JP4447963B2 - 光偏向器制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、光偏向器、及び光偏向器を制御する光偏向器制御装置、更にはそれを用いた画像形成装置などに関する。例えば、光の偏向走査によって画像を投影するプロジェクションディスプレイや、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置に好適なものである。

従来から、光偏向器として正弦振動を行う光偏向器を使用した光走査系が種々と提案されている。正弦振動を行う光偏向器を使用した光走査系は、ポリゴンミラー等の回転多面鏡を使用した光走査光学系に比べて、光偏向器を大幅に小型化することが可能であること、消費電力が少ないこと、特に半導体プロセスによって製造されるＳｉ単結晶からなる光偏向器は理論上金属疲労が無く耐久性にも優れていること等の特徴がある。

一方、正弦振動を行う光偏向器によって反射偏向された光は、回転多面鏡を使用した光偏向器に比べ、偏向走査の角速度が一定とならず余弦的に変化する。特に偏向走査の両端に向かうにつれ偏向走査の角速度は減少するため、被走査面上で等速走査が必要な応用には、結像光学系（結像レンズ）としてarcsinレンズを用いることが多い。arcsinレンズを用いる場合、走査中心に対して走査端部の主走査方向のＦナンバーが変化してしまうという特性があり、走査中心と走査端部との被走査面上におけるスポット径が不均一になってしまう。

以上のような課題を改善するため、提案がなされている（特許文献１、特許文献２参照）。図１１は、特許文献１に開示された光走査系を示す概略図である。光偏向器１０１２は、第１可動子１０１４、第２可動子１０１６とそれらを連結して弾性支持する第１ねじりバネ１０１８、第２可動子１０１６と機械的な接地面を弾性支持する第２ねじりバネ１０２０で構成されている。これら全ての要素は、ねじり軸１０２６を中心として駆動手段１０２３によりねじり振動する。また、第１可動子１０１４は、光を偏向するための反射面を有しており、第１可動子１０１４のねじり振動によって、光源からの光を偏向走査する。光偏向器１０１２は、ねじり軸１０２６を中心としたねじり振動について、基準周波数となる１次の固有振動モードと基準周波数の略３倍の周波数となる２次の固有振動モードを有している。駆動手段１０２３は、この１次の固有振動モードの周波数とこれに対して同位相で３倍の周波数の２つの周波数で光偏向器１０１２を駆動する。したがって、光偏向器１０１２は、１次の固有振動モードに加えて、２次の固有振動モードで同時にねじり振動しているため、第１可動子１０１４で反射された光の偏向走査の変位角は、この２つの振動モードの重ね合わせとなり、正弦波ではなく略三角波状に変化する。したがって、偏向走査の角速度は、変位角が正弦波であったときと比べ、略等角速度となる領域が広く存在するため、偏向走査の全域に対する利用可能な領域を大きくすることができる。

一方、第１可動子１０１４は、偏向走査の反射面の裏面に、変位検出用反射面１０１５を有している。変位検出手段１０３２は光を変位検出用反射面１０１５に入射し、反射光を検出することによって、第１可動子１０１４の変位角を検出する。変位の検出信号は信号線１０３４を経て、バンドパスフィルター回路１０３６で１次の固有振動モードの周波数成分のみ、第１信号線１０３８、第２信号線１０４０に送られる。第１信号線１０３８からの信号は、乗算器１０４２へ送られ、ここで元の３倍の周波数信号へと変換される。更に、乗算器１０４２は、位相調節入力１０５４と振幅調節入力１０５５を有している。これら２つの入力によって、変位検出手段１０３２によって検出された第１可動子１０１４の偏向走査の変位が、適切な略三角波状の変位となるように、乗算器１０４２からの出力信号の位相、最大振幅をそれぞれ調節することができる。

乗算器１０４２からの信号は、加算器１０４６へ入力される。加算器１０４６は、乗算器１０４２からの信号と、第２信号線１０４０、自動ゲイン制御回路１０６０を経た１次の固有振動モードの周波数信号とを加算し、光偏向器１０１２の駆動信号を生成する。駆動信号は、信号線１０４８を経て駆動回路１０５０へ送られ、駆動手段１０２３を１次の固有振動モードとその３倍の周波数信号の合成波形で駆動する。

