflection mirror type reciprocating oscillating the mirror substrate as a rotation axis torsion supported torsion beam at one end. また、本発明は、かかる偏向ミラーの応用装置、例えば光走査装置や画像形成装置等に関する。 Further, the present invention is the application device for such a deflection mirror, for example, to an optical scanning device and an image forming apparatus.

非特許文献1に、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によって、2本の梁をねじり回転軸として往復振動させる偏向ミラーが記載されている。 Non-Patent Document 1, two beams with supported mirror substrate that is provided on a straight line, the electrostatic attraction between the electrode provided at a position facing the mirror substrate, twisting the two beams rotate deflecting mirror reciprocally oscillating the shaft is described. マイクロマシニング技術で形成されるこの偏向ミラーは、従来のモーターを使ってポリゴンミラーを回転させる光走査装置と比較し、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、また単一の反射面を利用するため、ポリゴンミラーのように反射面ごとの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を期待できる。 The deflection mirror formed by micromachining technology, compared to the conventional optical scanning device for rotating the polygonal mirror with the motor, since the structure is capable of collectively formed in a simple and semiconductor process, it is easy to miniaturize manufacturing cost is low, and to use a single reflecting surface, there is no variation in the precision of each reflection surface as the polygon mirror can be further expected effects such that can cope with high speed because of the reciprocal scanning.

このような静電駆動のねじり振動型偏向ミラーに関しては、ねじり梁をS字型として剛性を下げることにより、小さな駆動力で大きな振れ角を得られるようにしたものが特許文献1に、梁の厚さをミラー基板及びフレーム基板よりも薄くしたものが特許文献2に、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が特許文献3及び非特許文献2に、対向電極をミラーの振れの中心位置から傾斜させて配置することにより、ミラーの振れ角を変えずに駆動電圧を下げたものが非特許文献3に、それぞれ記載されている。 For such torsional vibration deflecting mirror electrostatic drive, by lowering the rigidity of the torsion beam as S-shaped, in Patent Document 1 which is configured to obtain a large deflection angle with a small driving force, beams the thickness of the Patent Document 2 which was thinner than the mirror substrate and the frame substrate, the Patent Document 3 and non-Patent Document 2 that is disposed at a position not overlapping the fixed electrode in the direction of vibration of the mirror unit, the mirror and the counter electrode by placing tilted from the shake central position of, those lowered driving voltage without changing the deflection angle of the mirror is in non-Patent Document 3 describes, respectively.

また、特許文献4に、ミラー基板(ミラー形成部)とフレームとを連結するねじれ梁(ねじり連結部)の幅を、ミラー形成部と結合される部分では相対的に広くし、フレームに至るまでの少なくとも途中までは、ミラー形成部から離れるに従って徐々に狭くすることによって、ミラー基板の法線周りの回転を抑制した偏向ミラーが記載されている。 Further, in Patent Document 4, the width of the mirror substrate torsion beam (torsion connecting portion) connecting (mirror forming portion) and a frame, relatively wide in the portion coupled with the mirror formation portion, up to the frame the at least up to the middle, by gradually narrowing with distance from the mirror formation portion, the deflecting mirror is described which suppresses rotation around the normal of the mirror substrate.

また、特許文献5には、ミラー基板(振動構造体)と、ねじり梁(ねじりばねエレメント)との間に、ミラー基板に外部より加わった衝撃力をねじり梁の軸方向への力に変換するための変換器構造体を設けた偏向ミラー(マイクロ振動装置)が記載されている。 Further, Patent Document 5, the mirror substrate (vibrating structure), to convert between the torsion beam (torsion spring element), the force of the axial direction of the torsion bar impact force applied from the outside to the mirror substrate deflecting mirror provided with the transducer structure for (micro vibration device) is described.

さらに、特許文献6には、偏向ミラーのミラー面と、それに対峙させたミラー面との間で光ビームを複数回反射させてから出射させる構成の光走査装置が記載されている。 Further, Patent Document 6, and the mirror surface of the deflection mirror, an optical scanning device configured to be emitted from the is reflected a plurality of times the light beam between the mirror surface is opposed thereto is described.

特許第2981600号公報 Patent No. 2981600 Publication 特開平7−92409号公報 JP 7-92409 discloses 特許第3011144号公報 Patent No. 3011144 Publication 特開2003−15064号公報 JP 2003-15064 JP 特表2003−503754号公報 JP-T 2003-503754 JP 特開2002−48998号公報 JP 2002-48998 JP

偏向ミラーのミラー基板は、往復振動時に慣性力により動的撓み変形を生じる。 Mirror substrate of the deflecting mirror results in a dynamic deflection deformed by the inertial force during reciprocating movement. 均等厚で長さ2Lの矩形のミラー基板の2辺の中央をねじり梁の非支持端と直接結合し、ねじり梁をねじり回転軸としてミラー基板を往復振動させた場合のミラー基板の動的撓み変形について、図1により説明する。 Directly with the unsupported end of the torsion bar to the center of the two sides of the rectangular mirror substrate of length 2L in equal thickness bonded, dynamic deflection of the mirror substrate in the case where the mirror substrate by reciprocating vibration as rotation axis torsion torsion beams deformation will be described with reference to FIG.

図1において、(a)はミラー基板の動的撓み変形の様子を模式的に示した図であり、(b)はミラー基板の長さ方向における動的撓み量の計算値と実測値の変化を示した図である。 In FIG. 1, (a) is a diagram schematically showing a state of dynamic deflection deformation of the mirror substrate, (b) change in calculated and measured values ​​of dynamic deflection amount in the length direction of the mirror substrate it is a diagram showing a. (a)に示すように、動的撓み量の計算値は、変形したミラー基板の曲面から最小2乗法により理想平面を求め、この理想平面とミラー基板の曲面との差をとった値であり、ミラー基板の慣性力を考慮した数値計算により求めた。 (A), the calculated value of the dynamic deflection amount determines the ideal plane by the least square method from the curved surface of the mirror substrate is deformed, it is a value obtained by taking the difference between the curved surface of the ideal plane and the mirror substrate , it was determined by numerical calculation that takes into account the inertia force of the mirror substrate. 動的撓み量の実測値は、ホログラフィー法により測定した値である。 Measured value of the dynamic deflection amount is a value measured by holography. なお、ここではミラー基板の長さ方向における動的撓み量の変化の様子を示すことを意図しているので、計算値及び実測値の絶対値は示さない。 Since here it is intended to show how the dynamic deflection amount of change in the length direction of the mirror substrate, the absolute value of the calculated values ​​and the measured values ​​are not shown.

(b)に見られるように、ミラー基板の回転中心軸(ねじり梁の中心軸の延長線と一致する)から略L/3だけ離れた位置付近に、動的撓み量のピークが現れる。 As seen in (b), (consistent with extension of the torsion bar central axis of) the central axis of rotation of the mirror substrate in the vicinity of a position at a distance substantially L / 3 from peak appears dynamic deflection amount. 具体的な数値の例を挙げると、板厚20μm、4mm×4mmサイズの単結晶シリコンからなるミラー基板を、2本のねじり梁で直接支持し、2.5kHzで±5°の振れ角で往復振動させた場合には、回転中心軸からL/3の距離の付近における撓み量は約1μmにも達する。 Examples of specific numerical values, thickness 20 [mu] m, the mirror substrate made of single crystal silicon of 4mm × 4mm size, supported directly by two torsion beams, reciprocally vibrate in a deflection angle of ± 5 ° at 2.5kHz when obtained by the deflection amount in the vicinity of the rotation center axis of the distance L / 3 also reaches about 1 [mu] m.

このようなミラー基板の動的撓み変形は、ミラー基板上に金属薄膜などとして形成されるミラー面により反射された光ビームの光学特性を悪化させるため、可能な限り抑制する必要がある。 Dynamic bending deformation of such mirror substrate, in order to deteriorate the optical characteristics of the reflected light beam by a mirror surface formed as a metal thin film on the mirror substrate, it is necessary to suppress as much as possible.

ミラー基板の動的撓み変形を減らすために、ミラー基板の厚さを大きくしてミラー基板の剛性を高める方法がある。 To reduce the dynamic flexural deformation of the mirror substrate, there is a method to increase the rigidity of the mirror substrate by increasing the thickness of the mirror substrate. しかし、かかるアプローチには、ミラー基板の慣性モーメントの増加によりミラー基板の振れ角(偏向角)が減少し、あるいは、同じ振れ角を得るために必要な駆動エネルギーの増加(静電駆動型の偏向ミラーでは駆動電圧の高電圧化)を招くという別の問題がある。 However, such an approach, the deflection angle of the mirror substrate (deflection angle) is reduced by increasing the moment of inertia of the mirror substrate, or deflection increases (electrostatic drive type of drive energy required to obtain the same deflection angle in the mirror there is another problem that leads to higher voltage) of the driving voltage.

よって、本発明の目的は、反射光ビームの光学特性に悪影響を及ぼすミラー基板の動的撓み変形が効果的に抑制されるなどの優れた特徴を持つ新規な構成の偏向ミラーと、その応用装置を提供することにある。 Therefore, the objective is a deflecting mirror of novel structure with superior features such as dynamic deflection deformation adversely affect the mirror substrate on the optical characteristics of the reflected light beam is effectively suppressed, its application device of the present invention It is to provide a.

請求項1の発明は、ミラー基板が、一端を支持されたねじり梁をねじり回転軸として往復振動する偏向ミラーであって、前記ミラー基板と前記ねじり梁の非支持端は一対の同一長の連結部材を介して連結され、前記一対の連結部材の第1の端は、前記ミラー基板の回転中心軸に対して対称な特定位置において前記ミラー基板の辺にそれぞれ結合され、前記一対の連結部材の第2の端は前記ねじり梁の非支持端にそれぞれ結合され、前記一対の連結部材及び前記ミラー基板の辺とが全体として前記ねじり梁の非支持端を頂点とする略2等辺三角形状の構造をなし、前記一対の連結部材の第1の端が前記ミラー基板の辺と結合される前記特定位置は、前記ミラー基板を前記ねじり梁の非支持端に直結して往復振動させた場合における前記ミラー基 The invention of claim 1, the mirror substrate, a deflection mirror for reciprocating movement as a rotation shaft torsion that supported torsion beam at one end, unsupported end of the mirror substrate and the torsion beam is connected to a pair of identical length linked via member, a first end of said pair of connecting members are coupled, respectively, in symmetrical certain positions on the sides of the mirror substrate with respect to the central axis of rotation of the mirror substrate, the pair of connecting members the second end being coupled respectively to the unsupported end of the torsion beam, substantially isosceles triangular structure in which the pair of connecting members and the sides of the mirror substrate as vertices unsupported end of the torsion beam as a whole None of the specific position where the first end of said pair of connecting members are coupled to the side of the mirror substrate, said in the case of reciprocally vibrate directly the mirror substrate unsupported end of said torsion beam mirror based on の動的撓み量のピーク位置より、前記ミラー基板の回転中心軸から遠い位置に選ばれたことを特徴とする偏向ミラーである。 From the peak position of the dynamic deflection of a deflection mirror, characterized in that selected position distant from the rotation center axis of the mirror substrate.

請求項2の発明は、前記連結部材が前記ねじり梁より高い剛性を持つ部材からなることを特徴とする請求項1の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 2 is a deflection mirror according to the invention of claim 1, wherein said connecting member is characterized by comprising a member having a higher rigidity than the torsion beam.

請求項3の発明は、前記一対の連結部材に、その補強のための部材が設けられたことを特徴とする請求項1の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 3, wherein the pair of connecting members, a deflection mirror according to the invention of claim 1, wherein a member for the reinforcement is provided.

請求項4の発明は、前記ねじり梁の支持端が支持手段により回転弾性を持たせて支持されていることを特徴とする請求項1,2又は3の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 4 is a deflection mirror according to the invention of claim 1, 2 or 3, characterized in that the supporting end of the torsion beam are supported to have a rotating resilient by the support means.

請求項5の発明は、前記ねじり梁の支持端が、その回転に伴って同じ方向に弾性変形する支持部材に結合されていることを特徴とする請求項1,2又は3の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 5, supporting end of the torsion beams, the deflection mirror of the aspect of the invention according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it is coupled to a support member that elastically deform in the same direction with the rotation thereof it is.

請求項6の発明は、前記ミラー基板が、裏面に複数の凹部を形成され、回転中心軸から離れるに従って曲げ剛性が減少することを特徴とする請求項1,2,3,4又は5の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 6, wherein the mirror substrate is formed a plurality of recesses on the back, the invention of claim 1, 2, 3, 4 or 5 in which bending stiffness as the distance from the rotation center axis, characterized in that the reduced a deflection mirror by.

請求項7の発明は、前記ミラー基板を駆動するための手段として、前記ミラー基板の自由端に設けられた可動電極と、該可動電極と微小ギャップを介して対向する固定電極とを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 7, as a means for driving the mirror substrate, and a movable electrode provided on the free end of the mirror substrate, to have a fixed electrode opposing each other via the movable electrode and the minute gap a deflection mirror according to the invention of any one of claims 1 to 6, wherein.

請求項8の発明は、前記ミラー基板を駆動するための手段として、前記連結部材に設けられた可動電極と、該可動電極と微小ギャップを介して対向する固定電極とを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 8, as a means for driving the mirror substrate, and having a movable electrode provided on the connecting member, and a fixed electrode opposing each other via the movable electrode and the minute gap a deflection mirror according to the invention of any one of claims 1 to 6.

請求項9の発明は、前記ミラー基板を駆動するための手段として、前記ミラー基板の自由端に設けられた可動電極、及び、該可動電極と微小ギャップを介して対向する固定電極、並びに、前記連結部材に設けられた可動電極、及び、該可動電極と微小ギャップを介して対向する固定電極を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 9, wherein the means for driving the mirror substrate, a movable electrode provided on the free end of the mirror substrate, and a fixed electrode opposing each other via the movable electrode and the minute gap, and the movable electrode provided on the connecting member, and a deflection mirror according to the invention of any one of claims 1 to 6, characterized in that a fixed electrode opposing each other via the movable electrode and the minute gap.

請求項10の発明は、前記固定電極が、前記可動電極の移動方向にずらして設けられた複数の電極からなることを特徴とする請求項7,8又は9の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 10, wherein the fixed electrode is a deflection mirror according to the invention of claim 7, 8 or 9, characterized in that it consists of a plurality of electrodes provided by shifting the moving direction of the movable electrode.

請求項11の発明は、前記連結部材に設けられた前記可動電極と微小ギャップを介して対向する前記固定電極は、前記ミラー基板の回転中心軸の方向に、絶縁分離された複数の部分に分割されていることを特徴とする請求項8,9又は10の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 11, wherein the fixed electrode opposing each other via the movable electrode and the minute gap provided on the connecting member, in the direction of the rotation axis of the mirror substrate, divided into a plurality of parts which are insulated and separated a deflection mirror according to the invention of claim 8, 9 or 10, characterized in that it is.

請求項12の発明は、前記固定電極及び前記可動電極のための電極パッドが同一平面に設けられたことを特徴とする請求項7,8,9又は10の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 12 is a deflecting mirror of the aspect of the invention according to 7, 8, 9 or 10, characterized in that the electrode pads for the fixed electrode and the movable electrode is provided on the same plane.

請求項13の発明は、前記ミラー基板を駆動するための手段として、前記ミラー基板に設けられた駆動コイルと、該駆動コイルが鎖交する静磁界を発生する磁石とを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 13, as a means for driving the mirror substrate, and having a drive coil provided on the mirror substrate, and a magnet to which the drive coil for generating a static magnetic field interlinked a deflection mirror according to the invention of any one of claims 1 to 6.

請求項14の発明は、封止手段を有し、該封止手段により少なくとも前記ミラー基板の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13のいずれか1項の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 14 has a sealing means, vibration space at least the mirror substrate by sealing means of any one of claims 1 to 13, wherein the sealed in a reduced pressure state a deflection mirror according to the invention.

請求項15の発明は、前記ミラー基板に対向し、前記ミラー基板に入射した光ビームを前記ミラー基板との間で複数回反射させるための固定したミラーを有することを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項の発明による偏向ミラーである。 The invention of claim 15 is opposed to the mirror substrate, to claim 1, characterized in that it has a fixed mirror for reflecting a plurality of times between the mirror substrate a light beam incident on the mirror substrate 14 is a deflecting mirror of the aspect of the invention any one of the.

請求項16の発明は、請求項1乃至14のいずれか1項の発明による偏向ミラーと、光源と、前記光源より出射された光ビームを前記偏向ミラーに入射させる光学系と、前記偏向ミラーのミラー基板との間で光ビームを複数回往復反射するミラーと、前記複数回往復反射の後の光ビームを被走査面に結像させる光学系とを有することを特徴とする光走査装置である。 The invention of claim 16 includes a deflection mirror according to the invention of any one of claims 1 to 14, light source, an optical system for incident light beam emitted from the light source to the deflection mirror, the deflecting mirror is the optical scanning apparatus, comprising a mirror for a plurality of times back and forth reflects a light beam between the mirror substrate, and an optical system for focusing the light beam after the plurality of times back and forth reflection surface to be scanned .

請求項17の発明は、請求項1乃至15のいずれか1項の発明による偏向ミラーと、光源と、前記光源より出射された光ビームを前記偏向ミラーに入射させる光学系と、前記偏向ミラーにより偏向された光ビームを被走査面に結像させる光学系とを有することを特徴とする光走査装置である。 The invention of claim 17, the deflection mirror according to the invention of any one of claims 1 to 15, a light source, an optical system for incident light beam emitted from the light source to the deflection mirror, by said deflection mirror the deflected light beam is a light scanning device and having an optical system for imaging the surface to be scanned.

請求項18の発明は、感光体と、画像信号で変調された光ビームにより前記感光体の表面を走査して静電潜像を形成する請求項16又は17の発明による光走査装置と、前記感光体上の静電潜像をトナー像に現像する現像手段とを有することを特徴とする画像形成装置である。 The invention of claim 18, a photoreceptor, a light scanning apparatus according to the invention of claim 16 or 17 by an optical beam modulated by an image signal to scan the surface of the photosensitive member to form an electrostatic latent image, wherein an image forming apparatus, comprising a developing means for developing the electrostatic latent image on the photosensitive member into a toner image.

