JPH0437814A - Displacement expanding device - Google Patents

Displacement expanding device

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JPH0437814A
JPH0437814A JP14591290A JP14591290A JPH0437814A JP H0437814 A JPH0437814 A JP H0437814A JP 14591290 A JP14591290 A JP 14591290A JP 14591290 A JP14591290 A JP 14591290A JP H0437814 A JPH0437814 A JP H0437814A
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JP
Japan
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displacement
voltage
electromagnetic actuator
charge
force
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Application number
JP14591290A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michio Doke
教夫 道家
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a displacement expanding device reducing overdisplacement and improving frequency responseness and follow-up property by applying the voltage of a trapezoidal waveform to an electromagnetic actuator to be used as a driving source in a displacement expanding mechanism having new structure. CONSTITUTION:Since the piezo-electric actuator has the laminated structure of piezo-electric elements, the accumulation of charge corresponding to voltage is generated and prescribed operation cannot be obtained until the charge accumulation is removed. Since charge removal is executed at a moment turning the voltage to zero when a sine wave voltage is impressed, the charge is not completely removed. Since operation is executed in a state always having the accumulation of a certain charge, the floating of oscillation displacement is generated during the operation. When the voltage of a rectangular wave is impressed, discharge is completed during the period of a low level voltage, so that the floating of displacement is not generated, but matching with a time constant cannot be obtained and mechanical oscillation may be generated. Thereby, a trapezoidal waveform is used as the voltage to be impressed, and the leading and trailing edge parts of the wave are inclined to suppress the generation of oscillation due to the sudden rise of the waveform, so that the displacement expanding device capable of effectively discharging the actuator and improving frequency responseness and follow-up property can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電磁アクチュエーターを駆動源として用い、こ
の電磁アクチュエーターの微小な変位を拡大する変位拡
大装置に関し、特に、レーザプリンタやデジタル複写機
、レーザープロッタ、レーザーファクシミリ、レーザー
製版機等の光走査装置における像面湾曲補正機構等に応
用するのに最適な変位拡大装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a displacement magnification device that uses an electromagnetic actuator as a drive source and magnifies minute displacement of the electromagnetic actuator, and is particularly applicable to laser printers, digital copying machines, and laser printers. The present invention relates to a displacement magnifying device that is most suitable for application to field curvature correction mechanisms in optical scanning devices such as plotters, laser facsimiles, and laser engraving machines.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

圧電素子、電歪素子、磁歪素子等の電磁アクチュエータ
ーは応答が正確で且つ高速の開動が可能であり種々の分
野に変位手段として使用されている。
Electromagnetic actuators such as piezoelectric elements, electrostrictive elements, and magnetostrictive elements have accurate responses and can open and move at high speed, and are used as displacement means in various fields.

しかし、これらの電磁アクチュエーターは変位量が小さ
いので、使用目的によっては電磁アクチュエーターの変
位量を拡大して変位する変位拡大装置が必要となる。
However, since these electromagnetic actuators have a small amount of displacement, depending on the purpose of use, a displacement magnifying device that magnifies the amount of displacement of the electromagnetic actuator is required.

例えば、光走査装置において被走査面上における光スポ
ツト径の変動の原因となる結像光学系の像面湾曲を除去
するために、光源である半導体レーザーや結像レンズ等
を光走査に同期して変位することが知られているし、最
近では光源と光偏向装置の間にあるシリンダーレンズを
光軸方向へ変位させて体面湾曲の除去・軽減を行うこと
が提案されている。
For example, in order to eliminate the field curvature of the imaging optical system that causes variations in the diameter of the light spot on the surface to be scanned in an optical scanning device, the semiconductor laser that is the light source, the imaging lens, etc. are synchronized with the optical scanning. Recently, it has been proposed to displace a cylindrical lens between the light source and the optical deflection device in the direction of the optical axis to eliminate or reduce body curvature.

