JP2015099270A - 振動装置、光走査装置、それを用いた画像形成装置および映像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】たとえば、ねじり梁等の梁の共振周波数が変動しても安定した振動を実現する。
【解決手段】たとえば、ねじり梁１１、１２に電流を通電して発熱させることで、鏡面を有する質量体（振動部）２０が一定の振幅で回転振動するように制御される。質量体２０には第１の導電性部材が設けられる。第１の導電性部材を介して電気的に接続された第２の導電性部材および第３の導電性部材によりねじり梁１１、１２を形成する。第１の周波数ｆ１の駆動電流により質量体２０に回転振動が励起される。一方で、第２の導電性部材および前記第３の導電性部材に第２の周波数ｆ２の駆動電流を流すことで梁１１、１２が発熱する。その結果、ねじり梁１１、１２の温度が環境温度よりも高い所定の温度に維持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動素子等を備えた振動装置、あるいは光走査装置、それを用いた画像形成装置および画像投影装置に関し、具体的には、振動ミラーを用いた光走査装置等に関する。

近年、シリコンウエハを用いた、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型の振動ミラーが実用化され、プリンタやプロジェクタなどに応用されている。これに対して、析出硬化型ステンレス鋼や銅合金など疲労源の高い金属材料を用いた振動ミラーも提案されている。これらの振動ミラーは、ミラーを支持するねじり梁を有ししており、ミラーの慣性モーメントとねじり梁のばね定数で決まる共振周波数の近傍で振動する。また、金属材料として恒弾性材料を用いることで、温度によるばね特性の変動、すなわち、共振周波数の変動を抑えた振動ミラーも提案されている（特許文献１）。金属材料を用いた振動ミラーは、シリコンウエハを用いたものと比較して、簡易なプロセスで作製することができ、また、耐衝撃性に優れるという利点も持っている。

特開平１０−２９３２６３号公報

しかし、金属材料を用いた振動ミラーを小型化すると、光走査特性に係わるジッタと呼ばれる走査振幅のばらつきが大きくなるという課題がある。ジッタの原因としては、共振周波数の温度ドリフトがある。温度ドリフトとは、振動ミラーの共振周波数が温度に依存して変化する現象をいう。共振周波数が変動すると走査振幅が変動し、ジッタが現れる。

走査振幅を検出して駆動力を制御することで、走査振幅を所望の振幅に維持することが考えられる。周波数特性上で振幅が極大値となる共振周波数付近では振幅変動が小さいため振幅を制御しやすいが、駆動周波数が共振周波数から外れると制御は困難となる。特に、温度に依存して共振周波数が変動することで駆動周波数から共振周波数が大きくずれてくると、振幅変動が大きくなって制御性が低下する。つまり、ジッタが増大する。特許文献１の振動ミラーでは恒弾性材料を用いることでこの共振周波数の温度ドリフトを抑えているが、恒弾性材料では耐久性が不足しており、振動ミラーの小型化が困難である。

なお、上述した問題は、振動ミラー構造を持つ装置に限定されず、振動部を有する振動装置においても同様に発生するおそれがある。

そこで、本発明は、梁に支持された振動部において安定した振動を実現する技術を提供する。

本発明は、たとえば、
振動部と、
前記振動部を支持する導電性部材から形成された梁と、
前記振動部を振動させる駆動手段と、
前記梁に電流を流す通電手段と
を有することを特徴とする振動装置を提供する。

本発明によれば、梁に通電が可能となるため、梁の温度が調整可能となり、安定した振動特性となるように調整が可能となる。また、本発明の振動装置を光走査装置に適用した場合には、梁の温度が環境温度よりも高い所定の温度に維持可能となるため、共振周波数の温度ドリフトが抑えられ、安定した光走査を実現することができる。

