JP2008292741A - 光偏向装置およびそれを搭載した画像形成装置、走査型ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基準時刻判別を行うための、受光素子および偏向器の位置について制約が少ない光偏向装置などを提供する。
【解決手段】反射ミラーによる走査光が第１の経路あるいは第２の経路を通るときに走査光が照射される位置に配置された受光素子と、第１の経路と前記第２の経路の少なくとも一方に配置された偏向器と、トリガ信号１８１によりカウントを開始するカウンタ１８０と、カウンタのカウント値にもとづいて、所定の周波数の１周期内における走査光が第１の経路を通り受光素子に達する互いに異なる２つの時刻および走査光が第２の経路を通り受光素子に達する互いに異なる２つの時刻を検出する走査時刻検出手段と、走査時刻検出手段の検出結果にもとづいて、所定の周波数の１周期内における基準時刻を選定する基準時刻選定手段と、を備える光偏向装置により前記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の揺動体を有する光偏向装置に関し、特にその揺動体駆動の際に基準となる時刻の判別に関するものである。また、この光偏向装置を使用した、レーザビームプリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置や、走査型ディスプレイ装置に関するものである。

従来、ミラーが共振駆動される光偏向装置が色々と提案されている。共振型光偏向装置は、ポリゴンミラー等の回転多面鏡を使用した光走査光学系に比べて、光偏向装置を大幅に小型化することが可能であること、消費電力が少ないこと、ミラー面の面倒れが理論的に存在しないこと等の特徴がある。特に半導体プロセスによって製造されるＳｉ単結晶から成る光偏向装置は、理論上金属疲労が無く、耐久性にも優れていること等の特徴がある。

しかしながら、共振型光偏向装置は、原理的にミラーの偏向角（変位角）が正弦的に変化するため、角速度が一定でない。

なお、本明細書では、ミラーの偏向角と、ミラーで偏向、走査される走査光の走査角は一定の関係にあって同等に扱えるので、偏向角（変位角）と走査角は同等な意味で用いている。この特性を補正するために、本出願人は、先に次のような手法を出願している（特願２００６−０３５４９１）。

この手法では、基本共振周波数と、その略２倍の共振周波数での振動モードを有する共振型光偏向装置を用いており、両者の合成周波数運動により略鋸波駆動を実現している。

図１０は、従来の鋸波駆動を実現した光偏向装置の概略構成を示すブロック図である。振動系１００は、揺動体１０１、１０２を含み、揺動体１０１、１０２を直列に連結するねじりバネ１１１、および揺動体１０２と支持部１２１を連結するねじりバネ１１２が設けられている。振動系１００は、所定の基本周波数での振動運動と、その２倍の周波数での振動運動とを同時に発生可能な構成となっている。駆動部１２０は、電磁、静電、圧電等により、振動系１００の２つの固有振動モードを同時に励振する駆動力を揺動体１０２に加える。揺動体１０１は表面に反射ミラー１３０を有し、光源１３１から発生される光ビーム１３２を走査する。受光素子１４０は、反射ミラー１３０による走査光１３３が第１の経路を通る時の走査光１３３が照射される位置に配置されている。偏向器（屈折器ともいう）１６０は、反射ミラー１３０による走査光１３３が第２の経路を通る時の走査光１３３で照射される位置に配置されており、走査光１３３を偏向して受光素子１４０へ到達させる。従って、反射ミラー１３０による走査光１３３が第１および第２の経路を通る際に、受光素子１４０が走査光１３３を受光して検出できるように配置されている。

