(57)【要約】【課題】比較的高速且つ正確に揺動体の共振周波数を検知することができる機能を持った揺動体装置を提供する。【解決手段】本発明の揺動体装置は、揺動体と弾性支持部とを少なくとも有する共振駆動可能な振動系10と、揺動体の揺動振幅を検出するための検出手段5と、揺動体を駆動する駆動手段7と、揺動体を駆動するための駆動信号を生成し駆動信号を駆動手段に供給する制御手段6と、を有する。制御手段6は、振動系の共振周波数が掃引する周波数の範囲内に含まれるように駆動信号の駆動周波数を往復掃引して、この往復掃引により得られる揺動振幅値が極大となる少なくとも2つの周波数に基づいて共振周波数を決定し、この共振周波数に基づいて駆動信号を生成する。【選択図】図1
2008310301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動体と弾性支持部とを少なくとも有する共振駆動可能な振動系と、
前記揺動体の揺動振幅を検出するための検出手段と、
前記揺動体を駆動する駆動手段と、
前記揺動体を駆動するための駆動信号を生成し該駆動信号を前記駆動手段に供給する制御手段と、を有する揺動体装置であって、
前記制御手段は、
前記振動系の共振周波数が掃引する周波数の範囲内に含まれるように前記駆動信号の駆動周波数を往復掃引して、
前記往復掃引により得られる揺動振幅値が極大となる少なくとも2つの周波数に基づいて共振周波数を決定し、
前記共振周波数に基づいて前記駆動信号を生成する、
ことを特徴とする揺動体装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記往復掃引のうち往路方向へ掃引した時の揺動振幅値が極大となる周波数をfmax1とし、前記往復掃引のうち復路方向へ掃引した時の揺動振幅値が極大となる周波数をfmax2とした場合、fmax1とfmax2の平均周波数（（fmax1＋fmax2）/2）を前記振動系の共振周波数とすることを特徴とする請求項1に記載の揺動体装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記駆動周波数を往路方向へ掃引した後に、該往路方向への掃引速度よりも遅い速度で前記駆動周波数を復路方向へ掃引することを特徴とする請求項1に記載の揺動体装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記駆動周波数を往路方向へ掃引して、前記揺動振幅値が極大となる周波数を通過した後、前記揺動振幅が減少し始める所で駆動周波数の掃引を停止し、
前記掃引を停止した位置から復路方向へ、前記往路方向への掃引よりも遅い速度で掃引し、前記揺動振幅値が再び極大となる周波数を前記振動系の共振周波数とすることを特徴とする請求項3に記載の揺動体装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記駆動周波数を掃引する際に、前記駆動周波数を所定の変化量ずつ変化させると共に、前記変化後に所定の時間、同一の駆動周波数で保持することを特徴とする請求項3に記載の揺動体装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記駆動周波数を所定の変化量ずつ変化させることで往路方向へ掃引し、前記揺動振幅が極大となる周波数を通過した後、前記揺動振幅が減少した所で駆動周波数の掃引を停止し、
前記掃引を停止した位置から復路方向へ、前記往路における駆動周波数の変化量よりも小さな変化量ずつ前記駆動周波数を変化させて掃引することを特徴とする請求項5に記載の揺動体装置。
【請求項７】
前記制御手段は、
前記復路方向への掃引において、前記揺動振幅が極大となる周波数を通過した後、前記揺動振幅が減少した所で駆動周波数の掃引を停止し、
前記掃引を停止した位置から再び往路方向へ、前記復路における駆動周波数の変化量よりも小さな変化量ずつ前記駆動周波数を変化させて掃引することを特徴とする請求項6に記載の揺動体装置。
【請求項８】
前記駆動周波数の変化量が所定の値よりも小さくなるまで往復掃引を繰り返すことを特徴とする請求項7に記載の揺動体装置。
【請求項９】
前記揺動体の揺動振幅が所定の閾値よりも小さいときの駆動周波数の変化量が、前記揺動体の揺動振幅が所定の閾値以上のときの駆動周波数の変化量よりも大きいことを特徴とする請求項5乃至8のいずれか1項に記載の揺動体装置。
【請求項１０】
前記振動系は、第1揺動体と、第2揺動体と、前記第1揺動体を前記第2揺動体に対してねじり軸を中心に揺動可能に支持する第1弾性支持部と、前記第2揺動体を支持部に対して前記ねじり軸を中心に揺動可能に支持する第2弾性支持部と、を有することを特徴とする請求項1乃至9に記載の揺動体装置。
【請求項１１】
請求項1乃至10のいずれかに記載の揺動体装置において、前記揺動体が光偏向素子を有することを特徴とする光偏向器。
【請求項１２】
請求項11に記載の光偏向器と光学系と光源と感光体とを少なくとも含み、