光走査装置の一例を示す斜視図 振動ミラーの一例を示す分解斜視図 振動ミラーの制御方法の一例を示す図 制御部の一例を示すブロック図 振動ミラーの制御方法の一例を示す図 光走査装置の一例を示す斜視図 振動ミラーの制御方法の一例を示す図 振動ミラーの制御方法の一例を示す図 光走査装置の一例を示す斜視図 光走査装置の一例を示す斜視図 光走査装置の一例を示す斜視図 画像形成装置の一例を示す斜視図 映像投射装置の一例を示す斜視図

本発明では、振動部を支持する梁に電流を通電可能としたことで、振動部の振動特性の安定化を図ることができる点に特徴がある。このような振動装置として、たとえば、鏡面を設けた振動部を光走査装置に採用してもよい。この場合には、振動部を支持する梁に電流を通電して発熱させることで、鏡面を有する振動部（鏡面を含めた質量体等）が一定の振幅で回転振動するように制御可能となる。さらに詳細には、振動部に第１の導電性部材を設け、第１の導電性部材を介して電気的に接続された第２の導電性部材および第３の導電性部材により梁を形成する。第１の周波数の駆動電流（駆動信号）により振動部に回転振動が励起される。一方で、第２の導電性部材および前記第３の導電性部材に第２の周波数の駆動電流（駆動信号）を通電することで梁が発熱する。これにより、梁の温度が環境温度よりも高い所定の温度に維持されるため、共振周波数の温度ドリフトが抑えられ、安定した光走査を実現することができる。なお、本発明は、振動部を梁によって振動可能に支持する振動装置に適用できる他、上記の光走査装置においても適用可能である。

以下、本発明の振動装置の一例として、図１は光走査装置１を示している。図２は振動ミラー１０の分解斜視図である。本実施形態の梁は、第１の金属梁として機能するねじり梁１１、第２の金属梁として機能するねじり梁１２とで構成されている。なお、ねじり梁１１、１２はその一部が導電性部材により形成されていれば十分であり、全体が導電性部材により形成されていなくてもよい。図１、図２において、ねじり梁１１、１２は、同形状であり、回転軸Ｌに対して対称に配置されている。このような対象配置を採用することで、振動ミラー１０の振動を安定させやすくなる。ねじり梁１１、１２の各一端は絶縁性の固定部材３１に固定されている。ねじり梁１１、１２の各他端は質量体２０を構成する第１の導電性部材１３に電気的に接続されている。質量体２０は、光を走査する鏡面として機能するミラー２１、２２と磁石４１を有した振動体である。質量体２０は、回転軸Ｌを中心に回転振動する。磁石４１および駆動コイル５１は、質量体２０に回転振動を励起する励起手段として機能する。駆動コイル５１には、駆動回路２４４からの第１の周波数ｆ１の駆動電流が通電され、磁界を発生する。磁石４１が発生する磁界（磁力線）と駆動コイル５１が発生する磁界（磁力線）とが作用しあうことで、質量体２０には回転軸Ｌを中心にした回転トルクが発生する。ねじり梁１１、１２はそれぞれ第２の導電性部材および第３の導電性部材の一例である。ねじり梁１１、１２の各一端は第１の導電性部材１３に接続されており、各他端は、第２の周波数ｆ２の駆動電流を発生して出力する駆動回路２４３に接続されている。

図２が示すように質量体２０は、第１の導電性部材１３を挟むようにミラー２１、２２が取り付けられている。ねじり梁１１、１２は第１の導電性部材１３を介して電気的に接続され、電流ループを形成している。ねじり梁１１、１２および第１の導電性部材１３は、同じ金属材料で一体に成形されてもよい。これは、製造コストに関して有利となる。材料としては、たとえば、ステンレス材や銅合金のほか、Ｃｏ−Ｎｉ基合金などを採用してもよい。ミラー２１、２２は、シリコンウエハを主材としてもよい。この場合、主材の表面に増反射膜を成膜することで鏡面が形成される。ミラー２１、２２は、導電性部材を主材とし、導電性部材のうえ反射膜が成膜されてもよい。この場合、ミラー２１、２２が第１の導電性部材１３として兼用され、部品点数を削減できる。

