JP2009175611A - 光走査装置、光走査装置の製造方法、振動ミラーおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電トルクを増大させるための櫛歯側面の狭ギャップと、櫛歯電極の接触によるショート不良を低減させるための櫛歯先端の広ギャップを同時に容易に形成する。
【解決手段】櫛歯電極１、２の先端を最も細い櫛幅とする。これにより、櫛歯先端部のギャップ３を広くすることができ、高次振動による櫛歯電極１、２の接触に起因するショート不良が低減される。
【選択図】図５

Description

本発明は、デジタル複写機およびレーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる光走査装置に関し、例えば、光走査型のバーコード読み取り装置や車載用のレーザレーダ装置等に好適な技術に関する。

従来の光走査装置は、光ビームを走査する偏向器としてポリゴンミラーやガルバノミラーを用いているが、より高解像度の画像と高速プリントを達成するには、その回転をさらに高速にしなければならず、軸受の耐久性や風損による発熱、騒音が課題となり、高速走査に限界がある。

近年、シリコンマイクロマシニングを利用した光偏向器の研究が進み、例えば特許文献１、２に開示されるように、Ｓｉ基板で振動ミラーとそれを支持するねじり梁を一体形成した方式が提案されている。この方式によれば、共振を利用して往復振動させるので高速動作が可能であるにもかかわらず、騒音が低いという利点があり、さらに振動ミラーを回転する駆動力も小さくて済むので消費電力も低く抑えられる。

特許第２９２４２００号公報 特許第３０１１１４４号公報 特開２００５−８８１８８号公報 特開２００３−５０３７５４号公報 特開２００３−１５０６４号公報

しかし、共振を利用して往復振動させるミラーの場合、（１）外的要因（温度、湿度、振動等）により共振周波数が変動すると、極端に振れ角が低下し、（２）作製時に発生する形状バラツキや外的要因により共振周波数にバラツキが発生するために、そのバラツキが大きいと複数のミラーを使用する際に、各々駆動周波数を変えなければならないという煩雑さやコストがかかる等の走査安定性の問題がある。更に、消費電力の小さい静電力を用いた静電駆動型のミラーの場合は、（３）大きな振れ角を得るためには駆動電圧が高くなるという問題もある。

上記した問題を解決するには、駆動源となる大きな外力を安定に連続的に加えることができれば効果的である。特許文献１、２の静電駆動型ミラーでは、可動電極と固定電極を櫛歯状に形成して、静電トルクを増大させているが、櫛歯電極を有する静電駆動型ミラーは、櫛歯電極の接触に起因するショート不良の問題点がある。櫛歯電極の接触は、下記の理由により櫛先端部のギャップが狭まり、櫛先端で発生するものが多い。
（ａ）捩り回転により櫛歯が傾いたことによる突き出し量の増加
（ｂ）高次振動による並進運動
上記問題点の解決策として、櫛歯先端部のギャップを広くすることが考えられる。しかしながら、静電トルクを増大させるためには、櫛歯側面のギャップを狭くしなければならないので、櫛歯側面は狭く、櫛歯先端は広く、ギャップを形成しなければならない。通常、Ｓｉ基板上にエッチング加工を用いて作製する際に、特にギャップの深さが深い場合は、マイクロローディング効果が顕著に現れるので、このようなギャップを同時に形成することは困難である。

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、静電トルクを増大させるための、櫛歯側面の狭ギャップと、櫛歯電極の接触によるショート不良を低減させるための、櫛歯先端の広ギャップを同時に容易に形成した光走査装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、上記構造で、小さい駆動電圧で安定してミラーを回転させることにより、共振周波数のバラツキを吸収して、必要以上の振れ角を安定して得られる光走査装置を提供することにある。

本発明は、発光源からの光ビームを偏向する振動ミラーと、前記振動ミラーに形成された可動櫛歯電極と、前記可動櫛歯電極に対向する固定櫛歯電極とを有し、前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極は櫛歯側面の狭ギャップよりも櫛歯電極先端のギャップが広い構成の静電駆動型の光走査装置において、前記櫛歯電極先端を最も細い櫛幅とすることを最も主要な特徴とする。

本発明では、狭いギャップを有して互いに噛み合うよう櫛歯状の凹凸を形成している、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極を有し、櫛歯側面の狭ギャップよりも櫛歯先端のギャップが広い櫛歯電極を備える静電駆動型ミラーにおいて、櫛歯電極先端を最も細い櫛幅とすることにより、高次振動による櫛歯電極の接触に起因するショート不良を低減することが出来る。また、櫛歯電極形状を形成する際は、櫛歯先端から広ギャップ領域へ伸長した補償パターンを櫛歯先端部に備えたエッチングマスクを用いて作製する。広ギャップが細分化されるので、狭ギャップとのエッチングレート差を低減できる。補償パターンはエッチングにより後退が進行する寸法に設計することにより、櫛歯先端に面して広ギャップが形成することができるので、狭ギャップと広ギャップを容易に形成することが出来る。

請求項１：櫛歯電極先端を最も細い櫛幅とすることにより、櫛歯先端部のギャップを広くすることができるので、高次振動による櫛歯電極の接触に起因するショート不良を低減することが出来る。また、Ｓｉ基板をエッチングで加工する際に、マイクロローディング効果により、櫛側面の狭ギャップと櫛先端の広ギャップの境界にはＳｉ残渣が発生しやすい。つまり、櫛先端にはＳｉ残渣による突起形状が発生しやすいが、あらかじめ櫛先端を細くしておくことにより、突起形状によるショート不良の発生を低減することができる。

請求項２、７：補償パターンにより、広ギャップが細分化されるので、狭ギャップとのエッチングレート差を低減できる。前記補償パターンはエッチングにより後退が進行する寸法に設計することにより、櫛歯先端に面して広ギャップが形成することができるので、狭ギャップと広ギャップを容易に形成することが出来る。
請求項３：可動櫛歯電極側に質量バラツキの要因になり得る補償パターンがないので、共振周波数のバラツキを低減できる。

請求項４：櫛歯先端に必要な広ギャップを保った上で、できるだけ櫛先端部のエッチング開口部を小さくできるので、Ｓｉ基板をエッチングで加工する際に、マイクロローディング効果を低減でき、櫛側面の狭ギャップと櫛先端の広ギャップを同時形成するのにより効果的である。