(1)請求項1〜15の発明に係る偏向ミラーにおいては、ミラー基板の動的撓み変形を効果的に抑制し、ミラー基板の動的撓み量の小さい領域を拡大し、かつ、その領域内、特にミラー基板の回転中心軸付近の動的撓み量を減少させることができるため、偏向された光ビームのビーム径などの光学特性が改善される。 (1) In the deflection mirror according to the invention of claims 1 to 15, and effectively suppress the dynamic flexural deformation of the mirror substrate, enlarged area of ​​small dynamic deflection of the mirror substrate, and, in that region , since it is possible to especially reduce the dynamic deflection amount in the vicinity of the central axis of rotation of the mirror substrate, optical properties such as beam diameter of the deflected light beam is improved. また、ミラー基板の動的撓み量の小さい領域が拡大されるため、ルーフミラーなどの固定ミラーとミラー基板との間で光ビームを往復反射させ光てこの原理により光ビームの偏向角を増大させる場合にも光ビームの良好な光学特性を得ることができる。 Moreover, since the dynamic deflection of a small area of ​​the mirror substrate is enlarged, increasing the deflection angle of the light beam by the principle of the light-reciprocally reflected light beam between the fixed mirror and the mirror substrate, such as a roof mirror it is possible to obtain good optical properties of the light beam in each case. また、ミラー基板の板厚を増加させることによって動的撓み変形を抑制するアプローチと違ってミラー基板全体の慣性モーメントの増加を伴わないため、ミラー基板の振れ角の減少や駆動エネルギーの増大を招かない。 Further, invited an increase in the dynamic deflection for deformation without an increase in the moment of inertia of the entire mirror substrate unlike approach inhibit, decrease or driving energy of the deflection angle of the mirror substrate by increasing the thickness of the mirror substrate not Ka.
(2)請求項2,3の発明に係る偏向ミラーにおいては、連結部材の変形が起こりにくくなるため、ミラー基板の動的撓み変形の抑制効果が向上する。 (2) In the deflection mirror according to the invention of claim 2, since the deformation of the connecting member is less likely to occur, the effect of suppressing dynamic deflection deformation of the mirror substrate is improved.
(3)請求項4,5の発明に係る偏向ミラーにおいては、ミラー基板の往復振動時に、ねじり梁のねじり回転に伴い、ねじり梁の支持端も同じ方向に回転するため、ミラー基板に作用する曲げモーメントが減少し、ミラー基板の動的撓み変形がさらに抑制される。 (3) In the deflection mirror according to the invention of claim 4, 5, at the time of reciprocal vibration of the mirror substrate, with the torsional rotation of the torsion beam, since the supporting end of the torsion bar to rotate in the same direction, acting on the mirror substrate bending moment is reduced, the dynamic flexural deformation of the mirror substrate is further suppressed.
(4)請求項6の発明に係る偏向ミラーにおいては、ミラー基板全体の慣性モーメントを増加させることなく、ミラー基板の偏向に利用される領域の曲げ剛性を高めて動的撓み量を小さくすることができる。 (4) In the deflection mirror according to the invention of claim 6, without increasing the moment of inertia of the entire mirror substrate, to reduce the dynamic deflection amount to increase the flexural rigidity of the area used for the deflection of the mirror substrate can.
(5)請求項8の発明に係る偏向ミラーにおいては、駆動用電極がミラー基板の回転中心軸に近づくため、ミラー基板の振れ角の大きい時にも静電トルクの減少が小さく、その分だけミラー基板の振れ角を大きくすることができる。 (5) In the deflection mirror according to the invention of claim 8, since the driving electrodes are closer to the central axis of rotation of the mirror substrate, reduction of the electrostatic torque even when a large deflection angle of the mirror substrate is small, the mirror correspondingly it is possible to increase the deflection angle of the substrate. また、ミラー基板の自由端に電極を設ける必要がないため、ミラー基板をその自由端近傍まで光ビームの偏向に利用可能である。 Further, since it is not necessary to form electrodes on the free end of the mirror substrate is available to the deflection of the light beam mirror substrate to the vicinity of the free end.
(6)請求項9の発明による偏向ミラーにおいては、上記(5)に述べた理由に加え、駆動用電極面積が増加するため、低い駆動電圧でミラー基板を大きな振れ角で振動させることができる。 (6) In the deflection mirror according to the invention of claim 9, in addition to the reasons stated above (5), since the driving electrode area is increased, it is possible to vibrate the mirror substrate with a large deflection angle with a low drive voltage .
(7)請求項10の発明に係る偏向ミラーにおいては、ミラー基板の移動方向にずれた2段以上の固定電極を適切なタイミングで駆動することにより、ミラー基板を大きな振れ角で振動させることができ、また、ミラー基板が含まれる共振系の共振点から外れた周波数で大きな安定した振れ角でミラー基板を振動させることができる。 (7) In the deflection mirror according to the invention of claim 10, by driving the two or more stages of fixed electrodes deviated in the direction of movement of the mirror substrate at an appropriate timing, it is possible to oscillate the mirror substrate with a large deflection angle can, also, it is possible to vibrate the mirror substrate with a large stable deflection angle at a frequency deviated from the resonance point of the resonance system that includes a mirror substrate.
(8)請求項11の発明に係る偏向ミラーにおいては、ミラー基板の回転中心軸に近い固定電極と遠い固定電極とを適当なタイミングで駆動することにより、ミラー基板の振れ角が小さい時点から大きい時点まで連続的に静電トルクを作用させ、低い駆動電圧でミラー基板を大きな振れ角で振動させることができる。 In the deflection mirror according to (8) The invention of claim 11, by driving the fixed electrode and the farther the fixed electrode closer to the rotation center axis of the mirror substrate at an appropriate timing, large from the time the deflection angle of the mirror substrate is small continuously reacted electrostatic torque to time, it is possible to vibrate the mirror substrate with a large deflection angle with a low driving voltage.
(9)請求項12の発明に係る偏向ミラーにおいては、駆動電極の電極パッドが同一平面にあるため、封止を含む実装プロセスの信頼性が向上する。 (9) In the deflection mirror according to the invention of claim 12, since the electrode pad of the drive electrodes are on the same plane, thereby improving the reliability of mounting processes including sealing.
(10)請求項13の発明に係る偏向ミラーにおいては、容易に大きな電磁トルクを発生させてミラー基板を大きな振れ角で振動させることができる。 (10) In the deflection mirror according to the invention of claim 13, it is possible to vibrate the mirror substrate with a large deflection angle easily to generate a large electromagnetic torque.
(11)請求項13の発明に係る偏向ミラーにおいては、ミラー基板の振動時の粘性抵抗を減らし、小さな駆動エネルギーでミラー基板を大きな振れ角で振動させることができ、また、ミラー基板振動空間への塵埃などの異物の侵入を阻止し偏向ミラーの信頼性を高めることができる。 (11) In the deflection mirror according to the invention of claim 13, reducing the viscous resistance during oscillation of the mirror substrate, it is possible to vibrate the mirror substrate with a large deflection angle with a small driving energy, also the mirror substrate vibration space it is possible to arrest the entry of foreign matter such as dust increase the reliability of the deflection mirror.
(12)請求項15の発明に係る偏向ミラーは、ミラー基板の振れ角より大きな偏向角を得ることができる。 (12) the deflection mirror according to the invention of claim 15, it is possible to obtain a large deflection angle than the deflection angle of the mirror substrate.
(13)請求項16,17の発明に係る光走査装置は、光学特性の良好な光ビームにより被走査面を走査することができ、また、往復走査による高速走査も可能である。 (13) an optical scanning apparatus according to the invention of claim 16 and 17, it is possible to scan the scanned surface with good light beam of the optical properties, are also possible high-speed scanning by reciprocating scanning. また、ポリゴンミラーを用いる光走査装置に比べ静粛性や省電力性に優れている。 Also, it is excellent in quietness and power savings compared with an optical scanning apparatus using a polygon mirror. 請求項17の発明に係る光走査装置によれば、大きな走査角での走査が可能である。 According to the optical scanning apparatus according to the invention of claim 17, it is possible to scan a large scanning angle.
(14)請求項18の発明に係る画像形成装置によれば、光学特性の良好な光ビームにより感光体に光書込みを行って高品質の画像形成が可能であり、また、往復走査による高速な光書込みが可能であるため高速な画像形成が可能である。 (14) According to the image forming apparatus according to the invention of claim 18 is capable of high quality image formation by performing optical writing on a photosensitive member by good light beam of the optical characteristics, also fast by reciprocating scanning since it is capable of optical writing it can be high-speed image formation. また、ポリゴンミラーを用いる光走査装置に比べ、静粛性や省電力性などに優れている、等々の効果を得られるものである。 Further, compared with optical scanning apparatus using a polygon mirror, it is excellent in such as quietness and power savings, is obtained the effect of the like.

以下、本発明の実施の形態について、本発明の主要な特徴と関連付けながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail below associated with the main feature of the present invention.

<特徴の説明(1)> <Description of features (1)>
本発明に係る偏向ミラーにおいては、ミラー基板とねじり梁(ねじりばね)の非支持端とは一対の同一長の連結部材を介して連結される。 In the deflection mirror according to the present invention, the unsupported end of the torsion bar and the mirror substrate (torsion spring) is coupled through a coupling member of the pair of identical length. この一対の連結部材の第1の端は、ミラー基板の回転中心軸に対して対称な特定位置においてミラー基板の辺にそれぞれ結合され、一対の連結部材の第2の端はねじり梁の非支持端にそれぞれ結合され、一対の連結部材とミラー基板の辺は全体として、ねじり梁の非支持端を頂点とする略2等辺三角形状の構造をなす。 A first end of the pair of connecting members are coupled respectively to the sides of the mirror substrate in symmetrical certain position with respect to the central axis of rotation of the mirror substrate, the second end of the pair of connecting members torsion beam unsupported are respectively coupled to the end, sides of the pair of connecting members and the mirror substrate as a whole, a substantially isosceles triangular structure whose vertices unsupported end of the torsion beam. かかる連結部材をミラー基板とねじり梁の非支持端との間に介在させることにより、ミラー基板の動的撓み量のピーク位置は、ミラー基板とねじり梁の非支持端を直接結合した場合の動的撓み量のピーク位置より外側に移動し、ミラー基板の動的撓み量の小さい領域が拡大し、かつ、その領域内の、特にミラー基板の回転中心軸近傍の動的撓み量が減少する。 By interposing such connecting member between the unsupported end of the torsion bar and the mirror substrate, the dynamic deflection of the peak position of the mirror substrate, the dynamic when combined with the unsupported end of the torsion bar and the mirror substrate directly the amount of deflection of moving from the outside the peak position, the enlarged dynamic deflection amount a small region of the mirror substrate, and, in that region, in particular the dynamic deflection of the rotation axis near the mirror substrate is reduced.

このような本発明に係る偏向ミラーの特徴的構成について、図2〜図6を参照し、より具体的に説明する。 The characteristic configuration of the deflection mirror according to the present invention, with reference to FIGS. 2-6 will be described more specifically.

図2は本発明に係る偏向ミラーの特徴的構成を説明するための斜視図であり、図3はその一部の拡大図である。 Figure 2 is a perspective view for illustrating a characteristic structure of the deflection mirror according to the present invention, FIG. 3 is an enlarged view of a portion thereof. 図2において、20はフレーム、21はミラー基板、23は一端がフレーム20に支持されたねじり梁、24はねじり梁23の非支持端とミラー基板21とを連結する連結部材である。 2, 20 is a frame, the mirror substrate 21, 23 torsion bar one end of which is supported by the frame 20, 24 is a connecting member for connecting the the unsupported end of the torsion beam 23 mirror substrate 21.

図3に明確に示されるように、各ねじり梁23の非支持端とミラー基板21とを結合する一対の連結部材24,24と、それが結合したミラー基板21の辺は全体として、ねじり梁23の非支持端を頂点とした略2等辺三角形状(正三角形状も含む)の構造をなす。 As clearly shown in FIG. 3, a pair of connecting members 24, 24 for coupling the non-supported end and the mirror substrate 21 of the torsion beam 23, as a whole edges of the mirror substrate 21 to which it has been linked, torsion bar forming a structure of 23 substantially isosceles triangular shape the unsupported end has an apex (including an equilateral triangle).

このような偏向ミラーにおいて、ミラー基板20の長さを2Lとすると、ミラー基板20の往復振動時に図4に実線で示すような動的撓みが発生する。 In such a deflection mirror, and the length of the mirror substrate 20 and 2L, dynamic deflection occurs as shown in FIG. 4 by a solid line when the reciprocating oscillation of the mirror substrate 20. 図4中の破線は、ねじり梁23の非支持端をミラー基板21に直接結合してミラー基板21を往復振動させた場合の動的撓みを示しであり、これは図1に関連して述べた通りである。 Broken line in FIG. 4 is shown a dynamic deflection when the mirror substrate 21 bonded directly to a non-supported end of the torsion beam 23 on the mirror substrate 21 was reciprocated vibration, which is discussed in connection with FIG. 1 it is as was.

実線と破線を対比すれば明らかなように、本発明に係る偏向ミラーにおいては、動的撓み量の小さい領域が拡大し、また、その領域内の、特にミラー基板の回転中心軸近傍における動的撓み量が減少している。 As is clear from a comparison solid and broken lines, in the deflection mirror according to the present invention, expanded region of small dynamic deflection amount, also in the area, particularly dynamic in the rotation center axis near the mirror substrate the amount of deflection is reduced.

図4から容易に理解されるように、ミラー基板21の動的撓み量のピーク位置は、一対の連結部材24,24のミラー基板21との結合点の間隔(図3中の25)と関連がある。 As it will be readily appreciated from FIG. 4, the dynamic deflection of the peak position of the mirror substrate 21, related to the distance point of attachment to the mirror substrate 21 of the pair of connecting members 24, 24 (25 in FIG. 3) there is. この結合点間隔を2L/3より大きく設定すると、換言すれば、ミラー基板21の回転中心軸から連結部材24の結合位置までの距離をL/3より大きく設定すると、顕著な動的撓み変形の抑制効果を得られる。 When this binding point interval is set larger than 2L / 3, in other words, when the distance from the rotation center axis of the mirror substrate 21 to the coupling position of the coupling member 24 is set larger than L / 3, significant dynamic deflection deformation It obtained a suppression effect. ただし、これは長さ2L、均等板厚の矩形ミラー基板の場合であり、より一般的に言えば、ミラー基板21をねじり梁23の非支持端に直結して往復振動させた場合における動的撓み量のピーク位置より遠い位置を、連結部材24の前記ミラー基板21との結合位置に選ぶと効果的に動的撓み変形を抑制できる。 However, this is a case where the length 2L, the rectangular mirror substrate of uniform thickness, more generally, dynamic in the case of reciprocally vibrate directly the mirror substrate 21 to the unsupported end of the torsion beam 23 the farther from the deflection of the peak position location, it is possible to suppress the selecting the binding position effectively dynamic deflection deformation of the mirror substrate 21 of the connecting member 24.

上に述べた動的撓み変形の抑制のメカニズムについて説明を補足する。 For supplementing the description mechanism of suppression of dynamic deflection deformation mentioned above. 動的撓み変形の主因はミラー基板21に作用する曲げモーメントである。 Main cause of dynamic deflection deformation is bending moment acting on the mirror substrate 21. この曲げモーメントを図5に示す3次元ビームモデルを用い有限要素法により計算すると、図6に示すような結果を得られる。 When this bending moment is calculated by the finite element method using the three-dimensional beam model shown in FIG. 5, to obtain the results shown in FIG.

図6に見られるように、ミラー基板21に作用する曲げモーメントは、連結部材24の結合点間の領域84では小さく、その外側で増大する。 As seen in FIG. 6, the bending moment acting on the mirror substrate 21, the region 84 between the coupling point of the connecting member 24 smaller, increases in outside. このような曲げモーメントの分布となるため、図4で述べたような、動的撓み量の小さい領域の拡大と同領域内、特にミラー基板の回転中心軸近傍での動的撓み量の減少がもたらされる。 Since the distribution of such bending moment, such as described in FIG. 4, the dynamic deflection of a small region expanding the same area, in particular reduction of the dynamic deflection of the center of rotation axis near the mirror substrate It brought about.

なお、上に述べた動的撓み抑制効果を達成するためには、連結部材24の剛性を考慮する必要があり、一般的には、その剛性が高いほど動的撓み抑制効果が顕著になる。 In order to achieve a dynamic bending prevention effect described above, it is necessary to consider the rigidity of the connecting member 24, in general, dynamic deflection suppressing effect increases its rigidity is high becomes remarkable. したがって、所要の剛性が得られるように連結部材の材質や寸法を選ぶ必要がある。 Therefore, it is necessary to select the material and dimensions of the connecting member as required rigidity is obtained. 一例を挙げれば、ミラー基板、ねじり梁、連結部材、フレームなどをシリコン基板によって一体的に形成した偏向ミラーにおいて、ねじり梁の幅が20〜40μm、長さが1〜2μm、ねじり梁の非支持端からミラー基板までの距離が1〜1.5μmの場合、連結部材の幅は例えば60〜80μmに選ぶことができる。 In one example, the mirror substrate, torsion beams, coupling member, the deflection mirror which is formed integrally with the silicon substrate and the frame, the width of the torsion beams 20 to 40 [mu] m, a length of 1 to 2 [mu] m, torsional unsupported beam when the distance from the edge to the mirror substrate is 1 to 1.5 [mu] m, the width of the connecting member can be selected, for example, 60 to 80 m. ただし、これはあくまで例示であり、連結部材の幅等の寸法は他の部材の寸法等も考慮して決定されるものである。 However, this is merely an example, the dimensions of the width of the connecting member is to be determined in consideration of dimensions of other members.

<特徴の説明(2)> <Description of features (2)>
本発明に係る偏向ミラーのもう一つの特徴は、ミラー基板の裏面に複数の凹部を配することにより、ミラー基板の曲げ剛性を、ミラー基板の回転中心軸から離れるに従って減少させることにある。 Another feature of the deflection mirror according to the present invention, by arranging a plurality of recesses on the rear surface of the mirror substrate, the flexural rigidity of the mirror substrate is to reduce the distance from the rotation center axis of the mirror substrate.

図7〜図10を参照し、より具体的に説明する。 Referring to FIG. 7 to FIG. 10 will be described more specifically. 図7は説明のための偏向ミラーのミラー基板裏面側から見た平面形状を示し、図8はミラー基板のAA線断面を示し、図9はミラー基板のBB線断面を示している。 Figure 7 shows a planar shape as viewed from the mirror back surface side of the substrate of the deflecting mirror for the explanation, FIG. 8 shows a sectional view taken along line AA of the mirror substrate, FIG. 9 shows a sectional view taken along line BB of the mirror substrate. ここに示す例では、ミラー基板21は、薄いミラー面部30の裏面に、ミラー面部30の厚さより十分大きな高さbの、幅hの複数のリブ28を立設し、これらリブ28により区画された複数の凹部27をミラー基板裏面に配した構成である。 In the example shown here, the mirror substrate 21, the rear surface of the thin mirror surface 30, the thickness from the sufficiently large height b of the mirror surface portion 30, upright a plurality of ribs 28 having a width h, partitioned by ribs 28 a plurality of recesses 27 is configured to arranged on the mirror substrate backside. 凹部27の個数及び大きさ、換言すればリブ28の配置密度が、ミラー基板21の回転中心軸近傍から自由端に至る各部位で異なっている。 The number of the recesses 27 and the size, arrangement density of the ribs 28 in other words is different in each part extending to the free end from the rotation center axis near the mirror substrate 21.

このような凹部27を配したミラー基板21の各部位における断面2次モーメントを求める。 Request second moment at each site of the mirror substrate 21 which arranged such recess 27. ミラー面部30の厚さは十分に小さいので、その断面二次モーメントを無視して計算すると、各部位の断面2次モーメントIj はリブ28の断面2次モーメントの和として求めることができ、次式で示される。 Since the thickness of the mirror surface portion 30 is sufficiently small, is calculated by ignoring the second moment, second moment Ij of each part can be determined as the sum of the second moment of the ribs 28, the following equation in shown.

Ij=Σbh^3/12 Ij = Σbh ^ 3/12
ミラー基板21の曲げ剛性Mjは、各部位の断面二次モーメントIj にヤング率Eを乗じた値である。 Flexural rigidity Mj of the mirror substrate 21 is a value obtained by multiplying the Young's modulus E to the second moment Ij of each part. すなわち、 That is,
Mj=E*Ij Mj = E * Ij
よって、リブ28の本数及び間隔の調節によって、ミラー基板21の曲げ剛性Mjの値及び分布を調整可能である。 Therefore, by adjusting the number of ribs 28 and spacing, it is possible to adjust the values ​​and distribution of bending stiffness Mj of the mirror substrate 21.

このようにして得られるミラー基板の曲げ剛性の分布の例を図10に示す。 An example of the distribution of bending stiffness of the mirror substrate thus obtained is shown in Figure 10. このようなミラー基板の自由端側ほど曲げ剛性が小さくなる曲げ剛性分布とすることにより、ミラー基板全体の慣性モーメントを増加させることなく、ミラー基板の偏向に利用される領域の曲げ剛性を高め、その領域における動的撓み変形を効果的に抑制可能である。 With enough free end side bending flexural rigidity smaller rigidity distribution of such mirror substrate, without increasing the moment of inertia of the entire mirror substrate, increasing the flexural rigidity of the area used for the deflection of the mirror substrate, It can be effectively suppressed dynamic deflection deformation in that region.

なお、上に述べたような凹部を裏面に形成して曲げ剛性分布を調整すると、ねじり梁の非支持端を直接結合してミラー基板を往復振動させた時の動的撓み量のピーク位置と、曲げ剛性分布調整を行わない場合の動的撓み量のピーク位置とに差が生じる。 Incidentally, by adjusting the rigidity distribution bending recess as described is formed on the back surface above, the peak position of the dynamic deflection amount when the mirror substrate was reciprocated vibration by combining the unsupported end of the torsion beam directly , a difference between the peak position of the dynamic deflection of the case without the bending stiffness distribution control occurs. したがって、このピーク位置の差を、連結部材とミラー基板の結合位置の決定に際し考慮する必要がある。 Therefore, the difference between the peak position, it is necessary to consider in determining the binding position of the connecting member and the mirror substrate.

以上に述べた特徴を持つ偏向ミラーの具体例について以下に説明する。 It will be described below examples of the deflection mirror with the features described above.

図11は、一実施例に係る偏向ミラーを説明するため示す概略斜視図である。 Figure 11 is a schematic perspective view showing for explaining the deflection mirror according to an embodiment. 本実施例に係る偏向ミラーは、2枚のシリコン基板41,44を絶縁膜42を介し接合したSOI基板を用いて、フォトエッチング等の半導体プロセスにより、ミラー基板21、連結部材24、ねじり梁23、フレーム20が一体的に作成されたものである。 Deflector mirror according to this embodiment, the two silicon substrates 41 and 44 by using the SOI substrate obtained by bonding via the insulating film 42, by a semiconductor process such as photo-etching, the mirror substrate 21, connecting member 24, torsion beams 23 , frame 20 is one that was created in an integrated manner. 連結部材24は、ミラー基板21の自由端に近い位置に結合されている。 Coupling member 24 is coupled to a position close to the free end of the mirror substrate 21. ミラー基板21の自由端に櫛歯形状の可動電極39が形成され、これに対向するフレーム20の部位に(シリコン基板44側)、可動電極39と微小ギャップを介して噛み合う櫛歯形状の固定電極40が形成されている。 Movable electrodes 39 of the comb teeth shape is formed at the free end of the mirror substrate 21, which in the region of the frame 20 facing (silicon substrate 44 side), the fixed electrode of the comb-like meshing via a small gap and the movable electrode 39 40 is formed. すなわち、本実施例に係る偏向ミラーは、可動電極39と固定電極40との間の静電トルクによりミラー基板21を駆動する静電駆動型のものである。 That is, the deflection mirror according to the present embodiment is intended by the electrostatic torque between the fixed electrode 40 and movable electrode 39 of the electrostatic drive for driving the mirror substrate 21.

