(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを反射させる反射面を有する可動部を梁の廻りに捩り振動可能に支持し、入力される制御信号による静電気力により前記可動部を前記梁の廻りに捩り振動させる走査手段と、
前記走査手段を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記走査手段の前記可動部の捩り状態を検出する状態検出手段と、
前記駆動信号生成手段から出力される前記駆動信号及び前記状態検出手段から出力される捩り状態信号を用いて、前記駆動信号による前記可動部の駆動トルク付与方向に対して前記可動部の捩り進行方向が逆方向となる前記駆動信号の成分を除去した制御信号を生成して、前記制御信号を前記走査手段に出力し、前記走査手段の前記静電気力の発生タイミングを制御する駆動力制御手段と、
前記光ビームを発射する光ビーム照射手段と、
描画する画像のタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、
前記タイミング生成手段で生成された前記タイミング信号に基づき、前記光ビーム照射手段を駆動する光ビーム駆動手段とを備え、
前記駆動信号生成手段は、前記タイミング生成手段で生成する前記タイミング信号に前記駆動信号を同期させ、
前記状態検出手段は、前記捩り状態として前記タイミング信号に対する前記可動部の捩り振動の位相を検出し、
前記駆動力制御手段は、
前記状態検出手段で検出した前記位相を用いて、前記駆動信号生成手段で生成された前記駆動信号の位相を調整する位相制御手段と、
前記位相制御手段で調整した位相を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記位相及び前記位相制御手段で新たに調整する前記位相の差を用いて、前記駆動信号のデューティー比を調整して前記駆動信号による前記可動部の駆動トルク付与方向に対して前記可動部の捩り進行方向が逆方向となる前記駆動信号の成分を除去した前記制御信号を生成する駆動電圧制御手段とを有し、
前記駆動電圧制御手段で生成した前記制御信号で前記走査手段を駆動する光走査装置であって、
前記走査手段を最大振幅で駆動する際に、
前記タイミング生成手段は、前記タイミング信号の周波数を下げ、
前記位相制御手段は、前記タイミング生成手段で生成した前記タイミング信号の立ち上がりが前記可動部の捩り振動よりもずれる位相分だけ、前記駆動信号の位相をシフトすることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記駆動電圧制御手段は、前記デューティー比が５０％より小さい場合に、その大きさに反比例して電圧を増加させることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記走査手段は、
光ビームを反射させる反射面を有する第１可動部の外側に第２可動部を設け、前記第１可動部と前記第２可動部とを弾性を有する第１梁により連結して前記第１可動部を前記第１梁の廻りに捩り振動可能に支持し、また、前記第２可動部の外側に固定部を設け、前記第２可動部と前記固定部とを弾性を有すると共に前記第１梁の長手方向に交差する第２梁により連結して前記第２可動部を前記第２梁の廻りに捩り振動可能に支持し、更に、前記第１可動部と前記第２可動部との間に静電気力を発生させる第１駆動力発生部を設けると共に、前記第２可動部と前記固定部との間に静電気力を発生させる第２駆動力発生部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記走査手段は、
光ビームを反射させる反射面を有する第１可動部の外側に第２可動部を設け、前記第１可動部と前記第２可動部とを弾性を有する第１梁により連結して前記第１可動部を前記第１梁の廻りに捩り振動可能に支持し、また、前記第２可動部の外側に第３可動部を設け、前記第２可動部と前記第３可動部とを弾性を有すると共に前記第１梁の長手方向に交差する第２梁により連結して前記第２可動部を前記第２梁の廻りに捩り振動可能に支持し、更に、前記第３可動部の外側に固定部を設け、前記第３可動部と前記固定部とを弾性を有すると共に前記第１梁及び前記第２梁の長手方向にそれぞれ交差する第３梁により連結して前記第３可動部を捩り振動可能に支持し、かつ、前記第３可動部と前記固定部との間に静電気力を発生させる駆動力発生部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振揺動する可動部に設けた反射面により光源からの光ビームを反射して画像を表示する光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、共振揺動する可動部に設けた反射面により光源からの光ビームを反射して反射光により走査し、画像の表示を行なう光走査装置が知られている。可動部を弾性を有する梁により捩り振動可能に支持して、可動部を共振振動させると、ハードスプリング現象やソフトスプリング現象を示す。
【０００３】
ハードスプリング現象は、図１３（ａ）に示すように、可動部を振動させる駆動周波数を高くしながら可動部の振幅角θを大きくしていくと、共振点近傍で急激に振幅が小さくなる現象である。また、ソフトスプリング現象は、図１３（ｂ）に示すように、可動部を振動させる駆動周波数を低くしながら可動部の振幅角θを大きくしていくと、共振点近傍で急激に振幅が小さくなる現象である。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１にあるように、第１の固定電極を絶縁層を介して第２の固定電極と接合する。駆動信号の周波数と可動部の慣性および梁のばね定数で定まる共振周波数を比較し、駆動周波数が共振周波数より大きい場合には、第１の固定電極に駆動信号を印加して可動電極と第１の固定電極間に作用する静電気力により可動部を振動させ、駆動周波数が共振周波数より小さい場合には、第２の固定電極に駆動信号を印加して可動電極と第２の固定電極間に作用する静電気力により可動部を振動させている。
