JP2008191537A - 振動素子、及び振動素子を備える光偏向器 - Google Patents

Abstract

【課題】固定部材に取り付ける際、その取り付け姿勢を精度良く確実に確立することができる振動素子、振動素子を備える装置を提供することである。
【解決手段】振動素子は、振動体101と、振動体101を可動に支持する弾性支持部102と、弾性支持部102を支持する第一支持枠103と、間隔を隔てて弾性支持部102に沿って延在して第一支持枠103より伸びる第二支持枠104を有する。第二支持枠104は、第一支持枠103に対して片持梁形状で設けられる。
【選択図】図1

Description

本発明は、可動な振動体を含む振動素子に関する。また、本発明は、該振動素子を備え、バーコードスキャナ、レーザビームプリンタ、複写機、ディスプレイ等に組み込まれる光偏向器、該光偏向器を備える画像形成装置、画像読取装置などの光学機器等に関する。

現在、光偏向器、及び光偏向器を備える画像形成装置や画像読取装置に関する市場では、こうしたものを、より小さく、より安価に作製したいという要望がある。例えば、レーザビームプリンタ等に組み込まれる光偏向器においては、ポリゴンミラーの代替手段としてガルバノミラーを用いて、小型で低コストの光偏向器を提供しようという試みが為されている。

ポリゴンミラーはその名の通り、複数の面で光を偏向するのに対し、ガルバノミラーは基本的に1つの面で光を偏向する。よって、ガルバノミラーでは、ポリゴンミラーで問題となる回転軸に対する各面の形成角度のばらつきに起因する画像不良（例えば、バンディンクと呼ばれる帯状の画像斑）を回避することが可能となる。

図10を用いて、この分野の一背景技術を説明する（特許文献1参照）。
図10(a)に示す偏向器10は、光偏向素子20とその光偏向素子20を正弦振動させるための駆動部21と偏向器筐体22を有する。この構成では、反射面側下方の紙面に垂直方向の偏向器筐体22の両端において、筐体2と一体成型された軸受け20に、偏向器筐体22と一体に形成された円筒形の回転軸23が取り付けられている。また、偏向器筐体22の背面下方には、調整ねじ取付板24と調整ねじ25からなる傾斜調整部26が設けられている。そして、調整ねじ25を回転させることにより、偏向器筐体22の傾斜量を調整できる。よって、図10(b)に示す振動ミラー44の反射鏡45の反射面の角度を調整でき、所望の方向へレーザビームを反射させることが可能となる。ここでは、振動素子9は、振動ミラー44とねじり振動バネ42、43と支持枠41からなる。支持枠41は、振動ミラー44の回りを囲む様な構成となっている。振動ミラー44上には、振動ミラー駆動用の駆動手段（アクチエータ）の一部をなすコイル46も形成されている。

図11を用いて、他の背景技術を説明する（特許文献2参照）。
図11に示す偏向素子65では、内側可動板656が、互いに直交する第1軸AX1及び第2軸AX2回りに、独立して揺動駆動される。第1軸AX1は、外側可動板653に対して内側可動板656を揺動可能に支持するねじり振動バネ657で規定され、第2軸AX2は、外側可動板653を揺動可能に支持するねじり振動バネ654で規定される。コイル655を含むミラー駆動部は、内側可動板656を第1軸AX1回りに揺動させることで光ビームを主走査方向Ｘに偏向・走査させている。一方、内側可動板656を第2軸AX2回りに揺動させることで、被走査面上での走査光ビームの副走査方向Ｙにおける位置が調整可能となっている。従って、被走査面での光ビームの走査位置が副走査方向にずれたときでも、該ずれを補正して常に高い精度で光ビームを走査させることができる。ここでも、支持枠は、振動ミラー656の回りを囲む様な構成となっている。
特開平09−179053号公報 特開2005−70708号公報

