JP2981579B2 - 光スキャナ - Google Patents
光スキャナInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばレ−ザビームプ
リンタやＰＯＳシステム用スキャナ等において用いら
れ、光ビームを走査させる光スキャナに関する。
リンタやＰＯＳシステム用スキャナ等において用いら
れ、光ビームを走査させる光スキャナに関する。
【０００２】
【背景技術】図１０は従来例の光スキャナの構造を示
す。これはポリゴンミラー３１を用いた光スキャナであ
り、正多角形状をしたポリゴンミラー３１の外周面には
ミラー面３１ａ，３１ａ，…が形成されており、ポリゴ
ンミラー３１はドライバ回路３５で制御された直流サー
ボモータ３２によって一定角速度で回転させられてい
る。そして、半導体レーザ装置３６から出射されたレー
ザビームαは結像レンズ３３によって集光され、ポリゴ
ンミラー３１のミラー面３１ａに照射される。そして、
ポリゴンミラー３１のミラー面３１ａで反射されたレー
ザビームαは、ビームスキャンレンズ３４を透過し、例
えば感光ドラム３７の表面に照射される。ここでポリゴ
ンミラー３１が一定角速度で回転していると、レーザビ
ームαを照射されているミラー面３１ａの角度が変化す
るので、ポリゴンミラー３１で反射されたレーザビーム
αの出射方向が変化し、レーザビームαが例えば感光ド
ラム３７の表面を走査される。
す。これはポリゴンミラー３１を用いた光スキャナであ
り、正多角形状をしたポリゴンミラー３１の外周面には
ミラー面３１ａ，３１ａ，…が形成されており、ポリゴ
ンミラー３１はドライバ回路３５で制御された直流サー
ボモータ３２によって一定角速度で回転させられてい
る。そして、半導体レーザ装置３６から出射されたレー
ザビームαは結像レンズ３３によって集光され、ポリゴ
ンミラー３１のミラー面３１ａに照射される。そして、
ポリゴンミラー３１のミラー面３１ａで反射されたレー
ザビームαは、ビームスキャンレンズ３４を透過し、例
えば感光ドラム３７の表面に照射される。ここでポリゴ
ンミラー３１が一定角速度で回転していると、レーザビ
ームαを照射されているミラー面３１ａの角度が変化す
るので、ポリゴンミラー３１で反射されたレーザビーム
αの出射方向が変化し、レーザビームαが例えば感光ド
ラム３７の表面を走査される。
【０００３】しかしながら、ポリゴンミラーを用いた光
スキャナは、形状が大型となり、また、レーザビームの
スキャン方向は１方向に限られていた。
スキャナは、形状が大型となり、また、レーザビームの
スキャン方向は１方向に限られていた。
【０００４】そこで、本発明の発明者は、光スキャナの
小型化と多軸化を目的として新規な構造の光スキャナを
開発し、この光スキャナについて平成２年８月７日付け
で特願平２−２０９８０４号として特許出願した（実施
例参照）。この光スキャナは、光ビームを例えば２方向
で走査させるため、２方向への振動モード（あるいは、
弾性変形モード）を有する振動子を用い、各振動モード
の共振周波数で振動子を共振振動させる構成をとってい
る。すなわち、いずれかの共振周波数と一致した駆動周
波数の振動を外部から振動子に付与すれば、振動子が当
該振動モードで共振振動し、光ビームが走査される。
小型化と多軸化を目的として新規な構造の光スキャナを
開発し、この光スキャナについて平成２年８月７日付け
で特願平２−２０９８０４号として特許出願した（実施
例参照）。この光スキャナは、光ビームを例えば２方向
で走査させるため、２方向への振動モード（あるいは、
弾性変形モード）を有する振動子を用い、各振動モード
の共振周波数で振動子を共振振動させる構成をとってい
る。すなわち、いずれかの共振周波数と一致した駆動周
波数の振動を外部から振動子に付与すれば、振動子が当
該振動モードで共振振動し、光ビームが走査される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図９は先願発明の光ス
キャナに用いられている振動子の駆動周波数と振動振幅
の関係を示す図である。この図に示されているように、
振動子は、その共振周波数ｆm（mは振動モードを区別す
る指標である。）のｎ倍及び１／ｎ倍（ｎは２以上の整
数）の駆動周波数に対しても感応し、共振周波数ｆmの
駆動周波数の場合の振動振幅の数分の１から数１０分の
１の振幅で振動する。従って、振動子の共振周波数ｆm
の高調波成分ｎ・ｆmもしくはｆm／ｎ（ｎ＝２，３，
…）の外部振動によっても振動子が共鳴し、高調波の振
動数で振動が発生する。
キャナに用いられている振動子の駆動周波数と振動振幅
の関係を示す図である。この図に示されているように、
振動子は、その共振周波数ｆm（mは振動モードを区別す
る指標である。）のｎ倍及び１／ｎ倍（ｎは２以上の整
数）の駆動周波数に対しても感応し、共振周波数ｆmの
駆動周波数の場合の振動振幅の数分の１から数１０分の
１の振幅で振動する。従って、振動子の共振周波数ｆm
の高調波成分ｎ・ｆmもしくはｆm／ｎ（ｎ＝２，３，
…）の外部振動によっても振動子が共鳴し、高調波の振
動数で振動が発生する。
【０００６】このため、例えば２軸方向で振動する振動
