光學設備、光掃描儀以及圖像形成裝置的製作方法
2023-10-06 02:36:54 3
專利名稱:光學設備、光掃描儀以及圖像形成裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及光學設備、光掃描儀以及圖像形成裝置。
背景技術：
作為用於雷射印表機等的、通過光掃描進行描繪的光學設備，為了實現小型化，而公知有採用扭振器(捻り振動子)的光學設備(例如參照專利文獻1)。
例如，專利文獻1相關的光學設備，在由矽構成的板狀的可動部上直接設置由鋁構成的光反射部，在上述部分的兩側由一對扭簧可轉動地支撐。並且，通過使一對扭簧彎曲變形並使可動部轉動(振動)，從而進行光掃描。此時，在光反射部，所照射的光幾乎都被反射。
然而，由於光反射部的光反射率不能完全達到100％，因此這種光學設備中，照射到光反射部的光的一部分會產生熱，而使可動部升溫。
因此，如果長時間使用上述光學設備，則通過可動部的形狀和光反射部的材質等，由熱在可動部上產生翹曲等的變形，可能會損壞光反射部的平面性。此外，通過來自可動部的熱量扭簧的材料物性變化，從而會有扭簧的彈性常數變化的可能性。
如果光反射部的平面性被破壞並且扭簧的彈性常數變化，則難以進行穩定的驅動(描繪)。
專利文獻1特開平7-92409號公報。
發明內容本發明的目的在於提供一種能夠進行穩定的驅動的光學設備、光掃描儀以及圖像形成裝置。
為了上述目的，通過下述的方案來實現。
本發明的光學設備，具有可動部和驅動該可動部的驅動機構，上述可動部具有光反射部，並設置成可轉動，上述驅動機構通過對上述可動部進行旋轉驅動，將由上述光反射部反射的光對對象物進行掃描，其特徵在於，上述光學設備具有冷卻上述可動部的冷卻機構。
由此，能夠防止可動部的升溫。其結果，本發明的光學設備可進行穩定的驅動。
本發明的光學設備，優選具有支撐部，其對上述可動部進行支撐；和彈性連結部，其連結上述可動部和上述支撐部以使上述可動部相對上述支撐部可轉動，上述驅動機構邊使上述彈性連結部扭轉變形，邊使上述可動部轉動。
由此，能夠提供採用具有1自由度振動系統的扭振器的光學設備。採用這種扭振器的光學設備，可採用微型機器(micro machine)技術來製造，因此可實現小型化。
本發明的光學設備，優選具有支撐部，其對上述可動部進行支撐；驅動部，其用於驅動所述可動部；第一彈性連結部，其連結上述支撐部和上述驅動部以使上述驅動部相對上述支撐部可轉動；和第二彈性連結部，其連結上述驅動部和上述可動部以使上述可動部相對上述驅動部可轉動，上述驅動機構邊使上述第一彈性連結部扭轉變形，邊使上述驅動部轉動，並伴隨上述狀況，使上述第二彈性連結部扭轉變形。
由此，能夠提供一種採用具有2自由度振動系統的扭振器的光學設備。採用這種扭振器的光學設備，可採用微型機器技術來製造，因此可實現小型化。此外，具有2自由度振動系統的扭振器可降低驅動電壓，並以較大的振幅驅動可動部。
本發明的光學設備，優選上述冷卻機構至少設置在上述可動部的本體上，具有由熱傳導率比構成上述可動部的本體的材料高的材料構成的高熱傳導膜，介由該高熱傳導膜對上述可動部進行放熱。
由此，通過高熱傳導膜向可動部的外部積極地對可動部的熱量放熱，可冷卻可動部。因此，可採用比較簡單的結構來防止可動部的升溫。
本發明的光學設備，優選上述光反射部構成膜狀，設置在上述可動部的本體上，上述高熱傳導膜介在於上述可動部的本體和上述光反射部之間。
由此，照射到光反射部的光中、沒有由光反射部反射而變成熱量的光在被傳送到可動部之前，可通過高熱傳導膜向外部放熱。因此，能夠以比較簡單的結構更可靠地防止可動部的升溫。
本發明的光學設備，優選熱傳導率比上述高熱傳導膜的構成材料低的低熱傳導膜介在於上述光反射部和上述高熱傳導膜之間。
由此，由光反射部產生的熱量暫時蓄積在低熱傳導膜後，通過高熱傳導膜向可動部的外部放出。因此，能夠更可靠地防止由光反射部產生的熱量向可動部傳遞，並進行可動部的冷卻。
本發明的光學設備，優選熱傳導率比上述高熱傳導膜的構成材料低的低熱傳導膜介在於上述可動部的本體和上述高熱傳導膜之間。
由此，通過高熱傳導膜向可動部的外部方差由光反射部產生的熱量，並且可將未由高熱傳導膜放出的熱量暫時蓄積在低熱傳導膜中。並且，蓄積在低熱傳導膜中的熱量通過高熱傳導膜向可動部的外部放出。因此，能夠更可靠地防止由光反射部產生的熱量向可動部傳遞，並進行可動部的冷卻。
本發明的光學設備，優選上述高熱傳導膜兼作上述光反射部。
由此，在製造光學設備時，通過一次的成膜工序可形成高熱傳導膜和光反射部，能夠實現光學設備的低成本化。
本發明的光學設備，優選上述可動部構成板狀，上述高熱傳導膜設置為覆蓋上述可動部的至少一個面的幾乎整個區域。
由此，在可動部的面的幾乎整個區域中，可通過高熱傳導膜向可動部的外部積極地對可動部的熱量放熱。因此，能夠更可靠地防止可動部的升溫。
本發明的光學設備，優選上述冷卻機構具有與上述高熱導電膜連結的散熱器。
由此，能夠由散熱器更積極地對傳遞到高熱傳導膜的熱量進行散熱。因此，能夠更可靠地防止可動部的升溫。
本發明的光學設備，優選上述散熱器設置在與上述可動部一體地形成的部分上。
由此，降低與可動部一體地形成的部分的熱量，能夠更可靠地防止可動部的升溫。
本發明的光學設備中，優選具有支撐部，其對上述可動部進行支撐；驅動部，其對上述可動部進行驅動；第一彈性連結部，其連結上述支撐部和上述驅動部以使上述驅動部相對上述支撐部可轉動；和第二彈性連結部，其連結上述驅動部和上述可動部以使上述可動部相對上述驅動部可轉動，上述驅動機構邊使上述第一彈性連結部扭轉變形，邊使上述驅動部轉動，並伴隨上述狀況，邊使上述第二彈性連結部扭轉變形，邊使上述可動部轉動，上述散熱器設置在上述驅動部的上方。
