(57)【要約】【課題】振動系を駆動するための駆動信号を生成するための構成が比較的簡単にできるアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ101は、信号発生源105と、調整手段106a乃至106nと、パルス信号合成手段108と、振動可能に支持された振動体を含む振動系104とを有する。信号発生源は、複数の基準パルス信号201a乃至201nを発生する。調整手段は、信号発生源からの基準パルス信号の振幅とパルス時間幅の少なくとも1つを調整する。パルス信号合成手段は、調整手段からのパルス信号202a乃至202nを合成して駆動信号205を生成する。振動系は、駆動信号合成手段からの駆動信号に基づき駆動される。【選択図】図1
2008312358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基準パルス信号を発生する信号発生源と、
前記信号発生源からの前記基準パルス信号の振幅とパルス時間幅の少なくとも1つを調整する調整手段と、
前記調整手段からのパルス信号を合成して駆動信号を生成するパルス信号合成手段と、
少なくとも1つの振動可能に支持された振動体を含む振動系と、
を有し、
前記駆動信号合成手段からの前記駆動信号に基づき前記振動系を駆動する、
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記振動系は、夫々異なる周波数を持つ複数の固有振動モードを有し、
前記信号発生源は、前記異なる周波数に等しい周波数を持つ複数の基準パルス信号を発生する、
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記パルス信号合成手段は、9値、または5値、または3値、または2値の振幅を取るパルス信号として駆動信号を生成する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記信号発生源は、互いの周波数の比が整数比となっている前記基準パルス信号を発生する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載のアクチュエータ。
【請求項５】
機械的な振動により測定対象の面と検知電極間の静電容量を変化させる容量変化手段と、前記容量変化手段によって前記検知電極に静電誘導される電荷量を検出する検出手段を有する電位測定装置であって、
請求項1から請求項4の何れかに記載のアクチュエータを前記容量変化手段に用いており、
前記検出手段で検出される検出結果に基づき、測定対象の面と検知電極間の距離情報を検出するとともに、前記距離情報を用いて、測定対象の面の電位を補正して測定する、
ことを特徴とする電位測定装置。
【請求項６】
光ビームを発生する光源と、前記振動体に光偏向素子が形成された請求項1乃至4の何れかに記載のアクチュエータと、を有する、
ことを特徴とする光偏向装置。
【請求項７】
請求項6に記載の光偏向装置と、光入射目標体を有し、
前記光偏向装置は、前記光源からの光を偏向し、前記光の少なくとも一部を前記光入射目標体に入射させる、
ことを特徴とする光学機器。
【請求項８】
少なくとも1つの振動可能に支持された振動体を含む振動系と、駆動信号に基づき前記振動系を駆動するアクチュエータにおいて前記駆動信号を生成する駆動信号生成方法であって、
夫々所定の周波数を持つ複数の基準パルス信号を発生し、
前記基準パルス信号の振幅とパルス時間幅の少なくとも1つを調整し、調整後の前記パルス信号を合成して前記駆動信号を生成する、
ことを特徴とする駆動信号生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動可能に支持された振動体を含む振動系を有したアクチュエータ（振動装置）、アクチュエータの振動系を駆動するための駆動信号を生成する方法、及びアクチュエータを用いた電位測定装置、光偏向装置などに関する。こうした光偏向装置は、走査型ディスプレイなどのプロジェクタないし画像表示装置、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等の光学機器に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の弾性変形の固有振動モードを有したアクチュエータとして、次の提案例がある（特許文献1参照）。図10は、特許文献1のFIG.1に示されているアクチュエータの構成図である。図10において、1は、アクチュエータである光スキャナ、2は弾性変形部、3はスキャン部、4はミラー面、5は加振部、6は駆動源、7は薄板状のプレート、8はウエイト部である。また、振動方向Ｘ、軸Ｐ、軸Ｑ、レーザビームα、軸Ｐ回りの回動角θＴ、軸Ｑ回りの回動角θＢも図示されている。この構成では、スキャン部3が弾性変形部2の持つ軸Ｐに対して非対称となっている。そのため、加振部5を矢印Ｘの方向に振動させることにより、前記振動が弾性変形部2において回転運動に変換され、運動振幅が増幅される。
