JP2004110005A - 揺動装置、揺動装置を用いた光偏向器、及び光偏向器を用いた画像表示装置、画像形成装置、並びにその製法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】揺動装置は、第1回転軸を中心に揺動する第1可動板104と、第1可動板104を揺動可能に支持する第1弾性支持部102と、第1弾性支持部102を固定する支持基板106と、第1可動板104から離間した位置に配置される第1磁界発生手段109a、109bと、第2回転軸を中心に揺動する第2可動板105と、第2可動板105を揺動可能に支持し、第1可動板104に固定される第2弾性支持部103を備える。第1可動板104に第1コイル107が、第2可動板105を周回する様に、設けられ、第2可動板105に第2磁界発生手段110が設けられている。
【選択図】図1
Description
図10に示した特許文献1の光偏向器においては、2軸の回りの高速動作を実現しているが、薄膜電磁石部1007を構成するコアがスパッタで成膜される薄膜であるため、断面積を大きくすることには限界がある。そのため、薄膜電磁石部1007に大きな電流を流すと磁束が飽和することは必至であり、変形角度をさらに大きくすることが難しい。また、可動板1006と薄膜電磁石部1007の形成面の厚み方向のずれが僅かであり、この点からも変形角度をさらに大きくすることが難しい。
前記支持基板上に第一の磁界発生手段が設置される様にできる。このように第一の磁界発生手段を支持基板上に設置することで、デバイス全体の小型化が見込める。
[実施例1]
図1、図2及び図3を用いて本発明の実施例1を説明する。まず、構造について説明する。図1及び図2は本実施例の光偏向器の構成を示し、図1(a)は上面図であり、図1(b)は図1(a)におけるA-A’断面図であり、図2(a)は図1(a)におけるB-B’断面図であり、図2(b)は下面図である。図1及び図2において、101は光偏向器を示しており、寸法は図1(a)に示す通りである。支持基板106は第1ねじりバネ102を介して第1可動板104を揺動可能に支持している。また、第1可動板104は、第1ネジリばね102に直交する第2ネジリばね103を介して第2可動板105を揺動可能に支持している。第2可動板105の大きさは1mm□である。支持基板106と第1ネジリばね102と第2ネジリばね103と第1可動板104と第2可動板105は、半導体プロセスにより一体で形成されている。第1ネジリばねも第2ネジリばねもそれぞれ本図では2本設けられている。それぞれ一対のネジリばねは同一軸上に配置されている。またそれぞれ一対のネジリばねはそれぞれが接続している可動板においてその両脇に配置されている。それぞれの可動板は接続しているネジリばねの軸を中心に傾斜して静止、あるいは往復運動することができる。
先ず、y軸、つまり第2ねじりバネ103を中心に揺動する第2可動板105の動作について説明する。電流源111から矢印の方向にコイル107に電流を流すと、コイル107の上面及び下面にコイル107に流れる電流に対応した磁極(上面がN極、下面がS極)が発生する。発生する磁界Hは、コイル107を流れる電流Iとコイル107の巻数Nとの積に比例する。磁界Hは第2永久磁石110の磁極に作用し、第2可動板105が第2ねじりバネ103を中心に揺動する。発生するトルクTは第2永久磁石110の磁化mと磁界Hの積として表される。従って、発生するトルクTはコイル107を流れる電流Iに比例することが分かる。
ψ=((F’・L)・l)/(2・G・Ip) (1)
で与えられる。ここでGは横弾性係数、Lは第2ねじりバネ103の中心軸から力点までの距離、lはねじりバネ部103の長さ、Ipは断面二次極モーメントである。そして、発生するトルクTと、F’・Lとが釣り合う位置まで第2可動板105が揺動する。従って、第2可動板105の変位角ψはコイル107に流れる電流Iに比例することが分かる。したがって、コイル107に流す電流を制御することにより、第2可動板105の変位角ψを制御することができる。
