(57)【要約】【課題】ねじり梁を介して支持部材に支持されたミラー基板を、ねじり梁を回転軸として往復振動させる偏向ミラーにおいて、共振周波数を調整するための改良した機構を提供する。【解決手段】ねじり梁102,103などと一体的にシリコン基板で形成された動き抑制部材203,204を備える。動き抑制部材とねじり梁102,103の間に電圧を印加することにより、動き抑制部材は、ねじり梁側へ変形又は変位し、ねじり梁の側面を両側から挟み付け押圧（挟圧）する。印加電圧を上げて動き抑制部材の変形量又は変位量を増加させるに従い、ねじり梁の押圧される範囲は、ねじり梁の上部枠体104との結合部側から反対側へ向かって徐々に拡大する。押圧範囲が拡大するほど、ねじり梁の実効的な長さが短くなるため共振周波数は上昇する。【選択図】図１
2005266567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー基板がねじり梁を介して支持部材に支持され、前記ミラー基板が前記ねじり梁を回転軸として往復振動する偏向ミラーであって、
前記ねじり梁の動きを抑制するための動き抑制部材と、
前記動き抑制部材と前記ねじり梁との間に電圧を印加するための電極パッドを有し、
前記動き抑制部材は、前記ねじり梁との間の静電引力により前記ねじり梁側へ変形又は変位して前記ねじり梁の側面を押圧することにより前記ねじり梁の動きを抑制し、
前記ねじり梁の前記動き抑制部材により押圧される範囲は、前記動き抑制部材の変形量又は変位量が増加するに従って、前記ねじり梁の前記支持部材との結合部側から前記ねじり梁の前記ミラー基板との結合部側へ向かって徐々に拡大することを特徴とする偏向ミラー。
【請求項２】
請求項１に記載の偏向ミラーにおいて、
前記動き抑制部材は、前記ねじり梁の側面を挟圧することを特徴とする偏向ミラー。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の偏向ミラーにおいて、
前記動き抑制部材が前記支持部材と一体形成されたことを特徴とする偏向ミラー。
【請求項４】
請求項３に記載の偏向ミラーにおいて、
前記動き抑制部材は、その一端のみ前記支持部材と結合され、
前記動き抑制部材は前記支持部材と結合する部位に幅の狭い部分を有することを特徴とする偏向ミラー。
【請求項５】
請求項４に記載の変更ミラーにおいて、
前記動き抑制部材及び前記ねじり梁は隣り合う位置で前記支持部材と結合され、
前記動き抑制部材の前記幅の狭い部分には、前記ねじり梁に対向する側に切り欠き部を有し、該切り欠き部によって前記動き抑制部材の前記支持部材との結合部と前記ねじり梁の前記支持部材との結合部との間に空間が確保されることを特徴とする偏向ミラー。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の偏向ミラーにおいて、
前記動き抑制部材は、その一端のみ前記支持部材と結合し、
前記動き抑制部材は、前記ねじり梁と対向しない側に複数の切り欠き部を有することを特徴とする偏向ミラー。
【請求項７】
請求項３に記載の偏向ミラーにおいて、
前記動き抑制部材は、前記ねじり梁の側面の異なった領域を押圧するための複数の部分に分割されていることを特徴とする偏向ミラー。
【請求項８】
請求項３，４，５，６又は７に記載の偏向ミラーにおいて、
前記ミラー基板、前記ねじり梁、前記支持部材及び前記動き抑制部材がシリコン基板により一体形成されたことを特徴とする偏向ミラー。
【請求項９】
前記ミラー基板の前記ねじり梁に支持されない側の対向する２つの端部に形成された可動電極と、
前記支持部材の前記可動電極に対向する部位に形成された固定電極と、
前記可動電極と前記固定電極の間に電圧を印加するための電極パッドとを有し、
前記ミラー基板は前記可動電極と前記固定電極との間の静電力により駆動されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の偏向ミラー。
【請求項１０】
前記ミラー基板の振動空間を減圧状態に封止する封止手段を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の偏向ミラー。
【請求項１１】
請求項１に記載の偏向ミラーの共振周波数の調整方法であって、
前記偏向ミラーにおける動き抑制部材とねじり梁との間に印加する電圧を変化させることにより前記動き抑制部材による前記ねじり梁の押圧範囲を変化させることを特徴とする共振周波数調整方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の偏向ミラーと、該偏向ミラーのミラー基板のミラー面に光ビームを入射させる手段と、前記ミラー面で反射された光ビームを被走査面に結像させる手段と、を有することを特徴とする光書込装置。
【請求項１３】
像担持体と、該像担持体を記録信号により変調された光ビームにより走査する光書込装置とを備え、前記像担持体に前記光ビームの走査により静電潜像が形成される画像形成装置において、
前記光書込装置は請求項１２に記載の光書込装置からな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、マイクロマシニング技術を応用した偏向ミラーと、それを用いる光書込装置及び画像形成装置に関する。より詳細には、本発明は、ミラー基板をねじり梁により支持し、ねじり梁を軸としてミラー基板を往復振動させる構成の偏向ミラーと、それを用いる光書込装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１に掲載されている偏向ミラーでは、一直線上に設けられた２本の梁で支持されたミラー基板を、ミラー基板に対向する位置に設けた電極との間の静電力によって、２本の梁をねじり回転軸として往復振動させている。マイクロマシニング技術で形成されるこの偏向ミラーは、従来のモーターを使ってポリゴンミラーを回転させる光走査装置と比較し、構造が簡単で半導体プロセスでの一括形成が可能なため、小型化が容易で製造コストも低く、また単一の反射面を利用するため、ポリゴンミラーのように反射面ごとの精度のばらつきがなく、さらに往復走査であるため高速化にも対応できる等の効果を期待できる。