【０００５】
これにより、図１３（ｃ）に示すように、ハードスプリング現象とソフトスプリング現象との曲線を合わせたものにできるので、共振点近傍を使用しなければ振幅のばらつきを抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２２６１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、こうした従来のものでは、共振点近傍の最大振幅が得られる領域を使用することができず、大きな振幅が得られないという問題があった。
例えば、図１４に示すように、共振周波数よりも高いＡ点の駆動周波数の制御信号Ｖinにより駆動すると、静電気力に応じた駆動トルクが梁の廻りに発生し、可動部が振動する。図１５（ａ）（ｂ）に示すように、可動部の振幅角θの変化に伴う静電気力による駆動トルクの変化を（１）（２）（３）（４）の順に追って説明する。
【０００８】
静電気力により可動部を引き寄せる方向に電圧を印加するので、可動部の振幅角θが頂点を少し過ぎたタイミング（１）では、可動部の進行方向と駆動トルクの方向とが一致し、制御信号Ｖinの静電気力に基づく駆動トルクにより可動部の回転が加速される。可動部の振幅角θが０点を通過した直後のタイミング（２）では、制御信号Ｖinの静電気力に基づく駆動トルクは発生せず、可動部は慣性により同方向に回転を続ける。
【０００９】
可動部の振幅角θが頂点の手前のタイミング（３）では、制御信号Ｖinの静電気力に基づく駆動トルクは発生せず、まだ、可動部は慣性により同方向に回転を続ける。そして、可動部の振幅角θが頂点を通過したタイミング（４）では、可動部の回転方向が逆方向に変わると共に、制御信号Ｖinの静電気力に基づく駆動トルクにより可動部が同方向に加速される。このように、Ａ点では可動部の回転方向と駆動トルクの方向とが一致している。
【００１０】
振幅角θを大きくするために、駆動周波数を下げると、図１４のＢ点では、可動部の振幅角θと駆動トルクとの関係は図１６に示すようになる。図１６（ａ）（ｂ）に示すように、可動部の振幅角θが頂点を少し過ぎたタイミング（１）では、可動部の進行方向と駆動トルクの方向とが一致し、制御信号Ｖinの静電気力に基づく駆動トルクにより可動部の回転が加速される。
【００１１】
しかし、可動部の振幅角θが０点を通過した直後のタイミング（２）では、制御信号Ｖinの静電気力に基づく駆動トルクがまだ作用しており、可動部の慣性による回転方向と駆動トルクの方向とは逆方向となる。
【００１２】
可動部の振幅角θが頂点の手前のタイミング（３）では、制御信号Ｖinの静電気力に基づく駆動トルクは発生せず、可動部は慣性により同方向に回転を続ける。そして、可動部の振幅角θが頂点を通過したタイミング（４）では、可動部の回転方向が逆方向に変わると共に、制御信号Ｖinの静電気力に基づく駆動トルクにより可動部が同方向に加速される。
【００１３】
ソフトスプリング現象を示す振動系（光走査装置）は、このように駆動周波数を下げながら駆動すると、共振点近傍で急激に振幅が低下し、振動が停止する。その際、可動部の振幅角θが０点を通過した後でも、制御信号Ｖinの静電気力に基づく駆動トルクが、可動部の慣性による回転方向と逆方向に作用するため、急激な振幅の低下を招く。
【００１４】
急激な振幅の低下が生じ、振動が停止した後に再駆動するには、駆動周波数をＡ点等の高い周波数に一旦上げてから再び駆動周波数を下げて振幅を大きくする必要があり、最大振幅で駆動させることが困難である。
【００１５】
本発明の課題は、最大振幅の領域を使用することができる光走査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
光ビームを反射させる反射面を有する可動部を梁の廻りに捩り振動可能に支持し、入力される制御信号による静電気力により前記可動部を前記梁の廻りに捩り振動させる走査手段と、前記走査手段を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記走査手段の前記可動部の捩り状態を検出する状態検出手段と、前記駆動信号生成手段から出力される前記駆動信号及び前記状態検出手段から出力される捩り状態信号を用いて、前記駆動信号による前記可動部の駆動トルク付与方向に対して前記可動部の捩り進行方向が逆方向となる前記駆動信号の成分を除去した制御信号を生成して、前記制御信号を前記走査手段に出力し、前記走査手段の前記静電気力の発生タイミングを制御する駆動力制御手段とを備えたことを特徴とする光走査装置がそれである。更に、前記光ビームを発射する光ビーム照射手段と、描画する画像のタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、前記タイミング生成手段で生成された前記タイミング信号に基づき、前記光ビーム照射手段を駆動する光ビーム駆動手段とを備え、前記タイミング生成手段からの前記タイミング信号と前記駆動信号生成手段からの前記駆動信号とを同期させた構成とする。
【００１７】
前記駆動信号生成手段は、前記タイミング生成手段で生成する前記タイミング信号に前
記駆動信号を同期させ、また、前記状態検出手段は前記捩り状態として前記タイミング信号に対する前記可動部の捩り振動の位相を検出し、更に、前記駆動力制御手段は、前記状態検出手段で検出した前記位相を用いて、前記駆動信号生成手段で生成された前記駆動信号の位相を調整する位相制御手段と、前記位相制御手段で調整した位相を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記位相及び前記位相制御手段で新たに調整する前記位相の差を用いて、前記駆動信号のデューティー比を調整して前記駆動信号による前記可動部の駆動トルク付与方向に対して前記可動部の捩り進行方向が逆方向となる前記駆動信号の成分を除去した前記制御信号を生成する駆動電圧制御手段とを有し、前記駆動電圧制御手段で生成した前記制御信号で前記走査手段を駆動する構成とする。そして、前記走査手段を最大振幅で駆動する際に、前記タイミング生成手段は、前記タイミング信号の周波数を下げ、前記位相制御手段は、前記タイミング生成手段で生成した前記タイミング信号の立ち上がりが前記可動部の捩り振動よりもずれる位相分だけ、前記駆動信号の位相をシフトする。なお、前記駆動電圧制御手段は、前記デューティー比が５０％より小さい場合に、その大きさに反比例して電圧を増加させる構成としてもよい。