自動ゲイン制御回路１０６０は、ピーク検出回路１０５６、差分増幅回路１０６１、プリセット振幅１０６３、増幅器１０６２、ゲイン制御回路１０６４から成る。第２信号線１０４０は２つの信号線１０４０ａ、１０４０ｂに分岐される。信号線１０４０ａからの信号は、ピーク検出回路１０５６で検出された最大振幅と予め設定された振幅値であるプリセット振幅１０６３との差分を差分増幅回路１０６１により検出する。この差分信号は、ゲイン制御回路１０６４を制御する増幅器１０６２に送られ、信号線１０４０ｂからの信号をプリセット振幅１０６３と同ゲインとなるようにゲイン制御回路１０６４を制御する。
米国特許第４８５９８４６号公報 米国特許第５０４７６３０号公報

しかしながら、上記従来例においては、２つの異なる固有振動モードで駆動する際の各周波数成分の重ね合わせの係数（つまり、各周波数成分の振幅の最大値）は、振幅調節入力１０５５とプリセット振幅１０６３での既定値によって決定されており、好適な値を設定することが困難であった。

上記課題に鑑み、本発明の光偏向器制御装置は、一方の周波数が他方の周波数の定数倍である比例関係にある互いに異なる周波数の正弦振動を行う２つの偏向反射面と、２つの該偏向反射面を駆動する駆動手段と、周波数検知回路と、を有し、２つの前記偏向反射面の正弦振動の重ね合わせにより光源からの光を偏向走査する光偏向器を制御する光偏向器制御装置であって、前記光偏向器によって偏向走査される光の偏向走査の角速度のプリセットされた最大値と最小値および前記周波数検知回路から出力される前記互いに異なる周波数の正弦振動のいずれか１つの周波数から、２つの前記偏向反射面の正弦振動の最大振幅の制御目標値を決定する演算回路を有することを特徴とする。また、本発明の光偏向器制御装置は、偏向反射面を持つ可動子を含む２つ以上の可動子と、該可動子を連結する複数の弾性支持部と、該複数の弾性支持部の一部を支持する支持体で構成されて前記偏向反射面を一振動軸の回りに振動可能にするように構成された振動系と、周波数検知回路と、振動系の有する一方の周波数が他方の周波数の定数倍である比例関係にある２つの異なる固有振動モードで振動系を駆動する駆動手段と、を有し、光源からの光を偏向走査する光偏向器を制御する光偏向器制御装置であって、前記光偏向器によって偏向走査される光の偏向走査の角速度のプリセットされた最大値と最小値および前記周波数検知回路から出力される前記２つの異なる固有振動モードのいずれか１つの周波数から、前記偏向反射面の２つの固有振動モードの最大振幅の制御目標値を決定する演算回路を有することを特徴とする。

また、上記課題に鑑み、本発明の画像表示装置は、光源と、光偏向器と、請求項１乃至４の何れか１つに記載の光偏向器制御装置とを有し、光偏向器は、光偏向器制御装置で制御され、光源からの光を光偏向器により偏向し、該光の少なくとも一部を画像表示体上に投影することを特徴とする。

また、上記課題に鑑み、本発明の画像形成装置は、光源と、光偏向器と、請求項１乃至４の何れか１つに記載の光偏向器制御装置と、感光体とを有し、光偏向器は、光偏向器制御装置で制御され、光源からの光を光偏向器により偏向し、該光の少なくとも一部を感光体上に入射することを特徴とする。

本発明による上記光偏向器制御装置によって、偏向走査の仕様である偏向走査の最大角速度と最小角速度、周波数から、好適な各周波数成分の重ね合わせの係数を決定することが可能となり、所望の領域において偏向走査の角速度が略一定となる構成を実現することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施例１）
図１は本発明の光偏向器制御装置を含む光走査系の実施例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施例の光走査系は、光偏向器３１、変位角検知手段３２、光偏向器制御装置５１で構成される。図２には、光偏向器３１の上面図を示した。図示のように、光偏向器３１は、第１可動子１１、第２可動子１３とそれらを連結して弾性支持する第１ねじりバネ（弾性支持部）１２、第２可動子１３と機械的な支持体１５を弾性支持する第２ねじりバネ（弾性支持部）１４で構成されている。これら全ての要素（本発明では振動系と呼ぶ）は、ねじりバネ１２、１４で規定される１つのねじり軸１７を中心として駆動手段１６によりねじり振動される。また、第１可動子１１は、光を偏向するための図示しない反射面を有しており、第１可動子１１のねじり振動によって、反射面は光源からの光を偏向走査する。図２では、ねじりバネ１２、１４を直列的に設けているが、可動子と弾性支持部との連結の仕方、配置は、光偏向面について後記の式３の振動が或る振動軸の回りで起こるのであれば、どの様なものでもよい。

