(57)【要約】【課題】金属材料を用いた振動ミラーに対して駆動周波数を設定する。【解決手段】振動ミラー１０の減衰振動の振幅を検出コイル１２１によって検出する。制御回路２０４は、減衰振動の振幅が所定の閾値を下回ったとき（または減衰振動の振幅が所定の閾値が実質的に一致したとき）の振動周期に対応した駆動周波数を求める。制御回路２０４は、求めた駆動周波数の駆動振動を生成して出力し、振動ミラー１０を再駆動する。【選択図】図１
2014240893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光走査装置であって、
振動ミラーと、
前記振動ミラーに駆動力を印加する駆動力印加手段と、
前記駆動力印加手段を停止させて、前記振動ミラーに減衰振動を開始させる制御手段と、
前記振動ミラーの減衰振動の振幅が所定の閾値を下回ったときの振動周期を検出する周期検出手段と、を有し、
前記制御手段は、前記周期検出手段が検出した振動周期に対応した駆動周波数の駆動信号を前記駆動力印加手段に供給することで、前記振動ミラーを再駆動させることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記振動ミラーは、金属材料を用いてい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】
前記周期検出手段は、前記振動ミラーの減衰振動の振幅が第１の閾値を下回ったときの第１の振動周期を検出し、前記振動ミラーの減衰振動の振幅が前記第１の閾値よりも小さな第２の閾値を下回ったときの第２の振動周期を検出し、
前記制御手段は、前記第１の振動周期と前記第２の振動周期とに基づき直線外挿することで得られた振動周期に対応した駆動周波数の駆動信号を前記駆動力印加手段に供給することで、前記振動ミラーを再駆動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記周期検出手段は、前記振動ミラーの減衰振動の振幅が第１の閾値を下回ったときの第１の振動周期を検出し、前記振動ミラーの減衰振動の振幅が前記第１の閾値よりも小さな第２の閾値を下回ったときの第２の振動周期を検出し、
前記制御手段は、前記第１の振動周期および前記第２の振動周期とから、前記振動ミラーの減衰振動の振幅がゼロのときの共振周波数を推定し、推定した共振周波数と等しい駆動周波数の駆動信号を前記駆動力印加手段に供給することで、前記振動ミラーを再駆動させ、当該駆動周波数を徐々に変化させて行くことで前記振動ミラーの振動振幅を目標振幅に制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記駆動力印加手段は、前記振動ミラーに取り付けられている磁石が発生する磁界と作用する磁界を発生する第１のコイルを有し、
前記周期検出手段は、前記振動ミラーとともに前記磁石が振動することで発生する磁界の変化に応じた起電力を発生する第２のコイルを有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記第１のコイルと前記第２のコイルとが共通のコイルにより構成されていることを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記周期検出手段は、
前記振動ミラーによって走査される光を検出するフォトセンサ、
前記振動ミラーが振動することで発生する当該振動ミラーの梁の歪みを検知する歪ゲージ、
前記振動ミラーが振動することで発生する静電容量の変化を検出するセンサ、
前記振動ミラーに取り付けられた圧電素子
のうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項８】
画像形成装置であって、
光源と、
前記光源からの光を走査する、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光走査装置
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
映像投射装置であって、
光源と、
