(57)【要約】【課題】本発明はレーザープリンタなどのレーザースキャンユニットなどに用いる小型の光学反射素子を実現することを目的とする。【解決手段】支持体１に支持された第一の支持部２ａ，２ｂと、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂを有する音叉振動子６ａ，６ｂと、第二の支持部１１ａ，１１ｂと、ミラー部１２とを備え、音叉振動子６ａ，６ｂをミラー部１２に対向配置させ、振動中心９ａ，９ｂとミラー部１２の回転軸とを同一線上に配置し、第一の支持部２ａ，２ｂおよび第二の支持部１１ａ，１１ｂをミアンダ形状とした構成とする。【選択図】図１
2009223271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、この支持体に一端が支持された二つの第一の支持部と、この二つの第一の支持部の他端に支持された第一のアームと第二のアームを有する二つの音叉振動子と、この二つの音叉振動子の振動中心に一端が支持された二つの第二の支持部と、この二つの第二の支持部の他端に支持されたミラー部とを備え、このミラー部を介して前記二つの音叉振動子を対向配置させ、二つの音叉振動子の振動中心とミラー部の回転軸とを同一線上に配置し、前記二つの第一の支持部および二つの第二の支持部をミアンダ形状とした光学反射素子。
【請求項２】
二つの第一の支持部が回転軸を中心として同一方向に捩り振動するように音叉振動子を振動させる請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項３】
二つの音叉振動子の形状を同一形状とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項４】
二つの音叉振動子の共振周波数を同一周波数とした請求項３に記載の光学反射素子。
【請求項５】
二つの音叉振動子の共振周波数と、ミラー部と二つの第二の支持部で構成された捩れ振動子の共振周波数を同一周波数とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項６】
第一の支持部および第二の支持部を形成するミアンダ形状の軸中心をミラー部の回転軸と同一線上に配置した請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項７】
第一の支持部および第二の支持部を形成するミアンダ形状を回転軸を中心として左右対称形とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項８】
第一の支持部および第二の支持部を形成するミアンダ形状を音叉振動子と同一面に配置した請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項９】
第一の支持部、音叉振動子、第二の支持部およびミラー部の基材を同一材料とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１０】
基材を弾性部材とした請求項９に記載の光学反射素子。
【請求項１１】
弾性部材を金属、ガラス、水晶または石英とした請求項１０に記載の光学反射素子。
【請求項１２】
金属をシリコン、チタン、ステンレス、エリンバーまたは黄銅合金とした請求項１１に記載の光学反射素子。
【請求項１３】
第一のアーム、および／または第二のアームの少なくとも一面に圧電アクチュエータを設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１４】
圧電アクチュエータを第一の電極層、圧電体層および第二の電極層からなる積層圧電薄膜とした請求項１３に記載の光学反射素子。
【請求項１５】
二つの音叉振動子の同一面に圧電アクチュエータを設けた請求項１３に記載の光学反射素子。
【請求項１６】
少なくとも一つの第二の支持部の一部にモニター用圧電素子を設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１７】
少なくとも一つの音叉振動子の連結部の一部にモニター用圧電素子を設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１８】
少なくとも一つのモニター用圧電素子を第一のアームまたは第二のアームに設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１９】
第一のアームの自由端どうし、および第二のアームの自由端どうしをダンパーで連結した請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項２０】
