(57)【要約】【課題】光偏向装置の駆動感度に大きな相違がある場合でも、目標の制御帯域となる様に制御ループ利得を調整できる揺動体装置、光偏向装置を提供する。【解決手段】揺動体装置は、揺動可能に支持された揺動体101を含む振動系100と、駆動信号で振動系を駆動する駆動部120と、周期信号160を生成する波形生成部156と、周期信号と振幅制御値に基づき駆動信号を生成する駆動信号生成部157と、揺動体101の揺動振幅を検出する揺動振幅検出部151を有する。揺動体装置では、目標揺動振幅と揺動振幅検出部151で検出した揺動振幅の差に基づき振幅制御値を制御する制御ループが実行される。制御ループの利得を調整する可変利得部153が設けられ、揺動体101の揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における振幅制御値に基づき、可変利得部153の利得が設定される。【選択図】図1
2010048928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動体と弾性支持部とを有し構成される振動系と、
駆動信号に基づき前記振動系に駆動力を供給する駆動部と、
設定された周波数の周期信号を生成する波形生成部と、
前記周期信号と振幅制御値に基づき駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記揺動体の揺動振幅を検出する揺動振幅検出部と、を有し、
目標揺動振幅と前記揺動振幅検出部で検出した揺動振幅との差と利得に基づき前記振幅制御値を制御する制御ループを実行する揺動体装置であって、
前記制御ループの利得を調整する可変利得部を備え、
前記揺動体の揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における前記振幅制御値に基づき、前記可変利得部の利得が設定されることを特徴とする揺動体装置。
【請求項２】
請求項1に記載の揺動体装置であって、
前記制御ループを実行している状態において、前記目標揺動振幅と前記揺動振幅検出部で検出した揺動振幅の差が所定範囲内になった状態における前記振幅制御値に基づき、前記可変利得部の利得が設定されることを特徴とする揺動体装置。
【請求項３】
請求項1または2に記載の揺動体装置であって、
前記振幅制御値を記憶する制御値記憶部を有し、
第1のタイミングで前記揺動体の揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における前記振幅制御値が前記制御値記憶部に記憶され、
第2のタイミングで前記制御値記憶部に記憶された振幅制御値に基づき前記可変利得部の利得が設定されることを特徴とする揺動体装置。
【請求項４】
請求項1または2に記載の揺動体装置であって、
前記可変利得部へ設定する利得を記憶する利得記憶部を有し、
第1のタイミングで前記揺動体の揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における前記振幅制御値に基づき前記可変利得部の利得が求められ、該利得が前記利得記憶部に記憶され、
第2のタイミングで前記利得記憶部に記憶された利得が前記可変利得部へ設定されることを特徴とする揺動体装置。
【請求項５】
請求項1または2に記載の揺動体装置であって、
前記振幅制御値の高域変動を抑圧するフィルタ部を有し、
前記フィルタ部の出力に基づき前記可変利得部へ利得が逐次設定されることを特徴とする揺動体装置。
【請求項６】
請求項1から5のいずれか1項に記載の揺動体装置であって、
前記目標揺動振幅を得るのに必要な振幅制御値と、各振幅制御値において目標制御帯域を得るのに必要となる前記可変利得部の利得により、前記振幅制御値から、前記可変利得部に設定される利得への変換式が定められることを特徴とする揺動体装置。
【請求項７】
請求項1または2に記載の揺動体装置であって、
前記振動系は、複数の揺動体と複数の弾性支持部を有し、その共振周波数は、第1共振周波数と、前記第1共振周波数の略n倍の第2共振周波数を持ち（nは2以上の整数）、
前記波形生成部は、設定された周波数の基本波周期信号、及び前記設定された周波数のn倍の周波数のn倍波周期信号を出力し、
前記駆動信号生成部は、前記基本波周期信号と基本波振幅制御値に基づいた基本波駆動信号と、前記n倍波周期信号とn倍波振幅制御値に基づいたn倍波駆動信号を生成し、
前記駆動部は、前記基本波駆動信号と前記n倍波駆動信号に基づき前記振動系に駆動力を供給し、
前記揺動振幅検出部は、前記基本波駆動信号又は/及びn倍波駆動信号に対応する前記振動系の揺動振幅を検出し、
目標揺動振幅と前記揺動振幅検出部で検出した揺動振幅との差と基本波制御ループ利得又は/及びn倍波制御ループ利得に基づき前記基本波振幅制御値又は/及びn倍波振幅制御値を制御する制御ループを実行し、
前記可変利得部は、前記制御ループの基本波制御ループ利得又は/及びn倍波制御ループ利得を調整し、
前記振動系の前記基本波駆動信号又は/及びn倍波駆動信号に対応する揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における前記基本波振幅制御値又は/及びn倍波振幅制御値に基づき、前記可変利得部の基本波制御ループ利得又は/及びn倍波制御ループ利得が設定されることを特徴とする揺動体装置。