前記光源からの光を走査する、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光走査装置とを有することを特徴とする映像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置、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、プリンタや複写機などの画像形成装置や、プロジェクタなどの画像投射装置の光走査装置に振動ミラーが用いられている。振動ミラーは、質量体となるミラー部と、ばね部とを備え、それらに依存した共振周波数を有する。通常、低消費電力で広い走査角を得たり、安定した振動状態を得たりするためには、振動ミラーは共振周波数で駆動されるか、共振周波数の近傍の周波数で駆動される。振動ミラーの共振周波数には、製品個体ごと、または使用される環境温度に応じたバラつきが存在する。特許文献１によれば、コイルを配置した電磁駆動式の振動ミラーにおいて、駆動を一時停止したときの振動によりコイルに発生する逆起電力から共振周波数を検出して、駆動周波数を調整する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７７３４７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載された方法では、金属材料を用いた振動ミラーなどばね特性に非線形性を有する振動ミラーにおいて、駆動周波数を適切に設定できないという課題がある。非線形性を有する振動ミラーでは、共振周波数は振動振幅の大きさに依存して変化する。また、減衰振動中にも共振周波数が変化する。このため、特許文献１のように、駆動を一時停止したときの振動周波数を駆動周波数に設定する方法では、駆動周波数を適切に設定できない。駆動周波数が共振周波数から乖離している場合には、駆動効率の低下を招く。また、周波数特性上の動作点が、駆動周波数の変化に対して振動振幅変化の大きい位置に設定されることになるため、温度変動によるばねの弾性率変化により共振周波数が変化、即ち、周波数特性が低周波数側または高周波数側へシフトした際に、大きな振動振幅変動が生じる。これは、振動ミラーの特性において、ジッタの増大として現れる。
【０００５】
振動ミラーの非線形性は、材料の機械特性に非線形性がある場合、即ち、振動ミラーを使用する範囲の変形若しくは加わる応力の大きさ対して弾性率が一定ではない場合、または、ばねの形状や外部からの力の作用によってばね特性に非線形性を有する場合、即ち、振動ミラーを使用する範囲の変形若しくは加わる応力の大きさ対してばね定数が一定ではない場合などに発現する。このため、振動ミラーを小型化してばねに加わる単位長さ当りの変形量や応力が大きくなると非線形性は顕著になる。
【０００６】
金属材料を用いた振動ミラーは、シリコン基板等を用いた振動ミラーと比較して、材料が安価であり、プレス加工などを用いて安価に作製できるという利点を有している反面、材料特性の非線形性が大きく、弾性率の温度変化も大きい。このため、特に小型化した場合において非線形性が顕著に現れて駆動周波数の適切な設定が困難になり、これにより、温度変動によるジッタが増大するという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、非線形性を有する振動ミラーに対して適切に駆動周波数を設定することを目的とする。また、安価な材料を用いても、振動ミラーの小型化と安定した駆動を両立できる光走査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、たとえば、
振動ミラーと、
前記振動ミラーに駆動力を印加する駆動力印加手段と、
前記駆動力印加手段を停止させて、前記振動ミラーに減衰振動を開始させる制御手段と、
前記振動ミラーの減衰振動の振幅が所定の閾値を下回ったときの振動周期を検出する周期検出手段と、を有し、
前記制御手段は、前記周期検出手段が検出した振動周期に対応した駆動周波数の駆動信号を前記駆動力印加手段に供給することで、前記振動ミラーを再駆動させることを特徴とする光走査装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、振動ミラーの減衰振動の振幅が所定の閾値を下回ったときの振動周期に対応した駆動周波数により振動ミラーを再駆動するため、振動ミラーに対しても適切に駆動周波数を設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】光走査装置の一例を示す図
【図２】光走査装置の一例を示す図
【図３】金属材料を用いた振動ミラーの周波数特性の一例を示す図
【図４】振動ミラーの制御方法を説明するための図
