KR20070115680A - 광 편향기 및 이를 이용한 광학기구 - Google Patents

Abstract

본 발명의 광 편향기는 진동 시스템 및 상기 진동 시스템을 구동하도록 구성된 구동 시스템을 포함하며, 진동 시스템은 제1 진동자와 제1 비틀림 스프링과 제2 진동자와 제2 비틀림 스프링과 지지 부재를 포함하고 제1 진동자는 광을 편향시키도록 구성된 편광소자를 갖는 제1 가동소자를 포함하고 제2 진동자는 질량을 조절하도록 구성된 질량 조절부재를 갖는 제2 가동소자를 포함하고 제1 가동소자는 진동축을 중심으로 한 비틀림 진동을 위해 제1 비틀림 스프링을 통해 제2 가동소자에 의해 탄성 지지되고 제2 가동소자는 진동축을 중심으로 한 비틀림 진동을 위해 제2 비틀림 스프링을 통해 상기 지지부재에 의해 탄성 지지되며, 진동 시스템은 진동축을 중심으로 주파수가 서로 다른 적어도 두 개의 고유 진동모드를 갖는다.

광 편향기, 진동 시스템, 진동자, 비틀림 스프링, 고유 진동모드

Description

광 편향기 및 이를 이용한 광학기구 {OPTICAL DEFLECTOR AND OPTICAL INSTRUMENT USING THE SAME}

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 편향기의 평면도.

도2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 편향기의 종단면도.

도2b는 도1의 A-A선을 따라 취한 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 편향기의 단면도.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 편향기에 의해 주사 편향된 광의 변위각을 설명하기 위한 그래프.

도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 편향기에 의해 주사 편향된 광의 각속도를 설명하기 위한 그래프.

도5a는 이상적 주사 재생능을 설명하기 위한 개략도.

도5b는 주사 위치 이동으로 인한 주사 재생성의 저하를 설명한 개략도.

도6은 본 발명의 제1 실시예에서 반사면이 형성되지 않은 진동 시스템의 측면 구조를 도시한 평면도.

도7a는 무게중심 이동이 없는 이상 상태의 비틀림 진동을 설명한 개략도.

도7b는 무게중심 이동이 있는 상태의 비틀림 진동을 설명하는 개략도.

도7c는 무게중심 이동이 있는 다른 상태의 비틀림 진동을 설명하는 개략도.

도8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 편향기의 평면도.

도9는 도8의 A-A선을 따라 취한 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 편향기의 단면도.

도10a는 본 발명의 제2 실시예에서 레이저빔 가공 공정 중 일 공정을 설명하기 위한 평면도.

도10b는 본 발명의 제2 실시예에서 레이저빔 가공 공정 중 다른 공정을 설명하기 위한 평면도.

도10c는 도10b에 도시된 제2 실시예에서의 공정을 설명하기 위해 도10b의 C-C 선을 따라 취한 단면도.

도11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 편향기의 변형예를 설명하는 단면도.

도12a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광 편향기의 평면도.

도12b는 본 발명의 제3 실시예에서, 반사면이 형성되지 않은 진동 시스템의 측면 구조를 도시한 평면도.

도13은 도12a의 B-B 선을 따라 취한 본 발명의 제3 실시예에 따른 광 편향기의 단면도.

도14는 도12a의 D-D 선을 따라 취한 본 발명의 제3 실시예의 비틀림 스프링의 단면도.

도15는 본 발명의 제3 실시예에서의 진동자를 생산하는 공정을 설명하는 개략 단면도.

도16은 본 발명의 제3 실시예에서의 비틀림 스프링을 생산하는 공정을 설명하는 개략 단면도.

도17은 본 발명의 광 편향기를 구비한 광학기구의 실시예를 도시한 사시도.

도18은 종래의 광 편향기를 설명하기 위한 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11: 제1 가동소자

12: 제1 비틀림 스프링

13: 제2 가동소자

14: 제2 비틀림 스프링

15: 지지부재

17: 진동축

19: 질량 조절부재

22: 반사면

41: 제1 진동자

42: 제2 진동자

151: 영구자석

160: 진동 시스템

본 발명은 광 편향기와, 예컨대 화상 형성 장치 또는 디스플레이 장치와 같이 이런 광 편향기를 이용하는 광학기구와, 광 편향기의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 광 편향기는 화상이 광의 편향 주사에 기반하여 투사되는 투사 디스플레이 또는 예컨대, 레이저빔 프린터나 디지털 복사기 등과 같이 전자 사진식 프로세스를 구비한 화상 형성 장치에 적절히 이용 가능하다.

이런 광 편향기로는 반사면을 갖는 가동소자가 정현 진동되어 광을 편향시키는 다양한 유형의 광 주사 시스템이나 광 주사 장치가 제안되고 있다. 공진 현상을 기반으로 정현 진동을 수행하는 광 편향기를 이용하는 광 주사 시스템은 회전식 다각형 거울(다각 거울)을 이용하는 주사 광학 시스템에 비해 다음과 같은 장점이 있다. 즉, 광 편향기는 아주 소형화될 수 있고 소비전력이 낮으며, 특히 Si 단결정으로 제조되어 반도체 공정을 거쳐 생산되는 광 편향기는 이론적으로 금속 피로를 겪지 않고 내구성이 우수하다.

이런 광 편향기에서 바람직한 구동 주파수로는 표적이 될 자연 진동모드의 주파수가 정해진다. 이런 광 편향기의 제조 방법에 대한 제안 중에는 일부 우수한 것들이 있다. 일 예에서, 평면형 갈바노 거울이 반사면 및 코일을 갖고 비틀림 축을 중심으로 한 진동 운동을 위해 탄성 지지되는 가동판을 포함하되 가동판의 양 단부에 질량부가 마련되며 레이저빔이 질량을 제거하도록 투사됨으로써 관성 모멘트를 조절하여 바람직한 주파수를 획득한다(특허문헌 1).

다른 예에서, 가동판이 통상적으로 수지와 같은 질량편으로 피복되고 주파수는 상술한 원리를 기반으로 조절된다(특허문헌 2).

한편, 공진 현상에 기반한 광 편향기 중에는 비틀림 진동방향으로 둘 이상의 고유 진동모드를 동시에 여기시켜 정현 광 주사와 다른 광 주사를 수행하는 방법을 이용하는 것도 있다. 이는 동일한 중심축에 대한 둘 이상의 고유 진동모드를 동시에 여기시켜 각속도가 거의 일정한 삼각파 형상 주사를 생성하는 광 편향기(특허문헌 3)에 관한 것이다. 도18은 이런 유형의 광 편향기를 설명하는 블록도이다.

도18에서, 1012로 지시된 광 편향기는 제1 가동소자(1014)와, 제2 가동소자(1016)와, 이들 가동소자를 연결하여 탄성 지지하기 위한 제1 비틀림 스프링(1018)과, 제2 가동소자(1016) 및 기계 연마면(1023)를 탄성 지지하기 위한 제2 비틀림 스프링(1020)을 포함한다. 이들 구성요소 모두는 구동부(1030)에 의해 비틀림 축(1026)을 중심으로 비틀림 진동된다. 제1 가동소자(1014)는 광을 편향시키기 위한 반사면을 가지며, 광원에서 나온 광은 제1 가동소자(1014)의 비틀림 진동에 따라 주사 편향된다. 비틀림 축(1026)을 중심으로 한 비틀림 진동과 관련하여, 광 편향기(1012)는 기준 주파수의 1차 고유 진동모드와 기준 주파수의 대략 세 배인 주파수의 2차 고유 진동모드를 갖는다. 구동부(1030)는 두 주파수, 즉, 1차 고유 진동모드의 주파수와 이 주파수의 세 배이지만 위상이 동일한 주파수로 광 편향기(1012)를 구동시킨다. 따라서, 광 편향기(1012)는 동시에 2차 고유 진동모드와 함께 1차 고유 진동모드에 기반하여 비틀림 진동된다. 그 결과, 제1 가동소자(1014)에 의해 반사될 때 광의 편향 주사의 변위각은 이들 진동모드의 중첩에 기반하여 정현파 형상이 아닌 대략 삼각파 형상으로 변경된다. 그 결과, 편향 주사의 각속도와 관련하여, 거의 일정한 각속도 영역은 정현파에 기반한 변위각에 비해 더 넓게 된다. 따라서, 전체 편향 주사 범위에 대한 가용 영역의 비는 더 클 수 있다.

한편, 제1 가동소자(1014)에는 편향 주사하는 반사면의 이면에 변위 검출 반사면(1015)이 형성되어 있다. 변위 검출 수단(1032)은 변위 검출 반사면(1015) 상으로 광을 투사하고 이 반사면에서 반사된 광을 검출함으로써 제1 가동소자(1014)의 변위각을 검출한다. 변위각 검출 신호는 신호 라인(1034)을 통해 진행하며, 밴드패스 필터 회로(1036)에 의해 단지 1차 고유 진동모드의 주파수 성분만이 제1 신호 라인(1038)과 제2 신호 라인(1040)으로 공급된다. 제1 신호 라인(1038)에서 나온 신호가 배율기(1042)에 인가되면 신호는 배율기에 의해 3중 주파수 신호로 변환된다. 이를 위해, 배율기(1042)에는 위상 조절 입력부(1054)와 진폭 조절 입력부(1055)가 설치된다. 이들 두 입력부에 의해, 배율기(1042)에서 출력된 신호의 위상과 최대 진폭은 변위 검출 수단(1032)에 의해 검출될 때 제1 가동소자의 편향 주사의 변위가 적절한 대략 삼각파 형상을 취하도록 조절될 수 있다.

배율기(1042)에서 나온 신호는 가산기(1046)로 입력된다. 가산기(1046)는 배율기(1042)에서 나온 신호와 제2 신호 라인(1040) 및 자동 이득값 제어 회로(1060)를 통과한 1차 고유 진동모드의 주파수 신호를 가산하여 광 편향기(1012)에 대한 구동 신호를 생성한다. 이 구동 신호는 신호 라인(1048)을 통해 구동 회로(1050)로 공급되며, 이 구동 회로는 1차 고유 진동모드 및 3중 주파수 신호의 조합 파형에 따라 구동 수단(1023)을 구동시킨다.

