アクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置
【課題】振動系を有する基体上に導体パターンを設けた構成において、光反射面の静的なたわみを低減することができるアクチュエーター、光スキャナー、および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】静的なたわみを低減することができるアクチュエーターは、揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、前記可動部に設けられるコイルと、前記コイルに作用する磁界を発生する磁石とを備える。
【解決手段】静的なたわみを低減することができるアクチュエーターは、揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、前記可動部に設けられるコイルと、前記コイルに作用する磁界を発生する磁石とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術によりシリコン基板を加工して形成された捩り振動子を有する構造体を用いたアクチュエーターが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなアクチュエーターは、例えば、プリンターやディスプレイ等において、光を走査する光スキャナーとして用いられる。
例えば、特許文献１に記載されたアクチュエーターは、平板状の可動部と、可動部を揺動可能に支持する１対のトーションバーとを有する。そして、かかるアクチュエーターは、可動部に設けられた平面コイルと、固定配置された永久磁石とを有し、平面コイルおよび永久磁石の相互の磁界の作用により可動部を回動させる。
【０００３】
このようなアクチュエーターにおいては、平面コイルと可動部との間の電気的絶縁のため、平面コイルが絶縁層を介して可動部上に配置される。
また、可動部および１対のトーションバーを有する構造体は、シリコン基板をエッチングすることにより形成される。
かかる構造体には、光反射面が設けられる。これにより、平面コイルと光反射面は、同一の基板上に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３２２２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、光反射面とコイルが同一の基板に形成されると、絶縁膜、及び、コイルに生じる応力により、基材に静的なたわみが発生し、同一基材上に形成された光反射面が同様にたわんでしまうという問題があった。
本発明の目的は、振動系を有する基体上に導体パターンを設けた構成において、光反射面の静的なたわみを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエーターは、揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、前記可動部に設けられるコイルと、前記コイルに作用する磁界を発生する磁石と、を備えることを特徴とする。
このようなアクチュエーターによれば、光反射面を有する光反射部と可動部が別の基体から形成される。従って、光反射面の静的なたわみを低減することができるアクチュエーターを提供できる。
【０００７】
上記記載のアクチュエーターにおいて、前記光反射部と前記固定部とは一体に形成されていることが好ましい。
これにより、前記光反射部と前記固定部の位置の合わせ精度を高くすることが出来るとともに、容易に作製することができる。
【０００８】
本発明の光スキャナーは、揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、前記可動部に設けられるコイルと、前記コイルに作用する磁界を発生する磁石とを備えることを特徴とする。
これにより、安価で、優れた振動特性を有する光スキャナーを提供することが出来る。
【０００９】
本発明の画像形成装置は、光を出射する光源と、前記光源からの光を走査する光スキャナーと、を備え、前記光スキャナーは、揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、前記可動部に設けられるコイルと、前記コイルに作用する磁界を発生する磁石と、を備えることを特徴とする。
これにより、安価で、信頼性に優れる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光スキャナー（アクチュエーター）を示す平面図（上面図）である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す光スキャナーに備えられた基体（可動部、支持部および１対の連結部を備える構造体）を示す平面図（下面図）である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る光スキャナー（アクチュエーター）を示す平面図（上面図）である。
【図５】図４中のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る光スキャナー（アクチュエーター）を示す平面図（上面図）である。
【図７】本発明の画像形成装置の実施形態（プロジェクター）を示す概略図である。
【図８】本発明の画像形成装置の実施形態（ヘッドアップディスプレイ）を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のアクチュエーターの製造方法、アクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、本発明のアクチュエーターを光スキャナーに適用した場合を例に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の光スキャナーの第１実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１実施形態に係る光スキャナー（アクチュエーター）を示す平面図（上面図）、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１に示す光スキャナーに備えられた基体（可動部、支持部および１対の弾性部を備える構造体）を示す平面図（下面図）である。なお、以下では、説明の便宜上、図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００１３】
図１に示すように、光スキャナー１は、振動系を含む板状の基体２と、基体２を支持する支持体３と、光反射面を有するミラー保持体４と、基体２の振動系を振動させる駆動手段５とを有する。
また、基体２は、可動部（可動板）２１と、可動部２１に連結する１対の連結部２３、２４と、１対の連結部２３、２４とを支持する支持部２２とを有している。支持部２２は連結部２３、２４を介して可動部２１を支持しているとも言え、１対の連結部２３、２４は可動部２１と支持部２２とを連結しているとも言える。
さらに、ミラー保持体４は、光反射面４１１が設けられた光反射部４１と、光反射部から延び出し、可動部２１に固定される固定部４２とを有している。可動部２１は、固定部４２を介して光反射部４１を支持しているとも言える。
このような光スキャナー１では、駆動手段５の駆動力により、各連結部２３、２４を捩り変形させながら、可動部２１を連結部２３、２４に沿った所定の軸（いわゆる回動中心軸）まわりに回動させる。これにより、光反射部４１１で反射した光を所定の一方向に走査することができる。
【００１４】
以下、光スキャナー１を構成する各部を順次詳細に説明する。
［基体］
基体２は、前述したように、可動部２１と、可動部２１を支持する支持部２２と、可動部２１と支持部２２とを連結する１対の連結部２３、２４とを有する。
【００１５】
このような基体２は、シリコンで構成されており、可動部２１、支持部２２および連結部２３、２４が一体的に形成されている。
【００１６】
シリコンは軽量かつＳＵＳなみの剛性を有するため、基体２がシリコンで構成されていることにより、優れた振動特性を有する基体２が得られる。また、シリコンは後述するようにエッチングにより高精度な寸法精度で加工が可能であるので、シリコン基板を用いて基体２を形成することにより、所望の形状（所望の振動特性）を有する基体２を得ることができる。シリコン基板としては、一般的に単結晶シリコン基板が用いられる。
【００１７】
以下、基体２についてさらに詳述する。
支持部２２は、図１に示すように、枠状をなしている。より具体的には、支持部２２は、四角環状をなしている。なお、支持部２２の形状としては、１対の連結部２３、２４を介して可動部２１を支持することができれば、特に限定されず、例えば、各連結部２３、２４に対応して分割された形状をなしていてもよい。
【００１８】
このような支持部２２の内側には、可動部２１が設けられている。