請求項５：Ｓｉ基板をエッチングで加工する際に、マイクロローディング効果により、櫛側面の狭ギャップと櫛先端の広ギャップの境界にはＳｉ残渣が発生しやすい。つまり、櫛先端にはＳｉ残渣による突起形状が発生しやすい。しかしながら、ＳＯＩ基板に形成する場合は、オーバーエッチを増やすことが可能であるために、Ｓｉ残渣を低減でき、突起形状の少ない櫛歯先端を形成することができる。よって、櫛先端の接触によるショート不良を低減することが出来る。

請求項６：共振ピークから外れた帯域で使うことにより、駆動周波数に対する調整幅が広がる。

請求項８：エッチング加工後の仕上がり形状において、櫛歯先端に突起状の形状を残すことがないので、ショート不良をより低減することができる。

請求項９：櫛歯の共振周波数が従来の櫛歯における共振周波数の約１．４倍になるので、櫛歯長を長くした場合に発生する櫛歯の振動周波数を高くすることができ、ショートを防止することが出来る。

請求項１０、１３：動的撓みが少ない領域が増加する。

請求項１１、１２：連結枝部のＺ軸方向の曲げ剛性が増加する。

請求項１４：動的な撓みを低減するための最適な曲げ剛性の配分を設定することが出来る。

請求項１５〜１７：振動ミラーの振れ角を従来の概略２倍にできる。また、大きい静電トルクが作用するため、ミラー基板の振れ角を大きくとれる。

請求項１８、１９：従来のポリゴンミラーに比べ、消費電力が小さく、低騒音の画像形成装置を得ることが出来る。

以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。

実施例１〜６
本発明の光走査装置の構成と、その製造方法を説明する。ここでは、Ｓｉ基板で構成される静電駆動型のマイクロミラーについて説明する。以下、２枚の基板で構成されるマイクロミラーについて説明するが、２枚に限らず、３枚以上でも同様である。

図１（ａ）、（ｂ）は、ミラー基板端部及び一対の連結枝部に可動櫛歯電極を備えた従来のマイクロミラーの上面を示す。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のＳｉ基板と第２のＳｉ基板は絶縁層（ＳｉＯ２）を介して接合された構成となっている。図１のＡ’−Ａ断面を用いた製造方法を図２に示す。

マイクロミラーはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて作製されており、ここではＳＯＩ基板の両方の基板とも低抵抗の基板（導体）を用いており、エッチング加工を用いて、第２のＳｉ基板に振動ミラーの揺動空間、第１のＳｉ基板に振動ミラーが形成される。また、低抵抗の基板（導体）を用いており、特別に金属を形成せず、基板自体が電極を兼ねている。更に、それぞれの基板には振動ミラー側の可動櫛歯電極に対向する位置に第１及び第２の固定櫛歯電極が形成されている。この時、電極形状を櫛歯形状にすることにより、駆動電圧を低くすることができる。更に、捩り回転方向に２段に電極が形成されているために、振動ミラーには常に駆動トルクがかかる状態になっており、振れ角を大きくとることができる。また、複数の電極を絶縁分離するためのスリット溝、電極パッド及びミラー面には金属膜が形成されている。第１のＳｉ基板には、第２のＳｉ基板に形成される電極パッドに対向する位置に貫通孔が形成されており、電極取り出し用の開口となる。よって、ここでは、振動ミラーと同一基板上に形成した電極の電極パッドと、振動ミラーと別基板上に形成した電極の電極パッドを共に、図２の上方に形成している。また、ＳＯＩ基板の絶縁分離を行っているスリット溝には、ゲッター（ガス吸着材）を配置することができる。前記スリット溝は封止空間と連通しているために、ゲッターを配置しておくことにより、所望の真空・気密封止空間を設定、維持できる。

次に静電駆動型マイクロミラーの振動について説明する。図３は、静電駆動型マイクロミラーに発生する高次振動の共振周波数とその振動方向の様子を示す。例えば、共振周波数４．８５７ｋＨｚにおいて、捩り梁（Ｘ軸）を回転軸として回転する場合の２次〜４次の高次振動を示しているが、櫛歯電極の接触によるショート不良に大きな影響を及ぼすのは３次振動（Ｚ軸方向並進）であり、その振動量は大きい場合、１０〜２０μｍ程度である。この高次振動成分が重畳している場合に、櫛歯先端部での接触によるショート不良を低減させるには、図４（ａ）に示すように、櫛先端のギャップを広くすることが考えられる。

実施例１
本発明の実施例１は、図４（ａ）に示される櫛歯電極の拡大図である図４（ｂ）に対して、図５に示すように、櫛歯先端が最も細い櫛幅であることを特徴としている。図５において、１は可動櫛歯電極、２は固定櫛歯電極、３は櫛歯先端広ギャップ、４は櫛歯側面狭ギャップである。

櫛歯電極先端を最も細い櫛幅とすることにより、櫛歯先端部のギャップ３を広くすることができるので、高次振動による櫛歯電極の接触に起因するショート不良を低減することが出来る。また、本実施例の構成を、Ｓｉ基板を用いてエッチングで加工する場合には、以下の効果を得ることができる。

例えば、図５の櫛歯電極をＳｉ基板にエッチングで加工する場合の様子を図６（ａ）〜（ｄ）に示す。ここではＳＯＩ基板を用いたときの、エッチングマスクパターンの上面図（ａ）、櫛歯側面の狭ギャップと櫛歯先端の広ギャップが、エッチングの進行により変化する様子の断面図（ｂ）、櫛歯の仕上がり形状の正面図（ｃ）、仕上がり形状の下面図（ｄ）（ＳｉＯ２側から見た図）を示す。（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）はＡ−Ａ’線の断面であり、（ｃ）はＢ−Ｂ’線の位置を右側からみた正面図である。（ｂ−１）はエッチング進行中のギャップ断面の形状を示しているが、異なるエッチング開口率のパターン（狭ギャップと広ギャップ）が隣接しているために、エッチングレートの不連続性により異なる領域の境界でエッチング残渣が発生しやすい。この傾向は櫛歯電極間の間隔やエッチング深さに強く依存し、両者の比であるアスペクト比が大きくなるにつれ顕著化する（ｂ−２）。

これはエッチングのマイクロローディング効果に起因するもので、図７にギャップの幅とギャップの深さの関係を示すが、例えば１０μｍのギャップを２００μｍエッチングする際には、４０μｍのギャップは２５０μｍ以上エッチングされるというようにその差が大きく、均一にエッチングすることが難しいからである。

