(57)【要約】【課題】  共振周波数を広範囲で変更できる揺動体装置、及びその製造方法を提供することである。【解決手段】  本発明の揺動体装置は、支持体と、可動部と、該支持体と該可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、該可動部を駆動する駆動手段とを有する。弾性支持部は複数のバネと該複数のバネを互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材とを有する。【選択図】  図１
2009009067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、可動部と、該支持体と該可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、該可動部を駆動する駆動手段とを有する揺動体装置であって、
前記弾性支持部は複数のバネと該複数のバネを互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材とを有することを特徴とする揺動体装置。
【請求項２】
支持体と、可動部と、該支持体と該可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、該可動部を駆動する駆動手段とを有する揺動体装置であって、
前記弾性支持部はミアンダ構造を構成する部材と該ミアンダ構造を構成する部材を互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材を有することを特徴とする揺動体装置。
【請求項３】
前記支持体と、前記可動部と、前記弾性支持部と、前記バネ定数調整部材とが単結晶シリコンで一体的に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の揺動体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の揺動体装置の可動部に光偏向素子を設けて構成されたことを特徴とする光偏向器。
【請求項５】
光源と、請求項４に記載の光偏向器と、感光体とを有し、
前記光源からの光ビームを前記光偏向器で偏向し、前記感光体に静電潜像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
支持体と、可動部と、該支持体と該可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、該可動部を駆動する駆動手段とを有する揺動体装置の製造方法であって、
複数のバネと該複数のバネを互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材とを有する弾性支持部を形成する工程、
前記バネ定数調整部材を切断してバネ定数を変更する工程、
を有することを特徴とする揺動体装置の製造方法。
【請求項７】
支持体と、可動部と、該支持体と該可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、該可動部を駆動する駆動手段とを有する揺動体装置の製造方法であって、
ミアンダ構造を構成する部材と該ミアンダ構造を構成する部材を互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材とを有する弾性支持部を形成する工程、
前記バネ定数調整部材を切断してバネ定数を変更する工程、
を有することを特徴とする揺動体装置の製造方法。
【請求項８】
支持体と、可動部と、該支持体と該可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、該可動部を駆動する駆動手段とを有する揺動体装置の製造方法であって、
複数のバネを有する弾性支持部を形成する工程、
前記複数のバネを互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材を設置してバネ定数を変更する工程、
を有することを特徴とする揺動体装置の製造方法。
【請求項９】
支持体と、可動部と、該支持体と該可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、該可動部を駆動する駆動手段とを有する揺動体装置の製造方法であって、
ミアンダ構造を有する弾性支持部を形成する工程、
前記ミアンダ構造を構成する部材を互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材を設置してバネ定数を変更する工程、