可動部２１は、板状をなしている。また、本実施形態では、可動部２１は、平面視にて、四角形（本実施形態では正方形）をなしている。なお、可動部２１の平面視形状は、四角形に限定されず、例えば、十字形状、五角形、六角形等の他の多角形、円形、楕円形等であってもよい。
【００１９】
各連結部２３、２４は、後述の回動中心軸Ｘに沿って長い長手形状をなしており、弾性変形可能に構成されている。また、連結部２３および連結部２４は、可動部２１を介して対向している。このような連結部２３、２４は、それぞれ、可動部２１を支持部２２に対して回動可能とするように、可動部２１と支持部２２とを連結している。１対の連結部２３、２４は、回動中心軸Ｘに沿って同軸的に設けられており、この回動中心軸Ｘを回動中心軸として、可動部２１が支持部２２に対して回動する。
【００２０】
また、各連結部２３、２４は、その横断面形状が四角形をなしている。本実施形態では、各連結部２３、２４は、基体２の板面に沿って互いに平行な上面および下面と、この上面および下面に対して垂直でかつ互いに平行な１対の側面とを有する。なお、各連結部２３、２４の横断面形状は、これに限定されず、例えば、台形をなしていてもよいし、平行四辺形をなしていてもよい。また、各連結部２３、２４は、互いに平行な複数の梁部材で構成されていてもよい。
【００２１】
また、基体２の上面（一方の板面）上には、絶縁層７１１が設けられ、一方、基体２の下面（他方の板面）上には、絶縁層７１２が設けられている。そして、絶縁層７１１の基体２とは反対側の面上には、コイル５１、配線７２、７４および電極７３、７５で構成された導体パターン８が設けられている。なお、コイル５１、配線７２、７４および電極７３、７５については、駆動手段５の説明において詳述する。また、図１、３、４、６では、説明の便宜上、絶縁層７１１、７１２の図示を省略している。
また、絶縁層７１１、７１２の厚さは、それぞれ、特に限定されないが、例えば、１０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下程度である。
【００２２】
コイル５１の形成される面は、絶縁層７１２の基体２とは反対側の面上に限定されず、絶縁層７１１の基体２とは反対側の面上であってもよい。
［ミラー保持体］
ミラー保持体４は、前述したように、光反射面４１１が設けられた光反射部４１と、光反射部から延び出し、可動部２１に固定される固定部４２とを有する。
【００２３】
このようなミラー保持体４は、基体２と同様に、シリコンで構成されており、光反射部４１と固定部４２が一体的に形成されている。
【００２４】
シリコンは軽量かつＳＵＳなみの剛性を有するため、ミラー保持体４がシリコンで構成されていることにより、優れた平坦性を有するミラー保持体４が得られる。また、シリコンは後述するようにエッチングにより高精度な寸法精度で加工が可能であるので、シリコン基板を用いてミラー保持体４を形成することにより、所望の形状を有するミラー保持体４を得ることができる。シリコン基板としては、一般的に単結晶シリコン基板が用いられる。
【００２５】
以下、ミラー保持体４についてさらに詳述する。
光反射部４１は、図１に示すように、板状をなしている。また、本実施形態では、光反射部４１は、平面視にて、円形をなしている。なお、光反射部４１の平面視形状は、円形に限定されず、例えば、四角形、十字形状、五角形、六角形等の他の多角形、楕円形等であってもよい。
【００２６】
このような光反射部４１の上面には、光反射面４１１が設けられている。光反射面４１１は、例えば面上に金、銀、アルミニウムなどの金属膜を蒸着法などによって成膜し、光反射性を備える面に形成されている。
【００２７】
さらに、光反射部４１の下面には、固定部４２が設けられている。
固定部４２は、板状を成している。また、本実施形態では、固定部４２は、平面視にて、円形を成している。なお、固定部４２の平面視形状は、円形に限定されず、例えば、四角形、十字形状、五角形、六角形等の他の多角形、楕円形等であってもよい。
【００２８】
図２に示す通り、ミラー保持体４は、固定部４２の光反射部４１と接続された端部の他の一方の端部を、基体２の可動部２１に固定されている。すなわち、光反射部４１は、固定部４２を介して可動部２１に固定されている。
【００２９】
前記、固定部４２と可動部２１の固定方法は、接着剤、金属薄膜による金属接合、半田接合、陽極接合、直接接合などを用いることが出来る。
【００３０】
このように、光反射部４１と可動部２１が固定部４２を介して固定されることにより、後述する可動部２１に形成されるコイル５１による静的なたわみは、光反射部４１の平坦性を損なわないため、光反射面４１１の静的なたわみを低減することが出来る。
【００３１】
［支持体］
支持体３は、前述した基体２を支持する機能を有する。また、支持体３は、後述する駆動手段５の永久磁石５２、５３を支持する機能をも有する。
この支持体３は、上方に開放する凹部３１を有する箱状をなしている。言い換えると、支持体３は、板状をなす板状部３２と、その板状部３２の上面の外周部に沿って設けられた枠状をなす枠状部３３とで構成されている。
このような支持体３の上面のうち凹部３１の外側の部分、すなわち、枠状部３３の上面には、前述した基体２の支持部２２の下面が接合されている。これにより、基体２の可動部２１および１対の連結部２３、２４と支持体３との間には、可動部２１の回動を許容する空間が形成されている。
【００３２】
このような支持体３の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、テンパックスガラス等のガラス材料や、単結晶シリコン、ポリシリコン等のシリコン材料、ＬＴＣＣ（低温焼結セラミックス）等が挙げられる。
また、基体２と支持体３との接合方法としては、支持体３の構成材料、形状等に応じて適宜決められるものであり、特に限定されないが、接着剤を用いた方法、陽極接合法、直接接合法等が挙げられる。
【００３３】
［駆動手段］
駆動手段５は、コイル５１および１対の永久磁石５２、５３を有し、前述した基体２の可動部２１を電磁駆動方式（より具体的にはムービングコイル方式）により回動駆動させるものである。電磁駆動方式は、大きな駆動力を発生させることができる。そのため、電磁駆動方式を採用する駆動手段５よれば、低駆動電圧化を図りつつ、光反射部４１の振れ角を大きくすることができる。
【００３４】
本実施形態では、コイル５１は、図２に示すように、可動部２１の下面に絶縁層７１２を介して設けられている。
本実施形態では、コイル５１は、図３に示すように、可動部２１の板面に沿って渦巻状に形成されている。このような渦巻状のコイル５１は、単に環状に形成したコイルに比し大きな磁力を発生させることができ、また、可動部２１の厚さ方向に積層して形成したコイルに比し構成が簡単で製造も容易である。すなわち、コイル５１の構成を比較的簡単なものとするとともに、駆動電圧を抑えつつ、コイル５１に生じる磁力を大きくすることができる。
ただし、コイル５１は、可動部２１の仮面に絶縁層７１２を介して設けられる構造に限定されず、可動部２１の上面に絶縁層７１１を介して設けられていてもよい。
【００３５】
また、コイル５１を構成する素線の一端（渦巻きの外周側の端）は、配線７２を介して電極７３に電気的に接続されている。また、コイル５１を構成する素線の他端（渦巻きの中心側の端）は、配線７４を介して電極７５に電気的に接続されている。これにより、電極７３と電極７５との間に電圧を印加することにより、コイル５１に通電することができる。
【００３６】
配線７２は、連結部２３の下面上に、連結部２３の長手方向に沿って設けられ、配線７４は、連結部２４の下面上に、連結部２４の長手方向に沿って設けられている。
また、電極７３、７４は、それぞれ、支持部２２の下面上に設けられている。
また、配線７４は、可動部２１の中央部付近まで延びて形成されており、可動部２１上でコイル５１と交差している。従って、配線７４とコイル５１との間には、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等で構成された絶縁層７１３が設けられ、電気的に短絡しないように構成されている。
なお、コイル５１を構成する素線の他端（渦巻きの中心側の端）と配線７４との接続は、ボンディングワイヤーを介して行ってもよい。
【００３７】
このような導体パターン８を構成するコイル５１、配線７２、７４および電極７３、７５の構成材料としては、それぞれ、導電性を有するとともに、特に限定されないが、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｔｃ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、等が挙げられる。また、これらの構成材料を複数組み合わせて用いても良い。
【００３８】
一方、１対の永久磁石５２、５３は、支持体３に接合・固定されている。
永久磁石５２は、可動部２１の回動中心軸Ｘに対して一方側（図１、２にて左側）に設けられ、また、永久磁石５３は、可動部２１の回動中心軸Ｘに対して他方側（図１、２にて右側）に設けられている。そして、１対の永久磁石５２、５３は、可動部２１を介して対向している。