ダンパーを弾性部材とした請求項１９に記載の光学反射素子。
【請求項２１】
弾性部材を金属、ゴム、またはエラストマーとした請求項２０に記載の光学反射素子。
【請求項２２】
ダンパーの形状をシート状とした請求項１９に記載の光学反射素子。
【請求項２３】
ダンパーの弾性率を第一のアームおよび第二のアームの弾性率よりも小さくした請求項２０に記載の光学反射素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザースキャンユニットなどに用いられる光学反射素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザープリンタなどに用いられるレーザー光源から発せられた光線を掃引するレーザースキャンユニットとしては、多角形状の回転体の側面にミラーを設けたポリゴンミラーが用いられ、このポリゴンミラーを回転させることにより感光体ドラムの走査面上にレーザー光線を掃引させていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２８１９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなカラーレーザープリンタの普及やプリンタの小型化に伴い、レーザースキャンユニットに用いる光学反射素子の小型化が命題となっている。しかしながら、ポリゴンミラーを用いたレーザースキャンユニットにおいては、ポリゴンミラーを小型化することに加え、このポリゴンミラーを駆動させる駆動装置が別途必要となるため、その小型化が非常に困難なものとなっていた。
【０００４】
そこで、本発明はこのような問題を解決し、レーザースキャンユニットを小型化することができる光学反射素子の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そして、この目的を達成するために、本発明は、支持体に一端が支持された二つの第一の支持部と、この二つの第一の支持部の他端に支持された第一のアームと第二のアームを有する二つの音叉振動子と、この音叉振動子の振動中心に一端が支持された二つの第二の支持部と、この二つの第二の支持部の他端に支持されたミラー部とから構成するとともに、二つの音叉振動子をミラー部を介して対向配置させ、二つの音叉振動子の振動中心とミラー部の回転軸とを同一線上に配置し、第一の支持部および第二の支持部をミアンダ形状からなる構成としたのである。
【発明の効果】
【０００６】
このような二つの音叉振動子によって発生させた撓み振動をミラー部の捩れ振動として振動させる素子構成とすることによって、反復回転振動を高精度に制御しながら、ミラー部の振れ角度を大きくできる小型の光学反射素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における光学反射素子の構成について図面を用いて説明する。
【０００８】
図１は本実施の形態１における光学反射素子の平面図で、図２は図１のＡＡ部における断面図を示しており、図３は動作原理を説明するための概念図である。
【０００９】
図１〜図３において、本実施の形態１における光学反射素子は、二つのミアンダ形状を有する第一の支持部２ａ，２ｂ、第一のアーム３ａ，３ｂ、第二のアーム４ａ，４ｂおよび連結部５ａ，５ｂからなる二つの音叉振動子６ａ，６ｂを有している。さらに、前記第一の支持部２ａ，２ｂの一端を支持体１に固定し、前記音叉振動子６ａ，６ｂの振動中心９ａ，９ｂに二つのミアンダ形状を有する第二の支持部１１ａ，１１ｂの一端を固定し、それぞれの第二の支持部１１ａ，１１ｂの他端にレーザー光線などの光を反射するためのミラー部１２を配置し、前記二つの音叉振動子６ａ，６ｂをミラー部１２に対向配置させるとともに、二つの振動中心９ａ，９ｂとミラー部１２の回転軸１４とを同一線上に配置した構成を特徴としている。
【００１０】
また、前記二つの第一の支持部２ａ，２ｂと二つの第二の支持部１１ａ，１１ｂをミアンダ形状とすることによって、光学反射素子の共振周波数を低減することができるとともに、ミラー部１２の振れ角を大きく設計することが可能となり、光学反射素子の小型化を実現することができる。これは、それぞれの支持部をミアンダ形状とすることによって、捩り振動が起こりやすくなるためである。
【００１１】
そして、第一の支持部２ａ，２ｂと第二の支持部１１ａ，１１ｂのミアンダ形状は同一とすることが振動子特性の観点から、より好ましい。
【００１２】
