JP2008170565A - 揺動体装置、及び揺動体装置を用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】揺動体である可動板を可動に弾性支持する支持部上の配線を比較的幅広くした形状でも形成することを可能にした揺動体装置を提供することである。
【解決手段】揺動体装置は、支持基板204と、支持部203と、支持部203によって支持基板204に対して振動可能に支持されている可動板202と、第1の機能を行う第1機能素子205と、第2の機能を行う第2機能素子208とを有する。この揺動体装置において、第1機能素子205に繋がった配線207が、支持部203の第1面に形成され、第2機能素子に繋がった配線210が、第1面に配線207が形成された支持部203の第1面とは異なる第2面に形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、支持部により可動に弾性支持された揺動体である可動板を有する揺動体装置、この揺動体装置を用いた光偏向器、この光偏向器を用いた画像形成装置などに関する。

従来、複写機やレーザビームプリンタ、バーコードリーダ等の光学機器、レーザ光を走査して映像を投影する画像表示装置などの画像形成装置において、光偏向器が用いられている。

一般に、機械的に光走査を行なう光偏向器としては、回転多面鏡からなるポリゴンミラーや揺動型反射鏡からなるガルバノミラーなどが知られている。特に、ガルバノミラータイプにおいては、マイクロメカニクス技術によって、シリコン基板を用いた共振型光偏向器が開発されている。この共振型光偏向器は、小型化、軽量化、低コスト化が期待でき、これを利用した画像表示装置が提案されている。また、共振型光偏向器としては、単一の光偏向器で2次元的に光を偏向走査することもできるジンバル型光偏向器も提案されている。

更に、可動板の偏向角を検出可能な光偏向器も提案されている（特許文献1参照）。図9にその構成例を示す。図9の構成において、図示左側の支持基板101に形成される2個所のパッド107の間に図示しない電源を接続すると、ねじりバネ104上の配線106を介して、可動板102上に形成されたコイル105に電流が流れる。このとき、可動板102の周囲四辺のうち、ねじりバネ104が形成されていない二辺に沿ったコイル105に、図示しない永久磁石などによる外部磁界が作用する。こうして、外部磁界とコイル105の電流の間に働くローレンツ力が駆動力となり、可動板102が揺動する。他方、可動板102の揺動に伴いねじりバネ104に生ずる歪によるピエゾ抵抗体108の抵抗変化が、配線106を介して、図示右側の支持基板101に形成される4個所のパッド107で検出される。これにより、この光偏向器では、偏向角度を検出することが可能である。
特開平11-305162号公報

上記構成の光偏向器の可動板を単一のねじりバネで支持する場合には、ねじりバネの同一面にコイルの配線と、角度検出をするためのピエゾ抵抗素子及びその配線を形成する必要がある。また、上記構成の光偏向器に物理量を検出するセンサなどの機能素子を増加させる場合、ねじりバネを通る配線を増加させる必要がある。

しかしながら、上記の構成の光偏向器では、配線が同一面上にのみ配置されているので配線を増加させることは困難である。また、上記構成の光偏向器では配線が同一面上にのみ配置されているので、ねじりバネを細くする場合、配線の太さを考慮しなければならない。

配線を細くすることで同一面上に配置することもできるが、その結果、配線の抵抗が大きくなり、消費電力が大きくなる。他方、コイルの配線と、ピエゾ抵抗素子及びその配線とを、ねじりバネの同一面上で絶縁層を介して多層に形成することも考えられる。この場合は、配線を太くすることができ、抵抗を小さくすることができるが、多層に配線を作製するために作製工程が増えてしまう。特に、可動板を非共振で動かす場合には、ねじりバネを細くすることは、バネ定数が小さくなって低消費電力駆動を実現するための有効な手段となるので、上記課題を解決することが望まれる。

上記課題に鑑み、本発明の第1のタイプの揺動体装置は、支持基板と、支持部と、前記支持部によって前記支持基板に対して振動可能に支持されている可動板と、第1の機能を行う第1機能素子と、第2の機能を行う第2機能素子とを有する。更に、この揺動体装置において、前記第1機能素子に繋がった配線が、前記支持部の第1面に形成され、前記第2機能素子に繋がった配線が、前記第1面に配線が形成された支持部の前記第1面とは異なる第2面に形成されている。

また、上記課題に鑑み、本発明の第2のタイプの揺動体装置は、可動板と、第1の支持部と、可動板を第1の支持部で第1の振動軸を中心に振動可能に支持するジンバルと、第2の支持部と、ジンバルを第2の支持部で第2の振動軸を中心に振動可能に支持する支持基板と、第1の機能を行う第1機能素子と、第2の機能を行う第2機能素子とを有する。更に、この揺動体装置において、前記第1機能素子に繋がった配線が、前記第1の支持部と前記第2の支持部の少なくとも一方の第1面に形成され、前記第2機能素子に繋がった配線が、前記第1面に配線が形成された支持部の前記第1面とは異なる第2面に形成されている。

