(57)【要約】  【課題】  複数のマイクロミラーを同期させて駆動することができるマイクロミラー、マイクロミラー装置及びマイクロミラーの駆動方法を提供する。  【解決手段】  第１交流電源６により交流電圧を第１電極１に印加した場合、第１電極１（櫛歯部１ｄ）と第２電極２（櫛歯部２ｂ）との間に相互に逆向きの静電力が発生し、第１電極１及び第２電極２に直交する方向にモーメントが生成され、ヒンジ部１ｃを軸として、円板状の回動部１ｂが回動する。この際、第２交流電源８により所望の周波数及び位相の交流電圧を第３電極３に印加することにより、マイクロミラー１０（回動部１ｂ）の回動動作を制御する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極の回動によって光路を変更させるマイクロミラーにおいて、回動用の交流電圧が印加される回動可能な第１電極と、固定電位である非回動の第２電極と、前記第１電極の回動を制御するための交流電圧が印加される非回動の第３電極とを備えることを特徴とするマイクロミラー。
【請求項２】
夫々が、回動用の交流電圧が印加される回動可能な第１電極、固定電位である非回動の第２電極、及び前記第１電極の回動を制御するための交流電圧が印加される非回動の第３電極を有する複数のマイクロミラーと、該複数のマイクロミラー夫々の前記第１電極に略固有共振周波数の整数倍の周波数の交流電圧を印加する手段と、前記複数のマイクロミラー夫々の前記第３電極に前記略固有共振周波数の交流電圧を印加する手段とを備えることを特徴とするマイクロミラー装置。
【請求項３】
夫々が、回動用の交流電圧が印加される回動可能な第１電極、固定電位である非回動の第２電極、及び前記第１電極の回動を制御するための交流電圧が印加される非回動の第３電極を有する複数のマイクロミラーと、該複数のマイクロミラー夫々の前記第３電極に印加する交流電圧の周波数及び位相を制御する制御手段とを備えることを特徴とするマイクロミラー装置。
【請求項４】
夫々が、回動用の交流電圧が印加される回動可能な第１電極、固定電位である非回動の第２電極、及び前記第１電極の回動を制御するための交流電圧が印加される非回動の第３電極を有する複数のマイクロミラーを同期させて駆動する方法であって、前記複数のマイクロミラー夫々の前記第３電極に印加する交流電圧の周波数及び位相を制御することを特徴とするマイクロミラーの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光路を変更するためのマイクロミラーに関し、特に、複数のマイクロミラーの同期駆動（同期動作）を実現するマイクロミラー、マイクロミラー装置及びマイクロミラーの駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機，プリンタ等におけるレーザ光走査機構では、従来からポリゴンミラーを用いることが一般的であり、レーザ光源からの光をコリメータレンズにて平行光とし、ポリゴンミラーを回転させることで平行レーザ光を印刷幅に走査している。このようなレーザプリンタにおける印刷速度は、走査用のポリゴンミラーの回転数，ミラー面数によって規定されるが、機械的な制約から高速化には限界がある。また、ポリゴンミラーは慣性が大きいために、ジッタ等の機械的な非同期信号をモータの質量バランスの調整で解消しなければならず、装置の大型化が避けられないという問題がある。
【０００３】
そこで、処理の高速化及び装置の小型化を図ることを目的とし、レーザ光走査機構として、ポリゴンミラーに代えて、小型に構成されたミラーであるマイクロミラー（微小揺動ミラー素子）を使用するプリンタの開発が進んでいる。半導体製造プロセス等における技術を応用して種々の機械要素の小型化を実現するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System)技術により、光を反射する機械要素としてミラーの小型化を図ったものがマイクロミラーであり、このマイクロミラーは、静電力にて駆動され、その揺動角によって光の反射経路を変更するため、レーザ光走査機構としては好適であり、マイクロミラーを用いてレーザ光の走査を行うシステムの開発が行われている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
マイクロミラーは、例えば、回動用の交流電圧が印加され、回動するミラー本体部（回動部）を備え、一部が櫛歯状をなしている第１電極と、第１電極の櫛歯部と対向する櫛歯部を備えて接地される第２電極とを有した構成をなし、第１電極に固有共振周波数の矩形状の交流電圧を印加させて、第１電極の櫛歯部と第２電極の櫛歯部との間の静電力にてミラー本体部を反復的に回動させ、レーザ光を走査する。
【特許文献１】特開平１１−３０５１５９号公報