図１１に、この光偏向装置の偏向角について示す。また、光偏向装置の偏向角θは、基本周波数での振動運動の振幅をＡ１、角周波数をω、その２倍の周波数での振動運動の振幅をＡ２、角周波数を２ω、両振動運動の位相差をφとし、適当な時刻を基準ないし原点の時刻としたときの時間をｔとすると、次式１で表現される。
θ（ｔ）＝Ａ１ｓｉｎ（ωｔ）＋Ａ２ｓｉｎ（２ωｔ＋φ）・・・（式１）
次に、鋸波駆動を実現した光偏向装置の制御系を示すブロック図を図１２に示す。基本周波数の１周期内の往復走査において走査光１３３は、第１の経路を経て受光素子１４０を２回通過し、かつ第２の経路を経て受光素子１４０を２回通過する。駆動制御部１５０は、走査光１３３が受光素子１４０を通過する４つの異なる通過時刻ｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄを検出する。そして、演算部３５０は、検出された４つの異なる通過時刻のうちの１つを基準時刻として、残り３つの通過時刻と基準時刻の時刻差、すなわち３つの時間ｔ１、ｔ２、ｔ３を算出する（時間算出手段）。そして駆動制御部１５０は、３つの時間と、所望の予め設定された３つの独立した時間ｔ０１、ｔ０２、ｔ０３の時間差分Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３を算出する。さらに演算部３６０は、時間差分に対して所定の行列演算を施すことで、操作量を生成する。すなわち、３つの時間を３つの設定時間にするような、２つの振動運動の振幅Ａ１、Ａ２および位相差φの変動値ΔＡ１、ΔＡ２、Δφを行列演算にて一意に決定し、任意波形発生器３５１、３５２へ送出する。ここで、任意波形発生器３５１、３５２はそれぞれ、演算部３６０からのクロック信号ＣＬＫ１、ＣＬＫ２により基本周波数での振動運動、その２倍の周波数での振動運動の駆動信号を生成する。そして任意波形発生器３５１、３５２の出力信号が加算器３７０と増幅器３８０へ送出され、適当な駆動信号が駆動部１２０へ印加される。こうして、所望する任意の光偏向装置の偏向角θを得ることができる。

このような共振型光偏向装置を使用することで、２つの周波数成分を有する任意の光走査、例えば、走査角が略鋸波状に変化する光走査を実現することができる。このような鋸波駆動により、偏向走査の角速度は、偏向角が正弦波であった時と比べて、略等角速度となる領域が広く存在するため、偏向走査の全域に対する利用可能な領域を大きくすることができる。こうして、例えば、レーザビームプリンタにこの光偏向装置を導入することで良好に印字することができるようになる。さらに、この光偏向装置をレーザビームプリンタなどに用いた場合、従来、レーザビームプリンタなどに用いられている走査光の通過時刻を検出する受光素子を利用できて、新たな検出系が必要とならない。

まず、前述の特願２００６−０３５４９１の手法による光偏向装置を鋸波駆動させた例を図１０から図１３に基づいて説明する。図１１に示すように、光偏向装置の走査中心を原点として、受光素子１４０を光偏向装置の偏向角θがθＢＤとなる位置に配置し、偏向器１６０を光偏向装置の偏向角θがθＭＩＲＲＯＲとなる位置に配置する。この状態において、光偏向装置の偏向角θを、前述の式１における、ω＝２π×２０００、Ａ１＝１、Ａ２＝０．２、φ＝０の鋸波波形を所望運動とした駆動をさせると、光偏向装置の偏向角θの基本周波数の１周期内の往復走査における時間変化は図１３に示すようになる。図１２における演算部３５０は、走査光１３３が受光素子１４０を通過する４つの異なる通過時刻ｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄを検出して、その時間ｔ１＝ｔｂ−ｔａ、ｔ２＝ｔｃ−ｔａ、ｔ３＝ｔｄ−ｔａを算出する（図１３参照）。そして、駆動制御部１５０は予め設定された時間とこのｔ１、ｔ２、ｔ３の差分情報から所定の行列演算を行い、２つの振動運動の振幅Ａ１、Ａ２および位相差φの変動値ΔＡ１、ΔＡ２、Δφを決定し、駆動信号を適当に生成して駆動部１２０へ印加する。

この場合、受光素子１４０には走査光１３３が入射され、基本周波数の１周期内に４つの異なる通過時刻が検出される。そのため、所望の鋸波駆動を得るために基準とすべき時刻ｔａが４つの異なる通過時刻の内のどれかを判別する（以下、基準時刻判別と記す）。必要がある。このため、前述の特願２００６−０３５４９１の手法による光偏向装置においては、図１１におけるθＢＤとθＭＩＲＲＯＲの絶対値を異ならせるように受光素子１４０および偏向器１６０を配置させ、図１２におけるｔｂ−ｔａとｔｄ−ｔｃを異ならせることで、その大小関係から基準時間判別を行っている。加えて、前述の特願２００６−０３５４９１の手法による光偏向装置においては、反射ミラー１３０から受光素子１４０までの第１の経路における走査光１３３の光路長と、反射ミラー１３０から偏向器１６０を経由して受光素子１４０まで到達する第２の経路における走査光１３３の光路長が異なるように、受光素子１４０および偏向器１６０を配置している。こうして第１の経路および第２の経路における走査光１３３との間で、受光素子１４０を通過する速度を異ならせる。そして、走査光１３３がそれぞれ、有限の面積を有する受光素子１４０に光が入射している持続時間を異ならせることで、その大小関係から基準時刻判別を行っている。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、基準時刻判別を行うための、受光素子および偏向器の位置について制約が少ない光偏向装置、およびこの装置を用いた画像形成装置、操作型ディスプレイ装置を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、光偏向装置を次の（１）ないし（３）のとおりに構成し、画像形成装置を次の（４）のとおりに構成し、走査型ディスプレイ装置を次の（５）のとおりに構成する。