【００２０】
前記走査手段は、光ビームを反射させる反射面を有する第１可動部の外側に第２可動部を設け、前記第１可動部と前記第２可動部とを弾性を有する第１梁により連結して前記第１可動部を前記第１梁の廻りに捩り振動可能に支持し、また、前記第２可動部の外側に固定部を設け、前記第２可動部と前記固定部とを弾性を有すると共に前記第１梁の長手方向に交差する第２梁により連結して前記第２可動部を前記第２梁の廻りに捩り振動可能に支持し、更に、前記第１可動部と前記第２可動部との間に静電気力を発生させる第１駆動力発生部を設けると共に、前記第２可動部と前記固定部との間に静電気力を発生させる第２駆動力発生部を設けた構成としてもよい。あるいは、前記走査手段は、光ビームを反射させる反射面を有する第１可動部の外側に第２可動部を設け、前記第１可動部と前記第２可動部とを弾性を有する第１梁により連結して前記第１可動部を前記第１梁の廻りに捩り振動可能に支持し、また、前記第２可動部の外側に第３可動部を設け、前記第２可動部と前記第３可動部とを弾性を有すると共に前記第１梁の長手方向に交差する第２梁により連結して前記第２可動部を前記第２梁の廻りに捩り振動可能に支持し、更に、前記第３可動部の外側に固定部を設け、前記第３可動部と前記固定部とを弾性を有すると共に前記第１梁及び前記第２梁の長手方向にそれぞれ交差する第３梁により連結して前記第３可動部を捩り振動可能に支持し、かつ、前記第３可動部と前記固定部との間に静電気力を発生させる駆動力発生部を設けた構成としてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の光走査装置は、周波数を下げた際、走査手段の可動部の振幅角が０を通過しても、静電気力による駆動トルクが逆方向に加わらないので、周波数を調整して最大振幅で駆動することが容易で、最大振幅の領域を使用することができると共に、走査手段の振動が停止していなければ、再び周波数を上げることで元の振幅に戻すことができ、環境温度の変化等により、走査手段の共振点がずれた場合でも走査手段が急に停止することを防ぐことができるという効果を奏する。
【００２２】
駆動力制御手段が位相制御手段、駆動電圧制御手段、記憶手段を備えたものでは、タイミング信号と駆動信号とを同期させ、位相の差から静電気力の発生タイミングを容易に制御できる。また、走査手段が２次元方向に光ビームを偏光するものでも静電気力の発生タイミングを容易に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態としての光走査装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態のスキャナの拡大正面図である。
【図３】図２のａａ拡大断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態としての光走査装置の概略構成図である。
【図５】本第１実施形態の各信号波形を示す説明図である。
【図６】本第１実施形態での駆動周波数を下げたときの振幅角と駆動トルクとの関係をを示す説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態としての光走査装置の概略構成図である。
【図８】本第２実施形態の各信号波形を示す説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態としての光走査装置の概略構成図である。
【図１０】本第３実施形態の各信号波形を示す説明図である。
【図１１】本発明の第４実施形態としてのスキャナの拡大正面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態としてのスキャナの拡大正面図である。
【図１３】従来の振幅角と駆動周波数との関係を示す説明図である。
【図１４】従来のソフトスプリング現象時の振幅角と駆動周波数との関係を示す説明図である。
【図１５】従来の共振周波数よりも高い駆動周波数で駆動した際の制御信号と駆動トルクとの関係を示す説明図である。
【図１６】従来の共振周波数近傍の駆動周波数で駆動した際の制御信号と駆動トルクとの関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は走査手段としてのスキャナで、スキャナ１は半導体レーザ等を有する光ビーム照射部２からの光ビームをスクリーンや検出するバーコード等に向けて反射する。スキャナ１は、本実施形態では、図２に示すように、ミラー等の反射面４が設けられた可動部６を備え、可動部６の外周側には四角枠状の固定部８が設けられている。
【００２５】
可動部６と固定部８とは可動部６の上下両側に設けられた一対の梁１０，１２により連結され、可動部６を一対の梁１０，１２により捩り振動可能に支持している。一対の梁１０，１２は同一直線上に配置されており、弾性変形することにより、図２に矢印Ａで示すように、可動部６を一対の梁１０，１２の廻りに捩り振動させて、光ビームを偏向することができるように構成されている。
【００２６】
更に、可動部６と固定部８との間には、駆動力発生部としての一対の櫛歯電極１４，１６が設けられている。一対の櫛歯電極１４，１６は可動部６から固定部８に向かって、一対の梁１０，１２と直交方向に突出された多数の櫛歯部１４ａ，１６ａを備えると共に、固定部８から可動部６に向かって、一対の梁１０，１２と直交方向に突出された多数の櫛歯部１４ｂ，１６ｂを備えている。
【００２７】