【請求項８】
請求項1から7のいずれか1項に記載の揺動体装置を有し、
少なくとも1つの前記揺動体に光偏向素子が配置され、前記光偏向素子に入射する光ビームを偏向することを特徴とする光偏向装置。
【請求項９】
請求項8に記載の光偏向装置と、光源と、光照射対象物と、を有し、前記光源からの光ビームを前記光偏向素子により偏向し、前記光ビームの少なくとも一部を前記光照射対象物に照射することを特徴とする光学機器。
【請求項１０】
揺動体と弾性支持部とを有し構成される振動系と、駆動信号に基づき前記振動系に駆動力を供給する駆動部とを有する揺動体装置の振動系の駆動方法であって、
目標揺動振幅と検出される前記揺動体の揺動振幅との差に利得を乗じた誤差指令値に基づき振幅制御値を制御して、該制御された振幅制御値と設定された周波数の周期信号とに基づき前記駆動信号を生成する制御ループを実行するステップと、
前記揺動体の揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における前記振幅制御値に基づき、前記制御ループの利得を調整するステップと、
を含むことを特徴とする駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動可能に支持された揺動体を有する揺動体装置に関連する技術に関する。より詳しくは、揺動体装置、それを用いる光偏向装置、揺動体装置の制御ループ利得を調整する駆動方法などに関する。この光偏向装置は、走査型ディスプレイやレーザビームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置を含む光学機器に好適に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
従来提案されている共振型光偏向装置は、ポリゴンミラー等の回転多面鏡を使用した光走査光学系に比べて、次の様な特徴を備える。すなわち、光偏向装置を大幅に小型化することが可能であり、消費電力が少なく、ミラー面の面倒れが理論的に存在しない。一方、共振型光偏向装置は、ミラーの慣性モーメントが小さいため、空気などの外乱によりミラーの揺動振幅が安定しにくい。そこで、これを解決する方法が提案されている（特許文献1参照）。
【０００３】
特許文献1の技術では、振動系の揺動体で偏向・走査される走査ビームの位置検出を行う検出手段、若しくは揺動体の変位角を検出する検出手段により、走査ビームが所定走査位置に来る時間又は揺動体が所定変位角になる時間を測定する。そして、その時間が基準の時間と等しくなる様に揺動体の振動運動を制御している。
【０００４】
また、光偏向器の反射ミラーの振れ角（変位角）およびそのピーク値を検出し、これらに基づいて光偏向器の駆動信号を制御する提案がある（特許文献2参照）。具体的には、ＰＩＤ演算回路を構成する微分回路の可変抵抗素子を調整し、共振型光偏向器の反射ミラーの振幅やその振動状態を最適な状態に調整している。
【０００５】
また、複数のねじりバネと複数の可動子からなる振動系が、分離した複数の固有振動モードを有するマイクロ揺動体も提案されている（特許文献3参照）。このマイクロ揺動体では、前記固有振動モードの中に、基準周波数の固有振動モードである基準振動モードと、基準周波数の略偶数倍の周波数の固有振動モードである偶数倍振動モードが存在する。ここでは、これらの振動モードでマイクロ揺動体を振動させることで、鋸波駆動などを実現している。
【特許文献１】特開平5-45603号公報
【特許文献２】特許第3414416号公報
【特許文献３】特開2005-208578号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、共振型光偏向装置は、その振動系の駆動感度（後述する振幅制御値の変化量に対する揺動体の揺動振幅の変化量の割合）が、共振周波数と駆動周波数のズレや、振動系及び駆動部の製造バラツキにより大幅に異なる。このような駆動感度の大幅な相違に対しては、固定の制御ループ利得の制御回路による制御では十分に対処することが容易ではない。
【０００７】
特に、特許文献3に開示される様な複数の揺動体を有する共振型光偏向装置では、製造バラツキなどで振動系の複数の共振周波数が必ずしも整数比とはならないため、共振周波数と駆動周波数を一致させるのが容易ではない。このため、駆動感度のバラツキはより顕著となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題に鑑み、本発明の揺動体装置は次の特徴を有する。揺動体装置は、揺動体と弾性支持部とを有し構成される振動系と、駆動信号に基づき前記振動系に駆動力を供給する駆動部と、設定された周波数の周期信号を生成する波形生成部を有する。更に、前記周期信号と振幅制御値に基づき駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記揺動体の揺動振幅を検出する揺動振幅検出部を有する。揺動体装置は、目標揺動振幅と前記揺動振幅検出部で検出した揺動振幅との差と利得に基づき前記振幅制御値を制御する制御ループを実行する。そして、揺動体装置は、前記制御ループの利得を調整する可変利得部を備え、前記揺動体の揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における前記振幅制御値に基づき、前記可変利得部の利得が設定される。
