JPH04140706A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えばレーザプリンタやバーコードヌキャナ
等において光ビームを線状に走査させる光走査装置に関
する。より具体的にいえば、本発明は、光走査装置の走
査開始及び終了のタイミングを検出するものである。

［背景技術］ レーザプリンタに用いられている従来の光走査装置３１
の概略図を第６図に示す。これは、ポリゴンミラー３２
を用いた光走査装置３１であり、正多角形状をしたポリ
ゴンミラー３２の外周各面にはミラー面３３，３３．・
・・が形成されており、ポリゴンミラー３２はサーボモ
ータ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３４から出射されたレーザビームα
はポリゴンミラー３２のミラー面３３に照射される。

そして、ミラー面３３で反射されたレーザビームαは、
中間光学系３５を透過し、例えば感光ドラム３６の表面
に照射される。ここでポリゴンミラー３２が一定角速度
で回転していると、レーザビームαを反射させているミ
ラー面３３の角度が変化するので、ポリゴンミラー３２
で反射されたし−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
。

また、光走査装置３１においては、レーザビームαの走
査開始及び終了のタイミングを検出する必要があるが、
その方法としては、レーザビームαの走査範囲の両端に
それぞれ受光素子３７．＄８を配置し、一方の受光素子
３７にレーザビームαが入射した時に１走査の開始時点
を検出し、他方の受光素子３８にレーザビームαが入射
した時に１走査の終了時点を検出するようになっていた
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このようなタイプの光走査装置にあって
は、ポリゴンミラーやモータ等を用いているため、小型
化を図るのが困難であった。また、ポリゴンミラーの各
ミラー面の寸法や各ミラー面間の角度等の精度が厳しく
要求されるので、加工コストや組立て調整コストが掛か
り、低コスト化が困難であった。また、レーザビームの
スキャン角は、ポリゴンミラーの面数で決定されるため
、各光走査装置のスキャン角βは一定であり、そのスキ
ャン角βを変更することは不可能であった。

しかも、上記のような光走査装置では、レーザビームの
走査開始及び終了のタイミングを検出させるため、感光
ドラムの両側にそれぞれ受光素子を配置する必要がある
ので、光走査装置が大型化し、構造が複雑となる欠点が
あった。また、レーザビームの走査範囲の両端に受光素
子を置くので、実際に使用できる走査範囲が狭くなると
いう問題があフた。さらに、受光素子の位置が固定され
ているので、走査範囲もしくは走査領域が変更された場
合には走査の開始及び終了を検出することができなかっ
た。

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、断続な原理に基づく小
型で安価な光走査装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段コ 本発明の光走査装置は、少なくとも１つの弾性変形モー
ドを有する弾性変形部と、弾性変形部の一端に設けられ
た加振部と、前記弾性変形部の弾性変形モードに対する
共振周波数の振動を加振部に付与するための駆動源と、
弾性変形部の他端に設けられ、加振部に振動が印加され
た時に少なくともいずれかの弾性変形モードで弾性変形
部を弾性振動させるように配置され、弾性変形部の弾性
振動によって少なくとも１方向に回動できるようになっ
たスキャン部と、スキャン部に設けられたミラー面とか
らなり、前記駆動源への印加電圧波形によって光走査の
開始及び終了を検出する手段を備えたものである。

［作用コ 弾性変形部の特定の弾性変形モードに対する共振周波数
の振動を加振部に加えると、弾性変形部が当該弾性変形
モードで弾性振動し、スキャン部が特定の方向で回動す
る。このため、スキャン部のミラー面に光ビームを照射
させていると、ミラー面で反射された光ビームがスキャ
ン部の回転によってスキャンされる。

また、スキャン部、弾性変形部及び加振部は、プレート
状に形成することができ、駆動源とじては圧電振動子の
ような小型のアクチュエータを使用することができるの
で、光スキャナを起生形化できる。しかも、構造も簡略
であるので、製作コストや組立て調整コスト等も安価と
なり、低コス（・の光走査装置を提供できる。

さらに、駆動源によって加振部の振幅を変化させれば、
弾性変形部における弾性振動の振Ｉ！（スキャン部の回
動角）を変化させることができ、光ビームのスキャン角
の調整も可能である。

しかも、本発明の光走査装置にあっては、駆動源への印
加電圧波形によって光ビームの走査開始及び終了のタイ
ミングを検出することができるので、従来例の受光素子
のような外付は部品が不要となり、装置の小型化及び簡
略化を図れ、コストも低廉にできる。

また、駆動源への印加電圧波形から電気的に走査開始及
び終了のタイミングを検出しているので、光ビームの実
質的な走査範囲が狭められることがなく、光ビームの走
査範囲の全体を有効に活用でざる。