このような像面湾曲の補正に必要なシリンダーレンズ等
の変位量は通常数100μmであるが、電磁アクチュエ
ーターの変位量は通常数10μm程度であり、数倍ない
し数10倍の変位拡大が必要となる。
The amount of displacement of a cylinder lens, etc. required to correct such field curvature is usually several hundred μm, but the amount of displacement of an electromagnetic actuator is usually about several tens of μm, so it is necessary to expand the displacement by several to several tens of times. Become.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

電磁アクチュエーターの変位量を拡大する変位拡大装置
としては種々のものが知られ、また提案されているが、
何れも構成の複雑なものが多く実用的でない、また、従
来の種々の変位拡大装置は周波数応答性も悪く、前述の
像面湾曲の補正時における数k)Izの駆動周波数では
追従性が悪く問題となる。
Various displacement magnifying devices are known and proposed to magnify the amount of displacement of an electromagnetic actuator.
All of them have complicated configurations and are not practical.Furthermore, various conventional displacement magnifying devices have poor frequency response, and poor followability at the driving frequency of several k) Iz when correcting the curvature of field mentioned above. It becomes a problem.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、比較
的簡単な構成で変位の拡大が可能な新規な変位拡大装置
の提供を目的とする。また、能動源として用いられる電
磁アクチュエーターへの電圧印加方法を考慮し、周波数
応答性、追従性が向上された変位拡大装置を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a novel displacement amplifying device capable of enlarging displacement with a relatively simple configuration. Another object of the present invention is to provide a displacement amplifying device with improved frequency response and followability, taking into account the method of applying voltage to an electromagnetic actuator used as an active source.

〔課題を解決するための手段及び作用〕以下、本発明に
よる変位拡大装置の構成、動作について説明する。
[Means and operations for solving the problems] The configuration and operation of the displacement amplifying device according to the present invention will be explained below.

本発明による変位拡大装置は、「電磁アクチュエーター
を駆動源として用い、この電磁アクチュエーターの微小
な変位を拡大する装置」であり、発明の主要部は、新規
な構造の変位拡大機構の提供と、駆動源として用いる電
磁アクチュエーターへの電圧印加方法の改善により、変
位拡大装置の周波数応答性及び追従性を向上することに
ある。
The displacement magnifying device according to the present invention is "a device that uses an electromagnetic actuator as a drive source and magnifies minute displacement of this electromagnetic actuator", and the main parts of the invention are to provide a displacement magnifying mechanism with a novel structure and to drive The purpose of this invention is to improve the frequency response and followability of a displacement magnifying device by improving the method of applying voltage to an electromagnetic actuator used as a source.

この変位拡大装置の変位拡大機構は、「矩形形状を有す
る複数のブロック部」が直線状に配されるとともに、ブ
ロック部配列の長手方向両端部に変形力を受けるための
「力作用部」を有する。
The displacement magnifying mechanism of this displacement magnifying device includes a plurality of rectangular block portions arranged in a straight line, and a “force acting portion” for receiving deformation force at both ends of the block array in the longitudinal direction. have

各ブロック部間及びブロック部と力作用部との間は「応
力集中部」により連結されて、全体が一体的に形成され
る。
The block parts and the block part and the force acting part are connected by a "stress concentration part", and the whole is integrally formed.

各応力集中部の配置はr両端部の力作用部に上記電磁ア
クチュエータによって互いに逆向きの1対の変形力を長
手方向へ作用させたとき、応力集中部の変形により全体
が弓なりに変形するように」定められる。
The arrangement of each stress concentration section is such that when a pair of deformation forces in opposite directions are applied in the longitudinal direction by the electromagnetic actuator to the force application section at both ends, the entire structure deforms into an arched shape due to the deformation of the stress concentration section. ``to'' be determined.

そして、変形力の作用による両端部の変位が、上記弓な
りの変形の振幅として並進運動に変換され変位が拡大さ
れる。
Then, the displacement of both ends due to the action of the deforming force is converted into a translational motion as the amplitude of the arched deformation, and the displacement is expanded.

ここで、第1図(A)は本発明の変位拡大装置の変位拡
大機構の一例を示している。
Here, FIG. 1(A) shows an example of the displacement magnification mechanism of the displacement magnification device of the present invention.

この例では、変位拡大機構は3つのブロック部81〜B
3と力作用部C1,C2と応力集中部D1〜D4とを有
する。
In this example, the displacement magnification mechanism includes three block parts 81 to B.
3, force acting parts C1 and C2, and stress concentration parts D1 to D4.