本発明の構成で、機能素子に繋がった配線の意味するところは、変位角度センサやコイルの如く機能素子とそれへの配線が明確に分かれている場合は、その配線を指し、ヒーター線の様に配線そのものの一部が機能素子である場合は、機能素子である配線をも指す。

また、上記課題に鑑み、本発明の振動体チップは、上記揺動体装置を有し、揺動体装置が、スペーサを挟んで、電極パッドを形成した支持基板に接合され、電極パッドと揺動体装置の電極パッドとがスペーサを挟んで電気的に繋がっていることを特徴とする。

また、上記課題に鑑み、本発明の光偏向器は、上記揺動体装置または上記振動体チップを有し、可動板が光反射面を有していることを特徴とする。

また、上記課題に鑑み、本発明の画像形成装置は、光源と、結像光学系と、上記光偏向器と、光照射面とを有し、光源からの光を光偏向器により偏向し、この光の少なくとも一部を光照射面上に入射させることを特徴とする。

本発明により、可動板を可動に弾性支持する支持部（梁状のねじりバネなど）が比較的細い場合や、可動板を単一の支持部で支持する場合に、異なる機能素子の配線を支持部の同一面上に支障なく配置するのは容易ではないといった問題を、次の如く解決できる。すなわち、異なる機能素子の配線を支持部の異なる面すなわち比較的離れた個所に設けることで、少なくとも、夫々の配線を比較的幅広く作製できる様にし、その結果、配線の抵抗を小さくできる。また、支持部を比較的細くすることも可能となる。

以下、本発明の揺動体装置の実施形態を説明する。
本発明の第1のタイプの実施形態は、平板状の可動板と、支持基板に対して可動板を振動自在に弾性支持する梁状のねじり梁や曲がり梁などの支持部と、第1の機能を行う第1機能素子と、第2の機能を行う第2機能素子とを有する。ここにおいて、機能素子の配置個所は問わないが、第1機能素子に繋がった配線は、少なくとも支持部の第1面に形成され、第2機能素子に繋がった配線は、少なくとも前記第1機能素子に繋がった配線が形成された支持部の第1面とは異なる第2面に形成される。

機能素子としては、検出対象となる検出物理量を電気信号に変換して出力する物理量測定センサなどのセンサ、支持部を介して支持基板に対して可動板を振動させるアクチュエータ、梁状の支持部の温度を調節するヒーターなどがある。検出物理量としては、振動する可動板の変位角度、外部から可動板に加わる加速度、測定対象の電位などがある。変位角度センサの場合、このセンサからの信号に基づいて、例えば、可動板が所定の態様で振動する様に、可動板を振動させるアクチュエータをフィードバック制御したり、別に設けられたヒーターを制御したりする。変位角度センサとしては、後述するピエゾ抵抗素子や、コイルが挙げられる。加速度センサの場合、このセンサからの信号に基づいて、可動板が静止している状態で可動板に加わる加速度を検知する。電位センサの場合、測定対象に対向して配置される可動板上の検知電極を含むセンサからの信号に基づいて、対象の電位を測定する。この場合、電位測定時において、通常、可動板は所定の態様でアクチュエータにより振動させられる。よって、この所定の態様の振動を維持するために、変位角度センサを更に設けることもできる。

支持部は、支持基板と可動板間に渡って伸びて、伸長方向に垂直なその断面が、例えば、複数の直線ないし曲線で画成される多角形ないし多角形的な形状を有する。そして、上記第1面は、そのうちの1つの線に係る面であり、上記第2面は、他の線に係る面である。夫々の面に、夫々の機能素子の配線が形成されるので、配線を比較的余裕をもって幅広く作製できることになる。支持部は、典型的には、断面のサイズに比して比較的長く伸びる梁状の形態を有する。支持部の断面形状は、如何なるものでもよく、典型的には、上述した四角形などの多角形であるが、X、H、V字形状などであってもよい。支持部の断面形状が、円形や楕円形の様に1つの曲線で画成される場合には、夫々の機能素子の配線は、断面の中心の回りにおいて角度的に比較的大きく離れた個所に形成すればよい。

