JP4409858B2 - 振動ミラー、光書込装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシニング技術を応用した微小光学系に係り、より詳しくは、静電力によって駆動される、ねじり梁支持型振動ミラーと、それを利用した光書込装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の振動ミラーは、デジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置の光書込装置や、バーコードリーダー、スキャナー等の光読取装置への応用が有望視されている。
【０００３】
非特許文献１に記載されているこの種の振動ミラー（光走査装置）では、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引力で、２本の梁をねじり回転軸として往復振動させる。マイクロマシンニング技術によって作成されるこの振動ミラーは、モーターによりポリゴンミラーを回転させる構成の光走査装置と比較し、構造が簡単であり、半導体プロセスでの一括形成が可能であるため、小型化が容易で製造コストも低い。また、ポリゴンミラーは複数のミラー面を利用するためミラー面毎の精度のばらつきの問題があるが、ミラー面が１つの振動ミラーには、そのような問題はない。さらに振動ミラーは、往復走査による高速走査に容易に対応できる。
【０００４】
このような静電駆動の振動ミラーとして、梁をＳ字型として剛性を下げ、小さな駆動力で大きな振れ角が得られるようにしたもの（特許文献１参照）、梁の厚さをミラー基板、フレーム基板よりも薄くしたもの（特許文献２参照）、駆動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（特許文献３，非特許文献２参照）、また、駆動電極をミラーの振れの中心位置から傾斜させて設置することで、ミラーの振れ角を変えずに駆動電圧を下げたもの（非特許文献３参照）が知られている。
【０００５】
以上の振動ミラーは静電引力を用いて駆動するものであるが、駆動手段として電磁力や圧電素子を利用する振動ミラーも考案されている。
【０００６】
一般に、ねじり梁支持型の振動ミラーは、低エネルギーで大きな振れ角が得られるように、ミラー基板とねじり梁の材質、形状、寸法で決まる構造体の共振周波数でミラー基板を振動させねように駆動するとともに、振動ミラーの構造としては、振動時の剛性を確保しつつ軽量化して慣性モーメントを小さくする方法がとられる。
【０００７】
【特許文献１】
特許第2924200号公報
【特許文献２】
特開平7-92409号公報
【特許文献３】
特許第3011144号公報
【非特許文献１】
K．E．Petersen，“Silicon Tortional Scanning Mirror”，IBM Journal of Research and Development 24，1980，pp．631−637
【非特許文献２】
Harald Schenk，“An Electrostatically Excited 2D-Micro-Scanning-Mirror with an In-Plane configuration of the Driving Electrodes”，The 13th Annual International Workshop on MEMS 2000，(2000)，pp．473−478
【非特許文献３】
Harald Schenk，“An Electrostatically Excited 2D-Micro-Scanning-Mirror with an In-Plane configuration of the Driving Electrodes”，The 13th Annual International Workshop on MEMS 2000，(2000)，pp．645−650
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
振動ミラーの共振周波数ｆは、梁のねじり弾性係数をｋ、ミラー基板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）
ねじり弾性係数ｋは、梁幅をｃ、梁高さをｔ、梁長さをＬとすると次式であらわすことができる。なお、βは断面形状係数、Ｅはヤング率、νはポアソン比である。
ｋ＝βｔｃ3Ｅ/Ｌ(１＋ν)
シリコンの温度係数をΔhtとすると、温度Tmtにおけるヤング率Ｅは
Ｅ＝Ｅo（１−Δht＊Tmt）
で与えられる。
また、ミラー基板の慣性モーメントＩは、ミラー重量をＭ、密度をρ、ミラー基板の幅、長さ、厚さをそれぞれｂ、ａ、ｔとすると次式であらわすことができる。
Ｉ＝M（ａ2＋ｂ2）/12
＝ρｔａｂ（ａ2＋ｂ2）/12
【０００９】
ねじり梁支持型の振動ミラーは、一般に低エネルギーで大きな振れ角が得られるように、ミラー基板とねじり梁それぞれの材質、形状、寸法で決まってくる構造体の共振周波数を駆動周波数として設定しているが、以上の関係式からわかるように、ねじり梁寸法（c,t,L）とミラー基板寸法（a,b,t）並びに環境温度が振動ミラーの共振周波数に大きく影響してくる。したがって、駆動周波数を共振点に固定して振動ミラーを使用する場合に、寸法のばらつきや環境温度の変化により生じる共振点のずれによる振れ角の変動が大きいという問題がある。図１は環境温度と振れ角の関係を示すグラフであり、θmaxはある温度範囲内で一定になる最大の振れ角である。
【００１０】
このような問題点に鑑み、本出願人は、共振点から外れても安定した大きな振れ角で動作させることが可能な２段電極構造の振動ミラーの発明を特許出願している（特願2003-26528号、以下先願と記す）。この先願に係る発明の振動ミラーの一例について図２を参照し説明する。図２において、（ａ）は振動ミラーのミラー面と反対側から見た概略平面図、（ｂ）はＡ−Ａ'線概略断面図、（ｃ）はミラー面側から見た概略平面図である。
【００１１】
図２において、101はミラー基板、102,103は一直線上にあるねじり梁、104は枠状支持部であり、ミラー基板101はその対向する２つの端部の中央部をねじり梁102,103を介して枠状支持部104に支持され、ねじり梁102,103をねじり回転軸として往復振動可能である。ミラー基板101のねじり梁102,103により支持されない対向した２つの端部105,106は櫛歯状に形成され、この櫛歯状の辺105,106と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極107,108が枠状支持部104に形成されている。このようなミラー基板101、ねじり梁102,103及び駆動電極107,108を含む枠状支持部104からなる構造体は、第１の基板（例えば低抵抗の単結晶シリコン基板）から半導体プロセスによって一体的に作成される。ミラー基板101の一面に、反射率の高い金属膜からなるミラー面109が形成されている。
【００１２】
枠状支持部104には、それと略同一形状の枠状支持部111が絶縁層110を介して接合されている。この枠状支持部111には、第１の駆動電極107,108と同一の平面形状を有する櫛歯状の第２の駆動電極112,113が形成されている。このような第２の駆動電極112,113を含む枠状支持部111は、絶縁層110を介して前記第１の基板に接合された第２の基板（例えば低抵抗の単結晶シリコン基板）から半導体プロセスによって作成される。
【００１３】
枠状支持部104は、スリット120,121,122によって、ミラー基板101と電気的に導通した領域と第１の駆動電極107,108と電気的に導通した領域に絶縁分離され、それぞれの領域には金属薄膜からなる電極パッド123,124が形成されている。また、枠状支持部111は、スリット126,127,128,129によって、第２の駆動電極112と電気的に導通した領域と第２の駆動電極113と電気的に導通した領域とに絶縁分離され、それぞれの領域に金属薄膜からなる電極パッド130,131が形成されている。
【００１４】
この２段電極構造の振動ミラーは、ミラー基板101、ねじり梁102,103、枠状支持部104ならなる構造体の寸法などで決まる共振点以外でも安定に駆動することができる。その駆動方法を図３により説明する。ミラー基板101のための電極パッド123を接地する。そして、（ｂ）に示す駆動パルスを電極パッド124を通じて第１の駆動電極107,108に印加し、（ｃ）に示す駆動パルスを電極パッド130を通じて一方の第２の駆動電極112に印加し、（ｄ）に示す駆動パルスを電極パッド131を通じて他方の第２の駆動電極113に印加すると、ミラー基板101は図３の（ａ）に示す周波数foで往復振動する。つまり、ミラー基板の可動電極部が第１の駆動電極との最近接位置を通過した直後に、可動電極部が向かってくる側の第２の駆動電極に電圧を印加して駆動のためのトルクをさらに作用させるのである。
【００１５】
さて、共振点外では、寸法ばらつきや環境温度変化による振れ角変化が共振点付近と比較して著しく小さいため、安定した振れ角でミラー基板を往復振動させることができるが、効率的な駆動のためには第２の駆動電極112,113の厚さ（ミラー基板振動方向の電極寸法）を最適値に設定する必要がある。より具体的には、前記先願の明細書及び図面に詳細に説明されているように、環境温度に拘わらず一定となる最大振れ角をθmax、ミラー基板幅を２Ｌ、ミラー基板及び第１の駆動電極の厚さをＴo、第２の駆動電極の厚さをＴとすると、
Ｔo＜Ｔ＜Ｌ・ｓｉｎθmax−Ｔo／２
の条件を満たすＴに選ぶと、共振点外で最も大きな最大振れ角θmaxで安定な駆動が可能である。参考のために、第２の駆動電極の厚さＴ及び環境温度と振れ角の関係を図４に示す。
【００１６】
ところで、前述のように２枚のシリコン基板を絶縁層を介して接合したシリコンウェハを用い、半導体プロセスによって２段電極構造の振動ミラーを作成する場合、第２の駆動電極の厚さを最適値に設定しようとすると、シリコンウェハの厚さは200μum以下となる。このような薄いシリコンウェハは、強度が不十分であるため製造工程での取り扱いが難しく、歩留まりが低下しやすい。また、完成した振動ミラーも全体が薄く強度が十分でないため破損しやすく、取り扱いが難しいという問題がある。
【００１７】
