JP2014240895A - 光走査装置、画像形成装置および映像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性を有する金属材料を用いた振動ミラーを安定的に駆動する。
【解決手段】振動ミラー１０の減衰振動の振幅を検出コイル１２１によって検出する。制御回路２０４は、減衰振動の振幅が所定の閾値を下回ったとき（または減衰振動の振幅が所定の閾値が実質的に一致したとき）の振動周期に対応した駆動周波数を求める。制御回路２０４は、求めた駆動周波数の駆動信号を生成して出力し、振動ミラー１０を再駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光走査装置、画像形成装置および映像投射装置に関する。

近年、プリンタや複写機などの画像形成装置や、プロジェクタなどの画像投射装置の光走査装置に振動ミラーが用いられている。振動ミラーは、質量体となるミラー部と、ばね部とを備え、それらに依存した共振周波数を有する。画像形成装置の感光体の劣化を抑制したり、レーザー光が所望の位置以外の場所を照射しないよう制御したりするためには、確実に所望の走査振幅が得られていなければならない。振動ミラーは共振周波数で駆動されるか、共振周波数の近傍の周波数で駆動されると、安定して振動する。しかし、振動ミラーの共振周波数には、製品個体ごと、または使用される環境温度に応じたバラつきが存在する。特許文献１によれば、コイルを配置した電磁駆動式の振動ミラーにおいて、駆動を一時停止したときの振動によりコイルに発生する逆起電力から共振周波数を検出して、駆動周波数を調整する方法が記載されている。

特開２００３−１７７３４７公報

しかし、特許文献１に記載された方法は、ばねにシリコン材料（シリコン基板）を用いた振動ミラーを想定しており（段落００２２）、金属材料を用いた振動ミラーでは共振周波数を適切に設定できないという課題がある。つまり、金属材料を用いた振動ミラーに特許文献１の発明を適用しても、振動ミラーの振動が不安定になったり、駆動周波数の調整時間が長くなったり、調整不能に陥ったりしてしまう。これらは、ばね性や疲労特性の面で振動ミラーに適している金属材料の多くが磁性を有していることに起因している。つまり、金属材料の磁性によって、振動ミラーに不要な振動が励起されてしまうことが、これらの原因である。そこで、本発明は、金属材料を用いた振動ミラーであっても安定して駆動できるようにすることを目的とする。

本発明は、たとえば、
振動ミラーにより光を走査する光走査装置であって、
金属材料を用いた振動ミラーと、
前記振動ミラーに駆動力を印加する駆動力印加手段と、
を有し、
前記振動ミラーは、
金属材料を用いた梁と、
前記梁に固定され、金属材料を用いたベースと、
前記ベースおよび前記梁から離間して配置され、前記梁に対してねじりトルクを付与する磁石と
を有することを特徴とする光走査装置を提供する。

本発明によれば、磁性を有する金属材料から離間して磁石を配置することで、磁石から金属材料への印加磁界が低減されるため、駆動周波数を調整するために振動ミラーの駆動停止と再駆動とを頻繁に繰り返しても、振動ミラーを安定して駆動できるようになる。なお、離間部分に非磁性材料を挿入すれば、さらに安定して振動ミラーを駆動できるようになろう。

光走査装置の一例を示す図 光走査装置の一例を示す図 金属材料を用いた振動ミラーの周波数特性の一例を示す図 振動ミラーの制御方法を説明するための図 振動ミラーの制御方法の各工程を示すフローチャート 検出信号、ピークホールドされた振幅のピーク値、パルス信号およびトリガ信号の関係を説明するための図 振動ミラーの制御方法を説明するための図 振動ミラーの制御方法の各工程を示すフローチャート 振動ミラーの制御方法を説明するための図 振動ミラーの制御方法の各工程を示すフローチャート 駆動信号の振幅制御による振動ミラーの振動振幅の調整方法を説明するための図 駆動信号の振幅制御による振動ミラーの振動振幅の調整方法を説明するための図 駆動信号の振幅制御による振動ミラーの振動振幅の調整方法を説明するための図 振動ミラーの制御方法を説明するための図 振動ミラーの制御方法を説明するための図 振動ミラーの制御方法を説明するための図 画像形成装置の一例を示す図 映像投射装置の一例を示す図 振動ミラー１０の他の構成例を示す図

本実施形態では、金属材料を用いた振動ミラーを減衰振動させ、減衰振動の振幅が所定の閾値を下回ったときの振動周波数を検出し、検出した振動周波数に対応した駆動周波数の駆動信号で振動ミラーを再駆動させることを特徴としている。とりわけ、本実施形態では、振動ミラーへの駆動力の供給を停止したときに検出された振動振幅が所定の閾値を超えるまで、駆動力の供給の停止、振動振幅の検出、振動周波数の検出、および、当該振動周波数に対応した駆動周波数の駆動信号による振動ミラーの再駆動を繰り返し実行する。この繰り返し工程を実行した結果、振動振幅が所定の閾値を超えると、そこからさらに振動ミラーを減衰振動させ、振動振幅が所定の閾値未満になったときに検出された減衰振動の振動周波数を検出する。このようにして得られた振動周波数に対応した駆動周波数の駆動信号で振動ミラーが駆動される。所定の閾値は、経験的に、または、シミュレーションを実行し、適切な閾値に決定しておくものとする。

図１に光走査装置１の一例を示す。振動ミラー１０は、金属材料を用いた振動ミラーである。梁１０１は、金属材料により構成され、捩りばねとして機能する。ミラーベース部１０２の第１面にはミラー部材１０３が固定されており、第２面にはミラー部材１０４が固定されている。つまり、振動ミラー１０は両面ミラーである。ミラー部材１０３は光を走査するための鏡面１０８を有している。ミラー部材１０４も同様に光を走査するための鏡面を有している。なお、鏡面は、ミラー部材１０３、１０４の一方のみが有していてもよい。ミラー部材１０３およびミラー部材１０４は、ミラーベース部１０２を挟むように接合されている。図１からわかるように、ミラー部材１０３およびミラー部材１０４は、梁１０１の捩り回転軸に対して対称性を保つように配置されている。また、ミラー部材１０３およびミラー部材１０４のサイズは、梁１０１の長手方向（図１の矢印Ａ）において、ミラーベース部１０２のサイズよりも大きい。つまり、ミラーベース部１０２は磁石１０５から離間して配置されている。ミラー部材１０３およびミラー部材１０４は、たとえば、非磁性材料により構成してもよい。

図１が示すように、ミラー部材１０３およびミラー部材１０４の、梁１０１と反対側の端部には磁石１０５が配置されている。磁石１０５も、梁１０１の捩り回転軸に対して対称性を保つように配置されている。なお、ミラーベース部１０２と磁石１０５との間の空間１０９にも非磁性材料を配置してもよい。このようにミラーベース部１０２と磁石１０５との間には、ミラー部材１０３、空間１０９およびミラー部材１０４が介在している。

磁石１０５の近傍にヨーク１１０が配置されている。ヨーク１１０の一部には空隙が設けられている。図1が示すように、ヨーク１１０の断面形状は、略コの字形状である。この空隙の上方に振動ミラー１０のミラー部が配置されている。ヨーク１１０も、梁１０１の捩り回転軸に対して対称性を保つように配置されている。ヨーク１１０や駆動コイル１２０、駆動回路２４３などは、振動ミラー１０に駆動力を印加する駆動力印加手段として機能する。同様に、駆動回路２４３は，振動ミラー１０に駆動力を印加するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段として機能する。ヨーク１１０の中央には、駆動信号Ｄｒｖに応じた磁界を発生する駆動コイル１２０と、駆動回路２４３が駆動信号の供給を停止したときに発生する逆起電力を検出する検出コイル１２１とがそれぞれ巻回されている。

制御回路２０４は、駆動周波数ｆや振幅（電圧または電流）が可変の駆動信号Ｄｒｖを駆動コイル１２０に印加する。これにより、ヨーク１１０の空隙に駆動磁界が発生する。この駆動磁界が磁石１０５に作用し、磁石１０５に回転トルクが発生し、振動ミラー１０に捩り振動が励起される。振動ミラー１０の振動振幅Ａは駆動信号Ｄｒｖの駆動周波数ｆと振幅ａとによって制御される。

検出コイル１２１は増幅回路２０１に接続されている。増幅回路２０１は、検出コイル１２１が出力する検出信号Ｖｄを増幅する。制御回路２０４が駆動信号Ｄｒｖを供給することで振動ミラー１０が振動しているときに、駆動信号Ｄｒｖの供給を停止すると、振動ミラー１０が減衰振動を開始する。減衰振動に伴う磁石１０５の回転によって、検出コイル１２１には逆起電力が発生し、逆起電力に応じた検出信号Ｖｄが検出コイル１２１から出力される。このように、制御回路２０４は、駆動力印加手段（駆動回路２４３など）を停止させて、振動ミラー１０に減衰振動を開始させる制御手段として機能する。