また、永久磁石５２は、可動部２１側をＮ極、その反対側をＳ極とするように設置され、永久磁石５３は、可動部２１側をＳ極、その反対側をＮ極とするように設置されている。したがって、１対の永久磁石５２、５３は、可動部２１付近に、非回動時の可動部２１の板面に平行で、かつ、可動部２１の回動中心軸Ｘに直角な方向の磁界を発生させる。
【００３９】
このような永久磁石５２、５３としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石などの、硬磁性体を着磁したものを好適に用いることができる。
なお、コイル５１の磁界との相互作用により可動部２１を回動し得るものであれば、永久磁石の数、配置や極性等は、図示のものに限定されないことは言うまでもない。
【００４０】
以上のような構成を有する光スキャナー１は、次のようにして作動する。
電極７３と電極７５との間に周期的に変化する電圧（交番電圧、間欠的な直流等）を印加する。これにより、コイル５１の上側がＮ極、下側がＳ極となる第１の磁界と、コイル５１の上側がＳ極、下側がＮ極となる第２の磁界とが、交互にかつ周期的に発生する。
第１の電界では、コイル５１の上側が永久磁石５３側に引きつけられ、反対にコイル５１の下側が永久磁石５２側に引き付けられ、可動部２１が回動中心軸Ｘを中心に図２にて時計回りに回動する（第１の状態）。反対に、第２の電界では、コイル５１の上側が永久磁石５２側に引きつけられ、反対にコイル５１の下側が永久磁石５３側に引き付けられ、可動部２１が回動中心軸Ｘを中心に図２にて反時計回りに回動する（第２の状態）。このような第１の状態と第２の状態とが交互に繰り返され、可動部２１が回動中心軸Ｘを中心に回動する。
このように、１対の永久磁石５２、５３の磁界中に配された可動部２１は、各連結部２３、２４を捩れ変形させながら、支持部２２に対し回動（振動）する。
以上説明したように構成された光スキャナー１によれば、後述する製造方法を用いて製造することができ、これにより、安価で、優れた振動特性を有する。
【００４１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る光スキャナー（アクチュエーター）の平面図である。図５は、図４中のＡ−Ａ線断面図である。
【００４２】
以下、第２実施形態の光スキャナーについて、前述した実施形態の光スキャナーとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態の光スキャナーは、基体２とミラー保持体４の接続部分以外は、第１実施形態の光スキャナー１とほぼ同様である。
【００４３】
図５に示す通り、可動部２１の中心部には、凹部２１１が形成され、一方の端部が光反射部４１に固定された固定部４２の他の一方の端部を、凹部２１１の底面２１２に接着剤２９０により接着固定されている。すなわち、光反射部４１は、固定部４２を介して可動部２１に固定されている。
これにより、可動部２１と固定部４２の位置合わせが容易となる。さらに、接着剤２９の連結部２３、２４への付着を防止することが出来る。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図６は、本発明の第３実施形態に係る光スキャナー（アクチュエーター）を示す平面図（上面図）である。
【００４４】
以下、第３実施形態の光スキャナーについて、前述した実施形態の光スキャナーとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第３実施形態の光スキャナーは、２次元走査可能な振動系を有する光スキャナー（アクチュエーター）に本発明を適用した以外は、第１実施形態の光スキャナー１とほぼ同様である。
【００４５】
本実施形態の光スキャナー１Ｂは、図６に示すように、互いに直交する軸線Ｘ１、Ｙ１まわりに回動する２つの振動系を有する基体２Ｂと、基体２Ｂの各振動系を駆動する駆動手段５Ｂとを備える。また、図示しないが、光スキャナー１Ｂは、基体２Ｂを支持する支持体（図示せず）を備える。
基体２Ｂは、枠状の第１の可動部２１Ｂと、第１の可動部２１Ｂに連結する１対の第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂと、１対の第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂを支持する枠状の支持部２２Ｂと、第１の可動部２１Ｂの内側に設けられた板状の第２の可動部６１と、第１の可動部２１Ｂに支持されるとともに第２の可動部６１に連結する１対の第２の連結部６３、６４とを有する。
ここで、第１の可動部２１Ｂおよび１対の第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂが軸線Ｘ１まわりに回動する第１の振動系を構成し、また、第２の可動部６１および１対の第２の連結部６３、６４が軸線Ｙ１まわりに回動する第２の振動系を構成する。
【００４６】
第１の振動系において、第１の可動部２１Ｂは、第１の可動部２１Ｂの板厚方向からの平面視にて、四角環状をなしている。なお、第１の可動部２１Ｂの平面視形状は、枠状をなしていれば、特に限定されず、例えば、円環状をなしていてもよい。
このような第１の可動部２１Ｂの上面には、第１のコイル５４が設けられている。この第１のコイル５４は、第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂ上に設けられた配線７２Ｂ、７４Ｂを介して、支持部２２Ｂ上に設けられた電極７３Ｂ、７５Ｂに電気的に接続されている。
【００４７】
第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂは、それぞれ、軸線Ｘ１に沿って長い長手形状をなしており、弾性変形可能である。第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂは、それぞれ、第１の可動部２１Ｂを支持部２２Ｂに対して回動可能とするように、第１の可動部２１Ｂと支持部２２Ｂとを連結している。このような、第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂは、互いに同軸的に設けられており、軸線Ｘ１を中心として、第１の可動部２１Ｂが支持部２２Ｂに対して回動するように構成されている。
【００４８】
第２の振動系において、第２の可動部６１は、第２の可動部の板厚方向からの平面視にて、円形をなしている。なお、第２の可動部６１の形状は、第１の可動部２１Ｂの内側に配置することができれば、特に限定されず、例えば、平面視にて、円形状、十字形状、四角形以外の多角形状等をなしていてもよい。
このような第２の可動部６１の上面には、光反射面４１１を有する光反射部４１が、固定部４２を介して固定されている。
また、第２の可動部６１の下面には、第２のコイル５５が設けられていてもよい。この第２のコイル５５は、図示しないが、１対の配線を介して、支持部２２Ｂ上に設けられた１対の電極に電気的に接続されている。
【００４９】
第２の連結部６３、６４は、それぞれ、軸線Ｙ１に沿って長い長手形状をなしており、弾性変形可能である。第２の連結部６３、６４は、それぞれ、第２の可動部６１を第１の可動部２１Ｂに対して回動可能とするように、第２の可動部６１と第１の可動部２１Ｂとを連結している。このような第２の連結部６３、６４は、互いに同軸的に設けられており、軸線Ｙ１を中心として、第２の可動部６１が第１の可動部２１Ｂに対して回動するように構成されている。
ここで、第１の可動部２１Ｂは、１対の連結部６３、６４を支持する支持部６２を構成するとも言える。
【００５０】
このような基体２Ｂの２つの振動系を駆動する駆動手段５Ｂは、前述した第１のコイル５４と、第２のコイル５５と、１対の永久磁石５６、５７と、第１のコイル５４および第２のコイル５５に通電する電源（図示せず）とを有する。
１対の永久磁石５６、５７は、平面視にて、基体２Ｂを介して対向して設けられている。この１対の永久磁石５６、５７は、平面視にて軸線Ｘ１、Ｙ１の双方に傾斜する軸線ａに沿って基体２Ｂを貫く磁界を発生させるように設けられている。
【００５１】
ここで、平面視における軸線Ｘ１、Ｙ１に対する軸線ａの傾斜角度は、３０〜６０度であるのが好ましく、４０〜５０度であるのがより好ましく、ほぼ４５度であるのがさらに好ましい。このように永久磁石５６、５７を設けることで、円滑に、第１の可動部２１Ｂを軸線Ｘ１、Ｙ１まわりにそれぞれ回動させることができる。本実施形態では、線分ａは、軸線Ｘ１、Ｙ１に対して約４５度傾斜している。
【００５２】
このような１対の永久磁石５６、５７による磁界のもと、図示しない電源は、第１のコイル５４に、第１の周波数で電圧または電流が周期的に変化する第１の電圧が印加するとともに、第２のコイル５５に、第２の周波数で電圧または電流が周期的に変化する第２の電圧を印加すると、第１の可動部２１Ｂが軸線Ｘ１まわりに第１の周波数で回動するとともに、第２の可動部６１が軸線Ｙ１まわりに第２の周波数で回動する。
【００５３】
