(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査光学システムにおいて使用する走査ビームステアリングミラーアセンブリであって、当該アセンブリは、
駆動電極が形成された基板と、
積層された圧電性曲げアクチュエータと、
を有し、
前記積層された圧電性曲げアクチュエータはその隣接端において片持ち式に前記基板に接着され、
前記積層された圧電性曲げアクチュエータの第１の層が前記駆動電極と電気接触し、
前記積層された圧電性曲げアクチュエータの遠方端は、前記遠方端と前記基板との間に空間を形成するように前記基板上にこれに接触することなく配置され、前記遠方端は、前記積層された圧電性曲げアクチュエータの第１の層に適用される電圧電位に応じて前記基板に対して接近したり離反したりするように自由に回転し、前記回転によって前記空間の寸法を変化させ、
第１の反射面と第２の装着面とを有するミラー構造体であって、前記第２の装着面には複数の装着柱が互い離れて形成され、前記ミラー構造体が前記装着柱において前記積層された圧電性曲げアクチュエータの遠方端に接着され、ここで前記複数の装着柱は前記圧電性曲げアクチュエータを作る物質と前記ミラー構造体を作る物質との熱膨張係数が異なるために生じる歪みと前記装着柱における接着とによる装着ストレスを分離するように作用する、
ミラー構造体を更に有する、
走査ビームステアリングミラーアセンブリ。
【請求項２】
前記基板上に形成された第２の駆動電極を更に有し、
前記第２の駆動電極は、前記積層された圧電性曲げアクチュエータの第２の層と電気的に接触する、請求項１に記載の走査ビームステアリングミラーアセンブリ。
【請求項３】
前記基板上の、一般的には前記積層された圧電性曲げアクチュエータの遠方端の下方の位置に形成され、前記空間の寸法を検出する容量性検知電極を更に有する、請求項１に記載の走査ビームステアリングミラーアセンブリ。
【請求項４】
前記ミラー構造体は、前記第２の面に形成されたストレス解放溝を有する、請求項１に記載の走査ビームステアリングミラーアセンブリ。
【請求項５】
前記ミラー構造体は、前記第１の面に形成されたストレス解放溝を更に有する、請求項４に記載の走査ビームステアリングミラーアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）に関する。特に本発明は、走査線の歪みや湾曲を修正する、ＲＯＳの光学パスにおけるアクティブ要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真マーキングは、一般的に用いられる周知の文書複写または印刷の方法である。電子写真マーキングは、荷電した光受容体を所望の文書を表す光画像に露光することによって行われる。光受容体を露光した場所で放電し、所望の文書の静電気潜像を光受容体の面に形成する。次にトナー粒子を当該潜像上に蓄積してトナー像を形成する。次に当該トナー像をシート紙等の基板上に転写する。次に転写されたトナー像を基板に融着する。これは通常、熱又は／および圧力を用いて行う。これによってオリジナル表現が永久的に記録される。次に光受容体の面から残留現像物質を除去し、再荷電して、以後の画像形成に備える。
【０００３】
上記の説明は白黒電子写真マーキングシステムの概略説明である。電子写真マーキングはカラー画像も作ることができる。これは合成カラー画像を作るために用いられるトナーの各色に対して上記の処理を一回繰り返すことによって行う。ＲＥＡＤ  ＩＯＩ処理と呼ばれるカラー処理（再荷電、露光、現像、画像上に画像）の一例では、荷電された光受容面を、第１の色、例えば黒色を表す光画像に露光する。次に、得られた静電気潜像を黒色トナーを用いて現像して黒色トナー像を作る。再荷電、露光、現像処理を同じ光受容体を用いて、第２の色、例えば黄色、第３の色、例えばマゼンタ、更に最後には第４の色、例えばシアンに対して繰り返す。多様な潜像やカラートナーを、所望の合成カラー画像ができるように重ねて配置する。次にこの合成カラー画像を転写して基板に融着させる。あるいは、多露光ステーションシステムを用いることができる。これは、各色のトナーについて別個の充電、露光、現像ステーションを必要とする。
【０００４】
上記システム等において光受容体を露光する一つの方法はラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）を用いることである。ＲＯＳは一般的には１つ（または複数）のレーザ光源と、プレポリゴン光学システムと、複数のミラー小面を有する回転式ポリゴンと、ポストポリゴン光学システムとを有する。動作を簡単に説明すると、平行レーザビームがポリゴンの小面に反射し、画像形成要素を通過する。当該要素は当該レーザビームを光受容体面上の精巧に焦点合わせされた光点に向けて投射する。（光受容体が固定されたまま）ポリゴンが回転すると、焦点合わせされた点が光受容体面において走査線と呼ばれる道を描く。光受容体の動作をポリゴン回転と同期させることによって、スポットラスタは光受容体面を（すなわち１線ずつ）走査する。レーザビームを画像情報によって変調することで、所定の潜像を光受容体上に作る。当該ビームが通過する面を本明細書では正接面と呼び、光受容体の動き方向を矢印方向と呼ぶ（例えば、特許文献１〜１０参照）。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５０１８８０８号明細書
【特許文献２】米国特許第５２８７１２５号明細書
【特許文献３】米国特許第５３６３１２６号明細書
【特許文献４】米国特許第５９９９３０２号明細書
【特許文献５】米国特許第６０２３２８６号明細書
【特許文献６】米国特許第６１４４４７８号明細書
【特許文献７】米国特許第６２６２９９１号明細書
【特許文献８】米国特許第６３５５９２６号明細書
【特許文献９】欧州特許出願公開１９９８０８２２７００
