特許 6224432 振動装置、光走査装置、それを用いた画像形成装置および映像投射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6224432

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】振動装置、光走査装置、それを用いた画像形成装置および映像投射装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20171023BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20171023BHJP

   B41J 2/47 20060101ALI20171023BHJP

   H04N 1/113 20060101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   G02B26/10 104Z

   G02B26/08 E

   B41J2/47 101Z

   H04N1/04 104Z

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-239231(P2013-239231)

(22)【出願日】2013年11月19日

(65)【公開番号】特開2015-99271(P2015-99271A)

(43)【公開日】2015年5月28日

【審査請求日】2016年11月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000104652

【氏名又は名称】キヤノン電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100130409

【弁理士】

【氏名又は名称】下山 治

(74)【代理人】

【識別番号】100134175

【弁理士】

【氏名又は名称】永川 行光

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 成己

(72)【発明者】

【氏名】若林 孝幸

(72)【発明者】

【氏名】新井 克美

【審査官】 佐藤 洋允

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／１６１２７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／０７０６１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１７１９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００２０３７９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ２６／００−２６／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一部が導電性部材で形成された振動部と、
前記振動部のうち前記導電性部材で形成された部分を通じて電気的に互いに接続され、前記振動部の少なくとも片側を支持する複数の金属ねじり梁と、
前記複数の金属ねじり梁に対して駆動電流を通電する駆動回路と、
前記複数の金属ねじり梁を流れる電流に対して磁界が作用するように配置された磁石と、を備え、
前記駆動回路は、前記振動部に回転振動を発生させるための第１の周波数の駆動電流を前記複数の金属ねじり梁に対して通電することを特徴とする振動装置。

【請求項2】

前記複数の金属ねじり梁の温度が環境温度よりも高い所定の温度に維持される駆動電流の電流量となるように、前記第１の周波数の駆動電流と、前記第１の周波数の駆動電流とは異なる第２の周波数の駆動電流とを制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の振動装置。

【請求項3】

前記複数の金属ねじり梁は、前記振動部の両側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動装置。

【請求項4】

一端が前記振動部に接続された前記複数の金属ねじり梁の他端側は、電気的に絶縁されて固定部材に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動装置。

【請求項5】

前記複数の金属ねじり梁は、前記導電性部材を形成する合金材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動装置を備えたことを特徴とする光走査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動装置、光走査装置、それを用いた画像形成装置および映像投射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、シリコンウエハを用いた、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型の振動ミラーが実用化され、プリンタやプロジェクタなどに応用されている。これに対して、析出硬化型ステンレス鋼や銅合金など疲労源の高い金属材料を用いた振動ミラーも提案されている。これらの振動ミラーは、ミラーを支持するねじり梁を有ししており、ミラーの慣性モーメントとねじり梁のばね定数で決まる共振周波数の近傍で振動する。また、金属材料として恒弾性材料を用いることで、温度によるばね特性の変動、すなわち、共振周波数の変動を抑えた振動ミラーも提案されている（特許文献１）。金属材料を用いた振動ミラーは、シリコンウエハを用いたものと比較して、簡易なプロセスで作製することができ、また、耐衝撃性に優れるという利点も持っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０−２９３２６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、金属材料を用いた振動ミラーを小型化すると、光走査特性に係わるジッタと呼ばれる走査振幅のばらつきが大きくなるという課題がある。この理由は次のとおりである。最大走査速度を低下させることなく振動ミラーを小型化するには、ミラーを有する振動体（質量体）を軽量にするとともに、ねじり梁を細く、かつ、短くしなければならない。しかし、振動体が軽量になると空気抵抗の影響を受けやすくなり、ねじり梁に軸ブレが発生しやすくなる。また、ねじり梁の剛性も低下するため、やはりねじり梁に軸ブレが発生しやすくなる。軸ブレは回転振動の振幅にジッタをもたらす。

【0005】

なお、上述した問題は、梁によって振動部を支持する振動装置においても同様に発生するおそれがある。

【0006】

そこで、本発明は、梁によって振動部が支持された構成において安定した振動を実現する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、たとえば、
少なくとも一部が導電性部材で形成された振動部と、
前記振動部のうち前記導電性部材で形成された部分を通じて電気的に互いに接続され、前記振動部の少なくとも片側を支持する複数の金属ねじり梁と、
前記複数の金属ねじり梁に対して駆動電流を通電する駆動回路と、
前記複数の金属ねじり梁を流れる電流に対して磁界が作用するように配置された磁石と、を備え、
前記駆動回路は、前記振動部に回転振動を発生させるための第１の周波数の駆動電流を前記複数の金属ねじり梁に対して通電することを特徴とする振動装置を提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、梁によって振動部が支持された構成において安定した振動を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】光走査装置の一例を示す斜視図