可動部６側の多数の櫛歯部１４ａ，１６ａと固定部８側の多数の櫛歯部１４ｂ，１６ｂとは、隙間を空けて交互に配置されており、また、図３に示すように、可動部６側の櫛歯部１４ａ，１６ａは一体の可動電極１８，２０として形成され、固定部８側の櫛歯部１４ｂ，１６ｂは、それぞれ固定電極２２，２４と絶縁膜２６，２７と薄膜電極２８，２９とが順に積層されて形成されている。
【００２８】
可動部６側の櫛歯部１４ａ，１６ａの可動電極１８，２０と、固定部８側の櫛歯部１４ｂ，１６ｂの固定電極２２，２４との間に電圧を印加すると、静電気力により可動部６側の可動電極１８，２０が固定部８側の固定電極２２，２４に引き寄せられて、可動部６が一対の梁１０，１２の廻りに図２の矢印Ａのように捩られる。可動部６を引き寄せる方向に電圧を印加するので、１往復の振動では２回、静電気力が付与される。
【００２９】
また、その際、可動部６側の可動電極１８，２０と固定部８側の薄膜電極２８，２９との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出することにより、可動部６の梁１０，１２廻りの振幅角や位相等の捩り状態を検出することができる。
【００３０】
図１に示すように、可動部６側の可動電極１８，２０と固定部８側の固定電極２２，２４とは、駆動力制御部３０に接続されている。また、可動部６側の可動電極１８，２０と固定部８側の薄膜電極２８，２９とは、状態検出部３２に接続されている。
【００３１】
駆動力制御部３０には駆動信号生成部３４が接続されて、駆動信号生成部３４で生成された駆動信号Ｖd が駆動力制御部３０に出力される。駆動信号生成部３４にはタイミング生成部３６が接続されており、タイミング生成部３６からのタイミング信号ＶT に同期した駆動信号Ｖd を出力する。タイミング生成部３６は図示しないスクリーン等の表示領域へ描画する画像の表示に応じた各画素の表示のタイミング信号ＶT を生成する。
【００３２】
タイミング生成部３６からのタイミング信号ＶT は光ビーム駆動部３８にも出力され、光ビーム駆動部３８はこのタイミング信号ＶT を受けて、光ビーム照射部２を画素毎に駆動制御し、光ビーム照射部２から光ビームをスキャナ１に向けて出射する。
【００３３】
駆動力制御部３０は駆動信号Ｖd に応じて一対の櫛歯電極１４，１６に制御信号Ｖinを出力し、可動部６を一対の梁１０，１２の廻りに揺動する。この捩り振動により、光ビーム照射部２からの光ビームを偏向する。
【００３４】
状態検出部３２は可動部６側の可動電極１８，２０と固定部８側の薄膜電極２８，２９との間の静電容量の変化に基づいて、可動部６の捩り状態を検出する。捩り状態として、可動部６の捩り振動の振幅角θやタイミング信号ＶT に対する可動部６の捩り振動の位相φを検出し、捩り状態信号として駆動力制御部３０に出力する。
【００３５】
第１実施形態（請求項１に対応する実施形態）の駆動力制御部３０は、図４に示すよう
に、位相制御部４０と駆動電圧制御部４２とメモリ４４とを備えている。位相制御部４０には、状態検出部３２から出力される捩り状態信号と、駆動信号生成部３４から出力される駆動信号Ｖd が入力される。位相制御部４０はタイミング信号ＶT と可動部６の振動が同期するように、駆動信号Ｖd をシフトして、駆動電圧制御部４２に出力する。
【００３６】
駆動電圧制御部４２はメモリ４４に記憶された位相φ0 と駆動周波数変更後の新たな位相φとに基づいて、後述する駆動信号Ｖd のデューティー比を算出し、それを制御信号Ｖinとして一対の櫛歯電極１４，１６に出力し、可動電極１８，２０と固定電極２２，２４との間に電圧を印加する。
【００３７】
詳述すると、スキャナ１の起動時には、図５（ａ）に示すように、タイミング生成部３６から駆動信号生成部３４にタイミング信号ＶT が出力され、駆動信号生成部３４はタイミング信号ＶT に同期した駆動信号Ｖd を位相制御部４０に出力する。静電気力により可動部６を引き寄せる方向に電圧を印加する際、１往復の振動では２回、静電気力が付与される。従って、本実施形態では、可動部６の１往復動（１周期＝３６０度）に対して、駆動信号Ｖd は２パルス分（１パルス分の周期＝１８０度）が対応する。
【００３８】
位相制御部４０はその駆動信号Ｖd を駆動電圧制御部４２に出力し、駆動電圧制御部４２は駆動信号Ｖd を制御信号Ｖinとしてスキャナ１に出力する。これにより、制御信号Ｖinに応じた電圧が可動電極１８，２０と固定電極２２，２４との間に印加されて、可動部６が梁１０，１２の廻りに捩り振動する。
【００３９】
状態検出部３２は可動電極１８，２０と薄膜電極２８，２９との間の静電容量の変化に基づいて、可動部６の捩り状態を検出する。捩り状態信号として、タイミング信号ＶT の立ち上がりと振幅角θが負から正に０となる位置との位相φ0 を検出し、位相制御部４０に出力する。位相制御部４０では、検出した位相φ0 に基づいて駆動信号Ｖd をシフトする。メモリ４４は、このときの位相φ0 を記憶する。
【００４０】
図５（ｂ）に示すように、タイミング信号ＶT に対して、スキャナ１の振幅が位相φ0 だけ遅れているときには、駆動信号Ｖd を位相φ0 だけ進める方向にシフトする。シフトした駆動信号Ｖd を制御信号Ｖinとしてスキャナ１に出力する。これにより、タイミング信号ＶT とスキャナ１の振動とが同期する。
【００４１】
図１５（ａ）（ｂ）に示すように、制御信号Ｖinによる静電気力により、可動部６の梁１０，１２の廻りに駆動トルクが発生し、この駆動トルク付与方向と可動部６の捩り進行方向とはどのタイミング（１）〜（４）でも一致する。よって、可動部６が梁１０，１２の廻りに捩り振動を続ける。
【００４２】
一方、光ビーム駆動部３８は、タイミング生成部３６からのタイミング信号ＶT を受けて、光ビーム照射部２を制御し、タイミング信号ＶT に基づいて光ビームをスキャナ１に照射させる。タイミング信号ＶT の立ち上がりと、可動部６の振幅角θが負から正に０となる位置との位相φを合わせることにより、可動部６の捩り振動と光ビームの照射とが同期されて、正常な画像がスクリーン等に描画される。
【００４３】
