JP2009192782A

JP2009192782A - Optical reflecting element

Info

Publication number: JP2009192782A
Application number: JP2008032851A
Authority: JP
Inventors: Jiro Terada; 二郎寺田; Shinsuke Nakazono; 晋輔中園; Shigeo Furukawa; 成男古川; Kazuki Komaki; 一樹小牧
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2009-08-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical reflecting element for achieving a compact laser scan unit regarding an optical reflecting element used for a laser scan unit of a laser printer, an electrophotographic device, etc. <P>SOLUTION: The optical reflecting element includes a supporter 1, a first support unit 2 supported by the supporter 1, a tuning fork vibrator 6 having a first arm 3 and a second arm 4 supported at the other end of the first support unit 2, a second support unit 11 supported in the center 9 of vibration of the tuning-fork vibrator 6, and a mirror unit 12 supported at the other end of the second support unit 11, wherein the second support unit 11 being in a meandering shape. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

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。 The present invention relates to an optical reflection element used in a laser scan unit or the like.

従来、レーザープリンタなどに用いられるレーザー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）。
特開平１１−２８１９０８号公報 Conventionally, as a laser scanning unit that sweeps light emitted from a laser used in a laser printer or the like, a polygon mirror provided with a mirror on the side surface of a polygonal rotating body has been used. A laser beam was swept onto the scanning surface of the body drum (for example, see Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-281908

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。 With such widespread use of color laser printers and miniaturization of printers, miniaturization of optical reflecting elements used in laser scan units has become a proposition. However, in a laser scanning unit using a polygon mirror, in addition to downsizing the polygon mirror, a separate drive device for driving the polygon mirror is required, and thus downsizing is very difficult. It was.

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。 Therefore, the present invention aims to solve such problems and realize an optical reflecting element capable of reducing the size of the laser scan unit.

そして、この目的を達成するために、本発明は、光学反射素子を、支持体と、この支持体に一端が支持された第一の支持部と、こ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第二の支持部と、この第二の支持部の他端に支持されたミラー部からなる構成としたのである。 In order to achieve this object, the present invention provides an optical reflecting element supported by a support, a first support part having one end supported by the support, and the other end of the first support part. A tuning fork vibrator having a first arm and a second arm, a second support part supported at one end at the vibration center of the tuning fork vibrator, and supported at the other end of the second support part. The configuration is made up of a mirror part.

このような構成とすることで、撓み衝動と捩れ振動を組み合わせることによって、光線を掃引させる為の小型の光学反射素子を実現することができる。 With such a configuration, it is possible to realize a small-sized optical reflecting element for sweeping light rays by combining the bending impulse and the torsional vibration.

（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。 (Embodiment 1)
Hereinafter, the configuration of the optical reflecting element according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本実施の形態１における光学反射素子の動作原理を説明するための概念図、図２は反射光学素子の平面図、図３は図２のＡＡ部における断面図を示している。 FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the operating principle of the optical reflecting element according to the first embodiment, FIG. 2 is a plan view of the reflecting optical element, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

図１〜図３において、光学反射素子は、第一の支持部２、第一のアーム３、第二のアーム４、連結部５からなる音叉振動子６を有し、前記第一の支持部２の一端を支持体１に固定し、前記音叉振動子６の振動中心９に第二の支持部１１の一端を固定し、第二の支持部１１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を有した構成を基本としている。そして、前記第二の支持部１１の形状をミアンダとしている。この第二の支持部１１をミアンダ形状を有する支持部とすることによって前記ミラー部１２の反復回転振動をさせるための第二の支持部１１の捩れが起こりやすくなり、これ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、光学反射素子の小型化を実現することができる。 1 to 3, the optical reflecting element includes a tuning fork vibrator 6 including a first support portion 2, a first arm 3, a second arm 4, and a connecting portion 5, and the first support portion. One end of 2 is fixed to the support body 1, one end of the second support portion 11 is fixed to the vibration center 9 of the tuning fork vibrator 6, and light such as a laser beam is reflected to the other end of the second support portion 11. A configuration having a mirror portion 12 for this purpose is basically used. The shape of the second support portion 11 is a meander. By using the second support portion 11 as a support portion having a meander shape, the second support portion 11 is likely to be twisted to cause repetitive rotational vibration of the mirror portion 12, thereby causing resonance of the optical reflecting element. The frequency can be reduced, and downsizing of the optical reflecting element can be realized.