増幅回路２０１の後段にはパルス化回路２０２とピークホールド回路２０３とが接続されている。パルス化回路２０２は、増幅回路２０１により増幅された検出信号Ｖｄを２値化してパルス信号Ｐｄを生成する。このパルス信号Ｐｄの周期は検出信号Ｖｄの周期に一致している。パルス信号Ｐｄの周期は振動ミラー１０の減衰振動の周期に相当するため、周期測定回路２４１でパルス信号Ｐｄの周期を測定すれば、振動ミラー１０の減衰振動の周期が判明する。このように、検出コイル１２１、パルス化回路２０２や周期測定回路２４１などは、周期検出手段として機能する。

ピークホールド回路２０３は、検出信号Ｖｄの振幅のピーク値Ｖｐｈをホールドして制御回路２０４に出力する。なお、検出信号Ｖｄの振幅のピーク値Ｖｐｈは振動ミラー１０の振動振幅に対応している。よって、ピークホールド回路２０３は、振動ミラーの減衰振動の振動振幅を検出する振幅検出手段として機能する。制御回路２０４は、ＣＰＵとメモリを有し、入力されたパルス信号Ｐｄおよび検出信号Ｖｄの振幅のピーク値Ｖｐｈに基づいて駆動信号Ｄｒｖの駆動周波数を設定する。制御回路２０４は、たとえば、周期測定回路２４１、比較回路２４２、駆動回路２４３を有していてもよい。周期測定回路２４１、比較回路２４２および駆動回路２４３はメモリに記憶されているプログラムをＣＰＵが実行することで実現されてもよいし、論理回路などによって実現されてもよい。

周期測定回路２４１は、パルス信号Ｐｄの周期Ｔを測定する。比較回路２４２は、検出信号Ｖｄの振幅のピーク値Ｖｐｈと閾値Ａｓとを比較する。たとえば、比較回路２４２は、振幅のピーク値Ｖｐｈを閾値Ａｓと比較し、振幅のピーク値Ｖｐｈが閾値Ａｓ未満となるとハイレベルのトリガ信号Ｔｒを出力する。なお、振幅のピーク値Ｖｐｈが閾値Ａｓに一致したときにハイレベルの信号Ｔｒを出力するように、ハイレベルのトリガ信号Ｔｒの出力条件を設定してもよい。また、比較回路２４２は、振幅のピーク値Ｖｐｈを閾値Ａｓと比較し、振幅のピーク値Ｖｐｈが閾値Ａｓ未満でなければ、ローレベルの信号Ｔｒを出力する。周期測定回路２４１は、トリガ信号Ｔｒを監視しており、トリガ信号Ｔｒがローレベルからハイレベルに切り替わると、パルス信号Ｐｄの周期Ｔを測定する。このように、周期測定回路２４１は、振動ミラー１０の減衰振動の振幅が所定の閾値Ａｓを下回ったときの振動周期Ｔを検出する周期検出手段として機能している。周期Ｔの逆数は、振動ミラー１０の共振周波数である。よって、周期測定回路２４１は、振動ミラー１０の減衰振動の振動周波数を検出する周波数検出手段としても機能する。制御回路２０４は、周期検出手段が検出した振動周期Ｔに対応した駆動周波数の駆動信号を駆動回路２４３に設定する。

駆動回路２４３は、周期Ｔに対応した駆動周波数の駆動信号Ｄｒｖを生成して出力することで、振動ミラー１０を再駆動してもよい。駆動コイル１２０に印加される駆動信号Ｄｒｖは、正弦波、三角波や方形波など周期的に振幅が変動する信号であればよい。

図１では、ヨーク１１０に駆動コイル１２０と検出コイル１２１の２つのコイルが巻回されているが、１つの共通のコイルで実現してもよい。図２が示すように、駆動コイル１２０と検出コイル１２１とを一体化した共通コイル１２２をスイッチ２１０に接続する。制御回路２０４がハイレベルのスイッチ切り替え信号ＳＷをスイッチ２１０に出力しているときは、共通コイル１２２が増幅回路２０１に接続される。つまり、共通コイル１２２は検出コイル１２１として機能する。一方、制御回路２０４がローレベルのスイッチ切り替え信号ＳＷをスイッチ２１０に出力しているときは、共通コイル１２２が駆動回路２４３に接続される。つまり、共通コイル１２２は駆動コイル１２０として機能する。

（各部の材料）
梁１０１の金属材料には、高弾性で、繰り返し応力に対して疲労限の高い高疲労特性を有する材料を採用可能である。材料の一例としては、ＳＵＳ３０１やＳＵＳ６３１などのステンレス材や銅合金、Ｃｏ−Ｎｉ基合金などが好適に用いられる。梁１０１の一端は固定部材１０６によって固定されており、他端はミラーベース部１０２に結合している。なお、梁１０１とミラーベース部１０２は一体成型されてもよい。

ミラーベース部１０２の材料は特に限定されないが、高ヤング率の材料とすることで、振動ミラー１０が振動しているときに撓みを生じにくくなる。梁１０１とミラーベース部１０２は一体に成形されてもよい。この場合、プレス加工やレーザー加工、ワイヤ放電加工またはエッチングなどの加工処理が使用されてもよい。

ミラー部材１０３およびミラー部材１０４の材料は、非磁性材料であれば特に限定されないが、たとえば、シリコンウエハなど、剛性が高く軽い材料を採用することで、振動ミラー１０の振動特性を良好にすることができる。ミラー部材１０３およびミラー部材１０４は特に限定されるものではなく、図1に示したような矩形の他、空気抵抗低減のために角を切った形状などであってもよい。ミラー部材１０３およびミラー部材１０４の形状加工としては、たとえば、ダイシングが採用される。ミラーベース部１０２、ミラー部材１０３およびミラー部材１０４の接合方法としては、接着剤を用いた接着の他、表面の活性化や金属膜を形成して原子拡散を利用した常温接合が採用されてもよい。

磁石１０５の材料は、特に限定されるものではないが、たとえば、フェライト磁石、ＮｄＦｅＢ磁石、ＦｅＣｒＣｏ磁石等を用いることができる。磁石１０５の磁化方向は、たとえば、ヨーク１１０の空隙の面に並行である。磁石１０５とミラー部材１０３との接合および磁石１０５とミラー部材１０４との接合はそれぞれ、接着剤による接着や溶接などで実現されてもよい。図１には示していないが、磁石１０５とミラーベース部１０２との間は、接着剤等の非磁性材料が埋められてもよい。これにより接合強度が向上しよう。

ヨーク１１０の材料としては、フェライトやパーマロイ等、高透磁率で保磁力の小さいものが採用される。これにより、少ない消費電力で大きな磁界を空隙部に生じさせることができる。

ところで、振動ミラー１０の起動時や停止時、振幅の調整時などには駆動トルク変化が大きくなることがある。図１に示した振動ミラー１０は、全ての部材が梁１０１の捩り回転軸に対して対称に配置されている。よって、駆動トルク変化が大きくなるときでも、振動ミラー１０には異常な振動が発生しにくく、正確な制御が可能となる。なお、振動ミラー１０を振動させながら駆動周波数を変えた場合も駆動トルク変化が大きくなるが、図１に示した構造の振動ミラー１０であれば異常な振動は発生しにくくなる。

図３は、金属材料を用いた振動ミラー１０の周波数特性の一例を示している。縦軸は振幅を示し、横軸は振幅がゼロのときの共振周波数ｆｏで規格化した周波数を示している。Ｗ１は、駆動力をある値Ｆ１に固定して駆動周波数を変化させた場合の振幅変化を示している。同様に、Ｗ２は、駆動力をそれより大きい値Ｆ２に固定して駆動周波数を変化させた場合の振幅変化を示している。Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５は、駆動力をそれより大きい値Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５（Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ４＜Ｆ５）に固定して駆動周波数を変化させた場合の振幅変化を示している。

図３において、振動ミラー１０の共振周波数ｆは点線Ｒ１により示されており、振動ミラー１０の振幅の大きさに依存して変化することがわかる。また、点線Ｒ１が示すように、共振周波数ｆは、振動ミラー１０の振幅の２乗にほぼ比例して変化する。このため、金属材料からなる振動ミラー１０の制御は、駆動周波数だけでなく振幅を考慮して行う必要がある。また、駆動信号Ｄｒｖを停止した際の振動ミラー１０の減衰振動に関しても、振幅に依存して共振周波数ｆが変化することを考慮する必要がある。共振周波数ｆの振幅依存特性を考慮しない場合、共振周波数ｆの検出を実行する毎に検出結果にばらつきが発生する。よって、この検出結果を基に駆動周波数を決定しても、安定した性能が得られなくなることがある。

共振周波数ｆの変化に伴って周波数特性の対称性も崩れることがわかる。特に、Ｗ３からＷ５では、低周波側に振幅が急峻に変化する周波数が存在し、この近傍の周波数では振幅が不安定になり振動ミラー１０を制御できなくなる。振幅制御が可能な範囲、すなわち、共振周波数ｆを示す点線Ｒ１よりも高周波側で、できるだけ共振周波数ｆに近い駆動周波数の駆動信号で振動ミラー１０を駆動することが必要となる。

