JP2010243853A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】揺動体のダンピングを抑制すること。
【解決手段】光源からの光を反射する光反射面を有する揺動体と、周期的な駆動信号を出力する出力手段と、前記駆動信号が入力され、前記駆動信号の周期で前記揺動体を揺動させる駆動手段と、を備えた光走査装置であって、前記駆動信号の１周期分の信号波形が、信号の大きさが増加する増加波形部分と信号の大きさが減少する減少波形部分とを有するランプ波形状であって、前記増加波形部分と前記減少波形部分との折り返し部分の少なくとも一方に、前記揺動体のダンピングを低減するように、信号の変化量を低減させる変化量低減部分を有する信号波形であることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、光走査装置及び光走査装置を備えた画像形成装置に関する。

現状のプロジェクタは、会議室等においてパソコン（以下PC）のVGAモニタ端子等から２次元動画を入力し、液晶、DMDあるいはLCOSなどの表示素子を使用して光学的にPC画面を表示、投影しているものが主流である。このようなプロジェクタは形状も大きくまた重量もあるので、屋外で持ち運ぶのには不便である。これに対して、インタネット・モーバイル時代に入りユビキタスの概念の基に、いつでもどこでもビジネスといわれるように、オフィス以外の場所でも携帯電話やOA機器が使用されるようになってきた。

プロジェクタも同様に、オフィス以外の環境にあって、より小型でハンディかつ安価なものが要求されている。そこで、超小型化、ローコストの観点から構造が簡単で安価なMEMS（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた揺動体に光反射面を設け、そこにカラーレーザやLED光を当てて動画を生成する方式が注目され実用化されつつある（特許文献１）。

MEMS揺動体を２次元光走査装置としてプロジェクタ等の画像形成装置に用いる場合、主走査方向の駆動には振動体の固有振動数を持つ正弦波形の駆動信号を、副走査方向の駆動にはランプ波形の駆動信号を用いる場合が多い（特許文献２）。副走査方向の揺動体の揺動周期はフレームレートを規定する。ランプ波形を利用すると、信号波形の傾斜の緩い側の信号区間を利用して光を照射することで、比較的大きな照射デューティ比を得られる一方、信号波形の傾斜の急な側の信号区間で揺動体をリターンさせることで、リターン時間の短縮化が図れる。

特開２００７−２７１７８７号公報 特開２００４−２１９６４３号公報

しかし、リターン時間が短くなると揺動体の速度がより高速となるため、揺動体がダンピングする場合がある。揺動体がダンピングしている間に光を照射すると正確な走査ができない。光の照射を、ダンピングが収まるまで待つとすると照射デューティ比を下げなければならない。

本発明の目的は、揺動体のダンピングを抑制することにある。

本発明によれば、光源からの光を反射する光反射面を有する揺動体と、周期的な駆動信号を出力する出力手段と、前記駆動信号が入力され、前記駆動信号の周期で前記揺動体を揺動させる駆動手段と、を備えた光走査装置であって、前記駆動信号の１周期分の信号波形が、信号の大きさが増加する増加波形部分と信号の大きさが減少する減少波形部分とを有するランプ波形状であって、前記増加波形部分と前記減少波形部分との折り返し部分の少なくとも一方に、前記揺動体のダンピングを低減するように、信号の変化量を低減させる変化量低減部分を有する信号波形であることを特徴とする光走査装置が提供される。また、本発明によれば、上記光走査装置を備えた画像形成装置が提供される。

本発明によれば、揺動体のダンピングを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置Ａのブロック図である。 揺動体２０及び駆動部１３０の説明図である。 駆動信号の波形等の説明図である。 駆動信号の波形等の説明図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置Ａのブロック図である。本実施形態の場合、画像形成装置Ａはスクリーン２００に画像を投影して形成するプロジェクタである。しかし、本発明は、例えば、レーザビームプリンタ等にも適用できる。