【図５】検出信号、ピークホールドされた振幅のピーク値、パルス信号およびトリガ信号の関係を説明するための図
【図６】振動ミラーの制御方法の他の例を説明するための図
【図７】振動ミラーの制御方法の他の例を説明するための図
【図８】画像形成装置の一例を示す図
【図９】映像投射装置の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態では、振動ミラー、特に金属材料を用いた振動ミラーを減衰振動させ、減衰振動の振幅が所定の閾値を下回ったときの振動周期を検出し、検出した振動周期（共振周波数）に対応した駆動周波数の駆動信号で振動ミラーを再駆動させることを特徴としている。所定の閾値は、経験的に、または、シミュレーションを実行し、適切な閾値に決定しておくものとする。
【００１２】
図１に光走査装置１の一例を示す。本実施形態の振動ミラー１０は、非線形性を有し、且つ金属材料を用いた振動ミラーである。梁１０１は、金属材料により構成され、捩りばねとして機能する。梁１０１の金属材料には、高弾性で、繰り返し応力に対して疲労限の高い高疲労特性を有する材料を採用可能である。材料の一例としては、ＳＵＳ３０１やＳＵＳ６３１などのステンレス材や銅合金、Ｃｏ−Ｎｉ基合金などが好適に用いられる。梁１０１の一端は固定部材１０６によって固定されており、他端はミラーベース部１０２に結合している。なお、梁１０１とミラーベース部１０２は一体成型されてもよい。ミラーベース部１０２の第１面にはミラー部材１０３が固定されており、第２面にはミラー部材１０４が固定されている。つまり、振動ミラー１０は両面ミラーである。図１が示すように、ミラー部材１０３およびミラー部材１０４の、梁１０１と反対側の端部には磁石１０５が配置されている。磁石１０５の近傍にヨーク１１０が配置されている。
【００１３】
ヨーク１１０や駆動コイル１２０、駆動回路２０３などは、振動ミラー１０に駆動力を印加する駆動力印加手段として機能する。ヨーク１１０の中央には、駆動信号Ｄｒｖに応じた磁界を発生する駆動コイル１２０と、駆動回路２０３が駆動信号の供給を停止したときに発生する逆起電力を検出する検出コイル１２１とがそれぞれ巻回されている。
【００１４】
制御回路２０４は、駆動周波数ｆや振幅が可変の駆動信号Ｄｒｖを駆動コイル１２０に印加する。これにより、ヨーク１１０の空隙に駆動磁界が発生する。この駆動磁界が磁石１０５に作用し、磁石１０５に回転トルクが発生し、振動ミラー１０に捩り振動が励起される。振動ミラー１０の振動振幅Ａは駆動信号Ｄｒｖの駆動周波数ｆと振幅ａとによって制御される。
【００１５】
検出コイル１２１は増幅回路２０１に接続されている。増幅回路２０１は、検出コイル１２１が出力する検出信号Ｖｄを増幅する。制御回路２０４が駆動信号Ｄｒｖを供給することで振動ミラー２０が振動しているときに、駆動信号Ｄｒｖ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１０５の回転によって、検出コイル１２１には逆起電力が発生し、逆起電力に応じた検出信号Ｖｄが検出コイル１２１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。
【００１６】
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、周期測定回路２４１でパルス信号Ｐｄの周期を測定すれば、振動ミラー１０の減衰振動の周期が判明する。このように、検出コイル１２１、パルス化回路２０２や周期測定回路２４１などは、周期検出手段として機能する。
【００１７】
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。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に基づいて駆動信号Ｄｒｖの駆動周波数を設定する。制御回路２０４は、たとえば、周期測定回路２４１、比較回路２４２、駆動回路２４３を有していてもよい。周期測定回路２４１、比較回路２４２、駆動回路２４３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、論理回路などによって実現されてもよい。
【００１８】