これにより、光スキャナー１Ｂは、１つの光スキャナーで光を２次元的に走査することができる。そのため、２次元走査を必要とする機器の小型化を図ることができる。また、このような光スキャナー１Ｂを用いると、１次元走査の光スキャナーを２つ組み合わせて２次元走査を実現する場合のような２つの光スキャナー間のアライメントが不要であるため、２次元走査を必要とする機器の製造が容易となる。
【００５４】
以上説明したような光スキャナーは、例えば、プロジェクター、レーザープリンター、イメージング用ディスプレイ、バーコードリーダー、走査型共焦点顕微鏡などの画像形成装置に好適に適用することができる。その結果、優れた描画特性を有する画像形成装置を提供することができる。
このような画像形成装置よれば、前述したような光スキャナー１を有するので、安価で、信頼性に優れる。
【００５５】
以上説明したような第３実施形態によっても、振動系を有する基体２Ｂ上に導体パターンを設けた構成において、光反射面の静たわみを低減することが出来る。
【００５６】
（画像形成装置）
ここで、本発明の画像形成装置の実施形態を説明する。
（プロジェクター）
図７は、本発明の画像形成装置の実施形態（プロジェクター）を示す概略図である。なお、以下では、説明の便宜上、スクリーンＳＣの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。
【００５７】
図７に示すプロジェクター９は、レーザーなどの光を照出する光源装置９１と、クロスダイクロイックプリズム９２と、１対の本発明の光スキャナー９３、９４（例えば、光スキャナー１と同様の構成の光スキャナー）と、固定ミラー９５とを有している。
光源装置９１は、赤色光を照出する赤色光源装置９１１と、青色光を照出する青色光源装置９１２と、緑色光を照出する緑色光源装置９１３とを備えている。
クロスダイクロイックプリズム９２は、４つの直角プリズムを貼り合わせて構成され、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。
【００５８】
このようなプロジェクター９は、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから、図示しないホストコンピューターからの画像情報に基づいて照出された光をクロスダイクロイックプリズム９２で合成し、この合成された光が、光スキャナー９３、９４によって走査され、さらに固定ミラー９５によって反射され、スクリーンＳＣ上でカラー画像を形成するように構成されている。
【００５９】
ここで、光スキャナー９３、９４の光走査について具体的に説明する。
まず、クロスダイクロイックプリズム９２で合成された光は、光スキャナー９３によって横方向に走査される（主走査）。そして、この横方向に走査された光は、光スキャナー９４によってさらに縦方向に走査される（副走査）。これにより、２次元カラー画像をスクリーンＳＣ上に形成することができる。このような光スキャナー９３、９４として本発明の光スキャナーを用いることで、極めて優れた描画特性を発揮することができる。
【００６０】
ただし、プロジェクター９としては、光スキャナーにより光を走査し、対象物に画像を形成するように構成されていれば、これに限定されず、例えば、固定ミラー９５を省略してもよい。
このように構成されたプロジェクター９によれば、前述した光スキャナー１と同様の構成の光スキャナー９３、９４を備えるので、安価に、高品位な画像を得ることができる。
【００６１】
（ヘッドアップディスプレイ）
図８は、本発明の画像形成装置の実施形態（ヘッドアップディスプレイ）を示す概略図である。なお、以下では、前述したプロジェクター９と同様の構成については、その説明を省略する。
図８に示すヘッドアップディスプレイ９Ａは、自動車、飛行機等の移動体において、各種情報をフロントウインドウＳＣ１に投影する装置である。
【００６２】
このヘッドアップディスプレイ９Ａは、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２および緑色光源装置９１３と、クロスダイクロイックプリズム９２と、１対の本発明の光スキャナー９３、９４と、固定ミラー９５Ａとを有している。
ここで、固定ミラー９５Ａは、凹面ミラーであり、光スキャナー９４からの光をフロントウインドウＳＣ１に投影する。すると、移動体の操縦者は、フロントウインドウＳＣ１に対して前方に位置する仮想面ＳＣ２に虚像として表示像を視認することができる。
【００６３】
以上、本発明のアクチュエーターの製造方法、アクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のアクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。また、本発明のアクチュエーターの製造方法では、任意の工程を付加することもできる。
【００６４】
また、前述した実施形態では、可動部が平面視において回動中心軸およびそれに垂直な線分の少なくとも一方に対して対称な形状をなす場合を説明したが、これに限定されず、可動部が平面視において回動中心軸およびそれに垂直な線分のいずれに対しても非対称な形状をなしていてもよい。
また、前述した実施形態では、可動部を支持部に対して回動可能に連結する連結部が１対設けられた場合を例に説明したが、可動部を支持部に対して回動可能に連結するものであれば、連結部の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
【００６５】
また、前述した実施形態では、本発明のアクチュエーターを光スキャナーに適用した場合を例に説明したが、本発明のアクチュエーターは、これに限定されず、例えば、光スイッチ、光アッテネーター等の他の光学デバイスに適用することも可能である。
また、前述した実施形態では、可動部を回動させる駆動手段がムービングコイル型の電磁駆動方式を採用した構成を例に説明したが、かかる駆動手段は、ムービングマグネット型の電磁駆動方式であってもよいし、また、静電駆動方式、圧電駆動方式等の電磁駆動方式以外の駆動方式を採用するものであってもよい。
また、前述した実施形態では、基体上に絶縁層を介して設けた導体パターンがコイルを有する場合を例に説明したが、かかる導体パターンは、電気的導通のためのものであれば、これに限定されず、例えば、各種駆動源への通電のための配線、各種センサーに接続された配線等を含むものであってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１、１Ａ、１Ｂ、２Ｂ…光スキャナー ２、２Ａ、２Ｂ…基体 ３…支持体 ４…ミラー保持体 ５、５Ｂ…駆動手段 ８…導体パターン ９…プロジェクター ９Ａ…ヘッドアップディスプレイ ２１、２１Ｂ…可動部 ２２、２２Ａ、２２ａ、２２Ｂ、２２ｂ…支持部 ２３、２３Ｂ…連結部 ２４、２４Ｂ…連結部 ３１…凹部 ３２…板状部 ３３…枠状部 ４１…光反射部 ４２…固定部 ５１…コイル ５２…永久磁石 ５３…永久磁石 ５４、５５…コイル ５６、５７…永久磁石 ６１…可動部 ６２…支持部 ６３、６４…連結部 ７１１、７１２、７１３…絶縁層 ７２、７２Ｂ…配線 ７３、７３Ｂ…電極 ７４、７４Ｂ…配線 ７５、７５Ｂ…電極 ９１…光源装置 ９２…クロスダイクロイックプリズム ９３…光スキャナー ９４…光スキャナー ９５、９５Ａ…固定ミラー １０２…シリコン基板 １２１…可動部 ２１１…凹部 ２９０…接着剤 ４１１…光反射面 ９１１…赤色光源装置 ９１２…青色光源装置 ９１３…緑色光源装置 ＳＣ…スクリーン ＳＣ１…フロントウインドウ ＳＣ２…仮想面 Ｘ…回動中心軸。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術によりシリコン基板を加工して形成された捩り振動子を有する構造体を用いたアクチュエーターが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなアクチュエーターは、例えば、プリンターやディスプレイ等において、光を走査する光スキャナーとして用いられる。
例えば、特許文献１に記載されたアクチュエーターは、平板状の可動部と、可動部を揺動可能に支持する１対のトーションバーとを有する。そして、かかるアクチュエーターは、可動部に設けられた平面コイルと、固定配置された永久磁石とを有し、平面コイルおよび永久磁石の相互の磁界の作用により可動部を回動させる。
【０００３】
このようなアクチュエーターにおいては、平面コイルと可動部との間の電気的絶縁のため、平面コイルが絶縁層を介して可動部上に配置される。
また、可動部および１対のトーションバーを有する構造体は、シリコン基板をエッチングすることにより形成される。
かかる構造体には、光反射面が設けられる。これにより、平面コイルと光反射面は、同一の基板上に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３２２２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、光反射面とコイルが同一の基板に形成されると、絶縁膜、及び、コイルに生じる応力により、基材に静的なたわみが発生し、同一基材上に形成された光反射面が同様にたわんでしまうという問題があった。
