(57)【要約】【課題】揺動部の揺動特性を劣化させてしまう可能性が少なく、揺動軸を中心に安定した揺動部の所望の揺動を可能とする揺動体装置を提供する。【解決手段】揺動体装置は、揺動軸101回りに揺動可能に設けられた揺動部11、12を含む。揺動部11、12には、その質量を調整するための質量調節体104、105を配置するための貫通穴102、103が、夫々、揺動軸101を挟んで揺動部の面内方向に対称な位置に複数形成される。貫通穴102、103の断面積は、揺動部11、12の表裏面より揺動部の厚さ方向内部に向かって変化している。【選択図】図1
2009086556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動軸回りに揺動可能に設けられた揺動部を含む揺動体装置であって、
前記揺動部には、該揺動部の質量を調整するための質量調節体を配置するための貫通穴が、前記揺動軸を挟んで前記揺動部の面内方向に対称な位置に複数形成され、
前記貫通穴の断面積は、前記揺動部の表裏面より該揺動部の厚さ方向内部に向かって変化している、
ことを特徴とする揺動体装置。
【請求項２】
前記貫通穴の断面積は、前記揺動部の表裏面より該揺動部の厚さ方向内部に向かって縮小または増大し、
前記貫通穴は、前記面内方向に伸びて前記揺動軸を含む平面を挟んで前記揺動部の厚さ方向に対称なテーパー形状を有する、
ことを特徴とする請求項1記載の揺動体装置。
【請求項３】
前記貫通穴に充填された質量調整体によって前記揺動部の質量調節が行われ、前記質量調整体は、前記面内方向に伸びて前記揺動軸を含む平面と交差する部位に位置決めされている、
ことを特徴とする請求項1または2記載の揺動体装置。
【請求項４】
揺動軸回りに揺動可能に設けられた揺動部を含む揺動体装置であって、
前記揺動部には、該揺動部の質量を調整するための質量調節体を配置するための凹部が、前記揺動軸を挟んで前記揺動部の面内方向に対称な位置に複数形成され、
前記凹部の断面積は、前記揺動部の表面より該揺動部の厚さ方向内部に向かって縮小し、
前記凹部は、前記面内方向に伸びて前記揺動軸を含む平面を越える深さまで達して点状の底を形成するテーパー形状を有する、
ことを特徴とする揺動体装置。
【請求項５】
前記凹部に充填された質量調整体によって前記揺動部の質量調節が行われ、前記質量調整体は、前記面内方向に伸びて前記揺動軸を含む平面と交差する部位に位置決めされている、
ことを特徴とする請求項4記載の揺動体装置。
【請求項６】
請求項1から5のいずれか1つに記載の揺動体装置を有し、
前記揺動部に光反射部を備える、
ことを特徴とする光偏向器。
【請求項７】
光源と、請求項6に記載の光偏向器と、光入射目標体とを有し、
前記光偏向器は、前記光源からの光を偏向し、該光の少なくとも一部を前記光入射目標体に入射させる、
ことを特徴とする光学機器。
【請求項８】
揺動軸回りに揺動可能に設けられた揺動部を含む揺動体装置の製造方法であって、
前記揺動部に、該揺動部の質量を調整するための質量調節体を配置するための貫通穴を、前記揺動軸を挟んで前記揺動部の面内方向に対称な位置に複数形成する貫通穴形成工程と、
前記貫通穴に質量調整体を充填して前記揺動部の質量調節を行う質量調節工程と、
を有し、
前記貫通穴形成工程では、前記貫通穴の断面積を、前記揺動部の表裏面より該揺動部の厚さ方向内部に向かって変化させ、
前記質量調節工程では、前記質量調整体を、前記面内方向に伸びて前記揺動軸を含む平面と交差する部位に位置決めする、
ことを特徴とする製造方法。
【請求項９】
揺動軸回りに揺動可能に設けられた揺動部を含む揺動体装置の製造方法であって、
前記揺動部に、該揺動部の質量を調整するための質量調節体を配置するための凹部を、前記揺動軸を挟んで前記揺動部の面内方向に対称な位置に複数形成する凹部形成工程と、
前記凹部に質量調整体を充填して前記揺動部の質量調節を行う質量調節工程と、
を有し、
前記凹部形成工程では、前記凹部の断面積を、前記揺動部の表面より該揺動部の厚さ方向内部に向かって縮小させ、前記凹部を、前記面内方向に伸びて前記揺動軸を含む平面を越える深さまで達して点状の底を形成するテーパー形状とし、
前記質量調節工程では、前記質量調整体を、前記面内方向に伸びて前記揺動軸を含む平面と交差する部位に位置決めする、
ことを特徴とする製造方法。
【請求項１０】
前記充填した質量調整体の量を変える補正工程を有する、
