光スキャナ、光走査装置、画像形成装置及び光スキャナの製造方法
【課題】光スキャナの共振周波数のばらつきを抑える。
【解決手段】可動板１０１、トーションバー１０３、フレーム部１０５がシリコン単結晶の基板を加工して一体形成された光スキャナ。基板の一面からのエッチング工程により、凹部１０２とトーションバー１０３が加工される。凹部１０２の底面と、トーションバー１０３の一面（図の上面）は同じ高さ位置にある。エッチング誤差があっても、可動板１０１の慣性モーメントの増減とトーションバー１０３のバネ定数の増減の影響が相殺されるため、共振周波数の変動が抑えられるため、共振周波数のばらつきの少ない光スキャナを実現できる。
【解決手段】可動板１０１、トーションバー１０３、フレーム部１０５がシリコン単結晶の基板を加工して一体形成された光スキャナ。基板の一面からのエッチング工程により、凹部１０２とトーションバー１０３が加工される。凹部１０２の底面と、トーションバー１０３の一面（図の上面）は同じ高さ位置にある。エッチング誤差があっても、可動板１０１の慣性モーメントの増減とトーションバー１０３のバネ定数の増減の影響が相殺されるため、共振周波数の変動が抑えられるため、共振周波数のばらつきの少ない光スキャナを実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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光スキャナ（光偏向器）、それを用いた光走査装置及び画像形成装置並びに光スキャナの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光等の光ビームを走査する光走査装置は、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イ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。
【０００３】
そのような光スキャナの例を図７（ａ）に示す。この光スキャナは、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（トーションバー）として支持された可動板であるミラー１と、ミラー１に設けた可動電極８と、可動電極８に対向して固定部材５に設けた固定電極９を有し、可動電極８と固定電極９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を往復振動させることができる。
【０００４】
図７（ｂ）は、光スキャナをミラー１の断面方向から見た図であり、トーションバー３を捻りの中心としてミラー３が矢印の方向に往復振動する様子を示している。
【０００５】
この光スキャナは次のようにして作られる。基板の片面にレジスト膜をスピンコートで形成する。次に、フォトリソグラフィ法で、フレーム部５、ミラー部１、梁部３、可動電極部８、固定電極部９、分離溝６を形成するフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、そのパターンを形成したレジスト膜を用いて、ドライエッチング法で形状を形成する。その後、所定の位置に可動電極部８、固定電極部９を形成する。
【０００６】
このような光スキャナを複数個用いる図８に示すような光走査装置が提案されている。図示のように、ベース３１上に複数の光スキャナ４が配備されている。３０は光スキャナ４に駆動電圧を印加する駆動装置である。２８はレーザー光源、２９は光スキャナ４のミラー１により反射されたレーザービームである。
【０００７】
このような光走査装置を用いた画像形成装置として、図９に示すようなレーザープリンタが提案されている。このレーザープリンタ６６は、図８に示した光走査装置６０と、光走査装置６０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６５と、感光体６５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６２と、感光体６５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６３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６４と、被記録体上のトナー像を定着させるための定着手段６７とを備える。
【０００８】
図１０は、レーザープリンタ６６の光走査装置６０と感光体６５を上から見た図である。光スキャナ４が主走査方向に複数配置されている。レーザー光源２８は、画像信号生成装置（図示せず）による画像信号に基づき発光する。レーザー光源２８より照射されるレーサービームは、光走査装置６０に入射する。光走査装置６０のミラー１により偏向された反射レーザー光２９が感光体６５を走査し静電潜像を形成する。
【０００９】
このような画像形成装置では、光走査装置６０を構成する光スキャナの共振周波数のばらつきが問題となる。光スキャナの共振周波数ｆ０は例えば図１１のように、ばらつきがある。このような共振周波数のばらつきについて、図７（ａ）に示した構成の光スキャナを例に説明する。
【００１０】
ミラー１の共振周波数ｆ０は概略次式で表される。
ｆ０＝１／２π√（Ｋ／Ｉ） ・・・（１）
但し、Ｉはミラー１の慣性モーメント、Ｋは２本の弾性部材（トーションバー）３によって決まるバネ定数である。慣性モーメントＭは、ミラー１の形状と、その材料の比重により決まる。バネ定数Ｋは、トーションバー３の形状と、その材料の弾性定数によって決まる。
【００１１】
このような光スキャナは、前述したように、フォトリソグラフィによるエッチングマスクの形成と、そのエッチングマスクを用いたエッチングで形状を形成することが一般に行われる。形状形成時の形状のばらつきは、ミラーの慣性モーメント、トーションバーのバネ定数のばらつきを生じさせ、その結果、式１で示される共振周波数ｆ０のばらつきが生じることになる。複数の光スキャナを有する光走査装置６０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７（ｂ）に示すミラーの振れ角θにばらつきを生じ、各光スキャナで作成される画像の継ぎ目に乱れが生じ良好な画像を得られない。
【００１２】
さて、高速動作を必要とする機械要素においては、その慣性が駆動スピードの大きな阻害要素となる。特に、所定角度内を回動振動する機械要素では慣性モーメントを低減する必要があるが、その際、駆動する機械要素の剛性を低下させないように配慮するのが一般的である。そのような目的で、機械要素を中空構造とする方法や補強材（以下、リブという）を固着する方法等が広く知られている。
【００１３】
前述したような、光スキャナもしくは光偏向器をレーザビームプリンタ、ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置やバーコードリーダ等の入力デバイスの光取り入れ装置等に用いる場合においても、微小ミラーには、高速駆動と高剛性という２つの性能が求められる。特に、微小ミラーの剛性が不足している場合、駆動時に微小ミラーが自重による慣性力を受けてミラー面が大きく撓んでしまう。この動撓みは、ミラーの光学特性を著しく低下させ、光偏向器の性能を損なってしまう。また、この種の光偏向器においてはアクチュエータの駆動力が制限される場合が多く、高速駆動のために弾性支持部のバネ剛性を高くすると、偏向角が著しく低下してしまうという課題がある。そのため、可動部分である微小ミラーの慣性モーメントを低減させる必要がある。
