光学反射素子
【課題】本発明はレーザープリンタなどのレーザースキャンユニットなどに用いる小型の光学反射素子を実現することを目的とする。
【解決手段】支持体１に支持された第一の支持部２ａ，２ｂと、第一の支持部２ａ，２ｂに支持された第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂを有する音叉振動子６ａ，６ｂと、振動中心９ａ，９ｂに支持された第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２とを備え、音叉振動子６ａ，６ｂをミラー部１２に対向配置させ、振動中心９ａ，９ｂとミラー部１２の回転軸とを同一線上に配置し、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂに突起部を設けた構成とする。
【解決手段】支持体１に支持された第一の支持部２ａ，２ｂと、第一の支持部２ａ，２ｂに支持された第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂを有する音叉振動子６ａ，６ｂと、振動中心９ａ，９ｂに支持された第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２とを備え、音叉振動子６ａ，６ｂをミラー部１２に対向配置させ、振動中心９ａ，９ｂとミラー部１２の回転軸とを同一線上に配置し、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂに突起部を設けた構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザースキャンユニットなどに用いられる光学反射素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザープリンタなどに用いられるレーザーから発せられた光線を掃引するレーザースキャンユニットとしては、多角形状の回転体の側面にミラーを設けたポリゴンミラーが用いられ、このポリゴンミラーを回転させることにより感光体ドラムの走査面上にレーザー光線を掃引させていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２８１９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなカラーレーザープリンタの普及やプリンタの小型化に伴い、レーザースキャンユニットに用いる光学反射素子の小型化が命題となっている。しかしながら、ポリゴンミラーを用いたレーザースキャンユニットにおいては、ポリゴンミラーを小型化することに加え、このポリゴンミラーを駆動させる駆動装置が別途必要となるためその小型化が非常に困難なものとなっていた。
【０００４】
そこで、本発明はこのような問題を解決しレーザースキャンユニットを小型化することができる光学反射素子の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そして、この目的を達成するために、本発明は、支持体に一端が支持された二つの第一の支持部と、この第一の支持部の他端に支持された第一のアームと第二のアームを有する二つの音叉振動子と、この音叉振動子の振動中心に一端が支持された第二の支持部と、この第二の支持部の他端に支持されたミラー部とから構成するとともに、前記二つの音叉振動子をミラー部を介して対向配置させ、二つの音叉振動子の振動中心とミラー部の回転軸とを同一線上に配置し、前記第一のアームと第二のアームに突起部を設けた構成としたのである。
【発明の効果】
【０００６】
このような突起部を有する二つの音叉振動子によって発生させた撓み振動をミラー部の捩れ振動として振動させる振動子構成とすることによって、反復回転振動を高精度に制御しながら、ミラー部の振れ角度を大きくできる小型の光学反射素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（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構成について図面を用いて説明する。
【０００８】
図１は本実施の形態１における光学反射素子の平面図であり、図２は図１のＡＡ部における断面図を示している。また、図３は光学反射素子の動作原理を説明するための概念図である。
【０００９】
図１〜図３において、本実施の形態１における光学反射素子は、二つの第一の支持部２ａ，２ｂ、第一のアーム３ａ，３ｂ、第二のアーム４ａ，４ｂおよび連結部５ａ，５ｂからなる二つの音叉振動子６ａ，６ｂを有し、前記第一の支持部２ａ，２ｂの一端を支持体１に固定し、前記音叉振動子６ａ，６ｂの振動中心９ａ，９ｂに二つの第二の支持部１１ａ，１１ｂの一端を固定し、第二の支持部１１ａ，１１ｂの他端にレーザー光線などの光を反射するためのミラー部１２を有し、前記二つの音叉振動子６ａ，６ｂをミラー部１２に対向配置させるとともに、二つの振動中心９ａ，９ｂとミラー部１２の回転軸１４とを同一線上に配置し、前記第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂに、それぞれ突起部７ａ，７ｂを設けた構成を特徴としている。
【００１０】
そして、第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂは撓み振動をさせることから、振幅量は第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの自由端が最も大きくなり、前記突起部７ａ，７ｂは第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの自由端に設けることが最も効果的である。
【００１１】
なお、自由端に設けることができない場合には、第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの中間の所定の箇所に配置することも可能である。
【００１２】
以上のように、第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの自由端に突起部７ａ，７ｂを設けることによって、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの自由端が付加質量の支点となり、この支点を軸として音叉振動子６ａ，６ｂの厚み方向に可動するように作用し、音叉振動子６ａ，６ｂの慣性モーメントが可動振幅量の増加につながり、音叉振動子６ａ，６ｂの振幅量を増大させることが可能となり、結果としてミラー部１２の反復回転振動の振幅量を大きくすることができ、ミラー部１２の振れ角度を小型形状でより大きくすることができる光学反射素子を実現することができる。
【００１３】
そして、より好ましくは突起部７ａ，７ｂを第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂを直交するように設け、音叉振動子６ａ，６ｂの内側に配置することによって、より音叉振動子６ａ，６ｂの捩りを効率よく発生させることができる。また、突起部７ａ，７ｂは左右対称形とすることが振動特性の観点から好ましく、そのときの突起部７ａ，７ｂの形状は特に制限はなく、振動特性、生産性の観点から適宜選択することができる。
【００１４】
なお、この突起部７ａ，７ｂの質量は大きいことが望ましく、設計上大きな形状を設けることができないときには突起部７ａ，７ｂに重りを付加することも可能であり、これによって、さらにその効果を増大させることができる。
【００１５】
また、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの形状は同一形状とすることが好ましく、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの共振周波数を同一周波数とし、その対称性を高くすることがより好ましい。これによって、より大きなＱ値を有する振動子を実現でき、高精度に振動させることができる。
【００１６】