上記背景技術では、支持枠が振動ミラーの回りを囲む様な構成となっているため、振動素子のサイズが大きくなってしまっている。これにより、例えば、半導体プロセスで用いられる様なシリコン基板より振動素子を作製する場合、1枚のシリコン基板から得られる振動素子の個数が少なくなる。また、振動素子のサイズが大きくなると、サイズが小さい場合と比較して、或る所定のシリコン基板の面積からの取り個数が少なくなる。例えば、振動素子のサイズが大きい場合の或る所定のシリコン基板の面積からの取り個数が1つ、サイズが小さい場合の取個数が3つとする。この場合、或る所定のシリコン基板の面積の1箇所に傷が生じてしまったりすると、サイズが大きい場合、或る所定のシリコン基板の面積は使用できない領域となる。一方、サイズが小さい場合、1つは廃棄するにしても、残り2つを使用可能とできる。よって、振動素子のサイズが大きくなると、取り個数、歩留まりの点で、振動素子のコストが増大してしまうことになる。さらには、振動素子のサイズに合わせて回りの部品等を大きくする必要も出てくるので、画像形成装置や画像読取装置の、振動素子以外の部分のコストも増大してしまうことになる。

振動ミラーの寸法が設計により決まっているなかで、振動素子を小さくしようとする場合、支持枠を無くすか、支持枠をねじり振動バネ近傍だけに残すという方法が考えられる。

例えば、図9(a)の様に振動ミラー511の回りを囲む支持枠501を有する振動素子では、振動素子を小さくする為に、図9(b)、(c)に示す様な支持枠502の構成が考えられる（図5(b)の振動素子では実質的に支持枠が無い）。しかし、これらを固定部材に取り付けるとき、取り付け時に次の問題が生じる場合がある。

図9(d)、(e)は、図9(b)、(c)の振動素子を固定部材503に取り付けたときの模式図である。図9(d)では、ねじり振動バネ512を直接固定部材503に固定している。図9(e)では、支持枠502を固定部材503に固定している。

しかしながら、図9(d)、(e)の構成では、振動素子がＺ軸方向に倒れたりするのを防止する部材が無い。そのため、固定する工程の中で、振動ミラー511の自重で振動素子がＺ軸方向に傾いたり、Ｚ軸を中心として回転したりして、振動素子を精度良い姿勢で取り付け、固定することが困難となる場合がある。図9(e)の構成において、固定時にＺ軸方向に振動素子が倒れない様にするには、支持枠502を単純に大きくすればよいが、それでは、振動素子が大きくなってしまう。

また、固定部材503に固定する際、ねじり振動バネ512や支持枠502を何らかの手段で押さえることも考えられる。しかし、そのためには、押さえるのに十分な面積が、ねじり振動バネ512や支持枠502に必要である。更に、この方法では、固定部材503に対する振動素子の取り付け姿勢の精度を保証するのは容易ではない。

上記課題に鑑み、本発明の振動素子は、振動体と、振動体を可動に支持する弾性支持部と、弾性支持部を支持する第一支持枠と、間隔を隔てて弾性支持部に沿って延在して、第一支持枠より伸びる第二支持枠とを有する。そして、前記第二支持枠は、前記第一支持枠に対して片持梁形状で設けられる。

また、上記課題に鑑み、本発明の光偏向器は、振動体に入射光偏向用のミラーが設けられた上記振動素子、振動素子の振動体を振動させるアクチエータ、振動素子を固定する固定部材を備える。そして、前記固定部材によって、前記第一支持枠が固定され、前記第二支持枠が支持または固定される。

また、上記課題に鑑み、本発明の光学機器は、光源と、結像光学系と、上記光偏向器と、光照射面とを有し、光源からの光を光偏向器により偏向し、該光を結像光学系を介して光照射面上に入射させることを特徴とする。

また、上記課題に鑑み、本発明の振動素子を固定部材に固定する方法は、前記固定部材に第一支持枠及び第二支持枠が支持または固定された後に、少なくとも前記第二支持枠の部分を分離して、除去することを特徴とする。

本発明の振動素子によれば、上記の如き第二支持枠が弾性支持部に沿って延在するので、第一支持枠と第二支持枠を固定部材上に載置して振動素子を固定部材に取り付ける際、その取り付け姿勢を精度良く確実に確立することができる。従って、精度の良い取り付け姿勢で容易に振動素子を固定部材に固定することが可能となる。また、第二支持枠を弾性支持部に沿って延在させるので、振動素子のサイズがあまり増大することもない。

以下、本発明の実施形態を説明する。
（第1の実施形態）
図1(a)、(b)は本発明の振動素子の第1の実施形態を説明する図である。図1(b)は、図1(a)の振動素子を固定部材105に固定したものの斜視図である。本実施形態の振動素子は、振動体である振動ミラー101、弾性支持部である梁状のねじり振動バネ102、第一支持枠103、第二支持枠104からなる。第二支持枠104は、第一支持枠103より伸びて、間隔を隔てて梁状のねじり振動バネ102に沿って延在している。本実施形態では、ねじり振動バネ102に近い第二支持枠104の側端部は、ねじり振動バネ102の伸長方向と平行に伸びる。