【図2】振動ミラーの一例を示す分解斜視図

【図3】振動ミラーの制御方法の一例を示す図

【図4】制御部の一例を示すブロック図

【図5】振動ミラーの制御方法の一例を示す図

【図6】光走査装置の一例を示す斜視図

【図7】振動ミラーの制御方法の一例を示す図

【図8】振動ミラーの制御方法の一例を示す図

【図9】光走査装置の一例を示す斜視図

【図10】光走査装置の一例を示す斜視図

【図11】比較例と実施形態との技術的効果の違いを説明するための図

【図12】画像形成装置の一例を示す斜視図

【図13】映像投射装置の一例を示す斜視図

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明では、振動部の少なくとも一端に接続されてその振動部から並行して延びる複数の梁を備えた構成とし、振動部を複数の梁により安定して支持することで、安定した振動を実現できる。たとえば、振動部に鏡面を設ければ、安定した光走査を実現することができる。なお、さらに安定した振動（光走査）を実現するために、振動部の一端および他端のそれぞれから並行して延びる複数の梁が設けられてもよい。

【0011】

以下、振動部の一端に接続されて当該振動部から並行して延びる複数の梁を備えた振動装置の一例として、図１は光走査装置１を示している。図２は振動ミラー１０の分解斜視図である。本実施形態の梁は、第１の金属梁として機能するねじり梁１１、第２の金属梁として機能するねじり梁１２とで構成され、これらねじり梁１１、１２が平行して延びた構成としている。なお、ねじり梁１１、１２はその一部が導電性部材により形成されていれば十分であり、全体が導電性部材により形成されていなくてもよい。図１、図２において、ねじり梁１１、１２は、同形状であり、回転軸Ｌに対して対称に配置されている。このような対象配置を採用することで、たとえば、振動部に相当する振動ミラー１０の振動を安定させやすくなる。ねじり梁１１、１２の各一端は絶縁性の固定部材３１に固定されている。ねじり梁１１、１２の各他端は、振動部の少なくとも一部を構成する質量体２０を構成する第１の導電性部材１３に電気的に接続されている。質量体２０は、光を走査する鏡面として機能するミラー２１、２２と磁石４１を有した振動体である。質量体２０は、回転軸Ｌを中心に回転振動する。磁石４１および駆動コイル５１は、質量体２０に回転振動を励起する励起手段として機能する。駆動コイル５１には、駆動回路２４４からの第１の周波数ｆ１の駆動電流が通電され、磁界を発生する。磁石４１が発生する磁界（磁力線）と駆動コイル５１が発生する磁界（磁力線）とが作用しあうことで、質量体２０には回転軸Ｌを中心にした回転トルクが発生する。ねじり梁１１、１２はそれぞれ第２の導電性部材および第３の導電性部材の一例である。ねじり梁１１、１２の各一端は第１の導電性部材１３に接続されており、各他端は、第２の周波数ｆ２の駆動電流を発生して出力する駆動回路２４３に接続されている。

【0012】

図２が示すように質量体２０は、第１の導電性部材１３を挟むようにミラー２１、２２が取り付けられている。ねじり梁１１、１２は第１の導電性部材１３を介して電気的に接続され、電流ループを形成している。ねじり梁１１、１２および第１の導電性部材１３は、同じ金属材料で一体に成形されてもよい。これは、製造コストに関して有利となる。材料としては、たとえば、ステンレス材や銅合金のほか、Ｃｏ−Ｎｉ基合金などを採用してもよい。ミラー２１、２２は、シリコンウエハを主材としてもよい。この場合、主材の表面に増反射膜を成膜することで鏡面が形成される。ミラー２１、２２は、導電性部材を主材とし、導電性部材のうえ反射膜が成膜されてもよい。この場合、ミラー２１、２２が第１の導電性部材１３として兼用され、部品点数を削減できる。

【0013】

図３は、駆動周波数に対する振幅特性（周波数特性）を示す図である。横軸は振動ミラー１０の周波数であり、縦軸は振動ミラー１０の振幅である。Ｗ１は温度Ｔ１における周波数特性を示している。Ｗ２、Ｗ３は温度Ｔ２における周波数特性を示している。駆動回路２４３は、振動ミラー１０の環境温度が温度Ｔ１のときに駆動周波数ｆ１の値を共振周波数ｆｓ１に設定することで、振動ミラー１０の動作点はＰ１からＰ２に移動する。つまり、振動ミラー１０は、共振点付近で駆動される。

【0014】

ところで、金属材料を主材としたねじり梁１１、１２は、温度に依存してヤング率が変化する。そのため、周囲の発熱や気流のできかたによりねじり梁１１、１２のばね特性が変動し、その結果、回転振動の共振周波数が変動する。たとえば、環境温度がＴ１からそれよりも高いＴ２に変化したとすると、周波数特性がＷ１からＷ２に変動する。すなわち、金属製の梁（ここでは、ねじり梁１１、１２）は、通電によってばね特性を可変できることから、通電条件によってばね特性を調整することが可能なる。