【特許文献１０】欧州特許出願公開１９９９０９２８９８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ラスタ出力スキャナは一般的には多数の光学要素を含む。残念ながらこれらの要素の形および／またはこれらの要素を装着する際に不正確な要素が含まれることは避けられず、このために光受容体上の走査線の質において異常（anomalies）が生じる。このような異常の一つは光受容体において走査線の間隔に僅かなバラツキが生じることである。このような間隔のバラツキは、例え僅かでも、印刷された画像の走査線方向において認知できるトーンのバラツキを生じる可能性がある。一般的にこれを帯状アーティファクト（banding artifact）と呼ぶ。図１は画像４内の明暗の縞を示す。これが、印刷された画像における帯状アーティファクトを示す。
【０００７】
別のアーティファクトを湾曲（bow）と呼ぶ。湾曲は走査線が顰め顔（frown）または笑顔（smile）の形に反れることである。図２は異なる湾曲を有する２本の走査線を示す。第１の走査線６は「笑顔」形の湾曲であり、第２の走査線７は「顰め顔」形の湾曲である。図２は、湾曲していない理想的な走査線５も示す。湾曲の有益な測定は走査線の頂部と底部とのズレである。単色システムでは、湾曲のズレが約１５０ミクロン未満であれば湾曲によって印刷の質に有意な問題を生じない。しかしカラー印刷、特に多数のラスタ出力スキャナを用いる場合、このようなエラーは印刷の質を深刻に劣化させる。実際、多数のラスタ出力スキャナを用いる場合、１つの湾曲が顰め顔で他の湾曲が笑顔であると、１０ミクロン未満の湾曲誤差によって最終画像が劣化する。高品質システムでは、走査線の湾曲は約２ミクロンに留めるべきである。
【０００８】
更に別のアーティファクトは歪み（skew）と呼ばれる。湾曲は走査線の非線形性であり、歪みは走査線が光受容体の回転軸の面から角度を持って反れることである。つまり、所望の走査線に対する傾きである。線対線の合わせ誤差や印刷画像の回転等のアーティファクトが生じる。
【０００９】
これらのアーティファクトの原因の一つは光受容体を走査線に対して進める際に僅かに不完全であることである。この前進を僅に外した場合、１本の走査線と次の走査線との間隔が僅かに変わる。このような場合、トナーや、基板に適用された類似の物質において２本の隣接する線の間に隙間ができるかもしれない。この隙間が走査線全体に沿った印刷画像のトーンに影響する。人間の目は特にこのような種類のアーティファクトに敏感であり、認知できる明暗の帯が印刷画像上に現れる。
【００１０】
このような走査線の間隔のブレの別の原因はレンズを通過する光ビームの中心光線がレンズの光軸に沿って走査しない場合である。ビームの中心光線がレンズの光軸から遠い程、湾曲は大きくなる。通常、走査線がポストポリゴン光学要素の光学軸から逸脱していることが湾曲の原因となるが、ほとんどの光学的構成物もこのような逸脱を生じる可能性がある。
【００１１】
今日、走査線の位置誤差を修正するための多様な方法がある。一つの方法は、多数のラスタ出力スキャナを用いる場合に高品質光学システムを注意深く一致させて用いる方法である。しかし、この方法は使用を禁止する程に高価な場合が多い。特に機械アセンブリを考慮する場合である。そのような場合ですら、湾曲による逸脱を２ミクロンにするという要求が常に満たされるとは限らない。別の方法は光学要素をラスタ出力スキャナの光学システムに追加することである。例えば米国特許第５，３８３，０４７号が教示するように、ガラス板をプレポリゴン光学システムに導入する。このガラス板の回転により湾曲を修正する。しかしこの方法は別のガラス片を光学パスに導入しなければならない。更に、多数のラスタ出力スキャナでは、走査線の位置誤差の殆どはポストポリゴン光学システムが生じるものである。
【００１２】
周知の走査線の位置誤差修正の他の例はアクティブフィードバックによって速度と線間隔とを調整するものである。これは例えば、ピエゾアクチュエータを用いてリアルタイムで走査線の位置を調整することによって行う。これは小型レンズ要素を積極的に移動（translate）するか、走査線全体を偏向させるようミラーを傾けることによって行う。米国特許第６，２３２，９９１号を参照のこと。しかし、任意のリアルタイム線間隔修正手順は、線走査周波数より僅かに、通常は数ｋＨｚ、高い共鳴周波数を有するアクチュエータを必要とする。したがって、印刷速度がフィードバック制御システムの共鳴振動数によって制限される。更に、フィードバック制御システムを用いた場合でも、湾曲や歪みのために色合わせの問題や帯の問題が走査線の一部において生じる可能性がある。これは、このようなシステムは光受容体ドラムやベルトの縁部において走査位置を測定するためである。
【００１３】
尚、前述の線間隔、湾曲、歪みの問題のためにこれまで、ＲＯＳシステムを横並びに継ぎ目なく一体化することでＲＯＳベースの印刷システムをより広いフォーマットに拡張することも、できなかった。
【００１４】
前述の記載および認知できる帯、湾曲、歪みの無い印刷が出来るシステムを提供するという見地から、走査線の位置誤差を修正する新規のシステムおよび技術が必要とされる。
【００１５】
したがって、本発明は、走査線の間隔誤差、インラインの歪みや湾曲、色合わせを能動的に修正するために十分に高い帯幅を有する低コストのミクロ加工された圧電性ステアリング要素を提供するシステムおよび方法に関する。これは、従来のＲＯＳ設計における標準的な折りたたみ式ミラーの代用となり、より高コストの光学補正要素を排除するかもしれない。また、本発明は、走査線に基づく光学システムにおける走査線の位置エラーを解決すること目的とする。
【００１６】
走査線の間隔誤差、インラインの歪みや湾曲、色あわせを修正するために、走査ビームステアリングシステムが提供される。これはリアルタイムで（すなわち、ラスタビームの走査中に）線位置を動的に変更できる。高共鳴振動数を有することに加えて、本発明に係る走査ビームステアリングシステムは振動によって共鳴（ringing）を喚起（excite）しないように低い機械構造Qを有する。最後に、本発明に係る走査ビームステアリングシステムは比較的低いコストおよび複雑さと、小さな設置面積において実施することで、総じて商業的に合理的な解決策を提供するかもしれない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様によると、走査ミラー装置はＲＯＳシステムの光学パスの中に導入される。走査ミラーは、片持ち式圧電性バイモルフ曲げアクチュエータの端部に装着された、ミクロ機械加工されたシリコンミラーによって形成される。このベンダは、２つの駆動電極および容量性検知電極がその上に形成された低拡張セラミック基板に固定される。この小型ミラーはミラー幅の中点に設けられた１本の中央隆起部またはいくつかの柱に沿って圧電性ベンダの端部に接着される。これらの接着点は、圧電性ベンダおよびシリコンミラー間の拡張係数（ＣＴＥ）の僅かな差に加えてエポキシ接着に因る装着ストレスを分離するように作用する。