可動板と支持部と支持基板の配置関係については、典型的には、後述する第1実施例で説明する様に、単一の支持部で可動板が支持基板に可動に支持されるが、次の様な配置関係でもよい。例えば、一対の支持部で可動板が支持基板に可動に支持されるもの、複数の支持部と複数の可動板が直列的に交互に繋がっていて、各可動板が支持基板に対して可動に支持されるものでもよい。また、可動板の振動形態ついては、支持部が梁状のねじり梁である場合は、可動板は、ねじり梁の伸長方向に伸びるねじり軸（後述する図1(a)の構成におけるねじり軸240の如き軸）の回りでねじり振動する。これに対して、支持部が曲がり梁である場合は、可動板は、曲がり梁の伸長方向に対してほぼ直角に伸びる軸（後述する図1(a)の構成における軸250の如き軸）の回りで撓み振動する。

また、本発明の第2のタイプの実施形態は、可動板と、ジンバルに対して可動板を可動に弾性支持する第1の支持部と、支持基板に対してジンバルを可動に弾性支持する第2の支持部と、第1の機能を行う第1機能素子と、第2の機能を行う第2機能素子を有する。可動板は平板状などであり、ジンバルは枠状などであり、支持部は梁状のねじり梁や曲がり梁などである。ここにおいても、機能素子の配置個所は問わないが、第1機能素子に繋がった配線は、第1の支持部と第2の支持部の少なくとも一方の第1面に形成され、第2機能素子に繋がった配線は、該少なくとも一方の第1面とは異なる第2面に形成される。

第2のタイプの実施形態でも、可動板とジンバルと支持部と支持基板の配置関係については、典型的には、後述する第2実施例で説明する様に、一対の支持部で可動板がジンバルに可動に支持され、他の一対の支持部でジンバルが支持基板に可動に支持される。しかし、次の様な配置関係でもよい。例えば、可動板の周りに複数のジンバルが入れ子式に配置される形態も可能である。例えば、一対の支持部で可動板が第1のジンバルに可動に支持され、他の一対の支持部で第1のジンバルが第2のジンバルに可動に支持され、更なる他の一対の支持部で第2のジンバルが第3のジンバル又は支持基板に可動に支持されるといった形態である。

要するに、本発明は、複数の機能素子を有する揺動体装置であって、それら機能素子への配線がいずれか同一の支持部に形成される必要がある揺動体装置であれば、どの様なものにでも適用できる。

上記構成において、アクチュエータは、例えば、電磁コイルと永久磁石とで構成され、コイルが可動板またはジンバル上に配置される。アクチュエータとしては、一方が可動板に形成され、他方が可動板に対向する固定側に形成される電極対を用いる静電方式のものを用いることもできる。また、可動板、或いは支持部、或いは支持基板に設けられた振動源の圧電素子を用いる圧電式のアクチュエータを用いることもできる。

何れの方式にせよ、アクチュエータなどの機能素子は、可動板と支持部の少なくとも一方に配置されたり、可動板とジンバルと第1及び第2の支持部のうちの少なくとも1つに配置されたりする。

上記実施形態によれば、異なる機能素子の配線を支持部の異なる面すなわち比較的離れた個所に設けることで、夫々の配線を比較的幅広く作製できる様になり、その結果、配線の抵抗を小さくできる。また、支持部を比較的細くすることも可能となる。こうして、例えば、所望の物理量を検出するセンサと可動板駆動用アクチュエータが同一基板上に構成される揺動体装置において、梁状の支持部上の配線の上記問題を解決できる。他にも、配線間のクロストークの防止、配線の断線防止、配線の作製し易さなどの点でも、効果を発揮する。

次に、図面を用いて、より具体的な実施例を説明する。

（第1実施例）
第1実施例は、所望の物理量を検出するセンサ（第1機能素子）の配線と可動板駆動用アクチュエータ（第2機能素子）の配線を支持部の梁203の異なる面に夫々作製している揺動体装置201である。図1(ａ)、(ｂ)は、本実施例の揺動体装置201を説明するための構成図である。

図1(ａ)は、本実施例の可動板201等の第1面を示す斜視図である。可動板201に関して、支持基板204は可動板202を、梁203によって、振動自在に弾性支持している。可動板202、梁203、支持基板204は、単一の単結晶シリコン基板を半導体プロセスで加工することで、一体的に形成されている。可動板202と梁203の第1面の一部には、所望の検出物理量を測定するセンサ205が配置されている。センサ205で検出した所望の物理量は電気信号に変換され、配線207を介して検出用電極パッド206から検出することができる。センサ205は、例えば、梁203のねじり角検出のための角度センサであり、この場合はピエゾ抵抗素子を用いることができる。

図1(ｂ)は、上記第1面と反対側の可動板201等の第2面の斜視図である。支持基板204が可動板202を、梁203によって、振動自在に弾性支持する様子は上記と同じである。可動板202の第2面にはアクチュエータのコイル208が配置されている。ここでは、アクチュエータは、コイル208と永久磁石（図示せず）である。コイル208の配線210は、梁203の第2面に配置され、駆動用電極パッド209から駆動電流信号が入力される。