由此，能夠提高驅動時散熱器和其周圍的氣體之間的接觸概率，可更加提高可動部的冷卻效果。
本發明的光學設備，優選上述散熱器，沿與上述驅動部的轉動軸線成直角的方向延伸的散熱片在上述轉動軸線方向隔以間隔地設置。
由此，能夠減小散熱器和其周圍的氣體之間的接觸熱阻，並提高可動部的冷卻效果。
本發明的光學設備，上述散熱器，在相對上述驅動部的轉動軸線成直角的方向，端部側的高度低於中央部側的高度。
由此，能夠降低與驅動部的轉動軸線成直角的方向的端部的驅動時的慣性力，並使驅動部的設計容易。
本發明的光掃描儀，具有可動部和驅動機構，上述可動部具有光反射部，並設置成可轉動，上述驅動機構對上述可動部進行驅動，通過上述驅動機構使上述可動部轉動，將由上述光反射部反射的光對對象物進行掃描，上述光掃描儀具有冷卻上述可動部的冷卻機構。
由此，可防止可動部的升溫。其結果，本發明的光掃描儀可進行穩定的驅動。
本發明的圖像形成裝置，具有可動部和驅動機構，上述可動部具有光反射部，並設置成可轉動，上述驅動機構對上述可動部進行驅動，通過上述驅動機構使上述可動部轉動，將由上述光反射部反射的光進行主掃描及/或副掃描，在對象物上形成圖像，上述圖像形成裝置具有冷卻上述可動部的冷卻機構。
由此，能防止可動部的升溫。其結果，本發明的圖像形成裝置可進行穩定的驅動。
圖1為表示本發明的光學設備的第一實施方式的平面圖。
圖2為圖1中的A-A線剖面圖。
圖3為表示圖1中所示的光學設備的電極的配置的平面圖。
圖4為表示圖1中所示的光學設備的驅動電壓的一例的圖。
圖5為表示驅動電壓(交流電壓)的頻率和第一質量部以及第二質量部的振幅之間的關係的曲線圖。
圖6為用於說明圖1中所示的光學設備的製造方法的圖。
圖7為表示本發明的光學設備的第二實施方式的平面圖。
圖8為圖7中的A-A線剖面圖。
圖9為表示具備本發明的光掃描儀的圖像形成裝置(印表機)的一例的示意的剖面圖。
圖10是表示設置在圖9的圖像形成裝置的曝光單元的概略結構的圖。
圖11是表示具備本發明的光掃描儀的圖像形成裝置(圖像顯示器)的一例的示意的剖面圖。
圖中1、1A-光學設備；2-基體；21、22-第一質量部；211、221一端部；23-第二質量部；231、251-光反射部；232-端部；24-支撐部；25-第一彈性連結部；26-第二彈性連結部；27-轉動中心軸；28-空間；3-對置基板；31-開口部；32-電極；4-接合層；5-矽基板；51-凹部；6-金屬掩模；7-抗蝕劑掩模；9-矽基板；10-冷卻機構；11、11A-高熱傳導膜；12、12A-散熱器；12A1-散熱片；13-低熱傳導膜；110、119-圖像形成裝置；111-感光體；112-帶電單元；113-曝光單元；114-顯影單元；115-複製單元；116-清洗單元；117-給紙託盤；118-定影裝置；131-雷射光源；132-準直透鏡；133-fθ透鏡；141～144-顯影裝置；145-保持體；146-軸；151-中間複製帶；152-一次複製輥；153-從動輥；154-驅動輥；155-二次複製輥；161-清洗片；171-給紙輥；172-記錄(register)輥；173-排紙輥對；174、176-輸送輥對；175-輸送路徑；191～193-光源；194-交叉二向色稜鏡；195-檢電反射鏡(galvano mirror)；196-固定反射鏡；197-屏幕；L1、L2、L3-距離。
具體實施方式以下，參照附圖對本發明的光學設備、光掃描儀以及圖像形成裝置的優選實施方式進行說明。
(第一實施方式)首先，對本發明的光學設備的第一實施方式進行說明。
圖1為表示本發明的光學設備的第一實施方式的平面圖(內部透視圖)，圖2為圖1中的A-A線剖面圖，圖3為表示圖1中所示的光學設備的電極的配置的平面圖，圖4為圖1中所示的光學設備的驅動電壓的一例(交流電壓)的圖，圖5為表示施加的交流電壓的頻率和第一質量部以及第二質量部的振幅之間的關係的曲線圖。另外，在以下的說明中，為了方便說明，將圖1以及圖3中的紙面前面一側稱為「上」，紙面背面一側稱為「下」，右側稱為「右」，左側稱為「左」，圖2中的上側成為「上」，下側成為「下」，右側稱為「右」，左側稱為「左」。
光學設備1，如圖1所示，具有有2自由度振動系統的基體2，在該基體2的下面介由接合層4與對置基板3接合，在該基體2的上面安裝有冷卻機構10。
基體2具備一對第一質量部(驅動部)21、22、在上面(與後述的對置基板3相反側的面)設置有光反射部23 1的第二質量部(可動部)23和用於支撐它們的支撐部24。
具體地來說，基體2以第二質量部23為中心，在其一端側(圖1以及圖2中左側)設置有第一質量部21，在另一端側(圖1以及圖2中右側)中設置有第一質量部22。
此外，在本實施方式中，第一質量部21、22互相具有大致相同形狀且大致相同尺寸，介由第二質量部23大致對稱地設置。
此外，在第二質量部23上介由後文詳細敘述的冷卻機構10的高熱傳導膜11而設置有光反射部231。
還有，如圖1以及圖2所示，基體2具備連結第一質量部21、22和支撐部24的一對第一彈性連結部25、25和連結第一質量部21、22和第二質量部23的一對第二彈性連結部26、26。
各第一彈性連結部25、25以及各第二彈性連結部26、26設置在同軸上，將該軸作為轉動中心軸(旋轉軸)27，第一質量部21、22相對支撐部24可轉動，此外第二質量部23相對第一質量部21、22可轉動。
