振荡器装置、光偏转器以及使用光偏转器的光学器械的制作方法

专利名称：振荡器装置、光偏转器以及使用光偏转器的光学器械的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一种振荡器装置，该振荡器装置具有用于振荡运动 的被支撑的可动元件； 一种具有该振荡器装置的光偏转器； 一种例如 使用该光偏转器的光学器械，例如成像装置或显示装置；以及一种制 造振荡装置的方法。本发明的光偏转器适合用在基于光偏转扫描而投 射图象的投影显示装置中和例如具有电子照相过程的激光束打印机或 数字复印机的成像装置中。
背景技术：
对于这样的光偏转器，已经提出了各种类型的光学扫描系统或光 学扫描装置，该光学扫描系统或光学扫描装置中，具有反射表面的可 动元件正弦地振荡以使光偏转。与采用旋转多边形反射镜(多角反射 镜)的扫描光学系统相比，具有基于谐振现象而正弦振荡的光偏转器 的光学扫描系统具有如下有利的特征。即，可以将光偏转器的尺寸制 造地非常小；能量消耗非常低；特别是由单晶硅制成并且由半导体工 艺生产的这些光偏转器在理论上不具有金属疲劳性并且具有优良的耐 用性。
在基于谐振现象的这样的光偏转器中，对于期望的驱动频率来讲， 预先确定了期望达到的固有振荡模式的频率。存在一些用于制造光偏 转器的方法的较好提议。
日本未审公开(Laid-Open )专利申请No.2002-40355公开了 一种 方法，其中，采用了包括可动板的平面电反射镜，该可动板具有反射 表面和线圏，并且被弹性地支撑，以相对扭转轴线进行振荡运动，并且其中，电反射镜具有形成在所述可动板的相对端部处的质量负载部 分。激光束投射在该质量负载部分上，以去除其质量，从而调整转动
惯量(moment of inertia )。由此实现所需的频率。
日本未审公开专利申请No.2004-219889公开了 一种方法，其中，
可动板涂覆有例如典型的树脂的质量件，基于与上述类似的原理来调 整频率。

发明内容
在上述的方法中，如果应当进行大量的调整，则需要花费大量的 时间来进行调整加工过程。此外，采用在这些方法中用到的调整原理， 非常难以迅速和同时地调整频率和重心位置。
根据本发明的一个方面，这些不便之处可以通过制造这样的振荡 器装置的方法来消除，该振荡器装置具有振荡部件、弹性支撑部以及 支撑部件，该振荡部件由弹性支撑部弹性地支撑以绕振荡轴线振荡。
该方法的特征在于用可动元件和用于调节该振荡部件的质量的质量 调节部件形成所述振荡部件，同时在该可动元件和该质量调节部件的 一部分之间形成空腔；然后采用激光束照射该质量调节部件，以部分 地去除该质量调节部件的邻近于该空腔的材料。所述这样去除的材料 包括质量调节部件的未被激光束照射的部分。
根据本发明的另 一方面，本发明提4^了 一种制造振荡器装置的方 法，该振荡器装置包括振荡部件、弹性支撑部和支撑部件，该振荡部 件由该弹性支撑部弹性地支撑以绕振荡轴线振荡，所述方法的特征在 于由可动元件形成所述振荡部件，该可动元件具有用于调节该振荡 部件质量的突出部，该突出部从该可动元件沿平行于该振荡轴线的方 向延伸；以及将激光束投射到该突出部的切割位置处，从而部分地去 除该可动元件，去除的部分包括该突出部的范围从该切割位置延伸到 该突出部的末端处的未被激光束照射到的部分；其中，通过控制该切 割位置来调整由激光束投射实现的去除的量。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种制造振荡器装置的方 法，该振荡器装置具有振荡部件、弹性支撑部和支撑部件，该振荡部件由该弹性支撑部弹性地支撑以绕振荡轴线振荡，所述方法的特征在
于由可动元件形成所述振荡部件，该可动元件具有多个用于调节该 振荡部件的质量的突出部，所述突出部设置在该振荡轴线的相对两侧； 沿切割线切割至少一个所述突出部，从而部分地去除该可动元件，去 除包括该突出部的范围从该切割线延伸到该突出部的末端的部分；其 中，对该切割线的位置进行控制，以调整该振荡部件的转动惯量和该 振荡部件的重心与该振荡轴线的偏离距离。
根据本发明的又一个方面，本发明提供一种振荡器装置，其包括: 振荡部件；弹性支撑部；以及支撑部件，其中，所述振荡部件由所述 弹性支撑部弹性地支撑，以绕振荡轴线振荡；其中，所述振荡部件具 有可动元件和用于调节所述振荡部件质量的质量调节部件；并且其中， 在所述可动元件和所述质量调节部件的一部分之间形成空腔。
根据本发明的又一方面，本发明提供一种振荡器装置，其包括 振荡部件；弹性支撑部；以及支撑部件，其中所述振荡部件由所述弹 性部件弹性地支撑，以绕振荡轴线振荡；其中，所述振荡部件包括可 动元件，该可动元件具有用于调节所述振荡部件质量的突出部；其中 该突出部从所述可动元件沿平行于该振荡轴线的方向延伸；并且其中， 该突出部沿垂至于该振荡轴线的平面的横截面积在振荡轴线的方向上 是恒定的。
根据本发明的另一个方面，本发明提出了一种振荡器装置，其包 括振荡系统；以及用于齟动所述振荡系统的驱动装置；其中所述振 荡系统包括第一振荡部件、第一弹性支撑部、第二振荡部件、第二弹 性支撑部；以及支撑部件；其中，所述第一振荡部件包括第一可动元 件，该第一可动元件具有用于调节所迷第一振荡部件质量的突出部； 其中，所述第二振荡部件包括第二可动元件，该第二可动元件具有用 于调节所述第二振荡部件质量的突出部；其中，在所述第一和第二可 动元件中的每一个上，所述突出部从其可动元件沿平行于该振荡轴线 的方向延伸，并且该突出部沿垂直于该振荡轴线的平面的横截面积在 振荡轴线方向上是恒定的；其中，所述第一可动元件经由所述第一弹性支撑部由所述第二可动元件支撑，以绕振荡轴线振荡；其中，所述 第二可动元件经由所述第二弹性支撑部由所述支撑部件支撑，以绕振 荡轴线振荡；并且其中所述振荡系统具有至少两个频率不同的固有振 荡才莫式。