【００１８】
容量性エア空間がバイモルフベンダと検知電極との間に設けられて、検知容量構造を形成する。このエア空間によって、共鳴（ringing）を軽減または除去するための当該構造のエア緩衝に加えて、検知容量を提供する。
【００１９】
電圧を第１の電極に適用して圧電性片持ち構造体を曲げる。交流信号を第２電極に適用して変位情報を提供し、圧電性クリープ、圧電性経年劣化、ＨＶ増幅器のウォームアップに因る電子機器のドリフト、ＣＴＥの不一致に因る温度依存の傾き等に関連するより低い帯幅の問題を補償するようにフィードバック制御を行えるようにする。
【００２０】
上記の説明は、本発明の多数の固有の態様、特徴、効果の要約である。しかし、この要約は網羅的なものではい。したがって、本発明のこれらの態様およびその他の態様や特徴、効果は、添付の請求項に照らして考慮する際に以下の詳細な説明および添付の図面から明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、走査線に基づく光学システムにおける走査線の位置エラーを解決することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本明細書に添付された図面において、同じ参照番号は図面において同じ要素を示す。図面は例を示すものであり、縮尺は一定ではない。
【００２３】
本発明に係るＲＯＳシステムの走査ミラー装置（agile mirror device）の多様な実施形態を、例示的な製造方法や同装置の動作に用いられる構成物と共に説明する。以下の説明は本発明の多様な態様の例に過ぎず、本発明の範囲を理解する枠組みを提供する。
【００２４】
これを念頭に、図３ＡはＲＯＳシステム１０を示す。これはレーザ１２等の光源と、本発明に係る走査ビームステアリングミラーアセンブリ（agile beam steering mirror assembly）１４と、回転式ポリゴンミラーアセンブリ１６と、走査光学アセンブリ１８と、ミラー２０と、光受容体ドラム２２とを含む。レーザ１２から照射された光の通路に従って光ビームを走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４に入射する。当該アセンブリ１４は以下で更に説明するようにビーム位置を調整する。当該ビームは走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４によって回転式ポリゴンミラーアセンブリ１６に向けられる。回転式ポリゴンミラーアセンブリ１６はビームを走査方向に移動させる。次にこのビームは走査光学アセンブリ１８によって焦点合わせされ、ミラー２０によって反射されて、光受容体ドラム２２の面を走査して走査線２４を作る。このビームがパルスされると、個々の画素は走査線２４に沿って露光され、これによって光受容体ドラム２２の面に潜像を表す露光パターンを作る。
【００２５】
図３Ｂは走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４の拡大側面図である。走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４の特定の要素を以下で詳細に説明する。図３Ｂから分かるように、走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４はミクロ機械加工されたミラー構造体３０を有する。当該ミラー構造体３０は、圧電性バイモルフ曲げアクチュエータ３２に電位を適用することで変化することによって曲げアクチュエータ３２およびこれに接着されたミラー構造体３０をＲ方向（回転した状態の走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４のこれらの部分を点線で示す）に回転できる主要面を有する。回転していない状態で、ミラー構造体３０は光ビームＬを第１のビームパスＬ1に向けて反射する。回転した状態で、ミラー構造体３０は光ビームＬを第２のビームパスＬ2に向けて反射する。
【００２６】
次に、図４（断面図）、図５（正面図）、図６（斜視図）を参照して走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４の詳細を説明する。本発明に係る走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４はその上に第１および第２駆動電極３６、３８と容量性検知電極４０とが形成された低拡張セラミック基板３４を有する。各電極３６、３８、４０は、例えばスクリーン印刷またはその他の適正な処理によって形成してもよい。
【００２７】
第１の駆動電極３６と物理的かつ電気的に接触し、基板３４と物理的に接触するように半田結合パッド４４が装着される。更に、積層された（バイモルフ）曲げアクチュエータ３２が半田結合パッド４４に装着される。このバイモルフを広範囲の物質で形成してもよいが、本発明に係る一実施形態によると、Ｔ２６６−Ｈ４−３０３Ｘ物質の仕様書に係る（URL:www.piezo.comから入手可能）２つのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛の２層）層と、その間のシム物質とからなる。曲げアクチュエータ３２が、その隣接端（proximal end）において半田結合パッド４４に装着される。ミクロ機械加工されたミラー構造体３０が曲げアクチュエータ３２の遠方端に装着される。シリコンのミラー構造体３０はその幅の中点に沿って設けられた隆起部または一連の柱４２において曲げアクチュエータ３２に装着される。この隆起部または一連の柱４２が、装着ストレスを分離するように作用する。これは、曲げアクチュエータ３２を作る物質とシリコンのミラー構造体３０を作る物質との熱膨張係数が僅かに異なるために生じる歪みに加えて、エポキシまたは半田接着によって生じる領域緊張（area strain）を限定することによって行う。