を有することを特徴とする揺動体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向器、及びそれを用いた画像形成装置、ディスプレイなどの光学機器に関する。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利用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光偏向器として、反射面を持つ可動部を正弦振動させて光を偏向する光走査系ないし光走査装置が種々提案されている。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使用した光走査系は、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。すなわち、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、特に半導体プロセスによって製造されるシリコン単結晶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】
光偏向器の一例として、図８及び図９に示す様な光スキャナ装置が存在する（特許文献１参照）。図８に示す光スキャナ装置を構成する構造体１は、平板状の固定部２、可動部４および固定部２と可動部４を接続するねじり梁３を有し、これらは半導体フォトリソグラフィー技術で精度良く作製される。また、可動部４の表面にはミラー５が形成されている。
【０００４】
更に図９に示すように、この光スキャナ装置は可動部４の一方の面に硬磁性体（膜磁石）６が設けられている。また、この硬磁性体６と磁気的作用をする位置に、コア７とコイル８とからなる電磁石２０が配置されている。そして、電磁石２０のコイル８に駆動電流を流すことで発生する磁場と、硬磁性体６の磁場により生じる吸引力及び反発力を用いて、回転軸を中心に可動部４をねじり振動させている。
【特許文献１】特開２００５−８４５７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記光スキャナ装置（光偏向装置）の可動部４の共振周波数は、ねじり梁３のバネ定数や可動部４の慣性モーメントにより決定される。この共振周波数は、光偏向装置の用途により異なるため、それぞれの用途にあった共振周波数を持つ光偏向装置を各々生産しなければならない。例えば、レーザープリンタ等の電子写真プロセスにおいては、印字速度は光偏向装置の駆動周波数に依存するため、各レーザープリンタの性能により光偏向装置の共振周波数を変更する必要がある。
【０００６】
しかしながら、各々の共振周波数を有する光偏向装置を別々に生産するためには製造方法を変更する必要があり、これは製造コストの上昇につながる。この課題は光偏向装置を構成する揺動体装置でも共通である。
【０００７】
よって本発明の目的は、共振周波数を広範囲で変更することが可能な揺動体装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題に鑑み本発明に係る揺動体装置は、支持体と、可動部と、該支持体と該可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、該可動部を駆動する駆動手段とを有する。弾性支持部は複数のバネと該複数のバネを互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材とを有する。
【０００９】
また、本発明に係る他の揺動体装置は、支持体と、可動部と、該支持体と該可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、該可動部を駆動する駆動手段とを有する。弾性支持部はミアンダ構造を構成する部材と該ミアンダ構造を構成する部材を互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材を有する。
【００１０】
上記課題に鑑み本発明に係る揺動体装置の製造方法は、以下のとおりである。支持体と、可動部と、該支持体と該可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、該可動部を駆動する駆動手段とを有する揺動体装置の製造方法であって、複数のバネと該複数のバネを互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材とを有する弾性支持部を形成する工程と、バネ定数調整部材を切断してバネ定数を変更する工程とを有する。
【００１１】
また、本発明に係る揺動体装置の他の製造方法は以下のとおりである。支持体と、可動部と、該支持体と該可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、該可動部を駆動する駆動手段とを有する揺動体装置の製造方法であって、ミアンダ構造を構成する部材と該ミアンダ構造を構成する部材を互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材とを有する弾性支持部を形成する工程と、バネ定数調整部材を切断してバネ定数を変更する工程とを有する。
【００１２】
また、本発明に係る揺動体装置の他の製造方法は以下のとおりである。支持体と、可動部と、該支持体と該可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、該可動部を駆動する駆動手段とを有する揺動体装置の製造方法であって、複数のバネを有する弾性支持部を形成する工程と、複数のバネを互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材を設置してバネ定数を変更する工程とを有する。