周期測定回路２４１は、パルス信号Ｐｄの周期Ｔを測定する。比較回路２４２は、検出信号Ｖｄの振幅のピーク値Ｖｐｈと閾値Ａｓとを比較する。たとえば、比較回路２４２は、振幅のピーク値Ｖｐｈを閾値Ａｓと比較し、振幅のピーク値Ｖｐｈが閾値Ａｓ未満となるとハイレベルのトリガ信号Ｔｒを出力する。なお、振幅のピーク値Ｖｐｈが閾値Ａｓに一致したときにハイレベルの信号Ｔｒを出力するように、ハイレベルのトリガ信号Ｔｒの出力条件を設定してもよい。また、比較回路２４２は、振幅のピーク値Ｖｐｈを閾値Ａｓと比較し、振幅のピーク値Ｖｐｈが閾値Ａｓ未満でなければ、ローレベルの信号Ｔｒを出力する。周期測定回路２４１は、トリガ信号Ｔｒを監視しており、トリガ信号Ｔｒがローレベルからハイレベルに切り替わると、パルス信号Ｐｄの周期Ｔを測定する。このように、周期測定回路２４１は、振動ミラー１０の減衰振動の振幅が所定の閾値Ａｓを下回ったときの振動周期Ｔを検出する周期検出手段として機能している。周期Ｔの逆数は、振動ミラー１０の共振周波数である。制御回路２０４は、周期検出手段が検出した振動周期Ｔに対応した駆動周波数の駆動信号を駆動回路２０４に設定する。なお、駆動回路２４３は、周期Ｔに対応した駆動周波数の駆動信号Ｄｒｖを生成して出力することで、振動ミラー１０を再駆動してもよい。駆動コイル１２０に印加される駆動信号Ｄｒｖは、正弦波、三角波や方形波など周期的に振幅が変動する信号であればよい。
【００１９】
図１では、ヨーク１１０に駆動コイル１２０と検出コイル１２１の２つのコイルが巻回されているが、１つの共通のコイルで実現してもよい。図２が示すように、駆動コイル１２０と検出コイル１２１とを一体化した共通コイル１２２をスイッチ２１０に接続する。制御回路２０４がハイレベルのスイッチ切り替え信号ＳＷをスイッチ２１０に出力しているときは、共通コイル１２２が増幅回路２０１に接続される。つまり、共通コイル１２２は検出コイル１２１として機能する。一方、制御回路２０４がローレベルのスイッチ切り替え信号ＳＷをスイッチ２１０に出力しているときは、共通コイル１２２が駆動回路２４３に接続される。つまり、共通コイル１２２は駆動コイル１２０として機能する。
【００２０】
ところで、振動ミラー１０の起動時や停止時、振幅の調整時などには駆動トルク変化が大きくなることがある。図１に示した振動ミラー１０は、全ての部材が梁１０１の捩り回転軸に対して対称に配置されている。よって、駆動トルク変化が大きくなるときでも、振動ミラー１０には異常な振動が発生しにくく、正確な制御が可能となる。なお、振動ミラー１０を振動させながら駆動周波数を変えた場合も駆動トルク変化が大きくなるが、図１に示した構造の振動ミラー１０であれば異常な振動は発生しにくくなる。
【００２１】
図３は、非線形性を有する振動ミラー１０の周波数特性の一例を示している。縦軸は振幅を示し、横軸は振幅がゼロのときの共振周波数ｆｏで規格化した周波数を示している。ばね特性に非線形性を持たない振動ミラーにおいては振幅が変わっても周波数特性のピーク、即ち、共振周波数はｆｏから変化しないのに対して、非線形性を有する場合には図３のようにピーク位置が移動する。Ｗ１は、駆動力をある値Ｆ１に固定して駆動周波数を変化させた場合の振幅変化を示している。同様に、Ｗ２は、駆動力をそれより大きい値Ｆ２に固定して駆動周波数を変化させた場合の振幅変化を示している。Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５は、駆動力をそれより大きい値Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５（Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ４＜Ｆ５）に固定して駆動周波数を変化させた場合の振幅変化を示している。
【００２２】
図３において、振動ミラー１０の共振周波数ｆは点線Ｒ１により示されており、振動ミラー１０の振幅の大きさに依存して変化することがわかる。また、点線Ｒ１が示すように、共振周波数ｆは、振動ミラー１０の振幅の２乗にほぼ比例して変化する。このため、非線形性を有する振動ミラー１０の制御は、駆動周波数だけでなく振幅を考慮して行う必要がある。また、駆動信号Ｄｒｖを停止した際の振動ミラー１０の減衰振動に関しても、振幅に依存して共振周波数ｆが変化することを考慮する必要がある。共振周波数ｆの振幅依存特性を考慮しない場合、共振周波数ｆの検出を実行する毎に検出結果にばらつきが発生する。よって、この検出結果を基に駆動周波数を決定しても、安定した性能が得られなくなることがある。
【００２３】