コイル208に駆動用電極パッド209から駆動電流信号を印加することで発生する磁場と永久磁石の磁場とが相互作用することで、電磁力により可動板202は振動させられる。梁203が梁状のねじり梁である場合、可動板201は、梁203の伸長方向に伸びる軸240の回りでねじり振動する。梁203が曲がり梁である場合、支持基板204との接合部に近い根元部においてほぼ梁203の伸長方向に直角に伸びる軸250の回りで、可動板201は振動する。コイルの最内周からの配線の取り出し部の下には、外周コイルとの電気的な接続を避けるために、中間絶縁層（図示せず）が形成されている。中間絶縁層には、例えば、ポリイミドを用いることができる。

本実施例により、梁203の第1面の配線207と第2面の配線210が異なる面にあるため、夫々の配線を幅広く作製することができ、配線の抵抗を小さくすることができる。

図2(ａ)、(ｂ)は、第1実施例の変形例の可動板等を説明するための構成図である。図2(ａ)は可動板1002等の第1面の斜視図である。この変形例において、支持基板1004は、支持部であるねじりバネ1003によって可動板1002をねじり振動自在に弾性支持している。ここでは、ねじりバネ1003の第1面のみに、可動板1002の変位角度を検出するための角度センサとしてピエゾ抵抗素子1005が配置されている。これにより、ねじりバネ1003で生じる歪によるピエゾ抵抗素子1005の抵抗変化を、配線1007を介して検出用電極パッド1006から検出することができる。ここでは、ピエゾ抵抗素子1005から4つの配線1007が伸び出している。可動板1002の第1面は、光を反射するための光反射面を備えており、本実施例の揺動体装置1001は光偏向器として用いることができる。

図2(ｂ)は、上記第1面と反対側の可動板1002等の第2面の斜視図である。可動板1002の第2面には、可動板1002を駆動するためのアクチュエータのコイル1008が配置されている。コイル1008の配線1010は、ねじりバネ1003の第2面に形成され、駆動用電極パッド1009から駆動信号が入力される。コイル1008に駆動用電極パッド1009から駆動電流信号を印加することで発生する磁場と永久磁石（図示せず）の磁場が作用し、この電磁力により可動板1002はねじり振動させられる。

この変形例においても、ねじりバネ1003の第1面の配線1007と第2面の配線1010が異なる面にあるため、夫々の配線を幅広く作製することができ、配線の抵抗を小さくすることができる。この変形例では、角度センサであるピエゾ抵抗素子1005をねじりバネ1003上のみに配しているが、角度センサを可動板1002の第1面のみに作製することもできる。これにより、振動している時の可動板1002の動たわみから、変位角度（偏向角度）を検出することもできる。その他の点は上記第1実施例と同様である。

（第2実施例）
図3(ａ)、(ｂ)は、本発明の第2実施例の可動板等を説明するための構成図である。図3(ａ)は本実施例の揺動体装置301の可動板302等の第1面の斜視図である。本実施例では、ジンバル304が、第1のねじりバネ303によって、可動板302をねじり振動自在に弾性支持している。ここでは、正弦波の共振駆動を行う。支持基板306は、第2のねじりバネ305によって、ジンバル304をねじり振動自在に弾性支持している。ここでは、非共振駆動を行う。可動板302とジンバル304の振動軸（夫々一対のねじりバネ303、304を結んで形成される直線状の軸である）は互いに直交している構造となっている。これにより、可動板302に所望の2次元的な振動をさせることができる。

本実施例において、ジンバル304を低消費電力で非共振振動させるためには、第2のねじりバネ305を細くする必要があるが、後述する配線308a、308bと配線311a、311bの設け方により、それが可能になっている。また、可動板302の第1面は、光を反射するための光反射面を備えており、揺動体装置301は光偏向器として用いることができる。

ジンバル304のねじれ角度を検出するためのピエゾ抵抗素子309bは、図3(ａ)の左側の第2のねじりバネ305の第1面に配置されている。ここからの信号は、配線308bを介して、図示左側の支持基板306上の検出用電極パッド307bから検出できる。また、揺動する可動板302のねじれ角度を検出するためのピエゾ抵抗素子309aは、図3(ａ)の上側の第1のねじりバネ303の第1面に配置されている。ここからの信号は、第1のねじりバネ303とジンバル304と第2のねじりバネ305上の配線308aを介して、図3(ａ)の右側の支持基板306の検出用電極パッド307aから検出することができる。