最終的には、櫛歯電極形成のためのエッチングが終了した後も、（ｃ）や（ｄ）に示されるように、櫛歯電極の底面側には突起形状が残りやすくなっている。

そこで、実施例１では、櫛歯電極の先端を予め細くしてあるので、上記の突起形状によるショート不良の発生が低減される。なお、ＳＯＩ基板上に形成する場合は、オーバーエッチを増やすことが可能であるために、Ｓｉ残渣を低減でき、突起形状の少ない櫛歯先端を形成することができる。

実施例２
図８は、本発明の実施例２を示す。実施例２は、広ギャップに面する櫛歯先端部に、広ギャップを分割するような補償パターン５を櫛先端に備えることを特徴としている。（ａ）にはエッチングマスクパターンの上面図、（ｂ）には仕上がり形状の上面図を示している。ここでの補償パターンは、図７のマイクロローディング効果を低減するために備えられ、エッチングの進行と共に徐々に後退していき、最終的にはそのほとんどは消失するように設計されるものである。このように、広ギャップに面する櫛歯先端部には、広ギャップを分割するような補償パターン５を櫛先端に備える構造にすることにより、Ｓｉ基板をエッチングで加工する際に、マイクロローディング効果を低減でき、櫛側面の狭ギャップと櫛先端の広ギャップを同時形成することができるので、所望の形状を容易に形成することができる。
（ｃ）、（ｄ）は、補償パターンを固定櫛歯電極側のみに形成した実施例２の変形例を示す。この例では、可動櫛歯電極側に質量バラツキの要因になり得る補償パターンがないので、共振周波数のバラツキを低減できる（可動櫛歯電極にも補償パターンがある場合に比べて）。

実施例３
図９は、本発明の実施例３を示す。実施例３の補償パターン５は、櫛歯先端に向かい細くなっていく形状であることを特徴としている。（ａ）にはエッチングマスクパターンの上面図、（ｂ）には仕上がり形状の上面図を示している。このような形状にすることにより、実施例１（図５）による効果に加え、実施例２（図８）による効果も期待することが出来る。

実施例４、５
図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例４を示す。いずれも櫛歯電極１、２の根元を最も太い櫛幅とすることを特徴としている。櫛歯先端に必要な広ギャップ３を保った上で、できるだけ櫛先端部のエッチング開口部を小さくできるので、Ｓｉ基板をエッチングで加工する際に、マイクロローディング効果を低減でき、櫛側面の狭ギャップ４と櫛先端の広ギャップ３を同時形成するのにより効果的である。

図１０（ｃ）、（ｄ）は、本発明の実施例５を示す。実施例５は、図１０（ａ）に示される形状に、補償パターン５を備えていることを特徴とした構造であり、図１０（ａ）に示される形状に期待される効果に加え、補償パターンによる効果も期待できる。図１０（ｃ）、（ｄ）に示す櫛歯電極をＳｉ基板にエッチングで加工する場合の様子を図１１（ａ）〜（ｄ）に示す。ここではＳＯＩ基板を用いたときの、エッチングマスクパターンの上面図（ａ）、櫛歯側面のギャップと櫛歯先端のギャップが、エッチングの進行により変化する様子の断面図（ｂ）、櫛歯の仕上がり形状の正面図（ｃ）、仕上がり形状の下面図（ｄ）（ＳｉＯ２側から見た図）を示す。（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）はＡ−Ａ’線の断面であり、（ｃ）はＢ−Ｂ’線の位置を右側からみた正面図である。

（ｂ−１）〜（ｂ−３）はエッチング進行中のギャップ断面の形状を示しているが、櫛歯側面のギャップと櫛歯先端のギャップはほぼ同じ幅のギャップとなっているために、エッチングは深さ方向にほぼ均一に進行し、図６に示されるようなエッチング残渣は発生しにくい。また、櫛歯先端に備えられた補償パターンはエッチングの進行とともに、後退していき櫛歯先端には広ギャップが形成される。よって、Ｓｉ基板をエッチングで加工する際に、櫛側面の狭ギャップと櫛先端の広ギャップを同時に形成することができるので、所望の形状を容易に形成することができる。この方法で形成したマイクロミラーを図１２に示す。

実施例６
図１３（ａ）は、本発明のマイクロミラーを用いた振動ミラーモジュールの詳細を示す。振動ミラー基板は、２枚のＳｉ基板１２０６、１２０７を酸化膜等の絶縁膜を介して接合して構成される。第１のＳｉ基板１２０６は厚さ６０μｍのＳｉ基板からなり、エッチングにより可動ミラー１２０２および同一直線上で支持するねじり梁１２０８を、その周囲を貫通し固定枠１２１０から分離して形成する。

可動ミラー１２０２は、ねじり梁１２０８に対して対称に形成され、両端の縁部および対向する固定枠１２１０の内辺には数μｍのギャップを有して互い違いに噛み合うよう櫛歯状の凹凸を形成している。可動ミラー１２０２の表面にはＡｕ等の金属被膜が蒸着され反射面となし、図１３（ｂ）に示すように、各基板を絶縁層を介して接合した状態で島状に分離することで、基板そのものを個別に電極として形成しており、可動ミラー両端の凹凸部を第１、第２の可動電極（説明では便宜上分けているが同電位）、対向する固定枠の凹凸部を第１、第２の固定電極１２０３、１２０４（説明では便宜上分けているが同電位）として形成している。

また、第２の基板１２０７は１４０μｍのＳｉ基板からなり、エッチングにより中央部を貫通し、上記固定枠１２１０に形成した凹凸部と重なり合う内辺には外郭が一致するように櫛歯状に凹凸を形成し、同様に第３、第４の固定電極１２１１、１２１２とし、可動ミラーの揺動に沿って第１、第２の可動電極が噛み合うように通過する。

実施例６では、第１、第２の固定電極１２０３、１２０４には同位相の電圧パルスを印加し、第３の固定電極１２１１には第１、第２の固定電極に印加する電圧パルスよりも進んだ位相の電圧パルス、第４の固定電極１２１２には第１、第２固定電極に印加する電圧パルスよりも遅れた位相の電圧パルスが印加される。図１３（ｃ）は、可動ミラーの振れ角に対応して各電極間に発生する静電トルクの様子を示す。

図１４は、電極の断面を示す。図中、左回り方向の静電トルクを正としている。可動ミラー１２０２は初期状態では水平であるが、第３の固定電極１２１１に電圧を印加すると対向する可動電極との間で負の方向での静電力を生じ、ねじり梁１２０８をねじって回転され、ねじり梁１２０８の戻り力と釣り合う振れ角まで傾く。上記電圧が解除されると、ねじり梁の戻り力で可動ミラー１２０２は水平に戻るが、水平に戻る直前に第１、第２の固定電極１２０３、１２０４に電圧を印加することによって正の方向での静電力を生じ、引き続き、第４の固定電極１２１２に電圧を印加することによってさらに正の方向での静電トルクを増すといった電極の切り換えを繰り返し行うことで、可動ミラー１２０２をその両端の可動電極が対向する第１、第２の固定電極を抜ける振れ角、実施例では約２°で往復振動する。