【０００３】
このアクチュエータを同時に複数の固有振動モードで駆動すると、第1の方向（軸Ｐ回りの方向）にビームを走査しながら、同時に第１の方向に垂直な第2の方向（軸Ｑ回りの方向）にビームを走査することができる。よって、ビームの2次元走査を行うことができる。
【特許文献１】米国特許第5,245,463号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献1で一例を挙げた複数の弾性変形の固有振動モードを有したアクチュエータにおいて、複数の振動を同時に発生させるための駆動信号を生成する手法として以下の方法がある。（1）複数の正弦波を発生する信号源を用意しておき、前記複数の正弦波を合成する方法や、（2）複数の正弦波を発生する信号源を用意しておき、スイッチで信号源を切り替える方法がある。これらの方法では、複数の正弦波信号源と、ミキシング手段やスイッチング手段を別途用意する必要がある。また、一般に、正弦波信号を生成する生成回路は比較的複雑且つ高価になる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に鑑み、本発明のアクチュエータは、次の特徴を有する。アクチュエータは、信号発生源と、調整手段と、パルス信号合成手段と、少なくとも1つの振動可能に支持された振動体を含む振動系とを有する。前記信号発生源は、複数の基準パルス信号を発生する。前記調整手段は、前記信号発生源からの基準パルス信号の振幅とパルス時間幅の少なくとも1つを調整する。前記パルス信号合成手段は、前記調整手段からのパルス信号を合成して駆動信号を生成する。そして、前記振動系は、前記駆動信号合成手段からの駆動信号に基づき駆動される。
【０００６】
また、上記課題に鑑み、本発明の電位測定装置は、次の特徴を有する。電位測定装置は、機械的な振動により測定対象の面と検知電極間の静電容量を変化させる容量変化手段と、前記容量変化手段によって前記検知電極に静電誘導される電荷量を検出する検出手段を有する。前記アクチュエータを前記容量変化手段に用いており、前記検出手段で検出される検出結果に基づき、測定対象の面と検知電極間の距離情報を検出するとともに、前記距離情報を用いて、測定対象の面の電位を補正して測定する。
【０００７】
また、上記課題に鑑み、本発明の光偏向装置は、光ビームを発生する光源と、前記振動体に光偏向素子が形成された前記アクチュエータとを有することを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題に鑑み、本発明の画像表示装置、画像形成装置などの光学機器は、前記光偏向装置と、光入射目標体を有し、前記光偏向装置は、前記光源からの光を偏向し、前記光の少なくとも一部を前記光入射目標体に入射させることを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題に鑑み、本発明の駆動信号生成方法は、少なくとも1つの振動可能に支持された振動体を含む振動系と、駆動信号に基づき前記振動系を駆動するアクチュエータにおいて前記駆動信号を生成する駆動信号生成方法であって、次の特徴を有する。すなわち、夫々所定の周波数を持つ複数の基準パルス信号を発生し、前記基準パルス信号の振幅とパルス時間幅の少なくとも1つを調整し、調整後の前記パルス信号を合成して前記駆動信号を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、単純なパルスの形の夫々所定の周波数を持つ複数の基準となるパルス信号（基準パルス信号）を発生し、これら基準パルス信号を調整して合成することで駆動信号を生成するので、駆動信号を生成するための構成が比較的簡単になる。本発明の構成を採用することにより、アクチュエータ（振動装置）の製造コストを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明のアクチュエータ（振動装置）、駆動信号生成方法、電位測定装置、光偏向装置などの実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