根据本发明的又一方面，本发明提供了一种振荡器装置，其包括: 振荡部件；弹性支撑部；以及支撑部件；其中所述振荡部件由所述弹 性支撑部弹性地支撑，以绕振荡轴线振荡；其中，所述振荡部件包括 可动元件，该可动元件具有多个用于调节所述振荡部件质量的突出部； 其中，各突出部成对地形成，每对突出部设置在相对于该振荡轴线对 称的位置处；其中，设置在对称位置处的这些突出部具有彼此不同的 形状;并且其中，所述振荡部件的重心设置在振荡轴线上。
根据本发明的又一方面，本发明提供了一种振荡器装置，其包括 振荡系统；以及用于驱动所述振荡系统的驱动装置；其中所述振荡系 统包括第一振荡部件、第一弹性支撑部、第二振荡部件、第二弹性支 撑部以及支撑部件；其中所述第一振荡部件包括第一可动元件，该第 一可动元件具有多个用于调节所述第一振荡部件质量的第一突出部； 其中所述第二振荡部件包括第二可动元件，该第二可动元件具有多个 用于调节所述第二振荡部件质量的第二突出部；其中所述多个第一突 出部和所述多个第二突出部分别地设置在相对于振荡轴线对称的位置 处；齐中，所述多个第一突出部和/或所述多个笫二突出部中的设置在 对称位置处的那些具有彼此不同的形状；其中，所述第一振荡部件的 重心和所述第二振荡部件的重心设置在振荡轴线上；其中，所述第一
可动元件经由所述笫一弹性支撑部由所述第二可动元件弹性地支撑， 以绕振荡轴线振荡；其中，所述第二可动元件经由所述第二弹性支撑 部由所述支撑部件弹性地支撑，以绕振荡轴线振荡；并且其中，所述 振荡系统具有至少两个频率不同的固有振荡模式。
根据本发明的又一方面，本发明提供一种成像设备，其包括光 源；基于上述振荡器装置的光偏转器；以及感光部件，其中所述光偏 转器使来自所述光源的光偏转，以使得所述光的至少 一部分入射到所述感光部件上。
根据本发明的又一方面，本发明提供一种图象显示设备，其包括 光源；基于如上所述的振荡器装置的光偏转器；以及图像显示部件， 其中，所述光偏转器将来自所述光源的光偏转，以使得所述光的至少 一部分入射到所述图像显示部件上。
简而言之，在例如用于执行光学扫描的光偏转器的振荡器装置和 制造这样的振荡器装置的方法中，振荡部件可包括可动元件和质量调 节部件，并且在该可动元件和该质量调节部件之间可形成空腔。采用 该布置，可以迅速地去除相对较大的质量。此外，可动元件可形成有 用于质量调节的突出部，这确保快速地去除相对较大的质量。这确保 以较大的调节范围和较高的速度调节该振荡部件的转动惯量或其重心 位置。


结合附图考虑本发明优选实施例的以下说明，本发明的这些和其
它目的、特征和优点变得更加显而易见。
图1A是根据本发明笫一可工作的示例的光偏转器的平面图。 图1B是第一可工作的示例的振落系统的在没有反射表面的那侧
的平面图。
图2是剖视图，其示出了本发明第一可工作的示例中的振荡部件 和驱动装置。
图3是剖视图，显示了根据本发明第一可工作的示例的振荡部件 的另一种结构。
图4A是根据本发明第二可工作的示例的光偏转器的平面图。 图4B是第二可工作的示例的振荡系统在没有形成反射表面的一 侧的平面图。
图5是剖视图，其用于说明本发明第二可工作的示例中的振荡部件。
图6是剖视图，其用于说明本发明第二可工作的示例中的弹性支撑部。
图7A是平面图，其用于说明根据本发明的激光束加工过程中的 一个过程。
图7B是平面图，其用于说明根据本发明的激光束加工过程中的 另一过程。
图7C是剖视图，其用于说明与图7B相应的过程。
图8是示意图，其用于说明根据本发明第二可工作的示例制造带
有凹槽的可动元件的过程。
图9是示意图，其用于说明根据本发明第二可工作的示例用于制
造扭转弹簧的过程。
图IOA是根据本发明第三可工作的示例的振荡系统的平面图。 图10B是根据本发明第四可工作的示例的质量调节部件的平面图。
图11是曲线图，其用于说明根据本发明第三可工作的示例的振荡 器装置中的第一可动元件的位移角。
图12是曲线图，其用于说明根据本发明第三可工作的示例的振荡 器装置中的第一可动元件的角速度。
图13是局部平面图，其示出了本发明第三可工作的示例的第一可 动元件和突出部。
图14是根据本发明第五可工作的示,的振荡器装置的平面图。
图15是根据本发明第五可工作的示例的振荡器装置的驱动基底 的平面图。
图16是根据本发明第五可工作的示例的振荡器装置的剖视图。 图17是根据本发明第六可工作的示例的振荡器装置的平面图。 图18是根据本发明第六可工作的示例的振荡器装置的剖视图。 图19是根据本发明可工作的示例的具有光偏转器的光学器械的 透视图。
图20是公知类型的光偏转器的透视图。
具体实施方式
现在参照附图对本发明的优选实施例进行说明。
以下将说明本发明的一个优选实施例。根据该实施例的振荡器装 置可以具有至少一个设置成围绕振荡轴线振荡的振荡部件。该振荡部 件可以包括可动元件，该可动元件具有用于调节该振荡部件的质量的 质量调节部件。空腔可以形成在可动元件和质量调节部件之间。通过 该空腔，该质量调节部件的一部分可以保持成与该可动元件间隔开。 该空腔可以是形成在可动元件或质量调节部件上的凹槽或槽口。