また、第二支持枠104は、振動ミラー101と適当な間隔を置いた所で終端して、第一支持枠103に対して片持梁形状で設けられている。全体として、第一支持枠103と第二支持枠104は、L字状の形態をなし、それに応じて、固定部材105もL字状の形態をなす。尚、図1(a)、(b)において、第一支持枠103と第二支持枠104の境に線が描かれているが、これは、断りの無い限り、単に各支持枠の領域を示すための線に過ぎず、物理的な溝などを示すものではない。

本実施形態の振動素子を半導体プロセスを用いて作製する場合、振動ミラー101、ねじり振動バネ102、第一支持枠103、第二支持枠104は一体で作製される。例えば、シリコンを母材とし、それを加工することで振動素子を作製する場合、上記要素はシリコンにて一体の状態で作製される。特に、単結晶シリコンは一般に機械的特性に優れているので、振動ミラーやねじり振動バネの材料として用いるのに適している。また、半導体プロセスを用いることにより、高精度に振動素子を作製することが可能となる。更に、半導体プロセスを用いることで、例えば、ねじり振動バネ102のねじり量やねじりの変化周期を検知するための素子を、半導体プロセスを用いて作製できる。

例えば、ピエゾ抵抗センサをねじり振動バネの一部に形成したりすることで、前記検知を実現できる。また、振動体である振動ミラーを駆動するアクチュエータとして後述する永久磁石と電磁コイルを用いる場合、それらの相対的な位置変化より該電磁コイルに誘起される誘導起電力を用いても前記検知を実現できる。この他、振動ミラーとの間で相対的位置が変化する部材（例えば、第二支持枠103）の両方に電極を形成することでコンデンサを形成し、該コンデンサの振動ミラーの変位による容量変化を用いても、前記検知を行うことができる。

上記構成において、振動ミラー101は光の反射性能が高いことが望ましい。よって、図示していないが、必要に応じて振動ミラーに反射用金属膜を形成し、更に、酸化物膜を増反射膜として形成してもよい。例えば、金属膜としてはアルミニウム、酸化物膜としてはＴｉＯ_２やＳｉＯ_２よりなる積層膜を用いたりする。

この場合、金属膜や酸化物膜は、形成手段によっては（例えば、スパッタリング法、EB蒸着法、抵抗加熱法等）、振動ミラーの他、ねじり振動バネ、第一支持枠、第二支持枠等にも形成される。この様に、振動素子全面に金属膜、酸化物膜が形成されるとき、膜の応力が問題となることがある。この場合、低応力となる様な成膜手段を講じるか、応力をキャンセルする様に振動素子の両面に同じ構成の膜を形成するか、膜を連続的なものから断続的なもの（膜が島状に点在する）としたりする。

本実施形態では、図1(a)、(b)に示す様に、第二支持枠104がねじり振動バネ102に沿って延在する様に形成され、第一支持枠103と第二支持枠104を合わせた形状に対応する形状を持つ様に固定部材105が形成されている。このことで、固定部材105に振動素子を取り付ける際、第一支持枠103と第二支持枠104を固定部材105の所定部位に単に載置するだけで高い取り付け精度で振動素子を固定部材105に設置できて、その後、固定できる。従って、第二支持枠104の付加によってもサイズが大きくならず、小型でありながら、固定部材105に対する取り付け精度の高い振動素子を作製することが可能となる。