（１）２個の揺動体と、前記２個の揺動体を直列に連結する複数のねじりバネとを有する振動系と、前記複数のねじりバネの一部を支持する支持部と、前記振動系を所定の周波数で振動運動させるための駆動力を前記振動系に伝える駆動手段と、前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記揺動体の少なくとも１つに形成され、光源からの光ビームを反射する反射ミラーと、を備え、前記反射ミラーにより前記光ビームを走査する光偏向装置であって、
前記反射ミラーによる走査光が第１の経路あるいは第２の経路を通るときに前記走査光が照射される位置に配置された受光素子と、
前記第１の経路と前記第２の経路の少なくとも一方に配置された偏向器と、
前記駆動手段の駆動タイミングの基準となるトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段と、
前記トリガ信号発生手段で発生したトリガ信号によりカウントを開始するカウンタと、
前記カウンタのカウント値にもとづいて、前記所定の周波数の１周期内における前記走査光が前記第１の経路を通り前記受光素子に達する互いに異なる２つの時刻および前記走査光が前記第２の経路を通り前記受光素子に達する互いに異なる２つの時刻を検出する走査時刻検出手段と、
前記走査時刻検出手段の検出結果にもとづいて、前記走査時刻検出手段により検出された互いに異なる４つの時刻から前記所定の周波数の１周期内における基準時刻を選定する基準時刻選定手段と、
前記走査時刻検出手段により検出された互いに異なる４つの時刻のうち前記基準時刻を除く３つの時刻と前記基準時刻との時間を算出する時間算出手段と、
を備え、
前記駆動制御手段は、前記時間算出手段により算出された３つの時間が３つの独立した設定時間になるように前記駆動手段を制御する光偏向装置。

（２）２個の揺動体と、前記２個の揺動体を直列に連結する複数のねじりバネとを有する振動系と、前記複数のねじりバネの一部を支持する支持部と、前記振動系を所定の周波数で振動運動させるための駆動力を前記振動系に伝える駆動手段と、前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記揺動体の少なくとも１つに形成され、光源からの光ビームを反射する反射ミラーと、を備え、前記反射ミラーにより前記光ビームを走査する光偏向装置であって、
前記反射ミラーによる走査光が第１の経路あるいは第２の経路を通るときに前記走査光が照射される位置に配置された受光素子と、
前記第１の経路と前記第２の経路の少なくとも一方に配置された偏向器と、
を備え、
前記駆動手段は、電磁アクチュエータであり、
前記電磁アクチュエータの駆動状態にもとづいて、前記所定の周波数の１周期内における前記走査光が前記第１の経路を通り前記受光素子に達する互いに異なる２つの時刻および前記走査光が前記第２の経路を通り前記受光素子に達する互いに異なる２つの時刻を検出する走査時刻検出手段と、
前記走査時刻検出手段の検出結果にもとづいて、前記走査時刻検出手段により検出された互いに異なる４つの時刻から前記所定の周波数の１周期内における基準時刻を選定する基準時刻選定手段と、
前記走査時刻検出手段により検出された互いに異なる４つの時刻のうち前記基準時刻を除く３つの時刻と前記基準時刻との時間を算出する時間算出手段と、
を備え、
前記駆動制御手段は、前記時間算出手段により算出された３つの時間が３つの独立した設定時間になるように前記駆動手段を制御する光偏向装置。