ことを特徴とする請求項8または9記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動可能に支持された揺動部を有する揺動体装置、それを用いた光偏向器、それを用いた画像形成装置やディスプレイなどの光学機器、及び揺動体装置の製造方法に関する。この光偏向器は、例えば、光の偏向走査によって画像を投影するプロジェクションディスプレイや、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置に好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光偏向器として、反射面を持つ揺動部を正弦振動させて光を偏向する光走査系が提案されている。ここにおいて、共振現象を利用して正弦振動を行う光偏向器を用いた光走査系は、ポリゴンミラー等の回転多面鏡を使用した光走査光学系に比べて、次の様な特徴がある。即ち、光偏向器を大幅に小型化することが可能であること、消費電力が少ないこと、特に半導体製造プロセスによって製造される単結晶シリコンからなる光偏向器は理論上金属疲労が無く耐久性にも優れていること、等の特徴がある。
【０００３】
この様な共振現象を利用した光偏向器は、所望の駆動周波数に対応して、目標とする固有振動モードの周波数が決められており、これを良好に製造する方法が幾つか提案されている。
【０００４】
1つの提案では、次の如き技術が開示されている（特許文献1参照）。この技術では、図12に示す様に、ねじり軸により揺動可能に弾性支持された反射面とコイルを有する可動板の両端に質量負荷部1001、1002を形成したプレーナ型ガルバノミラーが用いられる。そして、このガルバノミラーの質量負荷部1001、1002にレーザ光を照射することで、質量を除去し、慣性モーメントを調整して周波数を所望の値にする。
【０００５】
また、樹脂で代表される質量片を可動板に塗布して、上記原理と同様の原理で、周波数を調整する技術も提案されている（特許文献2参照）。
【特許文献１】特開2002-40355号公報
【特許文献２】特開2004-219889号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献1の技術において、樹脂は可動板表面に塗布されるため、ねじり軸中心に対して樹脂が可動板の厚さ方向にオフセットした位置にある。この状態でミラーを揺動させるとき、樹脂質量が大きいと、オフセットによる慣性モーメントが生じ、可動板の揺動特性を劣化させてしまう可能性が生じる。また、可動板と樹脂の接合が十分でない場合、経時的に接合強度が低下し、可動板表面より樹脂が剥離する可能性が生ずる。
【０００７】
また、上記特許文献2においては、ミラーに凹部を形成し、凹部の少なくとも一部に質量片を塗布する技術が開示されているが、この技術例では、この凹部はドライエッチングによって形成される。ドライエッチングによって形成される凹部は、円柱もしくは四角柱形状であるため、質量片が微小である場合、必ずしも凹部の中心部に質量片が位置決めされるとは限らない。この場合、ミラー揺動時に複数の質量片位置が揺動軸に対して非対称であることによる慣性モーメントが発生し、ミラーの揺動特性を劣化させてしまう可能性が生じることは、上記特許文献1と同様である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題に鑑み、本発明の揺動体装置は、揺動軸回りに揺動可能に設けられた揺動部を含む揺動体装置であって、次の特徴を有する。揺動部には、該揺動部の質量を調整するための質量調節体を配置するための貫通穴が、揺動軸を挟んで揺動部の面内方向に対称な位置に複数形成され、貫通穴の断面積は、揺動部の表裏面より該揺動部の厚さ方向内部に向かって変化している。
【０００９】
また、上記課題に鑑み、本発明の揺動体装置は、揺動軸回りに揺動可能に設けられた揺動部を含む揺動体装置であって、次の特徴を有する。揺動部には、該揺動部の質量を調整するための質量調節体を配置するための凹部が、揺動軸を挟んで揺動部の面内方向に対称な位置に複数形成されている。更に、凹部の断面積は、揺動部の表面より該揺動部の厚さ方向内部に向かって縮小し、凹部は、上記面内方向に伸びて揺動軸を含む平面を越える深さまで達して点状の底を形成するテーパー形状を有する。
【００１０】
また、上記課題に鑑み、本発明の光偏向器は、上記揺動体装置を有し、上記揺動部に光反射部を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題に鑑み、本発明の光学機器は、光源と、上記光偏向器と、光入射目標体とを有し、上記光偏向器は、上記光源からの光を偏向し、該光の少なくとも一部を上記光入射目標体に入射させることを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題に鑑み、本発明の製造方法は、揺動軸回りに揺動可能に設けられた揺動部を含む揺動体装置の製造方法であって、次の貫通穴形成工程と質量調節工程を有する。貫通穴形成工程では、揺動部に、該揺動部の質量を調整するための質量調節体を配置するための貫通穴を、揺動軸を挟んで揺動部の面内方向に対称な位置に複数形成する。その際、貫通穴の断面積を、揺動部の表裏面より該揺動部の厚さ方向内部に向かって変化させる。質量調節工程では、貫通穴に質量調整体を充填して揺動部の質量調節を行い、その際、質量調整体を、上記面内方向に伸びて揺動軸を含む平面と交差する部位に位置決めする。
