(57)【要約】【課題】  反射ミラーを回転振動させることにより光源から照射された光を走査する光スキャナ装置（ガルバノミラー）において、消費電力を小さくし、また、発熱の影響を抑えて走査幅を大きくするためには、共振振動数（固有振動数）で加振する必要があるが、共振振動数は可動板部およびトーションバーの寸法誤差、材質や熱などの影響によって変化し振幅が変わるため、走査幅のゆらぎが生じ、プリンタなどでは印字品質が低下する。【解決手段】  反射ミラー１が形成された可動板部２の回転軸付近に配置された複数の支持梁部３ａ〜３ｄで可動板部を支持する構造とし、支持梁部に加える軸力を積層型圧電素子などのアクチュエータやネジによって制御できる機構を設ける。このような構造にすると、支持梁部に加えられた軸力にほぼ比例して固有振動数が増減するため、軸力を制御することによって固有振動数を所定の値に調整することが可能となる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部で両側を支持させた可動板部の反射ミラーを、磁界の変動を介して回転振動させることにより光源から照射された光を反射走査する光スキャナ装置であって、前記可動板部の少なくとも一側の回転軸付近に複数の支持梁部を配置して支持する構造とし、この複数の支持梁部を介して回転振動させるようにして成ることを特徴とする光スキャナ装置。
【請求項２】
支持梁部には、軸力を働かせて、可動板部の共振振動数（固有振動数）を制御調整できるようにして成ることを特徴とする請求項１記載の光スキャナ装置。
【請求項３】
可動板部の共振振動数の制御調整は、可動板部の回転角を検出して行うようにして成ることを特徴とする請求項２記載の光スキャナ装置。
【請求項４】
軸力は、支持梁部に対して圧電素子、リニアモータなどのアクチュエータまたはネジで附与できるようにして成ることを特徴とする請求項２記載の光スキャナ装置。
【請求項５】
固定部で両側を支持させた可動板部の反射ミラーを、磁界の変動を介して回転振動させることにより光源から照射された光を反射走査する光スキャナ装置であって、可動板部に回転軸と直交する垂直な長手方向に着磁した磁石体を設け、この磁石体に対して固定部を介して対称位置に電磁石で磁気方向が変化できる磁極を配設して成ることを特徴とする光スキャナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の振動数で反射ミラーを回転振動させることにより光源から照射された光を走査する光スキャナ装置（ガルバノミラー）において、共振振動数の精密調整方式および駆動方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を走査するための代表的な従来技術として、多角形の側面を反射ミラーとし、モータで回転させて入射光を走査するポリゴンミラーが挙げられ、プリンタ等に使用されている。
【０００３】
また、可動鉄片を介して磁力やモータで反射ミラーをメカニカルに揺動させて光を走査する従来型ガルバノミラーはデータレコーダ、光造形システム、レーザ顕微鏡等に使用されている。
【０００４】
光スキャナ装置はガルバノミラーの一種であるが、マイクロマシニング技術を用いて、単結晶シリコン基板などからエッチングにより可動板部（反射ミラー）、トーションバー（ねじり梁）、固定部を一体加工したもので、内視鏡への実用例もあり、今後はカラーレーザプリンタ、バーコードリーダ、ディスプレイ装置等への応用が期待される。しかしながら、この光スキャナ装置は開発途上にあり、下記特許文献例のように構造や駆動方式について種々のアイデアが提案されている。
【特許文献１】特許第２７２２３１４号公報
【特許文献２】特開２００２−１８９１８７号公報