【０００９】
また、上記課題に鑑み、本発明の光偏向装置は、前記揺動体装置を有し、少なくとも1つの前記揺動体に光偏向素子が配置され、前記光偏向素子に入射する光ビームを偏向する。
【００１０】
また、上記課題に鑑み、本発明の光学機器は、前記光偏向装置と光源と光照射対象物を有し、光源からの光ビームを前記光偏向素子により偏向し、前記光ビームの少なくとも一部を前記光照射対象物に照射する。
【００１１】
また、上記課題に鑑み、本発明の駆動方法は、揺動体と弾性支持部とを有し構成される振動系と、駆動信号に基づき前記振動系に駆動力を供給する駆動部とを有する揺動体装置の振動系の駆動方法であって、次のステップを含む。
目標揺動振幅と検出される前記揺動体の揺動振幅との差に利得を乗じた誤差指令値に基づき振幅制御値を制御して、該制御された振幅制御値と設定された周波数の周期信号とに基づき前記駆動信号を生成する制御ループを実行するステップ。
前記揺動体の揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における前記振幅制御値に基づき、前記制御ループの利得を調整するステップ。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上記の如く制御ループの利得を調整するので、駆動感度に大きな相違がある様な場合でも、同一の制御部で適切に制御ループ利得を設定でき、安定した振動系の駆動を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の揺動体装置、駆動方法などにおいて重要なことは、次のことである。すなわち、目標揺動振幅と検出される揺動体の揺動振幅との差と利得に基づき振幅制御値を制御する制御ループにおいて、揺動体の揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における振幅制御値に基づき前記利得を調整することである。この考え方に基づき、本発明による揺動体装置の基本的な実施形態は、振動系と駆動部と波形生成部と駆動信号生成部と揺動振幅検出部を有する。振動系は、揺動体と弾性支持部とを有し構成される。駆動部は、駆動信号に基づき前記振動系に駆動力を供給する。波形生成部は、設定された周波数の周期信号を生成する。駆動信号生成部は、前記周期信号と振幅制御値に基づき駆動信号を生成する。揺動振幅検出部は、前記揺動体の揺動振幅を検出する。また、目標揺動振幅と前記揺動振幅検出部で検出した揺動振幅との差と利得に基づき前記振幅制御値を制御する制御ループを実行する。例えば、目標揺動振幅と検出される前記揺動体の揺動振幅との差に利得を乗じた誤差指令値に基づき振幅制御値を制御する。そして、揺動体装置は、更に、前記制御ループの利得を調整する可変利得部を備え、前記揺動体の揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における前記振幅制御値に基づき、前記可変利得部の利得が設定される。
【００１４】
前記基本構成において、例えば、前記制御ループを実行している状態において、目標揺動振幅と揺動振幅検出部で検出した揺動振幅の差が所定範囲内になった状態における振幅制御値に基づき、可変利得部の利得が設定される。
【００１５】
また、後述の第1の実施形態の様に、次の様に構成することができる。すなわち、前記振幅制御値を記憶する制御値記憶部が設けられ、第1のタイミングで揺動体の揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における振幅制御値が制御値記憶部に記憶される。第2のタイミングで制御値記憶部に記憶された振幅制御値に基づき前記可変利得部の利得が設定される。
【００１６】
また、後述の第2の実施形態の様に、次の様に構成することもできる。すなわち、可変利得部へ設定する利得を記憶する利得記憶部が設けられ、第1のタイミングで揺動体の揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における振幅制御値に基づき前記可変利得部の利得が求められ、該利得が利得記憶部に記憶される。そして、第2のタイミングで利得記憶部に記憶された利得が可変利得部へ設定される。
【００１７】
また、後述の第3の実施形態の様に、次の様に構成することもできる。すなわち、前記振幅制御値の高域変動を抑圧するフィルタ部が設けられ、フィルタ部の出力に基づき前記可変利得部へ利得が逐次設定される。
【００１８】
ここにおいて、例えば、前記目標揺動振幅を得るのに必要な振幅制御値と、各振幅制御値において目標制御帯域を得るのに必要となる前記可変利得部の利得により、前記振幅制御値から、前記可変利得部に設定される利得への変換式が定められる。すなわち、図5で説明する様に、前記振幅制御値に対する揺動体の揺動振幅の感度と前記制御ループの目標制御帯域により、変換式が定められる。
【００１９】
