KR20100058592A

KR20100058592A - 요동체 장치와 이의 제조 방법, 광편향기 및 화상 형성 장치

Info

Publication number: KR20100058592A
Application number: KR20107006406A
Authority: KR
Inventors: 가즈나리 후지이; 요시오 호타; 다까히사 가또; 히로유끼 모리모또
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2010-06-03
Also published as: JP2009075538A; US20100118370A1; JP5339752B2; EP2188665A1; CN101784938A; WO2009028517A1

Abstract

요동체 장치(100)는 고정부(103)에 대해서, 지지부(102)에 의해 비틀림 축(110) 주위로 요동 가능하게 지지되는 요동판(101)을 포함하고, 공진 주파수에 의해 비틀림 축(110) 주위로 요동판(101)을 구동시키며, 요동판은 요동판의 질량을 조정하는 홈부를 형성하는 영역을 가지며, 공진 주파수는 영역 내에서의 홈부의 형성에 의해 조정될 수 있도록 구성된다.

Description

요동체 장치와 이의 제조 방법, 광편향기 및 화상 형성 장치{OSCILLATING BODY APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, OPTICAL DEFLECTOR AND IMAGE FORMING APPARATUS}

본 발명은 요동체 장치와 이의 제조 방법, 요동체 장치를 사용하는 광편향기 및 화상 형성 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 본 발명은 광의 편향 주사에 의해 화상을 투영하는 프로젝션 디스플레이, 전자 사진 공정(electrophotographic process)을 갖는 레이저 빔 프린터 및 디지털 복사기와 같은 화상 형성 장치에 적절하게 이용 가능한 요동체 장치를 사용하는 광편향기를 실현할 수 있는 기술에 관한 것이다.

지금까지, 반도체 공정에 의해 웨이퍼로부터 제조되는 미소 기계 부재(micromechanical member)는 마이크로미터계로 가공될 수 있었으며, 이들 부재를 사용하여 다양한 미소 기계 소자가 실현되어 왔다.

예를 들어, 이러한 기술에 의해 형성되는 가동 소자(요동판)에 비틀림 진동이 가해지고, 가동 소자(요동판)의 공진 현상이 이용되는 액추에이터(요동체 장치)로서, 다양한 제안이 제시되어 왔다.

특히, 광편향기로서 기능하는 반사면이 이러한 가동 소자(요동판) 상에 배치되고, 가동 소자(요동판)의 공진 현상을 이용하여 광주사를 행하는 광편향기는 종래의 다각형 미러 등과 같은 다각형 회전 미러를 사용하는 광주사 광학계와 비교하여 다음과 같은 이점을 갖는다.

즉, 광편향기를 소형화하는 것이 가능하고, 반도체 공정에 의해 제조되는 실리콘 단결정으로 구성되는 광편향기가 이론상 금속 피로를 갖지 않으며, 내구성 측면에서도 우수하고, 전력 소비가 적다고 하는 등의 특징이 제공된다.

특히, 광편향기가 가동 소자(진동판)의 비틀림 진동의 고유 진동 모드의 주파수 부근에서 구동되기 때문에, 저전력 소비를 달성할 수 있다.

그러나, 한편으로는, 이러한 공진 현상을 이용하는 광편향기에 있어서, 제조 공정에서 야기되는 크기 오차 등으로 인해, 각각의 액추에이터 사이의 고유 진동 모드의 주파수인 공진 주파수에 있어서의 편차가 발생된다.

결과적으로, 각각의 액추에이터 사이의 공진 주파수에 있어서의 이러한 편차는 바람직하지 않기 때문에, 공진 주파수 조정에 대한 필요성이 대두된다.

액추에이터를 사용할 때, 작동(구동) 주파수인 기준 주파수가 미리 결정된 값으로 설정되는 경우, 고유 진동 모드의 주파수와 기준 주파수 사이의 불일치가 발생한다.

결과적으로, 이러한 액추에이터로 구성되는 광편향기에 있어서, 고유 진동 모드의 주파수와 기준 주파수의 불일치는 가동 소자의 스윙각(swing angle)의 편차를 야기한다. 광편향기를 사용하는 레이저 빔 프린터와 같은 전자 사진 공정에 있어서, 레이저 빔이 감광 부재 상에 주사되어 화상을 형성한다.

결과적으로, 화상의 종횡비를 안정화시키고, 화질의 저하를 억제하기 위해서는, 가동 소자가 감광 부재의 회전 속도에 대응할 수 있도록 하는 동시에 광편향기 내의 가동 소자의 스윙각의 편차를 없애도록, 광편향기의 공진 주파수를 미리 결정된 값으로 조정할 필요성이 있게 된다.

지금까지, 전술된 바와 같이 공진 주파수를 조정할 수 있는 액추에이터로서, 일본 특허 출원 공개 제2002-040355호에는 이하의 평면형 갈바노 미러(planar type galvano mirror)가 개시되어 있다.