자동 이득값 제어회로(1060)는 피크 검출회로(1056)와 차동 증폭회로(1061) 와 사전 설정 진폭(1063)과 증폭기(1062)와 이득값 제어회로(1064)를 포함한다. 상술한 제2 신호 라인(1040)은 두 신호 라인(1040a, 1040b)으로 분기된다. 신호 라인(1040a)에서 나온 신호는 피크 검출회로(1056)에 의해 검출된 최대 진폭과 미리 결정된 진폭값인 사전 설정 진폭(1063) 사이의 차이를 차동 증폭회로(1061)를 거쳐 검출하기 위해 이용된다. 최종 차동신호는 이득값 제어회로(1064)를 제어하는 증폭기(1062)로 공급되며, 이 신호는 신호 라인(1040b)에서 나온 신호가 사전 설정 진폭(1063)과 동일한 이득값을 갖도록 이득값 제어회로(1064)를 제어하기 위해 이용된다.

[특허문헌]

1: 일본 특허출원 공개 제2002-40355호

2: 일본 특허출원 공개 제2004-219889호

3: 미국 특허 제4,859,846호

상술한 바와 같이 공진 현상을 이용한 광 편향기는 큰 주사각과 높은 주사 재생능을 동시에 보장하기가 용이하지 않다. 또한, 복수의 진동자와 복수의 비틀림 스프링을 갖는 진동 시스템에서는 공정 공차와 같은 인자로 인해 주파수 편향이 발생하기 쉽다. 따라서, 이런 진동 시스템에서는 복수의 고유 진동모드의 주파수를 원하는 바에 따라 조절하는 용이 조절능과 높은 주사 재생능을 보장하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 태양에 따르는 광 편향기는 진동 시스템 및 상기 진동 시스템 을 구동하도록 구성된 구동 시스템을 포함하며, 상기 진동 시스템은 제1 진동자와 제1 비틀림 스프링과 제2 진동자와 제2 비틀림 스프링과 지지 부재를 포함하되 상기 제1 진동자는 광을 편향시키도록 구성된 편광소자를 갖는 제1 가동소자를 포함하고 상기 제2 진동자는 질량을 조절하도록 구성된 질량 조절부재를 갖는 제2 가동소자를 포함하고 상기 제1 가동소자는 진동축을 중심으로 한 비틀림 진동을 위해 상기 제1 비틀림 스프링을 통해 상기 제2 가동소자에 의해 탄성 지지되고 상기 제2 가동소자는 진동축을 중심으로 한 비틀림 진동을 위해 상기 제2 비틀림 스프링을 통해 상기 지지부재에 의해 탄성 지지되며, 상기 진동 시스템은 진동축을 중심으로 주파수가 서로 다른 적어도 두 개의 고유 진동모드를 갖는다.

본 발명의 다른 태양에 따르는 상술한 광 편향기의 제조 방법은 상기 질량 조절부재에 레이저광을 투사하여 상기 질량 조절부재의 일부를 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또다른 태양에 따르는 광학기구는, 광원과, 상술한 광 편향기와, 감광부재 및 화상 표시부재 중 하나를 포함하며, 상기 광 편향기는 상기 광원에서 나온 광을 편향시키고 편향된 광의 적어도 일부를 상기 감광부재나 화상 표시부재로 진행시키도록 구성된다.

본 발명의 일 태양에 따르는 광 편향기는 복수의 고유 진동모드를 가질 수 있으며, 복수의 진동자 중 하나(제2 진동자)에는 질량을 조절하기 위한 질량 조절부재가 마련될 수 있다. 이런 구조는 고유 진동모드의 주파수를 간단하고 용이하게 조절할 수 있도록 하며 우수한 주사 재생능이 보장된다.

본 발명의 이러한 그리고 그 밖의 목적, 특징 및 장점은 첨부도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 다음의 설명을 고려하여 보다 자명하게 될 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 설명한다. 본 실시예는 복수의 진동자를 구비하되 복수의 고유 진동모드의 주파수가 원하는 값으로 정확히 설정될 수 있도록 질량 조절부재가 반사면(편광소자)를 갖지 않은 제2 진동자에만 마련될 수 있는 진동 시스템에 관한 것이다. 따라서, 우수한 주사 재생능이 보장된다. 통상적으로, 이런 질량 조절부재를 이용하는 향상된 효과를 위해, 질량 조절부재와 구동부의 구성요소일 수 있는 자석은 그 사이에 진동축을 개재한 상태로 배치될 수 있다. 자석과 질량 조절부재는 바람직하게는 진동축을 개재한 상태로 제2 진동자의 양면에 배치될 수 있다. 이 경우, 자석과 질량 조절부재는 실시예를 참조로 후술하는 바와 같이 배치되거나 진동축을 개재하면서 대각선 방향으로 배치될 수 있다. 대안으로서, 자석과 질량 조절부재는 그 사이에 진동자를 개재한 상태로 제2 진동자의 동일 표면에 배치될 수 있다. 어느 경우든, 자석과 질량 조절부재를 상술한 바와 같이 배치함으로써 제2 진동자의 무게중심은 진동축과 거의 정렬될 수 있고 우수한 주사 재생능이 보장된다.

광원에서 나온 광을 주사 편향시키기 위한 본 실시예에 따른 광 편향기는 진동 시스템과 진동 시스템을 유지하기 위한 고정부재와 진동 시스템을 구동시키기 위한 구동부를 포함하고, 진동 시스템은 예컨대 후술하는 바와 같이 자석과 코일을 포함할 수 있다. 구동부는 전자기력, 압전장치 등을 이용할 수 있다. 진동 시스템은 제1 진동자, 제1 비틀림 스프링, 제2 진동자, 제2 비틀림 스프링 및 지지부재를 포함할 수 있다. 제1 진동자는 광원에서 나온 광을 반사시키기 위한 반사면을 갖는 제1 가동소자를 포함할 수 있다. 제2 진동자는 제2 진동자의 질량을 조절하기 위한 질량 조절부재를 갖는 제2 가동소자를 포함할 수 있다. 자석은 여기에 부가되어 구동부의 고정 코일에 의한 자기장에 따라 토크를 생성할 수 있다.

제1 가동소자는 제2 가동소자에 대해 진동축을 중심으로 한 비틀림 진동을 위해 제1 비틀림 스프링(탄성 지지수단)에 의해 탄성 지지될 수 있다. 제2 가동소자는 지지부재에 대해 진동축을 중심으로 한 비틀림 진동을 위해 제2 비틀림 스프링(탄성 지지수단)에 의해 탄성 지지될 수 있다. 지지부재는 고정부재에 고정될 수 있다. 진동 시스템은 주파수가 서로 다른 적어도 두 개의 고유 진동모드를 가질 수 있으며 구동부는 대략 이들 고유 진동모드의 주파수로 동시에 비틀림 축을 중심으로 한 진동 시스템의 비틀림 진동을 일으킬 수 있다.

상술한 바와 같은 진동 시스템을 갖는 본 실시예에 따른 광 편향기에서, (통상적으로, 자석이 부착될 수 있음) 질량 조절부재는 제2 진동자에만 마련될 수 있다. 따라서, 제2 진동자의 관성 모멘트는 제1 진동자의 관성 모멘트보다 크게 될 수 있다. 그 결과, 본 실시예에서, 제1 및 제2 진동자 중 어느 하나의 관성 모멘트가 조절되어야만 할 경우, 복수의 고유 진동모드 중에서 특정 고유 진동모드의 주파수만이 선택적이고 만족스럽게 조절될 수 있다. 제1 진동자의 조절을 위해서 는 진동자 본체의 일부가 제거되거나 여기에 질량이 부가될 수 있다. 이하, 특정 고유 진동모드의 주파수에 대한 선택적 조절 능력의 원리를 설명한다.

또한, 본 실시예에서는 광 편향기의 주사 재생능이 자석과 질량 조절부재의 효과로 인해 증가한다. 일반적으로, 광 편향기에서 연속적 주사 작업 동안의 진폭, 위상, 광점 주사 속도 및 광점 궤적의 재생능은 아주 중요하다. 이들 값이 연속적 주사 동안 이동하게 되면, 이는 광 편향기가 화상 형성 장치에서 이용되는 경우, 화질 저하를 직접적으로 가져오게 된다.

여기에서, 주사 재생능을 저하시키는 제1 인자는 진동자가 진동 동안 주변에서 받는 저항이다. 진동축에 수직한 방향(즉, 비틀림 진동의 진동축을 중심으로 한 관성 모멘트 암의 방향으로서, "진동자의 폭"이라고도 할 수 있다)의 진동자 크기가 크다면, 진동자의 외주연부는 주변을 너무 빠르게 교반시킨다. 이로 인해 난류가 발생하고 공기 저항의 크기는 모든 주사를 변경시키게 된다. 진동자의 공진 현상에 기반한 광 편향기에서 이런 저항 변화는 점성 방진의 변화에 대응하고, 이로 인해 주사 재생능은 저하된다.

상술한 바와 같이 자석과 질량 조절부재를 이용함으로써, 전체적으로 제2 진동자의 관성 모멘트는 제2 진동자의 폭을 감소시키면서 제1 진동자보다 크게 유지될 수 있다. 통상적으로, 자석은 단지 제2 진동자에만 마련될 수 있다. 자석을 토크 생성원으로 이용하면서 자석의 질량이 관성 모멘트로 이용될 수 있다. 따라서, 구동부 장착 위치를 특별히 고정하지 않고도 제2 진동자의 폭이 작아질 수 있다.