低周波側では周波数特性上にヒステリシスが現れる。このため、図３の動作点Ｐ１から動作点Ｐ２のように、ヒステリシスのある範囲の駆動周波数で振動ミラー１０を起動しようとしても振動ミラー１０の振幅が増大せず、制御不能に陥ってしまう。このような状態も避ける必要がある。

図４は、本実施形態の振動ミラーの制御方法を説明するための図である。図５は、図４に示した制御方法を示すフローチャートである。縦軸は、ピークホールド回路２０３によって検出されたピーク値（振動振幅）を示している。横軸は、周期測定回路２４１によって計測された振動周期Ｔに対応して駆動周波数を示している。ここでは、振幅振動がゼロのときのおおよその共振周波数は既知としている。

Ｓ５０１で、制御回路２０４は、その共振周波数よりも高い任意または所定の駆動周波数ｆ１で駆動信号を生成するよう駆動回路２４３を制御する。駆動回路２４３は指定された駆動周波数ｆ１の駆動信号Ｄｒｖを生成して駆動コイル１２０に印加する。これにより、振動ミラー１０には駆動力が付与される。その結果、図４が示すように、振動ミラー１０の動作点はＰ１からＰ２へ移動する。Ｐ２は、周波数ｆ１に対応した周波数特性Ｗ１上の振幅を示す動作点である。上述したように、周波数特性Ｗ１は、駆動信号の振幅（電圧や電流）に依存して変化する。また、環境温度の変化によっても周波数特性Ｗ１は変化する。

Ｓ５０２で、制御回路２０４は、振動ミラー１０の振幅が安定したころ（動作点がＰ２に到達したころ）に、駆動回路２４３を制御して駆動信号Ｄｒｖの供給を停止させる。その結果、図４が示すように、振動ミラー１０の動作点はＰ３に移動し、そこから減衰振動を介して、動作点はＰ４に向かう。

Ｓ５０３で、制御回路２０４は、周期測定回路２４１によって振動周期を測定することで共振周波数を求めるとともに、ピークホールド回路２０３によって振動振幅（Ｖｐｈ）を測定する。この共振周波数の測定と振動振幅の測定は、駆動回路２４３を制御して駆動信号Ｄｒｖの供給を停止させたときに実行される。たとえば、動作点Ｐ３における振動周波数（共振周波数）ｆ２と振動振幅が検出される。検出された共振周波数はメモリなどに記憶され、再駆動時の駆動周波数として使用される。なお、共振周波数の測定と振動振幅の測定はリアルタイムで随時実行されてもよい。

Ｓ５０４で、制御回路２０４は、比較回路２４２を用いて測定された振幅が閾値Ａｓを超えているかどうかを判定する。たとえば、動作点Ｐ３、Ｐ６の振幅は閾値Ａｓを超えていないと判定され、Ｓ５０５に進む。動作点Ｐ１０の振幅は閾値Ａｓを超えていると判定され、Ｓ５０７に進む。上述したように減衰振動の共振周波数は振幅に依存しているため、動作点は曲線Ｒ１に沿って移動する。動作点Ｐ３から開始された減衰振動の振幅は、動作点Ｐ４においてゼロとなる。

Ｓ５０５で、制御回路２０４は、振動ミラー１０の振動が停止したかどうかを判定する。たとえば、制御回路２０４は、ピーク値Ｖｐｈがゼロになったかどうかを判定する。振動ミラー１０が停止したことが確認されると、Ｓ５０６に進む。

Ｓ５０６で、制御回路２０４は、メモリから共振周波数（駆動周波数）を読み出して駆動回路２４３に設定し、駆動回路２４３に駆動信号の供給を再開させる。これにより、振動ミラー１０が再駆動される。たとえば、図４において、動作点はＰ５からＰ６へ遷移する。その後、Ｓ５０２に戻る。つまり、駆動回路２４３を停止させたときに検出された振幅が所定の閾値Ａｓを超えるまで、駆動信号Ｄｒｖの供給の停止（Ｓ５０２）、振動振幅および振動周期Ｔの検出（Ｓ５０３）、および、当該振動周期に対応した駆動周波数の駆動信号による振動ミラー１０の再駆動（Ｓ５０６）を繰り返し実行することになる。たとえば、図４では、動作点Ｐ６において、駆動信号ＤｒｖがＯＦＦにされる。これにより、Ｐ７からＰ４に向かって減衰振動が開始される。また、動作点Ｐ７において振動振幅と共振周波数ｆ３が検出される。Ｐ７では振幅が閾値Ａｓを超えていない。そのため、振動が停止すると、駆動周波数ｆ３で駆動信号の供給が再開される。その結果、動作点はＰ８からＰ９に移動する。Ｓ５０２で駆動信号が停止されると、減衰振動が開始される。つまり、動作点はＰ９からＰ１０に遷移する。Ｓ５０３で振幅と共振周波数が測定される。今度は、振幅が閾値Ａｓを超えていることが確認されるため（Ｓ５０４）、Ｓ５０７に遷移する。

Ｓ５０７で、制御回路２０４は、振動振幅が閾値Ａｓ未満になったかどうかを判定する。減衰振動によって振動振幅が減衰し、振動振幅が閾値Ａｓ未満になると、Ｓ５０８に進む。図４においては、動作点Ｐ１１が、振動振幅が閾値Ａｓ未満になったときの動作点である。

Ｓ５０８で、制御回路２０４は、振動周期に基づき共振周波数を測定する。図４では動作点Ｐ１１での共振周波数ｆｓが得られる。

Ｓ５０９で、制御回路２０４は、共振周波数ｆｓと一致した駆動周波数を駆動回路２４３に設定し、駆動周波数ｆｓの駆動信号Ｄｒｖの生成と出力とを実行させる。

なお、上記の繰り返し処理を所定の回数にわたり実行しても振動振幅が閾値Ａｓを超えないこともある。その場合、制御回路２０４は、駆動信号Ｄｒｖの振幅（電圧または電流）を増加させて、上記の繰り返し処理を再度実行してもよい。

図６は、検出信号Ｖｄ、ピークホールドされた振幅のピーク値Ｖｐｈ、パルス信号Ｐｄおよびトリガ信号Ｔｒの関係を説明するための図である。横軸は経過時間を示す。振動ミラー１０が減衰振動を開始すると、検出コイル１２１が出力する検出信号Ｖｄの振幅は徐々に減少し、周期Ｔも変化する。ピークホールド回路２０３は、検出信号Ｖｄをピークホールドして振幅検出信号であるピーク値Ｖｐｈを生成する。パルス化回路２０２は、振動周期信号であるパルス信号Ｐｄを生成する。ピーク値Ｖｐｈが閾値Ａｓ未満になると、比較回路２４２はトリガ信号ＴｒのレベルをＬからＨに切り替える。ハイレベルのトリガ信号Ｔｒが入力されると、周期測定回路２４１は、パルス信号Ｐｄの周期（パルス間隔／パルス幅）Ｔを検出する。周期Ｔの逆数が共振周波数ｆｓ’であることから、制御回路２０４は、振幅が閾値Ａｓを横切ったときの共振周波数（駆動周波数）ｆｓ’を検出することができる。

図７は、振動ミラー１０の制御方法の他の例を説明するための図である。図８は、図７に示した制御方法についての工程を示すフローチャートである。図４および図５を用いて説明した制御方法では再駆動の前に振動ミラー１０を完全に停止させていた。一方で、図７および図８に示す制御方法では、Ｓ５０３で共振周波数を検出すると、減衰振動の振幅をゼロまで減衰させずに、直ちに振動ミラー１０を再駆動する。図８では、駆動停止を判定するステップＳ５０５が省略されている。

図４と比較すると、図７ではＰ４、Ｐ５およびＰ８を通過せずに動作点がＰ１１に遷移する。振動ミラー１０を構成する金属材料のＱ値が低すぎる場合は、図４および図５を用いて説明した制御方法を適用する必要があるが、金属材料のＱ値が十分に高ければ、図７および図８を用いて説明した制御方法を適用できる。この場合、制御の開始から制御の終了までの時間を短縮できる利点がある。また、スムーズに振幅を増大することができる。

図９は、振動ミラー１０の制御方法のさらに他の例を説明するための図である。ばねの非線形性が大きい場合、図９が示すように、周波数特性Ｗ１に大きなヒステリシスが現れることがある。ヒステリシス領域で検出された共振周波数で再駆動を試みても振動ミラー１０は制御不能に陥りやすい。