画像形成装置Ａは、光走査装置１０と、制御ユニット１００と、光源１４１と、駆動回路１４０と、を備える。制御ユニット１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びＩ／Ｆ（インターフェース）１０４を備える。ＣＰＵ１０１は、Ｉ／Ｆ１０４を介して、光走査装置１０の制御、及び、駆動回路１４０を介した光源１４１の制御、を実行する。光源１４１は、例えば、RGBカラーレーザ光を投射し、光走査装置１０はこれをスクリーン２００上に走査して画像を形成する。ＲＯＭ１０２にはＣＰＵ１０１が実行する制御プログラムやデータが記憶される。ＲＡＭ１０３には一時的なデータが記憶される。ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３は他の種類の記憶手段を採用してもよい。

光走査装置１０は、駆動信号出力回路１１０及び１２０と、駆動部１３０と、揺動体２０と、を備える。図２は揺動体２０及び駆動部１３０の説明図である。揺動体２０は、一対の捩りばね部材３１を介して支持部材３０に支持され、支持部材３０は一対の捩りばね部材４１を介して支持部材４０に支持されている。揺動体２０の表面には光反射面２１が形成されている。揺動部材２０は本実施形態の場合、方形板状をなしており、支持部材３０は揺動部材２０を囲む方形枠板状をなしている。支持部材４０は、例えば、互いに平行に延設された板状でアーム状の形態をなす。捩りばね部材３１と、捩りばね部材４１とは、互いに直交する仮想線上に配置され、捩りばね部材３１の捩れ振動により揺動体２０の主走査方向の揺動が、捩りばね部材４１の捩れ振動により揺動体２０の副走査方向の揺動が生じる。

揺動体２０、捩りばね部材３１、４１及び支持部材３０、４０は、一体的に形成することができ、例えば、シリコン基材、金属薄板により形成できる。シリコン基材で形成する場合、例えば、フォトリソ法とエッチングで揺動体２０を形成し、そこに光反射面２１を成膜することができる。

駆動部１３０は、主に支持部材３０上に形成されたコイル１３３と、主に揺動体２０上に形成されたコイル１３４と、永久磁石１３１及び１３２と、を揺動体２０に対して揺動力を付与する。コイル１３３に電流を流すと、永久磁石１３１と永久磁石１３２との間の磁界との作用で支持部材３０及びこれに支持された揺動体２０が捩りばね部材４１回りに回動し、コイル１３３に周期的な電流変化を与えると、その周期に併せて揺動する。コイル１３４に電流を流すと、永久磁石１３１と永久磁石１３２との間の磁界との作用で揺動体２０が捩りばね部材３１回りに回動し、コイル１３３に周期的な電流変化を与えると、その周期に併せて揺動する。本実施形態では、揺動体２０を揺動させる構成を上記の通りとしたが、これに限られず、駆動信号に追従してその周期で揺動体２０を揺動させるものであれば他の構成も採用でき、例えば、駆動部１３０として圧電素子を利用したもの等も採用可能である。

駆動信号出力回路１１０は、揺動体２０を主走査方向に揺動させる周期的な駆動信号を出力する。垂直線レートクロック発生部１１１は、主走査方向の揺動周波数（例えば数十ｋＨｚ）のクロック信号を発生して出力し、駆動信号発生部１１２は垂直線レートクロック発生部１１１から入力されるクロック信号の周波数で駆動信号を発生してコイル１３４へ出力する。駆動信号出力回路１２０は、揺動体２０を副走査方向に揺動させる周期的な駆動信号を出力する。フレームレートクロック発生部１２１は、副走査方向の揺動周波数（例えば数十Ｈｚ）のクロック信号を発生して出力し、駆動信号発生部１２２はフレームレートクロック発生部１２１から入力されるクロック信号の周波数で駆動信号を発生してコイル１３３へ出力する。

ここで、主走査方向の揺動周波数は比較的高周波数であるため、揺動体２０の追従性を考慮して、駆動信号発生部１１２は、例えば、サイン波形の駆動信号を出力する。一方、副走査方向の揺動周波数は比較的低周波数であるため、線形波形部分の割合が多いランプ波形の駆動信号が有利となる。したがって、駆動信号発生部１２２はランプ波形の駆動信号を出力する。但し、後述するようにダンピングの問題があることから、ランプ波形そのままではなく、駆動信号発生部１２２はダンピングを抑制した波形の駆動信号を出力する。