제2 진동자에 관성 모멘트를 제공하는 기능은 자석과 질량 조절부재 사이에 공유될 수 있다. 따라서, 관성 모멘트의 조절 가능한 범위는 질량 조절부재를 부분적으로 제거함으로써 확장될 수 있다. 또한, 질량 조절부재의 부피와 밀도가 적절히 선택되면, 조절될 고유 진동모드의 주파수 대역폭은 질량 조절부재를 부분적으로 제거하는 단계에 의해 확장될 수 있다.

구체적으로, 흡광재가 질량 조절부재로 이용될 수 있으며 흡광재는 레이저 빔 가공을 이용할 수 있도록 한다. 따라서, 이런 경우에는 고정밀 및 고속 질량 제거 작업이 가능하게 된다.

주사 재생능을 저하시키는 제2 인자는 진동축을 중심으로 한 불필요 진동이다. 진동축을 중심으로 한 비틀림 진동과 함께 어떤 다른 축을 중심으로 병진 운동이나 진동 운동이 있는 경우, 광 편향면의 비틀림 진동은 이런 불필요 진동과 결합된 결합 운동일 것이다. 이는 연속 주사 작업 동안 진폭, 위상, 광점 주사 속도 및 광점 궤적의 변화를 일으킨다.

동시에, 상술한 바와 같은 불필요 진동 성분은 동적 운동 방향에 따라 구동 주파수와 다른 특성 주파수를 갖는 여기력을 일으키는데, 이하 실시예를 참조하여 이를 설명한다. 본 실시예에서, 진동 시스템은 비틀림 스프링에 의해 탄성 지지되는 복수의 진동자를 가질 수 있으며 진동축을 중심으로 한 복수의 고유 진동모드가 이용될 수 있다. 불필요 진동 성분에 기반한 특성 주파수의 여기력이 있는 경우, 구동 신호의 성분이 바로 여기되는 고유 진동모드와 다른 고유 진동모드가 이로 인해 여기될 수 있다. 그 결과, 진동축을 중심으로 한 고유 진동모드는 더 이상 독 립적일 수 없으며 결합된 진동이 발생하게 된다. 이런 결합 진동이 발생하는 경우, 진폭, 위상, 광점 주사 속도 및 광점 궤적은 연속 주사 작업 동안 변한다. 따라서, 이로 인해 주사 재생능이 크게 저하된다.

진동축을 중심으로 한 비틀림 진동을 이용한 본 실시예의 진동 시스템에서는 비틀림 진동 방향으로 큰 변위가 발생할 가능성이 있다. 따라서, 진동축으로부터 무게중심 이동이 있는 경우, 큰 관성력이 발생하고 이런 관성력은 상술한 바와 같이 불필요 진동을 가져올 수 있다. 이용되는 주사각이 클수록 그 가능성은 커진다. 따라서, 광 편향기가 화상 형성 장치에 합체되는 경우 이는 중요한 문제이다.

본 실시예에서, 통상적으로 자석과 질량 조절부재는 그 사이에 진동축을 개재한 상태로 배치될 수 있다. 즉, 제2 진동자의 무게중심은 진동축과 거의 정렬될 수 있다. 이런 구조를 가짐으로써, 불필요 진동과 고유 진동모드 간의 결합 진동은 제대로 방지될 수 이으며 우수한 주사 재생능이 보장된다. 또한, 공정 공차로 인한 무게중심 이동이 있더라도, 예컨대 질량 조절부재를 부분적으로 제거함으로써 무게중심 위치는 진동축과 거의 정렬되도록 조절될 수 있다.

반사면과 같은 편광 소자가 형성된 제1 가동소자와 관련하여, 우수한 반사 광점을 얻기 위해 편평도가 아주 중요하다. 제1 가동소자는 다음과 같은 인자로 인해 변형될 수 있다. 첫째로, 비틀림 진동에 대응하는 각방향 가속이 제1 가동소자의 변형을 일으킨다. 또한, 온도나 습도와 같은 외부 환경의 변화로 인한 부재의 팽창이 변형을 일으킬 것이다. 본 실시예에서, 통상적으로 자석과 질량 조절부재는 제2 가동소자에만 마련될 수 있는데(즉, 제1 가동소자에는 마련되지 않음), 이는 상술한 제1 가동소자의 변형을 방지한다. 따라서, 우수한 주사 특징이 얻어질 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 복수의 고유 진동모드의 주파수가 제2 가동소자에만 마련될 수 있는 질량 조절부재(자석이 부가될 수 있음)의 효과에 기반하여 원하는 값으로 용이하고 정확히 조절될 수 있으며, 또한 우수한 주사 재생능이 보장된다.

따라서, 화상 형성이나 화상 표시가 이루어질 경우, 렌즈가 광 편향기 뒤에 배치되더라도 주사 재생능이 향상될 뿐 아니라 광 주사의 위치와 속도 간의 관계도 안정화된다. 따라서, 우수한 광 주사부가 성공적으로 달성될 수 있다. 이런 본 발명의 실시예에 따른 광 편향기를 구비한 화상 디스플레이 장치나 화상 형성 장치와 같은 광학기구는 광원과 상술한 광 편향기와 감광부재 또는 화상 표시부재를 포함할 수 있다. 광 편향기는 광원에서 나온 광을 편향시켜서 감광부재나 화상 표시부재 상으로 편광된 광의 적어도 일부를 진행시키도록 기능할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 특정 실시예들을 설명한다.

[제1 실시예]

도1, 도2a, 도2b 및 도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 편향기를 도시한다. 여기에서, 도1은 평면도이다. 도2a는 도1의 진동축(17)을 갖는 평면을 따라 도1의 지면에 수직하게 취한 단면도이다. 도2b는 도1에서 A-A 선을 따라 취한 단면도이다. 도6은 바닥에서 본 도1의 진동 시스템(160)의 구성요소들의 평면도이다. 진동 시스템(160)은 반사면(22)과 제1 진동자(41)와 제1 비틀림 스프링(12)과 제2 진동자(42)와 제2 비틀림 스프링(14)과 지지부재(15)를 포함한다.

제1 진동자(41)는 광을 편향시키는 편광소자로서 반사면(22)이 형성된 제1 가동소자를 포함한다. 반사면(22)은 알루미늄으로 제조되고 증기 증착에 의해 형성된다. 반사면은 예컨대, 금이나 구리와 같은 그 밖의 재료로도 제조될 수 있다. 그 최상부면에는 보호막이 형성될 수 있다.

도1, 도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이, 제2 진동자(42)는 각각 영구자석(151)과 질량 조절부재(19)를 갖는 한 쌍의 제2 가동소자(13)를 포함한다. 질량 조절부재(19)와 영구자석(151)은 그 사이에 진동축(17)을 개재한 상태로 가동소자의 양면에 배치되기 때문에, 질량 조절부재(19)와 영구자석(151)의 각각의 무게중심 위치는 진동축(17)에 대해 거의 서로 점 대칭을 이루며 배치된다. 따라서, 각각의 제2 진동자(42)[가동소자(13)]의 무게중심 위치는 진동축(17)의 위치와 거의 정렬된다. 질량 조절부재(19)는 인청동으로 제조된 판형 부재이고 접착제에 의해 제2 가동소자(13)에 고정된다. 질량 조절부재(19)는 후술하는 가공 레이저 빔을 흡수하는 예컨대, 금속, 절연재 또는 반도체와 같은 재료로 제조될 수 있다. 본 실시예에서 이용되는 영구자석의 수는 도시된 바와 같이 네 개이다. 그러나, 원하는 바에 따라 여하한 수의 영구자석이 이용될 수 있다.

이하, 본 실시예의 구조와 함께 구동 원리를 설명한다. 본 실시예에서, 도1에 도시된 진동 시스템(160)은 후술하는 구동부를 통해 진동축(17)을 중심으로 한 비틀림 진동을 일으킨다. 도1에 도시되고 제1 가동소자(11)와 제1 비틀림 스프링(12)과 제2 가동소자(13)와 제2 비틀림 스프링(14)과 지지부재(15)를 포함하는 진동 시스템(160)은 반도체 제조 방법에 따른 포토리소그래프 공정 및 에칭 공정에 의해 단결정 실리콘 기판으로부터 일체로 제조된다. 따라서, 가공 정밀도가 아주 높으며 아주 소형의 진동 시스템이 제조될 수 있다. 또한, 단결정 실리콘은 영 모듈러스가 높고 밀도가 작으며 진동자의 자중으로 인한 변형이 아주 작다. 따라서, 공진 동안 큰 진폭 증폭 인자를 갖는 진동 시스템이 달성된다.

본 실시예에서, 제1 가동소자(11)는 진동축(17)에 수직한 방향으로 3 mm의 크기를 갖고 진동축에 평행한 방향으로 1 mm의 크기를 갖는다. 진동 시스템(160)의 전체 길이는 약 20 mm이다. 제1 진동자(41)는 진동축(17)을 중심으로 한 비틀림 진동을 위해 한 쌍의 제1 비틀림 스프링(12)에 의해 탄성 지지된다. 도면에 도시된 바와 같이, 제2 진동자(42)는 실질적으로 그 사이에 제1 진동자(41)를 개재한 상태로 진동축(17) 방향을 따라 배치되는 한 쌍의 진동자로 구성된다. 각각의 제2 진동자(42)는 진동축(17)을 중심으로 한 비틀림 진동을 위해 지지부재(15)와 제2 비틀림 스프링(14)에 의해 탄성 지지된다. 따라서, 제1 진동자(41)와 한 쌍의 제2 진동자(42)는 진동축(17)을 중심으로 한 비틀림 진동을 위해 직렬로 배치되어 탄성 지지된다.

여기에서, 제1 가동소자(11)에는 반사면(22)이 형성되어야 하기 때문에, 구동 동안 그 편평도가 특히 중요하다. 본 실시예의 제1 가동소자(11)는 그 양단이 한 쌍의 비틀림 스프링(12)에 의해 지지된다. 따라서, 단일 스프링 지지체를 이용하는 경우에 비해, 자중으로 인한 변형이 적합하게 방지되며 보다 우수한 편평도가 유지될 수 있다.