図５（ｃ）に示すように、振幅を大きくするために、周波数を下げていくと、駆動信号Ｖd とスキャナ１の振幅との位相関係がずれる。前述したのと同様に、状態検出部３２は、タイミング信号ＶT の立ち上がりと振幅角θが負から正に０となる位置との位相φを検出し、位相制御部４０に出力する。位相制御部４０では、タイミング信号ＶT の立ち上がりと、可動部６の振幅角θが０となる位置とを合わせるために、駆動信号Ｖd をシフトする。
【００４４】
周波数を下げて、タイミング信号ＶT の立ち上がりと可動部６の振幅とが位相φだけ正側にずれると、位相制御部４０は、駆動信号Ｖd を位相φ分遅らせるようにシフトする。駆動電圧制御部４２は、メモリ４４に記憶された位相φ0 と今回の新しい位相φとから、下記条件式により駆動信号Ｖd のデューティー比を算出し、算出したデューティー比に応じて駆動信号Ｖd を変化させて制御信号Ｖinをスキャナ１に出力する。算出される制御信号Ｖinは、立ち上がり位置は駆動信号Ｖd と同じタイミングで、立ち下がり位置が算出したデューティー比に応じて変化する。
【００４５】
もし（φ0 −φ）＞９０度ならデューティー比＝５０％
もし（φ0 −φ）＜９０度ならデューティー比＝（（φ0 −φ）／１８０）×１００％
即ち、（φ0 −φ）＞９０度のとき、可動部６の振幅角θが０となる位置では、駆動信号Ｖd は電圧がすでに０であり、可動電極１８，２０と固定電極２２，２４との間に静電気力は作用しない。よって、駆動信号Ｖd のデューティー比（＝５０％）のままで制御信号Ｖinとしてスキャナ１に出力する。
【００４６】
一方、図５（ｄ）に示すように、（φ0 −φ）＜９０度のとき、可動部６の振幅角θが０となる位置では、駆動信号生成部３４からの駆動信号Ｖd のままでは可動電極１８，２０と固定電極２２，２４との間に電圧が印加される。そこで、駆動信号Ｖd のデューティー比が（（φ0 −φ）／１８０）×１００％となるように、制御信号Ｖinを算出する。この制御信号Ｖinをスキャナ１に出力し、制御信号Ｖinの電圧を可動電極１８，２０と固定電極２２，２４との間に印加して静電気力を発生させる。
【００４７】
これにより、振幅角θが負から正に、または正から負に、０となる位置を通過した後に、静電気力によるトルクが加わることはない。また、その際、メモリ４４には位相φ0 から今回の新たな位相φを減算して、位相φ0 （＝φ0 −φ）として記憶する。
【００４８】
図６（ａ）のＡ点に示すように、スキャナ１の共振周波数よりも高い駆動周波数で起動すると、図５（ａ）に示すように、タイミング生成部３６からタイミング信号ＶT が出力され、駆動信号生成部３４はタイミング信号ＶT に同期した駆動信号Ｖd を出力する。位相制御部４０、駆動電圧制御部４２は駆動信号Ｖd を制御信号Ｖinとしてスキャナ１に出力し、可動部６が梁１０，１２の廻りに捩り振動する。図５（ｂ）に示すように、スキャナ１の振幅が位相φ0 だけ遅れているときには、駆動信号Ｖd を位相φ0 だけ進める方向にシフトする。
【００４９】
振幅を大きくするために、周波数を下げて、タイミング信号ＶT の立ち上がりと可動部６の振幅とがずれると、図５（ｃ）に示すように、駆動信号Ｖd をシフトする。その際、図５（ｄ）に示すように、（φ0 −φ）＜９０度のとき、駆動信号Ｖd のデューティー比が（（φ0 −φ）／１８０）×１００％となるように、制御信号Ｖinを算出する。
【００５０】
即ち、駆動信号Ｖd 及び捩り状態としての位相φを用いて、駆動信号Ｖd による可動部６の駆動トルク付与方向に対して可動部６の捩り進行方向が逆方向となる駆動信号Ｖd の成分を除去した制御信号Ｖinを生成して、制御信号Ｖinをスキャナ１に出力し、スキャナ１の静電気力の発生タイミングを制御する。これにより、振幅角θが負から正に、または正から負に、０となる位置を通過するときに、静電気力による駆動トルクが加わることがない。
【００５１】
従って、図１５（ｂ）に示すタイミング（２）の場合と同様、振幅角θが負から正に、または正から負に、０となる位置を通過するときに、可動部６の捩り進行方向と逆方向に、静電気力による可動部６の梁１０，１２廻りの駆動トルクが発生しないため、捩り振動を抑制する力が作用しない。
【００５２】
このような構成にすることにより、図６（ａ）のＥ点よりも駆動周波数を下げた場合でも、スキャナ１の振幅は急激に低下せず、徐々に低下する。図６（ｂ）は図６（ａ）のＦ点でのスキャナ１の過渡応答（時間軸に対する動作）を示す。周波数を下げても、スキャナ１の可動部６の振幅角θが０を通過した後に、静電気力による駆動トルクは加わらない。
【００５３】
従って、スキャナ１の振動が停止していなければ、駆動周波数を上げることでＡ点に戻ることができる。従って、環境温度の変化等により、スキャナ１の共振点がずれた場合でもスキャナ１が急に停止することを防ぐことができる。また、周波数を調整して最大振幅で駆動することが可能である。
【００５４】
次に、前述した第１実施形態と異なる第２実施形態（参考例）の光走査装置について、図７によって説明する。尚、前述した第１実施形態と同じ部材については同一番号を付して詳細な説明を省略する。以下同様。
【００５５】
本第２実施形態では、前述した第１実施形態の駆動力制御部３０が異なり、本第２実施形態の駆動力制御部５０は分周部５２を備え、分周部５２は、図８に示すように、駆動信号生成部３４からの駆動信号Ｖd の周波数を半分にした分周クロックを生成し電圧をシフトして分周信号Ｖp を生成する。
【００５６】
また、駆動力制御部５０は符号判定部５４を備え、符号判定部５４は状態検出部３２からの捩り状態としての振幅角θから振幅角符号信号Ｓθを算出する。振幅角符号信号Ｓθは可動部６の振幅角θが０より正側にあるか、負側にあるかを示すもので、符号が変わるときに振幅角θが０を通過するパルス信号である。
【００５７】
分周部５２は生成した分周信号Ｖp を第１の乗算器５６に出力し、第１の乗算器５６はこの分周信号Ｖp と駆動信号Ｖd とを乗算した第１乗算信号Ｖ1 を算出し、第１乗算信号Ｖ1 を第２の乗算器５８に出力する。
【００５８】
分周信号Ｖp は振幅角符号信号Ｓθと同様、正と負とが交互に表れ、分周信号Ｖp と駆動信号Ｖd とを乗算した第１乗算信号Ｖ1 は、駆動信号Ｖd に対して正と負とが交互に表れるパルス信号となる。