本発明の目的は、振動系を有する基体上に導体パターンを設けた構成において、光反射面の静的なたわみを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエーターは、揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、前記可動部に設けられるコイルと、前記コイルに作用する磁界を発生する磁石と、を備えることを特徴とする。
このようなアクチュエーターによれば、光反射面を有する光反射部と可動部が別の基体から形成される。従って、光反射面の静的なたわみを低減することができるアクチュエーターを提供できる。
【０００７】
上記記載のアクチュエーターにおいて、前記光反射部と前記固定部とは一体に形成されていることが好ましい。
これにより、前記光反射部と前記固定部の位置の合わせ精度を高くすることが出来るとともに、容易に作製することができる。
【０００８】
本発明の光スキャナーは、揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、前記可動部に設けられるコイルと、前記コイルに作用する磁界を発生する磁石とを備えることを特徴とする。
これにより、安価で、優れた振動特性を有する光スキャナーを提供することが出来る。
【０００９】
本発明の画像形成装置は、光を出射する光源と、前記光源からの光を走査する光スキャナーと、を備え、前記光スキャナーは、揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、前記可動部に設けられるコイルと、前記コイルに作用する磁界を発生する磁石と、を備えることを特徴とする。
これにより、安価で、信頼性に優れる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光スキャナー（アクチュエーター）を示す平面図（上面図）である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す光スキャナーに備えられた基体（可動部、支持部および１対の連結部を備える構造体）を示す平面図（下面図）である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る光スキャナー（アクチュエーター）を示す平面図（上面図）である。
【図５】図４中のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る光スキャナー（アクチュエーター）を示す平面図（上面図）である。
【図７】本発明の画像形成装置の実施形態（プロジェクター）を示す概略図である。
【図８】本発明の画像形成装置の実施形態（ヘッドアップディスプレイ）を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のアクチュエーターの製造方法、アクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、本発明のアクチュエーターを光スキャナーに適用した場合を例に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の光スキャナーの第１実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１実施形態に係る光スキャナー（アクチュエーター）を示す平面図（上面図）、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１に示す光スキャナーに備えられた基体（可動部、支持部および１対の弾性部を備える構造体）を示す平面図（下面図）である。なお、以下では、説明の便宜上、図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００１３】
図１に示すように、光スキャナー１は、振動系を含む板状の基体２と、基体２を支持する支持体３と、光反射面を有するミラー保持体４と、基体２の振動系を振動させる駆動手段５とを有する。
また、基体２は、可動部（可動板）２１と、可動部２１に連結する１対の連結部２３、２４と、１対の連結部２３、２４とを支持する支持部２２とを有している。支持部２２は連結部２３、２４を介して可動部２１を支持しているとも言え、１対の連結部２３、２４は可動部２１と支持部２２とを連結しているとも言える。
さらに、ミラー保持体４は、光反射面４１１が設けられた光反射部４１と、光反射部から延び出し、可動部２１に固定される固定部４２とを有している。可動部２１は、固定部４２を介して光反射部４１を支持しているとも言える。
このような光スキャナー１では、駆動手段５の駆動力により、各連結部２３、２４を捩り変形させながら、可動部２１を連結部２３、２４に沿った所定の軸（いわゆる回動中心軸）まわりに回動させる。これにより、光反射部４１１で反射した光を所定の一方向に走査することができる。
【００１４】
以下、光スキャナー１を構成する各部を順次詳細に説明する。
［基体］
基体２は、前述したように、可動部２１と、可動部２１を支持する支持部２２と、可動部２１と支持部２２とを連結する１対の連結部２３、２４とを有する。
【００１５】
このような基体２は、シリコンで構成されており、可動部２１、支持部２２および連結部２３、２４が一体的に形成されている。
【００１６】
シリコンは軽量かつＳＵＳなみの剛性を有するため、基体２がシリコンで構成されていることにより、優れた振動特性を有する基体２が得られる。また、シリコンは後述するようにエッチングにより高精度な寸法精度で加工が可能であるので、シリコン基板を用いて基体２を形成することにより、所望の形状（所望の振動特性）を有する基体２を得ることができる。シリコン基板としては、一般的に単結晶シリコン基板が用いられる。
【００１７】
以下、基体２についてさらに詳述する。
支持部２２は、図１に示すように、枠状をなしている。より具体的には、支持部２２は、四角環状をなしている。なお、支持部２２の形状としては、１対の連結部２３、２４を介して可動部２１を支持することができれば、特に限定されず、例えば、各連結部２３、２４に対応して分割された形状をなしていてもよい。
【００１８】
このような支持部２２の内側には、可動部２１が設けられている。
可動部２１は、板状をなしている。また、本実施形態では、可動部２１は、平面視にて、四角形（本実施形態では正方形）をなしている。なお、可動部２１の平面視形状は、四角形に限定されず、例えば、十字形状、五角形、六角形等の他の多角形、円形、楕円形等であってもよい。
【００１９】
各連結部２３、２４は、後述の回動中心軸Ｘに沿って長い長手形状をなしており、弾性変形可能に構成されている。また、連結部２３および連結部２４は、可動部２１を介して対向している。このような連結部２３、２４は、それぞれ、可動部２１を支持部２２に対して回動可能とするように、可動部２１と支持部２２とを連結している。１対の連結部２３、２４は、回動中心軸Ｘに沿って同軸的に設けられており、この回動中心軸Ｘを回動中心軸として、可動部２１が支持部２２に対して回動する。
【００２０】
また、各連結部２３、２４は、その横断面形状が四角形をなしている。本実施形態では、各連結部２３、２４は、基体２の板面に沿って互いに平行な上面および下面と、この上面および下面に対して垂直でかつ互いに平行な１対の側面とを有する。なお、各連結部２３、２４の横断面形状は、これに限定されず、例えば、台形をなしていてもよいし、平行四辺形をなしていてもよい。また、各連結部２３、２４は、互いに平行な複数の梁部材で構成されていてもよい。
【００２１】
また、基体２の上面（一方の板面）上には、絶縁層７１１が設けられ、一方、基体２の下面（他方の板面）上には、絶縁層７１２が設けられている。そして、絶縁層７１１の基体２とは反対側の面上には、コイル５１、配線７２、７４および電極７３、７５で構成された導体パターン８が設けられている。なお、コイル５１、配線７２、７４および電極７３、７５については、駆動手段５の説明において詳述する。また、図１、３、４、６では、説明の便宜上、絶縁層７１１、７１２の図示を省略している。
また、絶縁層７１１、７１２の厚さは、それぞれ、特に限定されないが、例えば、１０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下程度である。
【００２２】
コイル５１の形成される面は、絶縁層７１２の基体２とは反対側の面上に限定されず、絶縁層７１１の基体２とは反対側の面上であってもよい。
［ミラー保持体］
ミラー保持体４は、前述したように、光反射面４１１が設けられた光反射部４１と、光反射部から延び出し、可動部２１に固定される固定部４２とを有する。
【００２３】
このようなミラー保持体４は、基体２と同様に、シリコンで構成されており、光反射部４１と固定部４２が一体的に形成されている。