前記光源からの光ビームを前記光偏向器により走査し、前記光学系により前記感光体の目標位置に走査光を集光することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ揺動構造体などの揺動体を有する揺動体装置の技術分野に関し、特に、共振型揺動体の共振周波数を検知する機能を有する揺動体装置に関する。こうした揺動体を有する揺動体装置を用いた光偏向装置は、走査型ディスプレイなどのプロジェクタ、レーザービームプリンタ（LBP）などのプリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来、ミラーが駆動される光偏向装置が色々と提案されている（特許文献1、2参照）。共振型光偏向器は、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、装置を大幅に小型化することが可能であること、消費電力が少ないこと等の特徴がある。特に、半導体プロセスによって製造されるＳｉ単結晶からなる光偏向器は、理論上金属疲労が無く耐久性にも優れていること等の特徴がある。従来あるポリゴンミラー等の回転多面鏡を回転させる光偏向装置に加え、近年、次のものが製品化されている。それは、マイクロマシン技術を用いて回転軸を中心に揺動する共振型揺動体であるMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）タイプのものである。
【特許文献１】特開2005−208578号公報
【特許文献２】特開2005−292627号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、高い効率でMEMSの如き共振型揺動体を駆動するには、こうした揺動体の共振特性のQ値が例えば1000前後と高いので、揺動体の共振周波数に充分近い周波数の駆動信号で駆動する必要がある。しかし、この共振周波数は、例えば、材料にＳｉを用いる場合には−0.14Hz/℃程度の負の温度係数を持つ。従って、例えば、起動時毎に現在の共振周波数を正確に計測し、計測結果に基づいて揺動体を駆動する必要がある。よって本発明の目的は、共振周波数を比較的高速且つ正確に測定することができる揺動体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題に鑑み、本発明の揺動体装置は、揺動体と弾性支持部とを少なくとも有する共振駆動可能な振動系と、前記揺動体の揺動振幅を検出するための検出手段と、前記揺動体を駆動する駆動手段と、前記揺動体を駆動するための駆動信号を生成し該駆動信号を前記駆動手段に供給する制御手段とを有する。前記制御手段は、前記振動系の共振周波数が掃引する周波数の範囲内に含まれるように前記駆動信号の駆動周波数を往復掃引して、前記往復掃引により得られる揺動振幅値が極大となる少なくとも2つの周波数に基づいて共振周波数を決定し、前記共振周波数に基づいて前記駆動信号を生成する。
【０００５】
また、本発明の光偏向器は前記揺動体装置において、前記揺動体が光偏向素子を有する。また、本発明の画像形成装置は、前記光偏向器と光学系と光源と感光体とを少なくとも含み、前記光源からの光ビームを前記光偏向器により走査し、前記光学系により前記感光体の目標位置に走査光を集光する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、少なくとも揺動体の共振周波数の付近において、駆動信号の周波数を少なくとも1度往復掃引して、正確に揺動体の共振周波数を検知することができる。よって、例えば、温度係数を持ち起動毎に変化する場合もある揺動体の共振周波数を、比較的高速且つ正確に検知でき、それに基づいて適切に揺動体を駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態について説明する。
（揺動体装置構成）
本実施形態の揺動体装置のブロック図を図1（ａ）、（ｂ）に示す。まず、図1（ａ）の揺動体装置について説明する。図1（ａ）の揺動体装置の振動系10は、揺動体1と、弾性支持部2とを有し、共振駆動可能な構成となっている。弾性支持部2は、揺動体1と支持体3を連結し、揺動体1を揺動軸15を中心にねじり振動可能に支持している。揺動軸15は、弾性支持部2のねじれの軸で規定されるものである。振動系10は、揺動体1の慣性モーメントと弾性支持部2のバネ定数で決定される共振周波数を有する。また、例えば揺動体の表面に反射部材などの光偏向素子を形成することで、揺動体装置を光偏向器として用いることができる。反射部材としてはアルミニウムなどの金属膜をスパッタ法などで形成する。
【０００８】
光源4から出射された光ビーム8は揺動体の反射面で反射される。光検出器（ビームディテクター：BD）5は、反射光9が光検出器5を通過するタイミング信号を制御手段6へ出力する。制御手段6はこのタイミング信号に基づき揺動体を駆動する駆動信号を生成する。更に,制御手段6はこの駆動信号を駆動手段7へ出力し、駆動手段7はこの駆動信号に対応するトルクを揺動体1に印加する。
【０００９】
図1（ａ）の揺動体装置は、例えば図2（Ａ）に示すように時間に対しての揺動振幅が正弦波となるように駆動することができる。また、反射光9が光検出器5を通過するタイミング信号は、例えば図2（Ａ）のBD出力波形のようになる。制御手段5はB点におけるタイミング信号と、C点におけるタイミング信号とから得られる時間差ｔ1の情報に基づき、揺動振幅の大きさを検知する。そして、制御手段6はこの時間差ｔ1と目標の時間差t1’との差であるΔt1（Δt1=t1’−t1）に基づいて駆動信号を生成する。
【００１０】
制御手段6が生成する駆動信号は、正弦波などの周期関数であり、例えば時間に対しての駆動電圧が正弦波で表すことができる信号である。また、このような信号をパルス信号に変換したいわゆるＰＷＭ信号を用いてもよい。
【００１１】
尚、本実施形態では揺動体1の振動を光検出器5を用いて検出しているが、弾性支持部2にピエゾ抵抗体を設けて、このピエゾ抵抗体の出力信号をタイミング信号として制御手段6へ出力する構成としてもよい。
【００１２】