该振荡器装置可包括振荡系统和用于驱动该振荡系统的驱动装 置。该振荡系统可包括例如如上所述的振荡部件、支撑部件和弹性支 撑部。该可动元件可以由该弹性支撑部弹性地支撑，从而可以绕振荡 轴线相对于支撑部件振荡。该可动元件可以具有反射表面(光偏转元 件)，以提供光偏转器。
在制造例如如上所述的振荡器装置的方法中，为了执行对围绕振 荡轴线的至少一个固有振荡模式的频率的调节和对该振荡部件的重心 位置相对于振荡轴线的调节以及对准中的至少一个，可以进行如下程 序，其中上述对围绕振荡轴线的至少一个固有振荡模式的频率的调节 用于使所述频率与目标频率匹配。例如，可以借助激光束切掉质量调 节部件的悬置在空腔之上的一部分。关于质量调节部件的悬置在所述 空腔之上的所述部分的形状，该质量调节部件的一部分可以延伸跨过 空腔或其可以作为突出部在该空腔上部分地延伸。在后者的情况中， 一旦设定了位置(离开振荡轴线的距离)和突出部的质量，则可以预 先检测到通过切断突出部(例如，通过采用激光束切割突出部的基部) 能够获得的转动惯量或重心位置的调节量。如果设置例如如上所述的 多个空腔和突出部，则可以非常精确和迅速地调节转动惯量或重心位 置。
特别地，在该实施例中，质量调节部件可以设置在可动元件上， 并且这不需要扩大可动元件的表面面积。因此，可以设置质量调节部 件而不会在可动元件绕振荡轴线振荡的期间增加空气的阻力。
在制造根据本发明另 一 实施例的振荡器装置的方法中，使激光束沿例如圓周的环状形状(封闭的曲线)扫描式地偏转的同时，激光束可 以投射到质量调节部件的与可动元件分隔开的部分上，以去除质量调 节部件的由激光束所照射的材料，从而提供振荡部件。由于质量调节 部件的被封闭的环所环绕的区域(该区域没有被激光束照射)与可动 元件分隔开，所以其可以被去除掉。这意味着，从振荡部件绕振荡轴 线的转动惯量中减去了由去除部分所产生的转动惯量的量。或者，由 于减小了与去除部分相应的质量，所以重心部分得以调节。
采用该方式，可以根据需要控制振荡系统的固有振荡模式的频率 或该振荡系统的重心位置。即，通过合适地选择从质量调节部件中去 除的部分的体积和位置，可以根据需要调节转动惯量或重心部分。特 别地，通过合适地选择质量调节部件的密度(例如，通过将质量调节 部件的比重或相对密度保持为较小)，可以根据需要选定频率调节的分 辨率，而不考虑待去除的体积的分辨率或用于定位的分辨率。此外，
由于空腔的存在，所以当激光束投射成沿着封闭曲线去除质量时，可 以同时去除由封闭曲线所包围的质量的部分。因此，可以较快地去除
较多的质量。
这确保了在相对较大的调节范围内和以较高的速度调节转动惯量 或重心位置。此外，由于空腔的存在，通过激光束照射只能精确地去 除质量调节部件，而不会去除任何可动元件的材料。因此，确保了高 精度的调节。即，如果没有这样的空腔，则在激光束照射期间，可能 会去除正好位于质量调节部件之下的可动元件的部分。空腔的设置能 确保避免该情况的发生。
具有设置成绕振荡轴线振荡的振荡部件的振荡器装置可以如下来 实现。在该实施例中，振荡部件可包括具有突出部的可动元件，该突 出部用来调节振荡部件的质量。即，在该实施例中，质量调节部件可 能不是单独设置，而是，可动元件本身的一部分可用来实现质量调节 部件的功能。关于该突出部的形状，示例可以是沿平行于振荡轴线延 伸的突出部，以及可以是沿垂直于振荡轴线延伸的突出部。作为一种
替代方案，可动元件可以形成为梯形(trapezoidal shape)或纺锤形(spindle like shape)，并且可以将其锐角拐角用作突出部。
特别地，关于沿平行于振荡轴线的方向延伸的突出部，通过调节 激光束将要投射在其上的切割位置，可以使从该切割位置到突出部末 端的去除量得以调节。
此外，根据该实施例，激光束加工区域的尺寸可以是恒定的和较 小的，而不需要考虑去除量是大还是小。因此，即使扩大了去除量， 也可以将激光束加工所产生的对振荡器装置的传热保持得较小。
另外，通过精细调节切割位置，可以提高除去量的分辨率。因此 同时实现大调节范围和清晰的分辨率。另外，关于垂直于振荡轴线的 剖面，突出部可以具有均匀的剖面形状，该剖面形状在振荡轴线的方 向上是一致的。此时，从切割位置至突出部末端的长度和振荡部件围 绕振荡轴线的转动惯量调节量具有近似成比例的关系。因此，可以非 常容易地调节转动惯量。
所有的突出部可以在平行于振荡轴线的方向上延伸。此时与突出 部在垂直于振荡轴线的方向上延伸相比，降低振荡的位移角或相位的 不稳定性。这是因为这种不稳定性可以归咎于从环境大气施加至振荡 元件上的阻力的变化。尤其是在大约若干亳米的极小尺寸的振荡器装 置中，空气阻力的变化是非常严重的问题并且当该设备具有一个远离 振荡轴线的部分时是非常显著的(位移速度高)。如果所有突出部平 行于振荡轴线，那么不仅扫描稳定伴而且转动惯量的快速调节同时实 现。既使在突出部仅形成于最远离振荡轴线的振荡元件的位置上的情 况下也可以有效地获得这一点。
通过基于半导体制造技术的微处理程序可以单片整体地制造可动 元件和振荡部件的突出部。因此具有转动惯量调节机构的振荡部件可 以非常精确地制造。