ここで、可動ミラー１２０２の慣性モーメント、ねじり梁１２０８の幅と長さを、走査する所望の駆動周波数に合わせ、ねじり梁を回転軸とした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、励振されて著しく振幅が拡大され、可動ミラー両端の可動電極が対向する第３、第４の固定電極を抜ける振れ角まで拡大することができる。

これによって、第３、第４の固定電極を抜けた振れ角でも水平に戻す方向、第３の固定電極では可動ミラーに正の方向での静電力が生じるので、静電トルクの働く振れ角範囲を拡大でき、共振周波数を外れた駆動周波数においても大きな振れ角が維持できる。

図１５は、駆動周波数に対する振れ角の特性を示すが、駆動周波数を共振周波数に一致させれば、最も振れ角が大きくとれるが、共振周波数付近においては急峻に振れ角が変化する特性を有する。従って、起動時には可動ミラーの駆動制御部において固定電極に印加する駆動周波数を共振振動数に合うよう設定することができるが、温度変化等で共振周波数が変動した際には振れ角が激減してしまうことで経時的な安定性に乏しいという欠点がある。
また、後述する実施例のように複数の可動ミラーを有する場合には、各々に固有の共振振動数がばらつくため、共通の駆動周波数で駆動できないという問題がある。

そこで、実施例６では、駆動周波数を可動ミラーとねじり梁からなる振動部固有の共振周波数近傍で、比較的振れ角変化の少ない、共振周波数から高めに外れた周波数帯域に設定しており、共振周波数２ｋＨｚに対し駆動周波数は２．５ｋＨｚとし、振れ角は印加電圧のゲイン調整により±５°に合わせている。

この際、振動ミラーの加工誤差による共振振動数のばらつき（実施例では３００Ｈｚ）、温度による共振周波数の変動（実施例では３Ｈｚ）があっても駆動周波数がいずれの共振周波数にもかからないような周波数帯域に駆動周波数を設定することが望ましい。例えば、共振周波数が２ｋＨｚであれば、２．３０３Ｈｚ以上、または１．６９７Ｈｚ以下に駆動周波数を設定することが望ましい。

いま、可動ミラーの寸法を、縦２ａ、横２ｂ、厚さｄ、ねじり梁の長さをＬ、幅をｃとすると、Ｓｉの密度ρ、材料定数Ｇを用いて、慣性モーメントＩとバネ定数Ｋは、
慣性モーメントＩ＝（４ａｂρｄ／３）・ａ＾２
バネ定数Ｋ＝（Ｇ／２Ｌ）・｛ｃｄ（ｃ＾２＋ｄ＾２）／１２｝
となり、
共振振動数ｆは、
ｆ＝（１／２π）・（Ｋ／Ｉ）＾１／２ ＝（１／２π）・｛Ｇｃｄ（ｃ＾２＋ｄ＾２）／２４ＬＩ｝＾１／２
となる（＾はべき乗）。
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を高めるには慣性モーメントＩを低減しないと振れ角θが小さくなってしまう。

そこで、実施例６では、可動ミラーの反射面の裏側の基板の厚さｄを格子状に残し、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Ｉを約１／５に低減している。これらの慣性モーメントに利くパラメータ、ねじり梁の寸法誤差等が共振周波数のばらつきを発生させる要因となる。

一方、空気の誘電率をε、電極長さをＨ、印加電圧をＶ、電極間距離をδとすると、
電極間の静電力Ｆ＝εＨＶ＾２／２δ
となり、振れ角θ＝Ｂ・Ｆ／Ｉ
（Ｂは定数）と表され、電極長さＨが長いほど振れ角θが大きくなり、櫛歯状とすることで櫛歯数ｎに対して２ｎ倍の駆動トルクを得ている。

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している。

ところで、可動ミラーの速度υ、面積Ｅに対して、空気の密度をηとすると、
空気の粘性抵抗Ｐ＝Ｃ・ηυ＾２・Ｅ＾３ （Ｃは定数）
が可動ミラーの回転に対向して働く。従って、可動ミラーをカバーで密封し、減圧状態に保持するのが望ましい。

実施例６では、第１、第２の基板１２０６、１２０７が接合されてなる振動ミラー基板を、中央部に凹状に可動ミラーの揺動空間を形成し、リード端子を備えたベース基板１２１２上に、反射面を上側に向け、基体の外縁に形成された一対のＶ溝を結ぶ直線上にねじり梁を合わせて、第１の基板下面を基準にして装着し、また、第２の基板１２０７上面にキャップ状に成形された透明樹脂製のカバー１２０５を接合して可動ミラー１２０２の揺動空間が密封されるようにしており、揺動空間には非蒸発型ゲッタを同梱し、外部からの加熱で活性化することで１ｔｏｒｒ以下となるようにしている。光ビームは、カバーに形成されたスリット窓１２１３を通じて入出射される。

カバー１２０５の内側には、可動ミラー１２０２と対向して対向ミラーが、ねじり梁と直交する方向に一体的に形成される。２枚の対向ミラー１２１５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各々９°および２６．３°傾けた傾斜面に、金属被膜を蒸着して反射面（図２７の２４０２と２４０３）を対で配備した構成を採る。

カバー１２０５の底面は可動ミラー面と平行に形成され、第２の基板１２１２の枠部上面に当接して接合されるが、この際、第２の基板１２１２には対向ミラーを位置決めするための指標１２１４が両サイドにエッチングによって描かれ、これに対向ミラーのエッジを合わせるように基板上でアライメントしており、主走査方向に対向ミラーの方向を正確に合わせることができる。

実施例７〜１２
従来、高速動作を必要とする機械要素において、その慣性が駆動スピードの大きな阻害要素となっている。特に、所定角度内を回転振動する機械要素では慣性モーメントを低減する必要がある。その際、駆動される機械要素の剛性を低下させないように配慮する必要がある。このような目的のため、機械要素を中空構造としたり、補強部材を固着する方法が用いられる。

光偏光器を用いて光走査を行うレーザービームプリンタが高機能化され、また小型化されたが、偏光器も小型化が要求される。これらの要求を満たす光偏光器として、マイクロマシニング技術を用いた微小ミラーを、捻り振動させる構成で光を偏向する光偏向器が提案されている。