【００２４】
シリコンは軽量かつＳＵＳなみの剛性を有するため、ミラー保持体４がシリコンで構成されていることにより、優れた平坦性を有するミラー保持体４が得られる。また、シリコンは後述するようにエッチングにより高精度な寸法精度で加工が可能であるので、シリコン基板を用いてミラー保持体４を形成することにより、所望の形状を有するミラー保持体４を得ることができる。シリコン基板としては、一般的に単結晶シリコン基板が用いられる。
【００２５】
以下、ミラー保持体４についてさらに詳述する。
光反射部４１は、図１に示すように、板状をなしている。また、本実施形態では、光反射部４１は、平面視にて、円形をなしている。なお、光反射部４１の平面視形状は、円形に限定されず、例えば、四角形、十字形状、五角形、六角形等の他の多角形、楕円形等であってもよい。
【００２６】
このような光反射部４１の上面には、光反射面４１１が設けられている。光反射面４１１は、例えば面上に金、銀、アルミニウムなどの金属膜を蒸着法などによって成膜し、光反射性を備える面に形成されている。
【００２７】
さらに、光反射部４１の下面には、固定部４２が設けられている。
固定部４２は、板状を成している。また、本実施形態では、固定部４２は、平面視にて、円形を成している。なお、固定部４２の平面視形状は、円形に限定されず、例えば、四角形、十字形状、五角形、六角形等の他の多角形、楕円形等であってもよい。
【００２８】
図２に示す通り、ミラー保持体４は、固定部４２の光反射部４１と接続された端部の他の一方の端部を、基体２の可動部２１に固定されている。すなわち、光反射部４１は、固定部４２を介して可動部２１に固定されている。
【００２９】
前記、固定部４２と可動部２１の固定方法は、接着剤、金属薄膜による金属接合、半田接合、陽極接合、直接接合などを用いることが出来る。
【００３０】
このように、光反射部４１と可動部２１が固定部４２を介して固定されることにより、後述する可動部２１に形成されるコイル５１による静的なたわみは、光反射部４１の平坦性を損なわないため、光反射面４１１の静的なたわみを低減することが出来る。
【００３１】
［支持体］
支持体３は、前述した基体２を支持する機能を有する。また、支持体３は、後述する駆動手段５の永久磁石５２、５３を支持する機能をも有する。
この支持体３は、上方に開放する凹部３１を有する箱状をなしている。言い換えると、支持体３は、板状をなす板状部３２と、その板状部３２の上面の外周部に沿って設けられた枠状をなす枠状部３３とで構成されている。
このような支持体３の上面のうち凹部３１の外側の部分、すなわち、枠状部３３の上面には、前述した基体２の支持部２２の下面が接合されている。これにより、基体２の可動部２１および１対の連結部２３、２４と支持体３との間には、可動部２１の回動を許容する空間が形成されている。
【００３２】
このような支持体３の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、テンパックスガラス等のガラス材料や、単結晶シリコン、ポリシリコン等のシリコン材料、ＬＴＣＣ（低温焼結セラミックス）等が挙げられる。
また、基体２と支持体３との接合方法としては、支持体３の構成材料、形状等に応じて適宜決められるものであり、特に限定されないが、接着剤を用いた方法、陽極接合法、直接接合法等が挙げられる。
【００３３】
［駆動手段］
駆動手段５は、コイル５１および１対の永久磁石５２、５３を有し、前述した基体２の可動部２１を電磁駆動方式（より具体的にはムービングコイル方式）により回動駆動させるものである。電磁駆動方式は、大きな駆動力を発生させることができる。そのため、電磁駆動方式を採用する駆動手段５よれば、低駆動電圧化を図りつつ、光反射部４１の振れ角を大きくすることができる。
【００３４】
本実施形態では、コイル５１は、図２に示すように、可動部２１の下面に絶縁層７１２を介して設けられている。
本実施形態では、コイル５１は、図３に示すように、可動部２１の板面に沿って渦巻状に形成されている。このような渦巻状のコイル５１は、単に環状に形成したコイルに比し大きな磁力を発生させることができ、また、可動部２１の厚さ方向に積層して形成したコイルに比し構成が簡単で製造も容易である。すなわち、コイル５１の構成を比較的簡単なものとするとともに、駆動電圧を抑えつつ、コイル５１に生じる磁力を大きくすることができる。
ただし、コイル５１は、可動部２１の仮面に絶縁層７１２を介して設けられる構造に限定されず、可動部２１の上面に絶縁層７１１を介して設けられていてもよい。
【００３５】
また、コイル５１を構成する素線の一端（渦巻きの外周側の端）は、配線７２を介して電極７３に電気的に接続されている。また、コイル５１を構成する素線の他端（渦巻きの中心側の端）は、配線７４を介して電極７５に電気的に接続されている。これにより、電極７３と電極７５との間に電圧を印加することにより、コイル５１に通電することができる。
【００３６】
配線７２は、連結部２３の下面上に、連結部２３の長手方向に沿って設けられ、配線７４は、連結部２４の下面上に、連結部２４の長手方向に沿って設けられている。
また、電極７３、７４は、それぞれ、支持部２２の下面上に設けられている。
また、配線７４は、可動部２１の中央部付近まで延びて形成されており、可動部２１上でコイル５１と交差している。従って、配線７４とコイル５１との間には、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等で構成された絶縁層７１３が設けられ、電気的に短絡しないように構成されている。
なお、コイル５１を構成する素線の他端（渦巻きの中心側の端）と配線７４との接続は、ボンディングワイヤーを介して行ってもよい。
【００３７】
このような導体パターン８を構成するコイル５１、配線７２、７４および電極７３、７５の構成材料としては、それぞれ、導電性を有するとともに、特に限定されないが、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｔｃ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、等が挙げられる。また、これらの構成材料を複数組み合わせて用いても良い。
【００３８】
一方、１対の永久磁石５２、５３は、支持体３に接合・固定されている。
永久磁石５２は、可動部２１の回動中心軸Ｘに対して一方側（図１、２にて左側）に設けられ、また、永久磁石５３は、可動部２１の回動中心軸Ｘに対して他方側（図１、２にて右側）に設けられている。そして、１対の永久磁石５２、５３は、可動部２１を介して対向している。
また、永久磁石５２は、可動部２１側をＮ極、その反対側をＳ極とするように設置され、永久磁石５３は、可動部２１側をＳ極、その反対側をＮ極とするように設置されている。したがって、１対の永久磁石５２、５３は、可動部２１付近に、非回動時の可動部２１の板面に平行で、かつ、可動部２１の回動中心軸Ｘに直角な方向の磁界を発生させる。
【００３９】
このような永久磁石５２、５３としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石などの、硬磁性体を着磁したものを好適に用いることができる。
なお、コイル５１の磁界との相互作用により可動部２１を回動し得るものであれば、永久磁石の数、配置や極性等は、図示のものに限定されないことは言うまでもない。
【００４０】
以上のような構成を有する光スキャナー１は、次のようにして作動する。
電極７３と電極７５との間に周期的に変化する電圧（交番電圧、間欠的な直流等）を印加する。これにより、コイル５１の上側がＮ極、下側がＳ極となる第１の磁界と、コイル５１の上側がＳ極、下側がＮ極となる第２の磁界とが、交互にかつ周期的に発生する。
第１の電界では、コイル５１の上側が永久磁石５３側に引きつけられ、反対にコイル５１の下側が永久磁石５２側に引き付けられ、可動部２１が回動中心軸Ｘを中心に図２にて時計回りに回動する（第１の状態）。反対に、第２の電界では、コイル５１の上側が永久磁石５２側に引きつけられ、反対にコイル５１の下側が永久磁石５３側に引き付けられ、可動部２１が回動中心軸Ｘを中心に図２にて反時計回りに回動する（第２の状態）。このような第１の状態と第２の状態とが交互に繰り返され、可動部２１が回動中心軸Ｘを中心に回動する。
このように、１対の永久磁石５２、５３の磁界中に配された可動部２１は、各連結部２３、２４を捩れ変形させながら、支持部２２に対し回動（振動）する。
以上説明したように構成された光スキャナー１によれば、後述する製造方法を用いて製造することができ、これにより、安価で、優れた振動特性を有する。
【００４１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る光スキャナー（アクチュエーター）の平面図である。図５は、図４中のＡ−Ａ線断面図である。
【００４２】
