(57)【要約】【課題】小型化を図りつつ、低速駆動を行うことのできるアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置を提供すること。【解決手段】質量部２１と、支持部２４、２５と、連結部２２、２３と、質量部２１を回動駆動させるための駆動手段４と、質量部２１を駆動するための半導体回路５２とを有し、各連結部２２、２３は、弾性変形可能な弾性部で構成され、連結部２２、２３を捩り変形させつつ質量部２１を回動させるように構成されたアクチュエータであって、各連結部２２、２３は、長手形状をなし、その長手方向での少なくとも一部に樹脂材料を主材料として構成された樹脂部２２２、２３２を備え、支持部２４は、シリコンを主材料として構成されたシリコン部２４１を備え、半導体回路５２は、支持部２４のシリコン部２４１に設けられている。【選択図】図３
2008076695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記質量部を回動可能に前記支持部に連結する連結部と、
前記質量部を回動駆動させるための駆動手段と、
前記質量部を駆動させるための半導体回路とを有し、
前記連結部は、弾性部を備え、前記駆動手段を作動させることで、前記弾性部を捩り変形させつつ前記質量部を回動させるように構成されたアクチュエータであって、
前記弾性部は、長手形状をなし、その長手方向での少なくとも一部に樹脂材料を主材料として構成された樹脂部を備え、
前記支持部は、シリコンを主材料として構成されたシリコン部を少なくとも備え、
前記半導体回路は、前記シリコン部に設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段を有し、
前記挙動検知手段は、
前記弾性部に設けられた応力検出素子と、
前記応力検出素子に接続された増幅回路とを有し、
前記増幅回路からの信号に基づいて前記質量部の挙動を検知するように構成され、
前記半導体回路には、前記増幅回路が含まれている請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段を有し、
前記挙動検知手段は、
前記質量部に設けられた受光素子と、
前記光学素子に接続された増幅回路とを有し、
前記増幅回路からの信号に基づいて前記質量部の挙動を検知するように構成され、
前記半導体回路には、前記増幅回路が含まれている請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記挙動検知手段の検知結果に基づいて、前記駆動手段の作動を制御する制御手段を有する請求項２または３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記弾性部は、その長手方向でのほぼ全域にわたり該弾性部の前記樹脂部で構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記支持部は、前記弾性部の前記樹脂部と一体化され、該樹脂部と同一の材料で構成された樹脂部を有する請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記支持部の前記樹脂部は、前記半導体回路を覆うように設けられている請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記質量部は、前記弾性部の樹脂部と一体化され、該樹脂部と同一の材料で構成された樹脂部を有する請求項５ないし７のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記駆動手段は、
前記質量部の前記樹脂部に設けられたコイルと、
前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
前記電圧印加手段により前記コイルに電圧を印加することで、前記質量部を回動させるように構成されている請求項８に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記質量部には、光反射性を有する光反射部が設けられている請求項１ないし９のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記質量部を回動可能に前記支持部に連結する連結部と、
前記質量部を回動駆動させるための駆動手段と、
前記質量部を駆動させるための半導体回路とを有し、
前記連結部は、弾性部を備え、前記駆動手段を作動させることで、前記弾性部を捩り変形させつつ前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査する光スキャナであって、
前記弾性部は、長手形状をなし、その長手方向での少なくとも一部に樹脂材料を主材料として構成された樹脂部を備え、
前記支持部は、シリコンを主材料として構成されたシリコン部を少なくとも備え、
前記半導体回路は、前記シリコン部に設けられていることを特徴とする光スキャナ。
【請求項１２】
光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記質量部を回動可能に前記支持部に連結する連結部と、
前記質量部を回動駆動させるための駆動手段と、
前記質量部を駆動させるための半導体回路とを有し、
前記連結部は、弾性部を備え、前記駆動手段を作動させることで、前記弾性部を捩り変形させつつ前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査する光スキャナを備えた画像形成装置であって、
前記弾性部は、長手形状をなし、その長手方向での少なくとも一部に樹脂材料を主材料として構成された樹脂部を備え、
前記支持部は、シリコンを主材料として構成されたシリコン部を少なくとも備え、
前記半導体回路は、前記シリコン部に設けられてい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、アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、レーザープリンタ等にて光走査により描画を行うための光スキャナとして、捩り振動子で構成されたアクチュエータを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１には、１自由度振動系の捩り振動子を備えるアクチュエータが開示されている。このようなアクチュエータは、１自由度振動系の捩り振動子として、質量部と、固定枠部と、質量部を固定枠部に対して回動可能に連結する１対の捩りバネを有している。そして、質量部が、その両側から１対の捩りバネにより支持されている構造を有している。そして、質量部上には光反射性を有する光反射部が設けられており、１対の捩りバネを捩れ変形させながら質量部を回動駆動させて、光反射部で光を反射し走査する。これにより、光走査により描画を行うことができる。
