(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を偏向させて走査する光走査装置モジュールであって、
光束を偏向させる偏向面を有する偏向手段と、偏向手段を回転軸支して保持する偏向部基板とを配備し、
前記偏向面と対向して前記偏向部基板と一体的に反射面を設け、該反射面と前記偏向面との間で複数回光束を反射させて走査する光走査装置モジュールであり、
前記偏向面へ入射する光束の光束径を規制するアパーチャを、前記反射面と一体的に設けたことを特徴とする光走査装置モジュール。
【請求項２】
光源からの光束を偏向させて走査する光走査装置モジュールであって、
光源を実装する光源部基板と、光束を偏向させる偏向面を有する偏向手段を保持した偏向部基板とを積み重ねて配備し、
前記偏向面と対向して反射面を設け、該反射面と前記偏向面との間で複数回光束を反射させて走査する光走査装置モジュールであり、
前記偏向面へ入射する光束の光束径を規制するアパーチャを、前記反射面と一体的に設けたことを特徴とする光走査装置モジュール。
【請求項３】
前記反射面と前記偏向面との間隔をg、該偏向面への副走査方向での光束入射角度をβ、入射する光束の副走査光束径を2ωとするとき、
g・tanβ＞ω
で表される関係を満たし、該偏向面での反射点を副走査方向に順次移動して走査するようにした請求項１又は２に記載の光走査装置モジュール。
【請求項４】
前記反射面と前記偏向面との間隔について、光束の入射側の間隔より射出側の間隔を広くした請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光走査装置モジュール。
【請求項５】
前記光源を実装する光源部基板を、偏向部基板と積み重ねて配備し、前記反射面を前記光源部基板に設けた請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の光走査装置モジュール。
【請求項６】
前記反射面は前記光源部基板と一体的に設けた請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の光走査装置モジュール。
【請求項７】
前記偏向手段は、
同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と、ミラー基板に対向して設けた電極との間の静電引力で、２本の梁をねじり回転軸としてミラー基板を往復振動させる手段とを有し、ミラー基板におけるミラー面の反対側の面に対向する基板面と、ミラー基板端面に対向するフレーム端面とに電極を設けた請求項１又は２に記載の光走査装置モジュール。
【請求項８】
ミラー基板のミラー面の反対側の面に対向する基板面における前記電極を、前記ねじり回転軸を中心に傾斜させた請求項７に記載の光走査装置モジュール。
【請求項９】
前記ミラー基板のミラー面側にフレームを設け、該フレームには、ミラー基板に入射する光束が通過する開口部と、ミラー基板で偏向した光束が通過する開口部と、ミラー面に対向する反射面とを設けた請求項７に記載の光走査装置モジュール。
【請求項１０】
前記偏向手段は、
同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と、ミラー基板に対向して設けた電極との間の静電引力で、２本の梁をねじり回転軸としてミラー基板を往復振動させる手段とを有し、ミラー基板のミラー面側にフレームを設け、該フレームには、ミラー基板に入射する光束が通過する開口部と、ミラー基板で偏向した光束が通過する開口部と、ミラー面に対向する反射面と、ミラー面に対向する電極とを設け、ミラー基板端面に対向する位置に電極を有する請求項１又は２に記載の光走査装置モジュール。
【請求項１１】
ミラー基板端面に対向する前記電極を、該ミラー基板端面と重ならない部位に形成する請求項７乃至１０のうちいずれか１項に記載の光走査装置モジュール。
【請求項１２】
ミラー基板端面とそれに対向する前記電極とを、互いに櫛歯状にした請求項７乃至１０のうちいずれか１項に記載の光走査装置モジュール。
【請求項１３】
請求項７乃至１２のうちいずれか１項に記載の光走査装置モジュールを、光を透過させ、電極を取り出すことが可能な減圧容器内に設けたことを特徴とする光走査装置モジュール。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちいずれか１項に記載の光走査装置モジュールと、走査開始側及び終端側で光束を検出する同期検知センサと、走査レンズとを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項１５】
像担持体と、像担持体の主走査方向に並置された請求項１乃至１３のうちいずれか１項に記載の光走査装置モジュールとを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の光走査装置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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタル複写機、及びレーザプリンタ等の書込系に用いられ、マイクロマシニング技術を応用した微小光学系を有する光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術において、光走査装置はパッケージングされた半導体レーザとカップリングレンズとの配置を調整組立した光源部、精密機械加工によるポリゴンミラーやガルバノミラー等の偏向器、複数枚で構成される走査レンズからなり、光学ハウジングの所定の取付部にこれらの位置関係を高精度に管理しながら組付が行われるが、手作業に頼っているため小型化に限界があり、組付に多大なコストがかかるという欠点がある。
【０００３】
従来技術における光走査装置の構成例を図１、図２を用いて説明する。まず、図１はポリゴンミラーを用いた例を示す。同図において、半導体レーザ（ＬＤ）１０１は保持部材１０２の裏側に形成した嵌合穴に圧入され、カップリングレンズ１０３が保持部材の貫通穴出口部に形成した円筒面の一部を切り出した形状の突起にＵＶ接着される。また、ＬＤ駆動基板１０６にはＬＤを変調起動する回路が実装されＬＤのリードをその回路にハンダ接合して光源ユニットをなす。光源ユニットからはカップリングレンズの配置調節により略平行光束が射出される。シリンダレンズ１０４は副走査方向にのみ曲率を有しポリゴンミラー１０７の反射面上にて主走査方向に線状となるよう集束し、面倒れ補正光学系の一部を構成する。ポリゴンミラー１０７はモータ１０８により一定方向に回転されビームを走査する。走査されたビームは結像レンズ１１０により、ミラー１１１を介して被走査面１１４（感光体面）にスポット状に結像される。ミラー１１３は走査開始側でビームを折り返し、センサ基板１０９上に実装されたフォトセンサ１０８に入射させ、この検出時刻を基準に画像記録のタイミングをとる。
【０００４】
これら光源ユニット、モータ、結像レンズ、ミラー、センサ基板は光学ベース１１２に高精度に位置決めされ一体的に支持される。
【０００５】
図２はガルバノミラー１１５を用いた例であり、ガルバノミラーを使用すること以外は図１と同様の構成である。図１においてポリゴンミラーが一定方向にビームを走査するのに対し、図２におけるガルバノミラー１１５は矢印方向に往復回転してビームを双方向に走査する。
【０００６】
上記のような構成に対し、近年シリコンマイクロマシニング技術を利用した光走査デバイスの研究が進められており、特許２７２２６３０号、特許２６６８７２５号や特開平４−９６０１４に開示されるように半導体レーザチップ、軸受一体の偏向器を単一のシリコン基板上に集積した光走査装置の提案がなされている。
【０００７】
半導体製造プロセスを用いるためきわめて高い位置精度が確保でき、人手を介さず複数個同時に製造できるという利点がある。
【０００８】
一方、半導体製造プロセスを用いた偏向器として、特許２７２２３１４号にはシリコン基板上に一体的にガルバノミラーを形成した偏向器が、また、特開平５−１４２４０５には表面に回折格子を形成した偏向器が開示されている。
【０００９】
ところで、ミラーを揺動させる機構として、上記特許２７２２３１４号に示すような電磁力を用いるものの他、IBM J.Res.Develop Vol.24 (1980)に掲載されている光走査装置のように、同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引力で、２本の梁をねじり回転軸として往復振動させるものがある。マイクロマシニング技術で形成されるこの光走査装置は、従来のモーターを使ったポリゴンミラーの回転による光走査装置と比較して、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、また単一の反斜面であるため複数面による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が期待できる。
【００１０】
このような静電駆動のねじり振動型光走査装置としては、特許第２９２４２００号に開示される、梁をＳ字型として剛性を下げ、小さな駆動力で大きな振れ角が得られるようにしたもの、特開平７−９２４０９に開示される、梁の厚さをミラー基板、フレーム基板よりも薄くしたもの、特許第３０１１１４４号、あるいは The 13th Annual International Workshop on MEMS2000 (2000) 473-478 に開示される、固定電極をミラー部の振動方向に重ならない位置に配置したもの、また、The 13th Annual International Workshop on MEMS2000 (2000) 645-650 にも記載されるように、対向電極をミラーの振れの中心位置から傾斜させて設置することで、ミラーの振れ角を変えずに駆動電圧を下げたものがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
シリコンマイクロマシニング技術を利用した光走査装置においては、単一のシリコン基板上に光走査に関わるすべての機能を作り込むには製造プロセス上制限があり、単純に従来と同じレイアウトで一次元的に配置するだけでは基板サイズ的にも無駄が多い。
【００１２】
また、薄膜形成とエッチングによるトリミングの繰り返しのため、ある程度厚みが必要な機能に対しては非常に効率が悪いという欠点がある。
【００１３】
一方、半導体レーザや偏向器においては各々外部からの電源供給や制御信号のやり取りが必要であるが、光走査装置が小型化されることで電気配線の扱いがかえって厄介になるという問題がある。
【００１４】
また、光学性能の劣化や短絡の要因となる塵やほこりへの対策も当然必要になり、シリコン基板のままでは画像形成装置等への組み込みはできない。
【００１５】
以上のように画像形成装置に用いる光走査装置として小型にまとめるには多くの課題がある。
【００１６】
また、２本の梁でミラー基板を両側がら保持し、この梁をねじり回転軸としてミラー基板を静電引力により往復振動させる偏向器では、ミラー基板を一方の共通電極として、ねじり回転軸の両側にある駆動のための他方の２つの電極を、ミラー基板の平面側に対向させるものとミラー基板の端面側に対向させるものがある。
【００１７】
一般的に静電引力は印加電圧を一定とした場合、電極間距離の２乗に反比例し、電極面積に比例する。従って、ミラー基板のミラー面と反対側の平面に対向して電極を設けた場合、電極面積を広くとることにより静電引力を大きくすることができる。しかし、より大きな静電引力を得るために電極間距離を短くすると、電極がミラー基板の振動方向に近接するため変位の妨げになり、ミラー部の振れ角が電極に接触しない範囲に制限されてしまう。一方、電極をミラー基板の端面側に設けた場合、電極間距離を短くすることにより静電引力を大きくすることができる。この場合、電極どうしが接触しない位置にあるため、ミラー基板の変位を妨げることはないが、共通電極であるミラー基板の端面の厚さは数１０ｕｍ程度しかないため電極面積を大きくとることができない。対向する電極どうしを櫛歯状に折り曲げたとしても高周波数で振動する基板の強度上その面積には限界がある。このように、静電駆動のねじり振動ミラーでは、大きな静電引力すなわち近接した大面積の駆動電極と、大きなミラー基板の振れ角を両立させることが難しい。