駆動手段7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10に駆動力を供給することが可能な構成となっている。電磁駆動の場合は、例えば揺動体1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1の近傍に配置してもよいし、永久磁石とコイルをこれとは逆の配置としてもよい。静電駆動の場合は、揺動体1に電極を形成し、この電極との間に静電力を働かせるような電極を揺動体1の近傍に形成する。圧電駆動の場合は、圧電素子を振動系10や振動系の支持体3に設けて駆動力を印加する。
【００１３】
制御手段6は、駆動信号の駆動周波数を振動系の共振周波数を挟んで往復掃引して、往復掃引により得られる揺動振幅値が極大となる少なくとも2つの周波数に基づいて共振周波数を決定する。そして、制御手段6は、前記共振周波数に基づいて駆動信号を生成し、この駆動信号を駆動手段7へ供給する。
【００１４】
（第1の共振周波数測定を実現するための制御手段）
まず、本実施形態における第1の共振周波数の測定を実現する制御手段について図4を用いて説明する。
【００１５】
図4は横軸に駆動周波数、縦軸に揺動振幅の値をとったグラフである。共振周波数を測定する場合は、掃引範囲内に共振周波数が含まれるように、駆動信号の周波数を低周波側から高周波側へ一定の速度で変化させて、振動系10を駆動する。この往路方向へ掃引した時の揺動振幅値が極大となる周波数（B点）をfmax1とする。次に、駆動信号の周波数を高周波側から低周波側へ一定の速度で変化させて、振動系10を駆動する。この復路方向へ掃引した時の揺動振幅値が極大となる周波数（C点）をfmax2とする。そして、この往復掃引で得られたfmax1とfmax2の平均周波数（（fmax1＋fmax2）/2）を求めることで振動系10の共振周波数を得ることができる。この場合、往路における掃引速度と、復路における掃引速度は同一である。
【００１６】
尚、上記例では往復掃引のうちの往路を低周波側から高周波側、復路を高周波側から低周波側としたが、逆であってもよい。つまり、往路を高周波側から低周波側、復路を低周波側から高周波側としてもよい。
【００１７】
また、掃引範囲内に共振周波数が含まれるようにするには、例えば振動系の材質やサイズから振動系の共振周波数を予め予測して、この予測した周波数近辺で往復掃引してもよい。また、振動系の温度と共振周波数との関係を予め求めておき、この結果に基づいて振動系の共振周波数を予測して、この予測した周波数近辺で往復掃引してもよい。
【００１８】
また、図1（ｂ）に示す揺動体装置のように振動系が複数の共振周波数を有する場合は、それぞれの共振周波数付近で各々往復掃引してもよいし、それぞれの共振周波数を含む掃引範囲で往復掃引してもよい。
【００１９】
fmax1とfmax2がずれるのは、振動系10のQ値が高いので或る駆動周波数で駆動してから振幅が定常状態に安定するまでに時間を要するからである。周波数の変化を極ゆっくりとすればfmax1とfmax2はほぼ合致するが、その場合には計測に多大な時間がかかるといった問題が生じる。共振周波数からのこのずれの量は、周波数をLowからHighに掃引してもHighからLowに掃引しても、周波数変化速度が同一なら同一となる。従って、fmax1とfmax2の平均周波数が振動系10の共振周波数となる。
【００２０】
（第2の共振周波数測定を実現するための制御手段）
次に、本実施形態における第2の共振周波数の測定を実現する制御手段について図5を用いて説明する。図5も横軸に駆動周波数、縦軸に揺動振幅の値をとったグラフである。
【００２１】
制御手段は、駆動周波数を往路方向へ掃引した後に、往路方向への掃引速度よりも遅い速度で駆動周波数を復路方向へ掃引する。このとき、制御手段は、駆動周波数を掃引する際に、駆動周波数を所定の変化量ずつ変化させると共に、変化後に所定の時間、同一の駆動周波数で保持するようにしてもよい。
【００２２】
図5を用いて説明する。制御手段はまず駆動周波数を往路方向へ掃引する。そして、揺動振幅値が極大となる周波数（B点）を通過した後、揺動振幅が減少し始める所（C点）で駆動周波数の掃引を停止する。掃引を停止した位置（C点）から復路方向へ、往路方向への掃引速度よりも遅い速度で掃引する。そして、揺動振幅が再び極大値をとる周波数（D点）を振動系の共振周波数とする。D点が共振周波数であることは、極大値であるD点を通過後、揺動振幅が減少するE点に至ることで検知することができる。
【００２３】
ここで、往路方向への掃引速度よりも遅い速度とは、極大値であるD点における駆動周波数と振動系10の実際の共振周波数とがほぼ一致するような速度である。つまり、復路方向での掃引速度が速すぎると、振動系10が定常状態になる前に駆動周波数が変化してしまうため、極大値であるD点における駆動周波数と振動系10の実際の共振周波数とがずれてしまう。往路方向への掃引速度よりも遅い速度で掃引するためには、例えば、各周波数（各ステップ）あたりの揺動振幅の計測に時間をかける。
【００２４】
この方式は、第1の共振周波数の測定を実現する制御手段に比べて短い時間で共振周波数を測定することができる。
【００２５】
（第3の共振周波数測定を実現するための制御手段）
次に、本実施形態における第3の共振周波数の測定を実現する制御手段について図6、図8を用いて説明する。図6も横軸に駆動周波数、縦軸に揺動振幅の値をとったグラフである。また、図8の横軸は時間であり、縦軸は駆動周波数である。
【００２６】