【特許文献２】特開２００２−３１１３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、機械共振を利用したガルバノ式のマイクロミラーでは、各マイクロミラー毎に共振周波数が異なることはその構造上避けられないため、生産精度を高めても各マイクロミラーで共振周波数を揃えることは不可能である。よって、複数のマイクロミラーを同期させて駆動することは従来行えなかった。また、このために、複数のマイクロミラーを利用したシステムは未だ開発されていない。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、簡単な手法により、複数のマイクロミラーを同期させて駆動（動作）することができるマイクロミラー、マイクロミラー装置及びマイクロミラーの駆動方法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】
【０００７】
本発明のマイクロミラーは、電極の回動によって光路を変更させるマイクロミラーにおいて、回動用の交流電圧が印加される回動可能な第１電極と、固定電位である非回動の第２電極と、前記第１電極の回動を制御するための交流電圧が印加される非回動の第３電極とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明のマイクロミラー装置は、夫々が、回動用の交流電圧が印加される回動可能な第１電極、固定電位である非回動の第２電極、及び前記第１電極の回動を制御するための交流電圧が印加される非回動の第３電極を有する複数のマイクロミラーと、該複数のマイクロミラー夫々の前記第１電極に略固有共振周波数の整数倍の周波数の交流電圧を印加する手段と、前記複数のマイクロミラー夫々の前記第３電極に前記略固有共振周波数の交流電圧を印加する手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明のマイクロミラー装置は、夫々が、回動用の交流電圧が印加される回動可能な第１電極、固定電位である非回動の第２電極、及び前記第１電極の回動を制御するための交流電圧が印加される非回動の第３電極を有する複数のマイクロミラーと、該複数のマイクロミラー夫々の前記第３電極に印加する交流電圧の周波数及び位相を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のマイクロミラーの駆動方法は、夫々が、回動用の交流電圧が印加される回動可能な第１電極、固定電位である非回動の第２電極、及び前記第１電極の回動を制御するための交流電圧が印加される非回動の第３電極を有する複数のマイクロミラーを同期させて駆動する方法であって、前記複数のマイクロミラー夫々の前記第３電極に印加する交流電圧の周波数及び位相を制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明は、静電力にて駆動されるというＭＥＭＳ方式のマイクロミラーの特徴に着目し、回動を制御するための交流電圧を印加することにより、複数のマイクロミラーを同期させた駆動を実現するものである。本発明では、一対の駆動電極（交流電圧が印加される回動可能な第１電極と固定電位である（例えば接地される）非回動（固定）の第２電極）とこれらの電極とは異なる交流電圧が印加される非回動（固定）第３電極とを有し、第１電極に略固有共振周波数（ｆ0 ）の２倍の周波数（２ｆ0 ）の交流電圧を印加し、第３電極に略固有共振周波数（ｆ0 ）の交流電圧を印加する。図１は、これらの２種類の電圧印加のパターンを示し、図１（ａ）は第１電極への交流電圧の印加パターン（周波数：２ｆ0 ）、図１（ｂ）は第３電極への交流電圧の印加パターン（周波数：２ｆ0 ）である。
【００１２】
このような周波数の交流電圧を第１電極，第３電極に印加することにより、第１電極は回動するが、第３電極間との静電力による引力／斥力が周期的に発生する（図１のＡ部分が引力期間）。この引力／斥力が発生するタイミング（位相）は、第３電極へ印加する交流電圧の位相によって制御可能であるため、この位相調整により、マイクロミラーの回動を制御できる。
【００１３】
なお、上記例では、第１電極に略固有共振周波数の２倍の周波数の交流電圧を印加するようにしたが、第３電極に略固有共振周波数の交流電圧を印加する場合には、第１電極に印加する交流電圧の周波数は略固有共振周波数の整数倍であれば良く、２倍に限定されない。
【００１４】
このような構成を有するマイクロミラーを複数配置して、例えば、それらのマイクロミラーの第３電極に同一の周波数及び位相を有する共通の矩形数の交流電圧を印加することにより、各マイクロミラーにおける固有共振周波数が異なっていても、各マイクロミラーの回動を同期することができる。この結果、複数のマイクロミラーを同期させて駆動することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、複数のマイクロミラーを同期させて駆動することが実現できるので、複数個のマイクロミラーを利用したシステム、例えば、複数ラインの同時レーザ光走査、または１ライン中の複数箇所の同時レーザ光走査を行える高速プリンタシステム、または各色用のレーザ光の同時変調を行える高速カラープリンタシステムの構築を果たすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。図２は本発明に係るマイクロミラーの構成図、図３は本発明に係るマイクロミラーの分解斜視図である。本発明におけるマイクロミラー１０は、同一平面に形成した第１電極１及び第２電極２と、それらの下方に設けられた絶縁膜４と、その下方に設けられた第３電極３とを積層して構成されている。この第１電極１と第２電極２とで回動用の一対の駆動電極を構成している。