【0015】

駆動回路２４３が第１の周波数ｆ１の駆動電流の振幅（電流量）を一定に制御することで、振動ミラー１０には一定の駆動力が付与される。この条件の下で、共振周波数ｆｓ１からｆｓ２へ変動する（周波数特性がＷ１からＷ２に変動する）と、振動ミラー１０は共振周波数ｆｓ２から外れた駆動周波数ｆｓ１で駆動される（動作点Ｐ３）。そのため、走査振幅が変動してしまい、ジッタの原因となる。

【0016】

振動ミラー１０の振動振幅をフィードバックして駆動電流の電流量を制御することで、振動振幅を一定にすることができる。しかし、周波数特性Ｗ２上で極大値をとる共振周波数ｆｓ２付近の周波数を駆動周波数ｆ１とすれば、振幅変動が小さくなり、振幅制御が安定する。ただし、共振周波数ｆｓ２から外れた駆動周波数では振幅変動が大きくなるため、振動振幅の制御性が低下し、ジッタの増大に繋がる。

【0017】

そこで、本実施形態では、温度変化やコイルに発生する逆起電力の位相などから共振周波数を検出し、検出した共振周波数が所望の共振周波数に近づくように駆動回路２４３がねじり梁１１、１２を加熱することで、ねじり梁１１、１２のばね特性を安定化することができる。たとえば、ねじり梁１１、１２の温度が環境温度よりも高い所定の温度に維持すれば、共振周波数の温度ドリフトが抑えられ、安定した光走査を実現することができる。なお、所望の共振周波数とは、環境温度よりも高い所定の温度に対応した周波数特性上の共振周波数である。

【0018】

図４は、光走査装置１の制御部の構成例を示すブロック図である。本実施形態では、駆動コイル５１を振動ミラー１０の振動振幅や共振周波数を検出するための検出コイルとして共用するため、スイッチ２１０が設けられている。なお、駆動コイル５１とは別に専用の検出コイルが設けられてもよい。制御回路２０４はスイッチ切り替え信号を出力することで、駆動回路２４３と駆動コイル５１とを接続したり、増幅回路２０１と駆動コイル５１とを接続したりする。

【0019】

制御回路２０４は、振動ミラー１０の共振周波数を検出する周波数検出回路２４１と、上述した駆動回路２４３、２４４を有している。駆動コイル５１は、スイッチ２１０を介して増幅回路２０１に接続されている。増幅回路２０１は、駆動コイル５１が出力する検出信号Ｖｄを増幅する。制御回路２０４が第１の駆動電流を供給することで振動ミラー１０が振動しているときに駆動電流の供給を停止すると、振動ミラー１０が減衰振動を開始する。減衰振動に伴う磁石４１の回転によって、駆動コイル５１には逆起電力が発生し、逆起電力に応じた検出信号Ｖｄが駆動コイル５１から出力される。このように、制御回路２０４は、駆動力印加手段（駆動回路２４３など）を停止させて、振動ミラー１０に減衰振動を開始させる制御手段として機能する。なお、振動ミラー１０は、振幅に依存した共振周波数で減衰振動する。

【0020】

増幅回路２０１の後段にはパルス化回路２０２とピークホールド回路２０３とが接続されている。パルス化回路２０２は、増幅回路２０１により増幅された検出信号Ｖｄを２値化してパルス信号Ｐｄを生成する。このパルス信号Ｐｄの周期は検出信号Ｖｄの周期に一致している。パルス信号Ｐｄの周期は振動ミラー１０の減衰振動の周期に相当するため、周波数検出回路２４１でパルス信号Ｐｄの周期を測定すれば、振動ミラー１０の減衰振動の周期（その逆数が共振周波数）が判明する。このようにして周波数検出回路２４１は振動ミラー１０の共振周波数を測定する。

【0021】

ピークホールド回路２０３は、検出信号Ｖｄの振幅のピーク値Ｖｐｈをホールドして制御回路２０４に出力する。ピーク値Ｖｐｈは振動ミラー１０の振動振幅に対応している。よって、ピークホールド回路２０３は、振幅検出手段として機能する。

【0022】

制御回路２０４は、ＣＰＵとメモリを有し、入力されたパルス信号Ｐｄおよび検出信号Ｖｄの振幅のピーク値Ｖｐｈに基づいて第１の周波数ｆ１や第２の周波数ｆ２を設定する。周波数検出回路２４１、駆動回路２４３、２４４は、メモリに記憶されているプログラムをＣＰＵが実行することで実現されてもよいし、のハードウエアによって実現されてもよい。