また、光学反射素子を構成する基板材料としては、金属、ガラスまたは石英、水晶基板などの弾性、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生産性の観点から好ましく、この弾性部材としては、金属、水晶、ガラスまたは石英を用いることが機械的特性と入手性の観点から好ましい。また、金属をシリコン、チタン、ステンレス、エリンバー、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。 From the viewpoint of productivity, the substrate material constituting the optical reflecting element may be composed of an elastic member having elasticity, mechanical strength and high Young's modulus such as metal, glass, quartz, or quartz substrate as the base material 20. Preferably, the elastic member is preferably made of metal, quartz, glass or quartz from the viewpoint of mechanical properties and availability. Further, by using silicon, titanium, stainless steel, Elinvar, or a brass alloy as the metal, an optical reflective element having excellent vibration characteristics and workability can be realized.

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３および第二のアーム４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、音叉振動子６として薄型に設計することができる。また、音叉振動子６の厚みを第一のアーム３および第二のアーム４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。 A piezoelectric actuator 10 for causing flexural vibration is formed on at least one surface of the first arm 3 and the second arm 4 made of a base material 20 such as silicon. The piezoelectric actuator 10 is preferably a thin film laminated piezoelectric actuator having a laminated structure of a first electrode layer 21, a piezoelectric layer 22 and a second electrode layer 23. As a result, the tuning fork vibrator 6 can be designed to be thin. Further, by making the thickness of the tuning fork vibrator 6 smaller than the width dimension of the first arm 3 and the second arm 4, a small optical reflecting element can be realized.

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６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６の同一面に形成することが生産性の観点から好ましい。また、圧電アクチュエータ１０を音叉振動子６のほぼ全面に形成することがより好ましい。 The first electrode layer 21, the piezoelectric layer 22, and the second electrode layer 23 can be sequentially formed on the base material 20 on which the tuning fork vibrator 6 is formed by a thin film process such as a sputtering technique. Therefore, the piezoelectric actuator 10 is preferably formed on the same surface of the tuning fork vibrator 6 from the viewpoint of productivity. Further, it is more preferable that the piezoelectric actuator 10 is formed on almost the entire surface of the tuning fork vibrator 6.

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。 The piezoelectric material used for the piezoelectric layer 22 is preferably a piezoelectric material having a high piezoelectric constant such as lead zirconate titanate (PZT).

また、音叉振動子６の共振周波数と、ミラー部１２と第二の支持部１１で構成された捩れ振動子の共振周波数とが略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。 Further, the mirror part 12 can be efficiently designed by vibration design so that the resonance frequency of the tuning fork vibrator 6 and the resonance frequency of the torsional vibrator constituted by the mirror part 12 and the second support part 11 are substantially the same frequency. It is possible to realize an optical reflecting element that repeatedly rotates and vibrates.

さらに、第一のアーム３、第二のアーム４および連結部５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とともに、音叉振動子６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。そして、これらを組み合わせることによって、その効果をより発揮することができる。 Furthermore, by making the widths of the first arm 3, the second arm 4 and the connecting portion 5 equal, it is possible to provide an optical reflecting element that suppresses unnecessary vibration modes, and the tuning fork vibrator 6 can be The optical reflection element having the same effect can be obtained by forming the letter shape. And the effect can be exhibited more by combining these.

また、第一の支持部２、音叉振動子６、第二の支持部１１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生産性に優れた光学反射素子を実現することができる。 Further, by using the same material for the base material 20 of the first support part 2, the tuning fork vibrator 6, the second support part 11 and the mirror part 12, an optical reflection element having stable vibration characteristics and excellent productivity is realized. can do.