【００２８】
第１の駆動電極は曲げアクチュエータ３２の下部層４８に電気的に接続され、第２の駆動電極は曲げアクチュエータ３２の上部層５０に電気リード５２によって電気的に接続される。
【００２９】
曲げアクチュエータ３２と容量性検知電極４０との間に容量性エア空間４６（図４に示す）が規定されて検知容量構造を形成する。折れ曲がっていない状態で、このエア空間の幅をｄ1とする。容量性エア空間４６は約ｄ1＝１２マイクロメータ以下であり、エア緩衝体となって、ミラーの機械的反応を受動的に過剰減衰して共鳴（ringing）をなくす手段となるように作用する。これによってミラーの、プリンタ内に存在するその場所での（in-situ）機械的振動に対する感受性も軽減する。容量性エア空間４６は更に、容量性検知電極４０と曲げアクチュエータ３２の下部層４８との間に形成されたコンデンサの誘電体としても作用する。
【００３０】
ミラーが自由端に接着されている場合、圧電性曲げアクチュエータ３２を用いてミラー構造体３０の角度を変更できる。Ｒ方向に回転したミラー構造体３０を図７に示す。この回転を行うために、圧電性曲げアクチュエータ３２の上部層５０に第２の駆動電極３８および電気リード５２を介して電圧を適用して曲げアクチュエータ３２の層間に異なる緊張（strain）を生じて曲げアクチュエータ３２を折り曲げたり、半田結合パッド４４によって基板３４に固定された隣接端の周りで回転させたりする。これによって曲げアクチュエータ３２の下部層４８と容量性検知電極４０との間の距離ｄを変える。
【００３１】
曲げアクチュエータ３２つまりミラー構造体３０の折り曲げまたは回転の程度を検知容量構造体を用いてモニタしてもよい。図８を参照して、係る構造体によれば、高周波数ＡＣ信号Ｖsenseを容量性検知電極４０に適用して複素インピーダンス１／ｊｗＣを測定し、ｄ1とｄ2の間の差を検出する。これは容量性検知電極４０、下部層４８、その間の容量性エア空間４６によって形成されたコンデンサの、増加した誘電性空間である。検知回路６６がこの距離を利用してミラー構造体３０の位置を測定し、所望のビーム角度の修正を行うための回転を得てもよい。上部層５０等の曲げアクチュエータ３２の一層に適用された駆動電圧Ｖdriveを、検知回路６６が提供する位置情報および、例えばオンボードメモリ６７等に保存された所定の修正波形を利用するマイクロコントローラ６８が検出する。デジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）６９からのアナログ制御信号を、図８に示す別の集積回路チップを用いて形成してもよいし、マイクロコントローラ自身に直接一体化させてもよい。しかし圧電性アクチュエータ３２の駆動に必要な高電圧レベルは、適切にスケールされたＶdrive信号を作るために高電圧（ＨＶ）増幅器６５および高電圧電源６３を必要とする。この全体的なフィードバックループによって圧電要素の高帯幅ヒステリシス動作を直接補償する必要はない。この動作が反復可能であってメモリ内で直接補償できるからである。しかしこのフィードバック回路が圧電性クリープ、圧電性の経年劣化、ＨＶ増幅器のウォームアップによる電子機器のドリフト（electronics drift）、経時による温度依存の傾斜（in the tilt）のドリフトに関連する、より低い帯幅の問題を補償することは必須である。
【００３２】
図９に示すような長さＬおよび幅Ｗを有する片持ち式圧電性曲げアクチュエータの場合、折り曲げ角度ΔθはＬ2に比例し、共鳴振動数は１／Ｌ2に比例し、両者は幅Ｗから独立している。したがって圧電性ベンダの長さは、使用できる最大の駆動電圧のための適切な折り曲げ角度範囲θを維持しながら、システムの共鳴振動数および作動帯幅を最大化するように選択される。正および負の折り曲げ角度の両方が、適用される駆動電圧Ｖdriveの記号に基づいて実現できることが重要である。
【００３３】
自由な距離長Ｌ＝２ｍｍを有する単純な２要素（バイモルフ）圧電性ベンダおよび約３ｍｍ幅ｘ１１ｍｍ長ｘ５００ｕｍ厚の寸法を有するミラーの場合、０．０６度に近づくステアリング角度および約３０ｋＨｚより高い共鳴振動数が、電子写真ラスタ走査システムにおいて有用な湾曲修正を行うために十分に高い帯幅および作動範囲であることを測定および経験的に実証した。これらの測定および計算は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）圧電物質のバイモルフ構造体で作られ、URL:www.piezo.comから得られる製品仕様書Ｔ２６６−Ｈ４−３０３Ｘにおいて更に詳細に説明される、商業的に入手可能な圧電性曲げアクチュエータ３２に基づいている。商業的に入手可能な他の圧電性曲げアクチュエータも容易に入手可能である。場合によっては３枚以上の圧電層を有し、所定の電圧に対してより大きく変位させる高性能圧電性物質を用いる圧電性曲げアクチュエータを用いることによって、更なる成果を実現できる。
【００３４】
このような高帯幅機械システムに対して解決すべき他の実務的な問題は、動作中に高帯幅ビームステアリングを行うために質量負荷効果を軽減にするために十分な程にミラーを薄く軽く作らなければならないことである。しかしミラーは動作中に厳に平坦であるという仕様も満たさなければならない。動的な湾曲修正を有益に行う装置であるためには、走査ミラーの平坦さをλ／６より良い状態に動作中および製品の寿命の間、維持しなければならない。ここでλは一般的にλ＝７８０ｎｍ等の近赤外線である。高帯幅の理由のためにミラーを薄く作らなければならないことは、システムの組み立て中や動作中にもミラーの平坦を維持しなければならないという点について幾つかの困難（challenge）をもたらす。
【００３５】