【０００３】
また、非特許文献２，３には、ミラー基板の振れ角を大きくするため、その振動領域に電極が重ならないよう、ミラー基板の端面に対向電極を設けた静電駆動のねじり振動型変動ミラーが記載されている。これらの偏向ミラーは、シリコンからなる可動電極としてのミラー基板とミラー基板端面に微小なギャップを隔てて対向する固定電極の間の静電引力で駆動する。ミラー基板を起動させるためのねじり回転軸に対する初期モーメントをあたえるのに、前者では形成プロセスで生じる構造体の微小な非対称性を利用しており、後者では駆動電極に直行する面上に起動のための金属電極薄膜を設けている。
【０００４】
以上の偏向ミラーは、一般に振れ角を大きくするため駆動周波数を構造体の共振周波数に合わせている。ミラーの共振周波数ｆは、梁のねじり弾性係数をｋ、ミラーの慣性モーメントをＩとすると、
ｆ＝１／２π√（ｋ/Ｉ）
で表すことができる。ここで、ねじり弾性係数ｋは、梁幅をｃ、梁高さをｔ、梁長さをＬとすると、
ｋ＝βtｃ^3Ｅ/Ｌ(１＋ν)
で表すことができる。ただし、βは断面形状係数、Ｅはヤング率、νはポアソン比である。
【０００５】
このように共振周波数はミラー基板とねじり梁の材質、形状によって決まってくるため、その加工精度によってばらつきが生じる。
【０００６】
共振周波数を微細に調整する方法としては、ねじり梁に、そのヤング率を変化させるための電気抵抗素子（発熱素子）又は圧電素子を設ける方法（特許文献１参照）や、ミラー基板の一部を必要に応じてレーザビームにより切除して個らー基板の慣性モーメントを調整する方法（特許文献２）が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２９８１６００号公報
【特許文献２】特開２００３−８４２２６号公報
【非特許文献１】K.E.Petersen，"Silicon  Tortional  Scanning  Mirror"，IBM  Journal  of  Research  and  Development  24,(1980)，pp.631-637
【非特許文献２】Harald  Schenk，"An  Electrostatically  Excited  2D-Micro-Scanning-Mirror  with  an  In-Plane  configuration  of  the  Driving  Electrodes"，The  13th  Annual  International  Workshop  on  MEMS2000,(2000)，pp.473-478
【非特許文献３】Harald  Schenk  et  al,  "A  New  Driving  Principle  for  Micromechanical  Torsional  Actuators"，The  1999  ASME  International  Mechanical  Engineering  Congress  and  Exposition，Nov.14-19,1999，pp．333-338
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の方法は、ねじり梁表面に形成された電気抵抗素子に通電してねじり梁を加熱したり、ねじり梁表面に形成された圧電素子の変形によりねじり梁に内部応力を加えることにより、ねじり梁のヤング率を変化させて共振周波数を調整する。電気抵抗素子としてはAlやPt等の金属薄膜が、圧電素子としてはBaTi3やPZT（チタン酸ジルコン酸鉛）等のセラミックスが用いられる。ねじり梁は高速で長時間ねじり変形するが、ねじり梁はミラー基板と単結晶のシリコンで一体成形されているため、この変形においても十分な耐久性を有している。しかし、ねじり梁の表面に形成された金属薄膜やセラミックスは多結晶体であり、結晶粒界から欠陥が発生して疲労破壊による断線が生じやすいため、長期にわたって安定な共振周波数調整機能を維持することが困難である。
【０００９】
特許文献２に記載の方法は、炭酸ガスレーザなどの光源を用意する必要があることと、光書込装置などに実装されて使用中の偏向ミラーの共振周波数を任意に調整する目的に対応できるものではない。
【００１０】
よって、本発明の目的は、共振周波数を電気的に調整するための新規な手段を備え、共振周波数調整機能を長期にわたって安定に維持する新規な構成の偏向ミラーと、その共振周波数を調整する方法と、かかる偏向ミラーを用い安定な光書込が可能な光書込装置と、かかる光書込装置を用いて品質の安定した画像を形成可能な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】
【００１１】
請求項１記載の発明は、ミラー基板がねじり梁を介して支持部材に支持され、前記ミラー基板が前記ねじり梁を回転軸として往復振動する偏向ミラーであって、
前記ねじり梁の動きを抑制するための動き抑制部材と、
前記動き抑制部材と前記ねじり梁との間に電圧を印加するための電極パッドを有し、
前記動き抑制部材は、前記ねじり梁との間の静電引力により前記ねじり梁側へ変形又は変位して前記ねじり梁の側面を押圧することにより前記ねじり梁の動きを抑制し、
前記ねじり梁の前記動き抑制部材により押圧される範囲は、前記動き抑制部材の変形量又は変位量が増加するに従って、前記ねじり梁の前記支持部材との結合部側から前記ねじり梁の前記ミラー基板との結合部側へ向かって徐々に拡大することを特徴とする偏向ミラーである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明による偏向ミラーにおいて、
前記動き抑制部材が、前記ねじり梁の側面を挟圧することを特徴とする偏向ミラーである。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明による偏向ミラーにおいて、