少なくともシリコン基板44は低抵抗率の基板である。 At least the silicon substrate 44 is a substrate of low resistivity. このシリコン基板44は、絶縁膜42に達する4つのスリット45によって、ねじり梁23を介して可動電極と電気的に導通した領域と、固定電極40と電気的に導通した領域とに絶縁分離されている。 The silicon substrate 44 is by four slits 45 reaching the insulating film 42, torsion and regions of conduction electricity and the movable electrode manner through the beam 23, it is insulated and separated on a fixed electrode 40 and the electrically conductive regions there. これら各領域に、可動電極39のための電極パッドと固定電極40のための電極パッドが形成されているが、図示されていない。 In each of these regions, the electrode pads for the electrode pad and the fixed electrode 40 for the movable electrode 39 is formed, not shown. また、ミラー基板21の一面には、ミラー面として、使用光の波長に対し高い反射率を有する金属薄膜などが形成されているが、図示されていない。 Further, on one surface of the mirror substrate 21, as a mirror surface, but a metal thin film having a high reflectance for wavelengths used light is formed, not shown.

本実施例に係る偏向ミラーを駆動する場合、例えば図12に示すように、可動電極30のための電極パッドを接地し、固定電極40のための電極パッドに駆動パルス発生装置PGを接続し、この駆動パルス発生装置PGより、図13(b)に示すような振動系の共振周波数の2倍の周波数の駆動パルスを印加すると、可動電極30と固定電極40との間の静電引力によりミラー基板21に回転トルクが発生し、ミラー基板21はねじり梁23をねじり回転軸として共振周波数で往復振動する。 When driving the deflector mirror according to this embodiment, for example, as shown in FIG. 12, by grounding the electrode pads for the movable electrode 30, to connect the drive pulse generator PG to the electrode pads for the fixed electrode 40, mirror from the drive pulse generator PG, the application of a driving pulse of a frequency twice the resonant frequency of the vibration system shown in FIG. 13 (b), the electrostatic attraction between the fixed electrode 40 and movable electrode 30 rotation torque is generated in the substrate 21, the mirror substrate 21 is reciprocally vibrate at a resonant frequency as the rotation axis twisting the torsion beams 23. この往復振動が安定した状態では、ミラー基板21の振れ角変化は図13(a)のようになる。 In a state where the reciprocating vibration is stable, deflection angle change of the mirror substrate 21 is as shown in FIG. 13 (a).

なお、本実施例に係る偏向ミラーと同様な偏向ミラーを、後記実施例5と同様に、1枚のシリコン基板を用いて作成することも可能である。 Incidentally, the same deflection mirror and the deflecting mirror of the present embodiment, as in the following Examples 5, it is also possible to create using one silicon substrate.

また、図示しないが、本実施例に係る偏向ミラーと同様な構成において、ミラー基板21の裏面(ミラー面の形成されない側)に、図7〜図10に関連して説明したような複数の凹部を形成することにより、ミラー基板21に図10に示したような曲げ剛性分布を持たせてもよい。 Although not shown, the same configuration as the deflector mirror according to this embodiment, the rear surface of the mirror substrate 21 (the side not formed of the mirror surface), a plurality of recesses, such as described in connection with FIGS. 7 to 10 by forming, bending may have a stiffness distribution as shown in FIG. 10 to the mirror substrate 21. かかる偏向ミラーも当然に本発明に包含される。 Consuming deflecting mirror is naturally included in the present invention.

他の実施例に係る偏向ミラーを図14を用いて説明する。 It will be described with reference to FIG. 14 of the deflection mirror according to another embodiment. 本実施例に係る偏向ミラーは、前記実施例1に係る偏向ミラーと駆動電極の構成が異なるのみである。 Deflection mirror according to the present embodiment, the configuration of the deflection mirror and the driving electrode according to the first embodiment is different only. 図14は、この駆動電極構成の違いを表すための簡略化された斜視図であり、図示されていない構成は前記実施例1のものと同様である。 Figure 14 is a simplified perspective view for representing a difference between the driving electrode configuration, the configuration is not shown is similar to that of Example 1.

本実施例に係る偏向ミラーにおいては、図14に示すように、連結部材24に外側に張り出した形の櫛歯形状の可動電極51が形成され、この可動電極51と微小ギャップを介して噛み合う櫛歯形状の固定電極52がフレーム20に形成されている。 In the deflection mirror according to the present embodiment, as shown in FIG. 14, connecting the movable electrode 51 in the form of a tooth shape outwardly flared members 24 are formed, a comb meshing via a small gap and the movable electrode 51 fixed electrode 52 of the tooth shape is formed in the frame 20. 可動電極51と固定電極52の間に駆動パルスを印加し、両電極間の静電トルクによりミラー基板21を駆動し、ミラー基板21をねじり梁22をねじり回転軸として共振周波数で往復振動させることができる。 Applying a drive pulse between the movable electrode 51 of the fixed electrode 52 to the mirror substrate 21 is driven by an electrostatic torque between the two electrodes, reciprocally vibrate at a resonant frequency as the rotation axis twisting the torsion bar 22 the mirror substrate 21 can.

本実施例に係る偏向ミラーにおいては、駆動用電極がミラー基板21の回転中心軸に近い位置にあるため、前記実施例1の偏向ミラーに比べ、ミラー基板21の振れ角の大きい時にも静電トルクの減少が小さく、したがって振れ角を大きくとることができる。 In the deflection mirror according to the present embodiment, since the drive electrode is at a position closer to the rotation center axis of the mirror substrate 21, compared with the deflection mirror of Example 1, an electrostatic even when a large deflection angle of the mirror substrate 21 it can be increased small decrease in torque, thus the deflection angle. また、本実施例に係る偏向ミラーにおいては、ミラー基板21の自由端に櫛歯形状の可動電極が設けられないため、ミラー基板21の自由端近傍までミラー面として利用可能である。 In the deflection mirror according to the present embodiment, since the movable electrode of the comb-shaped to the free end of the mirror substrate 21 is not provided, it is available as a mirror surface to the vicinity of the free end of the mirror substrate 21. ミラー基板21の自由端近傍までミラー面として利用したい場合には、連結部材24をミラー基板21の自由端付近に結合するとよい。 If you want to use as a mirror surface to the vicinity of the free end of the mirror substrate 21, may couple the coupling member 24 in the vicinity of the free end of the mirror substrate 21.

なお、本実施例に係る偏向ミラーと同様な偏向ミラーを、後記実施例5と同様に、1枚のシリコン基板を用いて作成することも可能である。 Incidentally, the same deflection mirror and the deflecting mirror of the present embodiment, as in the following Examples 5, it is also possible to create using one silicon substrate.

また、図示しないが、本実施例に係る偏向ミラーと同様な構成において、ミラー基板21の裏面に、図7〜図10に関連して説明したような複数の凹部を形成することにより、ミラー基板21に図10に示したような曲げ剛性分布を持たせてもよく、かかる構成の偏向ミラーも本発明に含まれる。 Although not shown, the same configuration as the deflector mirror according to this embodiment, the rear surface of the mirror substrate 21, by forming a plurality of recesses, such as described in connection with FIGS. 7 to 10, the mirror substrate 21 may be provided with the a flexural stiffness distribution as shown in FIG. 10, the deflection mirror of such a configuration is also included in the present invention.

他の実施例に係る偏向ミラーを図15を用いて説明する。 It will be described with reference to FIG. 15 of the deflection mirror according to another embodiment. 本実施例に係る偏向ミラーは、前記実施例1に係る偏向ミラーと駆動のための電極の構成が異なるのみである。 Deflection mirror according to the present embodiment, the configuration of the electrodes for driving the deflection mirror according to the first embodiment is different only. 図15は、この駆動電極構成の違いを表すための簡略化された斜視図であり、図示されていない構成は前記実施例1のものと同様である。 Figure 15 is a simplified perspective view for representing a difference between the driving electrode configuration, the configuration is not shown is similar to that of Example 1.

本実施例に係る偏向ミラーにおいては、図15に示すように、ミラー基板21の自由端に形成された可動電極39とそれに対向してフレーム20に形成された固定電極40に加え、連結部材24に外側に張り出した形の櫛歯形状の可動電極51が形成され、この可動電極51と微小ギャップを介して噛み合う櫛歯形状の固定電極52がフレーム20に形成されている。 In the deflection mirror according to the present embodiment, as shown in FIG. 15, in addition to the fixed electrode 40 formed on the frame 20 and the movable electrode 39 formed on the free end of the mirror substrate 21 to face thereto, the connecting member 24 movable electrode 51 in the form of a tooth shape protruding outward are formed, the fixed electrode 52 of a tooth shape meshing via a small gap and the movable electrode 51 is formed on the frame 20 in.

本実施例に係る偏向ミラーも、可動電極39と固定電極40の間、及び、可動電極51と固定電極52の間に駆動パルスを印加し、それら電極間の静電トルクによりミラー基板21を駆動し、ミラー基板21をねじり梁22をねじり回転軸として共振周波数で往復振動させることができる。 Deflection mirror according to the present embodiment also, between the movable electrode 39 of the fixed electrode 40, and applies a drive pulse between the movable electrode 51 of the fixed electrode 52, driving the mirror substrate 21 by an electrostatic torque between the electrodes and it can be reciprocal vibration at the resonance frequency as the rotation axis twisting the torsion bar 22 to the mirror substrate 21.

図16は駆動電極による静電トルクと振れ角の関係を示している。 Figure 16 shows the relationship between angle deflection with the electrostatic torque generated by the drive electrodes. 図16において、曲線88はミラー基板自由端の可動電極39と固定電極40による静電トルクの計算結果を示している。 16, the curve 88 shows the calculation result of the electrostatic torque generated by the movable electrode 39 and the fixed electrode 40 of the mirror substrate free end. 曲線89は連結部材24に設けられた可動電極51と駆動電極52による静電トルクの計算結果を示し、振れ角が大きい領域でもそれほど減少しないことが分かる。 Curve 89 is the connecting member and the movable electrode 51 provided on the 24 shows the calculation results of the electrostatic torque by the drive electrode 52, it can be seen not so much reduced in deflection angle is large area. これら静電トルクを合算した静電トルク(曲線90)がミラー基板21に作用することになる。 The electrostatic torque obtained by summing these electrostatic torque (curve 90) acts on the mirror substrate 21. よって、本実施例に係る偏向ミラーは、前記実施例1,2に係る偏向ミラーに比べ、同じ駆動電圧でミラー基板21の振れ角を増加させることができ、また、同じ振れ角ならば駆動電圧を下げることができる。 Therefore, the deflection mirror according to this embodiment, compared with the deflection mirror according to the Examples 1 and 2, it is possible to increase the deflection angle of the mirror substrate 21 with the same driving voltage and the driving voltage if the same deflection angle it can be reduced.

なお、本実施例に係る偏向ミラーと同様な偏向ミラーを、後記実施例5と同様に1枚のシリコン基板を用いて作成することも可能である。 Incidentally, the same deflection mirror and the deflecting mirror of the present embodiment, it is also possible to create using one silicon substrate in the same manner as Example below 5. また、図示しないが、本実施例に係る偏向ミラーと同様な構成において、ミラー基板21の裏面に、図7〜図10に関連して説明したような複数の凹部を形成することにより、ミラー基板21に図10に示したような曲げ剛性分布を持たせてもよく、かかる構成の偏向ミラーも本発明に含まれる。 Although not shown, the same configuration as the deflector mirror according to this embodiment, the rear surface of the mirror substrate 21, by forming a plurality of recesses, such as described in connection with FIGS. 7 to 10, the mirror substrate 21 may be provided with the a flexural stiffness distribution as shown in FIG. 10, the deflection mirror of such a configuration is also included in the present invention.

図17は他の実施例に係る偏向ミラーの平面図であり、図18はその簡略化した斜視図である。 Figure 17 is a plan view of the deflection mirror according to another embodiment, FIG. 18 is a perspective view of the simplified.

本実施例に係る偏向ミラーは、電磁駆動型であり、ミラー基板21のミラー面55側に、その周囲に沿って周回する駆動コイル57が例えば銅薄膜により形成され、駆動コイル57の各端のリード部58,58はフレーム20に形成された電極パッド60,60に引き出されている。 Deflector mirror according to this embodiment is an electromagnetic driving type, the mirror surface 55 side of the mirror substrate 21, is formed by the drive coil 57 is for example a thin copper film circling along its periphery, each end of the drive coil 57 lead portion 58 is drawn to the electrode pads 60, 60 formed in the frame 20. 本実施例に係る偏向ミラーは、駆動コイル57が横断鎖交する、ミラー基板21に略平行な静磁界を発生するための一対の永久磁石62,62を備えている。 Deflector mirror according to this embodiment, drive coil 57 is provided with a pair of permanent magnets 62, 62 for generating a transverse interlinked, substantially parallel static magnetic field to the mirror substrate 21. なお、永久磁石62,62を電磁石に置き換えることも可能である。 Incidentally, it is also possible to replace the permanent magnets 62, 62 to the electromagnet. ミラー基板21の裏面には、図18中に破線で示すように、ミラー基板21の剛性を維持しつつ慣性モーメントを減らすために複数の凹部(肉抜き部)が形成されている。 The back surface of the mirror substrate 21, as shown by a broken line in FIG. 18, a plurality of recesses to reduce the moment of inertia while maintaining the rigidity of the mirror substrate 21 (thin portion) is formed. この凹部は、ミラー基板21に図10に示したような曲げ剛性分布を持たせるような大きさ・配置としてもよい。 The recess flexural rigidity distribution may be sized and arranged such as to have, as shown in FIG. 10 to the mirror substrate 21.

本実施例に係る偏向ミラーは、電極パッド60,60を通じて図19に示すような共振周波数の正弦波電流を通電することにより、駆動コイル57に電磁トルクを発生させ、ミラー基板21を共振周波数で往復振動させることができる。 Deflector mirror according to this embodiment, by energizing the sinusoidal current in the resonant frequency as shown in FIG. 19 through the electrode pads 60 and 60, to generate an electromagnetic torque on the driving coil 57, the mirror substrate 21 at the resonant frequency it can be reciprocated vibration. この時のミラー基板21の振れ角θは、以下の式で表すことができる。 The deflection angle θ of the mirror substrate 21 of the time can be expressed by the following equation.

f0=(1/2π)√(Kθ/I) f0 = (1 / 2π) √ (Kθ / I)
θ=Trq/I*K(f0,C) θ = Trq / I * K (f0, C)
ただし、K(f0、C)は、共振周波数f0及び振動空間の粘性抵抗係数Cの関数であり、f0、Cに反比例する。 However, K (f0, C) is a function of the viscosity resistance coefficient C of the resonance frequency f0 and the vibration space, it is inversely proportional to f0, C. Kθはねじり梁のねじりバネ定数、Trqは駆動コイルに作用する電磁トルク、Iはミラー基板の慣性モーメントである。 Kθ the torsion beam of the torsion spring constant, Trq electromagnetic torque acting on the drive coil, I is moment of inertia of the mirror substrate.

このような電磁駆動型の偏向ミラーは容易に大きなトルクを発生されることができるため、大きな振れ角を得やすい。 Since such deflection mirror of the electromagnetic drive type that can be generated easily large torque, easy to obtain a large deflection angle.

本実施例に係る偏向ミラーは、例えばシリコン基板を用いて半導体プロセスにより作成されるが、ミラー基板21、連結部材24、フレーム20のいずれも電極として利用されないため、低抵抗率の基板である必要はない。 Deflector mirror according to this embodiment, for example, be prepared by a semiconductor process using a silicon substrate, since the mirror substrate 21, connecting member 24, none of the frame 20 is not used as an electrode, must be a substrate of low resistivity no.

なお、ミラー基板21の裏面を平坦面とし、そこに駆動コイルを設けることもできる。 Incidentally, the back surface of the mirror substrate 21 and the flat surface may there be provided a driving coil. この場合、ミラー基板21の表面全体をミラー面として利用可能になる。 In this case, it becomes available the entire surface of the mirror substrate 21 as a mirror surface. かかる構成の偏向ミラーも本発明に含まれる。 Deflecting mirror of such a configuration is also included in the present invention.

本発明に係る偏向ミラーにおいて、ねじり梁の非支持端とミラー基板とを連結する連結部材の剛性が不足した場合、ミラー基板を大きな振れ角で往復振動させた時に連結部材のねじり変形が起き十分な動的撓み変形抑制効果を得られない。 In deflection mirror according to the present invention, torsional if the rigidity of the connecting member for connecting the non-supported end and the mirror substrate of the beam is insufficient, the torsional deformation of the connecting member happened enough when the mirror substrate is reciprocal vibration with a large deflection angle not obtained the dynamic deflection deformation suppressing effect. ここに述べる実施例に係る偏向ミラーにおいては、そのような不都合を避けるために、連結部材に、その変形を抑えるための補強部材が設けられる。 In the deflection mirror according to embodiments described herein, in order to avoid such inconvenience, the coupling member, the reinforcing members for suppressing deformation thereof it is provided.

図20は一実施例に係る偏向ミラーの、ミラー基板裏面側から見た概略平面図である。 Figure 20 is a deflecting mirror in accordance with one embodiment, it is a schematic plan view of the mirror substrate backside. 図21は、この偏向ミラーの概略中央断面図である。 Figure 21 is a schematic cross-sectional side view of the deflection mirror.

ミラー基板101は、一直線上に設けられた2本のねじり梁102,102をねじり回転軸として往復振動する。 Mirror substrate 101 is reciprocally oscillating a rotating shaft torsional two torsion beams 102, 102 provided on a straight line. 各ねじり梁102の一端(非支持端)は、一対の連結部材121,121を介してミラー基板101の辺に連結されている。 One end of each torsion beam 102 (unsupported end) is connected to the sides of the mirror substrate 101 via a pair of connecting members 121, 121. ミラー基板101と連結部材121の結合位置は、前述のように、ミラー基板101の動的撓み変形を効果的に抑制できるように選ばれている。 Binding position of the mirror substrate 101 and the connecting member 121, as described above, it is selected such dynamic flexural deformation of the mirror substrate 101 can be effectively suppressed. 一対の連結部材121,121には、その補強のための部材としてミラー基板101の辺と平行な補強梁123が設けられている。 The pair of connecting members 121, 121, sides and parallel reinforcing beam 123 of the mirror substrate 101 is provided as a member for the reinforcement.

各ねじり梁102の他端(支持端)は、ミラー基板101を囲むフレームの内側枠体104に結合されている。 The other end of each torsion beam 102 (supported end) is coupled to the inner frame 104 of the frame surrounding the mirror substrate 101. フレームは、この内側枠体104と、それより板厚の厚い外側枠体120とからなる一体構造である。 Frame, and the inner frame member 104 is an integral structure made therefrom than the thick outer frame 120..

ミラー基板101の連結部材121と結合されない側の辺(自由端)には櫛歯形状の可動電極105,106が形成され、これと微小ギャップをへだてて噛み合う櫛歯形状の固定電極107,108が内側枠体104に形成されている。 The not coupled the coupling member 121 of the mirror substrate 101 side edge (free end) movable electrodes 105 and 106 of the comb teeth shape is formed, the fixed electrode 107 and 108 inner frame 104 of a tooth shape meshing with spaced a small gap therewith It is formed in. また、ミラー基板101の連結部材121が結合された辺の自由端近傍部109,110に対応して、外側枠体120の一部が延出し、その先端面に起動用電極111,112が形成されている。 In correspondence to the connecting member 121 vicinity of the free end portion of the combined edges 109, 110 of the mirror substrate 101, extending a portion of the outer frame 120, starting electrodes 111 and 112 is formed on the distal end surface.