また、後述の第4の実施形態の様に、次の様に構成することもできる。すなわち、前記振動系は、複数の揺動体と複数の弾性支持部を有し、その共振周波数は、第1共振周波数と、第1共振周波数の略n倍の第2共振周波数を持つ（nは2以上の整数）。前記波形生成部は、設定された周波数の基本波周期信号、及び前記設定された周波数のn倍の周波数のn倍波周期信号を出力する。前記駆動信号生成部は、前記基本波周期信号と基本波振幅制御値に基づいた基本波駆動信号と、前記n倍波周期信号とn倍波振幅制御値に基づいたn倍波駆動信号を生成する。前記駆動部は、前記基本波駆動信号と前記n倍波駆動信号に基づき振動系に駆動力を供給する。前記揺動振幅検出部は、前記基本波駆動信号又は/及びn倍波駆動信号に対応する振動系の揺動振幅を検出する。ここで、目標揺動振幅と前記揺動振幅検出部で検出した揺動振幅との差と基本波制御ループ利得又は/及びn倍波制御ループ利得に基づき前記基本波振幅制御値又は/及びn倍波振幅制御値を制御する制御ループが実行される。そして、前記可変利得部は、前記制御ループの基本波制御ループ利得又は/及びn倍波制御ループ利得を調整する。更に、前記振動系の基本波駆動信号又は/及びn倍波駆動信号に対応する揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における基本波振幅制御値又は/及びn倍波振幅制御値に基づき、可変利得部の基本波制御ループ利得又は/及びn倍波制御ループ利得が設定される。
【００２０】
また、揺動体と弾性支持部とを有し構成される振動系と、駆動信号に基づき前記振動系に駆動力を供給する駆動部とを有する揺動体装置の振動系の本発明による駆動方法の基本的な実施形態は次のステップを含む。第1のステップでは、目標揺動振幅と検出される揺動体の揺動振幅との差に利得を乗じた誤差指令値に基づき振幅制御値を制御して、該制御された振幅制御値と設定された周波数の周期信号とに基づき駆動信号を生成する制御ループを実行する。第2のステップでは、前記揺動体の揺動振幅が略目標揺動振幅となる状態における前記振幅制御値に基づき、前記制御ループの利得を調整する。
【００２１】
前記揺動体装置を用い、少なくとも1つの前記揺動体に光偏向素子を配置し、光偏向素子に入射する光ビームを偏向することで光偏向装置を構成することができる。
【００２２】
また、前記光偏向装置を用い、光源と光照射対象物と共に、前記光源からの光ビームを前記光偏向素子により偏向し光ビームの少なくとも一部を前記光照射対象物に照射する光学機器を構成することができる。光学機器の例である画像形成装置では、前記光照射対象物は感光体であり、光源からの光ビームを前記光偏向素子により偏向し、光ビームの少なくとも一部を前記感光体に照射し静電潜像を形成する。
【００２３】
本実施形態によれば、駆動感度に大きな相違がある場合でも、同一の制御部で適切に制御ループ利得を設定でき、安定した振動系の駆動を実現できる。こうして、駆動感度に大きな相違がある場合でも、目標の制御帯域となる様に制御ループ利得を設定することができる。よって、安定した振動系の駆動が行えず、最悪の場合、発振してしまう様な事態を回避できる。
【００２４】
以下、図を用いて本発明の実施形態をより具体的に説明する。
（第1の実施形態）
本発明を光偏向装置に適用した場合の、第1の実施形態の構成図を図1に示す。本実施形態において、光偏向部（光スキャナ）は、1つの揺動体101と弾性支持部であるねじりバネ111とからなる振動系100と、振動系100を支持する支持部121を有する。駆動部120は、駆動信号を受けて、電磁方式、静電方式、圧電方式などによって振動系100に駆動力を供給する。電磁駆動の場合は、例えば揺動体に永久磁石を設け、この永久磁石に磁場を印加するコイルを揺動体の近傍に配置する。或いは、永久磁石とコイルをこれとは逆の配置とする。静電駆動の場合は、揺動体に電極を形成し、該電極との間に静電力を働かせる電極を揺動体の近傍に形成する。圧電駆動の場合は、圧電素子を振動系やその固定支持部に設けて駆動力を供給する。
【００２５】
揺動体101は表面に反射ミラーなどの光偏向素子を有し、光源131からの光ビーム132を反射・偏向して走査する。走査光133は、検出手段である受光素子140を1走査周期の間に2回通過する。制御部150は、走査光133が受光素子140を通過する時間に基づき駆動信号を生成し、この駆動信号を駆動部120に出力する。
【００２６】
図2は、光偏向装置の揺動体101の反射ミラーによる走査光133の偏向角について示す。光スキャナの受光素子140は、光スキャナの最大偏向角より小さい偏向角の走査光133を受光できる位置（走査中心から設置角θBDの位置）に配置される。図2では光スキャナの光路に受光素子140を配置しているが、別途設けた反射ミラーなどによって更に偏向された走査光の光路に受光素子140を配置してもよい。
【００２７】
図1に示す制御部150の詳細な構成と動作について説明する。
揺動振幅検出部151は受光素子140の出力信号を取り込み、走査光133の検出時刻の時間t1、t2を計測する。図3は、光スキャナによる走査光133の偏向角θの時間変化、及び受光素子140の設置位置の設置角θBDを走査光133が通過する時刻に係る前記時間t1、t2を示す。t1とt2の判別法は、検出時刻の時間が駆動信号の半周期以下となる方をt1、もう一方をt2として判別する。このときの、t1が揺動体101の揺動振幅に値する。すなわち、t1と揺動振幅は所定の関係でもって対応していて等価に扱うことができる。従って、本明細書では、目標時間と目標揺動振幅は等価な意味で用いている。走査光133の偏向角θの時間変化は、揺動体101が或る周波数で振動している振動状態に対応している。
