JP2006099045A - Scanner element, its adjusting method, optical scanner, and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、微小なミラーを揺動させて光ビームの偏向を行うスキャナ素子、該スキャナ素子を用いた光走査装置および画像形成装置に関する。 The present invention relates to a scanner element that deflects a light beam by swinging a minute mirror, an optical scanning apparatus using the scanner element, and an image forming apparatus.
近年、レーザー光等の光ビームを走査する光走査装置が、バーコードリーダ、レーザープリンタ、ヘッドマウントディスプレー等の光学機器に用いられている。この種の光スキャナとして、マイクロマシニング技術を利用した微小ミラーを揺動させる構成のものが提案されている。 In recent years, an optical scanning device that scans a light beam such as a laser beam has been used in optical devices such as a barcode reader, a laser printer, and a head mounted display. As this type of optical scanner, a configuration in which a micromirror using a micromachining technology is swung has been proposed.
図21は、マイクロマシニング技術を利用した微小ミラーの例を示す。基板2はSOIの2層基板を用いている。同一直線上に設けた2本の梁としての弾性部材3を回転軸として支持されたミラー1と、ミラー1に設けた可動電極6と、可動電極6に対向して固定部材5に設けた固定電極7を有し、可動電極6と固定電極7は分離溝4で分離されている。光スキャナ10は、可動電極6と固定電極7との間の静電吸引力で、2本の弾性部材3を捻り回転軸としてミラー1を往復振動させる。
FIG. 21 shows an example of a micromirror using micromachining technology. The
図22は、このような光スキャナ10を実装するステム9の例である。ステム9の中央には、光スキャナの揺動を妨げないように、座グリ部分8が形成されている。この光スキャナ10とステム9を実装した状態を図23に示す。
FIG. 22 shows an example of a
また、上記したような微小ミラーを用いた光走査装置の例として、複数の光スキャナを配備した構成が提案されている。図24は、光走査装置の構成の断面を示す。ベース101上には複数の光スキャナ102が設けられている。103は、駆動電圧を印加する駆動装置、104はレーザー光源、105はミラー1により反射されたレーザービームである。
Further, as an example of the optical scanning device using the above-described micromirror, a configuration in which a plurality of optical scanners are provided has been proposed. FIG. 24 shows a cross section of the configuration of the optical scanning device. A plurality of
このような光走査装置を用いた画像形成装置として、以下のようなものが提案されている。図25は、画像形成装置の一例であるレーザープリンタの概略構成図を示す。画像形成装置としてのレーザープリンタ106は、上記した構成の光走査装置107と、光走査装置107のミラー1により偏向された反射レーザー光により静電潜像が形成される感光体108と、感光体108に形成された静電潜像をトナーにより現像する現像手段109と、感光体108上に形成されたトナー像を被記録体に転写するための転写手段110と、被記録体を画像形成部に供給するための被記録体供給手段111と、被記録体上のトナー像を定着させるための定着手段112とを備える。
As an image forming apparatus using such an optical scanning device, the following has been proposed. FIG. 25 is a schematic configuration diagram of a laser printer which is an example of an image forming apparatus. The
図26は、光走査装置107と感光体108を上から見た図である。光スキャナが主走査方向に複数配置されている。レーザー光源104は、図示しない画像信号生成装置による画像信号に基づき発光する。レーザー光源104より照射されるレーサービームは、光走査装置107に入射する。光走査装置107のミラー1により偏向された反射レーザー光105が感光体108上に静電潜像を形成する。
FIG. 26 is a view of the
このような画像形成装置では、光走査装置を形成する各光スキャナの共振周波数のバラツキが問題となる。図27は、各光スキャナの共振周波数f0を測定した結果を示す。各光スキャナは、図27に示すように、それぞれの共振周波数を有している。このような共振周波数のバラツキは以下のような原因で発生する。 In such an image forming apparatus, a variation in resonance frequency of each optical scanner forming the optical scanning apparatus becomes a problem. FIG. 27 shows the result of measuring the resonance frequency f0 of each optical scanner. Each optical scanner has a respective resonance frequency as shown in FIG. Such variation in resonance frequency occurs due to the following reasons.
図28は、従来の光走査装置に用いられる光スキャナの斜視図(a)と断面図(b)である。同一直線上に設けた2本の梁としての弾性部材3を回転軸として支持されたミラー1と、ミラー1に設けた可動電極6と、可動電極6に対向して固定部材5に設けた固定電極7を有し、可動電極6と固定電極7との間の静電吸引力で、2本の弾性部材3を捻り回転軸としてミラー1を往復振動させる光スキャナである。上記光スキャナにおいて、ミラー1の共振周波数f0は概略以下の式で与えられる。
f0=1/2π√(Kθ/I) ・・・(式1)
但し、Iはミラー慣性モーメント、Kθは2本の弾性部材によって決まるバネ定数を表す。
FIG. 28 is a perspective view (a) and a sectional view (b) of an optical scanner used in a conventional optical scanning device. The
f0 = 1 / 2π√ (Kθ / I) (Formula 1)
However, I represents a mirror moment of inertia, and Kθ represents a spring constant determined by two elastic members.
ところで、例えば、弾性部材3は加工時によって精度にばらつきを生じる。これにより、Kθがばらつく。よって、式1で示される共振周波数f0の値にも、ばらつきを生じることになる。複数の光スキャナを有する光走査装置において、各光スキャナ間でミラー1の共振周波数f0にばらつきがあると、図28(b)に示すミラーの振れ角θにばらつきを生じる。
By the way, for example, the
そのため、このような光スキャナを用いた画像形成装置では、隣接する光スキャナ間によって形成される画像のつなぎ目が視認できるようになり、画質の劣化を招くという問題点がある。そこで、光スキャナの共振周波数を調整する方法が従来から提案されている。 For this reason, an image forming apparatus using such an optical scanner has a problem in that a joint between images formed between adjacent optical scanners can be visually recognized, resulting in deterioration of image quality. Therefore, a method for adjusting the resonance frequency of the optical scanner has been proposed.