前記動き抑制部材が前記支持部材と一体形成されたことを特徴とする偏向ミラーである。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明による偏向ミラーにおいて、
前記動き抑制部材が、その一端のみ前記支持部材と結合され、
前記動き抑制部材が前記支持部材と結合する部位に幅の狭い部分を有することを特徴とする偏向ミラーである。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明による変更ミラーにおいて、
前記動き抑制部材及び前記ねじり梁は隣り合う位置で前記支持部材と結合され、
前記動き抑制部材の前記幅の狭い部分には前記ねじり梁に対向する側に切り欠き部を有し、該切り欠き部によって前記動き抑制部材の前記支持部材との結合部と前記ねじり梁の前記支持部材との結合部との間に空間が確保されることを特徴とする偏向ミラーである。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項３又は４記載の発明による偏向ミラーにおいて、
前記動き抑制部材が、前記ねじり梁と対向しない側に複数の切り欠き部を有することを特徴とする偏向ミラーである。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項３又は４記載の発明による偏向ミラーにおいて、
前記動き抑制部材が、前記ねじり梁の側面の異なった領域を押圧するための複数の部分に分割されていることを特徴とする偏向ミラーである。
【００１８】
請求項８記載の発明は、請求項３，４，５，６又は７記載の発明による偏向ミラーにおいて、
前記ミラー基板、前記ねじり梁、前記支持部材及び前記動き抑制部材がシリコン基板により一体形成されたことを特徴とする偏向ミラーである。
【００１９】
請求項９記載の発明は、前記ミラー基板の前記ねじり梁に支持されない側の対向する２つの端部に形成された可動電極と、
前記支持部材の前記可動電極に対向する部位に形成された固定電極と、
前記可動電極と前記固定電極の間に電圧を印加するための電極パッドとを有し、
前記ミラー基板は前記可動電極と前記固定電極との間の静電力により駆動されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の発明による偏向ミラーである。
【００２０】
請求項１０記載の発明は、前記ミラー基板の振動空間を減圧状態に封止する封止手段を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の発明による偏向ミラーである。
【００２１】
請求項１１記載の発明は、請求項１記載の発明による偏向ミラーの共振周波数の調整方法であって、
前記偏向ミラーにおける動き抑制部材とねじり梁との間に印加する電圧を変化させることにより前記動き抑制部材による前記ねじり梁の押圧範囲を変化させることを特徴とする共振周波数調整方法である。
【００２２】
請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか１項記載の発明による偏向ミラーと、該偏向ミラーのミラー基板のミラー面に光ビームを入射させる手段と、前記ミラー面で反射された光ビームを被走査面に結像させる手段と、を有することを特徴とする光書込装置である。
【００２３】
請求項１３記載の発明は、像担持体と、該像担持体を記録信号により変調された光ビームにより走査する光書込装置とを備え、前記像担持体に前記光ビームの走査により静電潜像が形成される画像形成装置において、
前記光書込装置は請求項１２に記載の光書込装置からなることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００２４】
（１）請求項１乃至９記載の発明に係る偏向ミラーにおいては、ねじり梁と動き抑制部材との間に印加する電圧を増減させることにより、動き抑制部材によるねじり梁の押圧範囲が増減し、ねじり梁の実効的な長さが変化するため、偏向ミラーの共振周波数を調整することができる。この共振周波数調整機能によって、偏向ミラーを光書込装置などに実装し使用している状態において共振周波数を調整することができ、また、例えば振れ角に応じて共振周波数調整用電圧をフィードバック制御することにより、環境温度の変化などの影響による共振周波数の変動も補正可能である。動き抑制部材は、静電引力で変形又は変位させることが可能な部材であればよく、多結晶体やセラミックスのような疲労破壊の生じやすい材質に制約されず、例えば、ねじり梁などと同じ材質とすることができる。したがって、動き抑制部材による共振周波数調整機能を長期にわたって安定に維持することができる。また、動き抑制部材を、ねじり梁などと同じ材質で構成可能であることは、動き抑制部材を含む構造体の製造プロセスの単純化にも有利である。（２）請求項２記載の発明に係る偏向ミラーにおいては、ねじり梁は、動き抑制部材によって挟み付ける形で押圧（挟圧）されるため、その押圧によるミラー基板の光軸ずれが生じにくい。（３）請求項３記載の発明に係る偏向ミラーは、動き抑制部材を含む全体の構造がシンプルになり、また、動き抑制部材を含む構造体全体の製造プロセスを単純化できる。（４）請求項４記載の発明に係る偏向ミラーにおいては、動き抑制部材は、支持部材との結合部位に幅が狭い部分を有するため、その変形もしくは変位に必要な静電引力が減少する。したがって、共振周波数調整用電圧の低電圧化を図ることができる。（５）請求項５記載の発明に係る偏向ミラーにおいては、共振周波数調整用電圧の低電圧化を図ることができるとともに、動き抑制部材及びねじり梁の支持部材との結合部分の応力集中を減らし信頼性を向上させることができる（図５に関連した説明参照）。（６）請求項６記載の発明に係る偏向ミラーにおいては、動き抑制部材の変形に必要な静電引力をさらに減少させ、共振周波数調整用電圧の一層の低電圧化を図ることができる。（７）請求項７記載の発明に係る偏向ミラーにおいては、共振周波数の可変範囲を２段階又は３段階以上に分離して設定可能となるためデバイス設計の自由度が広がる利点がある。（８）請求項８記載の発明によれば、信頼性の極めて高い偏向ミラーを実現できる。（９）請求項９記載の発明に係る偏向ミラーは、ミラー基板の駆動及び共振周波数調整に関する部分を共通の製造プロセスで同時に加工可能であり、製造コストの面で有利である。（１０）請求項１０記載の発明に係る偏向ミラーは、偏向ミラーの振動時の粘性抵抗が減少するため、駆動電圧を低電圧化することができるとともに、塵芥等の侵入が阻止され信頼性が向上する、等々の効果を得られる。
