KR100979346B1 - 요동체 장치, 광 편향기 및 이를 제어하는 방법 - Google Patents

Abstract

제1 요동체, 제2 요동체, 제1 및 제2 요동체를 서로 연결시키는 제1 비틀림 스프링 및 제2 요동체에 연결되며 제1 비틀림 스프링과 공통 비틀림 축을 가지는 제2 비틀림 스프링을 가지는 진동계와; 진동계를 지지하는 지지부와; 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나가 복수의 시간 함수의 합을 포함하는 식으로 표현될 수 있는 진동을 생성하도록 진동계를 구동하는 구동부와; 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나의 변위에 대응하는 출력 신호를 생성하는 신호 출력부와; 시간 함수의 진폭 및 위상 중 적어도 하나가 소정 값을 취하도록 신호 출력부의 출력 신호에 기초하여 구동부를 제어하는 구동 제어부를 포함하는 요동체 장치가 개시된다.

제1 요동체, 제2 요동체, 제1 비틀림 스프링, 제2 비틀림 스프링, 진동계

Description

요동체 장치, 광 편향기 및 이를 제어하는 방법 {OSCILLATOR DEVICE, OPTICAL DEFLECTING DEVICE AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 복수의 요동체를 갖는 요동체 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 편향기에서 적절하게 사용 가능한 요동체 장치에 관한 것이다. 다른 양태로서, 본 발명은 이러한 광 편향기를 갖는 주사형 디스플레이 또는 레이저빔 프린터나 디지털 복사기와 같은 화상 형성 장치에 관한 것이다.

회전 다면경(폴리곤 미러)을 가지는 전통적인 광주사 광학계와 비교하면, 최근에 제안되고 있는 공진형 광 편향기는 광 편향기가 크기가 매우 작아질 수 있고, 전력 소모가 작으며, 미러 면의 면 틸트가 이론적으로 존재하지 않는 장점을 가진다.

한편, 공진형 광 편향기에 있어서는, 원리적으로 미러의 편향각(변위각)이 정현적으로 변화하기 때문에, 각속도가 일정하지 않다. 미국 특허 제4,859,846호 및 미국 특허 출원 공개 제2006/152785호는 이를 보정하기 위한 방법을 제안하고 있다.

미국 특허 제4,859,846호에서는, 기본 주파수와 기본 주파수 3배의 주파수의 진동 모드를 갖는 공진형 편향기가 사용되어 삼각파 구동을 실현하고 있다. 도35 는 대략 삼각파 구동을 실현한 마이크로 미러를 도시한다. 여기서, 광 편향기(12)는 요동체(14, 16), 비틀림 스프링(18, 20), 구동부(23, 50), 검출부(15, 32) 및 제어 회로(30)를 포함한다. 이러한 마이크로 미러는 기본 공진 주파수 및 기본 공진 주파수의 대략 3배인 공진 주파수를 가지고, 기본 주파수 및 3배의 주파수의 합성 주파수로 구동된다. 그 결과로서, 미러면을 가지는 요동체(14)가 삼각파 구동에 따라 구동됨으로써, 정현 구동과 비교해 편향각의 변화가 적은 각속도를 가지는 광 편향이 실현된다. 여기서, 검출부(15, 32)는 요동체(14)의 진동을 검출하고, 제어 회로(30)는 삼각파 구동을 달성하기 위해 필요한 구동 신호를 생성한다. 이어서, 구동부(23, 50)에 의해 마이크로 미러가 구동된다.

편향기의 요동체의 삼각파 구동이 상술한 특허 문헌에 개시된 구조로서 제공될 수도 있지만, 요동체의 편향각의 제어성에 관해서는 추가의 개선이 여전히 요구된다. 본 발명은 요동체 장치의 요동체의 편향각(변위각)의 고정밀도 제어를 가능하게 한다.

본 발명의 하나의 양태에 따르면, 제1 요동체와, 제2 요동체와, 제1 및 제2 요동체를 서로 연결하는 제1 비틀림 스프링과, 제2 요동체에 접속되어 상기 제1 비틀림 스프링과 공통의 비틀림 축을 갖는 제2 비틀림 스프링을 구비한 진동계와, 상기 진동계를 지지하는 지지부와, 상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나가 복수의 시간 함수의 합을 갖는 식으로 나타내어 질 수 있는 진동을 생성하도록 상기 진동계를 구동하는 구동부와, 상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나의 변위에 대응해서 신호를 출력하는 신호 출력기와, 상기 시간 함수의 진폭과 위상 중 적어도 하나가 소정의 값을 취하도록 상기 신호 출력기의 출력 신호를 기초로 하여 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부를 포함하는 요동체 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 제1 요동체와, 제2 요동체와, 제1 및 제2 요동체를 서로 연결하는 제1 비틀림 스프링과, 제2 요동체에 접속되어 상기 제1 비틀림 스프링과 공통의 비틀림 축을 갖는 제2 비틀림 스프링을 구비한 진동계와, 상기 진동계를 지지하는 지지부와, 상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나가 적어도 A₁sinωt + A₂sin(nωt + ø)항 (n은 2 이상의 정수)을 갖는 식으로 표현될 수 있는 진동을 생성하도록 상기 진동계를 구동하는 구동부와, 상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나의 변위에 대응해서 신호를 출력하는 신호 출력기와, 상기 식에서 A₁, A₂ 및 ø 중 적어도 하나가 소정의 값을 취하도록 상기 신호 출력기의 출력 신호를 기초로 하여 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부를 포함하는 요동체 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 제1 요동체와, 제2 요동체와, 제1 및 제2 요동체를 서로 연결하는 제1 비틀림 스프링과, 제2 요동체에 접속되어 상기 제1 비틀림 스프링과 공통의 비틀림 축을 갖는 제2 비틀림 스프링을 구비한 진동계와, 상기 진동계를 지지하는 지지부와, 상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나는 변위θ(t)가 θ(t) = A₁sinωt + ΣA_nsin(nωt + ø_n-1)의 식(n은 2이상의 정수)으로 표현될 수 있는 진동을 생성하도록 상기 진동계를 구동하는 구동부와, 상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나의 변위에 대응해서 신호를 출력하는 신호 출력기와, 상기 식에서 A₁, A_{2 ...} A_n 및 ø₁, ø₂, ..., ø_n-1 중 적어도 하나가 소정의 값을 취하도록 상기 신호 출력기의 출력 신호를 기초로 하여 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부를 포함하는 요동체 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 지지부와, 제1 요동체와, 제2 요동체와, 제1 및 제2 요동체를 서로 접속시키는 제1 비틀림 스프링과, 상기 지지부와 제2 요동체를 서로 접속시키고 제1 비틀림 스프링과 공통의 비틀림 축을 구비한 진동계와, 상기 제1 및 제2 요동체 중 하나가, 다음의 식으로 변위θ(t)를 표현할 수 있도록 진동계를 구동시키기 위한 구동부와, θ(t) = A₁sinωt + A₂sin(2ωt + ø), 상기 제1 및 제2 요동체 중 하나가 제1 변위각을 취할 때 제1 및 제2 시간 정보를 제공하고, 상기 하나의 요동체가 제1 변위각과 상이한 제2 변위각을 취할 때 제3 및 제4 시간 정보를 제공하는 신호 출력기와, 상기의 식에서 A₁, A₂ 및 ø 중 적어도 하나가 소정값을 취하도록 제1 내지 제4 시간 정보를 기초로 구동부를 제어하는 구동 제어부를 포함하는 요동체 장치가 제공된다.

간단히 말해, 본 발명의 요동체 장치에 따르면, 요동체의 편향각이 매우 정밀하게 제어될 수 있다.

본 발명의 이러한 목적, 특징 및 장점 그리고 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 연계된 본 발명의 양호한 실시예의 다음 설명으로부터 더 명백해질 것이다.

도1a 및 도1b는 본 발명의 제1 실시예 및 이에 기초한 예에 따른 요동체 장치를 가지는 광 편향기의 블럭도이며, 도1a는 변위각 계측기에 수광 소자가 이용된 경우를 도시하고, 도1b는 변위각 계측기에 피에조 소자가 이용된 경우를 도시한다.

도2a 및 도2b는 본 발명의 제2 실시예 및 이에 기초한 예에 따른 요동체 장치를 가지는 광 편향기의 블럭도이며, 도2a는 변위각 계측기에 수광 소자가 이용된 경우를 도시하고, 도2b는 변위각 계측기에 피에조 소자가 이용된 경우를 도시한다.

도3a 내지 도3c는 도1a, 도1b 또는 도2a, 도2b에서의 광 편향기의 편향각 등을 설명하는 개략 평면도이다.

도4a 내지 도4c는 본 발명의 실시예에 따른 요동체 장치가 적용되는 광 편향기를 도시하며, 도4a는 진동계의 평면도이고, 도4b는 구동부의 단면도이고, 도4c는 구동 제어부의 블럭도이다.

도5a 및 도5b는 도1a 및 도1b의 광 편향기의 편향각 전달 특성을 나타내며, 도5a는 게인과 구동 주파수 사이의 관계를 도시하는 그래프이고, 도5b는 위상차와 구동 주파수 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.

도6a 및 도6b는 도1a 및 도1b의 광 편향기를 구동하기 위한 구동 신호의 예를 도시하는 그래프이다.

도7a는 도1a 및 도1b의 광 편향기의 편향각의 시간 변화를 도시하는 그래프이고, 도7b는 각속도의 시간 변화를 도시하는 그래프이다.

도8은 본 발명의 제2 예 등에 따른 광 편향기에서의 제어 순서를 설명하는 흐름도이다.

도9는 본 발명의 제3 예 등에 따른 광 편향기에 대한 제어 방법을 설명하는 블럭도이다.

도10은 본 발명의 제5 예 또는 제6 예에 따른 광 편향기의 편향각의 시간 변화를 도시하는 그래프이다.

도11은 본 발명의 제5 예에 따른 오차 검출 회로의 블럭도이다.

도12는 본 발명의 제5 예 또는 제6 예에 따른 제어 회로의 블럭도이다.

도13은 본 발명의 제6 예에 따른 오차 검출 회로의 블럭도이다.

도14는 본 발명의 제4 실시예 및 이에 기초한 예에 따른 요동체 장치를 가지는 광 편향기의 블럭도이다.

도15는 도14의 광 편향기의 편향각 등을 설명하는 개략 평면도이다.

도16은 도14의 광 편향기에서의 구동 제어부의 일례를 도시하는 블럭도이다.

도17a는 도14의 광 편향기의 편향각의 시간 변화의 일례를 도시하는 그래프이고, 도17b는 각속도의 시간 변화의 일례를 도시하는 그래프이다.

도18a는 도14의 광 편향기의 편향각의 시간 변화의 다른 예를 도시하는 그래프이고, 도18b는 각속도의 시간 변화의 다른 예를 도시하는 그래프이다.

도19는 본 발명의 제3 예 등에 따른 광 편향기의 제어 방법을 설명하는 블럭도이다.

도20은 도1a 및 도1b의 일례에 기초한 광 편향기가 이용되는 제12 예에 따른 화상 형성 장치의 개략적인 구성을 도시하는 사시도이다.

도21은 도14의 일례에 기초한 광 편향기가 이용되는 제13 예에 따른 화상 형성 장치의 개략적인 구성을 도시하는 사시도이다.

도22a 내지 도22c는 본 발명의 제5 실시예 및 이에 기초한 예에 따른 요동체 장치를 가지는 광 편향기를 도시하며, 도22a는 광 편향기의 블럭도이고, 도22b는 제1 진동 모드로 구동되는 광 편향기의 편향각의 시간 변화의 일례를 설명하는 그래프이고, 도22c는 제2 진동 모드로 구동되는 광 편향기의 편향각의 시간 변화의 일례를 설명하는 그래프이다.

도23은 도22a 내지 도22c의 광 편향기의 편향각 등을 설명하는 개략 평면도이다.

도24a는 제1 진동 모드에서 구동되는 도22a 내지 도22c의 광 편향기의 편향각의 시간 변화의 일례를 도시하는 그래프이고, 도24b는 각속도의 시간 변화의 일례를 도시하는 그래프이다.

도25a는 제2 진동 모드에서 구동되는 도22a 내지 도22c의 광 편향기의 편향각의 시간 변화의 일례를 도시하는 그래프이고, 도25b는 각속도의 시간 변화의 일례를 도시하는 그래프이다.

도26은 본 발명의 제14 예 등에 따른 광 편향기에 대한 제어 방법을 설명하는 블럭도이다.

도27은 본 발명의 제19 예 등에 따른 광 편향기를 가지는 화상 형성 장치를 설명하는 개략도이다.

도28은 본 발명의 제19 예 등에 따른 광 편향기를 설명하는 개략 평면도이 다.

도29는 본 발명의 제19 예 등에 따른 광 편향기에서의 스캐너 제어를 설명하는 블럭도이다.

도30은 본 발명의 제19 예에 따른 레이저 제어를 설명하는 타이밍 차트이다.

도31은 본 발명의 제20 예에 따른 레이저 제어를 설명하는 타이밍 차트이다.

도32는 본 발명의 제21 예에 따른 스캐너 기동 제어를 설명하는 순서도이다.

도33은 3개의 진동 모드를 갖는 진동계를 설명하는 개략도이다.

도34은 3개의 진동 모드를 갖는 진동계가 진동하는 경우 변위각과 시간 사이의 관계를 설명하는 그래프이다.

도35는 종래의 광 편향기의 구성을 설명하는 블럭도이다.

[제1 실시예]

본 발명의 제1 실시예에 따른 요동체 장치가 이후 설명될 것이다.

본 실시예의 요동체 장치는, 도1a 및 도1b에 도시한 바와 같이, 적어도 제1 요동체(101), 제2 요동체(102), 제1 비틀림 스프링(111) 및 제2 비틀림 스프링(112)을 갖는 진동계 그리고 진동계를 지지하는 지지부(121)를 포함할 수 있다. 제1 비틀림 스프링은 제1 요동체와 제2 요동체를 서로 연결시킬 수 있다. 제2 비틀림 스프링은 제1 비틀림 스프링과 공통의 비틀림 축을 가지도록 제2 요동체에 연결될 수 있다. 본 실시예의 진동계는 적어도 2개의 요동체와 적어도 2개의 비틀림 스프링을 가질 수 있다. 따라서, 도1a 및 도1b에 도시한 바와 같이 3개 이상의 요동체와 3개 이상의 비틀림 스프링을 포함할 수 있다.

요동체 장치는 진동계에 구동력을 인가하는 구동부(120) 및 구동부(120)를 조정하는 구동 제어부(150)를 더 포함할 수 있다. 구동부(120)는 요동체 중 적어도 하나가 복수의 시간 함수의 합을 포함하는 식으로 표현될 수 있는 진동을 생성하도록 진동계를 구동할 수 있다. 구동 제어부(150)는 이러한 진동을 야기하는데 효과적인 구동 신호를 구동부(120)에 공급할 수 있다.

본 실시예에 따른 요동체 장치가 광 편향기에서 이용되는 경우에는, 적어도 하나의 요동체에 반사 미러가 제공될 수 있다. 반사 미러는 요동체의 표면에 형성되는 광 반사막일 수 있다. 요동체의 표면이 충분히 평활한 경우에는, 광 반사막 없이도 반사 미러로서 사용될 수가 있다. 광 편향기는 광빔을 조사하는 광원(131)을 더 포함할 수 있다. 광빔(132)이 요동체의 반사 미러로 조사됨으로써 광빔이 주사될 수 있다.

본 실시예에 따른 요동체 장치의 동작 원리가 설명될 것이다. 일반적으로, n개의 요동체와 n개의 비틀림 스프링을 포함하는 진동계의 자유 진동은 다음 식으로 표현된다.

식(1)

여기서, I_k는 요동체의 관성 모멘트이고, k_k는 비틀림 스프링의 스프링 상수이고, θ_k는 요동체의 비틀림 각이다(k = 1, ..., n).

이러한 계의 M^-1K의 고유값이 λ_k로 표시되는 경우(k = 1 내지 n), 고유 진동 모드에서의 각 진동수(ω_k : 각 주파수)는 ω_k ＝ √(λ_k)（λ_k의 제곱근)로서 주어진다. 본 실시예에 따른 요동체 장치에 있어서, 진동계는 n개의 요동체와 n개의 비틀림 스프링을 가질 수도 있고, ω_k가 기본 주파수와 그 주파수가 기본 주파수의 정수배인 n-1개의 주파수를 포함하도록 배열될 수 있다. 이는 요동체의 다양한 운동을 가능하게 한다. 여기서, "정수배"는 N이 정수인 "N배"를 의미한다. 그러나, "정수"는 대략 정수의 경우를 포함할 수 있다. 이러한 "대략 정수배"는 기본 주파수의 0.98n 내지 1.02n 배 정도(n은 임의인 정수)의 수치 범위로부터 선택될 수 있다.

특히, 본 실시예의 요동체 장치는 2개의 요동체와 2개의 비틀림 스프링을 가질 수도 있고, ω_k가 기본 주파수와 기본 주파수의 대략 짝수 배인 주파수를 포함하도록 배열될 수 있다. 이러한 배열에 의해, 소정의 범위에서의 요동체의 각속도의 변동이 억제되면서 대략 등각속도인 구동이 실현된다.

n = 3인 경우, 도33에 도시한 바와 같이, 3개의 요동체(101, 102, 103) 및 3개의 비틀림 스프링(111, 112, 113)을 갖는 진동계가, 예를 들어 3개의 진동 모드의 주파수가 1 : 2 : 3의 비를 가지도록 배열될 수 있다. 이들 진동 모드 1, 2, 3 에 따라 이러한 진동계를 동시에 동작(energizing)시킴으로써, n = 2인 경우보다도 각속도의 변동이 작은 구동이 달성된다. 도34는 진동계가 1 : 2 : 3의 주파수비 및 24 : -6 : 1의 진폭비를 가지는 진동 모드에 따라 구동되는 경우에 있어서 요동체의 변위각과 시간 사이의 관계를 도시한다. 여기서, 진폭비에 있어서 마이너스 값은 도34에서의 모드 2에 도시된 바와 같이, 원점으로부터 1/2 주기까지의 변위가 마이너스인 것을 의미한다.

전술된 바와 같이, 진동 모드의 수를 늘려 가는 것으로, 소정의 범위에 있어서의 요동체의 각속도의 변동이 감소될 수 있다.

본 실시예의 요동체 장치는 2개의 요동체와 2개의 비틀림 스프링을 가질 수도 있고, 기본 주파수와 기본 주파수의 약 3배인 주파수 또는 주파수들이 ω_k에 포함되도록 배열될 수 있다. 이는 요동체의 대략적인 삼각파 구동을 가능하게 한다.

도1a 및 도1b에 도시된 바와 같은, n개의 요동체와 n개의 비틀림 스프링을 가지는 진동계의 진동이 설명될 것이다.

이러한 진동계는 기본 주파수에 따라 운동하는 진동 운동과 기본 주파수의 대략 정수배인 n-1개의 주파수에서 운동하는 진동 운동을 동시에 발생시킨다.

따라서, 본 실시예에 따른 제1 예에서는, 복수의 요동체 중 적어도 하나가 복수의 시간 함수의 합을 포함하는 식으로 표현될 수 있는 진동을 제공하도록 배열될 수 있다. 또한, 복수의 시간 함수의 합을 포함하는 식은 정수항을 가지는 식을 포함할 수 있다. 정수항을 가지는 식의 일례는 구동부에 일정한 직류 바이어스가 인가되어 요동체의 변위각의 원점(변위각이 0인 위치)을 시프트시킨 경우일 수 있다.

본 실시예에 따른 제2 예에서는, 광 편향기의 편향각(θ : 여기서는 도3에 도시된 바와 같이 주사 중심 위치를 기준으로 측정됨)이 다음과 같이 될 수 있다. 여기서, 제1 진동 운동의 진폭 및 각 주파수가 각각 A₁ 및 ω로 표시되고, 제2 진동 운동의 진폭 및 각 주파수가 A₂ 및 nω(n은 2 이상의 정수)로 표시된다. 또한, 제1 및 제2 진동 운동 사이의 상대 위상차는 ø로 표시된다. 따라서, 요동체의 운동은 적어도 A₁sinωt + A₂sin(nωt + ø) 항을 포함하는 식에 의해 표현될 수 있는 진동이 된다. 특히, n = 2인 경우에는, 식은 적어도 A₁sinωt + A₂sin(2ωt + ø) 항을 포함한다. 따라서, 소정의 범위에서, 요동체의 각속도의 변동이 훌륭하게 억제되면서 대략적인 등각속도 구동이 실현된다. n = 3인 경우에는, 식은 적어도 A₁sinωt + A₂sin(3ωt + ø) 항을 포함하여, 요동체는 대략적인 삼각파 구동에 따라 구동될 수 있다. 이 경우에도, 적어도 A₁sinωt + A₂sin(nωt + ø) 항을 포함하는 식은 정수 항을 가지는 식을 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 제3 예에서는, 제1 진동 운동의 진폭 및 각 주파수가 각각 A₁ 및 ω로 표시되고, 제n 진동 운동의 진폭 및 각 주파수가 각각 A_n 및 nω로 표시되고, 제1 및 제n의 진동 운동 사이의 상대 위상차가 ø_n-1로 표시되는 경우, 요동 체의 운동은 다음 식으로 표현될 수 있다.

θ(t) = A₁sinωt + ∑A_nsin(nωt + ø_n-1) 식(2)

여기서, n은 2 이상의 정수이다. n 값은 요동체 장치를 구성하는 요동체의 수가 증가될 수 있는 한 크게 될 수 있다. 그러나, 실제의 요동체 장치의 제작에 있어서는, n의 최대값은 양호하게는 3 내지 5일 수 있다. 구동부(120)는 임의의 전자기 방식, 정전 방식 및 압전 방식 등에 따라 구동부에 구동력을 인가하는 구성을 가질 수 있다. 전자 구동이 사용되는 경우에는, 적어도 하나의 요동체에 영구 자석이 설치될 수도 있고, 이러한 영구 자석에 자장을 인가하는 코일이 요동체의 근방에 배치될 수 있다. 영구 자석과 코일의 배치는 반대가 될 수 있다. 정전 구동이 사용되는 경우에는, 적어도 하나의 요동체에 전극이 설치될 수도 있고, 이러한 전극들의 사이에 정전력을 인가하는 추가 전극이 요동체의 근방에 배치될 수 있다. 압전 구동이 사용되는 경우에는, 진동계나 지지부에 압전 소자가 설치되어 구동력을 인가할 수 있다.