ブロック部81〜B3は矩形形状で直線状に配列され、
さらにその配列の長手方向両端部に力作用部CIと02
とが配備されている。
The block parts 81 to B3 are rectangular and linearly arranged,
Further, force acting portions CI and 02 are provided at both ends in the longitudinal direction of the array.
are in place.

これらブロック部81〜B3と力作用部CI、C2相互
の間は応力集中部D1〜D4により連結されている。
These block portions 81 to B3 and force acting portions CI and C2 are connected to each other by stress concentration portions D1 to D4.

これらブロック部81〜B3、力作用部C1,C2、応
力集中部D1〜D4は全体が単一の材料で一体的に構成
されている。変位の拡大は以下に説明するように応力集
中部の変形により行われるので、変位拡大機構の構成材
料としては変位拡大に必要な応力集中部の変形が弾性変
形として実現されるような材料が用いられる。
These block portions 81 to B3, force acting portions C1 and C2, and stress concentration portions D1 to D4 are all integrally constructed of a single material. Displacement expansion is achieved by deforming the stress concentration area as explained below, so the material for the displacement expansion mechanism should be such that the deformation of the stress concentration area necessary for displacement expansion is realized as elastic deformation. It will be done.

応力集中部Di、D4と02. D3とはブロック部の
幅方向即ち第1図(A)の上下方向で形成位置が異なっ
ている。このため、変位拡大機構の長手方向において互
いに逆向きの力を力作用部C1,C2に作用させるとブ
ロック部B1と83には、互いに逆向きの偶力が作用す
ることになる。
Stress concentration parts Di, D4 and 02. The formation position differs from D3 in the width direction of the block portion, that is, in the vertical direction in FIG. 1(A). Therefore, when forces acting in opposite directions to each other in the longitudinal direction of the displacement magnifying mechanism are applied to the force applying parts C1 and C2, a couple of forces in opposite directions to each other will act on the block parts B1 and 83.

例えば上記逆向きの力が引っ張り力であると、第1図(
B)に示すようにブロック部B1は時計回り、ブロック
部B3は反時計回りに回転し、変位拡大機構の全体は図
のように下向きの弓形に変形する。
For example, if the force in the opposite direction is a tensile force, as shown in Figure 1 (
As shown in B), the block portion B1 rotates clockwise and the block portion B3 rotates counterclockwise, and the entire displacement magnification mechanism deforms into a downward arcuate shape as shown in the figure.

逆に、力作用部C1,C2に一対の圧縮力を作用すると
、変形は第1図(C)に示すように上向きの弓形になる
Conversely, when a pair of compressive forces is applied to the force acting portions C1 and C2, the deformation becomes an upward arcuate shape as shown in FIG. 1(C).

従って、この弓なりの変形を利用して力作用部の変位を
この変位と直交する方向の変位に変換し且つ拡大するこ
とができ、中央のブロック部B2を並進運動することが
できる。
Therefore, by utilizing this arched deformation, the displacement of the force applying portion can be converted into a displacement in a direction perpendicular to this displacement and can be expanded, and the central block portion B2 can be translated.

尚、この第1図の例ではブロック部は3つであるが、こ
れに限らずブロック部は5個でも良いし、7個以上の奇
数個のブロック部を有するように変位拡大機構を構成す
ることもできる。
In the example shown in FIG. 1, there are three block parts, but the number of block parts is not limited to this, and the number of block parts may be five, or the displacement magnification mechanism may be configured to have an odd number of block parts of seven or more. You can also do that.

また、移動物体を中央のブロック位置に直接配置すれば
、ブロックの個数は偶数個に構成することもできる。
Furthermore, if the moving object is placed directly at the central block position, the number of blocks can be configured to be an even number.

さて、上述の変位拡大機構の力作用部に変形力を作用さ
せる手段として電磁アクチュエーターが少なくとも一方
側の力作用部に連結され、変位拡大装置が構成される。
Now, an electromagnetic actuator is connected to at least one side of the force application section as a means for applying a deforming force to the force application section of the displacement amplification mechanism, thereby forming a displacement amplification device.

次に、第1図に示す変位拡大機構の例に即して、変位の
拡大率を説明する。
Next, the displacement magnification rate will be explained based on the example of the displacement magnification mechanism shown in FIG.

