JP5223508B2 - Actuator and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、走査光ビームを発生する光スキャナなどに用いられるアクチュエータに関し、特に、光ビームを反射させて走査光を形成する可動ミラーのアクチュエータ部の改良に関するものである。 The present invention relates to an actuator used in an optical scanner or the like that generates a scanning light beam, and more particularly to an improvement in an actuator portion of a movable mirror that reflects a light beam to form scanning light.
走査光を形成する光スキャナは、レーザプリンタ、バーコードリーダ、プロジェクタなどに用いられている。この光スキャナは、光ビームを反射して走査ビームを形成する反射ミラーを備えている。反射ミラーには、高速で回転する回転ポリゴンミラーを用いるものや反射ミラーを回転振り子のようにある振れ角の範囲内で正逆に回転動(以下、「揺動回転」という。)させるガルバノミラー型がある。このガルバノミラー型のアクチュエータを微細構造デバイス(MEMS; Micro Electro Mechanical Systems)で形成することが検討されている。MEMSにより非常に小型の光スキャナを実現すること可能となる。 Optical scanners that form scanning light are used in laser printers, barcode readers, projectors, and the like. This optical scanner includes a reflection mirror that reflects a light beam to form a scanning beam. The reflecting mirror uses a rotating polygon mirror that rotates at high speed, or a galvanometer mirror that rotates the reflecting mirror forward and backward within a range of a swing angle like a rotating pendulum (hereinafter referred to as “oscillating rotation”). There is a type. It has been studied to form this galvanomirror type actuator with a micro structure device (MEMS). A very small optical scanner can be realized by MEMS.
MEMSのミラーデバイスは、反射ミラーを支持するトーションバー(捻ればね)、反射ミラーを磁力や静電力によって揺動回転させる駆動機構などを備えている。ミラーデバイスは、トーションバーの破断応力よりも小さい振れ角で動作していれば、破壊することなく動作する。 The MEMS mirror device includes a torsion bar (twisting) that supports the reflecting mirror, a drive mechanism that swings and rotates the reflecting mirror by magnetic force or electrostatic force, and the like. If the mirror device is operated at a deflection angle smaller than the breaking stress of the torsion bar, it operates without breaking.
しかしながら、何らかの理由で外部から過度の衝撃が加わった場合や、ミラーデバイス製作時の不具合などにより、振れたミラーを元に戻す回転力を与えるトーションバーが破損する可能性がある。このとき、ミラーデバイスを制御しているシステムでは、ミラーが所定の動作をしていないことを検出するが、その原因がミラーデバイスの破損によるものなのか、それ以外の故障なのかを見極めるのに時間がかかる。 However, there is a possibility that the torsion bar that gives the rotational force to return the shaken mirror to the original may be damaged due to an excessive impact applied from the outside for some reason, or due to a defect at the time of manufacturing the mirror device. At this time, in the system that controls the mirror device, it detects that the mirror is not performing the specified operation, but to determine whether the cause is due to the mirror device breakage or other failure. take time.
例えば、特許文献1には、可動電極板が可動できるまでに至っていない製造段階において、フレクチュア部の破損を容易に検出することが可能な光スイッチに関する技術が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術を製品に適用するとしても、フレクチュア部(ばね部)に導体配線23a、24aを成膜形成し、これらの配線の導通の有無により破損を検知するため、フレクチュア部上に別途配線を形成しなければならず、プロセス工程が増加する。
However, even if the technique described in
そこで、本発明は、ミラーデバイスの破損を容易に検知し得る構造を備え、かつその構造を得るために製造プロセスを複雑化しないで済むような破損検知構造を備えるアクチュエータを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an actuator having a structure that can easily detect a breakage of a mirror device and a breakage detection structure that does not require a complicated manufacturing process to obtain the structure. To do.
本発明に係るアクチュエータは、コイルが形成された可動板と、該可動板を支持部に揺動可能に支持する一対のトーションバーと、前記コイルに磁場を与える磁界発生手段と、前記一対のトーションバー上に形成され、前記コイルの両端とそれぞれ接続される第1および第2の引き出し配線と、前記第1および第2の引き出し配線間に接続された検査回路と、を有する。 The actuator according to the present invention includes a movable plate on which a coil is formed, a pair of torsion bars that support the movable plate on a support portion in a swingable manner, a magnetic field generating means for applying a magnetic field to the coil, and the pair of torsion First and second lead wirings formed on the bar and connected to both ends of the coil, respectively, and an inspection circuit connected between the first and second lead wirings.