そして、図２に示すように、この光学反射素子を構成する基板材料としては、金属、ガラスまたは石英基板などの弾性、機械的強度および高いヤング率を有する弾性部材を基材２０として構成することが機械的特性および生産性の観点から好ましく、このような特性を満足する弾性部材としては、金属、水晶、ガラスまたは石英材料を用いることが機械的特性と入手性の観点から好ましい。また、金属をシリコン、チタン、ステンレス、エリンバー、または黄銅合金とすることによって、振動特性、加工性に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００１７】
そして、シリコンなどの基材２０で構成された前記第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの少なくとも一面には、たわみ振動を起こすための圧電アクチュエータ１０を形成している。この圧電アクチュエータ１０は第一の電極層２１、圧電体層２２および第二の電極層２３の積層体構造からなる薄膜積層型圧電アクチュエータとすることが好ましい。これによって、多数個取りのウエハー単位で一括して生産することができるとともに、薄型の音叉振動子６ａ，６ｂに設計することができる。
【００１８】
また、この音叉振動子６ａ，６ｂの厚みを第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの幅寸法よりも小さくすることによって、小型の光学反射素子を実現することができる。
【００１９】
また、これらの第一の電極層２１、圧電体層２２および第二の電極層２３は音叉振動子６ａ，６ｂを形成する基材２０の上に順次スパッタリング技術などの薄膜プロセスにより一括して形成することができる。従って、圧電アクチュエータ１０を音叉振動子６ａ，６ｂの同一面に形成することが生産性の観点から好ましい。
【００２０】
そして、前記圧電体層２２に用いる圧電体材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの高い圧電定数を有する圧電体材料が好ましい。
【００２１】
また、音叉振動子６ａ，６ｂの共振周波数を同一とすることが重要であり、さらに、この音叉振動子６ａ，６ｂの共振周波数と、ミラー部１２と第二の支持部１１ａ，１１ｂで構成された捩れ振動子の共振周波数とが同一周波数となるように振動設計することによって、効率良くミラー部１２を反復回転振動させる光学反射素子を実現することができる。
【００２２】
すなわち、ミラー部１２を中心とし、ミラー部１２の回転軸の同一線上に音叉振動子６ａ，６ｂを対向配置し、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの位相が１８０度異なる方向に撓むように振動させ、この二つの音叉振動子６ａ，６ｂの振動エネルギーを利用して第二の支持部１１ａ、ミラー部１２および第二の支持部１１ｂとで構成した捩れ振動子が捩れ振動を起こさせることができる。この捩れ振動によって、ミラー部１２の反復回転振動を高精度に制御することができるとともに、ミラー部１２の振れ角度を大きく設計することができる小型の光学反射素子を実現することができる。
【００２３】
このとき、第一のアーム３ａと第一のアーム３ｂは同一方向に撓み、第二のアーム４ａと第二のアーム４ｂとは同一方向に撓むように同期させることが重要である。
【００２４】
さらに、第一のアーム３ａ，３ｂ、第二のアーム４ａ，４ｂおよび連結部５ａ，５ｂの幅を等幅とすることによって、不要な振動モードを抑制した光学反射素子とすることができる。また、音叉振動子６ａ，６ｂをコの字状とすることによっても同様の効果を有する光学反射素子とすることができる。さらには、これらを組み合わせることによって、よりその効果を発揮することができる。
【００２５】
また、第一の支持部２ａ，２ｂ、音叉振動子６ａ，６ｂ、第二の支持部１１ａ，１１ｂおよびミラー部１２の基材２０を同一材料とすることによって安定した振動特性と不要な共振を抑制し、生産性に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００２６】
また、第一の支持部２ａ，２ｂおよび第二の支持部１１ａ，１１ｂの断面形状は円状とすることが好ましい。これによって、捩れ振動の振動モードが安定し、不要共振も抑制することができ、外乱振動に影響されにくい光学反射素子を実現することができる。
【００２７】
また、ミラー部１２は基材２０の表面を鏡面研磨することによって形成することも可能であり、さらに好ましくは光の反射特性に優れた金やアルミニウムの金属薄膜のミラー膜として形成することも可能である。これらの金属薄膜からなるミラー膜の形成は、圧電アクチュエータ１０を作製する工程において、前記と同様にスパッタリング技術により形成することができる。
【００２８】
このような構成からなる光学反射素子は、シリコンウエハーなどの基材２０の上に薄膜プロセス、フォトリソ技術などの半導体プロセスを応用することによって高精度に、一括して作製することが可能であることから、光学反射素子の小型化、高精度化および生産効率に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００２９】
また、第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２とからなる捩れ振動子の捩れ振動を利用することによって、小型のデバイス構造でありながら、ミラー部１２の振れ角を大きくすることが可能となる光学反射素子を実現することができる。
【００３０】
さらに、振動の駆動部である二つの音叉振動子６ａ，６ｂを構成する第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの撓み振動と第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２とで形成される捩れ振動子の構成を有していることから設計の自由度が高まり、それぞれの寸法形状を工夫することによってミラー部１２の駆動周波数、振れ角などを広範囲に設計対応することができる光学反射素子を実現することができる。
【００３１】
また、前記第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂに形成した圧電アクチュエータ１０のそれぞれの第一の電極層２１と第二の電極層２３の引き出し電極は個別に引き出し線（図示せず）を形成しながらそれぞれの接続端子２５ａ，２５ｂへ接続している。これによって正負反対の電気信号をそれぞれの圧電アクチュエータ１０に印加することができる。
【００３２】
次に、このような構成からなる光学反射素子の動作原理について説明する。なお、図３は動作原理を説明するために概念図であり、突起部７ａ，７ｂの図示は省略している。
【００３３】
図１〜図３に示すように、圧電アクチュエータ１０を構成する第一の電極層２１と第二の電極層２３との間に交流の駆動電圧を印加することにより圧電体層２２の面方向に伸び・縮みが発生し、この圧電アクチュエータ１０を変形させることができる。この圧電特性を利用して、第一のアーム３ａと第一のアーム３ｂどうし、第二のアーム４ａと第二のアーム４ｂどうしは、同じ方向に撓ませるとともに、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの位相が１８０度異なる方向（矢印方向８ａ、８ｂ）に撓み振動を起こすように電気信号を印加する。すなわち、第一のアーム３ａ，３ｂには同位相の電気信号を印加し、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，３ｂに形成したそれぞれの圧電アクチュエータ１０には逆位相となるように電気信号を印加する。
【００３４】
これによって、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂとは反対方向に撓み振動をし、この撓み振動の振動エネルギーは音叉振動子６ａ，６ｂの連結部５ａ，５ｂへと伝搬される。これによって、音叉振動子６ａ，６ｂは二つの第一の支持部２ａ，２ｂとともに振動中心９ａ，９ｂを振動軸として所定の周波数にて反復回転振動（捩れ振動）をする。このとき、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの自由端には突起部７ａ，７ｂを付加していることから、重りの役目を果たし、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの共振周波数を低減することができることから、音叉振動子６ａ，６ｂの捩り振動を効率よく振動させる役目を果たす。