（第1の実施形態）
第1の実施形態を説明する。本実施形態において、例えば、複数の弾性変形の固有振動モードを持つアクチュエータは、駆動信号の形状を比較的単純なパルスの形にして、駆動信号生成手段を比較的簡易な構成にしている。すなわち、駆動信号の波形を、パルス信号を組み合わせた形状にすることで、駆動信号生成手段の構成を簡略化することを第1の特徴としている。また、複数の振動モードでアクチュエータを駆動するために、複数の振動モードの周波数成分を主成分として含むようなパルス信号を組み合わせた波形の駆動信号を用いることを第2の特徴としている。
【００１３】
以下、アクチュエータが有する複数の振動モード数は、2つとして、その2つの振動モードで同時に駆動させることとする。但し、本実施形態で用いることができる振動モード数は、2つに限る訳ではない。2つ以上の振動モードを持つアクチュエータに対しても本実施形態を適用することができ、そのうちの幾つかのモードで駆動させることもできる。
【００１４】
図1は、本実施形態の構成を説明するための模式図である。
図1において、101はアクチュエータ、102は駆動信号生成手段、103は駆動信号印加手段、104は、振動可能に支持された振動体を含む振動系、105は、夫々所定の周波数を持つ複数の基準パルス信号を発生する信号発生源である。また、106a乃至106nは調整手段、108はパルス信号合成手段である。さらに、201a乃至201nは複数の基準パルス信号、202a乃至202nは、基準パルス信号の振幅または／及びパルス時間幅を調整して生成された複数のパルス信号、205は駆動信号、206は駆動印加信号である。勿論、調整手段106からは、基準パルス信号が調整なしでそのまま出力されることも可能である。
【００１５】
振動系104は、複数の弾性変形の振動モードを有した振動系を用いることができる。一例として、背景技術で説明した振動系を用いることができる。但し、この振動系は、所望の振動を得ることができるものである必要がある。正確には、全ての振動系は複数の弾性変形の振動モードを有しているが、本明細書では、所望の振動（所望の方向への振動を持ち、且つ利用することができる大きさの振動）を有する振動のみを振動モードとする。
【００１６】
振動系104を、背景技術で説明した振動系とした場合、この振動系は、ねじりと曲げの振動モードを有している。また、この振動系の駆動手段には、積層型圧電素子を用いている。本実施形態の以下の説明では、基本的に、振動系104とその駆動手段は、こうした構成のものとして説明する。
【００１７】
但し、本発明は、それ以外の振動モードを持つ振動系を有するアクチュエータにも適用することができる。振動系の構造は、非対称な振動体に限られるものではなく、対称な構造の振動体を用いることもできる。加えて、振動モードも、直線方向の振動だけでなく、軸回転方向の振動（ねじり振動）でもあり得る。また、振動系の駆動手段には、駆動コイルと磁石を含む電磁方式、静電方式、圧電方式などを用いることができる。静電駆動の場合は、少なくとも1つの振動体に電極を形成し、この電極と固定した電極との間で静電力を働かせるような電極を振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支持部に設けて駆動力を印加する。振動モードを発生することができる手段であれば、どのようなものでも用いられる。
【００１８】
駆動信号生成手段102は、上記の如き信号発生源105等を有している。駆動信号生成手段102は、上記2つの振動モードの夫々の周波数成分を主成分として含むようなパルスを組み合わせた駆動信号205を、信号発生源105、パルス信号合成手段108などを用いて生成する。この駆動信号205は、駆動信号印加手段103で、所望の電流または電圧を印加できる駆動印加信号206に変換され、振動系104の駆動手段に駆動エネルギーを印加し、振動を発生させる。
【００１９】
図2は、本実施形態で発生させる駆動信号205の生成方法を説明するための信号図である。図2（ａ）で、破線のパルス信号は、信号発生源105からの1つの基準パルス信号を示し、実線のパルス信号は、破線の基準パルス信号に基づき、振動系104の第1の振動モードを励起するべく調整手段106のいずれかで生成されたパルス信号を示す。また、図2（ｂ）で、破線のパルス信号は、信号発生源105からの他の基準パルス信号を示し、実線のパルス信号は、破線の基準パルス信号に基づき、第2の振動モードを励起するべく他の調整手段106で生成されたパルス信号を示す。図2（ａ）と図2（ｂ）において、正弦波は、夫々、第1及び第2の振動モードに印加される駆動エネルギーの周波数成分を示す。図2（ｃ）で、実線のパルス信号は、パルス信号合成手段108により上記2つの調整後のパルス信号を合成して生成された駆動信号205である。ここで、図2（ａ）の第1の駆動モード励起用のパルス信号の振幅をＶａ、図2（ｂ）の第2の駆動モード励起用のパルス信号の振幅をＶｂとする。以下、説明のため、第1の振動モードをねじりモード、第2の振動モードを曲げモードとする。