【０００３】
このようなアクチュエータは、シリコン基板（シリコンウエハ）をエッチングすることにより、質量部と１対の捩りバネと固定枠部とが一体的に形成されている。このようなアクチュエータにおいて、質量部を低速駆動させたい場合には、走査周波数を低くしなければならず、その方法としては、例えば、（１）捩りバネの長手方向での長さを長くする、（２）質量部の質量を大きくするなどが挙げられる。
しかし、特許文献１にかかるアクチュエータにおいて、上記のような方法を用いた場合には、アクチュエータの大型化を招くこととなる。すなわち、アクチュエータの小型化を図りつつ、低速駆動させることが難しい。
【０００４】
また、特許文献２には、１自由度振動系の捩り振動子を備える光偏向器が開示されている。このような光偏向器は、１自由度振動系の捩り振動子として、可動板をその両側で弾性支持体（ねじりバネ）により支持した構造をなしている。そして、可動板上には、光反射性を有する反射面（微小ミラー）が設けられており、弾性支持体を捩れ変形させながら可動板を回動駆動させ、反射面で光を反射し走査するよう構成されている。これにより、光走査により描画を行うことができる。
【０００５】
この光偏向器にあっては、弾性支持体（ねじりバネ）の表面に、弾性支持体の捩れ歪みに対応して抵抗値が変化する歪ゲージを設け、捩れ検出回路にて歪ゲージの抵抗値変化を検知し、その結果に基づいて、光偏向器の駆動回路を制御するよう構成されている。これにより、高精度な走査を行うことができる。
しかし、捩れ検出回路および／または駆動回路は、光偏向器自体に設けられていない。したがって、光偏向器全体の大型化を招き、光偏向器の小型化を図るのが難しい。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１９１９５３号公報
【特許文献２】特開２００５−３２６４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、小型化を図りつつ、低速駆動を行うことのできるアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記質量部を回動可能に前記支持部に連結する連結部と、
前記質量部を回動駆動させるための駆動手段と、
前記質量部を駆動させるための半導体回路とを有し、
前記連結部は、弾性部を備え、前記駆動手段を作動させることで、前記弾性部を捩り変形させつつ前記質量部を回動させるように構成されたアクチュエータであって、
前記弾性部は、長手形状をなし、その長手方向での少なくとも一部に樹脂材料を主材料として構成された樹脂部を備え、
前記支持部は、シリコンを主材料として構成されたシリコン部を少なくとも備え、
前記半導体回路は、前記シリコン部に設けられていることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、低速駆動させることのできるアクチュエータを提供することができる。
【０００９】
本発明のアクチュエータでは、前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段を有し、
前記挙動検知手段は、
前記弾性部に設けられた応力検出素子と、
前記応力検出素子に接続された増幅回路とを有し、
前記増幅回路からの信号に基づいて前記質量部の挙動を検知するように構成され、
前記半導体回路には、前記増幅回路が含まれていることが好ましい。
これにより、前記増幅回路と前記応力検出素子との間の距離を小さくすることができ、前記増幅回路と前記応力検出素子との間でのノイズの発生を抑制することができる。その結果、より正確に前記質量部の挙動を検知することができる。
【００１０】
本発明のアクチュエータでは、前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段を有し、
前記挙動検知手段は、
前記質量部に設けられた受光素子と、
前記光学素子に接続された増幅回路とを有し、
前記増幅回路からの信号に基づいて前記質量部の挙動を検知するように構成され、
前記半導体回路には、前記増幅回路が含まれていることが好ましい。
これにより、前記増幅回路と前記受光素子との間の距離を小さくすることができ、前記増幅回路と前記受光素子との間でのノイズの発生を抑制することができる。その結果、より正確に前記質量部の挙動を検知することができる。
【００１１】
本発明のアクチュエータでは、前記挙動検知手段の検知結果に基づいて、前記駆動手段の作動を制御する制御手段を有することが好ましい。
これにより、アクチュエータを所望の回動特性で駆動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記弾性部は、その長手方向でのほぼ全域にわたり該弾性部の前記樹脂部で構成されていることが好ましい。
これにより、前記弾性部の長手方向での長さを抑えつつ、前記弾性部のねじりバネ定数をより低くすることができる。その結果、より小型で、より低速駆動を行うことのできるアクチュエータを提供することができる。
【００１２】
本発明のアクチュエータでは、前記支持部は、前記弾性部の前記樹脂部と一体化され、該樹脂部と同一の材料で構成された樹脂部を有することが好ましい。
これにより、アクチュエータの機械的強度を向上させることができる。その結果、アクチュエータの耐久性が向上し、長期間にわたって安定した駆動を行うことができる。
本発明のアクチュエータでは、前記支持部の前記樹脂部は、前記半導体回路を覆うように設けられていることが好ましい。
これにより、前記支持部の前記樹脂部に前記半導体回路の配線などを形成することができ、前記半導体回路内での短絡を防止することができる。また、配線のパターニングなど設計の自由度を増加させ、アクチュエータの製造の容易化を図ることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記質量部は、前記弾性部の樹脂部と一体化され、該樹脂部と同一の材料で構成された樹脂部を有することが好ましい。