【００３５】
そして、突起部７ａ，７ｂを設けることによって、より低い周波数で振動させた音叉振動子６ａ，６ｂの連結部５ａ，５ｂへと伝搬される。これによって、音叉振動子６ａ，６ｂは振動中心９ａ，９ｂを振動軸（回転軸１４を中心軸として）として、より低い周波数にて反復回転振動（捩れ振動）をする。
【００３６】
次に、この二つの音叉振動子６ａ，６ｂの反復回転振動の振動エネルギーが連結部５ａ，５ｂに接合された第二の支持部１１ａ，１１ｂに振動エネルギーが伝達され、回転軸１４を中心として、第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２とで構成される捩れ振動子として捩れ振動を起こすようになる。これによって、ミラー部１２に回転軸１４を軸中心として反復回転振動を起こす。
【００３７】
このとき、音叉振動子６ａ，６ｂの反復回転振動の方向と、第二の支持部１１ａ，１１ｂおよびミラー部１２で構成される捩れ振動子の反復回転振動の方向は位相が１８０度異なる反対方向に反復回転振動することとなる。
【００３８】
従って、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの共振周波数と、ミラー部１２と二つの第二の支持部１１ａ，１１ｂとで構成された捩れ振動子の共振周波数とは同一周波数とすることが重要である。これによって、高精度な共振振動と高いＱ値を実現できることから、外乱振動の影響を受けにくい光学反射素子を実現することができる。
【００３９】
このような振動モードを有する振動子を構成し、ミラー部１２にレーザー光源またはＬＥＤ光源などから発生させた光線を入力することによって、ミラー部１２の振れ角度を大きくできる小型の光学反射素子を実現することができる。これらの振動部の振動設計をすることによって、大きく出力光の反射角度を変化させることができ、レーザー光線などの入力光を所定の設計値となるように掃引することができる光学反射素子を実現することができる。
【００４０】
このように、振動源を高Ｑ値を有する二つの音叉振動子６ａ，６ｂとし、この安定した振動エネルギーを第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２からなる捩り振動子への捩り振動を発生させる励振エネルギーとして供給することによって、安定した反復回転振動をミラー部１２に発生させることができる。
【００４１】
なお、音叉振動子６ａ，６ｂの反復回転振動をさせるために、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの一面に圧電アクチュエータ１０を形成した場合の光学反射素子を例として説明してきたが、音叉振動子６ａ，６ｂを構成する少なくともいずれか一方のアームに圧電アクチュエータ１０を形成することによっても、前記と同様の光学反射素子の動作を実現することが可能である。これは音叉の振動特性を利用したものであり、どちらか一方のアームを励振させると連結部５を介して他方のアームに運動エネルギーが伝播することによって振動させることが可能となる性質を応用したものである。
【００４２】
以上のような構成を有した光学反射素子の応用としては、レーザービームプリンタが一例としてあげられる。このレーザービームプリンタなどに用いられる感光ユニットは、光源となるレーザーと、このレーザーから発せられたレーザー光線が照射される感光ドラムと、レーザー光線を反射させるとともにその反射方向を可変させることで、レーザー光線を感光ドラムの走査面上を掃引させる光学反射素子から構成されており、この感光ユニットに用いられる光学反射素子は図１〜図３に示した構成の光学反射素子を用いることによって小型のレーザービームプリンタを実現することができる。
【００４３】
次に、本実施の形態１における光学反射素子の製造方法について説明する。
【００４４】
まず始めに、厚みが０．３ｍｍからなるシリコン基板２０を準備し、その上にスパッタリング法または蒸着法などの薄膜プロセスを用いて白金電極からなる電極層２１を形成している。このとき、シリコン基板２０の厚みは厚くても良い。それによって、ウエハ形状の大きなシリコン基板２０を用いることができるとともに、反りなどが少ないことから、より高精度な光学反射素子を効率よく作製することができる。
【００４５】
その後、この電極層２１の上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を用いてスパッタリング法などによって圧電体層２２を形成する。このとき、圧電体層２２と電極層２１との間に配向制御層としてＰｂとＴｉを含む酸化物誘電体を用いることが好ましく、ＰＬＭＴからなる配向制御層を形成することがより好ましい。これによって、圧電体層２２の結晶配向性がより高まり、圧電特性に優れた圧電アクチュエータ１０を実現することができる。
【００４６】
次に、この圧電体層２２の上にチタン／金よりなる電極層２３を形成している。
【００４７】
このとき、金電極の下層のチタンはＰＺＴ薄膜などの圧電体層２２との密着力を高めるために形成しており、チタンの他にクロムなどの金属を用いることができる。
【００４８】
これによって、圧電体層２２との密着性に優れ、かつ、金電極とは強固な拡散層を形成していることから密着強度を高めた圧電アクチュエータ１０を形成することができる。そして、このときの白金電極の厚みは０．２μｍ、ＰＺＴ薄膜は３．５μｍ、およびチタン電極は０．０１μｍとし、金電極は０．３μｍで形成している。
【００４９】
次に、フォトリソ技術を用いてエッチングすることによってパターン形成された第一の電極層２１、圧電体層２２および第二の電極層２３を形成している。このとき、第二の電極層２３のエッチング液としてはヨウ素／ヨウ化カリウム混合溶液と水酸化アンモニウム、過酸化水素混合溶液からなるエッチング液を用いて所定の電極パターンを形成した。
【００５０】
また、第一の電極層２１、圧電体層２２に用いるエッチング方法としてはドライエッチング法とウエットエッチング法のいずれかの方法、あるいはこれらを組み合わせた方法などを用いることができる。一例として、ドライエッチング法であればフルオロカーボン系のエッチングガス、あるいはＳＦ6ガスなどを用いることができる。圧電体薄膜層を沸酸、硝酸、酢酸および過酸化水素の混合溶液からなるエッチング液を用いてウエットエッチングを行うことによってパターン化された圧電体層２２を形成する。その後、さらに、ドライエッチングによって下層の電極薄膜層をエッチングすることによってパターン化された第一の電極層２１を形成することによって、図２に示したような圧電アクチュエータ１０を形成することができる。
【００５１】
次に、ＸｅＦ2ガスを用いてシリコン基板２０を等方的にドライエッチングすることによって不必要なシリコンを除去し、図２に示したような形状を有した光学反射素子を形成することができる。
【００５２】
なお、シリコン基板などをドライエッチングによって異方性を活用して高精度にエッチングする場合には、エッチングを促進するＳＦ6ガスとエッチングを抑制するＣ4Ｆ8ガスなどを用いて、より直線的にエッチングをすることが好ましい。そして、エッチングの際には、前記ガスを用いた混合ガスを用いること、あるいは交互に前記ガスを切り替えてドライエッチングを行うエッチング方法が可能であり、これらの方法を寸法形状、加工精度に合わせて適宜選択してエッチング加工することが可能である。
【００５３】
以上のような製造方法によって、小型で、高精度な光学反射素子を一括して効率よく作製することができる。
【００５４】
そして、前記のような製造プロセスによって、第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの長さ；０．７８５ｍｍ、幅；０．３ｍｍとし、突起部７ａ，７ｂの長さ；０．３ｍｍ、幅；０．３ｍｍ、第一の支持部２ａ，２ｂの長さ；０．２ｍｍ、幅；０．１ｍｍ、第二の支持部１１ａ，１１ｂの長さ；０．４ｍｍ、幅；０．１ｍｍ、ミラー部１２；１．０×１．０ｍｍ、対向するアームのギャップ；０．０５ｍｍの寸法形状を有する素子を作製して振動特性を評価したところ、駆動周波数；１８ｋＨｚ、ミラー部１２の振れ角；±１０度の特性を有した光学反射素子を作製することができた。このとき、同一形状の一つの音叉振動子にて駆動したときの印加電圧に対して約２／３の印加電圧にて同等の振れ角度を実現できるとともに、Ｑ値を高くできることから外乱に対する安定性の高い光学反射素子であることを確認した。