よって、本発明の目的は、上に述べた問題点などについて改良した２段電極構造の振動ミラーと、それを用いた光書込装置及び画像形成装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、対向する２つの端部に櫛歯状電極を備えたミラー基板と、２本のねじり梁と、該ねじり梁を介して前記ミラー基板の前記櫛歯状電極を備えない対向する２つの端部の中央部を支持し、前記ミラー基板の前記櫛歯状電極と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極を備えた第１の枠状支持部とが一体的に形成され、前記第１の枠状支持部はスリットにより前記ミラー基板と電気的に導通した領域と前記第１の駆動電極と電気的に導通した領域とに絶縁分離されてなる第１の基板と；前記第１の枠状支持部に絶縁層を介して接合される第２の枠状支持部と、該第２の枠状支持部より前記ミラー基板の振動方向の大きさが小さい、前記第１の駆動電極と重なる櫛歯状の第２の駆動電極とが一体的に形成されてなる第２の基板とを有し；前記第２の基板は絶縁性の基板で形成され、前記第２の駆動電極は前記第２の枠状支持部の内側端面に成膜された金属薄膜からなり、前記第２の枠状支持部の前記第１の枠状支持部と接合される側の面に、前記第２の駆動電極と電気的に導通した金属薄膜が成膜され；前記ミラー基板が、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極により静電的に駆動されることにより前記ねじり梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラーである。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の発明の振動ミラーにおいて、前記第２の基板は透明材料の基板から形成されることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項３の発明は、対向する２つの端部に櫛歯状電極を備えたミラー基板と、２本のねじり梁と、該ねじり梁を介して前記ミラー基板の前記櫛歯状電極を備えない対向する２つの端部の中央部を支持し、前記ミラー基板の前記櫛歯状電極と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極を備えた第１の枠状支持部とが一体的に形成され、前記第１の枠状支持部はスリットにより前記ミラー基板と電気的に導通した領域と前記第１の駆動電極と電気的に導通した領域とに絶縁分離されてなる第１の基板と、；前記第１の枠状支持部に絶縁層を介して接合される第２の枠状支持部と、該第２の枠状支持部より前記ミラー基板の振動方向の大きさが小さい、前記第１の駆動電極と重なる櫛歯状の第２の駆動電極とが一体的に形成されてなる第２の基板とを有し；前記第２の基板は透明材料の絶縁性の基板で形成され、前記第２の駆動電極は前記第２の枠状支持部の内側端面に成膜された金属薄膜からなり；前記ミラー基板が、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極により静電的に駆動されることにより前記ねじり梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラーである。
【００２１】
請求項４の発明は、対向する２つの端部に櫛歯状電極を備えたミラー基板と、２本のねじり梁と、該ねじり梁を介して前記ミラー基板の前記櫛歯状電極を備えない対向する２つの端部の中央部を支持し、前記ミラー基板の前記櫛歯状電極と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極を備えた第１の枠状支持部とが一体的に形成され、前記第１の枠状支持部はスリットにより前記ミラー基板と電気的に導通した領域と前記第１の駆動電極と電気的に導通した領域とに絶縁分離されてなる第１の基板と；前記第１の枠状支持部に絶縁層を介して接合され、前記第１の枠状支持部と略同一の平面形状をとり、前記第１の駆動電極と重なる櫛歯状の第２の駆動電極が一体的に形成されてなる第２の基板と；前記第２の基板に接合された第２の枠状支持部が一体的に形成されてなる第３の基板とを有し；前記ミラー基板が、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極により静電的に駆動されることにより前記ねじり梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラーである。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項４の発明の振動ミラーにおいて、前記第２の基板は絶縁性の基板で形成され、前記第２の駆動電極は前記第１の駆動電極と重なる、前記第２の基板の端面に成膜された金属薄膜からなることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項５の発明の振動ミラーにおいて、前記第２の基板の前記第１の枠状支持部と接合されない側の面に、前記第２の駆動電極と電気的に導通した金属薄膜が成膜されたことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項５の発明の振動ミラーにおいて、前記第２の基板は透明材料の基板から形成されることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項の発明の振動ミラーの前記ミラー基板の振動空間を減圧状態に封止する封止手段を有することを特徴とする振動ミラーである。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項の発明の振動ミラーと、該振動ミラーのミラー基板上のミラー面に光ビームを入射させる手段と、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手段とを有することを特徴とする光書込装置である。
【００２７】
請求項１０の発明は、像担持体と、この像担持体を被走査面として記録信号により変調された光ビームで走査することにより前記像担持体に静電潜像を形成する請求項９の発明の光書込装置と、前記像担持体に形成された静電潜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である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以上に述べた本発明の実施の形態について図面を参照し詳細に説明する。
【００２９】
［実施例１］
本発明の振動ミラーの一実施例の構成を図５に示す。図５の（ａ）は振動ミラーのミラー面側から見た概略平面図、（ｂ）は振動ミラーのＢ−Ｂ’線概略断面図、（ｃ）は振動ミラーのミラー面と反対側から見た概略平面図である。
【００３０】
図５において、200は第１の基板であり、これはミラー基板201、同軸上にある２本のねじり梁202,203、枠状支持部204からなり、ミラー基板201はその対向する２つの端部の中央部をねじり梁202,203を介して枠状支持部204に支持されている。ミラー基板201は、ねじり梁202,203をねじり回転軸として往復振動可能である。ミラー基板201のねじり梁202,203に支持されない対向した２つの端部には櫛歯状電極部（可動電極）206,207が形成されている。枠状支持部204には、櫛歯状電極部206,207と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極208,209が形成されている。このような第１の基板200は、高精度の微細加工が可能で、弾性体として使用するうえで適度な剛性をもち、かつ、電極として使用可能な低抵抗の単結晶シリコン基板を、酸化膜をエッチングマスクとしてSF6ガスを用いた高密度プラズマエッチングにより貫通エッチングすることによって一体成形されている。
【００３１】
ミラー基板201の一面には、当該振動ミラーで使用される光に対して十分な反射率をもつ金属薄膜からなるミラー面205が形成されている。なお、ミラー面を反対の面に形成することも可能である。
【００３２】
第１の基板200に形成された各部の寸法は、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。枠状支持部204は、スリット210,211,212により、駆動電極208,209と電気的に導通した領域とミラー基板201と電気的に導通した領域とに絶縁分離されている。絶縁分離された各領域には、表面の酸化膜をマスクエッチングで部分的に除去して低抵抗シリコン面を露出させ、スパッタ法でAl薄膜をマスク成膜することにより電極パッド212,213が形成されている。
【００３３】
第１の基板200のミラー面側に、絶縁層220を介して、第２の基板221が接合されている。この第２の基板221は、第１の基板200の枠状支持部204と重なる枠状支持部222と、その内側に段差を介して形成された第２の駆動電極223,224からなる。第２の駆動電極223,224も、第１の駆動電極208,209と同一の平面形状の櫛歯状に形成され、第１の駆動電極208,209と重なる位置関係にある。第２の駆動電極223,224の厚さは、図４に関連して説明したような振れ角を有効に拡大できるような最適条件を満たすように選ばれているが、枠状支持部222の厚さは支持部として十分な強度を得られる厚さ（例えば標準的なシリコンウエハの厚さ）に設定されている。このような第２の基板221は、高精度の微細加工が可能で、電極として使用可能な低抵抗の単結晶シリコン基板をエッチングすることにより一体成形されている。
【００３４】
第２の基板221は、スリット225,226,227,228により、駆動電極223と電気的に導通した領域と駆動電極224と電気的に導通した領域が絶縁分離され、その各領域には、表面の酸化膜をマスクエッチングで部分的に除去して低抵抗シリコン面を露出させ、スパッタ法でAl薄膜をマスク成膜することにより電極パッド229,230が形成されている。
【００３５】
なお、各電極パッドの材料はAlに限定されるものではなく、十分な密着性とシリコンとの導通が得られればAu等の他の材料も選択可能であり、また、その成膜方法は真空蒸着法、イオンプレーティング法等の他の方法でもよい。
【００３６】
この実施例の振動ミラーは、図３により説明した先願に係る発明の振動ミラーと同様の駆動方法によって駆動することができる。すなわち、ミラー基板の電極パッド212を接地し、図３の（ｂ）に示した駆動パルスを第１の駆動電極の電極パッド213に印加し、図３の（ｃ），（ｄ）に示した駆動パルスを第２の駆動電極の電極パッド223,224にそれぞれ印加することにより、図３の（ａ）に示すようにミラー基板を往復振動させることができる。そして、第２の電極223,224を前述の最適条件を満たすような厚さとしているため、安定した大きな振れ角を得られる。
【００３７】
また、第２の基板221の枠状支持部222は十分な厚さを持つため、完成した振動ミラーの強度を十分に高めることができ、また、次に述べるような製造工程において強度の十分な厚さのシリコンウェハを用いることができるため、製造時の強度不足による歩留まり低下を回避できる。
【００３８】
次に、この実施例の振動ミラーの製造方法の一例について説明する。図６は、工程の説明のための概略断面図である。
【００３９】
工程ａ： 板厚525μmの２枚の低抵抗シリコン基板291,292を厚さ5000 の熱酸化膜293を介して直接接合したシリコンウェハを用意し、振動ミラーの第１の基板を形成するためのシリコン基板292を板厚60μmまで研削、研磨する。この段階でも、シリコンウェハの板厚は約585μmであるため、その取り扱いは用意である。このシリコンウェハのシリコン基板292側にミラー基板、ねじり梁を分離するため、界面の酸化膜まで貫通エッチングする。
【００４０】
工程ｂ： 次に、振動ミラーの第２の基板を形成するためのシリコン基板291の底面に酸化膜294を熱酸化により形成し（工程ａの説明図参照）、これをエッチングマスクとしてシリコン基板291を１段エッチングする。
【００４１】
工程ｃ： 得られた段差部分に、エッチングマスクとしての酸化膜295を形成するため、熱酸化する。
【００４２】
工程ｄ： 次に、段差底面の酸化膜の一部をレジストマスクでパターニングし、エッチング除去する。この際の段差底面のフォトリソグラフィ工程では、レジストのスプレー塗布装置と、両面アライメントが可能な長焦点型の露光装置を用いる。
【００４３】
工程ｅ： この段差底面の酸化膜をマスクとして、再び高密度プラズマエッチングでシリコン基板291の段差底面を、界面の酸化膜293に達するまでエッチングする。このとき、界面の酸化膜293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293に達したときにエッチングが停止する。
【００４４】
工程ｆ： 界面の酸化膜293をバッファーフッ酸でエッチング除去する。
【００４５】