振荡器装置可以包括振荡系统和用以驱动振荡系统的驱动装置， 振荡系统具有两个设置成围绕振荡轴线振荡的振荡部件。在该实施例 中，第一振荡部件可以包括具有在平行于振荡轴线的方向上延伸的突 出部的第一可动元件。类似地，第二振荡部件可以包括具有在平行于振荡轴线的方向上延伸的突出部的第二可动元件。关于振荡轴线作为 法线的剖面(也就是说垂直于振荡轴线的剖面)，形成在第一和第二 振荡部件上的各突出部的剖面面积在振荡轴线的方向上是恒定的。振 荡系统可以具有两个围绕振荡轴线的固有的振荡模式。在该实施例中， 通过调节第一和第二可动元件的突出部的相应地激光束将要被投射到 的切割位置，可以调节除去量。
由于第一和第二振荡部件都具有在平行于振荡轴线的方向上延伸 的突出部，该振荡轴线是振荡系统的共同的轴线，相同的切割方向可 以用于第一和第二可动元件。因此简化切割设备。
在制造如上所述的振荡器装置的方法中，为了不仅进行至少一个 围绕振荡轴线的固有振荡模式的频率的调节以将该频率与目标频率匹 配，并且同时进行振荡部件重心的调节，可以进行以下程序。从可动 元件伸出的突出部的 一部分可以切除。例如它可以通过激光束切除。 通过调节激光束将要投射到的切割位置，可以调节从切割位置至突出 部末端的除去量。多个突出部可以形成在关于振荡轴线的对称位置上， 具有对称的形状。当然，这些成对设置的突出部具有不同的除去量， 因此它们的最终形状是不同的。
通过除去突出部的至少一部分，振荡部件的转动惯量可以根据除 去量进行调节。另外由于成对突出部的除去量的非对称关系，振荡部 件重心与振荡轴线的偏移距离可以同时调节。此时，可以获得产生类 似有利的通过如上所述除去突出部可获得的优点。另外由于转动惯量、 重心和偏移距离都可以利用相同突出部进行调节，可以非常快地进行 处理。另外，用于调节的突出部的数量可以较小，并且因此振荡部件 的转动惯量和质量可以较小。因此振荡器装置作为整体可以紧凑。由 于在振荡期间施加至振荡部件上的空气阻力较小，振荡部件的振荡稳 定性显著提高。
具有设置成围绕振荡轴线振荡的振荡部件的振荡器装置可以如下 实施。在该实施例中，振荡器装置的所有突出部可以平行于振荡轴线 延伸，并且垂直于振荡轴线的剖面面积可以在振荡轴线的方向上恒定。这些设置成关于振荡轴线对称的位置上的突出部可以具有相互不同的 长度。
根据该实施例，除去长度的总和涉及转动惯量的调节量，而突出 部的除去长度的比例涉及振荡部件重心与振荡轴线的偏移距离的调节 量。因此关于要从各突出部除去的形状， 一旦在转动惯量调节量的基 础上确定总量并且在偏移距离调节量的基础上确定除去长度的比例， 那么不仅转动惯量而且重心偏移距离可以同时调节。在此，转动惯量 调节量和除去长度总量是成比例的关系。因此，转动惯量调节量和重 心偏移距离调节量可以非常容易地和精确地确定。
在这种情况下，可以获得通过平行于振荡轴线的突出部可获得的 类似有利的结果。通过基于半导体制造技术的微处理程序，可动元件 和振荡部件的多个突出部又可以单片电路地制造。因此，允许高精度 调节转动惯量和重心偏移距离的结构方便地提供。
具有设置成围绕振荡轴线振荡的振荡部件的振荡器装置可以如下 实施。在该实施例中，作为驱动装置的永久磁体可以设置在一个可动 元件上，以便对从线圏在振荡系统外部施加的电磁力做出响应，可以 驱动具有磁体的可动元件。在该实施例中，永久磁体可以设置在可动 元件上，并且永久磁体的重心可以偏离振荡轴线。例如由于处理错误， 永久磁体的设定位置可以随机偏离，引起重心偏离。但是，通过按类 似于上述的方式除去形成于可动元件上的突出部的至少一部分，可动 元件的重心可以偏离振荡轴线以确保7JC久磁体的重心偏离通过可动元
件的重心偏离而抵消。也就是说，通过如下除去突出部的至少一部分， 这些偏移可以相互抵消。即突出部可以这样除去，使得在(i)从永久 磁体重心至振荡轴线与连接永久磁体与可动元件的线段之间的交点的 距离和(ii)从可动元件重心至前述交点的距离之间的比例近似等于 永久磁体和可动元件的质量反比。通过该程序，振荡部件的重心作为 整体可以放置在振荡轴线上。
如上所述，在包括基于能够较大地驱动振荡部件的电磁力的驱动 装置的小尺寸振荡器装置中，频率的调节和重心的偏移距离的调节可以同时进行。永久磁体的/f兹特性可以通过加热轻易地降低。考虑到这 一点，上述大除去量不需要扩大加工区域的实施例是非常有益的，益 处在于使得由于激光束加工引起的热传递较小并且在于完成了带有具 有良好磁特性的永久磁体的可动元件。
作为可以略微不同于前述实施例的振荡器装置可以包括振荡系统 和用以驱动振荡系统的驱动装置，其中该振荡系统包括两个设置成围 绕振荡轴线振荡的振荡部件。在该实施例中，第一振荡部件可以包括
具有多个在平行于振荡轴线的方向上延伸的突出部的第一可动元件。 类似地，第二振荡部件可以包括具有多个在平行于振荡轴线的方向上 延伸的突出部的第二可动元件。振荡系统可以具有两个围绕振荡轴线 的固有的振荡模式。通过调节第一和第二可动元件的各突出部的激光 束将要投射到的切割位置，这些突出部的除去量可以调节。由于第一 和第二振荡部件具有在平行于振荡轴线的方向上延伸的突出部，该振 荡轴线是振荡系统的共同的轴线，相同的切割方向可以用于第一和第 二可动元件。因此简^化切割。
在一实施例中，其中如上所述，振荡部件包括具有用于调节其质 量的质量调节部件的可动元件并且空腔限定在可动元件与质量调节部 件之间，频率调节和重心偏移距离调节可以同时如下进行。即质量调 节部件可以设置在振荡轴线的对面，并且这些质量调节部件的除去量 及其与振荡轴线的距离可以如上所述地确定，这基于转动惯量调节量
和重心偏移距离调节量。然后基于这种确定，可以除去一部分质量调 节部件。通过该程序，可以简单且非常精确地进行频率调节和重心偏 移距离调节。