具体的には、図1(b)の様に第二支持枠104を固定部材105上に載置することにより、振動ミラー101及びねじり振動バネ102がＺ軸方向に傾いたりすることを防止できる。載置後、第一支持枠103と第二支持枠104を固定部材105に接着剤などで固定する個所は、全面的でもよいが、数点で行って、その他の部分は固定部材105により単に支持されるのみとすることができる。そのとき、固定部材105の数点に、一平面を規定する平坦な頂面の突起を設けておき、その個所で接着剤により振動素子を固定部材105に固定するとよい。より好ましくは、一平面を容易に規定できる3点で固定するのがよい。固定点の個所は、高い取り付け精度を実現できるならば、どこにあってもよい。第一支持枠103の領域内のみにあってもよいし、第一支持枠103と第二支持枠104を含んだ領域内にあってもよい。前者の場合、振動素子を固定部材105に固定した後、第二支持枠104の部分を切り離して除去してもよい。このとき、図1(a)の線で示す様な第一支持枠103と第二支持枠104の境界線に、予め物理的な筋目を形成しておいて、そこで第二支持枠104を折り取って分離してもよい。或いは、レーザ光で分離したり、ブレードなどで切ったりしてもよい。切り離す部分は、取り付け姿勢を不安定にしない限り、固定点が存在しない部分であればどの部分であってもよい。こうした切り離しにより、固定部材105上に、他の用途に利用可能な部分が形成されることになる。この場合、第二支持枠を分離する際、固定部材の一部も一緒に切り離しても構わない。振動ミラー近傍に固定部材や第二支持枠が存在することが、振動ミラーの駆動特性、駆動方法によっては、有利に働いたり、不利に働いたりする場合がある。これは、振動ミラーが駆動する際に振動ミラー雰囲気が真空でない場合、空気の影響を多少受けるためである。固定部材や第二支持枠が、空気の流れに影響を及ぼす場合、必要に応じて、残したり、取り除いたりしてもよい。

上記振動素子の構成は次の様に変形することもできる。すなわち、図1(c)に示す様に、第二支持枠104を、ねじり振動バネ102を挟んで、複数個（図示例では2つ）形成することができる。このとき、複数の第二支持枠104は、夫々固定部材105によって支持される（図1(d)参照）。図1(c)、(d)の様に、ねじり振動バネ102の両側に第二支持枠104を設けることで、振動素子のサイズを大きくすること無く、振動素子が固定部材105に対してＺ軸方向に傾いて固定されるのを更に良く防止できる。

この場合、固定部材105や支持枠103、104の表面の凹凸状態と、第二支持枠104の長さとの関係から振動素子の取り付け精度を制御することができる。第二支持枠104がねじり振動バネ102に沿って長く延在する程、固定部材や支持枠の表面の凹凸の影響を受け難くなり、より精度良く振動素子を固定部材105に固定することが可能となる。また、図1(d)の様に、固定部材105の振動素子設置面に凸部106を1つまたは複数設け、凸部に第一支持枠103と第二支持枠104を突き当てる様にすれば、固定時の振動素子の動きを制限できる。また、固定部材105に対して、正確に所定の位置に振動素子を固定できる。こうして、振動素子がＺ軸を中心軸として回転したり、Ｘ軸方向やＹ軸方向にずれたりするのを防止でき、更に精度良く振動素子を固定部材105に固定できる。

ところで、固定部材に対して振動素子を高い取り付け精度で容易に設置できるためには、第一支持枠103と第二支持枠104を固定部材の所定部に載置したときに、振動素子が自然に所定の姿勢を採ることが望ましい。そのためには、第二支持枠104が、接触しない範囲でねじり振動バネ102になるべく近くにあって可能な限り長い距離延在するのが好ましい。また、振動素子の重心が、第一支持枠103か、第二支持枠104か、2つの第二支持枠104の間に来る様にするのが好ましい。振動素子を固定部材に置くだけで安定して設置させることができれば、固定時に振動素子に荷重をかけすぎて、振動素子を破壊したり、使用時に段々に固定部材からずれたりするのを防止することができたりする。

こうした例が上記構成であるが、延在の仕方としては、ねじり振動バネ102と第二支持枠104の側端部が、必ずしも、図1に示す如く平行である必要はない。例えば、第二支持枠104の側端部が、ねじり振動バネ102に対して次第に離れる様に、或いは近づく様にテーパを有していてもよい。後者の場合、第一支持枠103と第二支持枠104の接続部は比較的短くできるので、固定後に第二支持枠104を前述した様に分離する場合、その分離がしやすくなる。

また、第二支持枠104の先端部と振動ミラー101の位置関係も種々であり得る。例えば、振動ミラー101の振動の際の空気抵抗を増大しないために、先端部が振動ミラー101から適当に離れている方が良い場合もある。この場合、例えば、第二支持枠104の側端部がねじり振動バネ102から次第に離れる様にテーパを有して、第二支持枠104の先端部と振動ミラー101の間に比較的大きな空間が形成される形態を採用することができる。

