(57)【要約】【課題】  静電駆動型マイクロミラースキャナーを用いた画像描画装置を構成して多様なスキャニング動作を実施するため、マイクロミラーの揺動を制御してかかるスキャニング動作を実施する際、その静電力を確実に制御でき且つ所要動作を効率よく実施できる構成の提供。【解決手段】  静電駆動用の電極間に電圧を印加する際、目的の揺動動作に応じて、所要パターンに変形させた電圧波形を印加することで、ミラーの揺動速度、揺動パターンを容易に設定でき、その停止、加速、方向変換などの揺動運動を制御することが可能となる。【選択図】        図1
2005173159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板にサスペンションビームで揺動可能に支持するミラーを形成した静電駆動型マイクロミラースキャナーに対して、該ミラーを揺動駆動するために静電駆動用の電極間に電圧を印加する際、その印加する電圧波形を所要パターンに変形するか又は所要パターンを選択して印加し、当該ミラーの揺動運動を制御するマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項２】
半導体基板にサスペンションビームで揺動可能に支持するミラーを形成した静電駆動型マイクロミラースキャナーに対して、該ミラーを揺動駆動するために静電駆動用の電極間に電圧を印加する際、その印加する電圧波形を所要パターンに変形するか又は所要パターンを選択して印加し、且つ当該デバイス温度又はその近傍温度に応じて前記揺動運動を補正するための所要パターンの電圧波形をさらに印加し、当該ミラーの揺動運動を制御するマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項３】
基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、該グルーブ内に静電駆動用電極を配置したマイクロミラースキャナーである請求項1又は請求項2に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項４】
基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、さらにこれらマイクロミラーとサスペンションビームの外周部にグルーブを配置して第2のサスペンションビームを形成し、且つ各グルーブ内に静電駆動用電極を配置し、マイクロミラーが同軸で2つの異なる静電駆動源を有するマイクロミラースキャナーである請求項1又は請求項2に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項５】
基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、さらにこれらマイクロミラーとサスペンションビームの外周部にグルーブを配置して第2のサスペンションビームを形成し、且つ各グルーブ内に静電駆動用電極を配置し、マイクロミラーが直交2軸で2つの異なる静電駆動源を有するマイクロミラースキャナーである請求項1又は請求項2に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項６】
グルーブ内に配置される静電駆動用電極が、サスペンションビームに沿って配置される構成のマイクロミラースキャナーである請求項3から請求項5のいずれかに記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項７】
マイクロミラーを設けた基板に他基板を積層配置してミラーの非反射面側に平面電極を対向配置したマイクロミラースキャナーである請求項3から請求項6のいずれかに記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項８】
マイクロミラーとサスペンションビーム、グルーブ、静電駆動用電極が成膜又はエッチングあるいはその両方のマイクロマシニング技術で形成されたマイクロミラースキャナーである請求項3から請求項7のいずれかに記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項９】
該ミラーに入光又は反射したレーザー光を一部取り出しモニターして揺動動作を制御する方法が付加される請求項1又は請求項2に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項１０】
ミラーの揺動スキャニング動作が一方向であり、電圧波形が矩形波又は正弦波で、リターン電圧を上げスキャン有効時間を増加させる請求項1又は請求項2に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項１１】
ミラーの揺動スキャニング動作が一方向であり、電圧波形が階段状の矩形波又は正弦波で、有効スキャンが終了後にリターン電圧を上げて停止、方向変換、再加速させる請求項1又は請求項2に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項１２】
スキャニング動作が一方向であり、電圧波形がパルス状の矩形波又は正弦波で、有効スキャンの中間部の電圧を下げてスキャン速度を下げ、スキャン速度を一定に保持する請求項1又は請求項2に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項１３】