この種の光偏光器に用いられる微小ミラーには、偏向角が大きいこと、高速駆動が可能なこと、及び高剛性であることが要求される。この種の光偏向器に用いられるアクチュエータの作用力は静電気力であり、非常に小さい力である。ミラーの厚さを厚くすると、慣性が大きくなり、偏向角が著しく低下してしまう。

そこで、偏向角を大きくするには、ミラーに作用するアクチュエータの作用力Ｔｒｑを大きくする必要がある。櫛歯構造アクチュエータによる作用力Ｔｒｑは、一般的に以下の式で与えられる（図１６）。

Ｔｒｑ＝ε・（ｎ／ｄ）・（２・Ｒ・ｌ＋ｌ＾２）・Ｗ＾２
ここで、εは誘電率、ｎは櫛歯本数、ｌは櫛歯長さ、Ｒは櫛歯と回転中心距離、ｄは櫛歯間ギャップである。

よって、作用力Ｔｒｑを大きくする一つの方法として、櫛歯の本数ｎを多くし、長さｌを長くすることがあげられる。

しかし、微小ミラーの剛性が不足している場合、ミラーの振動に伴って発生する慣性力により大きく撓んでしまう。この動的な撓みの計算結果と実測結果を図１７に示す。

微小ミラーは、ほぼ正弦波状に振動し、図１７に示すように波形に撓む。動的撓みは、変形した微小ミラーの曲面から最小２乗法により理想平面を求め、この理想平面と微小ミラーの曲面との差を取った値で与えている。最大の撓み量は、微小ミラーのＹ軸方向の長さを２Ｌとするとき、概略Ｙ＝±Ｌ／３付近で得られる。計算は、慣性力を考慮した数値計算により求めた。また、実測はホログラフィー法により求めた。この動的な撓みは、ミラーの反射光の光学特性を著しく劣化させる。

一般的に、この種の動的撓みの低減は、ミラーの厚さを厚くして、剛性を高めることにより達成される。例えば、特許文献３の構成では、回転動作の駆動力を増加させるため、櫛歯本数ｎを増加させる手段を採用している。しかし、この構成では、基部が不要な振動を発生し、電極がショートする可能性がある。また、特許文献４のマイクロ振動鏡は振動構造体を有し、かつ少なくとも一つのバネ構造体を介して支持体と少なくとも充分に片持ち突出式に結合されている。バネ構造体は少なくとも一つの変換器構造体を有し、捻れバネエレメントに作用する外部の力を少なくとも部分的に捻れ軸線に対して平行な捻れバネエレメントに作用する力に変換する。しかし、この構成では、変換器構造体が高速振動時に変形して不要な振動が発生し、これによりマイクロ振動体が不安定な振動をする。さらに、特許文献５のマイクロミラー素子は、フレームと、ミラー平面を有するミラー形成部と、フレーム及びミラー形成部を連結する捻れ連結部より構成され、捻れ連結部は、ミラー形成部に接続される部分では相対的に広く、フレームに至るまでの少なくとも途中までは、ミラー形成部から遠ざかるにつれて除々に狭くなる。この構成では、捻れ連結部が捻れバネとして作用する構成になっている。また、捻れ連結部における捻れ剛性は、ミラー形成部に接続される間隔に依存する。したがって、この間隔を広く設定すると、捻れ剛性が高くなり、マイクロミラー素子の回転振動周波数の設定が困難になる。

そこで、本実施例では、回転動作の駆動力を増加させるため、櫛歯電極の長さｌを長くする。櫛歯電極の長さｌを長くした場合、櫛歯共振周波数が低下し、振動が発生するが、本実施例においては、櫛歯電極の形状が台形状であり、櫛歯長を長くしても、共振周波数が低下せず、共振することがない。梁は、振動により捻れ変位が発生する捻れバネ部と、捻れバネ部の一端を分岐した剛性を有する部分より構成される。これらの効果により、振動によって発生する動的変形における、最大の撓み量を与える２点間の間隔を広げる。これにより、ミラーの動的な撓みによる反射光の光学特性の劣化が防止され、また、ミラー基板上の、回転軸に直交する各部位における曲げ剛性を異ならせることにより、動的変形を減少させる。

すなわち、本実施例の特徴（１）は、櫛歯電極の形状が台形形状であり、共振周波数が高くなり、印加電圧を高くしても、ショートなどの障害が発生しない。特徴（２）は、捻り梁の非支持部は一対の連結部材を介してミラー基板と連結される。ミラー基板を捻り梁を直接結合して振動させた場合の動的変形のピーク位置より、回転中心軸から遠い位置においてミラー基板と連結部材が結合されている。この連結部材の介在によりミラー基板の動的変形が抑制され、動的変形の小さい領域が拡大し、変形量も減少する。特徴（３）は、ミラー基板上の、回転軸に直交する各部位における曲げ剛性を異ならせることにより、動的変形を減少させる。

実施例７
図１６（ｂ）は、本発明の実施例７の構成を示す。図１６（ｂ）において、梁２３をねじり回転軸として往復振動させて、光源からの光ビームを偏向するミラー基板２１を有する。ミラー基板２１の両端部に設けた可動電極３９と、それと対向して配備した固定電極４０が設けられている。可動電極３９と固定電極４０は、それぞれ台形状の形状を有し、かつ可動電極３９と固定電極４０が入り子構造となっている。

図１６（ａ）は、櫛歯電極３９、４０の形状を、従来の櫛歯電極３９’、４０’と比較して示す。図１６（ａ）において、台形形状の電極３９、４０の場合、櫛歯間ピッチｐは、従来例と同じピッチで配列できる。実施例７の櫛歯電極３９、４０において、幅Ｗ１＜Ｗであり、Ｗ２＞Ｗに設定される。

図１８（ａ）は、従来形状の櫛歯電極３９’、４０’と、実施例７の櫛歯電極３９、４０の共振周波数の実測値と計算値ｆ０をスペクトルで示す（振幅は意味を持たない）。計算は、櫛歯電極３９、３９’、４０、４０’を梁と見なし、下式で求めた。

従来形状の櫛歯を（櫛歯長さ８００ｕｍ、幅９ｕｍ、厚さ２００ｕｍ）とし、実施例７では（櫛歯長さ８００ｕｍ、幅は、根本１１ｕｍ 先端７ｕｍ、厚さ２００ｕｍ）として計算した。