이 기술에 있어서, 도 9에 도시되는 바와 같이, 비틀림 축(110) 상에 요동 가능하게 탄성 지지된 반사면 및 코일을 갖는 가동판의 양 단부에 질량 부하부(1001, 1002)가 형성된 플레너 형 갈바노 미러가 사용된다.

이 갈바노 미러의 질량 부하부(1001, 1002)에 레이저 빔을 조사함으로써, 질량이 제거되고, 관성 모멘트가 조정되어, 주파수가 미리 결정된 값으로 설정된다.

일본 특허 출원 공개 제2004-219889호에는 미러 기판(마이크로 요동판) 상에 수지에 의한 질량편(mass piece)을 코팅하여 공진 주파수를 조정할 수 있는 요동 미러가 개시되어 있다.

전술된 바와 같이, 공진 현상을 이용하는 액추에이터에 있어서, 전력 소비를 줄이고자 할 때, 가동 소자(진동판)를 고유 진동 모드의 주파수에 근접하여 구동시키는 것이 바람직하기 때문에, 공진 주파수의 조정에 대한 필요성이 부각된다.

또한, 이러한 액추에이터로 구성되는 광편향기를 사용하는 화상 형성 장치에 있어서, 화상의 종횡비를 안정화시키고 화질의 저하를 억제하기 위해서는, 광편향기의 공진 주파수를 미리 결정된 값으로 조정할 필요성이 야기된다.

그러나, 전술된 종래의 예에 있어서, 이들 공진 주파수를 미리 결정된 값으로 조정하는 것은 이하의 문제를 야기한다.

일본 특허 출원 공개 제2002-040355호에서는, 수지로 미러 표면을 코팅함으로써 관성 모멘트를 증가시켜 공진 주파수를 조정한다.

또한, 레이저에 의해 미러의 일부의 질량을 제거함으로써 관성 모멘트를 감소시켜 공진 주파수를 조정한다. 어떠한 경우에 있어서도, 공진 주파수가 고정밀도로 조정되는 경우에, 수지가 코팅되는 위치는 고정밀도를 가질 필요가 있다.

이는, 전술된 바와 같이 수지 또는 레이저 처리에 의한 미러의 일부의 제거에 의해 공진 주파수를 조정하는 방법에 있어서, 가공 위치가 약간이라도 변위(오프셋)되는 경우에도 이하의 문제가 야기되기 때문이다.

즉, 수지(또는 제거 위치)가 요동축 중심에 대해 오프셋된 상태로 미러를 요동시키면, 수지 질량(또는 제거 질량)이 큰 경우에, 오프셋에 의한 관성 모멘트가 발생하게 되고, 이로써 미러의 요동 특성이 악화되는 경우가 있다.

또한, 일본 특허 출원 공개 제2004-219889호에서는, 회전축을 대상으로 미러의 표면에 코팅함으로써, 관성 모멘트가 증가되고 공진 주파수가 조정된다.

이 경우에 있어서도 전술된 바와 유사하게, 공진 주파수가 고정밀도로 조정될 때, 수지로 코팅되는 각각의 위치는 고정밀도를 가질 필요가 있다.

전술된 바와 같이, 종래의 장치에 있어서, 높은 위치설정 정밀도를 갖는 장치가 요구되며, 이는 장치의 복잡화 및 가공 택트(processing tact)의 저하와 같은 문제를 야기한다.

전술된 문제를 감안하여, 본 발명의 목적은 공진 주파수를 조정할 때 간단한 구성에 의해 보다 저렴하면서도 고정밀도로 요동판의 질량을 조정할 수 있는 요동체 장치 및 이의 제조 방법과, 요동체 장치를 사용하는 광편향기 및 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 다음과 같이 구성된, 요동체 장치와 이의 제조 방법, 요동체 장치를 사용하는 광편향기 및 화상 형성 장치를 제공한다.

본 발명의 요동체 장치는 지지부에 의해 고정부에 대하여 요동 가능하게 지지되는 요동판을 포함하고, 공진 주파수에 의해 비틀림 축 주위로 요동판을 구동시키며,

요동판은 요동판의 질량을 조정하기 위한 홈부를 형성하는 영역을 가지며, 요동체의 공진 주파수는 영역에서의 홈부의 형성에 의해 조정될 수 있도록 구성된다.

또한, 본 발명의 요동체 장치는 요동판이 제1 요동판 및 제2 요동판에 의해 비틀림 축 주위로 적어도 2개의 고유 진동 모드의 주파수를 갖는 구조를 포함하며, 홈부는 제1 요동판과 제2 요동판 중 적어도 어느 하나에 있어서 홈부를 형성하는 영역에 형성 가능하도록 구성된다.

또한, 본 발명의 요동체 장치는 요동판이, 요동판에 연결되고 비틀림 축에 평행한 방향으로 연장되며 요동판의 질량을 조정할 수 있도록 일부가 절단될 수 있는 연장부를 포함하며,

홈부를 형성하는 영역이 요동판 또는 연장부의 정면 및 백 베이스 중 적어도 어느 하나로서 취해진다.

또한, 본 발명의 요동체 장치는 비틀림 축에 직교하는 방향으로, 요동판 또는 연장부의 일측면으로부터 다른 측면에 걸쳐 홈부가 형성된다.