可动元件可以设有反射表面以构成光偏转器，并且它可以用作为 良好调谐至期望的频率或重心偏移量的光偏转器，用于成像或图像显 示。如果固有振荡模式的频率是良好调谐的，由于这种光偏转器可以 用高的振幅放大系数驱动，该设备可以是紧凑的并且可以用低的功率 消耗进行驱动。换言之，如果重心与振荡轴线的偏移量是良好调谐的， 振荡轴线难以在扫描期间转变。因此，性能的降低例如扫描线的弯曲或者降低的可再现性可以良好地避免。
采用这种光偏振器的成像设备可包括光源、例如如上所述的光偏 振器和感光部件，其中光偏振器可以偏转来自光源的光线，使得至少 一部分光线可以入射到感光部件上。
采用这种光偏振器的显像设备可以包括光源、例如如上所述的光 偏振器和显像部件，其中光偏振器可以偏转来自光源的光线，使得至 少一部分光线入射到显像部件上。
特别地，振荡系统可以包括两个振荡部件并且反射表面可以设置
在其中一个振荡部件的可动元件上以便提供光偏振器。在该实施例中， 为了成像或者显像，具有两个良好调谐成二倍或三倍频率关系的围绕 振荡轴线的固有振荡模式的光偏振器是可以利用的。这种光偏振器不 仅在其可用大振幅放大系数驱动方面而且在通过基于正弦波的按前述 频率关系的组合波驱动提高光学扫描的角速度的均匀性方面是有利 的。因此，反射表面由于振荡期间的角速度的改变的变形可以良好避 免。另外，由于对于光点形成的光源的调制定时可以无需顾虑角速度 的非均勻性地设定，简化调制电路。
另外如果重心偏移量是良好调谐的，可能由于阻碍振荡系统的两 个固有振荡模式的独立性的耦合引起的不希望的振荡起伏是良好降低 的。这种振荡起伏可以通过降低重心偏移量和通过将两个固有振荡模 式调谐成"整数祠乘，，的关系而降低。由于这种振荡起伏可以引起振荡 部件围绕振荡轴线的角速度的改变以及导致光学扫描的不稳定性，它 们应该被避免。下面参照附图描述本发明的具体可工作的示例。
现在，将描述根据本发明的第四可工作的示例的振荡器装置。图 10B是设置在可动元件上的质量调节部件419的平面示意图，所述可 动元件被布置成绕振荡轴线振荡。本可工作的示例的质量调节部件 419具有多个突起420，所述突起420从所述质量调节部件419伸出， 悬于(hangover)空腔430之上。在本例中，为了将绕振荡轴线的固 有振荡模式的频率调到目标频率，或者将振荡部件的重心位置调整成 与振荡轴线对齐，如图10B中的虛线所示，利用激光束将突起430的 基部切除。更具体地，以适当的去除体积切除适当数量的突起430。 一旦各突起的位置(距振荡轴线的距离)及其质量被设定，则能够预 先确定4要通过切割所述突起获得的转动惯量或'重心位置的调整量。 因此，可以非常精确地控制转动惯量或重心位置。
[第五可工作的示例
图14、 15和16表示根据本发明的振荡器装置的第五个可工作的 示例的光偏转器。图14是该光偏转器的振荡系统的平面图，图15是 具有用于驱动所述振荡系统的驱动装置的驱动基片的平面图。图16 是沿着图14中的A-A线剖开的剖视图，表示组装了振荡系统和驱动 基片的结构。在本可工作的示例中，如图所示，可动元件513形成有突起503a、 503b、 503c和503d，并且这提供了振荡部件。振荡系统 包括该振荡部件、 一对弹性支撑部512和支撑部件511。可动元件513 例如在垂直于振荡轴线517的方向上具有1.5mm的尺寸，在平行于振 荡轴线的方向上具有1mm的尺寸。
在本可工作的示例中，可动元件513由所述一对弹性支撑部512 弹性支撑，以便围绕振荡轴线517扭转振荡。如图所示，突起503a 和503b与突起503c和503d在夹着振荡轴线的对称位置处与可动元件 513连接起来。所有这些突起都沿着平行于振荡轴线517的方向延伸。 将所述成对突起503a和503b (或503c和503d )相互比较，可以看出 它们具有不同的长度。即，在对称的位置处与可动元件相连接的突起 具有相关于振荡轴线517不对称的形状。
图15表示驱动基片518和一对驱动电极519。如图所示，驱动电 极519相关于振荡轴线517对称地形成。进而，如图16所示，驱动基 片518和振荡系统组装起来，在它们之间插入有间隔件520，以便在 它们之间保持适当的间隔。因此，可动元件513与驱动电极519对置， 它们之间间隔有空腔。可动元件513电接地。因此，通过交替地向对 称设置的驱动电极519施加高压，在可动元件513和施加了电压的驱 动电极519之间产生静电引力。这导致了围绕振荡轴线517的转矩， 其对振荡系统进行驱动。
本可工作的示例中的光偏转器的驱动原理与第一个可工作的示例 相同。然而，由于诸如材料物理特性的偏差或工艺上的误差等各种误 差因素，例如，频率fi可能偏离基准频率fo。在图14所示的结构中， 存在由于在干蚀刻工艺过程中掩模形状误差造成的工艺误差瑕疵 400。由于在半导体制造工艺中的意外因素，有可能造成这种工艺误差 瑕疯，并且产品的成品率将因此而降^f氐。该工艺误差瑕疵400可能是 类似这里所示的突起或者凹口的形状瑕疵，或者可能是粘附的碎渣等。
对于整个振荡部件的转动惯量而言，如400所示的这种工艺误差 瑕疯将成为误差因素。在这些情况下，如从公式(1)看出的那样，在 振荡系统的固有振荡模式的频率f,中也将产生误差，并且，将再也无法获得良好的振幅放大系数。进而，工艺误差瑕疵400将导致整个振 荡部件的重心位置从设计位置沿着意想不到的方向偏离。如果产生这 种偏离距离，则会导致不希望的振荡，这对于振荡系统的振荡而言是 极不理想的。由于这可能导致可动元件513的反射表面的倾斜误差， 所以扫描特性将因此降低。