【００１８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、シリコンマイクロマシニング技術を利用した光走査装置における上記の欠点を改善し、光走査装置として小型モジュール化を実現するとともに、製作工程を簡素化することにより生産効率を向上させること目的とする。また、偏向器の可動部を小型、軽量化し、負荷を低減することで消費電力の低減をはかる。更に、振れ角が大きく安定した振動が得られる静電駆動のねじり振動型の偏向器を有する光走査装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、光源からの光束を偏向させて走査する光走査装置モジュールであって、光束を偏向させる偏向面を有する偏向手段と、偏向手段を回転軸支して保持する偏向部基板とを配備し、前記偏向面と対向して前記偏向部基板と一体的に反射面を設け、該反射面と前記偏向面との間で複数回光束を反射させて走査する光走査装置モジュールであり、前記偏向面へ入射する光束の光束径を規制するアパーチャを、前記反射面と一体的に設けたことを特徴とする光走査装置モジュールである。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、光源からの光束を偏向させて走査する光走査装置モジュールであって、光源を実装する光源部基板と、光束を偏向させる偏向面を有する偏向手段を保持した偏向部基板とを積み重ねて配備し、前記偏向面と対向して反射面を設け、該反射面と前記偏向面との間で複数回光束を反射させて走査する光走査装置モジュールであり、前記偏向面へ入射する光束の光束径を規制するアパーチャを、前記反射面と一体的に設けたことを特徴とする光走査装置モジュールである。
【００２１】
上記の発明によれば、偏向器の少ない回転角でより大きな走査角が得られ、偏向器速度を低減できるので、可動部を薄型化でき加工時間が短縮されて組立効率を向上することができる。また、光源部基板を積み重ねて配備することで偏向面へ光ビームを精度良く入射させることができる。また、騒音や振動を低減することができる。
また、本発明によれば、光ビームの偏向面への入射位置精度および反射面との配置精度を厄介な調整作業を行なわなくても積層により確保できるので、組立効率を向上することができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の記載において、前記反射面と前記偏向面との間隔をg、該偏向面への副走査方向での光束入射角度をβ、入射する光束の副走査光束径を2ω とするとき、
g・tanβ＞ω
で表される関係を満たし、該偏向面での反射点を副走査方向に順次移動して走査するようにしたものである。
【００２３】
本発明によれば、主走査方向での必要幅を最小限とすることができるので、可動部が小型化でき、加工時間が短縮されて組立効率を向上することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のうちいずれか１項の記載において、前記反射面と前記偏向面との間隔について、光束の入射側の間隔より射出側の間隔を広くしたものである。
【００２５】
本発明によれば、射出側における光ビームの副走査方向角度を拡大し前記反射面エッジとのマージンを広げることができるので、入射角度の誤差があっても確実に光ビームを射出できる上、反射面の設置精度を緩和でき組立効率を向上することができる。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のうちいずれか１項の記載において、前記光源を実装する光源部基板を、偏向部基板と積み重ねて配備し、前記反射面を前記光源部基板に設けるようにする。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至４のうちいずれか１項の記載において、前記反射面は前記光源部基板と一体的に設けたものである。
【００２８】
上記発明によれば、厄介な調整作業を行なわなくても積層により反射面と偏向面の配置精度が確保できるので、組立効率を向上することができる。すなわち、図１、２で示したような多数の部品を平面上で精度良く組み立てる多大な労力を無くすことが可能となる。
【００３１】
請求項７に記載の発明は、請求項１又は２の記載において、前記偏向手段は、同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と、ミラー基板に対向して設けた電極との間の静電引力で、２本の梁をねじり回転軸としてミラー基板を往復振動させる手段とを有し、ミラー基板におけるミラー面の反対側の面に対向する基板面と、ミラー基板端面に対向するフレーム端面とに電極を設けるようにする。
【００３２】
本発明によれば、上記の効果に加え、偏向手段においてミラー基板端面とそれに対向するフレーム内枠表面に形成された電極が近接しているため低い電圧でミラー基板を励振させることができる。さらに共振周波数で駆動させたときにはミラー基板の振れ幅が大きくなり、ミラー基板端部がより面積の大きなミラー面の反対側に対向する電極面にも近接するため、ミラー基板端面とミラー基板平面に対向した電極の駆動により振動維持をより安定化することができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明は、ミラー基板のミラー面の反対側の面に対向する基板面における前記電極を、前記ねじり回転軸を中心に傾斜させた請求項７に記載の光走査装置モジュールである。
請求項９に記載の発明は、請求項７の記載において、前記ミラー基板のミラー面側にフレームを設け、該フレームには、ミラー基板に入射する光束が通過する開口部と、ミラー基板で偏向した光束が通過する開口部と、ミラー面に対向する反射面とを設けるようにする。
【００３４】
本発明によれば、反射基板の開口部を通って斜め方向から入射し、往復振動するミラー基板表面のミラー面で偏向走査された光が、対向して設けられた反射基板のミラー面との間で複数回往復した後、反射基板の開口部を通って出射されるので、非平行なミラー間の多重反射により反射ごとに光の反射角度が広がり、同じミラー基板の振れ角でビームの走査角をより大きくすることができる。したがって高周波数での広範囲の光走査が可能となる。
【００３５】
請求項１０に記載の発明は、請求項１又は２の記載において、前記偏向手段は、同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と、ミラー基板に対向して設けた電極との間の静電引力で、２本の梁をねじり回転軸としてミラー基板を往復振動させる手段とを有し、ミラー基板のミラー面側にフレームを設け、該フレームには、ミラー基板に入射する光束が通過する開口部と、ミラー基板で偏向した光束が通過する開口部と、ミラー面に対向する反射面と、ミラー面に対向する電極とを設け、ミラー基板端面に対向する位置に電極を設けるようにする。
【００３６】
本発明によれば、電極が反射基板上に設けられているので、電極基板を別途設ける必要がなく、構造が簡単で低コストに製造でき、上記と同様の効果を得ることが可能となる。
【００３７】
請求項１１に記載の発明は、ミラー基板端面に対向する前記電極を、該ミラー基板端面と重ならない部位に形成する請求項７乃至１０のうちいずれか１項に記載の光走査装置モジュールである。また、請求項１２に記載の発明は、ミラー基板端面とそれに対向する前記電極とを、互いに櫛歯状にした請求項７乃至１０のうちいずれか１項に記載の光走査装置モジュールである。また、請求項１３に記載の発明は、請求項７乃至１２のうちいずれか１項に記載の光走査装置モジュールを、光を透過させ、電極を取り出すことが可能な減圧容器内に設けたことを特徴とする光走査装置モジュールである。
請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１３のうちいずれか１項に記載の光走査装置モジュールと、走査開始側及び終端側で光束を検出する同期検知センサと、走査レンズとを有することを特徴とする光走査装置である。
【００３８】
請求項１５に記載の発明は、像担持体と、像担持体の主走査方向に並置された請求項１乃至１３のうちいずれか１項に記載の光走査装置モジュールとを有することを特徴とする光走査装置である。
【００３９】
請求項１６に記載の発明は、請求項１４又は１５に記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置である。
【００４０】
本発明によれば、組立効率を向上を向上させた精度の高い光走査装置を用いた画像形成装置を提供することが可能となる。
【００４１】
なお、本願明細書に記載された発明として、同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と、ミラー基板に対向して設けた電極との間の静電引力で、２本の梁をねじり回転軸としてミラー基板を往復振動させる光走査装置モジュールであって、ミラー基板におけるミラー面の反対側の面に対向する基板面と、ミラー基板端面に対向するフレーム端面とに電極を有する光走査装置モジュールが提供される。
【００４２】
本発明によれば、ミラー基板端面とそれに対向するフレーム内枠表面に形成された電極が近接しているため低い電圧でミラー基板を励振させることができる。さらに共振周波数で駆動させたときにはミラー基板の振れ幅が大きくなり、ミラー基板端部がより面積の大きなミラー面の反対側に対向する電極面にも近接するため、ミラー基板端面とミラー基板平面に対向した電極の駆動により振動維持をより安定化することができる。
【００４３】
上記光走査装置モジュールにおいて、ミラー基板のミラー面の反対側の面に対向する基板面における前記電極を、前記ねじり回転軸を中心に傾斜させるようにしてもよい。
【００４４】
本発明によれば、ミラー面の反対側に対向する電極面がミラー基板の変位にならう方向に傾斜して形成されているため、ミラー基板が傾いたときに端部を含めてミラー基板全体が電極面に近接するため、請求項１４で記述した効果よりもさらにミラー基板の振動維持を安定化することができる。
【００４５】
上記光走査装置モジュールにおいて、ミラー基板のミラー面側にフレームを設け、該フレームには、ミラー基板に入射する光束が通過する開口部と、ミラー基板で偏向した光束が通過する開口部と、ミラー面に対向する反射面とを設けるようにしてもよい。
【００４６】
本発明によれば、反射基板の開口部を通って斜め方向から入射し、往復振動するミラー基板表面のミラー面で偏向走査された光が、対向して設けられた反射基板のミラー面との間で複数回往復した後、反射基板の開口部を通って出射されるので、非平行なミラー間の多重反射により反射ごとに光の反射角度が広がり、同じミラー基板の振れ角でビームの走査角をより大きくすることができる。したがって高周波数での広範囲の光走査が可能となる。
【００４７】
また、本願明細書に記載された発明として、同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と、ミラー基板に対向して設けた電極との間の静電引力で、２本の梁をねじり回転軸としてミラー基板を往復振動させる光走査装置モジュールであって、ミラー基板のミラー面側にフレームを設け、該フレームには、ミラー基板に入射する光束が通過する開口部と、ミラー基板で偏向した光束が通過する開口部と、ミラー面に対向する反射面と、ミラー面に対向する電極とを設け、ミラー基板端面に対向する位置に電極を設けた光走査装置モジュールが提供される。
【００４８】
本発明によれば、上記の効果が得られると共に、電極が反射基板上に設けられているので、電極基板を別途設ける必要がなく、構造が簡単で低コストに製造できる。
【００４９】
上記光走査装置モジュールにおいて、ミラー基板端面に対向する前記電極を、該ミラー基板端面と重ならない部位に形成するようにしてもよい。
【００５０】
本発明によれば、電極がミラー端面と重なっている部位がないため、そこで生じるミラー基板の変位を妨げる静電引力がなく、より低電圧でのミラー基板の励振が可能である。
【００５１】