또한, 본 발명의 광편향기는 전술된 요동체 장치 중 어느 하나 및 요동체 장치의 요동판에 제공되는 광편향 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 화상 형성 장치는 광원, 감광 부재, 및 광편향기를 포함하며, 광원으로부터의 광이 광편향기에 의해 편향되고, 광의 적어도 일부가 감광 부재 상에 입사될 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 요동체 장치의 제조 방법은, 지지부에 의해 비틀림 축 주위로 고정부에 대하여 요동 가능하게 지지되는 요동판을 포함하고, 공진 주파수에 의해 비틀림 축 주위로 요동판을 구동시키는 제조 방법이며,

요동판의 영역 내에 홈부를 형성하여 요동판의 공진 주파수를 조정하고, 홈부의 형성에 의해 요동판의 질량을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 요동체 장치의 제조 방법은 요동판의 질량을 조정할 때, 요동판으로서의 제1 요동판과 제2 요동판에 의해 비틀림 축 주위로 적어도 2개의 고유 진동 모드의 주파수를 갖는 구조를 형성하며,

홈부가 제1 요동판 및 제2 요동판의 적어도 어느 하나의 영역에 형성된다.

또한, 본 발명의 요동체 장치의 제조 방법은 요동판의 질량을 조정할 때, 요동판에 연결되고 요동판으로서 비틀림 축에 평행하는 방향으로 연장되는 연장부를 형성하며, 연장부의 일부를 절단함으로써 요동판의 질량을 조정하는 제1 단계, 및 요동판 또는 연장부의 정면 및 백 베이스 중 적어도 어느 하나에 홈부를 형성함으로써 요동판의 질량을 조정하는 제2 단계를 수행하는 것으로서, 제1 단계 및 제2 단계 양자를 수행하거나 제2 단계만을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 요동체 장치의 제조 방법은 요동판의 공진 주파수를 조정할 때, 요동판의 비틀림 축 주위로 고유 진동 모드의 주파수를 검출하는 단계, 및

검출된 주파수와 미리 결정된 공진 주파수 사이의 차이를 기초로 하여 요동판의 관성 모멘트의 조정량을 결정하는 단계를 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 요동체 장치의 제조 방법은 요동체의 관성 모멘트의 조정량을 기초로 하여, 홈부의 폭, 홈부의 깊이 및 홈부의 개수 중 적어도 어느 하나를 결정하는 단계를 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 요동체 장치의 제조 방법에 있어서, 홈부는 레이저 빔에 의한 조사에 의해 비틀림 축에 직교하는 방향으로 요동판 또는 연장부의 일 측면으로부터 다른 측면에 걸쳐 형성된다.

본 발명에 따르면, 공진 주파수를 조정할 때, 요동판의 질량을 조정할 수 있는 요동체 장치 및 이의 제조 방법과, 요동체 장치를 사용하는 광편향기와, 화상 형성 장치가 간단한 구성에 의해 고정밀도로 보다 저렴하게 실현될 수 있다.

본 발명의 추가적인 특징이 첨부된 도면과 관련하여 예시적인 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 있어서 요동체 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 2a 및 2b는 본 발명의 실시예에 있어서 요동판의 관성 모멘트를 조정 가능한 홈부를 형성하는 단계를 나타내는 도면으로서, 도 2a는 요동판 내에 선형 홈부를 형성하는 구성을 도시하는 도면이고, 도 2b는 도 2a의 선(B-B)을 따라 절단된 단면도.
도 3은 비교예에 있어서 요동판의 특정 부분의 질량이 제거된 경우를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 있어서 요동판에 홈부를 형성하는 방법의 일 예를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 있어서 요동 장치 및 이의 제조 방법을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 요동 장치 및 이의 제조 방법을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 정현파 진동 및 거친 톱니파 진동의 궤적을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 있어서 화상 형성 장치를 도시하는 도면.
도 9는 종래 기술의 일 예인 일본 특허 출원 공개 제2002-040355호의 평면형 갈바노 미러를 도시하는 도면.

이제, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부 도면에 따라 상세하게 설명될 것이다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 있어서 요동체 장치 및 이의 제조 방법이 설명될 것이다.

도 1에, 본 실시예의 요동체 장치의 구성을 도시하는 도면이 도시된다.

도 1에서, 도면 부호(100)는 요동체 장치를 나타내고, 도면 부호(101)는 요동판을, 도면 부호(102)는 탄성 지지부를, 도면 부호(103)는 고정부를, 그리고 도면 부호(104)는 영구 자석을 나타낸다.

본 실시예의 요동체 장치에 있어서, 요동판(101)은 탄성 지지부(102)에 의해 고정부(103)에 지지된다.

요동판(101)은 비틀림 축(110)과 평행하는 측면(101a, 101b)을 갖는다.

탄성 지지부(102)는 중심으로서의 축(110)을 갖는 요동판(101)을 탄성적으로 그리고 비틀림-요동 가능하게 지지한다.

요동체 장치(100)는 비틀림 축(110) 주위에 비틀림 요동의 고유 진동 모드를 갖는다.