【0023】

制御回路２０４は、ときどき駆動電流の供給を停止することで、振動ミラー１０の共振周波数を測定し、共振周波数がある範囲を超えて変動したかどうかを監視してもよい。たとえば、図５が示すように、温度変動により周波数特性がＷ１からＷ２に移行すると、共振周波数がｆｓ１からｆｓ２に変動する。図５の例では、初期状態でねじり梁１１、１２が雰囲気温度よりも高い温度となるように加熱されており、時間の経過とともにねじり梁１１、１２の温度が低下したことで、周波数特性がＷ１からＷ２に移行したことを示している。

【0024】

制御回路２０４は、｜ｆｓ１−ｆｓ２｜が所定の閾値を超えると、第２の周波数ｆ２の駆動電流を駆動回路２４４に生成させ、ねじり梁１１、１２に印加する。これにより、ねじり梁１１、１２が加熱されて所望の温度に維持される。つまり、振動ミラー１０の周波数特性が所望の周波数特性Ｗ１に維持される。これにより、振動ミラー１０の振動振幅も目標振幅Ａｄｒｖに維持される。

【0025】

駆動回路２４４が出力する駆動電流の周波数は、第１の周波数ｆ１とは異なる第２の周波数ｆ２である。また、第２の周波数ｆ２の駆動電流は、ＤＣ（直流）電流であってもよい。第２の周波数ｆ２は、振動ミラー１０のねじりおよび撓みの共振モードの周波数と重ならない周波数に設定されうる。これにより、フィードバック制御が安定し、ジッタをさらに低減することができるだろう。

【0026】

図１に示した光走査装置１では固定部材３１とねじり梁１１、１２の接触部は絶縁されている。しかし、ねじり梁１１とねじり梁１２のうちいずれか一方と固定部材３１との接触部だけを絶縁性とし、固定部材３１のそれ以外の部分は導電性としてもよい。この場合、固定部材３１を接地電極として使用することが可能となる。なお、固定部材３１側ではなく、ねじり梁１１、１２側の接触部に絶縁性の部材が設けられてもよい。

【0027】

図６は、光走査装置１の他の構成例を示す図である。図６において図１と共通する部分の説明は省略する。図６において、振動ミラー１０の質量体２０は、反射膜が形成された導電性部材１３によって構成されている。質量体２０からは、平行に延びる２本のねじり梁１１、１２が設けられている。ねじり梁１１、１２は導電性部材１３によって電気的に接続されている。

【0028】

ねじり梁１１、１２の脇には磁石４２、４３が配置（併設）されている。磁石４２、４３が発生する磁界がねじり梁１１、１２を流れる電流に作用する。図６において、駆動回路２４３、２４４は、駆動回路２４５として一体化されており、第１の周波数ｆ１の駆動電流と第２の周波数ｆ２の駆動電流とが重畳された駆動電流をねじり梁１１、１２に通電する。第１の周波数ｆ１は振動ミラー１０の回転振動モード近傍の周波数であり、第２の周波数ｆ２は振動ミラー１０の共振モードと重ならない周波数である。ねじり梁１１、１２および導電性部材１３によって電流ループが形成されているため、第１の周波数ｆ１の駆動電流はねじり梁１１、１２を通過する際に磁石４２、４３からの磁界による作用を受ける。その結果、振動ミラー１０に回転軸Ｌを中心にした回転トルクが励起される。第２の周波数ｆ２の駆動電流はねじり梁１１、１２を加熱させるため、ねじり梁１１、１２の温度が環境温度よりも高い所定の温度に維持される。その結果、ねじり梁１１、１２のばね特性が所望の特性に安定する。このときの制御方法はすでに説明したとおりである。

【0029】

図６に示した光走査装置１では、最も高速で動作する質量体２０の周囲に、電磁駆動方式の振動ミラーで必要であった駆動コイル５１や磁石４１等がなく、気流の乱れを低減することができる。気流の乱れが少なくなれば、温度変化も小さくなろう。たとえば、２本のねじり梁１１、１２を平行に設けることで、軸ブレの抑制効果が得られるとともに、さらにジッタの低減を図ることができる。すなわち、梁に通電が可能となるため、梁の温度が調整可能となり、安定した振動特性となるように調整が可能となる。また、本実施例は、上述した光走査装置に限定されず、梁によって振動部を振動可能に支持した振動装置に適用され、梁への通電条件を制御することにより、安定した振動特性が実現されてもよい。なお、本実施例を光走査装置に適用した場合、梁の温度が環境温度よりも高い所定の温度に維持可能となるため、共振周波数の温度ドリフトが抑えられ、安定した光走査が実現されうる。

【0030】

図７、図８は第１の周波数ｆ１の駆動電流および第２の周波数ｆ２の駆動電流を用いた制御方法の一例を示す図である。ここでは、初期状態（図８の時刻ｔ０）における周波数特性がＷ１であり、共振周波数がｆｓ１であると仮定する。

【0031】

時刻ｔ０において制御回路２０４は第１の駆動周波数ｆ１をｆｓ１に設定し、駆動電流を出力している。一方で、制御回路２０４は、振動ミラー１０の共振周波数を所望の共振周波数ｆｓ２に調整するために、第２の周波数ｆ２の駆動電流の出力を開始する。