共振周波数ｆの変化に伴って周波数特性の対称性も崩れることがわかる。特に、Ｗ３からＷ５では、低周波側に振幅が急峻に変化する周波数が存在し、この近傍の周波数では振幅が不安定になり振動ミラー１０を制御できなくなる。振幅制御が可能な範囲、すなわち、共振周波数ｆを示す点線Ｒ１よりも高周波側で、できるだけ共振周波数ｆに近い駆動周波数の駆動信号で振動ミラー１０を駆動することが必要となる。
【００２４】
低周波側では周波数特性上にヒステリシスが現れる。このため、図３の動作点Ｐ１から動作点Ｐ２のように、ヒステリシスのある範囲の駆動周波数で振動ミラー１０を起動しようとしても振動ミラー１０の振幅が増大せず、制御不能に陥ってしまう。このような状態も避ける必要がある。なお、図３においては、ヒステリシスによる振幅の部分を一点鎖線で示すとともに、矢印を付与している。
【００２５】
図４は、振動ミラー１０の制御方法を説明するための図である。縦軸は振動ミラー１０の振幅を示し、横軸は振動ミラー１０の駆動周波数を示している。制御回路２０４は、振動ミラー１０の目標振幅Ａｄｒｖよりも小さい振動振幅を所定の閾値Ａｓに設定する。そして、制御回路２０４は、振動振幅が閾値Ａｓに一致するとき（つまり振動振幅が閾値Ａｓを下回ったとき）の共振周波数ｆｓ’を求めて、それを駆動周波数に設定する。図４によれば曲線Ｒ１が閾値Ａｓを横切るときの共振周波数ｆｓ’が駆動周波数に設定される。
【００２６】
図４において、当初の周波数特性はＷ１であり、温度が上昇したときの周波数特性はＷ２である。光走査装置１に電力が投入されて起動すると、制御回路２０４は、駆動信号Ｄｒｖを調整することで、振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖに近づけて行く。ここでは、駆動信号Ｄｒｖの当初の駆動周波数はｆｓである。また、動作点はＰ１である。
【００２７】
図４に示すように、駆動周波数ｆｓで振動ミラーを駆動しているときに、周波数特性が低周波側にシフトしたとする（Ｗ１＝＞Ｗ２）。このような周波数特性の変化は、振動ミラー１０の温度上昇により、金属材料のヤング率が低下した場合に発生する。この場合、周波数特性Ｗ１上のＰ１にあった動作点は周波数特性Ｗ２上のＰ２に移動し、振幅が減少する。しかし、通常、制御回路２０４は、振動ミラー１０の振幅をフォトセンサなどで検出し、振幅が目標振幅Ａｄｒｖになるように駆動信号を制御している。そのため、制御回路２０４は、駆動信号の電流または電圧を増大させることで、動作点をＰ１に戻そうとする。このときの動作点Ｐ１は、本来の共振周波数の動作点Ｐ３から大きく離れているためにジッタなどの弊害が生じやすい。この状態で制御回路２０４が駆動信号Ｄｒｖの供給を停止すると、振動ミラー１０は、Ｐ３からＰ４に向かって動作点が移動するように減衰振動を開始する。振幅は目標振幅Ａｄｒｖから徐々に減衰してゆき、ついには閾値Ａｓに一致する。制御回路２０４は、振幅が閾値Ａｓに一致したとき（または下回ったとき）の共振周波数ｆｓ’を検出する（動作点Ｐ４）。そして、制御回路２０４は、共振周波数ｆｓ’を駆動周波数とした駆動信号を生成して出力することで、振動ミラー１０を再駆動する。これにより、周波数特性上の適切な位置に動作点Ｐｄｒｖが再設定され、ジッタなどが低減される。
【００２８】
図５は、検出信号Ｖｄ、ピークホールドされた振幅のピーク値Ｖｐｈ、パルス信号Ｐｄおよびトリガ信号Ｔｒの関係を説明するための図である。横軸は経過時間を示す。振動ミラー１０が減衰振動を開始すると、検出コイル１２１が出力する検出信号Ｖｄの振幅は徐々に減少し、周期Ｔも変化する。ピークホールド回路２０３は、検出信号Ｖｄをピークホールドして振幅検出信号であるピーク値Ｖｐｈを生成する。パルス化回路２０２は、振動周期信号であるパルス信号Ｐｄを生成する。ピーク値Ｖｐｈが閾値Ａｓ未満になると、比較回路２４２はトリガ信号ＴｒのレベルをＬからＨに切り替える。ハイレベルのトリガ信号Ｔｒが入力されると、周期測定回路２４１は、パルス信号Ｐｄの周期（パルス間隔／パルス幅）Ｔを検出する。周期Ｔの逆数が共振周波数ｆｓ’であることから、制御回路２０４は、振幅が閾値Ａｓを横切ったときの共振周波数（駆動周波数）ｆｓ’を検出することができる。
【００２９】