子の２つの振動モードの各々の共振周波数ｆT，ｆBが互
いに整数倍の関係にある場合には、共振周波数ｆTの振
動モードで振動子を駆動して光ビームを走査させた時、
この駆動周波数が他方の振動モードにおける高調波外乱
となり、共振周波数ｆBの振動モードの高調波振動モー
ドまで引き起こす。この結果、振動子の設計時に共振周
波数ｆT，ｆBの周波数設定を誤ると、予想しない方向に
まで微小な振動を発生させることになり、走査精度の悪
い光スキャナとなる可能性があった。
子の２つの振動モードの各々の共振周波数ｆT，ｆBが互
いに整数倍の関係にある場合には、共振周波数ｆTの振
動モードで振動子を駆動して光ビームを走査させた時、
この駆動周波数が他方の振動モードにおける高調波外乱
となり、共振周波数ｆBの振動モードの高調波振動モー
ドまで引き起こす。この結果、振動子の設計時に共振周
波数ｆT，ｆBの周波数設定を誤ると、予想しない方向に
まで微小な振動を発生させることになり、走査精度の悪
い光スキャナとなる可能性があった。
【０００７】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、ねじれ変形
による振動モードと曲げ変形による振動モードとを有す
る振動子を用いた光スキャナにおいて、各モードの分離
性を確実にし、異なる振動モードの混在による走査精度
の低下を防止することにある。
れたものであり、その目的とするところは、ねじれ変形
による振動モードと曲げ変形による振動モードとを有す
る振動子を用いた光スキャナにおいて、各モードの分離
性を確実にし、異なる振動モードの混在による走査精度
の低下を防止することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光スキ
ャナは、ねじれ変形による振動モードと曲げ変形による
振動モードとを有し、各振動モードの共振周波数で駆動
されることによってねじれ変形と曲げ変形とによって回
動できるようになった光ビーム反射用の振動子と、振動
子を振動させる駆動源とを備えた光スキャナであって、
前記振動子の各振動モードに関する各共振周波数が互い
に整数倍の関係にないようにしたことを特徴としてい
る。
ャナは、ねじれ変形による振動モードと曲げ変形による
振動モードとを有し、各振動モードの共振周波数で駆動
されることによってねじれ変形と曲げ変形とによって回
動できるようになった光ビーム反射用の振動子と、振動
子を振動させる駆動源とを備えた光スキャナであって、
前記振動子の各振動モードに関する各共振周波数が互い
に整数倍の関係にないようにしたことを特徴としてい
る。
【０００９】また、請求項２に記載の光スキャナは、請
求項１に記載した光スキャナにおいて、いずれの振動モ
ードについても、共振周波数の各高調波周波数を、各振
動モードの共振周波数の値からその値の１０％程度ずら
せてあることを特徴としている。
求項１に記載した光スキャナにおいて、いずれの振動モ
ードについても、共振周波数の各高調波周波数を、各振
動モードの共振周波数の値からその値の１０％程度ずら
せてあることを特徴としている。
【００１０】
【作用】本発明にあっては、振動子の各振動モードに関
する各共振周波数が互いに整数倍の関係にないようにし
ているので、ある振動モードの共振周波数が異なる振動
モードの高調波振動モードの周波数と一致しない。従っ
て、各振動モード単独で走査している時の各振動モード
の分離性が向上し、ある振動モードの共振周波数で振動
子を駆動した時に別な振動モードの高調波振動が同時に
引き起こされ、光スキャナの走査精度を低下させること
を防止できる。
する各共振周波数が互いに整数倍の関係にないようにし
ているので、ある振動モードの共振周波数が異なる振動
モードの高調波振動モードの周波数と一致しない。従っ
て、各振動モード単独で走査している時の各振動モード
の分離性が向上し、ある振動モードの共振周波数で振動
子を駆動した時に別な振動モードの高調波振動が同時に
引き起こされ、光スキャナの走査精度を低下させること
を防止できる。
【００１１】この結果、例えばレーザビームプリンタの
光ビーム走査系に用いられている場合には、印字品質を
向上させることができる。
光ビーム走査系に用いられている場合には、印字品質を
向上させることができる。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の一実施例による光スキャナを
示す。この光スキャナ１は、平成２年８月７日付けで特
願平２−２０９８０４号として特許出願した光スキャナ
と同じものであって、プレート状をした振動子７と圧電
振動子や磁歪振動子等の微小振動を発生する小形の駆動
源６とから構成されている。
示す。この光スキャナ１は、平成２年８月７日付けで特
願平２−２０９８０４号として特許出願した光スキャナ
と同じものであって、プレート状をした振動子７と圧電
振動子や磁歪振動子等の微小振動を発生する小形の駆動
源６とから構成されている。
【００１３】振動子７は、図２及び図３に示すような形
状をしており、長い細幅の弾性変形部２の下端に、駆動
源６から振動を印加させるための加振部５が一体に設け