도1, 도2a, 도2b 및 도6에는 고정부재(150)와 구동부가 예시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 구동부는 영구자석(151)과 고정부재(150)에 고정된 고정 코일(152)을 포함한다. 도2a, 도2b 및 도6에 도시된 바와 같이, 제2 가동소자(13)의 각각의 영구자석(151)은 길이가 약 2 mm이고 단면 크기가 250 ㎛ X 250 ㎛인 프리즘 형상의 금속 자석이다. 영구자석(151)은 그 분극화(자화) 방향이 길이 방향을 따라 연장되며 접착제에 의해 제2 가동소자(13)에 고정된다.

도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이, 고정부재(150)는 진동 시스템(160), 영구자석(151) 및 고정 코일(152)의 위치를 적절히 유지시키는 역할을 한다. 구동 AC 전류의 인가에 따라, 이들 고정 코일(152)은 도2b에 도시된 화살표(H) 방향으로 교류 자기장을 생성한다. 영구자석(151)의 자속밀도 방향은 화살표(B)의 방향이기 때문에, 고정 코일(152)에 의해 생성되는 자기장이 진동축(17)을 중심으로 한 토크를 생성함으로써 진동 시스템(160)이 구동된다. 도2a에 도시된 바와 같이, 지지부재(15)의 양단은 고정부재(150)에 의해 고정되게 지지된다. 또한, 도시된 바와 같이, 본 실시예의 광 편향기는 두 개의 제2 비틀림 스프링(14)이 각각 연결된 지지부재를 고정하기 위한 두 개의 고정점을 갖는다.

다음으로, 본 실시예에 따르는 광 편향기의 톱니 파형 진동의 구동 원리를 설명한다. 비틀림 축(17)을 중심으로 한 비틀림 진동에 대해 본 실시예의 진동 시스템(160)은 주파수(f₁)의 1차 고유 진동모드와 기준 주파수의 대략 두 배인 주파수(f₂)의 2차 고유 진동모드를 갖는다. 이런 진동 시스템(160)은 비틀림 진동에 대 해 "2"의 자유도를 갖는 진동 시스템으로 취급될 수 있다.

한편, 고정 코일(152)은 기준 주파수(f₀)(시스템의 응용 사양에 의해 결정된 목표 구동 주파수)와 기준 주파수의 대략 두 배인 주파수(2f₀)에 기반한 합성 구동 신호에 따라 진동 시스템(160)을 구동시킨다. 기준 주파수(f₀)와 고유 진동모드 주파수(f₁, f₂)는 후술하는 관계를 가지며, 본 실시예의 광 편향기는 고유 진동모드의 큰 동배율에 기반하여 낮은 소비전력으로 합성파 구동을 수행한다.

특히, 고유 진동모드 주파수(f₁)는 기준 주파수(f₀)에 가깝게 설계된다. 여기에서, 1차 및 2차 고유 진동모드의 모드 감쇠비(고유 모드 주파수에서 동배율의 피크의 날카로움을 나타내고 1/2Q와 대략 동일)가 각각 γ1과 γ2으로 표시되는 경우, 그 범위는 다음과 같이 표현된다.

[수학식 1]

또한, 본 명세서에서, 주파수(f₁, f₂)의 주파수비와 관련된 이조도 Δ는 다음과 같이 정의되며 "대략 정수곱"에 해당하는 범위가 결정된다. 이조도 Δ는, 진동 시스템의 주파수(f₁, f₂)는 "N배" 관계에 있는 것을 지표로 하여 Δ = N(f₁/f₂)로 정의된다. 예컨대, 본 명세서에서, "대략 두 배"라 함은 아래의 수학식 2에 의해 표현되는 범위를 말한다.

[수학식 2]

또한, 본 실시예에서 주파수비는 다음 범위에 있다.

[수학식 3]

본 실시예의 진동 시스템(160)에서, γ₁은 대략 0.0007이고 γ₂는 대략 0.00025이다. 본 실시예에서, f₀과 2f₀의 진동이 고정 코일(152)에 의해 두 개의 고유 진동모드의 피크 근처에서 여기되며 진동 시스템(160)은 이에 기반하여 구동된다. 특히, 수학식 1에 의해 한정된 범위에서, 정현파 합성 구동을 위한 소비전력의 주 성분인 주파수(f₀)의 진동과 관련하여, 1차 고유 진동모드의 동배율이 큰 범위가 이용될 수 있다. 따라서, 광 편향기의 소비전력은 낮아진다.

이하, 구동 방법을 상세히 설명한다. 도3은 가로축을 시간(t)으로 한 그래프로서 주파수(f₀)의 비틀림 진동 동안의 제1 진동자(11)의 변위각을 설명한다(본 명세서에서, 가동소자의 왕복 진동과 광 편향기에 의해 편향 주사된 광의 변위각은 상수만이 서로 다르기 때문에, 이들은 등가적으로 취급된다). 특히, 도3은 제1 진동자 가동소자(11)의 비틀림 진동의 일 주기(T₀)에 대응하는 부분을 도시한다(-T₀/2 < X < T₀/2).

곡선 61은 고정 코일(152)을 구동하는 구동 신호의 기준 주파수(f₀)의 성분을 나타낸다. 이는 최대 진폭 범위(±φ1) 내에서 왕복 진동하고 시간이 t이고 각 주파수가 w₀ = 2πf₀인 아래의 수학식 4에 의해 표현되는 정현 진동이다.

[수학식 4]

한편, 곡선 62는 기준 주파수(f₀)의 두 배인 주파수 성분을 나타내며 이는 최대 진폭 범위(±φ₂)에서 진동하고 아래의 수학식 5에 의해 표현되는 정현 진동이다.

[수학식 5]

곡선 63은 상술한 구동의 결과로서 생성된 제1 진동자 가동소자(11)의 비틀림 진동의 변위각을 나타낸다. 비틀림 축(17)을 중심으로 한 비틀림 진동에 대해, 광 편향기는 상술한 바와 같이 기준 주파수(f₀)와 기준 주파수의 두 배인 주파수(2f₀) 근처에서 조절되는 주파수(f₁)의 고유 진동모드와 주파수(f₂)의 2차 고유 진동모드를 갖는다. 따라서, θ₁에 대응하는 구동 신호에 의해 여기되는 공진과 θ₂에 대응하는 구동 신호에 의해 여기되는 공진이 모두 광 편향기에서 발생한다. 즉, 곡선 63에서 제1 진동자 가동소자(11)의 변위각은 이들 두 개의 정현 진동의 중첩에 의한 진동에 따르며, 다시 말해 아래의 수학식 6에 의해 표현되는 톱니파형 진동이 생성된다.

[수학식 6]

도4는 도3의 곡선 61 및 63과 직선 64를 미분함으로써 얻어지는 곡선 61a 및 63a과 직선 64a를 도시하며 이들 곡선의 각속도를 설명한다. 기준 주파수(f₀)의 정현 진동의 각속도를 도시하는 곡선 61a에 비해, 제1 진동자 가동소자(11)의 톱니파형 왕복 진동의 각속도를 도시하는 곡선 63a는, 구간 N-N'에서 각속도가 각각 최대값에서의 각속도 V₁ 및 최소값에서의 각속도 V₂에 대응하는 상한 및 하한을 갖는 범위에서 유지된다. 따라서, 광 편향기를 이용하는 광 편향 주사에 기반한 용도에서, V₁과 V₂는 일정한 각속도 주사에 대응하는 직선 64a로부터 각속도의 가용 오차 범위 내에 존재하며, 구간 N-N'는 사실항 일정 각속도 주사 영역으로 간주될 수 있다.

상술한 바와 같이, 정현파를 따르는 변위각에 기반한 진동에 비해, 톱니파형 왕복 진동은 편향 주사의 각속도에 대해 각속도가 사실상 일정한 훨씬 더 넓은 영역을 제공한다. 따라서, 전체 편향 주사 영역에 대한 가용 영역의 비율은 현저히 확장된다. 또한, 톱니파형 구동은 규칙적인 주사선 간격을 보장하고 이는 예컨대, 프린터 용도에 특히 유익하다.

비록 상술한 내용은 고유 진동모드의 주파수(f₁, f₂)가 후자가 전자의 대략 두 배인 "두 배" 관계를 갖는 예를 참조하여 설명했지만, 후자가 전자의 대략 세 배인 "세 배" 관계도 설정될 수 있다. 이 경우, "두 배" 관계와 마찬가지로, 정현파의 중첩에 기반한 진동을 통해 톱니파형 진동이 된다. 이는 광의 왕복 주사를 이용할 수 있도록 하기 때문에, 소정 가용 주파수에서의 주사선의 수가 두 배로 될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 영구자석(151)과 질량 조절부재(19)는 단지 제2 진동자42)에만 마련된다. 따라서, 제2 진동자(42)의 관성 모멘트는 제1 진동자(41)의 관성 모멘트보다 크게 될 수 있다. 본 특정 실시예에서, 전자는 후자보다 약 5배가 크다. 이런 관성 모멘트의 관계 때문에, 주파수(f₁, f₂)가 공정 공차 등과 같은 소정의 오차로 인해 각각 목표 구동 주파수인 기준 주파수(f₀)와 기준 주파수의 두 배인 주파수(f₂)에서 벗어난다 하더라도, 이들 두 주파수(f₁, f₂)는 만족스럽게 조절될 수 있다. 이하, 상세히 설명한다.

본 실시예의 진동 시스템(160)에서, 진동축(17)을 중심으로 한 1차 및 2차 고유 진동모드의 주파수(f₁, f₂)는 아래의 수학식 7에 의해 주어진 관계에 근사될 수 있으며, 여기에서 I₁은 제1 가동소자(11)의 관성 모멘트이고 I₂는 제2 가동소자(13)의 관성 모멘트이고 k₁과 k₂는 각각 쌍을 이루는 제1 및 제2 비틀림 스프링(12, 14)의 스프링 상수이다.