図29は、共振周波数を調整する第1の方法を示す(例えば、特許文献1を参照)。可動板の両端に質量負荷部11、12を形成したプレーナ型ガルバノミラーを動作させながら初期共振周波数と予め設定されたねらいの共振周波数の差を読みとり、照射するレーザーパルス数を計算する工程と、前記照射するレーザーパルス数に基づきレーザーを質量負荷部に照射して質量を減少して周波数を調整し、ねらい値に追い込むという方法である。
FIG. 29 shows a first method for adjusting the resonance frequency (see, for example, Patent Document 1). Reading the difference between the initial resonance frequency and a preset target resonance frequency while operating the planar galvanometer mirror having the
また、図30は、共振周波数を調整する第2の方法を示す(例えば、特許文献2を参照)。第2の方法では、ミラー1の端部に、ミラー慣性モーメント調整用の櫛歯状の切片18を設け、切片18の歯の幅Wを数100μmとしている。この切片18とミラー1との境界面をCO2レーザー17によるレーザービーム15で照射し、ミラー1に対して十分小さい切片18の温度を急激に上昇させ、ミラー1から割断する。このときに減少するミラー慣性モーメントの割合は、切片18の割断に相当する分となるため、共振周波数の定量的な調節が可能となる。
FIG. 30 shows a second method for adjusting the resonance frequency (see, for example, Patent Document 2). In the second method, a comb-
さらに、ガルバノミラーの製造工程で、ミラーへの金属蒸着量やエッチング量を制御して共振周波数を制御する第3の方法もある(例えば、特許文献3を参照)。 Furthermore, there is a third method in which the resonant frequency is controlled by controlling the metal deposition amount and etching amount on the mirror in the manufacturing process of the galvanometer mirror (see, for example, Patent Document 3).
上記した第1、第2の方法では、周波数の調整に高出力のレーザー装置が必要になり、コストの上昇を招くほか、レーザー照射で飛散した物質がミラー面等に付着し、ミラーの汚染を招くという問題がある。また、ミラー面の近傍に高出力のレーザーを照射するため、ミラー構成部材の温度上昇を防ぐことが難しく、部分的なミラー部の温度上昇がミラー部の歪みを発生する。 In the first and second methods described above, a high-power laser device is required to adjust the frequency, resulting in an increase in cost, and substances scattered by the laser irradiation adhere to the mirror surface, etc., and contaminate the mirror. There is a problem of inviting. Further, since a high-power laser is irradiated in the vicinity of the mirror surface, it is difficult to prevent the temperature rise of the mirror constituent member, and the partial temperature rise of the mirror portion causes distortion of the mirror portion.
また、上記した第3の方法のような金属蒸着やエッチングでは、半導体技術などを用いて半導体ウェハ上に複数のガルバノミラー(スキャナ)をまとめて作成する場合には、ウェハ内での蒸着量やエッチング量の分布を制御することが困難であり、ウェハー内の個々のガルバノミラーを最適化することが難しい。 In addition, in metal deposition and etching as in the third method described above, when a plurality of galvanometer mirrors (scanners) are collectively formed on a semiconductor wafer using semiconductor technology or the like, the amount of deposition in the wafer or It is difficult to control the distribution of the etching amount, and it is difficult to optimize the individual galvanometer mirrors in the wafer.
本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、部材の加工精度のばらつきが起因して発生するミラーの共振周波数のばらつきを調節し、ミラーの振れ角を一定にするスキャナ素子、スキャナ素子の調整方法、光走査装置および画像形成装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems,
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a scanner element, a scanner element adjustment method, an optical scanning device, and an image that adjust the variation in the resonance frequency of the mirror caused by the variation in the processing accuracy of the member and make the deflection angle of the mirror constant. It is to provide a forming apparatus.
本発明は、基板に、可動板と可動板を基板に対し揺動可能に軸支するトーションバーとトーションバーを支持するフレーム部を一体に形成し、前記可動板を揺動するスキャナ素子において、前記スキャナ素子と異なる調整用基板を前記スキャナ素子のトーションバーの一部に固着するようにしている。これにより、トーションバーの実質的な長さを制御でき、トーションバーのバネ定数を任意に可変にし、これによりスキャナ素子の共振周波数を調整できるようになる。 The present invention is a scanner element that integrally forms a movable plate and a torsion bar that pivotably supports the movable plate relative to the substrate and a frame portion that supports the torsion bar on the substrate, and swings the movable plate. An adjustment substrate different from the scanner element is fixed to a part of the torsion bar of the scanner element. As a result, the substantial length of the torsion bar can be controlled, the spring constant of the torsion bar can be arbitrarily changed, and the resonance frequency of the scanner element can be adjusted accordingly.
本発明の調整用基板は、前記スキャナ素子のトーションバーの一部と、前記スキャナ素子が搭載されているステムの一部を固着するようにしている。これにより、トーションバーの実質的な長さを容易に調整出来るようになる。 In the adjustment substrate of the present invention, a part of the torsion bar of the scanner element is fixed to a part of the stem on which the scanner element is mounted. As a result, the substantial length of the torsion bar can be easily adjusted.
本発明の調整用基板は、前記スキャナ素子のトーションバーの一部と、前記スキャナ素子のフレーム部の一部を固着するようにしている。これにより、トーションバーの実質的な長さを容易に調整出来るようになる。 In the adjustment substrate of the present invention, a part of the torsion bar of the scanner element and a part of the frame part of the scanner element are fixed. As a result, the substantial length of the torsion bar can be easily adjusted.
本発明では、調整用基板をスキャナ素子のトーションバーの一部に固着する前に、スキャナ素子の共振周波数を測定し、その測定値がスキャナ装置の狙いの共振周波数に近づくスキャナ素子のトーションバーの長さを算出し、トーションバーの調整用基板を固着していない部分のトーションバーの長さが、前記の算出値になるように調整用基板を固着するようにしている。これにより、調整用基板を固着する工程において、各スキャナ素子の調整前の共振周波数を測定する必要が無くなるので、調整用基板を固着する工程を簡素化できる。 In the present invention, before fixing the adjustment substrate to a part of the torsion bar of the scanner element, the resonance frequency of the scanner element is measured, and the measured value of the torsion bar of the scanner element approaches the intended resonance frequency of the scanner device. The length is calculated, and the adjustment substrate is fixed so that the length of the portion of the torsion bar where the adjustment substrate is not fixed becomes the calculated value. This eliminates the need to measure the resonance frequency of each scanner element before adjustment in the step of fixing the adjustment substrate, thereby simplifying the step of fixing the adjustment substrate.