光偏向器３１は、ねじり軸１７を中心としたねじり振動について、基準周波数となる周波数ｆ_０の１次の固有振動モードと基準周波数の２倍の周波数となる２次の固有振動モードを有している２自由度振動系として扱うことができる。駆動手段１６は、この１次の固有振動モードの周波数とこれに対して同位相で２倍の周波数の２つの周波数で光偏向器３１を駆動する。こうした振動系は、ばね定数、質量、形状などを適当に設計することで構成できる。

図３は、横軸を時間ｔとして、第１可動子１１の周波数ｆ_０のねじり振動の変位角を説明する図である（本明細書においては、可動子の往復振動の変位角と、光偏向器によって偏向走査される光の変位角とは定数分が異なるのみであるので、等価的に扱う）。図は、特に第１可動子１１のねじり振動の１周期Ｔ_０に相当する部分を示している（−Ｔ_０／２＜ｔ＜Ｔ_０／２）。

曲線６１は、駆動手段１６を駆動する駆動信号のうち、基準周波数ｆ_０の成分を示しており、最大振幅±φ₁の範囲で往復振動し、時間ｔ、角周波数ｗ₀＝２πｆ_０として、
θ₁＝φ₁sin[ｗ₀ｔ] （式１）
であらわされる正弦振動である。

一方、曲線６２は、基準周波数ｆ_０の２倍の周波数成分を示しており、最大振幅±φ₂の範囲で振動し、
θ₂＝φ₂sin[2ｗ₀ｔ] （式２）
なる正弦振動である。

曲線６３は、このような駆動の結果生じる第１可動子１１のねじり振動の変位角を示している。光偏向器３１は、前述のようにねじり振動について、２自由度振動系として扱うことができ、基準周波数ｆ_０の固有振動モードと周波数が２ｆ_０の２次の固有振動モードをねじり軸１７中心のねじり振動について有している。そのため、光偏向器３１には、上記θ_１、θ₂の駆動信号に励起された共振がそれぞれ生じる。つまり、曲線６３の第１可動子１１の変位角は、２つの正弦振動の重ね合わせの振動となり、
θ＝θ₁＋θ₂＝φ₁sin[ｗ₀ｔ]＋φ₂sin[2ｗ₀ｔ] （式３）
で表される鋸波状の振動となる。

図４は、図３の曲線６１、６３、直線６４を微分した曲線６１ａ、６３ａ、直線６４ａを示しており、これらの曲線の角速度を説明している。基準周波数ｆ_０の正弦振動の角速度である曲線６１ａと比べ、第１可動子１１の鋸波状の往復振動の角速度を示す曲線６３ａは、区間Ｎ−Ｎ’において、極大点の角速度Ｖ₁、極小点の角速度Ｖ₂を最大・最小とする範囲に角速度が収まっている。したがって、光偏向器３１による光の偏向走査を利用する応用において、等角速度走査である直線６４ａからの角速度の許容誤差以内にＶ₁、Ｖ₂が存在するならば、区間Ｎ−Ｎ’は実質的な等角速度走査とみなすことができる。このように、鋸波状の往復振動によって、偏向走査の角速度は、変位角が正弦波であったときと比べ、実質的な等角速度となる領域を広く設定することができるため、偏向走査の全域に対する利用可能な領域を大きくできる。

本実施例では、特に２つの固有振動モードの周波数が２倍の関係を説明したが、これを３倍にした場合は、重ね合わせの振動の形状は略三角波となる。この場合、偏向走査の往復で略等角速度の領域が現れるため、往復で等角速度を利用する応用に特に好適となる。

図１の構成の説明に戻って、図１に示すように変位角検出手段３２は、光偏向器３１の第１可動子１１の変位角を検知する。変位角の検知信号は、第１バンドパス回路３５、第２バンドパス回路３６に送られる。第２バンドパス回路３６は、第１可動子１１の振動のうち、基準周波数の２倍の２ｆ_０の信号成分付近の周波数帯が通過する。第２バンドパス回路３６からの信号は、信号５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄのように第２ピーク検出回路４３、加算器４１、割算器４０、周波数検知回路３４にそれぞれ送られる。５２ｂからの信号は、第２制御目標値４４となるように第２ゲイン制御回路４６により最大振幅を調整されて、加算器４１へ送られる。一方、５２ｃからの信号は、割算器４０により周波数２ｆ_０の半分の周波数ｆ_０に変換され、第１制御目標値４９となるように第１ゲイン制御回路５０で最大振幅を調節された後、加算器４１へ送られる。加算器４１では、周波数ｆ_０、２ｆ_０の２信号を加算し、駆動回路４２へ駆動信号を送る。駆動回路４２は、この駆動信号によって光偏向器３１を駆動する。