られ、弾性変形部２の上端に、レーザビームをスキャン
させるためのスキャン部３が一体に設けられている。こ
こで、弾性変形部２は、図２に示すように軸心Ｐの回り
にねじれ変形するねじれ変形モードと、図３に示すよう
に軸心Ｐに沿って曲げ変形する曲げ変形モードが可能に
なっており、ねじれ変形モードの弾性振動についてはｆ
Tの共振周波数を有し、曲げ変形モードの弾性振動につ
いてはｆBの共振周波数を有している。
状をしており、長い細幅の弾性変形部２の下端に、駆動
源６から振動を印加させるための加振部５が一体に設け
られ、弾性変形部２の上端に、レーザビームをスキャン
させるためのスキャン部３が一体に設けられている。こ
こで、弾性変形部２は、図２に示すように軸心Ｐの回り
にねじれ変形するねじれ変形モードと、図３に示すよう
に軸心Ｐに沿って曲げ変形する曲げ変形モードが可能に
なっており、ねじれ変形モードの弾性振動についてはｆ
Tの共振周波数を有し、曲げ変形モードの弾性振動につ
いてはｆBの共振周波数を有している。
【００１４】スキャン部３は、弾性変形部２の軸心Ｐに
関してアンバランスな形状に形成されており、弾性変形
部２の軸心Ｐから離れた部分にウエイト部８が形成され
ている。したがって、スキャン部３の重心は、弾性変形
部２の軸心Ｐから外れた位置にあり、さらに、弾性変形
部２の上端よりも上方に位置している。また、スキャン
部３には、レーザビームを反射させるためのミラー面４
が形成されている。このミラー面４は、スキャン部３の
全体に形成してもよく、部分的に形成してもよいが、図
１の実施例では、軸心Ｐの近傍の領域に設けてある。
関してアンバランスな形状に形成されており、弾性変形
部２の軸心Ｐから離れた部分にウエイト部８が形成され
ている。したがって、スキャン部３の重心は、弾性変形
部２の軸心Ｐから外れた位置にあり、さらに、弾性変形
部２の上端よりも上方に位置している。また、スキャン
部３には、レーザビームを反射させるためのミラー面４
が形成されている。このミラー面４は、スキャン部３の
全体に形成してもよく、部分的に形成してもよいが、図
１の実施例では、軸心Ｐの近傍の領域に設けてある。
【００１５】加振部５は、圧電振動子等の駆動源６に接
着もしくは接合されて駆動源６に固定されており、スキ
ャン部３は弾性変形部２によってフリーに支持されてい
る。加振部５へ高周波振動（例えば、数１００Hz）を加
える圧電振動子等の駆動源６は、駆動回路によって制御
されており、ねじれ変形モードの共振周波数ｆTもしく
は曲げ変形モードの共振周波数ｆBの振動を励起され
る。
着もしくは接合されて駆動源６に固定されており、スキ
ャン部３は弾性変形部２によってフリーに支持されてい
る。加振部５へ高周波振動（例えば、数１００Hz）を加
える圧電振動子等の駆動源６は、駆動回路によって制御
されており、ねじれ変形モードの共振周波数ｆTもしく
は曲げ変形モードの共振周波数ｆBの振動を励起され
る。
【００１６】図７に示すものは、この駆動回路９の一例
であり、ねじれ変形モードの共振周波数ｆTと一致する
周波数の電圧信号を出力し続けている発振器１０と、発
振器１０から出力されている電圧信号を増幅する増幅器
１１と、曲げ変形モードの共振周波数ｆBと一致する周
波数の電圧信号を出力し続けている発振器１２と、この
発振器１２から出力されている電圧信号を増幅する増幅
器１３と、両増幅器１１，１３からの周波数ｆTの出力
電圧と周波数ｆBの出力電圧を切り換えて駆動源６に印
加させるためのスイッチ１４とから構成されている。さ
らに、スイッチ１４の切り換えにより、両増幅器１１，
１３から出力された周波数ｆTの電圧信号と周波数ｆBの
電圧信号を重畳させたミキシング信号を駆動源６に印加
させられるようにしても良い。また、スイッチ１４を両
発振器１０，１２と増幅器との間に配置すれば、増幅器
を１台で兼用させることができる。
であり、ねじれ変形モードの共振周波数ｆTと一致する
周波数の電圧信号を出力し続けている発振器１０と、発
振器１０から出力されている電圧信号を増幅する増幅器
１１と、曲げ変形モードの共振周波数ｆBと一致する周
波数の電圧信号を出力し続けている発振器１２と、この
発振器１２から出力されている電圧信号を増幅する増幅
器１３と、両増幅器１１，１３からの周波数ｆTの出力
電圧と周波数ｆBの出力電圧を切り換えて駆動源６に印
加させるためのスイッチ１４とから構成されている。さ
らに、スイッチ１４の切り換えにより、両増幅器１１，
１３から出力された周波数ｆTの電圧信号と周波数ｆBの
電圧信号を重畳させたミキシング信号を駆動源６に印加
させられるようにしても良い。また、スイッチ１４を両
発振器１０，１２と増幅器との間に配置すれば、増幅器
を１台で兼用させることができる。
【００１７】また、図８に示すものは別な駆動回路１５
であって、電圧設定部１６、電圧／周波数変換器１７及
び増幅器１８から構成されている。任意に設定された駆
動軸指令信号に基づき、電圧設定部１６からＶ1（もし
くは、Ｖ2）の電圧信号を出力すると、その電圧信号は
電圧／周波数変換器１７によって対応する周波数ｆ
T（もしくは、ｆB）の信号に変換され、増幅器１８で電
圧増幅された後、共振周波数ｆT（もしくは、ｆB）の信