これにより、アクチュエータの機械的強度を向上させることができる。その結果、アクチュエータの耐久性が向上し、長期間にわたって安定した駆動を行うことができる。
【００１３】
本発明のアクチュエータでは、前記駆動手段は、
前記質量部の前記樹脂部に設けられたコイルと、
前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
前記電圧印加手段により前記コイルに電圧を印加することで、前記質量部を回動させるように構成されていることが好ましい。
これにより、前記質量部の樹脂部が絶縁層として機能するため、前記コイルの配線間での短絡を防止することができる。また、別途絶縁層を設ける必要がなく、アクチュエータの製造工程の簡易化を図ることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記質量部には、光反射性を有する光反射部が設けられていることが好ましい。
これにより、本発明にかかるアクチュエータを光学デバイスとして用いることができる。
【００１４】
本発明の光スキャナは、光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記質量部を回動可能に前記支持部に連結する連結部と、
前記質量部を回動駆動させるための駆動手段と、
前記質量部を駆動させるための半導体回路とを有し、
前記連結部は、弾性部を備え、前記駆動手段を作動させることで、前記弾性部を捩り変形させつつ前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査する光スキャナであって、
前記弾性部は、長手形状をなし、その長手方向での少なくとも一部に樹脂材料を主材料として構成された樹脂部を備え、
前記支持部は、シリコンを主材料として構成されたシリコン部を少なくとも備え、
前記半導体回路は、前記シリコン部に設けられていることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、低速駆動させることのできる光スキャナを提供することができる。
【００１５】
本発明の画像形成装置は、光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記質量部を回動可能に前記支持部に連結する連結部と、
前記質量部を回動駆動させるための駆動手段と、
前記質量部を駆動させるための半導体回路とを有し、
前記連結部は、弾性部を備え、前記駆動手段を作動させることで、前記弾性部を捩り変形させつつ前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査する光スキャナを備えた画像形成装置であって、
前記弾性部は、長手形状をなし、その長手方向での少なくとも一部に樹脂材料を主材料として構成された樹脂部を備え、
前記支持部は、シリコンを主材料として構成されたシリコン部を少なくとも備え、
前記半導体回路は、前記シリコン部に設けられていることを特徴とする。
これにより、小型で、優れた描画特性を有する画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明のアクチュエータの第１実施形態を説明する。
図１は、本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、駆動手段および半導体回路を説明するための図、図４は、図１中のＢ−Ｂ線断面図、図５は、半導体回路を説明するための図、図６は、制御系を説明するためのブロック図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図１および図３中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図２および図４中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００１７】
アクチュエータ１は、図１に示すような１自由度振動系を有する基体２と、この基体２を支持する支持基板３とを有している。さらに、アクチュエータ１は、質量部２１を回動させるための駆動手段４と、質量部２１の挙動を検知するための挙動検知手段５と、駆動手段４の駆動を制御する制御手段６とを有している。
基体２は、質量部２１と、１対の連結部２２、２３と、１対の支持部２４、２５とを備えている。連結部２２、２３は、それぞれ、長手形状をなし弾性変形可能な弾性部で構成されている。したがって、以下、説明の便宜上、連結部２２を「弾性部２２」ともいい、連結部２３を「弾性部２３」ともいう。
【００１８】
このようなアクチュエータ１にあっては、後述するコイル４３に電圧を印加することにより１対の弾性部２２、２３を捩れ変形させながら、質量部２１を回動させるように構成されている。このとき、質量部２１は、図１に示す回動中心軸Ｘを中心にして回動する。
このような１対の弾性部２２、２３は、非駆動時での質量部２１の平面視にて、質量部２１を中心として、ほぼ左右対称となるように設けられている。すなわち、本実施形態にかかるアクチュエータ１は、非駆動時での質量部２１の平面視にて、質量部２１を中心として、ほぼ左右対称となるように形成されている。
【００１９】
質量部２１は、シリコンを主材料として構成された板状のシリコン部２１１と、シリコン部２１１の下面（支持基板３と対向する側の面）に設けられた板状の樹脂部２１２と、シリコン部２１１の上面（樹脂部２１２と反対側の面）に設けられた光反射部２１３とを有している。すなわち、質量部２１は、シリコン部２１１と樹脂部２１２と光反射部２１３とが、シリコン部２１１の厚さ方向へ積層した積層構造をなしている。さらに、樹脂部２１２の下面には、コイル４３が形成されている。
シリコン部２１１の構成材料であるシリコンの硬度は、樹脂部２１２を構成する樹脂材料の硬度に比べて高いため（すなわち、歪みにくいため）、質量部２１の機械的強度を向上させることができる。これにより、質量部２１の反り、歪み、撓みなどを防止することができる。
【００２０】