[수학식 7]

수학식 7에서, I₁과 I₂의 차이가 크지 않은 경우, 주파수(f₁, f₂) 모두는 I₁과 I₂의 증감에 따라 변하게 된다. 따라서, 주파수(f₁, f₂)를 각각 원하는 주파수(f₀, 2f₀)로 조절하기 위해 I₁과 I₂의 증감량은 확대되어야 하거나 주파수를 원하는 값으로 조절하는 것이 불가능하게 된다.

한편, 수학식 7에서, I₁ << I₂인 경우, 두 진동자의 관성 모멘트(I₁, I₂)를 조절함으로써 얻어지는 주파수(f₁, f₂)의 변화는 주파수(f₁)가 I₁의 증감에 따라 변하고 주파수(f₂)가 I₂의 증감에 따라 변하는 반면 I₁의 증감은 주파수(f₂)를 거의 변화시키지 않고 I₂의 증감은 주파수(f₁)를 거의 변화시키지 않는 특징을 갖는다.

본 실시예의 진동 시스템(160)은 상술한 바와 같은 진동 시스템(160)의 특징을 고려하여 영구자석(151)과 질량 조절부재(19)가 단지 제2 진동자(42)에만 마련되도록 배열됨으로써, 후술하는 향상된 주사 재생능을 보장하면서 I₁ << I₂ 관계를 만족시킨다. 특히, 제2 진동자(42)에만 영구자석(151)을 설정하면 자석을 토크 생성 장치로 이용하면서 자석의 질량이 I₁ << I₂ 관계를 보장하기 위해 관성 모멘트로 이용될 수 있도록 한다.

본 실시예의 진동 시스템(160)에서, 제1 진동자(11) 및/또는 질량 조절부재(19)는 레이저 빔 투사를 이용하여 적절한 양의 I₁와 I₂를 감소시키도록 부분적으로 제거됨으로써, 주파수(f₁, f₂)는 수학식 1 또는 수학식 3에 의해 정의된 관계를 만족시키도록 조절된다. 구동 주파수를 소인하여 진동 시스템(160)의 진폭을 측정함으로써, 그 표적값에서 벗어난 고유 진동모드의 주파수(f₁, f₂)의 여하한 편향도 판단될 수 있다. 필수 조절량(σI₁, σI₂)은 이렇게 측정된 값을 기반으로 수학식 7에 따라 계산될 수 있다. 그 후, 주파수(f₁, f₂)는 예컨대, 레이저 빔을 이용하여 제1 가동소자 및/또는 질량 조절부재(19)를 부분적으로 제거함으로써 원하는 바에 따라 정확히 조절될 수 있다.

특히, 조절량(σI₂)과 관련하여, 제2 진동자(42)에 관성 모멘트를 제공하는 기능을 자석과 질량 조절부재가 공유함으로써, 레이저 빔 가공에 의해 제거될 체적당 조절량(σI₂)은 제2 가동소자(13) 자체의 일부가 제거되는 경우에 비해 확대된다. 따라서, 레이저 빔 가공을 이용한 고유 진동모드의 주파수 조절은 고속으로 이루어질 수 있으며 저렴한 제조가 보장된다. 또한, 제거 체적당 조절량(σI₂)은 크기 때문에, 주파수 조절 가능 범위는 제2 진동자(42)의 폭이 작은 경우에도 크게 될 수 있다. 이런 특징들로 인해, 후술하는 주사 재생능이 향상될 뿐 아니라 진동 시스템(160)도 소형화될 수 있다. 따라서, 장치가 반도체 제조 방법에 따라 단결정 실리콘 기판으로 제조될 경우, 제조비는 더욱 저렴하게 된다.

이하, 도5a 및 도5b를 참조하여, 광원에서 나온 광이 광 편향기에 의해 주사 편광될 때 발생할 수 있는 주사 재생능과 관련된 문제를 설명한다. 도5a는 이상적 광 편향기를 이용하여 이루어진 주사 결과를 설명하는 개략도이다. 도면에서 화살표는 설계된 메인-주사 라인을 나타낸다. 주사된 광점(70)의 궤적과 설계된 메인-주사 라인은 서로 정확히 정합된다. 여기에서, 이상 상태임을 가정할 때, 광점(70)은 도시된 바와 같이 규칙적인 간격으로 위치된다. 즉, 광 편향기가 완전히 일정한 속도로 주사할 때, 광점(70)을 생성하기 위한 광원의 발광 타이밍은 정확히 규칙적이다. 또한, 본 실시예의 광점에서와 같이 거의 일정한 속도의 주사가 이루어지는 경우, 광학 렌즈는 단면 N-N'에서의 속도 분포를 광학적으로 교정하기 위해 이용될 수 있으며 도5a에 도시된 바와 같이 등간격으로 이격된 광점(70) 위치가 광원의 일정한 발광 타이밍에 기반하여 생성될 수 있다. 따라서, 도3 및 도4에 도시된 정현파 합성 구동이 정확히 수행되는 경우, 주사 재생능은 이상적으로 될 수 있다.

한편, 도5b는 광 편향기의 주사 재생능에 문제가 있는 경우를 예시한다. 도5b의 경우, 주사(71) 궤적은 설계된 주사 방향과 정합되지 않으며 메인-주사 라인에 수직한 방향으로 편향된다. 이런 주사의 결과로서, 메인-주사 라인에서 거리(J1)만큼 편향된 도5b의 72에서와 같은 광점이 생성된다. 도5b에 통상적으로 도시된 바와 같이, 서브-주사 방향으로의 편향은 각각의 광점에서 다르며 이런 방향으로 광점 위치의 재생능은 아주 낮다(이하, 이런 편향을 "서브-주사 위치 변경"이라 한다).

또한, 도5b에서는 광점(73)으로 도시된 바와 같이, 이상적 위치로부터 메인-주사 방향으로 거리(J2)만큼의 편향이 발생한다(이하, 이런 편향을 "메인-주사 위치 변경"이라 한다). 이런 편향은 수학식 6에 도시된 정현파 합성 구동의 φ₁ 및 φ₂, 각 주파수 성분의 구동 신호로부터의 위상 지연 또는 각 주파수 성분의 각속도나 각방향 가속도 또는 그 밖의 주파수 성분의 혼합 성분의 변경에 기인한다. 주사 재생능이 얻어질 수 없고 상술한 바와 같은 서브-주사 위치 편향이나 메인-주사 위치 편향이 생성되는 경우, 광 편향기가 화상 형성 장치에 이용될 때, 광점 위치는 고정되지 않고 화질은 저하된다.

이런 주사 위치 변경을 일으키는 제1 인자는 비틀린 진동 중에 진동 시스템(160)이 주변에서 받는 저항이다.

비틀림 진동으로 인해, 제1 진동자(41)와 제2 진동자(42)는 주변에서 공기 저항을 받는다. 진동 시스템(160)은 그 고유 진동모드가 상술한 바와 같이 대략 구동 신호의 주파수(f₀, 2f₀)로 설정되기 때문에, 공진점에서 비틀림 진동되는 것으로 여겨질 수 있다. 이런 진동 상태에서, 구동부에서 인가되는 에너지와 공기 저항으로 인해 주변으로 소멸되는 에너지는 균형을 이룬다.

그러나, 제1 및 제2 진동자(41, 42)가 비틀림 진동될 때, 이들 진동자의 표면은 진동축(17)의 주변을 교반시킨다. 진동자의 주변은 이런 교반에 의해 교란되어 이들 진동자에 가해지는 공기 저항을 시간에 따라 변화시킨다. 공기 저항의 변화는 공진점에서 진동 시스템(160)의 진동 상태를 변경시킨다. 그 결과, 주사의 정현파 합성 구동에서 φ₁ 및 φ₂, 구동 신호로부터의 위상 지연 또는 각 주파수 성분의 각속도 또는 각방향 가속도의 변화가 발생하게 된다.

이런 변화는 주변으로부터의 공기 저항을 감소시키도록 진동 시스템(160)을 형성함으로써 효율적으로 감소될 수 있다. 진동 시스템(160)에서 주변으로부터의 공기 저항은 제2 진동자(42)만의 폭을 감소시킴으로써 광 주사 성능을 저하시키지 않음과 함께 진동축(17) 방향으로 진동 시스템(160)의 크기 확장을 가져오지 않으면서 감소될 수 있다.

한편, 제1 진동자(41)의 폭 저감은 메인-주사 방향으로 반사면(22)의 유효 반사크기의 감소를 가져오게 된다. 따라서, 연속 주사 작업에서 광점 해상도(한 번의 주사시 효과적으로 분리되는 광점의 수)를 균일하게 만들기 위해, 광 편향기가 예컨대 화상 형성 장치에 이용될 때, 광 주사는 보다 큰 주사각으로 수행되어야 한다. 이를 위해서 제1 및 제2 비틀림 스프링(12, 14)은 보다 큰 비틀림 각을 가져야 하며 파손 방지를 위해 이들 비틀림 스프링의 길이는 연장되어야 한다. 또한, 바람직한 화상 형성을 보장하기 위해 제1 및 제2 진동자(41, 42)가 큰 주사각으로 구동되는 경우, 상술한 주변 교반 기능은 강화된다. 이런 이유로 해서, 제1 진동자(41)의 폭을 작게 만듦으로써 공기 저항의 변화를 효과적으로 감소시키기가 어렵다.

본 실시예의 진동 시스템(160)에서는 질량 조절부재(19)와 영구자석(151)이 제2 진동자(42)에 마련되며, 관성 모멘트를 유지하면서 제2 진동자(42)의 폭을 작 게 만드는 것이 가능하다. 따라서, 진동 시스템(160)은 광 주사 성능을 저하시기키 않고도 공기 저항의 변화가 감소될 수 있고 고유 진동모드의 주파수가 상술한 바와 같이 정확히 적합하게 조절될 수 있도록 하는 구조를 가질 수 있다.