以下、第２実施形態の光スキャナーについて、前述した実施形態の光スキャナーとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態の光スキャナーは、基体２とミラー保持体４の接続部分以外は、第１実施形態の光スキャナー１とほぼ同様である。
【００４３】
図５に示す通り、可動部２１の中心部には、凹部２１１が形成され、一方の端部が光反射部４１に固定された固定部４２の他の一方の端部を、凹部２１１の底面２１２に接着剤２９０により接着固定されている。すなわち、光反射部４１は、固定部４２を介して可動部２１に固定されている。
これにより、可動部２１と固定部４２の位置合わせが容易となる。さらに、接着剤２９の連結部２３、２４への付着を防止することが出来る。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図６は、本発明の第３実施形態に係る光スキャナー（アクチュエーター）を示す平面図（上面図）である。
【００４４】
以下、第３実施形態の光スキャナーについて、前述した実施形態の光スキャナーとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第３実施形態の光スキャナーは、２次元走査可能な振動系を有する光スキャナー（アクチュエーター）に本発明を適用した以外は、第１実施形態の光スキャナー１とほぼ同様である。
【００４５】
本実施形態の光スキャナー１Ｂは、図６に示すように、互いに直交する軸線Ｘ１、Ｙ１まわりに回動する２つの振動系を有する基体２Ｂと、基体２Ｂの各振動系を駆動する駆動手段５Ｂとを備える。また、図示しないが、光スキャナー１Ｂは、基体２Ｂを支持する支持体（図示せず）を備える。
基体２Ｂは、枠状の第１の可動部２１Ｂと、第１の可動部２１Ｂに連結する１対の第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂと、１対の第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂを支持する枠状の支持部２２Ｂと、第１の可動部２１Ｂの内側に設けられた板状の第２の可動部６１と、第１の可動部２１Ｂに支持されるとともに第２の可動部６１に連結する１対の第２の連結部６３、６４とを有する。
ここで、第１の可動部２１Ｂおよび１対の第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂが軸線Ｘ１まわりに回動する第１の振動系を構成し、また、第２の可動部６１および１対の第２の連結部６３、６４が軸線Ｙ１まわりに回動する第２の振動系を構成する。
【００４６】
第１の振動系において、第１の可動部２１Ｂは、第１の可動部２１Ｂの板厚方向からの平面視にて、四角環状をなしている。なお、第１の可動部２１Ｂの平面視形状は、枠状をなしていれば、特に限定されず、例えば、円環状をなしていてもよい。
このような第１の可動部２１Ｂの上面には、第１のコイル５４が設けられている。この第１のコイル５４は、第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂ上に設けられた配線７２Ｂ、７４Ｂを介して、支持部２２Ｂ上に設けられた電極７３Ｂ、７５Ｂに電気的に接続されている。
【００４７】
第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂは、それぞれ、軸線Ｘ１に沿って長い長手形状をなしており、弾性変形可能である。第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂは、それぞれ、第１の可動部２１Ｂを支持部２２Ｂに対して回動可能とするように、第１の可動部２１Ｂと支持部２２Ｂとを連結している。このような、第１の連結部２３Ｂ、２４Ｂは、互いに同軸的に設けられており、軸線Ｘ１を中心として、第１の可動部２１Ｂが支持部２２Ｂに対して回動するように構成されている。
【００４８】
第２の振動系において、第２の可動部６１は、第２の可動部の板厚方向からの平面視にて、円形をなしている。なお、第２の可動部６１の形状は、第１の可動部２１Ｂの内側に配置することができれば、特に限定されず、例えば、平面視にて、円形状、十字形状、四角形以外の多角形状等をなしていてもよい。
このような第２の可動部６１の上面には、光反射面４１１を有する光反射部４１が、固定部４２を介して固定されている。
また、第２の可動部６１の下面には、第２のコイル５５が設けられていてもよい。この第２のコイル５５は、図示しないが、１対の配線を介して、支持部２２Ｂ上に設けられた１対の電極に電気的に接続されている。
【００４９】
第２の連結部６３、６４は、それぞれ、軸線Ｙ１に沿って長い長手形状をなしており、弾性変形可能である。第２の連結部６３、６４は、それぞれ、第２の可動部６１を第１の可動部２１Ｂに対して回動可能とするように、第２の可動部６１と第１の可動部２１Ｂとを連結している。このような第２の連結部６３、６４は、互いに同軸的に設けられており、軸線Ｙ１を中心として、第２の可動部６１が第１の可動部２１Ｂに対して回動するように構成されている。
ここで、第１の可動部２１Ｂは、１対の連結部６３、６４を支持する支持部６２を構成するとも言える。
【００５０】
このような基体２Ｂの２つの振動系を駆動する駆動手段５Ｂは、前述した第１のコイル５４と、第２のコイル５５と、１対の永久磁石５６、５７と、第１のコイル５４および第２のコイル５５に通電する電源（図示せず）とを有する。
１対の永久磁石５６、５７は、平面視にて、基体２Ｂを介して対向して設けられている。この１対の永久磁石５６、５７は、平面視にて軸線Ｘ１、Ｙ１の双方に傾斜する軸線ａに沿って基体２Ｂを貫く磁界を発生させるように設けられている。
【００５１】
ここで、平面視における軸線Ｘ１、Ｙ１に対する軸線ａの傾斜角度は、３０〜６０度であるのが好ましく、４０〜５０度であるのがより好ましく、ほぼ４５度であるのがさらに好ましい。このように永久磁石５６、５７を設けることで、円滑に、第１の可動部２１Ｂを軸線Ｘ１、Ｙ１まわりにそれぞれ回動させることができる。本実施形態では、線分ａは、軸線Ｘ１、Ｙ１に対して約４５度傾斜している。
【００５２】
このような１対の永久磁石５６、５７による磁界のもと、図示しない電源は、第１のコイル５４に、第１の周波数で電圧または電流が周期的に変化する第１の電圧が印加するとともに、第２のコイル５５に、第２の周波数で電圧または電流が周期的に変化する第２の電圧を印加すると、第１の可動部２１Ｂが軸線Ｘ１まわりに第１の周波数で回動するとともに、第２の可動部６１が軸線Ｙ１まわりに第２の周波数で回動する。
【００５３】
これにより、光スキャナー１Ｂは、１つの光スキャナーで光を２次元的に走査することができる。そのため、２次元走査を必要とする機器の小型化を図ることができる。また、このような光スキャナー１Ｂを用いると、１次元走査の光スキャナーを２つ組み合わせて２次元走査を実現する場合のような２つの光スキャナー間のアライメントが不要であるため、２次元走査を必要とする機器の製造が容易となる。
【００５４】
以上説明したような光スキャナーは、例えば、プロジェクター、レーザープリンター、イメージング用ディスプレイ、バーコードリーダー、走査型共焦点顕微鏡などの画像形成装置に好適に適用することができる。その結果、優れた描画特性を有する画像形成装置を提供することができる。
このような画像形成装置よれば、前述したような光スキャナー１を有するので、安価で、信頼性に優れる。
【００５５】
以上説明したような第３実施形態によっても、振動系を有する基体２Ｂ上に導体パターンを設けた構成において、光反射面の静たわみを低減することが出来る。
【００５６】
（画像形成装置）
ここで、本発明の画像形成装置の実施形態を説明する。
（プロジェクター）
図７は、本発明の画像形成装置の実施形態（プロジェクター）を示す概略図である。なお、以下では、説明の便宜上、スクリーンＳＣの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。
【００５７】
図７に示すプロジェクター９は、レーザーなどの光を照出する光源装置９１と、クロスダイクロイックプリズム９２と、１対の本発明の光スキャナー９３、９４（例えば、光スキャナー１と同様の構成の光スキャナー）と、固定ミラー９５とを有している。
光源装置９１は、赤色光を照出する赤色光源装置９１１と、青色光を照出する青色光源装置９１２と、緑色光を照出する緑色光源装置９１３とを備えている。
クロスダイクロイックプリズム９２は、４つの直角プリズムを貼り合わせて構成され、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。
【００５８】
このようなプロジェクター９は、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから、図示しないホストコンピューターからの画像情報に基づいて照出された光をクロスダイクロイックプリズム９２で合成し、この合成された光が、光スキャナー９３、９４によって走査され、さらに固定ミラー９５によって反射され、スクリーンＳＣ上でカラー画像を形成するように構成されている。