次に、第二の支持部１１について、説明する。第二の支持部１１はミアンダ形状とすることによって、小型の光学反射素子を実現することができるが、さらに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。ここで、軸中心とは図２に示すように、ミアンダ形状を有する第二の支持部１１において、第二の支持部１１が捩れたとき、ミアンダ形状の中心部を軸として捩り振動をする部分であり、図２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。 Next, the 2nd support part 11 is demonstrated. By forming the second support portion 11 in a meander shape, it is possible to realize a small optical reflecting element. However, the second support portion 11 is shaken by arranging the axis of the meander shape on the same line as the rotation axis 14 of the mirror portion 12. Unnecessary vibration such as vibration can be suppressed. Here, as shown in FIG. 2, in the second support part 11 having a meander shape, the axis center is a part that torsionally vibrates around the meander-shaped center part when the second support part 11 is twisted. FIG. 2 shows a central portion arranged on the same line of the rotating shaft 14.

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。 Further, by making the meander shape symmetrical with respect to the rotation shaft 14 or the axis center, an optical reflecting element that can suppress the occurrence of stable vibration and unnecessary vibration can be realized.

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二の支持部１１と音叉振動子６の形状を平面的に一括して作製することができる。 Furthermore, by arranging the meander shape on the same plane as the surface direction of the tuning fork vibrator 6, an optical reflecting element with excellent productivity can be obtained. In this case, the shape of the complex meander-shaped second support portion 11 and the tuning fork vibrator 6 can be collectively produced in a plane on a plate-like substrate such as a silicon wafer by photolithography and etching.

次に、第一の支持部２の断面形状は円状とすることが好ましい。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。 Next, the cross-sectional shape of the first support portion 2 is preferably circular. As a result, the vibration mode of torsional vibration is stabilized, unnecessary resonance can be suppressed, and an optical reflection element that is hardly affected by disturbance vibration can be realized.

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。 The mirror portion 12 can also be formed by mirror polishing the surface of the substrate 20, and more preferably, can be formed as a mirror film of a metal thin film of gold or aluminum having excellent light reflection characteristics. It is. The mirror film made of these metal thin films can be formed by a sputtering technique in the same manner as described above in the process of manufacturing the piezoelectric actuator 10.

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。 The optical reflecting element having such a configuration can be manufactured in a lump with high accuracy by applying a semiconductor process such as a thin film process or a photolithography technique on the base material 20 such as a silicon wafer. Therefore, it is possible to realize an optical reflecting element that is small in size, high in accuracy, and excellent in production efficiency.

また、ミアンダ形状を有する第二の支持部１１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、共振周波数を低減し、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。 Further, by utilizing the torsional vibration of the torsional vibrator composed of the second support part 11 having a meander shape and the mirror part 12, the resonance frequency is reduced, and the vibration of the mirror part 12 can be achieved while having a small device structure. An optical reflection element that can increase the angle can be realized.

さらに、振動の駆動部である音叉振動子６を構成する第一のアーム３と第二のアーム４の撓み振動とミアンダ形状を有する第二の支持部１１とミラー部１２とで形成される捩れ振動子の構成を有していることから設計の自由度が高まり、それぞれの寸法形状を工夫することによってミラー部１２の駆動周波数、振れ角などを広範囲に設計対応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。 Further, the bending vibration of the first arm 3 and the second arm 4 constituting the tuning fork vibrator 6 which is a vibration driving part, the second support part 11 having a meander shape, and the torsion formed by the mirror part 12. An optical reflecting element capable of designing a wide range of drive frequencies, deflection angles, etc. of the mirror portion 12 by improving the degree of freedom of design due to the configuration of the vibrator, and devising the respective dimensions and shapes. Can be realized.

また、前記第一のアーム３と第二のアーム４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）を形成しながら接続端子２５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。 The lead electrodes of the first electrode layer 21 and the second electrode layer 23 of the piezoelectric actuator 10 formed on the first arm 3 and the second arm 4 are individually provided with lead lines (not shown). While forming, it is connected to the connection terminal 25. As a result, opposite electrical signals can be applied to each piezoelectric actuator 10.