【特許文献３】特開２００２−３１１３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マイクロマシン技術を用いた光スキャナ装置は、メカニカル要素を用いたポリゴンミラーや従来型ガルバノミラーに較べて省電力化、小型化や高速化が期待されるが、種々の解決すべき問題がある。特許文献１記載の方式は、駆動コイルが反射ミラーとともに可動板部に形成されているために、ねじり軸上に敷設されたコイルヘの導線が破断したり、発熱の影響で反射ミラーが変形したり共振振動数が変化して走査幅が一定にならないなどの問題がある。また、特許文献２記載の方式は、可動板部に薄板伏永久磁石を設け板厚方向に着磁し、これと対向するように固定側にコイルを配置して発熱の問題を改良しているが、コイルが空心であるため駆動力が小さい。
【０００６】
特許文献３記載の方式は、特許文献２記載の方式のコイルにコアを設けて磁力を強化してあるが、可動板部の振れ角が大きくなるとコアに接触するため、走査幅を大きくできない欠点がある。
【０００７】
ところで、電磁駆動コイルの加振振動数を可動板部の慣性モーメントとトーションバーのねじれ剛性で定まる固有振動数と同じにして共振させると、消費電力を小さくし、走査幅（可動板部の振幅）を大きくすることが可能となる。しかしながら、共振振動数（固有振動数）は可動板部およびトーションバーの寸法、材質や熱などの影響によって変化する。
【０００８】
共振振動数が変化すると所定の振幅で走査することができなくなり、また、走査幅のゆらぎ（ジッタ）が生じ、プリンタなどでは印字品質が低下する。特に、カラーレーザプリンタなどでは色別に４つの光スキャナを使用するが、これらの走査幅を高精度に合わせる必要があるため、不具合が生じる。
【０００９】
本発明の目的は、可動板部の固有振動数を制御することにより、常に所定の振動数で共振し、大振幅で安定に一定の走査幅が得られる光スキャナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、以下（１）〜（５）の構成を備える。
【００１１】
（１）固定部で両側を支持させた可動板部の反射ミラーを、磁界の変動を介して回転振動させることにより光源から照射された光を反射走査する光スキャナ装置であって、前記可動板部の少なくとも一側の回転軸付近に複数の支持梁部を配置して支持する構造とし、この複数の支持梁部を介して回転振動させるようにして成ることを特徴とする光スキャナ装置。
【００１２】
（２）支持梁部には、軸力を働かせて、可動板部の共振振動数（固有振動数）を制御調整できるようにして成ることを特徴とする前記（１）記載の光スキャナ装置。
【００１３】
（３）可動板部の共振振動数の制御調整は、可動板部の回転角を検出して行うようにして成ることを特徴とする前記（２）記載の光スキャナ装置。
【００１４】
（４）軸力は、支持梁部に対して圧電素子、リニアモータなどのアクチュエータまたはネジで附与できるようにして成ることを特徴とする前記（２）記載の光スキャナ装置。
【００１５】
（５）固定部で両側を支持させた可動板部の反射ミラーを、磁界の変動を介して回転振動させることにより光源から照射された光を反射走査する光スキャナ装置であって、可動板部に回転軸と直交する垂直な長手方向に着磁した磁石体を設け、この磁石体に対して固定部を介して対称位置に電磁石で磁気方向が変化できる磁極を配設して成ることを特徴とする光スキャナ装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光スキャナ装置においては、共振振動数（固有振動数）を精密に制御することが可能であるので、小さい消費電力で振幅が大きくまた安定した走査を行うことが可能となる。また、製造上の寸法誤差や材質のばらつきによる固有振動数のばらつきも補正できるので、寸法精度や材料の品質管理の許容範囲を厳しくする必要がなく、製造コストが低減される効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は本発明の光スキャナの実施形態の一例の概略を示す斜視図、図２は図１の平面図、正面図および右側面図で、図３、図４はそれぞれ図２のＡＡ断面、ＢＢ断面およびＣＣ断面の図である。
【００１９】
図２において、反射ミラー１が形成された可動板部２は支持梁部３ａ、３ｂおよび３ｃ、３ｄに接続され、さらに、これらの支持梁部は梁保持部４ａ、４ｂに接続されている。