図６は、振動ミラー１０の制御方法の他の例を説明するための図である。この例では制御回路２０４が、２つの閾値Ａｓ１、Ａｓ２（ただし、Ａｓ１＞Ａｓ２）を使用して共振周波数を検出し、駆動周波数を決定する。図６では、周期測定回路２４１は、振動ミラー１０の減衰振動の振幅が第１の閾値Ａｓ１を下回ったときの第１の振動周期Ｔ１を検出するとともに、振動ミラー１０の減衰振動の振幅が第１の閾値Ａｓ１よりも小さな第２の閾値Ａｓ２を下回ったときの第２の振動周期Ｔ２を検出する。制御回路２０４は、第１の振動周期Ｔ１と第２の振動周期Ｔ２とに基づき駆動周波数を決定する。
【００３０】
制御回路２０４は、当初の周波数特性Ｗ１において、駆動周波数ｆ１で振動ミラー１０を駆動している。当初の周波数特性Ｗ１から、より低周波側の周波数特性Ｗ２にシフトが発生すると、動作点はＰ２に遷移しようとするが、制御回路２０４の振幅制御によって、Ｐ１に留まろうとする。この状態で駆動信号を停止すると、動作点Ｐ３から減衰振動が開始され、閾値Ａｓ１を切ったときの動作点Ｐ４の共振周波数ｆ２が得られる。さらに振幅が減衰して行く。制御回路２０４は、比較回路２４２を用いて、閾値Ａｓ２を下回ったときの動作点Ｐ５の共振周波数ｆ３を検出する。検出信号Ｖｄからの共振周波数（周期Ｔ１、Ｔ２）の検出と振幅の検出の方法は、図４を用いて説明したとおりである。制御回路２０４は、動作点Ｐ４と動作点Ｐ５の直線外挿により駆動周波数ｆを算出する。つまり、制御回路２０４は、動作点Ｐ４と動作点Ｐ５を通る直線Ｌと目標振幅Ａｄｒｖとの交点（Ｐｄｒｖ）を求め、さらにそのときの周波数ｆ４を求める。
【００３１】
制御回路２０４は、駆動周波数をｆ４に設定する。駆動回路２４３は、設定された駆動周波数をｆ４の駆動信号を生成する。これにより、振動ミラー１０が再駆動される。図６が示すように、動作点はＰ７からＰｄｒｖに移動する。
【００３２】
共振周波数はほぼ振動振幅の２次関数である。そのため、共振周波数を示す曲線Ｒ１上の２点の直線外挿により求められる駆動周波数は、確実に曲線Ｒ１よりも高周波側の周波数になる。よって、振動ミラー１０の特性の非線形性が大きくても、振幅変化が急峻な領域に入りにくくなる。
【００３３】
図７が示すように、制御回路２０４は、振幅がゼロのときの共振周波数ｆ５を駆動周波数に設定してもよい。制御回路２０４は、第１の振動周期Ｔ１および第２の振動周期Ｔ２とから、振動ミラー１０の減衰振動の振幅がゼロのときの共振周波数ｆ５を推定する。この推定も動作点Ｐ４と動作点Ｐ５の直線外挿により実現されてもよい。制御回路２０４、推定した共振周波数ｆ５と等しい駆動周波数を駆動回路２４３に設定する。駆動回路２４３は、設定された駆動周波数の駆動信号を駆動コイル１２０に供給することで、振動ミラー１０を再駆動させる。図７によれば、動作点がＰ６からＰ８に移動する。
その後、駆動回路２４３は、駆動周波数を徐々に低下させて行くことで振動ミラー１０の振動振幅を目標振幅Ａｄｒｖに制御する。つまり、駆動周波数を調整することで、動作点がＰ８からＰｄｒｖへ移動する。
【００３４】
図６の制御手法では、減衰振動の終盤に残っている振動の周波数と異なる駆動周波数で駆動を開始するため、瞬間的に振動が不安定になる可能性があるが、一度の駆動周波数設定で簡単に駆動できるメリットがある。図７の制御手法では、再駆動後に駆動周波数を徐々にシフトしていくため、減衰振動の終盤の振動を利用してスムーズに再駆動を開始できるメリットがある。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、振動ミラー１０の減衰振動の振幅が所定の閾値を下回ったときの振動周期に対応した共振周波数を駆動信号の駆動周波数に設定するため、金属材料を用いた振動ミラー１０に対しても適切に駆動周波数を設定することが可能となる。また、図６や図７を用いて説明したように２つの閾値を用いて駆動周波数を決定してもよい。図６の制御手法では、制御回路２０４は駆動回路２４３に駆動周波数を１回設定するだけで、簡単に振動ミラー１０を駆動できる。一方、図７の制御手法では、減衰振動の終盤の共振周波数により再駆動し、その後に駆動周波数を徐々にシフトして行くため、スムーズに再駆動を開始できる。
【００３６】
なお、図２を用いて説明したように検出コイル１２１と駆動コイル１２０とを共通コイル１２２としてもよい。この場合、コイルの巻き数を簡単に増やすことができる。振動の周期を検出する方法としては、コイルを使用することは必須ではない。振動ミラー１０によって走査される光を検出するフォトセンサや、振動ミラー１０が振動することで発生する梁１０１の歪みを検知する歪ゲージ、振動ミラー１０が振動することで発生する静電容量の変化を検出するセンサ、振動ミラー１０に取り付けられた圧電素子などのうち、いずれであってもよい。