さらに、前記二つの音叉振動子６ａ，６ｂの形状は同一形状とすることが好ましく、また、この二つの音叉振動子６ａ，６ｂの共振周波数を同一周波数とし、その対称性を高くすることがより好ましい。これによって、より高いＱ値を有する振動子を実現することができ、ミラー部１２をより高精度に反復回転振動させることができる光学反射素子を実現することができる。
【００１３】
また、図２に示すように、この光学反射素子を構成する基板材料としては、弾性、機械的強度および高いヤング率を有する弾性部材を基材２０として構成することが機械的特性および生産性の観点から好ましく、このような特性を満足する弾性部材としては、金属、水晶、石英またはガラス材料を用いることが機械的特性、加工性および入手性の観点から好ましい。
【００１４】
また、金属をシリコン、チタン、ステンレス、エリンバーまたは黄銅合金とすることによって、振動特性、加工性に優れた光学反射素子を実現することができる。なお、耐熱性を要求されるような用途として、セラミック基板を用いることが好ましい。
【００１５】
そして、シリコンなどの基材２０で構成された前記第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの少なくとも一面には、たわみ振動を起こすための圧電アクチュエータ１０を形成している。この圧電アクチュエータ１０は第一の電極層２１、圧電体層２２および第二の電極層２３の積層体構造からなる薄膜積層型圧電アクチュエータとすることが好ましい。これによって、薄型の音叉振動子６ａ，６ｂとして設計することができる。
【００１６】
また、これらの第一の電極層２１、圧電体層２２および第二の電極層２３は音叉振動子６ａ，６ｂを形成する基材２０の上に順次スパッタリング技術などの薄膜プロセスにより一括して形成することができる。従って、圧電アクチュエータ１０を音叉振動子６ａ，６ｂの同一面に形成することが生産性の観点から好ましい。
【００１７】
そして、前記圧電体層２２に用いる圧電体材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの高い圧電定数を有する圧電体材料が好ましい。
【００１８】
また、この音叉振動子６ａ，６ｂの厚みを第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの幅寸法よりも小さくすることによって、小型の光学反射素子を実現することができる。また、音叉振動子６ａ，６ｂの共振周波数を同一とすることが重要である。
【００１９】
さらに、この音叉振動子６ａ，６ｂの共振周波数と、ミラー部１２と第二の支持部１１ａ，１１ｂで構成された捩れ振動子の共振周波数とが同一周波数となるように振動設計することによって、効率良くミラー部１２を反復回転振動させる光学反射素子を実現することができる。すなわち、ミラー部１２を中心とし、ミラー部１２の回転軸の同一線上に音叉振動子６ａ，６ｂを対向配置し、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの位相が１８０度異なる方向に撓むように振動させ、この二つの音叉振動子６ａ，６ｂの振動エネルギーを利用して第二の支持部１１ａ、ミラー部１２および第二の支持部１１ｂとで構成した捩れ振動子が捩れ振動を起こさせることができる。この捩れ振動によって、ミラー部１２の反復回転振動を高精度に制御することができるとともに、ミラー部１２の振れ角度を大きく設計することができる小型の光学反射素子を実現することができる。
【００２０】
このとき、第一のアーム３ａと第一のアーム３ｂは同一方向に撓み、第二のアーム４ａと第二のアーム４ｂとは同一方向に撓むように同期させることが重要である。
【００２１】
さらに、第一のアーム３ａ，３ｂ、第二のアーム４ａ，４ｂおよび連結部５ａ，５ｂの幅を等幅とすることによって、不要な振動モードを抑制した光学反射素子とすることができる。また、音叉振動子６ａ，６ｂをコの字状とすることによっても同様の効果を有する光学反射素子とすることができる。さらには、これらを組み合わせることによって、よりその効果を発揮することができる。
【００２２】
また、第一の支持部２ａ，２ｂ、音叉振動子６ａ，６ｂ、第二の支持部１１ａ，１１ｂおよびミラー部１２の基材２０を同一材料とすることによって安定した振動特性と不要な共振を抑制し、生産性に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００２３】
また、第一の支持部２ａ，２ｂおよび第二の支持部１１ａ，１１ｂはミアンダ形状とすることが素子の小型化の観点から好ましいが、さらに、そのミアンダ形状の軸中心をミラー部１２の回転軸１４と同一線上に配置することによって、揺れ振動などの不要振動を抑制することができる。
【００２４】