【００１４】
従来、微小ミラーの慣性モーメントを低減するための様々な提案がなされている。
【００１５】
図１２は、特許文献１における提案のひとつを示している。図１２において、光偏向器１は支持基板２に可動板６の両端がねじり揺動運動軸に相当する弾性支持体（ねじりバネ）３で支持された構造となっている。ねじりバネ３は可動板６をＣ軸（つまりねじり軸）を中心に弾性的にＥ方向、つまり時計回り方向と反時計回り方向の両方向にねじれ振動自在に支持するものである。また、可動板６の一方の面は反射面４（図中裏面側で不図示）となっていて、可動板６のＥ方向のねじれにより反射面４に入射する入射光を所定変位角偏向するものである。なお、可動板６はその両側がそれぞれねじりバネ３と接続しているため、支持基板２によって支持されている。また可動板６は、ねじり揺動するがＣ軸を中心に回転はしない。また図中、Ｄで示す矢印方向は、ねじり軸Ｃと垂直で可動板６の反射面４が形成される面と平行な向きを示しており、特に、Ｄの矢印方向を「ねじり軸から離れる方向」とする。ここで、可動板６にＤ方向を法線とする面（以下側面と称するがこの側面とは可動板６のうち反射面即ち本図において不図示である裏面に対する側面のこと）が陥没状になるように凹部５Ａが形成され、可動板６の反射面４が形成されない面（以下こちらの面を裏面と称す）には、ねじり軸の両側に陥没状の構造となるように複数の凹部５Ｂ，５Ｃが形成されている。従って、可動板６はねじり軸Ｃ付近が最も肉厚であり、ねじり軸Ｃ上、つまり可動板６裏面のうちねじりバネ３の延長上に位置する領域には凹部は設けられていない。そして反射面４を支える可動板６の質量はねじり軸から離れるに従って小さくなっている。このような構成にすることで可動板６（ミラー）の慣性モーメントを減少させる。
【００１６】
図１３は特許文献１における別の提案を示し、図１２の場合と同様にミラーの裏面にリブ部５Ａ’，５Ｂ‘、５Ｃ’等を形成している。更に、図１４に示すように、リブの深さを場所により変えて慣性モーメントを減少させる。
【００１７】
図１５は特許文献１における別の提案を示している。ミラーの裏面に段差４を形成し、この段差を階段状にすることによって場所によりリブの深さを変え、慣性モーメントを減少させる。
【００１８】
図１６は特許文献２における提案を示している。ミラー基板３の裏側に、複数の凹部７を形成する。複数の凹部７はシリコン部材で形成される。複数の凹部７は、複数のリブ８と底板部により構成される。この提案では曲げ剛性分布が一定となるように、各領域ｊの凹部７の大きさを変える。
【００１９】
図１７は特許文献２における別の提案を示している。ミラー基板３の裏側に、ある一定の曲げ剛性分布となるように階段状の複数の領域６を配置する。なお、階段状の複数の領域６はシリコン部材で形成される。
【００２０】
【特許文献１】特許第３７４０４４４号公報
【特許文献２】特開２００５−３００９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかし、以上のようなミラー部分の慣性モーメントの軽減策には以下のような問題がある。
【００２２】
トーションバーの厚さに関し、特許文献１には次の記載がある。
「光偏向器は、例えば、反射面４が１ｍｍ×１ｍｍの大きさとし、光の最大偏向角が約３５度、光偏向器の共振周波数が約２２ｋＨｚで、ねじりバネ３の幅が７５μｍ、ねじりバネ３の片側の長さが３０００μｍとなっている。可動板６とねじりバネ３の厚さは支持基板２の厚さと同じの２００μｍとなっているが、ねじりバネ３の形成予定部分を形成前にエッチングにより掘り下げておくことにより、ねじりバネ３の厚さをより薄く構成することも可能である。その場合、ねじりバネ３の長さをより短く設定することができる。」
すなわち、元となる基板の厚さをそのまま使うか、またはエッチング等でトーションバーの厚さを薄くなるようにするということである。そのため、トーションバーの厚さは、ミラーのリブの深さを決める工程とは別の工程によって決まる。
【００２３】
そこで、従来の提案でミラーの裏面にリブ構造を設ける場合、リブの深さは加工のエッチング工程で決定される。しかし、一般にエッチングで所定の深さを加工形成する場合には、エッチング深さの誤差が出ることは避けられない。
【００２４】
前述のように、エッチングにより主たる形状を形成するマイクロスキャナはエッチング時のエッチング量のバラツキによる形状の誤差で共振周波数がばらつくが、リブのエッチング加工時に加工深さのバラツキが生じると、それによりミラー部分の慣性モーメントも変動してしまう。
【００２５】
図１８にリブ加工の誤差による周波数変動の例を示す。ミラーの厚さ約２００μｍ、リブの深さが１６０μｍ、慣性モーメントが１．７８×１０−５（ｋｇｆ・ｓ２／ｃｍ）、バネ定数６３４０．６（ｋｇｆ・ｃｍ／ｒａｄ）、共振周波数が３００３Ｈｚの設計であるが、リブの加工誤差により±１０μｍリブ深さの変動があると、±４０Ｈｚの共振周波数のばらつきが生じる。
【００２６】
上記問題点に鑑み、本発明は、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抑制した光スキャナを提供すること、かかるスキャナの好適な製造方法を提供すること、かかるスキャナを用いた動作の安定した光走査装置を提供すること、かかる光走査装置を用い良好な画質の画像形成を行う画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
請求項１に記載の発明は、
基板を加工することにより、可動板、フレーム部、及び、前記可動板を前記フレーム部に支持するトーションバーが一体的に形成されてなり、前記トーションバーを捻り回転軸として前記可動板が往復振動する光スキャナであって、
前記可動板の反射面と反対側の面に、前記基板の第１の面側から加工された所定の深さの凹部を有し、
前記基板の第１の面側の前記トーションバーの面と、前記凹部の底面とが、前記基板の厚み方向の同一位置にあることを特徴とする光スキャナである。
【００２８】
かかる構成の光スキャナにおいては、凹部形成の加工工程で加工が設定より進み（オーバーエッチング）、凹部低部が設計より薄くなり凹部を含む可動板の慣性モーメントが設計値より小さくなっても、同時にトーションバーの基板厚さ方向のサイズも短くなり、トーションバーの断面積が小さくなってトーションバーのバネ定数も小さくなるため、光スキャナの共振周波数の変動幅を小さくすることが可能になる。
【００２９】
また、凹部形成の加工工程で加工程が設定より遅れ（アンダーエッチング）、凹部低部が設計より厚くなり凹部を含む可動板の慣性モーメントが設計値より大きくなっても、同時にトーションバーの基板厚さ方向のサイズも長くなり、トーションバーの断面積が大きくなってトーションバーのバネ定数が大きくなるため、光スキャナの共振周波数の変動幅を小さくすることが可能になる。
【００３０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光スキャナにおいて、
前記可動板の慣性モーメントの設計値をＩ、前記トーションバーのバネ定数の設計値をＫ、前記凹部及び前記トーションバネの前記基板の厚さ方向の加工誤差をΔＤとするとき、
前記加工誤差ΔＤにより生じる前記可動板の慣性モーメントの設計値との差ΔＩと前記トーションバーのバネ定数の設計値との差ΔＫが、
ΔＩ＝（ΔＫ／Ｋ）Ｉ
となるような前記凹部の底面積と前記トーションバーの被加工面積の関係を有することを特徴とする光スキャナである。
