(57)【要約】【課題】  ミラーの平坦性を維持する。【解決手段】  ミラーを支持する基板と基板を支持する基台とを永久磁石と磁性体薄膜とで吸着固定する。【選択図】  図１
2005250133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラーと、
前記ミラーを弾性支持するトーションバーと、
前記トーションバーと結合していることで前記ミラーを支持する基板と、
前記基板を載置する基台とを有し、
前記ミラーは前記基台上で揺動する光偏向器において、
前記基板と前記基台は永久磁石と前記基板側の磁性体薄膜とが吸着しあうことで固定されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
前記ミラーは電磁駆動、静電駆動、圧電駆動の少なくともいずれか一つで前記揺動することを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】
光源と
該光源を変調する光源変調手段と、
請求項１に記載の光偏光器と、
前記光源変調手段と前記光偏光器を制御する制御手段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、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を利用して作成される光偏向器に関するものである。また、この光偏向器を使用した画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を利用した光偏向器の開発が進んでいる。図６、７は、特許文献１に開示された光偏向器を説明する図である。
【０００３】
以下、特許文献１に開示された光偏向器を、図６及び図７に基づいて説明する。光偏向器１００１は、半導体基板であるシリコン基板１００２の上下面に、それぞれ例えばホウケイ酸ガラス等からなる上側及び下側絶縁基板としての平板状の上側及び下側ガラス基板１００３，１００４を陽極接合した３層構造となっている。前記上側ガラス基板１００３は、後述する可動板１００５上方部分を開放するようシリコン基板１００２の図６の左右端に積層されている。
【０００４】
前記シリコン基板１００２には、平板状の可動板１００５と、この可動板１００５の中心位置でシリコン基板１００２に対して基板上下方向に揺動可能に可動板１００５を軸支するトーションバー１００６とが半導体製造プロセスにおける異方性エッチングによって一体形成されている。従って、可動板１００５及びトーションバー１００６もシリコン基板１００２と同一材料からなっている。前記可動板１００５の上面周縁部には、可動板１００５駆動用の駆動電流を流すための銅薄膜からなる平面コイル１００７が、絶縁被膜で覆われて設けられている。
【０００５】
また、可動板１００５の平面コイル１００７で囲まれる上面中央部には、反射鏡としての全反射ミラー１００８がアルミニウム蒸着により形成されている。更に、シリコン基板１００２のトーションバー１００６の側方上面には、平面コイル１００７とトーションバー６の部分を介して電気的に接続する一対の電極端子１００９が設けられており、この電極端子１００９は、シリコン基板１００２上に電鋳コイル法により平面コイル１００７と同時形成される。
【０００６】
上側及び下側ガラス基板１００３，１００４の図中左右側には、前記トーションバー１００６の軸方向と平行な可動板１００５の対辺の平面コイル１００７部分に磁界を作用させる互いに対をなす円形状の永久磁石１０１０Ａ，１０１０Ｂと１０１１Ａ，１０１１Ｂが設けられている。上下の互いに対をなす各３個づつの永久磁石１０１０Ａ，１０１０Ｂは、上下の極性が同じとなるよう、例えば図２に示すように、下側がＮ極、上側がＳ極となるよう設けられる。また、他方の各３個づつの永久磁石１０１１Ａ，１０１１Ｂも、上下の極性が同じとなるよう、例えば図２に示すように、下側がＳ極、上側がＮ極となるよう設けられている。そして、上側ガラス基板１００３側の永久磁石１０１０Ａと１０１１Ａ及び下側ガラス基板１００４側の永久磁石１０１０Ｂと１０１１Ｂは、図２からも判るように、互いに上下の極性が反対となるように設けられる。
【０００７】
次に、本光偏向器の動作について説明する。例えば、一方の電極端子１００９を＋極、他方の電極端子１００９を−極として平面コイル１００７に電流を流す。可動板１００５の両側では、永久磁石１０１０Ａと１０１０Ｂ、永久磁石１０１１Ａと１０１１Ｂによって、可動板１００５の平面に沿って平面コイル１００７を横切るような方向に磁界が形成されており、この磁界中の平面コイル１００７に電流が流れると、平面コイル７の電流密度と磁束密度に応じて平面コイル１００７、言い換えれば可動板１００５の両端に、電流・磁束密度・力のフレミングの左手の法則に従った方向に磁気力Ｆが作用する。
【０００８】