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。 Next, the operation principle of the optical reflecting element having such a configuration will be described.

図２〜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の変形により、第一のアーム３および第二のアーム４の位相が１８０度異なる方向（矢印方向７、８）に撓み振動を起こす。このとき、第一のアーム３と第二のアーム４に形成したそれぞれの圧電アクチュエータ１０に印加する駆動信号の正負を反対に印加することによって、第一のアーム３と第二のアーム４とは反対方向に撓み振動をすることになる。 As shown in FIGS. 2 to 3, by applying an alternating drive voltage between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 23 constituting the piezoelectric actuator 10, Expansion and contraction occur, and deformation of the piezoelectric actuator 10 causes bending vibration in directions (arrow directions 7 and 8) in which the phases of the first arm 3 and the second arm 4 differ by 180 degrees. At this time, the first arm 3 and the second arm 4 are applied by applying the opposite polarity of the drive signal applied to each piezoelectric actuator 10 formed on the first arm 3 and the second arm 4. It will bend and vibrate in the opposite direction.

そして、この第一のアーム３と第二のアーム４の振動エネルギーは音叉振動子６の連結部５へと伝搬される。これによって、音叉振動子６は音叉振動子６の振動中心９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。 The vibration energy of the first arm 3 and the second arm 4 is propagated to the connecting portion 5 of the tuning fork vibrator 6. As a result, the tuning fork vibrator 6 repeats rotational vibration (torsional vibration) at a predetermined frequency with the vibration center 9 of the tuning fork vibrator 6 as a vibration axis.

次に、この反復回転振動の振動エネルギーが連結部５に接合されたミアンダ形状を有する第二の支持部１１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１１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方向１３に反復回転振動を起こす。このとき、音叉振動子６の反復回転振動の方向と、第二の支持部１１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振動することとなる。 Next, the vibration energy of the repetitive rotational vibration is transmitted to the second support portion 11 having a meander shape joined to the connecting portion 5, and the second support portion 11 and the mirror are centered on the rotation shaft 14. As a torsional vibrator composed of the portion 12, torsional vibration is caused. As a result, repetitive rotational vibration is generated in the mirror section 12 in the arrow direction 13 with the rotation shaft 14 as the axis. At this time, the direction of the repetitive rotational vibration of the tuning fork vibrator 6 and the direction of the repetitive rotational vibration of the torsional vibrator composed of the second support part 11 and the mirror part 12 vibrate in opposite directions that are 180 degrees different in phase. It becomes.

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。 By constructing a vibrator having such a vibration mode and inputting a light beam generated from a laser light source or an LED light source to the mirror part 12, a small optical reflection element capable of increasing the deflection angle of the mirror part 12 is realized. can do. By designing the vibration of these vibration parts, the reflection angle of the output light can be greatly changed, and an optical reflection element capable of sweeping input light such as a laser beam to a predetermined design value is realized. be able to.

このように、振動源を高Ｑ値を有する音叉振動子６とし、この安定した振動エネルギーをミアンダ形状を有した第二の支持部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。 In this way, the vibration source is the tuning fork vibrator 6 having a high Q value, and this stable vibration energy generates torsional vibration to the torsional vibrator composed of the second support part 11 having the meander shape and the mirror part 12. By supplying the excitation energy to be generated, stable repetitive rotational vibration can be generated in the mirror unit 12.

なお、音叉振動子６の反復回転振動をさせるために、第一のアーム３と第二のアーム４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、少なくともいずれか一方のみに圧電アクチュエータ１０を形成することによって、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、どちら一方のアームが励振させると連結部５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。 Note that the optical reflecting element in the case where the piezoelectric actuator 10 is formed on one surface of the first arm 3 and the second arm 4 in order to cause repetitive rotational vibration of the tuning fork vibrator 6 has been described as an example. By forming the piezoelectric actuator 10 on only one of them, it is possible to realize the same operation of the optical reflecting element as described above. This uses the vibration characteristics of the tuning fork and applies the property that when one of the arms is excited, it can be vibrated by propagation of kinetic energy to the other arm via the connecting portion 5. It is.