工程ｇ： 第１の基板側の電極パッドとしての金属薄膜296を形成する。
【００４６】
工程ｈ： メタルマスクを用い、ミラー面及び第２の基板側の電極パッドとしての金属薄膜297を形成する。
【００４７】
［実施例２］
本発明の振動ミラーの他の実施例の構成を図７に示す。図７は図５のＢ−Ｂ’線に対応する切断線での本実施例振動ミラーの概略断面図である。図７において、図５と同一の参照符号は同一部分を示す。
【００４８】
この振動ミラーの第１の基板200は、前記実施例１のものと同一の構成であり、低抵抗の単結晶シリコン基板から一体形成されたのものである。その枠状支持部204にはミラー基板201と第１の駆動電極208,209のための電極パッド212,213が形成され、ミラー基板201の一面にはミラー面205が形成されている。ミラー面を反対の面に形成することも可能である。
【００４９】
この実施例の振動ミラーにおいては、第１の基板200のミラー面側に絶縁層220を介して接合される第２の基板221としてパイレックスガラス基板が用いられ、前記実施例１と同様の形状に枠状支持部222が加工される。ただし、第２の基板221が絶縁性材質であることから、枠状支持部222の内側の櫛歯状端面部は、そのままでは電極として利用することができないため、当該櫛歯状端面部に金属薄膜を成膜することによって第２の駆動電極223,224が形成されている。この金属薄膜は枠状支持部222の表面まで連続した形で成膜されることにより、第２の駆動電極223,224と電気的に接続した電極パッド229,230が枠状支持部222の表面に形成される。なお、金属薄膜としては例えばAlの薄膜が用いられるが、Au等の薄膜を選択することも可能であり、また、成膜方法はスパッチ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等を利用できる。
【００５０】
第２の駆動電極223,224のミラー基板振動方向の寸法（電極厚さ）は、前記実施例１と同様に振れ角を拡大するための最適条件を満たすように決められ、また枠状支持部222の厚さは支持部として十分な強度を持つ厚さ（例えば標準的なシリコンウェハの厚さ）に決められている。したがって、この実施例の振動ミラーは、前記実施例１のものと同様の駆動方法によって大きな振れ角で安定に駆動することができるとともに、完成状態での強度を十分に高めることができる。
【００５１】
また、この実施例の振動ミラーは、絶縁層を介してシリコン基板とパイレックスガラス基板を接合したものを用意し、図６により説明した工程と同様の工程により製造することができる。第２の基板221は十分な厚さを有するため、製造工程において強度不足による歩留まり低下を回避できる。さらに、第２の基板221は透明であり、第２の基板221を通して第１の基板200の貫通部を直接確認することができるため、第２の基板221の加工時に特殊な製造装置を使うことなく容易に精度の高い振動ミラーを作製可能である。
【００５２】
［実施例３］
本発明の振動ミラーの他の実施例の構成を図８に示す。図８は図５のＢ−Ｂ’線に対応する切断線での本実施例振動ミラーの概略断面図である。図８において、図５と同一の参照符号は同一部分を示す。
【００５３】
この振動ミラーの第１の基板200は、前記実施例１のものと同一の構成であり、低抵抗の単結晶シリコン基板から一体形成されたのものである。その枠状支持部204にはミラー基板201と第１の駆動電極208,209のための電極パッド212,213が形成され、ミラー基板201の一面にはミラー面205が形成されている。ミラー面を反対の面に形成することも可能である。
【００５４】
この実施例の振動ミラーにおいては、加工済みの第１の基板200のミラー面側に、加工済みの第２の基板300が絶縁層220を介して接合される。
【００５５】
この第２の基板300は、少なくとも表面が絶縁性の基板、例えば、表面に酸化膜が成膜されたシリコン基板又はパイレックスガラス基板から形成される。第２の基板300は、第１の基板200の枠状支持部204と重なる枠状支持部301からなり、その内側端面には第１の固定電極208,209と重なり合う櫛歯状部を有する。この櫛歯状部に金属薄膜が成膜されることにより、第２の駆動電極302,303が形成される。第２の基板300の第１の基板200と接合される側の面には第２の駆動電極302,303と電気的に接続した金属薄膜が予め成膜されている。第１の基板200の外側にある絶縁層220は部分的にエッチング除去され、この部分から露出した第２の基板300の接合面上の金属薄膜が第２の駆動電極302,303のための電極パッド304,305とされる。上記金属薄膜としては例えばAlの薄膜が用いられるが、Au等の薄膜を選択することも可能であり、また、成膜方法はスパッチ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等を利用できる。
【００５６】
第２の駆動電極302,303のミラー基板振動方向の寸法（電極厚さ）は、前記実施例１と同様に振れ角を拡大するための最適条件を満たすように決められ、また枠状支持部301の厚さは支持部として十分な強度を得られるような厚さ（例えば標準的なシリコンウェハの厚さ）に決められている。したがって、この実施例の振動ミラーは、前記実施例１のものと同様の駆動方法によって大きな振れ角で安定に駆動することができるとともに、完成状態での強度を十分に高めることができる。また、第２の基板300は、加工後に第１の基板200に後付けされるため、その材質及設計の自由度が大きい。また、第２の駆動電極302,303のミラー基板振動方向の大きさは、成膜幅の調整のみによって精密に制御可能である。なお、第２の駆動電極302,303の電極パッド304,305が他の電極パッドと同じ面側に設けられるが、このことは振動ミラーを実装する際に好都合な場合が多い。
【００５７】
［実施例４］
本発明の振動ミラーの他の実施例の構成を図９に示す。図９は図５のＢ−Ｂ’線に対応する切断線での本実施例振動ミラーの概略断面図である。図９において、図５と同一の参照符号は同一部分を示す。
【００５８】
この振動ミラーの第１の基板200は、前記実施例１のものと同一の構成であり、低抵抗の単結晶シリコン基板から一体成形されたのものである。その枠状支持部204にはミラー基板201と第１の駆動電極208,209のための電極パッド212,213が形成され、ミラー基板201の一面にはミラー面205が形成されている。ミラー面を反対の面に形成することも可能である。
【００５９】
第１の基板200のミラー面側に絶縁層220を介して第２の基板400が接合されている。この第２の基板400としては低抵抗の単結晶シリコン基板が用いられ、第１の基板200の枠状支持部204と略同一の平面形状に加工され、その内側端面には第１の駆動電極208,209と重なる櫛歯状の第２の駆動電極401,402が形成されている。この第２の駆動電極401,402のミラー基板振動方向の寸法（電極厚さ）は、前述のように振れ角を拡大するための最適条件を満たすような厚さに決められている。この厚さは第２の基板400の厚さでもある。なお、第２の基板400には、図５の（ａ）のスリット225〜228に相当する絶縁分離のためのスリットが形成されている。
【００６０】
第２の基板400には第３の基板404が接合されている。この第３の基板404は、第２の基板400より小さい平面形状の枠状支持部405を構成するものであり、例えばパイレックスガラス基板から形成される。この第３の基板404の厚さは、支持部としての十分な強度を得られる厚さに選ばれる。枠状支持部405の外側に露出する第２の基板400の表面に、第２の固定電極401,402のための電極パッド406,407としての金属薄膜が成膜されている。この金属薄膜としてはAl薄膜やAu薄膜などを用いることができる。
【００６１】
この実施例の振動ミラーは、前記実施例１のものと同様の駆動方法によって大きな振れ角で安定に駆動することができるとともに、完成状態での強度を十分に高めることができる。
【００６２】
また、この実施例の振動ミラーは、絶縁層を介して接合された２枚のシリコン基板の一方にパイレックスガラス基板を接合したものを用意し、図６により説明した工程と同様の工程により製造することができる。第３の基板404は支持体として十分な強度を得られる厚さであるため、製造工程において強度不足による歩留まり低下を回避できる。第３の基板505の材料としてパイレックスガラスなどの透明材料を用いると、第２の基板500の加工時に同基板を通して第１の基板200の貫通部を直接観測することができるため、特殊な製造装置を使うことなく容易に精度の高い振動ミラーを作製できる。
【００６３】
なお、第３の基板404の材料はパイレックスガラスに限らず、セラミックスなど支持体として十分な強度を持つ他の材料を用いることも可能である。また、表面に酸化膜を成膜したシリコン基板を第３の基板404として用いることもできる。このように、枠状支持部405を形成するための基板404を第２の駆動電極を形成するための基板400と独立させたため、基板404の材料、形状の自由度が大きくなり、支持部としての信頼性の高い構造体を容易に作成でき、また第２の駆動電極の電極パッドの取り出しも容易になる。
【００６４】
［実施例５］
本発明の振動ミラーの他の実施例の構成を図１０に示す。図１０は、図５のＢ−Ｂ’線に対応する切断線での本実施例振動ミラーの概略断面図である。図１０において、図５と同一の参照符号は同一部分を示す。
【００６５】
この振動ミラーの第１の基板200は、前記実施例１のものと同一の構成であり、低抵抗の単結晶シリコン基板から一体成形されたのものである。その枠状支持部204にはミラー基板201と第１の駆動電極208,209のための電極パッド212,213が形成され、ミラー基板201の一面にはミラー面205が形成されている。ミラー面を反対の面に形成することも可能である。
【００６６】
第１の基板200のミラー面側に絶縁層220を介して第２の基板500が接合されている。この第２の基板500としては、パイレックスガラス基板や表面に酸化膜が成膜されたシリコン基板が用いられ、第１の基板200の枠状支持部204と略同一の平面形状に加工され、その内側端面には第１の駆動電極208,209と重なる櫛歯状部が形成されている。第２の基板500は少なくとも表面は絶縁されているので、その櫛歯状部は第２の駆動電極501,502として作用させるため、また、その電極パッド503,504の引き出しのために、第１の基板400と接合されない側の第２の基板500の表面及び櫛歯状部にわたってAlやAuなどの金属薄膜が成膜されている。この第２の基板500の厚さ、すなわち、第２の駆動電極501,502のミラー基板振動方向の寸法（電極厚さ）は、前述のように振れ角を拡大するための最適条件を満たすような厚さに決められている。
【００６７】
この実施例の振動ミラーにおいては、第１の基板200及び第２の基板500からなる構造体の加工後に、第３の基板505が第２の基板500に接合される。この第３の基板505は、第２の基板500より小さい平面形状の枠状支持部506を構成するものであり、例えばガラス基板から形成される。この第３の基板505の厚さは、支持部としの十分な強度を得られる厚さに選ばれる。
【００６８】
この実施例の振動ミラーは、前記実施例１のものと同様の駆動方法によって大きな振れ角で安定に駆動することができるとともに、完成状態での強度を十分に高めることができる。
【００６９】
なお、第３の基板505の材料として、セラミックスなど支持体として十分な強度を持つ他の材料を用いることも可能である。また、表面に酸化膜を成膜したシリコン基板を第３の基板505として用いることもできる。このように、枠状支持部506を形成するための基板505を第２の駆動電極を形成するための基板500と独立させたため、基板505の材料、形状の自由度が大きくなり、支持部としての信頼性の高い構造体を容易に作成でき、また第２の駆動電極の電極パッドの取り出しも容易になる。