또한, 공진점에서의 진동 때문에, 큰 진동 에너지를 갖는 진동이 발생하는 동안 공기 저항의 효과는 비교적 작다. 따라서, 제2 진동자에 있는 질량 조절부재(19)와 영구자석(151)을 이용하면서 관성 모멘트를 크게 유지함으로써 구동 중의 진동 에너지는 크게 유지될 수 있으며 주사 재생능에 대한 공기 저항의 변화에 의한 역효과는 감소될 수 있다. 특히, 단지 제2 진동자의 관성 모멘트를 크게 유지하는 것은 제1 진동자(41)에 대한 중량 부가를 요하지 않기 때문에, 구동 동안 제1 가동소자(11)의 자기 중량에 의한 반사면(11)의 변형을 증대시키지 않고도 주사 재생능이 향상될 수 있다.

본 실시예에서, 제1 및 제2 진동자(41, 42)의 폭을 비교해 볼 때, 제2 진동자(42)의 폭이 작게 제조된다. 복수의 진동자를 구비한 진동 시스템에서, 모든 진동자는 상술한 바와 같은 공기 저항 변화를 받는다. 따라서, 진동자의 수가 증가하면, 상술한 바와 같은 특성 광 주사가 복수의 고유 진동모드에 기반하여 낮은 소모전력으로 보다 확실하게 달성될 수 있지만, 한편으로는 더 많은 변경 인자가 제공된다. 그러나, 이는 본 실시예에서와 같이 제2 진동자(42)의 폭을 제1 진동자(41)의 폭보다 작게 만들고 제2 진동자(42)의 관성 모멘트를 증대시키도록 영구자석(151)과 질량 조절부재(19)를 제공함으로써 방지될 수 있다. 이런 구조는 진동자 수의 증가가 공기 저항의 변경 인자수 증가에 비해 진동 에너지를 보다 효과 적으로 증가시키고 이로 인해 주사 재생능이 향상되는 장점을 제공한다.

본 실시예에서, 제2 진동자(42)는 도1에 도시된 바와 같이 구조가 동일한 한 쌍의 진동자를 포함한다. 따라서, 진동 시스템(160)에는 두 세트의 고정 코일(구동수단)(152)과 영구자석(토크 생성수단)(151)이 마련될 수 있으며, 이에 따라 진동 시스템은 낮은 소모전력으로도 구동될 수 있다. 도2a에 도시된 바와 같이, 진동 시스템(160)은 그 양단이 고정부재(150)에 의해 지지된다. 이런 구조는 구동시 진동 시스템(160)의 불필요 진동을 효과적으로 방지한다. 또한, 진동 시스템(160)에 충격이 가해지더라도, 이런 구조는 이를 견디기에 충분한 인성을 갖게 된다.

한편, 주사 위치 변경을 일으키는 제2 인자는 진동 시스템(160)의 불필요 진동과 이로 인한 관성력이다.

진동축(17)에 대한 비틀림 진동 이외의 방향으로 발생하는 모든 진동은 불필요 진동이다. 이런 불필요 진동이 발생하면, 제1 진동자(41)의 운동은 진동축(17)에 대한 비틀림 진동 성분과 무계획적으로 생성된 불필요 진동의 결합 진동일 것이다. 또한, 후술하는 바와 같이, 불필요 진동은 광 주사를 위해 이용될 진동축에 대한 두 개의 고유 진동모드의 결합 진동을 일으킴으로써 주사 위치 변경을 저하시킨다.

특히, 도1에 도시된 본 실시예의 진동 시스템(160)에서, 도면의 용지에 수직한 방향과 도면의 용지를 따르고 진동축(17)에 수직한 방향으로의 강성은 비교적 낮다. 이는 복수의 진동자와 비틀림 스프링이 동일한 진동축을 중심으로 일렬로 탄성 지지되는 진동 시스템에 현저한 특징이다. 이들 두 방향으로의 불필요 진동 은 제1 및 제2 진동자(41, 42)의 무게중심이 진동축(17)에서 이동하는 경우 야기될 수 있다.

도7a 내지 도7c는 이런 무게중심과 불필요 진동 간의 관계를 설명하기 위한 개략도이다. 특히, 도7a, 도7b 및 도7c는 도1의 A-A 선을 따라 취한 단면에 대응하며 화살표(67) 방향을 따라 주사 중심 위치(13a)로부터 사분원에 대응하는 위치(13b)까지 수행된 제2 진동자(13)의 진동 동작을 예시한다. 도7a는 무게중심 이동이 없는 이상적 상태를 도시한다. 도7b는, 제2 가동소자(13a)와 그 무게중심(66a)에 의해 도시된 바와 같이, 제2 가동소자(13a)의 두께방향으로 이동이 있는 상태를 도시한다. 도7c는 제2 가동소자(13a)의 폭방향으로 이동이 있는 상태를 도시한다. 무게중심과 불필요 진동 간의 관계에 대한 설명의 편의상, 제2 진동자를 구성하는 제2 가동소자(13)에는 영구자석(151)과 질량 조절부재(19)가 설치되지 않은 것으로 가정한다.

도7a에 도시된 바와 같이, 무게중심 이동이 없는 이상 상태에서 진동축(17)을 중심으로 한 비틀림 진동은 주파수(f₀, 2f₀)의 구동 신호에 따라 생성된다.

한편, 도7b에서 무게중심(66a)은 진동축(17)에서 편향되어 있기 때문에, 비틀림 진동이 발생하면 제2 가동소자(13a)에는 진동축(17)에서 무게중심(66a)쪽 방향으로 관성력이 생성된다. 이런 관성력으로 인해, 제2 가동소자(13a)는 도13b에 도시된 위치 쪽으로 비틀림 진동을 함으로써 진동축(17)의 위치가 도7b의 곡선(65)을 따라 변한다. 위치(13a)에서 위치(13b)로의 진동 운동은 사분원에 대응하기 때 문에, 도7b의 화살표(P) 방향으로 발생하는 진동 운동은 비틀림 진동과 동일한 주파수로 발생하며 화살표(Q) 방향으로 발생하는 진동은 비틀림 진동의 두배의 주파수를 갖는다.

또한, 도7c에 도시된 바와 같이, 무게중심(66a)이 진동자(13a)의 폭방향으로 편향된 경우, 마찬가지로 비틀림 진동은 곡선(65)에 의해 도시된 바와 같이 불필요 진동을 수반한다. 이런 경우에도, 비록 그 방향은 도7b의 경우와 다르지만, 진동축(17)에 대한 비틀림 진동과 동일한 주파수를 갖는 진동이 화살표(P) 방향으로 발생하며 두 배의 주파수를 갖는 진동이 화살표(Q) 방향으로 발생한다.

상술한 바와 같이, 무게중심 이동은 화살표(P, Q) 방향으로 불필요 진동을 일으키게 된다. 비록 도7a 내지 도7c의 단면도에서 불필요 진동을 설명했지만, 그 밖의 다른 방향으로의 불필요 진동도 유사한 메커니즘에 기반하여 특성 주파수의 불필요 진동을 일으키게 되며, 이로 인해 주사 위치 재생능은 저하된다.

특히, Q 방향의 진동이 갖는 주파수는 비틀림 진동의 주파수의 두 배이다. 본 실시예의 진동 시스템(160)에서 고유 진동모드의 주파수(f₁, f₂) 간에는 거의 "두 배" 관계가 있다. 따라서, 구동 신호의 기준 주파수(f₀)로 여기되는 방향(67)으로의 진동으로 인해 두 배의 주파수를 갖는 화살표(Q) 방향의 불필요 진동이 생성된다. 그 후, 이런 불필요 진동에 따라 그리고 진동 시스템(160)의 소정 부분의 무게중심 이동으로 인해, 진동축(17) 중심의 토크 성분을 갖는 관성력이 생성된다. 일 예로서, 제2 진동자(42)가 도7b의 무게중심 이동 및 도7c의 무게중심 이동을 모 두 동시에 갖는 경우이다. 이런 방식으로, 대규모의 진폭 증폭 인자를 갖는 주파수(f₂)의 고유 진동모드가 무계획적으로 여기된다. 진동축(17)을 중심으로 고유 진동모드의 결합 진동 현상이 발생하는 경우, 주사 위치는 주기적으로 이동하거나 진폭이나 위상이 무작위로 변하는 특성 주파수 성분을 갖고 거의 주기적인 변화를 보여주게 된다.

본 실시예에서, 영구자석(151)과 질량 조절부재(19)는 그 사이에 진동축(17)을 개재한 상태로 배치된다. 이런 구조는 진동축(17)이 제2 진동자(42)의 무게중심 위치를 통해 연장되는 것을 훨씬 용이하게 보장한다. 따라서, 상술한 바와 같은 진동 시스템(160)의 불필요 진동은 적합하게 저감되며 이로 인한 관성력도 감소된다. 그 결과, 고유 진동모드의 결합 진동이 방지된다. 따라서, 주사 위치 변경이 적합하게 저감되며 뛰어난 주사 재생능이 얻어질 수 있다.

무게중심 이동이 있는 경우, 무게중심이 조절되어 진동축(17) 상에 정확히 위치되도록 질량 조절부재의 질량을 일부 제거하기 위해 상술한 바와 같은 레이저 빔 가공이 질량 조절부재(19)에 수행될 수 있다.

본 발명의 이런 실시예에 따르면, 제2 진동자(42)에만 마련되는 영구자석(151)과 질량 조절부재(19)의 효과로 인해 복수의 고유 진동모드의 주파수가 바람직한 값으로 용이하게 조절될 수 있으며, 이와 더불어 주사 재생능은 크게 향상된다.

[제2 실시예]

도8과 도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 편향기를 도시한다. 도8은 평면도이고 도9는 도8의 A-A 선을 따라 취한 단면도이다. 이들 도면에서, 도1의 구성 소자들과 유사한 기능을 갖는 구성 소자들은 유사 번호로 지시한다. 이하, 제1 실시예와 유사한 기능을 갖는 이들 부분에 대한 설명은 생략하고 단지 상이한 특징들에 대해 설명하기로 한다. 도8 및 도9에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 광 편향기는 제1 가동소자(11), 제1 비틀림 스프링(12), 제2 비틀림 스프링(14), 지지부재(15), 질량 조절부재(19), 반사면(22), 지지부재(150) 및 영구자석(151)을 포함하며, 이들 모두는 재료, 구조 및 기능에 있어 제1 실시예의 구성과 유사하다.