【００２５】
（１１）請求項１１記載の発明によれば、偏向ミラーを例えば光書込装置などに実装した状態において、容易かつ高精度な共振周波数の調整が可能であり、また、ミラー基板の振れ角に応じて共振周波数調整用電圧をフィードバック制御することにより、環境温度の変化などの影響の補正も可能である、等の効果を得られる。
【００２６】
（１３）請求項１２記載の発明によれば、安定した光書込み可能で、消費電力・静粛性に優れた光書込装置を実現でき、また、光書込装置の小型化・軽量化も容易である等の効果を得られる。
【００２７】
（１４）請求項１３記載の発明によれば、安定した品質の画像形成が可能で、消費電力・静粛性に優れた画像形成装置を実現できる等の効果を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
まず、本発明に係る偏向ミラーに関し実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００２９】
本発明の一実施例に係る偏向ミラーの構成を図１及び図２により説明する。図１において、（ａ）は偏向ミラーのミラー面側から見た概略平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’線概略断面図である。また、図２は偏向ミラーのねじり梁の動き抑制に関連する構造を説明するための部分拡大図である。
【００３０】
図１において、ミラー基板101と、その対向した２つの端部の中央部位を支持するための一直線上にある２本のねじり梁102,103と、ねじり梁102,103を介してミラー基板101を支持するための支持部材である上部枠体104とが一体構造をなしている。この一体構造は、高精度の微細加工が可能で適度な剛性をもち、かつ、そのまま電極として用いることができる低抵抗の単結晶シリコン基板で一体的に形成されている。
【００３１】
ミラー基板101は、ねじり梁102,103を軸として揺動可能である。ミラー基板101の一面には、使用する光に対して十分な反射率をもつミラー面130が金属薄膜により形成されている。ミラー基板101と２本のねじり梁102,103の寸法は、必要とする共振周波数が得られるように設計されている。
【００３２】
上部枠体104には、絶縁膜105を介して下部枠体106が接合され、両者が一体として枠体を構成している。下部枠体106は、ミラー基板101の振動する領域が除去されている。下部枠体106の厚さは、その下面がミラー基板101の振動範囲より下方に位置すること、及び、偏向ミラーの取り扱いに支障をきたさないことを考慮して設定される。
【００３３】
ミラー基板101を往復振動させる駆動手段として、ミラー基板101のねじり梁102,103に支持されていない側の対向した２つの端部（自由端部）に、櫛歯形状の可動電極107,108が形成され、これに対向する上部枠体104の部位に、櫛歯形状の固定電極109,110が形成されている。固定電極109,110と可動電極107,108とは、微小キャップを介して噛み合うかたちで対向する。
【００３４】
上部枠体104は、各固定電極109,110が形成されている部分がそれぞれ、絶縁膜105に達するスリット111,112,113,114により、ねじり梁102,103が結合されている領域から絶縁分離されている。上部枠体104のこれら絶縁分離された領域には、表面の酸化膜をエッチング除去して低抵抗シリコン基板を露出させ、その部分にスパッタ法でAl薄膜をマスク成膜することにより、固定電極109,110のための電極パット115,116が形成されている。上部枠体104のねじり梁102,103が結合されている部分にも、同様の方法により、可動電極107,108のための電極パット117が形成されている。なお、ここでは電極パットとしてAl薄膜をスパッタ法で形成しているが、シリコン基板との十分な密着性と電気的導通が得られるならば、例えばPt等の他の材料の薄膜も選択可能であり、また、その成膜方法として真空蒸着法、イオンプレーティング法等の他の方法を用いることも可能である。
【００３５】
なお、本実施例に係る偏向ミラーでは、ミラー基板101の駆動に静電引力を利用する。しかし、本発明は、ミラー基板を電磁力や圧電素子を利用して駆動する構成の偏向ミラーにも同様に適用し得ることは明らかである。ただし、本実施例に係る静電駆動型の偏向ミラーは、その基本構造の製造プロセス中で、格別のプロセスを追加することなく、共振周波数調整のために、ねじり梁の動きを抑制する機構を容易にかつ同時に実現できる点で有利である。
【００３６】
以上は、本実施例に係る偏向ミラーの基本的構成の説明である。本発明の最も大きな特徴は、かかる基本的構成の偏向ミラーにおいて、ミラー基板を支持するねじり梁の振動時の実効的な長さを変化させて共振周波数を調整するために、ねじり梁の側面を押圧する動き抑制部材を備えることである。より具体的な態様によれば、動き抑制部材は枠体を両側から挟圧する（締め付けて押圧する）が、その押圧範囲を、ねじり梁の枠体との結合部位から始まってミラー基板との結合部位へ向かって徐々に拡大させることができる。押圧範囲を拡大するほど、ねじり梁の、ねじり剛性として作用する実効的な長さが短縮し、共振周波数は高くなる。
【００３７】