図3(ｂ)は、本実施例の可動板302等の第2面の斜視図である。ジンバル304を駆動するためのアクチュエータのコイル310bは、ジンバル304の第2面に配置されており、配線311bを介して、図3(ｂ)の左側の支持基板306の駆動用電極パッド312bから駆動電流信号が入力される。可動板302を駆動するためのアクチュエータのコイル310aは、可動板302の第2面に配置されており、配線311aを介して、図3(ｂ)の右側の支持基板306の第2面の駆動用電極パッド312aから駆動電流信号が入力される。

2軸駆動の光偏向器では1軸駆動ものと比べて配線が多くなるため、角度検出用センサの配線と駆動用アクチュエータのコイルの配線をねじりバネの同一面に作製するのは困難となる。本実施例によれば、揺動体装置301において、ピエゾ抵抗素子309a、309bの配線308a、308bとコイル310a、310bの配線311a、311bを夫々ねじりバネ303、305の異なる面に作製している。その結果、本実施例でも、夫々の配線を幅広く作製することができ、配線の抵抗を小さくすることができる。

（第3実施例）
図4は本発明の第3実施例の可動板等を説明するための構成図である。第3実施例の揺動体装置401の第1面は、図3(ａ)に示す第2実施例の第1面と同様である。

本実施例では、ジンバル404が、第1のねじりバネ403によって、可動板402をねじり振動自在に弾性支持し、支持基板406が、第2のねじりバネ405によって、ジンバル404をねじり振動自在に弾性支持している。第3実施例の揺動体装置401の第2面に関しては、図4に示す様に、駆動用アクチュエータのコイル409がジンバル404の第2面だけに形成される。揺動体装置401を所望の態様で2次元走査するためには、コイル409に、例えば、可動板402をジンバル404に対して振動させるための正弦波を印加すると共に、ジンバル404を支持基板406に対して振動させるための鋸波を印加する。この様な2つの駆動電流信号を駆動用電極パッド407から重畳して印加することにより、可動板402を2次元的に振動させることが可能となる。

本実施例の揺動体装置401においても、角度検出のためのピエゾ抵抗素子の配線とコイル409の配線408とを夫々ねじりバネ405の異なる面に作製している。これにより、夫々の配線を幅広く作製することができ、配線の抵抗を小さくすることができる。

（第4実施例）
図5は、本発明の第4実施例である揺動体装置501のチップを説明するための構成図である。図5は、第1実施例の揺動体装置201（図5中では揺動体装置501）がスペーサ504を挟んで固定基板505に固定されているチップ状態の断面図を示す。

揺動体装置501の駆動用電極パッド502bと支持基板505の電極パッド503とは、スペーサ504を挟んで、接続・固定されている。スペーサ504は、ボールハンダや導電性接着剤などの導電体バンプで構成されており、駆動用アクチュエータの配線と繋がった電極パッド502bと電極パッド503を電気的に接続し、電極パッド503より駆動電流信号を印加することができる。スペーサ504によって、揺動体装置501の可動板を支持基板505と接触せずにねじり振動自在に揺動させることができる。尚、図5において、センサの配線と繋がった電極パッド502aは、例えば、ボンディングワイヤを介して外部の回路に接続される。

本実施例により、揺動体装置501の上下の配線による実装の煩雑さを低減することができる。

（第5実施例）
図6は、本発明の第5実施例である揺動体装置601のチップを説明するための構成図である。図6は、第2実施例の揺動体装置301（図6中では揺動体装置601）がスペーサ604aと604bを挟んで固定基板605に固定されているチップ状態の断面図を示す。揺動体装置601は第2実施例の揺動体装置301と同じものである。

揺動体装置601の駆動用電極パッド603aと603bと支持基板605の電極パッド606aと606bは、夫々、スペーサ604aと604bを挟んで、接続・固定されている。スペーサ604aと604bは、導電体バンプで構成されており、駆動用電極パッド603aと603bと電極パッド606aと606bを電気的に接続し、電極パッド606aと606bより駆動電流信号を印加することができる。スペーサ604aと604bによって、揺動体装置501の可動板を支持基板605と接触せずにねじり振動自在に揺動させることができる。尚、図6においても、センサの配線と繋がった電極パッド602aと602bは、例えば、ボンディングワイヤを介して外部の回路に接続される。

本実施例においても、可動板601の上下の配線による実装の煩雑さを低減することが可能となる。

（第6実施例）
図7(ａ)、(ｂ)、(ｃ)は本発明の第6実施例の揺動体装置である光偏向器を示す上面図である。図7(ａ)は振動系160、図7(ｃ)は振動系160を保持する固定体150と駆動手段を示している。図7(ａ)に示す様に、本実施例の光偏向器の振動系160は、第1可動板11、第2可動板（ジンバル）13に対し第1可動板11を連結して弾性支持する第1ねじりバネ12、支持基板15に対し第2可動板13を弾性支持する第2ねじりバネ14を含む。加熱素子であるヒーター線20は、第1ねじりバネ12と第2ねじりバネ14の図7(ａ)で示す第1面上に形成されている。また、ヒーター線20は電極パッド154ａ、154bを介して制御回路に接続される。