（３）２個の揺動体と、前記２個の揺動体を直列に連結する複数のねじりバネとを有する振動系と、前記複数のねじりバネの一部を支持する支持部と、前記振動系を所定の周波数で振動運動させるための駆動力を前記振動系に伝える駆動手段と、前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記揺動体の少なくとも１つに形成され、光源からの光ビームを反射する反射ミラーと、を備え、前記反射ミラーにより前記光ビームを走査する光偏向装置であって、
前記反射ミラーによる走査光が第１の経路あるいは第２の経路を通るときに前記走査光が照射される位置に配置された受光素子と、
前記第１の経路と前記第２の経路の少なくとも一方に配置され光の向きを変えると共に光の強度を変更する偏向器と、
前記受光素子の受光する光強度を検出する受光強度検出手段と、
を備え、
前記受光強度検出手段の検出結果にもとづいて、前記所定の周波数の１周期内における前記走査光が前記第１の経路を通り前記受光素子に達する互いに異なる２つの時刻および前記走査光が前記第２の経路を通り前記受光素子に達する互いに異なる２つの時刻を検出する走査時刻検出手段と、
前記走査時刻検出手段の検出結果にもとづいて、前記走査時刻検出手段により検出された互いに異なる４つの時刻から前記所定の周波数の１周期内における基準時刻を１つ選定する基準時刻選定手段と、
前記走査時刻検出手段により検出された互いに異なる４つの時刻のうち前記基準時刻を除く３つの時刻と前記基準時刻との時間を算出する時間算出手段と、
を備え、
前記駆動制御手段は、前記時間算出手段により算出された３つの時間が３つの独立した設定時間になるように前記駆動手段を制御する光偏向装置。

（４）画像信号により変調された光ビームの走査により像担持体上に潜像を形成し、前記潜像をトナーにより現像し、現像されたトナー像を記録媒体に転写する画像形成装置であって、
前記走査を、前記（１）ないし（３）のいずれかに記載の光偏向装置で行う画像形成装置。

（５）画像信号により変調された光ビームを、前記（１）ないし（３）のいずれかに記載の光偏向装置により所要の表示面に走査する走査型ディスプレイ装置。

本発明によれば、光偏向装置が有している情報を基に、簡易かつ高精度な基準時刻判別を可能にすることに加え、基準時刻判別のために受光素子および偏向器等の配置に対して制限をかける必要が無くなり、光偏向装置の設計自由度を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて詳しく説明する。

図１から図３に基づいて実施例１である“光偏向装置”について説明する。なお、以下の説明において、前述の従来例の説明と重複する点については説明を省略し、その図および符号を必要に応じて参照する。

本実施例の光偏向装置の偏向角について図２により説明する。偏向器１７１は、光偏向装置の偏向角がθ１となる位置に配置されており、走査光１３３を偏向して受光素子１４０へ到達させる第１の経路を形成している。また、偏向器１７２は、光偏向装置の偏向角がθ２となる位置に配置されており、走査光１３３を偏向して受光素子１４０へ到達させる第２の経路を形成している。

図１は、本光偏向装置の制御系の構成を示すブロック図である。図１に示す制御系は、図１２で示した従来例の制御系に対して、演算部３５０、３６０、カウンタ１８０による制御ループを施しており、この制御ループは前述の基準時刻判別を行うためのものである。基準時刻判別は特には、受光素子１４０の受光状態を正しく判別することに相当する。すなわち、受光素子１４０に照射された走査光が、下記（１）から（４）の内のどの状態かを判別することである（図２参照）。
（１）走査中心から最大走査角の方向へ、第１の経路を経て到達した走査光である。
（２）最大走査角から走査中心の方向へ、第１の経路を経て到達した走査光である。
（３）走査中心から最大走査角の方向へ、第２の経路を経て到達した走査光である。
（４）最大走査角から走査中心の方向へ、第２の経路を経て到達した走査光である。

この基準時刻判別方法を、前述にならい、式１において、ω＝２π×２０００、Ａ１＝１、Ａ２＝０．２、φ＝０とした鋸波波形の駆動を考え、図３を用いて説明する。
図３に示すように、基本周波数（所定の周波数）の１周期内の往復走査において走査光１３３が受光素子１４０を通過する４つの異なる通過時刻ｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄが検出されている。そして、その４つの異なる通過時刻が前記（１）から（４）の内のどのタイミングであるかを正しく判別し、基準時刻選定を行う。

