微机电反射镜、反射镜扫描仪、光学扫描单元和成像装置的制作方法

专利名称：微机电反射镜、反射镜扫描仪、光学扫描单元和成像装置的制作方法
技术领域：
本7>开涉及一种用作双面镜的樣i^L电(MEMS, micro-electro-mechanical system)反射镜，涉及一种反射镜扫描仪和采用该反射镜的光学扫描单元， 并涉及一种采用该光学扫描单元的成像装置。
背景技术：
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通常而言，光学扫描单元是用于将来自光源的光扫描到曝光目标上的光 学装置，典型地其可以发现于将图像复制到打印介质上的电子照相成像装置 (electrophotographic image forming apparatus )，诸如照相复印才几、打印才几和
传真才几中。
在工作期间，电子照相成像装置包括将光照射到光敏鼓的表面上并照射 光跨过光敏鼓的表面的光学扫描单元，用于在鼓(drum)上形成静电潜像。 然后，静电潜像使用显影剂(developer)诸如墨粉(toner)被显影，且被转 移并定影(flise)到打印介质上。
多面镜(polygon mirror)通常用于传统的电子照相成像装置的光学扫描 单元中。为了实现全色图像，通常利用两个多面镜来扫描四个光束。为了使 光束的扫描彼此同步，驱动这两个多面镜的心轴马达(spindle motor)的旋 转速度需要彼此同步。另外，当使用多面镜时，镜的表面面积需要足够大， 从而使两个平行光束入射在一个反射表面上。然而，增加的表面面积趋向于 限制心轴马达的旋转速度。
因而，期望一种用于光学扫描单元的新结构，其能代替心轴马达和多面 镜并因而克服与心轴马达和多面镜相关的缺点，诸如旋转速度限制、高速运 行时由心轴马达产生的噪音以及光学扫描单元的放大尺寸。

发明内容
根据本公开的方案，提供 一 种可包括活动单元的微机电 (micro-electro-mechanical systems, MEMS )反射4竟，该活动单元可包4舌4竟
5部分和》兹铁架部分。镜部分可具有至少两个面，该至少两个面的每一个都包 括在其上的一个或多个镜表面。磁铁架部分可构造成在其中支撑磁铁。
MEMS反射镜可进一步包括第一固定端、第二固定端、第一弹性构件和第二 弹性构件。第一固定端和第二固定端可彼此隔开并与活动单元隔开。第一弹 性构件可将活动单元弹性支撑到第 一 固定端。第二弹性构件可将活动单元弹 性支撑到第二固定端。
镜部分可包括多个单元镜，每一个单元镜可包括分别在镜部分的至少两 个面的每一个上的一个或多个镜表面。
-兹铁架部分可位于多个单元镜的至少两个相邻单元镜之间。
镜部分可包括第 一单元镜和第二单元镜，第 一单元镜和第二单元镜中的 每一个都可包括在镜部分的至少两个面的每一个上的一个或多个镜表面。
磁铁架部分可位于第一单元镜与第二的单元镜之间。
镜部分可包括单一单元镜，该单一单元镜具有在镜部分的至少两个面的 每一个上的镜表面。
磁铁架部分可位于镜部分与第一弹性构件和第二弹性构件之一之间。
磁铁架部分可包括位于镜部分与第一弹性构件之间的第一磁铁架，以及 位于镜部分与第二弹性构件之间的第二^f兹铁架。
MEMS反射镜可进一步包括可位于镜部分与第一磁铁架之间的第三弹 性构件；以及可位于镜部分与第二磁铁架之间的第四弹性构件。
磁铁架部分与第 一弹性构件和第二弹性构件的第 一共振频率可高于镜 部分与第三弹性构件和第四弹性构件的第二共振频率。
MEMS反射镜可进一步包括形成于镜部分的至少两个面的至少之一上 的加固肋。
活动单元可构造成关于旋转轴转动。加固肋可沿垂直于活动单元的旋转 轴的方向延伸。
加固肋在邻近一个或多个镜表面的至少之一的边界的位置处形成于至 少两个面的至少之一上。
加固肋可包4舌至少两个加固肋，该至少两个加固肋的每一个在邻近一个 或多个镜表面的边界的位置处设置在至少两个面的相应一个上。活动单元可 构造成关于旋转轴转动。至少两个加固肋的每一个都可沿垂直于活动单元的 :旋转轴的方向延伸。活动单元、第 一 固定端和第二固定端以及第 一弹性构件和第二弹性构件 可由包括第 一硅层和第二硅层的双层晶片形成。 该双层晶片可以是绝缘体上硅(SOI)晶片。
镜部分以及第 一弹性构件和第二弹性构件可由第 一硅层形成。磁铁架部 分以及第一固定端和第二固定端可由第一硅层和第二硅层形成。
MEMS反射镜可进一步包括在镜部分的至少两个面的至少之一上由第 二硅层形成的加固肋。
磁铁架部分可包括其中容纳磁铁的开口 。活动单元构造成关于旋转轴转 动。磁铁的插入深度可以被确定成使得活动单元的旋转轴与第一弹性构件和 第二弹性构件的旋转中心轴一致。
磁铁架部分可包括延伸到开口中用于在适当的位置支撑磁铁的夹紧结构。
第一弹性构件和第二弹性构件可形成为Z字形。
根据本公开的另一方案，可提供一种包括微机电(MEMS)反射镜和电 磁体部分的反射镜扫描仪。该MEMS反射镜可包括活动单元，该活动单元 可包括镜部分和》兹铁架部分。镜部分可包括一个或多个镜表面。磁铁架部分 可耦接到镜部分，且可在其中支撑磁铁。MEMS反射镜还可包括彼此隔开 并与活动单元隔开的第一固定端和第二固定端；以及第一弹性构件和第二弹
性构件。第一弹性构件可将活动单元弹性支撑到第一固定端。第二弹性构件 可将活动单元弹性支撑到第二固定端。电磁体部分可包括轭和围绕轭的线
圈。该轭具有彼此分隔开且面对的端部分。该端部分邻近,兹铁布置，从而将 电磁驱动力提供到MEMS反射镜。
磁铁的磁极方向可垂直于镜表面。轭的端部分可面对磁铁的磁极之一。
磁铁的磁极方向可平行于一个或多个镜表面且垂直于活动单元关于其 旋转的旋转轴。辄的端部分可以面对磁铁的磁极之一。
镜部分可包括第一单元镜和第二单元镜，第一单元镜和第二单元镜的每 一个都包括在镜部分的两个面上的一个或多个4竟表面。