以下、動き抑制部材に関して説明する。本実施例の偏向ミラーにおいては、図１（ａ）に示すように、上部枠体104に、ねじり梁102の動きを抑制するための一対の動き抑制部材203a,204aが内向きに突出する形で一体形成され、ねじり梁103の動きを抑制するための一対の動き抑制部材203b,204aが内向きに突出する形で一体成型されている。これらの動き抑制部材は、上部枠体104を含む一体構造と同時に貫通エッチングにより形成される。動き抑制部材203a,204aは、上部枠体104から遠い部位ほど、ねじり梁102との間隔が広くなるように形成されている。動き抑制部材203b,204bも同様である。
【００３８】
動き抑制部材203a,204a及び動き抑制部材203b,204bの表面には、ねじり梁102,103の表面と同様に酸化膜（絶縁膜）が形成されている。上部枠体104は、動き抑制部材203a,204abの結合部分が、絶縁膜105に達するスリット207a,208aにより、ねじり梁102と電気的に導通する部分から絶縁分離され、この絶縁分離された部分には電極パット117と同様の方法により、各動き抑制部材203a,204aのための電極パッド209a,210aが形成されている。動き抑制部材203b,204bに関しても同様に、上部枠体104のスリット207b,208bにより絶縁分離された部分に電極パッド209b,210bが形成されている。
【００３９】
動き抑制部材207a,208aと動き抑制部材207b,208bは構造及び作用が同一であるので、以下、動き抑制部材207a,208bを例に、その作用について図２を参照し説明する。
【００４０】
電極パッド209a,210aを同電位として、電極パット117との間に電圧を印加すると、その電圧に応じた強さの静電引力が、動き抑制部材203a,204aとねじり梁102と間に働き、動き抑制部材203a,204aは、ねじり梁102に向かって変形し、ねじり梁102を両側から挟み付ける形で押圧（挟圧）する。印加電圧が低いときには、ねじり梁102の上部枠体104との結合部に近い範囲のみ挟圧されるが、印加電圧を増大させるに従い、押圧（挟圧）される範囲は、ねじり梁102のミラー基板101との結合部へ向かって徐々に広がっていく。すなわち、印加電圧が低いか、あるいは電圧が印加されない状態では、図２（ａ）に示すように、押圧（挟圧）範囲はほとんどないが、印加電圧を増大すると、図２（ｂ）に示すように押圧（挟圧）範囲Ｌが広がっていく。この押圧（挟圧）範囲Ｌが広いほど、ねじり梁102のねじり剛性として作用する実効的な長さが減少する。前述した式からわかるように、梁の長さが短くなるとねじり弾性係数が大きくなり、共振周波数は上昇する。したがって、上記印加電圧を増減することにより、共振周波数を調整することができる。
【００４１】
そして、動き抑制部材203a,304a,203b,204bは、ねじり梁102,103などと一体的にシリコン基板から形成されており、多結晶体やセラミックスなどからなる部材のような疲労破壊は起きにくいため、長期にわたって安定した共振周波数調整機能を発揮させることができる。
【００４２】
なお、本実施例におけるように、ねじり梁の両側を挟み付ける形で押圧（挟圧）する構成によれば、その押圧によるミラー基板の光軸ずれを防止できる。ただし、ねじり梁の側面を一方向から押圧する構成も本発明に包含される。
【００４３】
次に、本実施例に係る偏向ミラーの動作について説明する。電極パッド117を接地する。可動電極107,108、ミラー基板101、ねじり梁102,103及び上部枠体104は、低抵抗のシリコン基板によって一体形成されているため、可動電極107,108は接地電位となる。電極パッド115,116に電圧を印加すると、微小ギャップを介して向かい合った固定電極109,110と可動電極107,108の間に静電引力が働き、両電極間の基板厚さ方向に微少量の初期位置ずれがあるため、両者が最短距離となるようにミラー基板101に回転のモーメントが作用する。このようにして起動した後は、電極パッド115,116にパルス電圧を印加することにより、共振振動によりミラー基板101を振れ角を増大させ往復振動させることができる。
【００４４】
このときの共振周波数は前述したようにミラー基板101の慣性モーメントとねじり梁102,103の剛性（すなわち、それぞれの材料、形状）によって決まってくる。したがって、加工精度によっては目標とする共振周波数が得られない場合があり、その調整か必要になる。また、環境温度の変化や経時的な変化によっても共振周波数調整が必要となる。
【００４５】
この共振周波数の調整は、電極パッド207a,208aのペア及び電極パッド207b,208bのペアと、電極パッド117との間の印加電圧を調整し、ねじり梁102,103に対する動き抑制部材203a,204a及び203b,204bによる押圧（挟圧）範囲を調整することによって行われることは前述した通りである。なお、共振周波数調整用の電圧を常に印加し、その電圧値を所定の基準値から増減するならば、基準値の電圧を印加した時の共振周波数を基準として、共振周波数を高い側へも低い側へも調整することができる。
【００４６】
共振周波数調整のための電圧の制御は、図示しないが、例えば次のようにして行うことができる。電極パッド115,116に所定の周波数の駆動パルスを印加し、ミラー基板101を往復振動させながら、ミラー面130により反射された光ビームを光検出器で検知することにより、ミラー基板101の振れ角を検出する。そして、その振れ角が最大値（もしくは所定値）となるように電圧を増減させることにより、所定の共振周波数に調整することができる。勿論、ねじり梁102,103の歪みを歪み検出素子によって検出し、検出された歪み量が最大となるように電圧を増減させる方法などを採用してもよい。いずれの方法であっても、偏向ミラーを例えば光書込装置などに実装した状態において、振れ角に応じて共振周波数調整用電圧をフィードバック制御することにより、環境温度の変化などの影響による振れ角の変化にも対応することができる。
【００４７】
次に、本実施例に係る偏向ミラーの製造方法の一例について説明する。図３は、その製造工程を説明するための概略断面図である。