【0032】

時刻ｔ０から時刻ｔ１にかけて、制御回路２０４は、振動ミラー１０の共振周波数を監視しながら、徐々に第２の周波数ｆ２の駆動電流の電流量を増加する。これにより、ねじり梁１１、１２が加熱され、その温度が上昇する。なお、この期間において、第１の周波数ｆ１の駆動電流については、周波数も電流量も一定に制御される。

【0033】

時刻ｔ１において、制御回路２０４は、共振周波数がｆｓ２になったことを確認すると、電流量の増加を停止する。図７によれば、時刻ｔ１で周波数特性がＷ１からＷ２に遷移している。

【0034】

時刻ｔ２で、制御回路２０４は、振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖに移行させるための振幅制御を開始する。つまり、周波数特性をＷ２からＷ２’に遷移させる。制御回路２０４は、振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖに近づけるために、第１の駆動周波数ｆ１の駆動電流の電流量を徐々に増加させてゆく。制御回路２０４は、ピーク値Ｖｐｈを監視することで、振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖになったかどうかを判定する。時刻ｔ３において、振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖに到達する。つまり、周波数特性がＷ２’になる。

【0035】

なお、図６に示した実施形態では、第１の駆動周波数ｆ１と第２の駆動周波数ｆ２とが重畳されてねじり梁１１、１２に印加されるため、第１の駆動周波数ｆ１も加熱に寄与する。そこで、時刻ｔ２からｔ３において、制御回路２０４は、第１の駆動周波数ｆ１の駆動電流の電流量を増加させた分だけ、第２の駆動周波数ｆ２の駆動電流の電流量を減少させる。これにより、制御回路２０４は、第１の駆動周波数ｆ１の駆動電流による電力量と第２の駆動周波数ｆ２の駆動電流による電力量との合計が一定の電力量になるようにこれらの電流量を制御する。その結果、ねじり梁１１、１２に生じるジュール熱が一定になるため、共振周波数が一定の共振周波数に維持される。よって、時刻ｔ３以降は、制御回路２０４が、電力量のみを増減することで、振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖに維持する。

【0036】

図１や図６に示した光走査装置１は質量体２０を片側で支持する、いわゆる片持ち構成を採用している。一方、図９（Ａ）および図９（Ｂ）が示すように、質量体２０の両側にねじり梁１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂが設けられる、いわゆる両持ち構成が採用されてもよい。図９（Ａ）および図９（Ｂ）によれば、ねじり梁１１ａ、１２ａに対して磁石４２ａ、４３ａが設けられ、ねじり梁１１ｂ、１２ｂに対して磁石４２ｂ、４３ｂが設けられている。これにより、回転軸Ｌを中心にした回転トルクが発生する。その結果、図１０に示すように鏡面を設けられた質量体２０が回転振動する。

【0037】

なお、図９（Ａ）と、図９（Ｂ）とでは、磁石４２ａ、４３ａの磁界の方向が反転しているため、駆動回路２４５と、ねじり梁１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂとの接続が異なっている。図９（Ａ）、図９（Ｂ）には、ねじり梁１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを支持する固定部材３１が示されているが、これは図示が省略されているにすぎない。その他の点も、基本的に図１ないし図８で説明したとおりである。

【0038】

（ねじり梁の２本の梁部材により構成する効果）
上述したように、最大走査速度を低下させることなく振動ミラーを小型化するには、ミラーを有する振動体（質量体）を軽量にするとともに、ねじり梁を細く、かつ、短くしなければならない。しかし、振動体が軽量になると空気抵抗の影響を受けやすくなり、ねじり梁に軸ブレが発生しやすくなる。たとえば、質量体２０を数ｋ〜数十ｋＨｚの高速な周波数で回転振動させると、空気抵抗の影響を大きく受ける。また、空気抵抗を避けるようにミラーが移動しようとする。そのため、ねじり梁の剛性が低いと、ねじり梁が変形して撓み振動が発生し、振動特性が変動してしまう。つまり、ねじり梁の剛性が低下することで、やはりねじり梁に軸ブレが発生しやすくなる。軸ブレは回転振動の振幅にジッタをもたらす。質量体の両側をねじり梁で支持する「両持ち構造」よりも、質量体の片側のみをねじり梁で支持する片持ち構造は、小型化に有利である。しかしながら、両持ち構造よりも片持ち構造でジッタが大きくなりやすい。

