(57)【要約】【課題】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。【解決手段】本発明に係るアクチュエータは、コイル(23)が形成された可動板(21)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(27a,27b)と、前記コイルに磁場を与える磁界発生手段(13)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(30a,30b)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(43)と、を有する。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。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
を有することを特徴とするアクチュータ。
【請求項２】
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ことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
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請求項２記載のアクチュエータ。
【請求項４】
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とを特徴とする請求項２又は３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
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とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアクチュエータを有することを特徴とする画像形成装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【特許文献１】特開２００４−２４０２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
＜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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
＜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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施の形態１のアクチュエータの構造を示す斜視図および断面図である。
【図２】実施の形態１のアクチュエータの構造を示す平面図および断面図である。
【図３】実施の形態１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図である。
【図４】実施の形態１のアクチュエータの製造工程を示す工程断面図である。
【図５】実施の形態１のアクチュエータの他の構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態２のアクチュエータの構造を示す平面図および断面図である。
【図７】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。
【符号の説明】
【００４６】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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