図6に示すように、制御手段はまず駆動周波数を往路方向へ掃引する。そして、揺動振幅が極大となる周波数（B点）を通過した後、揺動振幅が減少し始める所（C点）で駆動周波数の掃引を停止する。この時、往路方向への掃引は、図8に示すように1ステップでΔfabずつ駆動周波数を増加させる。また、各ステップにおいて駆動周波数をΔｔ保持する。
【００２７】
次に、掃引を停止した位置（C点）から復路方向へ掃引する。この時の掃引のステップ幅は図8のΔfbcに示すように、往路方向へのステップ幅Δfabよりも小さくする。そして、揺動振幅が極大となる周波数（D点）を通過した後、揺動振幅が減少し始める所（E点）で駆動周波数の掃引を停止する。更に、掃引を停止した位置（E点）から往路方向へ掃引する。この時の掃引のステップ幅は図8のΔfcdに示すように、Δfbcよりも小さくする。そして、揺動振幅が極大となる周波数（F点）を通過した後、揺動振幅が減少し始める所（G点）で駆動周波数の掃引を停止する。
【００２８】
次に、掃引を停止した位置（G点）から更に復路方向へ掃引する。この時の掃引のステップ幅は図8のΔfdeに示すように、直前のステップ幅Δfcdよりも小さくする。このような往復掃引を少なくとも1往復以上繰り返し、1ステップあたりの変化量が所定の値よりも小さくなった時の駆動周波数を共振周波数とする。
【００２９】
また、1ステップあたりの駆動周波数の保持時間を、例えば図9に示すΔt1、Δt2、Δt3のように可変としてもよい。
【００３０】
（他の態様の揺動体装置）
上記共振周波数の測定を実現する制御手段は、図1（ｂ）に示す揺動体装置にも適用することができる。
【００３１】
図1（ｂ）は、本実施形態における他の態様の揺動体装置を示す。この揺動体装置の振動系10は、第1揺動体11と、第2揺動体12と、支持体3とを有する。第1揺動体11は、第1弾性支持部13により、第2揺動体12に対して揺動軸15を中心にねじり振動可能に支持される。第2揺動体12は、第2弾性支持部14により、支持体3に対して前記揺動軸15を中心にねじり振動可能に支持される。揺動軸15は、弾性支持部13、14のねじれの軸で規定されるものである。また、この場合も同様に、例えば第1揺動体の表面に反射部材などの光偏向素子を形成することで、揺動体装置を光偏向器として用いることができる。反射部材としてはアルミニウムなどの金属膜をスパッタ法などで形成する。
【００３２】
図1（ｂ）の揺動体装置の場合、振動系10は、揺動軸15のまわりに、周波数が異なる第1固有振動モードと第2固有振動モードとを有する。
【００３３】
図1（ｂ）の揺動体装置の時間tと変位角θの関係は、下記の式（1）のように表すことができる。
θ（t）＝Ａ1ｓｉｎωｔ＋Ａ2ｓｉｎ（ｎωｔ＋φ）    式（1）
ここで、A1、ωはそれぞれ、第1の振動運動（A1sinωt）の振幅及び角周波数であり、A2、nωはそれぞれ、第2の振動運動（A2sin（nωt+φ））の振幅及び角周波数である。また、φは第1及び第2の振動運動の相対位相差であり、ｎは2以上の整数である。
【００３４】
第1固有振動モードの共振周波数をf1とし、第2固有振動モードの共振周波数をf2とするとき、共振周波数f1と共振周波数f2とが概ね1：n（nは2以上の整数）の関係になる様に振動系10を作製する。ここで、f1とf2とが概ね1:nの関係であるとは、0.98n≦f2/f1≦1.02nの関係を有することである。例えばnの値がn=2の場合は、式（1）の駆動波形は鋸波形状の波形となる（特開2005−208578号公報参照）。また、例えばnの値がn=3の場合は、式（1）の駆動波形は三角波形状の波形となる（米国特許第4859846号明細書参照）。
【００３５】
また、揺動体装置を上記式（1）で駆動するための駆動信号は、例えば下記式（2）のように表すことができる。
Ｄ（ｔ）＝Ｂ1ｓｉｎωｔ＋Ｂ2ｓｉｎ（ｎωｔ＋Ψ）      式（2）
ここで、B1、B2は駆動信号の振幅成分であり、例えば駆動電圧である。また、Ψは第1の駆動信号（B1sinωt）と、第2の駆動信号（B2sinｎ（nωt+Ψ））の相対位相差である。
【００３６】
また、上記式（2）に示す駆動信号を、多数のパルス列で構成したいわゆるPWM（Pulse Width Modulation）信号に変換して、これを駆動信号としてもよい。PWM信号を用いた場合は、パルスの数、間隔、幅などを時間的に変化させることで、揺動体装置を駆動制御することができる。
【００３７】
また、図1（ｂ）の揺動体装置を駆動制御する場合は、2つの光検出器5を用いる。2つの光検出器は、例えば図2（ｂ）に示すBD1、BD2の位置に配置し、1周期内で4つのBD出力を得ることができるようにする。制御手段6は、例えば図2（ｂ）の時間ｔ1、ｔ2、ｔ3を用いて揺動体装置を制御する。図1（ｂ）の揺動体装置の共振周波数の測定については、上記図1（ａ）に示す揺動体装置の場合と同様の手法で測定することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３９】
（実施例1）
図3は、本発明をLBPのスキャナユニットに適用した場合の実施例1の構成例を示すブロック図である。本実施例では、図1（ａ）に示す揺動体装置を用いている。
【００４０】
図2、図3、図4を用いて本実施例の説明を行う。図3の構成において、LD（レーザダイオード）110から出た光は揺動体102上のミラーで反射され、揺動体102が揺動範囲の端部近傍を通過するタイミングで、fθレンズ103、集光レンズレンズ104、スリット105を通過してBD106へ入光する。BD106への入光によるBD信号は、揺動振幅検出手段107に供給され、揺動振幅検出手段107により振幅情報となる。また、揺動体は光源からの光ビームを走査し、光学系により感光体の目標位置に走査光を集光する。つまり、揺動体102が揺動範囲中心付近を揺動するタイミングでは、LD101から出た光は、等角走査を等速走査へ変換するfθレンズ103を通過後、感光体111の目標位置へ入射されて静電潜像を形成する。