【００１３】
また、上記課題に鑑み、本発明の製造方法は、揺動軸回りに揺動可能に設けられた揺動部を含む揺動体装置の製造方法であって、次の凹部形成工程と質量調節工程を有する。凹部形成工程では、揺動部に、該揺動部の質量を調整するための質量調節体を配置するための凹部を、揺動軸を挟んで揺動部の面内方向に対称な位置に複数形成する。その際、凹部の断面積を、揺動部の表面より該揺動部の厚さ方向内部に向かって縮小させ、凹部を、上記面内方向に伸びて揺動軸を含む平面を越える深さまで達して点状の底を形成するテーパー形状とする。質量調節工程では、凹部に質量調整体を充填して揺動部の質量調節を行い、その際、質量調整体を、上記面内方向に伸びて揺動軸を含む平面と交差する部位に位置決めする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、上記貫通穴や凹部内に質量調節体を配置するので、質量調整体は、自律的に、揺動部の厚み方向の貫通穴の中央部であって揺動軸を含む平面と交差する部位、或いは凹部の底部であって揺動軸を含む平面と交差する部位に容易に位置決めされる。よって、複数の質量調節体位置を揺動軸を挟んで対称的に且つ揺動軸からオフセットすることなく設定することが容易にできる。従って、質量調節体を含む揺動部の重心を揺動軸上に容易に設定できて、複数の質量調節体位置が揺動軸に対して非対称であることや揺動軸からオフセットすることによる慣性モーメントの発生が揺動時に抑制される。こうして、揺動部の揺動特性の劣化が抑制されて、揺動軸を中心に揺動部の安定した所望の揺動が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の具体的な実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
（第1の実施例）
図1、図2は、本発明の揺動体装置の一例である光偏向器の第1の実施例を示す図である。図1（ａ）は本光偏向器の上面図、図1（ｂ）は図1（ａ）の裏面側から見た振動系の上面図、図2（ａ）、（ｂ）は、夫々、図1（ａ）のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線での断面図である。
【００１７】
本実施例における揺動体装置は、揺動軸101回りに揺動可能に設けられた2つの揺動部11、12を有する。揺動部11、12は、夫々、揺動部の質量を調整するための貫通穴102、103、質量調整体104、105を持つ第1と第2の可動子106、107で構成されている。第1の可動子106は、第2の可動子107に対して、第1弾性支持部（ねじりバネ）109により、揺動軸101中心にねじり振動自在に弾性支持されて揺動可能である。また、第2の可動子107は、支持体110に対して、第2弾性支持部（ねじりバネ）111により、揺動軸101中心にねじり振動自在に弾性支持されて揺動可能である。揺動部の数は、2つに限らず、1つ或いは3つ以上であってもよい。また、貫通穴も、1対に限らず、複数対あってもよい。
【００１８】
まず、本実施例の駆動原理について説明する。本実施例では、図1に示した揺動部11、12を含む振動系が、後述する駆動手段により、揺動軸101を中心にねじり振動する。図1の可動子106、107、弾性支持部109、111、支持体110は、単結晶シリコン基板から、半導体製造方法のフォトリソグラフィとドライエッチングにより一体形成されている。従って、小型の振動系を比較的安価に形成することが可能となる。また、単結晶シリコンは、ヤング率が高く密度が小さいため、揺動部の自重による変形が少なく、共振時の振幅増幅率が高い振動系を形成することができる。揺動部11は、例えば、揺動軸101に垂直な方向のサイズが3ｍｍ、平行な方向のサイズが1ｍｍであり、振動系の全長は約12ｍｍである。
【００１９】
揺動部11における可動子106上に設置された光反射部である反射面108は、可動子106のねじり振動によって、光源からの光を偏向走査する。ここでは、反射面108の材料はアルミニウムであり、真空蒸着により形成されている。反射面108は、別の材質、例えば金、銅等でもよく、最表面に保護膜を形成してもよい。
【００２０】
図2（ｂ）は、固定体112と駆動手段を示している。図示の様に、本実施例の駆動手段は、固定体112に固定された固定コイル114と、揺動部12の可動子107の両面に設置された永久磁石113を含む。図1（ｂ）と図2（ｂ）に示す様に、揺動部12が有する永久磁石113は、例えば、長さ約2ｍｍ、断面積150μｍ×150μｍの角柱の金属磁石である。永久磁石113は、その着磁方向が長手方向であり、接着剤により可動子107に固定されている。
【００２１】