かかる構成によれば、コイルの引き出しのために形成される第1および第2の引き出し配線を利用して、上記検査回路によりトーションバーの破断を検査することができる。 According to such a configuration, the torsion bar can be inspected for breakage by the above-described inspection circuit using the first and second lead wires formed for drawing out the coil.
より好ましくは、前記第1および第2の引き出し配線は、前記コイルより薄い。例えば、前記第1および第2の引き出し配線の厚さは、前記コイルの厚さの1/100以上1/50以下の範囲にある。このように引き出し配線を薄く形成することにより、トーションバーの破断に対応して引き出し配線を破断させることができる。また、引き出し配線がトーションバーのばね特性に与える影響を小さくすることができる。 More preferably, the first and second lead wires are thinner than the coil. For example, the thickness of the first and second lead wirings is in the range of 1/100 to 1/50 of the thickness of the coil. By forming the lead wiring thinly in this way, the lead wiring can be broken corresponding to the breakage of the torsion bar. Further, the influence of the lead wiring on the spring characteristics of the torsion bar can be reduced.
より好ましくは、前記第1および第2の引き出し配線の幅は、前記コイルの幅より大きい。このように、このように引き出し配線の幅を大きく形成することにより、当該配線部の抵抗を小さくでき、駆動時(例えば、コイルに交流電流を流す際)における、特性を向上させることができる。 More preferably, the width of the first and second lead wires is larger than the width of the coil. Thus, by forming the width of the lead wiring in this way, the resistance of the wiring portion can be reduced, and the characteristics during driving (for example, when an alternating current is passed through the coil) can be improved.
例えば、前記第1および第2の引き出し配線間に接続され、交流電源を含む制御回路を有し、前記検査回路は、前記制御回路中に組み込まれている。このように、コイルに交流電流を流すための第1および第2の引き出し配線を利用することにより、簡易な構造で容易にトーションバーの破断を検査することができる。また、コイルに交流電流を流すなど駆動のために必要な駆動回路を有する制御回路中に、検査回路を組み込めば、大幅な設計変更や構造変更をすることなく、容易に検査回路を組み込むことができる。 For example, a control circuit including an AC power supply is connected between the first and second lead wires, and the inspection circuit is incorporated in the control circuit. In this way, by using the first and second lead wires for flowing an alternating current through the coil, it is possible to easily inspect the torsion bar for breakage with a simple structure. In addition, if an inspection circuit is incorporated in a control circuit having a drive circuit necessary for driving, such as passing an alternating current through the coil, the inspection circuit can be easily incorporated without significant design changes or structural changes. it can.
本発明に係る画像形成装置は、上記アクチュエータを有する。かかる構造によれば、画像形成装置におけるトーションバーの破断を容易に判断することが可能となる。 An image forming apparatus according to the present invention includes the actuator. According to this structure, it is possible to easily determine the breakage of the torsion bar in the image forming apparatus.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の機能を有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same or related code | symbol is attached | subjected to what has the same function, and the repeated description is abbreviate | omitted.
<実施の形態1>
図1および図2は、本実施の形態のアクチュエータの構造を示す図である。図1(A)は、斜視図であり、図1(B)は、トーションバーと直交する方向の断面図である。また、図2(A)は、平面図であり、図2(B)は、図2(A)のA−A断面図である。
<
1 and 2 are diagrams showing the structure of the actuator according to the present embodiment. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a cross-sectional view in a direction orthogonal to the torsion bar. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2A.