この駆動信号により駆動される第１可動子１１の変位角θは、曲線６３のように鋸波状の振動になるように、式３の重ね合わせの２つの係数φ₁、φ₂の制御目標値を適切に設定する必要ある。本実施例の光偏向器制御装置は、最大角速度プリセット３８、最小角速度プリセット３９、第１可動子１１の周波数２ｆ_０からφ₁、φ₂を決定する振幅制御装置３７を有することを特徴とする。

振幅制御装置である演算回路３７は、最大角速度プリセット３８、最小角速度プリセット３９、信号線５２ｄを経た周波数検知回路３４からの信号による第１可動子１１の周波数２ｆ_０から第１制御目標値４４、第２制御目標値４９の２つを決定する。演算回路３７での演算は以下に示すように行われる。

図４に示した第１可動子１１の角速度を示す曲線６３ａは、２つの極大値と極小値を持っている。極大・極小の時間ｔは変位角の２階微分である角加速度θ”が0となる時間であり、この時間をｔ₁、ｔ₂として、本実施例の場合、特に以下のようになる。
θ”(t)＝−φ ₁ ｗ ₀ ² sin[ｗ ₀ ｔ]−4φ ₂ ｗ ₀ ² sin[2ｗ ₀ ｔ]＝0 （式４）
(ｔ₁,ｔ₂)＝(ｗ₀(φ₁＋2φ₂),−ｗ₀(φ₁ ²/(16φ₂)＋2φ₂)) （式５）

時間ｔ₁、ｔ₂の角速度が図４での区間Ｎ−Ｎ’における最大角速度Ｖ₁、最小角速度Ｖ₂であるので、以下の連立方程式をφ₁、φ₂について解くことによって、所望のφ₁、φ₂についての関係式を得る。
θ’(t ₁ ,ｗ ₀ ,φ ₁ ,φ ₂ )＝Ｖ ₁ （式６-1）
θ’(t ₂ ,ｗ ₀ ,φ ₁ ,φ ₂ )＝Ｖ ₂ （式６-2）
本実施例の場合、特に以下のようになる。
(φ ₁ ,φ ₂ )＝(2/(9ｗ ₀ )｛4Ｖ ₁ ＋2Ｖ ₂ ＋[2(Ｖ ₂ −Ｖ ₁ )(Ｖ ₁ ＋2Ｖ ₁ )] ^1/2 ｝,
1/(18ｗ ₀ )｛Ｖ ₁ −4Ｖ ₂ −2[2(Ｖ ₂ −Ｖ ₁ )(Ｖ ₁ ＋2Ｖ ₁ )] ^1/2 ｝） （式７）

こうして、本実施例の演算回路３７は式７によって最大角速度プリセット３８、最小角速度プリセット３９、周波数２ｆ_０から第１制御目標値４４、第２制御目標値４９を決定する。

再び図１の構成の説明に戻って、第１バンドパス回路３５は、基準周波数ｆ_０の信号成分付近の周波数帯が通過する。第１バンドパス回路３５からの信号は、第１ピーク検出回路４７へ送られる。第１ピーク検出回路４７、第２ピーク検出回路４３はそれぞれの周波数信号の振幅を検知し、第１差分増幅器４８、第２差分増幅器４５へそれぞれ信号を送る。ここで、第１差分増幅器４８、第２差分増幅器４５は、第１ゲイン制御回路５０、第２ゲイン制御回路４６をそれぞれ制御するため、信号線５２ｂを経た周波数２ｆ_０の信号と割算器４０を経た基準周波数ｆ_０の信号が、第１制御目標値４９、第２制御目標値４４となるように、最大振幅を調整できる。

以上のように光偏向器制御装置５１は、偏向走査の仕様である最小角速度Ｖ₁、最大角速度Ｖ₂を満たすφ₁、φ₂を、第１可動子１１の基準周波数ｆ_０によって決定することができる。更に、本実施例では、演算回路３７に入力する値を周波数２ｆ_０としたが、これの１／２の周波数つまり基準周波数ｆ_０を用いても同様にφ₁、φ₂を決定することができる。