【００４８】
工程ａ：  板厚525μmの２枚の単結晶シリコン基板301,302を厚さ5000Åの熱酸化膜303を介して直接接合し、この接合体（シリコンウェハと呼ぶことがある）の一方のシリコン基板301を板厚300μmまで、他方のシリコン基板302を板厚100μmまでそれぞれ研削、研磨する。シリコン基板301は下部枠体106の形成に用いられ、シリコン基板302は上部枠体104、ねじり梁102,103、ミラー基板101などの形成のためのデバイス基板として用いられる。ここで、シリコン基板302は基板自体を電極として用いることから、抵抗率0.1Ωcm以下の低抵抗基板を用いる。直接接合は一方の基板を熱酸化したあと、２枚のシリコン基板のミラー面研磨された接合面を十分に洗浄し、清浄かつ減圧雰囲気中で接触させ５００℃の温度で仮接合し、その後１１００℃の熱処理をすることにより本接合した。仮接合を減圧中で行なうのは、接合面のボイドの発生を抑えるためである。
【００４９】
工程ｂ：  シリコンウェハの両面にLP-CVD法により厚さ3000ÅのSiN膜304を形成し、シリコン基板301側のSiN膜304をレジストマスクでエッチング除去し、下部枠体104の形成のためのSiN膜マスクパターンを形成する。
【００５０】
工程ｃ：  パターニングされたSiN膜304をエッチングマスクとして、30wt%のKOH溶液を用い、シリコン基板301を接合面の熱酸化膜303に到達するまで異方性エッチングし、下部枠体106を形成する。シリコン基板としては（100）基板を使用しているため、下部枠体の内側は54.7°の（111）面からなる傾斜面で形成される。傾斜面の底辺の位置は、後に形成する固定電極にかからないように、その外側に形成される。
【００５１】
工程ｄ：  SiN膜304を熱りん酸により全面エッチング除去し、続いて厚さ1μmの熱酸化膜305をシリコン基板表面に形成する。
【００５２】
工程ｅ：  デバイス基板としてのシリコン基板302側に形成された酸化膜305をレジストマスクでCF4エッチングガスによりドライエッチングし、ミラー基板101、ねじり梁102,103、動き抑制部材203a,203b,204a,204b、上部枠体103の形状にパターニングする。レジストマスク形成時には、デバイスの位置が下部枠体の位置に整合するように両面アライメント装置を用いる。
【００５３】
工程ｆ：  パターニングされた酸化膜305をマスクとして、デバイス基板であるシリコン基板302を、SF6エッチングガスによる高密度プラズマエッチングにより接合面の酸化膜303に達するまで貫通エッチングする。この際、ミラー基板101のねじり梁102,103が結合されていない端部に、櫛歯形状の可動電極107,108が形成される。界面の酸化膜303はシリコンに対して大きなエッチング選択比を持っているため、酸化膜303に達したときにエッチングは停止する。このエッチングにより貫通分離されたミラー基板101は、ねじり梁102,103と酸化膜303により支持された状態になっている。
【００５４】
工程ｇ：  以上の工程後のシリコンウェハ全体をBHFウエットエッチング液にいれることにより、ミラー基板101を支持していた酸化膜303を除去する。かくして、ミラー基板101はねじり梁102,103のみで支持された状態になる。
【００５５】
工程ｈ：  動作時のショート防止のため、各電極及び動き抑制部材を含む基板全面に厚さ1μmの熱酸化膜306を形成する。
【００５６】
工程ｉ：  上部枠体104の各電極パッドの形成部位の酸化膜306をマスクエッチングにより除去する。
【００５７】
工程ｊ：  上記工程で酸化膜が除去されシリコン基板表面が露出された部分に、各電極パッドとしての金属薄膜309をメタルマスクを用いてスパッタ成膜し、続いてミラー面130としての金属薄膜309を同じくメタルマスクを用いてスパッタ成膜する。
【００５８】
なお、以上はあくまで一例であって、製造方法は適宜変更可能である。
【００５９】
以下、他の実施例について説明するが、以下の各実施例に係る偏向ミラーの全体的構成は前記実施例１に係る偏向ミラーと同様であり、動き抑制部材に関連した構成が一部相違するのみである。よって、その相違点のみ図２（ａ）に対応する図面（図４乃至図８）を用い説明する。なお、その他の部分に関する説明には図１を援用する。
【実施例２】
【００６０】
図４は、本実施例に係る偏向ミラーの動き抑制部材203a,203bとそれに関連した構成を説明するための部分拡大図である。
【００６１】
本実施例においては、図示のように、動き抑制部材203a,204aの基部（上部枠体104との結合部）は、その外側に切り欠き401a,402aが形成されることにより、他の部分に比べ幅が狭くなっているため、動き抑制部材203a,204aは前記実施例１のものに比べ、ねじり梁102側への変形に必要な力が小さい。したがって、ねじり梁102を動き抑制部材203a,204aによって所望の範囲挟圧させるために電極パッド209a,210aと電極パッド117の間に印加する電圧を、前記実施例１の場合より低くすることができる。
【００６２】
ねじり梁103に対する動き抑制部材203b,204bに関する構成も同様である。
【実施例３】
【００６３】
図５は、本実施例に係る偏向ミラーの動き抑制部材203a,204aとそれに関連した構成を説明するための部分拡大図である。
【００６４】
本実施例においては、図示のように、動き抑制部材203a,204aの基部（上部枠体104との結合部）は、その内側に切り欠き501a,502aが形成されることにより、他の部分に比べ幅が狭くなっているため、動き抑制部材203a,204aは前記実施例１のものに比べ、ねじり梁102側への変形に必要な力が小さい。したがって、動き抑制部材203a,204aを変形させてねじり梁102を挟み付けさせるために必要な電圧を前記実施例１のものに比べ低くすることができる。また、切り欠き501a,502aが動き抑制部材203a,204aの内側（ねじり梁102と対向する側）に形成されるため、動き抑制部材203a,204aを上部枠体104に直角に結合することができるため、前記実施例２のように斜めに結合する構造に比べ、その結合部における応力集中が少なく信頼性が向上する。また、動き抑制部材203a,204aの上部枠体104との結合部と、ねじり梁102の上部枠体104との結合部との間に空間が確保されるため、ねじり梁102の結合部分における応力集中が減少し信頼性が向上する。