以上のような構成からなる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。 As an application of the optical reflecting element having the above-described configuration, a laser beam printer can be cited as an example. The photosensitive unit used in this laser beam printer, etc., sensitizes the laser beam by reflecting the laser beam and changing the direction of reflection of the laser, the photosensitive drum irradiated with the laser beam emitted from the laser. It consists of an optical reflection element that sweeps the scanning surface of the drum. The optical reflection element used in this photosensitive unit is a small laser beam printer by using the optical reflection element having the structure shown in FIGS. Can be realized.

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。 Next, a method for manufacturing the optical reflecting element in the first embodiment will be described.

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。 First, a silicon substrate 20 having a thickness of 0.3 mm is prepared, and an electrode layer 21 made of a platinum electrode is formed thereon using a thin film process such as sputtering or vapor deposition. At this time, the thickness of the silicon substrate 20 may be thick. As a result, a silicon substrate 20 having a large wafer shape can be used, and since warpage and the like are small, a highly accurate optical reflecting element can be efficiently manufactured.

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。 Thereafter, a piezoelectric layer 22 is formed on the electrode layer 21 by a sputtering method using a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT). At this time, it is preferable to use an oxide dielectric containing Pb and Ti as the orientation control layer between the piezoelectric layer 22 and the electrode layer 21, and it is more preferable to form an orientation control layer made of PLMT. Thereby, the crystal orientation of the piezoelectric layer 22 is further improved, and the piezoelectric actuator 10 having excellent piezoelectric characteristics can be realized.

次に、この圧電体層２２の上にチタン／金よりなる電極層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。 Next, an electrode layer 23 made of titanium / gold is formed on the piezoelectric layer 22. At this time, titanium under the gold electrode is formed in order to increase the adhesion with the piezoelectric layer 22 such as a PZT thin film, and a metal such as chromium can be used in addition to titanium.

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。 As a result, the piezoelectric actuator 10 having excellent adhesion with the piezoelectric layer 22 and having a strong diffusion strength with the gold electrode can be formed. At this time, the platinum electrode is 0.2 μm thick, the PZT thin film is 3.5 μm, the titanium electrode is 0.01 μm, and the gold electrode is 0.3 μm.

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。 Next, a patterned first electrode layer 21, piezoelectric layer 22 and second electrode layer 23 are formed by etching using a photolithographic technique. At this time, a predetermined electrode pattern was formed using an etchant composed of an iodine / potassium iodide mixed solution, ammonium hydroxide, and hydrogen peroxide mixed solution as an etchant for the second electrode layer 23.

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。 Moreover, as an etching method used for the first electrode layer 21 and the piezoelectric layer 22, any one of a dry etching method and a wet etching method, or a combination of these methods can be used. For example, in the case of a dry etching method, a fluorocarbon-based etching gas or SF ₆ gas can be used. The piezoelectric thin film layer is subjected to wet etching using an etching solution made of a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, acetic acid and hydrogen peroxide, thereby forming a patterned piezoelectric layer 22. Thereafter, by further forming the patterned first electrode layer 21 by etching the lower electrode thin film layer by dry etching, the piezoelectric actuator 10 as shown in FIG. 2 can be formed.

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。このとき、ミアンダ形状を有した第二の支持部１１と音叉振動子６とを同一面に配置することによって、前記エッチング工程によって一括して光学反射素子の所定の寸法形状に高精度に加工することができる。これによって、複雑なミアンダ形状であっても容易に加工することができる。 Next, unnecessary silicon is removed by isotropically dry-etching the silicon substrate 20 using XeF ₂ gas, and an optical reflecting element having a shape as shown in FIG. 2 can be formed. . At this time, by arranging the second support part 11 having the meander shape and the tuning fork vibrator 6 on the same surface, the etching process collectively processes the optical reflecting element into a predetermined size and shape with high accuracy. be able to. Thereby, even a complicated meander shape can be easily processed.