更に本実施例は、第１可動子１１の周波数２ｆ_０が、温度等の外的な要因によって変化した場合でも、常に最小角速度Ｖ₁、最大角速度Ｖ₂を満たす偏向走査を達成するφ₁、φ₂を設定することができる。図５、図６は、横軸を時間ｔとして第１可動子１１の周波数ｆ_０のねじり振動の変位角、角速度をそれぞれ説明する図である。図５は、特に第１可動子１１のねじり振動の１周期Ｔ_０に相当する部分（−Ｔ_０／２＜ｔ＜Ｔ_０／２）を示しており、縦軸は、標準化変位角であって、式３における変位角θをφ₁で除した値である。曲線７１は、周波数２ｆ_０を４ｋHz（つまり基準周波数ｆ_０を２ｋHz）、最小角速度を８０００ｒａｄ／ｓ、最大角速度を８８００ｒａｄ／ｓで、式７により、φ₁を０．９９０２、φ₂を−０．１７６８とした標準化変位角を示している。更に、図６は、曲線７１を微分した曲線７１ａを示している。図６の縦軸は、第１可動子１１の角速度をφ₁で除した標準化角速度を示している。

図５、図６に破線で示した曲線７２、７２ａは、最小・最大角速度を曲線７１と等しく設定し、周波数２ｆ_０を４．４ｋHz（基準周波数ｆ_０を２．２ｋＨｚ）としたものである。これは、温度等の外的な要因などによって周波数２ｆ_０が１０％変化した場合の曲線７１の変化を想定したものである。この場合においても、式７から好適な最大振幅を算出することが可能である。図示した曲線７２、７２ａは、式７よりφ₁を０．９００２、φ₂を−０．１６０７とした曲線である。このように、本実施例の光偏向器制御装置により、周波数２ｆ_０または、基準周波数ｆ_０が変化した場合でも、常に最小・最大角速度が同一の偏向走査を実現可能となる。特に本実施例に示したように２つの固有振動モードの周波数が互いに２倍となる関係を用いることによって、鋸波状の往復振動が達成できるため、本実施例は、光の偏向走査の片側（往路または復路）のみを用いる応用に好適な形態となる。更に本実施例では、単一の光偏向器で、正弦波の重ね合わせの往復振動を達成できるため、光走査系を小型化することができる。

（実施例２）
図８は本発明の光偏向器制御装置を含む光走査系の第２の実施例を示すブロック図である。本実施例では、第１の実施例と同一部分には、同一の符号を付し、説明を省略する。

図８の本実施例の光偏向器制御装置を含む光走査系は、第１の実施例と異なり、２つの光偏向器３１、３１１を有している。それに伴って、変位角検知手段もそれぞれ３２、３２２のように２つ有している。図７（ａ）には、光偏向器３１、３１１の上面図を示した。図示のように、光偏向器３１、３１１は、可動子２３と、可動子２３と機械的な支持体２５を弾性支持するねじりバネ２４で構成されている。これら全ての要素は、ねじり軸１７を中心として駆動手段１６によりねじり振動する。また、可動子２３は、光を偏向するための図示しない反射面を有しており、可動子２３のねじり振動によって、光源からの光を偏向走査する。特に、本実施例では、２つの光偏向器３１、３１１は、構成要素は同一であるが、各要素の寸法が異なっている。そのため光偏向器３１のねじり軸１７を中心としたねじり振動について、周波数ｆ_０の１次の固有振動モードを有するのに対して、光偏向器３１１は、２倍の周波数２ｆ_０の１次の固有振動モードを有している。

図７（ｂ）は、光偏向器３１、３１１の２つの光偏向器の配置を説明する概念図である。図７（ｂ）に示すように光偏向器３１は、可動子２３ａ、支持体２５ａ、ねじりバネ２４ａで構成されている。一方、光偏向器３１１は、可動子２３ｂ、支持体２５ｂ、ねじりバネ２４ｂで構成されている。本実施例では、図示のように、光偏向器３１、３１１はそれぞれのねじり軸１７a、１７ｂがほぼ平行に配置される。そして、光偏向器３１、３１１は、それぞれの図示しない駆動手段１６ａ、１６ｂによって、それぞれの固有振動モードの周波数（つまり、ここでは、光偏向器３１、３１１はそれぞれ周波数ｆ_０、２ｆ_０）で、ねじり軸１７ａ、１７ｂまわりにねじり振動で駆動される。２つの振動軸は必ずしも平行である必要はなく、所望される全体構成に応じて適当な角度で配置され得る。前述の式３の変位角で駆動される可動子による光の偏向と同等な偏向が光２２に対して行われる限り、どの様な配置でもよい。配置の仕方によっては、光偏向器に入れた光が偏向されて、ほぼ元の方向に戻ってくるような形態にもでき、この場合、光の這い回しにおいて空間が有効に利用されてコンパクトな構成とできる。