【００７０】
［実施例６］
図１１は、本発明の振動ミラーの他の実施例を示す概略断面図である。この実施例の振動ミラーは、前記実施例１の振動ミラーの第２の枠状支持部222にパイレックスガラスかならなるカバー基板600を陽極接合し、第１の枠状支持部204にパイレックスガラスからなるベース基板601を陽極接合し、ミラー基板201の振動空間を減圧状態に封止したものである。このような減圧封止手段を有する振動ミラーは、ミラー基板201の振動空間の空気の粘性抵抗が小さいため低い駆動電圧で大きな振れ角を安定に得ることができる。また、振動ミラー内部への塵芥などの侵入が阻止され、振動ミラーの信頼性が向上する。
【００７１】
ミラー基板201、第１の駆動電極及び第２の駆動電極のための電極パッドと外部との電気的接続は、カバー基板600及びベース基板601に設けられた貫通電極602を通じてなされる。
【００７２】
なお、カバー基板600及びベース基板601の接合方法は陽極接合に限らないが、パイレックスガラスとシリコンとの陽極接合は長期安定な封止が可能である。また、カバー基板600は少なくとも光を通す窓部を有するならば、樹脂やセラミックスなどの材料から形成することも可能である。ベース基板602も樹脂やセラミックスなどの材料から形成することも可能である。また、封止手段として、振動ミラー全体を収容するような封止容器を用いることもできる。
【００７３】
なお、前記実施例２，３，４，５の振動ミラーを同様の封止手段により封止することも可能である。図示しないが、そのような振動ミラーも本発明に包含されることは当然である。
【００７４】
［実施例７］
以上に説明した本発明の振動ミラーは、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光走査手段に好適である。図１２は、本発明の振動ミラーを用いた画像形成装置の一例を説明するための概略構成図である。
【００７５】
図１２において、801は光書込装置、802は光書込装置801の被走査面（像担持体）を提供する感光体ドラムである。光書込装置801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802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802は、矢印803方向に回転駆動され、帯電部804で帯電された表面に光書込装置801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部805でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写部806で記録紙808に転写される。転写されたトナー像は定着部807によって記録紙808に定着される。感光体ドラム802の転写部806を通過した表面部分はクリーニング部809で残留トナーを除去される。なお、感光体ドラム802に代えてベルト状の感光体を用いる構成も可能であることは明らかである。また、トナー像を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。
【００７６】
光書込装置801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820と、前述したような本発明の振動ミラー821と、この振動ミラー821のミラー基板のミラー面に光源部820からのレーザビームを結像させるための結像光学系822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802の表面（被走査面）に結像させるための走査光学系823から構成される。振動ミラー821は、その駆動のための集積回路824とともに回路基板825に実装された形で光書込装置801に組み込まれる。
【００８３】
本発明の振動ミラー821は、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821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。振動ミラー821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821の発熱量もわずかであるため、光書込装置801の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。また、振動ミラーは高速の往復走査が可能であるため、画像記録速度の高速化が可能である。
【００７７】
なお、記録紙808の搬送機構、感光体ドラム802の駆動機構、現像部805、転写部806などの制御手段、光源部820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。
【００７８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、以下のような効果が得られる。
（１）ミラー基板振動方向の第２の駆動電極の大きさを適切に設定し、安定した大きな振れ角でミラー基板を往復振動させることが可能であるとともに、第２の枠状支持部に十分な厚さを持たせることにより、十分な強度を持ち破損しにくく取り扱いの容易な２段電極構造の振動ミラーを実現できる。また、振動ミラーの製造段階での強度を高め、強度不足による歩留まり低下を回避することができる。
（２）ミラー基板振動方向の第２の駆動電極の大きさを金属薄膜の成膜幅の調整のみで精密に制御可能である。また、第２の基板には、各第２の駆動電極の絶縁分離のためのスリットなどを形成する必要がなくなる。
（３）第２の駆動電極のための電極パッドを、ミラー基板や第１の駆動電極の電極パッドと同じ面側に容易に設けることが可能である。
（４）第２の基板を透明材料とすることで、第２の基板の加工時に第２の基板を通して第１の基板の貫通部を直接確認することができるため、特殊な製造装置を使うことなく精度の高い振動ミラーを製造可能である。
（５）さらに、第３の基板を用いることで、第２の駆動電極のための第２の基板と独立に第３の基板の材質、形状の自由度を大きくとれるため、支持部としての信頼性の高い構造体を容易に作成できる。
（６）ミラー基板の振動空間を減圧状態に封止することで、ミラー基板の振動時の負荷を減らし、より低い駆動電圧で大きな振れ角でミラー基板を振動させることができる。また、振動ミラー内部への塵芥などの侵入を阻止し、振動ミラーの信頼性を向上できる。
（７）本発明の振動ミラーの使用により、光書込装置又は画像形成装置の省電力化、低騒音化、小型化、高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ねじり梁支持型振動ミラーの振れ角の環境温度による変動を示すグラフである。
【図２】 本出願人の先願に係る発明の２段電極構造の振動ミラーの一例を示す概略平面図及び概略断面図である。
【図３】 ２段電極構造の振動ミラーの駆動パルス波形とミラー基板の振動波形を示す波形図である。
【図４】 ２段電極構造の振動ミラーにおける第２の駆動電極の厚さとミラー基板の振れ角との関係を示すグラフである。
【図５】 本発明の振動ミラーの一実施例の説明のための概略平面図及び概略断面図である。
【図６】 図５に示した振動ミラーの製造工程説明図である。
【図７】 本発明の振動ミラーの他の実施例を説明するための概略断面図である。
【図８】 本発明の振動ミラーの他の実施例の説明のための概略断面図である。
【図９】 本発明の振動ミラーの他の実施例の説明のための概略断面図である。
【図１０】 本発明の振動ミラーの他の実施例の説明のための概略断面図である。
【図１１】 本発明の振動ミラーの他の実施例の説明のための概略断面図である。
【図１２】 本発明の光書込装置及び画像形成装置の一実施例を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
２００ 第１の基板
２０１ ミラー基板
２０２，２０３ ねじり梁
２０４ 枠状支持部
２０５ ミラー面
２０８，２０９ 第１の駆動電極
２１２，２１３ 電極パッド
２２０ 絶縁層
２２１ 第２の基板
２２２ 枠状支持部
２２３，２２４ 第２の駆動電極
２２９，２３０ 電極パッド
３００ 第２の基板
３０１ 枠状支持部
３０２，３０３ 第２の駆動電極
３０４，３０５ 電極パッド
４００ 第２の基板
４０１，４０２ 第２の駆動電極
４０４ 第３の基板
４０５ 枠状支持部
４０６，４０７ 電極パッド
５００ 第２の基板
５０１，５０２ 第２の駆動電極
５０３，５０４ 電極パッド
５０５ 第３の基板
５０６ 枠状支持部
６００ カバー基板
６０１ ベース基板
６０２ 貫通電極
８０１ 光書込装置
８２１ 振動ミラー
８０２ 感光体ドラム
８０５ 現像部
８０６ 転写部
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシニング技術を応用した微小光学系に係り、より詳しくは、静電力によって駆動される、ねじり梁支持型振動ミラーと、それを利用した光書込装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の振動ミラーは、デジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置の光書込装置や、バーコードリーダー、スキャナー等の光読取装置への応用が有望視されている。
【０００３】
非特許文献１に記載されているこの種の振動ミラー（光走査装置）では、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引力で、２本の梁をねじり回転軸として往復振動させる。マイクロマシンニング技術によって作成されるこの振動ミラーは、モーターによりポリゴンミラーを回転させる構成の光走査装置と比較し、構造が簡単であり、半導体プロセスでの一括形成が可能であるため、小型化が容易で製造コストも低い。また、ポリゴンミラーは複数のミラー面を利用するためミラー面毎の精度のばらつきの問題があるが、ミラー面が１つの振動ミラーには、そのような問題はない。さらに振動ミラーは、往復走査による高速走査に容易に対応できる。
【０００４】
このような静電駆動の振動ミラーとして、梁をＳ字型として剛性を下げ、小さな駆動力で大きな振れ角が得られるようにしたもの（特許文献１参照）、梁の厚さをミラー基板、フレーム基板よりも薄くしたもの（特許文献２参照）、駆動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（特許文献３，非特許文献２参照）、また、駆動電極をミラーの振れの中心位置から傾斜させて設置することで、ミラーの振れ角を変えずに駆動電圧を下げたもの（非特許文献３参照）が知られている。
【０００５】
以上の振動ミラーは静電引力を用いて駆動するものであるが、駆動手段として電磁力や圧電素子を利用する振動ミラーも考案されている。
【０００６】
一般に、ねじり梁支持型の振動ミラーは、低エネルギーで大きな振れ角が得られるように、ミラー基板とねじり梁の材質、形状、寸法で決まる構造体の共振周波数でミラー基板を振動させねように駆動するとともに、振動ミラーの構造としては、振動時の剛性を確保しつつ軽量化して慣性モーメントを小さくする方法がとられる。
【０００７】
【特許文献１】
特許第2924200号公報
【特許文献２】
特開平7-92409号公報
【特許文献３】
特許第3011144号公報
【非特許文献１】