支持部２４は、シリコンを主材料で構成された板状のシリコン部２４１と、そのシリコン部２４１の下面に面接合するように設けられ樹脂材料を主材料として構成された板状の樹脂部２４２を備えている。すなわち、シリコン部２４１と樹脂部２４２とが、その厚さ方向に積層している。これと同様に、支持部２５は、シリコンを主材料で構成された板状のシリコン部２５１と、そのシリコン部２５１の下面に面接合するように設けられ樹脂材料を主材料として構成された板状の樹脂部２５２とを備えている。このような支持部２４、２５のうち、支持部２４のシリコン部２４１の下面には、後述する増幅回路（半導体回路）５２が形成されている。
【００２１】
弾性部２２は、質量部２１を支持部２４に対して回動可能とするように、質量部２１（樹脂部２１２）と支持部２４（樹脂部２４２）とを連結している。これと同様に、弾性部２３は、質量部２１を支持部２５に対して回動可能とするように、質量部２１（樹脂部２１２）と支持部２５（樹脂部２５２）とを連結している。このような弾性部２２と弾性部２３とは、互いに同一形状かつ同一寸法となっている。また、弾性部２２には、後述する応力検出素子（歪みゲージ）５１が設けられている。
【００２２】
弾性部２２、２３は、同軸的に設けられており、これらを回動中心軸（回転軸）Ｘとして、質量部２１が支持部２４、２５に対して回動可能となっている。
このような弾性部２２および弾性部２３のそれぞれは、その長手方向の全域にわたり、樹脂材料を主材料として構成されている。これにより、例えば、アクチュエータの構成材料として一般的に用いられているシリコンを主材料として弾性部２２、２３を形成した場合に比べ、弾性部２２、２３の剛性（捩り剛性）を低くすることができる。すなわち、弾性部２２、２３を捩れ変形させやすくすることができる。これにより、弾性部２２、２３の長手方向での長さを抑えつつ、１対の弾性部２２、２３のねじりバネ定数を低くすることができる。すなわち、アクチュエータ１の駆動周波数を低く設定することができる。したがって、例えば、質量部２１の質量を大きくしなくても、低速で駆動させることができる。また、前述したように、増幅回路（半導体回路）５２が支持部２４に形成されており、支持部２４を有効利用することができる。以上より、アクチュエータ１の小型化を図りつつ、アクチュエータ１の低速駆動を行うことができる。
【００２３】
弾性部２２は、図２に示すように、質量部２１の樹脂部２１２および支持部２４の樹脂部２４２と一体化しており、これと同様に、弾性部２３は質量部２１の樹脂部２１２および支持部２５の樹脂部２５２と一体化している。ここで、質量部２１の回動時にて、最も応力が集中する部分は、弾性部２２、２３と質量部２１との境界部、弾性部２２と支持部２４との境界部および弾性部２３と支持部２５との境界部である。
【００２４】
したがって、弾性部２２、２３と質量部２１の樹脂部２１２と支持部２４の樹脂部２４２と支持部２５の樹脂部２５２とを一体化することで、弾性部２２、２３と質量部２１の樹脂部２１２と支持部２４の樹脂部２４２と支持部２５の樹脂部２５２とが別体として形成されている場合に比べ、アクチュエータ１の機械的強度を向上させることができる。その結果、アクチュエータ１の耐久性が向上し、アクチュエータ１は、長期間にわたって安定した駆動を行うことができる。
【００２５】
また、弾性部２２、２３と、質量部２１の樹脂部２１２と、支持部２４の樹脂部２４２と、支持部２５の樹脂部２５２とは、同一の樹脂材料で形成されている。これにより、製造工程の簡易化を図ることができる。
【００２６】
弾性部２２、２３と質量部２１の樹脂部２１２と支持部２４の樹脂部２４２と支持部２５の樹脂部２５２とを構成する樹脂材料としては、質量部２１を回動させることができれば、特に限定されないが、各種熱可塑性樹脂、各種熱硬化性樹脂を用いることができる。この中でも、特に、熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。熱硬化性樹脂は、耐熱性に優れ、変質、変性しにくい性質を持つ。そのため、熱硬化性樹脂を用いることにより、アクチュエータ１は、長期間にわたり、所望の回動特性を維持（発揮）することができる。このような熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂などを好適に用いることができる。
【００２７】
また、アクチュエータ１を例えば、光スキャナなどの光学デバイスとして用いた場合などには、光反射部２１３で反射しきれなかった光により質量部２１が昇温してしまうことが考えられる。そのため、アクチュエータ１の使用条件によっても異なるが、比較的融点や軟化点の高い樹脂材料を用いることが好ましい。これにより、弾性部２２、２３の昇温に伴い、そのバネ定数が急激に（大幅に）変化してしまうことを防止することができる。その結果、アクチュエータ１は、長時間、連続的に使用される場合であっても、所望の走査特性を維持することができる。
以上のような基体２は、図１および図２に示すように、支持基板３に支持されている。
【００２８】
支持基板３は、シリコンを主材料として構成されている。このような支持基板３の上面（基体２に対向する側の面）であって、支持部２４、２５に対向する位置には、１対の凸部３２、３３が形成されている。言い換えすれば、支持基板３の上面には凹部３０が形成されている。そして、その凸部３２の頂面と支持部２４、凸部３３の頂面と支持部２５の下面とが接合している。接合方法としては、特に限定されない。
【００２９】
さらに、凹部３０の底面には質量部２１に対応する部分に開口部３１が形成されている。この開口部３１は、質量部２１が回動（振動）する際に、支持基板３に接触するのを防止する逃げ部を構成する。開口部（逃げ部）３１を設けることにより、アクチュエータ１の全体の大型化を防止しつつ、質量部２１の振れ角（振幅）をより大きく設定することができる。
【００３０】
なお、前述したような逃げ部は、前記効果を十分に発揮し得る構成であれば、必ずしも支持基板３の下面（基体２と反対側の面）で開放（開口）していなくてもよい。すなわち、逃げ部は、支持基板３の上面に形成された凹部で構成することもできる。また、凹部３０の深さ（凸部３２、３３の高さ）が質量部２１の振れ角（振幅）に対し大きい場合などには、開口部３１を設けなくともよい。
【００３１】
次に、質量部２１を回動させるための駆動手段４について詳述する。