由此，基體2具有由第一振動系統和第二振動系統構成的2自由度振動系統，第一振動系統由第一質量部21、22和第一彈性連結部25、25構成，第二振動系統由第二質量部23和第二彈性連結部26、26構成。
在本實施方式中，這種2自由度振動系統比基體2的整體的厚度較薄地形成，並且在圖2在上下方向位於基體2的上部。換句話說，基體2上形成有比基體2的整體的厚度薄的部分(以下稱作薄壁部)，通過在該薄壁部形成異形孔，從而形成第一質量部21、22、第二質量部23、第一彈性連結部25、25和第二彈性連結部26、26。
此外，在本實施方式中，通過上述薄壁部的上面位於與支撐部24的上面相同的面上，在上述薄壁部的下方形成用於各質量部21、22、23的轉動的空間(凹部)28。
這種基體2，例如將矽作為主材料而構成，將第一質量部21、22、第二質量部23、支撐部24、第一彈性連結部25、25和第二彈性連結部26、26一體地形成。
另外，基體2也可由SOI基板等的層疊結構的基板形成第一質量部21、22、第二質量部23、支撐部24、第一彈性連結部25、25和第二彈性連結部26、26。
對置基板3例如將矽或玻璃作為主材料而構成。
如圖2以及圖3所示，在對置基板3的上面，與第二質量部23對應的部分形成開口部31。
該開口部31，在第二質量部23轉動(振動)時，構成防止與對置基板3接觸的迴避部。通過設置開口部(迴避部)31，防止光學設備1整體的大型化，並且可將第二質量部23的振動角(振幅)設定得更大。在光學設備1中，將對置基板3以矽為主材料而構成的情況，與由玻璃材料等構成對置基板的情況相比，能夠簡單且高精度(高縱橫比)地形成上述的開口部等的迴避部。
另外，如果迴避部為可充放發揮上述效果的結構，則未必在對置基板3的下面(與第二質量部23相反側的面)開放(開口)。即迴避部也能由形成在對置基板3的上面的凹部構成。此外，在空間28的深度相對第二質量部23的振動角(振幅)較大的情況等下，也可不設置迴避部。
此外，如圖3所示，在對置基板3的上面(基體2側的面)，在與第一質量部21對應的部分介由後述的接合層4，一對電極32以轉動中心軸27為中心大致對稱地設置，此外在與第一質量部22對應的部分介由後述的接合層4，一對電極32以轉動中心軸27為中心大致對稱地設置。即在本實施方式中，一對電極32設置有兩組(共計4個)。
第一質量部21、22和各電極32與未圖示的電源連接，構成為可在第一質量部21、22和各電極32之間施加交流電壓(驅動電壓)的結構。即第一質量部21、22和各電極32構成用於驅動第二質量部23(更具體地為第一質量部21、22)的驅動機構。
另外，第一質量部21、22，在與各電極對置的面分別設置有絕緣膜(未圖示)。由此，能夠適於防止在第一質量部21、22和各電極32之間產生短路。
接合層4具有將基體2和對置基板3接合的功能。因此，如果接合層4的構成材料為上述可接合的材料，則並不特別限定，但在基體2和對置基板3的每一個以矽為主材料構成的情況下，優選採用包括可動離子的玻璃。由此，能夠將均以矽為主材料構成的基體2和對置基板3介由接合層4進行陽極接合。
此外，在本實施方式中，在接合層4的上面設置有上述的電極32。由此，能夠調整電極32和第一質量部21、22之間的間隔(gap)。此外，通過由具有絕緣性的材料構成接合層4，能夠確保電極32和對置基板3之間的絕緣性。
在此，對設置在上述的基體2的上面的冷卻機構10進行詳細地說明。
冷卻機構10具有對作為可動部的第二質量部23進行冷卻的功能。由此，能夠防止第二質量部23的升溫。其結果，防止由升溫所引起的第二質量部23的變形和第二彈性連結部26的彈性常數的變化，能使光學設備1的驅動穩定化。
更具體地來說，冷卻機構10具有設置在第二質量部23地上面地高熱傳導膜11和與高熱傳導膜11連接的散熱器(heat sink)12。
高熱傳導膜11設置在作為可動部的第二質量部23的本體上。
並且，高熱傳導膜11由具有比第二質量部23(第二質量部23的本體)的構成材料(即基體2的構成材料)的熱傳導率高的熱傳導率的材料(以下稱作高熱傳導材料)構成。因此，介由該高熱傳導膜11能對第二質量部23放熱。由此，通過高熱傳導膜11能夠將第二質量部23的熱量向第二質量部23的外部積極地放熱，從而能冷卻第二質量部23。因此，能夠以比較簡單的結構防止第二質量部23的升溫。
尤其，在本實施方式中，高熱傳導膜11介設於第二質量部23和光反射部231之間。由此，向光反射部231照射的光中、沒有由光反射部231反射而變為熱量的光在傳送到第二質量部23之前，能夠通過高熱傳導膜11向外部放熱。因此，能夠以比較簡單的結構更確切地防止第二質量部23的升溫。
此外，高熱傳導膜11按照覆蓋第二質量部23的一方的面的幾乎整個區域的方式設置。由此，在第二質量部23的面的幾乎整個區域中，能夠通過高熱傳導膜11將第二質量部23的熱量向第二質量部23的外部積極地放熱。因此，能夠可靠地防止第二質量部23的升溫。另外，也可將高熱傳導膜設置在第二質量部23的兩面，也可只將高熱傳導膜設置在第二質量部23的另一面。
作為這種高熱傳導材料，沒有特別限定，但可舉出例如Li、Be、B、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ag、Au、Pt、Pd的金屬(金屬單質)、包括這些金屬的合金和包括這些金屬的氧化物和氮化物等。