この磁気力Ｆは、平面コイル１００７に流れる電流密度をｉ、上下の永久磁石による磁束密度をＢとすると、下記の（１）式で求められる。
【０００９】
Ｆ＝ｉ×Ｂ        ・・・    （１）
一方、可動板１００５が回動することによりトーションバー１００６が捩じられ、ばね反力Ｆ′が発生する。
【００１０】
そして、前記磁気力Ｆとばね反力Ｆ′が釣り合う位置まで可動板１００５が回動する。従って、平面コイル１００７に流す電流を制御することにより、可動板１００５の変位角φを制御することができるので、例えば、トーションバー１００６の軸に対して垂直な面内において全反射ミラー１００８に入射するレーザ光の反射方向を自由に制御でき、全反射ミラー１００８を反復動作させて連続的にその変位角を変化させれば、レーザ光のスキャニングができる。
【特許文献１】特開平０７−２１８８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の光偏向器の場合次のような課題があることに本発明者は気づいた。即ち上記光偏向器はシリコン基板１００２とガラス基板１００３、１００４とが互いに陽極接合していることで反射面の平面度を保つことが難しいということである。
【００１２】
可動板つきの基板（この場合シリコン基板１００２）を基台（この場合ガラス基板１００３、１００４の少なくともいずれか）に陽極接合させると接合時に高温で接合することになる。
【００１３】
特にシリコンで作られるミラー（可動板）やトーションバーを他種部材に接合すると接合後室温まで温度が低下するのでその際の温度差により熱応力が生じてしまう。
【００１４】
その結果接合部における応力が可動板に作用し、可動板の平面度が保てなくなくなる。
【００１５】
ところで本発明者は陽極接合以外の接合方法として接着剤による接合を想定してみた。しかしながら接着剤による接合は陽極接合ほど応力は生じないものの、応力を可動板に伝えない工夫はされておらず、また接着剤の収縮による応力でさえわずかのひずみを可動板に伝えてしまい高精度の平面性を保つという点でまだ改善の余地が残されている。
【００１６】
また接着剤による接合だと一度接合してしまうと分離が容易ではない。
【００１７】
特にレーザー走査型ディスプレイの応用としてこの光偏向器を考えると、そのミラー部の平面性の保証は非常に高いレベルで求められる。
【００１８】
更に接合時のことだけでなく、実使用環境において可動板周辺が（例えば駆動による発熱により）高温下にさらされる場合があるので、その都度接合部から生じる応力が可動板へ伝わることを防ぐ必要がある。
【００１９】
本発明はミラーを保持する基板とそれを固定する基台との間で生じる応力がミラーに伝わることを防ぐ光偏向器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】
【００２０】
よって本発明は、
ミラーと、
前記ミラーを弾性支持するトーションバーと、
前記トーションバーと結合していることで前記ミラーを支持する基板と、
前記基板を載置する基台とを有し、
前記ミラーは前記基台上で揺動する光偏向器において、
前記基板と前記基台は永久磁石と前記基板側の磁性体薄膜とが吸着しあうことで固定されていることを特徴とする光偏向器を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により基板と基台との間で生じる応力をミラーに伝えることを防ぐことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の光偏向器にはミラーを支持する基板と基板を支持する基台とを固定する際に永久磁石と磁性体薄膜が用いられている。
【００２３】
より具体的には基板側に磁性体薄膜を設けておき、基台に永久磁石を設けておき、これら磁性体薄膜と永久磁石とを吸着させることで基板と基台とを固定する。
【００２４】
基台側に接着固定された永久磁石と、基板に設けられている磁性体薄膜との間には吸着力Ｎが働く。
【００２５】
本実施形態では基板と基台とはそれぞれ線膨張係数が異なるものを用いるがその場合温度変化が生じると吸着部（磁性体薄膜と永久磁石の接触部）には基板面内方向に力Ｆが働くことになる。この力Ｆが、最大静止摩擦力μＮ（μ：静止摩擦係数）を超えると、吸着部には水平方向の力が緩和する方向に滑りが生じる。
【００２６】
本実施形態では磁性体薄膜と永久磁石との吸着部はこの最大静止摩擦力を超えた力が発生すると磁性体薄膜と永久磁石とが相対的に滑るように設計されている。
【００２７】
そのため使用中に大きな温度変化が生じてもその力によりミラーの平面性が損なわれる（たわんでしまう）ことを防ぐことが出来る。
【００２８】
また基板と基台とを容易に取り替えることも必要であれば出来る。
【００２９】
本実施形態に係る光偏向器の基板はシリコン基板でもよい。その場合基台はシリコン結晶基板以外の例えばガラス基板や樹脂基板等でもよい。