본 실시예의 제2 가동소자(13)에는 도8 및 도9에 도시된 바와 같이 진동축(17)에 거의 평행하게 연장되는 기공(30)들이 형성된다. 이들 기공(30)이 도8의 파선에 의해 지시되고 도9에 도시된 바와 같이 마련됨으로 인해, 질량 조절부재(19)는 그 일부가 제2 가동소자(13)에 부착되지 않는다. 이들 기공(30)은 진동 시스템(160)이 단결정 실리콘 기판으로 생성될 때 동시에 건식 에칭에 의해 형성된다.

기공(30)이 마련됨으로써, 제1 실시예를 참조로 설명했던 것처럼 레이저 빔으로 질량 조절부재를 부분적으로 제거하는 공정 동안 고유 진동모드의 주파수 조절 가능 범위는 확장될 수 있으며 그 조절도 고속으로 수행될 수 있다. 또한, 진동 시스템(160)의 무게중심 위치 조절 가능 범위는 확장되며 그 조절도 고속으로 수행될 수 있다.

도10a 내지 도10c는 본 실시예에서 질량 조절부재(19)를 부분적으로 제거하 는 공정을 설명하기 위한 개략도이다. 도10a는 레이저 빔 가공의 초기 단계에서 도시한 샘플의 평면도이다. 도10b는 절차가 도10a의 상태로부터 진행된 상태를 도시하는 평면도이다. 도10c는 도10b의 C-C 선을 따라 취한 단면이다. 도10c에서 알 수 있는 바와 같이, 기공(30)의 존재로 인해 질량 조절부재의 비-부착 영역의 일부인 질량 제거부(85)는 레이저 빔을 조사하지 않고 제거될 수 있다.

우선, 도10a에 도시된 바와 같이, 가공 레이저 빔 스폿(80)이 회전 방향(83)으로 원호형 루프를 추적하도록 가공 궤적(82)을 따라 주사 이동된다. 가공 레이저 빔 스폿(80)은 질량 조절부재(19)의 가공에 적합한 출력과 펄스 주파수로 방출된다. 도시된 바와 같이, 이런 가공 레이저 스폿(80)에 의해 가공 궤적(82)을 따르는 가공부(81)가 형성된다.

도10b는 가공 레이저 스폿(80)이 가공 궤적(82)을 따라 적절한 시간만큼 선회한 후의 상태를 도시한다. 도시된 바와 같이, 가공 궤적(82)을 따라 관통공(84)이 형성된다. 도10c는 이를 도시한 단면도이다. 가공 레이저 빔(80)은 원호형 루프를 따라 질량 제거부(85)의 주연부를 제거하기 위해 가공 궤적(82)을 따라 추가 선회한다. 질량 제거부(85)는 도10c에 도시된 바와 같이 기공(30)의 존재로 인해 제2 가동소자(13)에 부착되지 않기 때문에, 상술한 절차에 의해 질량 제거부(85)는 제2 가동소자(13)로부터 분리되어 제거된다.

상술한 절차에서, 질량 생성부재(19)로부터의 제거량을 증가시켜야 한다면, 가공 궤적(82)의 직경이 확장될 수 있다. 이 경우, 더 큰 질량이 신속히 제거될 수 있다. 물론, 가공 궤적(82)의 형상은 상술한 원호형 루프에 제한되지 않는다.

상술한 바와 같은 실시예에 따르면, 기공(30)의 효과로 인해, 질량 조절부재로부터의 질량 제거량은 확대될 수 있고 질량은 신속히 제거될 수 있다. 이는 고유 진동모드에 대한 주파수 조절 가능 범위 또는 진동 시스템(160)의 무게중심 조절 가능 범위의 확장과 고속 조절을 가능하게 한다.

또한, 본 실시예에서 제2 가동소자(13)에 기공(30)이 마련되기 때문에 질량 조절부재(19)는 평면 형상을 가질 수 있다. 이는 부착 조립을 용이하게 만든다.

본 실시예의 제2 가동소자(13)와 질량 조절부재(19)는 도11에 도시된 바와 같은 형상을 가질 수 있다. 도11은 도8의 A-A 선을 따라 취한 단면도이다. 도9의 실시예와 비교해 보면, 도11에 도시된 구조에서 기공(30)은 질량 조절부재(19)에 형성된다. 이런 경우에도 레이저 빔 조사를 이용한 질량 제거에 관한 효과가 유사하게 얻어질 수 있다.

[제3 실시예]

도12a, 도12b, 도13 및 도14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광 편향기를 도시한다. 도12a는 반사면(22)이 형성된 진동 시스템(160)의 측면을 도시한 평면도이고 도12b는 진동 시스템의 반대측을 도시한 평면도이다. 도13은 도12a의 B-B선을 따라 취한 단면도이고 도14는 도12a의 D-D선을 따라 취한 단면도이다. 이들 도면에서, 제1 실시예의 구성 소자들과 유사한 기능을 갖는 구성 소자들은 유사 번호를 이용하여 지시한다. 이하, 제1 실시예와 유사한 기능을 갖는 이들 부분에 대한 설명은 생략하고 단지 상이한 특징에 대해 설명하기로 한다. 도12a 및 도12b에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 광 편향기는 제1 가동소자(11), 지지부재(15), 반사 면(22), 지지부재(150) 및 영구자석(151)을 포함하며, 이들 모두는 재료, 구조 및 기능에 있어 제1 실시예의 구성과 유사하다.

본 실시예의 진동 시스템(160)은 후술하는 바와 같이 알칼리 수용액을 이용한 비등방 에칭에 의해 단결정으로 일체로 제조된다. 본 실시예에서, 도13 및 도14에 도시된 바와 같이, 진동 시스템(160)은 단결정 실리콘의 결정 등가면(표면)에 의해 에워싸인 특징 형상을 갖는다.

도13에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 제2 가동소자(13)에는 진동축(17)에 평행하게 연장되는 노치(31)들이 형성된다. 이들 노치(31)는 레이저 빔으로 질량 조절부재(19)를 부분적으로 제거하는 공정에서 제2 실시예의 기공(30)과 유사한 효과를 갖는다. 또한, 기공으로서 이들 노치(31)를 마련함으로써, 제2 실시예에 비해 제2 가동소자(13)의 관성 모멘트를 크게 유지하면서 질량 조절부재(19)로부터 큰 질량이 레이저 빔 가공에 의해 용이하게 제거될 수 있다. 또한, 기공은 질량 조절부재(19)로서 평면형 부재만을 이용하여 한정될 수 있기 때문에 부착 조립이 용이하다. 또한, 노치(31)가 형성된 표면에서 멀리 떨어진 이면에는 기공이 없기 때문에, 이면은 영구자석(151)의 부착을 위해 이용될 수 있다.

한편, 도14에 도시된 바와 같이, 제1 비틀림 스프링(12)은 단결정 실리콘의 (100) 등가면과 (111) 등가면들에 의해 둘러싸인 X-형상 단면을 갖는다. 또한, 제2 비틀림 스프링(13)은 유사한 단면 형상을 갖는다.

제1 및 제2 비틀림 스프링(12, 13)의 이런 X-형상 단면 때문에, 본 실시예의 진동 시스템(160)은 도14에서 화살표(L) 방향과 화살표(M) 방향으로 큰 강성을 갖 지만, 비틀림 축(17)을 중심으로 한 화살표(N) 방향의 강성은 비교적 약하다. 즉, 비틀림 스프링으로서, 이는 비틀림 축을 중심으로 용이하게 비틀림될 수 있으며 그 밖의 방향으로는 만곡되기 어렵다. 따라서, 화살표(L, M) 방향으로의 불필요 진동이 효과적으로 방지된다. 주사 위치 변경이 이런 방식으로 효과적으로 저감되기 때문에, 우수한 주사 재생능이 달성된다.

본 실시예는 하나의 제2 비틀림 스프링(14)만을 이용하며 진동 시스템(160)은 캔티레버 구조의 고정부재(150)에 의해 지지된다. 따라서, 온도 변화나 임의의 외력으로 인해 고정부재(150)에 변형이 발생하더라도, 진동 시스템(160)에는 변형을 일으키는 응력이 거의 전달되지 않는다. 따라서, 제조 동안 진동축과 정렬 조정된 무게중심 위치는 온도 변화나 어떤 외력에도 불변하며, 이런 온도 변화나 외력에도 불구하고 우수한 주사 재생능이 보장된다. 또한, 본 구조에서, 온도 변화로 인한 응력은 진동축(17) 방향으로 거의 전달되지 않는다. 따라서, 진동축(17)을 중심으로 한 고유 진동모드의 주파수(f₁, f₂)는 거의 동일한 변화율을 가질 수 있으며, 따라서 정현파 합성 구동 동안 두 주파수 성분의 위상차는 안정화된다.

다음으로, 본 실시예의 진동 시스템(160)을 위한 알칼리 수용액 에칭 공정을 설명한다. 도15와 도16은 도13과 도14의 단면에 대응하는 것으로 알칼리 수용액 내의 형상을 도시한다. 도15와 도16에서, (a) 내지 (f)의 단면 형상은 각각 공정의 해당 타이밍에서 얻어진다. 우선, (a)에서, 도시된 방향으로 (100) 등가면(100)을 갖고 표면에 보호막(101)이 형성된 실리콘 기판(99)이 이용되며 보호 막(101)에 대한 패터닝이 수행된다. 본 실시예에서, 보호막(101)은 실리콘 질화물 막으로 구성된다. 실리콘 질화물 막은 화학 증기 구성법을 이용하여 형성될 수 있다. 보호막(101)에는 포토피소그라피와 건식 에칭에 의해 (a)에 도시된 바와 같이 패턴이 형성된다.