그 주파수(f)는 다음의 공식으로 나타난다.

(공식 1)

여기서, k는 탄성 지지부(102)의 비틀림 축(110) 주위의 비틀림 스프링 상수를 나타내며, I는 요동판(101)의 비틀림 축(110) 주위의 관성 모멘트를 나타낸다.

또한, 요동판(101)에는 영구 자석(104)이 제공된다.

영구 자석(104)은 도면의 종방향으로 자화된다. 도시되지 않은 전자기 코일에 의해 교류 자기장이 인가되어, 토크가 발생될 수 있다.

교류 자기장의 주파수를 고유 진동 모드의 주파수(f)에 근접하게 설정함으로써, 공진 현상을 이용하는 요동이 수행될 수 있다.

전술된 것과 같은 요동체 장치를 제조하는 경우, 이하의 방법에 의해 관성 모멘트를 조정함으로써, 고유 진동 모드의 주파수가 고정밀도로 조정될 수 있다.

먼저, 요동체 장치(100)가 구동되고, 고유 진동 모드의 주파수(f)가 검출된다.

주파수(f)를 검출하는 방법으로서, 예를 들어, 전자기 코일에 인가되는 교류 자기장의 주파수가 스위핑(sweeping)되고, 구동 파형 검출 유닛에 의해, 요동체 장치(100)의 비틀림 방향으로의 진동의 진폭이 검출되며, 진폭이 최대가 되는 교류 자기장의 주파수가 고유 진동 모드의 주파수(f)로 취해지는 것 등이 있다.

이러한 측정 유닛에 의해 측정되는 고유 진동 모드의 주파수와 조정 목표값 사이의 차이로부터, 필요한 관성 모멘트 조정량이 공식(1)의 관계를 사용하여 계산된다.

전술된 바와 같이 계산된 요동판의 관성 모멘트의 조정량에 기초하여, 홈부의 폭, 홈부의 깊이 및 홈부의 개수 중 적어도 어느 하나가 결정되고, 관성 모멘트가 다음과 같이 조정 가능하게 되는 홈부가 요동판의 영역에 형성된다.

도 2a 및 도 2b에, 관성 모멘트가 조정 가능하게 되는 홈부를 요동판에 형성하는 단계를 나타내는 도면이 도시된다.

도 2a는 선형 홈부가 요동판에 형성되는 구성을 도시하는 도면이며, 도 2b는 도 2a의 선(2B-2B)을 따라 절단된 단면도이다.

본 실시예에서, 홈부는 비틀림 축에 직교하는 방향으로 요동판의 일 측면으로부터 다른 측면에 걸쳐 형성된다.

구체적으로, 도 2에 도시되는 바와 같이, 요동판(101)의 비틀림 축(110)과 평행한 측면(101a)으로부터 측면(101b)까지 가공용 레이저 빔으로 조사하여 선형 홈부(105)가 형성된다.

특히, 요동체 장치(100)가 반도체 제조 공정에 의해 제조되는 경우, 그 형상은 극히 고정밀도, 예를 들어 ±1 ㎛ 이하로 제조될 수 있으며, 따라서 측면(101a)으로부터 측면(101b)에 이르기까지 연속적으로 가공을 수행함으로써, 관성 모멘트의 고정밀 조정을 달성할 수 있다.

비교예로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 요동판의 특정 부분(106)의 질량이 제거된 경우에 대한 설명이 개시될 것이다.

요동판(101)의 비틀림 축(110) 주위의 관성 모멘트의 조정량(It)은 다음과 같이 표시된다.

(공식 2)

여기서, m은 제거된 양이며, L은 비틀림 축(110)과 제거된 부분의 무게 중심 사이의 거리이다.

공식 (2)에서 볼 수 있는 바와 같이, 관성 모멘트의 조정량(It)이 거리(L)의 제곱에 비례하기 때문에, 고정밀도로 관성 모멘트를 조정하고자 하는 경우에는, 가공점을 극히 고정밀도로 조정할 필요가 있다.

즉, 가공용 레이저 빔을 편향시키기 위한 편향기의 정밀도 및 요동체 장치를 이동시키기 위한 스테이지 정밀도가 엄격한 제어하에서 관리되어야 하고, 가공 장치의 고가격화 및 가공 속도의 저하를 피할 수 없다.

다음으로, 본 실시예에 있어서의 요동판(101) 내의 홈부 형성 방법의 일 예가 설명될 것이다.

도 4에는 이 방법을 나타내는 도면이 도시된다.

요동체 장치(100)가 스테이지(401) 상에 장착된다. 가공용 레이저 빔(403)이 요동판(101)에 집광되도록 레이저 광원(402)이 설치되고, 요동판(101)이 스테이지(401)에 의해 화살표 방향으로 이동하여 요동판(101)의 측면(101a)으로부터 측면(101b)으로 연속적으로 홈부가 형성될 수 있다.

가공에 의해 관성 모멘트는 요동판(101)의 비틀림 축(110)과 평행하는 측면(101a) 및 측면(101b)을 갖는다.