這些物質中，作為高熱傳導性材料，優選為鋁、銅、鈦、不鏽鋼的金屬材料、氮化鋁、氮化矽等的陶瓷材料。
散熱器12具有用於放熱的多個散熱片(fin)，可增大與外部氣體的接觸面積，具有從高熱傳導膜11接收熱並對其進行放熱的功能。
由此，由於冷卻機構10具有與高熱傳導膜11連接的散熱器12，因此能夠由散熱器12對傳遞到高熱傳導膜11的熱量積極地進行放熱。從而，能夠可靠地防止第二質量部23的升溫。
此外，散熱器12設置在支撐部24上。由此，在與第二質量部23一體地形成的部分上設置有散熱器12，因此能降低與第二質量部23一體地形成的部分、更具體地為基體2整體的熱量，從而可更可靠地防止第二質量部23的升溫。
這種散熱器12由具有比第二質量部23的構成材料(即基體2的構成材料)的熱傳導率高的熱傳導率的材料(以下稱作高熱傳導材料)構成。因此，作為散熱器12的構成材料可採用與上述的高熱傳導材料同樣的材料。
另外，在本實施方式中，散熱器12與高熱傳導膜11分別形成，但也可使散熱器12和高熱傳導膜11構成為一體。
按照下述那樣驅動以上構成的光學設備1。
即在第一質量部21、22和各電極32之間施加例如正弦波(交流電壓)等。具體地來說，例如將第一質量部21、22接地，對圖3中上側的兩個電極32施加圖4(a)所示的波形的電壓，對圖3中下側的兩個電極32施加圖4(b)所示的波形的電壓。於是，在第一質量部21、22和各電極32之間產生靜電力(庫侖力)。
通過該靜電力，向各電極32方吸引的力通過正弦波的相位而變化，第一質量部21、22以轉動中心軸27(第一彈性連結部25)為軸，進行振動(轉動)以使對基體2的板面(圖1中的紙面)傾斜。
並且，隨著該第一質量部21、22的振動(驅動)，介由第二彈性連結部26連結的第二質量部23也以轉動中心軸27(第二彈性連結部26)為軸，進行振動(轉動)以使對基體2的板面(圖1中的紙面)傾斜。
從而，隨著第二質量部23的轉動，光反射部231也轉動，可掃描照射到光反射部231上的光。
此時，照射到光反射部231的光的一部分，不由光反射不231反射而變為熱量。該熱量通過高熱傳導膜11向散熱器12傳導，向外部放出。由此，能夠防止通過由光反射部231產生的熱量而第二質量部23升溫。因此，光學設備1，不僅不會產生由於第二質量部23升溫而翹曲等的變形，而且還可穩定地驅動並進行高精度的描繪和光掃描。
在此，該光學設備1，如上所述，在對象基板3的與第二質量部23對應的部分形成開口部31，此外在圖2，在基體2的下面形成空間28，並且俯視來看設置為第一質量部21、22位於空間(凹部)28內。
通過這種結構，可確保較大的空間作為第二質量部23可振動的空間以及第一質量部21、22可振動的空間。因此，通過將第一質量部21、22的質量設定地較小，即使在以較大的振動角使第一質量部21、22振動的情況下和第二質量部23通過共振以較大的振動角振動的情況下，能夠較好地防止各質量部21、22、23(2自由度振動系統)與對置基板3接觸。
因此，在將這種光學設備1適用於例如光掃描儀的情況下，可進行更高解析度的掃描。另外，光學設備1除了光掃描儀外，還可用作光開關、光衰減器(attenuator)等的其他光學設備。在使用光學設備1作為這種其他光學設備的情況下，能夠使開關特性和光衰減特性長期穩定化。
在此，將從第一質量部21的轉動中心軸到與該軸大致垂直的方向(長邊方向)的長度(轉動中心軸和端部211之間的距離)設為L1，將從第一質量部22的轉動中心軸到與該軸大致垂直的方向(長邊方向)的長度(轉動中心軸和端部221之間的距離)設為L2，將從第二質量部23的轉動中心軸到與該軸大致垂直的方向的長度(轉動中心軸和端部232之間的距離)設為L3時，在本實施方式中由於第一質量部21、22分別獨立設置，因此第一質量部21、22和第二質量部23不幹涉，能夠與第二質量部23的大小(長度L3)無關地減小L1以及L2。由此，能夠增大第一質量部21、22的轉動角度(振動角)，能夠增大第二質量部23的轉動角度。
此外，通過減小L1以及L2，能夠減小第一質量部21、22和各電極32之間的距離，由此靜電力增大，能夠減小對第一質量部21、22和各電極32施加的交流電壓。
在此，第一質量部21、22以及第二質量部23的大小被設定為分別滿足L1＜L3且L2＜L3的關係。由此，能夠使L1以及L2變地更小，能夠使第一質量部21、22的轉動角度變地更大，能夠使第二質量部23的轉動角度變地更大。
此時，優選第二質量部23的最大轉動角度構成為20°以上。
此外，如上所述，通過減小L1以及L2，能夠使第一質量部21、22和各電極23之間的距離更小，能夠使對第一質量部21、22和各電極32施加的交流電壓變地更小。
由此，能夠實現第一質量部21、22的低電壓驅動和第二質量部23的大旋轉角度的振動(轉動)。
因此，在將這種光學設備1適用於用於例如雷射印表機、掃描型共焦點雷射顯微鏡等的裝置中的光掃描儀的情況下，能夠更容易地實現裝置的小型化。
另外，如上所述，在本實施方式中，L1以及L2被設定為幾乎相等，但也可使L1以及L2不同。
然而，在由這種質量部21、22、23構成的振動系統(2自由度振動系統)中，在第一質量部21、22以及第二質量部23的振幅(振動角)和所施加的交流電壓的頻率之間存在圖5所示的頻率特性。
即上述振動系統具有第一質量部21、22的振幅和第二質量部23的振幅變大的兩個共振頻率fm1[kHz]、fm3[kHz](其中fm1＜fm3)和第一質量部21、22的振幅幾乎為0的一個反共振頻率fm2[kHz]。