上に説明した例において拡大された変位量はブロック部
B1と83の互いに逆向きの回転により生じていること
は明らかである。
It is clear that the increased displacement in the example described above is caused by the rotation of the block parts B1 and 83 in opposite directions.

そこで、第2図(A)に示すようにブロック部B1に就
き、その長さをa、ブロック部輻方向における応力集中
部DI、 C2間の距離をbとし、第2図(B)に示す
ようにブロック部B1を、その両端を夫々X、Y軸上に
拘束された棒状体として考える。
Therefore, as shown in Fig. 2 (A), the block part B1 is set, its length is a, and the distance between the stress concentration part DI and C2 in the block part radial direction is b, as shown in Fig. 2 (B). The block portion B1 is considered as a rod-shaped body whose both ends are restrained on the X and Y axes, respectively.

ここで、力作用部に力の作用していない状態を符号B1
゜(第1図(A)の状態に対応)とし、圧縮力の作用に
より変位拡大機構が第1図(C)のように上向き弓なり
に変形したときの状態を符号B11で表し、この変形に
伴うX、Y軸上の変位をu8゜U、とする。
Here, the state where no force is acting on the force acting part is denoted by the symbol B1.
゜ (corresponding to the state in Fig. 1 (A)), and the state when the displacement magnification mechanism is deformed in an upward arched manner as shown in Fig. 1 (C) due to the action of the compressive force is represented by the symbol B11, and this deformation is The accompanying displacement on the X and Y axes is u8°U.

このとき、明らかに次の関係が成り立つ。At this time, the following relationship clearly holds.

a”、+b”=(a−u、)”+(b+u、)”=a”
+b”+uIl”+u、2−2aux+2bu。
a", +b"=(a-u,)"+(b+u,)"=a"
+b”+uIl”+u, 2-2aux+2bu.

u、、u、がa、bに比して微小量であることを考慮し
、u、、uアの2乗の項を他の項に対して無視すると、
次の関係が得られる。
Considering that u, , u, are minute amounts compared to a and b, and ignoring the square term of u, , ua compared to other terms, we get
The following relationship is obtained.

2(au、1−bu、):0 これから変位の拡大率(ミuy/ujは(a/b”)と
なることが分かる。
2(au, 1-bu,):0 From this, it can be seen that the displacement magnification rate (miuy/uj is (a/b'').

ここで、a=9.0mm、 b=1.5mmとした場合
の第1図の変位拡大機構の拡大変位量の開動周波数特性
を有限要素法によりシミュレーションした結果を第2図
(C)に示す。尚、駆動源すなわち変位拡大機構の両端
部の力作用部に変位を与える電磁アクチュエーターとし
ては積層型圧電アクチュエーターを用いた。この積層型
圧電アクチュエーターの変位量は図に示すように周波数
0から3000Hzまで略10μm程度で安定している
Here, Fig. 2 (C) shows the results of simulating the opening frequency characteristics of the enlarged displacement amount of the displacement amplifying mechanism shown in Fig. 1 using the finite element method when a = 9.0 mm and b = 1.5 mm. . Note that a laminated piezoelectric actuator was used as the drive source, that is, the electromagnetic actuator that applies displacement to the force acting portions at both ends of the displacement magnification mechanism. As shown in the figure, the displacement amount of this laminated piezoelectric actuator is stable at approximately 10 μm from frequency 0 to 3000 Hz.

周波数Oのときの拡大変位量U、は51.3μmである
。一方、理論的に求めた拡大率(a/b)は。
The enlarged displacement amount U at frequency O is 51.3 μm. On the other hand, the theoretically determined expansion ratio (a/b) is.

9.0/1.5=6であり、積層型圧電アクチュエータ
ーの変位量u、=9.3を用いると、理論上の拡大変位
量は55.8μmとなりシミュレーションの結果と良く
一致する。
If 9.0/1.5=6 and the displacement u of the laminated piezoelectric actuator is 9.3, the theoretical expansion displacement is 55.8 μm, which agrees well with the simulation result.

また、駆動周波数300(lHzに対しては、シミュレ
ーションによる拡大変位量61μmに対して理論上の値
は60μmで両者は極めて良く一致する。このことは本
発明の変位拡大装置の設計が容易であることを意味して
いる。
In addition, for a drive frequency of 300 lHz, the theoretical value is 60 μm compared to the simulated expanded displacement amount of 61 μm, which is an extremely good agreement between the two. This makes it easy to design the displacement magnifying device of the present invention. It means that.

