JP2006195290A - 画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ねじり梁を回転軸として往復振動され光源からの光ビームを偏向するミラー基板を有し、前記ねじり梁に結合してミラー基板を支持する枠体とねじり梁とミラー基板とを単一の基板を貫通して一体形成した振動ミラーにおいて、簡易な手段により共振周波数を調整する機能を安定して維持することができる振動ミラーを提供すること。
【解決手段】 ねじり梁２０１と枠体２０２との間にねじり梁の弾性係数を調整する構造体（調整梁203、204、圧電素子205、206）を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ等の書込系に用いられる光走査装置、あるいは、バーコードリーダー、スキャナー等の読取装置に用いることができる、微小な振動ミラーおよび該振動ミラーを用いた光書き込み装置、画像形成装置に関する。

マイクロマシニング技術を応用した微小光学系に関し、ミラー基板をねじり梁を回転軸として往復振動させることにより光ビームを偏向させる振動ミラーが知られている。

イ. 例えば、同一直線上に設けられた２本の梁で支持されたミラー基板を、ミラー基板に対向する位置に設けた電極との間の静電力により駆動し、２本の梁をねじり回転軸として往復振動させている（例えば、非特許文献１参照）。
マイクロマシニング技術で形成されるこの振動ミラーは、従来のモーターを使ったポリゴンミラーの回転による光走査装置と比較して、構造が簡単で、半導体プロセスでの一括形成が可能なため、小型化が容易で製造コストも低く、また単一の反射面であるため反射面による精度のばらつきがなく、さらに往復走査であるため高速化にも対応できる等の利点がある。

ロ. また、ミラー基板の振れ角を大きくするため、その振動領域に電極が重ならないようミラー基板の端面に対向電極を設ける静電駆動のねじり振動型の振動ミラーが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。

これらイ、ロの文献に係る振動ミラーは、シリコンからなる可動電極としてのミラー基板と、ミラー基板端面に微小なギャップを隔てて対向する固定電極との間の静電引力で駆動するもので、両電極は同一部位に形成されている。また、これらの振動ミラーでは、ミラー基板を起動させるためのねじり回転軸に対する初期モーメントを得るために、前者イでは形成プロセスで生じる構造体の微小な非対称性を利用しており、後者ロでは駆動電極に直交する面上に起動のための金属電極薄膜を配備している。

これらイ、ロの文献に係る振動ミラーは、一般に、振れ角を大きくするため駆動周波数を構造体の共振周波数に合わせている。ミラーの共振周波数ｆは、梁のねじり弾性係数をｋ、ミラーの慣性モーメントをＩとすると次式であらわすことができる。

ｆ＝１／２π√（ｋ／Ｉ）
ここで、ねじり弾性係数ｋは、梁の幅をｃ、梁の高さをｔ、梁の長さをＬとすると次式であらわすことができる。

ｋ＝βｔ ｃ^３ Ｅ／Ｌ（１＋ν）
ただし、βは断面形状係数、Ｅはヤング率、νはポアソン比である。
このように、共振周波数はミラー基板とねじり梁の材質、形状によって決まってくるため、その加工精度によって共振周波数のばらつきができてしまう。

ハ. この共振周波数を微細に調整するために、ねじり梁部にヤング率可変素子（電気抵抗素子、圧電素子）を設ける方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法では、ヤング率可変素子として、ねじり梁表面に形成された電気抵抗素子又は圧電素子に通電し、電気抵抗素子の発熱によりねじり梁を加熱することによって、又は、圧電素子の変形によりねじり梁に内部応力を加えることによって、ねじり梁のヤング率を変化させている。

電気抵抗素子としてはAlやPt等の金属薄膜が、圧電素子としてはBaTi3やPZT等のセラミックスがそれぞれ用いられるが、いずれも多結晶体であり結晶粒界が存在する。ミラー基板の振動時にねじり梁は高速で長時間ねじり変形することで支持しているミラー基板を振動させるが、両者は単結晶のシリコンで一体成形されているため、この変形においても十分な耐久性を有している。一方、ねじり梁の表面に形成された金属薄膜やセラミックスは多結晶体であるため、ねじり変形に伴って結晶粒界から欠陥が発生し、疲労破壊による断線が生じやすい。つまり、ねじり梁に形成されたヤング率可変素子の劣化によって共振周波数の調整精度が落ちたり、調整不能になるという不具合があった。機能を長期間にわたって発揮させることが困難である。

ニ. 弾性部材を捻り回転軸としてミラーを往復振動させて光源からの照射光を偏向する光スキャナに、ミラーの共振周波数の調節手段を設けたことで、部材の加工精度のばらつきによって生じるミラーの共振周波数のばらつきを調整し、ミラーの振れ角を一定にする光スキャナを有する光走査装置がある（例えば、特許文献２参照）。