入光及び反射出光するレーザー光が複数光のレーザーである請求項1又は請求項2に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項１４】
入光するレーザー光が異波長光の合成光レーザーであり、ミラーに回折格子を用いるか、反射光路に回折格子を用いて、複数光のレーザーを反射出光する請求項1又は請求項2に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項１５】
入光するレーザー光にミラーの位置検出用の光線が入力され、該位置検出光線が別途検出される請求項1又は請求項2に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項１６】
マイクロミラーの揺動運動がミラー駆動用サスペンションビームに直交する軸方向の揺動運動により補正されて往復のスキャニングを可能にした請求項5に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項１７】
マイクロミラーの揺動運動とミラー駆動用サスペンションビームに直交する軸方向の揺動運動とが加算されて2次元のスキャニングを可能にした請求項5に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項１８】
マイクロミラースキャナーがスキャナードライバーに組み込まれたデバイスである請求項1又は請求項2に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項１９】
マイクロミラースキャナーがプリンタードライバーに組み込まれたデバイスである請求項1又は請求項2に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項２０】
成膜又はエッチングあるいはその両方のマイクロマシニング技術で半導体基板にサスペンションビームで揺動可能に支持するミラーを形成した静電駆動型マイクロミラースキャナーと、ミラーを揺動させるための静電駆動用の電極間に、所要パターンに変形させた電圧波形を印加する手段又は所要パターンに変形した電圧波形を選択して印加する手段とを有するマイクロミラースキャナー。
【請求項２１】
基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、該グルーブ内に静電駆動用電極を配置したマイクロミラースキャナーである請求項20に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項２２】
基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、さらにこれらマイクロミラーとサスペンションビームの外周部にグルーブを配置して第2のサスペンションビームを形成し、且つ各グルーブ内に静電駆動用電極を配置し、マイクロミラーが同軸で2つの異なる静電駆動源を有するマイクロミラースキャナーである請求項20に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項２３】
基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、さらにこれらマイクロミラーとサスペンションビームの外周部にグルーブを配置して第2のサスペンションビームを形成し、且つ各グルーブ内に静電駆動用電極を配置し、マイクロミラーが直交2軸で2つの異なる静電駆動源を有するマイクロミラースキャナーである請求項20に記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項２４】
グルーブ内に配置される静電駆動用電極が、サスペンションビームに沿って配置される構成のマイクロミラースキャナーである請求項21から請求項23のいずれかに記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項２５】
マイクロミラーを設けた基板に他基板を積層配置してミラーの非反射面側に平面電極を対向配置したマイクロミラースキャナーである請求項21から請求項24のいずれかに記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項２６】
マイクロミラーのミラーサイズが4mm角以下である請求項21から請求項24のいずれかに記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【請求項２７】
マイクロミラーのミラーサイズが2mm角以下である請求項21から請求項24のいずれかに記載のマイクロミラースキャナーの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザービームプリンタ、コピー機などに用いて好適な画像描画装置を構成できる静電駆動型マイクロミラースキャナーに関し、静電駆動時の電圧を所要パターンの電圧波形で印加し、各種揺動運動を正確にかつ効率よく制御するマイクロミラースキャナーとその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンなどの半導体基板に、エッチングや成膜などのマイクロマシニング技術を用い、例えば所要のグルーブを形成して構成したマイクロミラーをサスペンションビームで揺動可能に支持し、ミラー部とグルーブ周辺に設けた電極対により静電力を発生させて、前記ミラーを揺動運動させる静電駆動型マイクロミラースキャナーが種々提案されている。