따라서, 관성 모멘트는 종이면에 대한 법선 방향으로의 스테이지의 위치 오차에 의해 영향을 받지 않으며, 더 나아가 요동판(101)의 측면으로부터 측면까지 가공되고, 이에 따라 스테이지(401)의 진행 방향 스테이지의 위치 오차에 의해 영향을 받지 않는다.

결과적으로, 관성 모멘트의 조정 정밀도는 요동판(101)의 형상 정밀도에만 민감성을 가지며, 스테이지(401)의 위치 정밀도에는 종속되지 않는다.

따라서, 저 정밀도 및 고속 구동의 스테이지가 사용될 수 있어, 장치의 저가화 및 가공 속도의 개선이 달성될 수 있다. 비록, 가공 위치의 이동이 스테이지에 의해 수행되었지만, 가공용 레이저 빔(403)이 광편향기 등에 의해 주사되는 경우라도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 가공 장치의 위치 설정 정밀도에 의존하지 않는 가공에 의해, 관성 모멘트가 조정될 수 있는 홈부가 요동판에 형성되어, 고유 진동 모드의 주파수가 고정밀도로 조정될 수 있다.

또한, 광편향 소자인 반사면이 이러한 요동체 장치의 요동판 상에 배치되도록 구성됨으로써, 이 요동체 장치가 광편향기로서 사용될 수 있다.

또한, 이러한 광편향기, 광원 및 감광 부재를 포함하고, 광편향기에 의해 광원으로부터의 광을 편향시키고, 광의 적어도 일부가 감광 부재 상에 입사될 수 있도록 하는 화상 형성 장치를 구성할 수 있다.

(실시예)

이하 본 발명의 실시예가 설명될 것이다.

(제1 실시예)

제1 실시예에서, 본 발명의 구성을 적용한 요동체 장치 및 이의 제조 방법의 구성예가 설명될 것이다.

도 5에서는 본 실시예의 요동체 장치 및 이의 제조 방법을 나타내는 도면이 도시된다.

도 5에서는 도 1에 도시된 실시예와 동일한 구성에 대해 동일한 도면 부호가 부착되며, 따라서 공통 부분에 대한 설명은 생략될 것이다.

도 5에서, 도면 부호(500)는 요동체 장치를 나타내고, 도면 부호(501, 502)는 연장부를 나타낸다.

본 실시예의 요동체 장치(500)에 있어서, 요동판(101)은 두께가 300 ㎛이고, 비틀림 축(110)의 방향으로의 길이가 1 mm이며, 폭이 3 mm이다.

요동판(101)은 연장부(501, 502)를 포함한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 이들 연장부(501, 502)는 비틀림 축(110)을 사이에 두고 대칭 위치에서 요동판(101)에 연결되는 연장부를 포함하며, 비틀림 축에 평행한 방향으로 연장되고, 그 일부가 절단되어 요동판의 질량을 조정할 수 있다.

홈부는 연장부의 표면 또는 이면 중 적어도 어느 하나에 형성 가능하도록 구성된다.

요동판(101), 탄성 지지부(102) 및 고정부(103)는 건식 에칭에 의해 단결정 실리콘을 에칭함으로써 형성된다.

요동체 장치(500)는 비틀림 축(110) 주위의 비틀림 진동의 고유 진동 모드를 포함한다.

그 주파수(f)가 전술된 실시예에 개시된 (공식 1)에 의해 나타난다.

스프링 상수(k) 및 관성 모멘트(I)는 제조 편차 및 환경 변화에 의해 변경되기 때문에, 제조된 요동체 장치의 주파수(f)와 미리 결정된 목표 주파수 사이의 오차가 발생한다.

따라서, 요동체 장치를 제조할 때, 관성 모멘트가 조정되고, 이에 따라 고유 진동 모드의 주파수가 고정밀도로 조정될 수 있다.

먼저, 고유 진동 모드의 주파수가 측정되고, 측정된 주파수와 조정 목표값 사이의 차이로부터, (공식 1)의 관계를 사용함으로써 필요한 관성 모멘트 조정량이 계산된다.

계산된 관성 모멘트 조정량에 따라, 요동판의 주파수가 이하의 2가지 공정에 의해 조정된다.

2가지 공정은 연장부를 절단하는 제1 공정과, 연장부의 측면에서 측면까지 연속적으로 선형 홈부를 형성하는 제2 공정을 포함한다.

제1 공정에서, 관성 모멘트 조정량에 따라 연장부를 절단하는 위치가 제어된다.

즉, 조정량이 큰 경우, 도면에서의 절단 거리(L)를 짧게 하고, 조정량이 적은 경우, 도면에서의 절단 거리(L)를 길게 한다.

본 실시예에서, 비록 절단 거리를 요동판의 무게 중심(G)을 기준으로 하였지만, 단부, 정렬 마크 등을 기준으로 취할 수도 있다.

바람직하게는, 비틀림 축(110)에 대칭적으로 배치된 연장부 양자가 절단되는 것이 바람직하지만, 연장부 중 어느 하나가 절단될 수도 있다.