ｆ０＝λ＾２／（２πｌ＾２）√（ＥＩ／ρＡ）
櫛歯の振動の実測は、櫛歯電極３９、４０と従来の電極３９’、４０’を有する振動ミラーを、ＰＺＴからなるアクチュエータで加振した。櫛歯に発生する振動を、ストロボ照明下で、ＣＣＤカメラで観察した。この実測法では、発生する振動振幅の絶対値は判らないが、実施例７に示される櫛歯電極３９、４０の共振周波数は、従来の櫛歯電極３９’、４０’における共振周波数の約１．４倍になっていることが分かる。よって、櫛歯長を長くした場合、発生する櫛歯の振動周波数を高くすることができ、ショートを防ぐことが出来る
図１８（ｂ）は、櫛歯の振動を表す図である。櫛歯形状において、基板厚（２００ｕｍ）が、櫛歯幅（９ｕｍ）に対して十分に大きいため、矢印方向の振動が発生する。

実施例８
図１９は、実施例８の振動ミラーを示す。２０はフレーム、２１はフレーム２０に設けられたミラー基板である。梁２２は、振動により捻れ変位が発生する捻れバネ部２３と、捻れバネ部２３の一端を分岐し、ミラー基板２１の周辺部とを連結する一対の連結枝部２４とを有する。更にミラー基板２１に連結する間隔２５が、捻れバネ部２３の幅２６より広く設定されている。また、一対の連結枝部２４、２４’のなす角θは９０°以上に設定されている。捻れバネ部２３の一端を分岐し、ミラー基板の周辺部と連結する一対の連結枝部２４、２４’の幅が、ミラー基板２１の連結部方向に近づくに従って狭くなっている。一対の連結枝部２４のミラー基板２１に連結する間隔２５は、ミラー基板全長の２／３以上に設定されている。

図２０（ａ）は、従来の梁構造（図１７）における動的な撓みと、本発明の実施例８に示す、梁構造の動的な撓みを比較した結果である。図１７において、点線で示される従来構造の撓みは±１／３Ｌの所にピークが出来る。実線で示される本発明では、撓みのピークは±１／３Ｌ以上の所に現れ、比較的動的撓みが少ない範囲が従来例に比較して増えていることがわかる。

本発明の実施例８において、動的撓みが少ない領域が増えている理由について、図２０（ｂ）、（ｃ）を用いて説明する。動的撓みは、ミラー基板２１に作用する曲げモーメントによって発生している。実施例８に示される振動ミラーの３次元ビームモデルを図２０（ｂ）に示す。このモデルについて、曲げモーメントを計算した。有限要素法により計算した結果を図２０（ｃ）に示す。図２０（ｃ）において、ミラー基板２１に作用する曲げモーメントは、捻れバネ部２３の連結枝部２４がミラー基板２１に連結している領域内８４では比較的小さい。捻れバネ部２３の連結枝部２４の領域外では、大きい曲げモーメントが作用する。これにより、動的な撓みが少ない領域が拡大している。

特に、捻れバネ部２３の連結枝部２４の間隔が２／３Ｌ以上に設定されているとき、従来例に見られるピーク位置±１／３Ｌより広くなるため、効果が著しくなる。連結枝部２４のなす角を９０°以上に設定することにより、連結枝部２４のＺ軸方向の曲げ剛性が増す。連結枝部２４の根本の幅が幅広で、先細り形状の場合も同様に、連結枝部２４のＺ軸方向の剛性が増す。

図２１は、捻れバネ部と、連結枝部の振動時における変形を有限要素法で計算した結果を示す。連結枝部２４のなす角を９０°以上に設定した場合、図２１における変形量は、連結枝部２４のなす角６０°の場合の１／２であった。実施例７でも同様の効果が期待できる。

実施例９
図２２は、実施例９の構成を示す。梁２２は、振動により捻れ変位が発生する捻れバネ部２３と、捻れバネ部の一端を分岐し、ミラー基板２１の周辺部とを連結する一対の連結枝部２４とを有する。ミラー基板２１端部の櫛歯状可動電極３９と、櫛歯状固定電極４０間に作用する静電気力によって外力が発生する。フレーム２０は、第一のＳｉ部材４１と、第二のＳｉ部材４４が酸化膜（絶縁膜）４２を介して接合されている。

第一のＳｉ部材４１には、結晶異方性エッチングにより開口部４３が形成され、第二のＳｉ部材４４には、フォトエッチング等の半導体プロセス技術によりミラー基板２１、梁２２が形成される。ミラー基板２１の両端部に、櫛歯状の可動電極３９が設けられる。ミラー基板２１の固定部４７には、櫛歯状の固定電極４０が、可動電極３９と互い違いに位置するように設けられている。第二のＳｉ部材４４は、４つの分離溝４５により、可動電極３９を有する可動部４６と、固定電極４０を有する固定部４７に分割されている。

実施例１０
図２３は、実施例１０の構成を示す。図２３（ｂ）は、図２３（ａ）に示すミラー基板２１のＡＡ断面図である。３０はミラー面であり、入射光を偏向する。梁２２は、捻れ変位が発生する捻れバネ部２３と、捻れバネ部２３の一端を分岐し、ミラー基板２１の周辺部とを連結する一対の連結枝部２４、２４’とを有する。

ミラー面３０と反対側の面において、梁２２からなる回転軸からミラー基板の端部３２に至る各部位が複数の領域２７に分割され、各領域における凹部２９の大きさが異なっている。

図２３（ａ）に示す各領域２７における断面２次モーメントＩを求める。図２３（ｃ）は、ミラー基板２１のＢＢ断面である。ＢＢ断面は、リブ２８からなる長方形断面と底板部３１よりなる。この断面について断面２次モーメントを求める。底板部３１は非常に薄い値に設定されるため、この部分の断面二次モーメントは無視する。この時、各領域の断面２次モーメントＩｊは、リブ２８の断面２次モーメントの和で表され、以下の式で与えられる。

Ｉｊ＝Σｂｈ＾３／１２
さらに、曲げ剛性Ｍｊは各断面二次モーメントＩｊにヤング率Ｅを乗じた値である。

Ｍｊ＝Ｅ＊Ｉｊ
上式より、リブ２８の本数を調節することにより、曲げ剛性Ｍｊの数値が調整可能であることが分かる。これにより求めた曲げ剛性の分布を図２３（ｄ）に示す。実施例１０では、梁２２からミラー基板端部３２に近づくほど、曲げ剛性が小さくなるように設定されている。