さらに、光ビームの走査範囲や走査方向、走査領域等が
変化した場合でも、走査開始及び終了のタイミングを検
出することができる。

「実施例］ 以下、本発明の一実施例な添付図に基づいて詳述する。

第４図に本発明の一実施例における機械的構成を示す。

この光走査装置１は、薄板状のプレート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。プレート７は、第５図及び第６図
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、第５図に示すよ
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、第６図に示すように軸心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ｆＴ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ｆａの共振周波数を有し
ている。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ェイト部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、第２図
の実施例では、軸心Ｐの近傍の部分に設けである。加振
部５は、圧電振動子等の駆動源θ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１００　Ｈｚ）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ｆ工もしく
は曲げ変形モードの共振周波数ｆ［Ｉの振動を励起され
る。第１図に示すものは、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ｆ、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１
０から圧力さね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ｆ８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ｆ８の圧力電圧を切り換えて駆動ｆＡ６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ｆ、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を開発
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。

また、レーザビームの走査開始及び終了のタイミングは
、各発振器１０．１２の出力を走査開始・終了判定回路
１５．１６でモニターすることにより検出されている。

すなわち、発振器１０及び１２の圧力は、各発振器１０
．１２の出力に接続された各々の走査開始・終了判定回
路１５，１θに入力されており、走査開始・終了判定回
路１５゜１６では各スキャン方向におけるレーザビーム
の走査開始時点及び終了時点を監視している。そして、
走査開始・終了判定回路１５．１６が走査開始または走
査終了を検出すると、走査開始もしくは走査終了のタイ
ミングを示すトリガ信号を出力する。

第２図（ａ）　（ｂ）は、上記走査開始・終了判定回路
１５．１６の動作を説明する図である。この第２図（ａ
）は、発振器１０．１２から出力される矩形波電圧１７
を示している。第２図（ｂ）はこの矩形波電圧１７によ
って駆動されている光走査装置１によってスキャンされ
ているレーザビームの走査位置を測定した走査位置信号
１８を示しており、走査位置信Ｊｉ！ｒ１８の極小位置
イが走査開始点を、極大位置口が走査終了点を指示して
いる。すなわち、光走査装置１は共振振動しているので
、入力信号に対して出力（走査位置）は位相が１８０゛
遅れている。この場合には、発振器１０．１２から出力
される矩形波電圧１７の立ち上がりハが走査開始点に対
応し、立ち下がり二が走査終了点に対応している。した
がって、走査開始・終了判定回路１５．１６は、発振器
１０．１２から出力されている矩形波電圧１７をモニタ
ーし、矩形波電圧１７の立ち上がり、立ち下がりを検出
し、立ち上がり、立ち下がりを検出した時に走査開始ま
たは走査終了のタイミングを示すトリガー信号をｄカす
る。

また、発振器１０．１２から出力する周波数信号として
は、矩形波に限らず、正弦波や三角波なども可能である
。第３図（ａ、＞（ｂ）は、発振器１０゜１２からの出
力が同図（ａ）に示すような正弦波電圧１９である場合
の走査開始・終了判定回路１５゜１６の動作を説明して
いる。第３図（ｂ）はこの正弦波電圧１９によって駆動
されている光走査装置１によってスキャンされているレ
ーザビームの走査位置を測定した走査位置信号２０を示
しており、走査位置信号２０の極小位置ホが走査開始点
を、極大位置へか走査終了点を指している。この場合に
は、発振器１０．１２から出力される正弦波電圧１９の
極大点トが走査開始点に対応し、極小点チが走査終了点
に対応している。したがって、この場合には、走査開始
・終了判定回路１５．１６で、発振器１０．１２から出
力されている正弦波電圧１９をモニターし、正弦波電圧
１９の極大点、極小点を検出し、極大点、極小点を検出
した時に走査開始または走査終了のタイミングを示すト
リガー信号を出力するようにすればよい。

しかして、本発明に係る光走査装置１は、上述のように
構成されているので、駆動回路９によって駆動源６をあ
る周波数で振動させ、この振動を加振部５に印加させて
第４図の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、弾性変形部２のは
ね剛性や慣性モーメント等から決まるねじれ変形モード
の共振周波数ｆｔまたは曲げ変形モードの共振周波数ｆ
Ｂに一致すると、当該モードの弾性振動か弾性変形部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
。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θアまたは曲げ変形モードの回動角θ、
との関係は、例えば第７図に示すようになる。第７図は
、２つの共振周波数がｆ　Ｔ＜　ｆ　ａ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、縦軸かスキャ
ン部３のねじれ変形モードの回動角θアまたは曲げ変形
モードの回動角θ８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θ７は、駆動周波数ｆがｆ、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θ８は、駆動周波
数ｆがｆ、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。

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は第５図に示すようにθ７
の回動角で軸心Ｐの回りに回動させられる。この時、第
４図に示すように、ミラー面４にレーザビームαな照射
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θ、の２倍のスキャン角２θ１でスキャンされる
。