【００２０】
振動系104は特定の振動モードを有しているため、駆動信号205に含まれる或る特定の周波数成分に反応し、大きな振動を得ることができる。そのため、図2（ａ）（或いは図2（ｂ））の実線で示したようなパルス信号202であっても、この信号を構成する周波数の主成分が、振動系104の第1（或いは第2）の振動モードの周波数とほぼ一致していれば、第1（或いは第2）の振動を得ることができる。調整手段106において、基準パルス信号201の振幅やパルス幅を調整したパルス信号202に変換することで、振動の大きさなどを任意に変化させることができる。
【００２１】
図9に、振動系104の振動を説明する図を示す。図9（ａ）において、縦軸は、第1の振動モード（ねじりモード、図10での軸Ｐ回りの回転）の振動の大きさとしての軸Ｐ回りの回転角を示し、横軸は時間を示している。図9（ｂ）において、縦軸は、第2の振動モード（曲げモード、図8での軸Ｑ回りの回転）の振動の大きさとしての軸Ｑ回りの回転角を示し、横軸に時間を示している。
【００２２】
アクチュエータにおいて、第1のモードを発生する周波数（第1の共振周波数）の成分を持つ駆動信号205で駆動した場合、図9（ａ）で示すような軸Ｐ回りの回転振動が行われる。一方、第2のモードを発生する周波数（第2の共振周波数）の成分を持つ駆動信号205で駆動した場合、図9（ｂ）で示すような軸Ｑ回りの回転振動が行われる。このように、このアクチュエータは、入力する駆動周波数を第1の共振周波数と第2の共振周波数の間で選択することよって、振動方向をＰ軸回りとＱ軸回りの間で切替えられる。これは、パルス形態の駆動信号に含まれる周波数の成分として、共振周波数の成分を持っていれば、正弦波の駆動信号に比し、若干駆動効率は落ちるが、その共振駆動を行うことができるからである。尚、アクチュエータの駆動に共振現象を用いているため、アクチュエータに印加した駆動エネルギーと実際の振動の位相は、90度程度ずれることになる。
【００２３】
ここで、2つの周波数成分（第1の共振周波数と第2の共振周波数）を持った駆動信号を生成し、振動系104にこのパルス形態の駆動信号を印加した場合は、軸Ｐと軸Ｑ回りの回転振動を同時に発生させることができる。こうした回転振動を同時に発生させることができると、アクチュエータで光ビームを2次元方向に走査でき、画像表示装置や画像形成装置に用いることができる。
【００２４】
本実施形態では、第1の共振周波数の成分を持つ図2（ａ）の実線のパルス信号と、第2の共振周波数の成分を持つ図2（ｂ）の実線のパルス信号を組み合わせて、図2（ｃ）で示すパルス形態の駆動信号205を生成する。これにより、2つの振動モードを持った振動系104を、この駆動信号205で、2つの振動モードで駆動することができる。つまり、1つの駆動信号により、2つの振動モードで振動系104を駆動することができるようになる。具体的には、1つの駆動信号により、図9（ａ）と図9（ｂ）で示した振動を同時に発生させることができる。
【００２５】
本実施形態において、上記パルス形態の駆動信号205は、図2（ｃ）に示すように、9値の振幅レベルＶ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4、Ｖ5、Ｖ6、Ｖ7、Ｖ8、Ｖ9を有する。Ｖ5を基準とすると、「Ｖ1＝Ｖａ＋Ｖｂ」、「Ｖ2＝Ｖａ」、「Ｖ3＝Ｖｂ」、「Ｖ4＝Ｖａ−Ｖｂ」、「Ｖ6＝Ｖｂ−Ｖａ」、「Ｖ7＝−Ｖｂ」、「Ｖ8＝−Ｖａ」、「Ｖ9＝−Ｖａ−Ｖｂ」で各レベルは表すことができる。このような駆動信号205の生成手段は、正弦波を組み合わせて駆動信号を生成するものに比べ、構成を簡易なものにすることができる。具体的には、複雑な信号を発生させる部分（例えば、ＤＡコンバータ等）を簡易な構成にできる。また、振動系104を駆動するためのエネルギー（例えば、電流や電圧等）を駆動手段に印加する駆動信号印加手段103（例えば、高電流アンプや高電圧アンプ等）を簡易な構成にできる。
【００２６】