在該振動系統中，優選在第一質量部21、22和電極32之間施加的交流電壓的頻率F設定為兩個共振頻率中低的頻率、即與fm1大致相等。由此，能抑制第一質量部21、22的振幅並增大第二質量部23的振動角(旋轉角度)。
另外，在本說明書中，F[kHz]和fm1[kHz]幾乎相等這一點意味著滿足(fm1-1)≤F≤(fm1+1)的條件。
優選第一質量部21、22的平均厚度分別為1～1500μm，更優選為10～300μm。
優選第二質量部23的平均厚度為1～1500μm，更優選為10～300μm。
優選第一彈性連結部25的彈性常數k1為1×10-4～1×104Nm/rad，更優選為1×10-2～1×103Nm/rad，最優選為1×10-1～1×102Nm/rad。由此，能夠使第二質量部23的轉動角度(振動角度)變地更大。
另外，優選第二彈性連結部26的彈性常數k2為1×10-4～1×104Nm/rad，更優選為1×10-2～1×103Nm/rad，最優選為1×10-1～1×102Nm/rad。由此，能夠抑制第一質量部21、22的振動角，並使第二質量部23的振動角度變大。
此外，優選第一彈性連結部25的彈性常數k1和第二彈性連結部26的彈性常數k2滿足k1＞k2的關係。由此，抑制第一質量部21、22的振動角並使第二質量部23的旋轉角度(振動角)變地更大。
還有，設第一質量部21、22的慣性矩為J1，第二質量部23的慣性矩為J2時，優選J1和J2滿足J1≤J2的關係，更優選滿足J1＜J2的關係。由此，抑制第一質量部21、22的振動角，並能夠使第二質量部23的旋轉角度(振動角)變地更大。
可是，由第一質量部21、22和第一彈性連結部25、25構成的第一振動系統的固有振動數ω1，根據第一質量部21、22的慣性矩J1和第一彈性連結部25的彈性常數k1，通過ω1＝(k1/J1)1/2而得到。另一方面，由第二質量部23和第二彈性連結部26、26構成的第二振動系統的固有振動數ω2，根據第二質量部23的慣性矩J2和第二彈性連結部26的彈性常數k2，通過ω2＝(k2/J2)1/2而得到。
優選由此求得的第一振動系統的固有振動數ω1和第二振動系統的固有振動數ω2滿足ω1＞ω2的關係。由此，抑制第一質量部21、22的振動角，並能使第二質量部23的旋轉角度(振動角)變地更大。
另外，本實施方式的振動系統，通過在一對第一彈性連結部25以及一對第二彈性連結部26中至少一個的內部設置壓電電阻元件，能夠檢測出例如旋轉角度以及旋轉頻率，此外可將該檢測結果利用在第二質量部23的姿勢的控制中。
這種光學設備1，例如可如下那樣製造。
圖6為用於說明第一實施方式的光學設備的製造方法的圖(縱剖面圖)。另外，以下為了方便說明，將圖6中的上側稱作「上」、下側稱為「下」。
首先，如圖6(A)所示，準備矽基板5。
接下來，如圖6(B)所示，在矽基板5的一方的面上按照與支撐部24和各質量部21、22、23的形狀對應的方式，例如由鋁等形成金屬掩模6。
並且，如圖6(C)所示，在矽基板5的另一方的面上塗布光致抗蝕劑(photo resist)，進行曝光、顯影。由此，如圖6(C)所示，按照與支撐部24的形狀對應的方式，形成抗蝕劑掩模7。另外，抗蝕劑掩模7的形成，也可在金屬掩模6形成之前先進行。
作為金屬掩模6的形成方法，可舉出真空蒸鍍、濺射(低溫濺射)、離子鍍膜等的乾式鍍覆法、電解電鍍、非電解電鍍等的溼式鍍覆法、溶射法、金屬箔的接合等。另外，以下的各工序中的金屬膜的成膜中也可採用同樣的方法。
接下來，介由該抗蝕劑掩模7，對矽基板5的上述另一方的面進行蝕刻後，除去抗蝕劑掩模7。由此，如圖6(D)所示，在與支撐部24對應的部分以外的區域形成凹部51。
作為蝕刻方法，能夠組合例如有等離子蝕刻、活性離子蝕刻(reactiveion etching)、光束蝕刻(beam etching)、光加速(assist)蝕刻等的物理蝕刻法、溼式蝕刻等的化學蝕刻法等中的一種和兩種以上而使用。另外，在以下的各工序中的蝕刻中，可採用同樣的方法。
接下來，介由金屬掩模6，對矽基板5的上述一方的面側進行蝕刻直到與上述凹部51對應的部分貫通為止。
並且，除去金屬掩模6後，如圖6(E)所示，在第二質量部23上形成高熱傳導膜11，接下來，設置散熱器12，並且形成光反射部231。
作為高熱傳導膜11的形成方法，可採用與上述的金屬掩模6的形成方法相同的方法。
另外，在此對矽基板5進行蝕刻後，不除去金屬掩模6而使其殘存，可用作高熱傳導膜11的一部分。
通過以上的工序，如圖6(E)所示，得到在各質量部21、22、23以及支撐部24一體地形成的基體2上，形成冷氣機構10的結構體。
接下來，如圖6(F)所示，準備用於形成對置基板3的矽基板9。
並且，在矽基板9的一方的面上按照與除去形成開口部31的區域的部分對應的方式，由例如鋁等形成金屬掩模。
接下來，介由該金屬掩模，對矽基板9的一方面側進行蝕刻後，除去金屬掩模。由此，得到形成了開口部31的對置基板3。
之後，例如由包括可動離子的玻璃在對置基板3的一方的面上成膜，如圖圖6(G)所示，在對置基板3上形成接合層4。
接下來，如圖6(H)所示，在接合層4上形成電極32。由此，通過調整接合層4的厚度，可調整電極32和第一質量部21、22之間的間隔。
電極32，可在接合層4上成膜金屬膜，介由與電極32的形狀對應的掩模對金屬膜進行蝕刻後，通過除去掩模而形成。
接下來，如圖6(I)所示，通過例如陽極接合將上述工序[A1]得到的結構體和由上述工序[A2]成膜接合層4的對置基板3接合，得到光學設備1。