図２４（ａ）は、ミラー基板の駆動方法を説明する図である。２１はミラー基板であり、梁２２により保持されている。３９はミラー基板２１の端部に設けられた可動電極であり、４０は固定電極である。２つの電極３９、４０は狭いギャップ４９で対向している。駆動パルス発生装置による駆動パルスが２つの電極３９、４０間に印加されると、静電トルクが発生する。この静電トルクＴｒｑは、ミラー基板２１を固定電極４０に引き寄せるように作用する。この外力により、ミラー基板２１は梁２２を中心に揺動回転する。図２４（ｂ）はミラー振動波形を示し、ｆ０はミラー基板２１と梁２２で決まる共振周波数ｆ０であり、共振周波数の２倍の周波数で駆動される。

実施例１１、１２
図２５（ａ）は、実施例１１の構成を示す。梁２２は、振動により捻れ変位が発生する捻れバネ部２３と、捻れバネ部の一端を分岐し、ミラー基板２１の周辺部とを連結する一対の連結枝部２４とを有する。一対の連結枝部２４に設けた可動電極５１と、それと対向して、フレーム５３に配備した固定電極５２からなる可動・固定電極間に、電圧を印加することにより静電気力が発生する。

図２５（ｂ）は、実施例１２の構成を示す。梁２２は、振動により捻れ変位が発生する捻れバネ部２３と、捻れバネ部の一端を分岐し、ミラー基板２１の周辺部とを連結する一対の連結枝部２４とを有する。一対の連結枝部２４に設けた可動電極５１と、それと対向して、フレーム５３に配備した固定電極５２が設けられている。更に、ミラー基板２１の両端部に設けた可動電極３９と、それと対向して配備した固定電極４０を設けている。それぞれの櫛歯電極３９、４０、５１、５２の形状は台形状である。可動電極５１と、それと対向して、フレーム５３に配備した固定電極５２及びミラー基板２１の両端部に設けた可動電極３９と、それと対向して配備した固定電極４０間に、電圧を印加することにより静電気力が発生し、それぞれ発生する静電トルクを併せて、ミラー基板２１の駆動力となる。

なお、先の実施例と同様に、ミラー基板２１に連結する間隔が、捻れバネ部の幅２６より広く設定され、また、一対の連結枝部２４、２４’のなす角が９０°以上に設定され、一対の連結枝部２４のミラー基板２１に連結する間隔２５がミラー基板全長の２／３以上に設定されている。

図２６（ａ）は、本発明の実施例１２の可動電極と固定電極間に作用する静電気力を計算するモデルを示す。モデルは図２５（ｂ）のＣＣ断面、及びＤＤ断面を合わせた形で示している。計算は、各断面の電極間に作用する静電トルクを有限要素法で求め、その結果を図２６（ｂ）に示す。

８８は、ミラー基板２１の両端部に設けた可動電極３９と、それと対向して配備した固定電極４０間で発生する静電トルクであり、振れ角が大きくなるにつれて急激に減少する。８９は、連結枝部２４に設けた可動電極５１と、それと対向して、フレーム５３に配備した固定電極５２間で発生する静電トルクであり、振れ角が大きくなるにつれて徐々に減少する。９０は、結果８８と８９の計算結果を足し合わせた結果であり、実施例１２の計算結果になる。

実施例１３
図２７は、光走査装置の副走査断面を示す。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、可動ミラー２４０１に対し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°傾けてスリット窓２４０４より光ビームが入射され、反射した光ビームは第１の反射面２４０２に入射され可動ミラーに戻され、さらに反射した光ビームはスリット窓２４０４を超えて第２の反射面２４０３に入射され、可動ミラーとの間で３往復しながら反射位置を副走査方向に移動させ、合計５回の可動ミラーでの反射により再度、スリット窓から射出される。

実施例１３では、このように複数回反射を繰り返すことで、可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。

いま、可動ミラーでの総反射回数Ｎ、振れ角αとすると、走査角θは２Ｎαで表せる。実施例１３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。共振を利用することで印加電圧は微小で済み、発熱も少ないが、記録速度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。そこで、上記したように対向ミラーを設けることで走査角を拡大し、記録速度によらず必要十分な走査角が得られるようにしている。

また、屋根状に対向して反射面を構成し、可動ミラーへの副走査方向での入射角度が繰り返し反射毎に正負、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もと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にしている。

図２８は、光走査装置の分解斜視図、図２９は、光学素子の配置を示す。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。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。

実施例１３の場合、３つの光源部を有するが、全て同一構成である。カップリングレンズ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、副走査方向において可動ミラー面で集束する集束光束として振動ミラーモジュール２１３０のスリット窓から入射される。

振動ミラーモジュール２１３０は、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の裏側より基体２２１２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可動ミラー面の位置を合わせ、実施例１３の場合、均等間隔に３つの振動ミラーモジュールが単一のフレーム部材２１０２により位置決めされる。

各振動ミラーモジュールはプリント基板２１１２に、ベース基板底面から突出したリード端子を各々スルーホールに挿入して半田付けし、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すると同時に、回路接続がなされる。

プリント基板２１１２には半導体レーザの駆動回路、可動ミラーの駆動回路を構成する電子部品、および同期検知センサ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。一端をプリント基板に結線されたケーブル２１１５は半導体レーザのリード端子と接続される。

フレーム部材２１０２は、ある程度剛性が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、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、フランジ部２１３１に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には長穴を備え、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。この際、基準穴を回転軸としたガタ分で被走査面（感光体）において各振動ミラーモジュール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。

フレーム部材２１０２の上面は、角穴２１０４の裏側に設けられた各振動ミラーモジュール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。実施例１３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結合され、この後に上記半田付けがなされる。

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。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、およ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。

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およ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。２１４７はカバー２１３８を固定するネジである。なお、実施例１３では、３つの光走査装置を配列した例を示したが、配列数はいくつでも同様である。

図３０は、光走査装置の他の例を示す。７０は半導体レーザー光源からなる光源である。この光源７０からの光ビームはコリメートレンズ７１により概略平行光に光ビームが整形される。この光ビームは、折り返しミラー７２によりミラー基板２１のミラー面に入射する。ミラー基板２１は、実施例７〜１２に係わる静電トルクがミラー基板に作用している。そのため、梁をねじり回転軸として往復振動している。

この揺動ミラー基板２１に入射した光ビームは、ミラー基板２１のミラー面より偏向されて、ｆθレンズ等の補正光学系７４に入射する。補正光学系から出射した光ビームは被走査面７５にスポット状に結像する。

実施例１４
図３１は、４つの光走査装置２５００によって各々に対応した感光体ドラム２５０４に１色ずつ画像形成され、転写ベルト２５０１の回転につれて色重ねがなされるタンデム方式のカラーレーザプリンタに適用した例で、実施例１４では、光走査装置を光ビームの射出方向が下向きとなるよう配備される。