ホ. 一対のねじり梁により枠体に支持されたミラー基板が、ねじり梁を回転軸として往復振動する振動ミラーであって、ねじり梁を加熱するための発熱素子をねじり梁から離間して設けることで、該発熱素子はねじり梁のねじり振動による破損や劣化を生じないため、長期にわたり安定して共振周波数制御を行う振動ミラーがある（例えば、特許文献３参照）。

IBM J．Res．Develop Vol．24 （1980） The 13th ANNUAL International Workshop on MEMS2000 （2000） 473-478 、MEMS1999 333−338 特許第２９８１６００号公報 特開２００３−８４２２６号公報 特開２００３−８４２２６号公報

本発明は、従来技術とは異なる簡易な手段により共振周波数を調整する機能を安定して維持することができる振動ミラー、光書き込み装置、画像形成装置を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を達成するため以下の構成とした。
請求項１記載の発明では、ねじり梁を回転軸として往復振動され光源からの光ビームを偏向するミラー基板を有し、前記ねじり梁に結合してミラー基板を支持する枠体とねじり梁とミラー基板とを単一の基板を貫通して一体形成した振動ミラーについて、前記ねじり梁と枠体との間にねじり梁の弾性係数を調整する構造体を配置した。ここで、前記ねじり梁の弾性係数を調整する構造体として、圧電素子を含む構成とする（請求項２）。
また、前記ねじり梁の弾性係数を調整する構造体が、ねじり梁から枠体に向けて少なくとも２本以上の複数に分岐した梁構造をなし、その一部にねじり梁と平行方向の長さを変化させるための調整素子が成形されている構成とする（請求項３）。
ここで、前記調整素子をミラー基板に対し対称位置の少なくとも２ケ所以上に形成する（請求項４）。あるいは、前記調整素子がねじり梁に対し対称位置の少なくとも２ケ所以上に形成する（請求項５）。
あるいは、前記調整素子がミラー基板の厚さ方向に対し対称位置の少なくとも２ケ所以上に形成されている構成とする。あるいは、前記調整素子がねじり梁の外から枠体にかけて連続して形成されている構成とする（請求項７）。あるいは、ミラー基板と、ねじり梁と、枠体と、ねじり梁の弾性係数を調整する構造体、がシリコンによる一体成形からなる構成とする（請求項８）。あるいは、振動ミラーの共振周波数検出手段を備え、共振周波数が一定となるよう前記調整素子を制御するようにする（請求項９）。
請求項１０記載の発明では、振動ミラーと振動ミラー駆動手段とを、ミラー基板で偏向した光ビームの透過部及びミラー駆動手段に結線する端子部とを具備する減圧容器内に収容した光走査装置であって、上記何れかの振動ミラー（請求項１乃至９）を用いた構成とする。
請求項１１記載の発明では、振動ミラーと該振動ミラーの振幅に対応して、前記光源を変調する光源駆動手段と、前記振動ミラーのミラー面で反射された光ビームを被走査面に結像させるための手段とを有する光走査装置について、上記請求項１乃至９の振動ミラー又は光走査装置（請求項１０）を用いる構成とする。
請求項１２記載の画像形成装置では、振動ミラーと、記録信号によって変調された光ビームを前記振動ミラーのミラー面へ入射させるための手段と、前記ミラー面で反射された光ビームを結像させるための手段と、前記記録信号にしたがった静電潜像が結像される像担持体と、静電像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段を有する画像形成装置ついて、前記光走査装置（請求項１０）又は前記光書込装置（請求項１１）を用いる構成とする。

本発明では、ねじり梁と枠体との間、つまり、ねじり梁の外側にねじり梁の弾性係数を調整する構造体を配置するという簡易な構成により、ねじり梁のねじり振動の影響を受けずに、共振周波数を調整する機能を安定して維持することができる振動ミラー及びが振動ミラーを用いた装置を提供することができる。

以下に、この発明の実施の形態を説明する。

［１］実施の形態１
振動ミラーの構成
本発明の実施の形態1における振動ミラーの構成を図1（a）、（b）に示した。図1（a）は振動ミラーの平面図、図1（b）は振動ミラーの梁がない側での中央の断面図である。ミラー基板101と、2本のねじり梁102、103と、これらねじり梁102、103に連結してY字型に分岐して上部枠体104と連結されねじり梁の弾性係数を調整する構造体としての調整梁118と、該調整梁118をその外側から固定している上部枠体104は高精度の微細加工が可能で適度な剛性をもち、かつ、そのまま電極として用いることができるように低抵抗の単結晶シリコン基板で一体成形されている。

ミラー基板101は同軸上に設けられた2本のねじり梁102、103とこれに続く前記調整梁118でその一辺の中央部分を支持されており、ミラー基板101上には使用する光に対して十分な反射率をもつ金属薄膜130が形成されている。ミラー基板101と2本のねじり梁102、103の寸法は、必要とする共振周波数が得られるように設計されている。

上部枠体104は、絶縁膜105を介してミラー基板101が振動する領域を除去された下部枠体106に接合されている。下部枠体106の厚さについては、ミラー基板101の振動範囲がフレーム厚外に出ないことと、振動ミラーを取り扱う際に支障をきたさないことを考慮して設定されている。