フレーム(内側枠体104及び外側枠体120)、ミラー基板101、ねじり梁102、連結部材121並びに補強梁123は導電性材料(例えば低抵抗率の単結晶シリコン基板)により一体的に形成され、その表面には絶縁膜113が形成されている。 Frame (inner frame 104 and outer frame 120), the mirror substrate 101, torsion beams 102, connecting member 121 and the reinforcing beam 123 by a conductive material (e.g., a single crystal silicon substrate of low resistivity) are integrally formed, It is formed an insulating film 113 on the surface thereof. 外側枠体120の一部の絶縁膜113が除去されて導電性材料が露出され、この部分に可動電極105,106のための金属薄膜からなる電極パッド114(図20中図示省略)が形成されている。 Part of the insulating film 113 of the outer frame 120 is removed to expose the conductive material, the electrode pad 114 made of a metal thin film for the movable electrode 105, 106 in this portion (in FIG. 20 not shown) are formed . 固定電極107,108の表面には金属薄膜が形成され、これは外側枠体120の表面に形成された金属薄膜からなる電極パッド116,117に引き出されている。 A metal thin film is formed on the surface of the fixed electrode 107, which is drawn to the electrode pads 116 and 117 made of a metal thin film formed on the surface of the outer frame member 120. 起動用電極111,112の表面にも金属薄膜が形成され、これは外側枠体120の延出部表面に形成された金属薄膜からなる電極パッド118,119に引き出されている。 A metal thin film on the surface of the starting electrodes 111 and 112 are formed, which is drawn to the electrode pads 118 and 119 made of a metal thin film formed on the extending portion surface of the outer frame member 120. ミラー基板101の表面には、使用光の波長に対して十分高い反射率をもつ金属薄膜からなるミラー面115が形成されている。 On the surface of the mirror substrate 101, the mirror surface 115 formed of a metal thin film having a sufficiently high reflectivity for the wavelength of used light is formed.

次に、本実施例に係る偏向ミラーの製造方法の一例を図22を参照して説明する。 Next, an example of a method of manufacturing the deflection mirror according to the present embodiment with reference to FIG. 22.

工程a: 両面研磨された厚さ200μmのシリコン基板201の片面に、それを深くエッチングするためのマスクとして高粘度耐熱レジスト202を100μmの厚さで塗布する。 Step a: on one side of the silicon substrate 201 of the double-sided polished thickness 200 [mu] m, a high viscosity heat resistant resist 202 is coated to a thickness of 100μm as a mask for deep etching it. ここで使用するマスク材は、シリコンとの密着性がよく、かつ、100μmのシリコンエッチング時にもマスクとして残る程度にエッチング選択比が大きく、かつ、エッチング後に容易に除去できるような材料であればよく、Niメッキ膜等を利用してもよい。 Mask material used here, good adhesion to the silicon, and the etching selection ratio large enough to remain as a mask even when 100μm silicon etching, and may be a material which can easily removed after the etching , it may be used Ni plating film or the like.

工程b: このレジストを露光、現像して内側枠体形状にパターニングする。 Step b: exposing the resist is patterned and developed to the inner frame shape.

工程c: パターニングしたレジストをマスクとして、シリコン基板をエッチング速度が大きく異方性の高いドライエッチング装置(ICP-RIE)を用いて、内側枠体形状に100μmの深さまでエッチング除去する。 Step c: the patterned resist as a mask, the silicon substrate using high dry etching apparatus, the etching rate of large anisotropy (ICP-RIE), etching away to a depth of 100μm inside frame shape. ここで形成されるエッチング端面の段差部分に、後の工程で起動用電極を形成する。 The step portion of the etched side face formed here, in a subsequent step of forming a starting electrode.

工程d: レジスト202を溶解除去した後、段差の形成された基板に再び高粘度耐熱レジスト203を100μmの厚さに塗布し、露光、現像することにより補強梁の形状にパターニングする。 Step d: After the resist 202 is dissolved and removed, a high viscosity heat resistant resist 203 again substrate formed of the step was applied to a thickness of 100 [mu] m, the exposure, is patterned to the shape of the reinforcing beams by development.

工程e: レジストマスクを除去する。 Step e: removing the resist mask.

工程f: シリコン基板の内フレーム形状にエッチングした面と反対側の面(裏面)に高粘度耐熱レジスト204を100μmの厚さに塗布し、裏面をミラー基板、ねじり梁及び補強梁の形状にパターニングする。 Step f: a high viscosity heat resistant resist 204 was coated in a thickness of 100μm on the surface of the inner frame shape etched surface of the silicon substrate opposite (back), patterning the back surface mirror substrate, the shape of the torsion beam and the reinforcing beam to.

工程g: パターニング後のレジストをマスクとして、エッチング速度が大きく異方性の高いドライエッチング装置(ICP-RIE)を用い、シリコン基板を貫通するまでドライエッチングする。 Step g: resist as a mask after patterning using high dry etching apparatus, the etching rate of large anisotropy (ICP-RIE), dry etching until through the silicon substrate.

工程h: レジストを溶解、除去した後、基板全体を熱酸化し、表面に絶縁膜としての厚さ1μmのSiO2膜205を形成する。 Step h: resist dissolution, after removal, the entire substrate is thermally oxidized to form an SiO2 film 205 having a thickness of 1μm as an insulating film on the surface.

工程i: フレーム内側の端面のSiO2膜上に、起動用電極及びその電極パッドのための金属薄膜206、駆動用固定電極及びその電極パッドのための金属薄膜207として、Ti薄膜を300Åの厚さに、次いでPt薄膜を1200Åの厚さに、スパッタ法でそれぞれ成膜する。 Step i: on the SiO2 film of the end surface of the frame inner, starting electrodes and the metal thin film 206 for the electrode pads, the metal thin film 207 for the driving fixed electrode and the electrode pad, a Ti film of 300Å thick in, then the Pt film with a thickness of 1200 Å, respectively formed by sputtering. さらに、ミラー面としてのAl薄膜208を成膜する。 Furthermore, forming the Al film 208 as a mirror surface. なお、成膜の際、電極以外の領域には金属薄膜が形成されないように、金属性のステンシルマスクで遮蔽し、また、同一部位で近接した駆動用固定電極は、ミラー基板をジグを用いて傾斜させた状態で斜め方向から成膜する。 At the time of film formation, so in a region other than the electrode is not formed metal thin film, and shielded by metallic stencil mask, also driving fixed electrode in proximity on the same site, the mirror substrate using a jig deposited from an oblique direction with being inclined. ここで、Ti薄膜はSiO2膜上でのPt薄膜の密着性を向上させるためのものである。 Here, Ti thin film is intended to improve the adhesion of the Pt thin film on the SiO2 film. なお、電極材料はPt薄膜に限られるものではなく、導電性が高くSiO2との密着性が確保できれば、他の材料(Au,Ti等)を使用してもよい。 The electrode material is not limited to Pt thin film, if the adhesion is secured between the SiO2 high conductivity may be used other materials (Au, Ti, etc.). また、成膜方法はスパッタ法に限られるものではなく、真空蒸着、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。 Further, the film formation method is not limited to sputtering, vacuum deposition, it may be formed by other methods such as ion plating.

工程j: 枠体裏面の一部のSiO2膜をメタルマスクを使ってエッチング除去し、コンタクトホール209を形成し、シリコンを露出させる。 Step j: a frame back surface of a portion of the SiO2 film is removed by etching using a metal mask, a contact hole 209 to expose the silicon.

工程k: このコンタクトホールに、可動電極用の電極パッドとしてのAl薄膜210を、メタルマスクを使って成膜した後、シリコン基板との間の電気抵抗を下げるため400℃で熱処理を行う。 Step k: In this contact hole, the Al film 210 as an electrode pad of the movable electrode, after forming using a metal mask, heat treatment is performed at 400 ° C. to reduce the electrical resistance between the silicon substrate. ここでは金属薄膜としてAlを成膜したが、使用するレーザー光に対し必要十分な反射率が得られる金属薄膜ならばAu等の他の材料も選択可能である。 Here Al was formed into a thin metal film, other materials such as Au, if the metal thin film needs sufficient reflectivity to laser beam used can be obtained can be selected. また、成膜方法としては真空蒸着法を用いたが、スパッタ法、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。 Although a film forming method using a vacuum deposition method, a sputtering method, may be formed by other methods such as ion plating.

次に、本実施例に係る偏向ミラーの動作を図23を用いて説明する。 Next, the operation of the deflection mirror according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 23. 可動電極のための電極パッド114を接地しておく。 Keep grounded electrode pads 114 for the movable electrode. 起動用電極のための電極パッド116,117に例えば50Vの電圧を印加すると、起動用電極111,112とミラー基板101の間に、ミラー基板101を図中反時計回り方向へ回転させる静電引力が働き、ミラー基板101は図23(a)に示す角度まで傾く。 The application of the electrode pads 116 and 117, for example, 50V voltage for the activation electrodes, between the starting electrode 111 and the mirror substrate 101 serves electrostatic attraction rotates the mirror substrate 101 counterclockwise in the figure, mirror substrate 101 tilts to the angle shown in FIG. 23 (a). この時、可動電極105,106と駆動用の固定電極107,108との間に振動開始に必要な段差ができる。 In this case, it is a step required to start oscillation between the fixed electrode 107 and 108 for driving the movable electrode 105. このように、起動用電極を設けると、ねじり梁102のねじり剛性が大きい場合にも起動が容易になる。 Thus, the provision of the starting electrodes, it becomes easier to start when the torsional rigidity of the torsion beam 102 is large.

次に、起動用電極111,112への電圧印加を断つと同時に、駆動用固定電極107,108の電極パッド116,117に例えば50Vの電圧を印加すると、固定電極と可動電極の間の静電引力とねじり梁102のねじり剛性により、ミラー基板101は時計回りに振れる。 Then, at the same time cut off the voltage applied to the starting electrode 111, the driving fixed electrode 107 when the electrode pads 116 and 117 is applied, for example, 50V voltage, the electrostatic attraction between the torsion beam 102 between the fixed electrode and the movable electrode the torsional rigidity, mirror substrate 101 swings clockwise. ミラー基板101が図23(b)に示す水平位置にまで戻った時に電極パッド116,117への電圧印加を停止すると、ミラー基板101は慣性モーメントによりさらに振れ、慣性モーメントとねじり梁102のねじり剛性とがつりあった図23(c)の角度で停止する。 If the mirror substrate 101 stops the voltage application to the electrode pads 116 and 117 when returning to the horizontal position shown in FIG. 23 (b), the mirror substrate 101 further deflection by the moment of inertia, and the torsional rigidity of the beam 102 and torsional moment of inertia It stops at an angle of FIG. 23 (c) commensurate. その後、電極パッド116,117に再び電圧を印加すると、電極間の静電引力及びねじり梁102のねじり剛性により、ミラー基板101は時計回りに振れ、再び図23(d)に示す水平位置に戻る。 Thereafter, the application of a re-voltage to the electrode pads 116 and 117, the torsional rigidity of the electrostatic attractive force and torsion beam 102 between the electrodes, the mirror substrate 101 swings clockwise, returning to the horizontal position shown in FIG. 23 (d) again. 電極パッド116,117に印加する駆動パルスの周波数を振動系の共振周波数の2倍周波数に一致させると、ミラー基板101は、起動時よりも大きな振れ角で往復振動を続ける。 By matching the frequency of the drive pulses applied to the electrode pads 116 and 117 to the double frequency of the resonance frequency of the vibration system, the mirror substrate 101, continue reciprocating movement with a large deflection angle than at startup.

ミラー基板101の往復振動が安定した状態におけるミラー基板101の振れ角と駆動パルスとのタイミング関係を図24に示す。 Reciprocal vibration of the mirror substrate 101 is shown in FIG. 24 the timing relationship between the deflection angle of the mirror substrate 101 and the driving pulse in a stable state. 上段が振れ角、下段が駆動パルスである。 Upper stage deflection angle, the lower part is a drive pulse. 図から理解されるように、振れ角(走査角)が最大となる時間からのδだけ遅れて駆動パルスは立ち上がり、走査角が0になる向きにミラー基板が振れる時間Tを経過すると駆動パルスは立ち下がる。 As can be seen, the rise drive pulse deflection angle (scanning angle) is delayed by δ from the time of maximum, and the drive pulse passes the time T scan angle mirror substrate oscillates in the direction to become zero It falls. したがって、ミラー基板の振動の1周期の間に駆動パルスが2つ発生することになる。 Therefore, the drive pulses during one period of oscillation of the mirror substrate so that the two generated.

本実施例に係る偏向ミラーにおいては、ねじり梁121の非支持端とミラー基板101とを連結する連結部材123が補強梁123により補強されているため、ミラー基板101が大きな振れ角で振動しても連結部材123のねじり変形が生じにくく、したがってミラー基板101の動的撓み変形をより確実に抑制することができる。 In the deflection mirror according to the present embodiment, since the connecting member 123 for connecting the unsupported end and mirror substrate 101 of torsion beam 121 is reinforced by the reinforcing beam 123, and the vibration mirror substrate 101 is a large deflection angle can also torsional deformation hardly occurs in the connecting member 123, thus more reliably suppress the dynamic flexural deformation of the mirror substrate 101.

連結部材121の補強構造は、様々なバリエーションをとり得る。 Reinforcing structure of the connecting member 121 may take different variations. 例えば、図25に示すように、補強梁123を2本(又は3本以上)設け、連結部材121の変形をさらに抑制する構造とすることができる。 For example, as shown in FIG. 25, the reinforcing beams 123 2 (or 3 or more) may be provided to further inhibit structural deformation of the connecting member 121. また、図26又は図27に示すように、2本(又は3本以上)の補強梁123の相互間を1本又は2本以上の直交方向の補強梁124によって結合することにより補強効果を高め、より一層、連結部材123の変形を抑えることもできる。 Further, as shown in FIG. 26 or FIG. 27, enhance the reinforcing effect by binding the two (or three or more) reinforcing beam 124 between each other one or two or more orthogonal directions of reinforcing beam 123 , it can be suppressed even more, deformation of the connecting member 123. さらに、図28に示すように平板状の補強梁123を用いることにより、複数本のバー状補強梁と同等以上の補強効果を達成することも可能である。 Furthermore, by using a flat reinforcing beam 123, as shown in FIG. 28, it is also possible to achieve the bar-shaped reinforcing beams equal to or higher than the effect of reinforcing the plural.

なお、連結部材とミラー基板の結合部位や、補強梁と連結部材の結合部位、補強梁相互の連結部位における応力集中を緩和するため、図25のA部拡大図に示すように、それら部位の角部分を曲線状とするのが好ましい。 Note that the binding site and the connecting member and the mirror substrate, the binding site of the reinforcing beam and the connecting member, in order to alleviate the stress concentration at the connecting portion of the reinforcing beam cross, as shown in enlarged view of a portion A of FIG. 25, those parts the corner portions of the curved are preferred.

また当然のことながら、前記実施例1〜4及び後記各実施例に係る偏向ミラーにおいても、本実施例と同様に連結部材に補強部材を設けてもよい。 It should also be appreciated that, even in the deflection mirror according to the Examples 1 to 4 and below each embodiment may be provided with a reinforcing member to the connecting member in the same manner as in the present embodiment.

また、図示しないが、本実施例に係る偏向ミラーと同様な構成において、ミラー基板の裏面に、可動電極部分を避けて図7〜図10に関連して説明したような複数の凹部を形成することにより、ミラー基板に図10に示したような曲げ剛性分布を持たせてもよい。 Although not shown, the same configuration as the deflector mirror according to this embodiment, the rear surface of the mirror substrate, to form a plurality of recesses, such as described in connection with FIGS. 7-10 to avoid the movable electrode portion it allows bending may have a stiffness distribution as shown in FIG. 10 to the mirror substrate.

<特徴の説明(3)> <Description of features (3)>
本発明に係る偏向ミラーのもう一つの特徴は、ねじり梁の支持端を、その回転方向に弾性を持たせて支持することにある。 Another feature of the deflection mirror according to the present invention, the supporting end of the torsion beam is to support by providing elasticity in the direction of rotation. このような回転弾性を有する支持は、ねじり梁の支持端の軸方向及びそれと直交する方向の移動を規制する軸受けなどの手段と、ねじり梁の支持端に結合した渦巻きバネの組み合わせなどによっても可能であるが、ねじり梁の支持端を、その回転に伴って同じ方向に弾性変形可能な支持部材に結合した構造によっても可能である。 Support having such a rotation elasticity, twisting means, such as a bearing for restricting the movement in the direction perpendicular axial and that of the support end of the beam, can also be by a combination of the spiral spring attached to the support end of the torsion beam although, the supported end of the torsion beam, is also possible by structures attached to the elastically deformable support member in the same direction with the rotation.

後者の支持構造の例を図29により説明する。 An example of the latter of the support structure will be described with reference to FIG. 29. 図示のように、ねじり梁23の支持端33は、フレーム20に一体形成された支持部50に結合されている。 As shown, the support end 33 of the torsion beam 23 is coupled to the support portion 50 which is integrally formed on the frame 20. ミラー基板21の往復振動時に、ねじり梁23はねじり回転するが、この回転に伴って支持部50が同じ方向に所要の弾性変形を起こすように、支持部50の幅、厚さ、長さなどが選ばれる。 During reciprocal vibration of the mirror substrate 21, torsion beams 23 are torsionally rotate, as the supporting unit 50 in association with the rotation causes the required elastic deformation in the same direction, the width of the support portion 50, the thickness, length, etc. It is selected. この支持部50の作用効果について、図30及び図31により説明する。 Operation and effect of the supporting unit 50 will be described with reference to FIGS. 30 and 31.

図30は、ミラー基板の振動時の動的撓み変形の様子を示している。 Figure 30 shows a state of dynamic deflection deformation during vibration of the mirror substrate. ここで、T0は振動周期、横軸は時間(t)、点線はミラー基板21の振れ角である。 Here, T0 is the oscillation period, the horizontal axis represents time (t), the dotted line is the deflection angle of the mirror substrate 21.

図30において、 In FIG. 30,
(1)0<t<T0・1/4の期間ではミラー基板21は矢印方向に回転し、t=T0・1/4の時点でミラー基板21の撓み変形は最大となる。 (1) 0 <mirror substrate 21 during a period of t <T0 · 1/4 is rotated in the arrow direction, the bending deformation of the mirror substrate 21 at time t = T0 · 1/4 is maximized.
(2)T0・1/4<t<T0・2/4の期間ではミラー基板21は逆方向に回転し始め、振れ角が減少するに従い撓み変形量は減少し、t=T0・1/4の時点でにおいて撓み変形量は0となる。 (2) T0 · 1/4 <t <mirror substrate 21 during a period of T0 · 2/4 begins to rotate in opposite directions, deformation amount of deflection in accordance with the deflection angle is reduced decreases, t = T0 · 1/4 amount deformed at the time of the zero.
(3)T0・2/4<t<T0・3/4の期間ではミラー基板21は同方向に回転し続け、振れ角が大きくなるに従い撓み変形量は再び増加し、t=T0・3/4の時点で撓み形量は最大になる。 (3) T0 · 2/4 <t <mirror substrate 21 in the period T0 · 3/4 continues to rotate in the same direction, are again increased deformation amount of deflection in accordance with the deflection angle increases, t = T0 · 3 / Katachiryou deflection at the time of the 4 is maximized.
(4)T0・3/4<t<T0・4/4の期間ではミラー基板21逆方向に回転し始め、振れ角が減少するに従い撓み変形量は減少し、t=T0・4/4の時点で撓み変形量は0となる。 (4) T0 · 3/4 <starts rotating to the mirror substrate 21 backward in a period of t <T0 · 4/4, deformation amount of deflection in accordance with the deflection angle is reduced decreases, t = the T0 · 4/4 deformation amount of deflection at the point is zero.

図31は、このようなミラー基板21の往復振動中のt=0、t=T0・1/4、t=T0・2/4、t=T0・3/4、t=T0・4/4の各時点における支持部50の挙動を示す3次元ビームモデルである。 Figure 31 is, t = 0 in the reciprocal vibration of such mirror substrate 21, t = T0 · 1/4, t = T0 · 2/4, t = T0 · 3/4, t = T0 · 4/4 it is a three-dimensional beam model showing the behavior of the supporting portion 50 at each time point. 図示のように、ミラー基板21の撓み変形が最大となる時点(t=T0・1/4、t=T0・3/4)で支持部50はミラー基板21の回転方向と同じ方向に変形する。 As shown, the support unit 50 at time (t = T0 · 1/4, t = T0 · 3/4) to bending deformation of the mirror substrate 21 is maximized deformed in the same direction as the rotation of the mirror substrate 21 . このような支持部50の変形によって、ミラー基板21に作用する慣性力が減少し、したがってミラー基板21に作用する曲げモーメントが減少し、その結果、ミラー基板21の動的撓み変形量が減少する。 By deformation of the support portion 50, the inertia force is reduced which acts on the mirror substrate 21, thus the bending moment is reduced to act on the mirror substrate 21, as a result, dynamic deflection deformation of the mirror substrate 21 is reduced .

上に述べた特徴を持つ偏向ミラーの具体例について以下に説明する。 A specific example of the deflection mirror having the features set forth above will be described below.

図32は一実施例に係る偏向ミラーの構造を説明するための概略平面図である。 Figure 32 is a schematic plan view for explaining the structure of the deflection mirror in accordance with one embodiment. 本実施例に係る偏向ミラーは、前記実施例1のようにSOI基板を用いて半導体プロセスにより実現することも、前記実施例5のように1枚のシリコン基板を用いて半導体プロセスにより実現することも可能であるが、ここでは特徴的な構造についてのみ説明し、それ以外の詳細な構造の説明は割愛する。 Deflector mirror according to this embodiment, the may be implemented by a semiconductor process using the SOI substrate as in Example 1, be implemented by a semiconductor process using one silicon substrate as in Example 5 Although possible, it is described here and characteristic structure, description of the other details of construction will be omitted.