たとえば、駆動周波数ｆ１で振動ミラー１０を起動したと仮定する。動作点がＰ１からＰ２へ移動したところで、制御回路２０４は、駆動信号ＤｒｖをＯＦＦにする。その結果、Ｐ３からＰ５に向かって減衰振動が開始される。また、周期測定回路２４１によってＰ３での共振周波数ｆ２が検出される。共振周波数ｆ２が駆動周波数として駆動回路２４３に設定される。しかし、駆動周波数ｆ２は、ヒステリシス領域内の周波数である。そのため、振幅ゼロの状態であるＰ６から振動ミラー１０を再起動しようとしても、振動ミラー１０の振幅が増大しない。つまり、振動ミラー１０は制御不能に陥ってしまう。

図１０は、振動ミラー１０の制御方法を示すフローチャートである。ここでは、最終的な駆動周波数を決定するための第１の閾値Ａｓ１よりも小さい第２の閾値Ａｓ２を設けることで、ヒステリシス領域外の駆動周波数ｆ０を決定し、振動ミラー１０を再駆動する。そして、振動ミラー１０の振幅が第１の閾値Ａｓ１を超えるまで駆動周波数ｆ０を低下させ、最終的な駆動周波数（共振周波数ｆｓ）を決定する。第１の閾値Ａｓ１は、所望の振動振幅かそれよりやや小さい値である。画像形成装置であれば、第１の閾値Ａｓ１は、感光体の両端の少なくとも一方の端の近傍に配置されるフォトセンサに光が到達する走査角に対応している。第２の閾値Ａｓ２は、検出可能な範囲でできるだけゼロに近い値である。

Ｓ１００１で、制御回路２０４は、ヒステリシス領域外の駆動周波数ｆ１を駆動回路２４３に設定して駆動信号Ｄｒｖを出力させ、振動ミラー１０を起動する。駆動周波数ｆ１は予め求められているものとする。

Ｓ１００２で、制御回路２０４は、駆動回路２４３を停止させ、駆動信号ＤｒｖをＯＦＦにする。駆動信号Ｄｒｖの停止タイミングは、振動ミラー１０の振動振幅が安定したタイミングである。ここで、動作点がＰ２に遷移したタイミングである。駆動信号を停止することで、振動ミラー１０は減衰振動を開始する。動作点はＰ２からＰ３に遷移し、さらに曲線Ｒ１に沿ってＰ５に向かう。

Ｓ１００３で、制御回路２０４は、検出信号Ｖｄに基づき振動振幅を測定する。ここでは、振動振幅を間接的に示すパラメータとしてピーク値Ｖｐｒが得られる。

Ｓ１００４で、制御回路２０４は、比較回路２４２を用いて振動振幅が第２の閾値Ａｓ２未満になったかどうかを判定する。振動振幅が第２の閾値Ａｓ２未満でなければ、Ｓ１００３に戻る。振動振幅が第２の閾値Ａｓ２未満になればＳ１００５に進む。振動振幅が第２の閾値Ａｓ２未満になった瞬間の動作点が図９に示したＰ４である。

Ｓ１００５で、制御回路２０４は、共振周波数ｆ０を測定する。

Ｓ１００６で、制御回路２０４は、測定された共振周波数ｆ０を駆動周波数に設定して駆動回路２４３に駆動周波数ｆ０の駆動信号Ｄｒｖを出力させ、振動ミラー１０を再駆動する。図９によれば、動作点がＰ５からＰ６’に遷移する。

Ｓ１００７で、制御回路２０４は、駆動周波数を徐々に低下させる。これにより、動作点は、周波数特性Ｗ１に沿ってＰ６’からＰ７に向かって遷移する。

Ｓ１００８で、制御回路２０４は、振動振幅（ピーク値Ｖｐｈ）を測定し、測定した振動振幅が第１の閾値Ａｓ１を超えたかどうかを判定する。振動振幅が第１の閾値Ａｓ１を超えていなければ、Ｓ１００７に戻り、さらに駆動周波数を低下させる。一方、振動振幅が第１の閾値Ａｓ１を超えていれば、Ｓ１００９に進む。図９では、動作点がＰ７に到達すると、振動振幅が第１の閾値Ａｓ１を超えている。

Ｓ１００９で、制御回路２０４は、駆動回路２４３に駆動信号Ｄｒｖの出力を停止させる。これにより、動作点は周波数特性Ｗ１上のＰ７から曲線Ｒ１上のＰ８に遷移し、さらに曲線Ｒ１に沿ってＰ９に向かう。

Ｓ１０１０で、制御回路２０４は、振動振幅（ピーク値Ｖｐｈ）を測定し、測定した振動振幅が第１の閾値Ａｓ１未満になったかどうかを判定する。測定した振動振幅が第１の閾値Ａｓ１未満になると、Ｓ１０１１に進む。

Ｓ１０１１で、制御回路２０４は、振動振幅が第１の閾値Ａｓ１未満になった瞬間の共振周波数ｆｓを測定する。

Ｓ１０１２で、制御回路２０４は、共振周波数ｆｓを駆動周波数に設定し、駆動信号Ｄｒｖの出力を駆動回路２４３に再開させる。

このように、２つの閾値を設けることで、振動振幅がゼロに近いときの共振周波数ｆ０から振動ミラー１０を駆動することで、振動ミラー１０が制御不能に陥りにくくなる。特に、非線形性の強く現れた周波数特性を有する振動ミラーであっても、制御不能に陥りにくくなる。また、目標振幅を達成可能な共振周波数に近い駆動周波数を適切に設定できるようになる。

図１１ないし図１３は、振動振幅を調整するための駆動信号の振幅調整方法を説明するための図である。図１１ないし図１３は、図４の周波数特性の共振点付近を拡大したものである。とりわけ、図１１は、目標となる振動振幅（目標振幅Ａｄｒｖ）が閾値Ａｓよりも大きい場合の例を示している。上述したように、画像形成装置などでは、画像の書き出しタイミングを決定するためのフォトセンサ（ビームディテクト（ＢＤ）センサと呼ばれることもある。）が配置される所定の走査角に相当する振動振幅が閾値Ａｓに設定される。今、周波数特性がＷ２であり、動作点Ｐ１１において共振周波数ｆｓが検出され、それが駆動周波数に設定されたと仮定する。なお、共振周波数ｆｓを検出するために使用された駆動信号Ｄｒｖの振幅（電圧または電流）をＶ１とする。駆動回路２４３は、振幅をＶ１とし、駆動周波数ｆｓとした駆動信号Ｄｒｖを生成して駆動コイル１２０に供給することで、振動ミラー１０の動作点はＰ１２に遷移する。図１１からわかるように、動作点Ｐ１２での振動ミラー１０の振動振幅は目標振幅Ａｄｒｖを超えている。

そこで、制御回路２０４は、駆動信号Ｄｒｖの振幅を低下させることで、周波数特性をＷ２からＷ１に変更し、振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖに調整してもよい。つまり、動作点は、周波数特性Ｗ２上のＰ１２から周波数特性Ｗ１上のＰｄｒｖに遷移する。

振動振幅の閾値ＡｓがＢＤセンサの配置された走査角に相当する場合には、動作点Ｐ１２の状態で確実に走査光を検出できるようになろう。また、ＢＤセンサが走査光を検出したときに出力するＢＤ信号の間隔などに基づいて制御回路２０４は駆動信号の振幅や周波数を調整してもよい。

図１２は、閾値Ａｓを目標振幅Ａｄｒｖに一致させた例を示す図である。この場合、画像形成装置などでは、ＢＤセンサの配置された走査角に相当する振動振幅が、閾値Ａｓよりも低い位置に相当する走査角に設定される。この場合、Ｐ１１で共振周波数の特性を示す曲線Ｒ１と目標振幅Ａｄｒｖ（＝閾値Ａｓ）が交差しており、Ｐ１１で検出された周波数ｆｓは共振周波数そのものである。しかし、Ｐ１１は、非線形性の大きい周波数特性では非常に不安定な位置である。そこで、制御回路２０４は、周波数ｆｓから所定の周波数Δｆだけ高周波側（安定側）にシフトした駆動周波数（ｆｓ＋Δｆ）を駆動回路２４３に設定する。Δｆについては、振動ミラー１０が安定的に動作可能なように、実験やシミュレーションによって予め求めておくものとする。さらに、制御回路２０４は、周波数ｆｓを検出したときに使用していた振幅と同じ大きさの振幅の駆動信号を駆動回路２４３から駆動コイル１２０に印加させる。その結果、動作点は、周波数特性Ｗ２上のＰ１２に移動する。さらに、制御回路２０４は、振動ミラー１０の振動振幅を監視しながら、駆動回路２４３を制御して駆動信号Ｄｒｖの振幅を徐々に小さくして行く。振動ミラー１０の振動振幅（ピーク値Ｖｐｈ）が目標振幅Ａｄｒｖ（＝閾値Ａｓ）に一致したら、制御回路２０４は、駆動信号Ｄｒｖの振幅の調整を終了する。