本発明においては、スキャナ素子の共振周波数の測定は、スキャナ素子をダイシングで分離する前の、ウェハーの状態で測定するようにしている。これにより、各スキャナ素子の調整前の共振周波数を測定する工程をウェハ毎にまとめて測定できるので、測定工程を簡素化できる。 In the present invention, the resonance frequency of the scanner element is measured in a wafer state before the scanner element is separated by dicing. Thereby, since the process of measuring the resonance frequency before adjustment of each scanner element can be collectively measured for each wafer, the measurement process can be simplified.
本発明においては、スキャナ素子の共振周波数の測定は、ステムにスキャナ素子をダイボンディングした後に行い、測定後に所定位置に調整用基板を固着することで行っている。これにより、ステムへの実装の状態でスキャナの共振周波数が変化しても、それに対応した高精度の共振周波数の調整ができる。 In the present invention, the resonance frequency of the scanner element is measured after the scanner element is die-bonded to the stem, and the adjustment substrate is fixed to a predetermined position after the measurement. Thereby, even if the resonance frequency of the scanner changes in the state of being mounted on the stem, the resonance frequency can be adjusted with high accuracy corresponding to the change.
本発明のスキャナ素子は、前記トーションバーに規則的なパターンを形成している。これにより、トーションバーに固着する調整用基板の位置を正確に決めることが容易に行えるようになる。 The scanner element of the present invention forms a regular pattern on the torsion bar. This makes it easy to accurately determine the position of the adjustment substrate fixed to the torsion bar.
本発明においては、前記トーションバーに形成した規則的なパターンは規則的に配置された段差で構成している。これにより、トーションバーに調整用基板の固着する時に使用する接着剤が段差位置でせき止めることができ、位置決めを正確に行えるようになる。 In the present invention, the regular pattern formed on the torsion bar is composed of steps arranged regularly. Accordingly, the adhesive used when the adjustment substrate is fixed to the torsion bar can be blocked at the step position, and positioning can be performed accurately.
本発明の調整用基板は、調整用基板の前記トーションバーに当接する部分に、トーションバーに形成された段差に対応する段差を形成している。これにより、トーションバーと調整用基板の勘合具合を良くし、調整用基板を強固にトーションバーに固着することができるようになる。 In the adjustment substrate of the present invention, a step corresponding to the step formed on the torsion bar is formed in a portion of the adjustment substrate that contacts the torsion bar. Thereby, the degree of fitting between the torsion bar and the adjustment substrate can be improved, and the adjustment substrate can be firmly fixed to the torsion bar.
本発明においては、基板に、可動板と可動板を基板に対し揺動可能に軸支するトーションバーとトーションバーを支持するフレーム部を一体に形成し、前記可動板を揺動するスキャナ素子において、前記スキャナ素子のトーションバーと前記フレーム部の接合部の一部が除去が容易な構造にしている。これにより、トーションバーの実質的な長さを容易に可変できるようになり、それによりトーションバーのバネ定数を任意に変化させ、それによりスキャナ素子の共振周波数を任意に可変できるようになる。 In the present invention, in the scanner element that integrally forms a movable plate and a torsion bar that pivotally supports the movable plate with respect to the substrate and a frame portion that supports the torsion bar on the substrate, and swings the movable plate. A part of the joint between the torsion bar of the scanner element and the frame part is structured to be easily removed. This makes it possible to easily change the substantial length of the torsion bar, thereby arbitrarily changing the spring constant of the torsion bar and thereby arbitrarily changing the resonance frequency of the scanner element.
本発明においては、前記スキャナ素子において、前記トーションバーと、前記フレーム部の接合部は複数の接合部分に分割するようにしている。これにより、トーションバーの実質的な長さを容易に正確に調整出来るようになる。 In the present invention, in the scanner element, the joint portion between the torsion bar and the frame portion is divided into a plurality of joint portions. As a result, the substantial length of the torsion bar can be easily and accurately adjusted.
本発明においては、前記スキャナ素子において、前記トーションバーと、前記フレーム部の接合部の一部の厚さが前記トーションバーの厚さより薄いようにしている。これにより、フレームとトーションバーの間の厚さの薄い接合部は、他の部分より温度が上昇しやすく、かつ加工除去もしやすくなるので、トーションバーの実質的な長さを容易に調整出来るようになる。 In the present invention, in the scanner element, the thickness of a part of the joining portion of the torsion bar and the frame portion is made thinner than the thickness of the torsion bar. As a result, the thin junction between the frame and the torsion bar is more likely to rise in temperature and easier to remove than other parts, so that the substantial length of the torsion bar can be easily adjusted. become.
本発明においては、スキャナ素子において、前記トーションバーと、前記フレーム部の接合部の一部が前記トーションバー及びフレーム部とは異なる材質により構成するようにしている。これにより、材質の差を利用し、フレームとトーションバーの間の材料を選択的に除去することが可能となるので、トーションバーの実質的な長さを容易に調整出来るようになる。 In the present invention, in the scanner element, a part of the joint between the torsion bar and the frame portion is made of a material different from that of the torsion bar and the frame portion. This makes it possible to selectively remove the material between the frame and the torsion bar using the difference in material, so that the substantial length of the torsion bar can be easily adjusted.
本発明においては、スキャナ素子において、前記トーションバーと、前記フレーム部の接合部の一部を構成しており、前記トーションバー及びフレーム部とは異なる材質より構成されている接合部は、前記トーションバー及び前記フレームの構成物質に比べ融点の低い物質で構成している。同じ温度に加熱したとき、スキャナ素子の大半の部分に比べて、フレームとトーションバーの間の一部の融点の低い材質の部分のみ除去することが可能となるので、これにより、トーションバーの実質的な長さを容易に調整出来るようになる。 In the present invention, in the scanner element, the torsion bar and a part of the joint part of the frame part are configured, and the joint part made of a material different from the torsion bar and the frame part is the torsion bar. It is composed of a material having a lower melting point than the constituent materials of the bar and the frame. When heated to the same temperature, it is possible to remove only a part of the material having a low melting point between the frame and the torsion bar as compared to the most part of the scanner element. It is possible to easily adjust the overall length.