図32に見られるように、本実施例に係る偏向ミラーにおいては、ミラー基板21の自由端に櫛歯形状の可動電極39が形成され、これと微小ギャップを介して噛み合う櫛歯形状の固定電極40がフレーム20に形成されている。 As seen in Figure 32, the deflection mirror according to the present embodiment, the movable electrode 39 of the comb teeth shape is formed at the free end of the mirror substrate 21, the fixed electrode of the comb-like meshing via a small gap and this 40 is formed in the frame 20. すなわち、この偏向ミラーは、可動電極39と固定電極40による静電トルクによってミラー基板21を駆動する形式のものである。 That is, the deflection mirror is of the type for driving the mirror substrate 21 and the movable electrode 39 by the electrostatic torque generated by the fixed electrode 40.

図示しないが、本実施例に係る偏向ミラーにおいて、ミラー基板裏面に、可動電極部分を避けて、図7〜図10に関連して説明したような複数の凹部を形成することにより、ミラー基板に図10に示したような曲げ剛性分布を持たせてもよい。 Although not shown, the deflection mirror according to the present embodiment, the mirror substrate backside, avoiding the movable electrode portion, by forming a plurality of recesses, such as described in connection with FIGS. 7-10, the mirror substrate bending may have a stiffness distribution as shown in FIG. 10.

図33は、別の実施例に係る偏向ミラーの構造を説明するための概略斜視図である。 Figure 33 is a schematic perspective view for explaining the structure of the deflection mirror according to another embodiment. 本実施例に係る偏向ミラーは、前記実施例1のようにSOI基板を用いて半導体プロセスにより実現することも、前記実施例5のように1枚のシリコン基板を用いて半導体プロセスにより実現することも可能であるが、ここでは特徴的な構造についてのみ説明し、それ以外の詳細な構造の説明は割愛する。 Deflector mirror according to this embodiment, the may be implemented by a semiconductor process using the SOI substrate as in Example 1, be implemented by a semiconductor process using one silicon substrate as in Example 5 Although possible, it is described here and characteristic structure, description of the other details of construction will be omitted.

図33に見られるように、本実施例に係る偏向ミラーにおいては、前記実施例2と同様に、連結部材24に外側に張り出した形の櫛歯形状の可動電極51が形成され、この可動電極51と微小ギャップを介して噛み合う櫛歯形状の固定電極52がフレーム20に形成されている。 As seen in Figure 33, the deflection mirror according to the present embodiment, as in Embodiment 2, the movable electrode 51 in the form of a tooth shape protruding outward the connecting member 24 is formed, the movable electrode fixed electrode 52 of a tooth shape meshing via 51 and the minute gaps are formed in the frame 20. すなわち、本実施例に係る偏向ミラーは、可動電極51と固定電極52の間に駆動パルスを印加し、両電極間の静電トルクによりミラー基板21を駆動する形式である。 That is, the deflection mirror according to the present embodiment is a format that applies a drive pulse between the movable electrode 51 of the fixed electrode 52, and drives the mirror substrate 21 by an electrostatic torque between the two electrodes.

本実施例に係る偏向ミラーにおいては、駆動用電極がミラー基板21の回転中心軸に近い位置にあるため、前記実施例6に係る偏向ミラーに比べ、ミラー基板21の振れ角の大きい時にも静電トルクの減少が小さく、振れ角を大きくとることができる。 In the deflection mirror according to the present embodiment, since the drive electrode is at a position closer to the rotation center axis of the mirror substrate 21, as compared to the deflection mirror according to the sixth embodiment, the static even when a large deflection angle of the mirror substrate 21 reduction of electrostatic torque is small, it is possible to increase the deflection angle. また、本実施例に係る偏向ミラーにおいては、ミラー基板21の自由端に櫛歯形状の可動電極が設けられないため、ミラー基板21の自由端近傍までミラー面として利用可能である。 In the deflection mirror according to the present embodiment, since the movable electrode of the comb-shaped to the free end of the mirror substrate 21 is not provided, it is available as a mirror surface to the vicinity of the free end of the mirror substrate 21. ミラー基板21の自由端近傍までミラー面として利用したい場合には、連結部材24をミラー基板21の自由端付近に結合するとよい。 If you want to use as a mirror surface to the vicinity of the free end of the mirror substrate 21, may couple the coupling member 24 in the vicinity of the free end of the mirror substrate 21.

なお、図示しないが、本実施例に係る偏向ミラーにおいて、ミラー基板裏面に、図7〜図10に関連して説明したような複数の凹部を形成することにより、ミラー基板21に図10に示したような曲げ剛性分布を持たせてもよい。 Although not shown, the deflection mirror according to the present embodiment, the mirror substrate backside, by forming a plurality of recesses, such as described in connection with FIGS. 7 to 10, shown in FIG. 10 to the mirror substrate 21 bending may have a stiffness distribution as.

図34は、別の実施例に係る偏向ミラーの構造を説明するための概略斜視図である。 Figure 34 is a schematic perspective view for explaining the structure of the deflection mirror according to another embodiment. 本実施例に係る偏向ミラーは、前記実施例1のようにSOI基板を用いて半導体プロセスにより実現することも、前記実施例5のように1枚のシリコン基板を用いて半導体プロセスにより実現することも可能であるが、ここでは特徴的な構造についてのみ説明し、それ以外の詳細な構造の説明は割愛する。 Deflector mirror according to this embodiment, the may be implemented by a semiconductor process using the SOI substrate as in Example 1, be implemented by a semiconductor process using one silicon substrate as in Example 5 Although possible, it is described here and characteristic structure, description of the other details of construction will be omitted.

図34に見られるように、本実施例に係る偏向ミラーにおいては、前記実施例3と同様に、ミラー基板21の自由端に形成された可動電極39とそれに対向してフレーム20に形成された固定電極40に加え、連結部材24に外側に張り出した形の櫛歯形状の可動電極51が形成され、この可動電極51と微小ギャップを介して噛み合う櫛歯形状の固定電極52がフレーム20に形成されている。 As seen in Figure 34, the deflection mirror according to the present embodiment, as in Embodiment 3, formed in the frame 20 and the movable electrode 39 formed on the free end of the mirror substrate 21 opposite thereto in addition to the fixed electrode 40, the coupling member 24 movable electrode 51 in the form of a tooth shape protruding outward are formed, the formed fixed electrode 52 of a tooth shape meshing via a small gap and the movable electrode 51 to the frame 20 It is.

本実施例に係る偏向ミラーも、可動電極39と固定電極40の間、及び可動電極51と固定電極52の間に駆動パルスを印加し、それら電極間の静電トルクによりミラー基板21を駆動するが、前記実施例3に関連して述べたように、低い駆動電圧でミラー基板21を大きな振れ角で振動させることができる。 Even deflection mirror according to the present embodiment, is applied between the movable electrode 39 fixed electrode 40, and the movable electrode 51 of the driving pulse between the fixed electrode 52 by electrostatic torque between the electrodes to drive the mirror substrate 21 but, as described in connection with example 3, it is possible to vibrate the mirror substrate 21 with a large deflection angle with a low driving voltage.

図示しないが、本実施例に係る偏向ミラーにおいて、ミラー基板裏面に、図7〜図10に関連して説明したような複数の凹部を可動電極部を避けて形成することにより、ミラー基板21に図10に示したような曲げ剛性分布を持たせてもよい。 Although not shown, the deflection mirror according to the present embodiment, the mirror substrate backside, a plurality of recesses, such as described in connection with FIGS. 7 to 10 by forming to avoid the movable electrode portion, the mirror substrate 21 bending may have a stiffness distribution as shown in FIG. 10.

図35は別の実施例に係る偏向ミラーの構造を説明するための概略平面図、図36はその概略斜視図である。 Figure 35 is a schematic plan view for explaining the structure of the deflection mirror according to another embodiment, FIG. 36 is its schematic perspective view. 本実施例に係る偏向ミラーは、前記実施例1のようにSOI基板を用いて半導体プロセスにより実現することも、前記実施例5のように1枚のシリコン基板を用いて半導体プロセスにより実現することも可能であるが、ここでは特徴的な構造についてのみ説明し、それ以外の詳細な構造の説明は割愛する。 Deflector mirror according to this embodiment, the may be implemented by a semiconductor process using the SOI substrate as in Example 1, be implemented by a semiconductor process using one silicon substrate as in Example 5 Although possible, it is described here and characteristic structure, description of the other details of construction will be omitted.

本実施例に係る偏向ミラーは、電磁駆動型であり、前記実施例4と同様に、ミラー基板21のミラー面55側に、その周囲に沿って周回する駆動コイル57が例えば銅薄膜により形成され、駆動コイル57の各端のリード部58,58はフレーム20に形成された電極パッド60,60に引き出されている。 Deflector mirror according to this embodiment is an electromagnetic driving type, in the same manner as in Example 4, the mirror surface 55 side of the mirror substrate 21, is formed by the drive coil 57 is, for example, copper thin films circulating along its circumference lead portions 58, 58 at each end of the drive coil 57 is drawn to the electrode pads 60, 60 formed in the frame 20. また、ミラー基板21に略平行な静磁界を発生するための一対の永久磁石62,62を備えている。 Further, a pair of permanent magnets 62, 62 for generating a substantially parallel static magnetic field to the mirror substrate 21. 永久磁石62,62を電磁石に置き換えることも可能である。 It is also possible to replace the permanent magnets 62, 62 to the electromagnet. ミラー基板21の裏面には、図36に破線で示すように複数の凹部が形成されている。 The back surface of the mirror substrate 21, a plurality of recesses are formed as indicated by a broken line in FIG. 36. 駆動方法は前記実施例4に関連して説明した通りである。 The driving method is as described in connection with Example 4.

<特徴の説明(4)> <Description of features (4)>
本発明に係る偏向ミラーのもう1つの特徴は、駆動のための固定電極を、可動電極の移動方向にずらして配置した2以上の電極に分割した構造にある。 Another feature of the deflection mirror according to the present invention is a fixed electrode for driving, in divided into two or more electrodes disposed shifted in the direction of movement of the movable electrode structure. このような2段以上の分割電極構造は、振れ角の増加及び共振点外での安定振動を可能にする。 Such two-step or more divided electrode structure allows a stable oscillation at increased and the resonance point outside the deflection angle.

本発明に係る偏向ミラーのもう1つの特徴は、光てこの原理により光ビームの偏向角(走査角)を拡大するためのミラーをミラー基板に対向させて設けることにある。 Another feature of the deflection mirror according to the present invention is to provide a deflection angle of the light beam optical Te This principle mirrors for expanding (scanning angle) is opposed to the mirror substrate. そのミラーとミラー基板との間で入射光ビームを複数回往復反射させる関係から、ミラー基板のミラー面として利用される領域が広がるため、動的撓み変形の抑制により撓み変形量の少ない領域を拡大する必要性が高い。 Expansion from the relationship of the incident light beam to a plurality of times back and forth reflection between that mirror and the mirror substrate, since the area used as a mirror surface of the mirror substrate spreads, regions small deformation amount of deflection by the suppression of dynamic deflection deformation it is highly necessary to be.

上に述べた特徴を有する偏向ミラーの具体例について以下に説明する。 A specific example of the deflection mirror having the characteristics described above will be described below.

図37は一実施例に係る偏向ミラーの全体構造を説明するための概略分解斜視図であり、図38は偏向ミラーの本体1200の構造を説明するための概略平面図である。 Figure 37 is a schematic exploded perspective view illustrating the entire structure of the deflecting mirror in accordance with one embodiment, FIG. 38 is a schematic plan view for explaining the structure of the main body 1200 of the deflection mirror.

偏向ミラー本体1200は、2枚のシリコン基板1206,1207を酸化膜等の絶縁膜を介して接合したSOI基板のエッチング加工により一体的に形成される。 Deflecting mirror body 1200 are integrally formed by etching the SOI substrate obtained by bonding via the insulating film of the oxide film or the like two silicon substrates 1206 and 1207. ここに示す例は固定電極が2段構造である。 Examples shown here are fixed electrode is a two-stage structure.

第1のシリコン基板1206は例えば60μm厚の低抵抗率のシリコン基板(導体)であり、そのエッチング加工により、ミラー基板1202、ねじり梁1208、各ねじり梁1208の非支持端とミラー基板1202の辺とを連結する連結部材1209、ねじり梁1208の支持端と結合する枠状支持部1210が一体的に形成される。 The first silicon substrate 1206 is a silicon substrate (conductor) e.g. 60μm thick low resistivity by the etching, the mirror substrate 1202, torsion beams 1208, the sides of the unsupported end and mirror substrate 1202 of each torsion beam 1208 connecting member 1209 for connecting the door, frame-like support portion 1210 for coupling with the support end of the torsion beam 1208 are formed integrally. ミラー基板1202の自由端に櫛歯形状の可動電極1203が形成され、この可動電極1203と数μmのギャップを介して噛み合う櫛歯形状の第1の固定電極1204が枠状支持部1210に形成されている。 Movable electrodes 1203 comb shape is formed on the free end of the mirror substrate 1202, first fixed electrode 1204 of a tooth shape and the movable electrode 1203 meshes with a gap of several μm is formed in a frame-like support portion 1210 ing. ミラー基板1202の表面にはAu等の金属被膜が蒸着されることによりミラー面1250が形成されている。 The surface of the mirror substrate 1202 mirror surface 1250 is formed by a metal coating such as Au is deposited.

第2のシリコン基板1207は例えば140μm厚の低抵抗率のシリコン基板(導体)であり、そのエッチング加工により、第1の駆動電極1204と平面的に重なり合う櫛歯形状の第2の固定電極1211,1212と、枠状支持部1251が一体的に形成されている。 The second silicon substrate 1207 is a silicon substrate (conductor), for example, 140μm thick low resistivity by the etching, the second fixed electrode 1211 of the first driving electrode 1204 and the spatially overlaps comb-shaped, and 1212, a frame-like support portion 1251 is formed integrally.

枠状支持部1210の一部の表面の酸化膜が部分的に凹状にエッチングされてシリコン面が露出し、この部分が可動電極1203の電極パッド1253及び第1の固定電極1204の電極パッド1254とされる。 Oxide film of the portion of the surface of the frame-like support portion 1210 is partially etched to expose the silicon surface in a concave shape, this part and the electrode pad 1254 of the electrode pads 1253 and the first fixed electrode 1204 of the movable electrode 1203 It is. また、枠状支持部1251の一部は枠状支持部1251に達するまで凹状にエッチングされてシリコンが露出し、その部分が第2の固定電極1211,1212の電極パッド1255,1256とされる。 Part of the frame-like support portion 1251 is etched into a concave shape until reaching the frame-like support portion 1251 to expose the silicon, a portion thereof is the electrode pads 1255,1256 of the second fixed electrodes 1211 and 1212. なお、枠状支持部1210には可動電極1203と第1の固定電極1204を絶縁分離するためのスリット溝1260,1261が形成され、枠状支持部1251には第2の固定電極1211,1212を絶縁分離するためのスリット溝1262,1263が形成されている。 Incidentally, the frame-like support portion 1210 and the movable electrode 1203 to the first fixed electrode 1204 is slit grooves 1260,1261 for isolation is formed, a second fixed electrode 1211, 1212 on the frame-like support portion 1251 slit grooves 1262,1263 for isolation is formed. これらスリット溝はミラー基板振動空間に連通している。 These slit grooves communicates with the mirror substrate vibration space.

このような偏向ミラー本体1200の枠状支持部1251に、ガラスなどの透明な絶縁材料からなるカバー基板1205が接合され、枠状支持部1210にベース基板1312が接合されることにより、ミラー基板1202の振動空間は気密封止される。 The frame-like support portion 1251 of such deflection mirror body 1200, a cover substrate 1205 made of a transparent insulating material such as glass is joined by the base substrate 1312 is bonded to the frame-like support portion 1210, a mirror substrate 1202 vibration space is hermetically sealed. ミラー振動空間に連通したいずれかの絶縁分離用スリット溝に非蒸発型ゲッタが配置され、これを外部からの加熱で活性化することによって、ミラー振動空間は1torr以下の減圧状態に維持される。 Non-evaporable getter is positioned on either isolation slit grooves communicated with the mirror vibration space, by activating the heating from outside this mirror vibration space is maintained at the following reduced pressure 1 torr.

光ビームは、カバー基板1205に形成されたスリット窓1213を通じて入出射される。 The light beam is incident and exit through slit window 1213 formed in the cover substrate 1205. カバー基板1205の内面には、ミラー基板上のミラー面1250と対向する、ねじり梁1208と直交する方向に長い一対のミラー面1215a,1215bからなるルーフミラーが形成されている。 The inner surface of the cover substrate 1205, opposite to the mirror surface 1250 on the mirror substrate, torsion beams 1208 perpendicular to the direction a long pair of mirror surfaces 1215a, the roof mirror consisting 1215b are formed. ルーフミラーのミラー面1215a,1215bは、スリット窓1213を挟んで屋根状に144.7゜の角度をなすよう、基板面よりそれぞれ9゜,26.3゜の角度の傾斜面に、金属被膜を蒸着することにより形成される。 Mirror surface 1215a of the roof mirror, 1215b is to form a 144.7 ° angle to the roof shape across the slit window 1213, respectively 9 ° from the substrate surface, the inclined surface of 26.3 ° angle, the metal coating It is formed by vapor deposition.

カバー基板1205と偏向ミラー本体1200とは精密な位置合わせが必要であるため、偏向ミラー本体1200の枠状支持部1251の四隅にアライメント用指標1214がエッチングにより形成されている。 Since the cover substrate 1205 and the deflecting mirror body 1200 is required precise alignment, the alignment indicator 1214 are formed by etching at the four corners of the frame-shaped support portion 1251 of the deflecting mirror body 1200. この指標1214にカバー基板1205のエッジを合わせことにより、ルーフミラーと偏向ミラー本体とを主走査方向に精密に位置合わせすることができる。 By aligning the edge of the cover substrate 1205 in this indication 1214 can be precisely aligned with the roof mirror and the deflecting mirror body in the main scanning direction.

ベース基板1312には回路基板に実装する際の電気的接続手段としてのリード端子1316が設けられている。 Lead terminal 1316 as an electrical connection means for mounting on a circuit board is provided on the base substrate 1312. このリード端子1316と、偏向ミラー本体1200側の凹状の各電極パッドとは、例えばはんだボールにより電気的に接続される。 And the lead terminal 1316, and the respective electrode pads of the concave deflecting mirror body 1200 side, are electrically connected by, for example, solder balls.

本実施例に係る偏向ミラーの動作について以下に説明する。 The operation of the deflection mirror according to the present embodiment will be described below. 可動電極1203は接地され、2つの第1の固定電極1204には同位相の電圧パルスが印加される。 Movable electrode 1203 is grounded, the two first fixed electrode 1204 voltage pulses having the same phase is applied. 一方の第2の固定電極1211には、第1の固定電極の電圧パルスより位相の進んだ電圧パルスが、もう一方の第2の固定電極1212には、第1の固定電極1204の電圧パルスより位相が遅れた電圧パルスが印加される。 On one of the second fixed electrode 1211, a voltage pulse advanced in phase than the voltage pulse of the first fixed electrode, the other second fixed electrode 1212, the voltage pulse of the first fixed electrode 1204 voltage pulse whose phase is delayed is applied.

図39に、ミラー基板1202の振れ角に対応して可動電極と第1、第2固定電極の間に発生する静電トルクの様子を示す。 Figure 39 shows the movable electrode and the first corresponding to the deflection angle of the mirror substrate 1202, the state of the electrostatic torque generated between the second fixed electrode. 図40に電極部分を拡大して示すが、図中、左回り方向の静電トルクを正方向とする。 Showing an enlarged electrode portion in FIG. 40, but in the figure, the electrostatic torque in counterclockwise direction as a positive direction.

ミラー基板1202は初期状態では水平であるが、固定電極1211に電圧を印加すると、対向した可動電極1203との間で負方向の静電トルクを生じ、ねじり梁1208をねじって回転し、ねじり梁1208の戻り力と釣り合う振れ角まで傾く。 Although the mirror substrate 1202 is horizontal in the initial state, when a voltage is applied to the fixed electrode 1211, resulting in the negative direction of the electrostatic torque between the movable electrode 1203 facing, rotating twisting torsion beams 1208, torsion beams It tilts up to a deflection angle balances with the 1208 return force. 上記電圧が断たれると、ねじり梁の戻り力でミラー基板1202は水平に戻るが、水平に戻る直前に第1の固定電極1204に電圧を印加することによって正方向の静電トルクを生じ、ミラー基板1202は加速される。 When the voltage is cut off, the mirror substrate 1202 with torsion beams return force back to the horizontal, resulting in the positive direction of the electrostatic torque by applying a voltage to the first fixed electrode 1204 just before returning to the horizontal, mirror substrate 1202 is accelerated. 続いて、固定電極1212に電圧を印加することによって、さらに正方向の静電トルクを増加させる。 Subsequently, by applying a voltage to the fixed electrode 1212, thereby further increasing the positive direction of the electrostatic torque. このような電圧を印加する固定電極を切り換える操作の繰り返しにより、ミラー基板1202を、その可動電極1203が第1の固定電極1204を抜ける振れ角(本実施例では約2゜)で往復振動させることができる。 By repeating the operation for switching the fixed electrode for applying such a voltage, that the mirror substrate 1202, the movable electrode 1203 (in this example about 2 °) the first fixing of the leaves shake angular electrode 1204 is reciprocally vibrate in can.