図１０は有限要素の分析の結果を示す。この結果は、１０度の温度上昇によって生じるミラーの湾曲（効果を誇大している）が差異熱ストレスを引き起こすことを示す。これは、ミラーと圧電性ベンダとの間の熱膨張係数（ＣＴＥ）が僅に異なることによって生じる。印刷システムは一般的に狭い温度範囲で動作するが、圧電要素での電気散逸に因る熱がステアリングミラーの動作中に生じるので、印刷システムの絶対温度は保証できない。したがって静電気ストレスを最小限にしてミラーを圧電性ベンダに装着する方法が必要である。
【００３６】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、小型化されたミラー構造体３０を、ミラーを許容できない程に湾曲させる接着ストレスを劇的に軽減するための補助となる構造体と共に形成する単純な製造処理を示す。ここで、シリコンまたはガラスの平坦な基板５３を用いて走査ステアリングミラーの固まり（mass）を作る。これは公称４００〜６００ミクロン厚の範囲である。第一に、反射面を形成する。これは薄い金属層５６を金チタン合金等の高反射物質を用いてスパッタリングするか、アルミニウム等の薄い金属層を蒸着することによって行う。この金属層５６はミラーの平坦性を維持するために公称７０ｎｍより厚くしない。次に深い溝５４をミラーの断面にミラーの縁近くにおいて切り込み、ストレス解放構造を形成する。当該構造により、後にこれらを組み立てる際にミラーと圧電性ベンダとの間に生じる装着ストレスを分離する。この深い溝を切り込む際に、ミラー面の最上部の反射金属をフォトレジスト等の犠牲層のミラー保護部５８によって保護する。このような溝を一般的に５０マイクロメータの切り口幅を有する鋸（dicing saw）を用いて切る込むことができる。これらの深い溝によってミラー構造体３０の縁部でのストレスを緩和できる。ミクロ機械加工されたミラー構造体３０の金属側および柱側の両方に溝５４を作ることで、折り畳み式バネ構造体がＣＴＥの不一致に因るストレスを解放できる。図１１Ｂは溝５４の１パターンを示すが、例えば溝を一方の側に作る、一方の端に作る等、多くの変形ができる。
【００３７】
最後に、小型化されたミラーを鋸を使って個々の型（dies）に形成できる。溝５４の形成およびダイシング（singulation）の後、ミラー保護部５８を除去し、構造物を清掃する。最後に、ミラーと圧電性ベンダとの間の接着点（柱４２）を、ミラーがその中心および両端において接着されるようにミラー幅の中点に沿って選択する。装着や温度変化に因って蓄積されるストレスは溝によって解放され、ミラーの中央の隙間を平坦に維持できる。小さな半田球やエポキシ接点を使って小さな接着柱を作ることで装着ストレスを更に軽減する。これらの接着接点を、高さ約１０ミクロンの柱をミラーの基板自身にエッチングする追加ステップによって規定する。これはリトグラフ的に規定されたフォトレジストマスクや商業的に利用できるＢＯＳＣＨエッチング処理等の深いエッチングを行うミクロ機械加工方法を用いて行う。これにより、接着物質の逆流領域を限定することで、接着点の配置を更に規定する助けとなる。半田を用いる場合、これらの接着柱を金やニッケル等の半田可溶性（solder wettable）の金属外層で覆わなければならない。しかし注意深く制御しながらエポキシ塗布（dispensing）することにより、薄いエポキシ層自身を用いて接着点の柱４２を再現可能（reproducible）に実現してもよい。
【００３８】
このストレス解放構造をミラーに作った結果を図１２に示す。図１２は、溝５４の構成を用いる圧電性ベンダに装着されたミラーを有する有限要素のシミュレーションを示す。図１０に示すものと同一の境界（boundary）条件の下、ミラーは、圧電性ベンダに装着された後、中央開口部において有意量の平坦さを維持する。
【００３９】
言及された他の問題は、高周波動作中にミラーが自身の慣性質量に因って動的に歪む（distortion）ことである。図１３は、３０ｋＨｚに近い基礎共鳴（fundamental resonance）に対してモデルの形状が動的に歪む様子を示す。ここでは、この動作の振幅を人工的に増して当該モデル形状の歪みを強調している。ミラーの縁部３１に沿って波打つ様子が見られることに注意する。これは中央中点に沿ってミラーの長さ全体にわたって支持されていないためである。
【００４０】
動作中の走査ミラーの動的平坦さを改善するために、ミラーの総質量を過度に増すことなく、ミラーをその長さに沿って堅くすることが賢明である。これはＴ型の断面形状を用いてミラーの長さに沿って強化されたミラー構造体３０'を用いて行うことができる。これは一体型でも積層構造でもよい。図１４は、接合部４３においてその遠方端において圧電性曲げアクチュエータ３２に接着された「Ｔ型」のミラー構造体３０'を含む実施形態を示す。この構成は、ミラーの上面に直接装着しないことにより、装着ストレスによる曲率を更に軽減する。更にこの構成は、圧電性ベンダが作動された場合にその上面の曲げ曲率に因って生じる接着点でのストレスを除去する。図１５は「Ｔ型」ミラー構造体３０'を用いた場合にミラーの動的な歪みが劇的に軽減される様子を示す。このような形状を、微小光学業界では周知の中位の（gentle）機械的研磨（polishing）技術またはミクロ機械加工業界では周知の化学的エッチング技術を用いた多くの方法を用いて形成できる。しかし、シリコンや溶解シリカ（石英）等の高強度物質を用いて、これらの物質の処理の際のストレスに因る本来的な曲率を軽減することが重要である。
【００４１】
「Ｔ型」ミラー構造体３０'が殆どあるいは全く静的曲率を有さないようにするためには、一連の溝５４をミラー面に貫通して切り込み形成し、装着ストレスや上述の任意のＣＴＥの不一致を解放することが依然として重要である。図１６は有限要素の分析の結果を示す。この結果は「Ｔ型」ミラー構造体３０'を貫通して切り込まれた一方の側の溝がミラーの平坦さを維持するために適当であることを示す。図１６の斜視図では３つの接着点の内の１点のみが明確に見える。これらの点はＴ型のミラーの隆起した基部の縁に沿って配置され、１つがこの基部の丁度真ん中に配置される。接着接点、ストレス解放溝パターン、断面強化形状を様々に組み合わせることによって、静的および動的な平坦さを維持するという問題を十分に解決できる。ここで説明する静的および動的な平坦さを維持する例示的な構造体が、商業的な印刷システムにおいて走査ミラーを実用的に使用ために必要な当該走査ミラーの設計上の重要の態様を説明する有益な一実施形態となる。