本発明においては、スキャナ素子において、前記トーションバーに規則的なパターンを形成している。このパターンを基準として、トーションバーとフレームの間の除去するべき部分の領域を確認することができるので、これにより、トーションバーの実質的な長さを容易に正確に調整出来るようになる。 In the present invention, in the scanner element, a regular pattern is formed on the torsion bar. Since the region of the portion to be removed between the torsion bar and the frame can be confirmed on the basis of this pattern, the substantial length of the torsion bar can be easily and accurately adjusted.
本発明においては、スキャナ素子の共振周波数を測定し、その測定値がスキャナ装置の狙いの共振周波数に近づくスキャナ素子のトーションバーの長さを算出し、トーションバーとフレームの接合部の一部を除去しトーションバーの長さが、前記の算出値になるようにすることにより、トーションバーの実質的な長さを正確に決めることが容易に行えるようになる。 In the present invention, the resonance frequency of the scanner element is measured, the length of the torsion bar of the scanner element whose measured value approaches the target resonance frequency of the scanner device is calculated, and a part of the junction between the torsion bar and the frame is measured. By removing the torsion bar so that the length of the torsion bar becomes the calculated value, the substantial length of the torsion bar can be easily determined accurately.
本発明においては、スキャナ素子の調整方法において、スキャナ素子の共振周波数の測定は、スキャナ素子をダイシング等で分離する前の、ウェハーの状態で測定することである。これにより、各スキャナ素子の調整前の共振周波数を測定する工程をウェハ毎にまとめて測定できるので、測定工程の簡素化ができる。 In the present invention, in the scanner element adjustment method, the resonance frequency of the scanner element is measured in a wafer state before the scanner element is separated by dicing or the like. Thereby, since the process of measuring the resonance frequency before adjustment of each scanner element can be collectively measured for each wafer, the measurement process can be simplified.
本発明においては、スキャナ素子の調整方法において、スキャナ素子の共振周波数の測定は、ステムにスキャナ素子をダイボンディングした後に行い、測定後にトーションバーとフレームの接合部の一部を除去しトーションバーの長さが、前記の算出値になるようにすることである。これにより、ステムへの実装の状態でスキャナの共振周波数が変化しても、それに対応した高精度の共振周波数の調整ができる。 In the present invention, in the scanner element adjustment method, the resonance frequency of the scanner element is measured after the scanner element is die-bonded to the stem, and after the measurement, a part of the junction between the torsion bar and the frame is removed. The length is set to the calculated value. Thereby, even if the resonance frequency of the scanner changes in the state of being mounted on the stem, the resonance frequency can be adjusted with high accuracy corresponding to the change.
本発明においては、請求項17から請求項19におけるスキャナ素子の共振周波数の調整方法で共振周波数を調整していることである。これにより、高精度の共振周波数調整された光スキャナ素子を提供することができる。
In the present invention, the resonance frequency is adjusted by the method for adjusting the resonance frequency of the scanner element according to
本発明のスキャナ素子と光源を備えた光走査装置であるので、制御性の良いミラーの揺動を行うことができ、また、制御性の高い光の走査を行うことが可能になる。 Since the optical scanning device includes the scanner element and the light source according to the present invention, the mirror can be oscillated with good controllability, and light with high controllability can be scanned.
また、光走査装置と、該光走査装置により静電潜像を形成する感光体と、該静電潜像をトナーにより顕像化する現像手段と、トナー像を用紙に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、光走査装置が上記した光走査装置からなるので、制御性の良い光の走査を行うことができ、高画質の画像の出力が可能になる。 An optical scanning device; a photosensitive member that forms an electrostatic latent image with the optical scanning device; a developing unit that visualizes the electrostatic latent image with toner; and a transfer unit that transfers the toner image onto a sheet. In the image forming apparatus, the optical scanning device includes the above-described optical scanning device. Therefore, it is possible to scan light with good controllability and output a high-quality image.
さらに、画像形成装置は、本発明の光走査装置を複数搭載しているので、制御性の良い光の走査を行うことができ、高画質の画像の出力が可能になる。 Furthermore, since the image forming apparatus is equipped with a plurality of optical scanning devices of the present invention, it is possible to scan light with good controllability and output high-quality images.
本発明(請求項1、2)では、トーションバーの実質的な長さを制御でき、トーションバーのバネ定数を任意に可変にし、これによりスキャナ素子の共振周波数を調整できる。
In the present invention (
本発明(請求項3、4)では、トーションバーの実質的な長さを容易に調整出来る。 In the present invention (claims 3 and 4), the substantial length of the torsion bar can be easily adjusted.
本発明(請求項5)では、調整用基板を固着する工程において、各スキャナ素子の調整前の共振周波数を測定する必要が無くなるので、調整用基板を固着する工程を簡素化できる。 According to the present invention (Claim 5), in the step of fixing the adjustment substrate, it is not necessary to measure the resonance frequency before adjustment of each scanner element, so the step of fixing the adjustment substrate can be simplified.
本発明(請求項6)では、各スキャナ素子の調整前の共振周波数を測定する工程をウェハ毎にまとめて測定できるので、測定工程を簡素化できる。 In the present invention (Claim 6), since the process of measuring the resonance frequency before adjustment of each scanner element can be collectively measured for each wafer, the measurement process can be simplified.
本発明(請求項7)では、ステムへの実装の状態でスキャナの共振周波数が変化しても、それに対応した高精度の共振周波数の調整ができる。 In the present invention (Claim 7), even if the resonance frequency of the scanner changes in the state of being mounted on the stem, the resonance frequency can be adjusted with high accuracy corresponding to the change.
本発明(請求項8)では、トーションバーに固着する調整用基板の位置を正確に決めることが容易に行える。 In the present invention (Claim 8), the position of the adjustment substrate fixed to the torsion bar can be easily determined accurately.
本発明(請求項9)では、トーションバーに調整用基板の固着する時に使用する接着剤が段差位置でせき止めることができ、位置決めを正確に行える。 In the present invention (Claim 9), the adhesive used when the adjustment substrate is fixed to the torsion bar can be blocked at the step position, and positioning can be performed accurately.