【0039】

本実施形態によれば、図１、図２、図６、図９、図１０に示したように、質量体２０の一方の片側を少なくとも２本の平行な梁部材（ねじり梁１１、１２）で支持する構造が採用されている。これにより、ジッタを低減して、安定した光り走査が実現されている。とりわけ、ねじり梁１１、１２は固定部材３１から質量体２０まで平行に延びる構造を採用することで、ジッタを削減しやすくなっている。さらに、図９、図１０に示したように、両持ち構造においても２本の平行な梁部材（ねじり梁１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ）で支持することで、さらに、ジッタを削減しやすくなる。なお、本実施形態の技術的効果を確かめるために、比較例と本実施形態とについて実験を行った。

【0040】

図１１（Ａ）は、比較例の振幅変化率（ジッタの実測値）を示す図である。図１１（Ｂ）は、本実施形態の振幅変化率を示す図である。比較例は、図１に示した振動ミラー１０を一本のねじり梁で構成した例である。本実施形態は、図１に示した振動ミラー１０である。図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）とを比較してみると、本実施形態では比較例よりも大幅にジッタが削減されていることがわかる。

【0041】

以上説明したように、本実施形態の振動ミラー１０は、光を走査するための鏡面を有する質量体２０を備えている。図１、図２、図６、図９、図１０に示したように、質量体２０の一方の片側には２本の梁部材としてねじり梁１１、１２が結合している。ねじり梁１１、１２は、質量体２０から平行に延びている。これにより、安定した光走査を実現できる。上述したようにねじり梁を小型化するために、質量体２０を軽量にするとともに、ねじり梁を細く、かつ、短くすると、ジッタが大きくなりやすい。本実施形態では、質量体２０を平行な２本の梁部材で支持されているため、回転軸Ｌがぶれにくくなり、質量体２０の振動が安定する。つまり、質量体２０の鏡面による光の走査が安定する。

【0042】

図９、図１０を用いて説明したように両持ち構造に本発明を適用してもよい。質量体２０の一方の片側は質量体２０から平行に延びる２本のねじり梁１１ａ、１２ａを有する第１の梁によって支持され、質量体２０の他方の片側は質量体２０から平行に延びる２本のねじり梁１１ｂ、１２ｂを有する第２の梁で支持される。つまり、質量体２０の両側に２本の平行な梁部材を設けることで、片持ち構造よりもさらに安定した光り走査を実現できる。ただし、小型化の観点からは片持ち構造のほうが両持ち構造よりも有利である。

【0043】

ねじり梁１１、１２（ねじり梁１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ）は金属材料により形成されていてもよい。また、これらの梁を支持および固定する固定部材３１は金属材料により形成されていてもよい。この場合、２本の梁部材のうち１本の梁部材のみが固定部材３１に対して電気的に導通していてもよい。これは、固定部材３１を接地電極などの電極部材として利用できる利点がある。

【0044】

図６や図１１に示したように、質量体２０を回転振動させるための磁界を発生する磁石４２、４３は、質量体２０の回転軸Ｌに直交し、質量体２０を通る回転面から離れた位置に配置されてもよい。つまり、磁石４２、４３はねじり梁１１、１２（ねじり梁１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ）に近接して配置されてよい。このような配置により、磁石４２、４３に起因した、質量体２０が回転振動することによる気流の乱れを削減することが可能となる。つまり、光走査がさらに安定することになる。

【0045】

図６や図１１に示したように、質量体２０を回転振動させるための磁界を発生する磁石４２、４３は、２本の梁部材に対して平行に設けられており、２本の梁部材に流れる駆動電流に作用する磁界を発生してもよい。このような配置も気流の乱れを低減しつつ、効率よく振動ミラー１０を駆動する上で有利である。

【0046】

さらに、振動ミラー１０の制御方法を工夫することで、さらに光走査を安定させることができる。図２などに示したように、質量体２０は、光を走査するための鏡面と第１の導電性部材１３とを有している。梁は、質量体２０に結合され、第１の導電性部材１３を介して電気的に接続された第２の導電性部材であるねじり梁１１と、第３の導電性部材であるねじり梁１２を有している。図１によれば、駆動コイル５１が、第１の周波数ｆ１の駆動電流により質量体２０に回転振動を励起する励起手段として機能する。図６、図９によれば、ねじり梁１１とねじり梁１２が励起手段として機能している。駆動回路２４４、２４５は、第１の周波数ｆ１の駆動電流とは異なる第２の周波数ｆ２の駆動電流をねじり梁１１とねじり梁１２に流して梁を発熱させる通電手段として機能している。これにより、梁の温度が環境温度よりも高い所定の温度に維持されるため、共振周波数の温度ドリフトが抑えられ、安定した光走査を実現することができる。

【0047】

制御回路２０４は、第１の周波数ｆ１の駆動電流および第２の周波数ｆ２の駆動電流を制御する制御手段として機能する。とりわけ、第２の周波数ｆ２の駆動電流をねじり梁１１とねじり梁１２に流して梁を発熱させることで、ねじり梁１１とねじり梁１２が所望の温度に維持されるため、周波数特性も所望の周波数特性に維持される。その結果、ジッタが小さくなり、光走査が安定する。