【００３１】
かかる構成の光スキャナにおいては、凹部形成の加工工程で加工が設定からずれ（オーバーエッチング又はアンダーエッチング）、凹部の深さが設計よりΔＤだけずれ、それにより凹部を含む可動板の慣性モーメントが設計値よりΔＩだけずれても、同時にトーションバーの基板厚さ方向のサイズもΔＤだけずれ、それによりトーションバーのバネ定数もΔＫだけずれる。そして、ΔＩ＝（ΔＫ／Ｋ）Ｉの関係を満たすので
Ｋ＋ΔＫ／Ｉ＋ΔＩ＝Ｋ／Ｉ
となるため、光スキャナの共振周波数の変動を効果的に抑制することが可能になる。
【００３２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光スキャナの製造方法であって、前記前記基板の第１の面側の前記トーションバーの面と前記凹部の底面とを、同一の加工工程によって形成することを特徴とする製造方法である。また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の製造方法において、前記加工工程はエッチング工程であることを特徴とする製造方法である。
【００３３】
このように、同一の加工工程での加工誤差は凹部形成とトーションバー形成の両方に均等であるため、共振振動数のばらつきの少ない光スキャナを作成できる。
【００３４】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の光スキャナと、該光スキャナに光を照射する光源とを有することを特徴とする光走査装置である。光スキャナの共振周波数のばらつきが小さいため、駆動周波数のばらつきの少ない光走査装置を実現できる。
【００３５】
請求項６に記載の発明は、前記光スキャナ及び前記光源を複数組有することを特徴とする請求項５に記載の光走査装置である。それぞれの光スキャナの共振周波数のばらつきが小さく駆動周波数が揃うため、各光スキャナによる走査の継ぎ目の乱れの少ない光走査装置を実現できる。
【００３６】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の光走査装置と、該光走査装置により走査されて静電潜像が形成される感光体と、該静電潜像をトナー像にする現像手段と、該トナー像を用紙に転写する転写手段とを備えることを特徴とする画像形成装置である。光走査装置の駆動周波数のバラツキが少なく、また、各光スキャナによる走査の継ぎ目の乱れが少ないため、安定した性能の画像形成装置を実現できる。
【発明の効果】
【００３７】
以上に述べたように、本発明によれば、共振周波数のばらつきの小さい光スキャナを提供することができ、かかるスキャナの好適な製造方法を提供することができ、かかるスキャナを用いた動作の安定した光走査装置を提供することができ、また、かかる光走査装置を用い良好な画質の画像形成を行う画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について添付図面を用い説明する。
【００３９】
図１及び図２は本発明の光スキャナの斜視図及び平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’断面図である。なお、図１乃至図３は光スキャナの主要部のみを示すものであって、駆動用電極等は省略されている。
【００４０】
この光スキャナは、シリコン単結晶の基板を用い一体的に形成されるものであって、ミラー部材としての可動板１０１、フレーム部１０５と、可動板１０１をフレーム部１０５に揺動可能に支持する一対のトーションバー３とを備える。可動板１０１の一方の面には反射面１０４が形成され、その反対側の面１０６には断面矩形の複数の凹部１０２が形成されている。各凹部１０２の壁部がリブとして作用する。
【００４１】
トーションバー１０３と凹部１０２は基板の同一面側から同一工程で加工されることにより、図３に示すように、凹部１０２の底面１０９と可動板１０１の反射面１０４との距離１０８（凹部底部の厚さ）と、トーションバー１０３の厚さ（基板厚み方向のサイズ）１０７は等しくなっている。換言すれば、凹部１０２の底面１０９とトーションバー１０３の一面（図３における上面）が基板厚さ方向の同一位置にある。
【００４２】
また、トーションバー１０３の上部１１０の形状と凹部の底面９の面積について、請求項２の関係、すなわちΔＩ＝（ΔＫ／Ｋ）Ｉを満たすように、トーションバー１０３と凹部１０２が設計されている。
【００４３】
次に、この光スキャナの製作方法について説明する。
【００４４】
［製作方法１］
図４を参照し、本発明の光スキャナの製作方法１について説明する。
【００４５】
工程（ａ）：シリコン単結晶の基板２２０の片面にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法で、フレーム部１０５、可動板１０１を形成するためのフォトマスクを用いてレジストを現像定着することにより、パターニングされたレジスト膜２２０を形成する。
【００４６】
工程（ｂ）：このレジスト膜２２０をマスクとして用いて、ドライエッチング法で基板が貫通するまでエッチングし、可動板１０１、フレーム部１０５、トーションバー１０３を形成する。この時点では、トーションバー１０７は可動板１０１及びフレーム部１０５と同じ厚さである。このレジスト膜の残りはエッチング加工後に除去する。
【００４７】
工程（ｃ）：可動板１０１、フレーム部１０５、トーションバー１０３の加工が済んだ基板に更にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法で、凹部１０２、トーションバー１０７を形成するためのフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、パターニングされたレジスト膜２３０を形成する。
【００４８】
工程（ｄ）：このレジスト膜２３０を用いて、ドライエッチング法で所定の深さまでエッチングし、凹部１０２を形成する。このときに、トーションバー１０３も所定の深さまでエッチングされるため、トーションバー１０３の上面と凹部１０２の底面は同じ高さ位置にある。
【００４９】
工程（ｅ）：レジスト膜の残りをエッチング加工後に除去する。これで、反射面１０４を形成すれば図１乃至図３に示した光スキャナを得られる。
【００５０】
なお、工程（ｅ）でエッチング誤差が生じ、凹部１０２の底部の厚さに誤差が生じても、トーションバー１０３の厚さに同じ誤差が生じるため、ミラー部である可動板１０１の慣性モーメントへの加工誤差の影響とトーションバー１０３のバネ定数への加工誤差による影響は相殺され、したがって光スキャナの共振周波数の変動は抑えられる。
【００５１】
［製作方法２］
図５を参照し、本発明の光スキャナの製作方法２について説明する。
【００５２】
工程（ａ）：シリコン単結晶の基板３１０の片面にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法で、凹部１０２、トーションバー１０７を形成するためのフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、パターニングされたレジスト膜３３０を形成する。
【００５３】
工程（ｂ）：このレジスト膜３３０を用いて、ドライエッチング法で所定の深さまでエッチングし、凹部１０２、トーションバー１０３の上面を形成する。このレジスト膜の残りはエッチング加工後に除去する。凹部１０２の底面とトーションバー１０３の上面は同じ高さ位置になる。
【００５４】