図2（ｂ）に示す様に、固定体150は、永久磁石113と固定コイル114の位置関係を適切に保持している。そして、固定コイル114は、これに駆動用の交流電流を通電することにより、図2（ｂ）に示した矢印Ｈの方向に交流磁場を発生する。永久磁石113の磁束密度方向は矢印Ｂであるため、固定コイル114が作る磁場により、揺動軸101回りのトルクが発生し、振動系を揺動させることができる。勿論、駆動手段として上記電磁方式の他に、静電方式、圧電方式などの手段を用いることもできる。静電駆動の場合は、少なくとも1つの揺動部に電極を設け、この電極との間に静電力を働かせる様な電極を揺動部の近傍に形成する。圧電駆動の場合は、圧電素子を振動系や支持体に設けて駆動力を印加する。電磁駆動の場合は、永久磁石とコイルを上記の配置とは逆の配置としてもよい。
【００２２】
本実施例の光偏向器の駆動を更に詳細に説明する。本実施例の振動系は、揺動軸101を中心としたねじり振動について、周波数ｆ1の固有振動モードを有している。この固有振動モードは、揺動部11、12の揺動軸101回りの慣性モーメントをＩ、2本で一組の弾性支持部109、111の揺動軸101回りのバネ定数をＫとすると、ねじり振動系の固有振動モードの周波数を示す式1の関係から算出される。
ｆ1＝1/2π・√(K/I)            （式1）
【００２３】
式1は、振動系の減衰項（例えば空気抵抗）が小さい場合には十分な近似である。本実施例の振動系は、減衰比がおおよそ0．003程度である。そして、本実施例の応用の仕様から決定される目標駆動周波数である基準周波数ｆ0によって、固定コイル113は振動系を駆動する。基準周波数ｆ0と周波数ｆ1が一致した場合は、固有振動モードの最も振幅増幅率が高い点で駆動されることとなる。
【００２４】
しかし、材料物性ばらつきや加工公差等の様々な誤差要因によって、周波数ｆ1が基準周波数ｆ0からずれることがある。そこで、質量調整体104、105の充填量即ち質量や、揺動軸101からの距離を調整することにより、式1における揺動部11、12の慣性モーメントＩを調整し、周波数ｆ1を基準周波数ｆ0へ調整することを行う。
【００２５】
上述したように、質量調整体104、105の質量や揺動軸101からの距離によって、慣性モーメントの調整量を増減することができる。例えば、周波数ｆ1の誤差範囲を想定し、誤差範囲を含めて周波数ｆ1が基準周波数ｆ0より高くなる様に、慣性モーメントＩやバネ定数Ｋを設定することにより、周波数ｆ1を基準周波数ｆ0へ調整可能となる。例えば、質量調整体104、105を充填する前に、駆動周波数を掃引しながら可動子106、107の振動振幅を測定することによって周波数ｆ1を測定し、質量調整体の必要な付加量を知ることができる。ここで、質量調整体104、105の密度を適切に設定すれば、質量調整体104、105の質量と揺動軸101からの距離の分解能によらず、周波数ｆ1の調整分解能を設定することができる。
【００２６】
次に、貫通穴102、103を形成する工程について、図を用いて詳細に説明する。図3は、本実施例の貫通穴102、103を形成後、貫通穴102、103内に質量調整体104、105を充填する工程を説明する概念図である。図3（ａ）は、レーザ加工によって凹部を形成後の断面図、図3（ｂ）は、凹部の底部中心に貫通穴を形成した状態を示す断面図、図3（ｃ）は、適当な量の質量調整体104、105を充填後の断面図である。
【００２７】
本実施例の貫通穴102、103は、例えば、空間モードがガウシアン分布であるシングルモード・パルスレーザを加工部分に照射することにより形成される。貫通穴102、103は、その断面積の穴径が、揺動部11、12の表裏面より厚さ方向内部に向かって縮小し、揺動部の面内方向に伸びてねじり軸中心（即ち揺動軸101）を含む平面（図3の破線で示す）上で連結する。また、貫通穴102、103は、揺動部のねじり軸中心を含む上記平面を挟んで揺動部の厚さ方向に対称なテーパー形状となっている。こうしたテーパー形状は、例えば、可動子106、107の表裏面より同一位置、同一条件、同一ショット数でレーザ加工を行い、同一形状の凹部を形成後に、凹部の底部中心をレーザ加工で貫通することによって形成できる。貫通穴102、103の寸法としては、周波数ｆ1の調整幅によって適宜設定されるが、レーザビームの集光方式を調節することによって、例えば、20μｍから300μｍ程度まで変化させることが可能である。また、図示する様に、複数の貫通穴102、103は、揺動軸101を挟んで揺動部の面内方向に対称な位置に形成される。
【００２８】
なお、上記例では、同一形状の凹部を形成後に、凹部の底部中心をレーザ加工で貫通させることによって貫通穴を形成する方式を示したが、凹部同士が直接連結して貫通する方式を採っても構わない。また、レーザ加工の代わりに、局所プラズマエッチング等のドライエッチング手段を用いてもよい。また、上記上下の凹部は、上記平面を挟んで揺動部の厚さ方向に対称なテーパー形状となっていなくてもよく、多少非対称になっていてもよい。
【００２９】