この時、スキャン動作の開始及び終了のタイミングは、
走査開始・終了判定回路１５で検出され、タイミングを
合わせてトリガー信号が出力される。

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は第６図に示すように０８の回動
角で軸−Ｃｒ　Ｐと直交する方向Ｑの回りに回動させら
れる。このとぎミラー面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θ８の２倍のスキャン角２θ８でスキャンされる。

この時、スキャン動作の開始及び終了のタイミングは、
走査開始・終了判定回路１６で検出され、タイミングを
合わせてトリガー信号が出力される。

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
モードの面振動か増幅されるので、スキャン部３では軸
心２回りの回動角θ７の振動とＱ方向の回りの回転角θ
８の振動とが合成される。この場合も、両方向のスキャ
ン動作について、走査開始及び終了のタイミングを両走
査開始・終了判定回路１５．１６で検出できる。

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に保ちなから、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θ、もしくはθ８を制御
させることができる。

すなわち、第７図の破線で示した曲線は、実線で示した
曲線よりも大ぎな振幅で加振部５を振動させた場合であ
り、加振部５の振幅Ｘが大ぎくなると、スキャン部３の
回動角θ７．θ８も増大する。

しかも、このようにスキャン部３の回動角θア。

θ８を変化させても、走査開始・終了判定回路１５．１
６による走査開始及び終了のタイミングの検出には影響
がない。

したがって、この光走査装置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Ｒ６に印加する電圧を制御して加振部５の振幅Ｘ
を調整しくあるいは、駆動周波数ｆを微小変化させても
よい。）、スキャン角２θアもしくは２θ８を制御させ
る使い方かできる。

なお、本発明の光走査装置は、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
て種々の設計変更か可能である。

例えば、上記実施例ではスキャン部の表面そのものがミ
ラー面となっていたか、ミラー面を形成された別なミラ
ー板をスキャン部の表面に接着させても差し支えない。

また、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。さらに、上記実施例では、２
つの共振周波数ｆＴ、ｆ、は互いに異なる値であったが
、これらの共振周波数ｆｔ、ｆＢは弾性変形部のばね剛
性や慣性モーメントの大きさ、プレートの形状等によっ
て任意に設定することができ、両共振周波数ｆＴとｆ、
の値を一致させてもよい。

また、上言己実施例では、２方向に光ビームをスキャン
させるタイプの光走査装置について説明したが、本発明
は例えば特願平２−２０９８０３号（出願日：平成２年
８月７日）として特許出願したような１方向にのみ光ビ
ームをスキャンさせるタイプの光走査装置にも適用でき
る。

［発明の効果］ 本発明によれば、新蜆な原理による光走査装置を提供す
ることができる。すなわち、圧電振動子のような駆動源
の振動を弾性変形部によってスキャン部の回動運動に変
換させることができ、スキャン部のミラー面に光ビーム
を照射させていれば、ミラー面で反射された光ビームが
スキャニングされる。また、起生形で安価な光走査装置
を製作でき、さらに、加振部の振幅を調整することによ
り、スキャン部の回動する角度を変化させることかでき
、１台の光スキャナによって光ビームを自由なスキャン
角で走査させることができる。

また、駆動源への印加電圧波形によって電気的処理のみ
で走査開始及び走査終了のタイミングを。

検出しているので、従来例の受光素子のような外付は部
材が不要となり、装置の小型化及び簡略化を図れ、コス
トも低廉にでとる。

また、従来例のように走査開始及び終了のタイミングを
検出するために光ビームの走査範囲が狭くなることがな
く、光ビームの走査範囲の全体を有効に活眉できる。

さらに、光ビームの走査範囲や走査方向、走査領域等が
変化した場合でも、走査開始及び終了のタイミングを検
出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光走査装置を駆動させるた
めのの駆動回路を示すブロック図、第２図は発振回路か
ら出力される矩形波電圧と対応する走査位置信号を示す
波形図、第３図は発振回路から出力される正弦波電圧と
対応する走査位置信号な示す波形図、第４図は同上の実
施例の光走査装置の機械的構成を示す斜視図、第５図は
同上のプレートのねじれ変形モードを示す斜視図、第６
図は同上のプレートの曲げ変形モードを示す斜視図、第
７図は駆動周波数とスキャン部の回動角との関係を示す
図、第８図は従来例を示す概略平面図である。 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 １５．１６・・・走査開始 終了判定回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１つの弾性変形モードを有する弾性変
   形部と、 弾性変形部の一端に設けられた加振部と、 前記弾性変形部の弾性変形モードに対する共振周波数の
   振動を加振部に付与するための駆動源と、弾性変形部の
   他端に設けられ、加振部に振動が印加された時に少なく
   ともいずれかの弾性変形モードで弾性変形部を弾性振動
   させるように配置され、弾性変形部の弾性振動によって
   少なくとも１方向に回動できるようになったスキャン部
   と、スキャン部に設けられたミラー面とからなり、前記
   駆動源への印加電圧波形によって光走査の開始及び終了
   を検出する手段を備えた光走査装置。