上記構成において、図示しない光源からの光２２は、まず光偏向器３１の可動子２３ａの反射面によって偏向走査される。その後、光偏向器３１１の可動子２３ｂの反射面によって更に偏向走査される。上記のように、光偏向器３１、３１１のねじり振動の周波数はｆ_０、２ｆ_０と異なっているため、２つの反射面で反射され、偏向走査された光２２は、第１の実施例で説明した式３と同一の２つの正弦振動の重ね合わせの振動で駆動される偏向器による偏向光としてあらわされる。本実施例では、重ね合わせの正弦振動の周波数の関係がｆ_０、２ｆ_０と２倍で、位相差がないため、第１の実施例と同様の鋸波状の振動となる。したがって、本実施例の光偏向器３１、３１１を用いた光走査系においても、第１の実施例の原理と全く同様に、鋸波状の振動によって、偏向走査の角速度は、変位角が正弦波であったときと比べ、実質的な等角速度となる領域を広く設定でき、偏向走査の全域に対する利用可能な領域を大きくできる。本実施例では、特に２つの固有振動モードの周波数が２倍の関係を説明したが、これを３倍にした場合は、重ね合わせの振動の形状は略三角波となる。この場合、偏向走査の往復で略等角速度の領域が現れるため、往復で等角速度を利用する応用に特に好適となる。

更に、本実施例では、第１の実施例と比べ、２つの光偏向器で構成することによって、それぞれの光偏向器は、可動子、ねじりバネが１つと比較的簡易な構造であるため、製造が容易で耐久性の高い光走査系とすることができる。

図８の構成の説明に戻ると、本実施例の光偏向器制御装置５１は、第１の実施例と異なり、変位角検出手段３２、３２２は、光偏向器３１、３１１のそれぞれの可動子２３ａ、２３ｂの変位角を検知する。それぞれの変位角の検知信号は、第２バンドパス回路３６、第１バンドパス回路３５へそれぞれ送られる。第２バンドパス回路３６は、可動子２３ａの振動のうち、周波数のｆ_０の信号成分付近の周波数帯を通過させる。第２バンドパス回路３６からの信号は、信号５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄのように第２ピーク検出回路４３、駆動回路４２、乗算器４０１、周波数検知回路３４にそれぞれ送られる。５２ｂからの信号は、第２制御目標値４４となるように第２ゲイン制御回路４６により最大振幅を調整されて、駆動回路４２へ送られ、この駆動信号によって光偏向器３１を駆動する。一方、５２ｃからの信号は、乗算器４０１により周波数ｆ_０の倍の周波数２ｆ_０に変換され、第１制御目標値４９となるように第１ゲイン制御回路５０で最大振幅を調節された後、駆動回路４２１へ駆動信号を送る。駆動回路４２１は、この駆動信号によって光偏向器３１１を駆動する。

本実施例においても、第１の実施例と同様に、演算回路３７は式７によって最大角速度プリセット３８、最小角速度プリセット３９、周波数ｆ_０から第１制御目標値４４、第２制御目標値４９を決定することができる。

第１バンドパス回路３５は、周波数２ｆ_０の信号成分付近の周波数帯を通過させる。第１バンドパス回路３５からの信号は、第１ピーク検出回路４７へ送られる。第１ピーク検出回路４７、第２ピーク検出回路４３はそれぞれの周波数信号の振幅を検知し、第１差分増幅器４８、第２差分増幅器４５へそれぞれ信号を送る。ここで第１差分増幅器４８、第２差分増幅器４５は、第１ゲイン制御回路５０、第２ゲイン制御回路４６をそれぞれ制御するため、信号線５２ｂを経た周波数ｆ_０の信号と乗算器４０１を経た周波数２ｆ_０の信号が、第１制御目標値４９、第２制御目標値４４となるように、最大振幅を調整できる。

以上のように光偏向器制御装置５１は、第１の実施例と異なり１つの固有振動モードをもつ２つの光偏向器を組み合わせた光偏向器群において、第１の実施例と同様に、偏向走査の仕様である最小角速度Ｖ₁、最大角速度Ｖ₂を満たすφ₁、φ₂を、可動子２３aの周波数ｆ_０によって決定することができる。特に本実施例に示したように２つの固有振動モードの周波数が互いに２倍となる関係を用いることによって、鋸波状の往復振動が達成できるため、光の偏向走査の片側（往路または復路）のみを用いる応用に好適な形態となる。本実施例においても、２つの可動子の周波数がほぼ同じ割合で、温度等の外的な要因によって変化した場合でも、常に最小角速度Ｖ₁、最大角速度Ｖ₂を満たす偏向走査を達成するφ₁、φ₂を設定することができる。