号が駆動源６に印加される。
であって、電圧設定部１６、電圧／周波数変換器１７及
び増幅器１８から構成されている。任意に設定された駆
動軸指令信号に基づき、電圧設定部１６からＶ1（もし
くは、Ｖ2）の電圧信号を出力すると、その電圧信号は
電圧／周波数変換器１７によって対応する周波数ｆ
T（もしくは、ｆB）の信号に変換され、増幅器１８で電
圧増幅された後、共振周波数ｆT（もしくは、ｆB）の信
号が駆動源６に印加される。
【００１８】なお、図７及び図８では、周波数信号とし
て正弦波を示しているが、矩形波や三角波を用いても同
様な効果が得られる。
て正弦波を示しているが、矩形波や三角波を用いても同
様な効果が得られる。
【００１９】しかして、本発明に係る光スキャナ１は、
上述のように構成されているので、駆動回路によって駆
動源６をある駆動周波数で振動させ、この振動を加振部
５に印加させて図１のｘ方向に往復振動させると、スキ
ャン部３に慣性力が作用し、この慣性力によって弾性変
形部２は、慣性力の加わった方向に弾性変形し振動す
る。しかも、加振部５に印加される駆動周波数ｆが、ね
じれ変形モードの共振周波数ｆTまたは曲げ変形モード
の共振周波数ｆBに一致すると、当該モードの弾性振動
が弾性変形部２で増幅され、スキャン部３が大きな回動
角で駆動される。
上述のように構成されているので、駆動回路によって駆
動源６をある駆動周波数で振動させ、この振動を加振部
５に印加させて図１のｘ方向に往復振動させると、スキ
ャン部３に慣性力が作用し、この慣性力によって弾性変
形部２は、慣性力の加わった方向に弾性変形し振動す
る。しかも、加振部５に印加される駆動周波数ｆが、ね
じれ変形モードの共振周波数ｆTまたは曲げ変形モード
の共振周波数ｆBに一致すると、当該モードの弾性振動
が弾性変形部２で増幅され、スキャン部３が大きな回動
角で駆動される。
【００２０】すなわち、駆動周波数ｆとスキャン部３の
ねじれ変形モードの回動角θTまたは曲げ変形モードの
回動角θBとの関係は、例えば図４に示すようになる。
図４は、２つの共振周波数がｆT＜ｆBの場合における、
駆動源６の駆動周波数ｆとスキャン部３の回動角との関
係を示しており、横軸が駆動周波数ｆ、縦軸がスキャン
部のねじれ変形モードの回動角θTまたは曲げ変形モー
ドの回動角θBを示している。このようにねじれ変形モ
ードにおける回動角θTは、駆動周波数ｆがｆTに等しい
時に最大となり、その両側では急激に減衰する。一方、
曲げ変形モードにおける回動角θBは、駆動周波数ｆが
ｆBに等しい時に最大となり、その両側で急激に減衰す
る。したがって、圧電振動子のように微小振動しか行な
えないような駆動源６であっても、各弾性変形モードの
共振周波数ｆTまたはｆBと等しい周波数で駆動させるこ
とにより、ミラー面４を大きな角度で回動させることが
できる。
ねじれ変形モードの回動角θTまたは曲げ変形モードの
回動角θBとの関係は、例えば図４に示すようになる。
図４は、２つの共振周波数がｆT＜ｆBの場合における、
駆動源６の駆動周波数ｆとスキャン部３の回動角との関
係を示しており、横軸が駆動周波数ｆ、縦軸がスキャン
部のねじれ変形モードの回動角θTまたは曲げ変形モー
ドの回動角θBを示している。このようにねじれ変形モ
ードにおける回動角θTは、駆動周波数ｆがｆTに等しい
時に最大となり、その両側では急激に減衰する。一方、
曲げ変形モードにおける回動角θBは、駆動周波数ｆが
ｆBに等しい時に最大となり、その両側で急激に減衰す
る。したがって、圧電振動子のように微小振動しか行な
えないような駆動源６であっても、各弾性変形モードの
共振周波数ｆTまたはｆBと等しい周波数で駆動させるこ
とにより、ミラー面４を大きな角度で回動させることが
できる。
【００２１】また、駆動源６から加振部５に印加する駆
動周波数ｆをいずれかの共振周波数ｆTまたはｆBに保ち
ながら、駆動源６に印加する電圧を調整することにより
加振部５の振幅ｘを変化させると、スキャン部３の回動
角θTもしくはθBを制御させることができる。すなわ
ち、図４の破線で示した曲線は、実線で示した曲線より
も大きな加振力を加えて加振部５を大きな振幅で振動さ
せた場合であり、加振部５の振幅ｘが大きくなると、ス
キャン部３の回動角θT，θBも増大する。
動周波数ｆをいずれかの共振周波数ｆTまたはｆBに保ち
ながら、駆動源６に印加する電圧を調整することにより
加振部５の振幅ｘを変化させると、スキャン部３の回動
角θTもしくはθBを制御させることができる。すなわ
ち、図４の破線で示した曲線は、実線で示した曲線より
も大きな加振力を加えて加振部５を大きな振幅で振動さ
せた場合であり、加振部５の振幅ｘが大きくなると、ス
キャン部３の回動角θT，θBも増大する。
【００２２】よって、加振部５をねじれ変形モードの共
振周波数ｆTで振動させると、弾性変形部２でねじれ変
形モードの振動が増幅され、スキャン部３は図２に示す
ようにθTの回動角でＰ軸の回りに回動させられる。こ
の時、図１に示すように、ミラー面４にレーザビームα
を照射していれば、反射したレーザビームαはスキャン
部３の回動角θTの２倍のスキャン角２θTでスキャンさ