【特許文献１】特開2002-311376(US 2002/0158548 A1、図12A)
【特許文献２】特開2003-248183
【特許文献３】特開2003-015064
【特許文献４】US 6,643,052 B2(図12B,C)
【０００３】
前記マイクロミラースキャナーは、静電力で駆動され、サスペンションビームを軸とする回動角によって、入射させた光の反射経路を変換することが可能であり、レーザー光のスイッチングやスキャニングが実施できる。
【０００４】
従来からのレーザビームプリンタ、コピー機などに用いられている画像描画装置は、入射レーザ光をポリゴンミラー(30)あるいはガルバノミラーで反射させて高速スキャンし、回転ドラム(31)上に所定の画像を描画するよう構成されている。(図4A参照)
【特許文献５】特開平5-119279
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マイクロミラーの回動角を大きくするために、特開2002-311376の発明では、振動体の共振周波数と一致する周波数で振動体を動作させれば共振現象により小さな駆動力でも効率的に振動体を作動させ得ることを利用し、共振周波数制御用電極と振幅制御用電極をそれぞれ独立して作動するようにして、マイクロミラーの共振周波数と振幅とを共に制御し、マイクロミラーの回転軸のスプリング定数を減らすことによって、小さな駆動力で大きい回動角を得られる構成を提案している。
【０００６】
レーザービームプリンター、コピー機などに用いる画像描画装置は、プリンター等の高速化、多機能化の要請からスキャナーエンジンたるマイクロミラースキャナーの高速スキャニングと種々動作の確実な制御を要求されている。
【０００７】
しかし、従来のデバイスや制御方法では、主にミラーの振幅の増大を目的とした構成や制御が提案されるのみで、例えば実用化に向けてのスキャニング動作を確実に実現できる構成や制御方法ではなかった。
【０００８】
この発明は、静電駆動型マイクロミラースキャナーを用いて画像描画装置を構成した際、多様なスキャニング動作を実施することが想定され、マイクロミラーの揺動を制御してかかるスキャニング動作を実施する際、その静電力を確実に制御でき且つ所要動作を効率よく実施できる構成からなるマイクロミラースキャナーとその制御方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、静電駆動型マイクロミラースキャナーを用いて画像描画装置を構成した際、多様なスキャニング動作を確実に且つ効率よく実施できる静電力の駆動方法について、鋭意検討した結果、静電駆動用の電極間に電圧を印加する際、目的の揺動動作に応じて、所要パターンに変形させた電圧波形を印加することで、ミラーの揺動速度、揺動パターンを容易に設定でき、その停止、加速、方向変換などの揺動運動を制御することが可能となることを知見した。
【００１０】
また、発明者らは、静電駆動型マイクロミラースキャナーにおいて、デバイス自体の温度変動によりマイクロミラーの揺動動作が変化、変動することについて、その対策を鋭意検討した結果、前記の所要パターンに変形させた電圧波形を印加する手段が利用でき、デバイス自体の温度変動に応じて揺動動作の補正を行うように設定した特定の電圧波形を先の駆動用の電圧波形に加えることで、デバイスの温度補正を実現できることを知見し、この発明を完成した。
【００１１】
すなわち、この発明は、半導体基板にサスペンションビームで揺動可能に支持するミラーを形成した静電駆動型マイクロミラースキャナーに対して、該ミラーを揺動駆動するために静電駆動用の電極間に電圧を印加する際、その印加する電圧波形を所要パターンに変形するか又は所要パターンを選択して印加し、さらに必要に応じて当該デバイス温度又はその近傍温度に応じて前記揺動運動を補正するための所要パターンの電圧波形をさらに印加し、当該ミラーの揺動速度、揺動パターン、停止、加速、方向変換などの揺動運動を制御することを特徴とするマイクロミラースキャナーの制御方法である。
【００１２】
また、この発明は、成膜又はエッチングあるいはその両方のマイクロマシニング技術で半導体基板にサスペンションビームで揺動可能に支持するミラーを形成した静電駆動型マイクロミラースキャナーと、ミラーを揺動させるための静電駆動用の電極間に、所要パターンに変形させた電圧波形を印加する手段又は所要パターンに変形した電圧波形を選択して印加する手段とを有することを特徴とするマイクロミラースキャナーである。
【００１３】
さらに、この発明は、前記構成のマイクロミラースキャナーあるいはその制御方法において、マイクロミラーに入光又は反射したレーザー光を一部取り出しモニターして揺動動作を制御する方法を併せて採用でき、また、入光及び反射出光するレーザー光に複数光のレーザーや異波長光の合成光レーザーを用いたり、反射光路に回折格子を用いて、複数光のレーザーを反射出光したり、入光するレーザー光にミラーの位置検出用の光線が入力され、該位置検出光線が別途検出する方法を併用することが可能である。