【００５５】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における光学反射素子の構成について図面を用いて説明する。
【００５６】
図４は本実施の形態２における光学反射素子の平面図を示している。
【００５７】
本実施の形態２における光学反射素子の基本的な構成は実施の形態１の構成とほぼ同様であり、その詳細な説明は省略し、本実施の形態２における光学反射素子が実施の形態１と大きく異なっている構成について図面を用いて説明する。
【００５８】
図４において、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの中間部と第二の支持部１１との間に第三の支持部３０ａ，３０ｂを設けたことを特徴としている。これによって、音叉振動子６ａ，６ｂの反復回転振動のエネルギーを効率よく第二の支持部１１ａ，１１ｂへ伝達することが可能となり、さらに小型の光学反射素子を実現することができる。
【００５９】
図４に示すように、第三の支持部３０ａ，３０ｂを、第二の支持部１１ａ，１１ｂに発生する第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２から構成された捩れ振動子の共振周波数の高次の定在波の振動節部に設けたことを特徴としている。この定在波は１／２、１／３、１／４と示されるように整数分の一で現れてくるものであり、第二の支持部１１ａ，１１ｂに発生する定在波の振動節部に第三の支持部３０ａ，３０ｂを設けることが好ましい。また、第三の支持部３０ａ，３０ｂは第二の支持部１１ａ，１１ｂの中間部と連結部５ａ，５ｂとの間に配置することが好ましい。これによって、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂのたわみ振動の減衰を抑制しながら効率よくミラー部１２の大きな振れ角度を有する反復回転振動をさせることができる。
【００６０】
さらに、図４に示すように第一のアーム３ａと第一のアーム３ｂ、および第二のアーム４ａと第二のアーム４ｂとの間にはダンパー３５を用いてそれぞれ連結している。このような構成とすることによって、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの製造ばらつきなどによって発生する共振周波数の若干のずれを解消することができる。これによって、軸中心の対称性が高まり、音叉振動子６ａ，６ｂの駆動力が大きくなるという効果を発揮することができる。また、これによって振動子としてのＱ値が大きくなり、不要共振を低減することもできる。
【００６１】
このダンパー３５に用いる材料としては、弾性を有する弾性部材が好ましく、このような弾性部材としては電気的特性、入手性の観点から、金属、ゴム、またはエラストマーのいずれかを用いることが好ましい。
【００６２】
また、ダンパー３５の形状をシート状とすることによって不要な振動を抑制できるとともに連結性を高めることができる。さらに、ダンパー３５の弾性率を第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの弾性率よりも大きくすることによって音叉振動子６ａ，６ｂの振動の減衰を抑制することができる。
【００６３】
また、突起部７ａ，７ｂは第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの中間部に配置させている。これはミラー部１２の形状によって、より小型の光学反射素子を実現するためのものであり、このような構成とすることによって、効率良く構成部品を配置させることができることから無駄な空間を排除できる。なお、ミラー部１２の形状を小さく設計することができるときには、図１に示したように第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの自由端に突起部７ａ，７ｂを配置することが好ましい。
【００６４】
以上説明してきたように、第三の支持部３０ａ，３０ｂを、捩れ振動子の共振周波数の高次の定在波の振動節部に設けた光学反射素子とすることによって、より小型で振れ角度の大きな光学反射素子を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、光学反射素子に関して小型化できるという効果を有し、特に電子写真方式の複写機、レーザープリンタ、光学スキャナ用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の光学反射素子の平面図
【図２】同図１のＡＡ部における断面図
【図３】同実施の形態１における光学反射素子の動作状態を示す概念図
【図４】同実施の形態２における光学反射素子の平面図
【符号の説明】
【００６７】
１ 支持体
２ａ，２ｂ 第一の支持部
３ａ，３ｂ 第一のアーム
４ａ，４ｂ 第二のアーム
５ａ，５ｂ 連結部
６ａ，６ｂ 音叉振動子
７ａ，７ｂ 突起部
８ａ，８ｂ 矢印
９ａ，９ｂ 振動中心
１０ 圧電アクチュエータ
１１ａ，１１ｂ 第二の支持部
１２ ミラー部
１３ 矢印
１４ 回転軸
２０ 基材
２１ 第一の電極層
２２ 圧電体層
２３ 第二の電極層
２５ａ，２５ｂ 接続端子
３０ａ，３０ｂ 第三の支持部
３５ ダンパー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザースキャンユニットなどに用いられる光学反射素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザープリンタなどに用いられるレーザーから発せられた光線を掃引するレーザースキャンユニットとしては、多角形状の回転体の側面にミラーを設けたポリゴンミラーが用いられ、このポリゴンミラーを回転させることにより感光体ドラムの走査面上にレーザー光線を掃引させていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２８１９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなカラーレーザープリンタの普及やプリンタの小型化に伴い、レーザースキャンユニットに用いる光学反射素子の小型化が命題となっている。しかしながら、ポリゴンミラーを用いたレーザースキャンユニットにおいては、ポリゴンミラーを小型化することに加え、このポリゴンミラーを駆動させる駆動装置が別途必要となるためその小型化が非常に困難なものとなっていた。
【０００４】
そこで、本発明はこのような問題を解決しレーザースキャンユニットを小型化することができる光学反射素子の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そして、この目的を達成するために、本発明は、支持体に一端が支持された二つの第一の支持部と、この第一の支持部の他端に支持された第一のアームと第二のアームを有する二つの音叉振動子と、この音叉振動子の振動中心に一端が支持された第二の支持部と、この第二の支持部の他端に支持されたミラー部とから構成するとともに、前記二つの音叉振動子をミラー部を介して対向配置させ、二つの音叉振動子の振動中心とミラー部の回転軸とを同一線上に配置し、前記第一のアームと第二のアームに突起部を設けた構成としたのである。
【発明の効果】
【０００６】
このような突起部を有する二つの音叉振動子によって発生させた撓み振動をミラー部の捩れ振動として振動させる振動子構成とすることによって、反復回転振動を高精度に制御しながら、ミラー部の振れ角度を大きくできる小型の光学反射素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（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構成について図面を用いて説明する。
【０００８】
図１は本実施の形態１における光学反射素子の平面図であり、図２は図１のＡＡ部における断面図を示している。また、図３は光学反射素子の動作原理を説明するための概念図である。