【００４１】
揺動振幅検出手段107により検出された振幅情報は判定制御手段108に入力される。判定制御手段108は、その後、揺動振幅検出手段107による前回の振幅計測情報と比較しながら、その比較判定結果に基づいて次の制御を行う。すなわち、NCO（Numerical Control Oscillator）109による駆動周波数の設定を制御し、また駆動手段110のON/OFFの動作制御を行う。駆動手段110からは、判定制御手段108の制御下においてNCO109で設定された駆動周波数の駆動信号が出力される。この駆動信号は揺動体102近傍に具備された駆動コイル115を駆動し、揺動体102に装着された磁石116に磁力を加えることで、ミラーを備えた揺動体102を揺動させる。揺動体102はねじりバネにより不図示の固定部に揺動可能に接続されている。
【００４２】
ここにおいて、BD106と揺動振幅検出手段107が、揺動体102の揺動振幅を検出するための検出手段を構成している。また、駆動手段110と駆動コイル115と磁石116が、駆動信号により揺動体102を駆動する駆動機構を構成している。また、判定制御手段108とNCO109が、駆動機構の駆動信号の周波数と駆動動作を制御する制御手段を構成している。
【００４３】
揺動振幅に関して、図2（ａ）を用いて更に説明する。図2（ａ）は、揺動体102の揺動により、光軸中心側からBD106側へスキャンされた後、再び光軸中心側へ戻ってきた光ビームの走査位置と、DB出力信号との関係を示している。光ビームは、A点の光軸中心から、計測開始期間にB点のBD106の位置を横切り、BD106の外側を経由して今度は計測終了期間にC点のBD106の位置を経て、D点の光軸中心へ戻る。B点とC点の位置でBD106にレーザビームが入光し、BD出力波形で示すような出力がBD106から得られる。よって、計測開始期間と計測終了期間の間隔を示すt1の値が、揺動体102の揺動振幅を示す値となる。本実施例では、判定制御手段108は、このt1の値の変化に基づいて、NCO109で設定される駆動信号の周波数に対する揺動体102の揺動振幅の変化ないし履歴を判定し、この判定結果に基づき、駆動手段110の駆動信号の周波数と駆動動作を制御する。また、判定制御手段108は、少なくとも揺動体102の共振周波数の付近において、駆動信号の周波数を少なくとも1度往復掃引し、揺動振幅が極大値をとる駆動信号の周波数の値に基づいて、揺動体102の共振周波数の情報を決定する機能を持つ。
【００４４】
本実施例の動作を説明する。
まず、上記制御手段は上記駆動機構の駆動を制御して、図4における左端のLow周波数（第1の駆動周波数）で揺動体102を駆動する。駆動開始時の波形は、正弦波とステップ波が積算された形状となるので、正弦波周波数とステップ波のフーリエ変換の畳み込みとなる帯域の広がり持っており、揺動体102が共振する。これを示すのがAの部分である。本来の揺動体102の共振周波数ではないので、定常状態に落ち着くまでの所定時間、振幅を計測しないことで共振周波数の誤検出を回避することができる。Q値が800程度で共振周波数が2KHzの揺動体102の場合、0.5秒程度で充分な定常状態に落ち着く。図4では、横軸が周波数なので定常状態に落ち着くまでの間も周波数を変化させていることになるが、この期間は周波数の掃引を停止しておいた方が良い。
【００４５】
次に、所定時間後、判定制御手段108はNCO109を介して駆動手段110を制御して駆動周波数をLowからHighの方向へ徐々（デジタル的或いはアナログ的に）に上げていく。すると、揺動体102の揺動振幅が図4のBの軌跡を通るのを、揺動振幅検出手段107の検出結果の処理から判定制御手段108は検知する。この時の揺動振幅値が極大となる周波数をfmax1する。更に、駆動周波数がHigh周波数（第2の駆動周波数）に到達させられ、Lowの方向へ徐々に下げられて行くと、揺動体102の揺動振幅がＣの軌跡を通るのを、揺動振幅検出手段107の検出結果から判定制御手段108は検知する。この時の揺動振幅値が極大となる周波数をfmax2とする。こうした動作を1度以上繰り返す。
【００４６】
fmax1とfmax2がずれるのは、揺動体102のQ値が高いので、或る駆動周波数で駆動してから振幅が定常状態に安定するまでに時間を要するからである。周波数の変化を極ゆっくりとすればfmax1とfmax2はほぼ合致するが、その場合には計測に多大な時間がかかるといった問題が生じる。共振周波数f0からのこのずれの量は、周波数をLowからHighに掃引してもHighからLowに掃引しても、周波数変化速度が同一なら同一となる。従って、fmax1とfmax2の平均周波数が揺動体102の共振周波数となる。上記動作を2度以上繰り返して、上記平均周波数を複数得る場合は、これらの平均を更に算出して共振周波数を決定すればよい。こうして、判定制御手段108は、周波数fmax1と周波数fmax2の平均周波数を演算して、NCO109を介して、この平均周波数で揺動体102を駆動する様に駆動手段110を制御してやれば、効率良く揺動体102を共振駆動できることになる。
【００４７】