次に、貫通穴102、103を形成後、貫通穴102、103内に質量調整体104、105を充填する工程について説明する。質量調整体104、105は、例えば、紫外線や熱によって硬化する樹脂、2液性硬化や大気に反応して硬化する樹脂、上記硬化特性を有し且つ樹脂中に金属が混入された物、またはハンダ等の低融点金属で構成される。そして、ディスペンサ等によって充填量を精密に制御されて貫通穴102、103内に充填される。質量調整体104、105の粘性と貫通穴102、103の穴径との関係が適切である場合、次の様になる。可動子106、107の一方の面側より質量調整体104、105を充填することで、質量調整体104、105が貫通穴102、103を通じて可動子106、107の反対面側に浸透する。そして、表面張力によって自律的に貫通穴102、103の上記厚さ方向の中心部に位置決めされる。即ち、質量調整体は、上記揺動軸101を含む平面と交差する部位に位置するようになる。
【００３０】
仮に、質量調整体104、105の粘性が高く、貫通穴102、103を通じて可動子106、107の反対面側への十分な浸透が得られない場合は、可動子の両面側より質量調整体を塗布し、それぞれを貫通穴の中心部で連結させてもよい。
【００３１】
質量調整体104、105の充填によって揺動部11、12の慣性モーメントＩが調整され、周波数ｆ1は基準周波数ｆ0へ調整される。しかし、仮に、ディスペンサ等の充填量に誤差があり、質量調整体104、105の充填量が所定量以下であった場合、再度、例えば、可動子106、107の両面側より質量調整体104、105を塗布する。反対に、所定量以上に質量調整体104、105を充填してしまった場合は、質量調整体104、105をレーザ等によって微量除去することによって、充填量の誤差分を補正すればよい。こうした補正工程で用いるレーザの種類に関しては、質量調整体104、105が樹脂材料である場合は、例えば、波長10.6μｍの炭酸ガスレーザや、紫外波長の固体レーザが使用可能である。質量調整体104、105がハンダ等の低融点金属である場合は、例えば、波長1.06μｍの固体レーザが使用可能である。
【００３２】
以上の様に、本実施例では、可動子106、107の質量を調整するための質量調整体104、105を配置するための貫通穴102、103が、次の様に形成される。即ち、揺動軸101を挟んで揺動部の面内方向に対称な位置に形成されると共に、貫通穴102、103の穴径が、可動子106、107の表裏面より内部に向かって縮小する様に変化し、揺動軸101を含む上記平面上で連結する。こうして、貫通穴102、103は、揺動軸101を含む上記平面を挟んで対称なテーパー形状に形成されるので、貫通穴に充填される質量調整体104、105は、貫通穴102、103の中心部であって上記平面と交差する部位に自律的に位置決めされる。貫通穴の断面形状は、上記形成方法ではほぼ円形になるが、多角形状などであってもよい。
【００３３】
本実施例における上記揺動体装置の製造方法は、次の様な工程で実行できる。この製造方法は、貫通穴形成工程と質量調節工程を有する。貫通穴形成工程では、揺動部に、該揺動部の質量を調整するための質量調節体を配置するための貫通穴を、揺動軸を挟んで揺動部の面内方向に対称な位置に複数形成する。その際、貫通穴の断面積を、揺動部の表裏面より該揺動部の厚さ方向内部に向かって縮小する様に変化させる。質量調節工程では、貫通穴に質量調整体を充填して揺動部の質量調節を行い、その際、質量調整体を、上記面内方向に伸びて揺動軸を含む平面と交差する部位に位置決めする。
【００３４】
以上に説明した本実施例により、振動系の固有振動モードの周波数調整や、揺動軸上への重心の調整を高精度に行うことが可能となる。加えて、貫通穴102、103のテーパー形状によって、質量調整体の位置ずれや脱離を構造的に防止することができる。これらの特徴によって、信頼性の高い揺動体装置や光偏向器を実現することが可能となる。
【００３５】
（第2の実施例）
図4、図5は、本発明の揺動体装置の一例である光偏向器の第2の実施例を示す図である。図4（ａ）は光偏向器の上面図、図4（ｂ）は図4（ａ）の裏面側から見た振動系の上面図、図5（ａ）、（ｂ）は、夫々、図4（ａ）のＣ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線での断面図である。
【００３６】
本実施例における揺動体装置も、揺動軸201回りに揺動可能に設けられた2つの揺動部21、22で構成される。これらも、夫々、揺動部の質量を調整するための貫通穴202、203、質量調整体204、205を持つ第1と第2の可動子206、207で構成されている。第1の可動子206は、第2の可動子207に対して、第1弾性支持部（ねじりバネ）209により、揺動軸201中心にねじり振動自在に弾性支持されている。また、第2の可動子207は、支持体210に対して、第2弾性支持部（ねじりバネ）211により、揺動軸201中心にねじり振動自在に弾性支持されている。