ここで、振動ミラー101を振動させるための力を発生させるアクチュエータ（振動力発生源）について説明する。図7は、図1(a)の振動ミラー101のミラー面の裏面に円柱形状の永久磁石1102を2本（2本に限る必要は無い）設置した振動素子を、電磁コイル1103を有する固定部材1101に固定して構成したアクチュエータを示す。ここでは、永久磁石1102は長手方向に着磁されている。図示していないが、必要に応じて、電磁コイル1103に繋がった駆動処理回路などをこの構成に加えたものを光偏向器とすることができる。

上記アクチュエータでは、電磁コイル1103に電流を流すと磁場が発生し、この磁場と永久磁石1102とが影響し合い、引力や斥力が発生する。これにより、ねじり振動バネ102で規定される軸（図7の鎖線B参照）回りに振動ミラー101をねじり振動させる。このとき、ねじり振動バネ102が持つ固有振動数と同じ周期、若しくは周期のＮ倍若しくは1／Ｎ倍の周期で電磁コイル1103が磁場を発生する様にすると、ねじり振動バネ102を共振モードでねじり振動させられる。振動ミラーに電磁コイルを設けて、電磁コイルと永久磁石の配置関係を逆転させても構わない。

また、振動させるための力としては、電磁力に限る必要は無い。例えば、振動ミラーとこれに対向する固定側に電極を設けて静電引力を用いて振動ミラーを振動させることもできる。また、固定部材などに設けた圧電体素子を用いたり、固定部材などに設けたＳＭＡ（形状記憶合金）の熱（この熱は、例えば、ＳＭＡ上に設置されるヒータへ変調電流を印加して発生させる）による変形を用いたりして、振動ミラーを振動させてもよい。

また、振動ミラー101は、上記軸Bと直角な揺動軸（図7の鎖線C参照）の回りで揺動させることもできる。この場合、弾性支持部102は、ねじり振動バネではなく弾性的な曲がり振動バネとして働く。この場合のアクチュエータとしても、電磁コイルと永久磁石（振動ミラー面に対して垂直方向に着磁されている）の電磁駆動方式、静電駆動方式、圧電駆動方式などを採用できる。

上記構成において、ミラー面は振動ミラー101の片面に設けても、両面に設けても構わない。両面をミラー面として用いる場合は、例えば、振動ミラーのＹ軸方向の何れか一方に永久磁石などの振動力発生源を寄せ、ミラー面を確保する。両面のミラー面は、例えば、画像形成用の多ビームの偏向に用いる。また、一方を画像形成用ビームの偏向に用い、他方を振動ミラーの振動状態を検知するための検知器に導かれるビームの偏向に用いることもできる。

上記構成の振動素子は、光偏向器以外の装置にも用いることができる。例えば、加速度センサなどの各種の物理量センサ、電位センサ等にも用いることができる。こうした場合、振動体には、ミラーは設けられず、振動体の変位検知用の電極、対象物の電位検知用の電極などが設けられる。要するに、本発明の振動素子は、正確な姿勢での設置が要求される振動体を含む装置であれば、どの様なものにも用いることができる。

以上に説明した本実施形態によれば、小型で、安価で、取り付け精度の高い振動素子、振動素子を備える光偏向器などの装置を提供することができる。また、ねじり振動バネなどの弾性支持部に沿って延在して支持枠が形成されるので、弾性支持部の取り付け時や取り付け後の衝撃に対して、支持枠が弾性支持部を保護する効果もある。

（第2の実施形態）
図2を用いて、本発明の第2の実施形態を説明する。図2(a)、(b)の第2の実施形態では、第二支持枠601、602の側端部がねじり振動バネ102及び振動ミラー101に沿って延在する様に形成されている。前述の様に、第二支持枠が長いほど、振動ミラー101及びねじり振動バネ102がＺ軸方向に傾いたりすることを軽減できる。本実施形態の構成では、第二支持枠601、602が振動ミラー101に対しても延在するので、Ｚ軸方向に傾いたりすることを更に軽減できる。また、取り付け精度は、固定部材や支持枠の表面の凹凸の影響を受け難くなる。

また、図2(b)の構成では、振動ミラー101と第二支持枠602との先端部が破線603の所で一致する様になっている。よって、母材から振動素子を切り出す場合に、振動ミラー101と第二支持枠602との先端部を一度に切断できて作製しやすくなる。その他の点については、第1の実施形態と同様である。

（第3の実施形態）
図3を用いて、本発明の第3の実施形態を説明する。図3(a)、(b)の第3の実施形態では、ねじり振動バネ102と平行に伸び、ねじり振動バネ102に対して遠方にある第二支持枠701の側端部が振動ミラー101の側端部と同一線702上にある。