ミラー基板101のねじり梁102、103に支持されていない図中左右方向側の櫛歯形状をなす両側面107、108は微小ギャップをへだてて同一部位の上部枠体104に設けられた同じく櫛歯形状の駆動用の固定電極109、110に噛み合うかたちで対向している。これら固定電極109、110が形成されている上部枠体104の一部は、スリット111、112、113、114によりねじり梁102、103が結合されている上部フレーム領域から絶縁分離されている。

上部枠体104の表面には酸化膜が形成されており、固定電極109、110が形成され絶縁分離されている上部枠体104の一部は酸化膜がエッチングによって除去され、低抵抗シリコン基板が露出しており、この部分にスパッタ法でマスク成膜したAI薄膜による電極パッド（端子）115、116が形成されている。

また、ねじり梁102、103が結合されている上部枠体104の一部も同様にエッチングによって酸化膜が除去され低抵抗シリコン基板が露出しており、この部分にもスパッタ法でマスク成膜したAI薄膜による電極パッド117が形成されている。

なお、ここでは電極パッドとしてAI薄膜をスパッタ法で形成しているが、十分な密着性とシリコン基板との導通が得られればPt等の他の材料も選択可能であり、また、成膜方法についても真空蒸着法、イオンプレーティング法などの他の方法で成膜してもよい。
ここでは、振動ミラーの駆動方法として静電引力を用いた場合の構成を説明したが、電磁力や圧電素子を用いた場合の構成にすることも可能である。

次に、本例の特徴であるところの調整構造体ついての詳細を、図1(a)に示した構造の一部を拡大して示した図2（a）を用いて説明する。図2（a）において、ねじり梁201（ねじり梁102と同じ）と上部枠体202の間には、ねじり梁201からY字型に分岐した2本の調整構造体としての調整梁203、204（調整梁118と同じ）が同様の貫通エッチングにより一体形成されている。

調整梁203、204は、ねじり梁201の振動時の変形に影響を受けないような幅、厚さで形成されている。また、調整梁203、204とねじり梁201の表面には酸化膜が形成され、該酸化膜を介して絶縁分離された調整梁203、204の表面には梁の長さ方向に圧電素子205、206が形成されている。

調整梁203、204に続く部分の枠体上にも酸化膜が形成され、その表面には圧電素子205、206の表面側と裏面側から酸化膜によって絶縁分離されて引き出された電極パッド207、208、209、210が形成されている。また、枠体の一部から酸化膜が除去されその部分には電極パッド211が枠体を構成するシリコン上に直接形成されている。

ここで、それぞれの電極パッドの構成について図2（a）に示した図を説明箇所が見えるように切断した断面図である図2（b）を用いて説明する。図2（b）において、調整梁204上には酸化膜216が形成されその酸化膜216の一部が除去された部分に調整梁、ねじり梁201を経てミラー基板に電圧を印加するための電極パッド211が形成されている。

酸化膜216上には圧電素子206の裏面側から引き出された電極パッド208が形成されており、さらに電極パッドへの引き出し部上には酸化膜217が形成され、酸化膜217上には圧電素子206の表面側から引き出された電極パッド210が形成されている。かかる構成において、圧電素子206の表面、裏面から引き出された電極パッド210、208間に電圧を印加すると、圧電素子２０６が駆動されて調整梁204と平行方向にその長さが変化する。このように圧電素子206を駆動することで、ねじり梁205、206には伸び、或いは縮む内部応力がかかる。つまり、ねじり梁からY字型に分岐した調整構造体118の部分はミラー振動時において、構造的にねじれない。後述する複数に分岐した例でもねじり梁を交差する方向に差し渡された構造体がある構成でも同様である。調整構造体118の部分に圧電素子などを長手方向に渡りは位置することで、ねじり梁に内部応力を得るのである。

これにより、該ねじり梁の弾性係数が変化する。圧電素子206により与える歪量は印加電圧を制御することにより変化する。そこで、共振周波数を検出してその検出値に応じて圧電素子の印加電圧にフィードバックをかけることで、共振周波数を一定に調整し維持することができる。

ここで、共振周波数の検出は、図1に示すように、電極面を構成するミラー基板101を一方の電極とし、この電極に対向させて対向電極140を定置し、かつ、これら両電極間の間隔の変化応じて変化する静電容量を静電容量検出回路150で検出することにより行うことができる。これら電極及び共振周波数検出回路150は、共振周波数検出手段の一例である。

振動ミラーの動作
実施の形態１における振動ミラーの動作を次に図2（a）、（b）を用いて説明する。ねじり梁201で支持されたミラー基板のねじり梁で支持されていない図中左右方向側の両端を可動電極として接地するためねじり梁201に続く部分の上部枠体に形成された電極パッド211を接地しておく。この部分の上部枠体とねじり梁、ミラー基板は低抵抗のシリコン基板によって一体形成されているため同電位となる。