【００２０】
梁保持部４ａ、４ｂにはヒンジ部５ａ〜５ｄが設けられており、さらに、ヒンジ部６ａ〜６ｄを介して、変位拡大レバー７ａ〜７ｄに接続されている。
【００２１】
これらの変位拡大レバー７ａ〜７ｄはヒンジ部８ａ〜８ｄを介して軸力伝達部１０ａ、１０ｂに接続され、さらに、軸力伝達部１０ａ、１０ｂは積層型圧電素子１２ａ、１２ｂに接続されている。なお、変位拡大レバー７ａ〜７ｄはヒンジ部９ａ〜９ｄを介して、固定部１１ａ、１１ｂにも接続されている。
【００２２】
可動板部２から固定部１１亘る部分は、単結晶シリコンなどの薄板からエッチングなどのマイクロマシン技術により一体加工する。
【００２３】
さらに図３に示すように、可動板部２には磁性体（薄板状永久磁石）１３が形成されており、図示のようにＮ、Ｓ極が着磁された磁性体１３の端部と対向するようにコア１４の両端部が配置され、図２に示すようにコア１４にはコイル１５が巻かれて電磁石を構成している。なお、コア１４の端部の一方は、磁性体１３から磁性体１３の厚さの２倍程度の距離の図面上方向に離れた位置に配置され、コア１４の端部の他方は同じ距離だけ図面下方向の位置に配置されている。また、磁性体１３とコア１４の端部との図面水平方向隙間は、互いに接触しない範囲で出来るだけ狭くする。
【００２４】
次に、本装置の作用について説明する。先ず、可動板部２に効率的に大振幅の回転振動を与える電磁力駆動方式について説明する。図５は図２のＡＡ断面の可動板部２付近の詳細を示す。可動板部２の下面には磁性体１３が形成され図示のようにＮ、Ｓ極が着磁されているので、コイル１５に電流を流しコア１４の両端部の極性を図５（ａ）のようにすると、磁性体１３とコア１４の端部には吸引力（トルク）が生じて可動板部２は左回り回転運動を開始する。
【００２５】
磁性体１３とコア１４の端部が最も接近した瞬間に、電流の方向を切り替えてコア１４の極性を逆にすると、図５（ｂ）に示すように磁性体１３とコア１４の端部には反発力が生じて、可動板部２は左回り回転運動が加速される。
【００２６】
この間、回転角に比例して、支持梁部３ａ〜３ｄによる復原トルクが増大し、磁力によるトルクが減少するため、ある角度だけ振れて一且停止した後、右回りの回転運動に変化する。
【００２７】
この瞬間に、再び電流の方向を切り替えてコア１４の極性を逆にすると、図５（ｃ）に示すように磁性体１３とコア１４の端部には吸引力が発生して右回り回転運動が加速される。
【００２８】
さらに、磁性体１３とコア１４の端部が最も接近した瞬間に、電流の方向を切り替えてコア１４の極性を逆にすると、図５（ｄ）に示すように磁性体１３とコア１４の端部には反発力が生じて、右回り回転運動が継続する。
【００２９】
以上の動作を繰り返すことによって、可動板部２に効率的に大振幅の回転振動を発生させることができる。なお、コイル１５の電流の切替は、正弦波や矩形波などの交流電流を流すことによって行われるが、加振振動数を可動板部と支持梁部の系の固有振動数に合わせて共振させると、最大振幅が得られる。
【００３０】
ところで、可動板部と支持梁部の系の固有振動数は、主に可動板部の慣性モーメントと支持梁部の剛性によって定まるが、これらは製造時の寸法誤差、材質のばらつきや熱発生による温度変化などによって変化するため、固有振動数を所定の値に精度良く設定して一定に保つのは非常に難しい。
【００３１】
一方、図２に示すように、可動板部２の回転軸付近に平行に配置された２本の支持梁部２組３ａ〜３ｄ（合計４本の支持梁部）で可動板部２を支持する構造とすると、図６に示すように可動板部２が回転することによって、支持梁部３ａ〜３ｄにはねじれとともに面外方向のたわみ変形が生じる。
【００３２】
このような場合、支持梁部に引っ張りの軸力Ｆを加えると復原力が大きくなり、この結果ねじれ剛性が大きくなったことと同等の効果になり、固有振動数が増加する。また、逆に圧縮の軸力を加えると復原力が小さくなり、固有振動数は減少する。これらの関係を詳細に把握するためには理論解析や有限要素法などによる計算を行う必要があるが、定性的に簡略な説明を以下に行う。