【００３０】
基板にはミラーが設けられている。ミラーと基板との間には弾性的にミラーを支持するトーションバーが設けられている。トーションバーはミラーと基板に接続している。トーションバーはミラーが揺動する際にミラーを支える。ミラーは可動板ということが出来る。可動板面に別部材のミラーを配置した構成を本実施形態ではミラーと呼んでもよいし、あるいは可動板面そのものがミラーである構成のものをミラーと呼んでもよい。
【００３１】
ミラーとトーションバーと基板は接合面無しの一体成形型であることが強度上好ましい。一体成形型としてはシリコン基板をホトリソグラフィ等の微細加工技術を用いて得られるものが好ましい。ミラーと基板とは直接接しなく離間しているが、この離間領域を作成するにあたり、エッチング等の技術を用いて離間領域を形成することが好ましい。
【００３２】
本実施形態に係る光偏向器は、基板は基台に支持されるが両者は離間して配置されている。離間領域を形成するために永久磁石と磁性体薄膜とを設けている。
【００３３】
ミラーはこの離間領域があるために揺動時に基台にぶつかることは無い。
【００３４】
永久磁石は基台側に配置されており、磁性体薄膜は基板に配置されており、その状態で両者が吸着している構成が好ましい。永久磁石は基台に接着剤等で配置されていればよいが、基板と接する磁性体薄膜は基板に接するために接着剤を用いない構成が好ましい。磁性体薄膜は基板上で成膜（より具体的には真空成膜）された薄膜であることが好ましい。
【００３５】
このように本実施形態では基板と基台とを吸着させるために永久磁石と磁性体薄膜とを用いることで接着剤を用いなくてすむ。
【００３６】
本実施形態に係る光偏向器は電磁駆動、静電駆動、あるいは圧電駆動の少なくともいずれかひとつの駆動方式でミラーを揺動させてもよい。
【００３７】
それぞれの駆動で使用する磁石や電極やコイル等といった手段は適宜その数、その位置を決めればよい。配置位置は基板側（特にミラー反対面）基台側のそれぞれに配置してもよいしいずれか一方に配置してもよい。
【００３８】
また本実施形態に係る光偏向器はミラー面の面積が数ｍｍ２程度の微細なミラーであるが、更にそれよりも微細であってもよい。
以下更に詳述する。
【実施例１】
【００３９】
図１は、実施例１の電磁駆動型光偏向器の分解図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’における断面図である。基板である固定枠１０１の内側には、可動ミラー１０３がトーションバー１０２Ａ、Ｂで弾性的に支持されている。これらはシリコン基板をエッチングすることによって一体に作成される。可動ミラー１０３の一面には、アルミニウムが蒸着され反射面を形成している。また、反射面と逆側には棒磁石１０４が接着されている。本発明の特徴である磁性体薄膜１０５Ａ、Ｂは、固定枠１０１の可動ミラー１０３の反射面とは逆側に、メッキ処理により成膜される。材質は、ニッケルやニッケルと鉄の合金等、透磁率が高く飽和磁束密度の大きなものが望ましい。
【００４０】
基台である固定台１１１の上には、コイル基板１１２と、本発明の特徴である永久磁石１１５Ａ，Ｂが接着されている。永久磁石１１５Ａ、Ｂは、図１に示すように、基板に平行な向きに磁化されている。コイル基板１１２の上には、フォトリソグラフィ技術でコイル１１３がパターンニングされており、コイルの両端は、取り出し電極１１４Ａ、Ｂに接続されている。
【００４１】
本実施例の光偏向器は、磁性体薄膜１０５Ａ、Ｂと永久磁石１１５Ａ、Ｂが磁力で吸着することで組み立てられる。
【００４２】
取り出し電極１１４Ａ、Ｂからコイル１１３に電流を流すと、コイル基板１１２に対して垂直な向きに磁界が生じる。この磁界により、棒磁石１０４に対して磁界に比例したトルクが生じ、トーションバー１０２Ａ、Ｂで弾性的に支持されている可動ミラー１０３を偏向させることができる。また、コイル１１３に電流を流す交流電流の周波数を可動ミラー１０３の共振周波数と一致させると、少ない消費電力で大きな変位角を得ることができる。
【００４３】
本実施例の光偏向器においては、シリコン部材を固定するために接着剤を使用していないので、可動ミラーが初期状態で歪むことがない。また、温度変化が生じたときに、接合部に滑りが生じて熱膨張差を吸収するので、ミラーに大きな歪みが生じない。また、シリコン部材が破損したときに、容易に交換することができる。
【実施例２】
【００４４】
図３は、実施例２の静電駆動型光偏向器の分解図であり、図４は、図３のＢ−Ｂ’における断面図である。基板である固定枠２０１の内側には、可動ミラー２０３がトーションバー２０２Ａ、Ｂで弾性的に支持されている。これらはシリコン基板をエッチングすることによって作成される。本発明の特徴である磁性体薄膜２０５Ａ、Ｂは、固定枠２０１の可動ミラー２０３の反射面とは同じ側に、メッキ処理により成膜される。材質は、ニッケルやニッケルと鉄の合金等、透磁率が高く飽和磁束密度の大きなものが望ましい。