【００１４】
上述のこの発明のマイクロミラースキャナーには、
基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、該グルーブ内に静電駆動用電極を配置した構成、
基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、さらにこれらマイクロミラーとサスペンションビームの外周部にグルーブを配置して第2のサスペンションビームを形成し、且つ各グルーブ内に静電駆動用電極を配置し、マイクロミラーが同軸又は直交2軸で2つの異なる静電駆動源を有する構成、
グルーブ内に配置される静電駆動用電極が、サスペンションビームに沿って配置される構成、
マイクロミラーを設けた基板に他基板を積層配置してミラーの非反射面側に平面電極を対向配置した構成、
マイクロミラーとサスペンションビーム、グルーブ、静電駆動用電極が成膜又はエッチングあるいはその両方のマイクロマシニング技術で形成された構成、
の各々単独又は組み合せた構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明において、マイクロミラースキャナー自体は、実施例に示すごとく、ミラーサイズが4mm角以下、好ましい実施態様では2mm以下の極めて小型であり、スキャニング動作を実行するため用いられる従来のポリゴンミラー(図4A参照)の駆動に比較してミラー自体、光反射面の位置変動がなく、小型化、静音化、省電力化、長寿命化が可能という本来的な特徴を有する。特に、この発明による制御方法は、所要パターンに変形した電圧波形を用いて駆動力を発揮させることで、いずれの構成からなるマイクロミラースキャナーでも、上述のスキャナー自体の基本的機能を疎外することなく、目的の動作を実行させることができる。
【００１６】
この発明による制御方法は、マイクロミラースキャナーを数kHzで揺動させることが可能であり、従来のポリゴンミラースキャナーと同等以上の高速スキャニングが可能であり、また、スキャン有効時間を増大させ、走査速度を一定に制御したり、スキャン周波数のばらつきを低減でき、安定したスキャニング動作を実現できる。また、マイクロミラースキャナーをスキャニング動作させる際に、例えば円筒状ドラムの外周表面での速度差を小さくでき、また、ミラーの最大振れ角を比較的小さく設定でき、デバイス自体に過度のスペックを要求することがなく、実用化に優れている。
【００１７】
この発明による制御方法は、マイクロミラーが同軸で2つの異なる静電駆動源を有するマイクロミラースキャナーの構成を用い、主駆動の揺動パターンによる走査速度に副駆動の揺動パターンによる速度補正を加えて、速度を調整したり、走査速度を一定に作動させることができる。また、マイクロミラー3が直交2軸で2つの異なる静電駆動源を有する構成では、往復のスキャニングと2次元プロッター作動が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明において、対象とする半導体基板にサスペンションビームで揺動可能に支持するミラーを形成した静電駆動型マイクロミラースキャナーは、基板上に各種材料の薄膜をパターン加工、積層したりして製造する表面マイクロマシニング、あるいは基板自体をエッチング加工したり、さらには成膜を併せて行うなどのバルクマイクロマシニングで製造される。
【００１９】
マイクロミラーを揺動可能に支持するサスペンションビームの構成には、従来一般的な構成であるコ字型のグルーブを対向させて形成し、マイクロミラーの中央に1条のビームを形成する他、サスペンションビームを複数条としたり、V,M字型など種々の構成を採用することができる。
【００２０】
また、静電駆動型マイクロミラースキャナーは、その駆動源の静電容量素子として、平面型電極構成、または図12A,Bに示す櫛歯型電極構成を採用することが可能である。
【００２１】
平面型電極構成は、マイクロミラーを形成した基板の可動側と積層する固定側基板間や成膜間に対向電極を適宜配置して形成することが可能である。櫛歯型電極構成は、ミラーを形成した基板の可動側と固定側間に多数の櫛歯を形成して、対向する櫛歯面間に電極を配置して多数のコンデンサを並べた構成を採用することが可能である。
【００２２】
例えば、この発明による静電駆動型マイクロミラースキャナー1として、図1に示すごとく、半導体基板2の中央部に対向するコ字型のグルーブ4,4を設けて、グルーブ4,4に囲まれるマイクロミラー3が図の略上下(y)方向のサスペンションビーム5,5で揺動可能に支持される構成である。
【００２３】
図1の構成において、マイクロミラー3の駆動用電極は、前記のコ字型のグルーブ4,4内に形成するが、ここでは基板2をエッチング加工する際にマイクロミラー3側と基板2側に交互に配置される櫛歯型電極10,11を形成してある。
【００２４】
また、前記のグルーブ4,4内に櫛歯型電極配置する静電駆動用の電極の構成において、所要パターンで異なる電極群を同一の櫛歯内に配置することも可能であり、それぞれ異なる電圧波形を印加することができる。
【００２５】