【０００９】
図１〜図３において、本実施の形態１における光学反射素子は、二つの第一の支持部２ａ，２ｂ、第一のアーム３ａ，３ｂ、第二のアーム４ａ，４ｂおよび連結部５ａ，５ｂからなる二つの音叉振動子６ａ，６ｂを有し、前記第一の支持部２ａ，２ｂの一端を支持体１に固定し、前記音叉振動子６ａ，６ｂの振動中心９ａ，９ｂに二つの第二の支持部１１ａ，１１ｂの一端を固定し、第二の支持部１１ａ，１１ｂの他端にレーザー光線などの光を反射するためのミラー部１２を有し、前記二つの音叉振動子６ａ，６ｂをミラー部１２に対向配置させるとともに、二つの振動中心９ａ，９ｂとミラー部１２の回転軸１４とを同一線上に配置し、前記第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂに、それぞれ突起部７ａ，７ｂを設けた構成を特徴としている。
【００１０】
そして、第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂは撓み振動をさせることから、振幅量は第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの自由端が最も大きくなり、前記突起部７ａ，７ｂは第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの自由端に設けることが最も効果的である。
【００１１】
なお、自由端に設けることができない場合には、第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの中間の所定の箇所に配置することも可能である。
【００１２】
以上のように、第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの自由端に突起部７ａ，７ｂを設けることによって、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの自由端が付加質量の支点となり、この支点を軸として音叉振動子６ａ，６ｂの厚み方向に可動するように作用し、音叉振動子６ａ，６ｂの慣性モーメントが可動振幅量の増加につながり、音叉振動子６ａ，６ｂの振幅量を増大させることが可能となり、結果としてミラー部１２の反復回転振動の振幅量を大きくすることができ、ミラー部１２の振れ角度を小型形状でより大きくすることができる光学反射素子を実現することができる。
【００１３】
そして、より好ましくは突起部７ａ，７ｂを第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂを直交するように設け、音叉振動子６ａ，６ｂの内側に配置することによって、より音叉振動子６ａ，６ｂの捩りを効率よく発生させることができる。また、突起部７ａ，７ｂは左右対称形とすることが振動特性の観点から好ましく、そのときの突起部７ａ，７ｂの形状は特に制限はなく、振動特性、生産性の観点から適宜選択することができる。
【００１４】
なお、この突起部７ａ，７ｂの質量は大きいことが望ましく、設計上大きな形状を設けることができないときには突起部７ａ，７ｂに重りを付加することも可能であり、これによって、さらにその効果を増大させることができる。
【００１５】
また、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの形状は同一形状とすることが好ましく、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの共振周波数を同一周波数とし、その対称性を高くすることがより好ましい。これによって、より大きなＱ値を有する振動子を実現でき、高精度に振動させることができる。
【００１６】
そして、図２に示すように、この光学反射素子を構成する基板材料としては、金属、ガラスまたは石英基板などの弾性、機械的強度および高いヤング率を有する弾性部材を基材２０として構成することが機械的特性および生産性の観点から好ましく、このような特性を満足する弾性部材としては、金属、水晶、ガラスまたは石英材料を用いることが機械的特性と入手性の観点から好ましい。また、金属をシリコン、チタン、ステンレス、エリンバー、または黄銅合金とすることによって、振動特性、加工性に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００１７】
そして、シリコンなどの基材２０で構成された前記第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの少なくとも一面には、たわみ振動を起こすための圧電アクチュエータ１０を形成している。この圧電アクチュエータ１０は第一の電極層２１、圧電体層２２および第二の電極層２３の積層体構造からなる薄膜積層型圧電アクチュエータとすることが好ましい。これによって、多数個取りのウエハー単位で一括して生産することができるとともに、薄型の音叉振動子６ａ，６ｂに設計することができる。
【００１８】
また、この音叉振動子６ａ，６ｂの厚みを第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの幅寸法よりも小さくすることによって、小型の光学反射素子を実現することができる。
【００１９】
また、これらの第一の電極層２１、圧電体層２２および第二の電極層２３は音叉振動子６ａ，６ｂを形成する基材２０の上に順次スパッタリング技術などの薄膜プロセスにより一括して形成することができる。従って、圧電アクチュエータ１０を音叉振動子６ａ，６ｂの同一面に形成することが生産性の観点から好ましい。
【００２０】
そして、前記圧電体層２２に用いる圧電体材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの高い圧電定数を有する圧電体材料が好ましい。
【００２１】
また、音叉振動子６ａ，６ｂの共振周波数を同一とすることが重要であり、さらに、この音叉振動子６ａ，６ｂの共振周波数と、ミラー部１２と第二の支持部１１ａ，１１ｂで構成された捩れ振動子の共振周波数とが同一周波数となるように振動設計することによって、効率良くミラー部１２を反復回転振動させる光学反射素子を実現することができる。
【００２２】
すなわち、ミラー部１２を中心とし、ミラー部１２の回転軸の同一線上に音叉振動子６ａ，６ｂを対向配置し、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの位相が１８０度異なる方向に撓むように振動させ、この二つの音叉振動子６ａ，６ｂの振動エネルギーを利用して第二の支持部１１ａ、ミラー部１２および第二の支持部１１ｂとで構成した捩れ振動子が捩れ振動を起こさせることができる。この捩れ振動によって、ミラー部１２の反復回転振動を高精度に制御することができるとともに、ミラー部１２の振れ角度を大きく設計することができる小型の光学反射素子を実現することができる。
【００２３】
このとき、第一のアーム３ａと第一のアーム３ｂは同一方向に撓み、第二のアーム４ａと第二のアーム４ｂとは同一方向に撓むように同期させることが重要である。
【００２４】
さらに、第一のアーム３ａ，３ｂ、第二のアーム４ａ，４ｂおよび連結部５ａ，５ｂの幅を等幅とすることによって、不要な振動モードを抑制した光学反射素子とすることができる。また、音叉振動子６ａ，６ｂをコの字状とすることによっても同様の効果を有する光学反射素子とすることができる。さらには、これらを組み合わせることによって、よりその効果を発揮することができる。
【００２５】
また、第一の支持部２ａ，２ｂ、音叉振動子６ａ，６ｂ、第二の支持部１１ａ，１１ｂおよびミラー部１２の基材２０を同一材料とすることによって安定した振動特性と不要な共振を抑制し、生産性に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００２６】
また、第一の支持部２ａ，２ｂおよび第二の支持部１１ａ，１１ｂの断面形状は円状とすることが好ましい。これによって、捩れ振動の振動モードが安定し、不要共振も抑制することができ、外乱振動に影響されにくい光学反射素子を実現することができる。
【００２７】