【００２８】
可変利得部153は、設定されている利得Gvを、目標揺動振幅になるときの検出時刻である目標時間152と検出時間t1との差Δt1に乗じた誤差指令値を駆動制御部154に出力する。駆動制御部154は、誤差指令値に基づき振幅補正値を制御する。一方、波形生成器156は、設定された周波数の周期信号160を生成する。駆動信号生成部157は、前記振幅補正値に初期振幅値155を加算した振幅制御値161と前記周期信号160とに基づき駆動信号を生成し、これを駆動部120に供給する。典型的には、振幅制御値161に比例した振幅と周期信号160の周期に比例した周期を持つ駆動信号を生成する。ここでは、揺動振幅検出部151の出力に基づいて駆動信号の1つの振幅と1つの周波数（周期）を決めればよいので、検出手段は、上述した様に、1つの受光素子140を設けて時間t1、t2を計測できる構成で済む。
【００２９】
制御値記憶部158は所定走査分の振幅制御値161を記憶し、記憶した振幅制御値を平均化した記憶振幅制御値162を出力する。利得設定部159は、記憶振幅制御値162に基づき可変利得部153の利得GvAを設定する。
【００３０】
図4は、本実施形態における制御ループの利得の設定動作のフローを示す。これに沿って、定常駆動に移るまでに実行される利得の設定動作を説明する。駆動開始時、初期振幅値155と波形生成器156より出力される周期信号160とに基づいた駆動信号で駆動を開始する。このときの初期振幅値155としては、走査光133が受光素子140で検出できる値を設定する。また、波形生成器156に設定する周波数は、製造時の共振周波数や前回駆動時の駆動周波数などに基づいた周波数を設定する。例えば、製造時の共振周波数や前回駆動時の駆動周波数をそのまま用いてもよいし、その時の温度を考慮して（一般に温度が上がれば共振周波数は低下する）設定してもよい。この設定は、装置側で自動的に行ってもよいし、使用者が手動で行ってもよい。
【００３１】
駆動制御部154は、受光素子140で走査光（光ビーム）133が検出され、誤差指令値が得られたら駆動制御を開始する。このとき、発振してしまわない様に、可変利得部153の利得Gvは最適な利得よりも小さい値を設定しておくことが望ましい。例えば、最適な利得が小さい光偏向装置における利得の半分程度に設定する。
【００３２】
制御値記憶部158は、目標揺動振幅（目標時間）と揺動振幅検出部151で検出する揺動振幅（検出時間）との差が所定範囲内に入る目標制御帯域になったら、振幅制御値161の記憶を開始する。この差は、例えば、目標揺動振幅の±1％程度以内である。制御値記憶部158は、振幅制御値161を所定走査分記憶したら、その平均値162を利得設定部159に出力する。このとき記憶する所定走査は、50〜200走査が望ましいが、必ずしも複数走査分の振幅制御値の平均化を行う必要はなく、1走査分の振幅制御値のみを記憶しその値を出力してもよい。
【００３３】
本実施形態では、利得設定部159は、制御値記憶部158より出力された振幅制御値Aを得たら、振幅制御値Aに基づき次の式(1)により利得GvAを求め、可変利得部153の利得へ設定する。
GvA=KA×A+SA            (1)
【００３４】
上記式(1)の係数KA及び切片SAは、事前に駆動感度が異なる幾つかの光偏向装置の測定により求めることが出来る。具体的には、図5に示す様に、駆動感度が異なる幾つかの光偏向装置において、目標揺動振幅を得るのに必要な振幅制御値Aと、各振幅制御値において目標制御帯域を得るのに必要となる可変利得部153の利得とを測定する。この測定結果より、破線で示すような近似直線を求める。この求めた近似直線を表す式が上記式(1)となる。
【００３５】
本実施形態では、測定を行って近似式を求めたが、必ずしも実際に測定する必要はなく、シミュレーションなどによって近似式を求めてもよい。また、本実施形態では、上記式(1)に一次関数を用いたが、一次関数に限定するものではなく、n次関数やその他の多項式でもよい。また、それらの式と等価なテーブルを参照して、可変利得部153の利得GvAを設定してもよい。
【００３６】
以上、本実施形態では、制御ループ内の利得を調整する可変利得部153を有し、目標揺動振幅と揺動振幅検出部151で検出した揺動振幅との差が所定範囲内となる様に制御されている状態における振幅制御値161を記憶する。そして、利得設定部159が、記憶振幅制御値162に基づき可変利得部153の利得を設定する。
【００３７】
なお、本実施形態では、走査光133と受光素子140を用いて揺動体101の揺動振幅を検出しているが、ピエゾ素子、圧電素子など揺動振幅を検出できる何らかの検出器を用いてもよい。例えば、ピエゾセンサを弾性支持部111に設ける方法や、静電容量センサを用いる方法、磁気センサを用いる方法等で揺動体101の揺動振幅を検出してもよい。
【００３８】
また、本実施形態では、駆動開始時に制御ループの利得の調整を1回行ったが、必ずしも駆動開始時に限るものではなく、例えば、画像形成装置における画像形成中や画像形成の合間などに利得の調整を行ってもよい。
【００３９】
本実施形態によれば、上述した様に利得を調整するので、駆動感度に大きな相違がある場合でも、同一の制御部で適切に制御ループ利得を設定でき、安定した振動系の駆動を実現できる。こうして、駆動感度に大きな相違がある場合でも、目標の制御帯域となる様に制御ループ利得を設定することができる。