【００５９】
第２の乗算器５８は第１乗算信号Ｖ1 と符号判定部５４からの振幅角符号信号Ｓθとを乗算した第２乗算信号Ｖ2 を算出し、第２乗算信号Ｖ2 を正数判定部５９に出力する。正数判定部５９は、第２乗算信号Ｖ2 から正数成分を算出して、制御信号Ｖinとしてスキャナ１に出力し、制御信号Ｖinの電圧を可動電極１８，２０と固定電極２２，２４との間に印加して静電気力を発生させる。
【００６０】
第１乗算信号Ｖ1 と振幅角符号信号Ｓθとを乗算した第２乗算信号Ｖ2 は、第１乗算信号Ｖ1 と振幅角符号信号Ｓθとの正負が同じときに、正側の成分として算出され、これに対し、第１乗算信号Ｖ1 と振幅角符号信号Ｓθとの正負が逆のときに、負側の成分として算出される。これにより、振幅角θが０を通過するとき、第１乗算信号Ｖ1 の成分が負側の成分として算出される。
【００６１】
第２乗算信号Ｖ2 の正数成分を取り出すことにより、振幅角θが０を通過するときの駆動信号Ｖd の成分を除去し、可動部６の振幅角θが０を通過した後には静電気力を発生させない制御信号Ｖinを算出して、制御信号Ｖinをスキャナ１に出力する。
【００６２】
即ち、駆動信号Ｖd 及び捩り状態としての振幅角θを用いて、駆動信号Ｖd による可動部６の駆動トルク付与方向に対して可動部６の捩り進行方向が逆方向となる駆動信号Ｖd の成分を除去した制御信号Ｖinを生成して、制御信号Ｖinをスキャナ１に出力し、スキャナ１の静電気力の発生タイミングを制御する。これにより前述した第１実施形態と同様に、振幅角θが負から正に、または正から負に、０となる位置を通過した後に、静電気力による駆動トルクが加わることがない。
【００６３】
次に、前述した第１、第２実施形態と異なる第３実施形態（参考例）の光走査装置について、図９によって説明する。
本第３実施形態では、前述した第１、第２実施形態の駆動力制御部３０，５０が異なり、本第３実施形態の駆動力制御部６０は微分器６２を備え、微分器６２は、図１０に示すように、状態検出部３２からの捩り状態としての振幅角θを微分して角速度信号ｄθ／ｄｔを算出する。微分器６２は算出した角速度信号ｄθ／ｄｔを第１の符号判定部６４に出力し、第１の符号判定部６４は角速度信号ｄθ／ｄｔから角速度符号信号Ｓ1 を算出する。角速度符号信号Ｓ1 は可動部６の振幅角θが頂点を通過したか否かを示すもので、符号が変わるときに振幅角θが頂点を通過したことを示すパルス信号である。
【００６４】
また、駆動力制御部６０は第２実施形態の符号判定部５４と同じ第２の符号判定部６５を備え、第２の符号判定部６５は状態検出部３２からの捩り状態としての振幅角θから振幅角符号信号Ｓθを算出する。図１０に示すように、振幅角符号信号Ｓθは可動部６の振幅角θが０より正側にあるか、負側にあるかを示すもので、符号が変わるときに振幅角θが０を通過するパルス信号である。
【００６５】
第１の符号判定部６４は角速度符号信号Ｓ1 を排他的論理和回路６６に出力し、排他的論理和回路６６には第２の符号判定部６５からの振幅角符号信号Ｓθも入力される。排他的論理和回路６６は、振幅角符号信号Ｓθと角速度符号信号Ｓ1 との排他的論理和をとり、振幅角符号信号Ｓθと角速度符号信号Ｓ1 との一方が正で他方が負のときに正とするＸＯＲ信号Ｖ4 を生成する。このＸＯＲ信号Ｖ4 は可動部６の振幅角θが頂点（最下点と最上点）から０までの区間を正とするパルス信号である。
【００６６】
排他的論理和回路６６はＸＯＲ信号Ｖ4 を乗算器６８に出力し、乗算器６８には駆動信号生成部３４からの駆動信号Ｖd も入力される。乗算器６８はＸＯＲ信号Ｖ4 と駆動信号Ｖd とを乗算した制御信号Ｖinを算出し、制御信号Ｖinをスキャナ１に出力し、制御信号Ｖinの電圧を可動電極１８，２０と固定電極２２，２４との間に印加して静電気力を発生させる。
【００６７】
即ち、駆動信号Ｖd 及び捩り状態としての振幅角θを用いて、駆動信号Ｖd による可動部６の駆動トルク付与方向に対して可動部６の捩り進行方向が逆方向となる駆動信号Ｖd の成分を除去した制御信号Ｖinを生成して、制御信号Ｖinをスキャナ１に出力し、スキャナ１の静電気力の発生タイミングを制御する。これにより、前述した第１、第２実施形態と同様に、振幅角θが負から正に、または正から負に、０となる位置を通過した後に、静電気力による駆動トルクが加わることがない。
【００６８】
前述した第１〜第３実施形態では、光ビームを一方向（１次元）に偏向するスキャナ１を例にしたが、スキャナ１は１次元に限らず２次元方向に光ビームを偏向するものでも同様に実施可能である。次に、２次元方向に光ビームを偏向する第４実施形態のスキャナ１００について図１１によって説明する。
【００６９】
第４実施形態（請求項３に対応する実施形態）の２次元方向に光ビームを偏向するスキ
ャナ１００は、図１１に示すように、図示しないミラー等の反射面が設けられた第１可動部１０４を備え、第１可動部１０４の外周側には四角枠状の第２可動部１０６が設けられている。第１可動部１０４と第２可動部１０６とは第１可動部１０４の左右両側に設けられた一対の第１梁１０８，１１０により連結されている。一対の第１梁１０８，１１０は同一直線上に配置されており、弾性変形することにより、図１１に矢印Ｂで示すように、第１可動部１０４を一対の第１梁１０８，１１０の廻りに揺動させて、光ビームを主走査方向に偏向することができるように構成されている。
【００７０】
また、第２可動部１０６の外周側には四角枠状の固定部１１２が設けられており、第２可動部１０６と固定部１１２とは第２可動部１０６の上下両側に設けられた一対の第２梁１１４，１１６により連結されている。一対の第２梁１１４，１１６は同一直線上に配置されており、かつ、一対の第１梁１０８，１１０に直交するように配置されている。一対の第２梁１１４，１１６は、弾性変形することにより、図１１に矢印Ｃで示すように、第２可動部１０６を一対の第２梁１１４，１１６の廻りに揺動させて、光ビームを副走査方向に偏向することができるように構成されている。
【００７１】