구동 제어부(150)는 진동계가 전술된 제1 내지 제3 예 중 어느 하나에 따라 진동 운동을 발생시킬 수 있는 구동 신호를 발생시키도록 배열될 수 있다. 구동 신호는 구동부에 인가될 수 있다.

구동 신호는 합성된 정현파에 기초한 것(도6a 참조)일 수도 있고, 또는 펄스 형상의 구동 신호(도6b 참조)일 수 있다. 합성 정현파에 기초한 구동 신호의 경우에는, 각각의 정현파의 진폭과 위상을 조정함으로써 원하는 구동 신호가 획득 가능 하다. 펄스 형상의 구동 신호가 사용되는 경우, 펄스의 수, 펄스 간격 및 펄스 폭 등을 시간적으로 변화시킴으로써 원하는 구동 신호가 획득 가능하다. 요동체가 광 편향기의 편향각을 원하는 각도로 제어하도록 구동될 수 있는 것이면, 임의의 다른 구동 신호가 사용될 수 있다.

본 실시예의 요동체 장치는 적어도 하나의 요동체의 변위에 대응하여 출력 신호를 생성하는 신호 출력 장치를 포함할 수 있다. 도1a에 있어서는, 신호 출력 장치는 수광 소자(140)를 포함하고, 도1b에 있어서는 신호 출력 장치는 피에조 저항체(170)를 포함한다. 이러한 신호 출력 장치는 변위각 계측기로서도 이용될 수 있다. 따라서, 본원 명세서에서는 용어 "신호 출력 장치" 및 용어 "변위각 계측기"는 동일하게 사용될 것이다.

피에조 저항체(170)가 요동체의 변위각을 검출하기 위해 사용되는 경우에는, 예를 들어, 피에조 저항체(170)가 비틀림 스프링에 설치될 수도 있고, 피에조 저항체(170)로부터의 출력 신호에 기초하여 요동체가 특정 변위각을 취하는 시간이 검출될 수 있다. 피에조 저항체(170)는 예를 들어 인을 p형의 단결정 실리콘에 확산함으로써 제작될 수 있다. 피에조 저항체(170)는 비틀림 스프링의 비틀림 각에 대응하여 출력 신호를 생성한다. 따라서, 요동체의 변위각을 측정하는 경우에는, 복수의 피에조 저항체(170)가 복수의 비틀림 스프링에 대해 설치될 수도 있어, 이들 비틀림 스프링으로부터의 비틀림 각 정보에 기초하여 요동체의 변위각이 측정될 수 있다. 이는 고정밀도의 측정을 보장한다.

수광 소자(140)가 요동체의 변위각을 검출하기 위해 사용되는 경우에는, 이 하와 같이 구성될 수 있다.

즉, 제1 수광 소자는 요동체가 제1 변위각을 취할 때 주사 광이 조사되는 위치에 배치될 수도 있고, 제2 수광 소자는 요동체가 제2 변위각을 취할 때 주사 광이 조사되는 위치에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 수광 소자로서는 다른 소자가 제공될 수도 있고, 또는 하나 및 동일 소자가 제공될 수 있다. 주사 광은 수광 소자에 직접 입사될 수도 있고, 또는 하나 이상의 반사 부재를 통해 수광 소자로 입사될 수 있다. 요컨대, 적어도 하나의 수광 소자가 제1 및 제2 주사각에 있어서의 주사 광을 수광 및 검출하기 위해 설치되어야만 한다. 본 실시예에서 사용되는 신호 출력 장치는 소정의 변위각이 형성된 시간에 시간축 상에서 단속적으로 신호를 출력하도록 배열된 것일 수 있다. 다르게는, 시간축 상에서 연속적으로 변위에 대응하는 신호를 출력하도록 배열된 것일 수 있다.

미러의 편향각과 미러에 의해 주사 편향된 주사 광의 주사각이 서로 일정한 관계이기 때문에, 이들은 동등하게 취급될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 있어서, 용어 "편향각(변위각)" 및 용어 "주사각"은 동일하게 사용된다.

예를 들어, 도3a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 수광 소자가 각각 제1 및 제2 변위각에 대응하는 위치에 설치될 수 있다. 다르게는, 도3b에 도시된 바와 같이, 반사 부재(160)가 제1 및 제2 변위각에 대응하는 위치에 설치되어서, 이들 반사 부재(160)에 의해 반사된 광빔은 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)에서 수광될 수 있다. 또 다르게는, 도15에 도시된 바와 같이, 수광 소자(140) 및 반사 부재(160)가 제1 및 제2 변위각에 대응하는 위치에 각각 설치될 수 있다. 이러한 경 우, 제1 변위각의 주사 광은 수광 소자(140)에 의해 검지될 수 있고, 제2 변위각의 주사 광은 반사 부재(160)에 의해 반사되고 이어서 제1 변위각에 설치된 수광 소자(140)에 의해 수광될 수 있다. 또 다르게는, 도3c에 도시된 바와 같이, 반사 부재(160)가 제1 및 제2 변위각 위치에 설치될 수도 있고, 이들 반사 부재(160)에 의해 반사된 광빔은 1개의 수광 소자(140)에 의해 수광될 수 있다.

본 실시예는 제1 및 제2 변위각에서 주사 광의 통과 시간을 측정하는 구성에 제한되지 않고, 더 많은 변위각에서 주사 광의 통과 시간이 측정될 수 있다.

본 발명에 있어서, 용어 "변위각"은 요동체가 정지되어 유지되고 있을 때의 변위각, 즉 변위각이 0인 변위각을 포함한다.

본 실시예의 제1 예에 있어서, 구동 제어부(150)는 신호 출력 장치의 출력 신호를 기초로 하여 요동체의 진동 운동을 의미하는 복수의 시간 함수의 진폭과 위상 중 적어도 하나가 소정의 값을 취하도록 구동부(120)를 제어할 수 있다.

제2 예에 있어서, 요동체의 진동 운동이 적어도 A₁sinωt + A₂sin(nωt + ø) 항을 포함하는 식에 의해 표현되기 때문에, 구동부는 다음과 같이 제어될 수 있다. 즉, 구동부(120)는 상술한 식의 A₁, A₂ 및 ø 중 적어도 하나가 소정의 값을 취하도록 제어될 수 있다.

반면에, 제3 예에 있어서는, 요동체의 진동 운동이 식(2)에 의해 표현되기 때문에, 구동부(120)는 신호 출력 장치의 출력 신호에 기초하여 A₁, A₂, ..., A_n 및 ø₁, ø₂, ..., ø_n-1 중 적어도 하나가 소정의 값을 취하도록 제어될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 요동체 장치에 있어서, 매우 간단한 구성으로 요동체의 편향각이 매우 정밀하게 제어될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 신호 출력 장치로부터의 정보에 따라 구동이 조정될 수 있다. 신호 출력 장치로부터의 정보와 관련하여, 양호하게는 요동체의 변위각이 정(positive)인 경우의 신호 출력 장치로부터의 정보와 변위각이 부(negative)인 경우의 신호 출력 장치로부터의 정보 모두에 기초하여 구동이 제어될 수 있다. 예를 들어, 요동체의 변위각(θ)과 관련하여, 변위를 반영한 4개의 시간에 있어서의 신호 출력 장치로부터의 4편의 정보가 이용되는 경우, 양호하게는 4개의 시간 중 2개는 요동체의 변위각(θ)이 정인 경우의 시간 정보에 관한 것이고, 나머지 2개는 변위각(θ)이 부인 경우의 시간 정보에 관한 것일 수 있다.

[제2 실시예]

본 발명의 제2 실시예에 따른 요동체 장치가 이후 설명될 것이다. 본 실시예의 요동체 장치는 도2a 및 도2b에 도시한 바와 같이, 제1 요동체(101), 제2 요동체(102), 제1 비틀림 스프링(111) 및 제2 비틀림 스프링(112)을 포함하는 진동계와, 진동계를 지지하는 지지부(121)를 포함할 수 있다. 제1 비틀림 스프링은 제1 및 제2 요동체를 서로 연결시킬 수 있다. 제2 비틀림 스프링(112)은 제1 비틀림 스프링에 대해 공통의 축을 가지도록 지지부(121)와 제2 요동체(102)를 연결시킬 수 있다.

요동체 장치는 진동계에 구동력을 인가하는 구동부(120), 구동부를 조정하는 구동 제어부(150) 그리고 2개의 요동체 중 하나가 제1 및 제2의 다른 변위각을 취 하는 시간에 대해 시간 정보를 출력하는 신호 출력 장치를 더 포함할 수 있다. 이러한 신호 출력 장치는 변위각 계측기로서 이용될 수 있다. 도2a에 있어서, 이러한 계측기는 수광 소자(140)이며, 도2b에 있어서, 변위각 계측기는 피에조 저항체(170)를 포함한다. 본 실시예의 수광 소자(140) 또는 피에조 저항체(170)를 사용함으로써 요동체의 변위각을 검출하는 방법은 제1 실시예에서 기술한 것과 유사하다.

적어도 하나의 요동체에 반사 미러가 설치될 수 있다. 본 실시예의 요동체 장치가 광 편향기로서 이용되는 경우에는, 광빔을 조사하는 광원(131)이 설치될 수 있다. 요동체의 반사 미러 상으로 광원으로부터의 광빔(132)이 조사됨으로써, 광이 주사 편향될 수 있다.

진동계는 제1 주파수(기본 주파수)에 따라 운동하는 제1 진동 운동과 기본 주파수의 정수배인 주파수인 제2 주파수로서 운동하는 제2 진동 운동을 동시에 발생시키도록 배열된다.

즉, 본 실시예의 광 편향기의 편향각(θ : 여기서는 도3에 도시된 바와 같이 주사 중심의 위치를 기준으로 측정)은 다음과 같을 수 있다. 여기서, 제1 진동 운동의 진폭, 각 주파수 및 위상이 각각 A₁, ω₁ 및 ø₁로 표시되고, 제2 진동 운동의 진폭, 각 주파수 및 위상이 각각 A₂, ω₂ 및 ø₂로 표시된다. 적당한 시간에 취해지는 원점 또는 기준 시간에 대한 시간이 t로 표시되는 경우, 편향각(θ)은 다음과 같이 표현될 수 있다.

θ(t) = A₁sin(ω₁t + ø₁) + A₂sin(ω₂t + ø₂) 식(3-1)

또한, 제1 진동 운동의 진폭 및 각 주파수가 A₁ 및 ω₁으로 표시되고 제2 진동 운동의 진폭 및 각 주파수가 A₂ 및 ω₂로 표시되는 경우, 2개의 주파수 사이의 상대 위상차는 ø로 표시되고, 임의의 시간에 취해지는 기준 시간에 대한 시간이 t로 표시되면, 광 편향기의 편향각(θ)은 다음과 같이 표현될 수 있다.

θ(t) = A₁sin(ω₁t) + A₂sin(ω₂t + ø) 식(3-2)

또는

θ(t) = A₁sin(ω₁t + ø) + A₂sin(ω₂t) 식(3-3)

식(3-3)은 제어 시에 기본파(ω₁)의 위상을 조정할 가능성이 있는 경우에 대응하는 것이다. 식(3-1), 식(3-2) 및 식(3-3)은 시간의 원점 또는 기준점의 결정에 관한 표현에 관해서만 다르다. 이들은 각각이 4개 변수값을 포함하는 식이라는 점에서 기본적으로 동일하며, 예를 들어, 식(3-2) 및 식(3-3)에서의 ø는 ø₁ - ø₂ 또는 ø₂ - ø₁으로 나타낼 수 있다.

구동부(120)는 임의의 전자기 방식, 정전 방식 및 압전 방식 등에 의해 따라서 진동계에 구동력을 인가하도록 배열될 수 있다. 이는 제1 실시예의 것과 유사한 구성을 가질 수 있다.

구동 제어부(150)는 진동계가 기본 주파수 및 기본 주파수의 N배인 주파수에 따라 진동하는 진동 운동을 제공할 수 있는 구동 신호를 발생하도록 배열될 수도 있으며, 여기서 N은 정수이다. 구동 신호는 구동부에 인가될 수 있다.

구동 신호는 합성된 정현파에 기초한 것일 수도 있고(도6a 참조), 또는 펄스 형상의 구동 신호일 수 있다(도6b 참조). 합성된 정현파에 기초한 구동 신호의 경우에는, 각각의 정현파의 진폭과 위상을 조정함으로써 원하는 구동 신호가 획득 가능하다. 펄스 형상의 구동 신호가 이용되는 경우, 펄스의 수, 펄스 간격 및 펄스 폭 등을 시간적으로 변화시킴으로써 원하는 구동 신호가 획득 가능하다. 광 편향기의 편향각을 원하는 각도로 제어하도록 요동체가 구동될 수 있으면, 임의의 다른 구동 신호가 사용될 수 있다.

변위각 계측기는 4개의 시간, 즉 제1 진동 운동의 1주기 내에서 요동체가 제1 변위각을 취할 때의 두 개의 다른 시간 및 요동체가 제2 변위각을 취할 때의 두 개의 다른 시간을 측정하도록 배열될 수 있다.

구동 제어부(150)는 제1 주파수를 갖는 제1 신호와 제2 주파수를 갖는 제2 신호를 합성한 구동 신호를 생성하여 이를 구동부(120)에 공급하도록 배열될 수 있다. 또한, 구동 제어부는 전술된 4개의 측정 시간이 미리 설정된 원하는 시간과 일치되게 하기 위해 구동 신호를 조정하도록 작동할 수 있다. 이어서, 이렇게 조정된 구동 신호를 구동부(120)에 인가함으로써, 요동체 장치는 매우 정확하게 제어될 수 있다.

구동 제어부(150)는 추가로 전술된 4개의 시간으로부터, 식(3-1)에서의 제1 및 제2 진동 운동의 진폭 및 위상, 즉 상기 식에서 A₁, ø₁, A₂ 및 ø₂ 중 적어도 하 나를 산출하도록 배열될 수 있다. 이어서, 구동 제어부(150)는 이들 값 중 적어도 하나가 미리 설정된 값과 같아지도록 구동 신호를 조정할 수 있다.

구동 신호의 조정과 관련하여, 구동 신호에 있어서 제1 진동 운동의 진폭 성분 및 위상 성분 그리고 제2 진동 운동의 진폭 성분 및 위상 성분이 조정될 수 있다. 여기서, 예를 들어, 구동 신호에 있어서 제1 진동 운동의 진폭 성분은 요동체의 제1 진동 운동의 진폭이 변동될 수 있게 하는 구동 신호 성분을 말한다. 이는 다른 성분의 경우에서도 그러하다.

조정된 구동 신호를 구동부(120)에 공급함으로써, 요동체 장치는 매우 정밀하게 제어될 수 있다.

본 실시예에서는 주사 광의 통과 시간이 제1 및 제2 변위각에 기초하여 측정되는 예를 기준으로 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 주사 광의 통과 시간을 측정하는데 있어 더 많은 변위각이 사용될 수 있다.

[제3 실시예]

본 발명의 제3 실시예에 따른 요동체 장치가 이후 설명될 것이다. 도2a는 본 실시예에 따른 요동체 장치를 가지는 광 편향기의 블럭도이다. 기본 구성은 상술된 제1 또는 제2 실시예에 따른 요동체 장치의 것과 동일하다. 본 실시예에서는, 도3a에 도시한 바와 같이, 주사 광(133)을 검출하기 위해서, 제1 및 제2 변위각의 위치에 배치된 제1 및 제2 수광 소자가 존재한다.

본 실시예에서도, 제1 진동 운동의 진폭, 각 주파수 및 위상이 각각 A₁, ω₁ 및 ø₁로 표시되고, 제2 진동 운동의 진폭, 각 주파수 및 위상이 각각 A₂, ω₂ 및 ø₂로 표시되고, 시간이 t로 표시되는 경우, 광 편향기의 편향각(θ)은 상술된 식(3-1)에 의해 표현될 수 있다.

또한, 제1 진동 운동의 진폭 및 각 주파수가 A₁ 및 ω₁으로 표시되고 제2 진동 운동의 진폭 및 각 주파수가 A₂ 및 ω₂로 표시되는 경우, 2개의 주파수 사이의 상대 위상차는 ø로 표시되고, 임의의 시간에 취해지는 기준 시간에 대한 시간이 t로 표시되면, 편향각(θ)은 상술된 식(3-2) 또는 식(3-3)에 의해 표현될 수 있다.

여기서, 제1 및 제2 변위각의 위치에 배치된 제1 및 제2 수광 소자를 사용함으로써, 제1 진동 운동의 1주기 내에 있어서 원하는 서로 다른 4개의 시간이 측정될 수 있다. 그리고, 구동 제어부(150)는 주사 광이 제1 및 제2 수광 소자 상을 미리 설정된 시간에 통과하도록 구동 신호를 조정할 수 있다.

즉, 구동 제어부(150)는 전술된 4개의 시간으로부터, 식(3-1)에 있어서의 제1 진동 운동의 진폭 및 위상 그리고 제2 진동 운동의 진폭 및 위상, 즉 상기 식에서 A₁, ø₁, A₂ 및 ø₂ 값을 산출하도록 배열될 수 있다. 이에 기초하여, 원하는 임의의 광 편향기의 편향각(θ)이 제공된다. 여기서, 4개의 시간과 관련하여, 제1 및 제2 수광 소자의 위치에 상당하는 편향각이 각각 θ_BD1 및 θ_BD2(도3a 참조)로 표시되는 경우, 이들은 다음 관계를 가진다.

특정 시간 t₁ 및 t₂에 있어서,

θ(t₁) = θ(t₂) = θ_BD1 식(4)

특정 시간 t₃ 및 t₄에 있어서,

θ(t₃) = θ(t₄) = θ_BD2 식(5)

즉, 4개의 시간을 각각 원하는 임의의 시간과 일치시킴으로써, 구동 제어부(150)는 제1 및 제2 진동 운동의 진폭 및 위상을 명확하게 결정할 수 있다. 더 구체적으로는, 4개의 시간을 미리 설정된 시간과 일치시키기 위해, 구동 제어부(150)는 구동 신호를 생성하여 이를 구동부(120)에 인가함으로써, 제1 및 제2 진동 운동의 진폭과 위상 또는 상대 위상차를 조정한다.

구동 신호는 합성된 정현파에 기초한 것일 수도 있고(도6a 참조), 또는 펄스 형상의 구동 신호일 수 있다(도6b 참조). 합성된 정현파에 기초한 구동 신호의 경우에는, 각각의 정현파의 진폭과 위상을 조정함으로써 원하는 구동 신호가 획득 가능하다. 펄스 형상의 구동 신호가 이용되는 경우, 펄스의 수, 펄스 간격 및 펄스 폭 등을 시간적으로 변화시킴으로써 원하는 구동 신호가 획득 가능하다. 광 편향기의 편향각을 원하는 각도로 제어하도록 요동체가 구동될 수 있으면, 임의의 다른 구동 신호가 사용될 수 있다.

[제4 실시예]

본 발명의 제4 실시예에 따른 요동체 장치가 이후 설명될 것이다. 도14는 본 실시예에 따른 요동체 장치를 가지는 광 편향기의 블럭도이다. 그 기본 구성은 전술된 제1 및 제2 실시예의 요동체 장치와 동일하다. 본 실시예에서는, 각각의 주기의 왕복 주사 동안, 주사 광(133)은 수광 소자(140)를 직접 2회 통과하고, 반사판(160)에 의해 2회 편향될 수 있다. 반사판(160)에 의해 편향된 편향 광(134)은 동일한 수광 소자(140)를 2회 통과할 수 있다. 구동 제어부(150)는 주사 광이 수광 소자(140)를 통과하는 4개의 시간에 구동부(120)에 인가되는 구동 신호를 생성할 수 있다.

도15는 본 실시예의 광 편향기의 편향각(θ)을 도시한다. 요동체(101)는 그 표면에 형성된, 광원(131)으로부터의 광빔(132)을 주사 편향시키는 반사 미러를 가진다. 광 편향기는 수광 소자 및 반사판을 포함할 수 있다. 수광 소자(140) 및 반사판(160)은 각각 광 편향기의 최대 편향각보다 작은 편향각의 위치에 배치될 수 있다. 도15에서는, 수광 소자(140) 및 반사판(160)이 광 편향기에서의 주사 광의 직접 광로에 배치된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 수광 소자(140) 및 반사판(160)은 그 경로가 별도의 반사판 등의 사용에 의해 편향되는 주사 광의 경로에 배치될 수 있다.

본 실시예에서도 제1 진동 운동의 진폭, 각 주파수, 위상을 각각 A₁, ω₁, ø₁ 라 하고, 제2 진동 운동의 진폭, 각 주파수, 위상을 각각 A₂, ω₂, ø₂ 라 하고, 시간을 t라 했을 때, 광편향 장치의 편향 각(θ)은 상기 식(3-1)과 같이 표현될 수 있다.

또한, 제1 진동 운동의 진폭, 각 주파수를 각각 A₁, ω₁ 라 하고, 제2 진동 운동의 진폭, 각 주파수를 각각 A₂, ω₂ 라 하고, 두 개의 주파수의 상대 위상차를 ø라 하고, 임의의 시간에서 취해진 참조 시간에 대한 시간을 t라 했을 때에, 편향 각(θ)은 상기 식(3-2), 식(3-3)과 같이 표현될 수 있다.

여기서, 주사 광이 조사되는 원하는 위치에 수광 소자와 반사판을 배치하고, 상기 제1 진동 운동의 1주기에서 원하는 서로 다른 4개의 시각을 검출한다. 그 다음에, 구동 제어부(150)는 주사 광이 수광 소자와 반사판 상을 미리 설정된 시각으로 통과하도록 구동 신호를 조정할 수 있다.