図1に示すように、本実施の形態のアクチュエータは、凹部空間が形成された基礎基板10と、可動板(質量部)21及びミラー(反射部、可動ミラー)25が形成された可動ミラー基板20とによって構成されている。
As shown in FIG. 1, the actuator according to the present embodiment includes a
基礎基板10は、例えば、ガラス基板やシリコン基板よりなり、エッチングあるいは両端部にスぺーサ部を形成することなどによって可動ミラー22が振動する凹部空間を形成している。また、基礎基板10の左右両側には、一対の永久磁石13が配置されて静磁場を形成する。
The
可動ミラー基板20は、シリコンの単結晶基板(薄板)をMEMSの微細加工技術を用いて形成され、例えば、コイル23によって付勢される可動板21、可動板21上に形成されたミラー25、可動板21の両端部に設けられた一対のトーションバー(捻りばね)27a、27b、可動板21をトーションバーを介して支持する支持枠固定部29a、29bなどによって構成されている。
The
このような構成を有するアクチュエータは、制御回路40中の交流電流源41からコイル23に電流を供給(オン)すると、永久磁石13が形成する静磁界との電磁力作用(フレミングの左手則)によりコイル23に付勢力が発生し、トーションバー27a、27bを回動軸として可動板21が電流値に応じたある振れ角で回動する(図1(B)参照)。また、電流供給を中止(オフ)すると、トーションバー27a、27bのバネ力によって可動板21が元に戻る。このオンオフ動作を高速で行うとあるスイッチング周波数(駆動周波数)で可動板21が最もよく振れる状態(共振状態)となる。この振動が安定した共振状態でアクチュータを使用する。このように可動電極板と共に振動しているミラー22にレーザ光などの光ビームを照射すると、反射光が走査光ビームとなる。
When the actuator having such a configuration supplies (turns on) a current from the alternating
さらに、上記電流のオンオフ動作に変えて、交流電流を用いることで、フレミングの左手則による力の向きが交互に変わり、両方向の振れ角を得ることができる。これにより、走査領域をさらに増やすことができ、好適である。 Furthermore, by using an alternating current instead of the on / off operation of the current, the direction of force according to Fleming's left-hand rule is alternately changed, and a deflection angle in both directions can be obtained. Thereby, the scanning area can be further increased, which is preferable.
ここで、本実施の形態においては、図2に示すように、コイル23の両端からトーションバー27a、27b上に延在する引き出し配線30a、30bが形成されている。この引き出し配線30a、30b間には、検査回路(検出回路)43が接続され(図1(A)参照)、これらの配線(30a、30b)は、トーションバー27a、27bの破断検知用の端子となる。
Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 2,
引き出し配線30a、30bやコイル23は導電性材料よりなり、例えば、Ag(銀)、Au(金)、Al(アルミニウム)、Cu(銅)などの金属材料を使用することができる。
The
引き出し配線30a、30bの厚さは、コイル23の厚さより薄く、例えば、コイル23の厚さの1/100以上1/50以下の範囲である。また、可動ミラー基板20を構成するシリコンの単結晶基板が50μm程度である場合、引き出し配線30a、30bの厚さは、例えば、1μm以下(1μm〜成膜の限度までの厚さ)である。
The thickness of the lead-out
このように、引き出し配線30a、30bを薄く形成することで、トーションバー27a、27bの破断に対応して引き出し配線30a、30bを破断させることができる。また、引き出し配線30a、30bがトーションバー27a、27bのばね特性に与える影響を小さくすることができる。
Thus, by forming the
前述の検査回路43は、常時あるいは検出モード時において引き出し配線30a、30b間に破断検知用の微弱電流を流し、計測を行う。もし、トーションバー27a、27bのどこかで破断が起きると、このトーションバー27a、27b上の引き出し配線30a、30bは薄い膜で形成されているためにトーションバーと一緒に破断する。このとき検査回路43では所定の微弱電流が計測できないことになり、トーションバー27a、27bの破断(破損)を判断することができる。図3に、本実施の形態のアクチュエータのトーションバーの破断の様子を示す。
The above-described
上記判断により、光ビームの発生停止などの異常発生対応処理を行うことができる。なお、検査回路43における検査方法としては、電流値の他、抵抗値の増減などを測定し判断してもよい。
Based on the above determination, it is possible to perform abnormality occurrence handling processing such as stopping the generation of light beams. In addition, as an inspection method in the
この検査回路43は、アクチュエータの駆動を制御する制御回路40中に内蔵させてもよい(図1(A)参照)。上記制御回路40は、MISFETなどの半導体素子や配線を用いて構成される駆動回路を有し、これらに検査回路用の回路を若干追加するだけで、容易にトーションバー27a、27bの破断(破損)を判断することができる。このように、大幅な設計変更や構造変更をすることなく、容易に検査回路を組み込むことができる。
The
次いで、本実施の形態のアクチュエータの製造工程を説明するとともに、その構成をより明確とする。 Next, the manufacturing process of the actuator according to the present embodiment will be described and the configuration will be clarified.
図4は、本実施の形態のアクチュエータの製造工程を示す工程断面図である。 FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the actuator of the present embodiment.