れる。したがって、図５に示すように、光スキャナ１で
反射されたレーザビームαをスクリーン１９に照射させ
れば、レーザビームαは図６(a)に示すように左右にス
キャンされる。
振周波数ｆTで振動させると、弾性変形部２でねじれ変
形モードの振動が増幅され、スキャン部３は図２に示す
ようにθTの回動角でＰ軸の回りに回動させられる。こ
の時、図１に示すように、ミラー面４にレーザビームα
を照射していれば、反射したレーザビームαはスキャン
部３の回動角θTの２倍のスキャン角２θTでスキャンさ
れる。したがって、図５に示すように、光スキャナ１で
反射されたレーザビームαをスクリーン１９に照射させ
れば、レーザビームαは図６(a)に示すように左右にス
キャンされる。
【００２３】また、加振部５を曲げ変形モードの共振周
波数ｆBで振動させると、弾性変形部２で曲げ変形モー
ドの振動が増幅され、スキャン部３は図３に示すように
θBの回動角でＰ軸と直交するＱ軸の回りに回動させら
れる。このときミラー面４にレーザビームαが照射され
ていると、反射したレーザビームαはスキャン部３の回
動角θBの２倍のスキャン角２θBでスキャンされる。し
たがって、光スキャナ１からの反射レーザビームαをス
クリーン１９に照射させれば、図６(b)に示すようにレ
ーザビームαは上下にスキャンされる。
波数ｆBで振動させると、弾性変形部２で曲げ変形モー
ドの振動が増幅され、スキャン部３は図３に示すように
θBの回動角でＰ軸と直交するＱ軸の回りに回動させら
れる。このときミラー面４にレーザビームαが照射され
ていると、反射したレーザビームαはスキャン部３の回
動角θBの２倍のスキャン角２θBでスキャンされる。し
たがって、光スキャナ１からの反射レーザビームαをス
クリーン１９に照射させれば、図６(b)に示すようにレ
ーザビームαは上下にスキャンされる。
【００２４】さらに、駆動源６により、ねじれ変形モー
ドの共振周波数ｆTをもつ振動と曲げ変形モードの共振
周波数ｆBをもつ振動とを重ね合わせた振動モードで加
振部５を振動させると、弾性変形部２でねじれ変形モー
ドと曲げ変形モードの両振動が増幅されるので、スキャ
ン部３ではＰ軸の回りの回動角θTの振動とＱ軸の回り
の回転角θBの振動とが合成され、スキャン部３で反射
されたレーザビームαをスクリーン１９に照射させてい
ると、レーザビームαは、図６(c)に示すように面状に
スキャンされる。
ドの共振周波数ｆTをもつ振動と曲げ変形モードの共振
周波数ｆBをもつ振動とを重ね合わせた振動モードで加
振部５を振動させると、弾性変形部２でねじれ変形モー
ドと曲げ変形モードの両振動が増幅されるので、スキャ
ン部３ではＰ軸の回りの回動角θTの振動とＱ軸の回り
の回転角θBの振動とが合成され、スキャン部３で反射
されたレーザビームαをスクリーン１９に照射させてい
ると、レーザビームαは、図６(c)に示すように面状に
スキャンされる。
【００２５】したがって、この光スキャナ１は、駆動源
６の駆動周波数ｆとしていずれかの共振周波数ｆTまた
はｆBを選択することによって直交２方向のうちのいず
れかのスキャン方向を選択し、駆動源６に印加する電圧
を制御して加振部５の振幅ｘを調整し、スキャン角２θ
Tもしくは２θBを制御することができる。
６の駆動周波数ｆとしていずれかの共振周波数ｆTまた
はｆBを選択することによって直交２方向のうちのいず
れかのスキャン方向を選択し、駆動源６に印加する電圧
を制御して加振部５の振幅ｘを調整し、スキャン角２θ
Tもしくは２θBを制御することができる。
【００２６】本発明の光スキャナにあっては、上記のよ
うな光スキャナにおいて、以下のような改良を施してい
る。弾性変形部２のＰ軸の回りの剛性値（ねじれ剛性）
をＫT、スキャン部３のＰ軸の回りの回転慣性モーメン
ト量をＩTとすると、ねじれ変形モードに対する弾性変
形部２の共振周波数ｆTは、次の数式１で決まる。
うな光スキャナにおいて、以下のような改良を施してい
る。弾性変形部２のＰ軸の回りの剛性値（ねじれ剛性）
をＫT、スキャン部３のＰ軸の回りの回転慣性モーメン
ト量をＩTとすると、ねじれ変形モードに対する弾性変
形部２の共振周波数ｆTは、次の数式１で決まる。
【００２７】
【数１】
【００２８】また、弾性変形部２のＱ軸の回りの剛性値
（曲げ剛性）をＫB、スキャン部３のＱ軸の回りの回転
慣性モーメント量をＩBとすると、曲げ変形モードに対
する弾性変形部２の共振周波数ｆBは、次の数式２で決
まる。
（曲げ剛性）をＫB、スキャン部３のＱ軸の回りの回転
慣性モーメント量をＩBとすると、曲げ変形モードに対
する弾性変形部２の共振周波数ｆBは、次の数式２で決
まる。
【００２９】
【数２】
【００３０】ここで、剛性値ＫT，ＫBは、弾性変形部２
の材質及び形状によって決定される値であり、回転慣性
モーメント量ＩT，ＩBは、スキャン部３の材質及び形状
によって決定されるものである。
の材質及び形状によって決定される値であり、回転慣性
モーメント量ＩT，ＩBは、スキャン部３の材質及び形状
によって決定されるものである。
【００３１】本発明の光スキャナ１においては、ねじれ
変形モードに対する共振周波数ｆTと曲げ変形モードに
対する共振周波数ｆBとが、互いに整数倍の関係となら