上記光走査装置モジュールにおいて、ミラー基板端面とそれに対向する前記電極とを、互いに櫛歯状にしてもよい。
【００５２】
本発明によれば、対向電極の面積が大きくなるため、より低い電圧でミラー基板を励振させることができる。
【００５３】
上記光走査装置モジュールにおいて、ミラー基板端面に対向するように設けた電極と、ミラー面の反対側に対向する面に設けた電極又はミラー面に対向する面に設けた電極とを導通させず、各々の電極への電圧の印加タイミングをずらして駆動してもよい。
【００５４】
本発明によれば、各々の電圧の印加タイミングをミラー基板の振動による変位と合わせることができるので、ミラー基板のより安定した駆動ができる。
【００５５】
上記光走査装置モジュールにおいて、ミラー基板のミラー面に対向する面と、ミラー面の反対側に対向する面と、ミラー基板端面に対向する面とにそれぞれ電極を設け、各々の電極を導通させず、各々の電極への電圧の印加タイミングをずらして駆動するようにしてもよい。
【００５６】
本発明によれば、各々の電圧の印加タイミングをミラー基板の振動による変位と合わせることができ、さらに上下の電極での静電引力を利用できるので、ミラー基板のより安定した駆動が、より低い電圧で可能となる。
【００５７】
上記光走査装置モジュールを、光を透過させ、電極を取り出すことが可能な減圧容器内に設けてもよい。
【００５８】
本発明によれば、ミラー基板の振動の際の空気抵抗がなくなるため、より高周波数での駆動が可能となる。
【００５９】
また、本願明細書に記載された発明として、光束を偏向面で反射させ走査する偏向手段が設けられた第１の基板と、該偏向面に対向した位置に反射面が設けられた第２の基板と、該偏向面と該反射面との距離を規定する第３の基板とを設け、レーザー光を偏向面と反射面との間で複数回反射させて走査することを特徴とする光走査装置モジュールが提供される。
【００６０】
本発明によれば、第１の基板の偏向面と第２の基板の反射面をそれぞれの基板表面に形成したうえで、両者間の距離は別基板で規定しているため、偏向面と反射面としてミラー研磨された基板表面を利用できる。
【００６１】
また、本願明細書に記載された発明によれば、上述した光走査装置モジュールと、走査開始側及び終端側で光束を検出する同期検知センサと、走査レンズとを有する光走査装置を構成することができる。
【００６２】
また、本願明細書に記載された発明によれば、像担持体と、像担持体の主走査方向に並置された上記光走査装置モジュールとを有する光走査装置を構成することができる。
【００６３】
また、本願明細書に記載された発明によれば、上記光走査装置を有する画像形成装置を提供することができる。
【００６４】
また、本願明細書に記載された発明として、光源を実装する光源部基板と、光束を偏向させる偏向面を有する偏向手段を保持した偏向部基板とを積み重ねて配備し、前記偏向面と対向して反射面を設け、該反射面と前記偏向面との間で複数回光束を反射させて走査する光走査装置モジュールにおける偏向手段の制御方法であって、ミラー基板の端面に対向する第１の電極に電圧を印加し、引き続きミラー面に対向する第１の電極又はミラー面の反対側に対向する第１の電極に電圧を印加し、その電圧を解除した後、ミラー基板の端面に対向する第２の電極に電圧を印加し、引き続きミラー面に対向する第２の電極又はミラー面の反対側に対向する第２の電極に電圧を印加する制御方法が提供される。本発明によれば、光走査装置モジュールの動作を確実に制御することができる。
【００６５】
また、本願明細書に記載された発明として、同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と、ミラー基板に対向して設けた電極との間の静電引力で、２本の梁をねじり回転軸としてミラー基板を往復振動させる光走査装置モジュールにおける制御方法であって、ミラー基板の端面に対向する第１の電極に電圧を印加し、引き続きミラー面に対向する第１の電極又はミラー面の反対側に対向する第１の電極に電圧を印加し、その電圧を解除した後、ミラー基板の端面に対向する第２の電極に電圧を印加し、引き続きミラー面に対向する第２の電極又はミラー面の反対側に対向する第２の電極に電圧を印加する制御方法が提供される。本発明によれば、光走査装置モジュールの動作を確実に制御することができる。
【００６６】
【発明の実施の形態】
図３に本発明の第１の実施例における光走査モジュールの斜視図を示す。なお、本明細書において、図３に示すように各部が一体となった構成を光走査モジュール又は光走査装置モジュール、もしくは光走査装置という。また、後述する図７に示すような装置は光走査装置という。また、ミラーを偏向させる部分の構成は、偏向器又は光走査装置、もしくは光走査装置モジュールという。
【００６７】
図３に示すように、本発明の第１の実施例における光走査モジュールは、各基板を積み重ねて構成される。図４には積み重ねた状態での断面図を示す。以下、図３及び図４を参照して第１の実施例における光走査モジュールについて説明する。
【００６８】
セラミック成形による電極基板２０１にはリード端子２０２が一体的に形成され、一対のマグネット２０３を配備してなる。第１のシリコン基板２０４には２本のねじり梁２０５により軸支されたミラー部２０６を異方性エッチングにより形成する。ミラー部２０６の周縁には金属被膜を蒸着することでコイル部が形成されており、同コイルに電流を流すことでその外側に配備された前記マグネット２０３との電磁力によりねじり梁２０５を回転軸として振幅する。中央部は同金属被膜により反射面となっている。尚、ミラー部２０６において偏向速度を共振周波数と一致するようにねじり梁２０５の太さを設定すればより低負荷でミラー部２０６を振幅させることができる。
【００６９】
第２のシリコン基板２０７には金属被膜を蒸着することで図示しない配線パターンが形成され、前記したリード端子２０２とワイヤーボンディング等により接続がなされる。
【００７０】
半導体レーザチップ２０８はシリコン基板上にエピタキシャル技術を用い直接ＡｌＧａＡｓ層を堆積させ、半導体レーザを構成するクラッド層、活性層を実装面に平行に形成できるが、本実施例ではファーフィールドパターンの狭い側を副走査方向とするため別体で製造した複数の発光源を有する半導体レーザアレイチップを実装面に垂直に発光源が配列するようにサブマウントを介して実装している。一方、半導体レーザの背面光を検出するモニタ用のフォトダイオード２０９はシリコン基板上に直接ＧａＡｓ層を堆積させて形成している。
【００７１】
カップリングレンズ２１０は実装面に平行な方向と垂直な方向とで曲率が異なる円筒状のアナモフィックレンズであり、シリコン基板上に形成したＶ溝２１１に円周部の一部を当接して設置する。尚、Ｖ溝はカップリングレンズ２１０の中心軸と半導体レーザの放射中心とが一致するように形成されている。
【００７２】
半導体レーザは２個の発光源が１４μｍの間隔で形成され、被走査面上では各ビームスポットが実装面と垂直な方向（副走査方向）に所定の間隔で配列して２ラインを同時に走査する。
【００７３】
フレーム２１２は単結晶Ｓｉ基板を用い異方性エッチングによりカップリングレンズ２１０から射出した光ビームを前記基板上に形成したアパーチャ２１３を通して前記ミラー部２０６へと導く反射部２１４および半導体レーザの背面光をフォトダイオード２０９へと導く反射部２１５が形成される。
【００７４】
ミラー部２０６で偏向走査された光ビームは図４に示すように第２のシリコン基板２０７の裏側に数１００μｍ（ｇ）の間隔をもって対向して設けた反射部２１６との間で実施例ではＮ＝４回往復して反射させて、開口２１７を通過して射出される。本実施例の場合、ミラー部２０６の回転角（振れ角）は約３°であり４回の反射により走査角を３°×２Ｎ＝２４°まで拡大させている。
【００７５】
ここで、副走査方向に順次移動して射出するには、反射部２１５とミラー部２０６との間隔をｇ、ミラー部２０６への光ビームの副走査方向入射角度をβ、入射する副走査方向での光束径を２ω（実施例ではアパーチャ２１３の径）とすると少なくとも  ｇ・ｔａｎβ＞ω  なる関係とすることで回転軸に対称に走査角が得られるようにしている。
【００７６】
また、実施例では略平行に対向したが、光ビームの入射側（ｇ０）よりも射出側（ｇ１）の間隔を僅かに広く（ｇ０≦ｇ１）設定することにより射出側での光ビームの反射部２１６のエッジ部との干渉に対するマージンを広げることができる。
【００７７】
一般に記録速度を上げるには走査周波数を大きくするため共振点を高める必要があるが、それに伴ってねじり梁も太くなるので回転角は小さくなる。従って、この回転角の縮小分を補うよう反射回数を増やすことで走査レンズの画角を変えずに対応できる。記録速度を下げる場合はその逆である。
【００７８】
封止板２１８は透明部材よりなり光ビームを被走査面上に結像する走査レンズの一部を構成するレンズの機能、例えばミラー部２０６への斜入射に伴う走査線曲がりの補正機能をその射出窓２１９に持たせている。実施例ではガラス基板の表面を濃度変化をもたせたフォトリソグラフィにより非球面形状の開口部を形成しているが、回折格子や分布屈折率レンズであっても、また、レンズ部のみを貼り合せてもよい。当然、封止板２１８をレンズ機能をもたない平板ガラスとし走査レンズを別途配備してもよい。
【００７９】
図中、２２０、２２１は各々半導体レーザ２０８、コイル部への電流供給を制御する回路で、各基板上に直接形成している。
【００８０】
上記した電極基板２０１、第１のシリコン基板２０４、第２のシリコン基板２０７、フレーム２１２、封止板２１８を順次積層して接合することで光走査モジュールを構成する。
【００８１】
第１の実施例における偏向器は、電磁力を利用してミラー部を振動させる方式であるが、静電力を利用してミラー部を振動させる構成とすることもできる。その場合、マグネット２０３は不要である。また、静電力を利用した偏向器の構成については、後述する第３〜第１０の実施例において詳細に説明する。
【００８２】
次に、光走査モジュールの第２の実施例について説明する。
【００８３】
図５、図６に第２の実施例における光走査モジュールの斜視図、及び断面図を示す。
【００８４】
セラミック成形による電極基板３０１にはリード端子３０２が一体的に形成される。第１のシリコン基板３０３には図６に示すように基板上に堆積させた多結晶Ｓｉ層から偏向ディスク部３０４をエッチングにより切り出しステータ部３２２と分離した後に軸受のクリアランス部だけに酸化膜を形成し、さらに多結晶Ｓｉを堆積して軸部３２３を形成するという工程をへて軸支部を一体的に形成している。
【００８５】
前記ステータ部３２２には金属被膜を蒸着することで固定子となる複数の電極３０６が放射状に形成され、偏向ディスク３０４の円周にもそれと対向して電極３０７が形成されており、固定子への電流の印加を順次切り換えることにより電極間の静電力によって駆動する。
【００８６】
偏向ディスク３０４には前記エッチングにより周方向に向けて凹凸を形成して回折格子３０５とし、前記金属被膜で同時にコートされる。入射した光ビームはディスクの回転につれて変化する格子の角度に応じてその約１．５倍の走査角で走査できるが、第１の実施例と同様、ディスク面と対向して後述する基板３０８の下面に反射面を設けＮ＝２回反射させることで走査角を拡大している。
【００８７】
回折格子３０５表面は円周方向に複数領域に等角度に分割され、本実施例では１回転で６面分の走査を行う。一般に記録速度を上げるには面数を増やせば良いが、１面あたりの回転角が縮小してしまう。従って、第１の実施例と同様、これを補うよう反射回数を増やすことで走査レンズの画角を変えずに対応できる。
【００８８】
第２のシリコン基板３０８には同様に金属被膜を蒸着することで図示しない配線パターンが形成され、前記したリード端子とワイヤーボンディング等により接続がなされる。
【００８９】
半導体レーザチップ３０９は第１の実施例と同様、別体で製造した複数の発光源を有する半導体レーザアレイチップを用いるが、実装面に垂直に発光源が配列するようサブマウント３２５を介して実装してなる。
【００９０】