また、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。 Further, when a silicon substrate or the like is etched with high accuracy by utilizing anisotropy by dry etching, SF ₆ gas that promotes etching and C ₄ F ₈ gas that suppresses etching are used to make it more linear. Etching is preferably performed. In the etching, a mixed gas using the gas can be used, or an etching method in which the gas is alternately switched to perform dry etching is possible, and these methods are matched to the dimensional shape and processing accuracy. It is possible to select and perform etching appropriately.

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。 By the manufacturing method as described above, it is possible to efficiently produce a small and highly accurate optical reflecting element collectively.

また、以上のような製造プロセスによって第一および第二のアーム４，４の長さ；１．０ｍｍ、幅；０．３ｍｍとし、第一の支持部２の長さ；０．２ｍｍ、幅；０．１ｍｍ、第二の支持部１１の直線長さ；０．４ｍｍ（折れ曲がりを含んだ実効長；０．８ｍｍ）、幅；０．１ｍｍ、ミラー部１２；１．０×１．０ｍｍとしたとき、駆動周波数；６ｋＨｚ、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。 Further, by the manufacturing process as described above, the length of the first and second arms 4 and 4; 1.0 mm, width; 0.3 mm, and the length of the first support portion 2; 0.2 mm, width; 0.1 mm, linear length of the second support part 11; 0.4 mm (effective length including bending; 0.8 mm), width: 0.1 mm, mirror part 12: 1.0 × 1.0 mm At this time, it was possible to produce an optical reflection element having characteristics of a driving frequency: 6 kHz and a deflection angle of the mirror portion 12: ± 10 degrees.

(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。 (Embodiment 2)
Hereinafter, the configuration of the optical reflecting element according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図４は本実施の形態２における光学反射素子の平面図である。 FIG. 4 is a plan view of the optical reflecting element according to the second embodiment.

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の構成をほぼ同様であり、その同じ構成部分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特徴部分の構成について図面を用いて説明する。 The basic configuration of the optical reflecting element in the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and detailed description of the same components is omitted, and the optical reflecting element in the second embodiment is implemented. The structure of the characteristic part which is greatly different from the first embodiment will be described with reference to the drawings.

図４において、図２の構成と大きく異なるところは第一の支持部２もミアンダ形状としていることを特徴としている。これによって、音叉振動子６の捩り振動とミラー部１２の捩り振動との共振特性が向上し、高Ｑ値を有した捩り振動子とすることができ、不要な外乱振動の影響を排除できる光学反射素子を実現することができる。また、高Ｑ値を実現できることから駆動電圧を低電圧駆動とすることができる。 4 is characterized in that the first support portion 2 has a meander shape, which is largely different from the configuration of FIG. As a result, the resonance characteristics of the torsional vibration of the tuning fork vibrator 6 and the torsional vibration of the mirror section 12 are improved, and a torsional vibrator having a high Q value can be obtained, and the influence of unnecessary disturbance vibration can be eliminated. A reflective element can be realized. Further, since the high Q value can be realized, the driving voltage can be set to low voltage driving.

そして、第二の支持部１１をミアンダ形状とすることの特徴について説明してきたのと同様に、第一の支持部２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が好ましく、さらにミアンダ形状は回転軸１４を中心として左右対称形とすることが好ましい。また、ミアンダ形状を音叉振動子６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。 Then, the center of the meander shape of the first support portion 2 is arranged on the same line as the rotation axis 14 of the mirror portion 12 in the same manner as described for the feature of the second support portion 11 having the meander shape. Further, it is preferable that the meander shape is symmetrical with respect to the rotation axis 14. Further, by arranging the meander shape on the same plane as the tuning fork vibrator 6, an optical reflecting element having excellent productivity can be obtained.