ところで、以上述べた変位拡大装置においては。By the way, in the displacement magnifying device described above.

変位拡大機構の両側の力作用部C1,C2に作用力を与
える電磁アクチュエーターへの電圧印加方法を考慮する
必要があり、電磁アクチュエーターとして圧電アクチュ
エーターを使用した場合には、その電圧印加方法に特に
考慮する必要がある。
It is necessary to consider the voltage application method to the electromagnetic actuator that applies the acting force to the force acting parts C1 and C2 on both sides of the displacement magnification mechanism, and when a piezoelectric actuator is used as the electromagnetic actuator, special consideration must be given to the voltage application method. There is a need to.

すなわち、上述の構成の変位拡大機構の駆動源に用いら
れる圧電アクチュエーターへの電圧印加方法としては、
例えば所定周波数の矩形波電圧を印加する方法があるが
、この方式では、駆動系(電装系)の時定数が小さい(
応答性が速い)場合に変位拡大機構の変位に要求値以上
の行き過ぎ量を生じてしまうことが分かっており問題と
なる。
That is, the method of applying voltage to the piezoelectric actuator used as the drive source of the displacement magnifying mechanism configured as described above is as follows.
For example, there is a method of applying a rectangular wave voltage of a predetermined frequency, but in this method, the time constant of the drive system (electrical system) is small (
It is known that if the response is fast), the displacement of the displacement amplifying mechanism may exceed the required value, which is a problem.

そこで、本発明では、変位拡大装置の電磁アクチュエー
ターを含めた電装系の時定数を小さくすることによって
周波数応答性を向上させた場合に生じる駆動変位のオー
バーシュート及び/又はアンダーシュートの抑制を図る
ために、電磁アクチュエーターに印加する電圧を台形波
とし、上記変位拡大機構の変位の行き過ぎ量を減少させ
る。
Therefore, in the present invention, in order to suppress overshoot and/or undershoot of drive displacement that occurs when frequency response is improved by reducing the time constant of the electrical system including the electromagnetic actuator of the displacement magnifying device, Second, the voltage applied to the electromagnetic actuator is made into a trapezoidal wave to reduce the excessive amount of displacement of the displacement magnifying mechanism.

〔実 施 例〕〔Example〕

以下、具体的な実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, specific examples will be described in detail.

尚、第4図に示すような公知の光走査装置における像面
湾曲の補正に本発明の変位拡大装置を利用する場合の実
施例について説明する。
An embodiment in which the displacement magnifying device of the present invention is used to correct field curvature in a known optical scanning device as shown in FIG. 4 will be described.

第4図において、半導体レーザーLDとコリメートレン
ズCLにより構成される光源装Wt1からの平行な光束
はアパーチュア8でビーム形状を整形された後、副走査
対応方向(図面に直交する方向)にのみパワーを持つシ
リンダーレンズ2人により回転多面鏡3の偏向反射面4
の近傍に主走査対応方向に長い線像として結像する。偏
向反射面4により反射された光束は回転多面#!3の回
転により偏向され、レンズ5,6により構成されるfθ
レンズに入射し同fθレンズの作用により被走査面7上
に光スポットとして結像して被走査面7を光走査する。
In FIG. 4, the parallel light beam from the light source device Wt1 consisting of the semiconductor laser LD and the collimating lens CL is shaped into a beam shape by the aperture 8, and then is powered only in the sub-scanning direction (direction perpendicular to the drawing). The deflection reflection surface 4 of the rotating polygon mirror 3 is
A long line image is formed in the vicinity of the main scanning direction. The light beam reflected by the deflection reflection surface 4 is a rotating polygon #! fθ deflected by the rotation of 3 and configured by lenses 5 and 6
The light enters the lens and is imaged as a light spot on the surface to be scanned 7 by the action of the f.theta. lens, so that the surface to be scanned 7 is scanned with light.

fθレンズは主走査方向の像面湾曲を極めて良好に補正
されているが、副走査方向には第5図(A)に示すよう
な像面湾曲を有する。
The fθ lens has field curvature in the main scanning direction that is very well corrected, but has field curvature in the sub-scanning direction as shown in FIG. 5(A).