半導体レーザの背面光を検出するモニタ用のフォトダイオード３１０はシリコン基板上に直接形成している。カップリングレンズ３１１は実装面に平行な方向と垂直な方向とで曲率が異なる円筒状のアナモフィックレンズとし、シリコン基板上に形成したＶ溝３１２に円周部の一部を当接して設置する。尚、Ｖ溝はカップリングレンズ３１１の中心軸と半導体レーザの放射中心とが一致するように形成されている。
【００９１】
半導体レーザは２個の発光源が１４μｍの間隔で形成され、被走査面上では各ビームスポットが実装面と垂直な方向（副走査方向）に所定の間隔で配列して２ラインを同時に走査する。
【００９２】
フレーム３１３には、カップリングレンズ３１１から射出した光ビームを前記基板上に形成したアパーチャ３１６を通して偏向器である偏向ディスク３０４へと導く反射部３１４および半導体レーザの背面光をフォトダイオード３１０へと導く反射部３１５が形成される。本実施例では第１の実施例と同様、単結晶Ｓｉ基板を用い異方性エッチングにより反射部を形成した。アパーチャ３１６では光ビームの光束径を整形し、外乱光を遮断する。
【００９３】
偏向ディスク３０４で偏向走査された光ビームは基板に設けた開口３１７を通過して射出される。
【００９４】
封止板３１８は透明部材よりなり光ビームを被走査面上に結像する走査レンズの一部を構成するレンズの機能をその射出窓３１９に持たせている。
【００９５】
図中、３２０、３２１は各々半導体レーザ３０９、固定子電極３０６への電流供給を制御する回路で、各基板上に直接形成している。
【００９６】
上記した電極基板３０１、第１のシリコン基板３０３、第２のシリコン基板３０４、フレーム３１３、封止板３１８を順次積層して接合することで光走査モジュールを構成する。
【００９７】
次に、上記の第１、第２の実施例で説明した光走査モジュールを使用した光走査装置の例について説明する。図７に示す光走査装置においては、光走査モジュールは、主走査を複数領域に分割し各領域に対して各々光走査モジュールを割り当てるよう一つの電装基板４０２上に複数個配列される。電装基板には各走査開始側および終端側で光ビームを検出する同期検知センサ４０３および前記制御回路２２０、２２１の周辺回路等が形成されており、各光走査モジュール間の走査線の角度、走査位置を合わせて位置決めされハンダ付け固定される。
【００９８】
各光走査モジュールから射出した光ビームは走査レンズ４０４を介して被走査面上に結像する。走査レンズは各々のレンズ部が一体的に樹脂成形されており前記同期検知センサ４０３へは光走査モジュールから射出した光ビームを走査レンズ近傍に配備されたミラー４０５で戻して入射させる。
【００９９】
尚、本実施例では主走査を複数に分割し２本のビームで走査したが、全走査幅を１つの光走査モジュールで走査しても、また、１ビームの半導体レーザを用いても構成は同様である。
【０１００】
図７に示したような光走査装置は、例えば、図８〜図１０に示す画像形成装置に用いられる。図８はデジタル複写機、図９はレーザプリンタ、図１０は普通紙ファクシミリの構成を示す。
【０１０１】
各図において５００は画像形成装置本体、５０１は図７に示したような光走査装置、５０２は用紙を収容するカセット、５０４はカセットから用紙を１枚ずつ取り出す給紙ローラ、５０６は搬送タイミングをコントロールするレジストローラ、５０８は転写帯電器、５１０はプロセスカートリッジで感光体ドラム５１２、現像ローラ５１３、帯電ローラ５１４等が一体化されている。また、５１６はハロゲンヒータが内蔵された定着ローラ、５１８は加圧ローラで定着器を構成する。さらに、５２０は搬送ローラ、５２２は排紙ローラである。
【０１０２】
光走査装置５０１は画像信号に応じて半導体レーザが変調され、帯電ローラ５１４によって一様に帯電された感光体ドラム５１２上に潜像を形成し、現像ローラ５１３から供給されるトナーによって顕像化される。一方、給紙ローラ５０４によって取り出された用紙はレジストローラ５０６によって光走査装置５０１の画像書き出しのタイミングに合わせて搬送されトナー像が転写される。転写された画像は定着ローラ５１６により定者されて排紙される。
【０１０３】
特に図８において５１１は読取装置本体であり、原稿台に固定された原稿の読み取り部５２３における画像を結像レンズ５２４を介してＣＣＤ等の光電変換素子５２５上に結像させ、ミラー群５２２を移動して順次、電子データに変換する。また、第２の用紙カセット５０４‘を備えている。
【０１０４】
また、図１０において５２７は原稿の読み取り装置で、原稿台５１５から給紙ローラ５２９によって送り出された原稿の画像は搬送ローラ対５２６、５２８により搬送されながら順次電子データに変換する。
【０１０５】
さて、前述したように、第１の実施例における偏向器は、静電力を利用した機構でもよい。ここで、振れ角が大きく安定した振動が得られる静電駆動の偏向器（以下、光走査装置という）について、第３〜第１０の実施例として説明する。これらは全て第１の実施例に示す光走査モジュールにおける一部として使用可能である。また、それに限らず、他の構成の中でも使用可能である。
【０１０６】
本発明の第３の実施例における光走査装置の構成を図１１に示す。ａは光走査装置全体の正面図、ｂは駆動電極を含んだ光走査装置中央の断面図である。
【０１０７】
ミラー基板６０１は同一直線上に設けられた２本のねじり梁６０２、６０３でその中央部分を支持されている。２本のねじり梁６０２、６０３は、ミラー基板が必要とする振れ角が得られるような剛性となるように、断面寸法、形状、長さが設定され、ミラー部の外側に設けられた共通のフレーム内枠６０４に固定されている。ミラー基板６０１のねじり梁に支持されていない両側の端面６０６は、ミラー部の外側に設けられたフレーム内枠６０４に近接対向して形成されている。
【０１０８】
フレームは一体構造をなすフレーム内枠６０４と外枠６０５からなり、内枠はその端面の一部が電極となっており、外枠は内枠よりも厚くその下側を電極基板６１２に接合されている。フレームは絶縁材料６０７で被覆されており、ミラー基板端面６０６に近接対向した位置にあるフレーム内枠端面の絶縁材料上には、それぞれ電極６０８、６０９が形成されている。フレーム内枠６０４はミラー基板よりも厚くなっているため、ミラー基板端面に近接対向して設けられた電極６０８、６０９は、端面の厚さ方向にミラー基板端面と重ならない部分にまで引き出されている。フレーム外枠６０５のミラー面側の一部には絶縁材料で被覆されておらずフレームが露出した部分が設けられ、その部分には電極引き出し用のパット６１０が形成されている。ミラー基板６０１上には使用する光に対して十分な反射率をもつミラー６１１が形成されている。
【０１０９】
フレーム外枠６０５の下は電極基板６１２に接合されており、電極基板６１２上には絶縁材料６１３が形成されており、その上のミラー基板６０１のミラー面の反対側に対向する面には、ミラーの振れの中心位置の両側に２つの電極６１４、６１５が形成されており、２つの電極はそれぞれフレーム外側まで引き出され、フレーム外側では電極取り出しの端子６１６、６１７となっている。フレームと電極基板の接合位置では導電性材料６１８を介して電極基板上の電極とフレーム端面の電極が導通している。
【０１１０】
次に、本発明の第３の実施例における光走査装置の製造方法を図１２を用いて説明する。
【０１１１】
ミラー基板、ねじり梁、フレームには高精度の微細加工が容易で、基板自体を共通の導電性材料として使用できる低抵抗のシリコン基板を用いる。
【０１１２】
厚さ２００ｕｍの両面研磨された２枚のシリコン基板７０１、７０２の両面にそれぞれ厚さ１ｕｍのＳｉＯ２膜を熱酸化によって形成し、そのうちの一方のシリコン基板７０１のＳｉＯ２膜を片面だけふっ酸でエッチング除去する。この際、ＳｉＯ２を残しておく面はレジストで保護しておく。そして、両シリコン基板を硫酸と過酸化水素水の混合液等を用いて十分な洗浄を行った後、シリコン基板７０１のシリコン表面とシリコン基板７０２のＳｉＯ２膜表面をＳｉＯ２膜７０３を介して接触させ、５００℃の減圧雰囲気下で仮接合したあと、窒素雰囲気中１１００℃で直接接合する（ａ）。次に、接合された２枚のうちのシリコン基板７０２の表面のＳｉＯ２膜をふっ酸でエッチング除去し、厚さ８０ｕｍまでＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)で高精度に研磨する。ここで得られたシリコン基板の厚さがミラー基板の厚さとなる。その後、研磨面のシリコンを熱酸化し、再び表面に厚さ１ｕｍのＳｉＯ２膜７０４を形成する（ｂ）。
【０１１３】
次に、シリコン基板７０１上のＳｉＯ２膜７０５を、レジストをマスクとしてふっ酸でエッチングすることにより、フレーム外枠形状にパターニングする（ｃ）。次に、フレーム外枠形状にパターニングしたＳｉＯ２膜７０５をマスクとして、シリコン基板７０１を１００ｕｍの深さまで８５℃、３０％のＫＯＨ水溶液で異方性エッチングする（ｄ）。ここでは異方性エッチング液としてＫＯＨ溶液を用いたが、シリコンとＳｉＯ２のエッチング選択比が十分大きい他の異方性エッチング液、例えばＴＭＡＨ、ヒドラジン等を使用してもよい。また、ここではＳｉＯ２を異方性エッチング時のマスク材料として使用しているが、シリコンのエッチング液にエッチングされない他の薄膜材料、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＮ／ＳｉＯ２二層膜等を使用してもよい。次に異方性エッチングによって一段低くなったシリコン基板７０１の表面を熱酸化し、厚さ１ｕｍのＳｉＯ２膜７０６を形成する（ｅ）。
【０１１４】
次に、異方性エッチングによって一段低くなったシリコン基板７０１上のＳｉＯ２膜７０６を、レジストをマスクとしてふっ酸でエッチングすることにより、フレーム内枠形状にパターニングする（ｆ）。そして、ＳｉＯ２が除去されたシリコン基板の内側の部分を、フレーム内枠形状にパターニングしたＳｉＯ２膜７０７をマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のエッチング速度が大きく異方性の高いドライエッチングで接合面のＳｉＯ２膜７０３が現れるまでエッチング除去する。ここで形成したシリコン基板７０１の端面７０８は、一部をフレーム側の電極形成面として用いる（ｇ）。次にドライエッチングで得られたシリコン基板７０１の端面７０８を熱酸化し、表面に厚さ１ｕｍのＳｉＯ２膜７０９を形成する（ｈ）。
【０１１５】
次に、シリコン基板７０１側の面の熱酸化膜上に、Ｔｉ薄膜３００Åをスパッタ法で成膜したあと、Ｐｔ薄膜１２００Åをスパッタ法で成膜する。なお、Ｔｉ薄膜は酸化膜上でのＰｔ薄膜の密着性を向上させるためのものである。また、ここではＰｔ薄膜７１０は電極材料として用いているが、他に導電性の高い薄膜であれば、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｌ等の他の材料を使用してもよい。成膜方法としてここではスパッタ法を用いているが、真空蒸着法、イオンプレーティング法等の他の方法で成膜してもよい。成膜の際、電極以外の領域には金属薄膜が形成されないように、金属性のステンシルマスクで遮蔽する。（ｉ）
次に、シリコン基板７０２側に形成されているＳｉＯ２膜７０４をレジストをマスクとしてふっ酸でエッチングすることにより、フレーム内枠、ミラー基板、梁形状にパターニングする（ｊ）。次に、ＳｉＯ２膜７０４をマスクとしてシリコン基板７０２を、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のエッチング速度が大きく異方性の高いドライエッチングで接合面のＳｉＯ２膜７０３が現れるまでエッチング除去し、続いて接合面のＳｉＯ２膜７０３、金属薄膜７１０もドライエッチングで除去することにより、フレーム、ミラー基板、梁を貫通形成する。（ｋ，ｌ）
次に、シリコン基板７０２のＳｉＯ２膜７０４を介した表面に、ミラー面となる金属薄膜７１１を成膜する（ｍ）。ここでは金属薄膜としてＡｌをスパッタ法により成膜したが、使用するレーザー光に対し必要十分な反射率が得られる金属薄膜ならばＡｕ等の他の材料も選択可能であり、成膜法もスパッタ法に限らず真空蒸着法等も利用できる。
【０１１６】