先ず、図3(a)に示す如く、材料が単結晶シリコンである支持基板106(厚さ:500μm程度)に熱酸化炉等を用いて二酸化シリコン115を1μm程度成膜し、フッ化水素酸等によるウェットエッチング又はフッ素系ガスによる反応性イオンエッチング等を用いてパターニングする。
CORP.製)を用いた。
P4620(Hoechst製)を用いた。
次に、本発明の実施例2について説明する。図4及び図5は本発明の実施例2の光偏向器を説明する図である。図4は上面図を、図5(a)は図4におけるA-A’断面図を、図5(b)は図4におけるB-B’断面図をそれぞれ示している。基本的な構成、駆動方法、作製方法は前述の実施例1とほぼ同じである。図4及び図5において、201は光偏向器、202は第1ねじりバネ、203は第2ねじりバネ、204は第1可動板、205は第2可動板、206は支持基板、207aは第1コイル、207bは第2コイル、208は偏向部、209a、209bは第1永久磁石、210は第2永久磁石、211a、211bは電流源、212は蓋、213は支持台をそれぞれ示している。図4では、構造が分かりやすいように、第1永久磁石209aと蓋212とを描いていない。
図6及び図7は本発明の実施例3の光偏向器を説明する図である。図6(a)は上面図を、図6(b)は図6(a)におけるA-A’断面図を、図7(a)は図6(a)におけるB-B’断面図をそれぞれ示している。基本的な構成、駆動方法、作製方法は前述の実施例1とほぼ同じである。図6及び図7において、301は光偏向器、302は第1ねじりバネ、303は第2ねじりバネ、304は第1可動板、305は第2可動板、306は支持基板、307aは第1コイル、307bは第2コイル、307cは第3コイル、308は偏向部、309a、309bは第2永久磁石、310は第1永久磁石、314a、314bは第3永久磁石、311a、311b、311cは電流源、312は蓋、313は支持台をそれぞれ示している。図6(a)では、構造が分かりやすいように、第2永久磁石309aと第3永久磁石314aと蓋312とを描いていない。
図8は本発明の光偏向器を用いた光学機器である本発明による画像表示装置の基本的な構成を示す模式図である。図8において、501は上記実施例に示された光偏向器であり、本実施例では、水平・垂直方向に入射光をラスタスキャンする光スキャナ装置として作用する。502はレーザ光源であり、503はレンズ或いはレンズ群であり、504は書き込みレンズまたはレンズ群であり、505は投影面(画像表示面)である。2つのレンズ或いはレンズ群503、504の間に、光偏向器501が配置されている。
図9は本発明の光偏向器を用いた光学機器である本発明による画像形成装置の基本的な構成を示す模式図である。図9において、601は上記実施例に示された光偏向器における可動子にミラー、レンズ、回折格子等の光学素子を設けて構成されている光偏向器であり、本実施例では入射光を2次元に走査する光スキャナ装置として作用する。602はレーザ光源であり、603はレンズ或いはレンズ群であり、604は書き込みレンズまたはレンズ群であり、606はドラム状感光体(画像表示面)である。2つのレンズ或いはレンズ群603、604の間に、光偏向器601が配置されている。
102、202、302:第1ネジリばね
103、203、303:第2ネジリばね
104、204、304:第1可動板
105、205、305:第2可動板
106、206、306:支持基板
107:コイル
108、208、308:偏向部
109a、109b、209a、209b、310:第1永久磁石
110、210、309a、309b:第2永久磁石
111、211a、211b、311a、311b、311c:電流源
113、114:フォトレジスト
115:二酸化シリコン
204a:開口
207a、307a:第1コイル
207b、307b:第2コイル
212、312:蓋
213、313:支持台
307c:第3コイル