【００４０】
（第2の実施形態）
本発明を光偏向装置に適用した場合の、第2の実施形態の構成図を図6に示す。本実施形態の光偏向装置における走査光133の偏向角の変化、受光素子140と揺動振幅検出部151による揺動振幅の検出方法、駆動制御部154の動作などは第1の実施形態で説明した内容と同様である。異なる点は、可変利得部153の利得の設定に関する構成で、以下の様に異なる。第1の実施形態の駆動制御では、目標揺動振幅と揺動振幅検出部151で検出した揺動振幅との差が所定範囲内になった状態において制御値記憶部158に記憶された振幅制御値に基づいて可変利得部153の利得を設定する。それに対して、本実施形態では、振幅制御値161に基づき利得設定部159で可変利得部153の利得を求め、それを利得記憶部170に記憶し、記憶した利得を可変利得部153に設定する。
【００４１】
図7に、本実施形態における制御ループの利得設定動作のフローを示す。これに沿って、定常駆動に移るまでの利得の設定動作を説明する。駆動開始時、初期振幅値155と波形生成器156より出力される周期信号160とに基づいた駆動信号で駆動を開始する。このときの初期振幅値155は、走査光133が受光素子140で検出できる値を設定する。また、波形生成器156に設定する周波数は、製造時の共振周波数や前回駆動時の駆動周波数などに基づいた周波数を設定する。駆動制御部154は、受光素子140で走査光133が検出され、誤差指令値が得られたら駆動制御を行う。このとき、発振してしまわない様に、可変利得部153の利得Gvは低く設定しておく。
【００４２】
利得設定部159は、振幅制御値161より上記式(1)に基づき利得GvAを求める。利得記憶部170は、目標揺動振幅と揺動振幅検出部151で検出した揺動振幅との差が所定範囲内になったら、利得Gvの記憶を開始する。利得記憶部170は、利得GvAを所定走査分記憶し終わったら、その平均値を可変利得部153に設定する。このとき、必ずしも複数走査分の利得の平均化を行う必要はなく、1走査分の利得のみを記憶しその値を出力してもかまわない。
【００４３】
本実施形態においても第1実施形態と同様に、利得の求め方は、上記式(1)に限定されるものではなく、その他の近似式や多項式、或いはそれらと等価なテーブルに基づき、利得GvAを求めてもよい。
【００４４】
以上、本実施形態では、制御ループ内の利得を調整する可変利得部153を有し、目標揺動振幅と揺動振幅検出部151で検出した揺動振幅との差が所定範囲内となる様に制御されている状態における振幅制御値161に基づき可変利得部153の利得を求める。そして、求めた利得を利得記憶部170に記憶し、可変利得部153の利得を設定する。その他の点は、第1の実施形態と同様である。
【００４５】
（第3の実施形態）
本発明を光偏向装置に適用した場合の、第3の実施形態の構成を図8に示す。本実施形態の光偏向装置における走査光133の偏向角の変化、受光素子140と揺動振幅検出部151による揺動振幅の検出方法、駆動制御部154の動作などは第1の実施形態で説明した内容と同様である。異なる点は、可変利得部153の利得の設定に関する構成で、以下の様に異なる。第1の実施形態の駆動制御では、制御値記憶部158に記憶した振幅制御値162に基づいて可変利得部153の利得を設定する。それに対して、本実施形態では、振幅制御値161の高域変動を抑圧するフィルタ部171より出力されるフィルタ出力164に基づき可変利得部153の利得GvAを設定する。
【００４６】
本実施形態における制御ループ内の利得の設定動作を説明する。駆動開始時、初期振幅値155と波形生成器156より出力される周期信号160とに基づいた駆動信号で駆動を開始する。このときの初期振幅値155は、走査光133が受光素子140で検出できる値を設定する。また、波形生成器156に設定する周波数は、製造時の共振周波数や前回駆動時の駆動周波数などに基づいた周波数を設定する。駆動制御部154は、受光素子140で走査光133が検出され、誤差指令値が得られたら駆動制御を行う。ここでも、発振してしまわない様に、可変利得部153の利得Gvは低く設定しておく。
【００４７】
フィルタ部171は、目標揺動振幅と揺動振幅検出部151で検出した揺動振幅との差が所定範囲内になったら、振幅制御値161の高域変動の抑圧を開始し、振幅制御値161の高域変動を抑圧したフィルタ出力164を出力する。このときのフィルタ部171のカットオフ周波数は、適当に安定したフィルタ出力164が得られる様に、波形生成器156に設定している周波数の10分の1以下が望ましい。利得設定部159は、フィルタ部171から出力されたフィルタ出力164より、上記式(1)に基づき利得GvAを求め、これを可変利得部153の利得へ設定する。
【００４８】
本実施形態においても第1実施形態と同様に、利得の求め方は、上記式(1)に限定されるものではなく、その他の近似式や多項式、或いはそれらと等価なテーブルに基づき、利得GvAを求めてもよい。
【００４９】
また、本実施形態においては、フィルタ部171によって高域変動を抑圧した振幅制御値を利得設定部159に出力している。これを変形して、図9に示す様に、振幅制御値161に基づき利得設定部159で設定された利得の高域変動をフィルタ部171によって抑圧する構成としてもよい。その他の点は、第1の実施形態と同様である。
