JP2008039810A

JP2008039810A - 光学反射素子

Info

Publication number: JP2008039810A
Application number: JP2006209659A
Authority: JP
Inventors: Jiro Terada; 二郎寺田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2008-02-21
Also published as: WO2008015922A1; US8054523B2; US20100245956A1

Abstract

【課題】本発明は、光学反射素子において、その小型化の実現を目的とする。
【解決手段】この目的を達成するために本発明は、固定端１Ａと、この固定端１Ａにその一端が実質的に固定された可撓性基板１と、この可撓性基板１の他端から一端側方向へスリット６を設けることにより形成された光学反射部４Ａと、この光学反射部４Ａ外の可撓性基板１の上方に設けられた電極３と、この電極３の上方に設けられた圧電体４と、この圧電体４の上方に設けられた電極５Ｂ、５Ｃとを備え、光学反射部４Ａは、弾性体部４Ｂ、４Ｃを介して可撓性基板１の他端部に支持された構成としたものである。
【選択図】図７

Description

本発明は、レーザプリンター等に用いられる光学反射素子に関するものである。

従来この種の光学反射素子は、図１４に示されるような多角柱状のポリゴンミラー１１が用いられており、この多角柱状のポリゴンミラー１１を回転させることによって、レーザ発光部１２から発せられたレーザ光線を、レーザプリンターの感光ドラムにおける走査面１３上に掃引させていた。

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平１１−２８１９０８号公報

このような従来の光学反射素子は小型化が難しいことが問題となっていた。

すなわち、上記従来の構成においては、ポリゴンミラー１１が多角柱状をしているため厚みが出てしまい、その結果として小型化が難しくなっていた。

そこで本発明は、このような光学反射素子において、その小型化の実現を目的とする。

そして、この目的を達成するために本発明は、固定端と、この固定端にその一端が実質的に固定された可撓性基板と、この可撓性基板の他端から一端側方向へスリットを設けることにより形成された光学反射部と、この光学反射部外の前記可撓性基板の上方に設けられた第１の電極と、この第１の電極の上方に設けられた圧電体と、この圧電体の上方に設けられた第２の電極とを備え、前記光学反射部は、弾性体部を介して前記可撓性基板の他端部に支持された構成としたものである。

本発明の光学反射素子は、圧電体の圧電効果に伴い、その下方に設けられた可撓性基板が固定端を支点として振動するとともに、この可撓性基板の他端にその一端が弾性体部を介して支持された光学反射部が振動する構成としている。そのため、光学反射部の中央部分におけるある点を不動点としてこの光学反射部が共振運動を行い、レーザ発光部から発せられたレーザ光線を、レーザプリンターの感光ドラムにおける走査面上に掃引させることができる。その結果として、多角形状のポリゴンミラーを必要とせず、薄い板状の光学反射素子で構成することができ、小型化を実現することができる。

（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具体的構成について、この光学反射素子の製造工程を示すことにより、図面を参照しながら説明する。

まず、図１に示すごとく、可撓性基板としてのシリコン基板１の上面を熱処理することにより酸化させ、酸化膜２をその上面全体に形成する。

次に、図２に示すごとく、この酸化膜２の上面全体に、第１の電極としての白金層３をスパッタ、あるいは蒸着により形成する。

その後、図３に示すごとく、白金層３の上面全体に、圧電体としてのＰＺＴ層４をスパッタ、あるいは蒸着により形成する。

次に、図４に示すごとく、ＰＺＴ層４における、シリコン基板１の一端側の一部に相当する部分から、ＭＥＭＳ加工により白金層３を露出させる。

その後、図５に示すごとく、ＰＺＴ層４、及び露出させた白金層３の上面全体に金層５をスパッタ、あるいは蒸着により形成する。この金層５が第１の電極の一部、及び第２の電極を後の工程で構成することとなる。

次に、図６に示すごとく、白金層３の露出部に対応する引出電極５Ａ、及びその両脇部分の上面電極５Ｂ、５Ｃを除く全部分から、ＭＥＭＳ加工によりＰＺＴ層４を露出させる。

その後、図７に示すごとく、シリコン基板１の他端から一端側方向へスリット６をエッチングにより形成する。その際、シリコン基板１の他端から一端側へ往復する蛇腹形状の弾性体部４Ｂ、４Ｃと、この弾性体部４Ｂ、４Ｃにその端部を支持された長方形状の光学反射部４Ａとはエッチングせずに残しておく。ここで、光学反射部４Ａの裏面側、即ち上面電極５Ｂ、５Ｃの非形成側を鏡面（図示せず）としている。これは、リード線などの引き回しを考慮したものである。

さらに、この光学反射素子の裏面を示す図１３に示すごとく、シリコン基板１における固定端１Ａ形成部分、及び光学反射部４Ａの裏面側に相当する部分にマスク７を形成し、エッチング処理することにより、図７に示すような固定端１Ａを形成するとともに、光学反射部４Ａ以外のシリコン基板１を薄く形成している。その結果として、シリコン基板１の可撓性を向上させることができる。さらに、ここで固定端１Ａのみならず光学反射部４Ａを薄く形成しない構成としているのは、光学反射部４Ａの反りを低減することにより、結像の歪みを低減することを目的としている。