このようにして作製した、ねじり梁で支持されたミラー基板が固定されているフレームと、電極基板を導電性接着剤７１６で接着する（ｎ）。このとき、フレームと基板は接着層を介さないで直接接触するように、接着剤はフレームに形成された凹部に設ける。電極基板７１２は絶縁材料として表面に熱酸化によるＳｉＯ２膜７１３を形成したシリコン基板を用いる。なお、表面が絶縁性であれば他にガラス基板等を利用してもよい。この基板表面に、電極７１４、７１５となる金属薄膜を成膜して作製する。この際、電極以外の領域には金属薄膜が成膜されないように、金属性のステンシルマスクで遮蔽する。
【０１１７】
本発明の第３の実施例における光走査装置の動作を図１１を用いて次に説明する。２本のねじり梁で支持されたミラー基板６０１を共通の電極として、電極引出しパット６１０と、電極基板上に設けられた一方の電極６１４から引き出された電極引出しパット６１６の間に３０Ｖの電圧を印加する。
【０１１８】
このとき、電極６１４はフレーム内枠端面の電極６０８と導通しているため、フレーム内枠端面の電極６０８とそれに近接対向して設けられたミラー基板端面６０６との間に静電引力が働く。電極基板上に設けられた電極６１４とミラー基板６０１の間にも静電引力が発生するが、電極間の距離が端面の電極間と比べて大きいためその力は端面電極間の静電引力よりも小さく、ミラー基板を励振動作させるのは主として端面電極間の静電引力である。このとき、フレーム内枠端面の電極６０８は、それに近接対向して設けられたミラー基板端面６０６よりもミラーの振動方向に広く形成されているため、フレーム内枠端面の電極が広くなっている下側方向にミラー基板端面は引き寄せられ、ねじり梁６０２、６０３を軸としてミラー基板６０１が回転する。電圧印加をやめると、電極基板６０１は２本の梁６０２、６０３のねじり剛性によって静電引力で引き寄せられた方向と反対方向にもどされ、水平位置に達したあと慣性力でその位置をこえてそれよりも上方に回転する。
【０１１９】
ここで、電極基板が水平に位置したとき、電極引出しパット６１０と、電極基板上に設けられた他方の電極６１５から引き出された電極引出しパット６１７の間に３０Ｖの電圧を印加する。このとき、電極６１５はフレーム内枠端面の電極６０９と導通しているため、フレーム内枠端面の電極６０９とそれに近接対向して設けられたミラー基板端面６０６との間に静電引力が働く。このとき、フレーム内枠端面の電極６０９は、それに近接対向して設けられたミラー基板端面６０６よりもミラーの振動方向に広く形成されているため、フレーム内枠端面の電極が広くなっている下側方向にミラー基板端面は引き寄せられ、ねじり梁６０２、６０３を軸としてミラー基板６０１が前述の電極６０８に電圧を印加したときと反対方向に回転する。この反対方向への回転のための静電引力が、前述の電極６０８への電圧印加をやめたときに、他端がねじり剛性と慣性力で水平位置よりも上方へ回転する力と重畳されることになる。
【０１２０】
このようにして電極パット６１０を共通電極として、引き出し電極６１６、６１７への電圧印加を交互に行うことで、ねじり梁を軸としてミラー基板を往復振動させることができる。この往復振動の駆動周波数をミラー基板の共振周波数に設定すると、ミラー基板の振れ幅は大きくなり、電極基板上の電極６１４、６１５に近接する位置までミラー基板端部を変位させることができる。電極６１４、６１５は面積がフレーム内枠端面の電極６０８、６０９と比較して面積が大きいため、同じ距離まで近接させることができればより静電引力は大きい。ミラー基板端部が共振で電極６１４、６１５と近接位置に達することで、電極６１４、６１５もミラー基板の駆動に寄与し、端部と平面部の両電極により振動維持をより安定させることができる。
【０１２１】
次に、本発明の第４の実施例における光走査装置を説明する。本実施例における光走査装置の構成は電極基板の傾斜部を除いては第３の実施例の構成と同じである。したがって、電極基板の傾斜部の構成のみを駆動電極を含んだ中央の断面図１３を用いて説明する。
【０１２２】
電極基板８１２はフレーム外枠の下に接合されており、電極基板はミラーの振れの中心位置の下を尾根の頂上としてミラーの振れ方向に傾斜している。電極基板上には絶縁材料８１３が形成されており、その上のミラー基板のミラー面の反対側に対向する面には、ミラーの振れの中心位置の両側に２つの電極８１４、８１５が形成されており、２つの電極はそれぞれフレーム外側まで引き出され、フレーム外側では電極取り出しの端子８１６、８１７となっている。フレームと電極基板の接合位置では導電性材料８１８を介して電極基板上の電極とフレーム端面の電極が導通している。
【０１２３】
本発明の第４の実施例における光走査装置の製造方法は電極基板の傾斜部を除いては第１の実施例の製造方法と同一である。したがって、電極基板の傾斜部の製造方法のみを図１４を用いて説明する。
【０１２４】
まず、厚さ５２５ｕｍのシリコン基板９０１上に厚さ１００ｕｍのドライフィルムレジスト９０２を形成する（ａ）。次に、開口率に分布をもたせたフォトマスクを使用することにより、ドライフィルムレジストの露光深さに分布をもたせる。分布形状は、電極形状が傾斜するように設計する。このドライフィルムレジストを現像することで、電極形状を反映したドライフィルムレジスト形状９０３を形成する（ｂ）。このドライフィルムレジストをマスクとしてシリコン基板９０１をドライエッチングすることで、レジストとシリコンのエッチング選択比に応じて、ドライフィルムレジスト形状がシリコン基板に転写される（ｃ）。
【０１２５】
次に、シリコン基板表面に絶縁材料として熱酸化によるＳｉＯ２膜９０４を形成する（ｄ）。この基板表面に、電極９０５、９０６となる金属薄膜を成膜して作製する（ｅ）。この際、電極以外の領域には金属薄膜が成膜されないように、金属性のステンシルマスクで遮蔽する。
【０１２６】
本発明の第４の実施例における光走査装置の動作を図１３を用いて次に説明する。
【０１２７】
本実施例における光走査装置の動作は、第３の実施例における光走査装置の動作と基本的には同じである。電極パットを共通電極として、引き出し電極８１６、８１７への３０Ｖの電圧印加を交互に行うことで、ねじり梁を軸としてミラー基板は往復振動し、この往復振動の駆動周波数をミラー基板の共振周波数に設定すると、ミラー基板の振れ幅は大きくなり、電極基板上の電極８１４、８１５に近接する位置までミラー基板端面を変位させることができる。電極８１４、８１５は面積がフレーム内枠端面の電極８０８、８０９と比較して面積が大きくかつ、ミラー基板の変位にならうように傾斜して形成されており、第３の実施例の電極よりもミラー基板が傾いたときに近接する電極面積が大きいためより静電引力は大きく、ミラー基板をより安定して振動維持することができる。
【０１２８】
次に、本発明の第５の実施例における光走査装置を説明する。
【０１２９】
本実施例における光走査装置の構成は、ミラー基板の上に反射基板が設けられていることを除いては第３の実施例の構成と同じである。したがって、ミラー基板上の反射基板の構成のみを駆動電極を含んだ中央の断面図である図１５を用いて説明する。
【０１３０】
フレーム外枠の上にはミラー基板と反射基板の間のスペーサとして厚さ２００ｕｍのシリコン基板１００１が接合されている。スペーサであるシリコン基板１００１の上には厚さ５２５ｕｍのシリコン基板から異方性エッチングによって形成された反射基板のフレーム１００２が接合されている。反射基板のフレームの内側は異方性エッチングによって形成した厚さ２００ｕｍのダイアフラム１００３となっており、ダイアフラムには異方性エッチングによって形成したミラー基板に入射するビームが通過する開口部１００４と、ミラー基板で偏向したビームが通過する開口部１００５と、ミラー基板のミラー面に対向した位置にスパッタ法によってＡｌを成膜した反射基板のミラー面１００６が設けられている。
【０１３１】
ここで異方性エッチングはＳｉＯ２膜をマスクとして８５℃、３０％のＫＯＨ水溶液で行った。なお、シリコンとＳｉＯ２のエッチング選択比が十分大きい他の異方性エッチング液、例えばＴＭＡＨ、ヒドラジン等を使用してもよい。また、ここではＳｉＯ２を異方性エッチング時のマスク材料として使用しているが、シリコンのエッチング液にエッチングされない他の薄膜材料、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＮ／ＳｉＯ２二層膜等を使用してもよい。また、ここでは金属薄膜としてＡｌをスパッタ法により成膜したが、使用するレーザー光に対し必要十分な反射率が得られる金属薄膜ならばＡｕ等の他の材料も選択可能であり、成膜法もスパッタ法に限らず真空蒸着法等も利用できる。
【０１３２】
本実施例における光走査装置のミラー部の動作は、第３の実施例における光走査装置の動作と同じであるが、ミラー部と反射基板による光の挙動が異なる。反射基板の開口部１００４を通って１５°斜め方向から入射し、往復振動するミラー部表面のミラー面で偏向走査された光は、２００μｍ厚のスペーサを介して対向して設けられた反射基板のミラー面との間で４回往復した後、反射基板の開口部１００５を通って出射される。その際、非平行なミラー間の４回の多重反射により反射ごとに光の反射角度が広がり、ミラー基板の駆動周波数を５ｋＨｚ、振れ角を３°としたとき、ビームの走査角２４°を得ることができる。
【０１３３】
続いて、本発明の第６の実施例における光走査装置の構成を図１６に示す。ａは光走査装置全体の正面図、ｂは駆動電極を含んだ光走査装置中央の断面図である。
【０１３４】
ミラー基板１１０１は同一直線上に設けられた２本のねじり梁（図示せず）でその中央部分を支持されている。２本のねじり梁は、ミラー部の外側に設けられた共通のフレーム内枠１１０４に固定されている。ミラー基板１１０１のねじり梁に支持されていない両側の端面１１０６は、ミラー部の外側に設けられたフレーム内枠１１０４に近接対向して形成されている。
【０１３５】
フレームは２枚のシリコン基板１１０２、１１０３を酸化膜１１１０を介して張合わせて形成されており、一体構造をなすフレーム内枠１１０４と外枠１１０５からなる。内枠はその端面の一部が電極となっており、外枠は内枠よりも厚くなっている。フレームは絶縁材料１１０７で被覆されており、ミラー基板端面１１０６に近接対向した位置にあるフレーム内枠端面の絶縁材料上には、それぞれ電極１１０８、１１０９が形成されている。フレーム内枠はミラー基板よりも厚くなっているため、ミラー基板端面に近接対向して設けられた電極は、端面の厚さ方向にミラー基板端面と重ならない部分にまで引き出されている。フレーム外枠のミラー面と反対側の一部は絶縁材料で被覆されておらずフレームが露出した部分が設けられ、その部分には電極引き出し用のパット（図示せず）が形成されている。ミラー基板１１０１上には使用する光に対して十分な反射率をもつミラー１１１１が形成されている。
【０１３６】
フレーム外枠の上には厚さ５２５ｕｍのシリコン基板から異方性エッチングによって形成された反射基板のフレーム１１１２が接合されている。反射基板のフレームの内側は異方性エッチングによって形成した厚さ２００ｕｍのダイアフラム１１１３となっており、ダイアフラムには異方性エッチングによって形成したミラー基板に入射するビームが通過する開口部１１１４と、ミラー基板で偏向したビームが通過する開口部１１１５と、ミラー基板のミラー面に対向した位置にスパッタ法によってＡｌを成膜した反射基板のミラー面１１１６が設けられている。
【０１３７】
反射基板上には絶縁材料１１１７が形成されており、その上のミラー基板のミラー面側に対向する面には、両側に２つの電極１１１８、１１１９が形成されており、２つの電極はそれぞれミラー基板のフレーム外枠の外側まで引き出され、フレーム外側では電極取り出しの端子１１２０、１１２１となっている。フレームと電極基板の接合位置では導電性材料１１２２を介して電極基板上の電極とフレーム端面の電極が導通している。
【０１３８】
本発明の第６の実施例における光走査装置の製造方法を図１７を用いて説明する。
【０１３９】
ミラー基板、ねじり梁、フレームには高精度の微細加工が容易で、基板自体を共通の導電性材料として使用できる低抵抗のシリコン基板を用いている。
【０１４０】