周波数のLowからHighへの掃引速度とHighからLowへの掃引速度を異ならせることもできるが、この場合は、共振周波数f0からのfmax1とfmax2のずれ量は通常同じではなくなる。よって、この場合は、判定制御手段108では、掃引速度の違いに応じた適当な演算式（これは予め求めておく）を用いてfmax1とfmax2を演算して共振周波数f0を得る必要がある。また、判定制御手段108で共振周波数f0を得た場合に、判定制御手段108は意図的に共振周波数f0から外した駆動周波数で揺動体102を駆動する様に駆動機構を制御することもできる。
【００４８】
上記構成において、揺動振幅検出手段としては、ピエゾ抵抗体を用いることもできる。ピエゾ抵抗体を用いて揺動体の変位角すなわち揺動振幅を検出する場合は、例えば、揺動体102を揺動可能に支持するねじりバネにピエゾ抵抗体を設け、このピエゾ抵抗体から出力される信号に基づき揺動体の変位角すなわち揺動振幅を検出する。ピエゾ抵抗体は、例えば、p型の単結晶シリコンにリンを拡散することで作製する。ピエゾ抵抗体は、ねじりバネのねじれ角に応じて信号を出力する。従って、揺動体の変位角を測定する場合は、ピエゾ抵抗体を複数のねじりバネに設け、複数のねじりバネのねじれ角の情報に基づいて揺動体の変位角を求めると精度良く測定することができる。
【００４９】
また、駆動機構としては、揺動体102に磁石116が設置されて駆動コイル115が対向する固定側に設置された上述の電磁方式のもののほか、他の電磁方式、静電気力を利用した静電方式のもの、圧電気を利用した圧電方式のもの等も使用できる。他の電磁方式では、揺動体102に駆動コイルが設置され、磁石が対向する固定側に設置される。静電方式では、例えば、揺動体102とこれに対向する固定側に電極が夫々設置されて、電極に駆動信号が印加されて揺動体102が駆動される。圧電方式では、例えば、揺動体102をねじりバネを介して揺動可能に支持する固定部に圧電素子が設置されて、圧電素子に駆動信号が印加されて発生する振動で揺動体102が駆動されるのを利用する。ここにおいて、駆動信号は、例えば、適当な駆動周波数の正弦波信号、パルス信号などの周期的信号である。
【００５０】
（実施例2）
本発明の実施例2を説明する。実施例2の揺動体装置の基本的構成も、図3に示すものと同じである。実施例1では、駆動周波数をLowからHighへ変化させ、次に駆動周波数をHighからLowへ変化させて、BD信号を用いて振幅変化を計測するという、比較的シンプルな方式を用いた。しかし、実際には、揺動体102を大気中で駆動すると空気抵抗でジッタを起こし、振幅極大であるはずのfmax1とｆmax2の値に誤差が生ずることもある。この誤差を低減するには、各駆動周波数において時間を掛けて揺動振幅を計測し、測定された振幅を平均化することが有効である。
【００５１】
そこで、実施例2では、判定制御手段108とNCO109による制御を次の様にしている。図5に示すAのLow部分の周波数で駆動開始するのは実施例1と同様である。
【００５２】
次に、往路において、駆動周波数をHigh側に近づけていくと、実施例1と同様、Bでピークであったことが、揺動振幅が減少し始める所のCで判明する。ここで、周波数の掃引を止める。実施例1で説明したように、Bのピークは揺動体102の共振周波数f0よりHigh側にずれている。そこで次に、復路において、駆動周波数を切り替えながら太線で示す軌跡に沿ってLow側へ戻すが、その戻し方は、往路における周波数の掃引より各周波数あたりの揺動振幅の計測に時間を掛けて行う。具体的には、デジタル的に掃引するとして、各駆動周波数あたり、0.4秒程度揺動体102を駆動し振幅が定常状態になってから、更に空気抵抗によるジッタの影響を低減するため、0.2秒程度揺動体102の振幅情報を累積する。そして、累積した振幅情報を平均化することを繰り返す。これにより、Dが最大値であったことをＥに至り判定制御手段108で確認する。こうして、揺動体102の共振周波数は、1周波数刻み手前のDの値であることが分かる。
【００５３】
本実施例の方式は、LowからHigh、HighからLowへ駆動周波数を往復掃引する実施例1の方式に比べて、短い時間で共振周波数近傍までたどり着くことができる。また、実施例1の方法で概略の共振周波数を検出してから、実施例2のように時間を掛けて共振周波数近傍を探索することで、振幅最大値を検出し、より正確な共振周波数f0を計測することも可能である。その他の点は、実施例1と同様である。
【００５４】
（実施例3）
本発明の実施例3について説明する。図7は、本発明の揺動体装置をLBPのスキャナユニットに適用した場合の実施例3の構成例を示すブロック図である。本実施例では、図1（ａ）に示す揺動体装置を用いている。
【００５５】
図7において、駆動手段110に、或る駆動周波数の初期値f1を設定し、揺動体102を往復振動させる。この時、LD(レーザダイオード)101より照射されたレーザ光は揺動体102により反射される。この反射光が走査範囲の端部近傍を通過するタイミングで、反射光はfθレンズ103、集光レンズ104、スリット105を通過し、BD（ビームディテクタ）106に入光する。この入光するタイミングに従い、偏向角測定手段118は揺動体102の偏向角情報を得る。この際、揺動体102には偏向角変化が定常状態になるまで、或る程度の時間が必要であることから、駆動手段110に駆動周波数を設定してから偏向角測定手段118によって偏向角を測定するまでに待ち時間Δtを与える。その後、偏向角情報αを偏向角記憶部119に記憶させる。
【００５６】
次に、初期値f1に所定の周波数変化量Δfを加えて揺動体102をf2（f2=f1+Δf）で駆動する。このときも揺動体102の偏向角変化が定常状態になるまで、Δtの待ち時間を与える。その後、偏向角測定手段118によって偏向角を測定し、偏向角情報βを得る。そして、得られた偏向角情報βと前回得た偏向角情報αを偏向角比較部120で比較し、揺動体102の偏向角の増減を判断する。この偏向角比較部120での比較結果は周波数変化量決定手段121へ送られる。