本実施形態の構成では、上記の様になっているので、母材から振動素子を切り出す場合に、振動ミラー101と第二支持枠701との側端部を一度に切断できて作製しやすくなる。図7(c)は、母材から振動素子を切り出す場合の上記同一線702の位置を示す。

図7(d)は、変形例を示す。ここでは、ねじり振動バネ102に平行でねじり振動バネ102に対して遠方にある第二支持枠703の側端部が、振動ミラー101の側端部よりも、ねじり振動バネ寄りの位置にある。この場合、母材をエッチングして形成される第二支持枠703に対して、切断を行う必要がなくなる。本実施形態も、その他の点については、第1の実施形態と同様である。

（第4の実施形態）
図4を用いて、本発明の第4の実施形態を説明する。図4(a)に示す第4の実施形態は、振動ミラー801、第一ねじり振動バネ802、振動部材803、第二ねじり振動バネ804を含む。第二ねじり振動バネ804は、第一支持枠805に支持され、第一支持枠805は、片持梁形状の第二支持枠806を備える。振動力発生源は、振動ミラー801に対して、若しくは振動部材803に対して駆動力を加える様に形成される。

本実施形態の振動素子ないし光偏向器は、ねじり振動バネを複数個有する。よって、夫々のねじり振動モードの重ね合わせで振動ミラー801をねじり振動させることができる。例えば、第一ねじり振動バネ802と第二ねじり振動バネ804のねじり振動モードの周波数が2：1の関係となる様に設計すれば、鋸波状の振動でもって振動ミラー801をねじり振動させることができる。鋸波状の振動では、振動の角速度の変動を少なくできるので、振動ミラー801の変形を抑えることが可能となり、振動ミラー801で反射・偏向され形成される反射スポットの形状を均一にすることができる。

本実施形態において、第一ねじり振動バネ802と第二ねじり振動バネ804のねじり振動モードの周波数が3：1の関係となる様に設計すれば、山型波状の振動を得ることが可能となる。この場合も、角速度の変動を少なくできるので、振動ミラー801の変形を抑えることが可能となり、反射スポットの形状を均一にすることができる。

上記構成では、振動部材803と振動ミラー801が形成されるので、振動ミラー及びねじり振動バネがＺ軸方向により傾きやすくなる。これは、振動素子の振動部分の要素が増え且つ長くなることで、第一支持枠805から振動素子の重心が遠ざかりがちになる為である。よって、振動素子の重心を第一支持枠805や第二支持枠806に近づけることが望ましい。そのために、例えば、第一支持枠805を大きくしたり、第二支持枠806を大きくしたり長くしたりするとよい。例えば、重心が第一支持枠805か、第二支持枠806か、2つの第二支持枠806の間に来る様にする。このことで、固定部材に振動素子を置いたとき、振動ミラー801や振動部材803とねじり振動バネ802、804がＺ軸方向に傾くことをより確実に防止できる。

上記説明では、好適な重心の位置について記載しているが、ここで、振動素子と固定部材との間に接着剤を介在させる場合、上記の限りではない。硬化前の接着剤であっても、接着剤の持つ表面張力や粘着性により、振動ミラーやねじり振動バネがＺ軸方向に傾くのを防止する効果が或る程度期待できる。

本実施形態では、振動部材803に振動力発生源を設けることで、振動ミラー801は片面または両面をミラー面として全面的に用いることができる。

上記構成において、第二支持枠810は、図4(b)の様に、第一ねじり振動バネ802にまで延在させても構わない。これにより、固定部材に振動素子を置いたとき、振動ミラー801や振動部材803とねじり振動バネ802、804がＺ軸方向に傾くことを更により確実に防止できる。本実施形態も、その他の点については、第1の実施形態と同様である。

（第5の実施形態）
図4(c)は、2次元スキャナ用の振動素子の第5の実施形態である。本実施形態では、第二ねじり振動バネ808と、それに対して直角の関係となる第一ねじり振動バネ807を設けている。ここでは、第二ねじり振動バネ808の両側に沿って第二支持枠816が延在し、第二ねじり振動バネ808により振動部材813が第一支持枠815に対して振動可能に支持されている。また、第一ねじり振動バネ807により振動ミラー811が振動部材813に対して振動可能に支持されている。この様な形態の場合であっても、本発明の思想による第二支持枠816を第一支持枠815に対して片持梁形状で設けることが可能であり、上記実施形態で述べた効果が得られる。この様に、本発明の思想による第二支持枠は、振動方向の異なる複数個の振動体（振動ミラー811と振動部材813）を有する振動素子でも、有効に用いることができる。