【００６５】
ねじり梁103に対する動き抑制部材203b,204bに関する構成も同様である。
【実施例４】
【００６６】
図６は、本実施例に係る偏向ミラーの動き抑制部材203a,204aとそれに関連した構成を説明するための部分拡大図である。
【００６７】
本実施例においては、図示のように、動き抑制部材203a,204aは、その基部（上部枠体104との結合部）の外側に切り欠き601a,602aが形成され、また、略全長にわたって外側に複数の切り欠き603a,604aが等間隔に形成され、全体として櫛歯状の形状とされている。このような構造の動き抑制部材203a,204aは、前記実施例２，３のものに比べても基板面内方向に柔軟で変形しやすく、その変形に必要な電圧をさらに低くすることができる。
【００６８】
ねじり梁103に対する動き抑制部材203b,204bに関する構成も同様である。
【実施例５】
【００６９】
図７は、本実施例に係る偏向ミラーの動き抑制部材203a,204aとそれに関連した構成を説明するための部分拡大図である。
【００７０】
本実施例においては、図示のように、動き抑制部材203a,204aはそれぞれ、切り欠き部701a,702aにより、ねじり梁102の上部枠体104との結合部に近い領域に対向する部分203a_1,204a_1と、それ以外の領域に対向する部分203a_2,204a_2に分割されている。そして、分割された各部分の変形を独立に制御可能とするため、電圧を印加するための電極パッドも分割されている。すなわち、上部枠体104のスリット111,207aにより絶縁分離された領域は、部分203a_1,203a_2とのみそれぞれ電気的に導通する２つの領域にスリット709aにより絶縁分離され、それぞれの領域に部分203a_1のための電極パッド209a_1と部分203a_2のための電極パッド209a_2が形成されている。同様に、上部枠体104のスリット114,208aにより絶縁分離された領域は、部分204a_1,204a_2とのみそれぞれ電気的に導通する２つの領域にスリット710aにより絶縁分離され、それぞれの領域に部分204a_1のための電極パッド210a_1と部分204a_2のための電極パッド210a_2が形成されている。これらの電極パッドの形成方法は他の電極パッドと同様である。
【００７１】
このような分割構造の動き抑制部材203a,204aは、電極パッド209a_1,210a_1と電極パッド117の間に電圧を印加することにより、部分201a_1,204a_1のみを変形させて、ねじり梁102の上部枠体104との結合部に近い領域を押圧（挟圧）させることができ、電圧を上げるに従い押圧範囲を上部枠体104との結合部より徐々に拡大することができる。同様に、電極パッド209a_2,210a_2と電極パッド117の間に電圧を印加することにより、動き抑制部材203a,204aの分割された部分201a_2,204a_2を変形させて、ねじり梁102の対応した領域を押圧（挟圧）させることができ、電圧を上げるに従い押圧範囲をミラー基板101との結合部へ向かって徐々に拡大することができる。なお、動き抑制部材203a,204aの各分割部分は、上部枠体104との結合部の幅が小さくなっているため、低い電圧で容易に変形させることができる。
【００７２】
このように動き抑制部材203a,204aを分割構造にすると、共振周波数の可変範囲を２段階に分離して設定できるため、デバイス設計の自由度が広がる利点がある。
【００７３】
他方のねじり梁103のための動き抑制部材203b,204bに関する構成も同様である。
【実施例６】
【００７４】
図８は、本実施例に係る偏向ミラーの動き抑制部材203a,204aとそれに関連した構成を説明するための部分拡大図である。
【００７５】
本実施例においては、図示のように、動き抑制部材203a,204aは、基板面内方向への変形が容易な断面積が小さいｎ字状の連結部801a,802aを介して、上部枠部104の固定電極109,110に近い部位に結合されている。これに伴い、絶縁分離用スリットも該結合部位と固定電極109,110の間の位置に移動している。かかる構成の動き抑制部材203a,204aは、ねじり梁102との間の静電引力により全体としてねじり梁102側へ変位し、前記各実施例と同様の作用をする。また、動き抑制部材203a,204aとねじり梁102の上部枠体104との結合部が異なっているため、その結合部、特にねじり梁102の結合部分における応力集中を減らすことができる。
【実施例７】
【００７６】
本発明に係る偏向ミラーは、ミラー基板の振動空間を減圧状態に封止して粘性抵抗を減少させると、駆動電圧をさらに低電圧化し、また塵芥等の侵入を阻止し信頼性を向上させることができる。そのための封止手段は基本的に任意のものを使用可能であるが、その一例を図９により説明する。
【００７７】
ここに示す例では、前述したような偏向ミラー906の全体を、カバー903とベース905からなる減圧容器に、内部を減圧した状態で収容される。カバー903は、偏向ミラー906のミラー基板901により偏向された光ビームを外部へ透過させるための透過部902を有する。ベース905には、偏向ミラー906の各電極パッドと結線される端子904が内外に貫通して設けられている。減圧容器の内部には、光源となるLDチップ907と、LDチップ907より出射されるレーザ光ビームを偏向ミラー906のミラー基板901との間で複数回反射させるミラー908も設けられる。この複数回反射の最後の反射光ビームが透過部904より外部へ出射される。