このときシリンダーレンズ2Aを、第5図(B)に示す
ような正弦曲線に従って変位させると副走査方向の像面
湾曲を第5図(C)のように軽減できる。
At this time, if the cylinder lens 2A is displaced along a sine curve as shown in FIG. 5(B), the curvature of field in the sub-scanning direction can be reduced as shown in FIG. 5(C).

尚、第5図(B)でβはfθレンズの副走査方向の結像
倍率である。
In FIG. 5(B), β is the imaging magnification of the fθ lens in the sub-scanning direction.

第5図(B)の正弦曲線は、偏向光束の偏向角をθとし
て、 0.1322・cos(13+0.5033)mmと表
すことができ、その周波数は光走査速度から2.8kH
zとなる。
The sine curve in Figure 5 (B) can be expressed as 0.1322 cos (13 + 0.5033) mm, where the deflection angle of the deflected light beam is θ, and its frequency is 2.8 kHz from the optical scanning speed.
It becomes z.

従って、シリンダーレンズ2Aに周波数2.8kHzで
振@ 264μmの単振動を行わせれば、副走査方向の
像面湾曲を第5図(C)のように改良できる。
Therefore, by making the cylinder lens 2A perform a simple harmonic motion with an amplitude of 264 μm at a frequency of 2.8 kHz, the curvature of field in the sub-scanning direction can be improved as shown in FIG. 5(C).

この単振動を実現するために、第3図に示す構成の変位
拡大装置を使用した。
In order to realize this simple harmonic motion, a displacement magnification device having the configuration shown in FIG. 3 was used.

第3図において、符号10は第1図及び第2図に即して
説明した変位拡大機構を示す。尚、拡大倍率は6倍であ
る。
In FIG. 3, reference numeral 10 indicates the displacement magnification mechanism described in conjunction with FIGS. 1 and 2. Note that the magnification is 6 times.

図中符号13.15は変位拡大機構IOの力作用部と固
定部材17との間に装着された電磁アクチュエーターを
夫々示しており、この電磁アクチュエーター13.15
は何れも先に説明した変位量略10μmの積層型圧電ア
クチュエーターを2つずつ直列に組み合わせて変位量4
0μmを実現したものである。
Reference numeral 13.15 in the figure indicates an electromagnetic actuator installed between the force acting part of the displacement magnification mechanism IO and the fixing member 17, and this electromagnetic actuator 13.15
In both cases, two laminated piezoelectric actuators with a displacement of approximately 10 μm, which were explained earlier, are combined in series to achieve a displacement of 4.
This achieved 0 μm.

尚、像面湾曲補正用のシリンダーレンズ2Aは変位拡大
装置10の中央のブロック部に固定した。
Incidentally, the cylinder lens 2A for field curvature correction was fixed to the central block portion of the displacement magnifying device 10.

さて、第3図に示す構成の変位拡大装置においては、積
層型圧電アクチュエーター13.15を光走査に同期し
て2.8kHzの周波数で駆動して、シリンダーレンズ
2人を光軸方向へ振輻略240μmで単振動させること
ができ、第5図(C)に近い副走査方向の像面湾曲補正
を実現できる。
Now, in the displacement magnification device having the configuration shown in FIG. 3, the laminated piezoelectric actuator 13.15 is driven at a frequency of 2.8 kHz in synchronization with optical scanning, and the two cylinder lenses are oscillated in the optical axis direction. It is possible to perform simple vibration at approximately 240 μm, and it is possible to realize field curvature correction in the sub-scanning direction similar to that shown in FIG. 5(C).

ところで、上述の変位拡大装置において、変位拡大機構
10に作用力を及ぼす圧電アクチュエーター13.15
に印加する電圧波形としては種々のものが考えられる。
By the way, in the above-mentioned displacement magnification device, the piezoelectric actuator 13.15 exerts an acting force on the displacement magnification mechanism 10.
Various types of voltage waveforms can be considered as the voltage waveforms to be applied.

そこで、−例として、第6図に示すように、2.8kH
zに相当する正弦波を圧電アクチュエーターに印加した
場合を考える。
Therefore, as an example, as shown in FIG.
Consider the case where a sine wave corresponding to z is applied to a piezoelectric actuator.