K．E．Petersen，“Silicon Tortional Scanning Mirror”，IBM Journal of Research and Development 24，1980，pp．631−637
【非特許文献２】
Harald Schenk，“An Electrostatically Excited 2D-Micro-Scanning-Mirror with an In-Plane configuration of the Driving Electrodes”，The 13th Annual International Workshop on MEMS 2000，(2000)，pp．473−478
【非特許文献３】
Harald Schenk，“An Electrostatically Excited 2D-Micro-Scanning-Mirror with an In-Plane configuration of the Driving Electrodes”，The 13th Annual International Workshop on MEMS 2000，(2000)，pp．645−650
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
振動ミラーの共振周波数ｆは、梁のねじり弾性係数をｋ、ミラー基板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）
ねじり弾性係数ｋは、梁幅をｃ、梁高さをｔ、梁長さをＬとすると次式であらわすことができる。なお、βは断面形状係数、Ｅはヤング率、νはポアソン比である。
ｋ＝βｔｃ3Ｅ/Ｌ(１＋ν)
シリコンの温度係数をΔhtとすると、温度Tmtにおけるヤング率Ｅは
Ｅ＝Ｅo（１−Δht＊Tmt）
で与えられる。
また、ミラー基板の慣性モーメントＩは、ミラー重量をＭ、密度をρ、ミラー基板の幅、長さ、厚さをそれぞれｂ、ａ、ｔとすると次式であらわすことができる。
Ｉ＝M（ａ2＋ｂ2）/12
＝ρｔａｂ（ａ2＋ｂ2）/12
【０００９】
ねじり梁支持型の振動ミラーは、一般に低エネルギーで大きな振れ角が得られるように、ミラー基板とねじり梁それぞれの材質、形状、寸法で決まってくる構造体の共振周波数を駆動周波数として設定しているが、以上の関係式からわかるように、ねじり梁寸法（c,t,L）とミラー基板寸法（a,b,t）並びに環境温度が振動ミラーの共振周波数に大きく影響してくる。したがって、駆動周波数を共振点に固定して振動ミラーを使用する場合に、寸法のばらつきや環境温度の変化により生じる共振点のずれによる振れ角の変動が大きいという問題がある。図１は環境温度と振れ角の関係を示すグラフであり、θmaxはある温度範囲内で一定になる最大の振れ角である。
【００１０】
このような問題点に鑑み、本出願人は、共振点から外れても安定した大きな振れ角で動作させることが可能な２段電極構造の振動ミラーの発明を特許出願している（特願2003-26528号、以下先願と記す）。この先願に係る発明の振動ミラーの一例について図２を参照し説明する。図２において、（ａ）は振動ミラーのミラー面と反対側から見た概略平面図、（ｂ）はＡ−Ａ'線概略断面図、（ｃ）はミラー面側から見た概略平面図である。
【００１１】
図２において、101はミラー基板、102,103は一直線上にあるねじり梁、104は枠状支持部であり、ミラー基板101はその対向する２つの端部の中央部をねじり梁102,103を介して枠状支持部104に支持され、ねじり梁102,103をねじり回転軸として往復振動可能である。ミラー基板101のねじり梁102,103により支持されない対向した２つの端部105,106は櫛歯状に形成され、この櫛歯状の辺105,106と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極107,108が枠状支持部104に形成されている。このようなミラー基板101、ねじり梁102,103及び駆動電極107,108を含む枠状支持部104からなる構造体は、第１の基板（例えば低抵抗の単結晶シリコン基板）から半導体プロセスによって一体的に作成される。ミラー基板101の一面に、反射率の高い金属膜からなるミラー面109が形成されている。
【００１２】
枠状支持部104には、それと略同一形状の枠状支持部111が絶縁層110を介して接合されている。この枠状支持部111には、第１の駆動電極107,108と同一の平面形状を有する櫛歯状の第２の駆動電極112,113が形成されている。このような第２の駆動電極112,113を含む枠状支持部111は、絶縁層110を介して前記第１の基板に接合された第２の基板（例えば低抵抗の単結晶シリコン基板）から半導体プロセスによって作成される。
【００１３】
枠状支持部104は、スリット120,121,122によって、ミラー基板101と電気的に導通した領域と第１の駆動電極107,108と電気的に導通した領域に絶縁分離され、それぞれの領域には金属薄膜からなる電極パッド123,124が形成されている。また、枠状支持部111は、スリット126,127,128,129によって、第２の駆動電極112と電気的に導通した領域と第２の駆動電極113と電気的に導通した領域とに絶縁分離され、それぞれの領域に金属薄膜からなる電極パッド130,131が形成されている。
【００１４】
この２段電極構造の振動ミラーは、ミラー基板101、ねじり梁102,103、枠状支持部104ならなる構造体の寸法などで決まる共振点以外でも安定に駆動することができる。その駆動方法を図３により説明する。ミラー基板101のための電極パッド123を接地する。そして、（ｂ）に示す駆動パルスを電極パッド124を通じて第１の駆動電極107,108に印加し、（ｃ）に示す駆動パルスを電極パッド130を通じて一方の第２の駆動電極112に印加し、（ｄ）に示す駆動パルスを電極パッド131を通じて他方の第２の駆動電極113に印加すると、ミラー基板101は図３の（ａ）に示す周波数foで往復振動する。つまり、ミラー基板の可動電極部が第１の駆動電極との最近接位置を通過した直後に、可動電極部が向かってくる側の第２の駆動電極に電圧を印加して駆動のためのトルクをさらに作用させるのである。
【００１５】
さて、共振点外では、寸法ばらつきや環境温度変化による振れ角変化が共振点付近と比較して著しく小さいため、安定した振れ角でミラー基板を往復振動させることができるが、効率的な駆動のためには第２の駆動電極112,113の厚さ（ミラー基板振動方向の電極寸法）を最適値に設定する必要がある。より具体的には、前記先願の明細書及び図面に詳細に説明されているように、環境温度に拘わらず一定となる最大振れ角をθmax、ミラー基板幅を２Ｌ、ミラー基板及び第１の駆動電極の厚さをＴo、第２の駆動電極の厚さをＴとすると、
Ｔo＜Ｔ＜Ｌ・ｓｉｎθmax−Ｔo／２
の条件を満たすＴに選ぶと、共振点外で最も大きな最大振れ角θmaxで安定な駆動が可能である。参考のために、第２の駆動電極の厚さＴ及び環境温度と振れ角の関係を図４に示す。
【００１６】
ところで、前述のように２枚のシリコン基板を絶縁層を介して接合したシリコンウェハを用い、半導体プロセスによって２段電極構造の振動ミラーを作成する場合、第２の駆動電極の厚さを最適値に設定しようとすると、シリコンウェハの厚さは200μum以下となる。このような薄いシリコンウェハは、強度が不十分であるため製造工程での取り扱いが難しく、歩留まりが低下しやすい。また、完成した振動ミラーも全体が薄く強度が十分でないため破損しやすく、取り扱いが難しいという問題がある。
【００１７】
よって、本発明の目的は、上に述べた問題点などについて改良した２段電極構造の振動ミラーと、それを用いた光書込装置及び画像形成装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、対向する２つの端部に櫛歯状電極を備えたミラー基板と、２本のねじり梁と、該ねじり梁を介して前記ミラー基板の前記櫛歯状電極を備えない対向する２つの端部の中央部を支持し、前記ミラー基板の前記櫛歯状電極と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極を備えた第１の枠状支持部とが一体的に形成され、前記第１の枠状支持部はスリットにより前記ミラー基板と電気的に導通した領域と前記第１の駆動電極と電気的に導通した領域とに絶縁分離されてなる第１の基板と；前記第１の枠状支持部に絶縁層を介して接合される第２の枠状支持部と、該第２の枠状支持部より前記ミラー基板の振動方向の大きさが小さい、前記第１の駆動電極と重なる櫛歯状の第２の駆動電極とが一体的に形成されてなる第２の基板とを有し；前記第２の基板は絶縁性の基板で形成され、前記第２の駆動電極は前記第２の枠状支持部の内側端面に成膜された金属薄膜からなり、前記第２の枠状支持部の前記第１の枠状支持部と接合される側の面に、前記第２の駆動電極と電気的に導通した金属薄膜が成膜され；前記ミラー基板が、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極により静電的に駆動されることにより前記ねじり梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラーである。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の発明の振動ミラーにおいて、前記第２の基板は透明材料の基板から形成されることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項３の発明は、対向する２つの端部に櫛歯状電極を備えたミラー基板と、２本のねじり梁と、該ねじり梁を介して前記ミラー基板の前記櫛歯状電極を備えない対向する２つの端部の中央部を支持し、前記ミラー基板の前記櫛歯状電極と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極を備えた第１の枠状支持部とが一体的に形成され、前記第１の枠状支持部はスリットにより前記ミラー基板と電気的に導通した領域と前記第１の駆動電極と電気的に導通した領域とに絶縁分離されてなる第１の基板と、；前記第１の枠状支持部に絶縁層を介して接合される第２の枠状支持部と、該第２の枠状支持部より前記ミラー基板の振動方向の大きさが小さい、前記第１の駆動電極と重なる櫛歯状の第２の駆動電極とが一体的に形成されてなる第２の基板とを有し；前記第２の基板は透明材料の絶縁性の基板で形成され、前記第２の駆動電極は前記第２の枠状支持部の内側端面に成膜された金属薄膜からなり；前記ミラー基板が、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極により静電的に駆動されることにより前記ねじり梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラーである。
【００２１】