즉, 구동 제어부는 상기 4개의 시각으로부터 식(3-1)에서의 제1 진동 운동의 진폭 및 위상 및 제2 진동 운동의 진폭 및 위상, 즉, 식(3-1)에서의 A₁, ø₁, A₂, ø₂의 값을 산출할 수 있다. 이에 의해, 소망하는 임의의 광편향 장치의 편향 각(θ)을 얻을 수 있다. 이때, 수광 소자 및 반사판의 위치에 상당하는 편향 각을 각각 θ_BD, θ_MIRROR(도15 참조)라 했을 경우, 이들은 각각 이하의 관계를 가진다.

특정 시각 t₁ 및 t₂에서

θ(t₁) = θ(t₂) = θ_BD 식(6)

특정 시각 t₃ 및 t₄에서

θ(t₃) = θ(t₄) =θ_MIRROR 식(7)

즉, 구동 제어부(150)는 4개의 통과 시각(t₁, t₂, t₃, t₄)을 각각 소망하는 임의의 시각과 일치시킴으로써, 제1 및 제2 진동 운동의 진폭과 위상을 명확하게 결정할 수 있다. 더 구체적으로는, 4개의 시각을 미리 설정된 시각으로 일치시키 기 위해서, 구동 제어부(150)는 구동 신호를 생성해서 구동부(120)에 인가함으로써 제1 및 제2 진동 운동의 각각의 진폭, 위상, 또는 상대 위상차를 조정한다.

구동 신호는, 예를 들어, 정현파를 합성한 구동 신호이어도 좋고(도6a), 또한, 펄스 형상의 구동 신호(도6b)이어도 좋다. 정현파를 합성한 구동 신호의 경우에는, 각각의 정현파의 진폭과 위상을 조정함으로써 원하는 구동 신호를 얻을 수 있다. 또한, 펄스형 구동 신호가 사용된 경우에는, 펄스 수, 펄스 간격, 펄스 폭 등을 시간에 대하여 변경함으로써 원하는 구동 신호가 얻어질 수 있다. 그 외, 광편향 장치의 편향 각이 원하는 편향 각이 되도록 요동체 장치가 구동될 수 있는 구동 신호이면 어떤 것이라도 좋다.

[제5 실시예]

본 발명의 제5 실시예에 따른 요동체 장치를 설명한다. 도22에는 본 실시예의 요동체 장치를 구비한 광편향 장치의 블럭도를 도시한다. 기본 구성은 상기 제1 및 제2 실시예의 요동체 장치와 같다. 다른 점은 이하의 부분이다. 본 실시예에 따른 광편향 장치를 도시하는 블럭도인 도22a에 도시된 바와 같이, 구동 제어부(150)는 진동 모드 변환부(151)를 포함할 수 있다. 진동 모드 변환부(151)는 적어도 하나의 제1 및 제2 진동 운동에 원하는 위상을 더하면서 구동 신호를 생성하도록 배치될 수 있다. 예컨대, 도22b는 원하는 위상을 더하기 전의 진동계의 제1 진동 모드의 구동시의 편향각(θ)을 나타내며, 도22c는 원하는 위상을 더한 후의 진동계의 제2 진동 모드의 구동시의 편향각(θ)을 나타낸다.

도시된 예에서는, 제1 진동 운동을 A₁sin(ω₁t)로 나타내고, 제2 진동 운동을 A₂sin(ω₂t + ø)로 나타낸다. 제2 진동 모드의 구동 시에는 제2 진동 운동에만 π의 위상을 더하여 A₂sin(ω₂t + ø + π)로 나타낸다. 도 22b 및 도 22c의 실선의 곡선이 나타낸 바와 같이, 주사 광(133)은 수광 소자(140)를 2회씩, 합계 4회 통과한다. 구동 제어부(150)는 4개의 통과 시각으로부터 제1 진동 운동과 제2 진동 운동을 원하는 운동으로 만들기 위해 필요한 구동 신호를 산출하도록 배치될 수 있다. 구동부(120)는 산출된 구동 신호를 기초로 하여 원하는 진동 운동이 제공되도록 진동계(100)를 제어할 수 있다.

도23은 본 실시예의 광편향 장치의 편향 각(θ)에 대해서 도시한다. 광원(131)으로부터 광빔(132)을 주사 편향시키기 위해서, 요동체(101)는 표면에 형성된 반사 미러를 갖는다. 광편향 장치는 1개의 수광 소자(140)를 갖고, 수광 소자(140)는 광편향 장치의 최대 편향 각보다 작은 편향 각의 위치에 배치될 수 있다. 도23에서, 수광 소자(140)는 광편향 장치의 광로에 배치된다. 하지만, 수광 소자(140, 160)는 별도의 반사판 등을 사용하여 편향된 주사 광의 광로에 배치될 수 있다.

제1 진동 운동의 진폭, 각주파수, 위상을 각각 A₁, ω₁, ø₁ 라 하고, 제2 진동 운동의 진폭, 각주파수, 위상을 각각 A₂, ω₂, ø₂ 라 하고, 시간을 t라 했을 때, 제1 진동 모드에서의 광편향 장치의 편향 각(θ_a)은 다음 식으로 표현될 수 있다.

θ_a(t) = A₁sin(ω₁t + ø₁) + A₂sin(ω₂t + ø₂) 식(8)

또한, 진동 모드 변환부(151)에 의해, 위상ø₁ 및 ø₂ 에 원하는 위상ø₁' 및 ø₂' 를 더했을 경우의 제2 진동 모드의 광편향 장치의 편향 각(θ_b)은, 다음 식으로 표현될 수 있다.

θ_b(t) = A₁sin(ω₁t + ø₁ + ø₁') + A₂sin(ω₂t + ø₂ + ø₂') 식(9)

주사 광이 조사되는 원하는 위치에 수광 소자(140)가 배치될 수 있고, 상기 제1 진동 운동의 1주기 내의 어떤 점을 원점으로 하는 한, 원하는 서로 다른 4개의 시각이 검출될 수 있다. 그래서, 구동 제어부(150)는 주사 광이 수광 소자 상을 미리 설정된 시각으로 통과하도록 구동 신호를 조정할 수 있다.

즉, 제1, 제2 진동 운동의 진폭, 각 주파수, 위상을 상기 4개의 시각으로부터 산출하고, 이에 따라 구동 신호를 조정함으로써 원하는 광편향 장치의 편향각(θ)이 제공된다.

4개의 시각에 대하여, 수광 소자(140)의 위치에 상당하는 편향 각을 θ_aBD 라고 했을 경우, 어떤 시각 t₁ 및 t₂ 및 어떤 시각 t₃ 및 t₄에 있어서, 이하와 같이 된다.

θ_a(t₁) = θ_a(t₂) = θ_aBD 식(10)

θ_b(t₃) = θ_b(t₄) = θ_bBD 식(11)

따라서, 구동 제어부(150)는 4개의 통과 시각(t₁, t₂, t₃, t₄)을 각각 원하는 임의의 시각과 일치시킴으로써, 제1 및 제2 진동 운동의 진폭과 위상을 명확하게 결정한다. 더 구체적으로는, 구동 제어부(150)는 4개의 시각을 미리 설정된 시각으로 하기 위해서, 구동 신호를 생성해서 구동부(120)에 인가함으로써, 제1, 제2 진동 운동의 진폭 및 위상을 조정한다.

또한, 제1 진동 운동의 진폭, 각 주파수를 A₁, ω₁ 라 하고, 제2 진동 운동의 진폭, 각 주파수를 A₂, ω₂ 라 하고, 2개의 주파수의 상대 위상차를 ø라 하고, 임의의 시간을 0으로 하여 취해진 시간을 t라고 했을 때, 제1 진동 모드의 광 편향 장치의 편향 각(θ_a)은, 다음식으로 표현될 수 있다.

θ_a(t) = A₁sin(ω₁t) + A₂sin(ω₂t + ø) 식(12)

또한, 진동 모드 변환부(151)에 의해, 위상(ø₁ 및 ø₂)에 원하는 위상(ø₁' 및 ø₂')을 더했을 경우, 광 편향 장치의 제2 진동 모드의 편향 각(θ_b)은, 다음 식으로 표현될 수 있다.

θ_b(t) = A₁sin(ω₁t + ø₁') + A₂sin(ω₂t + ø + ø₂') 식(13)

이 경우에서도, 주사 광이 조사되는 원하는 위치에 수광 소자(140)가 배치될 수 있고, 주기 내의 어떤 점을 원점으로 취한 상기 제1 진동 운동에서의 원하는 서로 다른 4개의 시각이 검출될 수 있다. 그래서, 구동 제어부(150)는 주사 광이 수광 소자 상을 미리 설정된 시각으로 통과하도록 구동 신호를 조정할 수 있다.

즉, 제1, 제2 진동 운동의 진폭, 각 주파수, 위상을 상기 4개의 시각으로부터 산출하고, 이에 근거하여 구동 신호를 조정함으로써 원하는 광편향 장치의 편향 각(θ)이 제공된다.

4개의 시각에 관하여, 수광 소자(140)의 위치에 상당하는 편향 각을 θ_aBD 라고 했을 경우, 어떤 시각 t₁ 및 t₂ 및 어떤 시각 t₃ 및 t₄에 있어서, 다음과 같이 된다.

θ_a(t₁) = θ_a(t₂) = θ_aBD 식(14)

θ_b(t₃) = θ_b(t₄) = θ_aBD 식(15)

따라서, 구동 제어부(150)는 4개의 통과 시각(t₁, t₂, t₃, t₄)을 각각 원하는 임의의 시각에 일치시킴으로써, 제1 및 제2 진동 운동의 진폭과 위상을 명확하게 결정한다. 더 구체적으로는, 구동 제어부(150)는 4개의 시각을 미리 설정된 시각으로 하기 위해서, 구동 신호를 생성해서 구동부(120)에 인가함으로써, 제1 진동 운동의 진폭(A₁), 제2 진동 운동의 진폭(A₂) 및, 이들 간의 위상차(ø₂)를 조정한다.

본 실시예에 있어서도, 구동 신호는, 예를 들어 정현파를 합성한 것에 기초한 구동 신호이어도 좋고(도6a), 또한, 펄스형 구동 신호(도6b)이어도 좋다. 정현파를 합성한 것에 기초한 구동 신호의 경우에는, 각 정현파의 진폭과 위상을 조정함으로써 원하는 구동 신호를 얻을 수 있다. 펄스형 신호를 이용해서 구동하는 경 우에는, 펄스 수, 펄스 간격, 펄스 폭 등을 시간에 대하여 변화시킴으로써 원하는 구동 신호를 얻을 수 있다. 그 외, 광편향 장치의 편향 각이 원하는 편향 각이 되도록 요동체 장치를 구동할 수 있는 구동 신호이면 어떤 것이라도 좋다.

[예]

본 발명이 다양한 방식으로 실시된 특정 예를 이하에서 도면과 함께 설명한다.

[제1 예]

본 발명의 제1 예에 따른 광편향 장치를 설명한다. 제1 예의 광편향 장치의 블럭도는 도2a에 도시되는 것과 같다. 도4a 내지 도4c는 본 예의 상세한 구성도이며, 도4a는 본 광편향 장치의 진동계의 평면도이다. 플레이트 부재(300)가 실리콘 웨이퍼를 에칭 가공해서 제작된다. 요동체(301)는 평판 형상을 가지며, 2 개의 비틀림 스프링(311a, 311b)에 의해 지지되어 있다. 요동체(301)의 상면에는, 광반사 막(반사 미러, 331)이 형성되어 있다. 다른 요동체(302)는 프레임 형상을 갖고, 그 내측에서 비틀림 스프링(311a, 311b)을 지지한다. 상기 요동체의 상하부는 2개의 비틀림 스프링(312a, 312b)에 의해 지지된다. 프레임 형상의 지지 프레임(321)은 그 내측에서 비틀림 스프링(312a, 312b)을 지지한다.

본 예에서, 요동체(301)와 요동체(302)의 각각은 그 상하부에서 2개의 비틀림 스프링에 의해 보유된다. 그러나, 상기 요동체는 그 일 측에서 1개의 비틀림 스프링에 의해서만 지지될 수 있다. 예를 들어, 요동체(301)는 1개의 비틀림 스프링(311b)에 의해 보유되며, 요동체(302)는 2개의 비틀림 스프링(312a, 312b)에 의 해 보유되어도 좋다. 반대로, 요동체(301)는 2개의 비틀림 스프링(311a, 311b)에 의해 보유될 수 있으며, 요동체(302)는 1개의 비틀림 스프링(312b)에 의해 보유될 수 있다.

요동체(301, 302) 및 비틀림 스프링(311, 312)을 포함하는 진동계는, 2개의 진동 모드를 갖지만, 하나의 모드의 주파수가 다른 모드의 주파수의 약 2배가 되도록 조정이 실시되어 있다. 예로서, 요동체(301, 302)의 관성 모멘트를 I₁, I₂ 라 하고, 비틀림 스프링(311a, 311b)으로 이루어지는 스프링 상수를 k₁ 라 하고, 비틀림 스프링(312a, 312b)으로 이루어지는 스프링 상수를 k₂ 라 하면, 2개의 고유 각 진동수는 명확히 결정된다. 본 예에서는, ω₁ = 2π x 2000[rad/s], ω₂ = 2π x 4000[rad/s] 가 되도록 관성 모멘트를 I₁, I₂ 및 스프링 상수 k₁, k₂ 를 조정한다.

도4b는, 이러한 예의 광편향 장치의 구동부를 설명하기 위한 개략도이다. 도면 중, 플레이트 부재(300)는 도4a에서 선(390)을 따라 취한 단면도로 도시된다. 요동체(302)의 하면에는 영구 자석(341)이 접착되어 있고, 플레이트 부재(300)는 투자율(magnetic permeability)의 높은 재료로 제작된 요크(344)에 접착되어 있다. 영구 자석(341)과 대향된 요크(344) 상의 위치에는, 투자율의 높은 재료로 제작된 코어(343)가 배치된다. 코어(343)의 주위에는 코일(342)이 감겨 있다. 영구 자석(341), 코일(342), 코어(343), 요크(344)는, 전자기 액추에이터(구동부, 340)를 구성한다. 코일(342)에 공급된 전류에 따라, 토크가 영구 자석(341)에 작용함으로 써, 요동체(302)가 구동된다.

도5a, 도5b는 코일에 전압을 인가했을 경우의 요동체(301)의 변위각 전달 특성을 도시한다. 도5a는 게인(변위각/인가 전압)과 구동 주파수의 관계를 나타낸다. 도5b는 인가 전압과 변위각의 위상차와 구동주파수의 관계를 도시한다. 도5a에 도시한 바와 같이 ω₁의 진동 모드에 비하여 ω₂의 진동 모드의 게인(효율)은 상이하고, 도5b에 도시한 바와 같이 ω₁의 진동 모드에 대하여 ω₂의 진동 모드는 위상이 180도 지연된 위상을 갖는다.

도4c는 이러한 예의 광편향 장치의 제어부(150)를 도시한다. 도면 중, 도면부호 351, 352은 2000 Hz 및 4000 Hz의 정현파를 생성하는 임의 파형 발생기이다. 이러한 정현파의 위상 및 진폭은 연산부(360)로부터의 지령에 의해 원하는 만큼 변경가능하다. 생성된 2개의 정현파는 가산기(370)에 의해 더해진 후에 증폭기(380)에 의해 증폭된다. 이후, 코일(342)에 최종 전압이 인가됨으로써 전류가 흘려진다. 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)는 도3a에 도시된 바와 같이 배치된다. 제1 및 제2 수광 소자의 출력(391, 392)은 연산부(360)로 공급된다. 연산부(360)는 제1 및 제2 수광 소자의 출력(391, 392)이 원하는 값을 가지도록, 즉 주사 광(133)이 소망하는 시각에서 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 통과할 수 있도록, 임의 파형 발생기(351, 352)의 정현파의 위상 및 진폭을 조정한다.

본 예에서 파형 발생기(351, 352)와 가산기(370)는 2개의 주파수를 합성하여 구동 신호를 생성하도록(도6a) 사용된다. 연산부(360)로부터의 지령에 따라 고유 각 진동수(ω₁)의 1주기의 전압 파형은 분할되어, 구동 신호가 다수의 펄스 열로서 제공된다(도6b). 즉, 펄스 수, 펄스 간격, 펄스 폭 등을 시간에 대하여 변경함으로써, 그 고유 각 진동수(ω₁ 과 ω₂)의 진폭 성분 및 위상을 변경시키는 PWM(Pulse Width Modulation) 구동부를 이용해도 된다.

본 예의 광편향 장치를 사용함으로써, 2개의 주파수 성분에 기초한 소망하는 임의의 광주사(예를 들어, 주사각이 대략 톱니(sawtooth) 파형으로 변화되는 주사 광)가 실현된다.

[제2 예]

본 발명의 제2 예에 따른 광편향 장치를 설명한다. 본 예의 광편향 장치의 블럭도는 도2a에 도시된 것과 같으며, 그 구성은 도4에 도시된 것과 유사하다.

본 예의 광편향 장치의 편향 각(θ)은 다음과 같이 표현될 수 있다. 제1 진동 운동의 진폭 및 각 주파수를 각각 A₁, ω₁ 라 하고, 제2 진동 운동의 진폭, 각 주파수를 각각 A₂, ω₂ 라 하고, 2개의 주파수의 각각의 위상을 ø₁, ø₂ 라 한다. 제1 진동 운동의 1주기 내의 임의의 시간을 원점 또는 기준이라 했을 때의 시간을 t라 하고, 편향 각(θ)은 상기 식(3-1)에 의해 이하와 같이 표현될 수 있다.

θ(t) = A₁sin(ω₁t + ø₁) + A₂sin(ω₂t + ø₂)

여기서, A₁ = 1, A₂ = 0.2, ø₁ = 0, ø₂ = 0, ω₁ = 2π x 2000, ω₂ = 2π x 4000이라 하면, 본 예의 광편향 장치의 시간에 대한 편향 각(θ) 및 각속도(θ')의 변화는 도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이 된다. 도7a의 실선으로 도시된 편향 각(θ)은 정현파(파선으로 나타내짐)에 비해 톱니파에 보다 유사하게 된다. 도7b의 실선으로 도시된 각속도(θ')는 정현파(파선으로 도시함)에 비하여, 대략 등각속도 영역에서 변화량이 적어진다. 또한, 도7a 및 도7b에서의 종축의 단위는 임의로 취해 있다.

본 예는 A₁ = 1, A₂ = 0.2, ø₁ = 0, ø₂ = 0, ω₁ = 2π x 2000, ω₂ = 2π x 4000인 조건을 사용했지만, 각속도(θ')의 변화량이 정현파에 비하여 대략 등각속도 영역에서 적어질 수 있는 한, A₁, A₂, ø₁, ø₂, ω₁, ω₂ 에 대한 소망하는 값을 선택할 수 있다. 바람직하게는, 제1 주파수의 1주기의 20％ 이상의 연속 시간에 있어서, 그 시간 내에서의 상기 반사 미러의 각속도(θ')의 최대값 (θ'_max)과 최소치(θ'_min)가 이하의 관계를 충족시키는 것이 바람직하다.

(θ'_max - θ'_min) / (θ'_max + θ'_min) < 0.1

이것은, 광편향 장치에게 요구되는 일반 조건이며, 하기에 설명될 다른 예에서도 적용된다.

이 때, 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 A₁ 위치의 80%, 즉 편향 각(θ)이 0.8(최대 편향 각을 1로 하여)이 되는 광편향 장치의 주사 중심에 대하여 대칭의 위치에 배치하면, 다음과 같이 된다. 즉, 주사 광(133)이 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 통과하는 소망 목표 시각(t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀(도7a 참조))은 각각 0.052 msec, 0.154 msec, 0.346 msec, 0.448 msec이다. 이들 목표 시각은 미리 결정되어 기억될 수 있다. 또한, 이는 이하의 예의 경우이기도 하다. 따라서, 주사 광(133)이 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 통과하는 시각(t₁, t₂, t₃, t₄)이 상기 소망 값이 되도록, 제어부(150)는 구동 신호(도6a, 도6b)를 조정한다. 이로써, 도7에 도시된 편향 각(θ)을 얻을 수 있다.

본 예에서는, 편향 각(θ)이 0.8이 되는 광편향 장치의 주사 중심에 대하여 대칭의 위치에 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 배치했지만, 임의의 편향 각(θ)이 제공되는 임의의 다른 위치에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 대략 등속 영역에서의 광학적인 간섭을 피하기 위해서, 편향 각(θ)의 절대치가 0.6 이상, 1.0 미만의 범위에 제1 및 제2 수광 소자를 배치하는 것이 바람직하다. 여기서 편향 각(θ)의 절대치가 0.6 이상이고 1.0 미만의 범위는 편향 각(θ)이 +1.0 미만이고 0.6 이상의 범위와, -0.6 이하이고 -1.0 보다 큰 범위를 의미한다.

또한, 반사 미러의 편향 중심을 0으로 하고, 원하는 최대 편향 각을 ±1로 한다. 이는 또한 다른 예의 경우이기도 하다.

다음으로, 본 예에서의 보다 구체적인 편향 각의 제어의 방법을 설명한다. 도8은 제어 순서를 도시한다.

<A₁ 제어>

우선, A₁ 제어를 행한다. 기본 주파수로 운동하는 제1 진동 운동만으로 광주사하기 위해서, 임의 파형 발생기(351)의 주파수를 2000 Hz의 각 주파수로 설정 하고, 임의 파형 발생기(352)의 주파수를 2000 Hz 및 4000 Hz 이외의 0을 포함하는 임의의 각 주파수로 설정한다. 이는, 제2 진동 운동이 공진 진동을 일으키지 않도록 한다. 광편향 장치의 편향 각(θ)은 다음 식으로 표현될 수 있다.

θ(t) = A₁sin(ω₁t) 식(16)

그래서, 시각 t₁, t₂, t₃, t₄ 을 다음과 같이 한다.