【００４２】
図１７Ａ〜図１７Ｃはミラー構造体３０を曲げアクチュエータ３２に装着する処理のステップを、本発明に係る一実施形態の走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４の製造に関わる他のステップと共に示す。この本実施形態によると、走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４の組み立ては３つのステップからなる。第１に、図１７Ａで示すように、曲げアクチュエータ３２の基部を熱および圧力によって基板３４（この上には事前に各電極３６、３８、４０が形成されている）に、例えば事前に作られた半田結合パッド４４を用いて半田付けする。この接着により、第１の駆動電極３６とバイモルフ曲げアクチュエータ３２の下層との間に、曲げアクチュエータ３２に対する隆起した機械的支持に加えて、電気的な接触が行われる。半田パッドは平坦形状でもよい。半田結合パッド４４および圧電性曲げアクチュエータ３２を容易に反復的に配置するために、シム６０を用いてこれらの相対的位置を設定してもよい。
【００４３】
第２に、結合部の柱４２（この視点からは１つしか見えない）に沿って曲げアクチュエータ３２にミラー構造体３０を接着する。これはファイバ光学機器業界において一般的に使われるエポキシであって、エポテック（Epotek）から入手可能な３５３ＮＤ等の高強度高ガラス転移温度（Ｔｇ）熱発散性（wickable）エポキシを用いて行う。多くの熱発散性（wickable）の熱又は／及びＵＶ架橋性（cross linkable）エポキシ樹脂を用いて適切にこの目的を果たすことができる。接合部４３に沿ったエポキシをミラーの３つの離れた接着位置または２つの縁部等の柱および中点に設けることで、接合部４３における総接合領域を最小化しつつ、十分な機械的強度および頑強さを提供できる。ここでも同じシム６０または僅かに異なるシムを用いて、ミラー構造体３０を圧電性曲げアクチュエータ３２に組み込むことを容易にしてもよい。シムおよびミラーがガラス等の透明物質から出来ている場合、熱または紫外線を適用してエポキシを硬化できる。
【００４４】
第３に、図１７Ｃを参照し、電気リード５２を曲げアクチュエータ３２の上部層５０に半田付けするか、ワイヤ接着道具等を用いることによって、最上部での電気駆動接触を行う。任意のシム６０を除去すると、結果的にミラー構造体３０が柱４２において曲げアクチュエータ３２と結合され、当該アクチュエータ３２が容量性検知電極４０の上に片持ち式に装着される。この時、下部層４８は第１の駆動電極３６と電気接触し、上部層５０は電気リード５２によって第２の駆動電極３８と電気接触する。
【００４５】
上述のように、上述した実施形態は、ミラー位置の制御のためのフィードバック構成に用いられる変位情報を提供する容量性検知機能を提供する。容量変化を検知する方法としては異なる多くの方法があるが、その全ては高周波数ＡＣ励起を用いる。今日、容量性検知を多くの異なる適用において使用している。その適用は加速時計、圧力センサ、容量性タッチマウスパッドおよびキーパッドを含む。したがって、当業においては多様な容量範囲や帯幅での容量変化を直接的に測定するように設計された比較的低コストの集積装置（ＩＣ）が多数ある。特定の一例は、アナログマイクロエレクトロニクス(Ａｎａｌｏｇ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ)（URL:http://www.analogmicro.de）のモデルＣＡＶ４１４である。ＣＡＶ４１４はオンボード温度センサに加えて、中周波数容量検知範囲を提供する。しかし、別々の構成物から作られた容量性検知回路も別の選択肢である。
【００４６】
本発明のフィードバックコントロール部分について、容量測定に加え、図８に示すように高電圧増幅器６５が必要である。市場には多数のモノリシックな高電圧リニア増幅器チップの供給者がいるが、全体的なシステム費用を軽減するために、図１８に示すスーパーディスクリート  ＨＶ  ＦＥＴからの単高電圧増幅器回路が本発明の一実施形態において適切な選択かもしれないことが分かった。したがって、低電圧マイクロコントローラ信号（Ｖin）を、圧電性曲げアクチュエータ３２の駆動に使用できる高電圧信号（Ｖout）に変換してもよい。
【００４７】
走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４の実施に関連する更なる要素は高電圧（ＨＶ）電源６３である（図８）。走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４が電子写真プリンタまたはコピー機の一部を形成する場合、スコロトロン（scorotron）または現像サブシステムからの既存の高電圧源を用いてもよい。他の適用の場合またはシステムの複雑さやサブシステムの信頼性を考慮する場合、別個のＤＣ−ＤＣコンバータ回路を使うことが必要または望ましいかもしれない。１つの方法は、図１９に示すような別個の構成物からこのＨＶ電源を提供することである。これは例えばマキシムインテグレーテッドプロダクツ・ダラスセミコンダクタ（ＭＡＸＩＭ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、Ｄａｌｌａｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，URL:www.maxim-ic.com、このサイトの「スモール・ハイボルテージ  ブーストコンバータ（Ｓｍａｌｌ，Ｈｉｇｈ−Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｂｏｏｓｔ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ）」と称された適用注１１０９を参照のこと）から入手可能なＭＡＸ６６８ＩＣを用いて行う。図１９の回路は５Ｖ〜１５０ＶのＤＣブートコンバータ回路を提供する。