図１３は、目標振幅Ａｄｒｖが閾値Ａｓよりも大きい場合の他の例を示す図である。図１３では図１１と比較して共振周波数に近い位置に動作点を正確に設定することができる。

図４を用いて説明したように、繰り返し周期測定回路２４１により周波数測定を行った際に、制御回路２０４は、振動振幅（Ｖｐｈ）と共振周波数とについて２つ以上のセットをメモリに記憶する。図４では、Ｐ３、Ｐ７について共振周波数ｆ２、ｆ３とそれぞれ振動振幅を検出し、さらに閾値Ａｓでの共振周波数ｆｓを検出する。制御回路２０４は、これらのデータから目標振幅Ａｄｒｖに相当する共振周波数ｆｓ’を推定する。たとえば、メモリに記憶した振動振幅と共振周波数とのセットから曲線Ｒ１や曲線Ｒ１に近似した直線の方程式（関数）を求め、目標振幅Ａｄｒｖを代入することで、共振周波数ｆｓ’を求めてもよい。一般に、曲線Ｒ１は２次関数となるため、曲線Ｒ１上の２点の座標がわかれば、曲線Ｒ１を表す方程式（２次関数）が得られる。

上述したように共振周波数ｆｓ’で駆動すると振動ミラー１０が制御不能に陥る場合がある。そこで、制御回路２０４は、所定の周波数Δｆだけ高周波側にシフトした周波数ｆｓ’＋Δｆを駆動回路２４３に設定することで振動ミラー１０を駆動し、その後、動作点Ｐ１２からＰｄｒｖに向かうように駆動信号Ｄｒｖの振幅を調整してもよい。

図１４は、振動ミラー１０の制御方法を説明するための図である。縦軸は振動ミラー１０の振幅を示し、横軸は振動ミラー１０の駆動周波数を示している。制御回路２０４は、振動ミラー１０の目標振幅Ａｄｒｖよりも小さい振動振幅を所定の閾値Ａｓに設定する。そして、制御回路２０４は、振動振幅が閾値Ａｓに一致するとき（つまり振動振幅が閾値Ａｓを下回ったとき）の共振周波数ｆｓ’を求めて、それを駆動周波数に設定する。図４によれば曲線Ｒ１が閾値Ａｓを横切るときの共振周波数ｆｓ’が駆動周波数に設定される。

図１４において、当初の周波数特性はＷ１であり、温度が上昇したときの周波数特性はＷ２である。光走査装置１に電力が投入されて起動すると、制御回路２０４は、駆動信号Ｄｒｖを調整することで、振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖに近づけて行く。ここでは、駆動信号Ｄｒｖの当初の駆動周波数はｆｓである。また、動作点はＰ１である。

図１４に示すように、駆動周波数ｆｓで振動ミラーを駆動しているときに、周波数特性が低周波側にシフトしたとする（Ｗ１＝＞Ｗ２）。このような周波数特性の変化は、振動ミラー１０の温度上昇により、金属材料のヤング率が低下した場合に発生する。この場合、周波数特性Ｗ１上のＰ１にあった動作点は周波数特性Ｗ２上のＰ２に移動し、振幅が減少する。しかし、通常、制御回路２０４は、振動ミラー１０の振幅をフォトセンサなどで検出し、振幅が目標振幅Ａｄｒｖになるように駆動信号を制御している。そのため、制御回路２０４は、駆動信号の電流または電圧を増大させることで、動作点をＰ１に戻そうとする。このときの動作点Ｐ１は、本来の共振周波数の動作点Ｐ３から大きく離れているためにジッタなどの弊害が生じやすい。この状態で制御回路２０４が駆動信号Ｄｒｖの供給を停止すると、振動ミラー１０は、Ｐ３からＰ４に向かって動作点が移動するように減衰振動を開始する。振幅は目標振幅Ａｄｒｖから徐々に減衰してゆき、ついには閾値Ａｓに一致する。制御回路２０４は、振幅が閾値Ａｓに一致したとき（または下回ったとき）の共振周波数ｆｓ’を検出する（動作点Ｐ４）。そして、制御回路２０４は、共振周波数ｆｓ’を駆動周波数とした駆動信号を生成して出力することで、振動ミラー１０を再駆動する。これにより、周波数特性上の適切な位置に動作点Ｐｄｒｖが再設定され、ジッタなどが低減される。

図１５は、振動ミラー１０の制御方法の他の例を説明するための図である。この例では制御回路２０４が、２つの閾値Ａｓ１、Ａｓ２（ただし、Ａｓ１＞Ａｓ２）を使用して共振周波数を検出し、駆動周波数を決定する。図１５では、周期測定回路２４１は、振動ミラー１０の減衰振動の振幅が第１の閾値Ａｓ１を下回ったときの第１の振動周期Ｔ１を検出するとともに、振動ミラー１０の減衰振動の振幅が第１の閾値Ａｓ１よりも小さな第２の閾値Ａｓ２を下回ったときの第２の振動周期Ｔ２を検出する。制御回路２０４は、第１の振動周期Ｔ１と第２の振動周期Ｔ２とに基づき駆動周波数を決定する。

制御回路２０４は、当初の周波数特性Ｗ１において、駆動周波数ｆ１で振動ミラー１０を駆動している。当初の周波数特性Ｗ１から、より低周波側の周波数特性Ｗ２にシフトが発生すると、動作点はＰ２に遷移しようとするが、制御回路２０４の振幅制御によって、Ｐ１に留まろうとする。この状態で駆動信号を停止すると、動作点Ｐ３から減衰振動が開始され、閾値Ａｓ１を切ったときの動作点Ｐ４の共振周波数ｆ２が得られる。さらに振幅が減衰して行く。制御回路２０４は、比較回路２４２を用いて、閾値Ａｓ２を下回ったときの動作点Ｐ５の共振周波数ｆ３を検出する。検出信号Ｖｄからの共振周波数（周期Ｔ１、Ｔ２）の検出と振幅の検出の方法は、図１４を用いて説明したとおりである。制御回路２０４は、動作点Ｐ４と動作点Ｐ５の直線外挿により駆動周波数ｆを算出する。つまり、制御回路２０４は、動作点Ｐ４と動作点Ｐ５を通る直線Ｌと目標振幅Ａｄｒｖとの交点（Ｐｄｒｖ）を求め、さらにそのときの周波数ｆ４を求める。

制御回路２０４は、駆動周波数をｆ４に設定する。駆動回路２４３は、設定された駆動周波数をｆ４の駆動信号を生成する。これにより、振動ミラー１０が再駆動される。図１５が示すように、動作点はＰ７からＰｄｒｖに移動する。

共振周波数はほぼ振動振幅の２次関数である。そのため、共振周波数を示す曲線Ｒ１上の２点の直線外挿により求められる駆動周波数は、確実に曲線Ｒ１よりも高周波側の周波数になる。よって、振動ミラー１０の特性の非線形性が大きくても、振幅変化が急峻な領域に入りにくくなる。

図１６が示すように、制御回路２０４は、振幅がゼロのときの共振周波数ｆ５を駆動周波数に設定してもよい。制御回路２０４は、第１の振動周期Ｔ１および第２の振動周期Ｔ２とから、振動ミラー１０の減衰振動の振幅がゼロのときの共振周波数ｆ５を推定する。この推定も動作点Ｐ４と動作点Ｐ５の直線外挿により実現されてもよい。制御回路２０４、推定した共振周波数ｆ５と等しい駆動周波数を駆動回路２４３に設定する。駆動回路２４３は、設定された駆動周波数の駆動信号を駆動コイル１２０に供給することで、振動ミラー１０を再駆動させる。図１６によれば、動作点がＰ６からＰ８に移動する。
その後、駆動回路２４３は、駆動周波数を徐々に低下させて行くことで振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖに制御する。つまり、駆動周波数を調整することで、動作点がＰ８からＰｄｒｖへ移動する。

図１５の制御手法では、減衰振動の終盤に残っている振動の周波数と異なる駆動周波数で駆動を開始するため、瞬間的に振動が不安定になる可能性があるが、一度の駆動周波数設定で簡単に駆動できるメリットがある。図１６の制御手法では、再駆動後に駆動周波数を徐々にシフトしていくため、減衰振動の終盤の振動を利用してスムーズに再駆動を開始できるメリットがある。

以上説明したように、本実施形態によれば、振動ミラー１０の減衰振動の振幅が所定の閾値を下回ったときの振動周期に対応した共振周波数を駆動信号の駆動周波数に設定するため、金属材料を用いた振動ミラー１０に対しても適切に駆動周波数を設定することが可能となる。とりわけ、制御回路２０４は、駆動回路２４３を停止させたときに検出された振動振幅が所定の閾値Ａｓを超えるまで、駆動回路２４３の停止（Ｓ５０２）、振動振幅および振動周波数の検出（Ｓ５０３）、および、当該振動周波数に対応した駆動周波数の駆動信号による振動ミラーの再駆動（Ｓ５０６）を繰り返し実行する。さらに、制御回路２０４は、振動振幅が所定の閾値Ａｓを超えると、振動ミラー１０に減衰振動を継続させ（Ｓ５０４でＹＥＳ）、振動振幅が所定の閾値Ａｓ未満になったとき（Ｓ５０７でＹＥＳ）に検出された減衰振動の振動周波数に対応した駆動周波数の駆動信号で振動ミラーを駆動する（Ｓ５０８、Ｓ５０９）。これにより、金属材料を用いた振動ミラー１０であっても安定して駆動できるようになる。