通常、圧電アクチュエーターには、電気的な応答特性と
機械的な応答特性とがあり、能動周波数が高くなるほど
、その遅れ特性は顕著になる。
Generally, piezoelectric actuators have electrical response characteristics and mechanical response characteristics, and the higher the active frequency, the more pronounced the delay characteristics.

また、圧電アクチュエーターは、圧電素子を数100枚
積層した横進を持つため、コンデンサのように、印加し
た電圧に応じた電荷の蓄積が起こり、この蓄積電荷を除
去しなければ所定の動作が得られない。
In addition, piezoelectric actuators have a lateral movement made by laminating several hundred piezoelectric elements, so like a capacitor, charge accumulates in accordance with the applied voltage, and unless this accumulated charge is removed, the desired operation cannot be performed. I can't.

第6図に示す電圧印加方法は、応答遅れがOで圧電アク
チュエーター13.15が動作すれば、変位拡大機構1
0及びシリンダーレンズ2Aは所定の動きをするため、
最も望ましい電圧印加方法である。
In the voltage application method shown in FIG. 6, if the response delay is O and the piezoelectric actuator 13.
0 and the cylinder lens 2A move in a predetermined manner,
This is the most desirable voltage application method.

しかしながら、第6図に示すような正弦波電圧を印加す
る方法では、前述の蓄積電荷の問題が発生し、圧電アク
チュエーターは所定の動きをしないという問題が生じる
。すなわち、正弦波的な電圧を圧電アクチュエーターに
印加した場合、蓄積電荷の除去は印加電圧が0となる瞬
間の間に行われることになり、完全には除去されない、
従って、連続運転中、常にある程度電荷を蓄積したまま
動作をするため、圧電アクチュエーターは第7図に示す
ような動作をする。但し、第7図に示す振動変位の浮き
上がりXは、圧電アクチュエーター自体が高周波の交流
電圧に対して、線形性が保たれないという特性にも起因
している。
However, in the method of applying a sinusoidal voltage as shown in FIG. 6, the problem of accumulated charge described above occurs, and the piezoelectric actuator does not move in a predetermined manner. That is, when a sinusoidal voltage is applied to a piezoelectric actuator, the accumulated charge is removed during the moment when the applied voltage becomes 0, and is not completely removed.
Therefore, during continuous operation, the piezoelectric actuator operates with a certain amount of charge stored at all times, so the piezoelectric actuator operates as shown in FIG. However, the rise X in the vibration displacement shown in FIG. 7 is also due to the characteristic that the piezoelectric actuator itself does not maintain linearity with respect to high-frequency alternating voltage.

そこで、このような不具合を改善する方法として、印加
電圧を矩形波電圧とし、駆動電装系の時定数を操作する
ことにより、略正弦的な変位を得る方法がある。この方
法によれば、電圧がロウレベルの期間に圧電アクチュエ
ーターが放電を完了するので、電荷蓄積による変位の浮
き上がりは生じない。しかしながら、この方法において
も、駆動周波数によっては1時定数とのマツチングがと
れなくなり、第8図に示すように、機械的振動を起こす
ことがある。
Therefore, as a method to improve such a problem, there is a method of obtaining a substantially sinusoidal displacement by using a rectangular wave voltage as the applied voltage and manipulating the time constant of the drive electrical system. According to this method, since the piezoelectric actuator completes discharging while the voltage is at a low level, displacement does not rise due to charge accumulation. However, even with this method, depending on the drive frequency, matching with the 1 time constant may not be achieved, and mechanical vibrations may occur as shown in FIG.

そこで本発明では、電磁アクチュエーターに印加する電
圧として矩形波の代わりに台形波を用いて、立上り及び
立下がりの部分に傾きを持たせ、急激な立上りによる機
械的振動を発生しにくくすることを特徴としている。
Therefore, in the present invention, a trapezoidal wave is used instead of a rectangular wave as the voltage applied to the electromagnetic actuator, and the rise and fall portions are sloped, thereby making it difficult to generate mechanical vibrations due to sudden rises. It is said that

したがって、本発明によれば、圧電アクチュエーターを
良好に放電させ、且つ機械的振動が起こりにくく変位拡
大機構を振動させることができ、周波数応答性、追従性
の良い変位拡大装置を提供することができる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to discharge the piezoelectric actuator well and vibrate the displacement magnification mechanism without causing mechanical vibration, and it is possible to provide a displacement magnification device with good frequency response and followability. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、本発明によれば新規な構成及び駆動方法の変位拡
大装置が提供できる。
As described above, according to the present invention, a displacement amplifying device with a novel configuration and driving method can be provided.