【００３７】
揺動部21における可動子206上に設置された反射面208は、可動子206のねじり振動によって、光源からの光を偏向走査する。ここでも、反射面208の材料はアルミニウムであり、真空蒸着により形成されている。反射面208は、別の材質、例えば金、銅等でもよく、最表面に保護膜を形成してもよい。
【００３８】
本実施例の振動系である可動子206、207、弾性支持部209、211、支持体210は、後述するアルカリ水溶液を用いた単結晶シリコンの異方性エッチングを用いて一体的に形成されている。本実施例では、可動子206、207、弾性支持部209、211、支持体210は、図7、図8に示す様に、単結晶シリコンの結晶等価面に囲まれた特徴的な形状を有している。
【００３９】
揺動軸201を挟んで対称な位置にある一対の貫通穴202、203は、側壁が、揺動軸201を含み面内方向に伸びる平面から揺動部21、22の表裏面に向かって、夫々、単結晶シリコンの結晶等価面に囲まれたテーパー形状に形成されている。また、貫通穴202、203の中心部にあって揺動軸201を含む上記平面と交差する部位に、質量調整体204、205が充填される。本実施例では、貫通穴202、203は、可動子206、207、弾性支持部209、211、支持体210と同じ工程で形成される。
【００４０】
図6に示す様に、弾性支持部209、211は、単結晶シリコンの（100）等価面と（111）等価面で囲まれたＸ字状の断面形状を有している。従って、弾性支持部209、211は、図6の矢印Ｌ、矢印Ｍ方向への剛性が高く、矢印Ｎ方向の揺動軸201回りのねじり剛性が比較的柔らかくなっている。つまり、ねじりバネとして揺動軸中心にねじれ易く、他方向へ撓み難い構造となっている。よって、矢印Ｌ、矢印Ｍ方向の不要振動を効果的に抑制することができる。
【００４１】
次に、本実施例の可動子206、207、弾性支持部209、211、支持体210のアルカリ水溶液エッチングの工程を説明する。図7、図8は、図5、図6の断面に夫々対応したアルカリ水溶液エッチング中の形状を示す。図7、図8中の（ａ）乃至（ｆ）は、同じタイミングにおける夫々の断面形状を示している。まず、（ａ）では、保護膜212が成膜された（100）等価面213を図の向きに有するシリコン基板214を用い、保護膜212をパターニングする。本実施例では、保護膜212は窒化シリコン膜である。窒化シリコン膜は化学気相合成法を用いて成膜できる。また、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、（ａ）に示す様に保護膜212のパターンを形成する。
【００４２】
ここで、図7（ａ）に示す様に、幅Wkの開口を形成する。また、図8（ａ）に示す如く、幅Wb、Wgを有するように保護膜212を形成する。これらの幅は、後の工程で現れる（111）等価面と（100）等価面の成す角とシリコン基板214の厚さから決定することができる。これらの幅を適切に設定することで、振動系の仕様に基づいて、必要なねじりバネ定数や凹部のサイズを製造することが可能となる。
【００４３】
次に、（ｂ）において、アルカリ水溶液に漬けることでエッチングを開始する。本実施例では、水酸化カリウム水溶液を用いている。水酸化カリウム水溶液の様なアルカリ水溶液は、単結晶シリコンの（111）等価面のエッチング速度が他の面に比べて遅いため、（111）等価面に囲まれた形状を形成することができる。エッチングが進行するにつれて、（ｂ）乃至（ｆ）の様にエッチングされる。最終的には、（ｆ）において（100）等価面213と（111）等価面215に囲まれた可動子206、207、凹部216、217、弾性支持部209、211、支持体210が形成される。その後、両面の保護膜212をドライエッチングにより除去し、反射面208を図4（ａ）の様な形状に真空蒸着により形成して、振動系が形成される。
【００４４】
以上の様に、本実施例では、1回のアルカリ水溶液エッチングにより、可動子206、207、凹部216、217、弾性支持部209、211、支持体210が同時に形成される。そのため、製造工程が簡略化できるため、振動系を比較的安価に作製することができる。
【００４５】
次に、貫通穴202、203を形成する工程について、図を用いて説明する。図9は、本実施例の貫通穴202、203を形成後、貫通穴202、203内に質量調整体204、205を充填する工程を説明する概念図である。図9（ａ）は、上記加工によって凹部216を形成後の断面図、図9（ｂ）は、上下の凹部の中心を貫通させて貫通穴を形成した状態を示す断面図、図9（ｃ）は、質量調整体を充填後の断面図である。
【００４６】