【００１３】
また、本発明に係る揺動体装置の他の製造方法は以下のとおりである。支持体と、可動部と、該支持体と該可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、該可動部を駆動する駆動手段とを有する揺動体装置の製造方法であって、ミアンダ構造を有する弾性支持部を形成する工程と、ミアンダ構造を構成する部材を互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材を設置してバネ定数を変更する工程とを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、共振周波数を広範囲で変更することができる揺動体装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の揺動体装置の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。本発明の揺動体装置は、支持体１０１と、可動部１０４と、弾性支持部１０００ａ、１０００ｂで構成される。弾性支持部１０００ａ及び１０００ｂは、複数のバネ１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄを有する。複数のバネ１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄは、可動部１０４を支持体１０１に対して、揺動軸１０８まわりにねじり振動可能なように弾性的に連結されている。バネ１０２ａは、バネ１０３ａ、１０３ｂとバネ定数を可変にするバネ定数調整部材１１０ａ、１１０ｂで連結されている。バネ１０２ｂ、１０３ｃ、１０３ｄに関しても同様である。本発明に係る揺動体装置を光偏向器として用いる場合は、可動部１０４の上に光偏向素子である反射面１０５を設ける。
【００１６】
さらに、可動部１０４を共振駆動させる駆動手段と、図示しない駆動手段を制御する駆動制御手段とを有する。駆動手段は、電磁方式、静電方式、ピエゾ方式等で駆動可能な構成となっている。例えば、図１（ｂ）に示す構成があり、可動部１０４は、硬磁性体１０６を有しており、揺動軸１０８に対して垂直方向に磁化されている。硬磁性体は、スパッタリングあるいは貼り付け等により形成することができる。コイル１０７に電流を印加することにより磁場が発生し、可動部１０４にトルクが印加され、揺動体装置を駆動することができる。コイル１０７に印加する電流を交流にすれば、交流の周波数に応じたねじり振動で揺動体装置を駆動することができる。さらに、本発明の揺動体装置が有する共振周波数と同じ交流電流をコイル１０７に流すことによって、低消費電力でねじり共振振動させることができる。
【００１７】
また、図１（ｃ）に弾性支持部を１箇所に設けた構造（片支持構造）の揺動体装置を示す。このように片支持構造とすることで、揺動軸１０８をねじり軸とするねじり振動以外に、可動部１０４の面に垂直な方向での振動や、揺動軸１０８を中心として回転するような振動を発生させることができる。尚、以下では図１（ａ）のように、可動子の両側から弾性支持部で支持しているタイプの実施形態について説明するが、以下の内容は図１（ｃ）についても同様に適用することができる。
【００１８】
本発明の揺動体装置の弾性支持部は、複数のバネと、この複数のバネを互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材とを有する。
【００１９】
複数のバネ１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄは、可動部１０４を支持部１０１に対して、揺動軸１０８まわりにねじり振動可能なように弾性的に連結されている。バネ１０２ａは、バネ１０３ａ、１０３ｂとバネ定数を可変にするバネ定数調整部材１１０ａ、１１０ｂで並列に連結されている。バネ１０２ａ、１０２ｂのバネ定数をＫ１とし、バネ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄのバネ定数をＫ２とする。バネ１０２ａは、バネ１０３ａ、１０３ｂとバネ定数を可変にするバネ定数調整部材１１０ａ、１１０ｂで並列に連結されている。また、バネ１０２ｂは、バネ１０３ｃ、１０３ｄとバネ定数を可変にするバネ定数調整部材１１０ｃ、１１０ｄで並列に連結されている。よって、本発明の揺動体装置の弾性支持部のバネ定数Ｋは以下の（１）式で表される。
Ｋ＝２×（Ｋ１＋２×Ｋ２）        （１）
バネ１０２ａ、１０２ｂが、バネ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄとバネ定数調整部材１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄで連結されていない場合、弾性支持部のバネ定数は以下の（２）式で表される。
Ｋ＝２×Ｋ１      （２）