【0048】

図４によれば、梁の共振周波数を検出する周波数検出手段として、駆動コイル５１や周波数検出回路２４１が機能している。周波数検出手段としては、フォトセンサや歪ゲージが採用されてもよい。図５や図７を用いて説明したように、制御回路２０４は、周波数検出回路２４１により検出された共振周波数が所定の共振周波数に近づくよう第２の周波数ｆ２を調整する調整手段として機能してもよい。図８を用いて説明したように、第２の周波数ｆ２を一定に維持しつつ、第２の周波数ｆ２の駆動電流の電流量を調整することで、振動ミラー１０の共振周波数が所定の共振周波数に設定される。その結果、ねじり梁１１とねじり梁１２の温度を所望の温度に維持することが可能となる。ねじり梁１１とねじり梁１２の温度が所望の温度に維持されば、振動ミラー１０のジッタが減少する。

【0049】

図４によれば、質量体２０の回転振動の振幅を検知する振幅検知手段として、駆動コイル５１やピークホールド回路２０３が機能している。図７を用いて説明したように、制御回路２０４は、周波数検出回路２４１により検出された共振周波数が所定の共振周波数に一致すると、少なくとも第１の周波数ｆ１の駆動電流の量の調整を開始する。これにより、ピークホールド回路２０３によって検知される質量体２０の回転振動の振幅が、目標振幅Ａｄｒｖに近づけられる。このように、制御回路２０４は、振幅制御手段としても機能する。なお、駆動コイル５１は、質量体２０に設けられた磁石４１によって、質量体２０の共振周波数に応じた逆起電力が発生するコイルの一例である。図１において、駆動コイル５１は、質量体２０の外部に設けられている。図１によれば、質量体２０は、駆動コイル５１が発生する磁力線と作用する磁力線を発生する磁石４１を有している。

【0050】

励起手段は、第１の導電性部材１３と、ねじり梁１１と、ねじり梁１２とによって形成されたループであってもよい。この場合、第１の周波数ｆ１の駆動電流と第２の周波数ｆ２の駆動電流とが重畳されてループに通電されることで、ねじり梁の加熱と振動ミラー１０の駆動力の発生とが同時に実現される。なお、ループが発生する磁界と作用する磁界は、振動ミラー１０の外部に設けられた磁石４２、４３から発生する。磁石４１、４２、４３を永久磁石とすることで製造コストを低減できるが、磁石４１、４２、４３を電磁石などとすることを除外する意思はない。

【0051】

本実施形態において、ねじり梁は、第１の金属梁であるねじり梁１１と、第２の金属梁であるねじり梁１２とによって構成されてもよい。これにより第１の導電性部材１３、ねじり梁１１、ねじり梁１２を同一の金属材料からプレス加工により製作可能となり、振動ミラー１０の製造が容易になる。これは製造コストを削減することにも寄与する。

【0052】

図８を用いて説明したように、制御回路２０４は、第１の周波数ｆ１の駆動電流と第２の周波数ｆ２の駆動電流とを調整することで、第１の周波数ｆ１の駆動電流と第２の周波数ｆ２の駆動電流とによって発生するジュール熱を制御してもよい。とりわけ、第１の周波数ｆ１の駆動電流と第２の周波数ｆ２の駆動電流とが重畳される場合は、第１の周波数ｆ１の駆動電流も加熱に寄与する。よって、第１の周波数ｆ１の駆動電流を調整して振動ミラー１０の振動振幅が目標振幅Ａｄｒに一致すると、それに応じて第２の周波数ｆ２の駆動電流が調整される。これにより、ねじり梁１１、１２が一定の温度に維持される。つまり、振動ミラー１０の周波数特性が所望の周波数特性に維持され、ジッタが減少する。

【0053】

図１、図６に示したように、ねじり梁１１、１２は、質量体２０の回転面から見て片側にのみ設けられてもよい。また、図９に示したように、ねじり梁１１、１２は、質量体２０の回転面から見て両側に設けられてもよい。回転面とは、回転軸Ｌに直交した平面であって、質量体２０の中心を通る平面である。

【0054】

上述した実施形態では、第１の周波数および第２の周波数の駆動信号の振幅の制御について電流制御を適用する例を用いて説明したが、電圧制御が採用されてもよい。いずれの場合でも電力量を制御できるからである。

【0055】

（その他）
振動ミラー１０の振動振幅や共振周波数を検出するセンサとしては、他のセンサが使用されてもよい。たとえば、ミラー２１およびミラー２２のうち一方を光の走査に利用し、他方を振動の検出に利用してもよい。この場合、他方のミラーに対して光源から光を照射し、そのミラーからの反射光をフォトセンサで検出することで、検出信号Ｖｄが得られる。さらに、駆動方法と検出方法の組み合わせも限定されるものではない。たとえば、電磁駆動方式の振動ミラー１０に対して、歪ゲージを設け、歪ゲージによって梁の捩れを検出してもよい。この場合は、歪ゲージからの出力信号が検出信号Ｖｄとして使用される。