本実施例では、同一形状の凹部を形成後に、凹部の中心をレーザ加工で貫通させることによって貫通穴202、203を形成する。しかし、この方式に限られず、凹部同士が、アルカリ水溶液エッチングによって、直接貫通する方式を採っても構わない。また、凹部を形成後、フッ硝酸水溶液による等方性エッチングによって、上下の凹部を連結し、貫通穴を形成してもよい。また、凹部の形成手段として、アルカリ水溶液エッチング後に、上記第1の実施例と同様、レーザ加工方式を用いてもよく、レーザ加工の代わりに、局所プラズマエッチング等のドライエッチング手段を用いてもよい。本実施例の貫通穴202、203も、第1の実施例で説明した方法と同様な方法で形成することもできる。
【００４７】
貫通穴202、203内に質量調整体204、205を充填する工程も、第1の実施例で説明した工程と同様に実行される。以上に説明した本実施例でも、第1の実施例と同様な効果が達成される。
【００４８】
（第3の実施例）
図10（ａ）は、本発明の揺動体装置の第3の実施例を説明する断面図（例えば、第1の実施例の図3（c）に相当する図）である。図10（ａ）において、可動子306に形成された凹部302に、質量調節体304が充填されている。質量調整体304は、揺動部の面内方向に伸びて揺動軸を含む平面と交差する部位に位置決めされて、これにより揺動部の質量調節が行われている。その他の点は、上記実施例とほぼ同様である。
【００４９】
即ち、本実施例は、揺動軸回りに揺動可能な揺動部を含む揺動体装置であって、揺動部には、その質量を調整するための質量調節体304を配置するための凹部302が、揺動軸を挟んで揺動部の面内方向に対称な位置に複数形成されている。また、凹部302の断面積は、揺動部の表面より該揺動部の厚さ方向内部に向かって縮小し、凹部302は、上記面内方向に伸びて揺動軸を含む平面（破線で示す）を越える深さまで達して点状の底を形成する角錐や円錐形状などのテーパー形状となっている。凹部302は、図示の面とは反対側の面に形成することもできるし、両面に形成することもできる。場合に応じて、適宜設計すればよい。また、上記実施例や後述の実施例の貫通穴と本実施例の凹部の両方を混合して用いることもできる。
【００５０】
本実施例における上記揺動体装置の製造方法は、次の様な工程で実行できる。この製造方法は、凹部形成工程と質量調節工程を有する。凹部形成工程では、揺動部に、該揺動部の質量を調整するための質量調節体を配置するための凹部を、揺動軸を挟んで揺動部の面内方向に対称な位置に複数形成する。その際、凹部の断面積を、揺動部の表面より該揺動部の厚さ方向内部に向かって縮小させ、凹部を、上記面内方向に伸びて揺動軸を含む平面を越える深さまで達して点状の底を形成するテーパー形状とする。質量調節工程では、凹部に質量調整体を充填して揺動部の質量調節を行い、その際、質量調整体を、上記面内方向に伸びて揺動軸を含む平面と交差する部位に位置決めする。
【００５１】
上記の如きテーパー形状を有する凹部への質量調節体の充填により、振動系の固有振動モードの周波数調整や、揺動軸上への重心の調整を高精度に行うことが可能となる。加えて、質量調節体を可動板表面に単に塗布する従来技術に比べて、質量調整体の位置ずれや脱離をより確実に防止することができる。これらの特徴によって、信頼性の高い光偏向器を実現することが可能となる。
【００５２】
（第4の実施例）
図10（b）は、本発明の揺動体装置の第4の実施例を説明する断面図（例えば、第1の実施例の図3（c）に相当する図）である。図10（b）において、中央部の断面積が増大した貫通穴402が可動子406に形成され、ここに質量調節体404が充填されている。質量調整体404は、揺動部の面内方向に伸びて揺動軸を含む平面と交差する部位に位置決めされて、これにより揺動部の質量調節が行われている。その他の点は、上記第1の実施例と同様である。
【００５３】
即ち、本実施例は、揺動軸回りに揺動可能に設けられた揺動部を含んだ揺動体装置であって、揺動部には、揺動部の質量を調整するための質量調節体404を配置するための貫通穴402が、揺動軸を挟んで揺動部の面内方向に対称な位置に複数形成されている。また、貫通穴402の断面積は、揺動部の表裏面より該揺動部の厚さ方向内部に向かって増大し、貫通穴402は、上記面内方向に伸びて揺動軸を含む平面を挟んで揺動部の厚さ方向に対称なテーパー形状を有している。
【００５４】
以上の構成によっても、上記第1の実施例と同様に、振動系の固有振動モードの周波数調整や、揺動軸上への重心の調整を高精度に行うことが可能となる。加えて、中央部が太くなった貫通穴402のテーパー形状によって、質量調整体の位置ずれや脱離を構造的に防止することができる。これらの特徴によって、信頼性の高い光偏向器を実現することが可能となる。
【００５５】
（第5の実施例）
図11は、本発明の揺動体装置を用いた光偏向器を使用した光学機器の実施例を示す概略斜視図である。ここでは、光学機器として画像形成装置を示している。図11において、503は本発明の光偏向器であり、本実施例では入射光を1次元に走査する。501はレーザ光源である。502はレンズ或いはレンズ群であり、504は書き込みレンズ或いはレンズ群、505は光入射目標体であるドラム状の感光体、506は走査軌跡である。