厚さ２００ｕｍの両面研磨されたシリコン基板１２０１と厚さ５２５ｕｍの両面研磨されたシリコン基板１２０２の両面にそれぞれ厚さ１ｕｍのＳｉＯ２膜を熱酸化によって形成する。そのうちの一方のシリコン基板１２０１のＳｉＯ２膜を片面だけふっ酸でエッチング除去する。この際、ＳｉＯ２を残しておく面はレジストで保護しておく。そして、両シリコン基板を硫酸と過酸化水素水の混合液等を用いて十分な洗浄を行った後、シリコン基板１２０１のシリコン表面とシリコン基板１２０２のＳｉＯ２膜表面をＳｉＯ２膜１２０３を介して接触させ、５００℃の減圧雰囲気下で仮接合したあと、窒素雰囲気中１１００℃で直接接合する（ａ）。
【０１４１】
次に、シリコン基板１２０２上のＳｉＯ２膜１２０５を、レジストをマスクとしてふっ酸でエッチングすることにより、フレーム外枠形状にパターニングし（ｂ）、次に、フレーム外枠形状にパターニングしたＳｉＯ２膜１２０５をマスクとして、シリコン基板１２０２を１４５ｕｍの深さまで８５℃、３０％のＫＯＨ水溶液で異方性エッチングする（ｃ）。ここでは異方性エッチング液としてＫＯＨ溶液を用いたが、シリコンとＳｉＯ２のエッチング選択比が十分大きい他の異方性エッチング液、例えばＴＭＡＨ、ヒドラジン等を使用してもよい。また、ここではＳｉＯ２を異方性エッチング時のマスク材料として使用しているが、シリコンのエッチング液にエッチングされない他の薄膜材料、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＮ／ＳｉＯ２二層膜等を使用してもよい。次に異方性エッチングによって一段低くなったシリコン基板１２０２の表面を熱酸化し、厚さ１ｕｍのＳｉＯ２膜１２０６を形成する（ｄ）。
【０１４２】
次に、シリコン基板１２０１上のＳｉＯ２膜１２０７を、レジストをマスクとしてふっ酸でエッチングすることにより、フレーム外枠形状にパターニングする（ｅ）。次に、フレーム外枠形状にパターニングしたＳｉＯ２膜１２０７をマスクとして、シリコン基板１２０１を１００ｕｍの深さまで８５℃、３０％のＫＯＨ水溶液で異方性エッチングする（ｆ）。ここでは異方性エッチング液としてＫＯＨ溶液を用いたが、シリコンとＳｉＯ２のエッチング選択比が十分大きい他の異方性エッチング液、例えばＴＭＡＨ、ヒドラジン等を使用してもよい。また、ここではＳｉＯ２を異方性エッチング時のマスク材料として使用しているが、シリコンのエッチング液にエッチングされない他の薄膜材料、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＮ／ＳｉＯ２二層膜等を使用してもよい。次に異方性エッチングによって一段低くなったシリコン基板１２０１の表面を熱酸化し、厚さ１ｕｍのＳｉＯ２膜１２０８を形成する（ｇ）。
【０１４３】
次に、異方性エッチングによって一段低くなったシリコン基板１２０１上のＳｉＯ２膜１２０８を、レジストをマスクとしてふっ酸でエッチングすることにより、フレーム内枠形状にパターニングし（ｈ）、ＳｉＯ２が除去されたシリコン基板の内側の部分を、フレーム内枠形状にパターニングしたＳｉＯ２膜１２０９をマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のエッチング速度が大きく異方性の高いドライエッチングで接合面のＳｉＯ２膜１２０３が現れるまでエッチング除去する。ここで形成したシリコン基板１２０１の端面１２１０は、一部をフレーム側の電極形成面として用いる（ｉ）。次に、ドライエッチングで得られたシリコン基板１２０１の端面１２１０を熱酸化し、表面に厚さ１ｕｍのＳｉＯ２膜１２１１を形成する（ｊ）。
【０１４４】
次に、シリコン基板１２０１側の面の熱酸化膜上に、Ｔｉ薄膜３００Åをスパッタ法で成膜したあと、Ｐｔ薄膜１２００Åをスパッタ法で成膜する。なお、Ｔｉ薄膜は酸化膜上でのＰｔ薄膜の密着性を向上させるためのものである。また、ここではＰｔ薄膜１２１２は電極材料として用いているが、他に導電性の高い薄膜であれば、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｌ等の他の材料を使用してもよい。成膜方法としてここではスパッタ法を用いているが、真空蒸着法、イオンプレーティング法等の他の方法で成膜してもよい。成膜の際、電極以外の領域には金属薄膜が形成されないように、金属性のステンシルマスクで遮蔽する。（ｋ）
次に、シリコン基板１２０２側に形成されているＳｉＯ２膜１２０６をレジストをマスクとしてふっ酸でエッチングすることにより、フレーム内枠、ミラー基板、梁形状にパターニングする（ｌ）。次に、ＳｉＯ２膜１２０６をマスクとしてシリコン基板１２０２を、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のエッチング速度が大きく異方性の高いドライエッチングで接合面のＳｉＯ２膜１２０３が現れるまでエッチング除去し、続いて接合面のＳｉＯ２膜１２０３、金属薄膜１２１２もドライエッチングで除去することにより、フレーム、ミラー基板、梁を貫通形成する。（ｍ，ｎ）
このようにして作製した、ねじり梁で支持されたミラー基板が固定されているフレーム外枠と、反射基板を導電性接着剤１２１３で接着する（ｏ）。このとき、フレームと基板は接着層を介さないで直接接触するように、接着剤はフレームに形成された凹部に設ける。
【０１４５】
反射基板のフレームの内側の厚さ２００ｕｍのダイアフラム１２１４は異方性エッチングによって形成する。また、ダイアフラムに形成されているミラー基板に入射するビームが通過する開口部１２１５と、ミラー基板で偏向したビームが通過する開口部（図示せず）は、同じく異方性エッチングによって形成する。ミラー基板のミラー面に対向した位置に設けられた反射基板のミラー面（図示せず）と反射基板の電極１２１６、１２１７はスパッタ法によってＡｌを成膜する。この際、ミラーと電極以外の領域には金属薄膜が成膜されないように、金属性のステンシルマスクで遮蔽する。ここで異方性エッチングはＳｉＯ２膜をマスクとして８５℃、３０％のＫＯＨ水溶液で行う。なお、シリコンとＳｉＯ２のエッチング選択比が十分大きい他の異方性エッチング液、例えばＴＭＡＨ、ヒドラジン等を使用してもよい。また、ここではＳｉＯ２を異方性エッチング時のマスク材料として使用しているが、シリコンのエッチング液にエッチングされない他の薄膜材料、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＮ／ＳｉＯ２二層膜等を使用してもよい。また、ここでは金属薄膜としてＡｌをスパッタ法により成膜したが、使用するレーザー光に対し必要十分な反射率が得られる金属薄膜ならばＡｕ等の他の材料も選択可能であり、成膜法もスパッタ法に限らず真空蒸着法等も利用できる。
【０１４６】
本実施例における光走査装置のミラー部の動作は、第１の実施例における光走査装置の動作と同じであり、ミラー部と反射基板による光の挙動は第３の実施例と同じであるため説明は省略する。第６の実施例では、電極が反射基板上に設けられているので、電極基板を別途設ける必要がなく、構造が簡単で低コストに製造できる。
【０１４７】
次に、本発明の第７の実施例について説明する。第７の実施例おける光走査装置の駆動電極を含んだ中央の断面図構成を図１８に示す。本実施例における光走査装置の構造は、第６の実施例における光走査装置の構造とフレーム内枠端面の電極形状を除いて同じであるので、ここでは構造の異なる部分のみ図示した。第７の実施例では、フレーム内枠端面の絶縁材料上、端面の厚さ方向にミラー基板端面と重ならない部分に、それぞれ電極１３０１、１３０２が形成されている。第７の実施例によれば、電極がミラー端面と重なっている部位がないため、そこで生じるミラー基板の変位を妨げる静電引力がなく、より低電圧でのミラー基板の励振が可能である。
【０１４８】
次に、本発明の第８の実施例について説明する。本発明の第８の実施例における光走査装置の駆動電極を含んだ中央の断面図構成を図１９に示す。
【０１４９】
本実施例における光走査装置の構造は、第６の実施例における光走査装置の構造と反射基板に設けられている電極形状を除いて同じであるので、ここでは構造の異なる部分のみ図示した。第８の実施例においては、反射基板上の電極１４０３、１４０４はフレーム内枠端面の電極１４０１、１４０２と導通しておらず、それぞれに独立して電圧を印加することができる。
【０１５０】
続いて、本発明の第９の実施例について説明する。本発明の第９の実施例における光走査装置の駆動電極を含んだ中央の断面図構成を図２０に示す。
【０１５１】
本実施例における光走査装置の構造は、第５の実施例における光走査装置の構造と反射基板に電極が設けられていることを除いて同じであるので、ここでは構造の異なる部分のみ図示した。第９の実施例では、反射基板上の電極１５０３、１５０４はフレーム内枠端面の電極１５０１、１５０２と導通しておらず、それぞれに独立して電圧を印加することができる。
【０１５２】
次に、本発明の第１０の実施例について説明する。第１０の実施例における光走査装置の駆動電極を含んだ中央の断面図構成を図２１に示す。
【０１５３】
本実施例における光走査装置の構造は、第３の実施例における光走査装置の構造とは、ミラー基板端面とそれに対向するフレーム内枠端面の電極形状を除いて同じであるので、ここでは構造の異なる部分のみ図示した。ミラー基板端面１６０１は櫛歯状に折れ曲がって加工されており、フレーム内枠１６０２の端面の絶縁材料上には、ミラー基板端面に対向して櫛歯状に折れ曲がった電極１６０３、１６０４が形成されている。櫛歯状にすることによって、対向電極の面積が大きくなるため、より低い電圧でミラー基板を励振させることができる。
【０１５４】
次に、本発明の第３〜第１０の実施例の光走査装置の動作を制御する書込制御部とミラーを揺動させる電極との接続構成を図２２に示す。図２２では、上記の第６の実施例に近い構成を例にとっているが、他の実施例においても原理は同様である。この書込制御部は、例えば、図３における２２１として具備することができる。
【０１５５】
図２３に、各電極に電圧をかけるタイミングを示すタイミングチャートを示す。ここでは、このタイミングチャートを参照して動作を説明する。
【０１５６】
揺動ミラーの支持基板には回転軸をはさんで対称に端面に対向する電極１ａ、１ｂとミラー面に対向する電極２ａ、２ｂが設けられる。ミラーは定常状態では水平（θ＝０）で、まず、電極１ａに電圧をかけることにより静電引力でミラーを支持する梁をねじってミラーは右回転に傾き、引き続き電極２ａに電圧をかけることにより、梁の復元力と静電引力とが釣り合う角度（−θ）まで回転する。この時点で電圧を解除するとミラーは定常状態に戻ろうとするが、さらに電極１ｂに電圧をかけると水平を越えて左回転し引き続き電極２ｂに電圧をかけることにより、梁の復元力と静電引力とが釣り合う角度（＋θ）まで回転する。この動作を繰り返すことによりミラーは往復振動する。
【０１５７】
上記角度−θを起点として＋θに達するまでを一走査とし、電圧が解除された時点からＬＤ１７０１を点灯させセンサ１７０３にてビームを検出して同期信号を発生し画像記録が行われる。
【０１５８】
さて、本発明の第１、第２の実施例では、ミラー部（偏向面という）と、偏向面に対向した位置に配置される反射面との間でレーザー光を２回以上反射させたうえで走査するようにしているが、ここで反射回数を規定するためには、偏向面、反射面の間の距離と反射面の寸法を正確に規定する必要がある。そこで、偏向面あるいは反射面を設ける基板に、その深さで距離が規定できるように凹型形状を形成した場合、エッチングあるいは研磨等によって形成する凹型形状の底面は荒れているため、そのままでは底面を偏向面あるいは反射面として使用できず、研磨による平坦化も難しい。
【０１５９】
このような問題を解決した対向ミラーを設けた光走査装置の実施例について第１１〜第１２の実施例として次に説明する。第１１〜第１２の実施例は、第１、第２の実施例における光走査モジュールにおけるミラー部と反射面とを構成するための部分に使用するが、その他の構成においても使用できる。
【０１６０】
図２４に本発明の第１１の実施例における光走査装置の正面図と断面図を示す。
【０１６１】