【００１７】
一方の駆動電極である第２電極２は、シリコン材からなる矩形状をなしており、その幅方向の中央部には、長手方向に延びる開口部２ａがあって、マイクロミラー１０の上側の周縁部を構成している。開口部２ａの中央部は両端部より幅が広くなっている。開口部２ａの両端部には、長手方向に並設させて櫛歯部２ｂが形成されている。第２電極２は、固定であって接地されている。
【００１８】
第２電極２の開口部２ａには絶縁層５を介して、他方の駆動電極であってシリコン材からなる第１電極１が設けられている。第１電極１は、マイクロミラー１０の長手方向の両端に形成した矩形状のパッド部１ａ，１ａと、長手方向の中央に形成した円板状の回動部１ｂと、パッド部１ａ，１ａ及び回動部１ｂを接続するヒンジ部１ｃ，１ｃとを有する。
ヒンジ部１ｃ，１ｃには、長手方向に連なる櫛歯部１ｄが形成されている。第１電極１の櫛歯部１ｄと第２電極２の櫛歯部２ｂとは、非接触の状態で交差している。第１電極１の一方のパッド部１ａには、略固有共振周波数の２倍の周波数の交流電圧を印加するための第１交流電源６が接続されている。第１交流電源６には、第１電極１に印加する交流電圧の周波数を制御する周波数制御器７が接続されている。
【００１９】
第３電極３は、シリコン材からなる矩形状をなしており、その幅方向の中央部には、長手方向に延びる開口部３ａがあって、マイクロミラー１０の下側の周縁部を構成している。開口部３ａの中央部は両端部より幅が広くなっている。開口部３ａの両端部には、長手方向に並設させて櫛歯部３ｂが形成されている。第３電極の櫛歯部３ｂと第１電極１の櫛歯部１ｄとは対向している。第３電極３には、略固有共振周波数の交流電圧を印加するための第２交流電源８が接続されている。第２交流電源８には、第３電極３に印加する交流電圧の周波数及び位相を制御する周波数／位相制御器９が接続されている。この第３電極３は固定である。
【００２０】
絶縁膜４は、ＳｉＯ2 からなり、第１電極１及び第２電極２と第３電極３とを電気的に絶縁するための膜である。絶縁膜４には、開口部３ａと同様な形状の開口部４ａが形成されている。
【００２１】
なお、このような第１電極１、第２電極２、第３電極３及び絶縁膜４は、シリコン基体を用いた、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）のエッチング加工処理、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)のＳｉＯ2 成膜処理によって形成される。
【００２２】
第１交流電源６により交流電圧を第１電極１に印加した場合、第１電極１（櫛歯部１ｄ）と第２電極２（櫛歯部２ｂ）との間に相互に逆向きの静電力が発生し、その結果、第１電極１及び第２電極２に直交する方向にモーメントが生成され、ヒンジ部１ｃを軸として、開口部２ａ，開口部３ａ及び開口部４ａを連ねてなる開口内で円板状の回動部１ｂが回動する。この回動により、例えば回動部１ｂへの照射レーザ光が選択された方向に反射され、レーザ光を走査できる。このような櫛歯状の電極構成は、電極同士が向き合う面積が最大化するため、同一電圧に対して最大の有効静電力を発生できる点で有利である。
【００２３】
このようなマイクロミラー１０の動作において、第２交流電源８により所望の周波数及び位相の交流電圧を第３電極３に印加することにより、マイクロミラー１０（回動部１ｂ）の回動動作を制御する。以下、この制御例について説明する。
【００２４】
第１電極１には、略固有共振周波数（ｆ0 ）の２倍の周波数（２ｆ0 ）の交流電圧を印加する（図１（ａ）参照）。一方、第３電極３には、略固有共振周波数（ｆ0 ）の交流電圧を印加する（図１（ｂ）参照）。このようにした場合、前述したように、第３電極３間との静電力による引力／斥力が第１電極１に周期的に発生する（図１のＡ部分が引力期間）。図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）に、第３電極３に印加する交流電圧の位相を図１（ａ），（ｂ）の例とは異ならせた場合の交流電圧の印加パターンを示す。第３電極３に印加する交流電圧の位相を変化させることにより、第１電極１に引力／斥力が発生するタイミング（図４，５のＡ部分が引力期間）が変化することが分かる。よって、第３電極３に印加する交流電圧の位相の調整によって、引力／斥力が発生するタイミング（位相）、言い換えればマイクロミラー１０（回動部１ｂ）の回動動作を制御できる。
【００２５】
次に、複数のマイクロミラーを同期させて駆動する方法について説明する。図６は、本発明に係るマイクロミラー装置の構成を示す図である。このマイクロミラー装置は、感光体１３に対してレーザ光走査を行うレーザ光走査装置として機能する。
