JP2011150071A - 光走査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御信号による静電気力により可動部6を梁10,12の廻りに捩り振動させるスキャナ1と、スキャナ1を駆動するための駆動信号Vd を生成する駆動信号生成部34と、可動部6の捩り状態を検出する状態検出部32と、駆動信号Vd 及び捩り状態信号を用いて、駆動信号Vd による可動部6の駆動トルク付与方向に対して可動部6の捩り進行方向が逆方向となる駆動信号Vd の成分を除去した制御信号Vinを生成して、制御信号Vinをスキャナ1に出力し、スキャナ1の静電気力の発生タイミングを制御する駆動力制御部30とを備えた。
【選択図】図1
Description
例えば、図14に示すように、共振周波数よりも高いA点の駆動周波数の制御信号Vinにより駆動すると、静電気力に応じた駆動トルクが梁の廻りに発生し、可動部が振動する。図15(a)(b)に示すように、可動部の振幅角θの変化に伴う静電気力による駆動トルクの変化を(1)(2)(3)(4)の順に追って説明する。
光ビームを反射させる反射面を有する可動部を梁の廻りに捩り振動可能に支持し、入力される制御信号による静電気力により前記可動部を前記梁の廻りに捩り振動させる走査手段と、前記走査手段を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記走査手段の前記可動部の捩り状態を検出する状態検出手段と、前記駆動信号生成手段から出力される前記駆動信号及び前記状態検出手段から出力される捩り状態信号を用いて、前記駆動信号による前記可動部の駆動トルク付与方向に対して前記可動部の捩り進行方向が逆方向となる前記駆動信号の成分を除去した制御信号を生成して、前記制御信号を前記走査手段に出力し、前記走査手段の前記静電気力の発生タイミングを制御する駆動力制御手段とを備えたことを特徴とする光走査装置がそれである。更に、前記光ビームを発射する光ビーム照射手段と、描画する画像のタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、前記タイミング生成手段で生成された前記タイミング信号に基づき、前記光ビーム照射手段を駆動する光ビーム駆動手段とを備え、前記タイミング生成手段からの前記タイミング信号と前記駆動信号生成手段からの前記駆動信号とを同期させた構成としてもよい。
図1に示すように、1は走査手段としてのスキャナで、スキャナ1は半導体レーザ等を有する光ビーム照射部2からの光ビームをスクリーンや検出するバーコード等に向けて反射する。スキャナ1は、本実施形態では、図2に示すように、ミラー等の反射面4が設けられた可動部6を備え、可動部6の外周側には四角枠状の固定部8が設けられている。
もし(φ0 −φ)<90度ならデューティー比=((φ0 −φ)/180)×100%
即ち、(φ0 −φ)>90度のとき、可動部6の振幅角θが0となる位置では、駆動信号Vd は電圧がすでに0であり、可動電極18,20と固定電極22,24との間に静電気力は作用しない。よって、駆動信号Vd のデューティー比(=50%)のままで制御信号Vinとしてスキャナ1に出力する。
本第3実施形態では、前述した第1、第2実施形態の駆動力制御部30,50が異なり、本第3実施形態の駆動力制御部60は微分器62を備え、微分器62は、図10に示すように、状態検出部32からの捩り状態としての振幅角θを微分して角速度信号dθ/dtを算出する。微分器62は算出した角速度信号dθ/dtを第1の符号判定部64に出力し、第1の符号判定部64は角速度信号dθ/dtから角速度符号信号S1 を算出する。角速度符号信号S1 は可動部6の振幅角θが頂点を通過したか否かを示すもので、符号が変わるときに振幅角θが頂点を通過したことを示すパルス信号である。
第5実施形態の2次元方向に光ビームを偏向するスキャナ200は、図12に示すように、光ビームを反射する反射面202が設けられた第1可動部204を備え、第1可動部204の外側には四角枠状の第2可動部206が設けられている。第1可動部204と第2可動部206とは一対の第1梁208,210により連結されている。
更に、第3可動部212の外側には四角枠状の固定部218が設けられている。第3可動部212と固定部218とは一対の第3梁220,222により連結されている。一対の第3梁220,222は弾性を有すると共に、同一直線上に配置されている。第3梁220,222の長手方向と第1梁208,210及び第2梁214,216の長手方向とはそれぞれ45度をなすように交差して形成されている。
4,202…反射面 6…可動部
8,112,218…固定部 10,12…梁
14,16,224,226…櫛歯電極
30,50,60…駆動力制御部
32…状態検出部 34…駆動信号生成部
36…タイミング生成部 38…光ビーム駆動部
40…位相制御部 42…駆動電圧制御部
44…メモリ 52…分周部
54…符号判定部 56…第1の乗算器
58…第2の乗算器 59…正数判定部
62…微分器 64…第1の符号判定部
65…第2の符号判定部 66…排他的論理和回路
68…乗算器 104,204…第1可動部
106,206…第2可動部
108,110,208,210…第1梁
114,116,214,216…第2梁
118,120…主走査櫛歯電極 122,124…副走査櫛歯電極
212…第3可動部 220,222…第3梁
Claims (8)
- 光ビームを反射させる反射面を有する可動部を梁の廻りに捩り振動可能に支持し、入力される制御信号による静電気力により前記可動部を前記梁の廻りに捩り振動させる走査手段と、
前記走査手段を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記走査手段の前記可動部の捩り状態を検出する状態検出手段と、