ここで、軸中心とは図１に示すように、ミアンダ形状を有する第一の支持部２ａ，２ｂおよび第二の支持部１１ａ，１１ｂにおいて、第一の支持部２ａ，２ｂおよび第二の支持部１１ａ，１１ｂが捩れたとき、ミアンダ形状の中心部を軸中心として捩り振動をする部分であり、図１においては回転軸１４の同一線上に配置した中央部を示すものである。
【００２５】
また、ミアンダ形状を回転軸１４あるいは軸中心を基準として左右対称形とすることによって安定した振動と不要振動の発生を抑制できる光学反射素子を実現することができる。ここで、左右対称形とは回転軸１４を中心としてミアンダ形状の折れ曲がりまでの幅寸法が等幅の位置にあることを左右対称形とする。
【００２６】
さらに、ミアンダ形状を音叉振動子６の面方向と同一面に配置することによって、生産性に優れた光学反射素子とすることができる。これはシリコンウエハーなどに板状の基板にフォトリソ技術とエッチングによって複雑なミアンダ形状の第一の支持部２ａ，２ｂおよび第二の支持部１１ａ，１１ｂと音叉振動子６ａ，６ｂの形状を平面的に一括して作製することができる。これによって、捩れ振動の振動モードが安定し、不要共振も抑制することができ、外乱振動に影響されにくい光学反射素子を実現することができる。
【００２７】
また、ミラー部１２は基材２０の表面を鏡面研磨することによって形成することも可能であり、さらに好ましくは光の反射特性に優れた金やアルミニウムの金属薄膜のミラー膜として形成することも可能である。これらの金属薄膜からなるミラー膜の形成は、圧電アクチュエータ１０を作製する工程において、前記と同様にスパッタリング技術により形成することができる。
【００２８】
このような構成からなる光学反射素子は、シリコンウエハーなどの基材２０の上に薄膜プロセス、フォトリソ技術などの半導体プロセスを応用することによって高精度に、一括して作製することが可能であることから、光学反射素子の小型化、高精度化および生産効率に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００２９】
また、第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２とからなる捩れ振動子の捩れ振動を利用することによって、小型のデバイス構造でありながら、ミラー部１２の振れ角を大きくすることが可能となる光学反射素子を実現することができる。
【００３０】
さらに、振動の駆動部である二つの音叉振動子６ａ，６ｂを構成する第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの撓み振動と第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２とで形成される捩れ振動子の構成を有し、第一の支持部２ａ，２ｂおよび第二の支持部１１ａ，１１ｂをミアンダ形状とすることによって、振動子としての設計の自由度が高まり、それぞれの形状を所定の寸法に設計することによって、ミラー部１２の駆動周波数、振れ角などを自由度高く設計対応できる光学反射素子を実現することができる。
【００３１】
また、前記第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂに形成した圧電アクチュエータ１０のそれぞれの第一の電極層２１と第二の電極層２３の引き出し電極は個別に引き出し線（図示せず）を形成しながらそれぞれの接続端子２５ａ，２５ｂへ接続している。これによって正負反対の電気信号をそれぞれの圧電アクチュエータ１０に印加することができる。
【００３２】
次に、このような構成からなる光学反射素子の動作原理について説明する。
【００３３】
図１〜図３に示すように、圧電アクチュエータ１０を構成する第一の電極層２１と第二の電極層２３との間に交流の駆動電圧を印加することにより圧電体層２２の面方向に伸び・縮みが発生し、この圧電アクチュエータ１０を変形させることができる。この圧電特性を利用して、第一のアーム３ａと第一のアーム３ｂどうし、第二のアーム４ａと第二のアーム４ｂどうしは、同じ方向に撓ませるとともに、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの位相が１８０度異なる方向（矢印７ａ、７ｂ）に撓み振動を起こすように電気信号を印加する。すなわち、第一のアーム３ａ，３ｂの圧電アクチュエータ１０には同位相の電気信号を印加し、第二のアーム４ａ，４ｂの圧電アクチュエータ１０は逆位相の電気信号を印加する。
【００３４】
これによって、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂとは矢印７ａ，７ｂに示す反対方向に撓み振動をし、この撓み振動の振動エネルギーは音叉振動子６ａ，６ｂの連結部５ａ，５ｂへと伝播される。これによって、音叉振動子６ａ，６ｂは二つの第一の支持部２ａ，２ｂとともに振動中心９ａ，９ｂを振動軸として所定の周波数にて反復回転振動（捩れ振動）をする。
【００３５】
次に、この二つの音叉振動子６ａ，６ｂの反復回転振動の振動エネルギーが連結部５ａ，５ｂに接合された第二の支持部１１ａ，１１ｂに振動エネルギーが伝達され、回転軸１４を中心として、第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２とで構成される捩れ振動子として捩れ振動を起こすようになる。これによって、ミラー部１２に回転軸１４を軸中心として矢印１３に示す反復回転振動を起こす。
【００３６】
このとき、音叉振動子６ａ，６ｂの反復回転振動の方向と、第二の支持部１１ａ，１１ｂおよびミラー部１２で構成される捩れ振動子の反復回転振動の方向は位相が１８０度異なる反対方向に反復回転振動することとなる。
【００３７】
従って、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの共振周波数と、ミラー部１２と二つの第二の支持部１１ａ，１１ｂとで構成された捩れ振動子の共振周波数とは同一周波数とすることが重要である。これによって、高精度な共振振動と高いＱ値を実現できることから、外乱振動の影響を受けにくい光学反射素子を実現することができる。
【００３８】
このような振動モードを有する振動子を構成し、ミラー部１２にレーザー光源またはＬＥＤ光源などから発生させた光線を入力することによって、ミラー部１２の振れ角度を大きくできる小型の光学反射素子を実現することができる。これらの振動部の振動設計をすることによって、大きく出力光の反射角度を変化させることができ、レーザー光線などの入力光を所定の設計値となるように掃引することができる光学反射素子を実現することができる。
【００３９】
このように、振動源を高Ｑ値を有するミアンダ形状を有する第一の支持部２ａ，２ｂで支持された二つの音叉振動子６ａ，６ｂとし、この安定した振動エネルギーを有する第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２からなる捩り振動子への捩り振動を発生させる励振エネルギーとして供給することによって、安定した反復回転振動をミラー部１２に発生させることができる。
【００４０】
なお、音叉振動子６ａ，６ｂの反復回転振動をさせるために、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの一面に圧電アクチュエータ１０を形成した場合の光学反射素子を例として説明してきたが、音叉振動子６ａ，６ｂを構成する少なくともいずれか一方のアームに圧電アクチュエータ１０を形成することによっても、前記と同様の光学反射素子の動作を実現することが可能である。これは音叉の振動特性を利用したものであり、どちらか一方のアームを励振させると連結部５ａ，５ｂを介して他方のアームに運動エネルギーが伝播することによって振動させることが可能となる性質を応用したものである。
【００４１】
次に、本実施の形態１における光学反射素子には、ミアンダ形状をした第二の支持部１１ａのミアンダ形状を構成するカンチレバーの一部に音叉振動子６ａの振動を制御するためのモニター用圧電素子８を設けている。このモニター用圧電素子８は第二の支持部１１ａ、１１ｂの少なくともいずれか一つに設けることによってその効果を発揮させることができる。
【００４２】
また、前記ミアンダ形状を有する第二の支持部１１の一部に設けたモニター用圧電素子８は、音叉振動子６の連結部５が回転軸１４を中心として捩れたとき、モニター用圧電素子８から捻れの大きさによって出力される電気信号を取り出し、その電気信号である位相、電圧を検出するとともに、その検出した電気信号に応じて駆動用の電気信号をフィードバック制御することによって、音叉振動子６の振動を制御し、結果としてミラー部１２の反復回転振動を高精度に制御できることとなり、経時変化あるいは温度変化などに対して所定の振動状態を補正することができる。この安定した振動エネルギーを第二の支持部１１とミラー部１２からなる捩り振動子への捩り振動を発生させる励振エネルギーとして供給することによって、安定した反復回転振動をミラー部１２に発生させることができる。
【００４３】