この構成では、ねじり振動バネ808はＹ軸を中心としてねじり振動し、ねじり振動バネ807はＸ軸を中心としてねじり振動することで、振動ミラー811で反射されるビームの2次元スキャンを実現する。この場合、振動ミラー811と第二ねじり振動バネ808とが同一直線上にくることが望ましい。これにより、振動ミラー811の重心となる部分を中心として、振動ミラー811を2次元スキャンさせることがより確実にできる。本実施形態も、その他の点については、第1の実施形態と同様である。

（第6の実施形態）
図5を用いて、本発明の第6の実施形態を説明する。図5(a)は、第1の実施形態と同様な振動素子の振動ミラー101やねじり振動バネ102に衝撃や接触が加わり、これらがＸ軸方向に変形ないし変位してしまっている様子を示す模式図である。このとき、第二支持枠104がねじり振動バネ102に沿って延在することで、ねじり振動バネ102や振動ミラー101の変位量を制限することが可能となる。これにより、例えば、ねじり振動バネ102に、破壊に至る様な応力が加わるのを防止することが可能となる。このためには、動作に支障を来たさない程度で、第二支持枠104の側端部をねじり振動バネ102に近づけるのが有効である。

上述した効果は、図5(b)の様に、振動ミラー101を挟んで、図5(a)の構成を対称的に設けた構成でも有効に奏される。ここでは、振動ミラー101を複数本（図示例では2本）のねじり振動バネ102、902で支持し、ねじり振動バネ902も、振動ミラー101を別の第一支持枠903に対して振動可能に支持する。別の第二支持枠904も第一支持枠903に対して片持梁形状で設けられている。これらの第二支持枠の役割も上述したものと同じである。この様に、本発明の思想による第二支持枠は、1つの振動体を複数個のねじり振動バネで可動に支持する振動素子でも、有効に用いることができる。本実施形態も、その他の点については、第1の実施形態と同様である。

（第7の実施形態）
図6を用いて、本発明の第7の実施形態を説明する。本実施形態の振動素子は、図1(c)の構成と同様な構成を有する。図6(a)のA‐A線上の円内の部分の断面を示す図6(b)、(c)は、振動素子のねじり振動バネ102等の要素の加工形状が、垂直加工による形状である例を示す。前述した様に振動素子をシリコン基板を用いて作製する場合、こうした構成は、シリコン表面にエッチングマスク層を形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）で加工したりする。

ここにおいて、ねじり振動バネ102の幅をｗ、高さをｈ、第二支持枠104とのギャップをｇ、ねじり角をθ度、ねじりにより与えられる見かけのバネ幅をａとする。すると、上記構成で、ねじり振動バネ102が第二支持枠104と接触しない様にするには、次の式1を満たせばよい。
2ｇ＋ｗ＞ｗ・ｃｏｓθ＋ｈ・ｓｉｎθ＝ａ・・・式1

次に、振動素子の加工形状が、図6(d)、(e)に示す様な、例えば結晶異方性エッチング（例えば、単結晶シリコン基板をＴＭＡＨ水溶液やＫＯＨ水溶液でエッチングすること）で得られる形状の場合について述べる。結晶異方性エッチングを用いる場合、まず、ねじり振動バネ1002を図6(d)、(e)の如くＸ断面形状とできる。これにより、ねじり振動バネ1002は、ねじり易くなるとともに、Ｘ方向やＺ方向に撓みにくくできる。また、各振動モードの周波数の分離が容易となる。従って、所望のモードでの共振動作を制御性良く確実に実現できる様になる。

また、第二支持枠1004、1005のねじれ振動バネ1002と対向する面を、図6(d)、(e)の様に、Ｖ溝状にえぐられた形状、若しくはテーパ形状とできる。これにより、式1においてねじり角θに応じてａが増大しても、ねじれ振動バネ1002が第二支持枠にぶつかりにくくできるので、ｇの値を小さくできる。この様に、図6(d)、(e)の構成例では、第二支持枠を大きくして、ねじり振動バネに更に近づけることが可能となる。従って、固定部材に対する振動素子の設置精度を高めたり、振動素子に衝撃等が加わったときにねじり振動バネが変形すること（図5における説明参照）を更に制限したりできる。