更に、第１可動部１０４と第２可動部１０６との間には、第１駆動力発生部としての一対の第１櫛歯電極１１８，１２０が設けられている。一対の第１櫛歯電極１１８，１２０は第１可動部１０４から第２可動部１０６に向かって、一対の第１梁１０８，１１０と直交方向に突出された多数の櫛歯部１１８ａ，１２０ａを備えると共に、第２可動部１０６から第１可動部１０４に向かって、一対の第１梁１０８，１１０と直交方向に突出された多数の櫛歯部１１８ｂ，１２０ｂを備えている。
【００７２】
第１可動部１０４側の多数の櫛歯部１１８ａ，１２０ａと第２可動部１０６側の多数の櫛歯部１１８ｂ，１２０ｂとは、隙間を空けて交互に配置されており、また、前述した実施形態と同様、第１可動部１０４側の櫛歯部１１８ａ，１２０ａは一体の電極として形成され、第２可動部１０６側の櫛歯部１１８ｂ，１２０ｂは、それぞれ電極と絶縁膜と薄膜電極とが順に積層されて形成されている。
【００７３】
第１可動部１０４側の櫛歯部１１８ａ，１２０ａの電極と第２可動部１０６側の櫛歯部１１８ｂ，１２０ｂの電極との間に電圧を印加すると、静電気力により第１可動部１０４側の電極が第２可動部１０６側の電極に引き寄せられて、第１可動部１０４が一対の第１梁１０８，１１０の廻りに揺動する。この第１可動部１０４の揺動により、主走査方向に光ビームを偏向することができる。
【００７４】
また、第１可動部１０４が一対の第１梁１０８，１１０の廻りに揺動した際、第１可動部１０４側の櫛歯部１１８ａ，１２０ａの電極と第２可動部１０６側の櫛歯部１１８ｂ，１２０ｂの薄膜電極との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化により、第１可動部１０４の第１梁１０８，１２０廻りの振幅角や位相等の捩り状態を検出することができる。
【００７５】
第２可動部１０６と固定部１１２との間にも、第２駆動力発生部としての一対の第２櫛歯電極１２２，１２４が設けられている。一対の第２櫛歯電極１２２，１２４は、一対の第１櫛歯電極１１８，１２０と同様の構成で、第２可動部１０６から固定部１１２に向かって、一対の第２梁１１４，１１６と直交方向に突出された多数の櫛歯部１２２ａ，１２４ａを備えると共に、固定部１１２から第２可動部１０６に向かって、一対の第２梁１１４，１１６と直交方向に突出された多数の櫛歯部１２２ｂ，１２４ｂを備えている。
【００７６】
第２可動部１０６側の多数の櫛歯部１２２ａ，１２４ａと固定部１１２側の多数の櫛歯部１２２ｂ，１２４ｂとは、隙間を空けて交互に配置されており、また、前述したのと同様に、第２可動部１０６側の櫛歯部１２２ａ，１２４ａは一体の電極として形成され、櫛歯部１２２ｂ，１２４ｂは、それぞれ電極と絶縁膜と薄膜電極とが順に積層されて形成されている。
【００７７】
第２可動部１０６側の櫛歯部１２２ａ，１２４ａの電極と固定部１１２側の櫛歯部１２２ｂ，１２４ｂの電極との間に電圧を印加すると、静電気力により第２可動部１０６側の電極が固定部１１２側の電極に引き寄せられて、第２可動部１０６が一対の第２梁１１４，１１６の廻りに揺動する。この第２可動部１０６の揺動により、副走査方向に光ビームを偏向することができる。
【００７８】
また、第２可動部１０６が一対の第２梁１１４，１１６の廻りに揺動した際、第２可動部１０６側の櫛歯部１２２ａ，１２４ａの電極と固定部１１２側の櫛歯部１２２ｂ，１２４ｂの薄膜電極との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化により、第２可動部１０６の第２梁１１４，１１６廻りの振幅角や位相等の捩り状態を検出することができる。
【００７９】
第１櫛歯電極１１８，１２０と第２櫛歯電極１２２，１２４にはそれぞれ個別に、前述した第１〜第３実施形態の駆動力制御部３０，５０，６０のいずれかを接続し、第１可動部１０４と第２可動部１０６との揺動を制御すればよい。また、第１可動部１０４側の櫛歯部１１８ａ，１２０ａの電極および第２可動部１０６側の櫛歯部１１８ｂ，１２０ｂの薄膜電極と、第２可動部１０６側の櫛歯部１２２ａ，１２４ａの電極および固定部１１２側の櫛歯部１２２ｂ，１２４ｂの薄膜電極にはそれぞれ個別に、状態検出部３２を接続し、第１可動部１０４の捩り状態と第２可動部１０６の捩り状態をそれぞれ検出すればよい。
【００８０】
次に、第４実施形態と異なる第５実施形態（請求項４に対応する実施形態）のスキャナ２００について図１２によって説明する。
第５実施形態の２次元方向に光ビームを偏向するスキャナ２００は、図１２に示すように、光ビームを反射する反射面２０２が設けられた第１可動部２０４を備え、第１可動部２０４の外側には四角枠状の第２可動部２０６が設けられている。第１可動部２０４と第２可動部２０６とは一対の第１梁２０８，２１０により連結されている。
【００８１】
一対の第１梁２０８，２１０は弾性を有すると共に、一対の第１梁２０８，２１０は同一直線上に配置されており、第１梁２０８，２１０の長手方向の中心線上に第１可動部２０４の重心が配置されて、図１２に矢印Ｄで示すように、第１可動部２０４を第１梁２０８，２１０の廻りに捩り振動可能に支持している。この捩り振動により、反射面２０２で光ビームを反射して主走査方向に偏向することができるように構成されている。
【００８２】
また、第２可動部２０６の外側には四角枠状の第３可動部２１２が設けられている。第２可動部２０６と第３可動部２１２とは一対の第２梁２１４，２１６により連結されている。一対の第２梁２１４，２１６は弾性を有すると共に、同一直線上に配置されている。
【００８３】
第２梁２１４，２１６の長手方向と第１梁２０８，２１０の長手方向とは直交して形成されており、第１梁２０８，２１０の長手方向の中心線と第２梁２１４，２１６の長手方向の中心線との交点上に、第１可動部２０４の重心と第２可動部２０６の重心とが配置されて、図１２に矢印Ｅで示すように、第２可動部２０６を第２梁２１４，２１６の廻りに捩り振動可能に支持している。
【００８４】
この捩り振動により、反射面２０２で光ビームを反射して副走査方向に偏向することができるように構成されている。