また、ミラー部１２は基材２０の表面を鏡面研磨することによって形成することも可能であり、さらに好ましくは光の反射特性に優れた金やアルミニウムの金属薄膜のミラー膜として形成することも可能である。これらの金属薄膜からなるミラー膜の形成は、圧電アクチュエータ１０を作製する工程において、前記と同様にスパッタリング技術により形成することができる。
【００２８】
このような構成からなる光学反射素子は、シリコンウエハーなどの基材２０の上に薄膜プロセス、フォトリソ技術などの半導体プロセスを応用することによって高精度に、一括して作製することが可能であることから、光学反射素子の小型化、高精度化および生産効率に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００２９】
また、第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２とからなる捩れ振動子の捩れ振動を利用することによって、小型のデバイス構造でありながら、ミラー部１２の振れ角を大きくすることが可能となる光学反射素子を実現することができる。
【００３０】
さらに、振動の駆動部である二つの音叉振動子６ａ，６ｂを構成する第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの撓み振動と第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２とで形成される捩れ振動子の構成を有していることから設計の自由度が高まり、それぞれの寸法形状を工夫することによってミラー部１２の駆動周波数、振れ角などを広範囲に設計対応することができる光学反射素子を実現することができる。
【００３１】
また、前記第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂに形成した圧電アクチュエータ１０のそれぞれの第一の電極層２１と第二の電極層２３の引き出し電極は個別に引き出し線（図示せず）を形成しながらそれぞれの接続端子２５ａ，２５ｂへ接続している。これによって正負反対の電気信号をそれぞれの圧電アクチュエータ１０に印加することができる。
【００３２】
次に、このような構成からなる光学反射素子の動作原理について説明する。なお、図３は動作原理を説明するために概念図であり、突起部７ａ，７ｂの図示は省略している。
【００３３】
図１〜図３に示すように、圧電アクチュエータ１０を構成する第一の電極層２１と第二の電極層２３との間に交流の駆動電圧を印加することにより圧電体層２２の面方向に伸び・縮みが発生し、この圧電アクチュエータ１０を変形させることができる。この圧電特性を利用して、第一のアーム３ａと第一のアーム３ｂどうし、第二のアーム４ａと第二のアーム４ｂどうしは、同じ方向に撓ませるとともに、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの位相が１８０度異なる方向（矢印方向８ａ、８ｂ）に撓み振動を起こすように電気信号を印加する。すなわち、第一のアーム３ａ，３ｂには同位相の電気信号を印加し、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，３ｂに形成したそれぞれの圧電アクチュエータ１０には逆位相となるように電気信号を印加する。
【００３４】
これによって、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂとは反対方向に撓み振動をし、この撓み振動の振動エネルギーは音叉振動子６ａ，６ｂの連結部５ａ，５ｂへと伝搬される。これによって、音叉振動子６ａ，６ｂは二つの第一の支持部２ａ，２ｂとともに振動中心９ａ，９ｂを振動軸として所定の周波数にて反復回転振動（捩れ振動）をする。このとき、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの自由端には突起部７ａ，７ｂを付加していることから、重りの役目を果たし、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの共振周波数を低減することができることから、音叉振動子６ａ，６ｂの捩り振動を効率よく振動させる役目を果たす。
【００３５】
そして、突起部７ａ，７ｂを設けることによって、より低い周波数で振動させた音叉振動子６ａ，６ｂの連結部５ａ，５ｂへと伝搬される。これによって、音叉振動子６ａ，６ｂは振動中心９ａ，９ｂを振動軸（回転軸１４を中心軸として）として、より低い周波数にて反復回転振動（捩れ振動）をする。
【００３６】
次に、この二つの音叉振動子６ａ，６ｂの反復回転振動の振動エネルギーが連結部５ａ，５ｂに接合された第二の支持部１１ａ，１１ｂに振動エネルギーが伝達され、回転軸１４を中心として、第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２とで構成される捩れ振動子として捩れ振動を起こすようになる。これによって、ミラー部１２に回転軸１４を軸中心として反復回転振動を起こす。
【００３７】
このとき、音叉振動子６ａ，６ｂの反復回転振動の方向と、第二の支持部１１ａ，１１ｂおよびミラー部１２で構成される捩れ振動子の反復回転振動の方向は位相が１８０度異なる反対方向に反復回転振動することとなる。
【００３８】
従って、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの共振周波数と、ミラー部１２と二つの第二の支持部１１ａ，１１ｂとで構成された捩れ振動子の共振周波数とは同一周波数とすることが重要である。これによって、高精度な共振振動と高いＱ値を実現できることから、外乱振動の影響を受けにくい光学反射素子を実現することができる。
【００３９】
このような振動モードを有する振動子を構成し、ミラー部１２にレーザー光源またはＬＥＤ光源などから発生させた光線を入力することによって、ミラー部１２の振れ角度を大きくできる小型の光学反射素子を実現することができる。これらの振動部の振動設計をすることによって、大きく出力光の反射角度を変化させることができ、レーザー光線などの入力光を所定の設計値となるように掃引することができる光学反射素子を実現することができる。
【００４０】
このように、振動源を高Ｑ値を有する二つの音叉振動子６ａ，６ｂとし、この安定した振動エネルギーを第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２からなる捩り振動子への捩り振動を発生させる励振エネルギーとして供給することによって、安定した反復回転振動をミラー部１２に発生させることができる。
【００４１】
なお、音叉振動子６ａ，６ｂの反復回転振動をさせるために、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの一面に圧電アクチュエータ１０を形成した場合の光学反射素子を例として説明してきたが、音叉振動子６ａ，６ｂを構成する少なくともいずれか一方のアームに圧電アクチュエータ１０を形成することによっても、前記と同様の光学反射素子の動作を実現することが可能である。これは音叉の振動特性を利用したものであり、どちらか一方のアームを励振させると連結部５を介して他方のアームに運動エネルギーが伝播することによって振動させることが可能となる性質を応用したものである。
【００４２】
以上のような構成を有した光学反射素子の応用としては、レーザービームプリンタが一例としてあげられる。このレーザービームプリンタなどに用いられる感光ユニットは、光源となるレーザーと、このレーザーから発せられたレーザー光線が照射される感光ドラムと、レーザー光線を反射させるとともにその反射方向を可変させることで、レーザー光線を感光ドラムの走査面上を掃引させる光学反射素子から構成されており、この感光ユニットに用いられる光学反射素子は図１〜図３に示した構成の光学反射素子を用いることによって小型のレーザービームプリンタを実現することができる。
【００４３】
次に、本実施の形態１における光学反射素子の製造方法について説明する。
【００４４】
まず始めに、厚みが０．３ｍｍからなるシリコン基板２０を準備し、その上にスパッタリング法または蒸着法などの薄膜プロセスを用いて白金電極からなる電極層２１を形成している。このとき、シリコン基板２０の厚みは厚くても良い。それによって、ウエハ形状の大きなシリコン基板２０を用いることができるとともに、反りなどが少ないことから、より高精度な光学反射素子を効率よく作製することができる。