ここで、ミラー基板1202の慣性モーメント、ねじり梁1208の幅と長さを、所望の駆動周波数に合わせ、ねじり梁1208をねじり回転軸とした1次共振モードの帯域にかかるよう設計することによって、可動電極1203が第2の固定電極1211を抜ける振れ角まで、振動振幅を拡大させることができる。 Here, the moment of inertia of the mirror substrate 1202, the width and length of the torsion beam 1208, by designing a desired fit to the drive frequency, as according to the bandwidth of the primary resonance mode and axis rotation torsion torsion beam 1208, movable electrode 1203 to the corner deflection leaves the second fixed electrode 1211, it is possible to enlarge the vibration amplitude. これによって、第2の固定電極1211を抜けた振れ角でも、ミラー基板1202を水平に戻す方向の静電トルク、つまり固定電極1211では正の方向の静電トルク力が生じるので、静電トルクの働く振れ角範囲を拡大できる。 Thus, even in the second fixed electrode 1211 to missing deflection angle, the electrostatic torque in a direction to return the mirror substrate 1202 horizontally, i.e. since the positive direction of the electrostatic torque forces in the fixed electrode 1211 occurs, the electrostatic torque You can enlarge the deflection angle range work. したがって、本実施例におけるような2段電極構造によれば、共振点を外れた駆動周波数においても大きな振れ角で振動を行わせることができる。 Therefore, according to the two-stage electrode structure as in the present embodiment, it is possible to perform vibration with a large deflection angle is also the driving frequency outside the resonance point.

図41に、駆動周波数に対する振れ角の特性を示す。 Figure 41 shows the characteristic of the deflection angle with respect to the drive frequency. 駆動周波数を共振点に一致させれば、最も振れ角が大きくとれるが、共振点付近においては急峻に振れ角が変化することが分かる。 If ask match the drive frequency to the resonance point, but the most deflection angle, can be increased, it can be seen that changes steeply deflection angle in the vicinity of the resonance point. すなわち、起動段階では、固定電極の駆動周波数を共振点に合うよう設定することができるが、温度変化等で共振点が変動すると振れ角が激減してしまうため、経時的な安定性に乏しい。 That is, in the start stage, the drive frequency of the fixed electrode can be set to match the resonance point, since the deflection angle and the resonance point at a temperature change or the like is varied resulting in drastically reduced, poor stability over time. また、複数の偏向ミラーを利用する場合には、各偏向ミラーの共振点がばらつくため、共振点で駆動しようとすると、全ての偏向ミラーを共通の駆動周波数で駆動することができない。 In the case of using a plurality of deflection mirrors, the resonance point of the deflection mirror is varied, an attempt to drive at the resonance point, it is impossible to drive all of the deflecting mirror by a common driving frequency.

したがって、駆動周波数を、ミラー基板とねじり梁からなる振動系固有の共振点の近傍で、共振点より高い周波数の周波数帯域に設定することにより安定した振れ角で駆動することができる。 Accordingly, the driving frequency in the vicinity of the vibration system natural resonance point consisting of the beam and torsion mirror substrate can be driven in a stable deflection angle by setting the frequency band of frequencies higher than the resonance point. 本実施例において、図41に示すように、例えば共振点が2kHzの偏向ミラーで、駆動周波数を2.5kHzとし、印加電圧パルスの電圧値(ゲイン)を調整することにより、±5゜の振れ角で安定に振動させることができた。 In the present embodiment, as shown in FIG. 41, for example, the deflection mirror of the resonant point is 2 kHz, the drive frequency is 2.5 kHz, by adjusting the voltage value of the applied voltage pulse (gain), shake ± 5 ° We were able to stabilize the vibration in the corner. この際、偏向ミラーの加工誤差による共振点のばらつき(本実施例では300Hz)と、温度による共振点の変動(本実施例では3Hz)があっても、駆動周波数がいずれの共振点にもかからないような周波数帯域内に駆動周波数を設定することが望ましい。 At this time, the variation of the resonance point by machining error of the deflecting mirror (300 Hz in this embodiment), even variations in the resonance point due to temperature (3 Hz in this embodiment), the driving frequency is not applied to any of the resonance point it is desirable to set the driving frequency to a frequency band, such as. 例えば、共振点が2kHzであれば、2.303kHz以上、又は1.697kHz以下に駆動周波数を設定することが望ましい。 For example, if the resonance point 2 kHz, more 2.303KHz, or it is desirable to set the drive frequency to the 1.697kHz below.

いま、ミラー基板の寸法を縦2a、横2b、厚さdとし、ねじり梁部の長さをL、幅cとし、シリコン基板の密度をρ、材料定数をGとすると、 Now, dimensions vertical 2a of the mirror substrate, lateral 2b, and a thickness of d, the length of the torsion beam section is L, the width c, and the density of the silicon substrate [rho, when a material constant and G,
慣性モーメントI=(4abρd/3)・a^2 Moment of inertia I = (4abρd / 3) · a ^ 2
バネ定数K=(G/2L)・{cd(c^2+d^2)/12} The spring constant K = (G / 2L) · {cd (c ^ 2 + d ^ 2) / 12}
で表され、共振周波数fは In expressed, the resonance frequency f
f=(1/2π)・(K/I)^1/2 =(1/2π)・{Gcd(c^2+d^2)/24LI}^1/2 f = (1 / 2π) · (K / I) ^ 1/2 = (1 / 2π) · {Gcd (c ^ 2 + d ^ 2) / 24LI} ^ 1/2
で表される。 In represented. ここで、梁の長さLと振れ角θは比例関係にあるため θ=A/I・f^2 、Aは定数で表され、振れ角θは慣性モーメントIに反比例し、共振振動数fを上げるには慣性モーメントを低減しないと振れ角θが小さくなってしまう。 Here, the length L and the deflection angle theta of the beam θ = A / I · f ^ 2, A for a proportional relationship is represented by a constant, deflection angle theta is inversely proportional to the moment of inertia I, the resonance frequency f to increase has a deflection angle θ does not reduce the moment of inertia becomes small.

そこで、本実施例ではミラー基板1202のミラー面のない裏面に、基板厚dと同じ厚みを持つ格子状のリブを残し、それ以外をd/10以下の厚さまでエッチングにより肉抜きすることで、慣性モーメントを約1/5に低減している。 Therefore, the back surface without the mirror surface of the mirror substrate 1202 in this embodiment, leaving a grid-like rib having the same thickness as the substrate thickness d, by lightening by etching the rest up to d / 10 or less of the thickness, thereby reducing the moment of inertia to about 1/5.

一方、空気の誘電率ε、電極長さH、印加電圧V、電極間距離δとすると電極間の静電力Fは On the other hand, the dielectric constant of the air epsilon, electrode length H, the applied voltage V, the electrostatic force F between When the inter-electrode distance δ electrodes
F=ε・H・V^2/2δ F = ε · H · V ^ 2 / 2δ
となり、振れ角θ=B・F/I(Bは定数)とも表されるので、電極長さHが長いほど振れ角θが大きくなる。 Next, since also denoted as the deflection angle θ = B · F / I (B is a constant), deflection angle as electrode length H longer theta increases. そこで、本実施例では、電極を櫛歯状とし、櫛歯数nに対して2n倍の駆動トルクを得ている。 Therefore, in this embodiment, the electrode is comb-like, to obtain a 2n times the drive torque to the comb number n. このように外周長をできるだけ長くして電極長をかせぐことで、低電圧でより大きい静電トルクが得られるように配慮している。 By thus earn electrode length and as long as possible the outer peripheral length, and considered so larger electrostatic torque at low voltage.

ところで、ミラー基板の速度υ、面積Eに対して、空気の密度ηとすると空気の粘性抵抗 Incidentally, the speed of the mirror substrate upsilon, to the area E, to the air viscosity resistance and the density of air η
P=C・η・υ^2・E^3(Cは定数) P = C · η · υ ^ 2 · E ^ 3 (C is a constant)
がミラー基板の回転の負荷として働く。 There serve as a load of the rotation of the mirror substrate. したがって、ミラー基板の振動空間を減圧状態に封止することが望ましい。 Therefore, it is desirable to seal the vibration space of the mirror substrate in a reduced pressure state. そこで、本実施例においては、振動空間に連通した絶縁分離用スリット溝に非蒸発型ゲッタを配置し、これを外部から加熱して活性化することで振動空間を1torr以下に減圧している。 Therefore, in this embodiment, the non-evaporable getter arranged isolation slit grooves communicated with the vibration space, and reduced pressure which the vibration space by activated by heating from the outside below 1 torr.

さて、本実施例に係る偏向ミラーにおいて、光ビームはカバー部1205に形成されたスリット窓1213通じて入出射される。 Now, in the deflection mirror according to the present embodiment, the light beam is incident and exit through slit window 1213 formed in the cover portion 1205. ミラー部1205に、ねじり梁部1208を含む副走査断面内で法線に対し約20゜傾けて光ビームが入射されるとすると、図42に模式的に示すように、ミラー面1205で反射された光ビームは対向ミラー面1215bに入射しミラー面1205へ向けて反射され、そこで反射された光ビームはスリット窓1213を超えて対向ミラー面1215aに入射し、このミラー面1215aとミラー面1205の間で3往復しながら反射位置を副走査方向に徐々に移動し、ミラー面1205で合計5回反射されてからスリット窓1213から射出される。 The mirror unit 1205, when the light beam is incident inclined about 20 ° to the normal in the sub-scanning section including the torsion beam portion 1208, as shown schematically in Figure 42, is reflected by the mirror surface 1205 light beam is reflected toward the mirror surface 1205 is incident on the opposite mirror surface 1215b, where the reflected light beam is incident on opposite mirror surfaces 1215a exceeds the slit window 1213, of the mirror surface 1215a and the mirror surface 1205 gradually moving the 3 back and forth while reflecting position in the sub scanning direction between, and is emitted from the slit window 1213 after being total of five times reflected by the mirror surface 1205.

このように、本実施例の偏向ミラーにおいては、ミラー基板のミラー面とルーフミラーのミラー面との間で光ビームを複数回反射させることにより、ミラー基板の振れ角より光ビームの偏向角(走査角)を拡大することができる。 Thus, in the deflection mirror of the present embodiment, by reflecting a plurality of times the light beam between the mirror surface and the mirror surface of the roof mirrors of the mirror substrate, the deflection angle of the light beam from the deflection angle of the mirror substrate ( it is possible to enlarge the scan angle). ここで、総反射回数をN、振れ角をαとすると、走査角θは2Nαとなる。 Here, if the total number of reflections N, and the deflection angle alpha, the scan angle θ becomes 2Enuarufa. 本実施例ではN=5、α=5°であるから最大走査角は50゜となる。 Maximum scan angle N = 5, since it is alpha = 5 ° in this embodiment is 50 °.

また、光ビームの反射点はミラー基板のミラー面上を副走査方向に移動するため、その移動領域におけるミラー基板の撓み変形(=ミラー面の撓み変形)は出射光ビームの光学特性を悪化させる。 Further, since the reflection point of the light beam to move mirror Menjo of the mirror substrate in the sub-scanning direction, the deflection of the mirror substrate in the movement area deformation (= mirror surface of the deflection deformation) worsens the optical characteristics of the emitted light beam . 本実施例によれば、ねじり梁の非支持端とミラー基板の辺とを連結部材を介し連結した構造によって、ミラー基板の撓み量の小さい領域を拡大し、また、その領域内における撓み量を減少させることができるため、出射光ビームの光学特性が向上する。 According to this embodiment, the torsion by a non-supporting end and the sides of the mirror substrate is connected via a connecting member structure of the beam, to expand the amount of deflection of a small area of ​​the mirror substrate, also, the amount of bending in the region it is possible to reduce, to improve the optical properties of the emitted light beam.

本実施例に係る偏向ミラー本体1200においては、第2の固定電極は第1の固定電極の電極パッドなどとは異なった面に形成されたが、全ての電極パッドを同一面に形成することも可能である。 In deflecting mirror body 1200 according to the present embodiment, the second fixed electrodes are formed on different surfaces, such as the electrode pads of the first fixed electrode, also form all the electrode pads on the same surface possible it is. そのような例を図43及び図44により説明する。 Such an example will be described with reference to FIGS. 43 and 44.

図43は偏向ミラー本体の第1のシリコン基板1206側から見たやや模式的な平面図であり、図44は図43のAA'線概略断面図である。 Figure 43 is a somewhat schematic plan view of a first silicon substrate 1206 side of the deflection mirror body, FIG. 44 is a line AA 'sectional view of FIG. 43. ここに示す変形例では、第2の固定電極1211,1212のための電極パッド1255,1256は、可動電極用の電極パッド1253、第1の固定電極用の電極パッド1261と同様に、第1のシリコン基板1206の表面に形成されている。 In the modification shown here, the electrode pads 1255,1256 for the second fixed electrodes 1211 and 1212, the electrode pad 1253 for the movable electrode, similarly to the electrode pad 1261 for the first fixed electrode, the first It is formed on the surface of the silicon substrate 1206. そして、電極パッド1255,1256は、第1のシリコン基板1206を貫通し第2のシリコン基板1207に達する導電材料1255b,1256bによって第2の固定電極1211,1212と電気的に接続されている。 Then, the electrode pads 1255,1256, the conductive material 1255b reaching the second silicon substrate 1207 through the first silicon substrate 1206, the second fixed electrodes 1211 and 1212 are electrically connected to the 1256b. また、第1のシリコン基板1206には、電極パッド1255,1256を他の部分から絶縁分離するためのスリット溝1255c,1256cが形成されている。 Further, the first silicon substrate 1206, the slit grooves 1255c for insulating separating electrode pads 1255,1256 from other parts, 1256C are formed. この例のように全ての電極パッドを同一面に形成した構成は、封止を含む実装プロセスの信頼性が向上し、また外部との電気的接続を含む実装プロセスが容易になる。 Structure formed on the same surface of all the electrode pads as in this example, to improve the reliability of mounting processes including sealing and mounting processes including external electrical connection is facilitated.

また、本実施例に係る偏向ミラー本体1200においても、前記実施例2,3,7,8と同様に、ねじり梁とミラー基板の間の連結部材に可動電極を設け、それに対応する2段構造の固定電極を設ける構成とすることも可能である。 Also in the deflection mirror body 1200 according to this embodiment, as in Embodiment 2,3,7,8, a movable electrode provided on the connecting member between the torsion beam and the mirror substrate, two-step structure corresponding thereto it is also possible to adopt a configuration of providing a fixed electrode. そのような変形例を図45及び図46により簡単に説明する。 Briefly described with reference to FIGS. 45 and 46 such modification. なお、説明の簡略化のため、図45及び図46において図38と対応する部分には同一又は同様の符号を付して説明に代える。 For simplicity of description, description is thereby substituted denoted by the same or similar reference numerals corresponding to those in FIG. 38 in FIGS. 45 and 46.

図46に示す変形例においては、第1のシリコン基板1206に相当するシリコン基板には、同図(a)に示すように、連結部材1209に外向きに延出した可動電極1203aが形成され、これに対する櫛歯形状の固定電極(第1の固定電極)1204aが枠状支持部1210に形成される。 In the modification shown in FIG. 46, the silicon substrate corresponding to the first silicon substrate 1206, as shown in FIG. 6 (a), the movable electrode 1203a extending outwardly coupling member 1209 is formed, fixed electrode of comb-shaped for this (first fixed electrode) 1204a is formed in a frame-like support portion 1210. 追加された固定電極1204aの部分は、図示のように、ミラー基板1202の回転中心軸の方向に、スリット溝により絶縁分離された複数の部分に分割され、分割されたそれぞれの部分のための電極パッド1261c〜1261fが形成される。 Additional portions of the fixed electrode 1204a, as shown, in the direction of the central axis of rotation of the mirror substrate 1202 is divided into a plurality of parts which are insulated and separated by the slit groove, electrodes for each of the divided portions were pad 1261c~1261f is formed. 図45(b)に示すように、第2のシリコン基板1207に相当するシリコン基板には、第1のシリコン基板側に追加された固定電極部分に対応した固定電極(第2の固定電極)1211aが形成され、これもミラー基板の回転中心軸の方向に、スリット溝により絶縁分離された複数の部分に分割され、分割されたそれぞれの部分のための電極パッド1255d,1255e,1256d,1256eが形成される。 As shown in FIG. 45 (b), the silicon substrate corresponding to the second silicon substrate 1207, the fixed electrodes corresponding to the added fixed electrode portions in the first silicon substrate (second fixed electrode) 1211a There is formed, which is also the direction of the axis of rotation of the mirror substrate is divided into a plurality of parts which are insulated and separated by the slit grooves, the electrode pad 1255d for each of the divided portions were, 1255e, 1256d, 1256e are formed It is.

この変形例では、ミラー基板を取り囲むように駆動用電極が設けられるため、電極面積が増加し静電トルクが増大する。 In this modification, the driving electrode is provided so as to surround the mirror substrate, an electrode area is electrostatic torque increases increases. また、前記実施例2に関連して説明したように、連結部材1209に設けられた可動用電極1203aはミラー基板1202の回転中心軸に近い位置にあるため、ミラー基板の振れ角の大きい時にも静電トルクの減少が小さく、この点でも振れ角の増大に有利である。 Further, as described in connection with Example 2, since the movable electrode 1203a provided on the connecting member 1209 at a position closer to the rotation center axis of the mirror substrate 1202, even when a large deflection angle of the mirror substrate reduction of the electrostatic torque is small, it is advantageously deflection angle of increase in this regard. さらに、固定電極1204a,1211a,1212aは、ミラー基板の回転中心軸の方向に分割されているため、それら分割された電極毎に駆動タイミングを調整することができ、その調整を適切に行うことによって、ミラー基板の振れ角が小さい時点から大きい時点まで連続的に静電トルクを作用させ、ミラー基板を効率的に駆動することができる。 Further, the fixed electrodes 1204a, 1211a, 1212a, because they are divided in the direction of the axis of rotation of the mirror substrate, they each divided electrode can be adjusted drive timing, by performing the adjustment properly , it can be continuously reacted with electrostatic torque to greater time from the time the deflection angle of the mirror substrate is small, and drives the mirror substrate efficiently.

図46に示す変形例と図45に示す変形例との違いは、可動電極及び固定電極の電極パッドをシリコン基板の一辺に沿って集約した点であり、実装時の電極パッドの外部接続が容易になる。 The difference between the modification shown in modification and Figure 45 shown in FIG. 46 is a point where the electrode pads of the movable electrode and the fixed electrode were aggregated along one side of the silicon substrate, facilitates external connection of the electrode pads in mounting become. また、図46の(a)と(b)を対比すると明らかなように、2枚のシリコン基板のスリット溝で分離された島状領域が交差する位置関係となるため、偏向ミラー本体の強度(基板強度)が向上する。 Further, as is apparent from a comparison of FIG. 46 and (a) and (b), since the island regions which are separated by the slit groove of the two silicon substrates is a positional relationship that intersects the strength of the deflecting mirror body ( substrate strength) is improved.

なお、本実施例及びその上記各変形例においても、前記実施例6,7,8などと同様に、ねじり梁の支持端を回転弾性を持たせて支持する構造すること可能である。 Also in this embodiment and its foregoing modified examples, similarly to like in Example 6, 7, 8, it is possible to structure for supporting the support end of the torsion beam to have a torsionally elastic. また、本実施例における偏向ミラー本体1200を、前記実施例1〜9に係る偏向ミラーと置き換えることも可能である。 Further, the deflection mirror body 1200 in this embodiment can be replaced with the deflection mirror according to the embodiment 1-9.

<特徴の説明(5)> <Description of features (5)>
本発明に係る光走査装置の主たる特徴は、以上に説明したような本発明に係る偏向ミラーを光偏向手段として用いることにある。 The main characteristic of the optical scanning apparatus according to the present invention is the use of the deflection mirror according to the present invention as described above as the light deflecting means. 本発明に係る光走査装置は、光ビームの光学特性が良好であり、また、偏向角(走査角)を大きくとることができるため、イメージスキャナ装置などにおける読み取り走査や、画像形成装置における光書込み走査などの用途に好適である。 Optical scanning device according to the present invention, the optical characteristics of the optical beam is good, also, it is possible to obtain a large deflection angle (scanning angle), and the read scanning in the such as an image scanner, an optical writing in the image forming apparatus it is suitable for applications such as scanning. 本発明に係る画像形成装置の主たる特徴は、本発明に係る光走査装置を光書込み走査手段として用いることである。 The main feature of the image forming apparatus according to the present invention is the use of optical scanning apparatus according to the present invention as an optical writing scanning means.

本発明に係る光走査装置の基本的な構成例を図47に示す。 The basic configuration of an optical scanning apparatus according to the present invention shown in FIG. 47. 図47において、301は本発明に係る偏向ミラーである。 In Figure 47, 301 is a deflection mirror according to the present invention. ただし、この偏向ミラー301はルーフミラーを内蔵していないタイプである。 However, the deflection mirror 301 is of a type that does not have a built-in roof mirror. 光源としての半導体レーザ302より出射したレーザ光ビームは、カップリングレンズ303、シリンダレンズ304及び入射ミラー305からなる光学系を経由してルーフミラー306のスリット窓より偏向ミラー301のミラー面に入射する。 Laser light beam emitted from the semiconductor laser 302 as a light source is incident on the mirror surface of the coupling lens 303, cylindrical lens 304 and deflection from a slit window of the roof mirror 306 via an optical system comprising incidence mirrors 305 mirror 301 . 入射したレーザ光ビームは、偏向ミラー301のミラー面とルーフミラー305との間で複数回反射された後、ルーフミラー305のスリット窓から出射し、fθレンズなどからなる結像光学系(補正光学系)306によって被走査面307にスポット状に結像される。 Laser light beam incident after being reflected several times between the mirror surface and the roof mirror 305 of the deflection mirror 301, and emitted from the slit window of the roof mirror 305, an imaging optical system consisting of a fθ lens (correction optical is imaged into a spot shape on the scanning surface 307 by the system) 306. この走査スポットは、偏向ミラー301のミラー基板の往復振動に従って主走査方向Xに移動する。 The scanning spot moves in the main scanning direction X according to reciprocal vibration of the mirror substrate of the deflecting mirror 301.

本発明に係る偏向ミラー301は、前述のようにミラー基板の動的撓み変形が効果的に抑制され、ミラー基板の(したがってミラー基板上のミラー面の)動的撓み量が小さい領域が拡大され、その領域内の動的撓み量も減少するため、反射されるレーザ光ビームの光学特性(ビーム径など)が優れている。 Deflecting mirror 301 according to the present invention, the dynamic flexural deformation of the mirror substrate as described above can be effectively suppressed, (mirror surface of the thus mirror substrate) region dynamic deflection amount is small of the mirror substrate is enlarged in order to reduce even dynamic deflection of the region, the optical characteristics of the laser light beam reflected (such as beam diameter) is excellent. したがって、被走査面307の高精度な光走査が可能である。 Therefore, it is possible to highly accurate optical scanning of the scanning surface 307.

なお、偏向ミラー301として、前記実施例10に係る偏向ミラーのようなルーフミラーを内蔵した偏向ミラーを用いる場合には、外付けのルーフミラー306は設けられない。 Incidentally, as a deflecting mirror 301, in the case of using a deflection mirror with a built-in roof mirror as the deflection mirror according to the embodiment 10, the roof mirror 306 of the external is not provided. また、偏向ミラー301がルーフミラーを内蔵していない場合においても、ルーフミラー306を設けない構成とすることも可能である。 Further, when the deflection mirror 301 does not have a built-in roof mirror also it may be a structure without the roof mirror 306.

ここでは、本発明に係る光走査装置の他の実施例と、それを光書込み走査に利用した画像形成装置の一実施例について説明する。 Here, the another embodiment of an optical scanning apparatus according to the present invention, an embodiment of an image forming apparatus for using the same in the optical writing scanning will be described.

図48は、本実施例に係る画像形成装置(レーザプリンタ)の概略構成図である。 Figure 48 is a schematic diagram of an image forming apparatus according to the present embodiment (laser printer). この画像形成装置は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4色のステーションを有し、各ステーションにおいて、本発明に係る光走査装置2500によって、対応した感光体ドラム(像担持体)2504に記録信号により変調されたレーザ光ビームによる光書き込み走査を行って静電潜像を形成し、それぞれの感光体ドラム2504に形成された静電潜像を異なった色のトナー像に現像し、そのトナー像を転写ベルト2501に重ねて転写するタンデム方式のものである。 The image forming apparatus includes cyan, a magenta, yellow, four color stations for the black, in each station, by an optical scanning device 2500 according to the present invention, the corresponding photosensitive drum (image bearing member) 2504 to a recording signal performing optical writing scanning by the modulated laser beam to form an electrostatic latent image, developing the respective photosensitive drums 2504 electrostatic latent image formed on the different color toner images, the toner image the is of tandem type for transferring superimposed on the transfer belt 2501. 転写ベルト2501は駆動ローラと2本の従動ローラとで支持され移動するもので、その移動方向に沿って均等間隔で感光体ドラム2504が配列されている。 Transfer belt 2501 as it moves being supported by a driving roller and two driven rollers, the photosensitive drum 2504 at equal intervals along the moving direction are arranged thereon. 各感光体ドラム2504の周囲には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応したトナーを補給する現像ローラ2502及びトナーホッパ部2503が配備され、また、感光体ドラム2504上の転写後の残留トナーをブレードで掻き取り備蓄するクリーニング部2508が一体的に配備される。 Around the respective photosensitive drums 2504, yellow, magenta, cyan, developing roller 2502 and the toner hopper portion 2503 for supplying toner corresponding to each color of black is deployed, also, the residual toner after transfer on the photosensitive drum 2504 the cleaning unit 2508 for scraping stockpiling the blade is deployed integrally.

転写ベルト2501の端に形成されたレジストマークを検出するセンサ2505の信号をトリガとして、副走査方向の書出しタイミングをずらして、各光走査装置2500によって各色の静電潜像が書き込まれ、現像部にてトナーをのせて転写ベルト2501上で順次画像を重ねていく。 As a trigger signal of a sensor 2505 for detecting the registration marks formed on an end of the transfer belt 2501, by shifting the write timing in the sub-scanning direction, an electrostatic latent image of each color is written by the optical scanning device 2500, a developing unit sequentially superimposed images on the transfer belt 2501 by placing the toner at. 用紙は給紙トレイ2507から給紙コロ2506により供給され、4色目の画像形成のタイミングに合わせてレジストローラ2510により送り出され、転写部2511にて転写ベルト2501から4色同時に転写される。 Paper is fed by the paper feed roller 2506 from the paper feed tray 2507, 4 in accordance with the timing of color image forming fed by the registration roller 2510 is transferred four colors simultaneously from the transfer belt 2501 at the transfer unit 2511. トナー像が転写された用紙は搬送ベルト2515により定着ローラ2512に送られ、トナー像を定着した後に排紙ローラ2513によって排紙トレイ2514に排出される。 Sheet on which the toner image is transferred is sent to the fixing roller 2512 by the conveyor belt 2515, and is discharged to the paper discharge tray 2514 by discharge rollers 2513 after fixing the toner image.

図49は各ステーションの光走査装置2500の概略構成図、図50は光走査装置2500の詳細構造を示す分解斜視図、図51は光走査装置2500の副走査断面構造を示す断面図である。 Figure 49 is a schematic diagram of an optical scanning device 2500 of each station, Figure 50 is an exploded perspective view showing the detailed structure of the optical scanning apparatus 2500, FIG. 51 is a sectional view showing the sub-scanning cross-sectional structure of the optical scanning device 2500.

図49に示すように、本実施例に係る光走査装置2500は、本発明に係る偏向ミラー2130を3個使用している。 As shown in FIG. 49, the optical scanning device 2500 according to this embodiment uses three deflection mirror 2130 according to the present invention. ここでは、偏向ミラー2130として、光てこの原理を応用して光ビームの偏向角を拡大した前記実施例10係る偏向ミラーを想定するが、他の実施例に係る偏向ミラーを用いることも可能であることは当然である。 Here, as the deflecting mirror 2130, the light Te this principle assumes a deflection mirror Example 10 according enlarging the deflection angle of the light beam, it is also possible to use a deflecting mirror according to another embodiment it is to be understood that there is.

各偏向ミラー2130に対応して、半導体レーザ2101、カップリングレンズ2110、シリンダレンズ2136、第1の走査レンズ2116、第2の走査レンズ2117が装備され、各偏向ミラー2130により被走査面(感光体ドラム2504の表面)を分割走査する。 Corresponding to each deflection mirror 2130, a semiconductor laser 2101, a coupling lens 2110, a cylindrical lens 2136, a first scanning lens 2116, the second scanning lens 2117 is equipped with, the surface to be scanned by each deflecting mirror 2130 (photoreceptor dividing scanned surface) of the drum 2504. 図49において、xは主走査方向、yは副走査方向である。 In Figure 49, x is the main scanning direction, y is the sub-scanning direction. 第2の走査レンズ2117の近傍には主走査の同期検知のために、走査光ビームをプリント基板2112に実装された同期検知センサ2113へ向けて反射するためのミラー2128が配設されている。 For synchronization detection of the main scanning in the vicinity of the second scanning lens 2117, a mirror 2128 for reflecting the scanning light beam to the synchronous detection sensor 2113 mounted on the printed circuit board 2112 is disposed. 各偏向ミラー2130を含む副走査断面における断面構造は図51に示す通りである。 Sectional structure in the sub-scanning section including the respective deflecting mirror 2130 is shown in FIG. 51. 図51において、図37又は図38と同一の符号は同一部分を示す。 In Figure 51, the same reference numerals as in FIG. 37 or FIG. 38 denote the same parts.

以下、光走査装置2500の構成及び動作について詳細に説明する。 Hereinafter is a detailed description of the construction and operation of the optical scanning device 2500. 半導体レーザ2101から射出した光ビームは、カップリングレンズ2110、シリンダミラー2136を介して、偏向ミラー2130のミラー面に、ねじり梁を含む副走査断面内で法線に対して副走査方向に約20゜傾けて、カバー基板1205のスリット窓1213より入射される。 The light beam emitted from the semiconductor laser 2101, a coupling lens 2110, through the cylinder mirror 2136, about the mirror surface of the deflection mirror 2130, the sub-scanning direction with respect to the normal in the sub-scanning section including the torsion bar 20 tilt °, it is incident from the slit window 1213 of the cover substrate 1205. ミラー基板1202のミラー面で反射された光ビームは、そのミラー面と、カバー基板1205のミラー面1205a,1205bとの間で反射位置を副走査方向に移動しながら合計5回反射を繰り返した後、スリット窓1213より射出される。 The light beam reflected by the mirror surface of the mirror substrate 1202, after repeating its mirror surface, the mirror surface of the cover substrate 1205 1205a, a total of five reflections while moving the reflecting position in the sub scanning direction between the 1205b , and it is emitted from the slit window 1213. この実施例では、このように複数回反射を繰り返すことで振動ミラーの振れ角が小さくても大きな走査角が得られるようにし、光路長を短縮している。 In this embodiment, thus as large scan angle can be obtained even with a small deflection angle of the oscillating mirror by repeating a plurality of times reflection, and shorten the optical path length.

先に述べたように、総反射回数をN、振れ角をαとした場合、走査角θは2Nαで表される。 As mentioned earlier, if the total number of reflections N, the deflection angle is alpha, the scan angle θ is expressed by 2Enuarufa. この実施例ではN=5、α=5°であるから最大走査角は50゜となり、その内、35゜を画像記録領域としている。 Maximum scan angle N = 5, since it is alpha = 5 ° in this embodiment becomes 50 °, of which, is set to 35 ゜Wo image recording area. 偏向ミラーの共振を利用することで駆動のための印加電圧は低くて済み、発熱も少ないが、前記式から明らかなように記録速度、つまり振動周波数が速くなるに従って、ねじり梁のばね定数Kを高める必要があり振れ角がとれなくなってしまう。 Applied voltage for driving by utilizing the resonance of the deflecting mirror allowing a low, but heat generation low, as is apparent recording speed from the equation, that is in accordance with the vibration frequency increases, the spring constant K of the torsion bar There is a need deflection angle to increase can no longer take. そこで、上記したようにカバー基板1205の内面側にルーフミラーを構成するミラー面1215a,1215bを設けることで走査角を拡大し、高速記録の場合でも必要十分な走査角が得られるようにしている。 Therefore, so that the mirror surface 1215a constituting the roof mirror on the inner surface of the cover substrate 1205 as described above, to expand the scanning angle by providing the 1215b, requires sufficient scanning angle even in the case of high-speed recording is obtained .

また、屋根状のミラー面1215a,1215bを設け、ミラー基板のミラー面への副走査方向での入射角度が反射の各回毎に正負(言いかえれば、反射に伴う進行方向が右向き、左向き)に振り分けるようにすることで、斜入射に伴う被走査面での走査線の曲がりを抑え、直線性を維持するとともに、光軸と直交する面内での光束の回転が射出時には元の姿勢に戻るようにして、結像性能の劣化がおきないよう配慮している。 Also, the roof-shaped mirror surface 1215a, the provided 1215b, (in other words, the traveling direction is rightward accompanying the reflection, left) the incident angle of sub-scanning direction to the mirror surface of the mirror substrate is negative each time of reflection by so distributed, suppressing the bending of the scanning line on the scanning surface due to oblique incidence, while maintaining the linearity, the rotation of the light beam in a plane perpendicular to the optical axis returns to the original position at the time of injection as described above, it is considered so that does not occur deterioration of imaging performance.

光源である半導体レーザ2101は、フレーム部材2102に立設された壁に配備された段付きの貫通穴2103に反対側からステム外周を基準に圧入され、段差部に鍔面を突き当てて光軸方向を位置決めする。 A semiconductor laser 2101 as a light source is press-fitted relative to the stem outer circumference from the opposite side of the through hole 2103 of the stepped deployed in upright walls to the frame member 2102, the optical axis abutted against the rib face the stepped portion positioning the direction. U字状の凹部2105にはUV接着剤を介してカップリングレンズ2110の光軸が半導体レーザ2101からの射出軸と合うように、また、射出光束が平行光束となるように発光点との光軸方向の位置決めを行い、凹部とカップリングレンズとの隙間のUV接着剤を硬化させて固定する。 As the optical axis of the coupling lens 2110 via the UV adhesive in a U-shaped recess 2105 is aligned with the injection axis from the semiconductor laser 2101 and the light between the light emitting points so the light flux becomes a parallel light flux perform the axial positioning is fixed by curing the clearance of the UV adhesive between the recesses and the coupling lens.

カップリングレンズ2110より射出した光ビームは、一対の取付斜面2109に接合配備され副走査方向に負の曲率を有するシリンダミラー2136に入射され、偏向ミラー2130に、副走査方向においてミラー基板のミラー面で集束する集束光束としてカバー基板1205のスリット窓1213から入射される。 The light beam emitted from the coupling lens 2110 is incident on the cylindrical mirror 2136 having a negative curvature in the sub-scanning direction is joined deployed to a pair of mounting slope 2109, the deflecting mirror 2130, the mirror surface of the mirror substrate in the sub scanning direction in is incident from the slit window 1213 of the cover substrate 1205 as converged light flux focusing.

偏向ミラー2130は、そのねじり梁の方向が光軸方向に合うように、フレーム底面側に設けられた段付きの角穴2104の裏側よりベース基板1312の外縁を基準に位置決めされ、段差部に鍔面を突き当ててミラー面の位置を合わせる。 Deflecting mirror 2130, the direction of the torsion beam is to match the optical axis direction, is positioned relative to the outer edge of the base substrate 1312 than the back side of the square hole 2104 stepped provided on the frame bottom, a flange on the stepped portion adjust the position of the mirror surface abutted against the surface. 本実施例においては、3つの偏向ミラー2130が、単一のフレーム部材2102により均等間隔に位置決めされる。 In the present embodiment, three deflection mirror 2130 is positioned at equal intervals by a single frame member 2102.

各偏向ミラー2130は、そのベース基板1312の底面から突出したリード端子1316をプリント基板2112のスルーホールに挿入して半田付けすることにより、フレーム部材2102の下側開口をふさぐように基板上面を当接して固定され、かつ、回路接続がなされる。 Each deflection mirror 2130, by soldering by inserting the lead terminals 1316 that protrudes from the bottom surface of the base substrate 1312 in the through-hole of the printed circuit board 2112, a top surface of the substrate so as to close the lower opening of the frame member 2102 equivalents fixed contact, and the circuit connection is made.

プリント基板2112には、偏向ミラー2130のほかに、半導体レーザ2101の駆動回路、偏向ミラー2130の駆動回路を構成する電子部品、及び、前記同期検知センサ2113が実装されており、外部回路との配線が一括してなされる。 The printed circuit board 2112, in addition to the deflection mirror 2130, the driving circuit of the semiconductor laser 2101, electronic components constituting a driving circuit of the deflecting mirror 2130, and the synchronization detection sensor 2113 are mounted, a wiring with an external circuit There is done collectively. 一端をプリント基板2112に結線されたケーブル2115は半導体レーザ2101のリード端子と接続される。 Cable 2115 which is connected at one end to the printed circuit board 2112 is connected to the lead terminals of the semiconductor laser 2101.

フレーム部材2102は、ある程度の剛性を確保できるガラス繊維強化樹脂やアルミダイキャスト等からなり、その両端部には画像形成装置本体の構造体に取付けるためのフランジ部2131,2133が形成されている。 Frame members 2102, of glass fiber reinforced resin or aluminum die-cast or the like which can secure a certain degree of stiffness, the flange portions 2131,2133 for attachment to the structure of the image forming apparatus main body are formed at both ends. 一方のフランジ部2131は、基準穴を備え、その内径に固定ネジ2132の軸部をかん合させ、もう一方のフランジ部2133は、長穴を備え、固定ネジ2132を貫通して各々バネ座金2134を介して感光体に対向させて固定する。 One flange portion 2131 is provided with a reference hole, engaged cans the shaft of the fixing screw 2132 at its inside diameter, the other flange portion 2133 is provided with a long hole, each spring washer through the fixing screw 2132 2134 fixed to face the photosensitive member via the. この際、基準穴を回転軸としたガタ分で、被走査面(感光体)において、各光走査装置のいずれかで走査された走査線が被走査面の移動方向yと直交する方向xに平行となるよう調節される。 At this time, in backlash of the reference hole and the rotary shaft, the surface to be scanned (photosensitive member), in the direction x of the scanning lines which are scanned by any of the optical scanning device is perpendicular to the moving direction y of the surface to be scanned It is adjusted to be parallel.

フレーム部材2102の上面は角穴2104の裏側に設けられた各偏向ミラー2130のミラー法線方向の突き当て面と平行な面となし、走査レンズを収納するハウジング2106の底面より突出した2本の突起2135をフレーム部材の係合穴に挿入して同面上での位置決めを行い、4隅をネジ止めして配備される。 Frame members 2102 of the top surface is mirror normal direction of the abutting surface and a plane parallel to the pear respective deflecting mirror 2130 provided on the back side of the square hole 2104, two projecting from the bottom surface of the housing 2106 for housing the scanning lens by inserting the protrusions 2135 in the engagement hole of the frame member performs positioning on the same plane, it is deployed four corners by screws. 本実施例では、ネジ2137はフレーム部材の貫通穴を介してプリント基板2112に螺合され、フレーム部材を挟むように3部材一体に結合され、この後に上記半田付けがなされる。 In this embodiment, the screw 2137 is screwed to the printed circuit board 2112 through the through hole of the frame member is coupled to the third member integrally so as to sandwich the frame member, the soldering is done after this.

ハウジング2106には結像手段を構成する第1の走査レンズ2116、第2の走査レンズ2117が主走査方向に配列され、各々の走査領域がわずかに重なるように位置決めされて一体的に保持される。 The housing 2106 first scanning lenses constituting the imaging means 2116, the second scanning lens 2117 is arranged in the main scanning direction, it is integrally held is positioned so that each of the scanning regions overlap slightly .

第1の走査レンズ2116は、副走査方向基準面の中央に突出され主走査方向の位置決めを行う突起2120、及び、両端を係合して光軸方向の位置決めを行う平押面2119を入射面側、出射面側各々に備え、ハウジングに一体形成された溝2122に突起2120を係合し、一対の切欠2121の各々に各端の平押面2119を挿入し波板バネ2143で入射面側に押し付け、同面内での姿勢を保持することで、光軸と直交する同一面に走査レンズ同士の相対的な配置を合わせ、副走査方向基準面をハウジングから突出した一対の突起2142の先端に突き当てることで、光軸と直交する面内での位置決めがなされて副走査方向の設置高さが決定され、カバー2138と一体形成された板バネ2141で押圧支持される。 First scanning lens 2116, projections 2120 performs center protrude been positioned in the main scanning direction in the sub-scanning direction reference surface and, the incident surface Hiraoshi surface 2119 to position the optical axis direction to engage the ends side, with the exit surface side, respectively, the protrusion 2120 engages a groove 2122 which is integrally formed on the housing, insert the Hiraoshi surface 2119 of each end to each of the pair of notches 2121 incident surface side corrugated spring 2143 the pressing, by maintaining the posture within the plane, the combined relative arrangement of the scanning lens between the same plane perpendicular to the optical axis, a pair of projections 2142 which protrude in the sub-scanning direction reference surface from the housing distal end by abutting the positioning in a plane orthogonal to the optical axis is installation height in the sub-scanning direction is determined by made, it is pressed and supported by the leaf spring 2141 that is integrally formed with the cover 2138.