このように、バネが、複数のバネをバネ定数調整部材で並列に連結されることによって、揺動体装置のバネ定数Ｋを大きくすることができる。共振周波数ｆは、可動部の慣性モーメントをＩとすると、以下の（３）式で表される。
【００２０】
【数１】
2009009067.tif 000003
【００２１】
従って、バネ定数Ｋを大きく変化させることができるので、容易に揺動体装置の共振周波数を変化させることができる。さらに、複数のバネを連結するバネ定数調整部材は、ねじり振動する時に、複数のバネと一緒に変形するので、バネとバネ定数調整部材の連結個所の応力集中を緩和することができる。
【００２２】
また、弾性支持部はミアンダ構造を構成する部材と、ミアンダ構造を構成する部材を互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材を有する構成とすることもできる。図２（ａ）に、一例としてバネ定数調整部材を用いてミアンダ構造を構成する部材を２箇所で連結した揺動体装置を示す。図２（ａ）に示すように、弾性支持部は、揺動軸１０８に平行な断面で切断すると、複数の断面を有している。このように、揺動軸１０８と平行な断面が２個以上となる弾性支持部の構造を特にミアンダ構造と呼ぶ。このミアンダ構造は、揺動軸１０８と垂直な断面が２個以上となる弾性支持部の構造であっても構わない。
【００２３】
図２（ａ）ではミアンダ構造を構成する部材がバネ定数調整部材２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄで連結されている。つまり、それぞれのミアンダ構造の弾性支持部２０２ａ、２０２ｂがそれぞれ２箇所でバネ定数調整部材を用いて連結されている。
【００２４】
ここで、図２（ａ）において、弾性支持部２０２ａ、２０２ｂがバネ定数調整部材２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄで連結されていないとする。その場合、弾性支持部２０２ａ、２０２ｂを構成する主なバネ要素、つまり、揺動軸１０８に垂直な部分それぞれのバネ定数をＫ１とする。弾性支持部２０２ａ、２０２ｂは、それぞれのバネ要素を直列に連結しているとみなせるので、弾性支持部２０２ａおよび２０２ｂのバネ定数Ｋは、（４）式のようになる。
【００２５】
【数２】
2009009067.tif 000004
【００２６】
一方、図２（ａ）のように、弾性支持部２０２ａ、２０２ｂがバネ定数調整部材２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄで連結されている場合、一部のバネを並列に連結するとみなせるので、バネ定数Ｋは、（５）式、（６）式のようになる。
【００２７】
【数３】
2009009067.tif 000005
【００２８】
【数４】
2009009067.tif 000006
【００２９】
ここで、（５）式右辺の第一項目は、バネ定数調整部材で連結していない部分のバネ定数である、第二項目は連結した部分のバネ定数である。
【００３０】
このように、バネ定数調整部材がミアンダ構造の二箇所以上を連結する構成によって、揺動体装置のバネ定数Ｋを大きくすることができる。従って、容易に揺動体装置の共振周波数を変化させることができる。さらに、ミアンダ構造とすることによって、揺動体装置の全長を短くすることができる。
【００３１】
一方、ミアンダ構造を構成する部材を互いに連結するバネ定数調整部材が一つの場合を図２（ｂ）に示す。この場合は、ミアンダ構造を構成する一部のバネ要素をバネとして機能させない構成となる。ミアンダ構造は、バネ要素を直列に連結しており、バネとして機能しないバネ要素を持たせることによって、ミアンダ構造を有するバネ定数を大きくすることができる。
【００３２】
例えば、５本のバネ要素（バネ定数Ｋ1）を有するミアンダ構造の弾性支持部のバネ定数Ｋは以下の式で表される。
Ｋ＝Ｋ１／５      （７）
一方、図２（ｂ）に示すように、それぞれの弾性支持部２０２ｃ、２０２ｄのバネ要素をバネ定数調整部材２１０ｅ、２１０ｆでそれぞれ連結する。このように２本のバネ要素を１つのバネ定数調整部材で連結することによって、
Ｋ＝Ｋ１／３      （８）
となる。このように、バネとして機能しないバネ要素を持たせることによって、ミアンダ構造を有するバネ定数を大きくすることができる。
【００３３】
さらに、支持体と、可動部と、弾性支持部と、バネ定数調整部材とが単結晶シリコンで一体的に形成されている構成とすることもできる。この構成によって、マイクロマシニング技術によって、非常に高い加工精度で作製することができる。さらに、バネ定数調整部材も弾性支持部に対して、非常に高い位置精度で作製することができる。従って、非常に高い精度で所望の共振周波数を有する揺動体装置を提供することができる。
【００３４】
さらに、揺動体装置と、可動部の上に配置された光偏向素子を有する構成とすることもできる。この構成によって、揺動体装置を光偏向器等に利用することができる。
【００３５】
さらに、光源と、光偏向器と、感光体とを有し、前記光偏向器は、前記光源からの光ビームを前記光偏向器により偏向し、前記感光体に静電潜像を形成する画像形成装置とすることもできる。この構成によって、画像形成速度の異なる様々な画像形成装置を提供することができる。