【0056】

図１２は、光走査装置１を備えた画像形成装置２を示す。光源３３０から射出されたレーザー光は、射出光学系３２０を通過した後に振動ミラー１０によって走査される。さらにレーザー光は、結像光学系３２１により感光体３１０上を主走査方向に走査する。感光体３１０が回転することで副走査が実行される。これにより、感光体３１０に静電潜像が形成される。静電潜像は、その後、現像装置によりトナーが付与されて、トナー像へと現像される。トナー像は転写装置によって記録材上に転写され、定着装置によって定着される。

【0057】

制御回路２０５は、上述した制御回路２０４を内包しており、さらに、光源３３０を制御するとともに、フォトセンサ３００、３０１からの光検出信号に応じて振動ミラー１０の振幅が一定の振幅となるように制御する。検出回路２００には、上述した増幅回路２０１、パルス化回路２０２およびピークホールド回路２０３を内包している。制御回路２０５は、１枚の画像が形成される毎に、振動ミラー１０の駆動周波数ｆ１、ｆ２や電流量を調整してもよい。制御回路２０５は、光源３３０にレーザー光の出力を停止させ、さらに振動ミラー１０の駆動信号の出力も停止する。これにより、振動ミラー１０は減衰振動を開始する。上述した方法にしたがって検出回路２００は振動ミラー１０の振動振幅に連動した検出信号Ｖｄから、ピーク値Ｖｐｈとパルス信号Ｐｄを制御回路２０５に出力する。制御回路２０５は、ピーク値Ｖｐｈとパルス信号Ｐｄに基づき共振周波数ｆを求める。駆動回路２４３は、設定された駆動周波数ｆの駆動信号を生成して出力する。なお、制御回路２０５は、感光体３１０の回転速度などの画像形成速度に係わる画像形成装置２の本体クロックを駆動周波数ｆに合わせて調整する。その後、制御回路２０５は、光源３３０を駆動してレーザー走査を行い、フォトセンサ３００、３０１の出力信号の時間間隔に基づいて、振動ミラー１０の振動振幅が目標振幅となるように駆動信号Ｄｒｖの振幅を微調整する。これにより、ジッタなどの振動状態の変動を抑えることができる。

【0058】

本実施形態の光走査装置１を画像形成装置２に適用することで、温度などの環境変化に追従して駆動周波数を調整できるため安価で信頼性の高い画像形成装置２を提供できる。また、ジッタの少ない光走査が実行されるため、形成される画像の品質も所望の品質に維持できる。

【0059】

図１３は、光走査装置１を用いた映像投射装置３を示す。光源装置３３１は、ＲＧＢ３色のレーザー光源を有している。光源装置３３１から射出されたレーザー光は、振動ミラー１０によって水平方向に２０ｋＨｚ近傍の周波数で走査される。レーザー光はさらに、垂直走査装置３４０によって６０Ｈｚ程度の周波数で垂直走査される。これらによって２次元的走査が実現され、スクリーン３５０上に映像が投射される。

【0060】

制御回路２０６は、上述した制御回路２０４を内包している。検出回路２００には、上述した増幅回路２０１、パルス化回路２０２およびピークホールド回路２０３を内包している。制御回路２０６には映像信号源３６０から映像信号が入力される。制御回路２０６は、映像信号に応じて光源装置３３１を駆動する。また、制御回路２０６は、フォトセンサ３０３の出力信号に基づいて光源装置３３１の発光タイミングを調整する。

【0061】

制御回路２０６に内包されている制御回路２０４は、上述した手順で駆動周波数を調整する。駆動周波数の調整タイミングは、定期的であってもよいし、映像信号源３６０から信号が入力されたタイミングであってもよい。制御回路２０６は、光源装置３３１のレーザー出力を停止させるとともに、振動ミラー１０の駆動信号の供給を停止する。これにより、振動ミラー１０は減衰振動を開始する。上述した方法にしたがって検出回路２００は振動ミラー１０の振動振幅に連動した検出信号Ｖｄから、ピーク値Ｖｐｈとパルス信号Ｐｄを制御回路２０６に出力する。制御回路２０６は、ピーク値Ｖｐｈとパルス信号Ｐｄに基づき共振周波数ｆを求め、求めた共振周波数ｆを駆動回路の駆動周波数として設定する。制御回路２０６は、振動ミラー１０の駆動周波数に同期するように、垂直走査装置３４０の駆動周波数も調整する。駆動周波数の調整が終了すると、制御回路２０６は、光源装置３３１の駆動を再開するとともに、振動ミラー１０および垂直走査装置３４０の駆動も再開する。本実施形態によれば、ジッタの少ない光走査が実行されるため、投影される画像の品質も所望の品質に維持できる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】