（第３の実施例）
図９は上記光走査系を用いた光学機器の実施例を示す図である。ここでは光学機器として画像表示装置を示している。図９において、２００６は、水平走査用光偏向器であり、投影面２００５の水平方向に入射光を偏向走査する。一方、２００１は本発明の光偏向器制御装置を含む光走査系であり、本実施例では、垂直方向に入射光を偏向走査する。２００２はレーザ光源である。２００３はレンズ或いはレンズ群であり、２００４は書き込みレンズまたはレンズ群、２００５は投影面である。レーザ光源２００２から入射したレーザ光は、光の偏向走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて光偏向器２００６、光走査系２００１により２次元的に走査される。この走査されたレーザ光は書き込みレンズ２００４により投影面２００５上に画像を形成する。

本発明の光走査系を投影面２００５の垂直方向の偏向走査に用いることによって、小型で省電力な共振を利用した光偏向器でありながら、略等角速度に光を偏向走査することができる。そのため、水平走査用光偏向器２００６によって描画される画像の水平ラインのライン間隔を略一定とすることができ、画像の輝度むらをなくし、画像の垂直方向の全体サイズを一定にすることが可能となる。

更に、本発明の第１の実施例の光偏向器制御装置を用いることにより、光走査系２００１の固有振動モードの周波数が温度などの外的要因で変化し、偏向走査の周波数が変化した場合でも、略等角速度となる領域の角速度を同一とすることが可能となる。したがって、画像の水平ラインのライン間隔を常に同一とし、画像の輝度むら、画像の垂直方向の全体サイズを常に一定にすることが可能となる。

（第４の実施例）
図１０は上記光走査系を用いた光学機器の他の実施例を示す図である。ここでは、光学機器として画像形成装置を示している。図１０において、３００３は本発明の光偏向器制御装置を含む光走査系であり、本実施例では入射光を一次元に走査する。３００１はレーザ光源である。３００２はレンズあるいはレンズ群であり、３００４は書き込みレンズ或いはレンズ群、３００５は感光体である。レーザ光源３００１から射出されたレーザ光は、光の偏向走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、光走査系３００３により一次元的に走査される。この走査されたレーザ光は書き込みレンズ３００４により、感光体３００５上へ画像を形成する。感光体３００５は図示しない帯電器により一様に帯電されており、この上に光を走査することによりその部分に静電潜像を形成する。次に、図示しない現像器により静電潜像の画像部分にトナー像を形成し、これを例えば図示しない用紙に転写・定着することで用紙上に画像が形成される。本発明の光偏向器制御装置により、光の偏向走査の角速度を仕様範囲内に設定することが可能となる。

本発明の第１の実施例の光偏向器、光偏向器制御装置を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例の光偏向器を示す上面図である。 本発明の第１の実施例の光を偏向走査する光偏向器の可動子の変位角（光偏向器によって偏向走査された光の変位角と等価的に置き換えてもよい）を説明する図である。 本発明の第１の実施例の光偏向器の可動子の角速度（光偏向器によって偏向走査された光の角速度と等価的に置き換えてもよい）を説明する図である。 本発明の第１の実施例の光偏向器によって偏向走査された光の標準化変位角を説明する図である。 本発明の第１の実施例の光偏向器によって偏向走査された光の標準化角速度を説明する図である。 （ａ）本発明の第２の実施例の光偏向器を示す上面図である。（ｂ）本発明の第２の実施例の２つの光偏向器の配置を示す概念図である。 本発明の第２の実施例の光偏向器、光偏向器制御装置を示すブロック図である。 本発明の光偏向器、光偏向器制御装置を用いた光学機器の一実施例を示す図である。 本発明の光偏向器、光偏向器制御装置を用いた光学機器の他の実施例を示す図である。 従来例の光偏向器、光偏向器制御装置を示すブロック図である。

符号の説明

１１、１３ 可動子
１２、１４、２４、２４ａ、２４ｂ ねじりバネ（弾性支持部）
１５、２５、２５ａ、２５ｂ 支持体
１６ 固定コイル（駆動手段）
２３、２３ａ、２３ｂ 可動子（偏向反射面）
３１、３１１、２００１、３００３ 光偏向器（光走査系）
３７ 演算回路
４２、４２１ 駆動回路（駆動手段）
５１ 光偏向器制御装置
２００２、３００１ 光源
２００５ 投影面（画像表示体）
３００５ 感光体