本発明(請求項10)では、トーションバーと調整用基板の勘合具合を良くし、調整用基板を強固にトーションバーに固着することができる。 In the present invention (claim 10), the degree of fitting between the torsion bar and the adjustment substrate can be improved, and the adjustment substrate can be firmly fixed to the torsion bar.
本発明(請求項11)では、トーションバーの実質的な長さを容易に可変できるようになり、それによりトーションバーのバネ定数を任意に変化させ、それによりスキャナ素子の共振周波数を任意に可変できるようになる。 In the present invention (Claim 11), the substantial length of the torsion bar can be easily changed, thereby arbitrarily changing the spring constant of the torsion bar, and thereby arbitrarily changing the resonance frequency of the scanner element. become able to.
本発明(請求項12〜16)では、トーションバーの実質的な長さを容易に正確に調整出来るようになる。 In the present invention (claims 12 to 16), the substantial length of the torsion bar can be easily and accurately adjusted.
本発明(請求項17)では、トーションバーの実質的な長さを正確に決めることが容易に行えるようになる。 In the present invention (Claim 17), the substantial length of the torsion bar can be easily determined accurately.
本発明(請求項18)では、各スキャナ素子の調整前の共振周波数を測定する工程をウェハ毎にまとめて測定できるので、測定工程の簡素化ができる。 In the present invention (Claim 18), since the process of measuring the resonance frequency before adjustment of each scanner element can be collectively measured for each wafer, the measurement process can be simplified.
本発明(請求項19)では、ステムへの実装の状態でスキャナの共振周波数が変化しても、それに対応した高精度の共振周波数の調整ができる。 In the present invention (claim 19), even if the resonance frequency of the scanner changes in the state of being mounted on the stem, the resonance frequency can be adjusted with high accuracy corresponding to the change.
本発明(請求項20)では、高精度の共振周波数調整された光スキャナ素子を提供することができる。 According to the present invention (claim 20), an optical scanner element having a highly accurate resonance frequency adjusted can be provided.
本発明(請求項21)では、制御性の良いミラーの揺動を行うことで、制御性の高い光の走査を行うことが可能になる。 In the present invention (claim 21), it is possible to scan light with high controllability by swinging the mirror with good controllability.
本発明(請求項22、23)では、制御性の良い光の走査を行うことで、高画質の画像の出力が可能になる。 In the present invention (claims 22 and 23), high-quality images can be output by scanning light with good controllability.
以上説明してきたように、本発明により、弾性部材を捻り回転軸としてミラーを往復振動させて光源からの照射光を偏向する光スキャナに、ミラーの共振周波数の調節手段を設けたことで、部材の加工精度のばらつきによって生じるミラーの共振周波数のばらつきを調節し、ミラーの振れ角を一定にする光スキャナを有する光走査装置を提供することができる。更には、上記の光走査装置を備え、隣接する光スキャナ間でミラーの振れ角にばらつきを生じることなく、良好な画質の画像形成を行うことができる画像形成装置を提供できるようになる。 As described above, according to the present invention, the optical scanner that deflects the irradiation light from the light source by reciprocally oscillating the mirror with the elastic member as a torsional rotation shaft is provided with a means for adjusting the resonance frequency of the mirror. It is possible to provide an optical scanning device having an optical scanner that adjusts the variation in the resonance frequency of the mirror caused by the variation in the processing accuracy of the mirror and makes the deflection angle of the mirror constant. Furthermore, it is possible to provide an image forming apparatus that includes the above-described optical scanning device and that can form an image with good image quality without causing variations in the mirror swing angle between adjacent optical scanners.
以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施例1:
図1は、本発明の実施例1の光スキャナ素子を示す。図1に示す光スキャナ10は、図10で説明したものと同様である。実施例1では、光スキャナ10用のステム20には、調整用基板30を設置するために凹部22を形成している。ステム20の中央には、光スキャナの揺動を妨げないように、図11と同様に、座グリ部分21が形成されている。なお、23は、トーションバー(梁の弾性部材)3を支持するフレーム部である。
Example 1:
FIG. 1 shows an optical scanner element according to a first embodiment of the present invention. The
凹部22にトーションバー(梁の弾性部材)3と固着したとき、トーションバー3の実質的にバネとして働く部分が所定の長さになるように、調整用基板30をあらかじめダイボンディング(接着)する。そして、ステム20に光スキャナ10をダイボンディングする。その時、調整用基板30の上面にも接着剤を塗布しておく。これにより、ステム20にダイボンディングされた光スキャナ10のトーションバー3は実質的に所定の長さになるので、光スキャナ10の共振周波数を調整することが出来る。このようにして、調整用基板30を介して光スキャナのトーションバー3の一部とステム20を固着している。
When the torsion bar (beam elastic member) 3 is fixed to the
光スキャナ10の調整前の共振周波数については、図2に示すように、ウェハー状態のまま測定する。図2は、光スキャナ10が複数配置されたウェハー205の特性を測定するプローブ装置の概要を示す。
The resonance frequency before adjustment of the
プローバの測定端子から伸びている電流プローブ201により、光スキャナ10の電流端子に駆動電流が供給され、ミラーが駆動する。さらに、測定端子からはミラーに向けて測定用のレーザー光202が照射される。ミラーで反射されたレーザー光203をセンサー204で検出し、周波数を測定する。
A drive current is supplied to the current terminal of the
このようにして、ウェハー205内の各光スキャナ10の共振周波数を測定、記憶しておき、その測定値と光スキャナ10の狙いの共振周波数から、各光スキャナのトーションバーの必要なバネ定数を算出し、そのバネ定数にあった、トーションバーの長さを算出している。
In this way, the resonance frequency of each
図1に示す光スキャナをステムに実装した状態を図3に示す。光スキャナ10のトーションバー3の一部が調整用基板30と接着されていて、従って、トーションバー3の実質的な長さが調整されている。
FIG. 3 shows a state where the optical scanner shown in FIG. 1 is mounted on the stem. A part of the
図4は、トーションバーの調整の状態を示す。本実施例の光スキャナは、重量が約1.5mg、慣性モーメントが2×10^−5erg・cmで、トーションバーの断面が0.08mm×0.2mmである。図4は、光スキャナの共振周波数とトーションバーの長さの関係を示す。図4から、トーションバーの長さを変えることで共振周波数を調整できる。 FIG. 4 shows the state of adjustment of the torsion bar. The optical scanner of this example has a weight of about 1.5 mg, an inertia moment of 2 × 10 ^ -5 erg · cm, and a torsion bar cross section of 0.08 mm × 0.2 mm. FIG. 4 shows the relationship between the resonance frequency of the optical scanner and the length of the torsion bar. From FIG. 4, the resonance frequency can be adjusted by changing the length of the torsion bar.