また、本発明によれば、駆動源として用いられる電磁ア
クチュエーターへの電圧印加方法を考慮したことにより
周波数応答性及び機構系の追従性が向上された変位拡大
装置を提供することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a displacement amplifying device in which the frequency response and followability of the mechanical system are improved by considering the method of applying voltage to the electromagnetic actuator used as a drive source.

この装置は前述の如く構成が極めて簡単であるから低コ
ストで製造でき、しかも設計上の拡大倍率を周波数特性
良く実現できるため、光走査装置における副走査方向の
像面湾曲補正用アクチュエーター等に用いるのに実用的
である。
As mentioned above, this device has an extremely simple configuration, so it can be manufactured at low cost, and it can achieve the designed magnification with good frequency characteristics, so it is used as an actuator for correcting field curvature in the sub-scanning direction in optical scanning devices. It's practical though.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は本発明の変位拡大装置の変位拡大機
構部を具体的−例に即して説明するための図、第3図乃
至第5図は本発明の変位拡大装置の実施例を説明するた
めの図、第6図乃至第8図は電磁アクチュエーターへの
電圧印加方法と問題点の説明図である。 10・・・・変位拡大機構、13.15・・・・電磁ア
クチュエーター、17・・・・固定部材、Bl、 B2
. B3・・・・ブロック部、C1,C2・・・・力作
用部、DI、C2,C3,C4・・・・応力集中部。 (G)
1 and 2 are diagrams for explaining the displacement amplifying mechanism section of the displacement amplifying device of the present invention based on a specific example, and FIGS. 3 to 5 are diagrams for implementing the displacement amplifying device of the present invention. FIGS. 6 to 8, which are diagrams for explaining an example, are explanatory diagrams of a method of applying voltage to an electromagnetic actuator and problems. 10...Displacement magnifying mechanism, 13.15...Electromagnetic actuator, 17...Fixing member, Bl, B2
.. B3...Block part, C1, C2...Force acting part, DI, C2, C3, C4...Stress concentration part. (G)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 電磁アクチュエーターを駆動源として用い、この電磁ア
クチュエーターの微小な変位を拡大する装置であって、 矩形形状を有する複数のブロック部が直線状に配される
とともに、ブロック部配列の長手方向両端部に変形力を
受けるための力作用部を有し、各ブロック部間及びブロ
ック部と力作用部との間が応力集中部により連結されて
、全体が一体的に形成され、上記電磁アクチュエーター
によって力作用部に互いに逆向きの一対の変形力を長手
方向へ作用させたとき、応力集中部の変形により全体が
弓なりに変形するように、各応力集中部の位置が定めら
れ、変形力の作用による両端部の変位を、上記弓なりの
変形の振幅として拡大するように構成された変位拡大機
構を有すると共に、 上記電磁アクチュエーターに印加する電圧を台形波にす
ることにより、上記変位拡大機構の変位の行き過ぎ量を
減少させることを特徴とする変位拡大装置。
[Claims] A device that uses an electromagnetic actuator as a drive source and magnifies minute displacement of the electromagnetic actuator, comprising: a plurality of rectangular block portions arranged in a straight line; It has a force acting part for receiving deformation force at both ends in the longitudinal direction, and each block part and the block part and the force acting part are connected by a stress concentration part, and the whole is integrally formed. When an electromagnetic actuator applies a pair of deforming forces in opposite directions to the force application part in the longitudinal direction, the position of each stress concentration part is determined so that the whole deforms in a bow due to the deformation of the stress concentration part, and the deformation occurs. The displacement amplifying mechanism is configured to amplify the displacement of both ends due to the action of force as the amplitude of the bowed deformation, and the voltage applied to the electromagnetic actuator is made into a trapezoidal wave. A displacement magnifying device characterized by reducing an excessive amount of displacement.
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