如上所述，製造第一實施方式的光學設備1。
(第二實施方式)接下來，對本發明的光學設備的第二實施方式進行說明。
圖7為表示本發明的光學設備的第二實施方式的平面圖(內部透視圖)，圖8為圖7中的A-A線剖面圖。
本實施方式相關的光學設備1A，除了冷卻機構的結構不同以外，與上述的第一實施方式相關的光學設備1相同。
如圖7以及圖8所示，在本實施方式的光學設備1A中，在第二質量部23的本體上設置有高熱傳導膜11A，該高熱傳導膜11A兼作光反射器。由此，在光學設備1A的製造時，通過一次成膜工序可形成高熱傳導膜11A和光反射部，可實現光學設備1A的低成本化。
這種高熱傳導膜11A，連接有散熱器12A。該散熱器12A設置在作為驅動部的第一質量部21、22上。由此，可提高驅動時散熱器12A和其周圍的氣體之間的接觸概率，可進一步提高作為可動部的第二質量部23的冷卻效果。
尤其，在散熱器12A，將沿著對第一質量部21、22的轉動軸線成直角的方向的散熱片12A1，在上述轉動軸線方向隔開間隔設置。由此，可降低散熱器12A和其周圍的氣體之間的接觸熱阻，並且可提高第二質量部23的冷卻效果。
此外，散熱器12A在對第一質量部21、22的轉動軸線成直角的方向端部側的高度比中央部側的高度低。由此，可降低在與第一質量部21、22的轉動軸線成直角的方向的端部的驅動時的慣性力，可使第一質量部21、22的設計變地容易。
尤其，散熱器12A被設置在對第一質量部21、22的轉動軸線成直角的方向的中央部、即除去端部的區域，因此能夠更加降低在與第一質量部21、22的轉動軸線成直角的方向的端部的驅動時的慣性力。
此外，在本實施方式中，在第二質量部23的本體和高熱傳導膜11A之間，介有熱傳導率比高熱傳導膜11A的構成材料低的低熱傳導膜13。由此，通過高熱傳導膜11A將由光反射部231生成的熱量向第二質量部13的外部放出，並且可將沒有由高熱傳導膜11A放出的熱量暫時蓄積在低熱傳導膜13中。並且，蓄積在低熱傳導膜13中的熱量通過高熱傳導膜11A向第二質量部23的外部放出。因此，可更可靠地防止由光反射部231生成的熱量向第二質量部23傳遞，並且可進行第二質量部23的冷卻。
另外，如上述的第一實施方式所述，在光反射部231和高熱傳導膜11為單獨個體的情況下，可使上述的低熱傳導膜介在於光反射部231和高熱傳導膜11之間。此時，由光反射部231產生的熱量暫時蓄積在低熱傳導膜中後，通過高熱傳導膜11向第二質量部23的外部放出。因此，可更可靠地防止由光反射部231生成的熱量向第二質量部23傳遞，並且可進行第二質量部23的冷卻。
以上說明的光學設備1、1A分別優選適用於光掃描儀，該光掃描儀用於例如雷射印表機、條型碼(bar code)讀取器、掃描型共焦點雷射顯微鏡、圖像用顯示器等的圖像形成裝置。作為光掃描儀，具備本發明所述的光學設備1、1A的圖像形成裝置能夠防止第二質量部23的升溫，因此可進行穩定的驅動(長期可得到高品位的圖像)。
在此，基於圖9到圖11，對具備光學設備1的圖像形成裝置、即本發明的圖像形成裝置的具體例進行說明。
首先，對將本發明適用於採用電子照相方式的印表機的例子進行說明。
圖9為表示具備本發明的光掃描儀的圖像形成裝置(印表機)的一例的全體構成的模式剖面圖。
圖9所示的圖像形成裝置110(印表機)通過包括曝光、顯影、複製、定影的一系列的圖像形成工藝，將由調色劑(toner)構成的圖像，記錄在紙或OHP薄片等的記錄介質上。如圖9所示，這種圖像形成裝置110具有在圖示箭頭方向旋轉的感光體111，沿著其旋轉方向依次配設有帶電單元112、曝光單元113、顯影單元114、複製單元115、清洗單元116。此外，圖像形成裝置110，在圖9中，在下部設置有收容紙等的記錄介質P的給紙託盤(tray)117，在上部設置有定影裝置118。
感光體111例如在圓筒狀的導電性基材(未圖示)的外周面形成感光層(未圖示)，沿著其軸線可旋轉。
帶電單元112為用於通過電暈帶電等使感光體111的表面均勻帶電的裝置。
曝光單元113為從未圖示的計算機等的主機接收圖像信息，並按照該信息在均勻地帶電的感光體111上，通過選擇性地照射雷射而形成靜電的潛像的裝置。
更具體地進行說明，如圖10所示，曝光單元113具有作為光掃描儀的光學設備1、雷射光源131、準直透鏡132和fθ透鏡133。
在這種曝光單元113中，從雷射光源131介由準直透鏡132向光學設備1(光反射部251)照射雷射光L。並且，由光反射部251反射的雷射光L介由fθ透鏡照射在感光體111上。
此時，通過光學設備1的驅動(第二質量部25的轉動中心軸X周圍的轉動)，由光反射部251反射的光(雷射L)在感光體111的軸線方向被掃描(主掃描)。另一方面，通過感光體111的旋轉，由光反射部251反射的光(雷射L)在感光體111的周方向被掃描(副掃描)。此外，從雷射光源131輸出的雷射L的強度按照從未圖示的主機接收的圖像信息而變化。
由此，曝光單元113對感光體111選擇性地進行曝光而進行圖像形成(描繪)。
顯影單元114，具有四個顯影裝置141、142、143、144和保持這些顯影裝置的保持體145，通過將保持體145沿著軸146周圍旋轉，使各顯影裝置選擇性地與感光體111對置。在此，顯影裝置141為黑色(K)調色劑用顯影裝置，顯影裝置142為品紅(M)調色劑用顯影裝置，顯影裝置143為藍綠色(C)調色劑用顯影裝置，顯影裝置144為黃色(Y)調色劑用顯影裝置。