とりわけ、図５を用いて説明したように、制御回路２０４は、振幅が所定の閾値を超えるまで繰り返し実行される振動ミラーの再駆動を、振動ミラーの振動が停止してから実行してもよい。これは、振動ミラー１０の非線形特性が大きい場合であっても振動ミラー１０を安定して駆動しやすくする。

一方で、図７を用いて説明したように、制御回路２０４は、振幅が所定の閾値を超えるまで繰り返し実行される振動ミラー１０の再駆動を、振動ミラー１０の振動が停止するのを待たずに実行してもよい。これによれば、より短時間で制御を完了できるようになる。

図１１を用いて説明したように、制御回路２０４は、振動ミラー１０の振幅が所定の閾値Ａｓ未満になったときに検出された振動周波数ｆｓに対応した駆動周波数の駆動信号で振動ミラー１０を駆動した後で、振動ミラー１０の振動振幅が目標振幅Ａｄｒｖに一致するまで、駆動信号の振幅を調整してもよい。

図１２を用いて説明したように、目標振幅Ａｄｒｖは所定の閾値Ａｓと等しくてもよい。この場合、制御回路２０４は、振動ミラー１０の振幅が所定の閾値Ａｓ未満になったときに検出された振動周波数に対応した駆動周波数ｆｓに所定のシフト値Δｆを加算し、加算して得られた駆動周波数の駆動信号で振動ミラー１０を駆動してもよい。目標振幅Ａｄｒｖが所定の閾値Ａｓに等しい場合であっても、安定して振動ミラー１０を駆動することができる。

目標振幅Ａｄｒｖは所定の閾値Ａｓよりも大きくてもよい。この場合、振動ミラー１０のヒステリシスの影響を受けることがある。図１３を用いて説明したように、制御回路２０４は、振動ミラー１０を減衰振動させることで得られた振動周波数と振動振幅との関係から、目標振幅Ａｄｒｖに対応して共振周波数ｆｓ’を求める。さらに制御回路２０４は、当該共振周波数ｆｓ’に所定のシフト値Δｆを加算し、加算して得られた駆動周波数の駆動信号を、検出された振動周波数に対応した駆動周波数の駆動信号として用いて振動ミラー１０を駆動し、その後、振動ミラー１０の振動振幅が目標振幅Ａｄｒｖに一致するまで、駆動信号の振幅を調整してもよい。振動ミラー１０のヒステリシスの影響を受けやすい場合であっても、本実施形態では、安定して振動ミラー１０を駆動することができるようになる。

また、図９や図１０を用いて説明したように２つの閾値を用いて駆動周波数を決定してもよい。制御回路２０４は、振動ミラー１０を起動できない駆動周波数ｆ２よりも高い第１の駆動周波数ｆ１の駆動信号で振動ミラー１０を駆動し（Ｓ１００１）、当該駆動信号の生成を停止させて（Ｓ１００２）、振動ミラー１０に減衰振動を開始させ、振動ミラー１０の振動の振幅が第１の閾値Ａｓ１よりも小さい第２の閾値Ａｓ２未満になったときの減衰振動の周波数ｆ０を検出する（Ｓ１００３，Ｓ１００４、Ｓ００５）。制御回路２０４は、周波数ｆ０を駆動周波数とした駆動信号で振動ミラー１０を駆動し（Ｓ１００６）、当該駆動周波数を徐々に低下させながら振動ミラーの振動の振幅を検出させる。（Ｓ１００７、Ｓ１００８）。制御回路２０４は、当該振幅が第１の閾値Ａｓ１を超えると当該駆動信号の生成を停止させて（Ｓ１００９）、振動ミラー１０に減衰振動を開始させる。さらに制御回路２０４は、振動ミラー１０の振幅が第１の閾値Ａｓ１未満になったときに検出された減衰振動の周波数に対応した駆動周波数の駆動信号で振動ミラーを駆動する（Ｓ１０１０〜Ｓ１０１２）。これにより、金属材料を用いた振動ミラーに対しても適切に駆動周波数を設定することが可能となる。

なお、図２を用いて説明したように検出コイル１２１と駆動コイル１２０とを共通コイル１２２としてもよい。この場合、コイルの巻き数を簡単に増やすことができる。振動の周期を検出する方法としては、コイルを使用することは必須ではない。振動ミラー１０によって走査される光を検出するフォトセンサや、振動ミラー１０が振動することで発生する梁１０１の歪みを検知する歪ゲージ、振動ミラー１０が振動することで発生する静電容量の変化を検出するセンサ、振動ミラー１０に取り付けられた圧電素子などのうち、いずれであってもよい。

本実施形態によれば、振動ミラー１０の減衰振動の振幅が所定の閾値を下回ったときの振動周期に対応した共振周波数を駆動信号の駆動周波数に設定するため、金属材料を用いた振動ミラー１０に対しても適切に駆動周波数を設定することが可能となる。また、図１５や図１６を用いて説明したように２つの閾値を用いて駆動周波数を決定してもよい。図１５の制御手法では、制御回路２０４は駆動回路２４３に駆動周波数を１回設定するだけで、簡単に振動ミラー１０を駆動できる。一方、図１６の制御手法では、減衰振動の終盤の共振周波数により再駆動し、その後に駆動周波数を徐々にシフトして行くため、スムーズに再駆動を開始できる。

（実施例１）
図１７は、光走査装置１を備えた画像形成装置２を示す。光源３３０から射出されたレーザー光は、射出光学系３２０を通過した後に振動ミラー１０によって走査される。さらにレーザー光は、結像光学系３２１により感光体３１０上を主走査方向に走査する。感光体３１０が回転することで副走査が実行される。これにより、感光体３１０に静電潜像が形成される。静電潜像は、その後、現像装置によりトナーが付与されて、トナー像へと現像される。トナー像は転写装置によって記録材上に転写され、定着装置によって定着される。

制御回路２０５は、上述した制御回路２０４を内包しており、さらに、光源３３０の制御と、フォトセンサ３００、３０１からの光検出信号に応じて振動ミラー１０の振幅を一定の振幅となるように制御する。検出回路２００には、上述した増幅回路２０１、パルス化回路２０２およびピークホールド回路２０３を内包している。制御回路２０５は、１枚の画像が形成される毎に、振動ミラー１０の駆動周波数を調整する。制御回路２０５は、光源３３０にレーザー光の出力を停止させ、さらに振動ミラー１０の駆動信号の出力も停止する。これにより、振動ミラー１０は減衰振動を開始する。上述した方法にしたがって検出回路２００は振動ミラー１０の振動振幅に連動した検出信号Ｖｄから、ピーク値Ｖｐｈとパルス信号Ｐｄを制御回路２０５に出力する。制御回路２０５は、ピーク値Ｖｐｈとパルス信号Ｐｄに基づき共振周波数ｆを求め、求めた共振周波数ｆを駆動回路２４３の駆動周波数として設定する。駆動回路２４３は、設定された駆動周波数ｆの駆動信号を生成して出力する。なお、制御回路２０５は、感光体３１０の回転速度などの画像形成速度に係わる画像形成装置２の本体クロックを駆動周波数ｆに合わせて調整する。その後、制御回路２０５は、光源３３０を駆動してレーザー走査を行い、フォトセンサ３００、３０１の出力信号の時間間隔に基づいて、振動ミラー１０の振動振幅が目標振幅となるように駆動信号Ｄｒｖの振幅を微調整する。これにより、ジッタなどの振動状態の変動を抑えることができる。

本実施形態の光走査装置１を画像形成装置２に適用することで、温度などの環境変化に追従して駆動周波数を調整できるため安価で信頼性の高い画像形成装置２を提供できる。

（実施例２）
図１８は、光走査装置１を用いた映像投射装置３を示す。光源装置３３１は、ＲＧＢ３色のレーザー光源を有している。光源装置３３１から射出されたレーザー光は、振動ミラー１０によって水平方向に２０ｋＨｚ近傍の周波数で走査される。レーザー光はさらに、垂直走査装置３４０によって６０Ｈｚ程度の周波数で垂直走査される。これらによって２次元的走査が実現され、スクリーン３５０上に映像が投射される。

制御回路２０６は、上述した制御回路２０４を内包している。検出回路２００には、上述した増幅回路２０１、パルス化回路２０２およびピークホールド回路２０３を内包している。制御回路２０６には映像信号源３６０から映像信号が入力される。制御回路２０６は、映像信号に応じて光源装置３３１を駆動する。また、制御回路２０６は、フォトセンサ３０３の出力信号に基づいて光源装置３３１の発光タイミングを調整する。