【００７８】
以上に説明した本発明に係る偏向ミラーは、写真印刷方式のプリンタや複写機などの画像形成装置のための光書込装置の光偏向手段として最適である。次に、そのような画像形成装置及び光書込装置に関する実施の形態を説明する。
【実施例８】
【００７９】
図１０は、本発明に係る画像形成装置及び光書込装置の一例を説明するための概略構成図である。
【００８０】
図１０において、1001は光書込装置、1002は光書込装置1001の被走査面（像担持体）を提供する感光体ドラムである。
【００８１】
光書込装置1001は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームで感光体ドラム1002の表面（被走査面）を同ドラムの軸方向に走査するものである。感光体ドラム1002は、矢印1003方向に回転駆動され、帯電部1004で帯電された表面に光書込装置1001により光走査されることによって静電潜像を形成される。この静電潜像は現像部1005でトナー像に顕像化され、このトナー像は転写部1006で記録紙1007に転写される。転写されたトナー像は定着部1008によって記録紙1007に定着される。感光体ドラム1002の転写部1006を通過した表面部分はクリーニング部1009で残留トナーを除去される。なお、感光体ドラム1002に代えてベルト状の感光体を用いる構成も可能であることは明らかである。また、トナー像を中間転写媒体に一旦転写し、この中間転写媒体から記録紙へトナー像を転写して定着させる構成とすることも可能である。
【００８２】
光書込装置1001は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームを発する光源部1020と、本発明に係る偏向ミラー1021と、この偏向ミラー1021のミラー基板のミラー面に光源部1020からのレーザビームを結像させるための結像光学系1022と、ミラー面で反射された１本又は複数本のレーザビームを感光体ドラム1002の表面（被走査面）に結像させるための走査光学系1023から構成される。偏向ミラー1021は、その駆動のための集積回路1024とともに回路基板1025に実装された形で光書込装置1001に組み込まれる。
【００８３】
本発明に係る偏向ミラー1021は、共振周波数を調整可能であり、所定の共振周波数で安定した振れ角でミラー基板を往復振動させることができる。したがって、光書込装置1001は安定した光書込み可能であり、また、光書込装置1001を用いた画像形成装置は品質の安定した画像形成が可能である。また、偏向ミラー1021は、回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、光書込装置1001及び画像形成装置の省電力化に有利である。偏向ミラー1021のミラー基板の振動時の風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、光書込装置1001及び画像形成装置の静粛性の改善に有利である。偏向ミラー1021は回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また、偏向ミラー1021の発熱量もわずかであるため、光書込装置1001及び画像形成装置の小型化に有利である。
【００８４】
図１０においては、記録紙1007の搬送機構、感光体ドラム1002の駆動機構、現像部1005、転写部1006などの制御手段、光源部1020の駆動系などは、従来の画像形成装置と同様でよいため省略されている。
【００８５】
なお、本発明に係る偏向ミラーは、バーコードリーダなどの読み取り走査系にも利用可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施例に係る偏向ミラーを説明するための概略平面図及び概略断面図である。
【図２】ねじり梁に対する動き抑制部材を説明するための部分拡大図である。
【図３】本発明に係る偏向ミラーの製造方法の一例を説明するための工程説明図である。
【図４】本発明の他の実施例に係る偏向ミラーの動き抑制部材に関連した構成を説明するための部分拡大図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る偏向ミラーの動き抑制部材に関連した構成を説明するための部分拡大図である。
【図６】本発明の他の実施例に係る偏向ミラーの動き抑制部材に関連した構成を説明するための部分拡大図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る偏向ミラーの動き抑制部材に関連した構成を説明するための部分拡大図である。
【図８】本発明の他の実施例に係る偏向ミラーの動き抑制部材に関連した構成を説明するための部分拡大図である。
【図９】本発明に係る偏向ミラーの封止手段の例を説明するための分解斜視図である。
【図１０】本発明に係る画像形成装置及び光書込装置の実施の形態を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
【００８７】
101  ミラー基板
102,103  ねじり梁
104  上部枠体
106  下部枠体
107,108  可動電極
109,110  固定電極
203a,204a  ねじり梁102に対する動き抑制部材
203b,204b  ねじり梁103に対する動き抑制部材
【図１】
2005266567.tif 000003
【図２】
2005266567.tif 000004
【図３】
2005266567.tif 000005
【図４】
2005266567.tif 000006
【図５】
2005266567.tif 000007
【図６】
2005266567.tif 000008
【図７】
2005266567.tif 000009
【図８】
2005266567.tif 000010
【図９】
2005266567.tif 000011
【図１０】
2005266567.tif 000012