駆動手段４は、質量部２１の樹脂部２１２に設けられたコイル４３と、コイル４３に電圧を印加するための交流電源（電圧印加手段）４４と、質量部２１を介して対向して設けられた１対の磁石４１、４２とを有している。このような駆動手段４は、交流電源４４からコイル４３へ交流電圧を印加することで、質量部２１を支持部２４に対して振動（回動）させるように構成されている。
【００３２】
コイル４３は、質量部２１の樹脂部２１２の下面（シリコン部２１１と反対側の面）のほぼ全域にわたって渦巻状に形成されている。樹脂部２１２が絶縁層として機能するため、コイル４３の配線間での短絡を防止することができる。また、例えば、シリコン部２１１上にコイル４３を設ける場合には、シリコン部２１１上に絶縁層（酸化膜層）などを形成する必要があるが、本発明のアクチュエータ１では、このような工程を別途設ける必要がない（省くことができる）。このような観点からみれば、アクチュエータ１の製造工程の簡易化を図ることができる。なお、コイル４３のパターニング形状は、質量部２１を回動させることができれば、渦巻状に限定されない。
【００３３】
コイル４３を形成する電線（配線）の両端部のうちの一方は、支持部２４に設けられた端子４３１に接続され、他方は、支持部２５に設けられた端子４３２に接続されている。そして、端子４３１、４３２には交流電源４４が接続されており、交流電源４４が、コイル４３に交流電圧を印加することにより、コイル４３から磁界を発生させることができる。
【００３４】
磁石４１と磁石４２とは、質量部２１の平面視にて、質量部２１を介して回動中心軸Ｘに直角な方向に対向して設けられている。
磁石４１と４２とは、磁石４１の磁石４２と対向する側の面と、磁石４２の磁石４１と対向する側の面とが、互いに異なる磁極となるように設けられている。
このような磁石４１、４２としては、特に限定されないが、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などの永久磁石（硬磁性体）を好適に用いることができる。
【００３５】
以上のような構成の駆動手段４は、次のようにして質量部２１を回動（駆動）させる。
なお、説明の便宜上、図４に示すように、磁石４１の磁石４２と対向する側の面をＳ極とし、磁石４２の磁石４１と対向する側の面をＮ極とした場合について代表して説明する。
まず、交流電源４４により、端子４３１から端子４３２へ向けてコイル４３に電流を流した場合（以下「第１の状態」という）について説明する。この場合、質量部２１の回動中心軸Ｘよりも磁石４２側の部分には、図４にて下方向の電磁力が作用する（フレミングの左手の法則）。一方、質量部２１の回動中心軸Ｘよりも磁石４１側の部分には、図４にて上方向の電磁力が作用する。これにより、質量部２１は、図４にて、回動中心軸Ｘを軸として反時計回りに回転する。
【００３６】
反対に、交流電源４４により、端子４３２から端子４３１へ向けてコイル４３に電流を流した場合（以下「第２の状態」という）、質量部２１のうち、回動中心軸Ｘよりも磁石４２側では、図４にて上方向の電磁力が発生する。一方、質量部２１のうち、回動中心軸Ｘよりも磁石４１側では、図４にて下方向の電磁力が発生する。これにより、質量部２１は、図４にて、回動中心軸Ｘを軸として時計回りに回転する。
【００３７】
そして、このような第１の状態と第２の状態とを交互に繰り返すことにより、弾性部２２、２３を捩れ変形させながら、質量部２１を支持部２４に対して回動させることができる。
さらに、電圧印加手段として交流電源４４を用いることで、第１の状態と第２の状態とを周期的に、かつ、円滑に切り換えることができ、質量部２１を円滑に回動させることができる。このような交流電源４４は、制御手段６により、その作動を制御されている。
なお、電圧印加手段としては、コイル４３に電圧を印加することができれば、本実施形態（交流電源４４）に限定されず、例えば、直流電源を用いてもよい。この場合には、例えば、コイル４３に直流電圧を間欠的に印加することで、質量部２１を支持部２４、２５に対して回動させることができる。
【００３８】
次に、質量部２１の挙動を検知する挙動検知手段５について説明する。挙動検知手段５は、図３および図５に示すように、弾性部２２の下面（支持基板３に対向する面）に設けられた応力検出素子５１と、支持部２４のシリコン部２４１に形成され、応力検出素子５１に電気的に接続された増幅回路（半導体回路）５２とを有している。また支持部２４の樹脂部２４２には、応力検出素子５１と増幅回路５２とを接続するための貫通孔５３が複数形成されている。また、支持部２４の樹脂部２４２には、入力端子５２１と出力端子５２２とが形成されており、これらは、それぞれ増幅回路５２と電気的に接続されている。
【００３９】
このような挙動検知手段５は、増幅回路５２からの信号に基づいて質量部２１の挙動を検知するように構成されている。具体的には、応力検出素子５１は、変形量に対応して抵抗値が変化する性質を有する。このような応力検出素子５１を弾性部２２上に設けることで、弾性部２２の捩れ変形の程度に対応して（すなわち質量部２１の回動角に対応して）、応力検出素子５１の抵抗値を変化させることができる。このような応力検出素子５１としては、特に限定されないが、ピエゾ抵抗素子を好適に用いることができる。
【００４０】
応力検出素子５１の抵抗値が変化することで、応力検出素子５１に流れる電流値（電気信号）が変化し、その電気信号の変化を増幅回路５２で増幅し、増幅後の信号に基づいて、質量部２１の挙動を検知する。これにより、より正確に質量部２１の挙動を検知することができる。
なお、応力検出素子５１の抵抗値変化に基づく電流値（電気信号）の変化は、微弱であるため、本実施形態のように、増幅回路５２により電気信号を増幅させることで、質量部２１の挙動をより正確に検知することができる。
【００４１】
増幅回路５２は、支持部２４のシリコン部２４１に形成されており、これにより、支持部２４を有効利用することができる。その結果、アクチュエータ１の小型化を図ることができる。このような増幅回路（半導体回路）５２は、例えば、シリコン部２４１の表面付近にホウ素、イリジウム、カリウムなどの不純物を拡散させることにより形成することができる。
【００４２】
また、増幅回路５２は、応力検出素子５１の近傍に設けられているため、増幅回路５２と応力検出素子５１との間の距離が極めて小さい。これにより、増幅回路５２と応力検出素子５１とを接続する配線の長さを短くすることができ、増幅回路５２と応力検出素子５１との間でのノイズの発生を抑制することができる。その結果、より正確に質量部２１の挙動を検知することができる。