複製單元115，具有環帶(endless belt)狀中間複製帶151、撐架該中間複製帶151的三個輥(roller)(一次複製輥152、從動輥153、驅動輥154)和介由中間複製帶151與驅動輥154對置的二次複製輥155。
中間複製帶151通過驅動輥154的旋轉，使一次複製輥152以及從動輥153從動旋轉，並且在圖9所示的箭頭方向以與感光體111大致相同的周速度被旋轉驅動。
一次複製輥152是用於將形成在感光體111上的單色調色劑像複製在中間複製帶151上的裝置。
二次複製輥155是用於將形成在中間複製帶151上的單色或全色(fullcolor)等的調色劑像複製在紙、膠片、布等的記錄介質P上。
定影裝置118，為通過對接收上述調色劑像的複製的記錄介質P進行加熱以及加壓，將上述調色劑像熔著在記錄介質P上並作為永久像使其定影的裝置。
清洗單元116為具有在一次複製輥152和帶電單元12之間與感光體111的表面抵接的橡膠製的清洗片(blade)161，通過一次複製輥152在中間複製帶151上複製調色劑像後，通過清洗片161將殘存在感光體111上的調色劑刮掉而除去的裝置。
在這種圖像形成裝置110中，首先通過來自未圖示的主機的指令感光體111、設置在顯影單元114的顯影輥(未圖示)以及中間複製帶151開始旋轉。並且，感光體111，邊旋轉邊通過帶電單元112依次被帶電。
感光體111的帶電的區域，隨著感光體111的旋轉而到達曝光位置，通過曝光單元113在上述區域上形成與第一色調例如黃色Y的圖像信息對應的潛像。
形成在感光體111上的潛像，隨著感光體111的旋轉到達顯影位置，通過用於黃色顯影的顯影裝置144採用黃色調色劑被顯影。由此，在感光體111上形成黃色調色劑像。此時，顯影單元的顯影裝置144在上述顯影位置與感光體111對置。
形成在感光體111上的黃色調色劑像隨著感光體111的旋轉到達一次複製位置(即感光體111和一次複製輥152之間的對置部分)，通過一次複製輥152被複製(一次複製)在中間複製帶151上。此時，對一次複製輥152施加與調色劑的帶電極性相反極性的一次複製電壓(一次複製偏壓)。另外，其間二次複製輥155與中間複製帶151分離。
通過第二色調、第三色調以及第四色調重複執行對與上述的處理相同的處理，與各圖像信號對應的各色的調色劑像在中間複製帶151中重合而被複製。由此，在中間複製帶151上形成全色調色劑像。
另一方面，記錄介質P從給紙託盤117通過給紙輥171、記錄(register)輥172向二次複製位置(即二次複製輥和驅動輥之間的對置部)輸送。
形成在中間複製帶151上的全色調色劑像，隨著中間複製帶151的旋轉而到達二次複製位置，通過二次複製輥155被複製到記錄介質P(二次複製)。此時，二次複製輥155被按壓到中間複製帶151，並且被施加二次複製電壓(二次複製偏壓)。
複製到記錄介質P上的全色調色劑像，通過定影裝置118被加熱以及加壓，被融著在記錄介質P。之後，在單面列印的情況下，記錄介質P通過排紙輥對173向圖像形成裝置110的外部排出。
另一方面，感光體11經過一次複製位置後，通過清洗單元116的清洗片161刮掉附著在其表面的調色劑後，具有用於形成下一個潛像的帶電。被刮掉的調色劑被回收到清洗單元116內的殘存調色劑回收部。
在雙面列印的情況下，一旦由排紙輥對173夾持通過定影裝置118在一個面定影處理後的記錄介質後，對排紙輥對173進行反轉驅動，並且驅動輸送輥對174、176，通過輸送路徑175對該記錄介質P進行表裡反轉，向二次複製位置返回，通過與上述相同的動作，在記錄介質P的另一個面上形成圖像。
接下來，對本發明應用於圖像顯示器(顯示裝置)的例子進行說明。
圖11為表示本發明的圖像形成裝置(圖像顯示器)的一例的概略圖。
圖11所示的圖像形成裝置119，具備作為光掃描儀的光學設備1、R(紅)、G(綠)、B(藍)的三色的光源191、192、193、交叉二向色稜鏡(X稜鏡)194、檢電反射鏡195、固定反射鏡196和屏幕197。
在這種圖像形成裝置119中，從光源191、192、193介由交叉二向色稜鏡194向光學設備1(光反射部251)照射各色的光。此時，來自光源191的紅色的光、來自光源192的綠色的光和來自光源193的藍色的光在交叉二向色稜鏡194中被合成。
並且，由光反射部251反射的光(三色合成光)，由檢電反射鏡195反射後，由固定反射鏡196反射而照射到屏幕197上。
此時，通過光學設備1的驅動(第二質量部25的轉動中心軸X周圍的轉動)，由光反射部251反射的光在屏幕197的橫方向被掃描(主掃描)。另一方面，通過檢電反射鏡195的軸線Y周圍的旋轉，由光反射部251反射的光在屏幕197的縱方向被掃描(副掃描)。此外，從各色的光源191、192、193輸出的光的強度，按照從未圖示的主機接收的圖像信息而變化。
上述的第一、第二實施方式的光學設備，採用具有二自由度振動系統的扭振器，因此能夠採用微型機器(micro machine)技術來製造，實現小型化。尤其，具有2自由度振動系統的扭振器，降低驅動電壓並可採用較大的振幅對可動部(第二質量部23)進行驅動。
另外，本發明也可適用於2自由度振動系統以外的振動系統的光學設備。例如在上述的第一、第二實施方式中，也可省略第一質量部以及第一彈性連結部，而採用通過第二彈性連結部連結第二質量部和支撐部的方式。即本發明也可適用於採用具有1自由度振動系統的扭振器的光學設備。採用這種扭振器的光學設備可採用微型機器技術來製造，因此可實現小型化。
以上，關於本發明的光學設備、光掃描儀以及圖像形成裝置，基於圖示的各實施方式進行了說明，但本發明並不限於它們。