上部枠体に形成された電極パッド（図1（a）、（b）の電極パッド115、116）から固定電極212、213に同時に電圧を印加すると、微小ギャップを介して向かい合った固定電極212、213と可動電極214、215の間に静電引力が働き、両電極間の基板厚さ方向には微少量の初期位置ずれがあるため、両者が最短距離となるように可動電極214、215すなわちミラー基板に回転のモーメントが働く。

このようにして起動した後は、共振振動により振れ角を増大していくことができる。なお、ここではミラー基板を共振振動させるための駆動力として静電引力を用いた場合を説明したが、電磁力、圧電素子を駆動に用いてもよい。

このときの共振周波数は前述したようにミラー基板の慣性モーメントとねじり梁の剛性、すなわちそれぞれの材料、形状によって決まってくる。したがって、加工精度によっては目標とする共振周波数が得られない場合がある。そのとき圧電素子から引き出された電極パッド207、209に電圧を印加することで、圧電素子205が変位し、それに伴いY字型に分岐した調整梁203、204の長さが変化する。調整梁が長くなる場合、そこに連結されたねじり梁201には圧縮の内部応力が作用し、短くなる場合は引張応力が作用する。ねじり梁に内部応力が作用するとねじり弾性係数が変化し、共振周波数を変化させることができる。

駆動周波数を設定しておいて、振れ角を振動ミラーからの走査ビームを検出する光検出素子、あるいはねじり梁の歪みを検出する歪み検出素子等によって検出しながらそれが最大となるように圧電素子を制御することにより、共振周波数が駆動周波数に一致するように制御することができる。さらに、環境温度の変動による振れ角の低下にも対応することができ、そのためには振れ角が一定値を維持するように圧電素子の変位をフィードバック制御すればよい。

このように、ねじり梁201と上部枠体202との間にねじり梁の弾性係数を調整する構造体を配置している振動ミラーにおいて、弾性係数を調整する構造体（圧電素子205、206）がねじり梁の外部に形成されるため、ねじり梁のねじり振動の影響を受けず、共振周波数を調整する機能を安定して維持することができる。

振動ミラーの製造方法
図１、図２で説明した振動ミラーについて、図3を用いてその製造方法を説明する。
工程１（図3（a））:
先ず、板厚525umの2枚のシリコン基板301、302を厚さ5000Åの熱酸化膜303を介して直接接合し、一方のシリコン基板301を板厚3O0umまで、他方のシリコン基板302を板厚100umまで研削、研磨した。シリコン基板301は下部枠体（前記下部枠体106）として用い、シリコン基板302は上部枠体（前記上部枠体104）、ねじり梁（前記ねじり梁102、103）、ミラー基板（前記ミラー基板101）を形成するデバイス基板として用いる。ここで、シリコン基板302は基板自体を電極として用いることから抵抗率0.1Ωcm以下の低抵抗基板を用いた。直接接合は一方の基板を熱酸化したあと、2枚のシリコン基板のミラー面研磨された接合面を十分に洗浄し、清浄かつ減圧雰囲気中で接触させ500°Ｃの温度で仮接合し、その後1100°Ｃの熱処理をすることにより本接合した。仮接合を減圧中で行なうのは、接合面のボイドの発生を抑えるためである。

工程２（図3（b））:
次に、接合された2枚のシリコンウエハの両面にLP-CDV法により厚さ3000ÅのSiN膜304を形成し、シリコン基板301側のSiN膜をレジストマスクでエッチング除去し、下部枠体形成のためのSiN膜マスクパターンを形成した。

工程３（図3（c））:
次に、パターニングされたSiN膜304を工ッチングマスクとして30wt％のKOH溶液を用いて、シリコン基板301を接合面の熱酸化膜303に到達するところまで異方性エッチングし、下部枠体を形成した。シリコン基板としては（100）基板を使用しているため、下部枠体の内側は54.7°の（111）面からなる傾斜面で形成される。傾斜面の底辺の位置は、後に形成する上部枠体の櫛歯電極にかからないようにその外側に形成される。

工程４（図3（d））:
次に、SiN膜エッチングマスク304を熱りん酸により全面エッチング除去し、続いて厚さ1umの熱酸化膜305をシリコン基板表面に形成した。

工程５（図3（e））:
次に、デバイス基板としてのシリコン基板側に形成された酸化膜305をレジストマスクでCF4エッチングガスでドライエッチングし、ミラー基板（前記ミラー基板101）、ねじり梁（前記ねじり梁102、103）、調整構造体（前記調整梁118、203、204１）、上部枠体（前記上部枠体104）の各形状にパターニングした。レジストマスク形成時にはデバイスの位置が下部枠体の位置に整合するように両面アライメント装置を用いた。