さらには、図1に示すごとく、平面型電極構成と組み合せることも可能である。すなわち、マイクロミラー3の基板2に他の基板21を積層するに際し、マイクロミラー3の非反射面側に平面電極を形成し、他の基板21の中央部に平面電極22,22を成膜し、基板21の外周部にスペーサーを配して積層し、静電素子を形成でき、例えば、所要のDC電圧波形を印加することができる。また、他の基板21の中央部に凹部を形成してそこへ平面電極を成膜して静電素子を形成してもよい。
【００２６】
この発明による静電駆動型マイクロミラースキャナー1として、図2に示す構成例は、マイクロミラー3が直交2軸で2つの異なる静電駆動源を有する構成であり、基板2中央に対向するコ字型のグルーブ4,4を設けて、マイクロミラー3が図の略上下(y)方向のサスペンションビーム5,5で揺動可能に支持する構成に加え、マイクロミラー3とサスペンションビーム5,5を囲むフレーム7を形成するように、さらにコ字型のグルーブ6,6を設けて図の左右(x)方向の別のサスペンションビーム8,8で、前記マイクロミラー3自体を揺動軸に直交する軸方向に傾斜させたりあるいは揺動可能に支持した構成となしてある。
【００２７】
静電駆動用の電極は、図1の構成と同様に前記のコ字型のグルーブ4,4内に櫛歯型電極10,11を形成してあり、さらに、マイクロミラー3とサスペンションビーム5,5を囲むフレーム7全体を傾斜させたりあるいは揺動駆動するため、コ字型のグルーブ6,6内にフレーム7側と基板2側に交互に配置される櫛歯型電極12,13を形成してある。
【００２８】
また、図3に示すマイクロミラースキャナー1の構成例は、上述の図2と基本的に同様構成であるが、マイクロミラー3が同軸で2つの異なる静電駆動源を有する構成であり、マイクロミラー3とサスペンションビーム5,5を囲むフレーム7のサスペンションビーム9,9の位置が、マイクロミラー3のサスペンションビーム5,5の略上下(y)方向と同軸となるように設けてある。
【００２９】
上述のごとき、半導体基板2にサスペンションビーム5,5で揺動可能に支持するミラー3を形成した静電駆動型マイクロミラースキャナー1において、静電駆動用の櫛歯型電極10,11に、まずマイクロミラーの共振周波数に合致あるいは近似するようにDC電圧を印加するため、予め該DC電圧値を求めて電圧制御手段へ設定しておき、次に該ミラー3を揺動駆動するために駆動用の電極10,11間にAC電圧を印加する。なお、図1の構成で平面電極を併用する場合は、平面電極22,22に所要のDC電圧波形を印加することができる。
【００３０】
サスペンションビームの構成によって、マイクロミラーの固有の共振周波数が決定されるが、さらにマイクロミラーの回転軸のばね定数、予定するミラーの揺動運動パターン、必要とされるミラーの振幅すなわち回動角度などの諸条件に応じて、どの程度共振すべきか、振れ角が最大となるようにするのか、ある範囲に収まるようにするかが考慮されて、該DC電圧値が決定されるとよい。
【００３１】
また、上記のバイアス電圧を一定あるいは必要に応じて変化させて印加したり、マイクロミラーの回転軸のばね定数を必要に応じて変化させる手段を併用することも可能である。
【００３２】
この発明において、前記の揺動駆動用AC電圧を印加する際、電圧制御手段に応じて、その印加する電圧波形を所要パターンに変形させてから印加するか、あるいは予め電圧波形を複数の所要パターンで印加できるように設定しておき、スイッチ又は信号でいずれかの電圧波形パターンを選択、印加できるように構成することで、当該マイクロミラーの揺動速度、揺動パターン、あるいは停止、加速、方向変換などの揺動運動を適宜制御することができる。
【００３３】
図4Bに示すごとく、所要幅のドラム31外周の一直線状平面、あるいは所要幅の平面の一直線状平面をスキャニングするため、マイクロミラー33へある方向からレーザー光を入射させ、揺動する当該ミラー33によって一直線状平面をスキャニング動作させることを想定する。
【００３４】
マイクロミラーの揺動スキャニング動作が、図4Bに示すごとく一方向である場合、スキャンとリターンの繰り返しであるので、駆動時の電圧波形は矩形波(正弦波でもよい)が想定されるが、ここで図5Aに示すごとくリターン電圧を上げる、すなわち電圧波形は電位0の水平軸に非対称波形とすることで、スキャン有効時間を増加させることができる。
【００３５】
また、マイクロミラーの揺動スキャニング動作が一方向であり、有効スキャンが終了後に逆方向電圧を上げてブレーキングし、加速時間を短くすることを目的に、図5Bに示すごとく、電圧波形を階段状の矩形波(正弦波でも同様)を印加することができ、有効スキャンが終了後にリターン電圧を上げて停止、方向変換、再加速させる制御が可能となる。
【００３６】
さらに、マイクロミラーの揺動スキャニング動作が一方向であり、スキャン速度を一定に保持することを目的に、図5C,Dに示すごとく、電圧波形がパルス状の矩形波を印加することができる。すなわち、図示のパターンの電圧を印加することで、有効スキャンの中間部の電圧を下げてスキャン速度を下げることができ、スキャン速度を一定に保持する制御が可能となる。
【００３７】