【００４３】
このような増幅回路５２が形成されたシリコン部２４１の下面には、増幅回路５２を覆うように樹脂部２４２が設けられている。これにより、樹脂部２４２の下面に増幅回路５２の配線をパターニングすることができ、設計の自由度が拡大し、アクチュエータ１の製造工程の簡易化を図ることができる。
ここで、例えば、質量部２１のシリコン部２１１に増幅回路５２を形成しても応力検出素子５１と増幅回路５２との距離を小さくすることができる。すなわち、増幅回路５２を質量部２１のシリコン部２１１に形成しても本発明のアクチュエータ１と同様の効果を奏することができる。
【００４４】
ただし、アクチュエータ１を光スキャナなどの光学デバイスに用いた場合には、光反射部２１１で反射しきれなかった光によって質量部２１が昇温してしまうため、本実施形態のように増幅回路５２を支持部２４に形成することで、増幅回路５２を質量部２１に形成した場合と比べ、熱の影響を受けにくくすることができる。また、質量部２１と支持部２４とは、樹脂材料で構成された弾性部２２で連結されている。そのため、弾性部２２は断熱部としても機能し、光反射部２１３で発生した熱の支持部２４への伝達を抑制することができる。以上のように、支持部２４に増幅回路５２を形成することにより、アクチュエータ１が、長時間連続的に使用される場合であっても、極めて正確に質量部２１の挙動を検知することができる。
アクチュエータ１は、上述したような挙動検知手段５の検知結果に基づいて、駆動手段４の作動を制御する制御手段６を有している。制御手段６は、図６に示すように、増幅回路５２からの信号に基づいて交流電源４４を制御するように構成されている。これにより、アクチュエータ１は、所望の回動特性を発揮することができる。
【００４５】
このようなアクチュエータ１は、例えば、次のようにして製造することができる。
図７および図８は、それぞれ、第１実施形態のアクチュエータ１の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下では、説明の便宜上、図７および図８中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
また、基体２を得る工程を［Ａ１］とし、支持基板３を得る工程を［Ａ２］とし、基体２と支持基板３からアクチュエータ１を得る工程を［Ａ３］とする。
【００４６】
［Ａ１］まず、図７（ａ）に示すように、例えば、シリコン基板６０を用意する。
次に、図７（ｂ）に示すように、シリコン基板６０の上面の支持部２４（シリコン部２４１）に対応する位置に増幅回路（半導体回路）５２を形成する。半導体回路の形成方法としては、特に限定されないが、例えばホウ素、イリジウム、カリウムなどの不純物を拡散（ドープ）させることで形成することができる。
次に、図７（ｃ）に示すように、例えば、ポリイミドなどの液化した樹脂材料をスピンコートにより塗布し、乾燥、固化させることにより、シリコン基板６０の上面（増幅回路５２が形成された面）の全域にわたって、樹脂層（樹脂部）７０を形成する。さらに、増幅回路５２に配線するための貫通孔５３（図示せず）を形成する。
【００４７】
次に、樹脂層７０の上面に、例えば、Ｃｕ、Ａｌなどの金属膜を形成する（図示せず）。この金属膜をコイル４３および増幅回路５２の配線のパターニング形状（平面視形状）に対応するようにエッチングする。さらに応力検知素子５１を所定の位置に形成する。これにより、図７（ｄ）に示すように、樹脂層７０の上面にコイル４３等が形成された複合基板を得ることができる。金属膜の成膜方法としては、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、金属箔の接合等が挙げられる。なお、以下の各工程における金属膜の成膜においても、同様の方法を用いることができる。
【００４８】
次に、図７（ｅ）に示すように、樹脂部７０の上面（コイル４３が形成されている面）に、質量部２１と支持部２４、２５と弾性部２２、２３との形状（平面視形状）に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスク８０を形成する。また、シリコン基板６０の下面（樹脂部７０とは反対側の面）に、質量部２１と支持部２４、２５の形状（平面視形状）に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスク８１を形成する。
【００４９】
次に、金属マスク８０を介して、シリコン基板６０および樹脂部７０をエッチングした後、金属マスク８０を除去する。エッチング方法としては、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法を用いることができる。
次に、金属マスク８１を介して、シリコン基板６０を除去するようにエッチングした後、金属マスク８１を除去する。これにより、図７（ｆ）に示すように、その長手方向の全域にわたって樹脂部７０で構成された弾性部２２、２３を形成することができる。エッチング方法としては、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、以下の各工程におけるエッチングにおいても、同様の方法を用いることができる。
【００５０】
この後、シリコン部２１１上に金属膜を成膜し、光反射部２１３を形成する。これにより、質量部２１と弾性部２２、２３と支持部２４、２５とが一体的に形成された基体２が得られる。なお、ここで、シリコン基板６０に対しエッチングを行った後、金属マスク８１は除去してもよく、除去せずに残存させてもよい。金属マスク８１を除去しない場合、本体部２１１上に残存した金属マスク８１は光反射部２１３として用いることができる。
【００５１】
［Ａ２］次に、図８（ｇ）に示すように、支持基板３を形成するための基板として、例えばシリコン基板６１を用意する。
そして、図８（ｈ）に示すように、シリコン基板６１の一方の面（下面）に、開口部３１を形成する領域を除いた部分に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスク８２を形成する。また、シリコン基板６１の他方の面（上面）に、凹部３０に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスク８３を形成する。
【００５２】