この第1及び第2の可動板11、13は、ねじり軸17を中心として駆動手段によりねじり振動する。ここで、振動系160は、半導体製造プロセスで一般的に行われるフォトリソグラフィとドライエッチングにより単結晶シリコン基板から一体的に形成されている。したがって、加工精度が高く、非常に小型の振動系を形成することが可能となる。また、単結晶シリコンはヤング率が高く、密度が小さいため、可動板の自重による変形が少なく、共振時の振幅増幅率が高い振動系を形成できる。ここでは、第1可動板11は、ねじり軸17に垂直方向のサイズが3ｍｍ、平行方向のサイズが1ｍｍであり、第1ねじりバネ12は長さ1．3ｍｍ、第2ねじりバネ14は長さ6ｍｍであり、振動系160の全長は約20ｍｍである。

第1可動板11は、2本で一対の第1ねじりバネ12によって両持ち支持されている。第1可動板11には反射面22が形成されるため、駆動時の平坦性が特に重要であるが、2本で一対のねじりバネで支持されることにより、1本の場合と比べ、自重による変形を抑え、平坦性を良好に保つことができる。同様に、第2可動板13も、2本で一対の第2ねじりバネ14によって両持ち支持されている。これにより、振動系160が、ねじり軸17回りのねじり振動以外の不要な振動・変位を生じにくい構造とできる。

上述した様に、第1可動板11は、光を偏向するための光偏向子である反射面22を有しており、第1可動板11のねじり振動によって、光源（不図示）からの光を偏向走査する。反射面22の材料はアルミニウムで、真空蒸着で成膜されている。反射面は別の材質、例えば金、銅等でもよく、その最表面に保護膜が形成されてもよい。

図7(ｃ)は、本実施例の固定体150と駆動手段を示している。図示の様に、本実施例の駆動手段は、第2可動板13に接着された2つの永久磁石151と固定体150に固定された固定コイル152によって構成されている。永久磁石151は、長さ約1ｍｍ、断面150μｍ×150μｍの角柱の金属磁石である。各永久磁石151の着磁方向は、同じ態様で長手方向（ねじり軸17とほぼ直角な方向）であり、これを接着剤により第2可動板13に固定する。固定体150は、振動系160・永久磁石151と固定コイル152の位置を適切に保持している。ここでは、固定体150の材質は、アルミニウムである。この材質は、一般的な他の金属材料、例えば、鉄を含む合金、銅を含む合金で形成することもできる。固定コイル152に駆動用の交流電流を通電することにより、図7(ｃ)の紙面にほぼ垂直な方向に磁場が発生される。この磁場が永久磁石151に作用して、ねじり軸17回りのトルクが発生し、可動板11、13を駆動できる。

一方、図7(ｃ)に示す様に、支持基板15は、斜線部の接着部分155においてのみ固定体150へ固定されている。図7(ｃ)に示す様に、2本ある第2ねじりバネ14のうちの1本の根元部に近い所にのみ、支持基板15の固定体150への接続部分155がある。したがって、振動系160は、固定体150に対して片持ち梁状に構成されている。この片持ち梁構造により、固定体150からねじりバネへの軸方向応力を減ずることができる。

また、本実施例は、図7(ａ)に示す様に、第1のヒーター線20、第2のヒーター線21の2つの加熱素子を有している。これら2つのヒーター線の夫々には、独立に発熱量が制御可能な様に第1、第2電極パッド154ａ、154ｂが設けられていて、夫々の制御回路に接続されている。

第1のヒーター線20は、第1電極パッド154ａ、第2ねじりバネ14、第2可動板13、第1ねじりバネ12上を通過する様に設置されている。一方、第2のヒーター線21は、第2電極パッド154ｂ、第2ねじりバネ14、第2可動板13を通過する様に設置されている。第1のヒーター線20は、第1ねじりバネ12を加熱することができるように、図7(ｂ)に示すように第1ねじりバネ12上で折り返す構造となっている。また、第1ねじりバネ12の加熱の程度により、第1ねじりバネ12の部分における第1のヒーター線20の抵抗を大きくしてもよい。一方、第2のヒーター線21は、第2ねじりバネ14を加熱することができるように、第2ねじりバネ14の部分で抵抗が大きくなるように形成されている。この構成により、第1のヒーター線20は第1ねじりバネ12を加熱することができ、また、第2のヒーター線21は第2ねじりバネ14を加熱することができる。したがって、夫々のヒーターを独立に制御することにより、第1及び第2ねじりバネの温度を独立に調節することが可能となる。