前述のマイクロミラーの共振周波数、サスペンションビームのばね定数の設定や変更は、これを予め設定しておき文字どおりのバイアス一定制御を基本とすることが可能である。基本的なマイクロミラーの揺動動作を確保した上で、上述のスキャン有効時間を増加させたり、スキャン速度を一定にする目的等に応じて、所要波形の電圧を印加して目的とするマイクロミラーのスキャニング動作を確保することができる。
【００３８】
また、スキャニング動作中に当該デバイス自体の温度変化が生じた場合、基本的なマイクロミラーの揺動動作が変動することが想定され、上記のバイアス電圧制御を温度変化に応じて変更して対応することができる。さらには、前記バイアス一定制御のまま、駆動用電圧制御に際して、先の機能や目的別の電圧波形に加えて、温度補正用電圧波形をさらに重畳して印加する制御を採用することが可能である。簡単な温度補正を行った電圧波形の例を図5Eに示す。
【００３９】
この発明によるマイクロミラースキャナーの制御方法おいて、マイクロミラーに入光又は反射したレーザー光を一部取り出しモニターして揺動動作を制御する方法を併用することができる。
【００４０】
例えば、図6に示すごとく、マイクロミラー33にハーフミラー構成を採用して、レーザ光を書き込みと同時に受光素子34でこれを監視することにより、露光の均一化や階調の精度向上を図ることができる。また、光量変動の監視や、多階調の場合は所定露光量に達した時にレーザ光を停止したり、図示の受光素子34にマイクロミラーをもう1つ設けると同時に同じ画像が得られ、種々の機能向上を図るなどの新たな構成の付加が可能となる。
【００４１】
この発明によるマイクロミラースキャナーの制御方法おいて、マイクロミラーに入光及び反射出光するレーザー光に複数光のレーザーを用いた制御方法を採用することができる。
【００４２】
すなわち、図7Aに示すごとく、a,b,cのレーザー光をマイクロミラー33に入光させてそれぞれ部分的にスキャニング動作させることにより、多数のスキャン軌跡を得ることができ、スキャンを平行に近づけ往復スキャン動作を実現可能にする。また、図7Bに示すごとく、a,bのレーザー光をマイクロミラー33に入光させてa,bのスキャニング軌跡を繰り返し得ることができ、これによって高速化が実現できるほか、別感光体に照射する構成を採用してタンデム型カラー複写機を実現すること可能にする。
【００４３】
また、この発明によるマイクロミラースキャナーの制御方法において、入光するレーザー光に異波長光の合成光レーザーを採用し、ミラーに回折格子を用いるか、反射光路に回折格子を用いて、複数光のレーザーを反射出光する構成を採用することができる。
【００４４】
例えば、図8に示すごとく、同軸に波長の異なるレーザ光を合成し、回折格子構成のマイクロミラー33で波長ごとに多レーザに分離することで、当該マイクロミラースキャナーのスキャニング動作の高速化することが可能であり、複数レーザ光を同時に扱うことが可能でカラー化を図ることが容易になる。
【００４５】
また、この発明によるマイクロミラースキャナーの制御方法において、図9に示すごとく、入光するレーザー光にマイクロミラー33の位置検出用の位置検出光線35を入力して、この位置検出光線35をラインセンサなどの位置検出器36により別途検出するよう構成することで、スキャニング動作中のミラーの角度を検出でき、例えば書き込み精度を大きく向上させることが可能となる。
【００４６】
マイクロミラースキャナーの制御方法おいて、スキャニング動作の速度制御を行うには、前述の所要パターン電圧波形の印加のほか、図3のマイクロミラーが同軸で2つの異なる静電駆動源を有するマイクロミラースキャナーの構成を用いると、櫛歯型電極10,11に所要パターンの電圧波形が印加されて揺動するマイクロミラー3の速度が一定となるように、さらに、フレーム7側の櫛歯型電極12,13に所要パターンの電圧波形を印加してマイクロミラー3を含むフレーム7全体の速度を調整することが可能となる。
【００４７】
また、図2のマイクロミラー3が直交2軸で2つの異なる静電駆動源を有する構成では、往復のスキャニングが可能となる。すなわち、図10Aに動作概念を示すごとく、櫛歯型電極(10,11)に所要パターンの電圧波形が印加されてy軸中心に揺動するマイクロミラー33の速度は、フレーム(7)側の櫛歯型電極(12,13)に所要パターンの電圧波形を印加してマイクロミラー33を含むフレーム(7)全体のx軸中心の揺動速度を補正することができ、感光体上のスキャン軌跡は、破線の補正前のy軸中心の揺動による軌跡が、x軸中心の揺動の補正が加わり実線のような軌跡となり往復のスキャンを可能にする。
【００４８】
さらに、図2のマイクロミラースキャナーの構成により、2次元で書き込みが可能になる。すなわち、図10Aに動作概念を示すごとく、所要パターンの電圧波形が印加されてy軸中心に揺動するマイクロミラー33は、さらに所要パターンの電圧波形を印加してマイクロミラー33を含むフレーム全体のx軸中心の揺動を得ることで、平面感光体37に2次元で書き込み、プロッターとして機能する。従って、前記平面感光体37が例えば蛍光塗料を塗布された構成であると、ディスプレイとして機能させることが可能となる。
【００４９】