【００３６】
次に、支持体と可動部とを揺動軸まわりに弾性的に連結する弾性支持部と、可動部を駆動する駆動手段とを有する揺動体装置の製造方法に関して説明する。
【００３７】
本発明の製造方法は、複数のバネと、複数のバネを互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材とを有する弾性支持部を形成する工程と、バネ定数調整部材を切断してバネ定数を変更する工程を有することを特徴とする。
【００３８】
この工程を有することによって、共振周波数の大きく異なる揺動体装置を同一の製造方法で作製することができる。例えば、マイクロマシニング技術を利用して、作製する場合、同一のフォトマスクを使って作製し、その後、本工程の切断する箇所を変えるだけで、他の工程の条件等を変えずに、様々な共振周波数を有する揺動体装置を提供することができる。従って、製造コストを低減することができる。
【００３９】
また、本発明の他の製造方法は以下の工程を有する製造方法とすることもできる。つまり、ミアンダ構造を構成する部材と、ミアンダ構造を構成する部材を互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材とを有する弾性支持部を形成する工程と、バネ定数調整部材を切断してバネ定数を変更する工程とを有する製造方法である。
【００４０】
この工程を有することによって、共振周波数が大きく異なり、全長の小さな揺動体装置を同一の製造方法で作製することができる。例えば、マイクロマシニング技術を利用して、作製する場合、同一のフォトマスクを使って作製し、その後、本工程の切断する箇所を変えるだけで、他の工程の条件等を変えずに、様々な共振周波数を有する全長の小さな揺動体装置を提供することができる。従って、製造コストを低減することができる。
【００４１】
また、本発明の他の製造方法は、複数のバネを有する弾性支持部を形成する工程、複数のバネを互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材を設置してバネ定数を変更する工程を有する製造方法とすることもできる。
【００４２】
この工程を有することによって、共振周波数の大きく異なる揺動体装置を同一の製造方法で作製することができる。例えば、マイクロマシニング技術を利用して、作製する場合、同一のフォトマスクを使って作製し、その後、本工程のバネ定数調整部材を設置する箇所を変えるだけで、他の工程の条件等を変えずに、様々な共振周波数を有する揺動体装置を提供することができる。従って、製造コストを低減することができる。さらに、設置する箇所を任意に選ぶことができるので、揺動体装置の共振周波数の最小変更量を小さくすることするができる。
【００４３】
また、本発明の他の製造方法は、ミアンダ構造を有する弾性支持部を形成する工程、ミアンダ構造を構成する部材を互いに連結する少なくとも一つのバネ定数調整部材を設置してバネ定数を変更する工程を有する製造方法とすることもできる。
【００４４】
この工程を有することによって、共振周波数が大きく異なり、全長の小さな揺動体装置を同一の製造方法で作製することができる。例えば、マイクロマシニング技術を利用して作製する場合、同一のフォトマスクを使って作製する。その後、本工程のバネ定数調整部材を設置する箇所を変えるだけで、他の工程の条件等を変えずに、様々な共振周波数を有する全長の小さな揺動体装置を提供することができる。従って、製造コストを低減することができる。さらに、設置する箇所を任意に選ぶことができるので、揺動体装置の共振周波数の最小変更量を小さくすることするができる。
【００４５】
以下、より具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００４６】
実施例１の揺動体装置の構成を図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の揺動体装置の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。本発明の揺動体装置は、支持体１０１と、可動部１０４と、弾性支持部１０００ａ、１０００ｂを有する。弾性支持部１０００ａ、１０００ｂは、バネ１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄで構成される。バネ１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄは、可動部１０４を支持部１０１に対して、揺動軸１０８まわりに弾性的に連結されている。バネ１０２ａは、バネ１０３ａ、１０３ｂとバネ定数を変更できるバネ定数調整部材１１０ａ、１１０ｂで連結されている。本実施例では、バネ本数は６本であるが、バネ本数は複数であればよく、本数を多くすると、共振周波数の変化量をより大きくすることができる。
【００４７】