여기에, 도15에 도시된 바와 같이, 폭이 Wk인 개구가 형성된다. 또한, 도16에 도시된 바와 같이, 폭 Wb와 폭 Wg를 갖는 개구가 형성된다. 이들 폭은 (111) 등가면과 (100) 등가면 사이에 한정될 각도와 실리콘 기판(99)의 두께에 따라 결정된다. 이들 폭을 적절히 설정함으로써, 필요한 비틀림 스프링 상수와 기공 크기가 진동 시스템(160)의 명세 사항에 기반하여 얻어질 수 있다.

다음으로, (b)에서, 기판이 알칼리 수용액에 침지되어 에칭을 시작한다. 본 실시예는 수산화칼륨 수용액을 이용했다. 수산화칼륨 수용액과 같은 수용액은 다른 표면보다 단결정 실리콘의 (111) 등가면에 대해 느린 에칭 속도를 보이기 때문에, (111) 등가면에 의해 에워싸인 형상이 적합하게 생성될 수 있다. 에칭 공정으로서, 기판은 (b) 내지 (f)에 도시된 순서로 에칭된다. 마지막으로, (f)에서, (100) 등가면(100)과 (111) 등가면(102)에 의해 에워싸인 제2 가동소자(13), 노치(31), 제1 비틀림 스프링(12) 및 제2 비틀림 스프링(13)이 형성된다. 그 후, 양면에 형성된 보호막(101)이 건식 에칭에 의해 제거된다. 그 후, 반사막(22)이 진공 증기 증착에 의해 형성됨으로써 진동 시스템(160)이 마련된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서 제2 가동소자(13), 노치(31), 제1 비틀림 스프링(12) 및 제2 비틀림 스프링(13)는 한 번의 알칼리 수용액 에칭에 의해 동시 에 형성된다. 그 결과, 생산 공정이 단순화되고 진동 시스템(160)은 저렴하게 제조될 수 있다.

특히, 단결정 실리콘의 (111) 등가면은 낮은 에칭 속도를 가지며 이는 노치(31), 제1 비틀림 스프링(12) 및 제2 비틀림 스프링(13)의 형상을 정밀하게 형성할 수 있도록 한다. 제2 진동자(42)의 관성 모멘트 또는 무게중심 위치는 노치(31)의 정밀 가공에 의해 아주 정밀하게 결정될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 비틀림 스프링(12, 13)을 정밀 가공함으로써 비틀림 스프링 상수는 아주 정밀하게 결정될 수 있다. 이는 무게중심 위치 또는 고유 진동모드의 주파수 조절을 위한 질량 조절부재의 질량을 부분적으로 제거하는 공정을 생략하거나 조절에 요구되는 시간을 단축시키기 위해 제거량을 감소시킬 수 있도록 한다. 이는 진동 시스템(160)의 제작비를 더욱 감소시킨다.

본 실시예의 질량 조절부재(19)는 경질 자성 금속인 코발트를 함유한 금속 자석으로 제조될 수 있다. 이 경우, 질량 조절부재(19)는 제2 가동소자(13)에 부착될 수 있으며, 그 후 자화(분극화)되기 전의 영구자석(151)이 여기에 부착될 수 있다. 그 다음, 영구자석은 분극기를 이용하여 분극화된다. 따라서, 이 경우에 질량 조절부재(19)는 영구자석(151)과 동일 방향의 자극을 갖는 영구자석으로 기능한다.

그 결과, 진동 시스템(160)에 마련되는 영구자석의 양은 증가하고, 따라서 진동 시스템(160)은 전력 소모를 늦추며 구동될 수 있다. 또한, 고정 코일(152)에 인가되는 전류가 감소하기 때문에 발열이 억제된다. 따라서, 진동 시스템의 고유 진동모드의 주파수 변화가 적합하게 저감된다.

도12에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 질량 조절부재(19)는 그 양 단부가 두텁고 중심부가 얇은 형상을 갖는다. 직사각 형상의 평면판과 비교할 때, 진동축(17)을 중심으로 한 관성 모멘트당 질량은 가벼워질 수 있다. 이는 한편으로 임의의 다른 고유 진동모드의 주파수를 변화시키면서 진동 시스템(160)의 진동축(17)을 중심으로 한 고유 진동모드의 주파수를 일정하게 유지할 수 있도록 한다. 진동축(17)을 중심으로 한 고유 진동모드의 주파수(f₁, f₂)와 임의의 교란으로 인해 인가되는 특성 진동이 존재하는 경우, 진동 시스템(160)의 고유 진동모드의 주파수는 이런 진동의 주파수에서 분리될 수 있다. 따라서, 불필요 진동은 더욱 저감될 수 있으며, 주사 재생능이 보다 우수한 광 편향기가 달성된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 질량 조절부재(19)를 이용함으로써, 진동 시스템(160)의 진동축(17)을 중심으로 한 고유 진동모드의 주파수(f₁, f₂) 외에도 고유 진동모드의 주파수를 원하는 바에 따라 설정하는 재량 범위가 효과적으로 향상된다.

[제4 실시예]

도17은 본 발명에 따르는 광 편향기가 합체된 광학기구의 실시예를 도시하는 개략 사시도이다. 본 예에서는 화상 형성 장치가 광학기구로서 도시되어 있다. 도17에서, 3003은 본 발명에 따르는 광 편향기를 지시하며 광 편향기는 입사하는 광을 1차원적으로 주사하는 기능을 한다. 3001은 레이저 광원을 지시하고 3002는 렌즈 또는 렌즈 그룹을 지시한다. 3004는 기록 렌즈 또는 렌즈 그룹을 지시하고 3005는 드럼형 감광부재를 지시한다.

레이저 광원(3001)에서 방출된 레이저 빔은 광의 편향 주사 타이밍에 관련된 소정의 강도 변조를 받는다. 강도 변조된 광은 렌즈 또는 렌즈 그룹(3002)을 통해 진행하며 광 주사 시스템(광 편향기)(3003)에 의해 1차원적으로 주사 편향된다. 주사 편향된 레이저 빔은 감광부재(3005) 상의 기록 렌즈 또는 렌즈 그룹(3004)에 의해 집속되어 감광부재에 화상을 형성한다.

감광부재(3005)는 회전축을 중심으로 주사 방향에 수직한 방향으로 회전하며 도시 안된 대전 장치에 의해 균일하게 대전된다. 광을 이용하여 감광부재 표면을 주사함으로써, 주사된 표면 부분에는 정전 잠상이 형성된다. 그 후, 도시 안된 현상 장치를 이용함으로써, 토너 화상이 정전 잠상에 따라 생성되고 도시 안된 전사 용지로 전사되어 정착됨으로써, 화상이 용지에 생성된다.

본 발명의 광 편향기(3003)를 이용함으로써, 광의 편향 주사의 각속도는 감광부재(3005) 표면의 유효 영역 내에서 거의 균등하게 될 수 있다. 또한, 본 발명의 광 편향기를 이용함으로써 주사 위치 변경이 저감되고 선명한 화상을 생성할 수 있는 화상 형성 장치가 달성된다.

비록 본 발명은 본 명세서에 개시된 구조를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 그 세부 사항으로 국한되지 않으며 본 출원은 개선 목적이나 아래의 특허청구범위에 속하는 변경이나 개조를 포괄한다.

본 발명에 따르는 광 편향기는 복수의 고유 진동모드의 주파수를 원하는 바에 따라 조절하는 용이 조절성과 높은 주사 재생성을 보장하는 효과를 갖는다.

Claims (7)

1. 진동 시스템 및 상기 진동 시스템을 구동하도록 구성된 구동 시스템을 포함하며,

   상기 진동 시스템은 제1 진동자와 제1 비틀림 스프링과 제2 진동자와 제2 비틀림 스프링과 지지 부재를 포함하고,

   상기 제1 진동자는 광을 편향시키도록 구성된 편광소자를 갖는 제1 가동소자를 포함하고,

   상기 제2 진동자는 질량을 조절하도록 구성된 질량 조절부재를 갖는 제2 가동소자를 포함하고,

   상기 제1 가동소자는 진동축을 중심으로 한 비틀림 진동을 위해 상기 제1 비틀림 스프링을 통해 상기 제2 가동소자에 의해 탄성 지지되고,

   상기 제2 가동소자는 진동축을 중심으로 한 비틀림 진동을 위해 상기 제2 비틀림 스프링을 통해 상기 지지부재에 의해 탄성 지지되며,

   상기 진동 시스템은 진동축을 중심으로 주파수가 서로 다른 적어도 두 개의 고유 진동모드를 갖는 광 편향기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 진동자는 상기 질량 조절부재 및 자석을 갖는 상기 제2 가동소자에 의해 마련되며, 상기 질량 조절부재 및 상기 자석은 그 사이에 진동축을 개재하여 배치되는 광 편향기.
3. 제1항에 있어서, 상기 질량 조절부재, 자석 및 상기 제2 가동소자를 갖는 상기 제2 진동자는 진동축과 정렬된 무게중심을 갖는 광 편향기.
4. 제1항에 있어서, 상기 진동 시스템은 하나의 주파수가 다른 주파수의 대략 두 배 또는 세 배인 두 개의 서로 다른 주파수의 고유 진동모드를 갖는 광 편향기.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 가동소자와 상기 질량 조절부재 사이에는 간극 공간이 한정되는 광 편향기.
6. 상기 질량 조절부재에 레이저광을 투사하여 상기 질량 조절부재의 일부를 제거하는 단계를 포함하는 제1항에 따른 광 편향기의 제조 방법.
7. 광원과,

   제1항에 따른 광 편향기와,

   감광부재 및 화상 표시부재 중 하나를 포함하며,

   상기 광 편향기는 상기 광원에서 나온 광을 편향시키고 편향된 광의 적어도 일부를 상기 감광부재나 화상 표시부재로 향하게 구성되는 광학기구.

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