工程（ｃ）：加工後の基板に更にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法で、フレーム部１０５、可動板１０１を形成するためのフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、パターンニングされたレジスト膜３２０を形成する。
【００５５】
工程（ｄ）このレジスト膜３２０を用いて、ドライエッチング法で基板を貫通するまでエッチングし、可動板１０１、フレーム部１０５、トーションバー１０７を形成する。
【００５６】
工程（ｅ）レジスト膜の残りをエッチング加工後に除去する。これで、反射面１０４を形成すれば図１乃至図３に示した光スキャナを得られる。
【００５７】
この製作方法においても、工程（ｂ）でエッチング誤差により凹部１０２の底部の厚さに誤差が生じても、トーションバー１０３の厚さにも同じ誤差を生じるため、可動板１０１の慣性モーメントへの加工誤差の影響とトーションバー１０３のバネ定数への加工誤差による影響は相殺され、したがって光スキャナの共振周波数の変動は抑えられる。
【００５８】
［製作方法３］
図６を参照し、本発明の光スキャナの製作方法３について説明する。
【００５９】
工程（ａ）：シリコン単結晶の基板４１０の片面に酸化シリコン膜を形成し、更にその上にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法で、フレーム部１０５、可動板１０１、トーションバー１０７、凹部１０２を形成するフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、その後、そのレジストマスクを用いて酸化シリコン膜をエッチングし、パターニングされた酸化シリコン膜マスク４４０を形成する。この酸化シリコン膜マスク４０は、可動板１０１とフレーム部１０５との分離部及びトーションバー１０７の外周は貫通しているが、凹部１０２とトーションバー１０７の上面は途中の深さまでエッチングされている２段エッチング用のマスクである。
【００６０】
工程（ｂ）：この酸化シリコン膜マスク４０を用いて、ドライエッチング法で、フレーム部１０５と可動板１０１との分離部をエッチングする。この場合、エッチングによりシリコン基板がエッチングされるが、同時に酸化シリコン膜マスク４４０もエッチングされる。この酸化シリコン膜マスク４４０の途中までエッチングされている部分が、シリコン基板のエッチングで同時にエッチングされ、エッチングの途中で凹部１０２及びトーションバー１０３上面に対応する部分の酸化シリコン膜が無くなる。
【００６１】
工程（ｃ）：可動板１０１とフレーム部１０５の分離部が貫通するまでエッチングを進める。これにより、可動板１０１とフレーム部１０５が形成されると同時にトーションバー１０７と凹部１０２も形成される。このときのトーションバーの上面と凹部１０２の底面は同じ高さ位置にある。エッチング加工後にレジスト膜の残りを除去する。
【００６２】
工程（ｄ）：酸化シリコン膜の残りをエッチング加工後に除去する。これで、反射面１０４を形成すれば、図１乃至図３に示した光スキャナを得られる。
【００６３】
この製作方法においても、工程（ｂ）（ｃ）でエッチング誤差が生じ、凹部１０２の底部の厚さに誤差が生じても、トーションバー１０３の厚さにも同じ誤差が生じるため、可動板１０１の慣性モーメントへの加工誤差の影響とトーションバー１０３のバネ定数への加工誤差による影響は相殺され、したがって光スキャナの共振周波数の変動は抑えられる。
【００６４】
以上、本発明の光スキャナとその製造方法について実施形態を説明した。しかし、本発明はそれら実施形態にのみ限定されるものではなく、様々な変形が可能である。かかる変形した態様も本発明に包含される。
【００６５】
本発明の光スキャナは共振振動数のばらつきが少ないため、例えば図８に示したような光走査装置用の光スキャナとして好適である。本発明の光スキャナと光源を１組以上備える図８に示したような光走査装置も本発明に包含される。また、かかる光走査装置を用いた図９に示すような画像形成装置も本発明に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の光スキャナの概略斜視図である。
【図２】本発明の光スキャナの概略平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】本発明の光スキャナの製造工程説明図である。
【図５】本発明の光スキャナの製造工程説明図である。
【図６】本発明の光スキャナの製造工程説明図である。
【図７】光スキャナの説明図である。
【図８】複数の光スキャナを用いた光走査装置の説明図である。
【図９】光走査装置を用いる画像形成装置の説明図である。
【図１０】画像形成装置における光走査装置及び感光体の説明図である。
【図１１】光スキャナの共振周波数のばらつきを示す図である。
【図１２】従来技術を示す斜視図である。
【図１３】従来技術を示す斜視図である。
【図１４】従来技術を示す平面図及び断面図である。
【図１５】従来技術を示す斜視図である。
【図１６】従来技術を示す斜視図である。
【図１７】従来技術を示す斜視図である。
【図１８】リブの深さと共振周波数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１０１ 可動板（ミラー部）
１０２ 凹部
１０３ トーションバー
１０４ 反射面
１０５ フレーム部
【技術分野】
【０００１】
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光スキャナ（光偏向器）、それを用いた光走査装置及び画像形成装置並びに光スキャナの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光等の光ビームを走査する光走査装置は、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イ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。
【０００３】
そのような光スキャナの例を図７（ａ）に示す。この光スキャナは、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（トーションバー）として支持された可動板であるミラー１と、ミラー１に設けた可動電極８と、可動電極８に対向して固定部材５に設けた固定電極９を有し、可動電極８と固定電極９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を往復振動させることができる。
【０００４】
図７（ｂ）は、光スキャナをミラー１の断面方向から見た図であり、トーションバー３を捻りの中心としてミラー３が矢印の方向に往復振動する様子を示している。
【０００５】
この光スキャナは次のようにして作られる。基板の片面にレジスト膜をスピンコートで形成する。次に、フォトリソグラフィ法で、フレーム部５、ミラー部１、梁部３、可動電極部８、固定電極部９、分離溝６を形成するフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、そのパターンを形成したレジスト膜を用いて、ドライエッチング法で形状を形成する。その後、所定の位置に可動電極部８、固定電極部９を形成する。
【０００６】