工程６（図3（f））:
このパターニングされた酸化膜305をマスクとしてデバイス基板であるシリコン基板302を接合面の酸化膜303に達するまでSF6エッチングガスによる高密度プラズマエッチングで貫通した。この際、ミラー基板（前記ミラー基板101）のねじり梁（前記ねじり梁102、103）が結合されていない側面には、静電引力による駆動のための可動電極（前記両側面107、108及び可動電極214、215）が櫛歯型に加工形成される。界面の酸化膜303はシリコンに対して大きなエッチング選択比を持っているため、酸化膜303に達したときにエッチングが停止した。このエッチングにより貫通分離されたミラー基板は、ねじり梁と接合部の酸化膜303により支持された状態になっている。

工程７（図3（g））:
次に、基板全体をBHFウエットエッチング液にいれることでミラー基板を支持していた酸化膜303が除去され、ミラー基板はねじり梁のみで支持されるようになる。

工程８（図3（h））:
次に、動作時のショート防止のため、櫛歯電極部（前記固定電極212、213、可動電極214、215）、調整構造体（前記調整梁118、203、204１）、を含む基板全面に厚さlumで熱酸化膜306を形成した。

工程９（図3（i））:
次に、上部枠体（前記上部枠体104）の電極パッド（前記電極パッド115、116、117や前記電極パッド207〜211）を形成する位置の酸化膜をマスクエッチングにより除去した。

工程１０（図3（j））:
次に、上部枠体の酸化膜が除去されシリコン基板表面が露出された部分に、枠体上の櫛歯型固定電極（前記固定電極109、110や固定電極212、213）とねじり梁（前記ねじり梁102、103）の調整構造体（前記調整梁118、203、204１）への電圧印加のための電極パッド307、308をメタルマスクを用いてスパッタ成膜し、続いてミラー基板の反射面となる金属薄膜309を同じ＜メタルマスクを用いてスパッタ成膜した。

工程１１（図3（k））:
次に、調整構造体と調整素子の形成方法を説明する。ねじり梁（前記ねじり梁102、103やねじり梁201）に接続されたシリコン基板302（調整構造体）は単結晶シリコンでねじり梁（前記ねじり梁102、103やねじり梁２０１）、上部枠体（前記上部枠体104）と一体成形され、上部枠体（前記上部枠体104）上の一部は表面に形成された酸化膜306が除去され、露出したシリコン表面には電極パッド308（前記電極パッド115、116、117や前記電極パッド207〜211）が形成される。

工程１２（図3（l））:
この酸化膜306上に調整素子となる圧電素子の裏面側の電極となる金属薄膜310をスパッタ法によりマスク成膜する。

工程１３（図3（m）〜図3（o））:
次に、圧電素子311をイオンビームスパッタ法等の成膜方法により成分調整しながら成膜し（図３（m））、その表面側に電極間の絶縁層として酸化膜312をスパッタ法によりマスク成膜する（図３（n））。そして、圧電素子311の表面から酸化膜312上にかけて金属薄膜313 をスパッタ法によりマスク成膜する（図３（o））。

［２］実施の形態２
調整構造体ついての例を図4を用いて説明する。
ねじり梁401と上部枠体402の間には、ねじり梁401からY字型に分岐した2本の調整梁403、404が同様の貫通エッチングにより一体形成されている。調整構造体としての調整梁403、404はねじり梁の振動時の変形に影響を受けないような幅、厚さで形成されており、さらに2本の調整梁間を交差するように連結して固定梁412が設けられている。固定梁412は調整梁についてねじり剛性を強化する。

また、調整梁403、404とねじり梁401の表面には酸化膜が形成され、酸化膜を介して絶縁分離された調整梁403、404の表面には梁の長さ方向に圧電素子405、406が形成されている。圧電素子405、406はねじり梁401の弾性係数を調整する構造体として機能する。

調整梁403、404に続く部分の枠体上にも酸化膜が形成されその表面には圧電素子の表面側と裏面側から酸化膜によって絶縁分離されて引き出された電極パッド407、408と電極パッド409、410が形成されている。

また、枠体の一部から酸化膜が除去されその部分には電極パッド411が枠体を構成するシりコン上に直接形成されている。なお、それぞれの電極パッドの構成については図2（b）に示した断面図と同様であるのでここでは説明を省略する。

圧電素子406の表面、裏面から引き出された電極パッド410、408間に電圧を印加すると、圧電素子は調整梁404と平行方向にその長さが変化する。このとき調整梁404は固定梁412により同様の動作をするもう一方の調整梁403と連結されているので、ねじり梁の振動時のねじり変形に対して、調整構造体として十分な剛性を持つことができる。

［３］実施の形態３
調整構造体ついての例を図5を用いて説明する。
ねじり梁501と上部枠体502の間には、ねじり梁から分岐した3本の調整梁503、504、511が同様の貫通エッチングにより一体形成されている。調整構造体としての調整梁503、504、511は、ねじり梁の振動時の変形に影響を受けないような幅、厚さで形成されている。 調整梁503、504、511と交差（本例では直交）するように設けられた固定梁550は図4の例における固定梁412に相当し、調整梁503、504、511に対するねじり剛性を強化する。

また、調整梁503、504、511とねじり梁501の表面には酸化膜が形成され、酸化膜を介して絶縁分離された調整梁503、504、511の表面には梁の長さ方向に圧電素子505、506、512が形成されている。圧電素子505、506、512はねじり梁501の弾性係数を調整する構造体として機能する。

調整梁503、504、511に続く部分の枠体上にも酸化膜が形成されその表面には圧電素子の表面側と裏面側から酸化膜によって絶縁分離されて引き出された電極パッド507、508と電極パッド509、510、513、514が形成されている。また、枠体の一部から酸化膜が除去されその部分には電極パッド515が枠体を構成するシリコン上に直接形成されている。なお、それぞれの電極パッドの構成については図2（b）の断面図と同様であるのでここでは説明を省略する。

圧電素子506の表面、裏面から引き出された電極パッド510、508間に電圧を印加すると、圧電素子は調整梁504と平行方向にその長さが変化する。圧電素子505、512についても同様にして変位させると、3本の調整梁の長さが同時に変化し、ねじり梁501への内部応力の変化を増大させることができ、調整できる周波数範囲を広げることができる。

［４］実施の形態４
調整構造体ついての例を図6を用いて説明する。
調整梁604の表面側と裏面側の両方に酸化膜601、602が形成され、その表面側の酸化膜601の一部が除去された部分に調整梁、ねじり梁を経てミラー基板に電圧を印加するための電極パッド603が形成されている。

酸化膜601、602上には圧電素子605 、606 の裏面側から引き出された電極パッド607、608が形成されておリ、さらにそれぞれの電極パッドの引き出し部上には酸化膜609、610が形成され、酸化膜609、610上には圧電素子605、606の表面側から引き出された電極パッド611、612が形成されている。

それぞれの圧電素子605、606の表面、裏面から引き出された電極パッド607と電極パッド611、電極パッド608と電極パッド612の間に電圧を印加すると、圧電素子は調整梁604と平行方向にその長さが変化する。

［５］実施の形態５
調整構造体ついての例を図7を用いて説明する。
ねじり梁701と上部枠体702の間には、ねじり梁からY字型に分岐した2本の調整梁703、704が同様の貫通エッチングにより一体形成されている。調整梁703 、704 は、ねじり梁の振動時の変形に影響を受けないような幅、厚さで形成されている。

また、調整梁703、704とねじり梁701の表面には酸化膜が形成され、酸化膜を介して絶縁分離された調整梁703、704の表面には梁の長さ方向に枠体712上まで延長した長さで圧電素子705、706が形成されている。

調整梁703、704に続く部分の枠体上にも酸化膜が形成され、その表面には圧電素子の表面側と裏面側から酸化膜によって絶縁分離されて引き出された電極パッド707、708と電極パッド709、710が形成されている。また、枠体の一部から酸化膜が除去されその部分には電極パッド711が枠体を構成するシリコン上に直接形成されている。圧電素子706の表面、裏面から引き出された電極パッド710、708間に電圧を印加すると圧電素子は調整梁704と平行方向にその長さが変化する。

［６］実施の形態６
振動ミラー装置を減圧容器内に収容する例を図8、図9により説明する。減圧容器はミラー基板901で偏向した光ピームの透過部902が設けられたカバー903と、ミラー駆動手段950に結線する端子部904が設けられたべース905で構成され、カバー903とべース905は内部を減圧した状態で封止されている。この中には振動ミラー906(これまで説明した各振動ミラーを代表して示す)のほか、光源となるLDチップ907、光源からの光ビームをミラー基板901に向けて折り返すためのミラー908が設置されて振動ミラー装置（光走査装置）が構成されている。

図8、図9に示すように、ベース905上には、ミラー駆動手段950が配置されていて、図2（a）に示した如き固定電極212、213及び可動電極214、215がそれぞれミラー駆動手段950と電気的に連結されている。ミラー駆動手段950は固定電極212、213と可動電極214、215間に駆動電圧を印加する。ミラー駆動手段950への電源供給は前記したように端子部904を介して行われる。

［７］実施の形態７
以上に説明した本発明の振動ミラー（図1乃至図7）や光走査装置（図8、図9）は写真印刷方式のプリンタや複写機などの画像形成装置のための光書込装置の構成部材として最適である。次にそのような画像形成装置の一例について図10を参照して説明する。

図10において、光書込装置1001はレーザビームを被走査面に出射して画像を書き込む。
符号1002は光書込装置1001による走査対象としての被走査面を提供する像担持体としての感光体ドラムを示す。

光書込装置1001は、記録信号によって変調された1本又は複数本のレーザビームで感光体ドラム1002の表面（被走査面）を同ドラムの軸方向に走査するものである。

感光体ドラム1002は矢印1003方向に回転駆動され、帯電手段1004により帯電された表面に光走査装置1001により光走査されることによって静電潜像を形成される。この静電潜像は現像手段1005でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写手段1006で記録紙1007に転写される。

転写されたトナー像は定着手段1008によって記録紙1007に定着される。感光体ドラム1002の転写手段1006対向部を通過した感光体ドラムの表面部分はクリーニング部1009で残留トナーを除去される。なお、感光体ドラム1002に代えてべルト状の感光体を用いる構成も可能である。また、トナー像を記録紙以外の転写媒体に一旦転写し、この転写媒体からトナー像を記録紙に転写して定着させる構成とすることも可能である。

光書込装置1001は記録信号によって変調された1本又は複数本のレーザビームを発する光源部1020と、光源を変調する光源駆動手段1500と、これまで説明した振動ミラーを代表して示した振動ミラー1021と、この振動ミラー1021のミラー基板のミラー面に光源部1020からの、記録信号によって変調されたレーザビーム（光ビーム）を結像させるための結像光学系1022と、ミラー面で反射された1本又は複数本のレーザビームを感光体ドラム1002の表面（被走査面）に結像させるための手段である走査光学系1023などから構成される。振動ミラー1021は、その駆動のための集積回路1024とともに回路基板1025に実装された形で光書込装置1001に組み込まれている。

なお、光書込装置1001において、走査光学系1023よりも光路上、光源寄りの光学部材構成を前記図8、図9で説明した如き光走査装置で置き換えて構成することもできる。何れにしても、本発明にかかる振動ミラーを用いる構成となるので、その特質から得られる利点を有することはいうまでもない。

本発明による振動ミラー1021は前述のように共振周波数の安定性の面で有利であるほか、回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置の省電力化に有利である。振動ミラー1021のミラー基板の振動時の風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、画像形成装置の静粛性の改善に有利である。光走査装置1021は回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、振動ミラー1021 の発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、したがって画像形成装置の小型化に有利である。

なお、記録紙1007の搬送機構、感光体ドラム1002の駆動機構、現像手段1005 、転写手段1006などの制御手段、光源部1020の駆動系などは、従来の画像形成装置と同様でよいため図中省略されている。

以上に説明した振動ミラーは、ねじり梁を回転軸として往復振動され光源からの光ビームを偏向するミラー基板を有し上記ねじり梁に調整構造体（調整梁）を介して結合してミラー基板を支持する枠体とねじり梁とミラー基板とを単一の基板を貫通して一体形成した振動ミラーであって、上記ねじり梁と枠体との間にねじり梁の弾性係数を調整する構造体を配置し、弾性係数を調整する構造体をねじり梁の外部に形成されるためねじり梁のねじり振動の影響を受けず、共振周波数を調整する機能を安定して維持することができる。

前記各実施の形態例において、少なくとも図１、図２、図４、図５、図７に示した例では、前記ねじり梁の弾性係数を調整する構造体が、ねじり梁から枠体に向けて少なくとも2本以上の複数に分岐した梁構造をなし、その一部にねじり梁と平行方向の長さを変化させるための調整素子が成形されていて、弾性係数を調整する構造体が分岐した梁により面構造でねじり梁を支持するので、ねじり梁の振動時のねじり変形に影響を受けず、共振周波数を調整する機能を安定して維持することができる。

また、図１、図２、図４、図５、図７に示した例では、前記調整素子がミラー基板に対し対称位置の少なくとも2ケ所以上に形成されていて、ミラー基板に対称に応力が作用するため、ミラー基板の光軸ずれがなく高精度の光走査が実現できる。

また、図１、図２、図４、図５、図７に示した例では、前記調整素子がねじり梁に対し対称位置の少なくとも2ケ所以上に形成されていて、ミラー基板を支持する梁に対称に応力が作用するためミラー基板の光軸ずれがなく高精度の光走査が実現できる。

また、図６に示した例では、前記調整素子がミラー基板の厚さ方向に対し対称位置の少なくとも2ケ所以上に形成されていて、ミラー基板を支持する梁の厚さ方向に対称に応力が作用するため、ミラー基板の光軸ずれがなく高精度の光走査が実現できると同時に広く調整範囲を設定することができる。

また、図2、図4、図5、図7などに示したように、前記調整素子（圧電素子205、206、405、406、505、506、512）がねじり梁の弾性係数を調整する構造体から枠体にかけて連続して形成するという簡易な構成でねじり梁の弾性係数を効果的に調整できる利点がある。

また、図３で例示したように、ミラー基板とねじり梁と枠体とねじり梁の弾性係数を調整する構造体がシリコンによる一体成形からなる振動ミラーにおいては構造が簡単で接合部分もないため低コストで信頼性が高い共振周波数調整機能が実現できる。

また、前記した振動ミラーについて、振動ミラーの共振周波数検出手段を備え、共振周波数が一定となるよう上記調整素子を例えば、圧電素子への印加電圧を変えることにより制御する等の制御をするときには、ねじり梁のねじり剛性を時間軸上で連続的に変化させることができるので、応答性が速く高精度の共振周波数の調整が可能となる。

また、図８で説明したように、振動ミラーとミラー駆動手段とを、ミラー基板で偏向した光ビームの透過部と、ミラー駆動手段に結線する端子部とを具備する減圧容器内に収容している振動ミラーにおいては、空気の粘性抵抗がないため、振動ミラーについて大きな振れ角を得ることができる。