【００５６】
レーザ光源501から射出されたレーザ光は、光の偏向走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、光偏向器503により1次元的に走査される。この走査されたレーザ光は、書き込みレンズ504により、回転中心の回りで等速回転している感光体505上へ画像を形成する。感光体505は図示しない帯電器により一様に帯電されており、この上に光を走査することによりその部分に静電潜像が形成される。次に、図示しない現像器により静電潜像の画像部分にトナー像が形成され、これを、例えば、図示しない用紙に転写・定着することで用紙上に画像が形成される。
【００５７】
本発明の光偏向器により、所望の周波数に良好に調整された光偏向器を用いることができる。従って、振幅増幅率の高い状態で駆動可能であるため、小型・低消費電力とできる。また、光の偏向走査の角速度を感光体上の仕様範囲内で略等角速度とする様なこともできる。更に、本発明の光偏向器を用いることにより、走査位置変動が少なくなり、鮮明な画像を生成できる画像形成装置とすることができる。
【００５８】
こうして、光源と、光源から出射された光を偏向する上記光偏向器とを有する構成により、光偏向器により偏向された光の少なくとも一部を画像形成体上に投影することで、鮮明な画像の形成が可能となる。
【００５９】
本発明の揺動体装置により構成された光偏向器は、画像表示装置に用いることもできる。ここでは、光偏向器は、光源からの光を偏向し、該光の少なくとも一部を光入射目標体である画像表示体上に入射させる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】（ａ）は本発明の第1の実施例の光偏向器を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の第1の実施例の振動系の反射面が形成されない側の上面図である。
【図２】本発明の第1の実施例の揺動部と駆動手段を示す断面図である。
【図３】本発明の第1の実施例における貫通穴の形成方法、及び質量調整体の充填方法を示す断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第2の実施例の光偏向器を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の第2の実施例の振動系の反射面が形成されない側の上面図である。
【図５】本発明の第2の実施例の揺動部と駆動手段を示す断面図である。
【図６】本発明の第2の実施例の弾性支持部を示す断面図である。
【図７】本発明の第2の実施例の凹部を持つ揺動部の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の第2の実施例のねじりバネの部分の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の第2の実施例における貫通穴の形成方法、及び質量調整体の充填方法を示す断面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の第3の実施例の揺動体装置を説明する断面図であり、（ｂ）は本発明の第4の実施例の揺動体装置を説明する断面図である。
【図１１】本発明の光偏向器を用いた光学機器の実施例を示す斜視図である。
【図１２】従来例の光偏向器を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６１】
11、12、21、22    揺動部
101、201    揺動軸
102、103、202、203、402    貫通穴
104、105、204、205、304、404    質量調整体
106、107、206、207、306、406    可動子
108、208    光反射部（反射面）
109、111、209、211    弾性支持部（ねじりバネ）
302    凹部
501  光源（レーザ光源）
503  光偏向器（光走査系）
505  光入射目標体（感光体）
【図１】
2009086556.tif 000003
【図２】
2009086556.tif 000004
【図３】
2009086556.tif 000005
【図４】
2009086556.tif 000006
【図５】
2009086556.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009086556.tif 000009
【図８】
2009086556.tif 000010
【図９】
2009086556.tif 000011
【図１０】
2009086556.tif 000012
【図１１】
2009086556.tif 000013
【図１２】
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