本実施形態では、2つの振動モードで振動系104を駆動する形態を説明したが、そこで用いられる駆動信号生成方法の原理を述べれば次の如きものとなり、この方法は広い範囲のアクチュエータで用いることができる。すなわち、この駆動信号生成方法は、少なくとも1つの振動可能に支持された振動体を含む振動系と、駆動信号に基づき振動系を駆動するアクチュエータにおいて駆動信号を生成するのに用いられる。そして、夫々所定の周波数を持つ複数の基準パルス信号を発生し、基準パルス信号の振幅とパルス時間幅の少なくとも1つを調整し、調整後のパルス信号を合成して駆動信号を生成することを特徴とする。
【００２７】
以上の様に、本実施形態では、パルス信号を組み合わせた駆動信号205を用いることによって、駆動信号生成手段102や駆動信号印加手段103を簡易な構成にすることができる。そのため、本実施形態のアクチュエータでは、簡易な構成により、高精度な複数の振動モードの駆動を実現することができる。
【００２８】
（第2の実施形態）
第2の実施形態を説明する。本実施形態のアクチュエータでは、調整手段106からのパルス信号を組み合わせてパルス信号合成手段108で合成される駆動信号205の振幅のレベルの数が、第1の実施形態のそれとは異なる。その他の点は第1の実施形態と同じである。
【００２９】
図3は、本実施形態で発生させる駆動信号205の生成方法を説明するための信号図である。図3（ａ）において、パルス信号は、信号発生源105からの基準パルス信号に基づき、振動系104の第1の振動モードを励起するべく調整手段106で調整された3値を取るパルス信号を示す。図3（ｂ）において、パルス信号は、信号発生源105からの他の基準パルス信号に基づき、振動系104の第2の振動モードを励起するべく他の調整手段106で調整された3値を取るパルス信号を示す。図3（c）において、パルス信号は、パルス信号合成手段108により上記2つの調整後のパルス信号を合成して生成された振動系104駆動用の駆動信号205を示す。ここでも、第1の振動モードをねじりモード、第2の振動モードを曲げモードとする。
【００３０】
本実施形態では、図3（ａ）のパルス信号の振幅はＶａ、図3（ｂ）のパルス信号の振幅はＶａである。すなわち、両者の振幅は同じで、両者のパルス幅の長さを調整して、振動系104の振動の各モードの大きさの違いに対処している。
【００３１】
本実施形態では、図3（a）と図3（b）で表された調整されたパルス信号を組み合わせることで、図3（c）の駆動信号を生成する。このことにより、基準電圧Ｖｒの振幅で等間隔となっている5値のレベル（Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4、Ｖ5）のみで、2つの振動モードを励起する駆動信号205を生成することができる。そのため、1つの基準電圧Ｖｒの振幅を組み合わせた信号で、5つのレベルを生成し、それを基に駆動信号205を生成することができる。従って、駆動信号合成手段108を、更に簡易な構成にすることができる。
【００３２】
本実施形態のアクチュエータでは、より簡易な構成で、高精度な複数の振動モードの駆動を実現することができる。
【００３３】
（第3の実施形態）
第3の実施形態を説明する。本実施形態のアクチュエータは、調整手段106からのパルス信号を組み合わせてパルス信号合成手段108で生成される駆動信号205の振幅のレベルの数が、上記実施形態のそれらとは異なる。その他は第1の実施形態と同じである。
【００３４】
本実施形態では、第1の振動モードを励起する駆動信号成分と、第2の振動モードを励起する駆動信号成分が、2値のパルス信号（振幅がＶｒ）で構成されている。これら2つの駆動信号成分を組み合わせることで駆動信号205を生成することを特徴とする。
【００３５】
図4は、本実施形態で発生させる駆動信号を説明するための信号図である。図4（ａ）は、1つの基準パルス信号が調整されて生成された第1の振動モード用の駆動信号成分を示し、図4（ｂ）は、他の基準パルス信号が調整されて生成された第2の振動モード用の駆動信号成分を示す。図4（ｃ）は、本実施形態の振動系104を駆動するための駆動信号205である。
【００３６】
本実施形態は、駆動信号を生成する基となる第1の振動モードを駆動する駆動信号成分と第2の振動モードを駆動する駆動信号成分との取る値の数が、上記の実施形態と異なる。これらの駆動信号成分は、2値を取るパルスにより表現されている。
【００３７】