【００３７】
（実施例１）
図８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。
【００３８】
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の制御と、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の振幅を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の駆動周波数を調整する。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、求めた共振周波数ｆを駆動回路２４３の駆動周波数として設定する。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。
【００３９】
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。
【００４０】
（実施例２）
図９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。
【００４１】
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。
【００４２】
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２４３の駆動周波数として設定する。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。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。
【００４３】
本実施形態の光走査装置１を映像投射装置３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映像投射装置３を提供できる。
【００４４】
（その他）
図１を用いて、本実施形態の振動ミラー１０の構造について説明したが、本発明は図１に示した構造にのみ限定されるわけではない。たとえば、ミラー部にコイルを形成し、振動ミラー１０の外部に磁石を配置してもよい。この構造では、ミラー部に配置されたコイルによって振動ミラー１０に駆動力を印加するとともに、検出信号Ｖｄを生成できる。また、ミラー部に圧電素子を配置し、圧電素子の出力から減衰振動を検出してもよい。また、振動ミラーに静電駆動方式を採用する場合、静電容量の変化を検出してもよい。この場合は、静電容量の変化を検出するセンサが必要となる。さらに、ミラー部材１０３およびミラー部材１０４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、他方のミラー部材に対して光源から光を照射し、ミラー部材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。
【００４５】
本実施形態では、金属材料を用いた振動ミラーを取り上げたが、ばねの材料や形状に伴ってばね特性に非線形性を有する、即ち、ばねの材料非線形性や形状非線形性を有する振動ミラーであれば金属材料に限定されるものではなく、例えば樹脂やシリコン材料などを用いた振動ミラーに本発明を適用してもよい。また、磁気の吸引反発を利用した磁気ばねや静電力を利用したばねなど、振動ミラーの周囲から非接触で作用してばね特性に非線形性を生じさせる構成の振動ミラーにも適用可能である。また、本実施形態では、ばねの非線形性による振動ミラーの特性として、振幅の増加に伴って共振周波数が低下するものを取り上げたが、振幅の増加に伴って共振周波数が上昇するものに本発明を適用してもよい。その場合、ヒステリシスが生じる急峻な特性は、図３のグラフと対称的に共振周波数に対して高周波数側に現れるため、本実施形態とは対称的に駆動周波数を制御して、動作点を低周波数側に設定するように制御される。さらに、本実施形態では、ミラー部を１本の梁で支持する構成を取り上げたが、これに限定されるものではなく、ミラー部を２本以上の梁で支持する構成の振動ミラーに本発明を適用してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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