在没有这种重心偏移的理想状态下，可动元件513根据频率fo的 驱动信号围绕振荡轴线517扭转振荡。另一方面，如果重心偏离振荡 轴线517，根据所述扭转振荡，在可动元件上沿着从振荡轴线517到 重心位置的方向产生惯性力。该惯性力又导致在重心偏离方向上的不 希望的特征频率的振荡。结果是扫描特性被降低。
上述扫描特性的降低可以通过对固有振荡模式的频率f,和重心偏 离距离两者进行调整来避免，并且因此获得低功耗光偏转器。
再次参照已经参照第三可工作的示例描述过的图13，将对同时调 整固有振荡模式的频率&和重心偏离距离两者的方法进行说明。这里， 对于图14的可动元件513而言，图13中的附图标记302应当读作 "513"，并且，对于图14的突起503c而言，附图标记303应当读作 "503c"。
延伸通过突起503c的中心轴线C穿过突起503c的厚度(即，其 在附图纸张法向上的长度)的中心，并且，平行于振荡轴线517。突 起503c与位置无关、(沿着以中心轴线C作为法线的截面)具有统一 的截面形状。即，例如，在位置A和位置B，其具有相同的截面形状。
关于突起503c的去除，所要去除的体积根据频率A相对于基准频 率fo的差(余数)以及重心位置的偏离距离来确定。为了所述去除， 沿着以中心轴线C作为法线的切割截面(即，沿着垂直于所述中心线 C的截面)切割所述突起503c。在此，通过调整切割位置，对去除量 进行调整。
例如，通过激光束照射，在位置A或位置B切割所述突起503c。 去除的长度La或Lb的转动惯量等于所去除的质量与中心轴线C和 振荡轴线517之间的距离Dc的平方的乘积。由于去除量与所述长度成比例，所以，要通过质量去除提供的在位置A和B处的转动惯量调 整量的比等于长度La和Lb的比。
另一方面，如图14所示，在相对于振荡轴线517相互对称的位置 形成所述突起。图14表示按照上述方法部分地去除所述突起之后的结 构。在这一质量去除之前，可以以相同的宽度和相同的长度形成所述 成对的突起503a和503b以及所述成对的突起503c和503d。因此， 对于成对的突起503a和503b以及成对的突起503c和503d，去除的 长度是不同的。通过调整这一比率，可以对振荡部件的重心的偏离距 离。
在这一可工作的示例中，首先测量振荡系统的固有振荡模式的频 率，并且，推断出用于将该频率调到其设计值所需的转动惯量的调整 量。频率测量可以根据关于用光接收元件检测的扫描束的信息、由可 以设置在所述弹性支撑部上的压电阻抗检测出的信息等来进行。根据 推断出的量，可以确定要去除的突起503a- 503d的长度的总和。在制 造具有至少一个围绕振荡轴线固有振荡模式的本可工作的示例的振荡 器装置的方法中，这一工艺包括下述步骤。即，包括测量振荡器装 置的围绕振荡轴线的固有振荡模式的频率的步骤；以及，根据测量出 的频率确定多个突起的去除量的总和的步骤。
随后，根据重心位置的偏离距离，确定所述成对的突起503a和 503b或成对的突起503c和503d的去除长度的比。可以通过测量扫描 光束的扫描轨ii并计算与理想的扫描轨迹的差(余数)来确定所述重 心位置的偏离距离。在生产具有至少一个围绕振荡轴线的固有振荡模 式的本可工作的示例的振荡装置的方法中，这一工艺包括下述步骤。 即，包括驱动振荡器装置的步骤；检测振荡器的振荡部件的振荡状 态或驱动波形的步骤；以及，将检测出的振荡状态与目标振荡状态进 行比较、并根据该比较确定凸起的去除量的比、以便减小偏离距离的 步骤。
上面提到的确定去除量的总和的步骤和确定去除量的比的步骤可 以被概括为包括下述步骤的工序即，驱动振荡器装置的步骤；检测振荡器装置的振荡部件的振荡状态的步骤；以及，将检测出的振荡状 态与目标振荡状态进行比较、并且根据该比较确定对要从所述突起去 除的形状的步骤。
根据如上所述确定的去除的长度，改变激光束的照射位置，并且 将突起503a - 503d加工成相对于振荡轴线517具有非对称的长度。借 助这一工序，在本可工作的示例中，可以同时进行固有振荡模式的频 率的调整和重心偏离距离的调整。特别是，在本可工作的示例中，转 动惯量的调整量与加工长度成比例，可以同时确定加工目标值。
[第六可工作的示例
下面，将描述根据本发明的第六个可工作的示例的振荡器装置及 其制造方法。图17是本示例的振荡器装置的平面图，所述振荡器装置 包括两个用于围绕振荡轴线604振荡的振荡部件。在本可工作的示例 中，所述两个振荡部件分别包括具有第一和第二突起603和621的第 一和第二可动元件602和620，分别用于调节振荡部件的质量。第一 可动元件602由第一弹性支撑部(扭力弹簧)605弹性支撑，以便相 对于第二可动元件620围绕振荡轴线604进行扭转振荡。第二可动元 件620由第二弹性支撑部(扭力弹簧)606弹性支撑，以便相对于支 撑部601围绕振荡轴线604振荡。在第二可动元件620上固定有永磁 体651。这些永磁体651在第二可动元件620的两个彼此相对的表面 上，在图17中表示出了一个表面。
在本可工作的示例中，第一和第二可动元件602和620自身的一 部分形成沿着平行于振荡轴线604的方向延伸的突起603和621。与 第五个可工作的示例类似，这些突起603和621最初相对于振荡轴线 604以对称的形状形成在对称的位置。然后，与第五个可工作的示例 类似，利用激光束将所述突起的希望的部分切掉，借此，从这些突起 上去除掉适当量的非对称长度。