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、移動方向に沿って均等間隔で各感光体ドラム２５０４が配列される。感光体ドラムの周囲にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックも各色に対応したトナーを補給する現像ローラ２５０２およびトナーホッパ部２５０３、そして転写された後の残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。

各色画像は、転写ベルト２５０１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によって潜像が形成され、現像部でトナーを載せて転写ベルト２５０１上で順次画像を重ねていく。

用紙は給紙トレイ２５０７から給紙コロ２５０６により供給され、４色目の画像形成にタイミングを合わせてレジストローラ２５１０により送り出されて、転写部２５１１で転写ベルト２５０１から４色同時に転写され、トナー像を載せたまま搬送ベルト２５１５により定着器に送られる。転写されたトナー像は定着ローラ２５１２により定着され、排紙トレイ２５１４に排出される。

従来のマイクロミラーを示す。 図１の製造方法を示す。 静電駆動型マイクロミラーに発生する高次振動の共振周波数とその振動方向の様子を示す。 櫛先端のギャップを広くした例を示す。 実施例１の構成を示す。 図５の櫛歯電極をＳｉ基板にエッチングで加工する場合の様子を示す。 ギャップの幅とギャップの深さの関係を示す。 実施例２の構成を示す。 実施例３の構成を示す。 実施例４、５の構成を示す。 実施例５に示す櫛歯電極をＳｉ基板にエッチングで加工する場合の様子を示す。 本発明の方法により形成したマイクロミラーを示す。 実施例６の振動ミラーモジュールの詳細を示す。 実施例６の電極の断面を示す。 駆動周波数に対する振れ角の特性を示す。 実施例７の構成を示す。 動的な撓みを示す。 実施例７の共振周波数のスペクトルを示す。 実施例８の構成を示す。 実施例８と従来との動的な撓みを比較した結果を示す。 捻れバネ部と、連結枝部の振動時における変形を有限要素法で計算した結果を示す。 実施例９の構成を示す。 実施例１０の構成を示す。 ミラー基板の駆動方法を説明する図である。 実施例１１、１２の構成を示す。 本発明の可動及び固定電極間に作用する静電気力を計算するモデルを示す。 光走査装置の副走査断面を示す。 光走査装置の分解斜視図を示す。 光学素子の配置を示す。 光走査装置の他の例を示す。 画像形成装置の例を示す。

符号の説明

１ 可動櫛歯電極
２ 固定櫛歯電極
３ 櫛歯先端広ギャップ
４ 櫛歯側面狭ギャップ

Claims (19)

1. 発光源からの光ビームを偏向する振動ミラーと、前記振動ミラーに形成された可動櫛歯電極と、前記可動櫛歯電極に対向する固定櫛歯電極とを有し、前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極は櫛歯側面の狭ギャップよりも櫛歯電極先端のギャップが広い構成の静電駆動型の光走査装置において、前記櫛歯電極先端を最も細い櫛幅とすることを特徴とする光走査装置。
2. 前記広いギャップに面する櫛歯先端部に、前記広いギャップを分割する補償パターンを備えたことを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記補償パターンを固定櫛歯電極側にのみ形成することを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
4. 前記櫛歯電極の根元を最も太い櫛幅とすることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
5. ２枚以上のＳｉ基板を張り合わせたＳＯＩ基板上に形成することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
6. 光走査装置に所定の周波数の電圧を印可する駆動電圧発生装置を備え、前記振動ミラーを共振周波数の近傍で共振ピークから外れた帯域において駆動することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
7. 請求項１記載の光走査装置の製造方法において、前記櫛歯先端から前記広ギャップ領域へ伸長した補償パターンを前記櫛歯先端部に備えたエッチングマスクを用いることを特徴とする光走査装置の製造方法。
8. 前記補償パターンは、櫛歯先端に向かい細くなっていく形状であることを特徴とする請求項７記載の光走査装置の製造方法。
9. 光源からの光ビームを、梁をねじり回転軸として往復振動させて偏向するミラー基板を有する振動ミラーにおいて、捻り回転軸を中心として回転させる外力発生手段は、振動ミラーの両端部に設けた可動電極と、それと対向して配備した固定電極からなり、前記可動電極と固定電極は、それぞれ固定端の幅が広く、自由端に行くほど幅が狭い台形状の形状を有し、かつ前記可動電極と固定電極が入り子構造となっていることを特徴とする振動ミラー。
10. 前記梁は、振動により捻れ変位が発生する捻れバネ部と、捻れバネ部の一端を分岐し、前記ミラー基板の周辺部とを連結する一対の連結枝部とを有し、かつ、前記ミラー基板に連結する間隔が、捻れバネ部の幅より広いことを特徴とする請求項９記載の振動ミラー。
11. 前記一対の連結枝部のなす角は９０°以上であることを特徴とする請求項１０記載の振動ミラー。
12. 前記一対の連結枝部の幅は、前記ミラー基板の連結部方向に近づくに従って狭くなっていることを特徴とする請求項１０記載の振動ミラー。
13. 前記連結枝部のミラー基板に連結する間隔は、振動ミラー全長の２／３以上であることを特徴とする請求項１０記載の振動ミラー。
14. 前記ミラー基板の裏側に複数の凹部を形成することにより、回転軸に直交する各部位における曲げ剛性を異ならせることを特徴とする請求項９記載の振動ミラー。
15. 前記ミラー基板と梁の捻り剛性で定まる振動ミラーの共振周波数の２倍の周波数で駆動されることを特徴とする請求項９記載の振動ミラー。
16. 前記一対の連結枝部に設けた可動電極と、それと対向して配備した固定電極を設け、電極間に発生する静電気力により振動させることを特徴とする請求項１０記載の振動ミラー。
17. 前記ミラー基板の端部に設けた可動電極と、それと対向して配備した固定電極と、前記一対の連結枝部に設けた可動電極と、それと対向して配備した固定電極を設け、２つの電極間に発生する静電気力を併せて用いて振動させることを特徴とする請求項１０記載の振動ミラー。
18. 請求項９乃至１７のいずれか１項に記載の振動ミラーと、前記振動ミラーにより偏向された光ビームを被走査面にスポット状に結像する結像光学系とを備えることを特徴とする光走査装置。
19. 請求項１乃至６、１８のいずれか１項に記載の光走査装置と、前記光走査装置によって静電像が形成される感光体と、前記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とを有することを特徴とする画像形成装置。

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