図３は、駆動周波数に対する振幅特性（周波数特性）を示す図である。横軸は振動ミラー１０の周波数であり、縦軸は振動ミラー１０の振幅である。Ｗ１は温度Ｔ１における周波数特性を示している。Ｗ２、Ｗ３は温度Ｔ２における周波数特性を示している。駆動回路２４３は、振動ミラー１０の環境温度が温度Ｔ１のときに駆動周波数ｆ１の値を共振周波数ｆｓ１に設定することで、振動ミラー１０の動作点はＰ１からＰ２に移動する。つまり、振動ミラー１０は、共振点付近で駆動される。

ところで、金属材料を主材としたねじり梁１１、１２は、温度に依存してヤング率が変化する。そのため、周囲の発熱や気流のできかたによりねじり梁１１、１２のばね特性が変動し、その結果、回転振動の共振周波数が変動する。たとえば、環境温度がＴ１からそれよりも高いＴ２に変化したとすると、周波数特性がＷ１からＷ２に変動する。すなわち、金属製の梁（ここでは、ねじり梁１１、１２）は、通電によってばね特性を可変できることから、通電条件によってばね特性を調整することが可能なる。

駆動回路２４３が第１の周波数ｆ１の駆動電流の振幅（電流量）を一定に制御することで、振動ミラー１０には一定の駆動力が付与される。この条件の下で、共振周波数ｆｓ１からｆｓ２へ変動する（周波数特性がＷ１からＷ２に変動する）と、振動ミラー１０は共振周波数ｆｓ２から外れた駆動周波数ｆｓ１で駆動される（動作点Ｐ３）。そのため、走査振幅が変動してしまい、ジッタの原因となる。

振動ミラー１０の振動振幅をフィードバックして駆動電流の電流量を制御（通電制御）することで、振動振幅を一定にすることができる。しかし、周波数特性Ｗ２上で極大値をとる共振周波数ｆｓ２付近の周波数を駆動周波数ｆ１とすれば、振幅変動が小さくなり、振幅制御が安定する。ただし、共振周波数ｆｓ２から外れた駆動周波数では振幅変動が大きくなるため、振動振幅の制御性が低下し、ジッタの増大に繋がる。

そこで、本実施形態では、温度変化やコイルに発生する逆起電力の位相などから共振周波数を検出し、検出した共振周波数が所望の共振周波数に近づくように駆動回路２４３がねじり梁１１、１２を加熱することで、ねじり梁１１、１２のばね特性を安定化することができる。たとえば、ねじり梁１１、１２の温度が環境温度よりも高い所定の温度に維持すれば、共振周波数の温度ドリフトが抑えられ、安定した光走査を実現することができる。なお、所望の共振周波数とは、環境温度よりも高い所定の温度に対応した周波数特性上の共振周波数である。

図４は、光走査装置１の制御部の構成例を示すブロック図である。本実施形態では、駆動コイル５１を振動ミラー１０の振動振幅や共振周波数を検出するための検出コイルとして共用するため、スイッチ２１０が設けられている。なお、駆動コイル５１とは別に専用の検出コイルが設けられてもよい。制御回路２０４はスイッチ切り替え信号を出力することで、駆動回路２４３と駆動コイル５１とを接続したり、増幅回路２０１と駆動コイル５１とを接続したりする。

制御回路２０４は、振動ミラー１０の共振周波数を検出する周波数検出回路２４１と、上述した駆動回路２４３、２４４を有している。駆動コイル５１は、スイッチ２１０を介して増幅回路２０１に接続されている。増幅回路２０１は、駆動コイル５１が出力する検出信号Ｖｄを増幅する。制御回路２０４が第１の駆動電流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電流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４１の回転によって、駆動コイル５１には逆起電力が発生し、逆起電力に応じた検出信号Ｖｄが駆動コイル５１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。なお、振動ミラー１０は、振幅に依存した共振周波数で減衰振動する。

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、周波数検出回路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（その逆数が共振周波数）が判明する。このようにして周波数検出回路２４１は振動ミラー１０の共振周波数を測定する。