本発明の光走査装置の偏向手段であるところの第１のシリコン基板１８０１にはシリコンフレーム１８０２と一体成形された２本のねじり梁１８０３とそれにより支持されたミラー部１８０４が形成されており、ミラー部表面は偏向面１８０５として金属薄膜が成膜されている。第１のシリコン基板１８０１において、その駆動手段に関係する部分は、図中には示していない。なお、前述したように、ミラー部の駆動手段としては電磁力あるいは静電引力を利用することができ、前者の場合、２本の梁で支持されたミラー部を磁界中に設置し、ミラー部に形成されたコイルに電流を流すことで発生する電磁力でミラー部を往復振動させる。また、後者の場合、２本の梁で支持されたミラー部背面の対向する位置にギャップを隔てて２つの電極を設け、ミラー部と対向電極間に電圧を印加することで発生する静電引力でミラー部を往復振動させる。このとき、駆動周波数がミラー部の共振周波数となるようにねじり梁とミラーの構造、寸法を設計することにより、ミラーの振れ幅を大きくすることができる。
【０１６２】
第１１の実施例における光走査装置の第２のシリコン基板１８０６には、金属薄膜が成膜された多重反射のための反射面１８０７が設けられている。さらに、第２のシリコン基板１８０６には、図２４の光走査装置の正面図にも示したように、第１のシリコン基板１８０１の偏向面１８０５へのレーザー光入射のための開口部１８０８と、多重反射した後の偏向面からのレーザー光出射のための開口部１８０９が形成されている。入射開口部１８０８はレーザー光を入射できるだけの広さがあればよいが、出射開口部１８０９はレーザー光が偏向面の振動により広域にわたって走査されて出射されるので、レーザー光を妨げることがないように、特にレーザー光の走査方向側（レーザー光の進行方向とほぼ直交方向）には十分広くとる必要がある。レーザー光の進行方向側にはレーザー光の広がりの幅を考慮した広さがあればよい。
【０１６３】
偏向面１８０４の設けられた第１のシリコン基板１８０１と反射面１８０７の設けられた第２のシリコン基板１８０６の間には、偏向面１８０４と反射面１８０７の距離を規定する第３のガラス基板１８１０が設けられている。この厚さ１００ｕｍのガラス基板は、第１のシリコン基板１８０１のフレーム１８０２上に接合されており、フレーム内側の可動部すなわち２本のねじり梁１８０３とそれにより支持されたミラー部１８０４は貫通されている。したがって、この第３のガラス基板の厚さ１００ｕｍがそのまま偏向面１８０４と反射面１８０７の距離を規定している。
【０１６４】
第２のシリコン基板１８０６の開口部１８０８を通って入射し、第１のシリコン基板１８０１に形成された往復振動するミラー部表面１８０５で偏向走査されたレーザー光は、図２４中の破線に示すように１００μｍの間隔をもって対向して設けた第２のシリコン基板の反射面との間で４回往復した後、第２のシリコン基板の開口部１８０９を通って出射される。その際、入射開口部から出射開口部までに設けられた反射面の寸法と、反射面から偏向ミラー部表面までの距離が正確に規定されているため、ミラー部の回転角（振れ角）を３°としたとき４回の反射が得られ、走査角は２４°まで拡大される。
【０１６５】
本発明の光走査装置の製造方法を図２５を用いて説明する。まず、厚さ５２５ｕｍの両面研磨されたシリコンウエハ１９０１の両面に、シリコンのエッチングマスクとして厚さ１．５ｕｍのＳｉＯ２膜１９０２を熱酸化法で形成する（ａ）。ここではＳｉＯ２をマスク材料として使用しているが、シリコンのエッチング液にエッチングされない他の薄膜材料、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＮ／ＳｉＯ２二層膜等を使用してもよい。このＳｉＯ２膜の片面側を、入射開口部、出射開口部が形成されるようにレジストをマスクとしてフッ酸の緩衝溶液でエッチングすることによりパターニングする（ｂ）。次に、このＳｉＯ２膜をエッチングマスクとして、異方性エッチング液でシリコンウエハを裏面のＳｉＯ２膜に達するまでエッチングする（ｃ）。異方性エッチング液として、ここではＫＯＨ溶液を用いたが、シリコンとＳｉＯ２のエッチング選択比が十分大きい他の異方性エッチング液、例えばＴＭＡＨ、ヒドラジン等を使用してもよい。次に、エッチングマスクとして使用したＳｉＯ２膜を両面ともフッ酸でエッチング除去する（ｄ）。
【０１６６】
このようにして作製した第２のシリコン基板を、次に偏向面と反射面の距離を規定する第３の基板となる厚さ１ｍｍガラス基板１９０３と接合する（ｅ）。このとき、ガラス基板としてほう珪酸ガラスを使用し、接合方法は陽極接合とすることができる。陽極接合はガラス基板とシリコン基板を４００〜５００℃に加熱しながら数１００Ｖの電圧を両基板間に印加することで直接接合する方法である。本方法は接着剤等の介在物なしに両基板を接合できるため、光偏向装置組み立て後の偏向面と反射面の距離を正確に規定することができる。
【０１６７】
次に、ガラス基板をＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)で高精度に研磨することにより厚さを１００ｕｍとする（ｆ）。このときの厚さが偏向面と反射面の距離となる。
【０１６８】
次に、ガラス基板１９０３にメッキの電極としてのＡｕ１９０４をスパッタ成膜し（ｇ）、レジスト１９０５のパターニングにより領域を限定たのち（ｈ）、ガラス基板１９０３に厚さ１ｕｍのＮｉ膜１９０６を電解めっきで形成する（ｉ）。なお、ここでは電解めっきで１ｕｍの厚いＮｉを形成しているが、厚いマスク材料を効率よく形成することができる方法ならば他の方法でもよい。次に、レジスト１９０５を除去した後（ｊ）、Ｎｉをマスクとしてドライエッチングによりガラス基板を反射面となるシリコン基板に達する直前までエッチングし、最後に残したガラス層はフッ酸によりエッチング除去する（ｋ）。シリコン基板に達する際のエッチングをウェットエッチングとしたのは、よりシリコンとのエッチング選択比をとることで反射面の平坦性を確保するためである。次にマスクとして使用したＮｉとＡｕをそれぞれ専用のエッチング液でエッチング除去する（ｌ）。このようにして形成されたシリコン平坦面にレーザーの反射材料としてＡｌ１９０７をマスクスパッタ法で形成する（ｍ）。ここでは金属薄膜としてＡｌをスパッタ法により成膜したが、使用するレーザー光に対し必要十分な反射率が得られる金属薄膜ならばＡｕ等の他の材料も選択可能であり、成膜法もスパッタ法に限らず真空蒸着法等も利用できる。以上の工程で、偏向面と反射面の距離を規定する第３のガラス基板が接合され、入射開口部、出射開口部、及び反射面が形成された第２のシリコン基板が完成した。
【０１６９】
本実施例では、第１のシリコン基板１９０８のレーザー光を繰り返し走査する偏向手段としては、２本の梁で支持されそのねじりで往復振動するミラーを使用する。本ミラーはシリコン基板の一部を異方性エッチング薄板化し、その部分をドライエッチングで所望の形状で貫通することで形成することができる。駆動方法は電磁力でも静電引力でもよく、前者の場合、２本の梁で支持されたミラー部を磁界中に設置し、ミラー部裏面に形成されたコイルに電流を流すことで発生する電磁力でミラー部を往復振動させる。また、後者の場合、２本の梁で支持されたミラー部背面の対向する位置にギャップを隔てて２つの電極を設け、ミラー部と対向電極間に電圧を印加することで発生する静電引力でミラー部を往復振動させる。いずれも、偏向面はシリコン基板の研磨された平坦面側に形成されており、２本の梁を固定するフレームの表面も平坦でミラー面と同一面内にある。この第１のシリコン基板の製造工程は既存の技術に従うものであり、本発明の主要な部分ではないため詳細な説明は省略する。
【０１７０】
このねじり振動するミラー、すなわち偏向面が設けられた第１のシリコン基板に、反射面が設けられた第２のシリコン基板を、第３のガラス基板を介して陽極接合する（ｎ）。ここでも接着剤等の介在物なしに両基板を接合するため、光偏向装置組み立て後の偏向面と反射面の距離をガラス基板の厚さによって正確に規定することができる。
【０１７１】
図２６に本発明の第１２の実施例における光走査装置の断面図を示す。
【０１７２】
本発明の光走査装置の偏向手段であるところの第１のシリコン基板２００１にはシリコンフレーム２００２と一体成形された２本のねじり梁２００３とそれにより支持されたミラー部２００４が形成されており、ミラー部表面は偏向面２００５として金属薄膜が成膜されている。第１のシリコン基板において、その駆動手段に関係する部分は、図中には示していない。
【０１７３】
第１１の実施例と同様、ミラー部の駆動手段としては電磁力あるいは静電引力を利用することができ、前者の場合、２本の梁で支持されたミラー部を磁界中に設置し、ミラー部に形成されたコイルに電流を流すことで発生する電磁力でミラー部を往復振動させる。また、後者の場合、２本の梁で支持されたミラー部背面の対向する位置にギャップを隔てて２つの電極を設け、ミラー部と対向電極間に電圧を印加することで発生する静電引力でミラー部を往復振動させる。このとき、駆動周波数がミラー部の共振周波数となるようにねじり梁とミラーの構造、寸法を設計することにより、ミラーの振れ幅を大きくすることができる。
【０１７４】
第１２の実施例における光走査装置の第２のシリコン基板２００６には、金属薄膜が成膜された多重反射のための反射面２００７が設けられている。さらに、第２のシリコン基板２００６には、図２４の光走査装置の正面図にも示したように、第１のシリコン基板２００１の偏向面２００５へのレーザー光入射のための開口部２００８と、多重反射した後の偏向面からのレーザー光出射のための開口部２００９が形成されている。入射開口部２００８はレーザー光を入射できるだけの広さがあればよいが、出射開口部２００９はレーザー光が偏向面の振動により広域にわたって走査されて出射されるので、レーザー光を妨げることがないように、特にレーザー光の走査方向側（レーザー光の進行方向とほぼ直交方向）には十分広くとる必要がある。レーザー光の進行方向側にはレーザー光の広がりの幅を考慮した広さがあればよい。
【０１７５】
偏向面２００５の設けられた第１のシリコン基板２００１と反射面２００７の設けられた第２のシリコン基板２００６は、第１のシリコン基板の外側に設けられた第３のシリコン基板２０１０によってその偏向面２００５と反射面２００７の距離を規定されている。この厚さ３００ｕｍのシリコン基板２０１０は、第１のシリコン基板２００１と同一のガラス支持基板２０１１上に接合されている。したがって、偏向面２００５と反射面２００７の距離はこの第３のガラス基板２０１０の厚さ３００ｕｍと第１のシリコン基板の厚さによって規定されている。
【０１７６】
第２のシリコン基板２００６の開口部２００８を通って入射し、第１のシリコン基板２００１に形成された往復振動するミラー部表面２００５で偏向走査されたレーザー光は、図２６中に示すように１００μｍの間隔をもって対向して設けられた第２のシリコン基板の反射面との間で４回往復した後、第２のシリコン基板の開口部２００９を通って出射される。その際、入射開口部から出射開口部までに設けられた反射面の寸法と、反射面から偏向ミラー部表面までの距離が正確に規定されているため、ミラー部の回転角（振れ角）を３°としたとき４回の反射が得られ、走査角は２４°まで拡大される。
【０１７７】
第１２の実施例の光走査装置の製造方法を図２７を用いて説明する。まず、厚さ５２５ｕｍの両面研磨されたシリコンウエハ２１０１の両面に、シリコンのエッチングマスクとして厚さ１．５ｕｍのＳｉＯ２膜２１０２を熱酸化法で形成する（ａ）。ここではＳｉＯ２をマスク材料として使用しているが、シリコンのエッチング液にエッチングされない他の薄膜材料、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＮ／ＳｉＯ２二層膜等を使用してもよい。このＳｉＯ２膜の片面側を、入射開口部、出射開口部が形成されるようにレジストをマスクとしてフッ酸の緩衝溶液でエッチングすることによりパターニングする（ｂ）。次にこのＳｉＯ２膜をエッチングマスクとして異方性エッチング液でシリコンウエハを裏面のＳｉＯ２膜に達するまでエッチングする（ｃ）。異方性エッチング液として、ここではＫＯＨ溶液を用いたが、シリコンとＳｉＯ２のエッチング選択比が十分大きい他の異方性エッチング液、例えばＴＭＡＨ、ヒドラジン等を使用してもよい。次に、エッチングマスクとして使用したＳｉＯ２膜を両面ともフッ酸でエッチング除去する（ｄ）。
【０１７８】