ないよう、弾性変形部２やスキャン部３の各形状を設計
し、また、これらの材質を選択している。具体的にいう
と、ｎを２以上の整数としたとき、共振周波数ｆTが、
共振周波数ｆBの高調波周波数ｎ・ｆB及びｆB／ｎと等
しくならないようにし、かつ、共振周波数ｆBも、共振
周波数ｆTの高調波周波数ｎ・ｆT及びｆT／ｎと等しく
ならないようにしてある。つまり、 ｆT≠ｎ・ｆB ｆT≠ｆB／ｎ ｆB≠ｎ・ｆT ｆB≠ｆT／ｎ （ｎ＝２，３，…） の４式が同時に成立つよう設計している。なお、ｆT≠
ｆBであることはもちろんである。
変形モードに対する共振周波数ｆTと曲げ変形モードに
対する共振周波数ｆBとが、互いに整数倍の関係となら
ないよう、弾性変形部２やスキャン部３の各形状を設計
し、また、これらの材質を選択している。具体的にいう
と、ｎを２以上の整数としたとき、共振周波数ｆTが、
共振周波数ｆBの高調波周波数ｎ・ｆB及びｆB／ｎと等
しくならないようにし、かつ、共振周波数ｆBも、共振
周波数ｆTの高調波周波数ｎ・ｆT及びｆT／ｎと等しく
ならないようにしてある。つまり、 ｆT≠ｎ・ｆB ｆT≠ｆB／ｎ ｆB≠ｎ・ｆT ｆB≠ｆT／ｎ （ｎ＝２，３，…） の４式が同時に成立つよう設計している。なお、ｆT≠
ｆBであることはもちろんである。
【００３２】図９においてすでに説明したように、振動
子は、その共振周波数ｆm（ｆmは、この実施例では、ｆ
TまたはｆBを表わす。）のｎ倍及び１／ｎ倍（ｎは２以
上の整数）の駆動周波数に対しても感応し、共振周波数
ｆmの駆動周波数の場合の振動振幅の数分の１から数１
０分の１の振幅で振動する。従って、本発明に係る光ス
キャナ１のように設計すれば、例えばねじれ変形モード
の共振周波数ｆTの周波数で駆動し、Ｐ軸の回りにスキ
ャン部３を回動させるとき、共振周波数ｆTが曲げ変形
モードの高調波振動周波数ｎ・ｆB，ｆB／ｎと一致する
ことにより、同時にＱ軸の回りで曲げ変形モードの振動
が発生することが無くなる。逆に、曲げ変形モードで振
動させているとき、弾性変形モード間の干渉によって曲
げ変形モードの振動にねじれ変形モードの振動が混在す
ることも防止される。従って、各軸方向に光ビームを精
度よく走査させることが可能になる。
子は、その共振周波数ｆm（ｆmは、この実施例では、ｆ
TまたはｆBを表わす。）のｎ倍及び１／ｎ倍（ｎは２以
上の整数）の駆動周波数に対しても感応し、共振周波数
ｆmの駆動周波数の場合の振動振幅の数分の１から数１
０分の１の振幅で振動する。従って、本発明に係る光ス
キャナ１のように設計すれば、例えばねじれ変形モード
の共振周波数ｆTの周波数で駆動し、Ｐ軸の回りにスキ
ャン部３を回動させるとき、共振周波数ｆTが曲げ変形
モードの高調波振動周波数ｎ・ｆB，ｆB／ｎと一致する
ことにより、同時にＱ軸の回りで曲げ変形モードの振動
が発生することが無くなる。逆に、曲げ変形モードで振
動させているとき、弾性変形モード間の干渉によって曲
げ変形モードの振動にねじれ変形モードの振動が混在す
ることも防止される。従って、各軸方向に光ビームを精
度よく走査させることが可能になる。
【００３３】より子細にいうと、図９からも明らかなよ
うに、高調波周波数成分は広がりを持っており、高調波
周波数ｎ・ｆT，ｆT／ｎ，ｎ・ｆB，ｆB／ｎの近傍にお
いても振動子７は振動を発生する。したがって、異なる
弾性変形モード間の干渉振動を完全に除去するために
は、この周波数成分の広がりも含めて共振周波数と高調
波周波数との重複を完全に排除する必要がある。
うに、高調波周波数成分は広がりを持っており、高調波
周波数ｎ・ｆT，ｆT／ｎ，ｎ・ｆB，ｆB／ｎの近傍にお
いても振動子７は振動を発生する。したがって、異なる
弾性変形モード間の干渉振動を完全に除去するために
は、この周波数成分の広がりも含めて共振周波数と高調
波周波数との重複を完全に排除する必要がある。
【００３４】しかし、実験的に求めた結果では、共振周
波数と高調波周波数の重複を必ずしも完全に排除する必
要はなく、例えば、いずれの振動モードについても、共
振周波数の各高調波周波数を、各振動モードの共振周波
数の値からその値の１０％程度以上ずらせておけばよ
い。実施例に沿って説明すると、ねじり変形モードの高
調波周波数ｎ・ｆT及びｆT／ｎを曲げ変形モードの共振
周波数ｆBの値の１０％程度ｆBの値からずらせる。すな
わち、 ｜ｎ・ｆT−ｆB｜＞０．１ｆB かつ、 ｜ｆT／ｎ−ｆB｜＞０．１ｆB （ｎ＝２，３，…） とする。さらに、曲げ変形モードの高調波周波数ｎ・ｆ
B及びｆB／ｎをねじり変形モードの共振周波数ｆTの値
の１０％程度ｆTの値からずらせる。すなわち、 ｜ｎ・ｆB−ｆT｜＞０．１ｆT かつ、 ｜ｆB／ｎ−ｆT｜＞０．１ｆT （ｎ＝２，３，…） とする。
波数と高調波周波数の重複を必ずしも完全に排除する必
要はなく、例えば、いずれの振動モードについても、共
振周波数の各高調波周波数を、各振動モードの共振周波
数の値からその値の１０％程度以上ずらせておけばよ
い。実施例に沿って説明すると、ねじり変形モードの高
調波周波数ｎ・ｆT及びｆT／ｎを曲げ変形モードの共振
周波数ｆBの値の１０％程度ｆBの値からずらせる。すな