【００５０】
（第4の実施形態）
本発明を光偏向装置に適用した場合の、第4の実施形態の構成を図10に示す。本実施形態において、光偏向部（光スキャナ）は、第1の揺動体101、第2の揺動体102、第1のねじりバネ111、第2のねじりバネ112を少なくとも有する振動系100と、振動系100を支持する支持部121とを有する。弾性支持部である第1のねじりバネ111は第1の揺動体101と第2の揺動体102とを接続している。弾性支持部である第2のねじりバネ112は、第1のねじりバネ111のねじり軸と共通するねじり軸を有する様に第2の揺動体102に接続されている。本実施形態の振動系100は、2つの揺動体と2つのねじりバネとを少なくとも有すればよく、図10に示す様に振動系を3つ以上の揺動体101、102、103と3つ以上のねじりバネ111、112、113で構成してもよい。
【００５１】
本実施形態では、第1の揺動体101は表面に反射ミラーを有し、光源131からの光ビーム132を走査する。駆動部120の機能、制御部150の動作などは、基本的に上記第1の実施形態と同様である。異なる点は、制御部150の駆動制御部184、194、初期振幅値185、195、可変利得部183、193、制御値記憶部188、198、利得設定部189、199を基本波及びn倍波の制御ループに各々有することである。また、目標時間152に、基本波で励起される第1の揺動体101の第1の振動運動の目標時間と、n倍波で励起される第1の揺動体101の第2の振動運動の目標時間がある点でも異なる。そして、2つの受光素子141、142で計測される検出時間から揺動振幅検出部151は、基本波及びn倍波で励起される第1及び第2の振動運動に対応する揺動振幅に係る時間を検知する。こうして、基本波及びn倍波の可変利得部183、193は、夫々、設定されている利得を、これらの時間と目標時間との差に乗じて得る誤差指令値を基本波及びn倍波の駆動制御部184、194に出力する。これ以降の制御動作は、夫々、第1の実施形態で述べた様に、第1及び第2の振動運動について行われる。また、本実施形態では、波形生成部156は、上記基本波及びn倍波に関する差に基づき、走査光が所定の軌跡を描く様に基本波とn倍波の周期信号の位相差を調整する。
【００５２】
図11に、本実施形態による光偏向装置の第1の揺動体101の反射ミラーによる走査光133の偏向角について示す。光スキャナは第1及び第2の受光素子141、142を有し、夫々、光スキャナの最大偏向角より小さい偏向角の走査光133を受光できる位置（設置角θBD1及び設置角θBD2の位置）に配置される。ここでも、図11では光スキャナの光路に第1及び第2の受光素子141、142を配置しているが、別途設けた反射ミラーなどによって更に偏向された走査光の光路に第1及び第2の受光素子141、142を配置してもよい。ここでは、揺動振幅検出部151の出力に基づき駆動信号の基本波とn倍波の成分の2つの振幅と位相差を決める必要があるので、2つの受光素子141、142を設けて上記第1の実施形態で得た検出時間より多い数の検出時間を計測する。
【００５３】
本実施形態では、振動系100は、上述した様に、基本周波数である基本波で励起される第1の振動運動と、基本周波数の略整数倍の周波数であるn倍波で励起される第2の振動運動とを同時に発生可能な構成となっている。つまり、本実施形態の光偏向装置の走査光133の偏向角θは、次の様になる。第1の振動運動の振幅、周波数（角周波数）、位相を夫々B1、ω1、φ1、第2の振動運動の振幅、周波数（角周波数）、位相を夫々B2、ω2、φ2、適当な時間を原点ないし基準時間としたときの時間をtとしたとき、次の式（2）の様に表現できる。第1の揺動体101の振動状態と走査光133の偏向角θは1対1に対応しているので、第1の揺動体101の振動状態もこの式で実質的に表現される。尚、本実施形態において略整数倍とは、基本波の共振周波数をf1（=ω1/2π）、n倍波の共振周波数をf2（=ω2/2π）とした場合、0.98N≦f2/f1≦1.02N（Nは2以上の整数）の関係を満たす場合をいう。
θ(t)=B1sin(ω1t+φ1)+B2sin(ω2t+φ2)    （2）
【００５４】
こうした第1の揺動体101の振動状態を実現するために、本実施形態に係る2つの固有振動モードを有する揺動体装置の駆動信号は、第1の揺動体101が2つの正弦波の項を含む上記の如き数式で表される振動となる様に振動系100を駆動する。この駆動信号は、第1の揺動体101をこの様な振動状態とする信号であればどの様な信号でもよい。例えば、基本波とn倍波の正弦波を合成した駆動信号でもよいし、また、パルス状の駆動信号でもよい。この場合、各正弦波の振幅と位相を調整することで所望の駆動信号を得ることができる。また、パルス状の信号を用いて駆動する場合は、パルスの数、間隔、幅などを時間的に変化させることで所望の駆動信号を生成することができる。これは、正弦波を合成した駆動信号を所定の変換原理に従って処理することで生成される。駆動信号では、駆動信号の基本波の駆動周波数を決めれば、駆動信号のn倍波の駆動周波数は基本波の駆動周波数をn倍して自動的に決まる。従って、上述した様に、駆動信号の2つの振幅と位相差を決めればよいことになって、第1及び第2の受光素子141、142を配置している。