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。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に基づいて第１の周波数ｆ１や第２の周波数ｆ２を設定する。周波数検出回路２４１、駆動回路２４３、２４４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、のハードウエアによって実現されてもよい。

制御回路２０４は、ときどき駆動電流の供給を停止することで、振動ミラー１０の共振周波数を測定し、共振周波数がある範囲を超えて変動したかどうかを監視してもよい。たとえば、図５が示すように、温度変動により周波数特性がＷ１からＷ２に移行すると、共振周波数がｆｓ１からｆｓ２に変動する。図５の例では、初期状態でねじり梁１１、１２が雰囲気温度よりも高い温度となるように加熱されており、時間の経過とともにねじり梁１１、１２の温度が低下したことで、周波数特性がＷ１からＷ２に移行したことを示している。

制御回路２０４は、｜ｆｓ１−ｆｓ２｜が所定の閾値を超えると、第２の周波数ｆ２の駆動電流を駆動回路２４４に生成させ、ねじり梁１１、１２に印加する。これにより、ねじり梁１１、１２が加熱されて所望の温度に維持される。つまり、振動ミラー１０の周波数特性が所望の周波数特性Ｗ１に維持される。これにより、振動ミラー１０の振動振幅も目標振幅Ａｄｒｖに維持される。

駆動回路２４４が出力する駆動電流の周波数は、第１の周波数ｆ１とは異なる第２の周波数ｆ２である。また、第２の周波数ｆ２の駆動電流は、ＤＣ（直流）電流であってもよい。第２の周波数ｆ２は、振動ミラー１０のねじりおよび撓みの共振モードの周波数と重ならない周波数に設定されうる。これにより、フィードバック制御が安定し、ジッタをさらに低減することができるだろう。

図１に示した光走査装置１では固定部材３１とねじり梁１１、１２の接触部は絶縁されている。しかし、ねじり梁１１とねじり梁１２のうちいずれか一方と固定部材３１との接触部だけを絶縁性とし、固定部材３１のそれ以外の部分は導電性としてもよい。この場合、固定部材３１を接地電極として使用することが可能となる。なお、固定部材３１側ではなく、ねじり梁１１、１２側の接触部に絶縁性の部材が設けられてもよい。

図６は、光走査装置１の他の構成例を示す図である。図６において図１と共通する部分の説明は省略する。図６において、振動ミラー１０の質量体２０は、反射膜が形成された導電性部材１３によって構成されている。質量体２０からは、平行に延びる２本のねじり梁１１、１２が設けられている。ねじり梁１１、１２は導電性部材１３によって電気的に接続されている。

ねじり梁１１、１２の脇には磁石４２、４３が配置されている。磁石４２、４３が発生する磁界がねじり梁１１、１２を流れる電流に作用する。図６において、駆動回路２４３、２４３は、駆動回路２４５として一体化されており、第１の周波数ｆ１の駆動電流と第２の周波数ｆ２の駆動電流とが重畳された駆動電流をねじり梁１１、１２に通電する。第１の周波数ｆ１は振動ミラー１０の回転振動モード近傍の周波数であり、第２の周波数ｆ２は振動ミラー１０の共振モードと重ならない周波数である。ねじり梁１１、１２および導電性部材１３によって電流ループが形成されているため、第１の周波数ｆ１の駆動電流はねじり梁１１、１２を通過する際に磁石４２、４３からの磁界による作用を受ける。その結果、振動ミラー１０に回転軸Ｌを中心にした回転トルクが励起される。第２の周波数ｆ２の駆動電流はねじり梁１１、１２を加熱させるため、ねじり梁１１、１２の温度が環境温度よりも高い所定の温度に維持される。その結果、ねじり梁１１、１２のばね特性が所望の特性に安定する。このときの制御方法はすでに説明したとおりである。