以上説明してきたように、第一の支持部２と第二の支持部１１をミアンダ形状とすることによって、高Ｑ値を有した光学反射素子を実現できることによって、小型で、外乱振動の影響を受けにくく、低電圧駆動を実現できる光学反射素子を実現することができる。 As described above, by forming the first support portion 2 and the second support portion 11 in a meander shape, it is possible to realize an optical reflecting element having a high Q value, thereby reducing the influence of disturbance vibration. It is possible to realize an optical reflecting element that is difficult to receive and can be driven at a low voltage.

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。 The present invention has an effect that the optical reflecting element can be miniaturized, and is particularly useful for electrophotographic copying machines, laser printers, and optical scanners.

本発明の実施の形態１における光学反射素子の動作状態を示す模式図Schematic diagram showing the operating state of the optical reflecting element according to Embodiment 1 of the present invention. 同光学反射素子の平面図Plan view of the optical reflection element 同図２のＡＡ部における断面図Sectional view in the AA part of FIG. 本発明の実施の形態２における光学反射素子の平面図The top view of the optical reflective element in Embodiment 2 of this invention

Explanation of symbols

１支持体
２第一の支持部
３第一のアーム
４第二のアーム
５連結部
６音叉振動子
７矢印
８矢印
９振動中心
１０圧電アクチュエータ
１１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
２５接続端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support body 2 1st support part 3 1st arm 4 2nd arm 5 Connection part 6 Tuning fork vibrator 7 Arrow 8 Arrow 9 Vibration center 10 Piezoelectric actuator 11 Second support part 12 Mirror part 13 Arrow 14 Rotating shaft 20 Substrate 21 First electrode layer 22 Piezoelectric layer 23 Second electrode layer 25 Connection terminal

Claims

A support, a first support having one end supported by the support, a tuning fork vibrator having a first arm and a second arm supported by the other end of the first support, and An optical device comprising: a second support portion having one end supported at the vibration center of the tuning fork vibrator; and a mirror portion supported at the other end of the second support portion, wherein the second support portion has a meander shape. Reflective element.

2. The optical reflecting element according to claim 1, wherein the first arm and the second arm are flexibly vibrated in directions in which the phases of the first arm and the second arm are different by 180 degrees, and the tuning fork vibrator is vibrated so that the tuning fork vibrator is torsionally vibrated about the rotation axis. .

The optical reflection element according to claim 1, wherein the resonance frequency of the tuning fork vibrator and the resonance frequency of the torsional vibrator formed of the mirror part and the second support part are substantially the same frequency.

The optical reflection element according to claim 1, wherein the meander-shaped axis center is arranged on the same line as the rotation axis of the mirror portion.

The optical reflection element according to claim 1, wherein the meander shape is symmetrical with respect to the rotation axis.

The optical reflecting element according to claim 1, wherein the meander shape is arranged on the same plane as the tuning fork vibrator.

The optical reflection element according to claim 1, wherein the first support portion has a meander shape.

The optical reflection element according to claim 7, wherein the meander-shaped axis center is arranged on the same line as the rotation axis of the mirror portion.

The optical reflecting element according to claim 7, wherein the meander shape is symmetrical with respect to the rotation axis.

The optical reflecting element according to claim 7, wherein the meander shape is arranged on the same plane as the tuning fork vibrator.

The optical reflective element according to claim 1, wherein the base material of the first support part, the tuning fork vibrator, the second support part, and the mirror part is made of the same material.

The optical reflective element according to claim 1, wherein the base material of the optical reflective element is an elastic member.

The optical reflective element according to claim 12, wherein the elastic member is made of metal, quartz, glass, or quartz.

The optical reflection element according to claim 13, wherein the metal is silicon, titanium, stainless steel, elinvar, or a brass alloy.

The optical reflective element according to claim 1, wherein a piezoelectric actuator is provided on at least one surface of the first arm and / or the second arm.

The optical reflective element according to claim 15, wherein the piezoelectric actuator is a laminated piezoelectric thin film comprising a first electrode layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer.

The optical reflecting element according to claim 16, wherein a piezoelectric actuator is provided on the same surface of the tuning fork vibrator.