【００５９】
ここで、光スキャナー９３、９４の光走査について具体的に説明する。
まず、クロスダイクロイックプリズム９２で合成された光は、光スキャナー９３によって横方向に走査される（主走査）。そして、この横方向に走査された光は、光スキャナー９４によってさらに縦方向に走査される（副走査）。これにより、２次元カラー画像をスクリーンＳＣ上に形成することができる。このような光スキャナー９３、９４として本発明の光スキャナーを用いることで、極めて優れた描画特性を発揮することができる。
【００６０】
ただし、プロジェクター９としては、光スキャナーにより光を走査し、対象物に画像を形成するように構成されていれば、これに限定されず、例えば、固定ミラー９５を省略してもよい。
このように構成されたプロジェクター９によれば、前述した光スキャナー１と同様の構成の光スキャナー９３、９４を備えるので、安価に、高品位な画像を得ることができる。
【００６１】
（ヘッドアップディスプレイ）
図８は、本発明の画像形成装置の実施形態（ヘッドアップディスプレイ）を示す概略図である。なお、以下では、前述したプロジェクター９と同様の構成については、その説明を省略する。
図８に示すヘッドアップディスプレイ９Ａは、自動車、飛行機等の移動体において、各種情報をフロントウインドウＳＣ１に投影する装置である。
【００６２】
このヘッドアップディスプレイ９Ａは、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２および緑色光源装置９１３と、クロスダイクロイックプリズム９２と、１対の本発明の光スキャナー９３、９４と、固定ミラー９５Ａとを有している。
ここで、固定ミラー９５Ａは、凹面ミラーであり、光スキャナー９４からの光をフロントウインドウＳＣ１に投影する。すると、移動体の操縦者は、フロントウインドウＳＣ１に対して前方に位置する仮想面ＳＣ２に虚像として表示像を視認することができる。
【００６３】
以上、本発明のアクチュエーターの製造方法、アクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のアクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。また、本発明のアクチュエーターの製造方法では、任意の工程を付加することもできる。
【００６４】
また、前述した実施形態では、可動部が平面視において回動中心軸およびそれに垂直な線分の少なくとも一方に対して対称な形状をなす場合を説明したが、これに限定されず、可動部が平面視において回動中心軸およびそれに垂直な線分のいずれに対しても非対称な形状をなしていてもよい。
また、前述した実施形態では、可動部を支持部に対して回動可能に連結する連結部が１対設けられた場合を例に説明したが、可動部を支持部に対して回動可能に連結するものであれば、連結部の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
【００６５】
また、前述した実施形態では、本発明のアクチュエーターを光スキャナーに適用した場合を例に説明したが、本発明のアクチュエーターは、これに限定されず、例えば、光スイッチ、光アッテネーター等の他の光学デバイスに適用することも可能である。
また、前述した実施形態では、可動部を回動させる駆動手段がムービングコイル型の電磁駆動方式を採用した構成を例に説明したが、かかる駆動手段は、ムービングマグネット型の電磁駆動方式であってもよいし、また、静電駆動方式、圧電駆動方式等の電磁駆動方式以外の駆動方式を採用するものであってもよい。
また、前述した実施形態では、基体上に絶縁層を介して設けた導体パターンがコイルを有する場合を例に説明したが、かかる導体パターンは、電気的導通のためのものであれば、これに限定されず、例えば、各種駆動源への通電のための配線、各種センサーに接続された配線等を含むものであってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１、１Ａ、１Ｂ、２Ｂ…光スキャナー ２、２Ａ、２Ｂ…基体 ３…支持体 ４…ミラー保持体 ５、５Ｂ…駆動手段 ８…導体パターン ９…プロジェクター ９Ａ…ヘッドアップディスプレイ ２１、２１Ｂ…可動部 ２２、２２Ａ、２２ａ、２２Ｂ、２２ｂ…支持部 ２３、２３Ｂ…連結部 ２４、２４Ｂ…連結部 ３１…凹部 ３２…板状部 ３３…枠状部 ４１…光反射部 ４２…固定部 ５１…コイル ５２…永久磁石 ５３…永久磁石 ５４、５５…コイル ５６、５７…永久磁石 ６１…可動部 ６２…支持部 ６３、６４…連結部 ７１１、７１２、７１３…絶縁層 ７２、７２Ｂ…配線 ７３、７３Ｂ…電極 ７４、７４Ｂ…配線 ７５、７５Ｂ…電極 ９１…光源装置 ９２…クロスダイクロイックプリズム ９３…光スキャナー ９４…光スキャナー ９５、９５Ａ…固定ミラー １０２…シリコン基板 １２１…可動部 ２１１…凹部 ２９０…接着剤 ４１１…光反射面 ９１１…赤色光源装置 ９１２…青色光源装置 ９１３…緑色光源装置 ＳＣ…スクリーン ＳＣ１…フロントウインドウ ＳＣ２…仮想面 Ｘ…回動中心軸。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、
光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、
前記可動部に設けられるコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生する磁石と、を備えることを特徴とするアクチュエーター。
【請求項２】
前記光反射部と前記固定部とは一体に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエーター。
【請求項３】
揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、
光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、
前記可動部に設けられるコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生する磁石と、を備えることを特徴とする光スキャナー。
【請求項４】
光を出射する光源と、
前記光源からの光を走査する光スキャナーと、を備え、
前記光スキャナーは、
揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、
光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、
前記可動部に設けられるコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生する磁石と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、
光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、
前記可動部に設けられるコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生する磁石と、を備えることを特徴とするアクチュエーター。
【請求項２】
前記光反射部と前記固定部とは一体に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエーター。
【請求項３】
揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、
光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、
前記可動部に設けられるコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生する磁石と、を備えることを特徴とする光スキャナー。
【請求項４】
光を出射する光源と、
前記光源からの光を走査する光スキャナーと、を備え、
前記光スキャナーは、
揺動軸まわりに揺動可能な可動部、前記可動部から延出する連結部、および連結部を支持する支持部、を含む基体と、
光反射面を有する光反射部、および前記光反射部から延出し前記可動部に固定される固定部、を含むミラー保持体と、
前記可動部に設けられるコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生する磁石と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９７０２６（Ｐ２０１３−９７０２６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６９３５（Ｐ２０１１−２３６９３５）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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