【００３３】
図７は図６のＤＤ断面を示し、支持梁部３ａ、３ｃが図面上方向にｙだけたわみ、軸力Ｆが梁保持部４ａ、４ｂを介して図面水平方向に作用している様子を表す。この場合、ミラー１を形成された可動板部２と支持梁部３ｃの接続部に作用する図面上下方向の力Ｑは、図８（ａ）に示すような両端の回転を拘束された梁の一端がｙだけ変位した場合のせん断力Ｑ１と、図８（ｂ）に示すような両端をピン支持された梁を介して作用する軸力Ｎの図面上下方向成分Ｑ２の和、
Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２・・・・・・・・・・・・・（１）
と考えられる。なお軸力Ｎは、図７に示したような梁保持部４ｂを介して作用する水平方向軸力Ｆと、梁保持部４ｂが図面上下方向に動かないように拘束されているために生じる反力Ｓの合力であり、支持梁部の傾き角度をθとすると、
Ｎ＝Ｆ／ｃｏｓθ・・・・・・・・・・・・（２）
であるが、θは小さいのでＮ≒Ｆと近似しても良い。
【００３４】
ここで、支持梁部のヤング率をＥ、断面二次モーメントをＩ、長さをＬとすると、
Ｑ１＝１２×Ｅ×Ｉ×ｙ／Ｌ３・・・・・・・・（３）
Ｑ２＝Ｎ×ｙ／Ｌ・・・・・・・・・・・・・・（４）
である。なお図８（ａ）において、Ｍ１は梁断面に作用する曲げモーメントを表すが、ここでは特に考慮する必要はない。せん断力Ｑ１の導出においては、森北出版「材料力学演習第２巻」、野口尚一編、ｐ５５、１９７１年発行などが参考になり、力Ｑ２の導出においては、張力Ｎが作用する弦のばね定数の導出過程が参考になり、コロナ社「機械力学入門」、長屋幸助著、ｐ２０、１９９６年発行などの参考文献がある。
【００３５】
さらに、図９は図６のＥＥ断面を示す。可動板部２の回転角がａの場合、支持梁部も同じ角度だけねじれを生じ、モーメント
Ｍ＝Ｂ×α／Ｌ・・・・・・・・・・・・・・・（５）
が作用する。ここに、Ｂはねじり剛性であり断面形状と横弾性係数Ｇで定まる。また、式（１）で説明した力Ｑが支持梁部３ｃには下向きに、支持梁部３ｄには上向きに作用するので、回転軸から支持梁部３ａ〜３ｄまでの距離をＨとすると、これらの支持梁部から可動板部２に作用する復元トルク（モーメント）の合計Ｔは
Ｔ＝４×（Ｍ＋Ｑ×Ｈ）
＝４×Ｂ×α／Ｌ＋（４８×Ｅ×Ｉ／Ｌ３＋４×Ｎ／Ｌ）×ｙ×Ｈ・・・（６）
となる。また、図９において、
ｙ＝α×Ｈ・・・・・・・・・・・（７）
と近似できるので、式（６）は
Ｔ＝Ｋ×α・・・・・・・・・・・（８）
ここに、
Ｋ＝４×Ｂ／Ｌ＋（４８×Ｅ×Ｉ／Ｌ３＋４×Ｎ／Ｌ）×Ｈ２・・・・・・（９）
のように整理され、Ｋは支持梁部のたわみ変形も考慮に入れたねじれ剛性となる。式（８）、（９）より、復元トルクＴは軸力Ｎ（軸力Ｆとほぼ同じ）に比例することが分かる。
【００３６】
式（８）を考慮するとともに、支持梁部の質量を無視し、ミラー１を形成された可動板部２を慣性モーメントＪの剛体と見なして１自由度の回転振動で近似すると、固有振動数ｆが
ｆ＝（Ｋ／Ｊ）１／２／（２×π）・・・・・・・・・・・（１０）
で表される。式（９）、（１０）より、固有振動数は軸力Ｎ（軸力Ｆとほぼ同じ）の平方根に比例することが分かる。
【００３７】
なお、必ずしも、平行に配置された２本の支持梁部を２組にする必要はなく、図１０（ａ）のように一方のみ支持梁部を３ａ、３ｂの２本にし、他方は３ｅの１本にしだ場合でも軸力によって固有振動数は変化する。また、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、支持梁部３ａと３ｂあるいは３ｃと３ｄが平行に配置されていなくとも効果があり、この場合には図面横方向に外乱が作用しても影響されにくくなる。
【００３８】