연장부를 절단함으로써, 후술하는 제2 공정과 비교하여 많은 양의 관성 모멘트가 조정될 수 있다.

제2 공정에서, 관성 모멘트 조정량에 따라, 연장부의 측면에서부터 측면으로 연속적으로 형성되는 선형 홈부의 폭(t)이 제어된다.

즉, 조정량이 큰 경우, 도면에서의 홈 폭(t)을 넓게 하고, 조정량이 적은 경우, 도면에서의 홈 폭(t)을 좁게 한다.

본 실시예에서는 비록 홈 폭이 조정되지만, 홈 깊이나 홈의 개수가 조정될 수도 있다.

건식 에칭에 의해 정밀하게 형성된 돌출 형상부로 홈부를 형성함으로써, 관성 모멘트가 고정밀도로 조정될 수 있다.

제1 공정 및 제2 공정을 수행하거나, 제2 공정만을 수행함으로써, 요동체 장치(500)의 주파수가 정밀하고 신속하게 조정될 수 있다.

(제2 실시예)

제2 실시예에서, 제1 실시예와 상이한 실시예의 요동체 장치 및 이의 제조 방법이 설명될 것이다.

도 6에는 본 실시예의 요동체 장치 및 이의 제조 방법을 나타내는 도면이 도시된다.

도 6에서, 도면 부호(601)는 제1 요동판을, 도면 부호(602)는 제2 요동판을, 도면 부호(611)는 제1 탄성 지지부를, 그리고 도면 부호(612)는 제2 탄성 지지부를 나타낸다.

본 실시예의 요동체 장치(600)는 요동판이 제1 요동판 및 제2 요동판에 의해 비틀림 축 주위에 적어도 2개의 고유 진동 모드의 주파수를 포함하는 구조를 갖는다.

특히, 요동체 장치는 제1 요동판(601), 제2 요동판(602), 제1 탄성 지지부(611), 제2 탄성 지지부(612) 및 고정부(620)를 포함한다.

여기서, 제1 요동판(601)은 두께가 300 ㎛이며, 비틀림 축(110)을 향하는 방향으로의 길이가 1 mm이고, 폭이 3 mm이다.

또한, 제2 요동판(602)은 두께가 300 ㎛이며, 비틀림 축(110)을 향하는 방향으로의 길이가 2 mm이고, 폭이 6 mm이다.

요동판은 연장부(603, 604, 605, 606)를 포함하고, 연장부는 비틀림 축(110)을 사이에 둔 것으로 도시된 바와 같이 대칭 위치에서 요동판(601, 602)에 연결된다.

모든 연장부는 비틀림 축(110)에 평행한 방향으로 연장되도록 형성된다.

제1 요동판(601) 및 제2 요동판(602)은 제1 탄성 지지부(611)에 의해 비틀림-요동 가능하게 연결되며, 제2 요동판(602)은 제2 탄성 지지부(612)에 의해 고정부(620)에 비틀림-요동 가능하게 연결된다.

요동판, 탄성 지지부 및 고정부는 건식 에칭에 의해 단결정 실리콘을 에칭함으로써 형성된다.

요동체 장치(600)는 비틀림 축(110) 주위에 2개의 고유 모드의 주파수(f1, f2)를 갖는다.

요동체 장치는 2개의 고유 모드를 포함하는 구동력을 인가함으로써, 2개의 정현파를 합성하는 비틀림 진동을 실현할 수 있다.

특히, f1 및 f2가 2배 높은 관계에 있는 경우, 2개의 정현 진동(701, 702)의 진폭을 조정함으로써, 도 7에 도시된 바와 같은 거친 톱니파 진동(coarse saw tooth wave vibration)(703)이 실현될 수 있다.

정현파와 비교하여, 거친 톱니파 진동(703)은 각 속도가 실질적으로 일정한 영역을 광범위하게 설정할 수 있으며, 전체 편향 주사에 대한 유효 영역을 확장할 수 있다.

한편, 전술된 바와 같은 미리 결정된 합성 파형을 얻기 위해, 요동체 장치의 2개의 고유 모드의 주파수(f1, f2)를 고정밀도로 조정하는 것이 필요하다.

일반적으로, 요동판 및 탄성 지지부를 각 2개씩 포함하는 진동계의 2개의 고유 진동 모드의 주파수(f1, f2)는 다음의 공식(3)에 의해 나타난다.

(공식 3)

여기서, k1 및 k2는 제1 탄성 지지부(611) 및 제2 탄성 지지부(612)의 비틀림 축(110) 주위의 비틀림 스프링 상수를 나타내며, 부호(I1, I2)는 제1 요동판(601) 및 제2 요동판(602)의 비틀림 축(110) 주위의 관성 모멘트를 나타낸다.

스프링 상수(K) 및 관성 모멘트(I)는 제조 편차 및 환경 변화에 의해 변경되기 때문에, 제조된 요동체 장치의 주파수(f)와 미리 결정된 목표의 주파수 사이의 오차가 발생한다.