磁铁架部分可位于第一单元镜与第二单元镜之间。
电磁体部分沿平行于一个或多个镜表面的方向的厚度可小于第一单元 镜与第二单元镜之间的距离。
电磁体部分可设置在反射离开第 一单元镜的第 一光束与反射离开第二单元镜的第二光束之间的空间处。
镜部分可包括在镜部分的两个面的每一个上都具有镜表面的单一单元镜。
磁铁架部分可位于镜部分与第一弹性构件和第二弹性构件之一之间。 电磁体部分可远离入射在镜部分上的光束的光路定位。轭可从端部分倾
斜延伸到线圈。
磁铁架部分可包括可位于镜部分与第 一弹性构件之间的第 一磁铁架，以 及可位于镜部分与第二弹性构件之间的第二;兹铁架。电磁体部分可包括相应 于第 一磁铁架的第 一 电磁体和相应于第二磁铁架的第二电磁体。
反射镜扫描仪可进一步包括第三弹性构件和第四弹性构件。第三弹性构 件可位于镜部分与第一磁铁架之间。第四弹性构件可位于镜部分与第二磁铁 架之间。
-兹铁架部分、第 一弹性构件和第二弹性构件的第 一共振频率可高于镜部 分、第三弹性构件和第四弹性构件的第二共振频率。电,兹体部分可以以第二 共振频率驱动^H失架部分。
反射镜扫描仪可进一步包括形成于镜部分的至少 一个表面上的加固肋。 根据另一方案，可提供一种包括多个光源和反射镜扫描仪的光学扫描单 元。反射镜扫描仪可构造成接收来自多个光源的多个光束，并构造成朝向将 被扫描的一个或多个表面偏转所接收的多个光束。反射镜扫描仪可包括微机
电(MEMS)反射镜和电磁体部分。该MEMS反射镜可包括活动单元，该 活动单元可包括镜部分和f兹铁架部分。镜部分可具有一个或多个镜表面。-兹 铁架部分可耦接到镜部分，且可在其中支撑磁铁。MEMS反射镜还可包括 彼此隔开并与活动单元隔开的第一固定端和第二固定端；以及第一弹性构件 和第二弹性构件。第一弹性构件可将活动单元弹性支撑到第一固定端。第二 弹性构件可将活动单元弹性支撑到第二固定端。电》兹体部分可包括轭和围绕 轭的线圈。该轭可具有彼此分隔开且面对的端部分。该端部分可以邻近》兹纟失 布置，从而将电磁驱动力提供到MEMS反射镜。
光学扫描单元可进一步包括聚焦光学系统，该聚焦光学系统构造成将净皮 反射镜扫描仪偏转的多个偏转光束聚焦到将被扫描的一个或多个表面上。
聚焦光学系统可包括正弦波补偿透镜(sine wave compensation lens ),该 正弦波补偿透镜可施加反正弦函数(arcsinusoidal function)到多个偏转光束，使得被反射镜扫描仪偏转的光束以均勻的速度扫描。
镜部分可包括第一单元镜和第二单元镜，第一单元镜和第二单元镜的每 一个可包括在镜部分的两个面的每一个上的镜表面。
入射到第 一镜表面上的多个光束中的至少两个可以彼此平行，该第 一镜 表面对应于第一单元镜和第二单元镜的至少一个。
镜部分可包括在镜部分的两个面的每一个上都具有镜表面的单一单元镜。
入射在单元镜的两个面之一上的镜表面上的多个光束中的至少两个的 每一个均可具有倾斜入射角。
才艮据另一方案，可提供一种成像装置，该成像装置包括多个光敏介质、 光学扫描单元和显影单元。光学扫描单元可包括多个光源和反射镜扫描仪。
该反射镜扫描仪可接收来自多个光源的多个光束，并可朝向多个光敏介质的 相应的各个偏转所接收的多个光束的每一个，从而在多个光敏介质上形成静 电潜像。显影单元可构造成供应墨粉，以显影形成于光敏介质上的静电潜像。
反射镜扫描仪可包括微机电(MEMS)反射镜和电石兹体部分。该MEMS反 射镜可包括活动单元，该活动单元可包括镜部分和磁铁架部分。镜部分可具 有一个或多个镜表面。磁铁架部分可耦接到镜部分，且可在其中支撑磁铁。 MEMS反射镜还可包括彼此隔开并与活动单元隔开的第一固定端和第二固 定端。MEMS反射镜还可包括第一弹性构件和第二弹性构件。第一弹性构件 可将活动单元弹性支撑到第一固定端。第二弹性构件可将活动单元弹性支撑 到第二固定端。电磁体部分可包括轭和围绕轭的线圏。该轭可具有彼此分隔 开且面对的端部分。该端部分可邻近》兹l^布置，A^而将电^兹驱动力提供到 MEMS反射镜。
镜部分可包括第一单元镜和第二单元镜，第一单元镜和第二单元镜的每 一个包括在镜部分的两个面的每一个上的一个或多个镜表面。入射在一个或 多个镜表面的之一上的多个光束的至少两个可彼此平行。
镜部分可选地可包括在镜部分的两个面的每一个上具有镜表面的单一 单元镜。入射到单元镜的两个面的之一上的镜表面上的多个光束的至少之一 可具有倾斜入射角。
根据又一方案，可提供一种光反射器件，该光反射器件用于成像装置， 用于扫描光越过一个或多个光敏表面。光反射器件可包括板构件和至少一个弹性构件。板构件可包括两个基本平坦的相对面，这两个相对面的至少之一 面对支撑于其上的一个或多个光反射表面。至少一个弹性构件可以这样的方
式弹性地支撑板构件允许板构件在至少两个旋转位置之间关于旋转轴振荡
运动。旋转轴可平行于这两个基本平坦的相对面。
光反射器件可进一步包括磁铁架，该磁铁架可包括开口以在其中支撑磁 铁。磁铁架耦接到板构件，从而使板构件关于磁铁架的运动而移动。
微机电(MEMS)结构的板构件、-兹铁架和至少一个弹性构件中的至少 之一由硅材津+构成。


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通过结合附图，根据实施方式的以下描述，本公开的实施方式的各种方 案和/或优点将变得显而易见且更易于理解，在附图中 图l是根据本公开实施方式的反射镜扫描仪的透视图； 图2是在图1中示出的微机电(MEMS)反射镜的前部分的分解透视图； 图3是在图1中示出的MEMS反射镜的后部分的透视图； 图4A和图4B是示出图1的MEMS反射镜的磁铁架部分的夹紧结构 (grip structure )的示意图5是图1的MEMS反射镜的側视图6是在图1的MEMS反射镜中的永久磁铁的示意图，该永久磁铁的 插入位置可以在上下方向上调整；
图7A至图7C是示出将永久磁铁插入磁铁架部分的过程的示意图8是示出通过电磁体部分施加到永久磁铁的力的示意图9示出根据镜部分的旋转的扫描光束的范围；
图IO示出入射在图1的反射镜扫描仪上的平行光束；
图ll是示出通过图1的反射镜扫描仪扫描的光束的示意图12是示出根据另 一实施方式的反射镜扫描仪的结构的示意图13是在图12中示出的MEMS反射镜的前部分的分解透视图14是图12的MEMS反射镜的后部分的透^见图15是示出入射在图12的反射镜扫描仪上的平行光束的示意图16是示出通过图15的反射镜扫描仪扫描的光束的示意图17是示出根据另一实施方式的反射镜扫描仪的结构的示意图；图18是示出入射在图17的反射镜扫描仪上的平行光束的示意图； 图19是示出根据另 一实施方式的反射镜扫描仪的结构的示意图； 图20是示出根据另一实施方式的反射镜扫描仪的结构的示意图； 图21是示出根据另一实施方式的反射镜扫描仪的结构的示意图； 图22是示出倾斜入射在图21的反射镜扫描仪上的光束的示意图； 图23是根据本公开的一个或多个实施方式的包括光学扫描单元的成像 装置的示意图24是更详细示出包括于图23的成像装置中的光学扫描单元的示意 图；以及
图25是包括于图23的成像装置中的光学扫描单元的另一实例的示意图。
具体实施例方式
现在将参照附图更加全面地描述几个实施方式。在附图中，相似的附图 标记表示相似的元件，为了清晰，可夸大层和区域的尺寸和厚度。虽然为了 提供全面和完整的公开而描述了不同的实施方式，但是本发明可以具有多个 不同的形式，本公开的范围不应解释为限于在此具体阐述的实施方式。还将 理解当层被称为在另一层或基板"上"时，该层能直接设置在其他层或基板 上，或者在该层与其它层或基板之间可以存在中间的层。
根据本公开的一个或多个实施方式，光学扫描单元可采用微机电 (MEMS )反射镜结构来替代传统的多面镜。MEMS反射镜可用于执行单向 扫描，其可以高速进行，并且能使用半导体制造工艺被制造成具有小的尺寸。 图l是根据实施方式的反射镜扫描仪的透视图，图2和图3是分别示出在图 1中示出的MEMS反射镜100的前部分和后部分的透视图。
参照图1至图3，根据本实施方式的反射镜扫描仪可包括以MEMS结构 形成的MEMS反射镜100以及提供电磁驱动力到MEMS反射镜100的电磁 体部分200。
MEMS反射镜IOO可包括活动单元110、弹性支撑活动单元110的第一 弹性单元181和第二弹性单元182、分别支撑第一弹性单元181和第二弹性 单元182的第一固定端191和第二固定端192。
活动单元110可通过电石兹体部分20(U是供的电石兹驱动力转动，可包括一
ii个或多个镜部分120、形成于镜部分120的至少一个表面上的加固肋125， 以及从镜部分120延伸的磁铁架(magnet frame)部分130。永久磁铁139 可插入》兹铁架部分130中。
镜部分120可包括第一单元镜(unit mirror) 121和第二单元镜122,且 可依次分别包括镜表面121a/121b和122a/122b。镜表面121a和121b以及 122a和122b可通过电镀工艺或沉积工艺形成为薄金属膜，或者可以通过将 额外的反射膜附着到第一单元镜121和第二镜单元122而形成。可根据》兹铁 架部分130的安装空间来确定第一单元镜121与第二单元镜122之间的距离。 根据在图1至图3中示出的实施方式，镜部分120示为包括两个单元镜121 和122。然而，本公开这么限定，也考虑仅包括仅一个单元镜或者包括三个 或多个单元镜的镜部分120。
镜部分120可关于旋转中心轴(在图3中的C)以振荡周期(oscillation period)转动或振荡，该振荡周期可以在例如从数百至数千Hz的范围内，这 将在以后更详细地描述。由于振荡的镜部分120的惯性而产生的应力可引起 镜表面121a和121b以及122a和122b变形，该变形随着镜部分120的转动 速度(pivoting speed)增加而变得严重。镜表面121a、 121b、 122a和122b 的变形会改变扫描光束的位置，因而，导致图像质量退化。才艮据实施方式， 加固肋125可形成于镜表面121a、 121b、 122a和122b的边界的至少一部分 上，以减轻镜表面的变形。加固肋125可使镜部分120保持相对薄同时维持 足够的刚性。镜部分120的较薄轮廓还可有助于减小活动单元110的转动惯 量(moment of inertia),这反过来可改善活动单元110的高频性能，还可降 低运转反射镜扫描仪所需的能量消耗。
加固肋125可形成于镜部分120的一个表面或两个表面上。例如，在使 用具有双层结构的绝缘体上硅(SOI)基板制造MEMS反射镜100时，加固 肋125可形成于镜部分120的一个表面上，这将在以后更加详细地描述。例 如，当使用具有三层结构的基板制造MEMS反射镜100时，加固肋125可 通过基板接合工艺形成于镜部分120的两个表面上。
如在图3中所示，加固肋125可形成于镜部分120的两个表面上，加固 肋125可形成为垂直于活动单元110的旋转中心轴C。由于镜表面121a、 121b、 122a和122b的变形可沿垂直于活动单元110的旋转中心轴C的方向 发生，所以当加固肋125形成为垂直于活动单元110的旋转中心轴C时能减
12小镜表面的变形。
磁铁架部分130可包括磁铁架135和能安装在》兹铁架135中的永久磁铁 139。磁铁架135可位于例如第一单元镜121与第二单元镜122之间。由于 磁铁架135位于第一单元镜121与第二单元镜122之间，所以第一单元镜121 与第二单元镜122、第一弹性单元181和第二弹性单元182、第一固定端191 和第二固定端192能关于磁铁架135对称布置。具有以上结构的磁铁架部分 130使第一单元镜121与第二单元镜122彼此分离，使得电^ 兹体部分200能 位于由第一单元镜121和第二单元镜122扫描的光束之间的空间处。
磁铁架135包括开口 135a，在该开口 135a中可容纳永久》兹铁139。开 口 135a可形成为平行于4竟表面121a、 121b、 .122a和122b延伸，由于该结 构，永久》兹铁139的》兹极方向(M)垂直于镜表面121a、 121b、 122a和122b。 即，永久磁铁139的磁极方向M可平行于一方向，其中永久磁铁139沿该 方向容纳于^兹铁架135中。例如，永久磁铁139能插入，使得永久^兹铁139 的N极面对电磁体部分200。以下将更详细地描述永久/f兹铁139与电磁体部 分200的箱W及方向M之间的关系。
开口 135a可包括在其侧壁上的夹紧结构(grip structure) 136，如在图 4A和图4B中所示，使得永久磁铁139能被支撑于磁铁架135中。参照图 4A，当力301被施加到夹紧结构136的侧部时，永久磁铁139能在开口内移 动，因而能插入磁铁架135中或乂A^兹铁架135移除。参照图4B，当力没有 施加到夹紧结构136时，夹紧结构136牢固地夹持永久^兹铁139。在图4A 和图4B中示出的夹紧结构136仅是实例，且能被修改为各种其它构造。
第一弹性单元181和第二弹性单元182分别连接活动单元110到第一固 定端191和第二固定端192,弹性支撑活动单元110。
根据实施方式，第一弹性单元181和第二弹性单元182可形成为Z字形。 Z字形可分散活动单元110在有限的空间中转动期间产生的应力，因而可减 少应力相关的失效。另外，第一弹性单元181和第二弹性单元182的弹能 (elastic resilience)是与活动单元110的转动惯量一起确定活动单元110的 共振频率的因素。因此，活动单元110的共振频率能通过第一弹性单元181 和第二弹性单元182的Z字形的适当设计来调整。
第一固定端191和第二固定端192支撑第一弹性单元181和第二弹性单 元182。第一固定端191和第二固定端192还可包括孔(未示出)，以促进MEMS反射镜100与其它结构的装配。
电》兹体部分200包括辄(yoke) 210和围绕轭210的线圈220。电石兹体 部分200被设计成具有厚度T (参见图10 ),该厚度T小于第一单元镜121 与第二单元镜122之间的距离D,从而不干涉到达第一单元镜121与第二单 元镜122的光束的路径和来自第一单元镜121与第二单元镜122的光束的路 径(参见图10的Ll和L4 )，电;兹体部分200设置在入射到第一单元镜121 与第二单元镜122上的平行光束L1与L4之间，如在图IO中所示。
轭210限定磁通量的路径(参照图8的B)，其中该磁通量由线圈220 中的电流流动形成。轭210可由软一磁材料形成。轭210包括彼此隔开且彼此 面对的端部(参见图8的Al和A2)， >磁通量>^人端部Al和A2两者离开。轭 210的端部Al和A2邻近永久-兹4失139定位，轭210的端部Al和A2的形 状可根据永久磁铁139的形状而改变。例如，当永久磁铁139形成为长方体 时，辄210的端部Al和A2可形成为是直的。然而，永久》兹铁139和轭210 端部的形状不限于以上实例。例如，当永久磁铁139形成为圓柱体时，轭210 的端部Al和A2可形成为同轴圓柱表面。
将参照图5、图6和图7A至图7C来描述制造MEMS反射镜100的方法。
图5是MEMS反射镜100的侧视图。MEMS反射镜100的主体可由绝 缘体上硅(SOI)晶片形成，其可用于形成MEMS反射镜100的除了永久磁 铁139和/或镜的反射表面之外的大部分。SOI晶片是在其中间部分中包括绝 缘层的硅基板，是双层晶片的实例。如在图5中所示，MEMS反射镜100 的主体能基于绝缘层105分为上部分和下部分。例如，第一单元镜121和第 二单元镜122以及第一弹性单元181和第二弹性单元182可在绝缘层105上 方用第一硅层形成，加固肋125可在绝缘层105下方用第二硅层形成。^兹铁 架135以及第一固定端191和第二固定端192可例如用第一硅层和第二硅层 形成。如上所述，当使用双层晶片时，包括加固肋125的MEMS反射镜100 的主体可通过单晶片工艺形成。在如图5中示出的实例中，MEMS反射镜 100的主体使用SOI晶片形成，然而，本公开不限于上述实例。例如，MEMS 反射镜100的主体可通过接合两个基板形成。而且，加固肋125可使用三层 基板形成于第一单元镜121和第二单元镜122的上部分和下部分上。
图6、图7A至图7C示出了将永久》兹铁139插入-兹铁架135的过程。图6示出了在MEMS反射镜100的主体中的永久-兹铁139，该永久》兹铁139的 安装位置能沿上下方向305调整，图7A至图7C示出了将永久石兹4失139插 入磁铁架135的过程。
参照图6,整个活动单元110的重心由于永久磁铁139的重量而随^兹铁 架135内永久》兹4失139的位置而改变。因此，通过沿上下方向305调整永久 磁铁139的位置，能使活动单元110的重心与第一弹性单元181和第二弹性 单元182的旋转中心轴C，一致。即，通过调整》兹铁架135内永久^兹铁139 的位置，能使活动单元110的旋转中心轴C与第一弹性单元181和第二弹性 单元182的旋转中心轴C，4皮此一致。第一弹性单元181和第二弹性单元182 的旋转中心轴C，是仅与第一弹性单元181和第二弹性单元182的旋转有关 的旋转中心轴。如上所述，当活动单元110的旋转中心轴C与第一弹性单元 181和第二弹性单元182的旋转中心轴C，彼此一致时，在活动单元110关于 旋转中心轴C转动期间，能减小活动单元110的振动。
参照图7A，当力301通过卡盘(chuck) 320施加到f兹铁架135中的夹 紧结构136上时(其中磁铁架135位于装配架(assemblingjig) 310上)，夹 紧结构136与永久磁铁139脱离(如还在图4A中所示)，因而，永久磁铁 139能插入》兹铁架135。由于夹紧结构136与永久^f兹铁139脱离，可使用装 配架310来控制永久磁铁139的位置，从而能使活动单元110的旋转中心轴 C(参见图3)与第一弹性单元181和第二弹性单元182的旋转中心轴C，(参 见图6) —致。然后，参照图7B,卡盘320取回(retrieve),使得夹紧结构 136与永久》兹铁139接合，以将永久》兹铁139支撑于适当位置处。可使用固 定构件138诸如例如环氧树脂(epoxy),将永久磁铁139固定于》兹铁架135 内的位置处。如上所述，通过将永久;兹体139插入^兹铁架135中，能调整活 动单元110的重心。此外，利用形成于/f兹铁架135中的夹紧结构136，永久 磁铁139能被保持在磁铁架135内的位置处。
图8至图11示出了根据实施方式的反射镜扫描仪的运转。图8示出了 通过电磁体部分200施加到永久磁铁139的力，图9示出了根据镜部分120 的旋转而扫描光束的范围。另外，图10示出了入射在反射镜扫描仪上的光 束，图11示出了根据本实施方式的被反射镜扫描仪扫描的光束。
参照图8,辄210的端部分Al和A2围绕永久;兹4失139的N极彼此面 对。当电流i流经电-兹体部分200的线圏220时，在轭210中感应石兹通量B,磁通量B从扼210的端部分Al和A2退出。例如，当电流i沿图8所示的 方向流动时，磁通量B在轭210的端部分Al处退出并进入轭210的端部分 A2。即，端部分A1成为N极，端部分A2成为S极。另一方面，永久磁铁 139的磁极方向M被设置成N极在面对轭210的一侧而S极在相反侧。在 该情形下，排斥力通过电-兹体部分200的i兹通量B净皮施加到端部分Al附近 的永久-兹铁139，吸引力被施加到端部分A2附近的永久》兹铁139。因此，永 久磁铁139围绕旋转中心轴C沿顺时针方向转动。当电流i的流动方向改变 时，端部分Al和A2的;兹极性颠倒。因此，施加到永久i兹铁139的力也被 颠倒，结果永久磁铁139关于旋转中心轴C沿逆时针方向转动。如上所述， 通过控制电流i在电^兹体部分200中的流动方向，能确定永久》兹铁139的转 动方向。
另一方面，在该实例中，当镜部分120和磁铁架部分130彼此固定地耦 接时，永久磁铁139和磁铁架部分130的转动直接导致镜部分120的转动。 如果供应到电磁体部分200的电流i的工作频率是活动单元110的共振频率， 则活动单元110以共振模式以正弦波振动。通过活动单元110的转动惯量与 第一弹性单元181和第二弹性单元182的弹能之间的关系，可确定活动单元 110的共振频率。
参见图9，当第一入射光束Lli和第二入射光束L2i入射到以共振频率 振荡的第一单元镜121时，由第一单元镜121反射的第一反射光束Llr和第 二反射光束L2r分别在由SR1和SR2表示的扫描区域范围内扫描越过。
反射镜扫描仪可包括第一单元镜121和第二单元镜122 (例如，如在图 2中所示)，因而能同时以四个光束第一至第四光束L1、 L2、 L3和L4扫 描，如在图10和图11中所示。即，第一光束L1和第二光束L2可被第一单 元镜121的镜表面121a和121b反射，从而可扫描越过扫描区域范围SR1和 SR2，而第三光束L3和第四光束L4可被第二单元镜122的镜表面122a和 122b反射，因而可扫描越过扫描区域范围SR3和SR4。
图12是示出根据另一实施方式的反射镜扫描仪的结构的示意图，图13 和图14是示出在图12中示出的MEMS反射镜100-1的前部分和后部分的透 视图。
除了永久磁铁139-1的磁极方向M之夕卜，根据该实施方式的反射镜扫描 仪与根据图1至图11中示出的之前的实施方式的反射镜扫描仪基本相同。为了简便，相似的元件由相似的附图标记表示，将不再详细重复对之前描述 过的相似元件的描述。
参照图12至图14，根据实施方式的反射镜扫描仪可包括MEMS反射镜 100-1以及提供电磁驱动力到MEMS反射镜100-1的电》兹体部分200。
MEMS反射镜100-1可包括活动单元110-1、弹性支撑活动单元110-1 的第一弹性单元181和第二弹性单元182，以及分别支撑第一弹性单元181 和第二弹性单元182的第一固定端191和第二固定端192。
活动单元110-1可包括4竟部分120、形成于镜部分120的至少一个表面 部分上的加固肋125，以及从镜部分120延伸的磁铁架部分130-1。永久磁 铁139-1可容纳于》兹铁架部分130-1中。镜部分120可包括第一单元镜121 和第二单元镜122，第一单元镜121和第二单元镜122的每一个在其两个表 面上可依次包括相应的镜表面121a/121b和122a/122b。另外，镜部分120 可包括用于改善镜部分120的刚性的加固肋125。
磁铁架135-1可包括开口 135a，可在开口 135a中參纳永久磁铁139-1。 开口 135a可形成为平行于镜表面121a、 121b、 122a和122b延伸。在图13 中示出的实施方式中，如在图中所示，永久磁铁139-1的磁极方向M可平行 于镜表面121a、 121b、 122a和122b,且可垂直于旋转中心轴C (参见图3 )。 即，虽然在图1-11中示出的实施方式中从示出MEMS反射镜IOO较宽表面 的视图观察永久^兹铁139的磁极(参见图2),但是根据在图13中示出的实 施方式，当从MEMS反射镜100-1的侧部观察永久磁铁139-1时示出永久磁 铁139-1的》兹极。
由于永久》兹4失139-1的》兹才及方向M改变，所以MEMS反射镜100-1和 电^f兹体部分200的布置可与之前实施方式的布置不同。即，在之前的实施方 式中，当MEMS反射镜100位于图1中所示的初始非工作位置时，轭210 的端部Al和A2面对MEMS反射镜100的较大表面。然而，根据图13的 实施方式，当MEMS反射镜100-1位于如图12所示的初始非工作位置时， 轭210的端部Al和A2面对MEMS反射镜100-1的侧部。
因为当从MEMS反射镜100-1的侧部观察永久^兹铁139-1时示出了永久 磁铁139-1的磁极之一，所以轭210的端部分面对永久》兹铁139-1的磁极， 与之前描述的实施方式类似。因此，参见图8所述的反射镜扫描仪的操作也 应用到图12-图14的实施方式。
17图15示出了入射在图12-14的实施方式的反射镜扫描仪上的光束，图 16示出了通过反射镜扫描仪扫描的光束。
参见图15，由于反射镜扫描仪包括四个镜表面121a、 121b、 122a和122b, 所以可同时扫描四个光束L1、L2、L3和L4。由于电i兹体部分200位于MEMS 反射镜100-1的侧部，所以电;兹体部分200可放置成不干扰入射光束Lli和 L2i的光路或在图16中所示的反射光束Llr和L2r的光路，因此，能容易地 确保电》兹体部分200的安装空间。
图17是示出才艮据另一实施方式的反射镜扫描仪的结构的示意图，图18 示出入射在图17的反射镜扫描仪上的平行光束。
在图17中示出的实施方式的反射镜扫描仪可与在图l至图11中示出的 反射镜扫描仪基本相同，除了磁铁架部分130设置在镜部分120-1下方。此 外，为了简便，相似的元件由相似的附图标记表示，不重复详细描述已经描 述过的相似元件。
参见图17和图18,根据实施方式的反射镜扫描仪可包括MEMS反射镜 100-2和提供电磁驱动力到MEMS反射镜100-2的电磁体部分200-1。
MEMS反射镜100-2可包括活动单元110-2、弹性支撑活动单元110-2 的第一弹性单元181和第二弹性单元182，分别支撑第一弹性单元181和第 二弹性单元182的第一固定端191和第二固定端192。活动单元110-2可包 括镜部分120-1 ，在该镜部分120-1中第一单元镜121-1和第二单元镜122-1 经由刚性连接单元126彼此固定地耦接；以及设置成从镜部分120-1延伸的 磁铁架部分130。刚性连接单元126设置在第一单元镜121-1和第二单元镜 122-1之间，并确定镜之间的预定距离。刚性连接单元126可具有足够的刚 性，从而不扭曲(twist)，因而第一单元镜121-1和第二单元镜122-1可相对 彼此同时转动。
根据本实施方式，因为,兹铁架部分130设置在镜部分120-1的一侧，例 如设置在镜部分120-1的下侧，所以电磁体部分200-1也设置在镜部分120-1 的相同侧。即，与之前的实施方式相比，不需要在第一单元镜121-1和第二 单元镜122-1之间设置电磁体部分200-1,因而能确保用于安装电》兹体部分 200-1的充足空间。此外，如在图18中所示，根据实施方式，轭210-1的端 部分可成台阶状或弯曲，从而邻近磁铁架部分130,同时电磁体部分200-1 的剩余部分(除了轭210-1的端部分之外)可以被设置成在入射或反射光束Ll、 L2、 L3和L4的光路之外且远离入射或反射光束L1、 L2、 L3和L4的 光路。根据本实施方式，因为能确保用于安装电》兹体部分200-1的足够空间， 所以可不限制电》兹体部分200-1的厚度。
插入;兹铁架部分130的永久磁铁的磁极方向可垂直或者平行于镜表面。 另外，根据永久磁铁的磁极方向，辄210-1的端部分可面对MEMS反射镜 100-2的宽面或者面对MEMS反射镜100-2的侧部。
图19是示出根据另一可选实施方式的反射镜扫描^f义的结构的示意图。
参见图19,该实施方式的反射镜扫描仪包括MEMS反射镜100-3,除了 不兹铁架部分130-2的布置之外，该MEMS反射镜100-3可与图17和图18中 所示的MEMS反射镜基本相同。
本实施方式的磁铁架部分130-2包括位于镜部分120-1与第一弹性单元 181之间的第一磁铁架131，以及位于镜部分120-1与第二弹性单元182之 间的第二i兹铁架132。第一磁铁架131和第二磁铁架132的每一个都可包括 第一电磁体部分和第二电磁体部分(未示出)。因为第一磁铁架131和第二 磁铁架132每一个都设置成从镜部分120-1延伸，所以两个相应的第一电磁 体部分和第二电磁体部分也可远离镜部分120-1设置，与图17中示出的电 磁体部分200-1类似。由于上述结构，第一磁铁架131和第二磁铁架132可 关于镜部分120-1对称设置，所以能改善MEMS反射镜100-3的驱动性能。
图20是示出根据其他可选实施方式的反射镜扫描仪的结构的示意图。
参照图20，除了,兹铁架部分130-2和镜部分120-1关于彼此弹性支撑之 外，本实施方式的反射镜扫描仪与图19中所示的反射镜扫描仪基本相同。
MEMS反射镜100-4可包括在镜部分120-1与第一磁铁架131之间的第 一子弹性单元14i以及在镜部分120-1与第二磁铁架132之间的第二子弹性 单元142。另外，第一磁铁架131由第一弹性单元181-1和第一固定端191 弹性支撑，而第二磁铁架132由第二弹性单元182-1和第二固定端192弹性 支撑。
如上所述，因为第一f兹铁架131和第二磁铁架132被弹性支撑于镜部分 120-1与第一固定端191及第二固定端192之间，所以^兹铁架部分130-2和 镜部分120-1可以在彼此不同的共振模式中。即，^兹铁架部分130-2的共振 模式主要在第一共振频率下，该第一共振频率由磁铁架部分130-2自身的转 动惯量以及第一弹性单元181-1和第二弹性单元181-2的弹能确定。另外，
19镜部分120-1的共振冲莫式主要在第二共振频率下，该第二共振频率由镜部分
120-1的转动惯量以及第一子弹性单元141和第二子弹性单元142的弹能确 定。根据实施方式，第一共振频率可设置成高于第二共振频率，同时磁铁架 部分130-2在第二共振频率下被激发。当磁铁架部分130-2被激发到第二共 振频率时，镜部分120-1由于磁铁架部分130-2的振动而在第二共振频率下 共振。由于该结构，当镜部分120-1弹性连接到供应驱动力的磁铁架部分 130-2时，可改善镜部分120-1的共振性能，因此，用于均匀扫描速度的扫 描光学系统的设计可变得更简单。
图21是示出根据又一可选实施方式的反射镜扫描仪100-5的结构的示 意图，图22示出倾斜入射在图21的反射镜扫描仪上的光束。
参照图21和图22，除了镜部分120-2在镜部分120-2的每一个表面中 仅包括一个单元镜之外，反射镜扫描仪100-5可与图1至图11中示出的反射 镜扫描仪基本相同。
当镜部分120-2在其每一个面中包括一个单元镜时，为了同时扫描四个 光束，使两个光束L1和L4以及两个光束L2和L3以图22所示的倾斜入射 角入射在形成于镜部分120-2的各个表面上的镜表面。当光束倾斜入射在镜 表面上时，即使镜部分120-2的镜表面相对小，多个光束也能以彼此不同的 光扫描路径反射。
现在将描述根据一个或多个实施方式的光学扫描单元和采用该光学扫 描单元的成像装置。
图23示出了根据在此所述的一个或多个实施方式的包括光学扫描单元 500的成像装置。
参见图23，成像装置可包括光学扫描单元500、显影单元600、光敏鼓 700、充电辊701、中间传送带800、传送辊805和定影单元(fusing unit) 900。
光学扫描单元500以根据图像信息调制的光束L在光敏鼓700上扫描。 光敏鼓700是光敏介质的实例。然而，本领域的技术人员将理解光敏带(未 示出)可以是光敏介质的另一实例。例如，光敏鼓700可通过在圓柱金属管 的外围表面上形成预定厚度的光敏层而制成。光敏鼓700的外围表面是来自 光学扫描单元500的光束L入射在其上的扫描表面。通过施加充电偏压Vc 同时关于光敏鼓700的外围表面旋转，充电辊701将光壽文鼓700的外围表面充电至均匀电势。可使用电晕充电器(corona charger)(未示出)而不是充 电辊701。显影单元600将墨粉供应到光敏鼓700,例如在施加到显影单元 600与光敏鼓700之间的显影偏压下，从而将静电潜像显影成光敏鼓700上 的可见墨粉图像。形成于光敏鼓700上的墨粉图像被传送到中间传送带800。 墨粉图像从中间传送带800被传送到打印介质P，该打印介质P例如通过施 加传送偏压到传送辊805而在传送辊805与中间传送带800之间传输。通过 例如从定影单元900施加的热和/或压力，传送到打印介质P上的墨粉图像 被定影到打印介质P上，完成成像工作。
为了打印全色图像，光学扫描单元500、显影单元600和光敏鼓700可 被提供为对应于几种颜色的单元。例如，光学扫描单元500分别在四个光翁: 鼓700上扫描四个光束，从而在四个光每文鼓700上形成相应于黑色(K)、品 红色(M)、黄色(Y)和青色(C)的图像信息。四个显影单元600将K、 M、 Y和C颜色的墨粉提供到光敏鼓700，从而将K、 M、 Y和C静电潜像 显影成相应的墨粉图像。K、 M、 Y和C墨粉图像3皮传送到中间传送带800 上，从而彼此交叠，交叠的彩色墨粉图像被依次传送到打印介质P。
图24更详细地示出了用于图23的成像装置的光学扫描单元500的实例。
参见图24，光学扫描单元500可包括光源520、包括MEMS反射镜100 的反射镜扫描仪、多个光路转换构件530以及聚焦光学系统540，这些光学 元件可容纳于外壳(housing) 510中,该外壳510包括窗511。
包括于光学扫描单元500中的反射镜扫描仪可包括例如，如参见图1至 图11在之前所描述的具有四个镜表面的MEMS反射镜100。
每一个光源520都照射两个平行光束L到MEMS反射镜100的相应面 的镜表面上。光束L的光路被多个光路转换构件530改变成朝向光敏鼓 700K、 700Y、 700M和700C引导光束L。
聚焦光学系统540设置在朝向光敏鼓700K、 700Y、 700M和700C前进 的光束L的光^各上，并分别将光束L聚焦在光敏鼓700K、 700Y、 700M和 700C上。如果MEMS反射镜IOO表现为正弦振荡，则光路可需要被补偿， 从而被反射镜扫描仪100偏转的光束L能以均匀的速度在光敏鼓700K、 700Y、 700M和700C上扫描。因此，聚焦光学系统540可以是正弦波补偿 透镜，该正弦波补偿透镜补偿偏转光束以具有反正弦形式(arcsinusoida form ),使得被反射镜扫描仪100偏转的光束能以均匀的速度在光敏鼓700K、700Y、 700M和700C上扫描。
图25示出能适用于图23的成^f象装置的光学扫描单元500-1的另一实施 方式。
参见图25,光学扫描单元500-1可包括光源520、包括MEMS反射镜 100-5的反射镜扫描仪、多个光路转换构件530和聚焦光学系统540，光学 扫描单元500-1被支撑于包括窗511的外壳510中。
光学扫描单元500-1的反射镜扫描仪可包括具有两个镜表面的MEMS 反射镜100-5，例如在每一个面上有一个镜表面，例如，与之前参见图21和 图22所描述的类似。
每一个光源520可照射两个光束L到MEMS反射镜100-5的各个面上 的镜表面上，使得光束L以倾斜角度入射在镜表面上。光束L的光路被多个 光路转换构件530改变成朝向光每文鼓700K、 700Y、 700M和700C引导光束 L。聚焦光学系统540设置在朝向光敏鼓700K、 700Y、 700M和700C前进 的光束L的各个光路上，从而将在相应的光束L聚焦到光敏鼓700K、 700Y、 700M和700C中的相应一个上。聚焦光学系统540可补偿偏转的光束L，以 具有反正弦形式，使得光束L能以均匀的速度扫描。根据实施方式，补偿透 镜(未示出)，其能补偿由光束L的倾斜照射引起的变形，还可设置在反射 镜扫描仪100-5与聚焦光学系统540之间。
根据在此公开的实施方式，由于利用被电磁力驱动的MEMS反射镜来 执行光束的扫描，所以相对于使用多面镜的传统偏转方法，能改善打印速度， 且还能降低噪音。另外，由于MEMS反射镜包括在其两个表面上的镜表面， 所以即使在镜表面相对小时，也能同时以多个光束扫描。因此，当镜表面的 尺寸增加以允许在传统技术中多个光束的同时扫描时，能减轻性能退化或动 态变形。
虽然已经参见本发明的特定实施方式具体示出并描述了本公开的线光 源、线打印头和成像装置，但是本领域的普通技术人员将理解在不脱离由附 属的权利要求所限定的本公开的精神和范围下可以对其中的形式和细节作
出各种变化。
本申请要求享有2008年8月21日提交到韩国知识产权局的韩国专利申 请No. 10-2008-0081858的权益，在此结合其全部公开作为参考。
权利要求
1.一种微机电反射镜，包括活动单元，包括镜部分和磁铁架部分，所述镜部分具有至少两个面，每一个面都包括在其上的一个或多个镜表面，所述磁铁架部分构造成在其中支撑磁铁；彼此隔开并与所述活动单元隔开的第一固定端和第二固定端；以及第一弹性构件和第二弹性构件，所述第一弹性构件弹性支撑所述活动单元到所述第一固定端，所述第二弹性构件弹性支撑所述活动单元到所述第二固定端。
2. 根据权利要求1所述的微机电反射镜，其中所述镜部分包括多个单元镜，每一个单元镜包括分别在所述镜部分的所述至少两个面的每一个上的一个或多个镜表面，以及所述》兹铁架部分位于所述多个单元镜中的至少两个相邻的单元镜之间。
3. 根据权利要求1所述的微机电反射镜，其中所述镜部分包括单一单元镜，所述单一单元镜具有在所述镜部分的所述至少两个面的每一个上的镜表面；以及所述磁铁架部分位于所述镜部分与所述第一弹性构件和所述第二弹性构件之一之间。
4. 根据权利要求1所述的微机电反射镜，其中所述磁铁架部分包括位于所述镜部分与所述第一弹性构件之间的第一磁铁架，以及位于所述镜部分与所述第二弹性构件之间的第二^兹铁架。
5. 根据权利要求4所述的微^L电反射镜，进一步包括位于所述镜部分与所述第 一磁铁架之间的第三弹性构件；位于所述镜部分与所述第二磁铁架之间的第四弹性构件；其中，所述》兹4失架部分与所述第一弹性构件和所述第二弹性构件的第一共振频率高于所述镜部分与所述第三弹性构件和所述第四弹性构件的第二共振频率。
6. 根据权利要求1所述的拔W几电反射镜，进一步包括加固肋，形成于所述镜部分的所迷至少两个面的至少之一上。
7. 根据权利要求6所述的微机电反射镜，其中所述活动单元构造成关于旋转轴转动，所述加固肋沿垂直于所述活动单元的所述旋转轴的方向延伸。
8. 根据权利要求1所述的微机电反射镜，其中所述活动单元、所述第一固定端和所述第二固定端以及所述第一弹性构件和所述第二弹性构件由包括第一硅层和第二硅层的双层晶片形成，以及所述镜部分以及所述第一弹性构件和所述第二弹性构件由所述第一硅层形成，所述磁铁架部分以及所述第一固定端和所述第二固定端由所述第一硅层和所述第二硅层形成。
9. 根据权利要求1所述的微机电反射镜，其中所述磁铁架部分包括开口，在该开口中容纳所述-兹铁，所述活动单元构造成关于旋转轴转动，所述磁铁的插入深度被确定成使得所述活动单元的所述旋转轴与所述第一弹性构件和所述第二弹性构件的旋转中心轴一致。
10. 根据权利要求9所述的微机电反射镜，其中所述磁铁架部分包括延伸到所述开口中用于在适当的位置支撑所述》兹铁的夹紧结构。
11. 一种反射镜扫描仪，包括根据权利要求1至IO任意之一所述的微机电反射镜；以及电》兹体部分，包括轭和围绕所述轭的线圈，所述轭具有彼此分隔开且面对的端部分，所述端部分邻近所述磁铁布置，从而将电磁驱动力提供到所述微机电反射镜。
12. 根据权利要求11所述的反射镜扫描仪，其中所述磁铁的磁极方向垂直于所述镜表面，所述轭的所述端部分面对所述-兹铁的磁极之一。
13. 根据权利要求11所述的反射镜扫描仪，其中所述磁铁的所述磁极方向平行于所述一个或多个镜表面且垂直于所述活动单元关于其旋转的旋转轴，所述轭的所述端部分面对所述》兹铁的》兹极之一。
14. 一种光学扫描单元，包括多个光源；以及根据权利要求11所述的反射镜扫描仪，所述反射镜扫描仪构造成接收来自所述多个光源的多个光束，并构造成朝向将被扫描的一个或多个表面偏转所接收的所述多个光束。
15. —种成像装置，包括多个光敏介质；根据权利要求14所述的光学扫描单元，所述反射镜扫描仪将所接收的所述多个光束中的每一个朝向所述多个光敏介质中相应的各自的光敏介质偏转，从而在所述多个光敏介质上形成静电潜像；以及显影单元，构造成供应墨粉，以显影形成于所述光l丈介质上的所述静电潜像。
全文摘要
本发明公开了微机电(MEMS)反射镜和采用该MEMS反射镜的反射镜扫描仪的几个实施方式。本发明还公开了采用该反射镜扫描仪的光学扫描单元和包括该光学扫描单元的成像装置。MEMS反射镜可包括活动单元，其可包括镜部分和磁铁架部分。镜部分可在其面上具有镜表面。磁铁架部分可包括在其中容纳磁铁的开口。MEMS反射镜还可包括第一固定端和第二固定端，通过允许活动单元的振荡或转动运动的一个或多个弹性构件将活动单元弹性支撑到第一固定端和第二固定端。
文档编号G02B26/08GK101655602SQ200910167370
公开日2010年2月24日 申请日期2009年8月21日 优先权日2008年8月21日
发明者崔钟喆, 李振镐, 郑喜文, 金准旿 申请人:三星电子株式会社