以上、複数の支持梁部を回転軸付近に配置して軸力Ｆを作用させた場合の効果について説明してきたが、図１１に示すように回転軸上に支持梁部３ａ、３ｃのみを配置した従来の光スキャナーの構造で軸力Ｆを作用させた場合についての説明を補足する。この場合には図１１から明らかなように、支持梁部はねじれのみ生じ、図７に示した変位ｙは常に０であり、図９の距離Ｈも０である。したがって、式（６）、（９）の第２項目以降は０になり、復元トルクＴや固有振動数ｆは軸力Ｆによって変化しないことが分かる。なお以上の説明は材料力学の線形理論を元にしたもので、実際には非線形性やポアソン比などのために、図１１の場合でも軸力の影響がある可能性もあるが、影響の大きさは微小であると予測される。
【００３９】
次に、固有振動数を所定の値に正確に合わせるために、積層型圧電素子を用いて軸力を制御する方法について詳細に説明する。
【００４０】
一般的に、積層型圧電素子の発生力は固有振動数を変化させるのに充分な性能であるが、ストロークは不足するおそれがある。すなわち、可動板部２の回転に伴う変形や軸力の作用のために支持梁部３ａ〜３ｄが伸縮するので、積層型圧電素子が充分な力を発生するためには積層型圧電素子のストロークが支持梁部の伸縮量より大きくなる必要がある。
【００４１】
そこで本発明では、図２に示すように変位拡大レバー７ａ〜７ｄなどから成る変位拡大機構を設けてある。
【００４２】
図１２によって変位拡大機構の作用について説明する。積層型圧電素子１２ａと１２ｂ（図１２では記載を省略している）に電圧を加えた場合の軸力伝達部１０ａの図面上方向変位をｕとすると、ヒンジ部８ａも上にｕ移動する。一方、ヒンジ部９ａは固定部１１ａに拘束されているため動かない。
【００４３】
したがって、変位拡大レバー７ａは右回りに僅かに回転し、ヒンジ部６ａが上に変位ｗ持ち上げられ、梁保持部４ａも同様に持ち上げられて支持梁部３ａ〜３ｄに軸力が作用する。ヒンジ部９ａと８ａの図面水平方向距離をｒ、ヒンジ部９ａと６ａの水平方向距離をｓとすると、ｗ＝（ｓ／ｒ）ｕの関係になり、ｓ＞ｒとすると変位ｗは変位ｕのｓ／ｒ倍になる。したがって、積層型圧電素子のストロークがｓ／ｒ倍に拡大されることになる。
【００４４】
なおこの関係は、ヒンジ部では曲げ変形のみ生じ、変位拡大レバーは変形しない場合の幾何学的な関係で、実際にはこれ以外の変形が生じるために、拡大倍率は若干小さめになると予測される。
【００４５】
また、ヒンジ部５ａおよび５ｂは、変位拡大レバー７ａが回転した場合にヒンジ部６ａが僅かに左右に動いても、梁保持部４ａに無理な力が生じないように設けている。
【００４６】
支持梁部に軸力を作用させる実施形態は図１、２の構成に限られることなく、種々の変形が可能である。
【００４７】
例えば、図２では支持梁部３ａ〜３ｄが伸縮しても反射ミラー１が支持梁部の方向に移動することがないように、断面ＡＡに関し対称な構造となっているが、支持梁部３ａ〜３ｄの伸縮による反射ミラー１の移動が走査に及ぼす影響が小さく、また積層型圧電素子のストロークに余裕がある場合には図１３のような実施形態も考えられる。なお、図１３の平面図、正面図、右側面図を図１４に示し、図１４のＢＢ断面とＣＣ断面を図１５に示す。
【００４８】
この実施形態は図１、２において、梁保持部４ｂ〜軸力伝達部１０ｂの部分が固定部１１ａおよび１１ｂと一体になった固定部１６を形成した構造になっている。ヒンジ部が少ない単純な構造であるため、外乱に対して強い利点がある。
【００４９】
さらに、積層型圧電素子のストロークが充分大きい場合には、変位拡大機構を用いる必要はなく、図１６に示すように単純な構造でよい。この構成では、積層型圧電素子１２ａ、１２ｂで発生した力が軸力伝達部１６、１７を介して支持梁部３ａ〜３ｄに作用する。
【００５０】
また、光スキャナを使用している最中に継続的に固有振動数を調整する必要がなく、製造上の寸法誤差や材料のばらつきによる固有振動数の誤差のみを調整するだけで充分な場合には、図１６の積層型圧電素子１２ａ、１２ｂの代わりに調整ネジを設けて手動で支持梁部に軸力を作用させることも考えられる。この際、ネジの部分をマイクロメーターのような構造にすると、軸力の精密な調整が可能である。
【００５１】