本実施例では、夫々のねじりバネの上記上面に直接ヒーター線20、21が設置されている。よって、固有振動モードの周波数に最も影響する部分を効果的に加熱でき、温度調節のための消費電力を更に小さくできるばかりか、熱容量が小さいため、温度調節時間を短くできる。ここにおいて、振動系160が有する2つの固有振動モードのうち、基本周波数は、第2ねじりバネ14のねじり剛性に、2次の固有振動モードは、第1ねじりバネ12のねじり剛性に大きく影響される性質を有している。したがって、第1ねじりバネ12、第2ねじりバネ14の温度を夫々独立に制御できることにより、本実施例の振動系160が有する駆動に用いる2つの共振周波数を夫々精度良く調整可能となる。

更に、本実施例のねじりバネ12、14の図7で示す面の反対側の面には上記実施例で説明した角度センサであるピエゾ抵抗素子とその配線が形成されている。そして、この変位角度センサからの信号に基づいて、上記可動板が所定の態様で振動する様に、上記ヒーター線を制御する。本実施例においては、加熱素子への通電量を調整して、ジュール発熱量を調整することができるため、ねじりバネ12、14の温度制御を行える。薄膜抵抗による抵抗加熱を用いることで、加熱を非常に簡単な構成で行うことが可能となる。この様に、本実施例でも、機能素子であるヒーター線とピエゾ抵抗素子の配線がねじりバネの異なる面に夫々形成されているので、上記実施例と同様な効果が奏される。

本実施例の振動系160は、上記の様に片持ち梁構造であるので、固定体150からの軸方向応力が減じられている。そのため、第1、第2ねじりバネ12、14のねじり剛性変化は、実質的にヤング率の温度変化のみにしたがった変化となり、夫々ほぼ同じ変化率となる。そして、振動系160の2つの共振周波数（固有振動モードの周波数）の変化についても、温度変化に対して互いにほぼ同じ変化率とできる。したがって、ヒーター線による温度調節によって、2つの共振周波数を同時に同じ割合で変化させられるため、2つの共振周波数を所望の周波数に調整することを容易にできる。同時に、軸方向応力が減じられているため、周波数調整のために振動系160の温度を変化させても、反射面22が形成される第1揺動可動子11は平坦性を保つことができる。

なお、ねじりバネ12、14の反対側の面にはピエゾ抵抗素子とその配線が形成されると述べたが、図3の第2実施例の様に、駆動用アクチュエータのコイルを可動板上に設けて、その配線をねじりバネ12、14の図7で示す面の反対側の面に形成してもよい。こうした構成でも、上記実施例と同様な効果が奏される。

（第7実施例）
図8は、本発明の揺動体装置或いは振動体チップを用いた画像形成装置である画像表示装置を説明するための構成図である。本実施例の画像表示装置では、光源変調駆動部1101からの変調信号1102により、直接変調光源1103の変調を行なう。直接変調光源1103は、赤色、青色、緑色の直接変調可能な光源を用い、これらを混色光学系において混合してもよい。直接変調光源1103からの直接変調された出射光1104は、揺動体装置1105の可動板の反射面に照射される。可動板により偏向された反射光は、補正光学系1106を通って、画像表示面1107上に画像として表示される。補正光学系1106は共振走査による画像のゆがみを補正する光学系である。

出力光1104をラスタ走査することにより、画像表示面1107に画像を表示することができる。本実施例では、揺動体装置1105における配線の問題を解決し、可動板の偏向角度を検出してそれをフィードバック制御することができる。これにより、光源からの光を光偏向器により偏向し、この光の少なくとも一部を光照射面上に入射させる高精細な画像表示装置を実現することができる。

本発明の揺動体装置或いは振動体チップを用いて、光源からの光を光偏向器により偏向し該光の少なくとも一部を光照射面である感光体上に入射させる複写機などの画像形成装置を構成することもできる。

本発明の第1実施例である揺動体装置を示す構成図である。 本発明の第2実施例である揺動体装置を示す構成図である。 本発明の第3実施例である揺動体装置を示す構成図である。 本発明の第4実施例である揺動体装置を示す斜視図である。 本発明の第5実施例である揺動体装置を示す断面図である。 本発明の第6実施例である揺動体装置を示す断面図である。 (ａ)は本発明の第7実施例の揺動体装置である光偏向器を示す上面図であり、(ｂ)はこの光偏向器の第1可動子付近を示す上面図であり、(ｃ)はこの光偏向器の駆動手段を示す上面図である。 本発明の第7実施例である画像形成装置を示す斜視図である。 従来例を示す構成図である。