次に、この金属マスク８３を介して、凹部３０に対応する深さまで貫通するようにシリコン基板６１をエッチングした後、金属マスク８３を除去する。次に、金属マスク８２を介してシリコン基板６１を貫通するまでエッチングをした後、金属マスク８２を除去する。これにより、図８（ｉ）に示すように、凹部３０および開口部３１が形成された支持基板３が得られる。
［Ａ３］次に、図８（ｊ）に示すように、前記工程［Ａ１］で得られた基体２と、前記工程［Ａ２］で得られた支持基板３とを例えば接着剤により接合し、アクチュエータ１を得る。
以上のようにして、第１実施形態のアクチュエータ１が製造される。
【００５３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のアクチュエータの第２実施形態について説明する。
図９は、本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す斜視図、図１０は、挙動検知手段を説明するための図である。
以下、第２実施形態のアクチュエータ１Ａについて、前述した第１実施形態のアクチュエータ１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００５４】
第２実施形態のアクチュエータ１Ａは、挙動検知手段５Ａの構成が異なる以外は、第１実施形態のアクチュエータ１とほぼ同様である。
すなわち、挙動検知手段５Ａは、質量部２１に設けられたフォトダイオード（光学素子）５４Ａと、支持部２４のシリコン部２４１に形成された増幅回路（半導体回路）５２Ａと、支持部２５に設けられた光源５５Ａとを有している。このような挙動検知手段５Ａは、増幅回路５２Ａからの信号に基づいて質量部２１の挙動を検知するように構成されている。
光源５５Ａは、回動中心軸Ｘと平行な方向であって、支持部２５から質量部２１へ向けて光を照出するように設けられている。
また、フォトダイオード５４Ａは、質量部２１の回動時での設定位置で、光源５５Ａから受ける光量が最大となるように質量部２１上に設けられている。
【００５５】
このように光源５５Ａおよびフォトダイオード５４Ａをそれぞれ設けることにより、質量部２１の回動時にて、フォトダイオード５４Ａが受光する光量を変化させることができる。ここで、フォトダイオード５４Ａは、受光量に対応してフォトダイオード５４Ａ内を流れる電流の量や発生する電圧値が変化する性質を有する。したがって、質量部２１の回動に対応してフォトダイオード５４Ａに流れる電流値や電圧値（電気信号）が変化することとなり、その電気信号の変化を増幅回路５２Ａで増幅し、増幅後の信号に基づいて、質量部２１の挙動を検知する。これにより、挙動検知手段５は、より正確に質量部２１の挙動を検知することができる。
【００５６】
ここで、増幅回路５２Ａは支持部２４のシリコン部２４１に形成されているため、増幅回路５２Ａとフォトダイオード５４Ａとの間の距離が極めて小さい。これにより、増幅回路５２Ａとフォトダイオード５４Ａとを接続する配線の長さを短くすることができるため、増幅回路５２Ａとフォトダイオード５４Ａとの間でのノイズの発生を抑制することができる。この結果、より正確に質量部２１の挙動を検知することができる。
【００５７】
以上、本発明のアクチュエータの第２実施形態について説明したが、光源５５Ａの設置位置は、光源５５Ａが照出した光をフォトダイオード５４Ａが受光可能であれば、特に限定されず、例えば、支持基板３に設けられていてもよく、また、アクチュエータ１に設けられていなくてもよい。
以上、本発明にかかるアクチュエータについて説明したが、本発明にかかるアクチュエータは、光反射部を備えているため、例えば、光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどの光学デバイスに適用することができる。
【００５８】
本発明にかかる光スキャナは、本発明にかかるアクチュエータと同様の構成であり、すなわち、光反射部を備えた質量部と、質量部を支持するための支持部と、支持部に対して質量部を回動可能に連結し、弾性変形可能な弾性部を備える連結部と、質量部を回動駆動させるための駆動手段と、前記質量部の駆動および／または挙動検知のための半導体回路とを有している。このような光スキャナは、駆動手段を作動させることで、弾性部を捩り変形させつつ質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するよう構成されている。また、弾性部は、長手形状をなし、その長手方向での少なくとも一部に樹脂材料を主材料として構成された樹脂部を備えている。また、支持部は、シリコンを主材料として構成されたシリコン部を備えており、半導体回路は、支持部のシリコン部に設けられている。これにより、小型化を図りつつ、低速駆動させることのできる光スキャナを提供することができる。
このような光スキャナは、例えば、プロジェクタ、レーザープリンタ、イメージング用ディスプレイ、バーコードリーダー、走査型共焦点顕微鏡などの画像形成装置に好適に適用することができる。その結果、優れた描画特性を有する画像形成装置を提供することができる。
【００５９】
具体的に、図１１に示すようなプロジェクタ９について説明する。なお、説明の便宜上、スクリーンＳの長手方向を「横方向（水平方向）」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向（鉛直方向）」という。
プロジェクタ９は、レーザーなどの光を照出する光源装置９１と、クロスダイクロイックプリズム９２と、１対の光スキャナ９３、９４と、固定ミラー９５とを有している。
【００６０】
光源装置９１は、赤色光を照出する赤色光源装置９１１と、青色光を照出する青色光源装置９１２と、緑色光を照出する緑色光源装置９１３とを備えている。
クロスダイクロイックプリズム９２は、４つの直角プリズムを貼り合わせて構成され、赤色光源装置９１１、赤色光源装置９１２、赤色光源装置９１３のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。
【００６１】
このようなプロジェクタ９は、赤色光源装置９１１、赤色光源装置９１２、赤色光源装置９１３のそれぞれから、図示しないホストコンピュータからの画像情報に基づいて照出された光をクロスダイクロイックプリズム９２で合成し、この合成された光は、光スキャナ９３、９４によって走査され、さらに固定ミラー９５によって反射され、スクリーンＳ上でカラー画像を形成するように構成されている。