θ(t₁) = θ(t₂) = θ_BD1 식(17)

θ(t₃) = θ(t₄) = θ_BD2 식(18)

그러면, t₂ - t₁ 및 t₄ - t₃ 중 적어도 한쪽의 값이 0.102 msec(이러한 값은 도7에 나타낸 목표로 하는 편향 각(θ)의 변화에 기초하여 미리 결정될 수 있다)가 되도록 임의 파형 발생기(351)의 진폭을 조정한다. 이로써, A₁을 원하는 값 A₁으로 할 수 있다. 정하는 미지인 값은 1개이므로, 이 방법으로 A₁을 결정할 수 있다.

전술한 공정은, 요동체 상의 반사 미러의 제1 진동 운동의 진폭을 정하는 공정이다. 이 공정은 제2 진동 운동을 멈추고, 제1 진동 운동만으로 광 주사를 실행할 때, 제1 주파수의 1주기 내의 어떤 시간을 0 또는 기준으로 하여 다음과 같이 조정하는 공정이다. 즉, (i) 제1 수광 소자를 주사 광이 통과하는 서로 다른 2개의 통과 시각의 세트와, (ii) 제2 수광 소자를 주사 광이 통과하는 서로 다른 2개의 통과 시각의 세트 중의 적어도 한쪽의 세트의 시각을 원하는 목표 시각이 되도록 제1 진동 운동의 진폭을 조정한다.

그 후, 임의 파형 발생기(352)의 주파수를 4000 Hz로 복귀시킨다. 또한, 본 예에서는, 기본 주파수로 운동하는 제1 진동 운동만으로 광주사 하기 위해서, 임의 파형 발생기(352)의 주파수를 2000 Hz 또는 4000 Hz 이외의 0을 포함하는 임의의 주파수로 하였다. 즉, 제2 진동 운동을 멈추기 위해서, 구동부로부터 진동계로 전달하는 구동력 중, 제2 주파수의 주기적 구동력을 멈추고, 또한, 제1 주파수와 제2 주파수 이외의 제3의 주파수의 주기적 구동력을 더했다. 그러나, 이러한 절차에서, 임의 파형 발생기(352)의 진폭(A₂)을 0으로 해도 상관없다.

<ø 제어>

다음으로, 제1 및 제2 진동 운동의 위상차(ø)를 0으로 조정한다. 이 때, 이하의 두 관계를 만족시켜야 한다.

t₂ - t₁ = t₄ - t₃ 식(19)

t₃ - t₂ > t₃₀ - t₂₀ 식(20)

제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 광편향 장치의 주사 중심에 대하여 대칭인 위치에 각각 배치하고 있기 때문에, 식(19)가 필요하다. 이러한 관계를 만족시키도록 임의 파형 발생기(351, 352)의 위상차를 조정함으로써, 제1 및 제2 진동 운동의 위상차가 0이 된다. 이러한 경우에서도, 정하는 미지인 값은 1개이므로, 이 방법으로 ø를 결정할 수 있다. 또한, 식(20)은 진동 운동이 역의 위상이 되는 것을 피하기 위한 조건이다.

이 공정은, 반사 미러의 제1 진동 운동과 제2 진동 운동 간의 상대 위상차를 정하는 공정이다. 여기에서는, (i) 제1 수광 소자를 주사 광이 통과하는 서로 다른 2개의 통과 시각의 차와, (ii) 제2 수광 소자를 주사 광이 통과하는 서로 다른 2개의 통과 시각의 차가 서로 같게 되도록 제1 및 제2 진동 운동 중의 적어도 한쪽의 위상을 조정한다.

<A₂ 제어>

계속해서, A₂의 제어를 행한다. 주사 광(133)이 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 통과하는 시각을 t₁, t₂, t₃, t₄ 라 한다. 이후에, 이들 중 적어도 1개 이상이, t₁ = 0.052 msec, t₂ = 0.154 msec, t₃ = 0.346 msec, t₄ = 0.448 msec을 충족시키도록 임의 파형 발생기(352)의 진폭을 조정한다. 이에 의해, A₂는 원하는 값 A₂과 같게 될 수 있다. 이러한 경우에서도, 정하는 미지인 값은 1개이므로, 이 방법으로 A₂을 결정할 수 있다.

이 공정은, 반사 미러의 제2 진동 운동의 진폭을 정하는 공정이며, 주사 광이 제1 및 제2 수광 소자를 통과하는 시각 중의 적어도 1개 이상을 원하는 값으로 하도록 제2 진동 운동의 진폭을 조정하는 공정이다.

<제어 종료 확인>

t₁, t₂, t₃, t₄이 규정된 허용 오차 범위 내에 있다면, 제어는 종료된다. 만약, 상이하다면 A₁ 제어로 복귀되어 다시 상기 제어를 행한다.

이상의 조작에 의해 원하는 광편향 장치의 편향 각(θ)을 실현할 수 있다. 본 예에서는 t₁, t₂, t₃, t₄, t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀을 시각으로서 했지만, 어떤 클럭을 기준으로 하는 카운터 값이어도 좋다. 또한, 본 예에서는 t₁, t₂, t₃, t₄, t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀을 결정된 값이라 했지만, 일정한 오차 범위를 가진 값이어도 좋다. 이들은 다른 예의 경우이기도 하다.

[제3 예]

본 발명의 제3 예에 의한 광편향 장치를 설명한다. 본 예의 광편향 장치의 블럭도는 도2a에 도시된 것과 유사하며, 그 구성은 도4에 도시된 것과 유사하다.

또한, 이러한 예에서도, 제1 진동 운동의 진폭, 각 주파수를 각각 A₁, ω₁라 하고, 제2 진동 운동의 진폭, 각 주파수를 각각 A₂, ω₂라 하고, 2개의 주파수의 각각의 위상을 ø₁, ø₂라 한다. 제1 진동 운동의 1 주기 내의 임의인 기준 시간을 취함으로써 결정된 원점(0)에 대한 시간을 t라 했을 때, 본 예의 광편향 장치의 편향각(θ)은, 상기 식(3-1)에 의해 표현될 수 있다.

θ(t) = A₁sin(ω₁t + ø₁) + A₂sin(ω₂t + ø₂)

여기서, A₁ = 1, A₂ = 0.2, ø₁ = 0, ø₂ = 0, ω₁ = 2π x 2000, ω₂ = 2π x 4000이라고 하면, 본 예의 광편향 장치의 편향 각(θ)은 도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이 된다.

본 예에서는 A₁ = 1, A₂ = 0.2, ø₁ = 0, ø₂ = 0, ω₁ = 2π x 2000, ω₂ = 2 π x 4000이라고 했지만, 각속도(θ')의 변화량이 정현파에 비하여 대략 등각속도 영역에서 적어질 수 있는 한, A₁, A₂, ø₁, ø₂, ω₁, ω₂ 에 대하여 소망하는 값을 취할 수 있다.

제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 A₁ 위치의 80%, 즉 편향 각(θ)이 0.8이 되는 광편향 장치의 주사 중심에 대하여 대칭 위치에 배치하고, 또한, 편향 각(θ)이 0(주사 중심)이 되는 시간을 0으로 했을 경우, 다음과 같이 된다. 즉, 주사 광(133)이 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 통과하는 목표 시각(t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀)은 각각 0.052 msec, 0.154 msec, 0.346 msec, 0.448 msec이 된다. 따라서, 주사 광(133)이 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 통과하는 4개의 검출 시각(t₁, t₂, t₃, t₄)이 상기 소망하는 값이 되도록, 제어부가 구동 신호를 조정한다. 이로써, 도7에 도시된 광편향 장치의 편향 각(θ)을 얻을 수 있다.

본 예에서는, 편향 각(θ)이 0.8이 되는 광편향 장치의 주사 중심에 대하여 대칭 위치에 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 배치했지만, 임의의 편향 각(θ)이어도 좋다. 또한, 본 예에서는, 편향 각θ이 0인 시간을 0으로 했지만, 제1 진동 운동의 각 주파수의 1주기 내의 임의인 시간을 원점(0)으로 해도 좋다.

본 예의 제어 방법을 상세히 설명한다.

본 광편향 장치의 A₁, A₂, ø₁, ø₂의 어느 하나를 포함하는 제어 파라미터(X)가 각각의 목표값으로부터 미소 변화되었을 경우의 제1 및 제2 수광 소 자(141, 142)를 주사 광(133)이 통과하는 검출 시각(t₁, t₂, t₃, t₄)의 변화를 의미하는 계수 및 행렬(M)을 미리 구해 둔다. 이들은 다음과 같이 표현된다.

` 식(21)

식(22)

따라서, 반사 미러의 진폭과 위상에 대한 조작량(△A₁, △A₂, △ø₁, △ø₂)은 4개의 검출 시각(t₁, t₂, t₃, t₄)과 4개의 목표 시각(t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀) 간의 시간차(△t₁, △t₂, △t₃, △t₄)에 의해, 다음 식으로 구해질 수 있다.

식(23)

상기 식에 기초하여, 조작량(△A₁, △A₂, △ø₁, △ø₂)은 목표 시각(t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀)에 대한 시간차(△t₁, △t₂, △t₃, △t₄)로부터 산출될 수 있다. 이후, 임의 파형 발생기(351, 352)의 출력을 변경한다. 이상의 제어를 반복함으로써, 검출 시각은 목표 시각(t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀)에 수렴하고, 이로써, 원하는 광편향 장치의 편향 각(θ)을 얻을 수 있다.

도9는 상기 공정에 대한 블럭도이다. 광원(410)으로부터의 광을 광편향 장치(반사 미러, 420)에 의해 편향시킴으로써, 편향 광(430)은 제1 및 제2 수광 소자(441, 442)를 통과한다. 제어부(450)는 목표 시각(452)으로부터, 제1 및 제2 수광 소자(441, 442)에서 검출된 검출 시각(451)을 감산하여, 시간차(453)를 산출한다. 그리고, 연산기(454)에서 시간차(453)에 기초하여 식23에 따른 행렬을 연산함으로써, 조작량(455)을 산출한다. 임의 파형 발생기(351, 352)와 가산기(370)와 증폭기(380)에 의해 광편향 장치(420)의 구동부에 입력되는 신호를 생성한다. 본 예에 있어서도, 예를 들어 도6a에 도시된 바와 같은 정현파를 합성한 구동 신호를 생성해도 좋고, 또한, 도6b에 도시된 바와 같은 펄스형 구동 신호를 생성해도 좋다. 즉, 수광 소자에 의해 검출된 검출 시각이 목표 시각이 될 수 있는 한, 어떤 구동 신호이어도 좋다.

도5에 도시된 요동체의 변위각 전달 특성은, 환경적 온도 등의 환경 변화, 또는 시간에 대한 요동체의 진동 특성 변화에 의해 변화된다. 따라서, 제어부(150)는 광편향기의 ω₁의 진동 주기 마다 구동 파형을 갱신해 원하는 광편향 장 치의 편향 각(θ)을 얻을 수 있도록 제어한다. 본 예에서는 ω₁의 진동 주기 마다 구동 파형을 갱신한다고 했지만, 그 보다 짧은 주기, 예를 들어 수광 소자에 신호가 입력되는 시각으로 제어해도 좋다. 다른 안으로서, 광편향기의 ω₁의 진동 주기보다 긴 주기로 제어해도 상관없다.

[제4 예]

본 발명의 제4 예에 의한 광편향 장치를 설명한다. 본 예의 광편향 장치의 블럭도는 도2a에 도시된 것과 유사하며, 그 구성은 도4에 도시된 것과 유사하다.

본 예의 광편향 장치의 편향 각(θ)에 있어서, 제1 진동 운동의 진폭, 각 주파수를 각각 A₁, ω₁라 하고, 제2 진동 운동의 진폭, 각 주파수를 각각 A₂, ω₂라 하고, 2개의 주파수 간의 위상 차를 ø라 하고, 시간을 t라 한다. 그러면, 편향 각(θ)은 상기 식(3-2) 또는 상기 식(3-3)으로 표현될 수 있다. 이러한 식들에서 ø는 ø₁ - ø₂ 또는 ø₂ - ø₁이다.

여기서, A₁ = 1, A₂ = 0.2, ø = 0, ω₁ = 2π x 2000, ω₂ = 2π x 4000 으로 한다. 본 예에서는 A₁ = 1, A₂ = 0.2, ø = 0(ø₁ = 0, ø₂ = 0), ω₁ = 2π x 2000, ω₂ = 2π x 4000으로 했지만, 각속도(θ')의 변화량이 정현파에 비하여 대략 등각속도 영역에서 적어질 수 있는 한, A₁, A₂, ø₁, ø₂, ω₁, ω₂에 대하여 소망하는 값을 선택해도 좋다. 따라서, 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)는 A₁의 80%, 즉 편향 각(θ)이 0.8이 되는 위치에 배치된다. 또한, 주사 광(133)이 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 통과하는 목표 시각(t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀) 중에서 t₁₀을 기준 시간으로 선택한다. 그러면, 기준 시간으로부터의 상대 목표 시간(t₂₀ - t₁₀, t₃₀ - t₁₀, t₄₀ - t₁₀)은 각각 0.102 msec, 0.294 msec, 0.396 msec이다. 따라서, 본 예의 광편향 장치의 편향 각(θ)은 도7에 도시된 바와 같이 된다. 따라서, 주사 광(133)이 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 통과하는 3개의 검출 상대 시간(t₂ - t₁, t₃ - t₁, t₄ - t₁)이 상기 값이 되도록, 제어부를 통하여 구동 신호를 조정함으로써, 도7에 도시된 바와 같은 광편향 장치의 편향 각(θ)을 얻을 수 있다. 여기서, ø₁과 ø₂는 ø = ø₁ - ø₂ 또는 ø = ø₂ - ø₁의 관계식으로 표현될 수 있고, 따라서, 도7의 상기 식(3-1)은 상기 식(3-2)으로, 또는 상기 식(3-3)으로 변환된다.

본 예에서도, 편향 각(θ)이 0.8이 되는 광편향 장치의 주사 중심에 대하여 대칭 위치에 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 배치했지만, 이들은 임의의 편향 각(θ)에 따른 임의의 다른 위치에 배치될 수 있다.

본 예의 제어 방법을 상세히 설명한다. 광편향 장치의 A₁, A₂, ø의 어느 하나를 포함하는 제어 파라미터(X)가 목표값으로부터 미소 변화되었을 경우의 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 주사 광(133)이 통과하는 검출 상대 시간(t₂ - t₁, t₃ - t₁, t₄ - t₁)의 변화를 의미하는 계수 및 행렬(M)을 미리 구해 둔다. 이들은 다음 과 같이 나타내진다.

식(24)

(식(25)

따라서, 반사 미러의 진폭과 위상의 조작량(△A₁, △A₂, △ø)은 3개의 검출 상대 시간(t₂ - t₁, t₃ - t₁, t₄ - t₁)과 3개의 목표 시간(t₂₀ - t₁₀, t₃₀ - t₁₀, t₄₀ - t₁₀)의 시간차(△t₂, △t₃, △t₄)에 의해, 다음 식으로 구해질 수 있다.

식(26)

상기 식에 의하여, 목표 시간(t₂₀ - t₁₀, t₃₀ - t₁₀, t₄₀ - t₁₀)에 대한 시간차(△t₂, △t₃, △t₄)로부터 조작량(△A₁, △A₂, △ø)이 산출된다. 그리고, 그 값을 기초로 하여 임의 파형 발생기(351, 352)의 출력을 조정한다. 이상의 제어를 되풀이함으로써, 검출 시간은 목표 시간(t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀)에 수렴하고, 이로써, 원하는 광편향 장치의 편향 각(θ)을 얻을 수 있다.

상기 공정을 도9의 블럭도를 참조로 하여 설명한다. 광원(410)으로부터의 광을 광편향 장치(반사 미러, 420)에 의해 편향시킴으로써, 편향 광(430)은 제1 및 제2 수광 소자(441, 442)를 통과한다. 제어부(450)는 목표 시간(452)으로부터, 제1 및 제2 수광 소자(441, 442)에서 검출된 검출 시간(451)을 감산하여, 시간차(453)를 산출한다. 그 다음에, 연산기(454)에서 시간차(453)에 기초하여 식(26)에 따른 행렬을 연산함으로써 조작량(455)을 산출한다. 이후, 임의 파형 발생기(351, 352)와 가산기(370)와 증폭기(380)에 의해 광편향 장치(420)의 구동부에 입력되는 신호를 생성한다. 이 경우, t₁₀을 기준 시간으로 하고 있으므로, 임의 파형 발생기(351)에 대한 조작량(455)이 1개(2개가 아님)이거나, 또는 선택적으로, 임의 파형 발생기(352)에 대한 조작량(455)이 1개(2개가 아님)이다. 이는, 2개의 주파수 간의 위상차(ø)는 임의 파형 발생기(351)와 임의 파형 발생기(352)의 어느쪽에 의해서도 조정될 수 있다는 것을 의미한다.

본 예에 있어서도, 예를 들어 도6a와 같은 정현파를 합성한 구동 신호를 생성해도 좋고, 또한, 도6b와 같은 펄스형 구동 신호를 생성해도 좋다. 즉, 수광 소자에 의해 검출된 검출 시간이 목표 시간과 일치되는 한, 어떤 구동 신호이어도 좋다.

이상의 제어에 의해 원하는 광편향 장치의 편향 각(θ)이 실현된다. 본 예에서도 t₂₀ - t₁₀, t₃₀ - t₁₀, t₄₀ - t₁₀을 결정된 값이라 했지만, 오차 범위를 가진 값 이어도 좋다.

[제5 예]

본 발명의 제5 예에 의한 광편향 장치를 설명한다. 본 예의 광편향 장치의 블럭도는 도2a에 도시된 것과 유사하며, 그 구성은 도4에 도시된 것과 유사하다.

본 예의 광편향 장치의 편향 각(θ)에 있어서, 제1 진동 운동의 진폭, 각 주파수를 각각 A₁, ω₁라 하고, 제2 진동 운동의 진폭, 각 주파수를 각각 A₂, ω₂라 하고, 2개의 주파수의 각각의 위상의 차를 ø라 하고, 시간을 t라 한다. 그러면, 편향각(θ)은 상기 식(3-2) 또는 상기 식(3-3)으로 표현될 수 있다. 여기서, 이들 식에서 ø는 ø₁ - ø₂ 또는ø₂ - ø₁이다.

여기서, A₁ = 1, A₂ = 0.2, ø = 0, ω₁ = 2π x 2000, ω₂ = 2π x 4000로 한다. 본 예에서는 A₁ = 1, A₂ = 0.2, ø = 0(ø₁ = 0, ø₂ = 0), ω₁ = 2π x 2000, ω₂ = 2π x 4000로 했지만, 각속도(θ')의 변화량이 정현파에 비하여 대략 등각속도 영역에서 적어질 수 있는 한, A₁, A₂, ø₁, ø₂, ω₁, ω₂에 대하여 소망하는 값이 선택되어도 좋다. 또한, 본 예에서는, 광편향 장치의 주사 중심에 대하여 대칭 위치(θ₁, θ₂)에 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)를 배치했지만, 임의의 편향 각(θ)의 다른 위치에 배치되어도 좋다.

본 예의 제어 방법을 상세히 설명한다. 도10은 광편향 장치의 시간과 편향 각의 관계를 도시한다(식(3-2)의 경우). 도10에 도시한 바와 같이, 광편향 장치의 편향 각이 θ₁에 도달하는 시간으로부터 진동의 단부에서 복귀되어 다시 θ₁에 도달할때 까지의 시간을 t₁으로 한다. 또한, 편향 각이 θ₁에 도달하는 시간으로부터 진동의 중심을 통과하여 θ₂에 도달하는 시간까지의 시간을 t₁₂라 한다. 또한, 편향 각이 θ₂에 도달하는 시간으로부터 진동의 단부에서 복귀되어 다시 θ₂에 도달하는 시간까지의 시간을 t₂ 로 한다. 또한, 편향 각이 θ₂에 도달하는 시간으로부터 진동의 중심을 통과해서 θ₁에 도달하는 시간까지의 시간을 t₂₁라 한다.

구동 제어부(150)는 주파수(ω₁)의 진폭(A₁), 주파수(ω₂)의 진폭(A₂), 주파수(ω₁)와 주파수(ω₂)간의 위상차(ø)의 오차량을 산출하여, 이 오차량을 기초로 하여 광편향 장치의 구동 신호를 생성한다.

이하에서 이러한 오차 신호의 산출에 대해서 구체적으로 서술한다.

우선, ø의 오차 신호의 산출에 대해서 서술한다.

도10에 도시된 식, 즉 식(3-2)에서, A₁sin(ω₁t)는 제1 성분이라고 하고 A₂sin(ω₂t + ø)는 제2 성분이라고 한다. 제1 성분과 제2 성분의 위상이 변동했을 경우, 위상의 변동에 의해 t₁의 값이 감소하면, t₂의 값이 증가한다. 반대로 위상의 변동에 의해 t₁의 값이 증가하면, t₂의 값이 감소한다. 즉, 제1 성분과 제2 성분의 위상의 변동에 대하여, t₁과 t₂의 증감은 반대로 변화되는 관계에 있다.

한편, 제1 성분의 진폭(A₁)이 변동했을 경우, 진폭(A₁)의 변동에 의해 t₁의 값이 증가하면, t₂의 값도 증가한다. 반대로, t₁의 값이 감소하면, t₂의 값도 감소한다. 즉, 제1 성분의 진폭(A₁)의 변동에 대하여, t₁과 t₂의 증감은 동일하게 변화된다.

따라서, t₁과 t₂를 감산함으로써, 제1 성분의 진폭(A₁)의 변동이 취소되어, 제1 성분과 제2 성분의 위상 변동분만을 추출할 수 있다.

여기서, θ₁과 θ₂가 광편향 장치의 주사 중심에서 대칭 위치에 있으면, t₁ - t₂의 연산을 수행함하는 것만으로 제1 성분과 제2 성분의 위상 변동분을 추출할 수 있다. 또한, θ₁과 θ₂가 대칭의 위치에 배치되지 않는 경우에는, t₁과 t₂의 감산비를 조정함으로써 양호한 신호를 얻을 수 있다.