まず、基本周波数の１周期内の往復走査における適当なタイミングで、演算部３６０はカウンタ１８０に対して、振動系１００の駆動基準タイミング信号に相当するカウントトリガ信号１８１を送出する（トリガ信号発生手段）。この駆動基準タイミング信号（駆動タイミングの基準となる信号）は、特には、基本周波数での振動運動の任意波形発生器３５１へ送出されるクロック信号ＣＬＫ１に相当する信号である。よって、このカウントトリガ信号１８１が送出されるタイミングは、各々の往復走査周期において一定に保たれている。カウンタ１８０はカウントトリガ信号１８１が入力されるタイミングでカウントスタートし、そのカウント値を、演算部３５０に対して送出する。また、演算部３５０は、カウントトリガ信号１８１がカウンタ１８０に入力された後、すなわち、カウンタ１８０の出力であるカウント値が入力された後に、４つの異なる通過時刻ｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄを順次検出する（走査時刻検出手段）。そして演算部３５０は、この４つの異なる通過時刻ｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄを検出したタイミングのカウント値から、その大小関係を整理し、それぞれ、ｔａは（１）、ｔｂは（２）、ｔｃは（３）、ｔｄは（４）の状態で得られた時刻情報であることを認識する。

以上のように、受光素子１４０へ照射された走査光について、走査光が第１の経路を経て到達した走査光であるか、あるいは第２の経路を経て到達した走査光であるか否かの判別を行うことができる。

以上の手法は、振動系１００を駆動する駆動基準タイミング（カウントトリガ信号１８１）から受光素子１４０が受光信号を送出するまでの経過時間を基に基準時刻選定を行っており、高精度の判別が可能となる。また、制御に用いるカウンタ１８０は元々、前記４つの異なる通過時刻ｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄを検出するために駆動制御部１５０に備わっているものであり、新たなカウンタを追加する必要は無い。本実施例では、偏向器を２個用いているが、これに限らず、従来例のように、１個の偏向器を用いる形で実施することもできる。

以上説明したように、本実施例によれば、回路的に簡易かつ高精度な基準時刻判別を可能にすることに加え、基準時刻判別のために受光素子および偏向器等の配置に対して制限をかける必要が無くなり、光偏向装置の設計自由度を向上させることができる。

図４から図７に基づいて実施例２である“光偏向装置”について説明する。なお、以下の説明において、前述の従来例および実施例の説明と重複する点については説明を省略し、その図および符号を必要に応じて参照する。

本実施例は、図１２または図１（カウンタによる制御ループをのぞく）の全体構成において、光偏向装置の駆動部を電磁アクチュエータで構成する例である。
本実施例は、電磁アクチュエータの通電状態（駆動状態）から、図１１または図２における受光素子１４０に照射された走査光が第１の経路を経て到達した走査光であるか、あるいは第２の経路を経て到達した走査光であるか否かの判別を行う例である。

図４および図５は、本実施例の、電磁アクチュエータで駆動される光偏向装置の構成図である。図４は本光偏向装置の振動系１００の上面図である。プレ−ト部材３００が、シリコンウェハをエッチング加工して作製されている。平板状の揺動体１０１は、図中の上下を２本のねじりバネ１１１ａ、１１１ｂで支持されている。揺動体１０１の上面には、光反射膜（反射ミラー）１３０が成膜されている。枠形状の揺動体１０２は、その内側にねじりバネ１１１ａ、１１１ｂを支持しており、図中の上下を２本のねじりバネ１１２ａ、１１２ｂで支持されている。枠形状の支持枠（支持部）１２１は、その内側においてねじりバネ１１２ａ、１１２ｂを支持している。揺動体１０１、１０２、およびねじりバネ１１１、１１２を含む振動系（２個の揺動体と、前記２個の揺動体を直列に連結する複数のねじりバネとを有する振動系）は、２つの振動モ−ドを有し、それらの周波数の一方が他方の略２倍になる様に調整が施されている。

図５は、本光偏向装置の駆動部１２０を説明するための模式図である。図中、プレ−ト部材３００は、図４の切断線３９０で切断した断面を示している。揺動体１０２の下面には永久磁石３４１が接着されており、プレ−ト部材３００は、透磁率の高い材料で作成されたヨ−ク３４４に接着されている。ヨ−ク３４４の、永久磁石３４１に相対する部位には、透磁率の高い材料で作成されたコア３４３が配置され、コア３４３の周囲にはコイル３４２が周回されている。永久磁石３４１、コイル３４２、コア３４３、ヨ−ク３４４は、電磁アクチュエ−タ（駆動手段）１２０を構成しており、コイル３４２に電流を流すと、永久磁石３４１にトルクが作用し、揺動体１０２が駆動される。