【００５５】
本実施形態における制御ループの利得の設定動作を説明する。駆動開始時、基本波初期振幅値185及びn倍波初期振幅値195と波形生成器156より出力される基本波周期信号及びn倍波周期信号とに基づき、駆動信号で駆動を開始する。駆動信号は、夫々基本波及びn倍波の駆動信号生成部187、197で生成される成分が合成された信号である。
【００５６】
基本波駆動制御部184及びn倍波駆動制御部194は、第1の実施形態同様に受光素子141、142で走査光133が検出され、基本波誤差指令値及びn倍波誤差指令値が得られたら、駆動制御を行う。基本波又はn倍波の制御値記憶部188、198は、第1又は第2の振動運動の目標揺動振幅と揺動振幅検出部で検出した第1又は第2の振動運動の揺動振幅との差が所定範囲内になったら、基本波又はn倍波の振幅制御値の記憶を開始する。基本波又はn倍波の制御値記憶部188、198は、基本波又はn倍波の振幅制御値186、196を所定走査分記憶したら、その平均値を基本波又はn倍波の利得設定部189、199に出力する。第1の実施形態同様に、必ずしも複数走査分の振幅制御値の平均化を行う必要はない。
【００５７】
基本波利得設定部189は、基本波制御値記憶部188より出力された基本波振幅制御値B1を得たら、次の式(3)より基本波利得GvB1を求め、基本波可変利得部183の利得へ設定する。n倍波利得設定部199は、n倍波制御値記憶部189より出力されたn倍波振幅制御値B2を得たら、次の式(4)よりn倍波利得GvB2を求め、n倍波可変利得部193の利得へ設定する。
GvB1=KB1×B1+SB1         (3)
GvB2=KB2×B2+SB2         (4)
【００５８】
上記式(3)、(4)の係数KB1、KB2及び切片SB1、SB2は第1の実施形態同様に、事前に駆動感度が異なる幾つかの光偏向装置の測定により求めることが出来る。本実施形態でも、上記式(3)、(4)に一次関数を用いたが、一次関数に限定されるものではなく、n次関数やその他の多項式でもよい。また、それらの式と等価なテーブルを参照して基本波可変利得部183の基本波利得GvB1又はn倍波可変利得部193のn倍波利得GvB2を設定してもよい。
【００５９】
また、本実施形態では基本波可変利得部183及びn倍波可変利得部193の双方とも利得を設定する構成としているが、どちらか一方のみを可変に設定する構成でもよい。例えば、駆動周波数を共振周波数に略合わせた振動運動の駆動制御の方は、利得を調整しない構成としてもよい。
【００６０】
また、第2の実施形態と同様に、振幅制御値に基づき利得設定部が出力した値を利得記憶部で記憶し、可変利得部の利得に設定する構成でもよい。また、第3の実施形態と同様に、フィルタ部を用いた構成としてもよい。その他の点は、第1の実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第1の実施形態の光偏向装置を示す構成図。
【図２】第1の実施形態の光偏向装置の走査光の偏向角を説明する図。
【図３】光偏向装置の偏向角の時間変化を説明する図。
【図４】第1の実施形態の光偏向装置の動作フローを示す図。
【図５】第1の実施形態の光偏向装置の振幅制御値と設定利得のグラフを示す図。
【図６】本発明の第2の実施形態の光偏向装置を示す構成図。
【図７】第2の実施形態の光偏向装置の動作フローを示す図。
【図８】本発明の第3の実施形態の光偏向装置を示す構成図。
【図９】第3の実施形態の光偏向装置の別構成を示す構成図。
【図１０】本発明の第4の実施形態の光偏向装置を示す構成図。
【図１１】第4の実施形態の光偏向装置の走査光の偏向角を説明する図。
【符号の説明】
【００６２】
100    振動系
101、102、103    揺動体
111、112、113    弾性支持部（ねじりバネ）
120    駆動部
131    光源
133    走査光
140、141、142    検出手段（受光素子）
151    揺動振幅検出部
152    目標揺動振幅（目標時間）
153、183、193    可変利得部（基本波可変利得部、n倍波可変利得部）
154、184、194    駆動制御部（基本波駆動制御部、n倍波駆動制御部）
155、185、195    初期振幅値（基本波初期振幅値、n倍波初期振幅値）
156    波形生成部（波形生成器）
157、187、197    駆動信号生成部（基本波駆動信号生成部、n倍波駆動信号生成部）
161、186、196    振幅制御値（基本波振幅制御値、n倍波振幅制御値）
160    周期信号
162    記憶振幅制御値
164    フィルタ出力
【図１】
2010048928.tif 000003
【図２】
2010048928.tif 000004
【図３】
2010048928.tif 000005
【図４】
2010048928.tif 000006
【図５】
2010048928.tif 000007
【図６】
2010048928.tif 000008
【図７】
2010048928.tif 000009
【図８】
2010048928.tif 000010
【図９】
2010048928.tif 000011
【図１０】
2010048928.tif 000012
【図１１】
2010048928.tif 000013