図６に示した光走査装置１では、最も高速で動作する質量体２０の周囲に、電磁駆動方式の振動ミラーで必要であった駆動コイル５１や磁石４１等がなく、気流の乱れを低減することができる。気流の乱れが少なくなれば、温度変化も小さくなろう。２本のねじり梁１１、１２を平行に設けることで、軸ブレの抑制効果が得られるとともに、さらにジッタの低減を図ることができる。

図７、図８は第１の周波数ｆ１の駆動電流および第２の周波数ｆ２の駆動電流を用いた制御方法の一例を示す図である。ここでは、初期状態（図８の時刻ｔ０）における周波数特性がＷ１であり、共振周波数がｆｓ１であると仮定する。

時刻ｔ０において制御回路２０４は第１の駆動周波数ｆ１をｆｓ１に設定し、駆動電流を出力している。一方で、制御回路２０４は、振動ミラー１０の共振周波数を所望の共振周波数ｆｓ２に調整するために、第２の周波数ｆ２の駆動電流の出力を開始する。

時刻ｔ０から時刻ｔ１にかけて、制御回路２０４は、振動ミラー１０の共振周波数を監視しながら、徐々に第２の周波数ｆ２の駆動電流の電流量を増加する。これにより、ねじり梁１１、１２が加熱され、その温度が上昇する。なお、この期間において、第１の周波数ｆ１の駆動電流については、周波数も電流量も一定に制御される。

時刻ｔ１において、制御回路２０４は、共振周波数がｆｓ２になったことを確認すると、電流量の増加を停止する。図７によれば、時刻ｔ１で周波数特性がＷ１からＷ２に遷移している。

時刻ｔ２で、制御回路２０４は、振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖに移行させるための振幅制御を開始する。つまり、周波数特性をＷ２からＷ２’に遷移させる。制御回路２０４は、振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖに近づけるために、第１の駆動周波数ｆ１の駆動電流の電流量を徐々に増加させてゆく。制御回路２０４は、ピーク値Ｖｐｈを監視することで、振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖになったかどうかを判定する。時刻ｔ３において、振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖに到達する。つまり、周波数特性がＷ２’になる。

なお、図６に示した実施形態では、第１の駆動周波数ｆ１と第２の駆動周波数ｆ２とが重畳されてねじり梁１１、１２に印加されるため、第１の駆動周波数ｆ１も加熱に寄与する。そこで、時刻ｔ２からｔ３において、制御回路２０４は、第１の駆動周波数ｆ１の駆動電流の電流量を増加させた分だけ、第２の駆動周波数ｆ２の駆動電流の電流量を減少させる。これにより、制御回路２０４は、第１の駆動周波数ｆ１の駆動電流による電力量と第２の駆動周波数ｆ２の駆動電流による電力量との合計が一定の電力量になるようにこれらの電流量を制御する。その結果、ねじり梁１１、１２に生じるジュール熱が一定になるため、共振周波数が一定の共振周波数に維持される。よって、時刻ｔ３以降は、制御回路２０４が、電力量のみを増減することで、振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖに維持する。

図１や図６に示した光走査装置１は質量体２０を片側で支持する、いわゆる片持ち構成を採用している。一方、図９（Ａ）および図９（Ｂ）が示すように、質量体２０の両側にねじり梁１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂが設けられる、いわゆる両持ち構成が採用されてもよい。図９（Ａ）および図９（Ｂ）によれば、ねじり梁１１ａ、１２ａに対して磁石４２ａ、４３ａが設けられ、ねじり梁１１ｂ、１２ｂに対して磁石４２ｂ、４３ｂが設けられている。これにより、回転軸Ｌを中心にした回転トルクが発生する。その結果、図１０に示すように鏡面を設けられた質量体２０が回転振動する。

なお、図９（Ａ）と、図９（Ｂ）とでは、磁石４２ａ、４３ａの磁界の方向が反転しているため、駆動回路２４５と、ねじり梁１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂとの接続が異なっている。