【００４８】
実施では、プリンタ、コピー機、または類似のＲＯＳベースのシステムを作り、較正する。較正により歪み、湾曲、および曲げを測定し、走査線の適切な修正を決定する。これら走査線の修正は、中央走査線の修正を調整する全体的なシステムに対して、ミラー構造体３０の位置依存の回転として行われる（例えば、走査されたビームが走査線の中点に達すると回転を増やし、走査されたビームが走査線の終端に達すると回転を減じることで、湾曲を修正する）。これらの回転は、曲げアクチュエータ３２の上部、下部、または両方の層に適用される較正データ電圧波形を制御することによって行う。したがって、これらの波形は走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４に関連するメモリに保存される。このメモリは走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４を駆動するためにオンボードまたは他の方法によって提供されている。
【００４９】
したがって、走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４の実施に関連する更なる要素は、ミラー構造体３０の駆動に必要な波形と共に、較正データをＥＰＲＯＭまたはＦＬＡＳＨに保存するオンボードメモリ（あるいは、シリアルまたはＩ２Ｒインタフェース）と、少なくとも１つの１２ビット以上のアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）ポートと、単純な媒体速度マス（math）プロセッサと、回転式ポリゴンミラーアセンブリ１６（図３Ａ）のタイミング信号をミラー構造体３０の動作と同期させる１つのトリガポートと、監視制御または診断モードのためのデジタル出力と、曲げアクチュエータ３２を駆動するデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）とを有するマクロコントローラチップである。このような複数のチップ解決策が複数の販売者から得られる。
【００５０】
走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４がラスタ印刷システムにおいて各走査線に対する歪みや湾曲等の走査線位置エラーを反復的に修正するなら、ミラー構造体３０の全体的な動作は周期的になる。ミラー構造体３０の動作が周期的であれば、本発明に係る一実施形態によれば、その動作のヒステリシス効果を最小化するようにする。これは例えば図２０に示す装置７０によって高帯幅較正を提供することによって行う。装置７０はレーザ７２等のテストビーム源と、スプリットフォトダイオード検出器７４とを有する。走査ビームステアリングミラーアセンブリ１４を意図通りに動作させ、ミラー構造体３０に反射されたビームはスプリットフォトダイオード検出器７４によって検出される。ミラー構造体３０に反射されたビームはスプリットフォトダイオード検出器７４の２つの部分の間で振動する傾向がある。ヒステリシス振動をモニタし、動作波形を調整してこれを補償してもよい。したがって、ミラー位置の高帯幅較正を行って、動的ヒステリシスの軽減に必要な波形を最適化してもよい。
【００５１】
本発明によると、ラスタ出力スキャナベースの印刷複写装置における帯、湾曲、歪みを軽減する改良された装置および方法を実現する。しかし本発明は更に、多数のＲＯＳシステムを、個々のＲＯＳシステム間のバラツキに因る整列エラーを軽減する一定の方法によって連結する（stitch）ことも行う。このような多ＲＯＳシステムは、高速電子写真をより広範の媒体形式に拡張させることができる。本発明の走査ビームステアリングミラーアセンブリを係る多ＲＯＳシステムに適用することで、係るシステムの静的かつ手動位置合わせという課題や制限を克服する。多ＲＯＳシステムを連結する従来の方法を凌駕する技術的改良に加えて、走査ビームステアリングミラーアセンブリはより簡単かつ低コストである容易な解決策を提供する。つまり、本発明の走査ビームステアリングミラーシステムの設計の目的は、帯、湾曲、歪みの修正である。これらの目的は、事前にＲＯＳが集積され（pre-ROS integrated）ミクロ機械加工された平坦なミラー構造体のミラー角度を制御する短い圧電性曲げアクチュエータを用いて達成される。曲げアクチュエータは、低周波数クリープおよび温度依存ドリフトを修正できるフィードバックコンデンサ検知回路を採用する。より高い周波数ヒステリシスループ動作を、高帯幅測定システムを用いた最初の特性づけ（initial characterization）および次に駆動特性の形の調整によって修正して、作動を効果的に線形にする。１００〜２００Ｖ範囲の高電圧駆動源を、中位速度ＡＤＣおよびＤＡＣを有するマイクロコントローラおよびデジタル割り込み線を有する直列またはＩ２Ｒインタフェースと共に用いる。更に、詰め込み（squeezed）フィルム緩衝を用いてＱを下げる。装着柱や溝を有するようにパターン化されミクロ機械加工されたミラーはＣＴＥに関連するミラーの変形を軽減する。
【００５２】
走査ビームステアリングミラーアセンブリは、クロス軸（cross axis）較正の位置合わせおよび整列を自動的に行い、より高価な光学部分をより安価かつ低公差（tolerance）の光学部分で代用し、画像の帯、湾曲、歪みを除去する。したがって全体のシステム費用、複雑さ、質が、多数の異なる型の電子写真印刷製品について改良される。最後に、本発明の走査ビームステアリングミラーアセンブリによると、手作業で整合する必要なく２個以上のＲＯＳシステムを連結できる。
【００５３】