請求項４の発明は、対向する２つの端部に櫛歯状電極を備えたミラー基板と、２本のねじり梁と、該ねじり梁を介して前記ミラー基板の前記櫛歯状電極を備えない対向する２つの端部の中央部を支持し、前記ミラー基板の前記櫛歯状電極と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極を備えた第１の枠状支持部とが一体的に形成され、前記第１の枠状支持部はスリットにより前記ミラー基板と電気的に導通した領域と前記第１の駆動電極と電気的に導通した領域とに絶縁分離されてなる第１の基板と；前記第１の枠状支持部に絶縁層を介して接合され、前記第１の枠状支持部と略同一の平面形状をとり、前記第１の駆動電極と重なる櫛歯状の第２の駆動電極が一体的に形成されてなる第２の基板と；前記第２の基板に接合された第２の枠状支持部が一体的に形成されてなる第３の基板とを有し；前記ミラー基板が、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極により静電的に駆動されることにより前記ねじり梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラーである。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項４の発明の振動ミラーにおいて、前記第２の基板は絶縁性の基板で形成され、前記第２の駆動電極は前記第１の駆動電極と重なる、前記第２の基板の端面に成膜された金属薄膜からなることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項５の発明の振動ミラーにおいて、前記第２の基板の前記第１の枠状支持部と接合されない側の面に、前記第２の駆動電極と電気的に導通した金属薄膜が成膜されたことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項５の発明の振動ミラーにおいて、前記第２の基板は透明材料の基板から形成されることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項の発明の振動ミラーの前記ミラー基板の振動空間を減圧状態に封止する封止手段を有することを特徴とする振動ミラーである。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項の発明の振動ミラーと、該振動ミラーのミラー基板上のミラー面に光ビームを入射させる手段と、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手段とを有することを特徴とする光書込装置である。
【００２７】
請求項１０の発明は、像担持体と、この像担持体を被走査面として記録信号により変調された光ビームで走査することにより前記像担持体に静電潜像を形成する請求項９の発明の光書込装置と、前記像担持体に形成された静電潜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である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以上に述べた本発明の実施の形態について図面を参照し詳細に説明する。
【００２９】
［実施例１］
本発明の振動ミラーの一実施例の構成を図５に示す。図５の（ａ）は振動ミラーのミラー面側から見た概略平面図、（ｂ）は振動ミラーのＢ−Ｂ’線概略断面図、（ｃ）は振動ミラーのミラー面と反対側から見た概略平面図である。
【００３０】
図５において、200は第１の基板であり、これはミラー基板201、同軸上にある２本のねじり梁202,203、枠状支持部204からなり、ミラー基板201はその対向する２つの端部の中央部をねじり梁202,203を介して枠状支持部204に支持されている。ミラー基板201は、ねじり梁202,203をねじり回転軸として往復振動可能である。ミラー基板201のねじり梁202,203に支持されない対向した２つの端部には櫛歯状電極部（可動電極）206,207が形成されている。枠状支持部204には、櫛歯状電極部206,207と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極208,209が形成されている。このような第１の基板200は、高精度の微細加工が可能で、弾性体として使用するうえで適度な剛性をもち、かつ、電極として使用可能な低抵抗の単結晶シリコン基板を、酸化膜をエッチングマスクとしてSF6ガスを用いた高密度プラズマエッチングにより貫通エッチングすることによって一体成形されている。
【００３１】
ミラー基板201の一面には、当該振動ミラーで使用される光に対して十分な反射率をもつ金属薄膜からなるミラー面205が形成されている。なお、ミラー面を反対の面に形成することも可能である。
【００３２】
第１の基板200に形成された各部の寸法は、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。枠状支持部204は、スリット210,211,212により、駆動電極208,209と電気的に導通した領域とミラー基板201と電気的に導通した領域とに絶縁分離されている。絶縁分離された各領域には、表面の酸化膜をマスクエッチングで部分的に除去して低抵抗シリコン面を露出させ、スパッタ法でAl薄膜をマスク成膜することにより電極パッド212,213が形成されている。
【００３３】
第１の基板200のミラー面側に、絶縁層220を介して、第２の基板221が接合されている。この第２の基板221は、第１の基板200の枠状支持部204と重なる枠状支持部222と、その内側に段差を介して形成された第２の駆動電極223,224からなる。第２の駆動電極223,224も、第１の駆動電極208,209と同一の平面形状の櫛歯状に形成され、第１の駆動電極208,209と重なる位置関係にある。第２の駆動電極223,224の厚さは、図４に関連して説明したような振れ角を有効に拡大できるような最適条件を満たすように選ばれているが、枠状支持部222の厚さは支持部として十分な強度を得られる厚さ（例えば標準的なシリコンウエハの厚さ）に設定されている。このような第２の基板221は、高精度の微細加工が可能で、電極として使用可能な低抵抗の単結晶シリコン基板をエッチングすることにより一体成形されている。
【００３４】
第２の基板221は、スリット225,226,227,228により、駆動電極223と電気的に導通した領域と駆動電極224と電気的に導通した領域が絶縁分離され、その各領域には、表面の酸化膜をマスクエッチングで部分的に除去して低抵抗シリコン面を露出させ、スパッタ法でAl薄膜をマスク成膜することにより電極パッド229,230が形成されている。
【００３５】
なお、各電極パッドの材料はAlに限定されるものではなく、十分な密着性とシリコンとの導通が得られればAu等の他の材料も選択可能であり、また、その成膜方法は真空蒸着法、イオンプレーティング法等の他の方法でもよい。
【００３６】
この実施例の振動ミラーは、図３により説明した先願に係る発明の振動ミラーと同様の駆動方法によって駆動することができる。すなわち、ミラー基板の電極パッド212を接地し、図３の（ｂ）に示した駆動パルスを第１の駆動電極の電極パッド213に印加し、図３の（ｃ），（ｄ）に示した駆動パルスを第２の駆動電極の電極パッド223,224にそれぞれ印加することにより、図３の（ａ）に示すようにミラー基板を往復振動させることができる。そして、第２の電極223,224を前述の最適条件を満たすような厚さとしているため、安定した大きな振れ角を得られる。
【００３７】
また、第２の基板221の枠状支持部222は十分な厚さを持つため、完成した振動ミラーの強度を十分に高めることができ、また、次に述べるような製造工程において強度の十分な厚さのシリコンウェハを用いることができるため、製造時の強度不足による歩留まり低下を回避できる。
【００３８】
次に、この実施例の振動ミラーの製造方法の一例について説明する。図６は、工程の説明のための概略断面図である。
【００３９】
工程ａ： 板厚525μmの２枚の低抵抗シリコン基板291,292を厚さ5000 の熱酸化膜293を介して直接接合したシリコンウェハを用意し、振動ミラーの第１の基板を形成するためのシリコン基板292を板厚60μmまで研削、研磨する。この段階でも、シリコンウェハの板厚は約585μmであるため、その取り扱いは用意である。このシリコンウェハのシリコン基板292側にミラー基板、ねじり梁を分離するため、界面の酸化膜まで貫通エッチングする。
【００４０】
工程ｂ： 次に、振動ミラーの第２の基板を形成するためのシリコン基板291の底面に酸化膜294を熱酸化により形成し（工程ａの説明図参照）、これをエッチングマスクとしてシリコン基板291を１段エッチングする。
【００４１】
工程ｃ： 得られた段差部分に、エッチングマスクとしての酸化膜295を形成するため、熱酸化する。
【００４２】
工程ｄ： 次に、段差底面の酸化膜の一部をレジストマスクでパターニングし、エッチング除去する。この際の段差底面のフォトリソグラフィ工程では、レジストのスプレー塗布装置と、両面アライメントが可能な長焦点型の露光装置を用いる。
【００４３】
工程ｅ： この段差底面の酸化膜をマスクとして、再び高密度プラズマエッチングでシリコン基板291の段差底面を、界面の酸化膜293に達するまでエッチングする。このとき、界面の酸化膜293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293に達したときにエッチングが停止する。
【００４４】
工程ｆ： 界面の酸化膜293をバッファーフッ酸でエッチング除去する。
【００４５】
工程ｇ： 第１の基板側の電極パッドとしての金属薄膜296を形成する。
【００４６】
工程ｈ： メタルマスクを用い、ミラー面及び第２の基板側の電極パッドとしての金属薄膜297を形成する。
【００４７】
［実施例２］
本発明の振動ミラーの他の実施例の構成を図７に示す。図７は図５のＢ−Ｂ’線に対応する切断線での本実施例振動ミラーの概略断面図である。図７において、図５と同一の参照符号は同一部分を示す。
【００４８】
この振動ミラーの第１の基板200は、前記実施例１のものと同一の構成であり、低抵抗の単結晶シリコン基板から一体形成されたのものである。その枠状支持部204にはミラー基板201と第１の駆動電極208,209のための電極パッド212,213が形成され、ミラー基板201の一面にはミラー面205が形成されている。ミラー面を反対の面に形成することも可能である。
【００４９】
この実施例の振動ミラーにおいては、第１の基板200のミラー面側に絶縁層220を介して接合される第２の基板221としてパイレックスガラス基板が用いられ、前記実施例１と同様の形状に枠状支持部222が加工される。ただし、第２の基板221が絶縁性材質であることから、枠状支持部222の内側の櫛歯状端面部は、そのままでは電極として利用することができないため、当該櫛歯状端面部に金属薄膜を成膜することによって第２の駆動電極223,224が形成されている。この金属薄膜は枠状支持部222の表面まで連続した形で成膜されることにより、第２の駆動電極223,224と電気的に接続した電極パッド229,230が枠状支持部222の表面に形成される。なお、金属薄膜としては例えばAlの薄膜が用いられるが、Au等の薄膜を選択することも可能であり、また、成膜方法はスパッチ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等を利用できる。
【００５０】
第２の駆動電極223,224のミラー基板振動方向の寸法（電極厚さ）は、前記実施例１と同様に振れ角を拡大するための最適条件を満たすように決められ、また枠状支持部222の厚さは支持部として十分な強度を持つ厚さ（例えば標準的なシリコンウェハの厚さ）に決められている。したがって、この実施例の振動ミラーは、前記実施例１のものと同様の駆動方法によって大きな振れ角で安定に駆動することができるとともに、完成状態での強度を十分に高めることができる。
【００５１】
また、この実施例の振動ミラーは、絶縁層を介してシリコン基板とパイレックスガラス基板を接合したものを用意し、図６により説明した工程と同様の工程により製造することができる。第２の基板221は十分な厚さを有するため、製造工程において強度不足による歩留まり低下を回避できる。さらに、第２の基板221は透明であり、第２の基板221を通して第１の基板200の貫通部を直接確認することができるため、第２の基板221の加工時に特殊な製造装置を使うことなく容易に精度の高い振動ミラーを作製可能である。