制御回路２０６に内包されている制御回路２０４は、上述した手順で駆動周波数を調整する。駆動周波数の調整タイミングは、定期的であってもよいし、映像信号源３６０から信号が入力されたタイミングであってもよい。制御回路２０６は、光源装置３３１のレーザー出力を停止させるとともに、振動ミラー１０の駆動信号の供給を停止する。これにより、振動ミラー１０は減衰振動を開始する。上述した方法にしたがって検出回路２００は振動ミラー１０の振動振幅に連動した検出信号Ｖｄから、ピーク値Ｖｐｈとパルス信号Ｐｄを制御回路２０６に出力する。制御回路２０６は、ピーク値Ｖｐｈとパルス信号Ｐｄに基づき共振周波数ｆを求め、求めた共振周波数ｆを駆動回路２４３の駆動周波数として設定する。駆動回路２４３は、設定された駆動周波数ｆの駆動信号を生成して出力する。制御回路２０６は、振動ミラー１０の駆動周波数に同期するように、垂直走査装置３４０の駆動周波数も調整する。駆動周波数の調整が終了すると、制御回路２０６は、光源装置３３１の駆動を再開するとともに、振動ミラー１０および垂直走査装置３４０の駆動も再開する。

本実施形態の光走査装置１を映像投射装置３に適用することで、温度などの環境変化に追従して駆動周波数を調整できるため安価で信頼性の高い映像投射装置３を提供できる。

（その他）
図１を用いて、本実施形態の振動ミラー１０の構造について説明したが、本発明は図１に示した構造にのみ限定されるわけではない。たとえば、ミラー部にコイルを形成し、振動ミラー１０の外部に磁石を配置してもよい。この構造では、ミラー部に配置されたコイルによって振動ミラー１０に駆動力を印加するとともに、検出信号Ｖｄを生成できる。また、ミラー部に圧電素子を配置し、圧電素子の出力から減衰振動を検出してもよい。また、振動ミラーに静電駆動方式を採用する場合、静電容量の変化を検出してもよい。この場合は、静電容量の変化を検出するセンサが必要となる。さらに、ミラー部材１０３およびミラー部材１０４のうち一方を光の走査に利用し、他方を振動の検出に利用してもよい。この場合、他方のミラー部材に対して光源から光を照射し、ミラー部材からの反射光をフォトセンサで検出することで、検出信号Ｖｄが得られる。さらに、駆動方法と検出方法の組み合わせも限定されるものではない。たとえば、電磁駆動方式の振動ミラー１０に対して、歪ゲージを設け、歪ゲージによって梁の捩れを検出してもよい。この場合は、歪ゲージからの出力信号が検出信号Ｖｄとして使用される。

本実施形態では、ばねの非線形性による振動ミラーの特性として、振幅の増加に伴って共振周波数が低下するものを取り上げたが、振幅の増加に伴って共振周波数が上昇するものに本発明を適用してもよい。その場合、ヒステリシスが生じる急峻な特性は、図３のグラフと対称的に共振周波数に対して高周波数側に現れるため、本実施形態とは対称的に駆動周波数を制御して、動作点を低周波数側に設定するように制御される。

さらに、上述した実施形態では周期測定回路２４１によって求められた共振周波数を駆動周波数にそのまま設定したが、検出された共振周波数に駆動周波数を一致させなくてもよい。また、上述した実施形態では閾値未満や閾値以上を判定条件としたが、閾値以下や閾値を超えていることを判定条件としてもよい。

上述した実施形態では検出された共振周波数（振動周波数）をそのまま駆動周波数に設定したが、両者は完全に一致していなくてもよい。たとえば、得られた共振周波数ｆｓの値から設定する駆動周波数を推定できれば十分である。たとえば、共振周波数ｆｓから１Ｈｚ低い周波数を駆動周波数に設定してもよいし、共振周波数ｆｓの９９％となる周波数を駆動周波数として設定してもよい。共振周波数ｆｓと既知の周波数特性の関数とから駆動周波数を決定してもよい。あるいは、共振周波数ｆｓと駆動周波数とを関連付けたテーブルをメモリに格納しておき、共振周波数ｆｓに基づきテーブルを参照して、駆動周波数を決定してもよい。

図１９は、振動ミラー１０の他の構成例を示す図である。図１９に示した振動ミラー１１は、図１や図２に示した振動ミラー１０と置換可能であり、上述した実施形態は基本的に振動ミラー１１にも適用可能である。なお、すでに説明した個所には同一の参照符号を付与することで、説明の簡潔化を図ることにする。振動ミラー１１には、ミラーベース部１０２を挟んで両側に第１の梁１０１ａと第２の梁１０１ｂが配置されている。ミラーベース部１０２に接合された非磁性部材１０７の上に磁石１０５が配置されている。その他の構成は、図１または図２に示した構成と同様である。

図１９だけでなく、図１に関しても次のことが言える。ミラーベース部１０２に用いられる高弾性の材料としては、磁性を有するものが採用されうる。磁石１０５はミラーベース部１０２と接触していない。そのため、磁石１０５から延びる磁力線のうちミラーベース部１０２に引き込まれてしまう磁力線の量は、磁石１０５とミラーベース部１０２とが直接接合している場合の量に比べて、格段に少なくなる。磁石１０５の磁力線がミラーベース部１０２に引き込まれると、振動ミラー１０の駆動に寄与する磁力が低下してしまう。そのため、同じ駆動トルクを与えるには、駆動磁界を大幅に増大させる必要が生じる。つまり、ミラーベース部１０２が磁性を有する場合、大きな駆動磁界が必要となる。大きな駆動磁界の影響でミラーベース部１０２とヨーク１１０との間に吸引力が働く。これは、振動ミラー１０に撓み振動を誘起する原因となる。減衰振動の振動振幅や振動周波数（共振周波数）を検出する際にこの撓み振動が発生すると、これらのパラメータを正確に検出できなくなる。パラメータの検出精度が低下すれば、正確に振動ミラー１０を制御することが困難となる。磁石１０５からの磁力線の量は磁石１０５から距離が離れるにしたがって急激に減少する。よって、磁石１０５をミラーベース部１０２に物理的に接触させず、非磁性材料を介してこれらを接合することで、撓み振動の発生を抑制できるようになる。

図１、図２においては磁石１０５がミラー部の端部に配置され、図１９においては磁石１０５が非磁性部材の上に配置されている。この配置により、ミラーベース部１０２よりも、駆動磁界を発生するヨーク１１０に磁石１０５を接近させることができる。その結果、駆動効率が向上するとともに、ミラーベース部１０２には磁界が加わりにくくなる。また、駆動効率の向上に伴って、駆動磁界をより低減できる。その結果、さらに撓み振動の発生などの悪影響を削減できるようになる。また、磁石１０５をヨーク１１０に接近させることができるため、逆起電力の検出信号の振幅が増大し、共振周波数検出の精度も向上しよう。

以上説明したように、本実施形態によれば、磁性を有する金属材料を用いた梁１０１、１０１ａ、１０１ｂと、梁１０１、１０１ａ、１０１ｂに固定され、磁性を有する金属材料を用いたミラーベース部１０２とから、磁石１０５を離間して配置している。したがって、駆動周波数を調整するために振動ミラー１０の駆動停止と再駆動とを頻繁に繰り返したとしても、振動ミラー１０を安定して駆動できるようになる。なお、離間部分に非磁性材料を挿入すれば、さらに安定して振動ミラーを駆動できるようになろう。たとえば、図１、図２によれば、磁石１０５とミラーベース部１０２との間には、非磁性の接着剤などの非磁性部材が配置されてもよい。これにより、磁石１０５からミラーベース部１０２に向かう磁力線の量をさらに削減できるようになる。

図１、図２によれば、梁１０１の長手方向におけるミラーベース部１０２のサイズを、ミラー部材１０３およびミラー部材１０４のサイズよりも大きくすることで、磁石１０５はミラー部材１０３およびミラー部材１０４に接合しつつ、ミラーベース部１０２から離間して配置されることになる。ミラー部材１０３およびミラー部材１０４は、光を反射する鏡面を有するが、シリコン基板などの非磁性部材であってもよい。このような構造を採用することで、磁石１０５を、磁性を有する金属材料から離間して配置させてもよい。図１、図２によれば、磁石１０５は、ミラー部材１０３およびミラー部材１０４の表面のうち鏡面とは異なる面に接合されている。なお、磁石１０５をミラー部材１０３およびミラー部材１０４の鏡面に設けてもよいが、この場合は光を走査するために使用される鏡面領域を避けた位置に磁石１０５が配置されることになろう。図１９によれば、非磁性部材１０７に磁石１０５が接合されている。