このような光スキャナを複数個用いる図８に示すような光走査装置が提案されている。図示のように、ベース３１上に複数の光スキャナ４が配備されている。３０は光スキャナ４に駆動電圧を印加する駆動装置である。２８はレーザー光源、２９は光スキャナ４のミラー１により反射されたレーザービームである。
【０００７】
このような光走査装置を用いた画像形成装置として、図９に示すようなレーザープリンタが提案されている。このレーザープリンタ６６は、図８に示した光走査装置６０と、光走査装置６０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６５と、感光体６５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６２と、感光体６５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６３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６４と、被記録体上のトナー像を定着させるための定着手段６７とを備える。
【０００８】
図１０は、レーザープリンタ６６の光走査装置６０と感光体６５を上から見た図である。光スキャナ４が主走査方向に複数配置されている。レーザー光源２８は、画像信号生成装置（図示せず）による画像信号に基づき発光する。レーザー光源２８より照射されるレーサービームは、光走査装置６０に入射する。光走査装置６０のミラー１により偏向された反射レーザー光２９が感光体６５を走査し静電潜像を形成する。
【０００９】
このような画像形成装置では、光走査装置６０を構成する光スキャナの共振周波数のばらつきが問題となる。光スキャナの共振周波数ｆ０は例えば図１１のように、ばらつきがある。このような共振周波数のばらつきについて、図７（ａ）に示した構成の光スキャナを例に説明する。
【００１０】
ミラー１の共振周波数ｆ０は概略次式で表される。
ｆ０＝１／２π√（Ｋ／Ｉ） ・・・（１）
但し、Ｉはミラー１の慣性モーメント、Ｋは２本の弾性部材（トーションバー）３によって決まるバネ定数である。慣性モーメントＭは、ミラー１の形状と、その材料の比重により決まる。バネ定数Ｋは、トーションバー３の形状と、その材料の弾性定数によって決まる。
【００１１】
このような光スキャナは、前述したように、フォトリソグラフィによるエッチングマスクの形成と、そのエッチングマスクを用いたエッチングで形状を形成することが一般に行われる。形状形成時の形状のばらつきは、ミラーの慣性モーメント、トーションバーのバネ定数のばらつきを生じさせ、その結果、式１で示される共振周波数ｆ０のばらつきが生じることになる。複数の光スキャナを有する光走査装置６０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７（ｂ）に示すミラーの振れ角θにばらつきを生じ、各光スキャナで作成される画像の継ぎ目に乱れが生じ良好な画像を得られない。
【００１２】
さて、高速動作を必要とする機械要素においては、その慣性が駆動スピードの大きな阻害要素となる。特に、所定角度内を回動振動する機械要素では慣性モーメントを低減する必要があるが、その際、駆動する機械要素の剛性を低下させないように配慮するのが一般的である。そのような目的で、機械要素を中空構造とする方法や補強材（以下、リブという）を固着する方法等が広く知られている。
【００１３】
前述したような、光スキャナもしくは光偏向器をレーザビームプリンタ、ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置やバーコードリーダ等の入力デバイスの光取り入れ装置等に用いる場合においても、微小ミラーには、高速駆動と高剛性という２つの性能が求められる。特に、微小ミラーの剛性が不足している場合、駆動時に微小ミラーが自重による慣性力を受けてミラー面が大きく撓んでしまう。この動撓みは、ミラーの光学特性を著しく低下させ、光偏向器の性能を損なってしまう。また、この種の光偏向器においてはアクチュエータの駆動力が制限される場合が多く、高速駆動のために弾性支持部のバネ剛性を高くすると、偏向角が著しく低下してしまうという課題がある。そのため、可動部分である微小ミラーの慣性モーメントを低減させる必要がある。
【００１４】
従来、微小ミラーの慣性モーメントを低減するための様々な提案がなされている。
【００１５】
図１２は、特許文献１における提案のひとつを示している。図１２において、光偏向器１は支持基板２に可動板６の両端がねじり揺動運動軸に相当する弾性支持体（ねじりバネ）３で支持された構造となっている。ねじりバネ３は可動板６をＣ軸（つまりねじり軸）を中心に弾性的にＥ方向、つまり時計回り方向と反時計回り方向の両方向にねじれ振動自在に支持するものである。また、可動板６の一方の面は反射面４（図中裏面側で不図示）となっていて、可動板６のＥ方向のねじれにより反射面４に入射する入射光を所定変位角偏向するものである。なお、可動板６はその両側がそれぞれねじりバネ３と接続しているため、支持基板２によって支持されている。また可動板６は、ねじり揺動するがＣ軸を中心に回転はしない。また図中、Ｄで示す矢印方向は、ねじり軸Ｃと垂直で可動板６の反射面４が形成される面と平行な向きを示しており、特に、Ｄの矢印方向を「ねじり軸から離れる方向」とする。ここで、可動板６にＤ方向を法線とする面（以下側面と称するがこの側面とは可動板６のうち反射面即ち本図において不図示である裏面に対する側面のこと）が陥没状になるように凹部５Ａが形成され、可動板６の反射面４が形成されない面（以下こちらの面を裏面と称す）には、ねじり軸の両側に陥没状の構造となるように複数の凹部５Ｂ，５Ｃが形成されている。従って、可動板６はねじり軸Ｃ付近が最も肉厚であり、ねじり軸Ｃ上、つまり可動板６裏面のうちねじりバネ３の延長上に位置する領域には凹部は設けられていない。そして反射面４を支える可動板６の質量はねじり軸から離れるに従って小さくなっている。このような構成にすることで可動板６（ミラー）の慣性モーメントを減少させる。
【００１６】
図１３は特許文献１における別の提案を示し、図１２の場合と同様にミラーの裏面にリブ部５Ａ’，５Ｂ‘、５Ｃ’等を形成している。更に、図１４に示すように、リブの深さを場所により変えて慣性モーメントを減少させる。
【００１７】
図１５は特許文献１における別の提案を示している。ミラーの裏面に段差４を形成し、この段差を階段状にすることによって場所によりリブの深さを変え、慣性モーメントを減少させる。
【００１８】
図１６は特許文献２における提案を示している。ミラー基板３の裏側に、複数の凹部７を形成する。複数の凹部７はシリコン部材で形成される。複数の凹部７は、複数のリブ８と底板部により構成される。この提案では曲げ剛性分布が一定となるように、各領域ｊの凹部７の大きさを変える。
【００１９】
図１７は特許文献２における別の提案を示している。ミラー基板３の裏側に、ある一定の曲げ剛性分布となるように階段状の複数の領域６を配置する。なお、階段状の複数の領域６はシリコン部材で形成される。
【００２０】
【特許文献１】特許第３７４０４４４号公報
【特許文献２】特開２００５−３００９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかし、以上のようなミラー部分の慣性モーメントの軽減策には以下のような問題がある。
【００２２】
トーションバーの厚さに関し、特許文献１には次の記載がある。