本実施例の光スキャナでは、4.7KHz(トーションバー長2mm)付近では、12Hz/10μmの周波数のシフトがあるので、10Hz台の共振周波数の調整を容易に行うことができる。
In the optical scanner of this embodiment, there is a frequency shift of 12 Hz / 10 μm in the vicinity of 4.7 KHz (
実施例2:
図5は、本発明の実施例2の光スキャナ素子を示す。実施例2では、フレーム部23とミラー部1の間をトーションバー3で接続しており、トーションバー3とフレーム部23の間の間隔が狭くなるような構造にしている。
Example 2:
FIG. 5 shows an optical scanner element according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the
図6は、実施例2の光スキャナ素子10に、調整用基板30を固着した状態を示す。本実施例では、調整用基板30を介してトーションバー3とフレーム部23を固着している。実際に、実施例2のスキャナ素子を組み立てる場合には、図7に示すように、ステム20にスキャナ素子10をダイボンディングした後、そのスキャナ素子の所定の場所(2箇所)に調整用基板30をダイボンディングする。
FIG. 6 shows a state in which the
実施例2のスキャナ素子の共振周波数の測定は、まず、調整用基板のダイボンディングの前に行い、そこで測定された共振周波数が、所定の狙いの値になるように、調整用基板のダイボンディング位置を算出し、その後に調整用基板のダイボンディングを行う。そして、調整用基板のダイボンディング後に共振周波数の測定を行う。 The measurement of the resonance frequency of the scanner element of Example 2 is first performed before the die bonding of the adjustment substrate, and the die bonding of the adjustment substrate is performed so that the resonance frequency measured there becomes a predetermined target value. After calculating the position, die bonding of the adjustment substrate is performed. Then, the resonance frequency is measured after die bonding of the adjustment substrate.
このように、本実施例では、ステムにダイボンディングした後の共振周波数を元に周波数調整を行うので極めて高精度の調整が行える。図8は、上記したようにして、組み立てた光スキャナ装置を示す。 As described above, in this embodiment, since the frequency adjustment is performed based on the resonance frequency after die bonding to the stem, an extremely accurate adjustment can be performed. FIG. 8 shows the optical scanner device assembled as described above.
実施例3:
図9は、本発明の実施例3の光スキャナ素子を示す。実施例3では、スキャナ素子のトーションバー3aに規則的な段差(スケールパターン)を形成している(図9(a))。この段差は、ドライエッチングで形成しており、50μmのラインアンドスペースのストライプ状で段差は20μmである。また、ライン上にはエッチングのマスク兼用で金属膜を形成しており、目視しやすくしている。
Example 3:
FIG. 9 shows an optical scanner element according to the third embodiment of the present invention. In Example 3, a regular step (scale pattern) is formed on the
また、調整用基板30aにも、トーションバー3a上の段差に対応する50μmのラインアンドスペースのストライプ状の段差を形成している(図9(a))。これにより、トーションバー3a上に調整用基板30aを設置した場合には、お互いの段差が勘合し、正確に100μmピッチの精度で長さを調整でき、また勘合により、トーションバー3aと調整用基板30aの固着がより強固に行え、精度の高いトーションバーのバネ定数の制御が可能になる。また、トーションバー上の金属膜パターンにより、装置の画像認識もより高速で高精度に行える。これにより、高精度の共振周波数制御を高速に行える。
In addition, a 50 μm line-and-space stripe-shaped step corresponding to the step on the
実施例4:
図10は、本発明の実施例4の光スキャナ素子を示す。図10に示すスキャナ素子10では、フレーム5とミラー1の間をトーションバー3で接続し、トーションバー3とフレーム5の間の間隔が狭くなるようなデザインにし、そこに、トーションバー3とフレーム5の分割された接合部40を形成している。
Example 4:
FIG. 10 shows an optical scanner element of Example 4 of the present invention. In the
図11は、実施例4のスキャナ素子10をステム20に実装する図である。図12は、ステム10に実装された実施例4のスキャナ素子10の状態を示す。
FIG. 11 is a diagram in which the
このスキャナ素子10について、あらかじめ測定しておいた共振周波数をもとに、光スキャナの共振周波数をスキャナ装置の狙いの共振周波数に近づけるためのスキャナ素子10のトーションバー3の長さを算出し、トーションバー3とフレーム5の接合部40の一部をYAGレーザー41を用いて除去し、トーションバー3の長さが、前記の算出値になるようにする(図13)。
For this
このようにして、トーションバー3とフレーム5の接合部40の一部を除去し、任意の長さに調整されたトーションバー3の光スキャナ10を図14に示す。この素子では、除去せずに残された接合部40がある。
FIG. 14 shows the
また、光スキャナ10の調整前の共振周波数については、図2(実施例1)で説明したと同様にして、ウェハー状態のまま測定する。このようにして、ウェハー内の各光スキャナの共振周波数を測定、記憶しておき、その測定値と光スキャナの狙いの共振周波数から、各光スキャナのトーションバーの必要なバネ定数を算出し、そのバネ定数にあった、トーションバネの長さを算出している。図4は、トーションバーの調整の状態を示す。この光スキャナは重量約1.5mg 慣性モーメント2×10^−5erg・cmで、トーションバーの断面は0.08mm×0.2mmである。この光スキャナの共振周波数とトーションバーの長さの関係を図4に示す。このようにトーションバーの長さを変えることで共振周波数を調整できる。
Further, the resonance frequency before adjustment of the
本実施例の光スキャナでは、トーションバー3とフレーム5を部分的に接合している部分40は30μm幅のブロックと30μm幅のスペースの10ペアから構成している(図11を参照、ただし図11では、ブロック数を省略している、図では簡便のため4ペアのブロックとして図示している)。
In the optical scanner of this embodiment, the
この光スキャナでは、4.7KHz(トーションバー長2mm)付近では60Hz/50μmの周波数のシフトがあるので、60Hz単位での共振周波数の調整を容易に行うことができる。また、レーザーで除去する部分がミラーから離れてるため、レーザー照射時に飛散する物質がミラー面に付着、汚染することもなく、また照射時の熱もミラー部にはほとんど到達しないので、ミラーの光学特性はレーザー照射によりほとんど損なわれず、良好な特性を維持している。
In this optical scanner, since there is a frequency shift of 60 Hz / 50 μm near 4.7 KHz (