振動ミラー１０（１１）の質量体は、梁１０１（１０１ａ、１０１ｂ）の捩り回転軸に対して対称となるように配置ないしは配分されうる。質量体としては、たとえば、ミラーベース部１０２、ミラー部材１０３、ミラー部材１０４、磁石１０５および非磁性部材１０７などである。このように質量体の質量を捩り回転軸に対して対称に配分されるよう、質量体を配置することで、さらに振動ミラーは安定して振動できるようになる。

上記のような振動ミラーの構造は、駆動周波数を調整するために振動ミラーの駆動停止と再駆動とを頻繁に繰り返したとしても、振動ミラーを安定駆動することに貢献するであろう。

Claims (26)

1. 振動ミラーにより光を走査する光走査装置であって、
   振動ミラーと、
   前記振動ミラーに駆動力を印加する駆動力印加手段と、
   を有し、
   前記振動ミラーは、
   磁性を有する金属材料を用いた梁と、
   前記梁に固定され、磁性を有する金属材料を用いたベースと、
   前記ベースおよび前記梁から離間して配置され、前記梁に対してねじりトルクを付与する磁石と
   を有することを特徴とする光走査装置。
2. 前記磁石と前記ベースとの間には非磁性部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記非磁性部材は、非磁性の接着剤であることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記ベースには、光を反射する鏡面を有し、非磁性部材であるミラー部材が接合されており、
   前記磁石は、前記ミラー部材の表面のうち前記鏡面または当該鏡面とは異なる面に接合されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記梁の捩り回転軸に対して、前記非磁性部材の質量が対称となるように、前記非磁性部材が配置されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の光走査装置。
6. 前記梁の捩り回転軸に対して、前記ミラー部材の質量が対称となるように、前記ミラー部材が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
7. 前記梁の捩り回転軸に対して、前記磁石の質量が対称となるように、前記磁石が配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 前記梁の捩り回転軸に対して、前記ベースの質量が対称となるように、前記ベースが配置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光走査装置。
9. 前記駆動力印加手段を停止させて、前記振動ミラーに減衰振動を開始させる制御手段と、
   前記振動ミラーの減衰振動の振動周波数を検出する周波数検出手段と、
   前記振動ミラーの減衰振動の振動振幅を検出する振幅検出手段と、
   をさらに有し、
   前記制御手段は、前記駆動力印加手段を停止させたときに検出された前記振動振幅が所定の閾値を超えるまで、前記駆動力印加手段の停止、前記振動振幅の検出、前記振動周波数の検出、および、当該振動周波数に対応した駆動周波数の駆動信号による前記振動ミラーの再駆動を繰り返し実行し、前記振動振幅が前記所定の閾値を超えると、前記振動ミラーに減衰振動を継続させ、前記振動振幅が前記所定の閾値未満になったときに検出された減衰振動の振動周波数に対応した駆動周波数の駆動信号で前記振動ミラーを駆動することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光走査装置。
10. 前記制御手段は、前記振幅が前記所定の閾値を超えるまで繰り返し実行される前記振動ミラーの再駆動を、前記振動ミラーの振動が停止してから実行することを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
11. 前記制御手段は、前記振幅が所定の閾値を超えるまで繰り返し実行される前記振動ミラーの再駆動を、前記振動ミラーの振動が停止するのを待たずに実行することを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
12. 前記制御手段は、前記振動ミラーの振幅が前記所定の閾値未満になったときに検出された振動周波数に対応した駆動周波数の駆動信号で前記振動ミラーを駆動した後で、前記振動ミラーの振動振幅が目標振幅に一致するまで、前記駆動信号の振幅を調整することを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の光走査装置。
13. 前記目標振幅は前記所定の閾値と等しいことを特徴とする請求項１２に記載の光走査装置。
14. 前記制御手段は、前記振動ミラーの振幅が前記所定の閾値未満になったときに検出された振動周波数に対応した駆動周波数に所定のシフト値を加算し、加算して得られた駆動周波数の駆動信号で前記振動ミラーを駆動することを特徴とする請求項９ないし１３のいずれいずれか１項に記載の光走査装置。
15. 前記目標振幅は前記所定の閾値よりも大きいことを特徴とする請求項１２に記載の光走査装置。
16. 前記制御手段は、前記振動ミラーを減衰振動させることで得られた振動周波数と振動振幅との関係から、前記目標振幅に対応して共振周波数を求め、当該共振周波数に所定のシフト値を加算し、加算して得られた駆動周波数の駆動信号を、前記検出された振動周波数に対応した駆動周波数の駆動信号として用いて前記振動ミラーを駆動し、その後、前記振動ミラーの振動振幅が目標振幅に一致するまで、前記駆動信号の振幅を調整することを特徴とする請求項１５に記載の光走査装置。
17. 前記駆動力印加手段は、前記振動ミラーに取り付けられている磁石が発生する磁界と作用する磁界を発生する第１のコイルを有し、
    前記周波数検出手段は、前記振動ミラーとともに前記磁石が振動することで発生する磁界の変化に応じた起電力を発生する第２のコイルを有していることを特徴とする請求項９ないし１６のいずれか１項に記載の光走査装置。
18. 前記第１のコイルと前記第２のコイルとが共通のコイルにより構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の光走査装置。
19. 前記周波数検出手段は、
    前記振動ミラーによって走査される光を検出するフォトセンサ、
    前記振動ミラーが振動することで発生する当該振動ミラーの梁の歪みを検知する歪ゲージ、
    前記振動ミラーが振動することで発生する静電容量の変化を検出するセンサ、
    前記振動ミラーに取り付けられた圧電素子
    のうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項９ないし１６のいずれか１項に記載の光走査装置。
20. 前記制御手段は、前記振動ミラーを起動できない第１の駆動周波数ｆ２よりも高い第２の駆動周波数ｆ１の駆動信号で前記振動ミラーを駆動し、当該駆動信号の生成を停止させて前記振動ミラーに減衰振動を開始させ、前記振動ミラーの振動の振幅が第１の閾値よりも小さい第２の閾値未満になったときの前記減衰振動の周波数ｆ０を検出し、前記周波数ｆ０を駆動周波数とした駆動信号で前記振動ミラーを駆動し、当該駆動周波数を徐々に変化させながら前記振動ミラーの振動の振幅を検出させ、当該振幅が前記第１の閾値を超えると当該駆動信号の生成を停止させて前記振動ミラーに減衰振動を開始させ、前記振動ミラーの振幅が前記第１の閾値未満になったときに検出された減衰振動の周波数に対応した駆動周波数の駆動信号で前記振動ミラーを駆動することを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
21. 前記駆動力印加手段を停止させて、前記振動ミラーに減衰振動を開始させる制御手段と、
    前記振動ミラーの減衰振動の振幅が所定の閾値を下回ったときの振動周期を検出する周期検出手段と、をさらに有し、
    前記制御手段は、前記周期検出手段が検出した振動周期に対応した駆動周波数の駆動信号を前記駆動力印加手段に供給することで、前記振動ミラーを再駆動させることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光走査装置。
22. 前記周期検出手段は、前記振動ミラーの減衰振動の振幅が第１の閾値を下回ったときの第１の振動周期を検出し、前記振動ミラーの減衰振動の振幅が前記第１の閾値よりも小さな第２の閾値を下回ったときの第２の振動周期を検出し、
    前記制御手段は、前記第１の振動周期と前記第２の振動周期とに基づき直線外挿することで得られた振動周期に対応した駆動周波数の駆動信号を前記駆動力印加手段に供給することで、前記振動ミラーを再駆動させることを特徴とする請求項２１に記載の光走査装置。
23. 前記周期検出手段は、前記振動ミラーの減衰振動の振幅が第１の閾値を下回ったときの第１の振動周期を検出し、前記振動ミラーの減衰振動の振幅が前記第１の閾値よりも小さな第２の閾値を下回ったときの第２の振動周期を検出し、
    前記制御手段は、前記第１の振動周期および前記第２の振動周期とから、前記振動ミラーの減衰振動の振幅がゼロのときの共振周波数を推定し、推定した共振周波数と等しい駆動周波数の駆動信号を前記駆動力印加手段に供給することで、前記振動ミラーを再駆動させ、当該駆動周波数を徐々に変化させて行くことで前記振動ミラーの振動振幅を目標振幅に制御することを特徴とする請求項２１に記載の光走査装置。
24. 前記駆動力印加手段は、前記振動ミラーに取り付けられている磁石が発生する磁界と作用する磁界を発生する第１のコイルを有し、
    前記周期検出手段は、前記振動ミラーとともに前記磁石が振動することで発生する磁界の変化に応じた起電力を発生する第２のコイルを有していることを特徴とする請求項２１ないし２３のいずれか１項に記載の光走査装置。
25. 画像形成装置であって、
    光源と、
    前記光源からの光を走査する、請求項１ないし２４のいずれか１項に記載の光走査装置と
    を有することを特徴とする画像形成装置。
26. 映像投射装置であって、
    光源と、
    前記光源からの光を走査する、請求項１ないし２４のいずれか１項に記載の光走査装置と
    を有することを特徴とする映像投射装置。