「光偏向器は、例えば、反射面４が１ｍｍ×１ｍｍの大きさとし、光の最大偏向角が約３５度、光偏向器の共振周波数が約２２ｋＨｚで、ねじりバネ３の幅が７５μｍ、ねじりバネ３の片側の長さが３０００μｍとなっている。可動板６とねじりバネ３の厚さは支持基板２の厚さと同じの２００μｍとなっているが、ねじりバネ３の形成予定部分を形成前にエッチングにより掘り下げておくことにより、ねじりバネ３の厚さをより薄く構成することも可能である。その場合、ねじりバネ３の長さをより短く設定することができる。」
すなわち、元となる基板の厚さをそのまま使うか、またはエッチング等でトーションバーの厚さを薄くなるようにするということである。そのため、トーションバーの厚さは、ミラーのリブの深さを決める工程とは別の工程によって決まる。
【００２３】
そこで、従来の提案でミラーの裏面にリブ構造を設ける場合、リブの深さは加工のエッチング工程で決定される。しかし、一般にエッチングで所定の深さを加工形成する場合には、エッチング深さの誤差が出ることは避けられない。
【００２４】
前述のように、エッチングにより主たる形状を形成するマイクロスキャナはエッチング時のエッチング量のバラツキによる形状の誤差で共振周波数がばらつくが、リブのエッチング加工時に加工深さのバラツキが生じると、それによりミラー部分の慣性モーメントも変動してしまう。
【００２５】
図１８にリブ加工の誤差による周波数変動の例を示す。ミラーの厚さ約２００μｍ、リブの深さが１６０μｍ、慣性モーメントが１．７８×１０−５（ｋｇｆ・ｓ２／ｃｍ）、バネ定数６３４０．６（ｋｇｆ・ｃｍ／ｒａｄ）、共振周波数が３００３Ｈｚの設計であるが、リブの加工誤差により±１０μｍリブ深さの変動があると、±４０Ｈｚの共振周波数のばらつきが生じる。
【００２６】
上記問題点に鑑み、本発明は、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抑制した光スキャナを提供すること、かかるスキャナの好適な製造方法を提供すること、かかるスキャナを用いた動作の安定した光走査装置を提供すること、かかる光走査装置を用い良好な画質の画像形成を行う画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
請求項１に記載の発明は、
基板を加工することにより、可動板、フレーム部、及び、前記可動板を前記フレーム部に支持するトーションバーが一体的に形成されてなり、前記トーションバーを捻り回転軸として前記可動板が往復振動する光スキャナであって、
前記可動板の反射面と反対側の面に、前記基板の第１の面側から加工された所定の深さの凹部を有し、
前記基板の第１の面側の前記トーションバーの面と、前記凹部の底面とが、前記基板の厚み方向の同一位置にあることを特徴とする光スキャナである。
【００２８】
かかる構成の光スキャナにおいては、凹部形成の加工工程で加工が設定より進み（オーバーエッチング）、凹部低部が設計より薄くなり凹部を含む可動板の慣性モーメントが設計値より小さくなっても、同時にトーションバーの基板厚さ方向のサイズも短くなり、トーションバーの断面積が小さくなってトーションバーのバネ定数も小さくなるため、光スキャナの共振周波数の変動幅を小さくすることが可能になる。
【００２９】
また、凹部形成の加工工程で加工程が設定より遅れ（アンダーエッチング）、凹部低部が設計より厚くなり凹部を含む可動板の慣性モーメントが設計値より大きくなっても、同時にトーションバーの基板厚さ方向のサイズも長くなり、トーションバーの断面積が大きくなってトーションバーのバネ定数が大きくなるため、光スキャナの共振周波数の変動幅を小さくすることが可能になる。
【００３０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光スキャナにおいて、
前記可動板の慣性モーメントの設計値をＩ、前記トーションバーのバネ定数の設計値をＫ、前記凹部及び前記トーションバネの前記基板の厚さ方向の加工誤差をΔＤとするとき、
前記加工誤差ΔＤにより生じる前記可動板の慣性モーメントの設計値との差ΔＩと前記トーションバーのバネ定数の設計値との差ΔＫが、
ΔＩ＝（ΔＫ／Ｋ）Ｉ
となるような前記凹部の底面積と前記トーションバーの被加工面積の関係を有することを特徴とする光スキャナである。
【００３１】
かかる構成の光スキャナにおいては、凹部形成の加工工程で加工が設定からずれ（オーバーエッチング又はアンダーエッチング）、凹部の深さが設計よりΔＤだけずれ、それにより凹部を含む可動板の慣性モーメントが設計値よりΔＩだけずれても、同時にトーションバーの基板厚さ方向のサイズもΔＤだけずれ、それによりトーションバーのバネ定数もΔＫだけずれる。そして、ΔＩ＝（ΔＫ／Ｋ）Ｉの関係を満たすので
Ｋ＋ΔＫ／Ｉ＋ΔＩ＝Ｋ／Ｉ
となるため、光スキャナの共振周波数の変動を効果的に抑制することが可能になる。
【００３２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光スキャナの製造方法であって、前記前記基板の第１の面側の前記トーションバーの面と前記凹部の底面とを、同一の加工工程によって形成することを特徴とする製造方法である。また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の製造方法において、前記加工工程はエッチング工程であることを特徴とする製造方法である。
【００３３】
このように、同一の加工工程での加工誤差は凹部形成とトーションバー形成の両方に均等であるため、共振振動数のばらつきの少ない光スキャナを作成できる。
【００３４】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の光スキャナと、該光スキャナに光を照射する光源とを有することを特徴とする光走査装置である。光スキャナの共振周波数のばらつきが小さいため、駆動周波数のばらつきの少ない光走査装置を実現できる。
【００３５】
請求項６に記載の発明は、前記光スキャナ及び前記光源を複数組有することを特徴とする請求項５に記載の光走査装置である。それぞれの光スキャナの共振周波数のばらつきが小さく駆動周波数が揃うため、各光スキャナによる走査の継ぎ目の乱れの少ない光走査装置を実現できる。
【００３６】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の光走査装置と、該光走査装置により走査されて静電潜像が形成される感光体と、該静電潜像をトナー像にする現像手段と、該トナー像を用紙に転写する転写手段とを備えることを特徴とする画像形成装置である。光走査装置の駆動周波数のバラツキが少なく、また、各光スキャナによる走査の継ぎ目の乱れが少ないため、安定した性能の画像形成装置を実現できる。
【発明の効果】
【００３７】
以上に述べたように、本発明によれば、共振周波数のばらつきの小さい光スキャナを提供することができ、かかるスキャナの好適な製造方法を提供することができ、かかるスキャナを用いた動作の安定した光走査装置を提供することができ、また、かかる光走査装置を用い良好な画質の画像形成を行う画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について添付図面を用い説明する。
【００３９】
図１及び図２は本発明の光スキャナの斜視図及び平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’断面図である。なお、図１乃至図３は光スキャナの主要部のみを示すものであって、駆動用電極等は省略されている。
【００４０】