また、本実施例では、スキャナ素子の共振周波数の測定は、スキャナ素子をダイシング等で分離する前の、ウェハーの状態で測定しているが、図12のスキャナ素子10を図12のステム20に実装した状態で共振周波数を測定し、その後、光スキャナの共振周波数をスキャナ装置の狙いの共振周波数に近づけるためのスキャナ素子のトーションバーの長さを算出し、トーションバーとフレームの接合部の一部をYAGレーザー41を用いて除去しトーションバーの長さが、前記の算出値になるようにしてもよい。この方法はステムにダイボンディングした後の共振周波数を元に周波数調整を行うので極めて高精度の調整が行えるという利点がある。
In this embodiment, the resonance frequency of the scanner element is measured in a wafer state before the scanner element is separated by dicing or the like. The
実施例5:
図15は、本発明の実施例5の光スキャナ素子を示す。図15に示すスキャナ素子10では、フレーム5とミラー1の間をトーションバー3で接続し、トーションバー3とフレーム5の間の間隔が狭くなるようなデザインにし、そこに、トーションバー3とフレーム5の間をフレーム5、トーションバー3より厚さが薄い構造42にしている。また、トーションバー3の上には規則的なパターン43を形成している。
Example 5:
FIG. 15 shows an optical scanner element according to the fifth embodiment of the present invention. In the
図16に示すように、ステム10に実装されたスキャナ素子10を、あらかじめ測定しておいた共振周波数をもとに、光スキャナの共振周波数をスキャナ装置の狙いの共振周波数に近づけるためのスキャナ素子のトーションバーの長さを算出し、トーションバー3とフレーム5との間の厚さの薄い部分42を必要量だけYAGレーザー41を用いて除去し、トーションバーの長さが、前記の算出値になるようにする。
As shown in FIG. 16, the
このようにして、トーションバー3とフレーム5との間の厚さの薄い部分42の一部を除去し、任意の長さに調整されたトーションバー3の光スキャナ10を図17に示す。この素子では、除去せず残された、厚さの薄い部分42がある。
FIG. 17 shows the
この光スキャナの調整前の共振周波数については、図2を用いて実施例1、4で説明したと同様であるのでその説明を省略する。 The resonance frequency before adjustment of the optical scanner is the same as that described in the first and fourth embodiments with reference to FIG.
また、実施例5の光スキャナの共振周波数とトーションバーの長さの関係も図4(実施例1、4)で説明したと同様であり、光スキャナの重量、慣性モーメント、トーションバーの断面も実施例1、4で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。このように、トーションバーの長さを変えることで共振周波数を調整できる。 The relationship between the resonance frequency of the optical scanner of Example 5 and the length of the torsion bar is the same as described in FIG. 4 (Examples 1 and 4), and the weight, moment of inertia of the optical scanner, and the cross section of the torsion bar are also shown. Since it is the same as that of what was demonstrated in Example 1, 4, the description is abbreviate | omitted. Thus, the resonance frequency can be adjusted by changing the length of the torsion bar.
本実施例の調整では、アライメント精度5μmの光学系を用いたYAGレーザー加工装置を使用している。また、トーションバー3上に規則的パターン43として、5μmのライン・アンド・スペースのパターンを金属アルミで形成している。このパターン43を参照して、レーザー照射を行うことにより、容易に正確なレーザー照射を行える。
In the adjustment of this embodiment, a YAG laser processing apparatus using an optical system with an alignment accuracy of 5 μm is used. Further, a 5 μm line and space pattern is formed of metal aluminum as the
また、この光スキャナでは4.7KHz(トーションバー長2mm)付近では12Hz/10μmの周波数のシフトがあるので、このスキャナ素子では12Hz単位での共振周波数の調整を容易に行うことができる。また、レーザーで除去する部分がミラーから離れてるため、レーザー照射時に飛散する物質がミラー面に付着、汚染することもなく、また照射時の熱もミラー部にはほとんど到達しないので、ミラーの光学特性はレーザー照射によりほとんど損なわれず、良好な特性を維持している。
Further, in this optical scanner, there is a frequency shift of 12 Hz / 10 μm near 4.7 KHz (
また、本実施例では、スキャナ素子の共振周波数の測定は、スキャナ素子をダイシング等で分離する前の、ウェハーの状態で測定しているが、図15のスキャナ素子10を図17のステム20に実装した状態で共振周波数を測定し、その後、光スキャナの共振周波数をスキャナ装置の狙いの共振周波数に近づけるためのスキャナ素子のトーションバーの長さを算出し、トーションバーとフレームの接合部の一部をYAGレーザー41を用いて除去し、トーションバーの長さが、前記の算出値になるようにしてもよい。この方法はステムにダイボンディングした後の共振周波数を元に周波数調整を行うので極めて高精度の調整が行えるという利点がある。
In this embodiment, the resonance frequency of the scanner element is measured in the state of the wafer before the scanner element is separated by dicing or the like, but the
実施例6:
図18は、本発明の実施例6の光スキャナ素子を示す。図18に示すスキャナ素子10は単結晶シリコンウェハから作られるSOIウェハにより作成している。このスキャナ素子は、フレーム5とミラー1の間をトーションバー3で接続し、トーションバー3とフレーム5の間の間隔が狭くなるようなデザインにし、そこに、トーションバー3とフレーム5の間を黒色のエポキシ系樹脂44で充填した構造にしている。また、トーションバー3の上には規則的なパターン43を形成している。
Example 6:
FIG. 18 shows an optical scanner element according to Example 6 of the present invention. The
図19に示すように、ステム10に実装されたスキャナ素子10を、あらかじめ測定しておいた共振周波数をもとに、光スキャナの共振周波数をスキャナ装置の狙いの共振周波数に近づけるためのスキャナ素子のトーションバー3の長さを算出し、トーションバー3とフレーム5の間のエポキシ樹脂44を必要量だけYAGレーザー41を用いて除去し、トーションバー3の実質の長さが、前記の算出値になるようにする。
As shown in FIG. 19, the
このようにして、トーションバー3とフレーム5の間のエポキシ樹脂44の一部を除去し、任意の長さに調整されたトーションバー3の光スキャナ10を図20に示す。この素子では、除去せずに残されたエポキシ樹脂44がある。
FIG. 20 shows the
この光スキャナの調整前の共振周波数については、図2を用いて実施例1、4で説明したと同様であるのでその説明を省略する。 The resonance frequency before adjustment of the optical scanner is the same as that described in the first and fourth embodiments with reference to FIG.