【００４５】
ミラー固定部材２０８には、可動ミラー用の窓２０９があり、本発明の特徴である永久磁石２１５Ａ，Ｂが接着されている。永久磁石２１５Ａ，Ｂは、図３に示すように、基板に平行な向きに磁化されている。固定台２１１の上には、電極基板２１２が接着されている。電極基板２１２の上には、フォトリソグラフィ技術で駆動電極２１３Ａ、Ｂがパターンニングされており、それぞれは、取り出し電極２１４Ａ、Ｂに接続されている。
【００４６】
本実施例の光偏向器は、磁性体薄膜２０５Ａ、Ｂと永久磁石２１５Ａ、Ｂが磁力で吸着することで組み立てられる。また、基台であるミラー固定部材２０８と固定台２１１は、接着剤によって結合される。
【００４７】
取り出し電極２１４Ａ、Ｂの電位を可動ミラー２０３に対して変化させると、駆動電極２１３Ａ、Ｂ間の電位が変化し、取り出し電極２１４Ａ、Ｂの電位に応じて可動ミラー２０３の間に静電引力が作用する。この静電引力により、可動ミラー２０３に対してトルクが生じ、トーションバー２０２Ａ、Ｂで弾性的に支持されている可動ミラー２０３を偏向させることができる。また、取り出し電極２１４Ａ、Ｂに印加する交流電圧の周波数を可動ミラー２０３の共振周波数と一致させると、少ない消費電力で大きな変位角を得ることができる。
【００４８】
本実施例の光偏向器においては、シリコン部材を固定するために接着剤を使用していないので、可動ミラーが初期状態で歪むことがない。また、温度変化が生じたときに、接合部に滑りが生じて熱膨張差を吸収するので、ミラーに大きな歪みが生じない。
【００４９】
ミラーの駆動方式に関しては、これら実施例で示した以外にも、圧電効果や形状記憶効果等、一般的に光偏向器に用いられる全ての方法が利用できることは言うまでもない。
【実施例３】
【００５０】
図５は、本発明の光走査型ディスプレイ（画像形成装置）を説明するための概略図である。レーザー光源３０３から射出されたレーザー光３１０は、本発明の光偏向器３０１で水平方向に走査され、次に別の光偏向器３０２で垂直方向に走査され、スクリーン３２０上に画像を形成する。光偏向器３０１、３０２とレーザー光源３０３は、制御手段３０４から制御される。光偏向器３０１は実施の形態および実施例に記載されたいずれかの光偏向器が用いられている。
【００５１】
本実施例においてスクリーンは本実施例の光走査ディスプレイに備え付けられているものであってもよいし別体でもよい。あるいは被投影面であれば室内の壁でもよい。
【００５２】
本発明の光偏向器を用いることで、本発明の光走査型ディスプレイは、温度変化が生じても画像の劣化が起こりにくい光走査型ディスプレイを提供することができる。また、シリコンで作成した部位が破損しても、容易に交換することができる。
【実施例４】
【００５３】
本実施例に係る光偏向器は電子写真方式の画像形成装置に設けられていることを特徴とする。それ以外は実施例３に記載の光偏向器３０１と同じである。光源から出射される光を光偏向器により偏向走査し、感光体ドラム表面に偏向光を照射し潜像を得る。得られた潜像から紙への画像を形成させる。この構成は特に複写機やレーザービームプリンタに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１の電磁駆動型光偏向器を説明する分解図である。
【図２】実施例１の電磁駆動型光偏向器を説明する断面図である。
【図３】実施例１の静電駆動型光偏向器を説明する分解図である。
【図４】実施例１の静電駆動型光偏向器を説明する断面図である。
【図５】実施例３の光走査型ディスプレイを説明する図である。
【図６】一般の光偏向器を説明する上面図である。
【図７】一般の光偏向器を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０１、２０１  固定枠
１０２Ａ、Ｂ、２０２Ａ、Ｂ  トーションバー
１０３、２０３  可動ミラー
１０４  棒磁石
１０５Ａ、Ｂ、２０５Ａ、Ｂ  磁性体薄膜
１１１、２１１  固定台
１１２  コイル基板
１１３  コイル
１１４Ａ、Ｂ、２１４Ａ、Ｂ  取り出し電極
１１５Ａ，Ｂ、２１５Ａ，Ｂ  永久磁石
２０８  ミラー固定部材
２１２  電極基板
２１３  駆動電極
３０１、３０２  光偏向器
３０３  レーザー光源
３０４  制御手段
３１０  レーザー光
３２０  スクリーン
【図１】
2005250133.tif 000003
【図２】
2005250133.tif 000004
【図３】
2005250133.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005250133.tif 000007
【図６】
2005250133.tif 000008
【図７】
2005250133.tif 000009