わち、 ｜ｎ・ｆT−ｆB｜＞０．１ｆB かつ、 ｜ｆT／ｎ−ｆB｜＞０．１ｆB （ｎ＝２，３，…） とする。さらに、曲げ変形モードの高調波周波数ｎ・ｆ
B及びｆB／ｎをねじり変形モードの共振周波数ｆTの値
の１０％程度ｆTの値からずらせる。すなわち、 ｜ｎ・ｆB−ｆT｜＞０．１ｆT かつ、 ｜ｆB／ｎ−ｆT｜＞０．１ｆT （ｎ＝２，３，…） とする。
【００３５】あるいは、次のようにしてもよい。いずれ
の振動モードについても、共振周波数を、各振動モード
の共振周波数の高調波周波数の値からその共振周波数の
値の１０％程度以上ずらせておけばよい。実施例に沿っ
て説明すると、ねじり変形モードの共振周波数ｆTを曲
げ変形モードの共振周波数ｆBの値の１０％程度その高
調波周波数ｎ・ｆBまたはｆB／ｎからずらせる。すなわ
ち、 ｜ｆT−ｎ・ｆB｜＞０．１ｆB かつ、 ｜ｆT−ｆB／ｎ｜＞０．１ｆB （ｎ＝２，３，…） とする。さらに、曲げ変形モードの共振周波数ｆBをね
じり変形モードの共振周波数ｆTの値の１０％程度その
高調波周波数ｎ・ｆTまたはｆT／ｎからずらせる。すな
わち、 ｜ｆB−ｎ・ｆT｜＞０．１ｆT かつ、 ｜ｆB−ｆT／ｎ｜＞０．１ｆT （ｎ＝２，３，…） とする。また、上記の１０％の値を各高調波周波数の値
の１０％程度としても差し支えない。
の振動モードについても、共振周波数を、各振動モード
の共振周波数の高調波周波数の値からその共振周波数の
値の１０％程度以上ずらせておけばよい。実施例に沿っ
て説明すると、ねじり変形モードの共振周波数ｆTを曲
げ変形モードの共振周波数ｆBの値の１０％程度その高
調波周波数ｎ・ｆBまたはｆB／ｎからずらせる。すなわ
ち、 ｜ｆT−ｎ・ｆB｜＞０．１ｆB かつ、 ｜ｆT−ｆB／ｎ｜＞０．１ｆB （ｎ＝２，３，…） とする。さらに、曲げ変形モードの共振周波数ｆBをね
じり変形モードの共振周波数ｆTの値の１０％程度その
高調波周波数ｎ・ｆTまたはｆT／ｎからずらせる。すな
わち、 ｜ｆB−ｎ・ｆT｜＞０．１ｆT かつ、 ｜ｆB−ｆT／ｎ｜＞０．１ｆT （ｎ＝２，３，…） とする。また、上記の１０％の値を各高調波周波数の値
の１０％程度としても差し支えない。
【００３６】なお、共振周波数ｆTとｆBも互いに重複し
ないようにすることは当然である。
ないようにすることは当然である。
【００３７】なお、本発明の光スキャナは、上記実施例
に限定されるものでなく、本発明の技術思想を逸脱しな
い範囲において種々の設計変更が可能である。例えば、
駆動源としては、圧電振動子や磁歪振動子等以外にも、
高速で微小振動可能なアクチュエータであればよく、例
えば静電力を用いて微小振動を発生させるアクチュエー
タを用いてもよい。また、図示した振動子の形状は一例
であって、２種以上の弾性変形モードを得ることができ
る形状であれば図示の形状に限らない。
に限定されるものでなく、本発明の技術思想を逸脱しな
い範囲において種々の設計変更が可能である。例えば、
駆動源としては、圧電振動子や磁歪振動子等以外にも、
高速で微小振動可能なアクチュエータであればよく、例
えば静電力を用いて微小振動を発生させるアクチュエー
タを用いてもよい。また、図示した振動子の形状は一例
であって、２種以上の弾性変形モードを得ることができ
る形状であれば図示の形状に限らない。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、振動の高調波成分によ
る他の振動モードへの干渉振動を除去できるので、各振
動モード単独で走査している時の各振動モードの分離性
が向上し、ある振動モードの共振周波数で振動子を駆動
した時に別な振動モードの高調波振動が同時に引き起こ
され、光スキャナの走査精度を低下させることを防止で
きる。
る他の振動モードへの干渉振動を除去できるので、各振
動モード単独で走査している時の各振動モードの分離性
が向上し、ある振動モードの共振周波数で振動子を駆動
した時に別な振動モードの高調波振動が同時に引き起こ
され、光スキャナの走査精度を低下させることを防止で
きる。
【００３９】この結果、例えばレーザビームプリンタの
光ビーム走査系に用いられている場合には、印字品質を
向上させることができるなど、応用機器の品質を向上さ
せることができる。
光ビーム走査系に用いられている場合には、印字品質を
向上させることができるなど、応用機器の品質を向上さ
せることができる。
【図１】本発明の一実施例による光スキャナを示す斜視
図である。
図である。
【図２】同上の振動子におけるねじれ変形モードを示す
斜視図である。
斜視図である。
【図３】同上の振動子における曲げ変形モードを示す斜
視図である。
視図である。
【図４】振動子の駆動周波数とスキャン部の回動角との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図５】本発明の光スキャナによってスクリーンにレー
ザビームを照射している様子を示す斜視図である。
ザビームを照射している様子を示す斜視図である。
【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は各モードでスクリーン上