以上のように、本実施例の光偏向装置の駆動部は電磁アクチュエータから構成されており、図６に示すような駆動回路を有している。図６において、ＰチャネルＦＥＴ３１１、３１２およびＮチャネルＦＥＴ３１３、３１４は、図１における増幅器３８０から送出される適当な駆動信号に応じてスイッチング動作を行い、Ｈブリッジ駆動を実現している。このスイッチング動作により電圧Ｖをコイル３４２に印加することで、コイル３４２に電流を流している。

例えば、ＦＥＴ３１１、ＦＥＴ３１４がオン、ＦＥＴ３１２、３１３がオフの状態の場合、コイル３４２に電圧Ｖが印加される。図７にコイル３４２に印加される電圧と、この電圧の応答であるコイル３４２に流れる電流の関係を示す。なお、図７における振幅値は適当にとってある。図７に示すように、コイル３４２に流れる電流は、コイル３４２に印加される電圧よりも位相が９０°遅れている。一方、コイル３４２に流れる電流によって発生して揺動体１０２に作用するトルクと、揺動体１０２の変位角は同位相である。従って、揺動体１０２の変位角と走査光１３３の走査角は一定の関係にあるので、コイル３４２に印加される電圧に対して走査角は位相が９０°遅れていることがわかる。このことを利用して、走査光が受光素子１４０に照射された際のＦＥＴ３１１、３１２、３１３、３１４のオン／オフ状態を見ることで、受光素子１４０に照射された走査光が第１の経路を経て到達した走査光であるか、あるいは第２の経路を経て到達した走査光であるか否かの判別を行うことができる。すなわち、電磁アクチュエータの駆動回路の動作状態により、基準時刻選定を行うことができ、基準時刻を高精度に判別することが可能となる。そして、基準時刻判別のために受光素子および偏向器等の配置に対して制限をかける必要が無くなり、光偏向装置の設計自由度を向上させることができる。
本実施例は、例えば、駆動制御部１５０が直接、前記駆動回路へ駆動信号を送出するような系において実現可能である。

図８に基づいて実施例３である“光偏向装置”について説明する。なお、以下の説明において、前述の従来例および各実施例の説明と重複する点については説明を省略し、図および符号を必要に応じて参照する。

本実施例は、図１２または図１（カウンタによる制御ループをのぞく）の全体構成において、図１１または図２における反射ミラー１３０と偏向器１６０、１７１、１７２の光ビーム反射率を異なるものとし、受光素子１４０に照射される走査光の光量強度（光の強度）を、受光素子１４０および駆動制御部１５０によって検出する（受光強度検出手段）。そして、その光量強度の違いから受光素子１４０に照射された走査光が第１の経路を経て到達した走査光であるか、あるいは第２の経路を経て到達した走査光であるか否かの判別を行う。図８に光量強度検出を行う回路の構成図を示す。フォトダイオード４０１は受光される走査光の光量強度に応じた電流を発生させ、その電流値に応じたレベルの電圧が増幅器４０２により出力される。コンパレータ４０３、４０４にはそれぞれ電圧Ｖｒｅｆと抵抗４０５、４０６で決定される電圧が基準電圧として入力されている。このコンパレータ４０３、４０４に対して、増幅器４０２の出力電圧が入力される。コンパレータ４０３、４０４は入力信号の大小関係を比較した結果に応じて、入力端子電圧がＶ＋（非反転入力電圧）＞Ｖ−（反転入力電圧）の場合はＨｉｇｈを、入力端子電圧がＶ−＞Ｖ＋の場合はＬｏｗを出力し、それぞれ駆動制御部１５０へ送出する。すなわち、ウインドウコンパレータとして２ビットの信号を用いて、受光素子１４０が受光無しの状態、受光素子１４０が第１の経路を経て到達した走査光を受光した状態、受光素子１４０が第２の経路を経て到達した走査光を受光した状態、以上の３つの状態を検出している。

例えば、図２において、第２の経路における偏向器１７２の光ビーム反射率を第１の経路における偏向器１７１の光ビーム反射率よりも小さくする場合を考える。この場合、受光素子１４０が第１の経路を経て到達した走査光を受光した状態になると、コンパレータ４０３，４０４の出力はどちらもＬｏｗとなる。受光素子１４０が第２の経路を経て到達した走査光を受光した状態になると、コンパレータ４０３の出力はＨｉｇｈ、コンパレータ４０４の出力がＬｏｗとなる。また、受光素子１４０が受光無しの状態では、コンパレータ４０３，４０４の出力はどちらもＨｉｇｈとなる。