Claims (8)

1. 一方の周波数が他方の周波数の定数倍である比例関係にある互いに異なる周波数の正弦振動を行う２つの偏向反射面と、２つの該偏向反射面を駆動する駆動手段と、周波数検知回路と、を有し、２つの前記偏向反射面の正弦振動の重ね合わせにより光源からの光を偏向走査する光偏向器を制御する光偏向器制御装置であって、
   前記光偏向器によって偏向走査される光の偏向走査の角速度のプリセットされた最大値と最小値および前記周波数検知回路から出力される前記互いに異なる周波数の正弦振動のいずれか１つの周波数から、２つの前記偏向反射面の正弦振動の最大振幅の制御目標値を決定する演算回路を有することを特徴とする光偏向器制御装置。
2. 前記互いに異なる周波数は、一方の周波数が他方の周波数の２倍または３倍であることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器制御装置。
3. 偏向反射面を持つ可動子を含む２つ以上の可動子と、該可動子を連結する複数の弾性支持部と、該複数の弾性支持部の一部を支持する支持体で構成されて前記偏向反射面を一振動軸の回りに振動可能にするように構成された振動系と、
   周波数検知回路と、
   振動系の有する一方の周波数が他方の周波数の定数倍である比例関係にある２つの異なる固有振動モードで振動系を駆動する駆動手段と、を有し、
   光源からの光を偏向走査する光偏向器を制御する光偏向器制御装置であって、
   前記光偏向器によって偏向走査される光の偏向走査の角速度のプリセットされた最大値と最小値および前記周波数検知回路から出力される前記２つの異なる固有振動モードのいずれか１つの周波数から、前記偏向反射面の２つの固有振動モードの最大振幅の制御目標値を決定する演算回路を有することを特徴とする光偏向器制御装置。
4. 前記２つの異なる固有振動モードの周波数は、一方の周波数が他方の周波数の２倍または３倍であることを特徴とする請求項３に記載の光偏向器制御装置。
5. 光源と、光偏向器と、請求項１乃至４の何れか１つに記載の光偏向器制御装置とを有し、光偏向器は、光偏向器制御装置で制御され、光源からの光を光偏向器により偏向し、該光の少なくとも一部を画像表示体上に投影することを特徴とする画像表示装置。
6. 光源と、光偏向器と、請求項１乃至４の何れか１つに記載の光偏向器制御装置と、感光体とを有し、光偏向器は、光偏向器制御装置で制御され、光源からの光を光偏向器により偏向し、該光の少なくとも一部を感光体上に入射することを特徴とする画像形成装置。
7. 一方の周波数が他方の周波数の定数倍である比例関係にある互いに異なる周波数の正弦振動を行う２つの前記偏向反射面の正弦振動の重ね合わせにより光源からの光を偏向走査する光偏向器の制御方法であって、
   前記光偏向器によって偏向走査される光の偏向走査の角速度の最大値と最小値をプリセットする第１の工程と、
   前記互いに異なる周波数の正弦振動のいずれか１つの周波数を検知する第２の工程と、
   前記第１の工程でプリセットした、偏向走査される光の偏向走査の角速度の最大値と最小値と、前記第２の工程で求めた周波数とから２つの前記偏向反射面の正弦振動の最大振幅の制御目標値を決定する工程と、を含むことを特徴とする光偏向器の制御方法。
8. 偏向反射面を持つ可動子を含む２つ以上の可動子と、該可動子を連結する複数の弾性支持部と、該複数の弾性支持部の一部を支持する支持体で構成された振動系の前記偏向反射面を一振動軸の回りに振動させて光源からの光を偏向走査する光偏向器の制御方法であって、
   前記光偏向器によって偏向走査される光の偏向走査の角速度の最大値と最小値をプリセットする第１の工程と、
   前記振動系の有する一方の周波数が他方の周波数の定数倍である比例関係にある２つの異なる固有振動モードのいずれか１つの周波数を検知する第２の工程と、
   前記第１の工程でプリセットした、偏向走査される光の偏向走査の角速度の最大値と最小値と、前記第２の工程で求めた周波数とから前記偏向反射面の２つの固有振動モードの最大振幅の制御目標値を決定する工程と、を含むことを特徴とする光偏向器の制御方法。

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