にスキャンされているレーザビームの軌跡を示す図であ
る。
にスキャンされているレーザビームの軌跡を示す図であ
る。
【図７】同上の駆動源を駆動させるための駆動回路を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図８】同上の駆動源を駆動させるための駆動回路の他
例を示すブロック図である。
例を示すブロック図である。
【図９】振動子の駆動周波数と振動振幅との関係を示す
図である。
図である。
【図１０】従来例を示す斜視図である。
２ 弾性変形部 ３ スキャン部 ４ ミラー面 ５ 加振部 ６ 駆動源 ７ 振動子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 26/10 104 G06K 7/10 H04N 1/113 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (2)
- 【請求項１】 ねじれ変形による振動モードと曲げ変形
による振動モードとを有し、各振動モードの共振周波数
で駆動されることによってねじれ変形と曲げ変形とによ
り回動できるようになった光ビーム反射用の振動子と、
振動子を振動させる駆動源とを備えた光スキャナであっ
て、 前記振動子の各振動モードに関する各共振周波数が互い
に整数倍の関係にないようにしたことを特徴とする光ス
キャナ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光スキャナにおいて、
いずれの振動モードについても、共振周波数の各高調波
周波数を、各振動モードの共振周波数の値からその値の
１０％程度ずらせてあることを特徴とする光スキャナ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3138307A JP2981579B2 (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 光スキャナ |
| US07/833,664 US5828051A (en) | 1991-02-12 | 1992-02-11 | Optical scanner and bar code reader employing same |
| DE69219920T DE69219920T2 (de) | 1991-02-12 | 1992-02-12 | Verbesserter optischer Abtaster und Strichkodeleser unter dessen Anwendung |
| EP92102340A EP0499236B1 (en) | 1991-02-12 | 1992-02-12 | Improved optical scanner and bar code reader employing same |
| AT92102340T ATE153789T1 (de) | 1991-02-12 | 1992-02-12 | Verbesserter optischer abtaster und strichkodeleser unter dessen anwendung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3138307A JP2981579B2 (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 光スキャナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04336521A JPH04336521A (ja) | 1992-11-24 |
| JP2981579B2 true JP2981579B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=15218819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3138307A Expired - Fee Related JP2981579B2 (ja) | 1991-02-12 | 1991-05-13 | 光スキャナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2981579B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5810036B2 (ja) * | 2012-05-30 | 2015-11-11 | 株式会社東芝 | 露光装置及び画像形成装置ならびに露光装置の制御方法 |
-
1991
- 1991-05-13 JP JP3138307A patent/JP2981579B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04336521A (ja) | 1992-11-24 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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