また、図１に示すようにモニター用圧電素子８を設ける位置は、回転軸１４と直交するように第二の支持部１１ａを構成するカンチレバーの一部に設けることが好ましい。この回転軸１４に直交するカンチレバーが複数ある場合には、少なくともいずれか一つのカンチレバーに設けることでその機能は発揮することができる。どこのカンチレバーに設けるかについては適宜選択して形成することができ、モニター用圧電素子８の第二の電極層２３は少なくとも２０μｍ以上の幅を有しておれば良く、このような電極パターンを形成したモニター用圧電素子８を形成することによって、フィードバック制御回路を構成し、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの振動を制御することができる。
【００４４】
そして、この回転軸１４に直交する少なくとも一つのカンチレバーにモニター用圧電素子８を形成することが好ましい理由としては、モニター用圧電素子８をカンチレバーが撓み振動する位置に配置することによって大きな出力が得られ、ノイズ特性に優れた検出回路を構成することが容易となるからである。そして、このモニター用圧電素子８の第二の電極層２３は配線パターンを介して所定の接続端子２５ａに接続している。
【００４５】
なお、モニター用圧電素子８の形成は圧電アクチュエータ１０を形成するときに形成しておき、パターニングによって分離した構成とすることが生産性の観点から好ましい。
【００４６】
また、第一の支持部２ａまたは２ｂを構成するミアンダ形状のいずれか一つにモニター用圧電素子８を形成することも可能である。この場合、支持体１に近接した位置に配置することが可能となり、配線パターンの形成が容易になるという利点を有している。
【００４７】
以上のような構成を有した光学反射素子の応用としては、レーザービームプリンタが一例としてあげられる。このレーザービームプリンタなどに用いられる感光ユニットは、光源となるレーザーと、このレーザーから発せられたレーザー光線が照射される感光ドラムと、レーザー光線を反射させるとともにその反射方向を可変させることで、レーザー光線を感光ドラムの走査面上を掃引させる光学反射素子から構成されており、この感光ユニットに用いられる光学反射素子は図１〜図３に示した構成の光学反射素子を用いることによって小型のレーザービームプリンタを実現することができる。
【００４８】
次に、本実施の形態１における光学反射素子の製造方法について説明する。
【００４９】
まず始めに、厚みが０．３ｍｍからなるシリコン基板２０を準備し、その上にスパッタリング法または蒸着法などの薄膜プロセスを用いて白金電極からなる電極層２１を形成している。このとき、シリコン基板２０の厚みは厚くても良い。それによって、ウエハ形状の大きなシリコン基板２０を用いることができるとともに、反りなどが少ないことから、より高精度な光学反射素子を効率よく作製することができる。
【００５０】
その後、この電極層２１の上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を用いてスパッタリング法などによって圧電体層２２を形成する。このとき、圧電体層２２と電極層２１との間に配向制御層としてＰｂとＴｉを含む酸化物誘電体を用いることが好ましく、ＰＬＭＴからなる配向制御層を形成することがより好ましい。これによって、圧電体層２２の結晶配向性がより高まり、圧電特性に優れた圧電アクチュエータ１０を実現することができる。
【００５１】
次に、この圧電体層２２の上にチタン／金よりなる第二の電極層２３を形成している。このとき、金電極の下層のチタンはＰＺＴ薄膜などの圧電体層２２との密着力を高めるために形成しており、チタンの他にクロムなどの金属を用いることができる。これによって、圧電体層２２との密着性に優れ、かつ、金電極とは強固な拡散層を形成していることから密着強度を高めた圧電アクチュエータ１０を形成することができる。そして、このときの白金電極の厚みは０．２μｍ、ＰＺＴ薄膜は３．５μｍ、およびチタン電極は０．０１μｍとし、金電極は０．３μｍで形成している。
【００５２】
次に、フォトリソ技術を用いてエッチングすることによってパターン形成された第一の電極層２１、圧電体層２２および第二の電極層２３を形成している。このとき、第二の電極層２３のエッチング液としてはヨウ素／ヨウ化カリウム混合溶液と水酸化アンモニウム、過酸化水素混合溶液からなるエッチング液を用いて所定の電極パターンを形成した。
【００５３】
また、第一の電極層２１、圧電体層２２に用いるエッチング方法としてはドライエッチング法とウエットエッチング法のいずれかの方法、あるいはこれらを組み合わせた方法などを用いることができる。一例として、ドライエッチング法であればフルオロカーボン系のエッチングガス、あるいはＳＦ6ガスなどを用いることができる。圧電体薄膜層を沸酸、硝酸、酢酸および過酸化水素の混合溶液からなるエッチング液を用いてウエットエッチングを行うことによってパターン化された圧電体層２２を形成する。その後、さらに、ドライエッチングによって下層の電極薄膜層をエッチングすることによってパターン化された第一の電極層２１を形成することによって、図２に示したような圧電アクチュエータ１０を形成することができる。なお、モニター用圧電アクチュエータ８も同様に作製することができる。
【００５４】
次に、ＸｅＦ2ガスを用いてシリコン基板２０を等方的にドライエッチングすることによって不必要なシリコンを除去し、図１および図２に示したような形状を有した光学反射素子を形成することができる。
【００５５】
なお、シリコン基板などをドライエッチングによって異方性を活用して高精度にエッチングする場合には、エッチングを促進するＳＦ6ガスとエッチングを抑制するＣ4Ｆ8ガスなどを用いて、より直線的にエッチングをすることが好ましい。そして、エッチングの際には、前記ガスを用いた混合ガスを用いること、あるいは交互に前記ガスを切り替えてドライエッチングを行うエッチング方法が可能であり、これらの方法を寸法形状、加工精度に合わせて適宜選択してエッチング加工することが可能である。
【００５６】
以上のような製造方法によって、小型で、高精度な光学反射素子を一括して効率よく作製することができる。
【００５７】
以上のような製造プロセスによって第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの長さ；１．０ｍｍ、幅；０．３ｍｍとし、第一の支持部２ａ，２ｂの長さ；０．２ｍｍ、幅；０．１ｍｍ、第二の支持部１１ａ，１１ｂの長さ；０．４ｍｍ、幅；０．１ｍｍ、ミラー部１２；１．０×１．０ｍｍ、対向するアームのギャップ；０．０５ｍｍとし、モニター用圧電素子８の形状として、長さ；０．３ｍｍ、幅；０．０５ｍｍとしたとき、駆動周波数；２２ｋＨｚ、ミラー部１２の振れ角；±１０度の特性を有した光学反射素子を作製することができた。このとき、同一形状の一つの音叉振動子にて駆動したときの印加電圧に対して約２／３の印加電圧にて同等の振れ角度を実現できるとともに、Ｑ値が高くできることから外乱に対する安定性の高い光学反射素子であることを確認した。
【００５８】
次に、別の例の光学反射素子の構成について図面を用いて説明する。図４は本実施の形態１における別の例の光学反射素子の平面図である。図１の構成と大きく異なっている点はモニター用圧電素子８の配置が異なっていることである。図４に示したように、音叉振動子６ｂの連結部５ｂの一部に音叉振動子６ａおよび音叉振動子６ｂの振動を制御するためのモニター用圧電素子８を設けている。このモニター用圧電素子８は音叉振動子６ｂの連結部５ｂが回転軸１４を中心として捩れたとき、モニター用圧電素子８から捻れの大きさによって出力される電気信号を取り出し、その電気信号である位相、電圧を検出するとともに、その検出した電気信号に応じて駆動用の電気信号をフィードバック制御することによって、音叉振動子６ａおよび音叉振動子６ｂの振動を制御し、結果としてミラー部１２の反復回転振動を高精度に制御できることとなり、経時変化あるいは温度変化などに対して所定の振動状態を補正することができる。
【００５９】
また、モニター用圧電素子８を設ける位置は、回転軸１４を中心として、音叉振動子６ｂの連結部５ｂのどちらか一方に設けることが好ましい。これは回転軸１４を中心として対称に配置すると、モニター用圧電素子８に伸びと縮み応力が働き、モニター用圧電素子８の出力がキャンセルされるためである。従って、図４に示したように、モニター用圧電素子８は回転軸１４の左側あるいは右側の連結部５ｂに偏らせて配置することが好ましい。そして、モニター用圧電素子８の出力を大きくするためには第一のアーム３ｂまたは第二のアーム４ｂの近傍に配置することが特に好ましい。このとき、モニター用圧電素子８の第二の電極層２３は少なくとも２０μｍ以上の幅を有しておれば良く、このような形状の電極パターンを形成することによって、フィードバック制御回路を構成し、音叉振動子６ａおよび音叉振動子６ｂの振動を制御することができる。そして、第二の電極層２３は接続端子２５ｂの一つに接続している。
【００６０】
なお、モニター用圧電素子８の出力を大きくしたいときには、音叉振動子６ｂの連結部５に回転軸１４を中心として両側に配置し、その出力の位相を反転させて接続することも可能である。
【００６１】
次に、さらに別の例の光学反射素子の構成について図面を用いて説明する。図５は本実施の形態１におけるさらに別の例の光学反射素子の平面図である。図１の構成と大きく異なっている点はモニター用圧電素子８の配置が異なっていることである。図５に示したように、音叉振動子６ａの第一のアーム３ａに形成した圧電アクチュエータ１０をモニター用圧電素子８として利用したものである。つまり、３本の圧電アクチュエータ１０に駆動信号を印加し、１本の圧電アクチュエータ１０をモニター用圧電素子８としてフィードバック制御を行う構成とするものである。これによって、配線をシンプルにできることから生産性に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００６２】
なお、複数の圧電アクチュエータ１０をモニター用圧電素子８として用いることも可能である。
【００６３】
(実施の形態２)
以下、本発明の実施の形態２における光学反射素子の構成について図面を用いて説明する。
【００６４】
図６は本実施の形態２における光学反射素子の平面図を示している。
【００６５】
本実施の形態２における光学反射素子の基本的な構成は実施の形態１の構成とほぼ同様であり、その詳細な説明は省略し、本実施の形態２における光学反射素子が実施の形態１と大きく異なっている構成について図面を用いて説明する。
【００６６】
図６に示すように、第一のアーム３ａと第一のアーム３ｂ、および第二のアーム４ａと第二のアーム４ｂとの間にはダンパー３５を介して、それぞれのアームを連結していることを特徴としている。このような構成とすることによって、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの製造ばらつきなどによって発生する共振周波数の若干のずれを解消することができる。
【００６７】
これによって、軸中心の対称性が高まり、音叉振動子６ａ，６ｂの駆動力が大きくなるという効果を発揮することができる。また、これによって振動子としてのＱ値が大きくなり、不要共振を低減することもできる。
【００６８】
また、このダンパー３５に用いる材料としては、弾性を有する弾性部材が好ましく、このような弾性部材としては電気的特性、入手性の観点から、金属、ゴム、またはエラストマーのいずれかを用いることが好ましい。
【００６９】
また、ダンパー３５の形状をシート状とすることによって不要な振動を抑制できるとともに連結性を高めることができる。さらに、ダンパー３５の弾性率を第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの弾性率よりも小さくすることによって音叉振動子６ａ，６ｂの振動の減衰を抑制することができる。
【００７０】
また、図６に示した光学反射素子の一部に実施の形態１にて説明したモニター用圧電素子８を第二の支持部１１ａ，１１ｂ、連結部５ａ，５ｂまたは少なくとも一つのアーム部に設けることによって実施の形態１と同様の構成をすることによって、さらに制御性に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００７１】
以上説明してきたように、ダンパー３５によって音叉振動子６ａ，６ｂの振動モードを制御し、共振周波数の合致性を高めることによって、高Ｑ値を有する振動子を実現できることから高精度な制御が可能な光学反射素子とすることができ、より小型で振れ角度の大きな光学反射素子を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、光学反射素子に関して小型化できるという効果を有し、特に電子写真方式の複写機、レーザープリンタ、光学スキャナ用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態１における光学反射素子の平面図
【図２】同図１のＡＡ部における断面図
【図３】同動作状態を示す概念図
【図４】同別の例の光学反射素子の平面図
【図５】同さらに別の例の光学反射素子の平面図
【図６】本発明の実施の形態２における光学反射素子の平面図
【符号の説明】
【００７４】
１  支持体
２ａ，２ｂ  第一の支持部
３ａ，３ｂ  第一のアーム
４ａ，４ｂ  第二のアーム
５ａ，５ｂ  連結部
６ａ，６ｂ  音叉振動子
７ａ，７ｂ  矢印
８  モニター用圧電素子
９ａ，９ｂ  振動中心
１０  圧電アクチュエータ
１１ａ，１１ｂ  第二の支持部
１２  ミラー部
１３  矢印
１４  回転軸
２０  基材
２１  第一の電極層
２２  圧電体層
２３  第二の電極層
２５ａ，２５ｂ  接続端子
３５  ダンパー
【図１】
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【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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