이상으로부터, ø₀를 제어 목표값이라고 하면, ø 성분의 오차량을 도시하는 ø의 오차 신호는 이하의 식에 따라 결정될 수 있다.

ø 오차 신호 = t₁ - δxt₂ - ø₀ (δ ≥ 0) 식(27-1)

다음에, 제1 성분의 진폭(A₁)의 오차 신호의 산출에 대해서 서술한다.

제1 성분의 진폭(A₁)이 변동했을 경우, 진폭(A₁)의 변동에 의해 t₁₂의 값이 증가하면, t₂₁의 값도 증가한다. 반대로, t₁₂의 값이 감소하면, t₂₁의 값도 감소한 다. 즉, 제1 성분의 진폭(A₁)의 변동에 대하여, t₁₂와 t₂₁의 증감은 동일하게 변화된다.

한편, 제2 성분의 진폭(A₂)이 변동했을 경우, 진폭(A₂)의 변동에 의해 t₁₂의 값이 증가하면 t₂₁의 값이 감소한다. 반대로, t₁₂의 값이 감소하면, t₂₁의 값이 증가한다. 즉, 제2 성분의 진폭(A₂)의 변동에 대하여, t₁₂와 t₂₁의 증감은 반대로 변화된다.

따라서, t₁₂와 t₂₁을 적당한 비율로 가산함으로써, 제2 성분의 진폭(A₂)의 변동을 취소할 수 있다.

마찬가지로, 제1 성분의 진폭(A₁)의 변동에 대하여는, t₁과 t₁₂, 및 t₂와 t₂₁은 t₁과 t₁₂, 및 t₂와 t₂₁을 각각 감산함으로써 제1 성분의 진폭(A₁)의 변동에 따라 서로 증감이 반대로 변화되는 관계이고, 제1 성분의 진폭(A₁)의 변동은 취소될 수 있고, 오차 신호가 증가될 수 있다.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, A₁₀을 제어 목표값이라고 하면, A₁ 성분의 오차량을 도시하는 A₁의 오차 신호는 이하의 식에 따라 결정될 수 있다.

A₁의 오차 신호 = t₁ + δxt₂ - αx(t₁₂ + βxt₂₁) - A₁₀

(α, β, δ ≥ 0) 식(27-2)

다음에, 제2 성분의 진폭(A₂)의 오차 신호의 산출에 대해서 서술한다.

제2 성분의 진폭(A₂)의 오차 신호는, 제1 성분의 진폭(A₁)의 오차 신호의 산출과 같은 원리에 의해 구할 수 있다.

상술한 바와 같이, 제1 성분의 진폭(A₁)의 변동에 대하여, t₁₂와 t₂₁의 증감은 동일하게 변화된다. 한편, 제2 성분의 진폭(A₂)의 변동에 대하여, t₁₂와 t₂₁의 증감은 반대로 변화된다. 따라서, t₁₂와 t₂₁을 적당한 비율로 감산함으로써, 제1 성분의 진폭(A₁)의 변동을 취소할 수 있다.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, A₂₀을 제어 목표값이라고 하면, A₂ 성분의 오차량을 도시하는 A₂의 오차 신호는 이하의 식에 따라 결정될 수 있다.

A₂의 오차 신호 = t₁₂ - γxt₂₁ - A₂₀ (γ=0) 식(27-3)

도11은, 상기식에 의해 오차 신호를 산출하는 오차 검출 회로를 도시한다. 이러한 오차 검출 회로에서는, 입력 신호인 t₁, t₂, t₁₂, t₂₁뿐만 아니라, 제어 목표인 ø₀, A₁₀, A₂₀의 값을 가산기 및 감산기를 이용해서 연산함으로써, ø 오차 신호, A₁ 오차 신호, A₂ 오차 신호를 각각 산출할 수 있다. 이 때, 각각의 시간의 가산비 및 감산비를 조정하기 위해서, 필요에 따라 α, β, γ 또는 δ의 값을 각각의 시간에 승산할 수 있다.

α, β, γ 및 δ의 값은 이하와 같이 조정된다.

δ의 값에 대해서는, 제1 성분의 진폭(A₁)에 외란을 입력하고, δ는 "Out1"(즉, t₁ - δxt₂)의 변동이 최소가 되도록 조정된다. β의 값에 대해서는, 제2 성분의 진폭(A₂)에 외란을 입력하고, "Out3"(즉, t₁₂ + βxt₂₁)의 변동이 최소가 되도록 조정된다. α의 값에 대해서는, 제1 성분의 진폭(A₁)에 외란을 입력하고, "Out2"(즉, t₁ + t₂ + αx(t₁₂ + βxt₂₁))의 변동이 최소가 되도록 조정된다. γ의 값에 대해서는, 제1 성분의 진폭(A₁)에 외란을 입력하고, "Out4"(즉, t₁₂ - γxt₂₁)의 변동이 최소가 되도록 조정한다.

α, β, γ 및 δ의 값은 실제로 A₁, A₂ 및 ø에 외란을 입력해서 구해도 좋고, 수치계산에 의해 구해도 좋다.

도12는 제어 회로의 블럭도를 도시한다. 또한, 도11에 도시된 오차 검출 회로와 도12에 도시된 제어 회로는 도2a에 도시된 구동 제어부(150)에 설치된다.

도12의 제어 회로는 상기 식(27-1), 식(27-2), 식(27-3)의 오차 신호가 0이 되는 구동 신호를 생성하고, 이에 기초하여 제어 회로는 광편향 장치를 구동한다. 도11의 오차 검출 회로에 의해 산출된 A₁, A₂, ø의 오차 신호는 각각 대응하는 로우 패스 필터(LPF)를 통과하여 성형된다. 발진 회로에서 발진한 주파수(ω₂)의 정현파의 진폭 성분(A₂)은, 오차 검출 회로에 의해 생성된 A₂의 오차 신호를 기초로 하여 조정된다. 그 후, 위상 ø의 오차 신호를 기초로 하여 위상 ø의 값이 조정된다. 한편, 발진 회로에서 발진한 주파수(ω₁)의 정현파의 진폭 성분(A₁)은, 오차 검출 회로에 의해 생성된 A₁의 오차 신호를 기초로 하여 조정된다. 그 후, 가산기에서, 조정 후의 주파수(ω₁)의 정현파와 조정 후의 주파수(ω₂)의 정현파가 가산되어 구동 신호가 생성된다. 이 구동 신호는 구동부(120)로 출력된다. 따라서, 광편향 장치는 가산된 구동 신호를 기초로 하여 구동부에 의해 구동된다.

본 예에서는 노이즈 제거를 위해 로우 패스 필터를 이용했지만, 어떠한 종류의 필터에 의해서도 신호 정형을 수행할 수 있다. 또는, 필터를 이용하지 않더라도 좋다.

본 예에서는 광편향 장치의 각도(θ)에 대해, θ(t) = A₁sin(ω₁t) + A₂sin(ω₂t+ø)를 이용하지만, 그 관계는 예를 들어 A₁sin(ω₁t+ø) + A₂sin(ω₂t)로 변경하더하도 본질적으로 그 결과는 같다. 이러한 예의 제어방식 및 제어 회로는 소정의 경우에 적용가능하다.

[제6 예]

본 발명의 제6 예에 따른 광편향 장치를 설명한다. 본 예는, 오차 검출 회로가 도13에 도시된 구조를 갖는 것 이외에는, 제5 예와 유사하다. 본 예에서는 광편향 장치의 주사 중심에 대해 대칭되는 위치(θ₁, θ₂)에 제1 및 제2 수광 소자(141, 142)가 배치된다. 따라서 비대칭으로 배치되는 경우는 제외된다. 따라 서, 감산비 또는 가산비를 조정하기 위한 파라미터(α, β, γ 및 δ)를 고려할 필요가 없다. 따라서, 보다 간단하게 오차 신호를 산출할 수 있다. 오차 신호의 산출 방법은 제5 예와 본질적으로 동일하다.

제6 예에서는, 다음과 같이 A₁, A₂, ø의 오차 신호를 산출한다.

도13은 본 예의 오차 검출 회로의 블럭도를 도시한다. A₁의 오차 신호는, A₁의 오차 신호를 의미하는 신호로부터 A₁의 제어 목표값 A₁₀을 감산함으로써 검출될 수 있다. 이는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

A₁의 오차 신호 = t₁ + t₂ - A₁₀ 식(28-1)

A₂의 오차 신호는, A₂의 진폭 변동을 의미하는 신호로부터 A₂의 제어 목표값A₂₀을 감산함으로써 검출될 수 있다. 이는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

A₂의 오차 신호 = t₁₂ - A₂₀ (혹은 t₂₁ - A₂₀) 식(28-2)

ø의 오차 신호는, ø의 위상변동을 나타내는 신호로부터 ø의 제어 목표값ø₀을 감산함으로써 검출될 수 있다. 이는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

ø의 오차 신호 = t₁ - t₂ - ø₀ 식(28-3)

본 예에 의한 오차 검출 회로에 의해, 보다 단순한 연산을 통해 각 파라미터의 오차 신호를 산출할 수 있다. 이들 오차 신호는 도12에 도시하는 제어 회로로 출력되어, 제어 회로는 광편향 장치의 구동 신호를 생성한다. 구동 신호는 도2a에 도시된 구동부(120)로 출력되어, 광편향 장치가 구동된다. 신호는 본질적으로 제5 예와 동일한 방식으로 제어 회로에서 처리된다.

[제7 예]

본 발명의 제7 예의 광편향 장치가 설명된다. 제7 예에 따른 광편향 장치의 블럭도는 도14에 도시되는 것과 같다. 도4a, 도4b 및 도16은 본 예의 구조를 도시하고, 도4a, 도4b는 제1 예에서 설명한 것과 같다.

본 예에서도, 요동체(301, 302) 및 비틀림 스프링(311, 312)은, 2개의 진동 모드를 갖지만, 한쪽의 주파수가 다른 방면의 약 2배가 되도록 조정이 실시된다. 또한, 본 예에서도, 2개의 고유 각진동수(고유 각주파수)는, ω₁ = 2π x 2000 [Hz]이고, ω₂ = 2π x 4000 [Hz]이 되도록 조정된다.

도16은 본 광편향 장치의 제어부를 도시한다. 도16의 구성은 이하의 점을 제외하고는 기본적으로 도4c의 구성과 같다. 수광 소자(140) 및 반사판(160)은 도15에 도시하는 것과 같이 배치되고, 수광 소자(140)로부터의 출력(390)은 연산부(360)로 공급된다. 연산부(360)는 수광 소자의 출력(390)이 임의인 값을 나타내도록, 즉 주사 광(133)이 소망하는 임의의 설정 시간에서 수광 소자(140) 및 반사판(160)을 통과하도록, 임의 파형 발생기(351, 352)의 위상 및 진폭을 조정한다.

본 예의 광편향 장치를 사용함으로써, 2개의 주파수 성분에 기초한 소망하는 임의의 광주사(예를 들어, 편향 각이 대략 톱니파(saw tooth wave) 형상으로 변화되는 주사 광)을 실현한다.

[제8 예]

본 발명의 제8 예에 의한 광편향 장치가 설명된다. 본 예의 광편향 장치의 블럭도는 도14에 도시되는 것과 유사하다. 또한, 그 구성은 도4a, 도4b 및 도16에 도시된 것과 유사하다.

이러한 예에서, 광편향 장치의 편향 각도 θ는 상기 식(3-1)에 의해 표현될 수 있다.

θ(t) = A₁sin(ω₁t + ø₁) + A₂sin(ω₂t + ø₂)

여기서, A₁ = 1, A₂ = 0.2, ø₁ = 0, ø₂ = 0, ω₁ = 2π x 2000이고, ω₂ = 2π x 4000이라고 하면, 본 예의 광편향 장치의 편향 각(θ) 및 각속도(θ')의 시간 변화는 도7a, 7b에 도시하는 모양이 된다. 편향 각(θ)은 정현파에 비교해 톱니파와 유사하게 된다. 각속도(θ')은 정현파에 비교해 대략 등각속도 영역에서 변화량이 적다.

본 예에서는, A₁ = 1, A₂ = 0.2, ø₁ = 0, ø₂ = 0, ω₁ = 2π x 2000, ω₂ = 2π x 4000이라고 했지만, 각속도θ'가 정현파에 비교해 대략 등각속도 영역에 있어서 변화량이 적어질 수 있는 한, 원하는 값의 A₁ , A₂,ø₁, ø₂, ω₁, ω₂가 선택될 수 있다.

본 예에서는, 도15에 도시된 바와 같이, 광편향 장치의 주사 중심을 원점이라고 했을 때, 수광 소자(140)를 광편향 장치의 편향 각(θ)이 +0.85가 되는 위치 (θ_BD)에 배치하고, 편향판(160)을 광편향 장치의 편향 각(θ)이 -0.8이 되는 위치 (θ_MIRROR)에 배치한다. 즉, 광편향 장치의 주사 중심에 대하여 비대칭 위치에 수광 소자(140)와 편향판(160)이 배치된다. 이상적인 상태에서는, 주사 광(133), 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 목표 시간(t₁₀a, t₂₀a, t₃₀a, t₄₀a)은 각각 0.057 msec, 0.154 msec, 0.346 msec, 0.448 msec이다. 따라서, 이들 시간은 4개의 설정 시간으로 설정한다. 주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 검출 시간(광 통과 시간)(t₁, t₂, t₃, t₄)을 상기 설정값과 일치하도록 제어부(구동 제어부)가 구동 신호를 조정한다. 이에 의해, 도7a에 도시된 광편향 장치의 편향 각(θ)이 얻어진다.

이하에, 진폭(A₁)을 조정하는 방법이 설명된다. 임의 파형 발생기(352)로부터 주파수 4000 Hz의 정현파의 발생이 차단되고, 주파수 2000 Hz의 정현파만을 임의 파형 발생기(351)로부터 발생시키면, 광편향 장치는 제1 진동 운동뿐인 진동을 수행한다. 편향 각(θ)은 상기 식(16)에서와 같이 θ(t) = A₁sin(ω₁t)로 표현될 수 있다.

여기서, 주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 검출 시간(통과 시간)을 t_a, t_b, t_c, t_d라고 하면, 편향 각과 통과 시간 사이의 관계는 다음식으로 표현된다.

θ(t_a) = θ(t_b) = θ_BD 식(29)

θ(t_c) = θ(t_d) = θ_MIRROR 식(30)

도17a에서, A₁이 목표값인 경우의 시간과 주사각 사이의 관계가 파선으로 도시된다. 여기에서, 주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 이상적인 시간을 t_a0, t_b0, t_c0, t_d0로 지시한다. t_b0 - t_a0의 값은 0.095 msec(이는 미리 구할 수 있다)이므로, 설정 시간을 0 .095 msec로 설정한다. 이러한 방식으로, t_b - t_a의 값을 0.095 msec가 되도록 임의 파형 발생기(351)의 진폭을 조정함으로써 원하는 A₁가 얻어질 수 있다.

그 후, 임의 파형 발생기(352)로부터 주파수 4000 Hz의 정현파를 중첩해서 발생시키고, 광편향 장치는 2개의 주파수에 따라 광편향 장치를 구동시킨다. 여기에서도, 임의 파형 발생기(352)로부터의 주파수 4000 Hz의 정현파의 발생을 차단하는 대신에, 2000 Hz의 정현파에 더해서 4000 Hz 이외의 0을 포함하는 임의의 주파수(제3 주파수)의 정현파를 발생시킬 수 있다. 이 때, 광편향 장치의 공진 주파수로부터 어긋나기 때문에, 제3 주파수에서 광편향 장치가 운동할 가능성은 없다. 여기에서의 이점은, 2개의 주파수의 신호를 광편향 장치의 구동부로 연속적으로 공급하고 있으므로, 투입 에너지의 변화를 억제할 수 있다. 이는 장치 내에서 실제로 일어나는 구동을 변화시키는 것에 의해 광편향 장치의 온도 변화를 효율적으로 저감시킨다. 이는 다른 예에서도 적용된다.

본 예에서는, 수광 소자(140)를 광편향 장치의 편향 각(θ)이 + 0.85가 되는 위치(θ_BD)에 배치하고, 편향판(160)을 광편향 장치의 편향 각이 -0.8이 되는 위치(θ_MIRROR)에 배치한다. 그러나, 이들 부재는 임의의 편향 각(θ)으로 배치될 수 있다. 바람직하게는, 대략 등속 영역의 광학적인 간섭을 피하기 위해서, 편향 각이 +1.0보다 작아지고 +0.6보다 큰 범위와, -0.6보다 작아지고 -1.0보다 큰 범위에 수광 소자(140) 및 반사판(160)을 배치할 수 있다.

본 예에서는, t_b - t_a의 값을 0.095 msec가 되도록 임의 파형 발생기(351)의 진폭을 조정한다. 그러나, t_d - t_c 혹은 기타의 시간 간격의 중에서 하나 이상의 값을 소망하는 임의의 값으로 하도록 임의 파형 발생기(351)의 진폭을 조정할 수 있다. 그러나, 본 예에서는 |θ_BD| > |θ_MIRROR|이므로 t_b - t_a의 값이 가장 진폭에 대해 민감하다. 따라서, t_b - t_a의 값이 임의인 값이 되도록 임의 파형 발생기(351)의 진폭을 조정하는 것이 바람직하다. 한편, |θ_MIRROR| > |θ_BD|인 경우에는, t_d - t_c의 값이 가장 진폭에 민감하기 때문에, t_d - t_c의 값을 소망하는 임의의 값이 되도록 임의 파형 발생기(351)의 진폭을 조정하는 것이 바람직하다.

상기 공정은 반사 미러의 제1 진동 운동의 진폭을 정하는 공정이다. 이러한 공정에서, 제2 진동 운동을 차단하고, 제1 진동 운동만으로 광을 주사하고 있을 때에, 다음 동작이 수행된다. 즉, 제1 주파수의 1주기 내에 있어서의 소정의 시간을 0으로 하고, 주사광이 1개의 수광 소자를 통과하는 서로 다른 2개 이상의 통과 시간이 원하는 목표 시간이 되도록 주사 광이 제1 진동 운동의 진폭을 조정한다. 본 예에서는, 이러한 공정에 있어서, 주사 광이 1개의 수광 소자를 통과하는 복수의 시간 간격 중에서 가장 짧은 시간 간격을 원하는 목표 시간이 되도록 제1 진동 운동의 진폭을 조정한다.

[제9 예]

본 발명의 제9 예에 의한 광편향 장치를 설명한다. 본 예의 광편향 장치의 블럭도는 도14에 도시되는 것과 유사하다. 그 구성은 도4a, 도4b 및 도16에 도시되는 것과 유사하다. 도15에 도시하는 광편향 장치[반사 미러(101)]와 수광 소자(140) 및 반사판(160)의 배치는 제8 예와 기본적으로 같다. 본 예의 광편향 장치의 편향 각(θ)은 도17에 도시된 제8 예와 같다.

도17에서 제1 주파수의 1주기 내의 시간(0)을 기준 시간이라고 했을 경우, 주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 목표 시간을 t_10a, t_20a, t_30a, t_40a라고 한다. 이어서, t_10a, t_20a, t_30a, t_40a는 각각 0.057 msec, 0.154 msec, 0.346 msec, 0.448 msec가 된다. 이들의 목표 시간은 미리 결정될 수 있다. 따라서, 이들의 시간을 4개의 설정 시간으로 설정한다. 주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 4개의 검출 시간(통과 시간)(t₁, t₂, t₃, t₄)가 상기 목표값이 되도록 제어부에 의해 구동 신호를 조정함으로써, 도17에 도시하는 광편향 장치의 편향 각(θ)을 얻을 수 있다.

이하에서 본 예의 제어 방법에 대해서 설명한다. 본 광편향 장치의 A₁, A₂, ø₁, ø₂의 어느 하나를 포함하는 제어 파라미터(X)가 목표값으로부터 미소하게 변화되었을 경우에 주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 검출 시간(t₁, t₂, t₃, t₄)의 변화를 의미하는 계수는 상기 식(21)로 표현된다. 행렬(M)은 또한 전술한 식(22)에 의해 표현될 수 있다. 이들의 양은 미리 결정되고, 기억될 수 있다.

반사 미러(101)의 진폭과 위상의 조작량(△A₁, △A₂, △ø₁, △ø₂)은, 4개의 검출 시간(t₁, t₂, t₃, t₄)과 4개의 목표 시간(t_10a, t_20a, t_30a, t_40a)과의 시간차(△t₁, △t₂, △t₃, △t₄)에 의해 전술한 식(23)에 따라 결정된다.

이들 관계식을 이용함으로써, 목표 시간(t_10a, t_20a, t_30a, t_40a)에 대한 시간차(△t₁, △t₂, △t₃, △t₄)에 의해 조작량(△A₁, △A₂, △ø₁, △ø₂)이 산출될 수 있다. 그 값을 기초로 하여, 임의 파형 발생기(351, 352)의 출력을 변경한다. 상술한 제어 공정을 되풀이함으로써, 산출 시간은 목표 시간(t_10a, t_20a, t_30a, t_40a)에 수렴하고, 원하는 편향 각(θ)을 얻을 수 있다. 이는 상기 제3 예에서 설명한 것과 기본적으로 같다.

상기 공정을 도19의 블럭도를 참조하여 설명한다. 광원(410)로부터의 광은 광편향 장치(반사 미러)(420)에 의해 편향되고, 주사 광(430)이 수광 소자(441)를 통과한다. 또한,주사 광(430)은 편향판(460)에 의해 편향되어 편향 광(431)은 수광 소자(441)로 입사한다. 제어부(450)는 수광 소자(441)에서 검출된 검출 시 간(451)에서 목표 시간(452)을 감산하여, 시간차(453)를 산출한다. 이어서, 연산기(454)에 의해 시간차(453)에 기초하여 식(15)에 따라 행렬 연산함으로써, 조작량(455)을 산출한다. 임의 파형 발생기(351, 352)와, 가산기(370) 및 증폭기(380)에 의해 광편향 장치(420)의 구동계에 입력되는 신호를 생성한다.