この発明のマイクロミラースキャナーの制御方法は、静電駆動型マイクロミラースキャナーを予め設定する所要パターンの電圧波形を印加して静電駆動するため、各種揺動運動を正確にかつ効率よく制御することが可能で、レーザービームプリンター、コピー機などに用いて好適な画像描画装置を構成できる。例えば、マイクロミラースキャナーを各種スキャナードライバーに組み込んだり、プリンタードライバーに組み込み、この発明のマイクロミラースキャナーの制御方法を実施することで、高速化、多機能化、高性能化を図ることができる。
【００５０】
この発明のマイクロミラースキャナーにおいて、ミラーを揺動させるための静電駆動用の電極間に、所要パターンに変形させた電圧波形を印加する手段としては、発振器、CPU、スイッチング素子、パワートランジスタ等を組合わせて、CPUを制御して所望の電圧波形を生成、印加することができる。また、電圧駆動型アンプ、電流駆動型アンプ、トランス等を利用しても所要パターンに変形させた電圧波形を印加することが可能である。
【００５１】
また、同様の構成の装置を用い、CPUを予めプログラム制御して種々のパターンに変形した電圧波形を発生できるように用意しておき、任意に選択するかあるいは所要の条件下で自動的に選択されるようにして、種々パターンの電圧波形を印加するよう構成することができる。
【実施例】
【００５２】
実施例1
図1に示すマイクロミラースキャナーの構成において、レーザープリンタ用エンジンであり、赤外線レーザー光を使用し、ミラーサイズが4mm径、A4縦サイズで600dpi、ドットピッチ42.3μm、総ドット数7014をスキャニングする構成を想定した。
【００５３】
回転ドラムの外周面の軸方向直線を走査するため、通常、走査速度が一定でなくfQレンズによる補正を要する。すなわち、図4Aの回転するポリゴンミラーによるレーザースキャン速度を測定したところ、回転ドラム上の中央と端(30°)では端側が速く、その速度差は約30%あることが分かった。
【００５４】
この発明のマイクロミラーの場合は、図11Aのレーザースキャン速度を、回転ドラム中央(角度0)に対する速度差と角度(レーザー位置φ)との関係のグラフに、白丸印として表すような速度差を有していた。このマイクロミラースキャナーの駆動に際し、レーザースキャン速度の補正にfQレンズを使用した場合、偏向角度40〜60°、反射率90%以上で、動作周波数は2.9kHzであった。
【００５５】
次に、回転ドラム上の所要範囲の走査速度をできるだけ一定するため、回転ドラムの中央部の走査速度を減速するか、あるいは該端部の速度を増速するように、駆動用の電圧波形を変形にして印加した。その結果、図11Aの回転ドラム中央(角度0)に対する速度差とレーザー位置との関係に黒丸印で示すように速度差を大きく減少させることができ、fQレンズを使用しないで走査を実施できる範囲を拡大することが可能であった。この場合の動作周波数は2.9kHzであった。
【００５６】
実施例2
実施例1において、ミラーサイズを4.5mm×1.2mmの楕円形にした以外は、同じ条件でスキャニングを行ったところ、動作周波数は4kHzが得られた。
【００５７】
また、マイクロミラースキャナーが動作する雰囲気温度が変化する場合を想定して、-10℃〜60℃に種々変化させると、図11Bに実線で示すごとく温度の上昇に伴い共振周波数が低下する傾向にあることが分かった。
【００５８】
そこで、前記の共振周波数と温度変化との相関関係から予め補正用電圧波形を求めておき、測定された雰囲気温度に応じて温度補正を行うための電圧波形を、マイクロミラーの駆動電圧波形に重畳して印加することで、図11Bに一点鎖線で示すように補正でき、4kHzの動作周波数を安定的に保持することが可能であった。
【００５９】
実施例3
図2及び図3に示す2種のマイクロミラースキャナーの構成において、実施例1と同様光学系のレーザープリンタ用エンジンであり、光源に紫外線レーザー光を使用し、ミラーサイズが2mm径、A4縦サイズで600dpi、ドットピッチ42.3μm、総ドット数7014をスキャニングする構成を想定した。
【００６０】
実施例1と同様に走査速度の補正にfQレンズを使用した場合と、電圧波形を所要パターンにして印加し、端部の走査速度を増速して走査速度を補正し、fQレンズを使用しない場合の両方の走査を実施した。その結果、いずれの構成も偏向角度40〜60°、反射率90%以上で、動作周波数は5.5kHzが得られた。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
この発明によるマイクロミラースキャナーは、レーザープリンタ用エンジンに用いた実施例に明らかなように、従来のポリゴンミラーと比較して、ポリゴンミラースキャナーの現最高回転数と同等以上の動作周波数が得られ、消費電力は、ポリゴンスキャナーモーターでは10〜30Wであるのに対して、マイクロミラースキャナーでは0.1W以下と優れている。
【００６２】
さらに、この発明によるマイクロミラースキャナーは、従来のポリゴンミラーと比較して、反射面の倒れ補正用レンズが不要であり、ミラーの反射面の位置変動もなく、光学ユニットの発熱、発塵もなくなるなど、光学系の簡素化が容易になる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】この発明によるマイクロミラースキャナーの構成例を示す基板の斜視説明図である。
【図２】この発明によるマイクロミラースキャナーの他の構成例を示す基板の斜視説明図である。
【図３】この発明によるマイクロミラースキャナーの他の構成例を示す基板の斜視説明図である。