【００４５】
その後、この電極層２１の上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を用いてスパッタリング法などによって圧電体層２２を形成する。このとき、圧電体層２２と電極層２１との間に配向制御層としてＰｂとＴｉを含む酸化物誘電体を用いることが好ましく、ＰＬＭＴからなる配向制御層を形成することがより好ましい。これによって、圧電体層２２の結晶配向性がより高まり、圧電特性に優れた圧電アクチュエータ１０を実現することができる。
【００４６】
次に、この圧電体層２２の上にチタン／金よりなる電極層２３を形成している。
【００４７】
このとき、金電極の下層のチタンはＰＺＴ薄膜などの圧電体層２２との密着力を高めるために形成しており、チタンの他にクロムなどの金属を用いることができる。
【００４８】
これによって、圧電体層２２との密着性に優れ、かつ、金電極とは強固な拡散層を形成していることから密着強度を高めた圧電アクチュエータ１０を形成することができる。そして、このときの白金電極の厚みは０．２μｍ、ＰＺＴ薄膜は３．５μｍ、およびチタン電極は０．０１μｍとし、金電極は０．３μｍで形成している。
【００４９】
次に、フォトリソ技術を用いてエッチングすることによってパターン形成された第一の電極層２１、圧電体層２２および第二の電極層２３を形成している。このとき、第二の電極層２３のエッチング液としてはヨウ素／ヨウ化カリウム混合溶液と水酸化アンモニウム、過酸化水素混合溶液からなるエッチング液を用いて所定の電極パターンを形成した。
【００５０】
また、第一の電極層２１、圧電体層２２に用いるエッチング方法としてはドライエッチング法とウエットエッチング法のいずれかの方法、あるいはこれらを組み合わせた方法などを用いることができる。一例として、ドライエッチング法であればフルオロカーボン系のエッチングガス、あるいはＳＦ6ガスなどを用いることができる。圧電体薄膜層を沸酸、硝酸、酢酸および過酸化水素の混合溶液からなるエッチング液を用いてウエットエッチングを行うことによってパターン化された圧電体層２２を形成する。その後、さらに、ドライエッチングによって下層の電極薄膜層をエッチングすることによってパターン化された第一の電極層２１を形成することによって、図２に示したような圧電アクチュエータ１０を形成することができる。
【００５１】
次に、ＸｅＦ2ガスを用いてシリコン基板２０を等方的にドライエッチングすることによって不必要なシリコンを除去し、図２に示したような形状を有した光学反射素子を形成することができる。
【００５２】
なお、シリコン基板などをドライエッチングによって異方性を活用して高精度にエッチングする場合には、エッチングを促進するＳＦ6ガスとエッチングを抑制するＣ4Ｆ8ガスなどを用いて、より直線的にエッチングをすることが好ましい。そして、エッチングの際には、前記ガスを用いた混合ガスを用いること、あるいは交互に前記ガスを切り替えてドライエッチングを行うエッチング方法が可能であり、これらの方法を寸法形状、加工精度に合わせて適宜選択してエッチング加工することが可能である。
【００５３】
以上のような製造方法によって、小型で、高精度な光学反射素子を一括して効率よく作製することができる。
【００５４】
そして、前記のような製造プロセスによって、第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの長さ；０．７８５ｍｍ、幅；０．３ｍｍとし、突起部７ａ，７ｂの長さ；０．３ｍｍ、幅；０．３ｍｍ、第一の支持部２ａ，２ｂの長さ；０．２ｍｍ、幅；０．１ｍｍ、第二の支持部１１ａ，１１ｂの長さ；０．４ｍｍ、幅；０．１ｍｍ、ミラー部１２；１．０×１．０ｍｍ、対向するアームのギャップ；０．０５ｍｍの寸法形状を有する素子を作製して振動特性を評価したところ、駆動周波数；１８ｋＨｚ、ミラー部１２の振れ角；±１０度の特性を有した光学反射素子を作製することができた。このとき、同一形状の一つの音叉振動子にて駆動したときの印加電圧に対して約２／３の印加電圧にて同等の振れ角度を実現できるとともに、Ｑ値を高くできることから外乱に対する安定性の高い光学反射素子であることを確認した。
【００５５】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における光学反射素子の構成について図面を用いて説明する。
【００５６】
図４は本実施の形態２における光学反射素子の平面図を示している。
【００５７】
本実施の形態２における光学反射素子の基本的な構成は実施の形態１の構成とほぼ同様であり、その詳細な説明は省略し、本実施の形態２における光学反射素子が実施の形態１と大きく異なっている構成について図面を用いて説明する。
【００５８】
図４において、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂの中間部と第二の支持部１１との間に第三の支持部３０ａ，３０ｂを設けたことを特徴としている。これによって、音叉振動子６ａ，６ｂの反復回転振動のエネルギーを効率よく第二の支持部１１ａ，１１ｂへ伝達することが可能となり、さらに小型の光学反射素子を実現することができる。
【００５９】
図４に示すように、第三の支持部３０ａ，３０ｂを、第二の支持部１１ａ，１１ｂに発生する第二の支持部１１ａ，１１ｂとミラー部１２から構成された捩れ振動子の共振周波数の高次の定在波の振動節部に設けたことを特徴としている。この定在波は１／２、１／３、１／４と示されるように整数分の一で現れてくるものであり、第二の支持部１１ａ，１１ｂに発生する定在波の振動節部に第三の支持部３０ａ，３０ｂを設けることが好ましい。また、第三の支持部３０ａ，３０ｂは第二の支持部１１ａ，１１ｂの中間部と連結部５ａ，５ｂとの間に配置することが好ましい。これによって、第一のアーム３ａ，３ｂと第二のアーム４ａ，４ｂのたわみ振動の減衰を抑制しながら効率よくミラー部１２の大きな振れ角度を有する反復回転振動をさせることができる。
【００６０】
さらに、図４に示すように第一のアーム３ａと第一のアーム３ｂ、および第二のアーム４ａと第二のアーム４ｂとの間にはダンパー３５を用いてそれぞれ連結している。このような構成とすることによって、二つの音叉振動子６ａ，６ｂの製造ばらつきなどによって発生する共振周波数の若干のずれを解消することができる。これによって、軸中心の対称性が高まり、音叉振動子６ａ，６ｂの駆動力が大きくなるという効果を発揮することができる。また、これによって振動子としてのＱ値が大きくなり、不要共振を低減することもできる。
【００６１】
このダンパー３５に用いる材料としては、弾性を有する弾性部材が好ましく、このような弾性部材としては電気的特性、入手性の観点から、金属、ゴム、またはエラストマーのいずれかを用いることが好ましい。
【００６２】
また、ダンパー３５の形状をシート状とすることによって不要な振動を抑制できるとともに連結性を高めることができる。さらに、ダンパー３５の弾性率を第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの弾性率よりも大きくすることによって音叉振動子６ａ，６ｂの振動の減衰を抑制することができる。
【００６３】
また、突起部７ａ，７ｂは第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの中間部に配置させている。これはミラー部１２の形状によって、より小型の光学反射素子を実現するためのものであり、このような構成とすることによって、効率良く構成部品を配置させることができることから無駄な空間を排除できる。なお、ミラー部１２の形状を小さく設計することができるときには、図１に示したように第一のアーム３ａ，３ｂおよび第二のアーム４ａ，４ｂの自由端に突起部７ａ，７ｂを配置することが好ましい。
【００６４】