このようにして、図７に示すような光学反射素子を形成することができる。

次に、この光学反射素子の動作について図面を用いて説明する。

まず、図７に示す引出電極５Ａ及び上面電極５Ｂに交流電圧を印加すると、引出電極５Ａと電気的に接続された白金層３と上面電極５Ｂとの間に電位差が生まれる。

そうすると、この図７のＡ−ＡＡ断面図である図８に示すごとく、この白金層３と上面電極５Ｂとの間に挟まれているＰＺＴ層４には、圧電効果により撓みが生じる。そして、白金層３と上面電極５Ｂとの電位差の反転に伴いその撓み方向が可変し続けることにより、固定端１Ａを支点とした１次振動が生まれる。

この振動の様子を、この光学反射素子の側面を模式的に表した図９を用いて説明する。図９に示すごとく、シリコン基板１が固定端１Ａを支点として上方向に撓むと、慣性力によりシリコン基板１の他端を支点として光学反射部４Ａが下方向に飛び出す形となる。一方、図１０に示すごとく、シリコン基板１が固定端１Ａを支点として下方向に撓むと、慣性力によりシリコン基板１の他端を支点として光学反射部４Ａが上方向に飛び出す形となる。

ここで、光学反射部４Ａの一端はシリコン基板１の他端に固定されているものの、シリコン基板１の他端自体が固定端１Ａに対して可動状態にあるため、光学反射部４Ａの両端はどちらも可動状態となる。そうするとこの光学反射部４Ａの鏡面４ＡＡは、図１１に示すごとく、その中央部分におけるある点に不動点Ｏが発生するような機械共振を起こすこととなる。この不動点Ｏに向けて図１１に示すごとくレーザ光線を入射させることにより、結像させる位置を固定させることができる。

このような構成により、圧電体であるＰＺＴ層４の圧電効果に伴い、その下方に設けられた可撓性基板であるシリコン基板１が固定端１Ａを支点として振動するとともに、このシリコン基板１の他端にその一端が弾性体部４Ｂ、４Ｃを介して支持された光学反射部４Ａが振動する。そのため、光学反射部４Ａの中央部分におけるある点を不動点としてこの光学反射部４Ａが振動を行い、レーザ発光部から発せられたレーザ光線を、レーザプリンターの感光ドラムにおける走査面上に掃引させることができる。その結果として、多角形状のポリゴンミラーを必要とせず、光学反射素子の小型化を実現することができる。

なお、図７に示すごとく、弾性体部４Ｂと弾性体部４Ｃとは、左右対称となる関係としておくことが望ましい。左右対称としておくことにより、光学反射部４Ａが光学反射素子の長手方向における中心線を軸として回転することを抑制することができ、結像ラインを一直線にすることができるためである。

さらに、この弾性体部４Ｂ、４Ｃにおける蛇腹形状端部４ＢＢ、４ＣＣの形状は、光学反射部４Ａの長手方向に対する垂直方向における長さを、光学反射部４Ａの長手方向における長さよりも短くした構成とすることが望ましい。このような構成にすることにより、光学反射部４Ａが光学反射素子の長手方向における中心線を軸として回転することを抑制することができ、結像ラインを一直線にすることができるためである。

なお、上面電極５Ｂと上面電極５Ｃとは、図７に示すごとく、光学反射部４Ａの長手方向における中心線をその中心として左右対称の関係となる形状、及び配置とすることが望ましい。以下、その理由を説明する。

まず、上面電極５Ｂ、５Ｃが互いに同一素材で形成されている場合、それらの形状を同一（左右対称を含む）とするとともに、大きさを同一とすることにより、固有の共振周波数を互いに同一とすることができ、弾性体部４Ｂにおける振動と弾性体部４Ｃにおける振動とを揃えることができる。その結果として、光学反射部４Ａが光学反射素子の長手方向における中心線を軸として回転することを抑制することができ、結像ラインを一直線にすることができる。

そして、上面電極５Ｂ、５Ｃをそれぞれ、光学反射部４Ａの長手方向における中心線をその中心として左右対称の関係となる様配置することにより、上述の不要な回転の軸となり得る光学反射部４Ａの長手方向における中心線をその中心として、左右からかかる振動による力を略等しくすることができる。その結果として、より光学反射部４Ａが光学反射素子の長手方向における中心線を軸として回転しようとする力を抑制することができ、結像ラインを一直線にすることができる。