[제10 예]

본 발명의 제10 예에 의한 광편향 장치를 설명한다. 본 예의 광편향 장치의 블럭도는 도14에 도시되는 것과 같다. 그 구성은 도4a, 도4b, 및 도16에 도시되는 것과 유사하다. 도15에 도시하는 광편향 장치[반사 미러(101)]와 수광 소자(140)와 반사판(160)의 배치는 기본적으로 예8과 같다. 또한, 본 예의 광편향 장치의 편향 각(θ)은 도17에 도시된다. 도17의 ø₁과 ø₂는 ø= ø₁ - ø₂ 혹은 ø = ø₂ - ø₁의 관계식으로 표현되고, 도7의 식(3-1)은, 전술한 식(3-2) 혹은 식(3-3)으로 변환된다.

본 예에서는, 주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 목표 시간(t_10b, t_20b, t_30b, t_40b)중에서 t_10b가 기준 시간으로 선택된다. 기준 시간으로부터의 상대 목표 시간(t_20b-t_10b, t_30b-t_10b, t_40b-t_10b)은 0.097 msec, 0.289 msec, 0.391 msec(이들은 미리 결정된다)가 되고, 광편향 장치의 편향 각(θ)은 도17에 도시된 것과 같이 된다. 따라서, 이들 시간은 3개의 설정 시간으로 설정된다. 따라서, 주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 3개의 검출 상 대 시간(t₂-t₁, t₃-t₁, t₄-t₁)이 상기 설정값이 되도록 제어부에 의해 구동 신호를 조정함으로써, 도17에 도시하는 광편향 장치의 편향 각(θ)을 얻을 수 있다.

본 예의 제어 방법에 대해서 상세히 설명한다. 수광 소자(140)에는 주사 광(133) 및 편향 광(140)이 모두 입사되어, 제1 주파수의 1주기 내에 4개의 타이밍이 검출된다. 그로 인해, 본 예에서 기준으로 선택되는 시간(t_10b)에 대응하여 4개의 타이밍 중 어느 하나를 검출할 필요가 있다.

상기 타이밍을 검출하기 위해서, 본 예에서는 임의 파형 발생기(352)로부터의 주파수 4000 Hz의 정현파의 발생을 차단하고, 주파수 2000 Hz의 정현파만을 발생시킨다. 그 다음에, 광편향 장치는 제1 진동 운동만으로 동작한다. 광편향 장치의 편향 각(θ)은 상기 식(16)의 θ(t) = A₁sin(ω₁t)로 표현될 수 있다.

주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 검출 시간(통과 시간)을 t_a, t_b, t_c, t_d(t_a < t_b < t_c < t_d)라고 하면, 편향 각과 통과 시간 사이의 관계는 상기 식(29) 및 식(30)과 마찬가지로 다음 식으로 표현된다.

θ(t_a) = θ(t_b) = θ_BD

θ(t_c) = θ(t_d) = θ_MIRROR

여기서, 시간차(t_b-t_a, t_c-t_b, t_d-t_c)의 관계는, 수광 소자(140) 및 반사판(160)의 배치가 비대칭으로 되어있으므로, 이하와 같이 된다.

t_b - t_a < t_d - t_c < t_c - t_b 식(31)

도17a에서, A₁이 목표값이었을 경우의 시간과 주사각 사이의 관계가 파선으로 도시된다. 여기서, 주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 이상적인 시간은 t_a0, t_b0, t_c0, t_d0로 지시된다. t_b0 - t_a0 < t_d0 - t_c0 < t_c0 - t_b0이기 때문에, 기준 시간 t_10a로서 t_a가 선택될 수 있다.

그 후, 임의 파형 발생기(352)로부터 주파수 4000 Hz의 정현파가 중첩해서 발생되고, 2개의 주파수에 따라 광편향 장치를 구동시킨다.

본 예에서는 t_10a를 기준 시간이라고 했지만, 다른 기준 시간에서도 상기 시간차의 대소 관계로부터 판별이 가능하다. 상기 공정은 기준 시간을 정하는 공정이다. 이러한 공정에서, 제2 진동 운동은 차단되고, 제1 진동 운동만으로 광을 주사하면서, 주사 광이 수광 소자를 통과하는 시간 간격의 대소 관계로부터 기준 시간을 결정한다.

본 예의 제어 방법에 대해서 보다 상세히 설명한다. 광편향 장치의 A₁, A₂, ø 중 어느 하나를 포함하는 제어 파라미터(X)가 목표값으로부터 미소하게 변화되었을 경우에, 주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 검출 상대 시간(t₂-t₁, t₃-t₁, t₄-t₁)의 변화를 의미하는 계수는 상기 식(24)에 의해 표현될 수 있다. 행렬(M)은 또한 상기 식(25)으로 표현될 수 있다. 반사 미러(101)의 진폭과 위상의 조작량(△A₁, △A₂, △ø)은 3개의 검출 상대 시간(t₂ - t₁, t₃ - t₁, t₄ - t₁)과 3개의 목표 시간(t_20b - t_10b, t_30b - t_10b, t_40b - t_10b) 사이의 시간차(△t₂, △ t₃, △t₄)로부터, 상기 식(26)에 따라 결정될 수 있다.

이들 식을 이용함으로써, 목표 시간(t_20b - t_10b, t_30b - t_10b, t_40b - t_10b)으로부터의 시간차(△t₂, △t₃, △t₄)에 의해 조작량(△A₁, △A₂, △ø)이 산출된다. 이러한 값을 기초로, 임의 파형 발생기(351, 352)의 출력을 조정한다. 상기 공정을 반복함으로써, 목표 시간(t_10b, t_20b, t_30b, t_40b)에 수렴하여, 원하는 편향 각(θ)을 얻을 수 있다. 이는 상기 제4 예에서 설명한 것과 기본적으로 같다.

상기 공정은 도19의 블럭도를 참조하여 설명된다. 기본적으로, 이러한 공정은 제9 예에서 설명한 것과 같다. 여기에서는, 연산기(454)에서 시간차(453)에 기초하여 식(26)에 따라 행렬 연산함으로써 조작량(455)을 산출한다. 그 다음에, 임의 파형 발생기(351, 352)와 가산기(370) 및 증폭기(380)를 이용하여, 광편향 장치(420)의 구동계로 입력되는 신호를 생성한다. 본 예에서는, 임의 파형 발생기(351)의 조작량(455)은 1개(2개 아님)이고, 또는 임의 파형 발생기(352)의 조작량(455)은 1개(2개 아님)이다. 이는 2개의 주파수 사이의 각각의 위상차(ø)가 임의 파형 발생기(351)와 임의 파형 발생기(352)의 어느쪽에 의해서도 조정될 수 있다는 것을 의미한다.

[제11 예]

본 발명의 제11 예에 따른 광편향 장치가 설명된다. 본 예에 따른 광편향 장치의 블럭도는 도14에 도시되는 것과 유사하다. 그 구성은 도4a, 도4b, 및 도16에 도시된 것과 유사하다. 도15에 도시되는 광편향 장치[반사 미러(101)]와 수광 소자(140) 및 반사판(160)의 배치 관계는 일반적으로 제8 예와 유사하다. 그 위치는 다음과 같다. 즉, 광편향 장치의 주사 중심을 원점이라고 했을 때, 수광 소자는 광편향 장치(미러)의 편향 각(θ)이 +0.8이 되는 위치(θ_BD)에 배치된다. 편향판(160)은 광편향 장치의 편향 각(θ)이 -0.8이 되는 위치(θ_MIRROR)에 배치된다. 즉, 양자는 주사 중심에 대하여 대칭으로 배치된다.

주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 목표 시간(t_10b, t_20b, t_30b, t_40b) 중에서 t_10b이 기준 시간으로 선택된다. 기준 시간에 대한 상대 목표 시간(t_20b - t_10b, t_30b - t_10b, t_40b - t_10b)은 0.102 msec, 0.294 msec, 0.396 msec(이들은 미리 결정된다)가 되고, 광편향 장치의 편향 각(θ)은 도18에 도시하는 모양이 된다. 따라서, 주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 3개의 검출 상대 시간(t₂ - t₁, t₃ - t₁, t₄ - t₁)이 상기 목표값이 되도록 제어부에 의해 구동 신호를 조정함으로써, 도18에 도시하는 광편향 장치의 편향 각(θ)을 얻을 수 있다.

본 예의 제어 방법에 대해서 상세히 설명한다. 본 예에서도, 수광 소자(140)에는 주사 광(133) 및 편향 광(140)이 모두 입사되어, 제1 주파수의 1주기 내에 4개의 타이밍이 검출된다. 그로 인해, 본 예에서 기준으로 선택된 t_10b에 대응하는 4개의 타이밍 중 어느 하나가 검출될 필요가 있다.

상기 타이밍을 검출하기 위해, 본 예에서도, 임의 파형 발생기(352)로부터의 주파수 4000 Hz의 정현파의 발생을 차단하고, 주파수 2000 Hz의 정현파만을 발생시킨다. 그 다음에, 광편향 장치는 제1 진동 운동만으로 운동한다. 광편향 장치의 편향 각(θ)은 상기 식(16)에서 θ(t) = A₁sin(ω₁t)로 표현될 수 있다.

주사 광(133) 및 편향 광(134)이 수광 소자(140)를 통과하는 검출 시간(통과 시간)을 t_a, t_b, t_c, t_d라고 하고, t_a < t_b < t_c < t_d이면, 편향 각과 통과 시간 사이의 관계는 상기 식(29) 및 식(30)과 마찬가지로 다음 식으로 표현된다.

θ(t_a) = θ(t_b) = θ_BD

θ(t_c) = θ(t_d) = θ_MIRROR

여기서, 시간차(t_b - t_a, t_c - t_b, t_d - t_c)의 관계는, 수광 소자(140)와 반사판(160)이 대칭으로 배치되기 때문에 다음과 같이 표현된다.

t_b - t_a = t_d - t_c

t_b - t_a < t_c - t_b 식(32)

이에 더하여 본 예에서는, 반사 미러(101)로부터 수광 소자(140)까지의 주사 광의 광로 길이와 반사 미러(101)로부터 반사판(160)을 경유해 수광 소자(140)까지의 주사 광의 광로 길이가 달라지도록, 수광 소자(140) 및 반사판(160)이 배치된다. 따라서, 반사 미러로부터 수광 소자까지의 주사 광과 반사 미러로부터 반사판을 경유해 수광 소자까지의 주사 광과의 사이에서, 수광 소자(140)를 통과하는 광의 속도가 다르다. 그로 인해, 수광 소자(140)에 광이 입사하는 지속 시간이 다르 다. 통과 시간(t_a, t_b, t_c, t_d)에 대한 주사 광(133) 및 편향 광(134)이 각각 유한한 면적을 갖는 수광 소자(140)를 통과하는 시간(t_wa, t_wb, t_wc, t_wd)은 이하의 관계가 된다.

t_wa = t_wb

t_wc = t_wd

t_wa > t_wc 식(33)

상기 관계식으로부터 기준 시간 t_10b은 t_a로 선택될 수 있다.

그 후, 임의 파형 발생기(352)로부터 주파수 4000 Hz의 정현파를 중첩하여 발생시키고, 이들 2개의 주파수에 따라 광편향 장치를 구동시킨다.

상기 식(24), 식(25), 식(26)을 이용한 본 예의 제어 방법은 제10 예에서 설명한 제어 방법과 기본적으로 동일하다. 도9의 블럭도의 공정에 관해서도, 제10 예에서 설명한 공정과 같다.

본 예에서는, 수광 소자(140)를 광편향 장치(반사 미러)의 편향 각(θ)이 +0.8이 되는 위치(θ_BD)에 배치하고, 편향판(160)을 광편향 장치의 편향 각(θ)이 -0.8이 되는 위치(θ_MIRROR)의 위치에 배치한다. 그러나, 이들 부재는 임의의 편향 각(θ)으로 배치될 수 있다. 바람직하게는, 대략 등속 영역의 광학적인 간섭을 피하기 위해서, 편향 각(θ)이 +1.0보다 작고 +0.6보다 큰 범위와, -0.6보다 작고 -1.0보다 큰 범위에 수광 소자(140) 및 반사판(160)을 배치할 수 있다.

본 예에서는, 반사 미러(101)로부터 반사판(160)을 경유하여 수광 소자(140)까지의 주사 광의 광로 길이를 길게 한다. 그러나, 반사 미러(101)로부터 반사판(160)을 경유하여 수광 소자(140)까지의 주사 광의 광로 길이를 짧게 할 수 있다. 어떻게든, 광로 길이의 긴 부분은 수광 소자(140)를 통과하는 시간이 짧다는 관계를 기초로 기준 시간의 판단을 행할 수 있다.

본 예에서는, t_10b을 기준 시간으로 했지만, 다른 기준 시간에서도, 상기 시간차와 수광 소자(140)를 통과하는 시간에 기초하여 판별이 가능하다.

[제12 예]

본 발명의 제12 예에 따른 광편향 장치(전자사진식 화상 형성 장치)를 설명한다. 본 예의 광편향 장치의 블럭도는 도2a에 도시된 것과 유사하다. 그 구성은 도4a, 4b, 4c에 도시되는 것과 유사하다.

도20은 본 예에 따른 전체 외관 구성의 사시도이다. 광원(510)으로부터 출사된 광은 시준 렌즈(collimator lens)(520)에서 정형된 후, 광편향 장치(500)에 의해 1차원적으로 편향된다. 주사 광은 결합 렌즈(coupling lens)(530)를 통과해서 감광 드럼(540) 위에서 결상한다. 감광 드럼(540)의 유효 영역을 구성하는 범위 이외의 각도인 광편향 장치(500)의 편향 각에 대응하는 위치에, 2개의 수광 소자(550)가 배치된다. 여기서, 예를 들어, 상기 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 예 중 어느 하나를 참조하여 설명한 제어 방법에 따라, 광편향 장치의 편향 각의 각속도를 소정의 영역(도7에서 도시된 대략 등각속도 영역)에서 대략 등각속도가 되도록 조 정한다. 그 결과, 결합 렌즈(530)는 소위 f-θ 기능을 갖고, 감광 드럼(540)의 유효 영역은 대략 등속도로 광주사될 수 있다. 따라서 본 예에서, 정현파로 구동하는 경우에 비교해 각속도의 변화가 적고, 따라서 양호한 인자 품질이 얻어진다.

[제13 예]

제13 예에 의한 광편향 장치(전자사진식 화상 형성 장치)가 설명된다. 본 예의 광편향 장치의 블럭도는 도14에 도시된 것과 유사하다. 그 구성은 도4a, 도4b, 도4c 및 도16에 도시된 것과 유사하다.

도21은 본 예의 전체의 외관 구성의 사시도이다. 이는 기본적으로 도20의 구성과 유사하다. 그 차이점은 다음과 같다. 감광 드럼(540)의 유효 영역을 구성하는 범위 이외의 각도의 광편향 장치(500)의 편향 각에 대응하는 위치에 1개의 수광 소자(550)와 반사판(560)이 배치된다. 여기서, 예를 들어 제8 예, 9, 10, 11 중 어느 하나를 참조하여 설명한 제어 방법에 의해, 광편향 장치의 편향 각의 각속도는 소정의 영역(도17 또는 도18에 도시된 대략 등속 영역)에서 대략 등각속도가 되도록 조정한다. 그 결과, 결합 렌즈(530)는 소위 f-θ 기능을 갖고, 감광 드럼(540)의 유효 영역은 대략 등속도로 광주사될 수 있다. 따라서, 본 예에서도 정현파에서 구동했을 경우에 비교해 각속도의 변화가 적고, 따라서 양호한 인자 품질이 얻어진다.

[제14 예]

제1 예 내지 제13 예는 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 대해 설명하였다. 이하에서 상기 제5 실시예에 관한 소정의 예를 설명한다.

제14 예는 도22에 도시된 것과 유사한 광편향 장치와 그 블럭도를 도시한다.

본 예의 구성은 도4a 및 도4b에 도시되는 것과 유사하다. 본 예에서도, 2개의 고유 각진동수는 ω₁ = 2π x 2000 [Hz], ω₂ = 2π x 4000 [Hz]가 되도록 조정한다.

본 예의 광편향 장치의 구동부는 다음 점을 제외하고는 도4c와 유사하다. 1개의 수광 소자(140)가 도23에 도시된 방식으로 배치되므로, 1개의 수광 소자(140)만의 출력이 연산부(360)로 공급된다. 연산부(360)는 1개의 수광 소자의 출력이 원하는 값을 나타내도록 조정을 행한다. 즉, 상기 제1 및 제2 진동 모드의 구동시, 주사 광(133)이 소망하는 임의의 시간에 수광 소자(140)를 통과하도록, 임의 파형 발생기(351, 352)의 정현파의 위상 및 진폭을 조정한다.

본 예의 광편향 장치를 사용함으로써, 2개의 주파수 성분을 갖는 원하는 광주사를 실현한다.

[제15 예]

본 예 역시 본 발명에 의한 광편향 장치의 제5 실시예에 속하는 예이다. 본 예의 광편향 장치의 블럭도는 도22에 도시된 것과 유사하다. 그 구성은 기본적으로 제14 예와 유사하다. 본 예는, 그 구성은 약간 상이하지만, 전술한 제2 예에 대응된다.

본 예의 광편향 장치의 편향 각(θ)은 다음과 같이 표현될 수 있다. 제1 진동 운동의 진폭, 각주파수를 각각 A₁, ω₁이라 하고, 제2 진동 운동의 진폭, 각주파 수를 각각 A₂, ω₂라고 하고, 2개의 주파수의 각각의 위상을 ø₁, ø₂라고 한다. 제1 진동 운동의 1주기 내의 원하는 기준 시간에 대한 시간을 t라고 하면, 제1 진동 모드의 광편향 장치의 편향 각(θ_a)은 상기 식(8)과 같이 표현될 수 있다.

여기서, A₁ = 1, A₂ = 0.2, ø₁ = 0, ø₂ = 0, ω₁ = 2π x 2000, ω₂ = 2π x 4000이면, 광편향 장치의 편향 각(θ_a) 및 각속도(θ_a')의 시간에 따른 변화는 도24에 도시하는 모양이 된다(도24에서는 위상차(ø)를 이용해서 나타냄). 편향 각(θ_a)은 정현파에 비교해 톱니파에 가깝게 된다. 각속도(θ_a')는 정현파에 비해, 대략 등각속도 영역에서 변화량이 적다.

본 예에서는 A₁ = 1, A₂ = 0.2, ø₁ = 0, ø₂ = 0, ω₁ = 2π x 2000, ω₂ = 2π x 4000이라고 했지만, 정현파에 비해 각속도(θa')의 변화량이 대략 등각속도 영역에서 적어지는 한, A₁, A₂, ø₁, ø₂, ω₁, ω₂의 바람직한 값이 선택될 수 있다.

여기서, 도24에서 도시하는 바와 같이, 광편향 장치의 주사 중심을 원점이라고 했을 때, 광편향 장치의 편향 각(θ)이 +0.8이 되는 위치(θ_BD)에 수광 소자(140)를 배치하면, 그 결과는 다음과 같이 된다. 즉, 제1 진동 모드에 의한 구동시에 주사 광(133)이 수광 소자(140)를 통과하는 목표 시간(t₁₀, t₂₀)은 각각 0.052 msec, 0.154 msec이 된다.

또한, 제1 주파수를 갖는 제1 주기적 구동력과 제2 주파수를 갖는 제2 주기 적 구동력에 각각 위상(π)을 더했을 때의 제2 진동 모드에 의한 구동시에 광편향 장치의 편향 각(θ_b)은, 다음식으로 표현할 수 있다.

θ_b(t) = A₁sin(ω₁t + ø₁ + π) + A₂sin(ω₂t + ø₂ + π) 식(34)

도25a는 광편향 장치의 편향 각(θb)을 도시한다(또한 도25a에서는 위상차(ø)에 대해서 도시됨). 이 때, 주사 광(133)이 수광 소자(140)를 통과하는 목표 시간(t₃₀, t₄₀)은 각각 0.346 msec, 0.448 msec가 된다. 여기서, 광편향 장치의 편향 각(θ_a)에 대응하는 주사 광(133)이 수광 소자(140)를 통과하는 검출 시간(t₁, t₂) 및 광편향 장치의 편향 각(θ_b)의 주사 광(133)이 수광 소자(140)를 통과하는 검출 시간(t₃, t₄)이 각각 목표 시간(t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀)이 되도록 조정한다. 즉, 이를 달성하기 위해 제어부(구동 제어부)에 의해 구동부로의 구동 신호를 조정한다. 이에 의해, 원하는 광편향 장치의 편향 각을 얻을 수 있다.

본 예에서의 보다 구체적인 편향 각의 제어의 방법을 이하에서 설명한다.

우선, 진폭(A₁)을 조정한다. 기본 주파수로 운동하는 제1 진동 운동만으로 광주사를 행하기 위해, 임의 파형 발생기(352)로부터의 주파수 4000 Hz의 정현파의 발생을 차단하고, 주파수 2000 Hz의 정현파만을 발생시킨다. 그 다음에, 광편향 장치의 편향 각(θ)은 이하와 같이 나타내어질 수 있다.

θ(t) = A₁sin(ω₁t)

주사 광(133)이 수광 소자(140)를 통과하는 검출 시간을 t_a, t_b라고 하면, 편향 각과 통과 시간 사이의 관계는 이하와 같이 표현될 수 있다.

θ(t_a) = θ(t_b) = θ_BD

도24b에서, 파선은 A1이 목표값인 경우의 시간과 주사각의 관계를 도시한다. 여기서, 주사 광(133)이 수광 소자(140)를 통과하는 이상적인 시간을 t_a0 및 t_b0로 나타낸다. t_b0 - t_a0의 값이 0.102 msec이므로, 설정 시간을 0.102 msec로 설정한다. 이러한 방식에서, t_b0 - t_a0의 값이 0.102 msec가 되도록 임의 파형 발생기의 진폭을 조정함으로써 원하는 A1이 얻어질 수 있다.