そのため、1つの基準電圧Ｖｒの振幅を組み合わせた3値のレベル（Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3）を基にして、パルス信号を組み合わせた駆動信号205を生成することができる。よって、駆動信号生成手段102を、更により簡易な構成で実現することができる。具体的には、正負の電源などを用いることなく、単一の電源で動作する駆動信号を生成する手段を実現することができる。また、信号を生成する部分だけでなく、振動系104の駆動手段へエネルギーを投入する部分も簡易な構成にすることができる。
【００３８】
本実施形態のアクチュエータでは、非常に簡易な構成で、高精度な複数の振動モードの駆動を実現することができる。
【００３９】
（第4の実施形態）
第4の実施形態を説明する。本実施形態のアクチュエータは、調整手段106からの調整後のパルス信号を組み合わせてパルス信号合成手段108で生成される駆動信号205の振幅のレベルの数が、上記実施形態のそれらとは異なる。その他は第1の実施形態と同じである。
【００４０】
本実施形態では、2値のパルス信号（振幅がＶｒ）で構成される第1の振動モードを駆動する駆動信号成分と第2の振動モードを駆動する駆動信号成分とを組み合わせる方法が特徴を有する。具体的には、2つの駆動信号成分が重なる部分において、そこに対応したパルスの振幅を変化させず、駆動信号成分のパルス幅を足し合わせる処理を行うことで、駆動信号205を生成する。
【００４１】
図5は、本実施形態で発生させる駆動信号205を説明するための信号図である。図5（ａ）は第1の振動モードを駆動する駆動信号成分を示し、図5（ｂ）は第2の振動モードを駆動する駆動信号成分を示す。図5（ｃ）は、図5（ａ）と図5（ｂ）の信号を単純に組み合わせた信号（重なり部分を斜線で示す）を示し、図5（ｄ）は、本実施形態の振動系104駆動用の駆動信号205を示す。
【００４２】
図5（ｄ）で示したように、生成した振動系104用の駆動信号は、2値のパルス信号（Ｖ1とＶ2のレベルを取る信号）として表現されている。図5（ａ）の信号と図5（ｂ）の信号を単純に組み合わせると、重なる領域Ｅが発生する可能性がある（図5（ｃ）参照）。本実施形態では、この重なる領域Ｅの幅の情報を基に、組み合わせた信号（図5（ｃ））のパルス幅を変化させる（領域Ｆを追加する）処理を行う。
【００４３】
それにより、第1の駆動信号成分と第2の駆動信号成分の重なった部分が発生しても、2値のパルス信号で構成した駆動信号を生成して、2つの振動モードを持った振動系104を駆動できる。こうしてパルス信号合成手段108を、極めて簡易な構成とすることができる。具体的には、単電源とスイッチを組み合わせ、スイッチをＯＮ・ＯＦＦすることで、パルス信号合成手段108を実現することができる。
【００４４】
本実施形態のアクチュエータでは、非常に簡易な構成で、高精度な複数の振動モードの駆動を実現することができる。
【００４５】
（第5の実施形態）
第5の実施形態は、第1から第4の実施形態のいずれかで説明したアクチュエータを用いた電位測定装置に関する。
【００４６】
感光体を用いた電子写真式の画像形成装置において、高画質な画像を形成する場合には、非接触型電位測定装置により、感光体の電位を測定しながら画像形成装置を制御する必要がある。
【００４７】
非接触型電位測定装置としては、帯電している感光体に検知電極を近接させ、機械的に感光体と検知電極間の容量を変化させ、感光体と検知電極間の電位差に対応して静電誘導により誘導される微小な電荷を測定する方法を採用するものがある。ここでは、アクチュエータの振動系上に検知電極を設置し、その振動系を駆動することにより、機械的に感光体と検知電極間の容量を変化させることができる。しかし、感光体と検知電極を配置する際の誤差により、測定する電位差に誤差が生じ、精度が低下する可能性がある。
【００４８】
本発明のアクチュエータを電位測定装置に用いることで、上記配置の誤差を補正することができる。この配置の誤差による測定電位差の誤差量は予め求めておいて、これに基づき測定対象の測定電位の補正を行えばよい。
【００４９】
図6に、本実施形態の電位測定装置を説明する模式図を示す。図6において、301は振動系の振動体、302は支持部、303は検知電極、304は配線である。振動体301は、支持部302により振動可能に支持されている。また、振動体301上には、検知電極303と配線304が形成されており、配線304は、誘導電荷から電位差を検出する手段（不図示）に接続されている。
【００５０】