まず、図4(A)に示すように、シリコン基板101の両面に保護膜として酸化シリコン膜103を形成する。酸化シリコン膜103の他、窒化シリコン膜などの他の絶縁膜を用いてもよい。
First, as shown in FIG. 4A,
次いで、図4(B)に示すように、シリコン基板101(可動板21となる領域)上に螺旋状のコイル23を形成し、次いで、シリコン基板101をパターニングして、可動板21およびトーションバー27a、27b等を形成する。この際、支持枠固定部29a、29bも同時にパターニングする(図1(A)参照)。なお、シリコン基板101のパターニングは、当該工程に限定されず、例えば、後述の絶縁膜24や引き出し配線30a、30bのパターニング後に行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次いで、図4(C)に示すように、コイル23上を含むシリコン基板101上に絶縁膜24としてたとえば酸化シリコン膜を形成し、最内周のコイル23の端部からトーションバーの一方(この場合27b)上、即ち、コイル23と交差する引き出し配線30bの形成予定領域に、絶縁膜24が残存するようパターニングする。この際、最内周のコイル23の端部上にコンタクトホールCを形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, a silicon oxide film, for example, is formed as an insulating
次いで、図4(D)に示すように、絶縁膜24上を含むシリコン基板101上に、導電性膜として例えばCu膜をスパッタ法で形成し、パターニングすることにより、コイル23の端部からトーションバー27a、27b上に延在する引き出し配線30a、30bを形成する。この際、前述の通り、引き出し配線30a、30bをコイル23の厚さより薄く、また、コイル23の幅より太く形成する。
Next, as shown in FIG. 4D, for example, a Cu film is formed as a conductive film on the
なお、ここでは、コイル23と引き出し配線30a、30bを同じ材料で形成したが、異なる材料を用いてもよい。例えば、引き出し配線30a、30bは、前述のとおり薄く形成する方が好ましいため、コイル23より低抵抗な材料を用いることで、薄く形成しても抵抗の増加を低減することができる。
Here, the
次いで、図4(E)に示すように、コイル23の内部領域の酸化シリコン膜103を除去し、シリコン基板101を露出させることによりミラー(反射部)25を形成する。なお、本実施の形態においては、シリコン基板面を用いてミラー25を構成したが、当該領域に金属膜を成膜することによりミラー25を形成してもよい。また、図5に示すように、コイル23の形成面と逆側の面の酸化シリコン膜103を除去し、シリコン基板101を露出させることによりミラー(反射部)25としてもよい。この場合、ミラー面積が向上する。また、当該面に金属膜を成膜することによりミラー25を形成してもよい。図5は、本実施の形態のアクチュエータの他の構成を示す断面図である。
Next, as shown in FIG. 4E, the
<実施の形態2>
実施の形態1においては、引き出し配線30a、30bをコイル23の上層に形成したが、コイル23の下層に形成してもよい。
<
In the first embodiment, the
図6は、本実施の形態のアクチュエータの構造を示す図である。図6(A)は、平面図であり、図6(B)は、図6(A)のA−A断面図である。なお、実施の形態1(図2等)と共通する箇所には同一の符号を付し、異なる部分を詳細に説明する。 FIG. 6 is a diagram showing the structure of the actuator according to the present embodiment. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 6A. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the location which is common in Embodiment 1 (FIG. 2 etc.), and a different part is demonstrated in detail.