図１１は、光走査装置１のさらに他の構成例を示す図である。質量体２０の両側には１本のねじり梁１１、１２が設けられている。質量体２０は、凸形状の導電性部材６２と、凹形状の導電性部材６３とが非導電性部材の上に配置されている。凸形状の導電性部材６２はねじり梁１１と電気的に接続しており、凹形状の導電性部材６３はねじり梁１２と電気的に導通している。また、凸形状の導電性部材６２はコイル６１の一端に接続され、凹形状の導電性部材６３はコイル６１の他端に接続されている。コイル６１は導電性部材の一部となっている。図１１において、質量体２０の左右には、磁石４２、４３が接続されている。

駆動回路２４５は、第１の周波数ｆ１の駆動電流と第２の周波数ｆ２の駆動電流とが重畳された駆動電流をねじり梁１１、１２に通電する。第１の周波数ｆ１の駆動電流によってコイル６１から磁界が発生し、磁石４２、４３からの磁界と作用して回転トルクが発生する。つまり、第１の駆動周波数ｆ１は、回転振動モードの共振周波数付近の周波数に設定される。また、第２の駆動周波数ｆ２として、共振モードの周波数と重ならない周波数を採用することで、ねじり梁１１、１２のばね特性を所望の特性に維持できるようになる。つまり、安定した光走査が可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、質量体２０は、光を走査するための鏡面と第１の導電性部材１３とを有している。梁は、質量体２０に結合され、第１の導電性部材１３を介して電気的に接続された第２の導電性部材であるねじり梁１１と、第３の導電性部材であるねじり梁１２を有している。図１によれば、駆動コイル５１が、第１の周波数ｆ１の駆動電流により質量体２０に回転振動を励起する励起手段として機能する。図６、図９、図１１によれば、ねじり梁１１とねじり梁１２が励起手段として機能している。駆動回路２４４、２４５は、第１の周波数ｆ１の駆動電流とは異なる第２の周波数ｆ２の駆動電流をねじり梁１１とねじり梁１２に流して梁を発熱させる通電手段として機能している。これにより、梁の温度が環境温度よりも高い所定の温度に維持されるため、共振周波数の温度ドリフトが抑えられ、安定した光走査を実現することができる。

制御回路２０４は、第１の周波数ｆ１の駆動電流および第２の周波数ｆ２の駆動電流を制御する制御手段として機能する。とりわけ、第２の周波数ｆ２の駆動電流をねじり梁１１とねじり梁１２に流して梁を発熱させることで、ねじり梁１１とねじり梁１２が所望の温度に維持されるため、周波数特性も所望の周波数特性に維持される。その結果、ジッタが小さくなり、光走査が安定する。

図４によれば、梁の共振周波数を検出する周波数検出手段として、駆動コイル５１や周波数検出回路２４１が機能している。周波数検出手段としては、フォトセンサや歪ゲージが採用されてもよい。図５や図７を用いて説明したように、制御回路２０４は、周波数検出回路２４１により検出された共振周波数が所定の共振周波数に近づくよう第２の周波数ｆ２を調整する調整手段として機能してもよい。図８を用いて説明したように、第２の周波数ｆ２を一定に維持しつつ、第２の周波数ｆ２の駆動電流の電流量を調整することで、振動ミラー１０の共振周波数が所定の共振周波数に設定される。その結果、ねじり梁１１とねじり梁１２の温度を所望の温度に維持することが可能となる。ねじり梁１１とねじり梁１２の温度が所望の温度に維持されば、振動ミラー１０のジッタが減少する。

図４によれば、質量体２０の回転振動の振幅を検知する振幅検知手段として、駆動コイル５１やピークホールド回路２０３が機能している。図７を用いて説明したように、制御回路２０４は、周波数検出回路２４１により検出された共振周波数が所定の共振周波数に一致すると、少なくとも第１の周波数ｆ１の駆動電流の量の調整を開始する。これにより、ピークホールド回路２０３によって検知される質量体２０の回転振動の振幅が、目標振幅Ａｄｒｖに近づけられる。このように、制御回路２０４は、振幅制御手段としても機能する。なお、駆動コイル５１は、質量体２０に設けられた磁石４１によって、質量体２０の共振周波数に応じた逆起電力が発生するコイルの一例である。図１において、駆動コイル５１は、質量体２０の外部に設けられている。図１によれば、質量体２０は、駆動コイル５１が発生する磁力線と作用する磁力線を発生する磁石４１を有している。