一方、走査幅（可動板部の振幅）を更に大きくする必要がある場合には、図１７に示すように図２の構成にコア１８およびコイル１９を追加することが考えられる。この場合、新たに追加されたコア１８の磁極が図１８に示すように切り替わるようにコイル１９に交流電流を流すことにより、可動板部に作用するトルクが約２倍になって、図５の場合より大きい振幅が得られる。
【００５２】
これまでの説明では、軸力を発生するアクチュエータとして積層型圧電素子を用いた実施形態を中心に述べてきたが、他のアクチュエータを用いることも可能である。
【００５３】
特に、発生力とストロークが大きいリニアモータを用いた場合には図１６において積層型圧電素子をリニアモータで置き換えた簡素な構成となる。
【００５４】
なお、ストロークは充分であるが発生力が小さい小型のリニアモータを用いる場合には、図１９に示すように、力拡大機構を用いると良い。
【００５５】
力拡大機構の作用について図２０によって説明する。リニアモータ２０ａと２０ｂ（図２０では記載を省略）によって軸力伝達部２３に力Ｐが作用すると、ヒンジ部２２ａを介して力拡大レバー２１ａに力が伝達されるが、ヒンジ部２４ａにおいて固定部１６から図面上下方向に拘束されているため反力Ｒが発生し、また梁保持部４ａでは支持梁部３ａ、３ｂからの反力Ｆが発生する。一方、支持梁部はＦと逆方向に軸力を受ける。
【００５６】
力Ｒの作用点であるヒンジ部２４ａから力Ｐ、Ｆの作用線までの距離をそれぞれｒ、ｓとすると、ヒンジ部２４ａまわりのモーメントの釣り合い式はＰ×ｒ−Ｆ×ｓ＝０となる。これよりＦ＝（ｒ／ｓ）Ｐとなり、ｒ＞ｓとすると力Ｆは力Ｐのｒ／ｓ倍になる。なお、この関係式はヒンジ部２４ａの曲げモーメントを無視した場合であり、実際には曲げモーメントの影響により拡大倍率は小さめになると予測される。また、ヒンジ部２２ａ、２４ａ、２５ａ、５ａ、６ａ等は、力が作用した場合に力拡大レバー２１ａが多少回転できるように設けてある。
【００５７】
次に、可動板部の回転振動状態を検出して支持梁部の軸力を調整し、固有振動数を所定の値に制御する方式について説明する。
【００５８】
図２１は可動板部２の動きを検出する実施形態の一例を示す。可動板部２に形成された反射ミラー１によって反射されたレーザ光２６の一部をハーフミラー（ビームスプリッタ）２７によって光検出器２８に当てる。可動板部２が回転するとレーザ光の当たる位置が変わるため、光検出器２８の出力信号２９が変化する。
【００５９】
なおハーフミラー２７を使用する代わりに、図２２に示すように参照光３０を反射ミラー３１に当てて、その反射光を光検出器２８で検出する実施形態も考えられる。
【００６０】
上述のように反射ミラー１で反射されたレーザ光の動きを検出する方法は直接的で最も正確であるが経費や設置スペース等の面からこのような方法を採用できない場合は他の方法も考えられる。例えば、図１７では振幅を大きくする目的で２組のコアとコイルを用いたのであるが、同様の構成でコイルの一方のみに電流を流して可動板部を加振すると、もう一つのコイルには可動板部の動きに応じた起電電流が流れるため、これを増幅して検出することができる。
【００６１】
上記のようにして検出された信号より軸力を制御する方式は、状態フィードバツタやモデルマッチングなど種々の制御理論を応用することが考えられるが、実施形態の一例として、検出信号の振幅と位相差を利用する方法について以下に説明する。
【００６２】
図２３（ａ）、（ｂ）は振幅Ａおよび加振力に対する位相差φと加振振動数ｆの関係を示し、実際の固有振動数ｆ１が所定の固有振動数ｆ０より大きい場合を想定している。図において、実線３２ａ、３２ｂおよび破線３３ａ、３３ｂはそれぞれ固有振動数ｆ１および固有振動数ｆ０に対応する振幅および位相差の曲線を示す。
【００６３】
一般的に、振幅Ａは図２３（ａ）のように固有振動数の付近で最大になり、加振力に対する位相差φは図２３（ｂ）のように固有振動数より小さい範囲ではほぼ０度、固有振動数付近では９０度、これより大きい振動数範囲では１８０度である。
【００６４】