그 후, 주파수 4000Hz의 정현파는 임의 파형 발생기로부터 중첩하여 발생되어, 광편향 장치는 이러한 2개의 주파수에 따라 구동된다. 이러한 경우, 상기 설명한 바와 같이 제1 및 제2 진동 모드에서의 구동이 실행되고, A₂, ø₁ 및 ø₂의 값이 각각 그들의 목표값과 동일해진다.

임의 파형 발생기로부터의 주파수 4000Hz의 정현파의 발생을 중지시키는 대신, 2000Hz의 정현파에 부가하여, 4000Hz 이외의 0을 포함하는 임의의 주파수(제3 주파수)를 갖는 정현파가 발생될 수 있다. 이러한 경우, 상기 주파수는 광편향 장치의 공진 주파수로부터 어긋나고 있으므로, 제3의 주파수에서의 광편향 장치의 운동은 발생되지 않는다. 이러한 경우의 이점은 상기 구동의 변화로 인한 광편향 장치에서의 온도 변화가 저감되는 것이다.

본 예에서, 제1 주파수를 갖는 제1 주기적 구동력과 제2 주파수를 갖는 제2 주기적 구동력 각각에 위상(π)이 부가된다. 그러나, 제1 주파수를 갖는 제1 주기적 구동력과 제2 주파수를 갖는 제2 주기적 구동력에 원하는 위상이 부가될 수 있다.

[제16 예]

본 예는 본 발명에 따른 광편향 장치의 제5 실시예에 속한다. 본 예는 구조가 약간 상이하지만, 상기 제3 예에 대응하는 것이다.

본 예에서, 도24에 도시된 제1 주파수의 1주기에서의 시간 O을 기준 시간이라 할 경우, 주사 광(133)이 수광 소자를 통과하는 목표 시간(t₁₀, t₂₀)은 각각 0.057 msec 및 0.154 msec이다. 제2 주파수를 갖는 제2 주기적 구동력에만 위상(π)이 부가될 때, 제2 진동 모드 하에서 구동 중에 광편향 장치의 편향각(θ_c)은 이하와 같이 표현될 수 있다.

θ_c(t) = A₁sin(ω₁t + ø₁) + A₂sin(ω₂t + ø₂ + π) 식(35)

도25b는 광편향 장치의 편향 각(θ_c)을 도시한다. 제2 주파수를 갖는 제2 주기적 구동력에만 위상(π)이 부가될 때, 수광 소자를 주사 광(133)이 통과하는 목표 시간(t₃₀, t₄₀)은 각각 0.096 msec 및 0.198 msec이다.

여기서, 상기 시간들은 4개의 기설정 시간(목표값)으로 설정된다. 여기서, 주사 광(133)이 수광 소자(140)를 통과하는 검출 시간(통과 모멘트; t₁, t₂)과, 제2 주파수를 갖는 제2 주기적 구동력에만 위상(π)이 부가될 때 주사 광(133)이 수광 소자(140)를 통과하는 검출 시간(통과 모멘트; t₃, t₄)이 고정된다. 특히, 이들이 각각 목표 시간(t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀)과 일치 되도록 제어부에 의해 구동기로의 구동 신호가 조정된다. 이렇게 함으로써, 원하는 광편향 장치의 편향 각을 얻을 수 있다.

제3 예를 참조하여 설명한 바와 같이 본 예에서, 수광 소자(140)를 주사 광(133)이 통과하는 검출 시간(t₁, t₂, t₃, t₄)의 변화를 나타내는 계수 및 행렬(M)은 미리 결정된다. 이후, 조작량(△A₁, △A₂, △ø₁, △ø₂)은 목표 시간(t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀)에 대한 시간차(△t₁, △t₂, △t₃, △t₄)를 기초로 산출될 수 있다. 상기 산출된 조작량에 따라 임의 파형 발생기의 출력이 변경된다. 상기 설명한 과정을 반복함으로써, 시간은 목표 시간(t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀)에 수렴하여 원하는 편향 각을 얻을 수 있다.

상기 설명한 공정을 도26의 블럭도를 참조하여 설명한다. 광원(410)으로부터의 광은 광편향기(420)에 의해 편향되어, 주사 광(430)은 수광 소자(440)를 통과한다. 제어부(450)는 수광 소자(440)에서 검출된 검출 시간(451)을 목표 시간(452)으로부터 감산하여 시간차(453)를 산출한다. 이후, 제2 주파수를 갖는 제2 주기적 구동력에만 위상(π)이 부가되고, 마찬가지로 수광 소자(440)에서 검출된 검출 시간(451)이 목표 시간(452)으로부터 감산되어 시간차(453)가 산출된다. 이 후, 시간차(453)를 기초로 연산기(454)에 의해 행렬 연산함으로써 조작량(455)이 산출된다. 이후, 임의 파형 발생기(351, 352), 가산기(370) 및 증폭기(380)를 사용함으로써 광편향기(420)의 구동부에 입력되는 신호가 생성된다.

본 예에서, 제2 주파수를 갖는 제2 주기적 구동력에만 위상(π)이 부가된다. 그러나, 제1 주파수를 갖는 제1 주기적 구동력과 제2 주파수를 갖는 제2 주기적 구동력에 원하는 위상이 첨가될 수 있다.

[제17 예]

본 예는 본 발명에 따른 광편향 장치의 제5 실시예에 속하는 예이다. 본 예는 구조가 약간 상이하지만, 상기 설명한 제4 예에 대응된다.

본 예에서, 도24에 도시된 제1 주파수의 1주기에서의 시간 O을 기준 시간으로 취한다. 제1 진동 모드의 구동 시, 수광 소자(140)를 주사 광(133)이 통과하는 목표 시간은 t₁₀ 및 t₂₀이다. 제2 진동 모드의 구동 시, 제1 주파수를 갖는 제1 주기적 구동력과 제2 주파수를 갖는 제2 주기적 구동력 각각에 위상(π)이 부가될 때, 주사 광(133)이 수광 소자(140)를 통과하는 목표 시간은 t₃₀ 및 t₄₀이다. 이들 4개의 목표 시간 중에, t₁₀이 기준 시간으로 선택된다. 이후, 상대 목표 시간(t₂₀ - t₁₀, t₃₀ - t₁₀, t₄₀ - t₁₀)는 각각 0.102 msec, 0.294 msec, 0.396 msec가 된다. 광편향 장치의 편향 각(θ)은 도24에 도시된 바와 같다.

이들 시간이 설정 시간(목표값)으로써 설정된다. 이제, 수광 소자(140)를 주사 광(133)이 통과하는 3개의 상대 검출 시간(t₂ - t₁, t₃ - t₁, t₄ - t₁) 각각이 상기 목표값과 동일해지도록 제어부에 의해 구동 신호가 조정된다. 이렇게 함으로써, 도24에 도시된 바와 같이 광편향 장치의 편향 각(θ)을 얻을 수 있다.

본 예에서는 t₁₀이 기준 시간으로 선택되었지만, 다른 기준 시간에서도 상기 시간 차의 크기를 기초로 판별될 수 있다.

이제 본 예의 제어 방법을 상세하게 설명한다. 광편향 장치의 A₁, A₂,및 ø 중 어느 하나를 포함하는 제어 파라미터(X)가 각각의 목표값으로부터 미세하게 변화되었을 경우, 주사 광(133)이 수광 소자(140)를 통과하는 검출 상대 시간(t₂ - t₁, t₃ - t₁, t₄ - t₁)의 변화를 나타내는 계수 및 행렬(M)은 상기 제4 예를 참조하여 설명한 과정에 따라 미리 결정된다. 미러의 진폭 및 위상의 조작량(△A₁, △A₂, △ø)은 상기 설명한 제4 예에서 유사하게 3개의 검출 상대 시간(t₂ - t₁, t₃ - t₁, t₄ - t₁)과 3개의 목표 시간(t₂₀ - t₁₀, t₃₀ - t₁₀, t₄₀ - t₁₀) 사이의 시간차(△t₂, △t₃, △t₄)로부터 결정된다.

따라서, 조작량(△A₁, △A₂, △ø)은 목표 시간(t₂₀ - t₁₀, t₃₀ - t₁₀, t₄₀ - t₁₀)에 대한 시간차(△t₂, △t₃, △t₄)로부터 산출된다. 이러한 값을 기초로 하여, 임의 파형 발생기의 출력이 조정된다. 이러한 공정을 반복함으로써, 상기 시간은 목 표 시간(t₁₀, t₂₀, t₃₀, t₄₀)에 수렴하여 원하는 편향각(θ)이 얻어진다.

상기 공정을 도26의 블럭도를 기초로 하여 설명한다. 광원(410)로부터의 광은 광 편향기(420)에 의해 편향되어, 주사 광(430)은 수광 소자(440)를 통과한다. 제어부(450)는 수광 소자(440)에서 검출된 검출 시간(451)을 목표 시간(452)으로부터 감산하여 시간차(453)를 산출한다. 다음에, 위상(π)은 제1 주파수의 제1 주기적 구동력과 제2 주파수의 제2 주기적 구동력에 부가되고, 제2 진동 모드의 구동이 수행된다. 마찬가지로, 수광 소자(440)에서 검출된 검출 시간(451)은 목표 시간(452)으로부터 차분되어 시간차(453)가 산출된다.

이후, 상기 제4 예를 참조하여 설명된 바와 같이, 연산기(454)에서의 시간차(453)를 기초로 행렬 연산함으로써 조작량(455)이 산출된다. 이후, 임의 파형 발생기(351, 352), 가산기(370) 및 증폭기(380)를 사용함으로써, 광 편향기(420)의 구동 시스템에 입력되는 신호가 생성된다. 본 예에서, 임의 파형 발생기(351, 352)들 중 어느 하나에 인가되는 조작량(455)은 하나이다.

본 예에서는, 위상(π)이 제1의 주파수의 제1 주기적 구동력과 제2 주파수의 제2 주기적 구동력에 부가되었지만, 원하는 위상은 제1 주파수의 제1 주기적 구동력과 제2 주파수의 제2 주기적 구동력에 부가될 수 있다.

[제18 예]

이후, 본 발명의 제18 예에 따른 화상 형성 장치를 설명한다. 본 예서는 본 발명의 제5 실시예의 타입의 광편향 장치가 이용된다. 본 예의 광편향 장치의 블 럭도는 도22에 도시되는 것과 유사하다.

본 예의 구성은 도20에 도시된 것에 상응하지만, 한쪽의 수광 소자(550)가 생략된다.

광원(510)로부터 출사한 광은 시준 렌즈(520)에서 정형된 후, 광편향 장치(500)에 의해 1차원적으로 편향된다. 주사 광은 결합 렌즈(530)를 통과하여 감광 드럼(540) 상에 결상된다. 수광 소자(550)는 감광 드럼(540)의 유효 영역 이외의 각인 광편향 장치(500)의 편향 각에 대응하는 위치에 있다. 제14, 제15, 제16 및 제17 예 중 임의의 하나를 참조하여 설명한 바와 같은 제어 방법에 따라, 광편향 장치의 편향 각의 각속도는 감광 드럼(540) 상에서 대략 등각속도가 되도록 조정된다. 이 결과, 본 예에서 각속도는 정현파에서 구동했을 때에 비해 변화가 적으므로 양호한 프린팅 화질이 보장된다.

[제19 예]

다음에, 원하는 구동 신호를 생성할 때까지의 광 비임 발생 타이밍을 조정하는 기술에 관계되는 광편향 장치의 예를 설명한다.

본 예의 광편향 장치의 블럭도는 도2a에 도시된 것과 유사하다. 기본 구성은 제1 예 등의 광편향 장치에서와 유사하다. 본 예에서는, 광 비임 발광 제어부는 반사 미러를 갖는 요동체가 상이한 제1 및 제2 변이각을 취할 때 광 비임이 발생되도록 광원을 조정하는 데 사용된다. 상이한 제1 및 제2 변위각을 취할 때의 주사광을 검출하도록 구비된 수광 소자를 설치함으로써, 하나의 요동체가 제1 및 제2 변위각을 취할 때의 시간을 계측한다. 여기서, 원하는 구동 신호를 생성하는 동작은 제1 예 등을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하다.

본 예의 화상 형성 장치의 전체 구성 및 제어 방법을 설명한다. 도27은 본 예의 화상 형성 장치의 구성을 도시한다. 도면에서 도면 부호 601로 나타낸 것은 정전 잠상이 형성되는 감광 드럼이다. 도면 부호 604로 나타낸 것은 감광 드럼(601)을 구동하는 모터이고, 도면 부호 610으로 나타낸 것은 감광 드럼(601) 상에 정전 잠상을 형성하도록 화상 신호에 응해서 노광을 수행하는 레이저 스캐너이다. 도면 부호 611로 나타낸 것은 토너 입자를 내재한 현상 장치이고, 도면 부호 603으로 나타낸 것은 감광 드럼(601) 상에 현상 장치(611)로부터의 토너 입자를 공급하는 현상 롤러이다. 도면 부호 606으로 나타낸 것은 상이한 컬러의 화상 형성 유닛에 순차적으로 용지에 반송하는 무단 반송 벨트이다. 도면 부호 615로 나타낸 것은 반송 벨트(606)를 구동하도록 모터 및 기어를 갖는 구동 유닛에 연결된 구동 롤러이다. 도면 부호 616으로 나타낸 것은 구동 롤러(615)를 구동하는 모터이고, 도면 부호 617로 나타낸 것은 용지에 전사되는 토너를 용융 정착시키는 정착 장치이다. 도면 부호 612로 나타낸 것은 용지 카세트로부터 용지를 반송하는 픽업 롤러이고, 도면 부호 613 및 614로 나타낸 것은 반송 벨트(606)를 향해 용지를 반송하는 반송 롤러이다. 상기 구성 장치는 통상의 것이다.

도28은 반도체 레이저를 구비한 광 비임 공급원을 갖는 레이저 스캐너 유닛(610)의 평면도이다. 도면에서 도면 부호 712로 나타낸 것은 광원인 반도체 레이저이다. 도면 부호 711로 나타낸 것은 반도체 레이저(712)로부터 방사된 광 비임(720)을 검출하기 위한 것으로 상기 설명한 진동계를 구비한 광편향기이다. 도 면 부호 713a 및 713b는 편향된 광 비임(720)의 조사를 검출하는 수광 소자이다. 도면 부호 715 및 716으로 나타낸 것은 광편향기(711)에 의해 편향된 광 비임(720)을 감광 드럼(601) 상에 집광시키고 주사 속도를 정속으로 보정하는 기능을 하는 f-θ 렌즈이다. 도면 부호 717로 나타낸 것은 감광 드럼(601)측을 향해 속도 보정된 광 비임(720)을 편향시키는 만곡 미러이다. 도면 부호 718a 및 718b은 광편향기(711)의 최대 편향각에 상응하는 광 비임(720)의 주사 방향을 나타낸다. 도면 부호 718c는 광편향기(711)의 주사 중심을 나타낸다.

상기 설명한 바와 같이, 제1 및 제2 수광 소자(713a, 713b)는 광편향기의 최대 편향 각도보다 작은 편향 각도에 상응하는 위치(θ_BD1, θ_BD2)에 배치된다.

도29는 화상 형성에 관계되는 본 예의 시스템 블록도이다. 도면에서 도면 부호 753으로 나타낸 것은 반도체 레이저(712)의 발광 제어를 수행하는 레이저 드라이버이고, 도면 부호 751로 나타낸 것은 광편향기(711)의 구동 제어를 수행하는 스캐너 드라이버(구동부)이다. 도면 부호 760으로 나타낸 것은 수광 소자(713)에 의해 수신될 때의 광 비임(720)의 수신 타이밍을 통지하는 기능을 갖는 BD(빔 검출기) 신호이다. 도면 부호 756으로 나타낸 것은 BD 신호(760)의 신호 수신 간격을 계측하는 BD 주기 계측부이고, 도면 부호 754로 나타낸 것은 레이저(712)에 대한 발광 타이밍 지시 신호 및 화상 데이터의 출력 타이밍 신호를 출력하는 광 비임 발광 제어부이다. 도면 부호 755로 나타낸 것은 광편향기(711)에 대한 기동 신호를 생성하고 구동력을 조정하도록 작동가능한 구동 제어부이다. 도면 부호 750으로 나타낸 것은 스캐너 제어부이고, 도면 부호 752로 나타낸 것은 화상 데이터를 레이저 드라이버(753)에 송신하는 비디오 컨트롤러이다.

상기 설명한 구성의 작동에서, 프린터(도시 생략) 전체를 제어하도록 배치된 제어부로부터 프린트 동작 개시 신호에 응답하여 광편향기(711)는 기동하고 레이저(712)의 발광 제어가 개시된다. 스캐너 제어부(750)는 수광 소자(713)로부터 공급되는 BD 신호(760)의 정보에 응답하여 프린팅할 준비가 되도록 광편향기(711)의 진동 및 반도체 레이저(712)의 발광을 조정한다. 광편향기(711)의 진동 상태의 조정은 앞선 예를 참조하여 설명한 바와 같은 방식으로 수행된다.

프린팅 가능 상태가 되면, 용지 카세트로부터 용지를 상이한 색상의 화상 형성 유닛으로 순차적으로 반송시키는 반송 벨트(606)로 용지가 공급된다. 반송 벨트(606)를 통한 용지 반송과 동기하여, 화상 신호는 각각의 레이저 스캐너(610)로 공급되어 정전 잠상은 감광 드럼(601)에 형성된다. 따라서, 감광 드럼(601) 상에 형성된 정전 잠상은 감광 드럼(601)과 접촉된 현상 롤러(603) 및 현상 장치(611)에 의해 현상되고, 토너 화상은 화상 전사 단계에서 용지로 전사된다. 이후, 용지는 반송 벨트(606)로부터 분리되어 정착 장치(617)를 통해 토너 상이 용지 상에 가열 정착된다. 이후, 용지는 기계 외부로 배출된다. 상기 설명한 절차를 통해, 외부 기계로부터 공급된 화상 정보가 용지에 프린팅된다.

본 예의 광편향기(711)는 제1 예를 참조하여 설명한 것과 기본적으로 동일하다. 광원(712)의 발광은 광 비임 발광 제어부(754)에 의해 조정되고, 광 비임(720)은 광편향기(711)에 의해 편향 주사된다. 광 비임 발광 제어부(754)는 요 동체 중 하나가 소정의 변위각을 취할 때 광 비임(720)을 발생시키기 위해 광원을 조정하도록 배치된다.

본 예의 광 비임 발광 제어부(754)를 상세히 설명한다. 도30은 본 예에 따른 레이저 제어의 타이밍 차트이다. 도면에서 도면 부호 860a 내지 860b는 각각 수광 소자(713a, 713b)에 의한 수신에 응답하는 BD 신호이다. 여기서, 신호의 저레벨은 수광 상태를 나타내고, 고레벨은 비수광 상태를 나타낸다. 도면 부호 861로 나타낸 것은 동조 진동 상태에서 광편향기(711)의 진동 주기이고, 도면 부호 870으로 나타낸 것은 레이저 간헐 발광 작동 중에 자동 광량 보정 발광(이하, "APC 발광"이라 함)을 기초로 하는 발광 타이밍을 나타내는 신호이다. 도면 부호 871로 나타낸 것은 광 비임(720)의 발광 제어를 행할 때의 기준 위치이다. 도면 부호 872로 나타낸 것은 광 비임(720)이 감광 드럼(601) 표면을 주사하는 화상 영역이다. 도면 부호 T₁ 내지 T₄로 나타낸 것은 상기 설명한 제1 진동 운동의 1주기에서의 소정의 시간(T₁)을 기준으로 하여 측정된 BD 신호가 수신되는 시간이다. 도면 부호 T₅ 및 T₇로 나타낸 것은 기준 시간(T₁)으로부터 광 비임 소등까지의 경과 시간이고, 도면 부호 T₆ 및 T₈로 나타낸 것은 기준 시간(T₁)으로부터 광 비임 점등까지의 경과 시간이다.

광 비임 발광 제어부(754)는 반사 미러를 갖는 광편향기(711)의 요동체가 제1 및 제2의 다른 변위각을 취할 때 도면 부호 870으로 도시된 타이밍에서 광 비임(720)을 발광하도록 반도체 레이저(712)를 구동하고 조정한다. 여기서, 예로써 반도체 레이저(712)는 시작 단계에서 연속 발진될 수 있고, 광 비임(720)이 임의의 상태 또는 임의의 유효 조건 하에서 수광 소자(713)를 통과하기 시작한 후에, 반도체 레이저는 발광 타이밍(870)에 따라 구동되어 조정될 수 있다. 본 예에서, 시간(T₁)이 기준 시간으로 선택되었지만, 임의의 다른 시간이 사용될 수 있다. 또한, 본 예에서 발광 타이밍(870)은 APC 발광으로 기초로 하고 있지만, 강제 발광을 기초로 할 수 있다. 또한, 본 예에서 시간(T₁ 내지 T₄)이 BD 신호의 상승 및 하강 시에 선택되었지만, 광편향기(711)는 신호 상승 및 신호 하강 중 임의의 것에 응답하여 제어될 수 있다. 또한, 상기 설명은 광 비임 발광 제어부(754)가 상기 제2 실시예에 속하는 예를 기준으로 설명하였지만, 동일한 원리로 상기 설명한 본 발명의 제2 내지 제5 실시예 중 임의의 것을 기초로 하는 예에 적용될 수 있다. 또한, 이하의 예에서도 같다.

[제20 예]

본 발명의 제20 예를 설명한다. 본 예에 따른 화상 형성 장치의 구성은 제19 예에서와 유사하다. 본 예에서, 도31에 도시된 바와 같이, APC 발광을 기초로 하는 발광 타이밍은 제19 예에서와 상이하다. 본 예의 발광 타이밍에 따라, 광 비임(720)은 주사 단부 방향에서 수광 소자(713)를 통과하는 광 비임이 주사 중심 방향으로 되돌아오는 타이밍에 소등된다. 이것은 광원의 발광 타이밍을 단축시키는 이점을 제공한다.