励起手段は、第１の導電性部材１３と、ねじり梁１１と、ねじり梁１２とによって形成されたループであってもよい。この場合、第１の周波数ｆ１の駆動電流と第２の周波数ｆ２の駆動電流とが重畳されてループに通電されることで、ねじり梁の加熱と振動ミラー１０の駆動力の発生とが同時に実現される。なお、ループが発生する磁界と作用する磁界は、振動ミラー１０の外部に設けられた磁石４２、４３から発生する。磁石４１、４２、４３を永久磁石とすることで製造コストを低減できるが、磁石４１、４２、４３を電磁石などとすることを除外する意思はない。

本実施形態において、ねじり梁は、第１の金属梁であるねじり梁１１と、第２の金属梁であるねじり梁１２とによって構成されてもよい。これにより第１の導電性部材１３、ねじり梁１１、ねじり梁１２を同一の金属材料からプレス加工により製作可能となり、振動ミラー１０の製造が容易になる。これは製造コストを削減することにも寄与する。

図８を用いて説明したように、制御回路２０４は、第１の周波数ｆ１の駆動電流と第２の周波数ｆ２の駆動電流とを調整することで、第１の周波数ｆ１の駆動電流と第２の周波数ｆ２の駆動電流とによって発生するジュール熱を制御してもよい。とりわけ、第１の周波数ｆ１の駆動電流と第２の周波数ｆ２の駆動電流とが重畳される場合は、第１の周波数ｆ１の駆動電流も加熱に寄与する。よって、第１の周波数ｆ１の駆動電流を調整して振動ミラー１０の振動振幅が目標振幅Ａｄｒに一致すると、それに応じて第２の周波数ｆ２の駆動電流が調整される。これにより、ねじり梁１１、１２が一定の温度に維持される。つまり、振動ミラー１０の周波数特性が所望の周波数特性に維持され、ジッタが減少する。

図１、図６に示したように、ねじり梁１１、１２は、質量体２０の回転面から見て片側にのみ設けられてもよい。また、図９、図１１に示したように、ねじり梁１１、１２は、質量体２０の回転面から見て両側に設けられてもよい。回転面とは、回転軸Ｌに直交した平面であって、質量体２０の中心を通る平面である。

図１１を用いて説明したように、質量体２０には第１の導電性部材１３の少なくとも一部であるコイル６１が設けられ、コイル６１の一端はねじり梁１１に接続されており、コイル６１の他端はねじり梁１２に接続されていてもよい。つまり、第１の導電性部材１３は、凸形状の導電性部材６２、凹形状の導電性部材６３およびコイル６１により構成されてもよい。また、第１の導電性部材１３の一部をコイル６１とすることで、ループと比較して、より強い磁界を発生することが可能となる。

ねじり梁１１、１２は、非導電層（絶縁層）を挟んで接合された２つの導電層であってもよい。この場合、見かけ上は１本のねじり梁に見えよう。このように、ねじり梁１１のうちに非導電性の材料が積層され、非導電性の材料の上にねじり梁１２が積層されて製造されてもよい。

上述した実施形態では、第１の周波数および第２の周波数の駆動信号の振幅の制御について電流制御を適用する例を用いて説明したが、電圧制御が採用されてもよい。いずれの場合でも電力量を制御できるからである。

（その他）
振動ミラー１０の振動振幅や共振周波数を検出するセンサとしては、他のセンサが使用されてもよい。たとえば、ミラー２１およびミラー２２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、他方のミラーに対して光源から光を照射し、そのミラー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。

図１２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を制御するとともに、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の振幅が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ｆ１、ｆ２や電流量を調整してもよい。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。また、ジッタの少ない光走査が実行されるため、形成される画像の品質も所望の品質に維持できる。