【図４】スキャニング動作の概念を示すミラーと回転ドラムの説明図であり、Aが従来のポリゴンミラーの場合、Bがこの発明によるマイクロミラースキャナーの場合を示す。
【図５】A〜Eは、この発明によるマイクロミラースキャナーの駆動用電圧波形の例を示すグラフである。
【図６】この発明によるマイクロミラースキャナーにハーフミラー構成を用いた場合の駆動例を示す概念説明図である。
【図７】この発明によるマイクロミラースキャナーに多レーザー光を入射した場合の駆動例を示す概念説明図である。
【図８】この発明によるマイクロミラースキャナーに異波長レーザー光を入射した場合の駆動例を示す概念説明図である。
【図９】この発明によるマイクロミラースキャナーにミラー位置検出用光を入射した場合の駆動例を示す概念説明図である。
【図１０】A,Bは、マイクロミラーが同軸で2つの異なる静電駆動源を有するマイクロミラースキャナーの駆動例を示す概念説明図である。
【図１１】Aはドラム中央(角度0)に対する速度差とレーザー位置φとの関係を示すグラフであり、Bはマイクロミラー温度と共振周波数との関係を示すグラフである。
【図１２】A〜Cは、従来のマイクロミラースキャナーの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
1  マイクロミラースキャナー
2,21  基板
3,33  マイクロミラー
4,6  グルーブ
5,8,9  サスペンションビーム
7  フレーム
10,11,12,13  櫛歯型電極
22  平面電極
30  ポリゴンミラー
31  回転ドラム
34  受光素子
35  位置検出光線
36  位置検出器
37  平面感光体
【図１】
2005173159.tif 000003
【図２】
2005173159.tif 000004
【図３】
2005173159.tif 000005
【図４】
2005173159.tif 000006
【図５】
2005173159.tif 000007
【図６】
2005173159.tif 000008
【図７】
2005173159.tif 000009
【図８】
2005173159.tif 000010
【図９】
2005173159.tif 000011
【図１０】
2005173159.tif 000012
【図１１】
2005173159.tif 000013
【図１２】
2005173159.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月26日(2003.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２１】
基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、該グルーブ内に静電駆動用電極を配置したマイクロミラースキャナーである請求項20に記載のマイクロミラースキャナー。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２２】
基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、さらにこれらマイクロミラーとサスペンションビームの外周部にグルーブを配置して第2のサスペンションビームを形成し、且つ各グルーブ内に静電駆動用電極を配置し、マイクロミラーが同軸で2つの異なる静電駆動源を有するマイクロミラースキャナーである請求項20に記載のマイクロミラースキャナー。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２３】
基板に設けたグルーブでマイクロミラーとサスペンションビームを形成し、さらにこれらマイクロミラーとサスペンションビームの外周部にグルーブを配置して第2のサスペンションビームを形成し、且つ各グルーブ内に静電駆動用電極を配置し、マイクロミラーが直交2軸で2つの異なる静電駆動源を有するマイクロミラースキャナーである請求項20に記載のマイクロミラースキャナー。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２４】
グルーブ内に配置される静電駆動用電極が、サスペンションビームに沿って配置される構成のマイクロミラースキャナーである請求項21から請求項23のいずれかに記載のマイクロミラースキャナー。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２５】
マイクロミラーを設けた基板に他基板を積層配置してミラーの非反射面側に平面電極を対向配置したマイクロミラースキャナーである請求項21から請求項24のいずれかに記載のマイクロミラースキャナー。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２６】
マイクロミラーのミラーサイズが4mm角以下である請求項21から請求項24のいずれかに記載のマイクロミラースキャナー。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２７】
マイクロミラーのミラーサイズが2mm角以下である請求項21から請求項24のいずれかに記載のマイクロミラースキャナー。