また、実施例6の光スキャナの共振周波数とトーションバーの長さの関係も図4(実施例1、4)で説明したと同様であり、光スキャナの重量、慣性モーメント、トーションバーの断面も実施例1、4で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。このように、トーションバーの長さを変えることで共振周波数を調整できる。 Further, the relationship between the resonance frequency of the optical scanner of Example 6 and the length of the torsion bar is the same as described in FIG. 4 (Examples 1 and 4), and the weight of the optical scanner, the moment of inertia, and the cross section of the torsion bar are also shown. Since it is the same as that of what was demonstrated in Example 1, 4, the description is abbreviate | omitted. Thus, the resonance frequency can be adjusted by changing the length of the torsion bar.
本実施例の調整では、アライメント精度5μmの光学系を用いたYAGレーザー加工装置を使用している。また、トーションバー3上に規則的パターン43として、5μmのライン・アンド・スペースのパターンを金属アルミで形成している。このパターンを参照して、レーザー照射を行うことにより、容易に正確なレーザー照射を行える。
In the adjustment of this embodiment, a YAG laser processing apparatus using an optical system with an alignment accuracy of 5 μm is used. Further, a 5 μm line and space pattern is formed of metal aluminum as the
また、この光スキャナでは4.7KHz(トーションバー長2mm)付近では12Hz/10μmの周波数のシフトがあるので、このスキャナ素子では12Hz単位での共振周波数の調整を容易に行うことができる。また、スキャナ素子の材質であるシリコンの融点1400度に対して、エポキシ樹脂44を400度程度で熱分解するので、エポキシ樹脂44の除去に必要なエネルギーは極めて少なく、エポキシ樹脂44の分解に必要なエネルギーのレーザー光が照射されてもシリコンでできているスキャナ部にはまったくダメージを与えない。
Further, in this optical scanner, there is a frequency shift of 12 Hz / 10 μm near 4.7 KHz (
また、レーザーで除去する部分がミラーから離れてるため、レーザー照射時に飛散する物質がミラー面に付着、汚染することもなく、また照射時の熱もミラー部にはほとんど到達しないので、ミラーの光学特性はレーザー照射によりほとんど損なわれず、良好な特性を維持している。 In addition, since the part to be removed by the laser is away from the mirror, the material that scatters during laser irradiation does not adhere to or contaminate the mirror surface, and the heat during irradiation hardly reaches the mirror part. The characteristics are hardly impaired by the laser irradiation and maintain good characteristics.
また、本実施例では、実施例4、5と同様に、スキャナ素子の共振周波数の測定は、スキャナ素子をダイシング等で分離する前の、ウェハーの状態で測定しているが、図18のスキャナ素子10を図20のステム20に実装した状態で共振周波数を測定し、その後、光スキャナの共振周波数をスキャナ装置の狙いの共振周波数に近づけるためのスキャナ素子のトーションバーの長さを算出し、トーションバーとフレームの間のエポキシ樹脂の一部をYAGレーザーを用いて除去し、トーションバーの長さが、前記の算出値になるようにしてもよい。この方法はステムにダイボンディングした後の共振周波数を元に周波数調整を行うので極めて高精度の調整が行えるという利点がある。
In the present embodiment, as in the fourth and fifth embodiments, the resonance frequency of the scanner element is measured in the state of the wafer before the scanner element is separated by dicing or the like. The resonance frequency is measured with the
上記した実施例1〜6の光スキャナ素子を用いて図24に示す光走査装置を構成することができる。また、本発明の光スキャナ素子を用いた光走査装置によって、図25、26に示す画像形成装置を構成することができる。 The optical scanning device shown in FIG. 24 can be configured using the optical scanner elements of the first to sixth embodiments. Further, the image forming apparatus shown in FIGS. 25 and 26 can be constituted by the optical scanning device using the optical scanner element of the present invention.
以上、説明したように、弾性部材を捻り回転軸としてミラーを往復振動させて光源からの照射光を偏向する光スキャナに、ミラーの共振周波数を調節する調整手段を設けたことにより、部材の加工精度のばらつきによって生じるミラーの共振周波数のばらつきが調節され、ミラーの振れ角を一定にする光スキャナを有する光走査装置を提供することができる。更には、上記した光走査装置を備え、隣接する光スキャナ間でミラーの振れ角にばらつきを生じることなく、良好な画質の画像形成を行うことができる画像形成装置を提供できる。 As described above, the adjustment of the resonance frequency of the mirror is provided in the optical scanner that deflects the irradiation light from the light source by reciprocally oscillating the mirror with the elastic member as the rotation axis, thereby processing the member. It is possible to provide an optical scanning device having an optical scanner in which the variation in the resonance frequency of the mirror caused by the variation in accuracy is adjusted and the deflection angle of the mirror is made constant. Furthermore, it is possible to provide an image forming apparatus that includes the above-described optical scanning device and that can form an image with good image quality without causing variations in mirror deflection angle between adjacent optical scanners.
1 ミラー
2 基板
3 トーションバー
4 分離溝
5 固定部材
6 可動電極
7 固定電極
10 光スキャナ
20 ステム
22 凹部
23 フレーム部
30 調整用基板
DESCRIPTION OF
Claims (23)
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