따라서, 관성 모멘트는 요동체 장치 제조시 이하의 방법에 의해 조정되며, 이로써 고유 진동 모드의 주파수가 고정밀도로 조정될 수 있다.

먼저, 고유 진동 모드의 주파수가 측정되고, 측정된 주파수와 조정 목표값 사이의 차이로부터, 제1 요동판(601)과 제2 요동판(602) 각각의 필요 관성 모멘트 조정량이 (공식 3)의 관계를 사용하여 계산된다.

계산된 관성 모멘트 조정량에 따라, 제1 요동판(601)과 제2 요동판(602)의 관성 모멘트 각각을 이하의 2가지 공정에 의해 조정함으로써, 요동체 장치(600)의 f1 및 f2를 조정한다.

2가지 공정은 연장부를 절단하는 제1 공정 및 연장부의 측면에서부터 측면으로 선형 홈부를 연속적으로 형성하는 제2 공정을 포함한다.

즉, 제1 요동판의 조정량이 큰 경우, 도면에서의 절단 거리(L1)를 짧게 하고, 조정량이 적은 경우, 도면에서의 절단 거리(L1)를 길게하며; 그리고 제2 요동판의 조정량이 큰 경우, 도면에서의 절단 거리(L2)를 짧게 하고, 조정량이 적은 경우, 도면에서의 절단 거리(L2)를 길게 한다.

본 실시예에서, 비록 요동판의 무게 중심이 기준으로서 취해지지만, 단부 및 정렬 마크가 기준으로서 취해질 수도 있다.

바람직하게는, 비틀림 축(110)에 대해 대칭으로 배치되는 연장부 양자 모두가 절단되는 것이 바람직하지만, 연장부 중 어느 하나가 절단될 수도 있다.

연장부를 절단함으로써, 이하에서 설명될 제2 공정에 비해, 많은 양의 관성 모멘트가 조정될 수 있다.

제2 공정에 있어서, 관성 모멘트 조정량에 따라, 연장부로부터 측면 상에 연속적으로 형성되는 선형 홈부의 폭(t)이 제어된다.

본 실시예에서는, 비록 홈 폭이 조정되지만, 홈 깊이 또는 홈의 개수가 조정될 수 있다.

건식 에칭에 의해 정밀하게 형성되는 돌출 형상으로 홈을 형성함으로써, 관성 모멘트가 고정밀도로 조정될 수 있다.

제1 공정 및 제2 공정 양자를 수행하거나, 제2 공정만을 수행함으로써, 요동체 장치(600)의 주파수가 정밀하고 신속하게 조정될 수 있다.

(제3 실시예)

제3 실시예에서, 본 발명의 요동체 장치를 적용하여 구성되는 광편향기를 사용하는 화상 형성 장치의 구성예가 설명될 것이다.

도 8에서, 본 실시예의 화상 형성 장치의 구성예를 설명하기 위한 개략적인 사선도가 도시된다.

도 8에 도시된 본 실시예의 화상 형성 장치에 있어서, 도면 부호(803)는 본 발명의 요동체 장치를 적용하여 구성되는 광편향기를 나타낸다. 본 실시예에서, 입사광은 1차원으로 주사된다.

도면 부호(801)는 레이저 광원을 나타내고, 도면 부호(802)는 렌즈 또는 렌즈 그룹을, 도면 부호(804)는 라이트 렌즈(write lens) 또는 렌즈 그룹을, 도면 부호(805)는 드럼 형상을 갖는 감광 부재를 나타낸다.

레이저 광원(801)으로부터 사출되는 레이저 광은 광의 편향 주사 타이밍과 관련된 미리 결정된 강도 변조를 받는다.

이러한 강도 변조된 광이 렌즈 또는 렌즈 그룹(802)을 통과하고, 광주사계(광편향기)(803)에 의해 1차원으로 주사된다.

이렇게 주사된 레이저 광은 라이트 렌즈 또는 렌즈 그룹(804)에 의해 감광 부재(805) 상에 화상을 형성한다.

주사 방향에 수직한 방향으로 회전축을 중심으로 회전되는 감광 부재(805)는 도시되지 않은 대전기에 의해 균일하게 대전되고, 이 바디 상에 광을 주사함으로써, 주사된 부분에 정전 잠상(electrostatic latent image)이 형성된다.

다음으로, 예시되지 않은 현상 장치에 의해, 토너 화상이 정전 잠상의 화상부 상에 형성되며, 이 토너 화상을 예를 들어, 도시되지 않은 시트 상에 전사 및 정착시킴으로써, 화상이 시트 상에 형성된다.

본 발명의 요동체 장치에 의해, 미리 결정된 주파수로 적절하게 조정되는 요동체 장치가 사용될 수 있다.

결과적으로, 장치는 고진폭 증폭률의 상태로 구동될 수 있으며, 이는 장치의 소형화를 가능하게 하고, 전력 소비를 감소시킨다.

또한, 제2 실시예의 요동체 장치가 사용되는 경우, 광의 편향 주사의 각속도는 감광 부재(805)의 사양 내에서 대략적으로 일정한 각속도를 이룰 수 있다.