可動部１０４は、揺動軸に垂直方向の長さが１．３ｍｍ、平行方向のサイズが１．５ｍｍ厚さ０．２ｍｍである。チップ全長は、１５ｍｍである。支持部１０１と、可動部１０４とバネ１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、及びバネ定数調整部材１１０ａ、１１０ｂは、単結晶シリコン基板を、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、非常に高い加工精度で作製することができる。さらに、バネ定数調整部材も弾性支持部に対して、非常に高い位置精度で作製することができるので、非常に高い精度で所望の共振周波数を有する揺動体装置を提供することができる。
【００４８】
可動部１０４の上に配置された光偏向素子である反射面１０５を有するので、本発明の揺動体装置は、光偏向器として利用することができる。反射面１０５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。また反射面１０５は別の材質、例えば金、銅等でもよく、さらに保護膜あるいは誘電体多層膜を形成してもよい。
【００４９】
本実施例の駆動原理について説明する。可動部１０４は、硬磁性体１０６を有しており、揺動軸に対して垂直方向に磁化されている。コイル１０７に印加する電流は交流であり、交流の周波数に応じた磁場が発生し、可動部１０４にトルクが印加され、ねじり振動で光偏向器を駆動することができる。さらに、本発明の光偏向器が有する共振周波数と同じ交流電流をコイル１０８に流すことによって、低消費電力でねじり振動させることができる。
【００５０】
本実施例において、バネ１０２ａ、１０２ｂのバネ定数は２ｘＫ１であり、バネ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄのバネ定数はＫ１である。バネ１０２ａは、バネ１０３ａ、１０３ｂとバネ定数を可変にするバネ定数調整部材１１０ａ、１１０ｂで連結されている。また、バネ１０２ｂは、バネ１０３ｃ、１０３ｄとバネ定数を可変にするバネ定数調整部材１１０ｃ、１１０ｄで連結されている。よって、本発明の揺動体装置のバネ定数Ｋは、（１）式より、Ｋ＝２×（２×Ｋ１＋２×Ｋ１）＝８Ｋ１となる。一方、バネ１０２ａ、１０２ｂが、バネ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄとバネ定数調整部材１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄで連結されていない場合、（２）式より、Ｋ＝２×２×Ｋ１＝４Ｋ１となる。
【００５１】
従って、バネ定数調整部材で連結されることによって、揺動体装置のバネ定数Ｋは、連結されていない場合と比較して、２倍となる。そして、共振周波数ｆは、（３）式より、約１．４倍にすることができる。従って、例えば、本構成により、２０００Ｈｚから２８００Ｈｚまでの共振周波数を有する揺動体装置を作製することができる。
【００５２】
このようにバネ定数Ｋを大きく変化させることができるので、容易に揺動体装置の共振周波数を大きくすることができる。さらに、バネをバネ定数調整部材で連結しているので、応力集中を緩和することができる。
【実施例２】
【００５３】
実施例２の光偏向器の構成を図２（ａ）を用いて説明する。図２（ａ）は、本発明の揺動体装置の上面図である。実施例２の揺動体装置の構成は、実施例１の揺動体装置と略同様である。本実施例の光偏向器の特徴は、弾性支持部２０２ａ、２０２ｂがミアンダ構造を有し、ミアンダ構造を有する弾性支持部２０２ａ、２０２ｂのそれぞれが、２箇所でバネ定数調整部材２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄで連結されていることである。
【００５４】
可動部２０４は、揺動軸１０８に垂直方向の長さが１．３ｍｍ、平行方向のサイズが１．５ｍｍ厚さ０．２ｍｍである。チップ全長は、７ｍｍである。
【００５５】
弾性支持部２０２ａ、２０２ｂがバネ定数調整部材２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄで連結されていないとする。その場合、弾性支持部２０２ａ、２０２ｂの揺動軸１０８に垂直な部分それぞれのバネ定数をＫ１とすると、弾性支持部２０２ａおよび２０２ｂのバネ定数Ｋは、前記（４）式のようになる。
【００５６】
一方、図２（ａ）のように、弾性支持部２０２ａ、２０２ｂがバネ定数調整部材２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄで連結されている場合、バネ定数Ｋは、前記（５）式、（６）式のようになる。
【００５７】
ここで、（５）式右辺の第一項目は、バネ定数調整部材で連結していない部分のバネ定数である、第二項目は連結した部分のバネ定数である。
【００５８】
従って、バネ定数調整部材で連結されることによって、揺動体装置のバネ定数Ｋは、連結されていない場合と比較して、約２倍となる。そして、共振周波数を約１．４倍にすることができる。従って、例えば、本構成により、２０００Ｈｚから２８００Ｈｚまでの共振周波数を有する揺動体装置を作製することができる。
【００５９】