314a、314b:第3永久磁石
501、601:光偏向器
502、602:レーザ光源
503、603:レンズ或いはレンズ群
504、604:書き込みレンズまたはレンズ群
505:投影面
606:感光体
Claims (16)
- 第一の回転軸を中心に揺動する第一の可動板と、前記第一の可動板を揺動可能に支持する第一の弾性支持部と、前記第一の弾性支持部を固定する支持基板と、前記第一の可動板から離間した位置に配置される第一の磁界発生手段と、第二の回転軸を中心に揺動する第二の可動板と、前記第二の可動板を揺動可能に支持し、第一の可動板に固定される第二の弾性支持部とを備える揺動装置であって、
前記第一の可動板に第一のコイルが、前記第二の可動板を周回する様に、設けられ、前記第二の可動板に第二の磁界発生手段が設けられていることを特徴とする揺動装置。 - 前記第一の磁界発生手段は磁石であることを特徴とする請求項1に記載の揺動装置。
- 前記磁石は永久磁石であることを特徴とする請求項2に記載の揺動装置。
- 前記第二の磁界発生手段は磁石であることを特徴とする請求項1に記載の揺動装置。
- 前記磁石は永久磁石であることを特徴とする請求項4に記載の揺動装置。
- 前記第一の弾性支持部は同一軸上に配置され且つ前記第一の可動板の両脇に配置されている一対の弾性支持体であることを特徴とする請求項1に記載の揺動装置。
- 前記第二の弾性支持部は同一軸上に配置され且つ前記第二の可動板の両脇に配置されている一対の弾性支持体であることを特徴とする請求項1に記載の揺動装置。
- 前記第一のコイルが四角形状に前記第二の可動板を周回していることを特徴とする請求項1に記載の揺動装置。
- 前記第一の可動板上に更に第二のコイルが設置され、前記第一の可動板が第二のコイルの内周部に第一の開口を有し、前記第一の磁界発生手段のN極とS極とが、前記第一の可動板に略垂直な方向に前記第一の可動板から離間した位置に前記第一の開口を挟んで配置されることを特徴とする請求項1または2に記載の揺動装置。
- 前記第一の可動板上に更に前記第二のコイルと第三のコイルとが前記第一の回転軸を挟んで設置され、前記第一の可動板が第三のコイルの内周部に更に第二の開口を有し、更に第三の磁界発生手段のN極とS極とが、前記第一の可動板に略垂直な方向に前記第一の可動板から離間した位置に前記第二の開口を挟んで配置されることを特徴とする請求項9に記載の揺動装置。
- 前記第1のコイルに前記第二の可動板のねじれ共振周波数の周波数成分を含む電流を印加し、前記第二のコイルまたは前記第三のコイルに、前記第一の可動板のねじれ共振周波数成分を含む電流を印加することを特徴とする請求項10に記載の揺動装置。
- 請求項1乃至11の何れかに記載の揺動装置を用いた光偏向器であって、前記第二の可動板には入射光を偏向させる偏向部が設けられていることを特徴とする光偏向器。
- 光源と、前記光源から発せられた光を偏向させる請求項12に記載の光偏向器を有することを特徴とする画像表示装置。
- 光源と、前記光源から発せられた光を偏向させる請求項12に記載の光偏向器と、前記光偏向器により偏向された光が投影される感光性材料とを有することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1乃至11の何れかに記載の揺動装置または請求項12に記載の光偏向器を作製する方法であって、基板から可動板と弾性支持部と支持基板を形成する工程と、第一の可動板にコイルを形成する工程と、第二の可動板に第二の磁界発生手段を形成する工程と、支持基板に第一の磁界発生手段を形成する工程とを少なくとも有することを特徴とする揺動装置または光偏向器の作製方法
- 前記基板から可動板と弾性支持部と支持基板を形成する工程は、反応性イオンエッチング或いはアルカリ溶液を用いたエッチングを含んでなされることを特徴とする請求項15に記載の揺動装置または光偏向器の作製方法。
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