図6に示すように、本実施の形態のアクチュエータにおいては、トーションバー27a、27b上に延在する引き出し配線30a、30b上にコイル23が配置されている。具体的に、引き出し配線30a上にコイル23の最外周が位置するよう、また、引き出し配線30b上には絶縁膜24を介してコイル23が配置され、コイル23の最内周はコンタクトホールCを介して引き出し配線30bと接続されるよう構成されている。
As shown in FIG. 6, in the actuator of the present embodiment, the
この場合、製造工程は、シリコン基板101上の酸化シリコン膜103上に金属薄膜を堆積し、パターニングすることにより引き出し配線30a、30bを形成した後、引き出し配線30b上に絶縁膜24を形成し、パターニングする。この際、コンタクトホールCを同時に形成する。次いで、コンタクトホールCおよび引き出し配線30a上を通過すようコイル23を形成する。この後、酸化シリコン膜103を除去し、ミラー25を形成する。なお、各部位の材料および具体的な製造工程は実施の形態1と同様であるためその詳細な説明を省略する。
In this case, in the manufacturing process, after a metal thin film is deposited on the
本実施の形態においても、実施の形態1と同様の効果を奏する。さらに、薄膜である引き出し配線30a、30bをより平坦性の高い下層に形成することにより、引き出し配線30a、30bの成膜性が向上する。
Also in this embodiment, the same effects as those of the first embodiment are obtained. Furthermore, by forming the
図7は、アクチュエータを使用した画像形成装置の例を示す図である。図7(A)は、画像投影装置の例である。画像投影装置はレーザ光源1の出射光を変調器2によって画像情報信号で変調し、アクチュータ3によって1次(左右方向)走査ビームに変換している。1次走査ビームは更にアクチュータ4によって2次(左右・上下方向)走査ビームに変換され、スクリーンや壁5に投影され、画像が表示される。アクチュータ3及び4は図示しない制御部によって画像情報信号に同期して動作している。当該アクチュエータ3、4として上記実施の形態のアクチュエータを組み込むことができる。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an image forming apparatus using an actuator. FIG. 7A illustrates an example of an image projection apparatus. In the image projection apparatus, light emitted from the
図7(B)は、画像形成装置としてレーザプリンタの例を示している。レーザ光源1の出射光は、画像情報信号が供給される変調器2によって変調される。変調された出射光はアクチュータ3によって1次(左右方向)走査ビームに変換され、回転する帯電した感光体ドラム上を走査する。感光体ドラム表面には静電潜像による画像が形成される。この静電潜像に図示しない現像部でトナーを付着させて現像し、トナー像を用紙6に転写し、固定することによって画像が得られる。当該アクチュエータ3として上記実施の形態のアクチュエータを組み込むことができる。
FIG. 7B shows an example of a laser printer as an image forming apparatus. The light emitted from the
なお、上記実施の形態においては反射ミラーが1次元の方向に走査するアクチュエータを例にして説明したが、本発明は2次元の方向に走査するアクチュエータにも適用可能である。即ち、走査方向に対応するトーションバーのそれぞれに、電気配線として導電性の薄膜を反射ミラーと一体成膜し、いずれか2つの端子間で測定すれば同様の破断検出を行うことが可能である。 In the above embodiment, the description has been given of the actuator in which the reflection mirror scans in the one-dimensional direction as an example. However, the present invention can also be applied to an actuator that scans in the two-dimensional direction. That is, it is possible to detect the same breakage by forming a conductive thin film integrally with the reflection mirror as an electrical wiring on each of the torsion bars corresponding to the scanning direction and measuring between any two terminals. .
また、上記発明の実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。 In addition, the examples and application examples described through the embodiments of the invention can be used in combination as appropriate according to the application, or can be used with modifications or improvements. The present invention is described in the description of the embodiments described above. It is not limited.
1…レーザ光源、2…変調器、3、4…アクチュータ、5…スクリーン(壁)、6…用紙、10…基礎基板、13…永久磁石、20…可動ミラー基板、21…可動板、23…コイル、24…絶縁膜、25…ミラー、27a、27b…トーションバー、29a、29b…支持枠固定部、30a、30b…引き出し配線、40…制御回路、41…交流電流源、43…検査回路、101…シリコン基板、103…酸化シリコン膜、C…コンタクトホール
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記可動板を支持部に揺動可能に支持する一対のトーションバーと、
前記コイルに磁場を与える磁界発生手段と、
前記一対のトーションバー上に形成され、前記コイルの両端とそれぞれ接続される第1および第2の引き出し配線と、
前記第1および第2の引き出し配線間に接続された検査回路と、を有し、
前記第1および第2の引き出し配線の厚さは、前記コイルの厚さの1/100以上1/50以下の範囲にあることを特徴とするアクチュータ。 A movable plate on which a coil is formed;
A pair of torsion bars that swingably support the movable plate on a support;
Magnetic field generating means for applying a magnetic field to the coil;
First and second lead wires formed on the pair of torsion bars and respectively connected to both ends of the coil;
An inspection circuit connected between the first and second lead wires,
The actuator is characterized in that the thicknesses of the first and second lead wires are in the range of 1/100 or more and 1/50 or less of the thickness of the coil.
前記検査回路は、前記制御回路中に組み込まれていることを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ。 A control circuit connected between the first and second lead wires and including an AC power supply;
The test circuit, actuator according to claim 1 or 2, characterized in that it is incorporated in the control circuit.
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