【００５２】
［実施例３］
本発明の振動ミラーの他の実施例の構成を図８に示す。図８は図５のＢ−Ｂ’線に対応する切断線での本実施例振動ミラーの概略断面図である。図８において、図５と同一の参照符号は同一部分を示す。
【００５３】
この振動ミラーの第１の基板200は、前記実施例１のものと同一の構成であり、低抵抗の単結晶シリコン基板から一体形成されたのものである。その枠状支持部204にはミラー基板201と第１の駆動電極208,209のための電極パッド212,213が形成され、ミラー基板201の一面にはミラー面205が形成されている。ミラー面を反対の面に形成することも可能である。
【００５４】
この実施例の振動ミラーにおいては、加工済みの第１の基板200のミラー面側に、加工済みの第２の基板300が絶縁層220を介して接合される。
【００５５】
この第２の基板300は、少なくとも表面が絶縁性の基板、例えば、表面に酸化膜が成膜されたシリコン基板又はパイレックスガラス基板から形成される。第２の基板300は、第１の基板200の枠状支持部204と重なる枠状支持部301からなり、その内側端面には第１の固定電極208,209と重なり合う櫛歯状部を有する。この櫛歯状部に金属薄膜が成膜されることにより、第２の駆動電極302,303が形成される。第２の基板300の第１の基板200と接合される側の面には第２の駆動電極302,303と電気的に接続した金属薄膜が予め成膜されている。第１の基板200の外側にある絶縁層220は部分的にエッチング除去され、この部分から露出した第２の基板300の接合面上の金属薄膜が第２の駆動電極302,303のための電極パッド304,305とされる。上記金属薄膜としては例えばAlの薄膜が用いられるが、Au等の薄膜を選択することも可能であり、また、成膜方法はスパッチ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等を利用できる。
【００５６】
第２の駆動電極302,303のミラー基板振動方向の寸法（電極厚さ）は、前記実施例１と同様に振れ角を拡大するための最適条件を満たすように決められ、また枠状支持部301の厚さは支持部として十分な強度を得られるような厚さ（例えば標準的なシリコンウェハの厚さ）に決められている。したがって、この実施例の振動ミラーは、前記実施例１のものと同様の駆動方法によって大きな振れ角で安定に駆動することができるとともに、完成状態での強度を十分に高めることができる。また、第２の基板300は、加工後に第１の基板200に後付けされるため、その材質及設計の自由度が大きい。また、第２の駆動電極302,303のミラー基板振動方向の大きさは、成膜幅の調整のみによって精密に制御可能である。なお、第２の駆動電極302,303の電極パッド304,305が他の電極パッドと同じ面側に設けられるが、このことは振動ミラーを実装する際に好都合な場合が多い。
【００５７】
［実施例４］
本発明の振動ミラーの他の実施例の構成を図９に示す。図９は図５のＢ−Ｂ’線に対応する切断線での本実施例振動ミラーの概略断面図である。図９において、図５と同一の参照符号は同一部分を示す。
【００５８】
この振動ミラーの第１の基板200は、前記実施例１のものと同一の構成であり、低抵抗の単結晶シリコン基板から一体成形されたのものである。その枠状支持部204にはミラー基板201と第１の駆動電極208,209のための電極パッド212,213が形成され、ミラー基板201の一面にはミラー面205が形成されている。ミラー面を反対の面に形成することも可能である。
【００５９】
第１の基板200のミラー面側に絶縁層220を介して第２の基板400が接合されている。この第２の基板400としては低抵抗の単結晶シリコン基板が用いられ、第１の基板200の枠状支持部204と略同一の平面形状に加工され、その内側端面には第１の駆動電極208,209と重なる櫛歯状の第２の駆動電極401,402が形成されている。この第２の駆動電極401,402のミラー基板振動方向の寸法（電極厚さ）は、前述のように振れ角を拡大するための最適条件を満たすような厚さに決められている。この厚さは第２の基板400の厚さでもある。なお、第２の基板400には、図５の（ａ）のスリット225〜228に相当する絶縁分離のためのスリットが形成されている。
【００６０】
第２の基板400には第３の基板404が接合されている。この第３の基板404は、第２の基板400より小さい平面形状の枠状支持部405を構成するものであり、例えばパイレックスガラス基板から形成される。この第３の基板404の厚さは、支持部としての十分な強度を得られる厚さに選ばれる。枠状支持部405の外側に露出する第２の基板400の表面に、第２の固定電極401,402のための電極パッド406,407としての金属薄膜が成膜されている。この金属薄膜としてはAl薄膜やAu薄膜などを用いることができる。
【００６１】
この実施例の振動ミラーは、前記実施例１のものと同様の駆動方法によって大きな振れ角で安定に駆動することができるとともに、完成状態での強度を十分に高めることができる。
【００６２】
また、この実施例の振動ミラーは、絶縁層を介して接合された２枚のシリコン基板の一方にパイレックスガラス基板を接合したものを用意し、図６により説明した工程と同様の工程により製造することができる。第３の基板404は支持体として十分な強度を得られる厚さであるため、製造工程において強度不足による歩留まり低下を回避できる。第３の基板505の材料としてパイレックスガラスなどの透明材料を用いると、第２の基板500の加工時に同基板を通して第１の基板200の貫通部を直接観測することができるため、特殊な製造装置を使うことなく容易に精度の高い振動ミラーを作製できる。
【００６３】
なお、第３の基板404の材料はパイレックスガラスに限らず、セラミックスなど支持体として十分な強度を持つ他の材料を用いることも可能である。また、表面に酸化膜を成膜したシリコン基板を第３の基板404として用いることもできる。このように、枠状支持部405を形成するための基板404を第２の駆動電極を形成するための基板400と独立させたため、基板404の材料、形状の自由度が大きくなり、支持部としての信頼性の高い構造体を容易に作成でき、また第２の駆動電極の電極パッドの取り出しも容易になる。
【００６４】
［実施例５］
本発明の振動ミラーの他の実施例の構成を図１０に示す。図１０は、図５のＢ−Ｂ’線に対応する切断線での本実施例振動ミラーの概略断面図である。図１０において、図５と同一の参照符号は同一部分を示す。
【００６５】
この振動ミラーの第１の基板200は、前記実施例１のものと同一の構成であり、低抵抗の単結晶シリコン基板から一体成形されたのものである。その枠状支持部204にはミラー基板201と第１の駆動電極208,209のための電極パッド212,213が形成され、ミラー基板201の一面にはミラー面205が形成されている。ミラー面を反対の面に形成することも可能である。
【００６６】
第１の基板200のミラー面側に絶縁層220を介して第２の基板500が接合されている。この第２の基板500としては、パイレックスガラス基板や表面に酸化膜が成膜されたシリコン基板が用いられ、第１の基板200の枠状支持部204と略同一の平面形状に加工され、その内側端面には第１の駆動電極208,209と重なる櫛歯状部が形成されている。第２の基板500は少なくとも表面は絶縁されているので、その櫛歯状部は第２の駆動電極501,502として作用させるため、また、その電極パッド503,504の引き出しのために、第１の基板400と接合されない側の第２の基板500の表面及び櫛歯状部にわたってAlやAuなどの金属薄膜が成膜されている。この第２の基板500の厚さ、すなわち、第２の駆動電極501,502のミラー基板振動方向の寸法（電極厚さ）は、前述のように振れ角を拡大するための最適条件を満たすような厚さに決められている。
【００６７】
この実施例の振動ミラーにおいては、第１の基板200及び第２の基板500からなる構造体の加工後に、第３の基板505が第２の基板500に接合される。この第３の基板505は、第２の基板500より小さい平面形状の枠状支持部506を構成するものであり、例えばガラス基板から形成される。この第３の基板505の厚さは、支持部としの十分な強度を得られる厚さに選ばれる。
【００６８】
この実施例の振動ミラーは、前記実施例１のものと同様の駆動方法によって大きな振れ角で安定に駆動することができるとともに、完成状態での強度を十分に高めることができる。
【００６９】
なお、第３の基板505の材料として、セラミックスなど支持体として十分な強度を持つ他の材料を用いることも可能である。また、表面に酸化膜を成膜したシリコン基板を第３の基板505として用いることもできる。このように、枠状支持部506を形成するための基板505を第２の駆動電極を形成するための基板500と独立させたため、基板505の材料、形状の自由度が大きくなり、支持部としての信頼性の高い構造体を容易に作成でき、また第２の駆動電極の電極パッドの取り出しも容易になる。
【００７０】
［実施例６］
図１１は、本発明の振動ミラーの他の実施例を示す概略断面図である。この実施例の振動ミラーは、前記実施例１の振動ミラーの第２の枠状支持部222にパイレックスガラスかならなるカバー基板600を陽極接合し、第１の枠状支持部204にパイレックスガラスからなるベース基板601を陽極接合し、ミラー基板201の振動空間を減圧状態に封止したものである。このような減圧封止手段を有する振動ミラーは、ミラー基板201の振動空間の空気の粘性抵抗が小さいため低い駆動電圧で大きな振れ角を安定に得ることができる。また、振動ミラー内部への塵芥などの侵入が阻止され、振動ミラーの信頼性が向上する。
【００７１】
ミラー基板201、第１の駆動電極及び第２の駆動電極のための電極パッドと外部との電気的接続は、カバー基板600及びベース基板601に設けられた貫通電極602を通じてなされる。
【００７２】
なお、カバー基板600及びベース基板601の接合方法は陽極接合に限らないが、パイレックスガラスとシリコンとの陽極接合は長期安定な封止が可能である。また、カバー基板600は少なくとも光を通す窓部を有するならば、樹脂やセラミックスなどの材料から形成することも可能である。ベース基板602も樹脂やセラミックスなどの材料から形成することも可能である。また、封止手段として、振動ミラー全体を収容するような封止容器を用いることもできる。
【００７３】
なお、前記実施例２，３，４，５の振動ミラーを同様の封止手段により封止することも可能である。図示しないが、そのような振動ミラーも本発明に包含されることは当然である。
【００７４】
［実施例７］
以上に説明した本発明の振動ミラーは、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光走査手段に好適である。図１２は、本発明の振動ミラーを用いた画像形成装置の一例を説明するための概略構成図である。
【００７５】