符号の説明

15、204、306、406、1004 支持基板
11、13、202、302、402、1002 可動板
20、21、207、210、308a、308b、311a、311b、408、1007、1010 機能素子に繋がった配線（ヒーター線）
201、301、401、501、601、1001、1105 揺動体装置（振動体チップ、光偏向器）
12、14、203、303、403、305、405、1003 支持部（梁、ねじりバネ）
205、309a、309b、1005 第1機能素子（センサ、ピエゾ抵抗素子）
208、310a、310b、409、1008 第2機能素子（アクチュエータ、コイル）
13、304、404 ジンバル
150a、150b、206、209、307a、307b、312a、312b
、407、503、606a、606b、1006、1009 電極パッド
504、604a、604b スペーサ
1103 光源
1106 結像光学系（補正光学系）
1107 光照射面（画像表示面）

Claims (12)

1. 支持基板と、
   支持部と、
   前記支持部によって、前記支持基板に対して振動可能に支持されている可動板と、
   第1の機能を行う第1機能素子と、
   第2の機能を行う第2機能素子と、
   を有し、
   前記第1機能素子に繋がった配線が、前記支持部の第1面に形成され、
   前記第2機能素子に繋がった配線が、前記第1面に配線が形成された支持部の前記第1面とは異なる第2面に形成されている、
   ことを特徴とする揺動体装置。
2. 前記第1機能素子は、前記可動板と前記支持部の少なくとも一方に配置されるセンサであり、
   前記第2機能素子は、前記可動板と前記支持部の少なくとも一方に配置されるアクチュエータであり、
   前記アクチュエータは、前記支持基板に対して前記可動板を振動させる、
   ことを特徴とする請求項1記載の揺動体装置。
3. 前記第1機能素子は、前記支持部に配置される角度センサであり、
   前記第2機能素子は、前記支持部に配置されるヒーターである、
   ことを特徴とする請求項１記載の揺動体装置。
4. 可動板と、
   第1の支持部と、
   前記可動板を第1の支持部によって第1の振動軸を中心に振動可能に支持するジンバルと、
   第2の支持部と、
   前記ジンバルを第2の支持部によって第2の振動軸を中心に振動可能に支持する支持基板と、
   第1の機能を行う第1機能素子と、
   第2の機能を行う第2機能素子と、
   を有し、
   前記第1機能素子に繋がった配線が、前記第1の支持部と前記第2の支持部の少なくとも一方の第1面に形成され、
   前記第2機能素子に繋がった配線が、前記第1面に配線が形成された支持部の前記第1面とは異なる第2面に形成されている、
   ことを特徴とする揺動体装置。
5. 前記第1機能素子は、前記可動板と前記ジンバルと前記第1及び第2の支持部の少なくとも1つに配置されるセンサであり、
   前記第2機能素子は、前記可動板と前記ジンバルと前記第1及び第2の支持部の少なくとも1つに配置されるアクチュエータであり、
   前記アクチュエータは、前記ジンバルに対して前記可動板を振動させ、前記支持基板に対して前記ジンバルを振動させる、
   ことを特徴とする請求項4記載の揺動体装置。
6. 前記第1機能素子は、前記第1及び第2の支持部の少なくとも1つに配置される角度センサであり、
   前記第2機能素子は、前記第1及び第2の支持部の少なくとも1つに配置されるヒーターである、
   ことを特徴とする請求項4記載の揺動体装置。
7. 前記センサが、検出対象となる検出物理量を電気信号に変換して出力する物理量測定センサであることを特徴とする請求項2または5記載の揺動体装置。
8. 前記アクチュエータが、コイルと永久磁石とで構成され、前記コイルが前記可動板または前記ジンバル上に配置されていることを特徴とする請求項2または5記載の揺動体装置。
9. 前記支持部が梁状のねじり梁または曲がり梁であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の揺動体装置。
10. 請求項1乃至9のいずれかに記載の揺動体装置を有し、揺動体装置が、スペーサを挟んで、電極パッドを形成した支持基板に接合され、前記電極パッドと前記揺動体装置の電極パッドとが前記スペーサを挟んで電気的に繋がっていることを特徴とする振動体チップ。
11. 請求項1乃至9のいずれかに記載の揺動体装置または請求項10記載の振動体チップを有し、前記可動板が光反射面を有していることを特徴とする光偏向器。
12. 光源と、結像光学系と、請求項11記載の光偏向器と、光照射面とを有し、
    前記光源からの光を前記光偏向器により偏向し、該光の少なくとも一部を光照射面上に入射させることを特徴とする画像形成装置。

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