此外，例如本發明的光學設備也可組合第一實施方式的任意的結構和第二實施方式的任意的結構。
此外，本發明的光學設備，也可將各部分的結構置換為發揮同樣的功能的任意的結構，此外也可附加任意的結構。
此外，在上述的實施方式中，通過靜電驅動使第一質量部21、22轉動，與此相伴使第二質量部23轉動，即對採用靜電驅動作為驅動可動部的驅動機構進行了說明，但作為驅動機構並不限於此，也可採用壓電驅動等的其他驅動方式。此外，作為採用靜電驅動的驅動機構，除了上述的平行平板型以外，也可為採用梳齒狀電極等的其他方式。
此外，作為冷卻可動部(第二質量部)的冷卻機構，只要為可對可動部冷卻或放熱的機構即可，並不限於上述實施方式的機構。
權利要求
1.一種光學設備，具有可動部和驅動機構，上述可動部具有光反射部，並設置成可轉動，上述驅動機構對上述可動部進行驅動，通過上述驅動機構使上述可動部轉動，將由上述光反射部反射的光對對象物進行掃描，其特徵在於，上述光學設備具有冷卻上述可動部的冷卻機構。
2.根據權利要求
1所述的光學設備，其特徵在於，具有支撐部，其用於對上述可動部進行支撐；和彈性連結部，其連結上述可動部和上述支撐部以使上述可動部相對上述支撐部可轉動，上述驅動機構邊使上述彈性連結部扭轉變形，邊使上述可動部轉動。
3.根據權利要求
1所述的光學設備，其特徵在於，具有支撐部，其用於對上述可動部進行支撐；驅動部，其用於驅動上述可動部；第一彈性連結部，其連結上述支撐部和上述驅動部以使上述驅動部相對上述支撐部可轉動；和第二彈性連結部，其連結上述驅動部和上述可動部以使上述可動部相對上述驅動部可轉動，上述驅動機構邊使上述第一彈性連結部扭轉變形，邊使上述驅動部轉動，並伴隨上述狀況，邊使上述第二彈性連結部扭轉變形，邊使上述可動部轉動。
4.根據權利要求
1所述的光學設備，其特徵在於，上述冷卻機構至少設置在上述可動部的本體上，具有由熱傳導率比構成上述可動部的本體的材料高的材料構成的高熱傳導膜，介由該高熱傳導膜對上述可動部進行散熱。
5.根據權利要求
4所述的光學設備，其特徵在於，上述光反射部構成膜狀，設置在上述可動部的本體上，上述高熱傳導膜介於上述可動部的本體和上述光反射部之間。
6.根據權利要求
5所述的光學設備，其特徵在於，在上述光反射部和上述高熱傳導膜之間，介有熱傳導率比上述高熱傳導膜的構成材料低的低熱傳導膜。
7.根據權利要求
5所述的光學設備，其特徵在於，在上述可動部的本體和上述高熱傳導膜之間，介有熱傳導率比上述高熱傳導膜的構成材料低的低熱傳導膜。
8.根據權利要求
4所述的光學設備，其特徵在於，上述高熱傳導膜兼作上述光反射部。
9.根據權利要求
4所述的光學設備，其特徵在於，上述可動部構成板狀，上述高熱傳導膜以覆蓋上述可動部的至少一個面的幾乎全部區域的方式設置。
10.根據權利要求
4所述的光學設備，其特徵在於，上述冷卻機構具有與上述高熱傳導膜連結的散熱器。
11.根據權利要求
10所述的光學設備，其特徵在於，上述散熱器設置在與上述可動部一體地形成的部分上。
12.根據權利要求
11所述的光學設備，其特徵在於，具有支撐部，其用於對上述可動部進行支撐；驅動部，其用於對上述可動部進行驅動；第一彈性連結部，其連結上述支撐部和上述驅動部以使上述驅動部相對上述支撐部可轉動；和第二彈性連結部，其連結上述驅動部和上述可動部以使上述可動部相對上述驅動部可轉動，上述驅動機構邊使上述第一彈性連結部扭轉變形，邊使上述驅動部轉動，並伴隨上述狀況，邊使上述第二彈性連結部扭轉變形，邊使上述可動部轉動，上述散熱器設置在上述驅動部之上。
13.根據權利要求
12所述的光學設備，其特徵在於，上述散熱器中設置有散熱片，該散熱片沿相對上述驅動部的轉動軸線成直角的方向延伸，在上述轉動軸線方向隔開間隔。
14.根據權利要求
12所述的光學設備，其特徵在於，上述散熱器，在相對上述驅動部的轉動軸線成直角的方向，端部側的高度低於中央部側的高度。
15.一種光掃描儀，具有可動部和驅動機構，上述可動部具有光反射部並設置成可轉動，上述驅動機構對上述可動部進行驅動，通過上述驅動機構使上述可動部轉動，將由上述光反射部反射的光對對象物進行掃描，其特徵在於，上述光掃描儀具有冷卻上述可動部的冷卻機構。
16.一種圖像形成裝置，具有可動部和驅動機構，上述可動部具有光反射部並設置成可轉動，上述驅動機構對上述可動部進行驅動，通過上述驅動機構使上述可動部轉動，將由上述光反射部反射的光進行主掃描及/或副掃描，在對象物上形成圖像，其特徵在於，上述圖像形成裝置具有冷卻上述可動部的冷卻機構。
專利摘要
本發明提供一種可進行穩定的驅動的光學設備、光掃描儀以及圖像形成裝置。本發明的光學設備(1)具有第二質量部(23)和驅動第二質量部(23)的驅動機構，上述第二質量部(23)具有光反射部(231)，設置成可轉動，通過該驅動機構使第二質量部(23)轉動，將由光反射部(231)反射的光對對象物進行掃描，上述光學設備1具有對第二質量部(23)進行冷卻的冷卻機構(10)。本發明可適用於驅動機構邊使第二彈性連結部(26)扭轉變形邊使第二質量部(23)轉動的設備。
文檔編號B41J2/44GK1996088SQ200610172142
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月29日
發明者中村友亮 申請人:精工愛普生株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan