JP2008058911A

JP2008058911A - Optical scanning device

Info

Publication number: JP2008058911A
Application number: JP2006238989A
Authority: JP
Inventors: Yukimoto Sasaki; 幸基佐々木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2008-03-13

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanning device capable of adapting the corrections on the variations for each scanning cycle, by directly detecting the variations in the rocking position for the rocking vibrations of a micro-mirror. SOLUTION: The optical scanning device comprises a light beam generation means 9 for generating a light beam 12, a light beam deflection means 8 for making the light beam 12 incident and deflecting and outputting the light beam 12 by a deflecting mirror, a position detection means 10 for detecting the light beam 12 and outputting a position detection signal, when the light beam 12 is deflected and scanned by the light beam deflection means 8 and passes a predetermined position, and a position information storage means for storing the position detection signal. The position detection means 10 can be moved to any position. COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザプリンタ、バーコードリーダ、ディスプレイ等の光学機器に使用する、マイクロミラーをトーションバー軸の周りに揺動させ、ミラーに反射した光ビームを走査する光走査装置に関するものである。 The present invention relates to an optical scanning device that is used in an optical apparatus such as a laser printer, a barcode reader, and a display, and that scans a light beam reflected on a mirror by swinging a micromirror around a torsion bar axis.

従来の光走査装置において、光ビームを走査する光偏向器としてはポリゴンミラーが多く用いられている。ポリゴンミラーは高速で回転して光ビームを走査するが、ポリゴンミラーを用いた画像形成では、より高い解像度の画像及び高速の画像形成を達成するには、ポリゴンミラーをさらに高速で回転させる必要がある。 In a conventional optical scanning device, a polygon mirror is often used as an optical deflector that scans a light beam. The polygon mirror rotates at a high speed to scan the light beam. However, in the image formation using the polygon mirror, it is necessary to rotate the polygon mirror at a higher speed in order to achieve a higher resolution image and a higher speed image formation. is there.

しかし、ミラーの高速回転を達成するには、軸受けの耐久性を向上し、発熱及び騒音の対策を行う必要がある課題を解決しなければならない。従って、ミラーが形成された回転体を使用した高速走査には限界がある。 However, in order to achieve high-speed rotation of the mirror, it is necessary to improve the durability of the bearing and solve the problems that require countermeasures against heat generation and noise. Accordingly, there is a limit to high-speed scanning using a rotating body on which a mirror is formed.

一方、近年、光ビームを走査する光走査装置は、シリコン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が提案されている。このようなマイクロミラーディバイスはその駆動方式から大別して、電磁駆動方式、静電駆動方式が提案されている（例えば、特許文献１乃至６参照）。 On the other hand, in recent years, an optical scanning device that scans a light beam has been proposed to swing a micro mirror using silicon micromachining technology. Such micromirror devices are roughly classified into their driving methods, and an electromagnetic driving method and an electrostatic driving method have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 6).

特許文献１では、磁界発生手段を用いた方法を提案しており、特許文献２では静電誘導発生手段を用いた方法を提案している。前記従来の提案ではマイクロミラー可動部の駆動方式として、磁界発生手段を用いた駆動方式或は静電誘導発生手段を用いた駆動方式では駆動電圧を正弦波交流信号として定常的に印加して駆動する方式となっている。 Patent Document 1 proposes a method using magnetic field generation means, and Patent Document 2 proposes a method using electrostatic induction generation means. In the conventional proposal, the driving method using the magnetic field generating unit or the driving method using the electrostatic induction generating unit as the driving method of the movable part of the micromirror is driven by constantly applying the driving voltage as a sinusoidal AC signal. It is a method to do.

静電誘導発生手段を用いた代表的な例として特許文献３で開示された静電引力によってミラーを揺動させる光走査装置を示すことができる。光走査装置については後段で詳しく説明する。 As a typical example using electrostatic induction generating means, an optical scanning device that swings a mirror by electrostatic attraction disclosed in Patent Document 3 can be shown. The optical scanning device will be described in detail later.

静電駆動方式としては現在２つの方式が用いられている。一方は駆動電極が平行平板電極構成であり、他方は櫛歯型電極構成とした方式である。櫛歯型電極方式は、一般的に変動量、駆動力とも、平行平板電極方式より大きく優れていると言われている。櫛歯型電極を用いた方式は特許文献４、特許文献５、特許文献６等である。 Two methods are currently used as the electrostatic drive method. One is a method in which the drive electrode has a parallel plate electrode configuration, and the other has a comb-shaped electrode configuration. The comb-shaped electrode method is generally said to be greatly superior to the parallel plate electrode method in terms of both fluctuation amount and driving force. A method using a comb-shaped electrode is disclosed in Patent Document 4, Patent Document 5, Patent Document 6, and the like.

図１６は従来の揺動型ミラーを示す上面図である。図１７は図１６の断面図である。従来の揺動型ミラーの動作について、特許文献３の明細書の記載を参照し、図１６及び図１７について説明する。 FIG. 16 is a top view showing a conventional oscillating mirror. FIG. 17 is a cross-sectional view of FIG. The operation of the conventional oscillating mirror will be described with reference to the description in Patent Document 3 with reference to FIGS.

支持基板１０１に設けられた凹部にミラー１０２が配置され、このミラー１０２は一体的に設けられたトーションバー１０３を介して支持基板１０１に支持される。ミラー１０２は、トーションバー１０３の捩じり作用により、その両側がミラー１０２の平面に対して垂直方向に揺動可能としている。 A mirror 102 is disposed in a recess provided in the support substrate 101, and the mirror 102 is supported by the support substrate 101 via a torsion bar 103 provided integrally. The mirror 102 can swing in the direction perpendicular to the plane of the mirror 102 by the torsional action of the torsion bar 103.

トーションバー１０３は導電性部材で構成され、その両端は支持基板１０１に設けられたパッド１０４に電気的に接続されている。さらに、支持基板１０１の凹部の両側には絶縁体１０６を介して固定電極１０７が支持されている。 The torsion bar 103 is made of a conductive member, and both ends thereof are electrically connected to pads 104 provided on the support substrate 101. Further, fixed electrodes 107 are supported on both sides of the concave portion of the support substrate 101 via insulators 106.

固定電極１０７は、この固定電極１０７とミラー１０２の両側部ミラー電極との位置関係を、ミラー電極部の初期位置よりも揺動方向に沿って高い位置に配置する構成、ミラー電極部の初期位置においてミラー電極部と固定電極部とは高低差を持って配置した提案になっている。 The fixed electrode 107 is configured such that the positional relationship between the fixed electrode 107 and the mirror electrodes on both sides of the mirror 102 is higher in the swing direction than the initial position of the mirror electrode unit, the initial position of the mirror electrode unit In this proposal, the mirror electrode portion and the fixed electrode portion are arranged with a height difference.

この光走査装置は、固定電極１０７のパッド１０８とトーションバー１０３が接続されたパッド１０４との間に高電圧を印加し、固定電極１０７とミラー１０２との間に静電力を発生させ、その静電引力によってミラー１０２の一方の側面を固定電極１０７側に吸引し、この吸引動作によってトーションバー１０３を捩じり変形させながら、ミラー１０２をミラーの平面に対して垂直方向に揺動させる。 In this optical scanning device, a high voltage is applied between the pad 108 of the fixed electrode 107 and the pad 104 to which the torsion bar 103 is connected to generate an electrostatic force between the fixed electrode 107 and the mirror 102. One side surface of the mirror 102 is attracted to the fixed electrode 107 side by the electric attractive force, and the torsion bar 103 is twisted and deformed by this attraction operation, and the mirror 102 is swung in a direction perpendicular to the plane of the mirror.

この揺動動作の直後に固定電極１０７への電圧印加を解除すると、トーションバー１０３の捩じり復元力によってミラー１０２は逆方向に揺動される。この電圧印加と停止を繰り返すことにより、ミラー１０２を揺動させることができ、図示していない光源からの光をミラー１０２で反射させることで、光を偏向しかつ走査が可能となる。 When the voltage application to the fixed electrode 107 is released immediately after the swinging operation, the mirror 102 is swung in the reverse direction by the torsional restoring force of the torsion bar 103. By repeating this voltage application and stop, the mirror 102 can be swung, and light from a light source (not shown) is reflected by the mirror 102, so that the light can be deflected and scanned.

さて、マイクロミラーを安定的に所定の周波数で揺動するために、可動部の揺動に応じた信号を検出し、駆動正弦波信号と揺動検出信号の位相を制御する制御手段を用いている。 Now, in order to stably swing the micromirror at a predetermined frequency, a signal corresponding to the swing of the movable part is detected, and a control means for controlling the phase of the drive sine wave signal and the swing detection signal is used. Yes.

検出方法としては可動部に検出用コイルを配設する方法、あるいはマイクロミラーに光ビームを照射し、その光ビームの反射ビーム軌跡を検出する方法がある。 As a detection method, there are a method in which a detection coil is disposed on a movable portion, or a method in which a microbeam is irradiated with a light beam and a reflected beam locus of the light beam is detected.

前記従来の方法において、検出方法に検出用コイルを用いた方法では駆動用電極と検出用電極を設ける必要があり、また、駆動用コイルと検出用コイルの相互誘導の影響を除去するための特別な手段を必要とした。さらに、前記光ビームの反射ビーム軌跡を検出した信号を用いる場合、これを検出するための検出手段を付加して実現していた。 In the conventional method, in the method using a detection coil as a detection method, it is necessary to provide a drive electrode and a detection electrode, and a special method for removing the influence of mutual induction between the drive coil and the detection coil. Necessitated a simple means. Further, when a signal that detects the reflected beam trajectory of the light beam is used, it is realized by adding a detecting means for detecting this.

光ビームを走査する光偏向器を用いて光走査し、画像形成する場合、走査速度の変動、一般的には、任意の距離間を走査する走査時間の変動（ジター）を０．０２％以下にする必要がある。前記マイクロミラーは使用環境の変動により揺動振幅が変動することが知られている。 When optical scanning is performed using an optical deflector that scans a light beam to form an image, fluctuations in scanning speed, generally fluctuations in scanning time (jitter) for scanning between arbitrary distances are 0.02% or less. It is necessary to. It is known that the oscillation amplitude of the micromirror fluctuates due to a change in usage environment.

前記マイクロミラー揺動振幅の変動は、光ビーム走査のジターの変動として生じ、画質を低下する要因になっている。この問題を解決するために多く提案がなされている。 The fluctuation of the micromirror oscillation amplitude occurs as a fluctuation of the light beam scanning jitter, which is a factor of deteriorating the image quality. Many proposals have been made to solve this problem.

提案の代表的な方式は、前記ジターを計測し、ジターの変動量から、マイクロミラー揺動振幅の変動を推定し、その変動分を補正するように、マイクロミラーの印加エネルギを調整している。
特開２００２−７８３６８号公報特開平８−２１１３２０号公報特許第３０１１１４４号明細書特許第３００６１７８号明細書特開平５−２２４７５１号公報特開２００３−２４１１２０号公報 The proposed representative method measures the jitter, estimates the fluctuation of the micromirror oscillation amplitude from the jitter fluctuation amount, and adjusts the applied energy of the micromirror so as to correct the fluctuation. .
JP 2002-78368 A JP-A-8-213320 Japanese Patent No. 30111144 Japanese Patent No. 3006178 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-224751 JP 2003-241120 A

しかしながら、従来技術の方法は、走査光の２点間の時間を計測をするため、変動状況は２点間の時間が経過後のみしか知り得ず、変動直後での補正制御は適切に対応することができない。この方式は或る程度長時間に生ずる変動の調整には有効であるが、走査周期毎の補正は困難である。 However, since the method of the prior art measures the time between two points of the scanning light, the fluctuation state can be known only after the time between the two points has elapsed, and the correction control immediately after the fluctuation corresponds appropriately. I can't. This method is effective for adjusting fluctuations that occur for a long period of time, but it is difficult to correct each scanning cycle.

また、前記ジターを計測するサンプリング周期は、例えば、光ビームの走査周期が４．７ＫＨｚ、走査距離５０ｍｍ、画素密度１２００ｄｐｉとした場合、０．０２％のジターは約７４ＭＨｚになり、１０倍の精度で計測する場合には、７４０ＭＨｚになる。このようなサンプリング周期を実現するには回路構成も複雑になる欠点がある。 The sampling period for measuring the jitter is, for example, that when the scanning period of the light beam is 4.7 KHz, the scanning distance is 50 mm, and the pixel density is 1200 dpi, the 0.02% jitter is about 74 MHz, which is 10 times the accuracy. In the case of measuring at 740 MHz, it becomes 740 MHz. In order to realize such a sampling period, there is a drawback that the circuit configuration is complicated.

そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、マイクロミラーの揺動変動を、揺動位置の変動を直接検知することにより、変動補正を走査周期毎に適応可能とする光走査装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical scanning device that can adapt fluctuation correction for each scanning period by directly detecting fluctuations in the swing position of the micromirrors in consideration of the above-described circumstances. Is to provide.

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光ビームを発生する光ビーム発生手段と、前記光ビームを入射させ、前記光ビームを偏向ミラーによって偏向及び出射させる光ビーム偏向手段と、前記光ビームが前記光ビーム偏向手段によって偏向走査されかつ所定の位置を走査通過した時、前記光ビームを検知して位置検知信号を出力する位置検知手段と、前記位置検知信号を記憶する位置情報記憶手段とを有する光走査装置において、前記位置検知手段は任意の位置に移動可能である光走査装置を特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 is directed to a light beam generating means for generating a light beam, and light beam deflection for making the light beam incident and deflecting and emitting the light beam by a deflecting mirror. Means for detecting the light beam and outputting a position detection signal when the light beam is deflected and scanned by the light beam deflecting means and passes through a predetermined position, and stores the position detection signal. And an optical scanning device having a positional information storage means for moving the position detecting means to an arbitrary position.

また、請求項２に記載の発明は、前記位置検知手段が往復運動を行う請求項１記載の光走査装置を特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the optical scanning device according to the first aspect is characterized in that the position detecting means reciprocates.

また、請求項３に記載の発明は、前記位置検知手段の移動速度Ｖｄと光走査速度Ｖｓを、Ｖｄ＞Ｖｓの関係にする請求項１記載の光走査装置を特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the optical scanning device according to the first aspect, wherein the moving speed Vd of the position detecting means and the optical scanning speed Vs are in a relationship of Vd> Vs.

また、請求項４に記載の発明は、前記位置検知手段の検知部材が複数個の受光素子をアレイ状に配置して構成される請求項１記載の光走査装置を特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the optical scanning device according to the first aspect, wherein the detection member of the position detection means is configured by arranging a plurality of light receiving elements in an array.

また、請求項５に記載の発明は、前記位置検知手段は光走査の両方向変換点位置に配置する請求項１記載の光走査装置を特徴とする。 The invention according to claim 5 is characterized in that the position detection means is arranged at a bidirectional conversion point position of the light scanning.

また、請求項６に記載の発明は、前記位置検知手段の位置移動動作を、前記光ビームが前記位置検知手段を走査通過するタイミングに対応して行う請求項１記載の光走査装置を特徴とする。 The invention according to claim 6 is the optical scanning device according to claim 1, wherein the position moving operation of the position detecting means is performed in correspondence with a timing at which the light beam scans and passes through the position detecting means. To do.

また、請求項７に記載の発明は、前記位置検出手段は単一で、かつこれによって光走査の両方向変換点位置を計測可能とする構成である請求項１記載の光走査装置を特徴とする。 The invention according to claim 7 is characterized in that the position detecting means is a single unit, and this allows the bidirectional scanning conversion point position of the optical scanning to be measured. .

本発明によれば、光ビーム偏向手段により偏向走査された光ビームが所定の位置を走査通過した時、光ビームを検知し、位置検知信号を出力する位置検知手段が、光ビームの移動を追尾可能とするように任意の位置に移動可能としたことにより、ミラー揺動波形の方向変化点の任意の位置を検知可能とする光走査装置を提供できる。 According to the present invention, when the light beam deflected and scanned by the light beam deflecting means passes through a predetermined position, the position detecting means that detects the light beam and outputs a position detection signal tracks the movement of the light beam. By making it possible to move to any position as possible, it is possible to provide an optical scanning device that can detect any position of the direction change point of the mirror swing waveform.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による光偏向器の実施の形態を示す概略斜視図である。図２は電極が櫛歯構造をした光偏向器を示す概略斜視図である。図３は図２の可動板が手前側に上昇している状態を示す概略斜視図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of an optical deflector according to the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective view showing an optical deflector whose electrodes have a comb-teeth structure. FIG. 3 is a schematic perspective view showing a state in which the movable plate of FIG. 2 is raised to the near side.

図１ないし図３を参照して、シリコンからなる支持基板１に偏向ミラーを構成する可動板７の両端が弾性支持部２で支持されている。可動板端面には可動電極４が設けられ、可動電極４に対向する位置に固定電極３が設けられている。 With reference to FIGS. 1 to 3, both ends of a movable plate 7 constituting a deflection mirror are supported by an elastic support portion 2 on a support substrate 1 made of silicon. A movable electrode 4 is provided on the end surface of the movable plate, and a fixed electrode 3 is provided at a position facing the movable electrode 4.

可動電極４とこの可動電極４に対向する固定電極３の間には、例えば、５μｍのギャップを設けていて、これらの電極３，４間に電圧を印加することによって電極３，４間に静電引力が働き、可動板７の端面が固定電極３に引き寄せられる。 For example, a gap of 5 μm is provided between the movable electrode 4 and the fixed electrode 3 opposed to the movable electrode 4. The electric attractive force works, and the end surface of the movable plate 7 is attracted to the fixed electrode 3.

図４は光偏向器の動作を説明する概略図である。図４を参照して、可動板７に付設された可動電極４はシリコン基板１（図１）に引き出されて図示してないパッドを介して接地される。 FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of the optical deflector. Referring to FIG. 4, movable electrode 4 attached to movable plate 7 is drawn out to silicon substrate 1 (FIG. 1) and grounded through a pad (not shown).

図４において、固定電極３と可動電極４の位置関係が図４の（ａ）の状態において、固定電極３に、例えば、３０Ｖの電圧を印加すると、固定電極３と可動電極４の間に働く静電力と梁の捻り剛性により、可動板７は図中時計回りに振れる。 In FIG. 4, when the positional relationship between the fixed electrode 3 and the movable electrode 4 is in the state of FIG. 4A, for example, a voltage of 30 V is applied to the fixed electrode 3, it works between the fixed electrode 3 and the movable electrode 4. Due to the electrostatic force and the torsional rigidity of the beam, the movable plate 7 swings clockwise in the figure.

図４の（ｂ）に示すように、可動板７が水平位置に達した時点で固定電極３への電圧印加をオフにすると、可動板７は慣性モーメントにより時計回り方向にさらに振れる。 As shown in FIG. 4B, when voltage application to the fixed electrode 3 is turned off when the movable plate 7 reaches the horizontal position, the movable plate 7 is further swung in the clockwise direction due to the moment of inertia.

最終として、図４の（ｃ）に示すように、慣性モーメントと梁の捻り剛性とが釣り合う位置まで振れる。最大振れ角まで到達すると一時停止し、その後振れてきた方向と逆向きに振れを開始する。 Finally, as shown in FIG. 4 (c), it swings to a position where the moment of inertia and the torsional rigidity of the beam are balanced. When it reaches the maximum deflection angle, it pauses and then starts swinging in the opposite direction.

図４の（ｃ）では反時計回りに振れ始める。反時計方向に振れ始めた後、適時固定電極３に再度電圧を印加すると、固定電極３と可動電極４の間に働く静電力と梁の捻り剛性により、可動板７は図中反時計回りに振れる。 In FIG. 4 (c), it starts to swing counterclockwise. When a voltage is again applied to the fixed electrode 3 at an appropriate time after starting to swing counterclockwise, the movable plate 7 rotates counterclockwise in the figure due to the electrostatic force acting between the fixed electrode 3 and the movable electrode 4 and the torsional rigidity of the beam. Swing.

再び、可動板７が水平位置に達した時点で固定電極３への電圧印加をオフすると、可動板７は慣性モーメントにより反時計回り方向にさらに振れる。最終として、図４の（ａ）に示すように、慣性モーメントと梁の捻り剛性とが釣り合う位置まで振れる。 When the voltage application to the fixed electrode 3 is turned off again when the movable plate 7 reaches the horizontal position, the movable plate 7 is further swung counterclockwise due to the moment of inertia. Finally, as shown in FIG. 4 (a), it swings to a position where the moment of inertia and the torsional rigidity of the beam are balanced.

このような固定電極３への電圧印加周波数を可動板７の共振周波数に合わせることにより変位の大きい振れ角で可動板７を揺動させることができる。このような駆動手段における、電圧印加タイミングと可動板揺動軌跡を図５に示す。 By adjusting the voltage application frequency to the fixed electrode 3 to the resonance frequency of the movable plate 7, the movable plate 7 can be swung with a large deflection angle. FIG. 5 shows the voltage application timing and the movable plate swing locus in such a driving means.

図５は駆動手段における、電圧印加タイミングと可動板揺動軌跡をグラフで示す図である。図５に示すように、振れ角が最大となる時間から電圧印加タイミングの位相αとして、振れ角最大点前から振れ角０に向かい振れる方向の任意の時間ｔの間、電圧を印加すると良い。 FIG. 5 is a graph showing the voltage application timing and the movable plate swing locus in the drive means. As shown in FIG. 5, the voltage may be applied for an arbitrary time t in the direction of swinging toward the swing angle 0 from the point before the maximum swing angle as the phase α of the voltage application timing from the time when the swing angle is maximum.

図６はミラー基板の梁に支持されていない可動板７の端部と固定電極の関係を示す概略斜視図である。図６において、ミラー基板の梁に支持されていない可動板７の端部は櫛歯形状部分７ａをなしており、この櫛歯形状部分７ａは同一部位の内フレームに設けられた同じく櫛歯形状の駆動用の固定電極３に微小ギャップを隔てて噛み合う形で対向している。この櫛歯形状部分が駆動用電極として作用する。 FIG. 6 is a schematic perspective view showing the relationship between the end of the movable plate 7 not supported by the beam of the mirror substrate and the fixed electrode. In FIG. 6, the end of the movable plate 7 that is not supported by the beam of the mirror substrate forms a comb-shaped portion 7a, and this comb-shaped portion 7a is also formed in the same comb-tooth shape provided in the inner frame of the same part. Is opposed to the fixed electrode 3 for driving with a small gap therebetween. This comb-tooth shaped portion acts as a drive electrode.

このように電極を櫛歯形状にすることにより、電極面積が大きくでき、従って駆動トルクをより大きくすることができ、可動板７の振れ角をより大きくすることができる。図６中、符号４は可動電極を示している。 Thus, by making an electrode into a comb-tooth shape, an electrode area can be enlarged, a drive torque can be made larger, and the deflection angle of the movable plate 7 can be made larger. In FIG. 6, reference numeral 4 denotes a movable electrode.

このように揺動する可動板７の反射面５に光ビームを照射すると、可動板７の揺動により入射光が反射面５により偏向することができる。図６において、支持部材２は捩り梁構造になっている。前記支持部材２に支持された可動板７は支持部材２を軸にして回転揺動を可能とする。 When the light beam is applied to the reflecting surface 5 of the movable plate 7 that swings in this way, incident light can be deflected by the reflecting surface 5 by the swing of the movable plate 7. In FIG. 6, the support member 2 has a torsion beam structure. The movable plate 7 supported by the support member 2 can rotate and swing around the support member 2.

可動板７の揺動周波数ｆｙは以下の式で近似される。
ｆｙ＝１／２π√(Ｋｙ／Ｉｙ)
ｆｙ：可動板7の共振周波数、
Ｉｙ：慣性モーメント、
Ｋｙ：ばね定数 The oscillation frequency fy of the movable plate 7 is approximated by the following expression.
fy = 1 / 2π√ (Ky / Iy)
fy: resonance frequency of the movable plate 7,
Iy: moment of inertia,
Ky: Spring constant

ばね定数Ｋｙは梁幅ａ、梁高さｂ、そして梁長さＬｙとすると、次式で与えられる。
Ｋｙ＝（Ｊｐ×Ｇ）／Ｌｙ，
Ｊp＝０．１４１×ａ×ｂ³，
Ｇ＝Ｅｙ／（２（１＋ι）），
Ｅｙ：ヤング率
ι：ポアソン比 The spring constant Ky is given by the following equation, assuming that the beam width is a, the beam height is b, and the beam length is Ly.
Ky = (Jp × G) / Ly,
Jp = 0.141 × a × b ³ ,
G = Ey / (2 (1 + ι)),
Ey: Young's modulus ι: Poisson's ratio

慣性モーメントＩｙは可動板７の横幅ｄ、長さｅ、及び厚さｃとすると、次式で与えられる。
Ｉｙ＝Ｍｙ×（ｅ²＋ｃ²）／１２，
Ｍｙ＝ρ（ｄ×ｅ×ｃ） The inertia moment Iy is given by the following equation, where the lateral width d, length e, and thickness c of the movable plate 7 are given.
Iy = My × (e ² + c ² ) / 12,
My = ρ (d × e × c)

上記式から共振周波数ｆｙは支持部材２と可動板７の形状によって決定される。 From the above equation, the resonance frequency fy is determined by the shapes of the support member 2 and the movable plate 7.

図７は本発明の光走査装置の第１の実施の形態を示す概略図である。図８は本発明の光走査装置の第２の実施の形態を示す概略図である。図７及び図８の第１及び第２の実施の形態において、構成上の相違点は、図７が位置検知手段である光検知部材を片側に配置し、図８が位置検知手段である光検知部材を両側に配置していることである。 FIG. 7 is a schematic view showing a first embodiment of the optical scanning device of the present invention. FIG. 8 is a schematic view showing a second embodiment of the optical scanning device of the present invention. In the first and second embodiments of FIG. 7 and FIG. 8, the difference in configuration is that FIG. 7 shows a light detecting member that is a position detecting means arranged on one side, and FIG. That is, the detection members are arranged on both sides.

図７及び図８を参照して、光走査装置は偏向ミラー８、光ビーム発生手段９、信号検知部１０より構成される。この信号検知部１０は、光ビーム偏向手段９により偏向走査された光ビーム１２が所定の位置を走査通過した時、この光ビーム１２を検知し、位置検知信号を出力する。信号検知部１０には位置検知信号を記憶する図示してない位置情報記憶手段を含んでいる。 Referring to FIGS. 7 and 8, the optical scanning device includes a deflecting mirror 8, a light beam generating means 9, and a signal detector 10. When the light beam 12 deflected and scanned by the light beam deflecting means 9 passes through a predetermined position, the signal detector 10 detects the light beam 12 and outputs a position detection signal. The signal detector 10 includes position information storage means (not shown) for storing a position detection signal.

光ビーム発生手段９からの光ビームは偏向ミラー８によって像担持体１１面上、及び信号検知部１０面上を往復走査する。信号検知部の位置検出手段１０は位置検出手段移動範囲１５内で移動する。本光走査装置の偏向ミラー８による光ビーム走査においては、従来の回転型ポリゴンミラーと異なり、光走査方向の変換点を検知することができる。 The light beam from the light beam generating means 9 is reciprocally scanned on the surface of the image carrier 11 and the surface of the signal detection unit 10 by the deflection mirror 8. The position detector 10 of the signal detector moves within the position detector moving range 15. In the light beam scanning by the deflection mirror 8 of the present optical scanning device, unlike the conventional rotary polygon mirror, a conversion point in the light scanning direction can be detected.

光ビームが像担持体１１を走査中に所定の間隔で光ビームを点滅することにより、像担持体１１に像を形成可能となる。形成画像の画質を左右する要因としては、像担持体１１に光ビームを走査させて形成される画素の位置精度が重要であることが知られている。一般的に、隣り合う画素の変動は１／２画素以内と言われている。 An image can be formed on the image carrier 11 by blinking the light beam at predetermined intervals while the light beam scans the image carrier 11. As a factor that affects the image quality of a formed image, it is known that the positional accuracy of pixels formed by causing the image carrier 11 to scan with a light beam is important. In general, it is said that the fluctuation of adjacent pixels is within 1/2 pixel.

本発明の光走査装置において、像担持体１１での画素位置の変動の原因は、主に偏向ミラー８の揺動振幅の変動であることが知られている。すなわち、偏向ミラー８の揺動振幅の変動を少なくすることが必要である。 In the optical scanning device of the present invention, it is known that the cause of the fluctuation of the pixel position on the image carrier 11 is mainly the fluctuation of the swing amplitude of the deflection mirror 8. That is, it is necessary to reduce the fluctuation of the swing amplitude of the deflection mirror 8.

このような課題に対して、従来提案されている解決方法は、特開２００５−２０８４６０号公報に記載されている、有効走査領域を走査する走査時間を計測し、計測結果から振幅を調節する方法が一般的である。 To solve such a problem, a conventionally proposed solution is a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-208460, in which a scanning time for scanning an effective scanning region is measured and the amplitude is adjusted from the measurement result. Is common.

従来のこの方法では、走査光の２点間の時間計測をするため、変動状況は２点間の時間が経過後のみしか知り得ず、変動直後での補正制御が適切に対応不可能である。この方式は或る程度長時間に生ずる変動の調整には有効であるが、走査周期毎の補正は困難である。 In this conventional method, since the time between the two points of the scanning light is measured, the fluctuation state can be known only after the time between the two points has elapsed, and correction control immediately after the fluctuation cannot be appropriately handled. . This method is effective for adjusting fluctuations that occur for a long period of time, but it is difficult to correct each scanning cycle.

本発明による光走査装置は、光ビームを発生する光ビーム発生手段９と、光ビームを入射させ、偏向ミラー８により前記光ビームを偏向・出射させる光ビーム偏向手段と、この光ビーム偏向手段により偏向走査された光ビームが所定の位置を走査通過した時、前記光ビームを検知し、位置検知信号を出力する位置検知手段（信号検知部）１０と、前記位置検知信号を記憶する位置情報記憶手段（図示せず）とを有し、位置検知手段１０は、任意の位置に移動可能である。 The optical scanning device according to the present invention includes a light beam generating means 9 for generating a light beam, a light beam deflecting means for making the light beam incident, deflecting and emitting the light beam by the deflecting mirror 8, and the light beam deflecting means. A position detection means (signal detection unit) 10 for detecting the light beam and outputting a position detection signal when the deflected and scanned light beam passes through a predetermined position, and a position information storage for storing the position detection signal. Means (not shown), and the position detection means 10 is movable to an arbitrary position.

前述した図５は、偏向ミラー８の揺動軌跡を横軸時間に対して縦軸振幅を図示したものである。図５中、ミラー揺動波形１とミラー揺動波形２のように、揺動周波数が同一で、揺動振幅が異なる場合、各々の光ビーム走査方向変更点を計測することにより、その変動幅を知ることができる。 FIG. 5 described above illustrates the swing locus of the deflecting mirror 8 with respect to the horizontal axis time and the vertical axis amplitude. In FIG. 5, when the oscillation frequency is the same and the oscillation amplitude is different as in the mirror oscillation waveform 1 and the mirror oscillation waveform 2, the variation width is measured by measuring each light beam scanning direction change point. Can know.

このように、光ビーム走査は往復運動であり、光ビーム走査方向の変換点を有する性質を生かし、前記光ビーム走査方向変換点の位置を直接計測することにより、揺動振幅の変動を計測した時点で演算可能になり、次周期の振幅調整に適応可能となり、画質をより向上することができる。 As described above, the light beam scanning is a reciprocating motion, and the fluctuation of the oscillation amplitude was measured by directly measuring the position of the light beam scanning direction conversion point by utilizing the property of having the conversion point in the light beam scanning direction. It becomes possible to calculate at the time and adapt to the amplitude adjustment of the next period, and the image quality can be further improved.

図９は振幅変動幅の長さで、最小変動幅を検知可能とする固定の位置検知手段の配置をグラフとともに示す概略図である。図９に示すように、振幅変動幅の長さで、最小変動幅を検知可能とする、検知素子を配列した位置検知手段（図７及び８の位置検知部）を固定して配置することが容易に考えられる。 FIG. 9 is a schematic diagram showing the arrangement of fixed position detection means that can detect the minimum fluctuation width with the amplitude fluctuation width, together with a graph. As shown in FIG. 9, it is possible to fix and arrange the position detection means (position detection unit in FIGS. 7 and 8) in which detection elements are arranged so that the minimum fluctuation width can be detected with the length of the amplitude fluctuation width. Easy to think.

しかし、この方法は、振幅変動幅に対応した位置検知手段の形状長さ、あるいは振幅変動値の検知分解に見合った検知素子配列間隔を考慮しなければならない。とくに、微小な間隔の検知素子配列が要求される場合、その間隔は検出素子のサイズに制限される。 However, in this method, the shape length of the position detection unit corresponding to the amplitude fluctuation range or the detection element arrangement interval corresponding to the detection resolution of the amplitude fluctuation value must be taken into consideration. In particular, when a detection element array with a minute interval is required, the interval is limited to the size of the detection element.

図１０は単一の位置検知手段を移動することにより光ビーム走査方向変化点を検知可能とする構成をグラフとともに示す図である。本発明による位置検知手段を、任意の位置に移動可能とする特徴について説明する。 FIG. 10 is a diagram showing a configuration together with a graph that makes it possible to detect a light beam scanning direction change point by moving a single position detecting means. A feature that enables the position detection means according to the present invention to be moved to an arbitrary position will be described.

図１０は位置検知手段１０がミラー揺動波形１とミラー揺動波形２の間の振幅変動範囲（位置検知手段移動範囲１５）を自由に移動可能になっている。このようにすることにより、前記振幅変動内にある、任意の時間のミラー揺動波形の方向変化点の任意の位置を検知することができる。図９に示す固定型より、単数の検知素子で位置検知が可能になる。 In FIG. 10, the position detecting means 10 can freely move within the amplitude fluctuation range (position detecting means moving range 15) between the mirror swing waveform 1 and the mirror swing waveform 2. By doing so, it is possible to detect an arbitrary position of the direction change point of the mirror oscillation waveform at an arbitrary time within the amplitude fluctuation. With the fixed type shown in FIG. 9, position detection is possible with a single detection element.

図１０において、振幅変動範囲内に有る、各々の変動位置を仮にＰ１〜Ｐ１０に分割したとすると、位置検知手段１０はＰ１、Ｐ２・・・Ｐ１０と移動することにより、光ビーム走査方向変更点の位置を計測することができる。振幅変動範囲内の位置分割は任意の数に設定可能である。 In FIG. 10, if each fluctuation position within the amplitude fluctuation range is divided into P1 to P10, the position detection means 10 moves to P1, P2,... Can be measured. The position division within the amplitude fluctuation range can be set to an arbitrary number.

このように、単数の位置検出手段１０を用いて、光走査の両方向変換点位置を計測可能とする構成にすることにより、ミラー揺動波形の方向変化点の任意の位置の検知精度の向上可能となる光走査装置を提案できる。 In this way, by using a single position detection means 10 so as to be able to measure the bi-directional conversion point position of optical scanning, it is possible to improve the detection accuracy of any position of the direction change point of the mirror swing waveform. An optical scanning device can be proposed.

図１１は往復運動を行う位置検知手段が単一で検知する場合をグラフとともに示す概略図である。図１２は往復運動を行う位置検知手段が単一で検知する場合をグラフとともに示す概略図である。 FIG. 11 is a schematic diagram showing a case where a single position detecting unit that performs reciprocating motion is detected together with a graph. FIG. 12 is a schematic view showing a case where a single position detecting means for reciprocating motion is detected together with a graph.

図１１及び図１２で示すように、その移動範囲１５内で移動する位置検知手段１０が振幅変動範囲を自由に移動可能とする場合、任意の周期の往復運動を行いながら、ミラー揺動軌跡に対して、前記振幅変動内にある、任意の時間のミラー揺動波形の方向変化点の任意の位置を検知することができるようにすると、検知回数が増え検出精度が向上する。 As shown in FIG. 11 and FIG. 12, when the position detecting means 10 moving within the moving range 15 can freely move within the amplitude fluctuation range, the reciprocating motion of an arbitrary cycle is performed and the mirror swing trajectory is changed. On the other hand, if it is possible to detect an arbitrary position of the direction change point of the mirror oscillation waveform at an arbitrary time within the amplitude variation, the number of detections is increased and the detection accuracy is improved.

図１２では、位置検知手段１０の往復運動により、光ビームをＣ１〜Ｃ９のように検知可能になる。このようにすることにより、光ビームの走査方向変換点を検知できる。 In FIG. 12, the light beam can be detected as C 1 to C 9 by the reciprocation of the position detection unit 10. By doing so, the scanning direction conversion point of the light beam can be detected.

さらに、位置検知手段１０の移動速度Ｖｄと光走査速度ＶｓをＶｄ＞Ｖｓの関係にすると、さらに検知回数が増し、前記振幅変動内にある、任意の時間のミラー揺動波形の方向変化点の任意の位置を細かく検知することができる。 Furthermore, when the movement speed Vd of the position detection means 10 and the optical scanning speed Vs are in a relationship of Vd> Vs, the number of detections further increases, and the direction change point of the mirror oscillation waveform at an arbitrary time within the amplitude fluctuation is obtained. An arbitrary position can be detected finely.

図１３は複数検知素子を配置した位置検知手段の移動軌跡と光ビーム揺動軌跡の片側を拡大してグラフとともに示す概略図である。さらに、図１３に示すように、位置検知手段１０の検知部材（センサ）１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは複数個の受光素子をアレイ状に配置して構成されることにより、複数の受光素子分の検知が任意の位相を持って可能となる。 FIG. 13 is a schematic diagram showing an enlarged view of one side of a movement locus and a light beam swinging locus of a position detection means having a plurality of detection elements together with a graph. Further, as shown in FIG. 13, the detection members (sensors) 10a, 10b, 10c, and 10d of the position detection means 10 are configured by arranging a plurality of light receiving elements in an array, so that a plurality of light receiving elements can be separated. Can be detected with an arbitrary phase.

これによって、より細かな、振幅変動内にある、任意の時間のミラー揺動波形の方向変化点の任意の位置を検知することができる。また、この複数個の受光素子の配置間隔は任意の間隔で配置可能である。 As a result, it is possible to detect an arbitrary position of the direction change point of the mirror oscillation waveform at an arbitrary time within a finer amplitude variation. The arrangement intervals of the plurality of light receiving elements can be arranged at arbitrary intervals.

また、図８に示すように、移動範囲１５内で移動する位置検知手段１０を光走査の両方向変換点位置に配置することにより、２つの方向の変換点各々の、前記振幅変動内にある、任意の時間のミラー揺動波形の方向変化点の任意の位置を検知することができる。 Further, as shown in FIG. 8, the position detection means 10 that moves within the movement range 15 is disposed at the bi-directional conversion point position of the optical scanning, so that it is within the amplitude fluctuation at each of the conversion points in the two directions. It is possible to detect an arbitrary position of the direction change point of the mirror swing waveform at an arbitrary time.

これによって、両変化点での振幅変動を計測でき、振幅変動補正駆動信号の印加タイミングを半周期毎に制御可能となり、より精度の良い、振幅変動補正が可能になる。 As a result, the amplitude fluctuation at both change points can be measured, the application timing of the amplitude fluctuation correction drive signal can be controlled every half cycle, and the amplitude fluctuation correction can be performed with higher accuracy.

図１４は位置検知手段が光ビーム走査方向変化点のタイミングで移動動作をすることをグラフとともに示す図である。図１４に示すように、位置検知手段１０の位置検知手段移動範囲１５内での位置移動動作を、光ビームが位置検知手段１０を走査通過するタイミングに対応して行うようにすると、位置検知手段１０の無駄な駆動が抑制される。 FIG. 14 is a diagram showing, together with a graph, that the position detection means moves at the timing of the light beam scanning direction change point. As shown in FIG. 14, when the position detecting unit 10 performs the position moving operation within the position detecting unit moving range 15 in accordance with the timing at which the light beam passes through the position detecting unit 10, the position detecting unit 10 Ten useless driving is suppressed.

図１５は本発明による光走査装置の他の実施の形態を示す概略図である。図１５に示すように、単一の位置検出手段を用いて、光走査の両方向変換点位置を計測可能とする構成にすることにより、信号検知部の位置検出手段１０の個数を低減することができる。 FIG. 15 is a schematic view showing another embodiment of the optical scanning device according to the present invention. As shown in FIG. 15, the number of position detection means 10 of the signal detection unit can be reduced by using a single position detection means so as to be able to measure the bi-directional conversion point position of the optical scanning. it can.

図１５を参照して、光走査装置は偏向ミラー８、光ビーム発生手段９、信号検知部１０より構成される。この実施の形態では、信号検知部１０は、図７及び図８に示した像担持体１１と同軸上にはなく、この像担持体１１の下部側方に配置されている。信号検知部の位置検出手段１０は位置検出手段移動範囲１５内で移動する。 Referring to FIG. 15, the optical scanning device includes a deflecting mirror 8, a light beam generating unit 9, and a signal detection unit 10. In this embodiment, the signal detection unit 10 is not coaxial with the image carrier 11 shown in FIGS. 7 and 8 and is disposed on the lower side of the image carrier 11. The position detector 10 of the signal detector moves within the position detector moving range 15.

この信号検知部１０は、光ビーム偏向手段９により偏向走査された光ビーム１２がレンズ１３を通って所定の位置を走査通過した時、この光ビーム１２を、反射ミラー１４を介して検知し、位置検知信号を出力する。信号検知部１０には図７及び図８と同様に、位置検知信号を記憶する図示してない位置情報記憶手段を含んでいる。 When the light beam 12 deflected and scanned by the light beam deflecting means 9 passes through the lens 13 and passes through a predetermined position, the signal detector 10 detects the light beam 12 via the reflection mirror 14. Outputs a position detection signal. Similarly to FIGS. 7 and 8, the signal detection unit 10 includes position information storage means (not shown) that stores position detection signals.

このように、単数の位置検出手段１０を用いて、光走査の両方向変換点位置を計測可能とする構成にすることにより、ミラー揺動波形の方向変化点の任意の位置の検知精度の向上を可能する光走査装置が提案できる。 In this way, by using a single position detecting means 10 so as to measure the bi-directional conversion point position of the optical scanning, the detection accuracy of an arbitrary position of the direction change point of the mirror swing waveform can be improved. Possible optical scanning devices can be proposed.

本発明による光偏向器の実施の形態を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows embodiment of the optical deflector by this invention. 電極が櫛歯構造をした光偏向器を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the optical deflector in which the electrode has the comb-tooth structure. 図２の可動板が手前側に上昇している状態を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the state which the movable plate of FIG. 2 has raised to the near side. 光偏向器の動作を説明する概略図である。It is the schematic explaining operation | movement of an optical deflector. 駆動手段における、電圧印加タイミングと可動板揺動軌跡をグラフで示す図である。It is a figure which shows the voltage application timing in a drive means, and a movable plate rocking | fluctuation trace with a graph. ミラー基板の梁に支持されていない可動板７の端部と固定電極の関係を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the relationship between the edge part of the movable plate 7 which is not supported by the beam of a mirror substrate, and a fixed electrode. 本発明の光走査装置の第１の実施の形態を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a first embodiment of an optical scanning device of the present invention. 本発明の光走査装置の第２の実施の形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 2nd Embodiment of the optical scanning device of this invention. 振幅変動幅の長さで、最小変動幅を検知可能とする固定の位置検知手段の配置をグラフとともに示す概略図である。It is the schematic which shows the arrangement | positioning of the fixed position detection means which can detect the minimum fluctuation width with the length of an amplitude fluctuation width with a graph. 単一の位置検知手段を移動することにより光ビーム走査方向変化点を検知可能とする構成をグラフとともに示す図である。It is a figure which shows the structure which can detect a light beam scanning direction change point by moving a single position detection means with a graph. 往復運動を行う位置検知手段が単一で検知する場合をグラフとともに示す概略図である。It is the schematic which shows the case where the position detection means which performs reciprocating motion detects by a single with a graph. 往復運動を行う位置検知手段が単一で検知する場合をグラフとともに示す概略図である。It is the schematic which shows the case where the position detection means which performs reciprocating motion detects by a single with a graph. 複数検知素子を配置した位置検知手段の移動軌跡と光ビーム揺動軌跡の片側を拡大してグラフとともに示す概略図である。It is the schematic which expands the one side of the movement locus | trajectory of the position detection means which has arrange | positioned the several detection element, and a light beam rocking locus | trajectory with a graph. 位置検知手段が光ビーム走査方向変化点のタイミングで移動動作をすることをグラフとともに示す図である。It is a figure which shows that a position detection means carries out movement operation | movement with the timing of a light beam scanning direction change point with a graph. 本発明による光走査装置の他の実施の形態を示す概略図である。It is the schematic which shows other embodiment of the optical scanning device by this invention. 従来の揺動型ミラーを示す上面図である。It is a top view which shows the conventional rocking | fluctuation type mirror. 図１６の断面図である。It is sectional drawing of FIG.

Explanation of symbols

１シリコン基板
２支持部材
３固定電極
４可動電極
７可動板
８光ビーム偏向手段（偏向ミラー）
９光ビーム発生手段
１０位置検知手段（信号検知部）
１０ａ検知部材（センサ）
１０ｂ検知部材（センサ）
１０ｃ検知部材（センサ）
１０ｄ検知部材（センサ）
１１像担持体
１２光ビーム
１４反射ミラー
１５位置検知手段移動範囲 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Support member 3 Fixed electrode 4 Movable electrode 7 Movable plate 8 Light beam deflection means (deflection mirror)
9 Light Beam Generation Unit 10 Position Detection Unit (Signal Detection Unit)
10a Detection member (sensor)
10b Detection member (sensor)
10c Detection member (sensor)
10d Detection member (sensor)
11 Image carrier 12 Light beam 14 Reflecting mirror 15 Position detection means moving range

Claims

A light beam generating means for generating a light beam, a light beam deflecting means for making the light beam incident, deflecting and emitting the light beam by a deflecting mirror, and the light beam being deflected and scanned by the light beam deflecting means and predetermined. In the optical scanning device having position detecting means for detecting the light beam and outputting a position detection signal when passing through the position, and position information storage means for storing the position detection signal, the position detecting means comprises: An optical scanning device characterized by being movable to an arbitrary position.

The optical scanning device according to claim 1, wherein the position detection unit performs a reciprocating motion.

2. The optical scanning device according to claim 1, wherein the moving speed Vd of the position detection means and the optical scanning speed Vs have a relationship of Vd> Vs.

2. The optical scanning device according to claim 1, wherein the detection member of the position detection means is configured by arranging a plurality of light receiving elements in an array.

2. The optical scanning device according to claim 1, wherein the position detecting means is arranged at a bidirectional conversion point position of the optical scanning.

2. The optical scanning device according to claim 1, wherein the position moving operation of the position detecting unit is performed in correspondence with a timing at which the light beam scans and passes through the position detecting unit.

2. The optical scanning device according to claim 1, wherein the position detecting means is a single unit and can measure a bidirectional conversion point position of the optical scanning.