一方、第2の走査レンズ2117は、同様に副走査方向基準面の中央に突出され主走査方向の位置決めを行う突起2123、両端に光軸方向の位置決めを行う平押面2144を備え、ハウジングに一体形成された溝2122に突起2123を係合し、切欠2121に平押面2144を挿入し、波板バネ2143で出射面側に押し付け姿勢を保持するとともに、副走査方向基準面をハウジングから突出した突起2145及び副走査方向に繰り出し自在な調節ネジ2146の先端に突き当てて設置高さを位置決めし、カバー2138と一体形成された板バネ2141で押圧支持される。 On the other hand, the second scanning lens 2117 is similarly projections 2123 for performing center protrude been positioned in the main scanning direction in the sub-scanning direction reference surface, comprising a Hiraoshi surface 2144 for positioning in the optical axis direction at both ends, the housing engaging the projections 2123 in a groove 2122 that is integrally formed by inserting the Hiraoshi surface 2144 in the notch 2121, holds the pressing position on the exit surface side with a corrugated plate spring 2143, the projecting sub-scanning direction reference surface from the housing projecting 2145 and abutted against the free tip of the adjustment screw 2146 feeding in the sub-scanning direction to position the installation height, it is pressed and supported by the leaf spring 2141 that is integrally formed with the cover 2138. 2147はカバー2138を固定するネジである。 2147 is a screw for fixing the cover 2138.

なお、本実施例においては、3個の偏向ミラー2130を主走査方向に配列したが、偏向ミラー2130の個数は必要に応じて増減し得ることは当然である。 In the present embodiment, an array of three deflection mirror 2130 in the main scanning direction, it is natural that the number of deflecting mirror 2130 may increase or decrease as required.

ミラー基板をねじり梁と直接結合した場合のミラー基板の動的撓みを説明する図である。 It is a diagram illustrating a dynamic deflection of the mirror substrate when combined torsion beam and direct the mirror substrate. 本発明に係る偏向ミラーの特徴的構成を説明するための斜視図である。 Is a perspective view for illustrating a characteristic structure of the deflection mirror according to the present invention. 本発明に係る偏向ミラーの特徴的構成を説明するめたの部分拡大平面図である。 It is a partially enlarged plan view of a meta illustrating a characteristic configuration of the deflection mirror according to the present invention. 本発明によるミラー基板の動的撓み変形の抑制効果を示すグラフである。 Is a graph showing the inhibitory effect of the dynamic flexural deformation of the mirror substrate according to the present invention. ミラー基板に作用する曲げモーメントを計算するための3次元ビームモデルを示す斜視図である。 It is a perspective view showing a three-dimensional beam model for calculating the bending moment acting on the mirror substrate. ミラー基板に作用する曲げモーメントの計算結果を示す図である。 It is a diagram showing a calculation result of the bending moment acting on the mirror substrate. ミラー基板に形成される凹部を説明するための概略平面図である。 It is a schematic plan view for explaining a recess formed in the mirror substrate. 図7のAA線で切断したミラー基板の断面を示す図である。 It is a diagram showing a mirror substrate of the section cut along a line AA in FIG. 図7のBB線で切断したミラー基板の断面を示す図である。 It is a diagram showing a mirror substrate of the section cut along a line BB in FIG. ミラー基板の曲げ剛性分布の例を示す図である。 Is a diagram illustrating an example of a bending rigidity distribution of the mirror substrate. 実施例1に係る偏向ミラーの概略斜視図である。 It is a schematic perspective view of the deflection mirror according to the first embodiment. 実施例1に係る偏向ミラーの駆動方法の説明図である。 It is an explanatory diagram illustrating a drive method of a deflection mirror according to the first embodiment. 実施例1に係る偏向ミラーのミラー基板の振れ角と駆動パルスの関係を示す波形図である。 It is a waveform diagram showing the relationship between the driving pulse and the deflection angle of the mirror substrate of the deflection mirror according to the first embodiment. 実施例2に係る偏向ミラーを説明するための概略斜視図である。 It is a schematic perspective view for explaining the deflection mirror according to the second embodiment. 実施例3に係る偏向ミラーを説明するための概略斜視図である。 It is a schematic perspective view for explaining the deflection mirror according to the third embodiment. 可動電極と駆動電極による静電トルクを説明するためのグラフである。 Is a graph illustrating the electrostatic torque by the movable electrode and the drive electrode. 実施例4に係る偏向ミラーの概略平面図である。 It is a schematic plan view of the deflection mirror according to the fourth embodiment. 実施例4に係る偏向ミラーの概略斜視図である。 It is a schematic perspective view of the deflection mirror according to the fourth embodiment. 実施例4に係る偏向ミラーの駆動電流の波形図である。 It is a waveform diagram of the drive current of the deflection mirror according to the fourth embodiment. 実施例5に係る偏向ミラーの概略平面図である。 It is a schematic plan view of the deflection mirror according to the fifth embodiment. 図20のAA線断面図である。 It is a sectional view taken along line AA of Figure 20. 実施例5に係る偏向ミラーの製造方法の一例を説明するための工程説明図である。 It is a process explanatory diagram for explaining an example of a manufacturing method of the deflection mirror according to the fifth embodiment. 実施例5に係る偏向ミラーの動作説明図である。 It illustrates the operation of the deflection mirror according to the fifth embodiment. 実施例5に係る偏向ミラーのミラー基板偏向角と駆動パルスの関係を示す波形図である。 Is a waveform diagram showing the relationship between the driving pulse and the mirror substrate deflection angle of the deflection mirror according to the fifth embodiment. 実施例5の変形例を説明するための部分平面図である。 It is a partial plan view illustrating a modification of the fifth embodiment. 実施例5の変形例を説明するための部分平明図である。 It is a partial plain view for explaining a modification of the fifth embodiment. 実施例5の変形例を説明するための部分平面図である。 It is a partial plan view illustrating a modification of the fifth embodiment. 実施例5の変形例を説明するための部分平面図である。 It is a partial plan view illustrating a modification of the fifth embodiment. 本発明に係る偏向ミラーの特徴的構成を説明するための概略斜視図である。 It is a schematic perspective view for illustrating a characteristic structure of the deflection mirror according to the present invention. ミラー基板の振動中における撓み変形の様子を示す図である。 It is a diagram showing a state of bending deformation in the vibration of the mirror substrate. ねじり梁の支持端を回転弾性を持たせて支持する支持部の挙動を説明するための3次元ビームモデルを示す図である。 It is a diagram showing a three-dimensional beam model for explaining the behavior of the support portion for supporting the support end of the torsion beam to have a torsionally elastic. 実施例6に係る偏向ミラーの概略平面図である。 It is a schematic plan view of the deflection mirror according to the sixth embodiment. 実施例7に係る偏向ミラーの概略斜視図である。 It is a schematic perspective view of the deflection mirror according to Example 7. 実施例8に係る偏向ミラーの概略斜視図である。 It is a schematic perspective view of the deflection mirror according to the eighth embodiment. 実施例9に係る偏向ミラーの概略平面図である。 It is a schematic plan view of the deflection mirror according to Example 9. 実施例9に係る偏向ミラーの概略斜視図である。 It is a schematic perspective view of the deflection mirror according to Example 9. 実施例10に係る偏向ミラーの分解斜視図である。 It is an exploded perspective view of the deflection mirror according to Example 10. 実施例10に係る偏向ミラーを説明するための概略平面図である。 It is a schematic plan view for illustrating the deflection mirror according to Example 10. 実施例10に係る偏向ミラーの駆動電極による静電トルクと振れ角の関係を示すグラフである。 Is a graph showing the relationship between the electrostatic torque and deflection angle by the driving electrodes of the deflection mirror according to Example 10. 実施例10に係る偏向ミラーにおけるの2段構造の固定電極による静電トルクと振れ角の関係を説明するための模式的な部分断面図である。 It is a schematic partial sectional view for explaining the relationship between the electrostatic torque and deflection angle by the fixed electrode of the two-stage structure of the deflection mirror according to Example 10. 2段電極構造の偏向ミラーにおける駆動周波数と振れ角の関係を示すグラフである。 Is a graph showing the relationship between the deflection angle and the driving frequency of the deflecting mirror of the two-stage electrode structure. ミラー基板とハーフミラーによる複数回反射の説明図である。 It is an illustration of a multiple reflection by the mirror substrate and the half mirror. 実施例10の変形例に係る偏向ミラーを説明するための概略平面図である。 It is a schematic plan view for illustrating the deflection mirror according to a modification of Example 10. 図43に示す偏向ミラーのAA'線概略断面図である。 A line AA 'sectional view of the deflection mirror shown in FIG. 43. 実施例10の別の変形例に係る偏向ミラーを説明するための概略平面図である。 It is a schematic plan view for illustrating the deflection mirror according to another modification of the embodiment 10. 実施例10の別の変形例に係る偏向ミラーを説明するための概略平面図である。 It is a schematic plan view for illustrating the deflection mirror according to another modification of the embodiment 10. 実施例11に係る光走査装置の構成図である。 A configuration diagram of an optical scanning apparatus according to Embodiment 11. 実施例12に係る画像形成装置の概略構成図である。 It is a schematic view of an image forming apparatus according to Embodiment 12. 実施例12に係る光走査装置の概略構成図である。 It is a schematic configuration diagram of an optical scanning apparatus according to Embodiment 12. 実施例12に係る光走査装置の分解斜視図である。 Is an exploded perspective view of an optical scanning apparatus according to Embodiment 12. 実施例12に係る光走査装置の副走査断面構造を示す概略断面図である。 Is a schematic sectional view showing the sub-scanning cross-sectional structure of the optical scanning apparatus according to Embodiment 12.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

20 フレーム 21 ミラー基板 23 ねじり梁 24 連結部材 27 凹部 28 リブ 39 可動電極 40 固定電極 51 可動電極 52 固定電極 57 駆動コイル 62 永久磁石 101 ミラー基板 102 ねじり梁 105,106 可動電極 107,108 固定電極 111,112 起動用電極 121 連結部材 123 補強梁 124 補強梁 50 ねじり梁の支持部 1202 ミラー基板 1203 可動電極 1204 第1の固定電極 1205 カバー基板 1208 ねじり梁 1209 連結部材 1210 枠状支持部 1211,1212 第2の固定電極 1213 スリット窓 1215a,1215b ルーフミラーのミラー面 1312 ベース基板 1316 リード端子 1203a 連結部材に設けられた第1の固定電極 1211a,1212a 連結 20 frame 21 mirror substrate 23 torsion beams 24 connecting member 27 recess 28 rib 39 movable electrode 40 fixed electrode 51 the movable electrode 52 fixed electrode 57 driving coil 62 the permanent magnet 101 mirror substrate 102 torsion beams 105 and 106 movable electrode 107, 108 fixed electrode 111 , 112 starting electrode 121 connecting member 123 reinforcing beams 124 reinforcing beams 50 torsion beam of the support portion 1202 mirror substrate 1203 movable electrode 1204 first torsion fixed electrode 1205 cover substrate 1208 beam 1209 connecting member 1210 frame-like supporting portion 1211, 1212 a second fixed electrode 1213 slit window 1215a, the first fixed electrode 1211a provided on the mirror surface 1312 base substrate 1316 lead terminal 1203a connecting members 1215b roof mirror, 1212a connected 材に設けられた第2の固定電極 302 半導体レーザ 303 カップリングレンズ 304 シリンダレンズ 305 入射ミラー 306 ルーフミラー 306 結像光学系 307 被走査面 2500 光走査装置 2504 感光体ドラム Second fixed electrode 302 semiconductor laser 303 coupling lens 304 scanned surface cylindrical lens 305 enters the mirror 306 roof mirror 306 the imaging optical system 307 2500 optical scanning device 2504 photosensitive drum provided in the timber

Claims (18)

  1. ミラー基板が、一端を支持されたねじり梁をねじり回転軸として往復振動する偏向ミラーであって、 Mirror substrate, a deflection mirror for reciprocating movement as a rotation shaft torsion that supported torsion beam at one end,
    前記ミラー基板と前記ねじり梁の非支持端は一対の同一長の連結部材を介して連結され、前記一対の連結部材の第1の端は、前記ミラー基板の回転中心軸に対して対称な特定位置において前記ミラー基板の辺にそれぞれ結合され、前記一対の連結部材の第2の端は前記ねじり梁の非支持端にそれぞれ結合され、前記一対の連結部材及び前記ミラー基板の辺とが全体として前記ねじり梁の非支持端を頂点とする略2等辺三角形状の構造をなし、 Unsupported end of the mirror substrate and the torsion beam is connected via a connecting member of a pair of equal length, the first end of said pair of connecting members, particular symmetrical with respect to the central axis of rotation of the mirror substrate are respectively coupled to the sides of the mirror substrate in position, the second ends of the coupling members respectively coupled to the unsupported end of the torsion beam, the whole sides and of the pair of connecting members and the mirror substrate a substantially isosceles triangular structure whose vertices unsupported end of said torsion beam,
    前記一対の連結部材の第1の端が前記ミラー基板の辺と結合される前記特定位置は、前記ミラー基板を前記ねじり梁の非支持端に直結して往復振動させた場合における前記ミラー基板の動的撓み量のピーク位置より、前記ミラー基板の回転中心軸から遠い位置に選ばれたことを特徴とする偏向ミラー。 The specific position of a first end of said pair of connecting members are coupled to the side of the mirror substrate, the mirror substrate in the case of reciprocally oscillating the mirror substrate is directly connected to the non-supported end of the torsion beam deflecting mirror, characterized in that from the peak position of the dynamic deflection amount was chosen farther from the central axis of rotation of the mirror substrate.
  2. 前記連結部材は前記ねじり梁より高い剛性を持つ部材からなることを特徴とする請求項1に記載の偏向ミラー。 Deflection mirror according to claim 1 wherein the coupling member is characterized by comprising a member having a higher rigidity than the torsion beam.
  3. 前記一対の連結部材に、その補強のための部材が設けられたことを特徴とする請求項1に記載の偏向ミラー。 Deflection mirror according to claim 1, characterized in that the the pair of connecting members, members for the reinforcement is provided.
  4. 前記ねじり梁の支持端は支持手段により回転弾性を持たせて支持されていることを特徴とする請求項1,2又は3に記載の偏向ミラー。 Deflection mirror according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it is supported to have a torsionally elastic by the torsion support end of the beam support means.
  5. 前記ねじり梁の支持端は、その回転に伴って同じ方向に弾性変形する支持部材に結合されていることを特徴とする請求項1,2又は3に記載の偏向ミラー。 Wherein the supporting end of the torsion beam, the deflection mirror according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it is coupled to a support member that elastically deform in the same direction with the rotation.
  6. 前記ミラー基板は、裏面に複数の凹部が形成され、回転中心軸から離れるに従って曲げ剛性が減少することを特徴とする請求項1,2,3,4又は5に記載の偏向ミラー。 The mirror substrate has a plurality of recesses are formed on the back surface, the deflection mirror according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the bending rigidity decreases with distance from the rotation center axis.
  7. 前記ミラー基板を駆動するための手段として、前記ミラー基板の自由端に設けられた可動電極と、該可動電極と微小ギャップを介して対向する固定電極とを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の偏向ミラー。 As a means for driving the mirror substrate, and a movable electrode provided on the free end of the mirror substrate, 1 to claim characterized in that it has a fixed electrode opposing each other via the movable electrode and the minute gap deflection mirror according to any one of 6.
  8. 前記ミラー基板を駆動するための手段として、前記連結部材に設けられた可動電極と、該可動電極と微小ギャップを介して対向する固定電極とを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の偏向ミラー。 As a means for driving the mirror substrate, and a movable electrode provided on the connecting member, one of the claims 1 to 6, characterized in that it has a fixed electrode opposing each other via the movable electrode and the minute gap deflection mirror according to any one of claims.
  9. 前記ミラー基板を駆動するための手段として、前記ミラー基板の自由端に設けられた可動電極及び該可動電極と微小ギャップを介して対向する固定電極、並びに、前記連結部材に設けられた可動電極及び該可動電極と微小ギャップを介して対向する固定電極を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の偏向ミラー。 As a means for driving the mirror substrate, a fixed electrode opposing each other via the movable electrode and the movable electrode and the minute gap provided at the free end of the mirror substrate, and a movable electrode provided on the connecting member and deflection mirror according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a fixed electrode opposing each other via the movable electrode and the minute gap.
  10. 前記固定電極は、前記可動電極の移動方向にずらして設けられた複数の電極からなることを特徴とする請求項7,8又は9に記載の偏向ミラー。 The fixed electrode, the deflection mirror according to claim 7, 8 or 9, characterized in that it consists of a plurality of electrodes provided by shifting the moving direction of the movable electrode.
  11. 前記連結部材に設けられた前記可動電極と微小ギャップを介して対向する前記固定電極は、前記ミラー基板の回転中心軸の方向に、絶縁分離された複数の部分に分割されていることを特徴とする請求項8,9又は10に記載の偏向ミラー。 The fixed electrode opposing each other via the movable electrode and the minute gap provided on the connecting member, and characterized in that the direction of the rotation axis of the mirror substrate is divided into a plurality of parts which are insulated and separated deflection mirror according to claim 8, 9 or 10.
  12. 前記固定電極及び前記可動電極のための電極パッドが同一平面に設けられたことを特徴とする請求項7,8,9又は10に記載の偏向ミラー。 Deflection mirror according to claim 7, 8, 9 or 10, characterized in that the electrode pads for the fixed electrode and the movable electrode is provided on the same plane.
  13. 前記ミラー基板を駆動するための手段として、前記ミラー基板に設けられた駆動コイルと、該駆動コイルが鎖交する静磁界を発生する磁石とを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の偏向ミラー。 As a means for driving the mirror substrate, and a driving coil provided on the mirror substrate, any of claims 1 to 6, characterized in that it has a magnet to which the drive coil for generating a static magnetic field interlinked deflection mirror according to any one of claims.
  14. 封止手段を有し、該封止手段により少なくとも前記ミラー基板の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13のいずれか1項に記載の偏向ミラー。 Has a sealing means, the deflection mirror according to any one of claims 1 to 13 vibration space at least the mirror substrate by sealing means, characterized in that the sealed in a reduced pressure state.
  15. 前記ミラー基板に対向し、前記ミラー基板に入射した光ビームを前記ミラー基板との間で複数回反射させるための固定したミラーを有することを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の偏向ミラー。 Facing the mirror substrate, the light beam incident on the mirror substrate in any one of claims 1 to 14, characterized in that it has a fixed mirror for reflecting a plurality of times between the mirror substrate deflection mirror according.
  16. 請求項1乃至14のいずれか1項に記載の偏向ミラーと、光源と、前記光源より出射された光ビームを前記偏向ミラーに入射させる光学系と、前記偏向ミラーのミラー基板との間で光ビームを複数回往復反射するミラーと、前記複数回往復反射の後の光ビームを被走査面に結像させる光学系とを有することを特徴とする光走査装置。 Light between the deflection mirror according to any one of claims 1 to 14, a light source, an optical system for incident light beam emitted from the light source to the deflection mirror, the mirror substrate of the deflecting mirror a mirror for a plurality of times back and forth reflect the beam, an optical scanning device and having an optical system for imaging the light beam after the plurality of times back and forth reflection surface to be scanned.
  17. 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の偏向ミラーと、光源と、前記光源より出射された光ビームを前記偏向ミラーに入射させる光学系と、前記偏向ミラーにより偏向された光ビームを被走査面に結像させる光学系とを有することを特徴とする光走査装置。 A deflecting mirror according to any one of claims 1 to 15, a light source, an optical system for incident light beam emitted from the light source to the deflecting mirror, the deflected light beam by the deflection mirror to be an optical scanning device and having an optical system for imaging the scanning surface.
  18. 感光体と、画像信号で変調された光ビームにより前記感光体の表面を走査して静電潜像を形成する請求項16又は17に記載の光走査装置と、前記感光体上の静電潜像をトナー像に現像する現像手段とを有することを特徴とする画像形成装置。 A photoreceptor, a light scanning apparatus according to claim 16 or 17 by an optical beam modulated by an image signal to scan the surface of the photosensitive member to form an electrostatic latent image, an electrostatic latent on the photosensitive body an image forming apparatus, comprising a developing means for developing the image into a toner image.
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