第一可动元件602和第一突起603构成第一振荡部件，第二可动 元件620、第二突起621和永磁体651构成第二振荡部件。这些振荡部件可以围绕振荡轴线604成一整体地振荡。
本可工作的示例的振荡器装置由包括永磁体651和固定线圈652
的驱动装置根据综合驱动信号来进行驱动，所述综合驱动信号以基准 频率ffl (由所使用的系统的规格确定的目标驱动频率)和为该基准频 率的两倍的频率2f。为基础。图18是沿着图17的A-A线剖开的剖视 图。如图18所示，所述固定线圏沿着箭头H的方向产生磁场。该磁 场作用到安装于第二可动元件上的永磁体651上，以便产生围绕振荡 轴线304转矩，借此转矩驱动所述振荡系统。
振荡器装置具有围绕振荡轴线604的两个固有频率&和f2，并且 这些振荡频率被调到与频率fo和2fo大致匹配。因此，在本可工作的 示例中，当釆用固有振荡模式的高振幅放大系数时，实现了基于具有 频率fo和2f。和两个信号的组合波驱动。所述组合波驱动方法与已经 结合附图11和12描述过的第三可工作的示例相同。
在本可工作的示例中，振荡系统围绕振荡轴线604的两个固有振
荡模式的频率&和f2具有"整数倍"的关系。因此，第一和第二振荡部
件的转动惯量应当满足下述公式(5)的关系。
I2/I^4n2/(n4-2n2+l) …(5)
其中，^和12分别是第一和第二振荡部件的转动惯量，n是代表 &/&的整数。
本可工作的示例的振荡系统在频率和f2之间具有二倍的关系， 因此，满足下述公式(6)的关系。
12/1^1.78 ".(6)
即，在本可工作的示例中，第二振荡部件具有比第一振荡部件大 的转动惯量。通过将永磁体651 (驱动装置)仅放置在第二可动元件 620上，有效地提供了转动惯量的这种量级的关系。因此，利用永磁体651，获得了适合于实现两个固有振荡模式的振荡部件结构。
这里，将考虑一种情况，其中，如图17和18所示，永磁体651 被沿着图中向左的方向偏离地附着或设置。永磁体651的重心668向 左偏离振荡轴线604。另一方面，对于突起621，如图17所示，突起 621中位于永/磁体651所偏向的那一侧的一个的去除量较大。例如， 可以才艮据以测量扫描轨迹为基础的方法来确定相对于振荡轴线604不 对称的非对称突起621的去除长度的比，所述的方法已经参照第五个 实施例描述过了。
点669表示第二可动元件的重心，其中，将突起621以上述那样 的非对称长度部分地去除。连接重心668与重心669的线段穿过振荡 轴线604。氺J兹体651和第二可动元件620的重心多巨振荡轴线604的 偏离距离的比大致等于永磁体651和第二可动元件620的质量的反比。 由于这些关系，整个第二振荡部件的重心被置于振荡轴线604上。
至于可能造成重心偏离振荡轴线604的因素，可能存在不同的因 素，例如已经参照第五个可工作的示例描述过的工艺上的误差。总之， 按照上面描述的本可工作的示例的方法，可以对振荡部件的重心的这 种距离偏差进行调整。
在振荡系统包括多个自由度的振荡系统时，上述振荡部件的重心 偏差所导致的不希望的振荡会导致多个固有振荡模式之间耦合，并且， 扫描再现性将因此而大大'降低。特别是，由于在本可工作的示例中， 两个固有振荡模式的频率具有"二倍的关系"，所以，上面提到的不希 望的振荡的频率将是基准频率的两倍，即，等于另一频率。因此，两 个固有振荡模式将被强有力地耦合在一起。除了扫描轨迹弯曲之外， 这还将导致扫描的再现性严重降低。
在本可工作的示例中，突起603和621被非对称地去除，通过这
样做，具有两个固有振荡模式的振荡系统的两个频率fi和f2以及两个
振荡部件的重心偏离距离可以被同时调整。这使得以低功率消耗驱动 的组合波和良好的扫描再现性成为可能。按照这种方式，能够同时且 迅速地调整振荡部件的转动惯量和重心位置。[第七个可工作的示例I
图19是示意性的透视图，表示结合有根据本发明的光偏转器的光 学器械的可工作的示例。在本例中，成像装置被表示为光学器械。在 图19中，3003表示的是根据本发明的光偏转器，并且其用于一维地 扫描入射到其上的光。3001表示的是激光源，3002表示的是透镜或透 镜组。3004表示的是记录透镜或透镜组，3005表示的是鼓形感光部件。
从激光源3001发出的激光束已经由相对于光偏转扫描时间的预 定强度调制进行了调制。该经过强度调制的光穿过透镜或透镜组 3002，并且借助光学扫描系统(光偏转器)3003,被一维扫描偏转。 利用记录透镜或透镜组3004，将扫描偏转的激光束聚焦到感光部件 3005上，以便在其上形成图像。
感光部件3005围绕旋转轴线在垂直于扫描方向的方向上旋转，并 且被图中未示出的充电器均匀充电。通过用光扫描感光部件的表面， 在被扫描的表面部分中形成静电潜像。随后，通过采用图中未示出的 显影装置，按照该静电潜像形成调色剂图像，并且随后将该调色剂图 像转印并定影到图中未示出的转印片材上，从而在该片材上形成图像。
根据本可工作的示例，能够采用被很好地调到所需频率的光偏转 器。因此，能够以高的幅度放大系数进行驱动，并且因此，可以使装 置紧凑，并且能够降低功率消耗。进而，能够使光的偏转扫描的角速 度在感光部件3005表面的有效区域内大致均等。另外，通过采用本发 明的光偏转器，减小了扫描位置的变动，并且实现了能够形成清晰图 像的成像装置。