このように、実施例１と同様に、バネ定数Ｋを変化させることができるので、容易に揺動体装置の共振周波数を大きくすることができる。さらに、ミアンダ構造にすることによって、揺動体装置の全長を短くすることができる。
【実施例３】
【００６０】
本実施例は本発明による揺動体装置の製造方法を図３、図４を用いて説明する。図３（ａ）は、バネ定数調整部材を切断する前の工程を経た揺動体装置であり、図３（ｂ）は、バネ定数調整部材を切断した後の揺動体装置である。図４（ａ）〜（ｃ）は、バネ定数調整部材を切断する工程を説明する図である。
【００６１】
図３（ａ）に示すように、バネ定数調整部材を切断する前までの揺動体装置は、支持体３０１と、可動部３０４と、弾性支持部３０００ａ、３０００ｂを有する。弾性支持部３０００ａ、３０００ｂは、バネ３０２ａ、３０２ｂ、３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄを有する。バネ３０２ａ、３０２ｂ、３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄは、可動部３０４を支持部３０１に対して、揺動軸１０８まわりに弾性的に連結されている。バネ３０２ａは、バネ３０３ａ、３０３ｂとバネ定数を可変にするバネ定数調整部材３１０ａ、３１０ｂで並列に連結されている。
【００６２】
可動部３０４は、揺動軸１０８に垂直方向の長さが１．０ｍｍ、平行方向のサイズが３．０ｍｍである。支持部３０１と、可動部３０４とバネ３０２ａ、３０２ｂ、３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ、及びバネ定数調整部材３１０ａ、３１０ｂは、単結晶シリコン基板を、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。
【００６３】
可動部３０４の上に配置された光偏向素子である反射面３０５を有するので、本発明の揺動体装置は、光偏向器として利用することができる。反射面３０５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。このときの共振周波数は、約２８００Ｈｚである。
【００６４】
バネ定数調整部材の切断は、レーザ加工によって行う。レーザ加工は、レーザ発振装置３２０から放出されるレーザ光３３０を小さな面積に集光させ、その部分を加熱し、溶融又は蒸発させることにより行う。図４に示すように、レーザ加工によって、バネ定数調整部材３１０ｃを切断する。さらに、バネ定数調整部材３１０ｄも切断し、バネ３０２ｂとバネ３０３ｃ、３０３ｄとを切り離す。切断は、バネ定数調整部材の端部から端部に向かって行う。この切断は、表面から裏面への貫通を繰り返して行ってもよい。同様に、レーザ加工によって、バネ定数調整部材３１０ａ、３１０ｂを切断して、バネ３０２ａとバネ３０３ａ、３０３ｂとを切り離す。この工程によって、共振周波数は、約２１００Ｈｚとなる。バネ定数調整部材の切断数は、所望の共振周波数に応じて、実施する。例えば、バネ定数調整部３１０ｂ、３１０ｃのみを切断すると、共振周波数は、約２５００Ｈｚとなる。また、バネ定数調整部材を切断しない場合、共振周波数は約２８００Ｈｚとなる。このように、バネ定数調整部材を切断する工程を有することによって、共振周波数の大きく異なる揺動体装置を同一の製造方法で作製することができる。従って、製造コストを低減することができる。
【実施例４】
【００６５】
本実施例は本発明による揺動体装置の製造方法を図５、図６を用いて説明する。図５（ａ）は、バネ定数調整部材を設置する前の揺動体装置であり、図５（ｂ）は、バネ定数調整部材を設置した後の揺動体装置である。図６（ａ）、図６（ｂ）は、バネ定数調整部材を設置する工程を説明する図である。
【００６６】
図５（ａ）に示すように、本実施例の揺動体装置では、バネ４０２ａ、バネ４０３ａ、４０３ｂは分離している。同様に、バネ４０２ｂ、バネ４０３ｃ、４０３ｄも分離している。この場合、図５（ａ）に示す揺動体装置の共振周波数は、約２１４０Ｈｚとなる。
【００６７】
図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、バネ定数設置部材４１０ｃをボンダ４２０等を利用して設置し、バネ４０２ｂ、４０３ｃ、４０３ｄを連結する。同様に、バネ定数調整部材４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｄも設置して、バネ４０２ｂと４０３ｃ、４０３ｄ及び、バネ４０２ａと４０３ａ、４０３ｂとを連結する。この場合、バネ定数調整部材４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄは、アクリル樹脂であるが、その他にアルミニウム、シリコン等を用いてもよい。バネ定数調整部材の材料としては軽量なものが好ましい。
【００６８】
図５（ｂ）に示すように、バネ定数調整部材４１０ａ、４１０ｂを設置した後は、バネ４０２ａとバネ４０３ａ、４０３ｂとは連結している。同様に、バネ４０２ｂとバネ４０３ｃ、４０３ｄも連結している。この場合、図５（ｂ）に示す揺動体装置の共振周波数は、約２８００Ｈｚとなる。