본 예에서 레이저 제어에 대한 도31의 타이밍 차트에서, 도면 부호 870으로 나타낸 것은 레이저 간헐 발광 자동 중에 APC 발광을 기초로 하는 발광 타이밍을 나타내는 신호이다. 도면 부호 T₅, T₇, T₉ 및 T₁₁로 나타낸 것은 기준 시간(T₁)으로부터 광 비임의 소등까지의 경과 시간이고, 도면 부호 T₆, T₈, T₁₀, T₁₂로 나타낸 것은 기준 시간(T₁)로부터 광 비임의 점등까지의 경과 시간이다. 본 예에서도, T₁이 기준 시간으로 선택되었지만, 다른 임의의 시간이 사용될 수 있다.

[제21 예]

본 발명의 제21 예를 설명한다. 본 예에서도, 화상 형성 장치의 구성은 제19 예와 유사하다. 본 예는 기동 시의 화상 형성 장치의 제어 프로세스에서 상이하다. 도32는 본 예의 제어 순서를 도시한 순서도이다. 본 예에서 레이저 제어에 대한 타이밍 차트는 제19 예를 참고하여 설명한 도30과 유사하다.

도32에 도시된 바와 같이, 프린트 제어부로부터의 광편향기 기동 지시에 응답하여, 우선 구동 제어부(755)는 원하는 구동력에서 관편향기(711)를 구동하도록 구동부(751)에 신호를 준다.(단계 S1) 여기서, 상기 제2 진동 운동이 제외된 구동력 즉, 단일 정현파에 따라 진동이 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.

계속해서, 레이저 발광 제어부(754)는 반도체 레이저(712)의 APC 발광이 발생하도록 레이저 드라이버(753)에 신호를 준다.(단계 S2) 소정 시간이 경과한 후(단계 S3), BD 주기 계측부(756)에서 측정이 수행되는 시간(T₁)으로부터의 시간(T₂)까지의 시간, 즉 T₂-T₁이 소정의 시간 주기 범위 인지 아닌지에 대한 판별이 이루어 진다.(다시 말해서, 상기 시간이 이러한 임계 범위를 충족시키도록 충분히 길게 되었는 지를 판별하는 유효 조건이다.)(단계 S4) BD 신호의 수신 간격이 상기 설명한 시간 범위 외의 경우, 구동 제어부(755)는 구동부(751)에 상기 제1 진동 운동의 구동력의 증가를 지시(단계 S5)하고, 소정 시간 경과 후, 다시 BD 신호의 수신 간격에 관한 판별을 수행한다. 이러한 절차는 상기 간격이 소정의 시간 주기 범위를 충족시킬 때까지 반복된다. BD 신호 수신 간격이 소정 시간 범위 내의 경우, 레이저 발광 제어부(754)는 BD 신호의 수신 타이밍 및 수신 간격을 기초로 하여 레이저 광 비임의 주사 위치를 판별한다. 상기 판별 결과에 따라, 광 비임 발광 제어를 위한 기준 시간(T₁)을 설정한다.

또한, 레이저 발광 제어부(754)는 레이저(712) 발광 타이밍을 규정한 기준 위치(T₁)로부터의 경과 시간을 산출하고, 소정의 타이밍에서 레이저 드라이버(753)에 레이저(712)의 점등/소등을 지시한다.(단계 S7) 여기서, 경과 시간(T₅ 내지T₈)은 기준 시간(T₁)으로부터 화상 영역(872)에 중첩되지 않는 타이밍으로 설정되고, T₁ 내지 T_4d의 BD 신호는 수광 소자(713)에 의해 검출될 수 있다.

BD 주기 계측부(756)는 BD 신호 수신 시간(T₁ 내지 T₄)을 측정한다. (단계 S8) 레이저 발광 제어부(754)는 T₁ 내지 T₄가 미리 결정된 화상 형성 시의 BD 신호의 수신 시간(목표 시간)과 일치하게 되는지 여부를 판단한다.(단계 S9) 일치하지 않는 경우, 구동 제어부(755)는 시간(T₁ 내지 T₄)이 각각의 소정의 시간과 일치하도 록 적절한 구동 신호를 생성하여 구동부(620)에 인가한다. 이를 기초로 하여, 제1 및 제2 진동 운동의 진폭 및 위상(또는 위상차)이 조정된다.(단계 S10) 이러한 공정은 상기 예를 참조로 하여 설명한 것과 동일하다. BD 신호의 수신 간격이 화상 형성 시의 BD 신호의 수신 간격과 동일해질 때, 프린트 제어부에 프린트 가능 상태인 것을 통지해서(단계 S11), 광편향기의 기동 처리를 종료한다.

상기 광 비임 발광 제어는 상기 설명한 공정 예로 수행된다. 이러한 공정을 통해, 상시 레이저 발광 상태는 간헐 레이저 발광 상태로 부드럽게 변환될 수 있다. 또한, 이러한 결과로, 간헐 레이저 발광 제어는 광편향기 화상 형성 시의 진동 상태에 도달하기 전 개시될 수 있다. 따라서, 감광성 드럼(601)의 불필요한 레이저 조사는 방지되거나 저감될 수 있다.

본 예에서, 레이저 발광 모드의 절환은 시간(T₁)을 기초로 판별되었지만, T₂, T₃ 및 T₄ 중 임의의 것을 기초로 판별될 수 있다. 또한, T₁ 내지 T₄ 중 하나 이상이 각각의 소정 시간에 대해 범위 내에 있는 지의 여부가 판별 조건으로 사용될 수 있다. 또한, 본 예에서 T₁의 개시를 기준 위치로서 선택했지만, 기준 위치는 임의의 다른 시간(T₂ 내지 T₄)의 개시로서 설정될 수 있다. 또한, 복수의 기준 위치가 사용될 수 있고, T₅ 및 T₆이 다른 기준 위치로부터 산출될 수 있다. 단계 S4에서는 T₂ - T₁을 고려하여 판별이 이루어진다. 그러나, 임의의 다른 시간 간격 또는 시간이 사용될 수 있다. 간헐 레이저 발광 제어 중 레이저 소등 시간은 소정의 BD 신호의 검출을 완료할 때에 이루어질 수 있거나 또는 이와 달리 기준 위치로부터 소정 시간의 경과 후에 이루어질 수 있다.

본 예에서, 대기 시간은 스캐너 기동 시의 레이저 발광으로부터 BD 주기 수신 간격의 측정까지로 정의된다. 진동 미러의 동조 진동까지의 천이 시간이 매우 짧은 경우, 대기 시간은 0으로 설정된다. 또한, 본 예에서는 제19 예의 도30에 도시된 바와 같이 레이저 제어용 타이밍 차트를 사용한다. 그러나, 제20 예의 도31에 도시된 바와 같은 타이밍 차트가 사용될 수 있고, 경과 시간(T₅ 내지 T₁₂)는 기준 시간(T1)으로부터 화상 영역(71)에 중첩하지 않고 수광 소자(713)를 통해 T₁ 내지 T₄의 BD 신호의 검출을 허용하는 타이밍으로 설정될 수 있다. BD 주기 계측부(756)를 통해 BD 신호의 수신 시간(T1 내지T4)을 측정함으로써(단계 S8) 유사한 이점을 얻을 수 있다.

상기 제19 및 제20 예에서, 상기 유효 조건은 수광 소자에서 얻어진 검출 신호의 적어도 2개가 상이하다는 것에 대한 시간 간격 또는 설정 시간과 관련있다. 상기 유효 조건을 만족시키기 위한 제1 구동 제어는, 진동계가 제1 진동 운동에 의해서만 요동되고, 제1 주기적 구동력은 수광 소자(713)에서 검출 신호를 기초로 하여 조정되도록 이루어진다. 한편, 유효 조건을 만족시키기 위한 제1 광 비임 발광 타이밍 제어는 유효 조건이 만족될 때까지 요동체의 진동 구동 개시로부터 광 비임이 연속적으로 방사되게 하는 제어 공정을 포함한다.

그러나, 제1 광 비임 발광 타이밍 제어는 요동체의 진동 구동 개시 후 유효 조건이 만족될 때까지의 소정 시간 경과 후 레이저 빔이 방사되는 제어일 수 있다. 여기서, 소정 시간은 예로써, 요동체의 진동 운동이 과도 진동 상태로부터 동조 진동상태까지의 시간일 수 있다.

제19 내지 제21 예에서, 유효 조건에 도달한 후 수행되는 제2 구동 제어 동작은 제1 및 제2 진동 운동에 따라 진동계를 요동시키고, 수광 소자(713)의 검출 신호를 기초로 하여 제1 주기적 구동력 및 제2 주기적 구동력을 조정하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 유효 조건이 도달된 후 수행되는 제2 광 비임 발광 타이밍 제어 동작은 기본 주파수의 1주기의 시간 내에 그리고 화상 가시화 수단의 화상 영역 상에 광이 투영되는 시간 이외에서 2회 이상의 강제적인 광 비임의 점등 및 소등시키는 제어 공정을 포함할 수 있다. 제2 광 비임 발광 타이밍 제어 동작은 기본 주파수의 1주기의 시간 내에, 수광 소자의 검출 신호 중 하나를 참조하여 광 비임을 강제적으로 점등 및 소등하기 위한 제어 공정을 포함할 수 있다.

제19 내지 제21 예 중 임의의 하나의 화상 형성 장치에 따라, 화상 가시화 수단을 통한 화상 형성 및 진동계의 진동을 조정하기 위해 하나의 요동체가 소정의 변위각을 취할 때의 시간 측정이 동시에 수행될 수 있다. 이것은 미리 저장된 구동 조건을 기초로 하여 요동 미러의 초기 구동을 필요로 하지 않는다. 따라서, 요동 미러의 진동 특성차, 환경 변화 또는 시간 변화가 있더라도, 진동 미러는 이러한 특성 변화에 따라 구동될 수 있다. 또한, 진동 미러의 주사 각도의 마진이 진동 미러의 진동 특성을 기초로 설정될 수 있기 때문에, 상기 마진은 최소화될 수 있어 화상 형성에 사용될 수 있는 광 비임의 주사 각도는 비교적 커질 수 있다.

본 발명을 본 명세서에 개시된 구성을 참조하여 설명하였지만, 본 출원의 상세 설명으로 제한되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위 또는 개선 목적 내에서 이루어질 수 있는 변경 또는 변화를 커버할 수 있다.

Claims (21)

1. 요동체 장치이며,

   제1 요동체와, 제2 요동체와, 제1 및 제2 요동체를 서로 연결하는 제1 비틀림 스프링과, 제2 요동체에 접속되어 상기 제1 비틀림 스프링과 공통의 비틀림 축을 갖는 제2 비틀림 스프링을 구비한 진동계와,

   상기 진동계를 지지하는 지지부와,

   상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나가 복수의 시간 함수의 합을 갖는 식으로 나타내어 질 수 있는 진동을 생성하도록 상기 진동계를 구동하는 구동부와,

   상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나의 변위에 대응해서 신호를 출력하는 신호 출력기와,

   상기 시간 함수의 진폭과 위상 중 적어도 하나가 소정의 값을 취하도록 상기 신호 출력기의 출력 신호를 기초로 하여 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부를 포함하는 요동체 장치.
2. 요동체 장치이며,

   제1 요동체와, 제2 요동체와, 제1 및 제2 요동체를 서로 연결하는 제1 비틀림 스프링과, 제2 요동체에 접속되어 상기 제1 비틀림 스프링과 공통의 비틀림 축을 갖는 제2 비틀림 스프링을 구비한 진동계와,

   상기 진동계를 지지하는 지지부와,

   상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나가 적어도 A₁sinωt + A₂sin(nωt + ø)항 (n은 2 이상의 정수)을 갖는 식으로 표현될 수 있는 진동을 생성하도록 상기 진동계를 구동하는 구동부와,

   상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나의 변위에 대응해서 신호를 출력하는 신호 출력기와,

   상기 식에서 A₁, A₂ 및 ø 중 적어도 하나가 소정의 값을 취하도록 상기 신호 출력기의 출력 신호를 기초로 하여 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부를 포함하는 요동체 장치.
3. 요동체 장치이며,

   제1 요동체와, 제2 요동체와, 제1 및 제2 요동체를 서로 연결하는 제1 비틀림 스프링과, 제2 요동체에 접속되어 상기 제1 비틀림 스프링과 공통의 비틀림 축을 갖는 제2 비틀림 스프링을 구비한 진동계와,

   상기 진동계를 지지하는 지지부와,

   상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나는 변위θ(t)가 θ(t) = A₁sinωt + ΣA_nsin(nωt + ø_n-1)의 식(n은 2이상의 정수)으로 표현될 수 있는 진동을 생성하도록 상기 진동계를 구동하는 구동부와,

   상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나의 변위에 대응해서 신호를 출력하는 신호 출력기와,

   상기 식에서 A₁, A_{2 ...} A_n 및 ø₁, ø₂, ..., ø_n-1 중 적어도 하나가 소정의 값을 취하도록 상기 신호 출력기의 출력 신호를 기초로 하여 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부를 포함하는 요동체 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나는 제1 및 제2 변위각을 취하도록 배치되고, 상기 신호 출력기의 출력 신호는, 상기 제1 요동체 및 제2 요동체 중 적어도 하나가 하나의 진동 주기 내에서 (+)각속도 방향으로 움직이면서 상기 제1 변위각을 취하는 제1 시간 및 (-)각속도 방향으로 움직이면서 상기 제1 변위각을 취하는 제2 시간에 관한 정보와, 상기 제1 요동체 및 제2 요동체 중 적어도 하나가 하나의 진동 주기 내에서 (+)각속도 방향으로 움직이면서 상기 제2 변위각을 취하는 제3 시간 및 (-)각속도 방향으로 움직이면서 상기 제2 변위각을 취하는 제4 시간에 관한 정보를 포함하고, 상기 구동 제어부는 상기 제1 내지 제4 시간에 관한 정보를 기초로 하여 상기 구동부를 제어하는 요동체 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 요동체 중 적어도 하나는 제1 및 제2 변위각을 취하도록 배치되고, 상기 구동 제어부는 4개의 시간 간격(t₁, t₁₂, t₂, t₂₁) 중 적어도 하나에 따라 상기 구동부를 제어하는 요동체 장치.

   여기서, t₁은 상기 적어도 하나의 요동체에 의해 제1 변위각이 되는 시간부터 진동 운동의 끝부분에서 되돌려진 후 상기 적어도 하나의 요동체에 의해 다시 제1 변위각이 될 때까지의 시간 간격을 나타내고,

   t₁₂는 제1 변위각이 되는 시간부터 진동 중심을 통과한 후 상기 적어도 하나의 요동체에 의해 제2 변위각이 되는 시간까지의 시간 간격이고,

   t₂는 제2 변위각을 통과하는 시간부터 상기 진동의 끝부분에서 되돌려진 후 상기 적어도 하나의 요동체에 의해 제2 변위각이 되는 시간까지의 시간 간격이고,

   t₂₁은 제2 변위각을 통과한 시간부터 진동 중심을 통과한 후 제1 변위각이 되는 시간까지의 시간 간격을 나타낸다.
6. 제5항에 있어서, 상기 구동 제어부는 ø 및 t₁ - δxt₂(δ ≥ 0)가 소정값을 취하도록 제어하기 위해 구동부를 제어하는 요동체 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 구동 제어부는 A₁, t₁ + δxt₂ - αx(t₁₂ + βxt₂₁)(α, β, δ ≥ 0)이 소정값을 취하도록 제어하기 위해 구동부를 제어하는 요동체 장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 구동 제어부는 A₂, t₁₂ - γxt₂₁(γ ≥ 0)이 소정값을 취하도록 제어하기 위해 구동부를 제어하는 요동체 장치.
9. 광편향 장치이며,

   광 비임을 발광시키기 위한 광원과,

   편향 미러가 적어도 하나에 형성되는 복수의 요동체를 갖는 제1항에 따른 요동체 장치를 포함하는 광편향 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 신호 출력기는 반사 미러로부터 직접 또는 반사 부재를 통해 반사광을 수광하는 수광 소자를 포함하는 광편향 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 신호 출력기는 두 개의 수광 소자를 포함하는 광편향 장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 신호 출력기는 제1 및 제2 요동체에 대한 수광 소자와 동일한 측면에 배치된 하나의 반사 부재 및 하나의 수광 소자를 포함하는 광편향 장치.
13. 제10항에 있어서, 상기 신호 출력기는 상기 요동체에 대한 광원과 동일한 측면에 배치된 두 개의 반사 부재와, 상기 반사 부재로부터의 반사광을 수광하고 상기 요동체에 대해 광원의 대향 측면에 배치된 하나의 수광 소자를 포함하는 광편향 장치.
14. 제10항에 있어서, 상기 반사 미러를 갖는 요동체가 정지하고 있을 때의 편향 각을 0이라 하고, 상기 요동체의 최대 편향각의 절대치를 1이라고 할 때, 상기 신호 출력기는 상기 요동체의 편향각의 절대치가 0.6 이상 1.0 이하의 범위인 신호를 출력하는 광편향 장치.
15. 제1항에 있어서, 상기 구동 제어부는 (i) 상기 진동계의 기본 주파수를 갖는 제1 신호와 n이 정수일 때 기본 주파수의 n배의 제2 주파수를 갖는 제2 신호의 합성을 기초로 하는 제1 구동 신호와, (ii) 위상이 제1 및 제2 신호 중 적어도 하나에 인가되는 제1 및 제2 신호의 합성을 기초로 하는 제2 구동 신호를 선택적으로 제공하도록 배치되고,

    상기 구동 제어부는 제1 구동 신호를 기초로 하는 구동에 응답하여 신호 출력기로부터 출력된 신호와, 제2 구동 신호를 기초로 하는 구동에 응답하여 신호 출력기로부터 출력된 신호를 기초로 구동부를 제어하는 요동체 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1 구동 신호를 기초로 하는 구동에 응답하여 신호 출력기로부터 출력된 신호는, 상기 제1 요동체 및 제2 요동체 중 적어도 하나가 하나의 진동 주기 내에서 (+)각속도 방향 및 (-)각속도 방향으로 움직이면서 상기 신호 출력기가 배치된 변위각을 취하는 두 개의 시간에 관한 정보를 포함하고,

    상기 제2 구동 신호를 기초로 하는 구동에 응답하여 신호 출력기로부터 출력된 신호는, 상기 제1 요동체 및 제2 요동체 중 적어도 하나가 하나의 진동 주기 내에서 (+)각속도 방향 및 (-)각속도 방향으로 움직이면서 상기 신호 출력기가 배치된 변위각을 취하는 두 개의 시간에 관한 정보를 포함하고,

    상기 구동 제어부는 4개의 시간에 관한 정보를 기초로 구동부를 제어하는 요동체 장치.
17. 화상 형성 장치이며,

    광원과,

    제9항에 따른 광편향 장치와,

    광학계를 포함하고,

    상기 광편향 장치는 광원으로부터 광 비임을 편향시키도록 주사가능하게 배치되고,

    상기 광학계는 소정의 목표 위치를 향하는 주사 광 비임을 집중하도록 배치된 화상 형성 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 광원으로부터의 광 비임의 발광을 조정하기 위한 광 비임 발광 제어부와, 상기 광 비임에 의해 주사되는 표면에 배치된 화상 가시화 수단을 더 포함하고,

    상기 신호 출력기는 반사 부재를 통해 또는 반사 미러로부터 직접 반사광을 수광하기 위한 수광 소자를 포함하고,

    상기 광 비임 발광 제어부는 반사 미러로부터의 반사광이 수광 소자에 의해 수광될 때 광 비임이 발광되도록 광원을 조정하기 위해 배치된 화상 형성 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 광 비임 발광 제어부는 광편향 장치의 기동으로부터 수광 소자에 의한 광 비임의 검출까지 연속적으로 광 비임을 발광하도록 배치되고,

    상기 광 비임이 수광 소자에 의해 검출된 후, 상기 광 비임 발광 제어부는 화상 형성 영역 외측에 광 비임을 점등 및 소등하도록 배치된 화상 형성 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 광편향 장치의 구동 제어부는, 광편향 장치의 기동으 로부터 수광 소자에 의한 광 비임의 검출까지, 구동부에 단일 정현파로 구성된 제1 구동 신호를 공급하도록 배치되고,

    상기 광 비임이 수광 소자에 의해 검출된 후, 상기 구동 제어부는 적어도 2개의 정현파의 조합으로 구성된 제2 신호를 구동부에 공급하도록 배치된 화상 형성 장치.
21. 요동체 장치이며,

    지지부와,

    제1 요동체와, 제2 요동체와, 제1 및 제2 요동체를 서로 접속시키는 제1 비틀림 스프링과, 상기 지지부와 제2 요동체를 서로 접속시키고 제1 비틀림 스프링과 공통의 비틀림 축을 구비한 진동계와,

    상기 제1 및 제2 요동체 중 하나가, 다음의 식으로 변위θ(t)를 표현할 수 있도록 진동계를 구동시키기 위한 구동부와,

    θ(t) = A₁sinωt + A₂sin(2ωt + ø)

    상기 제1 요동체 및 제2 요동체 중 적어도 하나가 하나의 진동 주기 내에서 (+)각속도 방향으로 움직이면서 제1 변위각을 취하는 제1 시간 및 (-)각속도 방향으로 움직이면서 제1 변위각을 취하는 제2 시간에 관한 정보를 제공하고, 상기 제1 요동체 및 제2 요동체 중 적어도 하나가 하나의 진동 주기 내에서 (+)각속도 방향으로 움직이면서 제2 변위각을 취하는 제3 시간 및 (-)각속도 방향으로 움직이면서 제2 변위각을 취하는 제4 시간에 관한 정보를 제공하는 신호 출력기와,

    상기의 식에서 A₁, A₂ 및 ø 중 적어도 하나가 소정값을 취하도록 제1 내지 제4 시간에 관한 정보를 기초로 구동부를 제어하는 구동 제어부를 포함하는 요동체 장치.

Images