尽管已经参照这里所公开的结构对本发明进行了说明，但本发明 不限于前述细节，并且本申请应当覆盖在所附权利要求的改进目的或 范围内可以得出的改型或变化。
权利要求
1.一种制造振荡器装置的方法，所述振荡器装置具有振荡部件、弹性支撑部和支撑部件，所述振荡部件由所述弹性支撑部弹性地支撑，以便可绕振荡轴线进行振荡，所述方法包括由可动元件形成所述振荡部件，所述可动元件具有用于调节所述振荡部件质量的突起，所述突起沿与所述振荡轴线平行的方向从所述可动元件延伸，并且，所述突起成对地形成，每对突起设置于相对所述振荡轴线对称的位置，每个突起的沿与所述振荡轴线垂直的平面的截面积在所述振荡轴线方向上是恒定的，以及将激光束投射到所述突起的切割位置，以部分地去除所述可动元件，所述去除包含所述突起中未被激光束照射的、范围涉及从所述切割位置到该突起的末端部的部分，其中，所述突起被切割，致使所述突起的除去长度的总量等于预定长度，以便由此调节所述振荡部件的转动惯量。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，根据绕所述振荡器装置的振 荡轴线的固有震荡模式的频率与目标频率之间的差来确定所述突起的 除去长度的总量。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，处在相对于所述震荡轴线对 称的位置的突起的除去量的比例被确定，以便降低所述震荡部件的重 心偏离所述振荡轴线的偏离多巨离。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，所述突起中的每一个都仅形 成在所述振荡部件上最远离所述振荡轴线的位置。
5. 如权利要求4所述的方法，其中，所迷振荡器装置具有用于驱 动所述振荡部件的永久磁体和线圈，并且所述永久磁体设置在所述振 荡部件上。
6. —种制造振荡器装置的方法，所述振荡器装置具有第一振荡部 件、第一弹性支撑部、第二振荡部件、第二弹性支撑部和支撑部件， 所述第一振荡部件通过所述第一弹性支撑部由所述第二振荡部件弹性地支撑，以便可绕振荡轴线振荡，所述第二振荡部件通过所述第二弹 性支撑部由所述支撑部件弹性地支撑，以便可绕所述振荡轴线振荡， 所述振荡器装置具有至少两个固有振荡模式，所述两个固有振荡模式具有不同的频率，所述方法包括由第一可动元件形成所述第一振荡部件，所述第一可动元件具有 用于调节所述第一振荡部件质量的突起，所述用于调节所述笫一振荡 部件质量的突起沿与所述振荡轴线平行的方向从所述笫一可动元件延 伸，并且，所述用于调节所述第一振荡部件质量的突起成对地形成，每对用于调节所述第一振荡部件质量的突起设置于相对所述振荡轴线 对称的位置，每个用于调节所述第一振荡部件质量的突起的沿与所述 振荡轴线垂直的平面的截面积在所述振荡轴线方向上是恒定的，并由 笫二可动元件形成所述第二振荡部件，所述第二可动元件具有用于调 节所述第二振荡部件质量的突起，所述用于调节所述第二振荡部件质 量的突起沿与所述振荡轴线平行的方向从所述第二可动元件延伸，并 且，所述用于调节所述第二振荡部件质量的突起成对地形成，每对用 于调节所述第二振荡部件质量的突起设置于相对所述振荡轴线对称的 位置，每个用于调节所述第二振荡部件质量的突起的沿与所述振荡轴 线垂直的平面的截面积在所述振荡轴线方向上是恒定的；将激光束投射到所述突起的切割位置，以部分地去除所述第一可 动元件和第二可动元件中的至少一个，所述去除包含所述突起中未被 激光束照射的、范围涉及从所述切割位置到该突起的末端部的部分，其中，所述突起被切割，致使所述突起的除去长度的总量等于预 定长度，以便由此调节所述第一可动元件和所述第二可动元件中的至 少一个的转动惯量。
7. 如权利要求6所述的方法，其中，根据绕所述振荡器装置的振 荡轴线的固有震荡模式的频率与目标频率之间的差来确定所述突起的除去长度的总量。
8. 如权利要求7所述的方法，其中，处在相对于所述震荡轴线对 称的位置的突起的除去量的比例被确定，以便降低所述震荡部件的重心偏离所述振荡轴线的偏离距离。
9. 如权利要求8所述的方法，其中，所述突起中的每一个都仅形 成在所述振荡部件上最远离所述振荡轴线的位置。
10. 如权利要求9所述的方法，其中，所述振荡器装置还包括用 于驱动所述振荡部件的永久磁体和线圏，所述永久磁体被设置在所述 振荡部件上。
11. 如权利要求IO所述的方法，其中，形成在相对于所述震荡轴 线对称的位置并设置在所述第二振荡部件上的突起的除去量的比例被 确定，以便降低所述第二震荡部件的重心偏离所述振荡轴线的偏离距 离。
全文摘要
本发明涉及振荡器装置、光偏转器以及使用光偏转器的光学器械，能够大范围且高速度地进行振荡部件的转动惯量或者重心位置的调节。其中，该振荡部件绕振荡轴线(17)振荡，并且该振荡部件包含可动元件(11)和质量调节部件(19)，在可动元件(11)和质量调节部件(19)之间限定有空腔(30)，从而，通过对质量调节部件(19)进行激光束照射，该质量调节部件的与空腔相邻近的一部分被部分地去除，该要被去除的部分包含所述质量调节部件中未被激光束照射的部分。
文档编号G02B26/08GK101598852SQ20091013294
公开日2009年12月9日 申请日期2007年6月7日 优先权日2006年6月7日
发明者加藤贵久, 古川幸生, 秋山贵弘 申请人:佳能株式会社