【００６９】
バネ定数調整部材の設置数、設置箇所は、所望の共振周波数に応じて、実施する。例えば、バネ定数調整部４１０ａ、４１０ｄのみを設置すると、共振周波数は、約２５００Ｈｚとなる。
【００７０】
このように、共振周波数の大きく異なる揺動体装置を同一の製造方法で作製することができる。従って、製造コストを低減することができる。さらに、任意の箇所にバネ定数調整部材を設置することができるので、様々な共振周波数を有する揺動体装置を作製することができる。
【実施例５】
【００７１】
図７は上記光偏向器を用いた光学機器の実施例を示す図である。ここでは、光学機器として画像形成装置を示している。図７において、５０３は本発明の揺動体装置を光偏向器として用いたものであり、本実施例では入射光を１次元に走査する。５０１は光源である。５０２はレンズある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は感光体、５０６は走査軌跡である。光源５０１から射出された光ビームは、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次元的に走査する。この走査された光ビームは書き込みレンズ５０４により、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を形成する。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を形成し、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。共振周波数が大きく異なる光偏向器を同じ製造方法によって作製することが可能であるので、画像形成速度の異なる画像形成装置を低コストで提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、光偏向器及びそれを用いた画像形成装置に関する。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なものである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例１の揺動体装置を説明するための上面図である（ａ）。本発明の実施例１の揺動体装置を説明するためのＡ−Ｂ断面図である（ｂ）。本発明の片支持構造の揺動体装置を説明するための上面図である（ｃ）。
【図２】ミアンダ構造の弾性支持部にバネ調整部材（２箇所）を設けた揺動体装置を説明するための上面図である（ａ）。ミアンダ構造の弾性支持部にバネ調整部材（１箇所）を設けた揺動体装置を説明するための上面図である（ｂ）。
【図３】本発明の実施例３の揺動体装置の製造方法を説明するための上面図であり、バネ定数調整部材を切断する前の揺動体装置である（ａ）。本発明の実施例３の揺動体装置の製造方法を説明するための上面図であり、バネ定数調整部材を切断後の揺動体装置である（ｂ）。
【図４】本発明の実施例３の揺動体装置の製造方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施例４の揺動体装置の製造方法を説明するための上面図であり、バネ定数調整部材を設置する前の揺動体装置である（ａ）。本発明の実施例４の揺動体装置の製造方法を説明するための上面図であり、バネ定数調整部材を設置後の揺動体装置である（ｂ）。
【図６】本発明の実施例４の揺動体装置の製造方法を説明する図である。
【図７】本発明の実施例５の画像形成装置を説明するための図である。
【図８】従来の光偏向器を示す図である。
【図９】従来の光偏向器を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  構造体
２  固定部
３  ねじり梁
４  可動部
５  ミラー
６  硬磁性体
２０  電磁石
１０１  ２０１  ３０１  ４０１  支持部
１０３ａ  １０３ｂ  １０３ｃ  １０３ｄ  ３０３ａ  ３０３ｂ  ３０３ｃ  ３０３ｄ  １０２ａ  １０２ｂ  ３０２ａ  ３０２ｂ  ４０２ａ  ４０２ｂ  ４０３ａ  ４０３ｂ  ４０３ｃ  ４０３ｄ  バネ
１０００ａ  １０００ｂ  ２０２ａ  ２０２ｂ  ３０００ａ  ３０００ｂ  ４０００ａ  ４０００ｂ  弾性支持部
１０４  ２０４  ３０４  ４０４  可動部
１０５  ２０５  ３０５  ４０５  反射面
１０６  硬磁性体
１０７  コイル
１０８  揺動軸
１１０ａ  １１０ｂ  １１０ｃ  １１０ｄ  ２１０ａ  ２１０ｂ  ２１０ｃ  ２１０ｄ  ３１０ａ  ３１０ｂ  ３１０ｃ  ３１０ｄ  ４１０ａ  ４１０ｂ  ４１０ｃ  ４１０ｄ  バネ定数調整部材
３２０  レーザ発振装置
３３０  レーザ光
４２０  ボンダ
５０１  光源
５０２  レンズ
５０３  光走査系
５０４  書き込みレンズ
５０５  感光体
５０６  走査軌跡
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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