図１３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を駆動回路の駆動周波数として設定する。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。本実施形態によれば、ジッタの少ない光走査が実行されるため、投影される画像の品質も所望の品質に維持できる。

Claims (18)

1. 振動部と、
   前記振動部を支持する導電性部材から形成された梁と、
   前記振動部を振動させる駆動手段と、
   前記梁に電流を流す通電手段と
   を有することを特徴とする振動装置。
2. 光を走査するための鏡面と第１の導電性部材とを有する振動部と、
   前記振動部に結合され、前記第１の導電性部材を介して電気的に接続された第２の導電性部材および第３の導電性部材を有する梁と、
   第１の周波数の駆動電流により前記振動部に回転振動を励起する励起手段と、
   前記第１の周波数の駆動電流とは異なる第２の周波数の駆動電流を前記第２の導電性部材および前記第３の導電性部材に流して前記梁を発熱させる通電手段と
   を有し、前記梁の温度が環境温度よりも高い所定の温度に維持されることを特徴とする光走査装置。
3. 前記第１の周波数の駆動電流および前記第２の周波数の駆動電流のうち少なくとも一方を制御することで前記梁の温度を前記所定の温度に維持する制御手段と
   を有することを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記制御手段は、
   前記梁を含む振動体の共振周波数を検出する周波数検出手段と、
   前記周波数検出手段により検出された共振周波数が所定の共振周波数に近づくよう前記第２の周波数の駆動電流を調整する調整手段と
   を有することを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記制御手段は、
   前記振動部の回転振動の振幅を検知する振幅検知手段と、
   前記周波数検出手段により検出された共振周波数が前記所定の共振周波数に一致すると、少なくとも前記第１の周波数の駆動電流を調整して、前記振幅検知手段によって検知される前記振動部の回転振動の振幅を目標振幅に近づける振幅制御手段と
   をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記周波数検出手段は、前記振動部に設けられた磁石によって、前記振動部の共振周波数に応じた逆起電力が発生するコイルであることを特徴とする請求項４または５に記載の光走査装置。
7. 前記振幅検知手段は、前記に設けられた磁石によって、前記振動部の共振周波数に応じた逆起電力が発生するコイルであることを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
8. 前記梁は、
   前記第２の導電性部材である第１の金属梁と、
   前記第３の導電性部材である第２の金属梁と
   を有することを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１項に記載の光走査装置。
9. 前記励起手段は、前記第１の周波数の駆動電流が通電される駆動コイルであることを特徴とする請求項２ないし８のいずれか１項に記載の光走査装置。
10. 前記駆動コイルは、前記振動部の外部に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
11. 前記振動部は、前記駆動コイルが発生する磁力線と作用する磁力線を発生する磁石を有していることを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
12. 前記励起手段は、前記第１の導電性部材と、前記第２の導電性部材と、前記第３の導電性部材とによって形成されたループであり、前記第１の周波数の駆動電流と前記第２の周波数の駆動電流とが重畳されて前記ループに通電されることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の光走査装置。
13. 前記制御手段は、前記第１の周波数の駆動電流と前記第２の周波数の駆動電流とを調整し、前記第１の周波数の駆動電流と前記第２の周波数の駆動電流とによって発生するジュール熱を制御することを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１項に記載の光走査装置。
14. 前記第１の金属梁と前記第２の金属梁は、前記振動部の片側にのみ設けられていることを特徴とする請求項８に記載の光走査装置。
15. 前記第１の金属梁と前記第２の金属梁は、前記振動部の両側に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の光走査装置。
16. 前記振動部には前記第１の導電性部材の少なくとも一部であるコイルが設けられており、前記コイルの一端は前記第１の金属梁に接続されており、前記コイルの他端は前記第２の金属梁に接続されていることを特徴とする請求項８、１４または１５に記載の光走査装置。
17. 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２ないし１６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。
18. 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２ないし１６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。