この光スキャナは、シリコン単結晶の基板を用い一体的に形成されるものであって、ミラー部材としての可動板１０１、フレーム部１０５と、可動板１０１をフレーム部１０５に揺動可能に支持する一対のトーションバー３とを備える。可動板１０１の一方の面には反射面１０４が形成され、その反対側の面１０６には断面矩形の複数の凹部１０２が形成されている。各凹部１０２の壁部がリブとして作用する。
【００４１】
トーションバー１０３と凹部１０２は基板の同一面側から同一工程で加工されることにより、図３に示すように、凹部１０２の底面１０９と可動板１０１の反射面１０４との距離１０８（凹部底部の厚さ）と、トーションバー１０３の厚さ（基板厚み方向のサイズ）１０７は等しくなっている。換言すれば、凹部１０２の底面１０９とトーションバー１０３の一面（図３における上面）が基板厚さ方向の同一位置にある。
【００４２】
また、トーションバー１０３の上部１１０の形状と凹部の底面９の面積について、請求項２の関係、すなわちΔＩ＝（ΔＫ／Ｋ）Ｉを満たすように、トーションバー１０３と凹部１０２が設計されている。
【００４３】
次に、この光スキャナの製作方法について説明する。
【００４４】
［製作方法１］
図４を参照し、本発明の光スキャナの製作方法１について説明する。
【００４５】
工程（ａ）：シリコン単結晶の基板２２０の片面にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法で、フレーム部１０５、可動板１０１を形成するためのフォトマスクを用いてレジストを現像定着することにより、パターニングされたレジスト膜２２０を形成する。
【００４６】
工程（ｂ）：このレジスト膜２２０をマスクとして用いて、ドライエッチング法で基板が貫通するまでエッチングし、可動板１０１、フレーム部１０５、トーションバー１０３を形成する。この時点では、トーションバー１０７は可動板１０１及びフレーム部１０５と同じ厚さである。このレジスト膜の残りはエッチング加工後に除去する。
【００４７】
工程（ｃ）：可動板１０１、フレーム部１０５、トーションバー１０３の加工が済んだ基板に更にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法で、凹部１０２、トーションバー１０７を形成するためのフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、パターニングされたレジスト膜２３０を形成する。
【００４８】
工程（ｄ）：このレジスト膜２３０を用いて、ドライエッチング法で所定の深さまでエッチングし、凹部１０２を形成する。このときに、トーションバー１０３も所定の深さまでエッチングされるため、トーションバー１０３の上面と凹部１０２の底面は同じ高さ位置にある。
【００４９】
工程（ｅ）：レジスト膜の残りをエッチング加工後に除去する。これで、反射面１０４を形成すれば図１乃至図３に示した光スキャナを得られる。
【００５０】
なお、工程（ｅ）でエッチング誤差が生じ、凹部１０２の底部の厚さに誤差が生じても、トーションバー１０３の厚さに同じ誤差が生じるため、ミラー部である可動板１０１の慣性モーメントへの加工誤差の影響とトーションバー１０３のバネ定数への加工誤差による影響は相殺され、したがって光スキャナの共振周波数の変動は抑えられる。
【００５１】
［製作方法２］
図５を参照し、本発明の光スキャナの製作方法２について説明する。
【００５２】
工程（ａ）：シリコン単結晶の基板３１０の片面にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法で、凹部１０２、トーションバー１０７を形成するためのフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、パターニングされたレジスト膜３３０を形成する。
【００５３】
工程（ｂ）：このレジスト膜３３０を用いて、ドライエッチング法で所定の深さまでエッチングし、凹部１０２、トーションバー１０３の上面を形成する。このレジスト膜の残りはエッチング加工後に除去する。凹部１０２の底面とトーションバー１０３の上面は同じ高さ位置になる。
【００５４】
工程（ｃ）：加工後の基板に更にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法で、フレーム部１０５、可動板１０１を形成するためのフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、パターンニングされたレジスト膜３２０を形成する。
【００５５】
工程（ｄ）このレジスト膜３２０を用いて、ドライエッチング法で基板を貫通するまでエッチングし、可動板１０１、フレーム部１０５、トーションバー１０７を形成する。
【００５６】
工程（ｅ）レジスト膜の残りをエッチング加工後に除去する。これで、反射面１０４を形成すれば図１乃至図３に示した光スキャナを得られる。
【００５７】
この製作方法においても、工程（ｂ）でエッチング誤差により凹部１０２の底部の厚さに誤差が生じても、トーションバー１０３の厚さにも同じ誤差を生じるため、可動板１０１の慣性モーメントへの加工誤差の影響とトーションバー１０３のバネ定数への加工誤差による影響は相殺され、したがって光スキャナの共振周波数の変動は抑えられる。
【００５８】
［製作方法３］
図６を参照し、本発明の光スキャナの製作方法３について説明する。
【００５９】
工程（ａ）：シリコン単結晶の基板４１０の片面に酸化シリコン膜を形成し、更にその上にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法で、フレーム部１０５、可動板１０１、トーションバー１０７、凹部１０２を形成するフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、その後、そのレジストマスクを用いて酸化シリコン膜をエッチングし、パターニングされた酸化シリコン膜マスク４４０を形成する。この酸化シリコン膜マスク４０は、可動板１０１とフレーム部１０５との分離部及びトーションバー１０７の外周は貫通しているが、凹部１０２とトーションバー１０７の上面は途中の深さまでエッチングされている２段エッチング用のマスクである。
【００６０】
工程（ｂ）：この酸化シリコン膜マスク４０を用いて、ドライエッチング法で、フレーム部１０５と可動板１０１との分離部をエッチングする。この場合、エッチングによりシリコン基板がエッチングされるが、同時に酸化シリコン膜マスク４４０もエッチングされる。この酸化シリコン膜マスク４４０の途中までエッチングされている部分が、シリコン基板のエッチングで同時にエッチングされ、エッチングの途中で凹部１０２及びトーションバー１０３上面に対応する部分の酸化シリコン膜が無くなる。
【００６１】
工程（ｃ）：可動板１０１とフレーム部１０５の分離部が貫通するまでエッチングを進める。これにより、可動板１０１とフレーム部１０５が形成されると同時にトーションバー１０７と凹部１０２も形成される。このときのトーションバーの上面と凹部１０２の底面は同じ高さ位置にある。エッチング加工後にレジスト膜の残りを除去する。
【００６２】
工程（ｄ）：酸化シリコン膜の残りをエッチング加工後に除去する。これで、反射面１０４を形成すれば、図１乃至図３に示した光スキャナを得られる。
【００６３】
この製作方法においても、工程（ｂ）（ｃ）でエッチング誤差が生じ、凹部１０２の底部の厚さに誤差が生じても、トーションバー１０３の厚さにも同じ誤差が生じるため、可動板１０１の慣性モーメントへの加工誤差の影響とトーションバー１０３のバネ定数への加工誤差による影響は相殺され、したがって光スキャナの共振周波数の変動は抑えられる。