このようにして作製した第２のシリコン基板を、次に、偏向面と反射面の距離を規定する第３の基板となる厚さ５２５ｕｍの熱酸化膜付きシリコン基板２１０３と接合する（ｅ）。このときの接合方法は直接接合とした。直接接合は表面を清浄化したシリコン基板どうしを９００  〜１１００℃に加熱することで直接接合する方法である。本方法は接着剤等の介在物なしに両基板を接合できるため、光偏向装置組み立て後の偏向面と反射面の距離を正確に規定することができる。次に、シリコン基板をＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)で高精度に研磨することにより厚さを３００ｕｍとする（ｆ）。このときの厚さと、第１のシリコン基板の厚さの差が偏向面と反射面の距離となる。
【０１７９】
次に、接合された基板全体に熱酸化法でＳｉＯ２膜２１０４を形成し（ｇ）、第３のシリコン基板のＳｉＯ２膜を、第２のシリコン基板が収納されるような開口部が形成されるようにレジストをマスクとしてフッ酸の緩衝溶液でエッチングすることによりパターニングする（ｈ）。次に、このＳｉＯ２膜をエッチングマスクとして異方性エッチング液でシリコンウエハを接合界面のＳｉＯ２膜に達するまでエッチングする（ｉ）。異方性エッチング液として、ここではＫＯＨ溶液を用いたが、シリコンとＳｉＯ２のエッチング選択比が十分大きい他の異方性エッチング液、例えばＴＭＡＨ、ヒドラジン等を使用してもよい。
【０１８０】
次に、エッチングマスクとして使用したＳｉＯ２膜を両面ともフッ酸でエッチング除去する（ｊ）。このようにして形成された第２基板のシリコン平坦面にレーザーの反射材料としてＡｌをマスクスパッタ法で形成した（ｋ）。ここでは金属薄膜としてＡｌをスパッタ法により成膜したが、使用するレーザー光に対し必要十分な反射率が得られる金属薄膜ならばＡｕ等の他の材料も選択可能であり、成膜法もスパッタ法に限らず真空蒸着法等も利用できる。以上の工程で、偏向面と反射面の距離を規定する第３のシリコン基板が接合された、入射開口部、出射開口部、及び反射面が形成された第２のシリコン基板が完成した。
【０１８１】
第１のシリコン基板のレーザー光を繰り返し走査する偏向手段としては、２本の梁で支持されそのねじりで往復振動するミラーを使用した。本ミラーはシリコン基板の一部を異方性エッチング薄板化し、その部分をドライエッチングで所望の形状で貫通することで形成することができる。駆動方法は電磁力でも静電引力でもよく、前者の場合、２本の梁で支持されたミラー部を磁界中に設置し、ミラー部裏面に形成されたコイルに電流を流すことで発生する電磁力でミラー部を往復振動させる。また、後者の場合、２本の梁で支持されたミラー部背面の対向する位置にギャップを隔てて２つの電極を設け、ミラー部と対向電極間に電圧を印加することで発生する静電引力でミラー部を往復振動させる。いずれも、偏向面はシリコン基板の研磨された平坦面側に形成されており、２本の梁を固定するフレームの表面も平坦でミラー面と同一面内にある。この第１のシリコン基板の製造工程は既存の技術に従うものであり、本発明の主要な部分ではないため詳細な説明は省略する。
【０１８２】
このねじり振動するミラー、すなわち偏向面が設けられた第１のシリコン基板２１０６を、基準面となるガラス基板２１０７に陽極接合し（ｌ）、つづけて第２のシリコン基板を第３のシリコン基板を介して同じ基準面となるガラス基板に陽極接合する（ｍ）。いずれも接着剤等の介在物なしに基板を接合するため、光偏向装置組み立て後の偏向面と反射面の距離を第１のシリコン基板と第３のシリコン基板の厚さの差よって正確に規定することができる。
【０１８３】
以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【０１８４】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、光走査装置として小型モジュール化を実現するとともに、製作工程を簡素化することにより生産効率を向上させることが可能となる。また、偏向器の可動部を小型、軽量化し、負荷を低減することで消費電力の低減を図ることができ、振れ角が大きく安定した振動が得られる静電駆動のねじり振動型の偏向器を有する光走査装置を提供することが可能となる。
【０１８５】
すなわち、図３に示したように光源部基板を積み重ねて配備することで偏向面へ光ビームを精度良く入射させることができる一方、偏向器の少ない回転角でより大きな走査角が得られ、偏向器速度を低減できるので、可動部を薄型化でき加工時間が短縮されて組立効率を向上することができ、厄介な調整作業を行なわなくても積層により反射面と偏向面の配置精度が確保できるので、組立効率を向上することができる。
【０１８６】
また、ミラーの偏向器において、ミラー基板におけるミラー面の反対側の面に対向する基板面と、ミラー基板端面に対向するフレーム端面とに電極を設けることにより、ミラー基板端面とそれに対向するフレーム内枠表面に形成された電極が近接しているため低い電圧でミラー基板を励振させることができる。さらに共振周波数で駆動させたときにはミラー基板の振れ幅が大きくなり、ミラー基板端部がより面積の大きなミラー面の反対側に対向する電極面にも近接するため、ミラー基板端面とミラー基板平面に対向した電極の駆動により振動維持をより安定化することができる。
【０１８７】
更に、偏向部基板の偏向面と光源部基板の反射面をそれぞれの基板表面に形成したうえで、両者間の距離は別基板で規定することにより、偏向面と反射面として、ミラー研磨された基板表面を利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術における光走査装置の構成例である（ポリゴンミラーを用いた例）。
【図２】従来技術における光走査装置の構成例である（ガルバノミラーを用いた例）。
【図３】本発明の第１の実施例における光走査モジュールの斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施例における光走査モジュールの断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例における光走査モジュールの斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施例における光走査モジュールの断面図である。
【図７】本発明の光走査モジュールからなる光走査装置を示す図である。
【図８】デジタル複写機の構成図である。
【図９】レーザプリンタの構成図である。
【図１０】普通紙ファクシミリの構成図である。
【図１１】本発明の第３の実施例における光走査装置の構成図である。
【図１２】本発明の第３の実施例における光走査装置の製造方法を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施例における光走査装置の断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施例における光走査装置の製造方法を示す図である。
【図１５】  本発明の第５の実施例における光走査装置の構成を示す図である。
【図１６】本発明の第６の実施例における光走査装置の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第６の実施例における光走査装置の製造方法を示す図である。
【図１８】本発明の第７の実施例おける光走査装置の断面図である。
【図１９】本発明の第８の実施例おける光走査装置の断面図である。
【図２０】本発明の第９の実施例における光走査装置の断面図である。
【図２１】本発明の第１０の実施例における光走査装置の構成を示す図である。
【図２２】書込制御部とミラーを揺動させる電極との接続構成を示す図である。
【図２３】各電極に電圧をかけるタイミングを示すタイミングチャートである。
【図２４】本発明の第１１の実施例における光走査装置の正面図と断面図である。
【図２５】本発明の第１１の実施例における光走査装置の製造方法を示す図である。
【図２６】本発明の第１２の実施例における光走査装置の断面図を示す図である。
【図２７】本発明の第１２の実施例における光走査装置の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
１０１…半導体レーザ（ＬＤ）、１０２…保持部材、１０３…カップリングレンズ、１０７…ポリゴンミラー、１１０…結像レンズ、１１２…光学ベース、１１５…ガルバノミラー、２０１、３０１…電極基板、２０２、３０２…リード端子、２０３…マグネット、２０４、３０３…第１のシリコン基板、２０５…ねじり梁、２０６…ミラー部、２０７、３０８…第２のシリコン基板、２０８、３０９…半導体レーザチップ、２０９、３１０…フォトダイオード、２１０、３１１…カップリングレンズ、２１１、３１２…Ｖ溝、２１２、３１３…フレーム、２１３、３１６…アパーチャ、２１４、２１５、２１６、３１４、３１５…反射部、２１７、３１７…開口、２１８、３１８…封止板、２１９、３１９…射出窓、２２０、２２１、３２０、３２１…制御回路、３０４…偏向ディスク部、３０５…回折格子、３０７…電極、３２２…ステータ部、３２３…軸部、３２５…サブマウント、４０２…電装基板、４０３…同期検知センサ、４０４…走査レンズ、４０５…ミラー、５００…画像形成装置本体、５０１…光走査装置、６０１…ミラー基板、６０２、６０３…ねじり梁、６０４…フレーム内枠、６０５…フレーム外枠、６０７…絶縁材料、６０６…ミラー基板端面、６０８、６０９、６１４、６１５、７１４、７１５…電極、６１１…ミラー、６１２、７１２…電極基板、６１３…絶縁材料、６１６、６１７…端子、６１８…導電性材料、７０１、７０２…シリコン基板、７０３〜７０７、７０９、７１３…ＳｉＯ２膜、７０８…端面、７１０…Ｐｔ薄膜、７１１…金属薄膜、７１６…導電性接着剤、８１２…電極基板、８１３…絶縁材料、８１４、８１５、９０５、９０６…電極、８１６、８１７…端子、８１８…導電性材料、９０１…シリコン基板、９０２…ドライフィルムレジスト、９０３…ドライフィルムレジスト形状、９０４…ＳｉＯ２膜、１００１…シリコン基板、１００２…フレーム、１００３…ダイアフラム、１００４、１００５…開口部、１００６…ミラー面、１１０１…ミラー基板、１１０２、１１０３、１２０１、１２０２…シリコン基板、１１０４…フレーム内枠、１１０５…フレーム外枠、１１０６…端面、１１０７、１１１７…絶縁材料、１１０８、１１０９、１１１８、１１１９、１２１６、１２１７…電極、１１１１…ミラー、１１１２…フレーム、１１１３…ダイアフラム、１１１４、１１１５…開口部、１１１６…ミラー面、１１２０、１１２１…端子、１１２２…導電性材料、１２０３、１２０５〜１２０９、１２１１…ＳｉＯ２膜、１２１０…端面、１２１２…Ｐｔ薄膜、１２１３…導電性接着剤、１２１４…ダイアフラム、１２１５…開口部、１３０１、１３０２、１４０１〜１４０４、１５０１〜１５０４…電極、１６０１…ミラー基板端面、１６０２…フレーム内枠、１６０３、１６０４…電極、１７０１…ＬＤ、１７０３…センサ、１８０１…第１のシリコン基板、１８０２…シリコンフレーム、１８０３…ねじり梁、１８０４…ミラー部、１８０５…偏向面、１８０６…第２のシリコン基板、１８０７…反射面、１８０８、１８０９…開口部、１８１０…第３のガラス基板、１９０１…シリコンウエハ、１９０２…ＳｉＯ２膜、１９０３…ガラス基板、１９０４…Ａｕ、１９０５…レジスト、１９０７…Ａｌ、１９０８…第１のシリコン基板、２００１…第１のシリコン基板、２００２…シリコンフレーム、２００３…ねじり梁、２００４…ミラー部、２００５…偏向面、２００６…第２のシリコン基板、２００７…反射面、２００８、２００９…開口部、２０１０…第３のシリコン基板、２０１１…ガラス支持基板、２１０３…熱酸化膜付きシリコン基板、２１０４…ＳｉＯ２、２１０６…第１のシリコン基板、２１０７…ガラス基板
【図１】
0004145005.tif 000002
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
0004145005.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
0004145005.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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