前記駆動信号生成手段から出力される前記駆動信号及び前記状態検出手段から出力される捩り状態信号を用いて、前記駆動信号による前記可動部の駆動トルク付与方向に対して前記可動部の捩り進行方向が逆方向となる前記駆動信号の成分を除去した制御信号を生成して、前記制御信号を前記走査手段に出力し、前記走査手段の前記静電気力の発生タイミングを制御する駆動力制御手段とを備えたことを特徴とする光走査装置。 - 更に、前記光ビームを発射する光ビーム照射手段と、
描画する画像のタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、
前記タイミング生成手段で生成された前記タイミング信号に基づき、前記光ビーム照射手段を駆動する光ビーム駆動手段とを備え、
前記タイミング生成手段からの前記タイミング信号と前記駆動信号生成手段からの前記駆動信号とを同期させたことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。 - 前記駆動信号生成手段は、前記タイミング生成手段で生成する前記タイミング信号に前記駆動信号を同期させ、また、前記状態検出手段は前記捩り状態として前記タイミング信号に対する前記可動部の捩り振動の位相を検出し、
更に、前記駆動力制御手段は、
前記状態検出手段で検出した前記位相を用いて、前記駆動信号生成手段で生成された前記駆動信号の位相を調整する位相制御手段と、
前記位相制御手段で調整した位相を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記位相及び前記位相制御手段で新たに調整する前記位相の差を用いて、前記駆動信号のデューティー比を調整して前記駆動信号による前記可動部の駆動トルク付与方向に対して前記可動部の捩り進行方向が逆方向となる前記駆動信号の成分を除去した前記制御信号を生成する駆動電圧制御手段とを備え、
前記駆動電圧制御手段で生成した前記制御信号で前記走査手段を駆動することを特徴とする請求項2に記載の光走査装置。 - 前記駆動電圧制御手段は、前記デューティー比が50%より小さい場合に、その大きさに反比例して電圧を増加させることを特徴とする請求項3に記載の光走査装置。
- 前記状態検出手段は前記捩り状態として前記可動部の振幅角を検出し、
前記駆動力制御手段は、
前記状態検出手段で検出した前記振幅角の符号を判定した振幅角符号信号を生成する符号判定手段と、
前記駆動信号生成手段で生成した前記駆動信号の周波数を半分にした分周信号を生成する分周手段と、
前記駆動信号及び前記分周信号を乗算した第1乗算信号を生成する第1の乗算手段と、
前記第1乗算信号及び前記振幅角符号信号を乗算する第2乗算信号を生成する第2の乗算手段と、
前記第2乗算信号が正数か否かを判定して前記駆動信号による前記可動部の駆動トルク付与方向に対して前記可動部の捩り進行方向が逆方向となる前記駆動信号の成分を除去した前記制御信号を生成する正数判定手段とを備え、
前記正数判定手段で生成した前記制御信号で前記走査手段を駆動することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の光走査装置。 - 前記状態検出手段は前記捩り状態として前記可動部の振幅角を検出し、
前記駆動力制御手段は、
前記状態検出手段で検出した前記振幅角を微分して角速度を算出する微分手段と、
前記微分手段で算出された前記角速度の符号を判定した角速度符号信号を生成する第1の符号判定手段と、
前記状態検出手段で検出した前記振幅角の符号を判定した振幅角符号信号を生成する第2の符号判定手段と、
前記角速度符号信号及び前記振幅角符号信号の排他的論理和を算出した排他的論理和信号を生成する排他的論理和算出手段と、
前記排他的論理和信号及び前記駆動信号を乗算して前記駆動信号による前記可動部の駆動トルク付与方向に対して前記可動部の捩り進行方向が逆方向となる前記駆動信号の成分を除去した前記制御信号を生成する乗算手段とを備え、
前記乗算手段で算出した前記制御信号で前記走査手段を駆動することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の光走査装置。 - 前記走査手段は、
光ビームを反射させる反射面を有する第1可動部の外側に第2可動部を設け、前記第1可動部と前記第2可動部とを弾性を有する第1梁により連結して前記第1可動部を前記第1梁の廻りに捩り振動可能に支持し、また、前記第2可動部の外側に固定部を設け、前記第2可動部と前記固定部とを弾性を有すると共に前記第1梁の長手方向に交差する第2梁により連結して前記第2可動部を前記第2梁の廻りに捩り振動可能に支持し、更に、前記第1可動部と前記第2可動部との間に静電気力を発生させる第1駆動力発生部を設けると共に、前記第2可動部と前記固定部との間に静電気力を発生させる第2駆動力発生部を設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の光走査装置。 - 前記走査手段は、
光ビームを反射させる反射面を有する第1可動部の外側に第2可動部を設け、前記第1可動部と前記第2可動部とを弾性を有する第1梁により連結して前記第1可動部を前記第1梁の廻りに捩り振動可能に支持し、また、前記第2可動部の外側に第3可動部を設け、前記第2可動部と前記第3可動部とを弾性を有すると共に前記第1梁の長手方向に交差する第2梁により連結して前記第2可動部を前記第2梁の廻りに捩り振動可能に支持し、更に、前記第3可動部の外側に固定部を設け、前記第3可動部と前記固定部とを弾性を有すると共に前記第1梁及び前記第2梁の長手方向にそれぞれ交差する第3梁により連結して前記第3可動部を捩り振動可能に支持し、かつ、前記第3可動部と前記固定部との間に静電気力を発生させる駆動力発生部を設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の光走査装置。
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