以上のように、受光素子１４０へ照射された走査光について、走査光が第１の経路を経て到達した走査光であるか、あるいは第２の経路を経て到達した走査光であるか否かの判別を行うことができる。これにより、基準時刻選定を行うことができる。

以上説明したように、本実施例によれば、簡易かつ高精度な基準時刻判別を可能にすることに加え、基準時刻判別のために受光素子および偏向器等の配置に対して制限をかける必要が無くなり、光偏向装置の設計自由度を向上させることができる。

実施例４である“電子写真式の画像形成装置”について説明する。なお、以下の説明において、前述の従来例および各実施例の説明と重複する点については説明を省略し、その図および符号を必要に応じて参照する。

本実施例は、画像信号により変調された光ビームの走査により、像担持体上に潜像を形成し、この潜像をトナーにより現像し、現像されたトナー像を記録媒体に転写する電子写真式の画像形成装置の例である。本実施例では、この画像形成装置の光ビームの走査に、実施例１ないし３のいずれかに記載の偏向装置を用いる。

図９は、本実施例における光偏向装置の構成を示すブロック図である。図示のように、実施例１から実施例３で説明した、基準時刻判別部１９０を含む光偏向装置である。

本実施例では、受光素子１４０は、光偏向装置を所望の往復走査させるためのタイミング検出装置として用いるだけでなく、画像形成時の主走査同期信号としても用いることができる。本実施例により、共振型光偏向装置を正弦波で駆動した場合に比べ角速度の変化が少なくなり、本光偏向装置を搭載した画像形成装置によって良好な印字が可能となる。

本実施例と同様に、画像信号により変調された光ビームを、実施例１ないし３のいずれかに記載の光偏向装置により所要の表示面に走査する形で、走査型ディスプレイ装置を実現することができる。

実施例１の光偏向装置における制御系の構成を示すブロック図 実施例１の光偏向装置における偏向角を示す図 実施例１の光偏向装置の偏向角の時間変化を示す図 実施例２の光偏向装置における振動系の上面を示す図 実施例２の光偏向装置における駆動部の構成を示す模式図 実施例２の光偏向装置における駆動回路の回路図 実施例２の光偏向装置における駆動回路の電圧・電流の時間変化を示す図 実施例３の光偏向装置における光量強度検出回路の回路図 実施例４の光偏向装置の概略構成を示すブロック図 従来例の光偏向装置の概略構成を示すブロック図 従来例の光偏向装置における偏向角を示す図 従来例の光偏向装置の制御系の構成を示すブロック図 従来例の光偏向装置の偏向角の時間変化を示す図

符号の説明

１００ 振動系
１０１、１０２ 揺動体
１１１、１１２ ねじりバネ
１２０ 駆動部
１２１ 支持部
１３０ 反射ミラー
１３１ 光源
１３２ 光ビーム
１３３ 走査光
１４０ 受光素子
１５０ 駆動制御部
１６０、１７１、１７２ 偏向器
１８０ カウンタ
１９０ 基準時刻判別部

Claims (5)