本実施形態は、第1の実施形態の構成において、ねじり振動バネ102の断面形状及びねじり振動バネ102と第二支持枠104とのギャップの設定について特に規定したものであるが、その他の点については、第1の実施形態と同様である。

（第8の実施形態）
図8を用いて、本発明の第8の実施形態を説明する。図8は上記光偏向器を用いた光学機器の実施形態を示す斜視図である。ここでは、光学機器として画像形成装置を示している。図8において、1203は本発明の光偏向器であり、本実施形態では入射光を1次元に走査する。1201はレーザ光源である。1202はレンズ或いはレンズ群、1204は、結像光学系である書き込みレンズ或いはレンズ群、1205は、光照射面である感光体、1206は走査軌跡である。レーザ光源1201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1203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1204により、感光体1205上へ画像を形成する。感光体1205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。本実施形態によれば、低コスト、小型で、性能の良い光偏向器を用いることにより、画像形成装置を比較的低コストで提供できる。

本発明の第1の実施形態の振動素子ないし光偏向器を説明するための上面図及び斜視図である。 本発明の第2の実施形態の振動素子を説明するための上面図である。 本発明の第3の実施形態の振動素子を説明するための上面図である。 本発明の第4及び第5の実施形態の振動素子を説明するための上面図である。 本発明の第6の実施形態の振動素子を説明するための上面図である。 本発明の第7の実施形態の振動素子を説明するための上面図及び断面図である。 本発明の振動素子のアクチュエータを説明するための斜視図である。 本発明の光偏向器を備える第8の実施形態の画像形成装置を説明するための斜視図である。 背景技術を説明するための図である。 背景技術を説明するための図である。 背景技術を説明するための図である。

符号の説明

101、801、811 振動体（振動ミラー）
102、804、808、902、1002 弾性支持部（ねじり振動バネ）
103、805、815、903 第一支持枠
104、601、602、701、703、806、816、904、1004、1005 第二支持枠
105、1101 固定部材
1102 アクチュエータ（永久磁石）
1103 アクチュエータ（電磁コイル）
1201 光源（レーザ光源）
1203 光偏向器
1204 結像光学系（書き込みレンズ或いはレンズ群）
1205 光照射面（感光体）

Claims (10)

1. 振動体と、
   前記振動体を可動に支持する弾性支持部と、
   前記弾性支持部を支持する第一支持枠と、
   間隔を隔てて前記弾性支持部に沿って延在して、前記第一支持枠より伸びる第二支持枠と、
   を有し、
   前記第二支持枠が、前記第一支持枠に対して片持梁形状で設けられることを特徴とする振動素子。
2. 前記第二支持枠が、前記弾性支持部を挟んで、複数形成されることを特徴とする請求項1記載の振動素子。
3. 前記第二支持枠が、間隔を隔てて前記振動体にも沿って延在することを特徴とする請求項1または2記載の振動素子。
4. 前記第二支持枠の長さが、前記振動体と前記弾性支持部とを足した長さと同じかそれ以下の長さまで伸びることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の振動素子。
5. 前記弾性支持部の伸長方向に平行で前記弾性支持部に対して遠方にある前記第二支持枠の端部が、前記弾性支持部の伸長方向に平行な前記振動体の端部と同一線上にあるか、若しくは、前記弾性支持部の伸長方向に平行な前記振動体の端部より前記弾性支持部に近い側にあることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の振動素子。
6. 当該振動素子の重心が、前記第一支持枠の領域内にあるか、前記複数の第二支持枠に挟まれる領域内にあることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の振動素子。
7. 前記振動体に入射光偏向用のミラーが設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の振動素子。
8. 請求項7記載の振動素子、
   前記振動素子の振動体を振動させるアクチエータ、
   前記振動素子を固定する固定部材、
   を備える光偏向器であって、
   前記固定部材によって、前記第一支持枠が固定され、前記第二支持枠が支持または固定されることを特徴とする光偏向器。
9. 光源と、結像光学系と、請求項8記載の光偏向器と、光照射面とを有し、
   前記光源からの光を前記光偏向器により偏向し、該光を前記結像光学系を介して前記光照射面上に入射させることを特徴とする光学機器。
10. 請求項1乃至7記載の振動素子を固定部材に固定する方法であって、
    前記固定部材に第一支持枠及び第二支持枠が支持または固定された後に、少なくとも前記第二支持枠の部分を分離して、除去することを特徴とする固定方法。

Images