また、図10における光書込装置では、本発明の振動ミラーと振動ミラーの振幅に対応して、前記光源を変調する光源駆動手段と、前記ミラー面で反射された光ビームを被走査面に結像させるための手段とを有し、振動ミラーの共振周波数が安定して維持されているので、安定した書き込みを行なうことができる。

また、図10における画像形成装置では、本発明の振動ミラーと、記録信号によって変調された光ビームを前記振動ミラーのミラー基板のミラー面へ入射させるための手段と、前記ミラー面で反射された光ビームを結像させるための手段と、前記記録信号にしたがった静電潜像が結像される像担持体と、静電像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段を有し、振動ミラーの共振周波数が安定して維持されるので、高品質な画像作成を行なうことができる。

図１（ａ）は本発明にかかる振動ミラーの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の断面図である。 図２（ａ）は本発明にかかる振動ミラーの部分平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の断面図である。 図３（ａ）〜（ｏ）は、振動ミラーの製造工程を説明した基板の断面図である。 本発明にかかる振動ミラーの部分平面図である。 本発明にかかる振動ミラーの部分平面図である。 本発明にかかる振動ミラーの断面図である。 本発明にかかる振動ミラーの部分平面図である。 本発明にかかる振動ミラー装置を収容する減圧容器の分解斜視図である。 本発明にかかる振動ミラー及びミラー駆動手段を取り出して説明した斜視図である。 本発明にかかる振動ミラーを用いる画像形成装置の構成図である。

符号の説明

２０１ ねじり梁
２０２ 上部枠体
２０３、２０４ （ねじり梁の弾性係数を調整する構造体としての）調整梁
２０５、２０６ （ねじり梁の弾性係数を調整する構造体としての）圧電素子

Claims (12)

1. ねじり梁を回転軸として往復振動され光源からの光ビームを偏向するミラー基板を有し、前記ねじり梁に結合してミラー基板を支持する枠体とねじり梁とミラー基板とを単一の基板を貫通して一体形成した振動ミラーであって、前記ねじり梁と枠体との間にねじり梁の弾性係数を調整する構造体を配置したことを特徴とする振動ミラー。
2. 請求項１記載の振動ミラーにおいて、
   前記ねじり梁の弾性係数を調整する構造体が、圧電素子を含むことを特徴とする振動ミラー。
3. 請求項１又は２記載の振動ミラーにおいて、
   前記ねじり梁の弾性係数を調整する構造体が、ねじり梁から枠体に向けて少なくとも２本以上の複数に分岐した梁構造をなし、その一部にねじり梁と平行方向の長さを変化させるための調整素子が成形されていることを特徴とする振動ミラー。
4. 請求項３記載の振動ミラーにおいて、
   前記調整素子がミラー基板に対し対称位置の少なくとも２ケ所以上に形成されていることを特徴とする振動ミラー。
5. 請求項３記載の振動ミラーにおいて、
   前記調整素子がねじり梁に対し対称位置の少なくとも２ケ所以上に形成されていることを特徴とする振動ミラー。
6. 請求項３記載の振動ミラーにおいて、
   前記調整素子がミラー基板の厚さ方向に対し対称位置の少なくとも２ケ所以上に形成されていることを特徴とする振動ミラー。
7. 請求項３記載の振動ミラーにおいて、
   前記調整素子がねじり梁の外から枠体にかけて連続して形成されていることを特徴とする振動ミラー。
8. 請求項３記載の振動ミラーにおいて、
   ミラー基板と、ねじり梁と、枠体と、ねじり梁の弾性係数を調整する構造体、がシリコンによる一体成形からなることを特徴とする振動ミラー。
9. 請求項３記載の振動ミラーにおいて、
   振動ミラーの共振周波数検出手段を備え、共振周波数が一定となるよう前記調整素子を制御することを特徴とする振動ミラー。
10. 振動ミラーと振動ミラー駆動手段とを、ミラー基板で偏向した光ビームの透過部及びミラー駆動手段に結線する端子部とを具備する減圧容器内に収容した光走査装置であって、
    前記振動ミラーが請求項１乃至９の何れかに記載の振動ミラーであることを特徴とする光走査装置。
11. 振動ミラーと、該振動ミラーの振幅に対応して、前記光源を変調する光源駆動手段と、前記振動ミラーのミラー面で反射された光ビームを被走査面に結像させるための手段とを有する光書込装置において、
    請求項１乃至９の何れかに記載の振動ミラー又は請求項１０記載の光走査装置を用いることを特徴とする光走査装置。
12. 振動ミラーと、記録信号によって変調された光ビームを前記振動ミラーのミラー面へ入射させるための手段と、前記ミラー面で反射された光ビームを結像させるための手段と、前記記録信号にしたがった静電潜像が結像される像担持体と、静電像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段を有する画像形成装置であって、
    請求項１０記載の光走査装置又は請求項１１記載の光書込装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
    

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