上記の詳細な説明において複数の好適な例示的実施形態を説明してきたが、多数の変形が存在し、これらの好適な例示的実施形態は代表的な例にすぎず、本発明の範囲、適用性、または構成をいかなる方法においても制限するものではないことが分かる。例えば本発明をラスタ出力スキャナの観点から説明した。本発明は特に、走査線に基づく光学システムにおける走査線の位置エラーを解決するように構成されているが、そのようなシステムは必ずしもＲＯＳシステムである必要がなく、多様な他の種類の走査光学システムの内の１つでもよい。更に本発明を印刷システムの観点から説明したが、本発明は、広範に多様な他の光学走査システムに適用できることが分かるであろう。これは、当業者によって理解されるであろう。このため、前述の詳細な説明は当業において通常の技術を有する者に対して、本発明を実行するための便利なガイドを例として提供するものであり、説明した実施形態の機能および構成において多様な変更を、請求項に規定される本発明の精神および範囲を逸脱することなく行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来のＲＯＳ印刷装置で印刷された種類の画像であり、帯と呼ばれる効果を示す図である。
【図２】湾曲と呼ばれる効果を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る走査ビームステアリングミラーアセンブリを有するＲＯＳ装置を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すＲＯＳの走査ビームステアリングミラーアセンブリの動作の詳細を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る回転していない状態の走査ビームステアリングミラーの正面図である。
【図５】図４に示す実施形態に係る走査ビームステアリングミラーの上面図である。
【図６】図４に示す実施形態に係る走査ビームステアリングミラーの斜視図である。
【図７】図４に示す実施形態に係る走査ビームステアリングミラーが回転した状態の正面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る曲げアクチュエータおよびミラー構造体の折れ曲がりまたは回転の程度を検知するための検知容量構造体を示す概略図である。
【図９】回転型圧電性バイモルフ曲げアクチュエータの斜視図である。
【図１０】小さな温度変化によって生じるストレスに因るミラーの平坦さの静的な歪みを示す図である。
【図１１Ａ】温度に対してミラーの平坦さを維持するための反射面の被膜およびストレス解放溝を有するステアリングミラーを作る処理を示す図である。
【図１１Ｂ】温度に対してミラーの平坦さを維持するための反射面の被膜およびストレス解放溝を有するステアリングミラーを作る処理を示す図である。
【図１１Ｃ】温度に対してミラーの平坦さを維持するための反射面の被膜およびストレス解放溝を有するステアリングミラーを作る処理を示す図である。
【図１２】ミラー面の作用中心部（active central portion）を平坦に維持しながらもストレス解放溝を自由に変形できるようにすることで、温度に対してミラーの平坦さを如何に維持できるかを示す図である。
【図１３】共鳴周波数の近くで動作する場合に薄く平坦なステアリングミラーに生じる可能性がある動的歪みを示す図である。
【図１４】ミラー幅の中点に「Ｔ型」断面の隆起を有し、圧電性ベンダの遠方点に接着された走査ビームステアリングミラーアセンブリの正面図である。
【図１５】中点を強化することでミラーの動的歪みを更に軽減する様子を示す図である。
【図１６】作用中心領域でのミラーの歪みを最小限にするためにストレス解放溝を用いることで温度の変化に対して「Ｔ型」ミラーの平坦さを如何に維持できるか示す図である。
【図１７Ａ】本発明の実施形態に係る走査ビームステアリングミラーアセンブリの製造に含まれる他の段階と共に、ミクロ機械加工されたミラーを曲げアクチュエータに装着する処理の段階を示す図である。
【図１７Ｂ】本発明の実施形態に係る走査ビームステアリングミラーアセンブリの製造に含まれる他の段階と共に、ミクロ機械加工されたミラーを曲げアクチュエータに装着する処理の段階を示す図である。
【図１７Ｃ】本発明の実施形態に係る走査ビームステアリングミラーアセンブリの製造に含まれる他の段階と共に、ミクロ機械加工されたミラーを曲げアクチュエータに装着する処理の段階を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態において使用してもよい種類の別個のＨＶ  ＦＥＴを有する単チャネル増幅器の概略図である。
【図１９】本発明の一実施形態において使用してもよい種類の別個の構成物から組み立てられるＨＶ供給源の概略図である。
【図２０】本発明の実施形態に係る走査ビームステアリングミラーアセンブリの高帯幅較正のシステムの正面図である。
【符号の説明】
【００５５】
５，６，７，２４  走査線、１０  ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）システム、１２  レーザ、１４  走査ビームステアリングミラーアセンブリ、１６  回転式ポリゴンミラーアセンブリ、１８  走査光学アセンブリ、２０  ミラー、２２  光受容体ドラム、３０  ミラー構造体、３１  縁部、３２  曲げアクチュエータ、３４，５３  基板、３６  第１駆動電極、３８  第２駆動電極、４０  容量性検知電極、４２  柱、４３  接合部、４４  半田結合パッド、４６  容量性エア空間、４８  下部層、５０  上部層、５２  電気リード、５４  溝、５６  金属層、５８  ミラー保護部、６０  シム、６３  高電圧電源、６５  増幅器、６６  検知回路、６７  オンボードメモリ、６８  マイクロコントローラ、７０  装置、７２  レーザ、７４  スプリットフォトダイオード検出器。
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
0005410744.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0005410744.tif 000018
【図１６】
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【図１７Ａ】
0005410744.tif 000020
【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１】
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