또한, 본 발명의 요동체 장치에 의해 구성되는 광편향기를 사용함으로써, 주사 위치의 변동이 감소되고, 이에 따라 선명한 화상을 생성할 수 있는 화상 형성 장치를 달성할 수 있다.

비록, 본 발명이 예시적인 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 개시된 예시적인 실시예에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 이하의 청구범위의 범주는 이러한 모든 변형, 및 균등 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

본 출원은 2007년 8월 30일자로 출원된 일본 특허 출원 제2007-223640호 및 2008년 3월 18일자로 출원된 일본 특허 출원 제2008-069761호의 이익을 향유하며, 이들은 전체로서 본원에 참고로 포함된다.

100: 요동체 장치
101: 요동판
101a, 101b: 측면
102: 탄성 지지부
103: 고정부
104: 영구 자석
110: 비틀림 축

Claims

지지부에 의해 비틀림 축 주위로 고정부에 대하여 요동 가능하게 지지되는 요동판을 포함하고, 공진 주파수에 의해 상기 비틀림 축 주위로 상기 요동판을 구동시키는 요동체 장치이며,
상기 요동판은 상기 요동판의 질량을 조정하기 위한 홈부를 형성하는 영역을 가지며, 상기 공진 주파수는 상기 영역에서의 상기 홈부의 형성에 의해 조정될 수 있도록 구성되는 요동체 장치.
제1항에 있어서, 상기 요동판은 제1 요동판 및 제2 요동판에 의해 상기 비틀림 축 주위로 적어도 2개의 고유 진동 모드의 주파수를 갖는 구조를 포함하며,
상기 홈부는 상기 제1 요동판과 제2 요동판 중 적어도 하나에 있어서 상기 홈부를 형성하는 영역에 형성 가능하도록 구성되는 요동체 장치.
제1항에 있어서, 상기 요동판은, 상기 요동판에 연결되고 상기 비틀림 축에 평행한 방향으로 연장되며 상기 요동판의 질량을 조정할 수 있도록 일부가 절단될 수 있는 연장부를 포함하며,
상기 홈부를 형성하는 영역은 상기 요동판 또는 상기 연장부의 정면 및 백 베이스 중 적어도 하나인 요동체 장치.
제3항에 있어서, 상기 홈부는 상기 비틀림 축에 직교하는 방향으로, 상기 요동판 또는 상기 연장부의 일측면으로부터 다른 측면에 걸쳐 형성되는 요동체 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 요동체 장치와,
상기 요동체 장치의 요동판에 제공되는 광편향 소자를 포함하는 광편향기.
광원, 감광 부재, 및 제5항에 따른 광편향기를 포함하며,
상기 광원으로부터의 광이 상기 광편향기에 의해 편향되고, 상기 광의 적어도 일부가 상기 감광 부재 상에 입사될 수 있는 화상 형성 장치.
지지부에 의해 비틀림 축 주위로 고정부에 대하여 요동 가능하게 지지되는 요동판으로 구성되고, 공진 주파수에 의해 상기 비틀림 축 주위로 상기 요동판을 구동시키는 요동체 장치를 제조하는 제조 방법이며,
상기 요동판의 질량을 조정하여 상기 요동판의 공진 주파수를 조정하기 위해 상기 요동판의 영역 내에 홈부를 형성하는 단계를 포함하는 요동체 장치 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 요동판의 질량을 조정할 때, 상기 요동판으로서의 제1 요동판과 제2 요동판으로 상기 비틀림 축 주위로 적어도 2개의 고유 진동 모드의 주파수를 갖는 구조가 형성되며,
상기 홈부는 상기 제1 요동판 및 상기 제2 요동판의 적어도 하나의 영역에 형성되는 요동체 장치 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 요동판의 질량을 조정할 때, 상기 요동판으로서 상기 요동판에 연결되고 상기 비틀림 축에 평행하는 방향으로 연장되며 일부가 절단되어 상기 요동판의 질량을 조정하는 연장부를 형성하는 제1 단계와, 상기 요동판의 질량을 조정하기 위해 상기 요동판 또는 상기 연장부의 정면 및 백 베이스 중 적어도 하나에 상기 홈부를 형성하는 제2 단계의 양 단계 모두가 수행되거나, 또는 상기 제2 단계만 수행되는 요동체 장치 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 요동판의 공진 주파수를 조정할 때, 상기 요동판의 비틀림 축 주위로의 상기 고유 진동 모드의 주파수가 검출되어, 검출된 주파수와 미리 결정된 공진 주파수 사이의 차이를 기초로 하여 상기 요동판의 관성 모멘트의 조정량을 결정하는 요동체 장치 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 홈부의 폭, 깊이 및 개수 중 적어도 하나는 상기 요동판의 관성 모멘트의 조정량을 기초로 하여 결정되는 요동체 장치 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 홈부는 레이저 빔에 의한 조사에 의해 상기 비틀림 축에 직교하는 방향으로 상기 요동판 또는 상기 연장부의 일 측면으로부터 다른 측면에 걸쳐 형성되는 요동체 장치 제조 방법.