1. ２個の揺動体と、前記２個の揺動体を直列に連結する複数のねじりバネとを有する振動系と、前記複数のねじりバネの一部を支持する支持部と、前記振動系を所定の周波数で振動運動させるための駆動力を前記振動系に伝える駆動手段と、前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記揺動体の少なくとも１つに形成され、光源からの光ビームを反射する反射ミラーと、を備え、前記反射ミラーにより前記光ビームを走査する光偏向装置であって、
   前記反射ミラーによる走査光が第１の経路あるいは第２の経路を通るときに前記走査光が照射される位置に配置された受光素子と、
   前記第１の経路と前記第２の経路の少なくとも一方に配置された偏向器と、
   前記駆動手段の駆動タイミングの基準となるトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段と、
   前記トリガ信号発生手段で発生したトリガ信号によりカウントを開始するカウンタと、
   前記カウンタのカウント値にもとづいて、前記所定の周波数の１周期内における前記走査光が前記第１の経路を通り前記受光素子に達する互いに異なる２つの時刻および前記走査光が前記第２の経路を通り前記受光素子に達する互いに異なる２つの時刻を検出する走査時刻検出手段と、
   前記走査時刻検出手段の検出結果にもとづいて、前記走査時刻検出手段により検出された互いに異なる４つの時刻から前記所定の周波数の１周期内における基準時刻を選定する基準時刻選定手段と、
   前記走査時刻検出手段により検出された互いに異なる４つの時刻のうち前記基準時刻を除く３つの時刻と前記基準時刻との時間を算出する時間算出手段と、
   を備え、
   前記駆動制御手段は、前記時間算出手段により算出された３つの時間が３つの独立した設定時間になるように前記駆動手段を制御することを特徴とする光偏向装置。
2. ２個の揺動体と、前記２個の揺動体を直列に連結する複数のねじりバネとを有する振動系と、前記複数のねじりバネの一部を支持する支持部と、前記振動系を所定の周波数で振動運動させるための駆動力を前記振動系に伝える駆動手段と、前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記揺動体の少なくとも１つに形成され、光源からの光ビームを反射する反射ミラーと、を備え、前記反射ミラーにより前記光ビームを走査する光偏向装置であって、
   前記反射ミラーによる走査光が第１の経路あるいは第２の経路を通るときに前記走査光が照射される位置に配置された受光素子と、
   前記第１の経路と前記第２の経路の少なくとも一方に配置された偏向器と、
   を備え、
   前記駆動手段は、電磁アクチュエータであり、
   前記電磁アクチュエータの駆動状態にもとづいて、前記所定の周波数の１周期内における前記走査光が前記第１の経路を通り前記受光素子に達する互いに異なる２つの時刻および前記走査光が前記第２の経路を通り前記受光素子に達する互いに異なる２つの時刻を検出する走査時刻検出手段と、
   前記走査時刻検出手段の検出結果にもとづいて、前記走査時刻検出手段により検出された互いに異なる４つの時刻から前記所定の周波数の１周期内における基準時刻を選定する基準時刻選定手段と、
   前記走査時刻検出手段により検出された互いに異なる４つの時刻のうち前記基準時刻を除く３つの時刻と前記基準時刻との時間を算出する時間算出手段と、
   を備え、
   前記駆動制御手段は、前記時間算出手段により算出された３つの時間が３つの独立した設定時間になるように前記駆動手段を制御することを特徴とする光偏向装置。
3. ２個の揺動体と、前記２個の揺動体を直列に連結する複数のねじりバネとを有する振動系と、前記複数のねじりバネの一部を支持する支持部と、前記振動系を所定の周波数で振動運動させるための駆動力を前記振動系に伝える駆動手段と、前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記揺動体の少なくとも１つに形成され、光源からの光ビームを反射する反射ミラーと、を備え、前記反射ミラーにより前記光ビームを走査する光偏向装置であって、
   前記反射ミラーによる走査光が第１の経路あるいは第２の経路を通るときに前記走査光が照射される位置に配置された受光素子と、
   前記第１の経路と前記第２の経路の少なくとも一方に配置され光の向きを変えると共に光の強度を変更する偏向器と、
   前記受光素子の受光する光強度を検出する受光強度検出手段と、
   を備え、
   前記受光強度検出手段の検出結果にもとづいて、前記所定の周波数の１周期内における前記走査光が前記第１の経路を通り前記受光素子に達する互いに異なる２つの時刻および前記走査光が前記第２の経路を通り前記受光素子に達する互いに異なる２つの時刻を検出する走査時刻検出手段と、
   前記走査時刻検出手段の検出結果にもとづいて、前記走査時刻検出手段により検出された互いに異なる４つの時刻から前記所定の周波数の１周期内における基準時刻を１つ選定する基準時刻選定手段と、
   前記走査時刻検出手段により検出された互いに異なる４つの時刻のうち前記基準時刻を除く３つの時刻と前記基準時刻との時間を算出する時間算出手段と、
   を備え、
   前記駆動制御手段は、前記時間算出手段により算出された３つの時間が３つの独立した設定時間になるように前記駆動手段を制御することを特徴とする光偏向装置。
4. 画像信号により変調された光ビームの走査により像担持体上に潜像を形成し、前記潜像をトナーにより現像し、現像されたトナー像を記録媒体に転写する画像形成装置であって、
   前記走査を、請求項１ないし３のいずれかに記載の光偏向装置で行うことを特徴とする画像形成装置。
5. 画像信号により変調された光ビームを、請求項１ないし３のいずれかに記載の光偏向装置により所要の表示面に走査することを特徴とする走査型ディスプレイ装置。

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