したがって、実際の固有振動数ｆ１が所定の固有振動数ｆ０（駆動しようとする加振振動数付近）より大きい場合、所定の振動数ｆ０において振幅Ａ１は小さく位相差φはほぼ０であるので、軸力を減少させると固有振動数が減少して図２３（ａ）の曲線３２ａが左側に移動するにしたがって所定の固有振動数ｆ０における振幅が増加する。振幅が所定の大きさＡ０に達したところで軸力を一定に保つ。
【００６５】
一方、位相差φがほぼ１８０度の場合には、軸力を増加させ振幅が所定の大きさＡ０に達したところで軸力を一定に保つ。なお、軸力を増減させる割合は、振幅の所定の大きさＡ０と光検出器２８で検出された大きさＡ１の差に比例するように設定すると良い。
【００６６】
以上の制御の実施例の手順を図２４に示す。検出器３４で検出した可動板部２の回転角の信号を信号処理部３６に入力する。信号処理部３６では、検出された回転角の信号と可動板部２にトルクを与えて加振するための電磁石のコイル１５（図２）を駆動する加振信号３５から位相差を求め、位相差φがφ≧９０度の場合はｄ＝１、φ＜９０度の場合はｄ＝−１を設定するとともに、振幅設定値である目標信号Ａ０と振幅解析で得られた振幅信号Ａ１との差ｅ＝Ａ０−Ａ１にｄを乗じ、さらに積分して駆動ドライバ３７への指令信号を出力する。駆動ドライバ３７によって圧電素子あるいはリニアモータなどのアクチュエータ３８が作動すると支持梁部の軸力が変化して可動板部２の振幅が所定の大きさに保たれる。なお信号処理部は、デジタルシグナルプロセッサあるいは専用のアナログ回路で構成することが考えられる。また、積分器と並列に微分器を追加して応答性を速めるなど、実施形態の種々の変形がある。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の構成の概略を示す斜視図
【図２】本発明の構成を示す平面図、正面図および右側面図
【図３】図２のＡＡ断面図
【図４】図２のＢＢ断面図およびＣＣ断面図
【図５】電磁力駆動方式の説明図
【図６】支持梁部の変形状態のイメージ図
【図７】図６のＤＤ断面図
【図８】支持梁部から可動板部に作用する力の説明図
【図９】図６のＥＥ断面図
【図１０】支持梁部構成の他の実施形態を示す図
【図１１】従来型光スキャナの支持梁部変形状態のイメージ図
【図１２】変位拡大機構の説明図
【図１３】別の実施形態の概略を示す斜視図
【図１４】図１３の平面図、正面図および右側面図
【図１５】図１４のＢＢおよびＣＣ断面図
【図１６】変位拡大機構を用いない実施形態を示す平面図
【図１７】コアとコイルを２組用いた実施形態を示す図
【図１８】コアとコイルを２組用いた場合の電磁力駆動方式の説明図
【図１９】リニアモータと力拡大機構を用いて軸力を与える実施形態の図
【図２０】力拡大機構の説明図
【図２１】可動板部運動状態検出方式の実施形態一例の説明図
【図２２】可動板部運動状態検出方式の他の実施例の説明図
【図２３】振幅、位相差と加振振動数の関係の説明図
【図２４】軸力の制御実施例を示すブロック図
【符号の説明】
【００６８】
１  反射ミラー
２  可動板部
３ａ〜３ｅ  支持梁部
４ａ、４ｂ  梁保持部
５ａ〜６ｄ  ヒンジ部
７ａ〜７ｄ  変位拡大レバー
８ａ〜９ｄ  ヒンジ部
１０ａ、１０ｂ  軸力伝達部
１１ａ、１１ｂ  固定郎
１２ａ、１２ｂ  積層型圧電素子
１３  磁性体（薄板状永久磁石）
１４  コア
１５  コイル
１６  固定部
１７  軸力仏達部
１８  コア
１９  コイル
２０ａ、２０ｂ  リニアモータ（ボイスコイルモータ）
２１ａ、２１ｂ  力拡大レバー
２２ａ、２２ｂ  ヒンジ部
２３  軸力伝達部
２４ａ〜２５ｂ  ヒンジ部
２６  レーザ光
２７  ハーフミラー（ビームスプリツタ）
２８  光検出器
２９  出力信号
３０  参照光
３１  反射ミラー
３２ａ、３３ａ  振幅応答曲線
３２ｂ、３３ｂ  位相差曲線
３４  回転角検出器
３５  加振信号
３６  信号処理部
３７  駆動ドライバ
３８  アクチュエータ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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