駆動信号発生部１１２、１２２は、例えば、駆動信号の信号波形に応じた信号情報を記憶したメモリと、Ｄ／Ａコンバータと、を備え、メモリに記憶した信号情報をクロック同期で出力させ、Ｄ／Ａコンバータを通して出力することで、意図する信号波形の駆動信号を出力できる。また、例えば、DSPあるいはFPGAなどのプログラマブル素子を用いてクロックに同期してその波形を計算で求め、出力するようにしてもよい。

次に、駆動信号出力回路１２０から出力する駆動信号について説明する。図３（ａ）は、参考例として、ランプ波形の駆動信号Ｙ、駆動信号Ｙの微分値である速度ｖ、速度ｖの微分値である加速度αの変化を示すタイミングチャートである。駆動信号Ｙの波形は、信号の大きさ（同図の例では電圧）が経時的に増加する線形の増加波形部分Ｗ１と、信号の大きさが経時的に減少する線形の減少波形部分Ｗ２と、を有し、これらが１周期分の信号波形を形成している。図中、Ｔは駆動信号の周期であり、Ｈは駆動信号Ｙの振幅（揺動体２０の振幅に比例する）である。Ｎは光源１４１による光の照射期間である。つまり、照射期間Ｎ以外の期間では光源１４１は消灯され、画像形成には用いられない。

１周期中の増加波形部分Ｗ１の割合は、減少波形部分Ｗ２よりも多くなっており、照射期間Ｎは、この割合の多い波形部分に設定される。このため、増加波形部分Ｗ１は同図に示すように線形であることが好ましいが、減少波形部分Ｗ２は、その区間が画像形成に用いられないことから線形であることは必ずしも要しない。なお、減少波形部分Ｗ２の方が割合が大きくなるようにした場合は、減少波形部分Ｗ２に照射期間Ｎを設定することになる。これらのことは後述する各例でも同様である。

駆動信号Ｙの信号波形が、このようなランプ波形である場合、サイン波形に比較して、表示画像の歪が少ない、片側の波形部分（図３（ａ）では増加波形部分Ｗ１）のみに照射期間Ｎを設定するので、両側の波形部分に照射期間を設定する場合のように画素ズレがなく、構成が簡単である、照射デューティ比（Ｎ／Ｔ）を大きく取れるため、表示画像が明るい、といった利点がある。

照射デューティ比（Ｎ／Ｔ）を大きく取り表示画像を明るくするためには、１周期Ｔ中の照射時間Ｎを長く（割合を多く）する必要がある。しかし、揺動体２０のリターン（減少波形部分Ｗ２による揺動体２０の揺動）は高速となるため、揺動体２０がオーバーシュートしてダンピングが出やすいという欠点がある。このダンピングは、照射期間Ｎが開始されるまでに収束させないと、表示画像の品質に影響する。

波形部分Ｗ１、Ｗ２の折り返し部分（ランプ波の上下の頂点）では、加速度αの急激な変化が起こる。それに対して速度ｖは各区間内で一定である。ダンピングはこの上下の頂点を起点に始まる。ダンピングの大きさは、加速度αの急激な変化に対応して起こるので、これを滑らかに変化させれば、発生するダンピングも小さくすることができる。

そこで、本実施形態では、駆動信号出力回路１２０から発生する駆動信号の信号波形を、ランプ波形を基調としつつ、増加波形部分Ｗ１と減少波形部分Ｗ２との折り返し部分の少なくとも一方に、揺動体２０のダンピングを低減するように、信号の変化量を低減させる変化量低減部分を有する信号波形とする。以下、図３（ｂ）、図４（ａ）及び（ｂ）を参照して信号波形例を説明する。なお、図３（ａ）と同じ内容については説明を割愛する。