以上説明してきたように、第三の支持部３０ａ，３０ｂを、捩れ振動子の共振周波数の高次の定在波の振動節部に設けた光学反射素子とすることによって、より小型で振れ角度の大きな光学反射素子を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、光学反射素子に関して小型化できるという効果を有し、特に電子写真方式の複写機、レーザープリンタ、光学スキャナ用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の光学反射素子の平面図
【図２】同図１のＡＡ部における断面図
【図３】同実施の形態１における光学反射素子の動作状態を示す概念図
【図４】同実施の形態２における光学反射素子の平面図
【符号の説明】
【００６７】
１ 支持体
２ａ，２ｂ 第一の支持部
３ａ，３ｂ 第一のアーム
４ａ，４ｂ 第二のアーム
５ａ，５ｂ 連結部
６ａ，６ｂ 音叉振動子
７ａ，７ｂ 突起部
８ａ，８ｂ 矢印
９ａ，９ｂ 振動中心
１０ 圧電アクチュエータ
１１ａ，１１ｂ 第二の支持部
１２ ミラー部
１３ 矢印
１４ 回転軸
２０ 基材
２１ 第一の電極層
２２ 圧電体層
２３ 第二の電極層
２５ａ，２５ｂ 接続端子
３０ａ，３０ｂ 第三の支持部
３５ ダンパー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、この支持体に一端が支持された二つの第一の支持部と、この二つの第一の支持部の他端に支持された第一のアームと第二のアームを有する二つの音叉振動子と、この二つの音叉振動子の振動中心に一端が支持された二つの第二の支持部と、この二つの第二の支持部の他端に支持されたミラー部とを備え、このミラー部を介して前記二つの音叉振動子を対向配置させ、二つの音叉振動子の振動中心とミラー部の回転軸とを同一線上に配置し、前記第一のアームと第二のアームに突起部を設けた光学反射素子。
【請求項２】
突起部を第一のアームと第二のアームの自由端に設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項３】
突起部を音叉振動子の左右対称に設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項４】
突起部を音叉振動子の内側に設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項５】
二つの第一の支持部が回転軸を中心として同一方向に捩り振動するように音叉振動子を振動させる請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項６】
二つの音叉振動子の形状を略同一形状とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項７】
二つの音叉振動子の共振周波数を同一周波数とした請求項６に記載の光学反射素子。
【請求項８】
二つの音叉振動子の共振周波数と、ミラー部と二つの第二の支持部で構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項９】
第一の支持部、音叉振動子、突起部、第二の支持部およびミラー部の基材を同一材料とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１０】
基材を弾性部材とした請求項９に記載の光学反射素子。
【請求項１１】
弾性部材を金属、ガラス、水晶または石英とした請求項１０に記載の光学反射素子。
【請求項１２】
金属をシリコン、チタン、ステンレス、エリンバーまたは黄銅合金とした請求項１１に記載の光学反射素子。
【請求項１３】
第一のアーム、および／または第二のアームの少なくとも一面に圧電アクチュエータを設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１４】
圧電アクチュエータを第一の電極層、圧電体層および第二の電極層からなる積層圧電薄膜とした請求項１３に記載の光学反射素子。
【請求項１５】
二つの音叉振動子の同一面に圧電アクチュエータを設けた請求項１３に記載の光学反射素子。
【請求項１６】
第一のアームおよび第二のアームと、第二の支持部との間に第三の支持部を設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１７】
第三の支持部を、捩れ振動子の共振周波数の高次の定在波の振動節部に設けた請求項１６に記載の光学反射素子。
【請求項１８】
第一のアームの自由端どうし、および第二のアームの自由端どうしをダンパーで連結した請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１】
支持体と、この支持体に一端が支持された二つの第一の支持部と、この二つの第一の支持部の他端に支持された第一のアームと第二のアームを有する二つの音叉振動子と、この二つの音叉振動子の振動中心に一端が支持された二つの第二の支持部と、この二つの第二の支持部の他端に支持されたミラー部とを備え、このミラー部を介して前記二つの音叉振動子を対向配置させ、二つの音叉振動子の振動中心とミラー部の回転軸とを同一線上に配置し、前記第一のアームと第二のアームに突起部を設けた光学反射素子。
【請求項２】
突起部を第一のアームと第二のアームの自由端に設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項３】
突起部を音叉振動子の左右対称に設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項４】
突起部を音叉振動子の内側に設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項５】
二つの第一の支持部が回転軸を中心として同一方向に捩り振動するように音叉振動子を振動させる請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項６】
二つの音叉振動子の形状を略同一形状とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項７】
二つの音叉振動子の共振周波数を同一周波数とした請求項６に記載の光学反射素子。
【請求項８】
二つの音叉振動子の共振周波数と、ミラー部と二つの第二の支持部で構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項９】
第一の支持部、音叉振動子、突起部、第二の支持部およびミラー部の基材を同一材料とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１０】
基材を弾性部材とした請求項９に記載の光学反射素子。
【請求項１１】
弾性部材を金属、ガラス、水晶または石英とした請求項１０に記載の光学反射素子。
【請求項１２】
金属をシリコン、チタン、ステンレス、エリンバーまたは黄銅合金とした請求項１１に記載の光学反射素子。
【請求項１３】
第一のアーム、および／または第二のアームの少なくとも一面に圧電アクチュエータを設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１４】
圧電アクチュエータを第一の電極層、圧電体層および第二の電極層からなる積層圧電薄膜とした請求項１３に記載の光学反射素子。
【請求項１５】
二つの音叉振動子の同一面に圧電アクチュエータを設けた請求項１３に記載の光学反射素子。
【請求項１６】
第一のアームおよび第二のアームと、第二の支持部との間に第三の支持部を設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１７】
第三の支持部を、捩れ振動子の共振周波数の高次の定在波の振動節部に設けた請求項１６に記載の光学反射素子。
【請求項１８】
第一のアームの自由端どうし、および第二のアームの自由端どうしをダンパーで連結した請求項１に記載の光学反射素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２２３１１４（Ｐ２００９−２２３１１４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６９０３０（Ｐ２００８−６９０３０）
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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