【００２６】
図中１０，１０は上述した構成を有する２個のマイクロミラーであり、これらのマイクロミラー１０，１０は上下に配置してある。マイクロミラー１０，１０の光入射側には、レーザ光を出射する２個のレーザ光源１１，１１、レーザ光源１１，１１からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ１２が配設されている。また、マイクロミラー１０，１０の光反射側には、感光体１３に結像するための主レンズ１４，反射板１５が配設されている。そして、コリメータレンズ１２を介した２つの平行レーザ光が対応する各マイクロミラー１０，１０に照射され、マイクロミラー１０，１０が回動することにより、この２つの照射レーザ光が感光体１３表面上でプリント幅に走査される。この際、２つの照射レーザ光で連続した２スキャン／ラインとなるように入射角度等を調整する。
【００２７】
各マイクロミラー１０，１０において、第１電極１に略固有共振周波数の２倍の周波数の交流電圧を印加するための第１交流電源６及び周波数制御器７は、それぞれ独立的に設けているが、第３電極３に略固有共振周波数の交流電圧を印加するための第２交流電源８及び周波数／位相制御器９は、両マイクロミラー１０，１０で共通の構成としている。よって、両マイクロミラー１０，１０の回動動作の同期をとることができる。
【００２８】
このような構成により、両マイクロミラー１０，１０の同期した回動動作を行えるため、同期ずれを起こすことなく、感光体１３に対して隣合う２ライン分の同時レーザ光走査を実現することができ、高速化を図ったレーザプリンタを構築できる。
【００２９】
なお、上述した例では、第２交流電源８及び周波数／位相制御器９を共通としたが、これらを各マイクロミラー１０，１０別に設けるようにしても、両マイクロミラー１０，１０の回動動作の同期を実現できるため、問題はない。また、２個のレーザ光源を設けるようにしたが、１個のレーザ光源からのレーザ光をビームスプリッタなどにて２つのレーザ光に分離した後、各マイクロミラー１０，１０に入射させるようにしてもよい。
【００３０】
以下、本発明により実現可能である複数のマイクロミラーの同期駆動を適用する他のシステム例について説明する。
【００３１】
２つのマイクロミラー１０，１０を左右に配置し、両マイクロミラー１０，１０の第３電極３，３に印加する交流電圧の位相を１８０度ずらせる。また、両マイクロミラー１０，１０からのレーザ光の副走査方向の位置が一致するように調整する。このようにすることにより、両マイクロミラー１０，１０での回動パターンが逆となり、１走査ラインでの左半分のレーザ光走査と右半分のレーザ光走査とを各マイクロミラー１０，１０で分担して同時に行うことができ、高速化を図ったレーザプリンタを構築できる。但し、この場合には、左半分または右半分の何れかでの走査方向が通常と逆になるため、１ライン分の走査データをメモリに蓄積しておき、このメモリから逆方向に走査データを読み出す必要がある。
【００３２】
Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｋ用として４個のマイクロミラー１０を設置し、夫々のマイクロミラー１０を用いて各色の走査データに基づくレーザ光照射を行うようにすれば、各マイクロミラー１０での回動動作は同期がとれているため、同時に４色のレーザ光走査を行えて、各色のレーザ光の同時変調を行える高速カラープリンタシステムを構築できる。
【００３３】
２個のマイクロミラー１０，１０を９０度回転させた位置関係に配置して、それぞれの回動軸が９０度ずれるようにし、両マイクロミラー１０，１０における回動動作を同期させながら駆動することにより、２次元の平面ディスプレイにおける描画処理を行うことできる描画システムを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１電極及び第３電極への交流電圧の印加パターンの一例を示す図である。
【図２】本発明に係るマイクロミラーの構成図である。
【図３】本発明に係るマイクロミラーの分解斜視図である。
【図４】第１電極及び第３電極への交流電圧の印加パターンの他の例を示す図である。
【図５】第１電極及び第３電極への交流電圧の印加パターンの更に他の例を示す図である。
【図６】本発明に係るマイクロミラー装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  第１電極
１ｂ  回動部                                                                    ２  第２電極
３  第３電極
４  絶縁膜
６  第１交流電源
７  周波数制御器
８  第２交流電源
９  周波数／位相制御器
１０  マイクロミラー
【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】
2006011323.tif 000007
【図６】
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