【００６２】
ここで、光スキャナ９３、９４の光走査について具体的に説明する。
まず、クロスダイクロイックプリズム９２で合成された光は、光スキャナ９３によって横方向に走査される（以下「主走査」ともいう）。そして、この横方向に走査された光は、光スキャナ９４によってさらに縦方向に走査される（以下「副走査」ともいう）。これにより、２次元カラー画像をスクリーンＳ上に形成することができる。
このような光スキャナ９３、９４として本発明にかかる光スキャナを用いることにより、小型で、優れた描画特性を有するプロジェクタ（画像形成装置）９を提供することができる。
【００６３】
なお、一般的に、副走査を行う光スキャナ９４の回動速度は、主走査を行う光スキャナ９３の回動速度に対して低速である。形成する画像の種類、大きさなどによっても異なるが、一般的には、副走査を行う光スキャナ９４の回動周波数が６０Ｈｚ程度で、主走査を行う光スキャナ９３の回動周波数が１０〜２５６ｋＨｚ程度である。このような観点から見れば、光スキャナ９４として、低速駆動に適した本発明の光スキャナを用いることで、プロジェクタ９は、より優れた描画特性を発揮することができる。
【００６４】
以上、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のアクチュエータ１では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、前述した実施形態では、アクチュエータの中心を通り質量部や駆動部の回動中心軸Ｘに直角な面に対しほぼ対称（左右対称）な形状をなしている構造を説明したが、非対称であってもよい。
また、前述した本実施形態では、弾性部が、その長手方向の全域にわたって、樹脂材料を主成分として構成されているものについて説明したが、弾性部のねじりバネ定数を低くすることができれば、これに限定されず、例えば、その長手方向の一部が樹脂を主材料として構成されていてもよい。
【００６５】
また、前述した実施形態では、各連結部が１つの弾性部で構成されているものについて説明したが、質量部を回動させることができれば、これに限定されない。すなわち、各連結部における弾性部の数、配置、形状は任意である。例えば、（１）平面視にて、回動中心軸を介して互いに対向するように設けられた１対の弾性部で構成されているものであってもよい。この場合には、例えば、各弾性部が、その長手方向の全域にわたって樹脂材料で構成されていてもよいし、いずれか一方の弾性部が、その長手方向の全域にわたって樹脂材料で構成されていてもよいし、また、（２）各連結部の弾性部が、その長手方向の途中で分岐しているものであってもよい。この場合、例えば、弾性部の一端から分岐部までをシリコンで構成し、分岐部か他端までを樹脂材料で構成してもよいし、また、（３）各連結部が、回動中心軸上に延在する第１の弾性部と、この中心軸部材を介して互いに対向する１対の第２の弾性部とを有していてもよい。この場合、例えば、第１の弾性部をシリコンで構成し、各第２の弾性部を樹脂材料で構成してもよい。
【００６６】
また、前述した実施形態では、１自由度振動系について説明したが、質量部を回動させることができれば、これに限定されず、例えば、２自由度振動系であってもよい。具体的には、各連結部が、板状の駆動部と、前記駆動部と支持部とを連結する第１の弾性部と、前記駆動部と質量部とを連結する第２の弾性部とで構成されていてもよい。この場合には、樹脂材料を主成分として構成された樹脂部は、第１の弾性部および／または第２の弾性部に形成されることとなる。
また、前述した実施形態では、質量部の挙動を検知するための挙動検知手段として半導体回路（増幅回路）を用いたが、質量部の駆動および／または挙動検知のための半導体回路であれば、これに限定されず、例えば、質量部の温度を検知するための半導体回路であってもよいし、質量部を回動させるためのドライバ回路であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】駆動手段を説明するための図である。
【図４】図４中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】挙動検知手段および半導体回路を説明するための図である。
【図６】制御系を説明するためのブロック図である。
【図７】本発明のアクチュエータの製造方法を説明する図である。
【図８】本発明のアクチュエータの製造方法を説明する図である。
【図９】本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す斜視図である。
【図１０】挙動検知手段および半導体回路を説明するための図である。
【図１１】本発明にかかる画像形成装置の概略図である。
【符号の説明】
【００６８】
１、１Ａ‥‥‥アクチュエータ  ２‥‥‥基体  ２１‥‥‥質量部  ２１１‥‥‥シリコン部  ２１２‥‥‥樹脂部  ２１３‥‥‥光反射部  ２２、２３‥‥‥弾性部（連結部）  ２４、２５‥‥‥支持部  ２４１、２５１‥‥‥シリコン部  ２４２、２５２‥‥‥樹脂部  ３‥‥‥支持基板  ３０‥‥‥凹部（空間）  ３１‥‥‥開口部（逃げ部）  ３２、３３‥‥‥凸部  ４‥‥‥駆動手段  ４１、４２‥‥‥磁石  ４３‥‥‥コイル  ４３１、４３２‥‥‥端子（電極）  ４４‥‥‥交流電源（電圧印加手段）  ５、５Ａ‥‥‥挙動検知手段  ５１‥‥‥応力検出素子  ５２、５２Ａ‥‥‥増幅回路（半導体回路）  ５２１‥‥‥入力端子  ５２２‥‥‥出力端子  ５３‥‥‥貫通孔  ５４Ａ‥‥‥フォトダイオード  ５５Ａ‥‥‥光源  ６‥‥‥制御手段  ６０、６１‥‥‥シリコン基板  ７０‥‥‥樹脂部（樹脂層）  ８０、８１、８２、８３‥‥‥金属マスク  ９‥‥‥プロジェクタ  ９１‥‥‥光源装置  ９１１‥‥‥赤色光源装置  ９１２‥‥‥青色光源装置  ９１３‥‥‥緑色光源装置  ９２‥‥‥クロスダイクロイックプリズム  ９３、９４‥‥‥光スキャナ  ９５‥‥‥固定ミラー  Ｓ‥‥‥スクリーン  Ｘ‥‥‥回動中心軸
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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