【００６４】
以上、本発明の光スキャナとその製造方法について実施形態を説明した。しかし、本発明はそれら実施形態にのみ限定されるものではなく、様々な変形が可能である。かかる変形した態様も本発明に包含される。
【００６５】
本発明の光スキャナは共振振動数のばらつきが少ないため、例えば図８に示したような光走査装置用の光スキャナとして好適である。本発明の光スキャナと光源を１組以上備える図８に示したような光走査装置も本発明に包含される。また、かかる光走査装置を用いた図９に示すような画像形成装置も本発明に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の光スキャナの概略斜視図である。
【図２】本発明の光スキャナの概略平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】本発明の光スキャナの製造工程説明図である。
【図５】本発明の光スキャナの製造工程説明図である。
【図６】本発明の光スキャナの製造工程説明図である。
【図７】光スキャナの説明図である。
【図８】複数の光スキャナを用いた光走査装置の説明図である。
【図９】光走査装置を用いる画像形成装置の説明図である。
【図１０】画像形成装置における光走査装置及び感光体の説明図である。
【図１１】光スキャナの共振周波数のばらつきを示す図である。
【図１２】従来技術を示す斜視図である。
【図１３】従来技術を示す斜視図である。
【図１４】従来技術を示す平面図及び断面図である。
【図１５】従来技術を示す斜視図である。
【図１６】従来技術を示す斜視図である。
【図１７】従来技術を示す斜視図である。
【図１８】リブの深さと共振周波数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１０１ 可動板（ミラー部）
１０２ 凹部
１０３ トーションバー
１０４ 反射面
１０５ フレーム部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を加工することにより、可動板、フレーム部、及び、前記可動板を前記フレーム部に支持するトーションバーが一体的に形成されてなり、前記トーションバーを捻り回転軸として前記可動板が往復振動する光スキャナであって、
前記可動板の反射面と反対側の面に、前記基板の第１の面側から加工された所定の深さの凹部を有し、
前記基板の第１の面側の前記トーションバーの面と、前記凹部の底面とが、前記基板の厚み方向の同一位置にあることを特徴とする光スキャナ。
【請求項２】
請求項１に記載の光スキャナにおいて、
前記可動板の慣性モーメントの設計値をＩ、前記トーションバーのバネ定数の設計値をＫ、前記凹部及び前記トーションバネの前記基板の厚さ方向の加工誤差をΔＤとするとき、
前記加工誤差ΔＤにより生じる前記可動板の慣性モーメントの設計値との差ΔＩと前記トーションバーのバネ定数の設計値との差ΔＫが、
ΔＩ＝（ΔＫ／Ｋ）Ｉ
となるような前記凹部の底面積と前記トーションバーの被加工面積の関係を有することを特徴とする光スキャナ。
【請求項３】
請求項１に記載の光スキャナの製造方法であって、
前記前記基板の第１の面側の前記トーションバーの面と前記凹部の底面とを、同一の加工工程によって形成することを特徴とする製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の製造方法において、前記加工工程はエッチング工程であることを特徴とする製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の光スキャナと、該光スキャナに光を照射する光源とを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
前記光スキャナ及び前記光源を複数組有することを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の光走査装置と、該光走査装置により走査されて静電潜像が形成される感光体と、該静電潜像をトナー像にする現像手段と、該トナー像を用紙に転写する転写手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
基板を加工することにより、可動板、フレーム部、及び、前記可動板を前記フレーム部に支持するトーションバーが一体的に形成されてなり、前記トーションバーを捻り回転軸として前記可動板が往復振動する光スキャナであって、
前記可動板の反射面と反対側の面に、前記基板の第１の面側から加工された所定の深さの凹部を有し、
前記基板の第１の面側の前記トーションバーの面と、前記凹部の底面とが、前記基板の厚み方向の同一位置にあることを特徴とする光スキャナ。
【請求項２】
請求項１に記載の光スキャナにおいて、
前記可動板の慣性モーメントの設計値をＩ、前記トーションバーのバネ定数の設計値をＫ、前記凹部及び前記トーションバネの前記基板の厚さ方向の加工誤差をΔＤとするとき、
前記加工誤差ΔＤにより生じる前記可動板の慣性モーメントの設計値との差ΔＩと前記トーションバーのバネ定数の設計値との差ΔＫが、
ΔＩ＝（ΔＫ／Ｋ）Ｉ
となるような前記凹部の底面積と前記トーションバーの被加工面積の関係を有することを特徴とする光スキャナ。
【請求項３】
請求項１に記載の光スキャナの製造方法であって、
前記前記基板の第１の面側の前記トーションバーの面と前記凹部の底面とを、同一の加工工程によって形成することを特徴とする製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の製造方法において、前記加工工程はエッチング工程であることを特徴とする製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の光スキャナと、該光スキャナに光を照射する光源とを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
前記光スキャナ及び前記光源を複数組有することを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の光走査装置と、該光走査装置により走査されて静電潜像が形成される感光体と、該静電潜像をトナー像にする現像手段と、該トナー像を用紙に転写する転写手段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９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
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【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−６９６７５（Ｐ２００９−６９６７５Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３９９３８（Ｐ２００７−２３９９３８）
【出願日】平成１９年９月１４日（２００７．９．１４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１４日（２００７．９．１４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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