さらに、上面電極５Ｂ、５Ｃをそれぞれ、光学反射部４Ａの長手方向における中心線をその中心として左右対称の関係となる様配置するとともに、図１２に示すごとく、上面電極５Ｂを駆動用電極として用い、上面電極５Ｃを制御用電極として用いることにより、シリコン基板１における振動の振幅を一定に保つことができ望ましい。即ち、上面電極５Ｂから所望の電圧を印加すると、それに応じて圧電素子において圧電効果が生じ、シリコン基板１に所定の振動が発生する。しかし、なんらかの不具合によりこの振動量が少なくなっていた場合、上面電極５Ｃにおいて発生する歪み量が小さくなり、それに起因して、圧電効果で発生する電荷量が少なくなる。この電荷量の変化が検知信号として比較器８により検出され、この値が基準値Ｒｅｆよりも小さくなると、比較器８より信号が出力され、駆動用電極としての上面電極５Ｂにフィードバックされる。このようにして、シリコン基板１における振動の振幅を一定に保つことができる。

なお、上面電極５Ｂ、５Ｃの幅は長手方向に一定でもかまわないが、図７に示すごとく、その固定端１Ａ側を大きくするとともに、その他端側を小さくすることが望ましい。固定端１Ａ側を大きくすることにより光学反射素子を安定的に保持することができるとともに、他端側を小さくすることによりシリコン基板１の他端側の振動に起因する光学反射部４Ａの振幅を大きくすることができるためである。

なお、図７、図８に示すごとく、上面電極５Ｂ、５Ｃ形成部は、ＰＺＴ層４における電極の有効長の範囲内とすることが望ましい。ＰＺＴ層４の振動におけるスプリアスの発生を低減するためである。また逆に、ＰＺＴ層４における電極の有効長の範囲よりも中央方向までを上面電極５Ｂ、５Ｃ非形成部としてしまうと、上面電極５Ｂ、５Ｃの面積が小さくなることに起因して圧電効果が小さくなり、駆動能力が低下するため、有効長の範囲までを電極形成部とすることが最も望ましい。

本発明の光学反射素子は、薄い板状で構成することができるため小型化を実現することができ、レーザプリンター等の各種電気機器において有用である。

本発明の実施の形態１における光学反射素子の製造工程を示す斜視図本発明の実施の形態１における光学反射素子の製造工程を示す斜視図本発明の実施の形態１における光学反射素子の製造工程を示す斜視図本発明の実施の形態１における光学反射素子の製造工程を示す斜視図本発明の実施の形態１における光学反射素子の製造工程を示す斜視図本発明の実施の形態１における光学反射素子の製造工程を示す斜視図本発明の実施の形態１における光学反射素子の斜視図本発明の実施の形態１における光学反射素子の断面図本発明の実施の形態１における光学反射素子の動作を示す側面図本発明の実施の形態１における光学反射素子の動作を示す側面図本発明の実施の形態１における光学反射素子の光学反射部における鏡面の動作を示す側面模式図本発明の実施の形態１における光学反射素子の制御方法を示す模式図本発明の実施の形態１における光学反射素子の製造工程を示す下面図従来の光学反射素子の上面図

符号の説明

１シリコン基板（可撓性基板）
１Ａ固定端
３白金層（第１の電極）
４ＰＺＴ層（圧電体）
４Ａ光学反射部
４Ｂ、４Ｃ弾性体部
５Ｂ、５Ｃ上面電極（第２の電極）
６スリット

Claims

固定端と、この固定端にその一端が実質的に固定された可撓性基板と、この可撓性基板の他端から一端側方向へスリットを設けることにより形成された光学反射部と、この光学反射部外の前記可撓性基板の上方に設けられた第１の電極と、この第１の電極の上方に設けられた圧電体と、この圧電体の上方に設けられた第２の電極とを備え、前記光学反射部は、弾性体部を介して前記可撓性基板の他端部に支持された光学反射素子。
光学反射部の厚みは、可撓性基板の厚みよりも厚く形成した請求項１に記載の光学反射素子。
可撓性基板の一端側における第２の電極の幅は、前記可撓性基板の他端側における第２の電極の幅よりも大きくした請求項１に記載の光学反射素子。
第１の電極形成部は、圧電体における電極の有効長の範囲内とした請求項１に記載の光学反射素子。
弾性体部は蛇腹形状とし、この蛇腹形状における蛇腹形状端部の形状は、光学反射部の長手方向に対して垂直方向における長さが、この光学反射部の長手方向における長さよりも短い構成とした請求項１に記載の光学反射素子。
固定端と、この固定端にその一端が実質的に固定された可撓性基板と、この可撓性基板の他端から一端側方向へスリットを設けることにより形成された光学反射部と、この光学反射部外の前記可撓性基板の上方に設けられた第１の電極と、この第１の電極の上方に設けられた圧電体と、この圧電体の上方に設けられた第２の電極、第３の電極とを備え、前記光学反射部は、弾性体部を介して前記可撓性基板の他端部に支持され、前記第２の電極と前記第３の電極とは、光学反射部の長手方向における中心線をその中心として左右対称の関係となる形状とするとともに左右対称となるよう配置された光学反射素子。