更に、第３可動部２１２の外側には四角枠状の固定部２１８が設けられている。第３可動部２１２と固定部２１８とは一対の第３梁２２０，２２２により連結されている。一対の第３梁２２０，２２２は弾性を有すると共に、同一直線上に配置されている。第３梁２２０，２２２の長手方向と第１梁２０８，２１０及び第２梁２１４，２１６の長手方向とはそれぞれ４５度をなすように交差して形成されている。
【００８５】
また、第３梁２２０，２２２の長手方向の中心線は第１梁２０８，２１０の長手方向の中心線と第２梁２１４，２１６の長手方向の中心線との交点を通るように配置されて、図１２に矢印Ｆで示すように、第３可動部２１２を第３梁２２０，２２２の廻りに捩り振動可能に支持している。
【００８６】
第３可動部２１２と固定部２１８との間には、駆動力発生部としての一対の櫛歯電極２２４，２２６が対向して設けられている。一対の櫛歯電極２２４，２２６は第３可動部２１２から固定部２１８に向かって、一対の第３梁２２０，２２２の長手方向と直交方向に突出された多数の櫛歯部２２４ａ，２２６ａを備えると共に、固定部２１８から第３可動部２１２に向かって、一対の第３梁２２０，２２２の長手方向と直交方向に突出された多数の櫛歯部２２４ｂ，２２６ｂを備えている。
【００８７】
第３可動部２１２側の櫛歯部２２４ａ，２２６ａと固定部２１８側の櫛歯部２２４ｂ，２２６ｂとは、隙間を空けて交互に配置されており、また、第３可動部２１２側の櫛歯部２２４ａ，２２６ａは一体の可動電極として形成され、固定部２１８側の櫛歯部２２４ｂ，２２６ｂは固定電極と絶縁膜と薄膜電極とが順に積層されて形成されている。
【００８８】
第３可動部２１２側の可動電極と、固定部２１８側の固定電極との間に電圧を印加すると、静電気力により第３可動部２１２側の可動電極が固定部２１８側の固定電極に引き寄せられて、第３可動部２１２が一対の第３梁２２０，２２２の廻りに図１２の矢印Ｆのように捩られる。
【００８９】
また、その際、第３可動部２１２側の可動電極と第３可動部２１２側の薄膜電極との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化により、第３可動部２１２の第３梁２２０，２２２廻りの振幅角や位相等の捩り状態を検出することができる。
【００９０】
第３可動部２１２側の可動電極と固定部２１８側の固定電極とは、前述した第１〜第３実施形態の駆動力制御部３０，５０，６０のいずれかに接続される。また、第３可動部２１２側の可動電極と固定部２１８側の薄膜電極とは、状態検出部３２に接続される。
【００９１】
第３可動部２１２の捩り振動の成分に、主走査周波数と副走査周波数との成分を含ませれば、主走査周波数の振動成分により、第１可動部２０４が共振して、第１可動部２０４が一対の第１梁２０８，２１０の廻りに大きな振幅で捩り振動する。これにより、反射面２０２に照射された光ビームは主走査方向に偏向される。
【００９２】
また、副走査周波数の振動成分により、第２可動部２０６が共振して、第２可動部２０６が一対の第２梁２１４，２１６の廻りに大きな振幅で捩り振動する。これにより、反射面２０２に照射された光ビームは副走査方向に偏向される。
【００９３】
状態検出部３２により検出される第３梁２２０，２２２廻りの振幅角には、第１可動部２０６の振幅角と第２可動部２１２の振幅角との成分が含まれ、検出される振幅角からそれぞれの振幅角信号を分離する。分離したそれぞれの振幅角信号に基づいて、主走査周波数の駆動信号と副走査周波数の駆動信号とからそれぞれの制御信号を生成して、これらの制御信号を合成した制御信号Ｖinをスキャナ２００に出力すれば、前述した第１〜第３実施形態と同様に制御できる。
【００９４】
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【符号の説明】
【００９５】
１，１００，２００…スキャナ  ２…光ビーム照射部
４，２０２…反射面            ６…可動部
８，１１２，２１８…固定部    １０，１２…梁
１４，１６，２２４，２２６…櫛歯電極
３０，５０，６０…駆動力制御部
３２…状態検出部              ３４…駆動信号生成部
３６…タイミング生成部        ３８…光ビーム駆動部
４０…位相制御部              ４２…駆動電圧制御部
４４…メモリ                  ５２…分周部
５４…符号判定部              ５６…第１の乗算器
５８…第２の乗算器            ５９…正数判定部
６２…微分器                  ６４…第１の符号判定部
６５…第２の符号判定部        ６６…排他的論理和回路
６８…乗算器                  １０４，２０４…第１可動部
１０６，２０６…第２可動部
１０８，１１０，２０８，２１０…第１梁
１１４，１１６，２１４，２１６…第２梁
１１８，１２０…主走査櫛歯電極  １２２，１２４…副走査櫛歯電極
２１２…第３可動部              ２２０，２２２…第３梁
【図１】
0005392106.tif 000002
【図２】
0005392106.tif 000003
【図３】
0005392106.tif 000004
【図４】
0005392106.tif 000005
【図５】
0005392106.tif 000006
【図６】
0005392106.tif 000007
【図７】
0005392106.tif 000008
【図８】
0005392106.tif 000009
【図９】
0005392106.tif 000010
【図１０】
0005392106.tif 000011
【図１１】
0005392106.tif 000012
【図１２】
0005392106.tif 000013
【図１３】
0005392106.tif 000014
【図１４】
0005392106.tif 000015
【図１５】
0005392106.tif 000016
【図１６】
0005392106.tif 000017