図３（ｂ）の例では、駆動信号Ｙは、信号の大きさの変化のない直線形状の波形の変化量低減部分Ｗ３を有しており、破線Ｌで示すランプ波形の場合の想像線部分を水平に切り取った信号波形を有している。図３（ｂ）の例の場合、減少波形部分Ｗ２から増加波形部分Ｗ１への折り返し部分のみに変化量低減部分Ｗ３を設けている。増加波形部分Ｗ１から減少波形部分Ｗ２への折り返し部分にも変化量低減部分Ｗ３を設けてよいが、照射期間Ｎとの関係から、減少波形部分Ｗ２から増加波形部分Ｗ１への折り返し部分に変化量低減部分Ｗ３を設けることが特に有効である。

変化量低減部分Ｗ３を設けて、信号の折り返しを２回に分かれたことから、破線Ｌで示すランプ波形の場合と比べて、１回の信号の変化量が低減し、破線Ｌで示すランプ波形の場合に比して揺動体２０のダンピングを低減できる。

図４（ａ）の例では、駆動信号Ｙは、曲線形状の波形の変化量低減部分Ｗ３を有している。本実施形態では、増加波形部分Ｗ１と減少波形部分Ｗ２との折り返し前後で加速度αが一定になるように、変化量低減部分Ｗ３の曲線形状及び減少波形部分Ｗ２の波形形状を設定している。加速度αが瞬時的に大きくならないよう、等加速度変化とすることで揺動体２０への衝撃が緩和され、ダンピングを低減できる。

図４（ｂ）の例でも、駆動信号Ｙは曲線形状の波形の変化量低減部分Ｗ３を有している。図４（ｂ）の例は、特に、減少波形部分Ｗ２から増加波形部分Ｗ１への折り返し部分付近で加速度αの変化を一定としてダンピングの抑制を狙ったものである。減少波形部分Ｗ２は、増加波形部分Ｗ１から減少波形部分Ｗ２への折り返しから一旦急激に信号の大きさを減少させ、その後、加速度αが一定になるように減少波形部分Ｗ２と変化量低減部分Ｗ３の波形形状を設定している。これにより、照射期間Ｎの開始タイミングを早めるようにしている。

このように本実施形態では、ランプ波の折り返し部分での急激な加速度を緩和して、ダンピングを抑制することができ、照射デューティ比（Ｎ／Ｔ）をより大きく取ることができる。また、信号波形の設定により、簡易にダンピングを抑制することができる。

Claims (6)

1. 光源からの光を反射する光反射面を有する揺動体と、
   周期的な駆動信号を出力する出力手段と、
   前記駆動信号が入力され、前記駆動信号の周期で前記揺動体を揺動させる駆動手段と、
   を備えた光走査装置であって、
   前記駆動信号の１周期分の信号波形が、
   信号の大きさが増加する増加波形部分と信号の大きさが減少する減少波形部分とを有するランプ波形状であって、前記増加波形部分と前記減少波形部分との折り返し部分の少なくとも一方に、前記揺動体のダンピングを低減するように、信号の変化量を低減させる変化量低減部分を有する信号波形であることを特徴とする光走査装置。
2. 前記変化量低減部分の波形が、直線形状であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記変化量低減部分の波形が、曲線形状であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記駆動信号の１周期分の信号波形が、
   前記増加波形部分と前記減少波形部分とのうち、前記駆動信号における割合が少ない方から多い方へ折り返される部分に、前記変化量低減部分を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記揺動体が、主走査方向と副走査方向とのそれぞれに揺動可能に設けられ、
   前記出力手段は、主走査方向用の周期的な第１駆動信号と、副走査方向用の周期的な第２駆動信号と、を出力し、
   前記駆動手段は、
   前記第１駆動信号が入力され、前記第１駆動信号の周期で前記揺動体を主走査方向に揺動させる第１駆動手段と、
   前記第２駆動信号が入力され、前記第２駆動信号の周期で前記揺動体を副走査方向に揺動させる第２駆動手段と、を備え、
   前記第２駆動信号の１周期分の信号波形は、前記変化量低減部分を有するランプ波形状の信号波形であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光走査装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光走査装置と、
   前記光反射面にレーザ光を投射する光源と、
   前記光源の駆動を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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