【００５７】
そして、周波数変化量決定手段121は、偏向角比較部120での比較結果、つまり揺動体102の偏向角の増減に従い周波数変化量Δfを決定する。すなわち、駆動周波数をf1からf2に変えることで、揺動体102の偏向角が増加した場合は、周波数変化量は正の値に設定する。
【００５８】
逆に、揺動体102の偏向角が減少した場合は、駆動周波数が共振周波数よりも大きな周波数に設定されているので、周波数変化量は負の値に設定する。周波数変化量決定手段121で決定された周波数変化量の値は、共振周波数決定手段122に送られる。
【００５９】
共振周波数決定手段122では、周波数変化量Δfと或る規定値Xとの比較を行い、周波数変化量Δfが規定値Xよりも大きな値となった場合は、現在の駆動周波数f2にΔf加えたf3（=f2＋Δf）を駆動周波数として設定する。一方、周波数変化量Δfが規定値Xよりも小さな値となった場合は、この時点での駆動周波数f2を揺動体102の共振周波数f0と決定する。つまり、駆動周波数が共振周波数に近づくにつれて、周波数変化量Δfの絶対値は小さくなり、0に収束するように変化する。そして、このΔfが規定値Xよりも小さい値となるときの駆動周波数を共振周波数とみなしている。
【００６０】
Δfが規定値Xよりも大きな値となった場合、周波数変化手段123において駆動周波数をf3に更新し、この駆動周波数ｆ3を用いて駆動手段110により揺動体102を往復振動させる。そして、以上の一連の動作を繰り返し行う。
【００６１】
以下で図6と図8を用いて具体的に説明する。図6は横軸に駆動周波数、縦軸に揺動振幅の値をとったグラフである。また、図8の横軸は時間であり、縦軸は駆動周波数である。
【００６２】
図6に示すように、まず揺動体102を駆動周波数が増加する方向（往路方向）へ掃引する。そして、揺動振幅が極大となる周波数（B点）を通過した後、揺動振幅が減少し始める所（C点）で駆動周波数の掃引を停止する。この時、往路方向への掃引は、図8に示すように1ステップでΔfabずつ駆動周波数を増加させる。また、各ステップにおいて駆動周波数をΔt保持する。この場合、周波数変化量決定手段121で決定される周波数変化量はΔfabである。
【００６３】
次に、揺動体102を掃引を停止した位置（C点）から駆動周波数が減少する方向（復路方向）へ掃引する。この時の掃引のステップ幅は図8のΔfbcに示すように、往路方向へのステップ幅Δfabよりも小さくする。このときの周波数変化量決定手段121で決定される周波数変化量はΔfbcである。
【００６４】
そして、揺動振幅が極大となる周波数（D点）を通過した後、揺動振幅が減少し始める所（E点）で駆動周波数の掃引を停止する。更に、掃引を停止した位置（E点）から往路方向へ掃引する。掃引のステップ幅は図8のΔfcdに示すように、Δfbcよりも小さくする。この時、周波数変化量決定手段121で決定される周波数変化量はΔfcdである。そして、揺動振幅が極大となる周波数（F点）を通過した後、揺動振幅が減少し始める所（G点）で駆動周波数の掃引を停止する。
【００６５】
次に、掃引を停止した位置（G点）から更に復路方向へ掃引する。この時の掃引のステップ幅は図8のΔfdeに示すように、直前のステップ幅Δfcdよりも小さくする。また、周波数変化量決定手段121で決定される周波数変化量はΔfdeである。
【００６６】
このような往復掃引を繰り返し、1ステップあたりの変化量が所定の値よりも小さくなった時の駆動周波数を共振周波数とする。つまり、周波数変化量Δfを可変とし、ΔfをΔfab→Δfbc→Δfcd→Δfde・・・と変化させることで、駆動周波数を揺動体102が持つ共振周波数へ収束させていく。
【００６７】
また、上記実施例では各ステップにおける駆動周波数の保持時間はΔtとしたが、保持時間Δtを可変としてもよい。
【００６８】
一般に、揺動体102の偏向角は駆動周波数の変化量が大きい場合、偏向角が定常状態になるまでに時間がかかる。そのため、Δfについて、周波数変化量Δf＝Δfmの場合、Δt＝Δt1、周波数変化量Δf＝Δfnの場合、Δt＝Δt2とし、周波数変化量Δtにより待ち時間Δtの値を変化させる（Δfm＜Δfn、Δt1＜Δt2）。
【００６９】
図9に示すように、例えばΔfab、Δfbc、Δfcd、Δfdeにおける保持時間をそれぞれΔt1、Δt2、Δt3、Δt4とすると、Δfab＞Δfbc＞Δfcd＞Δfdeのとき、保持時間をΔt1＞Δt2＞Δt3＞Δt4とする。
【００７０】
これにより、駆動周波数を変化させた時に与えている保持時間が過剰とならず、より不要な測定時間を短縮することができる。
【００７１】
（実施例4）
本発明の実施例4について説明する。図7は、本発明の揺動体装置をLBPのスキャナユニットに適用した場合の構成例を示すブロック図である。本実施例でも、図1（ａ）に示す揺動体装置を用いている。実施例4の揺動体装置も基本的には実施例3と同様の構成である。以下、実施例3と異なる部分について説明する。
【００７２】
実施例3では、最初の周波数変化量Δfabを設定し、共振周波数f0を通過して揺動体の揺動振幅が減少するまで、この周波数変化量（Δfab）で変化させている。つまり、最初の周波数変化量を設定後、共振周波数f0を通過して揺動体の揺動振幅が減少するまで、一定の速度で駆動周波数を変化させていることになる。
【００７３】