図１２において、801は光書込装置、802は光書込装置801の被走査面（像担持体）を提供する感光体ドラムである。光書込装置801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802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802は、矢印803方向に回転駆動され、帯電部804で帯電された表面に光書込装置801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部805でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写部806で記録紙808に転写される。転写されたトナー像は定着部807によって記録紙808に定着される。感光体ドラム802の転写部806を通過した表面部分はクリーニング部809で残留トナーを除去される。なお、感光体ドラム802に代えてベルト状の感光体を用いる構成も可能であることは明らかである。また、トナー像を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。
【００７６】
光書込装置801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820と、前述したような本発明の振動ミラー821と、この振動ミラー821のミラー基板のミラー面に光源部820からのレーザビームを結像させるための結像光学系822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802の表面（被走査面）に結像させるための走査光学系823から構成される。振動ミラー821は、その駆動のための集積回路824とともに回路基板825に実装された形で光書込装置801に組み込まれる。
【００８３】
本発明の振動ミラー821は、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821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。振動ミラー821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821の発熱量もわずかであるため、光書込装置801の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。また、振動ミラーは高速の往復走査が可能であるため、画像記録速度の高速化が可能である。
【００７７】
なお、記録紙808の搬送機構、感光体ドラム802の駆動機構、現像部805、転写部806などの制御手段、光源部820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。
【００７８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、以下のような効果が得られる。
（１）ミラー基板振動方向の第２の駆動電極の大きさを適切に設定し、安定した大きな振れ角でミラー基板を往復振動させることが可能であるとともに、第２の枠状支持部に十分な厚さを持たせることにより、十分な強度を持ち破損しにくく取り扱いの容易な２段電極構造の振動ミラーを実現できる。また、振動ミラーの製造段階での強度を高め、強度不足による歩留まり低下を回避することができる。
（２）ミラー基板振動方向の第２の駆動電極の大きさを金属薄膜の成膜幅の調整のみで精密に制御可能である。また、第２の基板には、各第２の駆動電極の絶縁分離のためのスリットなどを形成する必要がなくなる。
（３）第２の駆動電極のための電極パッドを、ミラー基板や第１の駆動電極の電極パッドと同じ面側に容易に設けることが可能である。
（４）第２の基板を透明材料とすることで、第２の基板の加工時に第２の基板を通して第１の基板の貫通部を直接確認することができるため、特殊な製造装置を使うことなく精度の高い振動ミラーを製造可能である。
（５）さらに、第３の基板を用いることで、第２の駆動電極のための第２の基板と独立に第３の基板の材質、形状の自由度を大きくとれるため、支持部としての信頼性の高い構造体を容易に作成できる。
（６）ミラー基板の振動空間を減圧状態に封止することで、ミラー基板の振動時の負荷を減らし、より低い駆動電圧で大きな振れ角でミラー基板を振動させることができる。また、振動ミラー内部への塵芥などの侵入を阻止し、振動ミラーの信頼性を向上できる。
（７）本発明の振動ミラーの使用により、光書込装置又は画像形成装置の省電力化、低騒音化、小型化、高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ねじり梁支持型振動ミラーの振れ角の環境温度による変動を示すグラフである。
【図２】 本出願人の先願に係る発明の２段電極構造の振動ミラーの一例を示す概略平面図及び概略断面図である。
【図３】 ２段電極構造の振動ミラーの駆動パルス波形とミラー基板の振動波形を示す波形図である。
【図４】 ２段電極構造の振動ミラーにおける第２の駆動電極の厚さとミラー基板の振れ角との関係を示すグラフである。
【図５】 本発明の振動ミラーの一実施例の説明のための概略平面図及び概略断面図である。
【図６】 図５に示した振動ミラーの製造工程説明図である。
【図７】 本発明の振動ミラーの他の実施例を説明するための概略断面図である。
【図８】 本発明の振動ミラーの他の実施例の説明のための概略断面図である。
【図９】 本発明の振動ミラーの他の実施例の説明のための概略断面図である。
【図１０】 本発明の振動ミラーの他の実施例の説明のための概略断面図である。
【図１１】 本発明の振動ミラーの他の実施例の説明のための概略断面図である。
【図１２】 本発明の光書込装置及び画像形成装置の一実施例を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
２００ 第１の基板
２０１ ミラー基板
２０２，２０３ ねじり梁
２０４ 枠状支持部
２０５ ミラー面
２０８，２０９ 第１の駆動電極
２１２，２１３ 電極パッド
２２０ 絶縁層
２２１ 第２の基板
２２２ 枠状支持部
２２３，２２４ 第２の駆動電極
２２９，２３０ 電極パッド
３００ 第２の基板
３０１ 枠状支持部
３０２，３０３ 第２の駆動電極
３０４，３０５ 電極パッド
４００ 第２の基板
４０１，４０２ 第２の駆動電極
４０４ 第３の基板
４０５ 枠状支持部
４０６，４０７ 電極パッド
５００ 第２の基板
５０１，５０２ 第２の駆動電極
５０３，５０４ 電極パッド
５０５ 第３の基板
５０６ 枠状支持部
６００ カバー基板
６０１ ベース基板
６０２ 貫通電極
８０１ 光書込装置
８２１ 振動ミラー
８０２ 感光体ドラム
８０５ 現像部
８０６ 転写部
Claims (10)
- 対向する２つの端部に櫛歯状電極を備えたミラー基板と、２本のねじり梁と、該ねじり梁を介して前記ミラー基板の前記櫛歯状電極を備えない対向する２つの端部の中央部を支持し、前記ミラー基板の前記櫛歯状電極と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極を備えた第１の枠状支持部とが一体的に形成され、前記第１の枠状支持部はスリットにより前記ミラー基板と電気的に導通した領域と前記第１の駆動電極と電気的に導通した領域とに絶縁分離されてなる第１の基板と、
前記第１の枠状支持部に絶縁層を介して接合される第２の枠状支持部と、該第２の枠状支持部より前記ミラー基板の振動方向の大きさが小さい、前記第１の駆動電極と重なる櫛歯状の第２の駆動電極とが一体的に形成されてなる第２の基板とを有し、
前記第２の基板は絶縁性の基板で形成され、前記第２の駆動電極は前記第２の枠状支持部の内側端面に成膜された金属薄膜からなり、前記第２の枠状支持部の前記第１の枠状支持部と接合される側の面に、前記第２の駆動電極と電気的に導通した金属薄膜が成膜され、
前記ミラー基板が、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極により静電的に駆動されることにより前記ねじり梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラー。 - 前記第２の基板は透明材料の基板から形成されることを特徴とする請求項１に記載の振動ミラー。
- 対向する２つの端部に櫛歯状電極を備えたミラー基板と、２本のねじり梁と、該ねじり梁を介して前記ミラー基板の前記櫛歯状電極を備えない対向する２つの端部の中央部を支持し、前記ミラー基板の前記櫛歯状電極と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極を備えた第１の枠状支持部とが一体的に形成され、前記第１の枠状支持部はスリットにより前記ミラー基板と電気的に導通した領域と前記第１の駆動電極と電気的に導通した領域とに絶縁分離されてなる第１の基板と、
前記第１の枠状支持部に絶縁層を介して接合される第２の枠状支持部と、該第２の枠状支持部より前記ミラー基板の振動方向の大きさが小さい、前記第１の駆動電極と重なる櫛歯状の第２の駆動電極とが一体的に形成されてなる第２の基板とを有し、
前記第２の基板は透明材料の絶縁性の基板で形成され、前記第２の駆動電極は前記第２の枠状支持部の内側端面に成膜された金属薄膜からなり、
前記ミラー基板が、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極により静電的に駆動されることにより前記ねじり梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラー。 - 対向する２つの端部に櫛歯状電極を備えたミラー基板と、２本のねじり梁と、該ねじり梁を介して前記ミラー基板の前記櫛歯状電極を備えない対向する２つの端部の中央部を支持し、前記ミラー基板の前記櫛歯状電極と微小ギャップを隔てて噛み合う櫛歯状の第１の駆動電極を備えた第１の枠状支持部とが一体的に形成され、前記第１の枠状支持部はスリットにより前記ミラー基板と電気的に導通した領域と前記第１の駆動電極と電気的に導通した領域とに絶縁分離されてなる第１の基板と、
前記第１の枠状支持部に絶縁層を介して接合され、前記第１の枠状支持部と略同一の平面形状をとり、前記第１の駆動電極と重なる櫛歯状の第２の駆動電極が一体的に形成されてなる第２の基板と、
前記第２の基板に接合された第２の枠状支持部が一体的に形成されてなる第３の基板とを有し、
前記ミラー基板が、前記第１の駆動電極及び前記第２の駆動電極により静電的に駆動されることにより前記ねじり梁をねじり回転軸として往復振動する振動ミラー。 - 前記第２の基板は絶縁性の基板で形成され、前記第２の駆動電極は前記第１の駆動電極と重なる、前記第２の基板の端面に成膜された金属薄膜からなることを特徴とする請求項４に記載の振動ミラー。
- 前記第２の基板の前記第１の枠状支持部と接合されない側の面に、前記第２の駆動電極と電気的に導通した金属薄膜が成膜されたことを特徴とする請求項５に記載の振動ミラー。
- 前記第２の基板は透明材料の基板から形成されることを特徴とする請求項５に記載の振動ミラー。
- 前記ミラー基板の振動空間を減圧状態に封止する封止手段を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動ミラー。
- 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動ミラーと、該振動ミラーのミラー基板上のミラー面に光ビームを入射させる手段と、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手段とを有することを特徴とする光書込装置。
- 像担持体と、この像担持体を被走査面として記録信号により変調された光ビームで走査することにより前記像担持体に静電潜像を形成する請求項９に記載の光書込装置と、前記像担持体に形成された静電潜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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