しかし、駆動周波数の初期値f1を揺動体の共振周波数よりも大きく離れた値に設定した場合、周波数変化量（Δfab）を変化させないと、共振周波数の測定に時間がかかる。
【００７４】
よって、本実施例では共振周波数f0から離れた駆動周波数で揺動体を駆動している場合は駆動周波数の周波数変化量の値を大きくし、共振周波数f0近傍の駆動周波数で揺動体を駆動している場合は駆動周波数の周波数変化量の値を小さくする。これにより、揺動体の共振周波数を迅速に測定することができる。
【００７５】
以下、図10、11を用いて具体的に説明する。図10の横軸は時間であり、縦軸は駆動周波数である。また、図11の横軸は駆動周波数であり、縦軸は揺動振幅である。
【００７６】
図7において、駆動手段110に、或る駆動周波数の初期値f1を設定し、揺動体102を往復振動させる。その後、初期値f1にΔfabを加えた駆動周波数f2（f2=f1+Δfab）で駆動する。駆動周波数f2で駆動した時の揺動体の偏向角情報θは偏向角記憶部119に記憶される。一方、本実施例では、図11に示すように、或る一定の揺動振幅（閾値振幅）Yを予め設定しておく。この閾値振幅Yは閾値設定部（不図示）に設定されており、偏向角記憶部119に記憶されている揺動体の偏向角情報θと、偏向角比較部120で比較される。
【００７７】
偏向角情報θが閾値振幅Yよりも小さい場合（｜θ｜＜｜Y｜）、現在の揺動振幅が、設定した閾値振幅Yを超えていないという情報を偏向角記憶部119に判定値j=0として記憶する。逆に、偏向角情報θが閾値振幅Yよりも大きいか等しい場合（｜θ｜≧｜Y｜）、現在の揺動振幅が、設定した閾値振幅Yを超えているという情報を偏向角記憶部119に判定値j=1として記憶する。判定値j=1の場合、駆動周波数が閾値振幅Yに対応する駆動周波数faよりも共振周波数f0に近いことから、周波数変化量Δfabは変化させない。
【００７８】
判定値j=0の場合、次のように駆動する。
揺動振幅の単位時間当たりの変化量（振幅変化量）について閾値を設定し、このときの閾値をZ（振幅変化閾値）とする。また、駆動周波数を変化した時の実際の揺動振幅の変化量をΔθとする。そして、｜Z｜＜｜Δθ｜の場合、揺動振幅の変化量は振幅変化閾値Zよりも大きいことから、周波数変化量Δfabの変更は行わない。
【００７９】
逆に、振幅変化閾値ZとΔθを比較し、｜Z｜≧｜Δθ｜の場合、周波数変化量ΔfabをΔfab’（Δfab’＞Δfab）とする。つまり、この場合は揺動振幅の変化量が振幅変化閾値Z以下であり、揺動振幅の変化量が不足しているため、周波数変化量を増加させる。その後、揺動体の揺動振幅が閾値振幅Y以上になった場合（｜θ｜≧｜Y｜）、駆動周波数の周波数変化量をΔfab’からΔfab’’に変更する（Δfab’＞Δfab’’）。
【００８０】
その他の部分については実施例3と同様である。つまり本実施例では、揺動体の揺動振幅が所定の閾値よりも小さいときの駆動周波数の変化量が、前記揺動体の揺動振幅が所定の閾値以上のときの駆動周波数の変化量よりも大きい値とする。このように駆動することで、実施例3の場合よりも迅速に共振周波数を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る揺動体装置を説明するための図である。（ａ）揺動体が1つの場合の構成例。（ｂ）揺動体が2つの場合の構成例。
【図２】揺動体の揺動振幅と、BD出力波形を説明する図である。
【図３】本発明をレーザビームプリンタ（LBP）のスキャナユニットに適用した場合の構成例を示すブロック図である（実施例1、実施例2に対応）。
【図４】本発明の第1の共振周波数の測定を実現する制御手段を説明するための図である。
【図５】本発明の第2の共振周波数の測定を実現する制御手段を説明するための図である。
【図６】本発明の第3の共振周波数の測定を実現する制御手段を説明するための図である。
【図７】本発明をレーザビームプリンタ（LBP）のスキャナユニットに適用した場合の構成例を示すブロック図である（実施例3、実施例4に対応）。
【図８】本発明の実施例3に係る揺動体装置を説明するための図である。
【図９】本発明の実施例3に係る揺動体装置を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例4に係る揺動体装置を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施例4に係る揺動体装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８２】
1、11、12、102    揺動体
2、13、14    弾性支持部
3    支持体
4、101    光源
5、107、106、118    検出手段（光検出器、揺動振幅検出手段、BD、偏向角測定手段）
6、108、109、119〜123    制御手段（判定制御手段、NCO、周波数変化量決定手段、共振周波数決定手段、周波数変化手段）
7、110、115、116    駆動手段（駆動コイル、磁石）
8    光ビーム
9    反射光
10  振動系
【図１】
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【図２】
2008310301.tif 000004
【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】
2008310301.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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