図6（ａ）の構成では、Ａの方向にねじり振動を行い、感光体と検知電極303間の容量を変化させ、電位差を検出する。本発明のアクチュエータを用いることで、同時にＢ方向に振動を発生させられる。それにより、感光体と検知電極303間の距離を変化させることになり、検出信号の大きさも変化する。図7に、本実施形態の電位測定装置の検出信号を説明する図を示す。図7（ａ）にＡ方向のみの振動を行った時の検出信号、図7（ｂ）にＡ方向・Ｂ方向両方の振動を行った時の検出信号、図7（ｃ）に、図7（ｂ）の検出信号からＡ方向の振動周波数成分を取り除いた検出信号を示す。
【００５１】
ここで、Ｂ方向の振動の大きさｘｂが検出できているとすると、検出信号の中心値Δｓとその変化量Δｂから、感光体と検知電極303間の距離ｘｓを以下の式から求めることができる。
ｘｓ＝ｘｂ×Δｓ／Δｂ
【００５２】
アクチュエータのＢ方向の振動の大きさの検出は、静電容量方式、圧電素子方式、ピエゾ抵抗方式、電磁方式などを用いれば、容易に行うことができる。例えば、ピエゾ抵抗体を用いて振動体の振動の大きさを検出する場合、振動体を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ねじりバネのねじれ角に応じて出力される信号に基づき振動体の振動の大きさを検出する。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ことができる。
【００５３】
図6（ｂ）の構成では、対向する感光体からの電界を遮蔽するシールド305を有している。これにより、感光体との検知電極の距離に対して、静電容量の変化をより線形に近く変化させることができる。振動体301がＣの方向に振動することで、感光体にとって、シールド305の開口部306を通して見える検知電極303の面積が変化する。その結果、感光体と検知電極303間の容量を変化させ、電位差を検出することができる。加えて、振動体301がＤの方向に振動することにより、感光体と検知電極303間の距離を変化させる。これにより、前述した方法で、感光体と検知電極303間の距離ｘｓをより正確に求めることができる。
【００５４】
以上に述べた本実施形態の電位測定装置は、次の特徴を有する。すなわち、機械的な振動により測定対象の面と検知電極間の静電容量を変化させる容量変化手段と、容量変化手段によって検知電極に静電誘導される電荷量を検出する検出手段を有する。そして、本発明のアクチュエータを前記容量変化手段に用いており、検出手段で検出される検出結果に基づき、測定対象の面と検知電極間の距離情報を検出するとともに、この距離情報を用いて、測定対象の面の電位を補正して測定する。
【００５５】
本実施形態によると、以上の様にして、感光体と検知電極303との電位差を検出するとともに、感光体と検知電極303間の距離を検出することができる。そのため、感光体と検知電極303間の距離の違いにより発生する検出電位差の誤差を補正することができる。こうして、配置誤差の影響を受けにくく、高精度な電位測定を行うことができる電位測定装置を提供することができる。
【００５６】
（第6の実施形態）
第6の実施形態を説明する。本実施形態は本発明のアクチュエータを光偏向装置として画像形成装置に応用した一態様である。本実施形態の構成を図8に示す。
【００５７】
本実施形態では、光偏向装置3003の振動系が有する1つの軸回りの2つの固有振動数比はほぼ1:2または1:3の関係となっている。光偏向装置3003を構成するアクチュエータの振動系は、振幅と位相を適切に制御することにより、固有振動数比がほぼ1:2のときは鋸波、ほぼ1:3のときは三角波に近い振動が可能になる。このとき、1振動周期の一部の区間が等角速度に近づく。また、光偏向装置3003の振動体（図示しない）の表面は光偏向素子の光反射面となっており、光源3001から出射した光は、コリメータレンズ3002で整形され、光偏向装置3003によって走査される。走査光は結合レンズ3004を経て感光ドラム3005上にて結像し、感光ドラム3005を露光する。光源3001からの出射光を変調させることにより、感光ドラム3005に、変調信号に対応した静電潜像が形成される。
【００５８】
走査方向と直角な方向に回転軸の回りに回転される感光ドラム3005は、図示しない帯電器により一様に帯電されており、この上に光を走査することによりその走査部分に静電潜像が形成される。次に、図示しない現像器により静電潜像の画像部分にトナー像が形成され、これを、例えば、図示しない用紙に転写・定着することで用紙上に画像が形成される。
【００５９】
比較的簡単な構成の本発明のアクチュエータを用いる本実施形態の画像形成装置では、光走査特性が良好になり、鮮明な画像を生成可能な画像形成装置とできる。
【００６０】
光ビームを発生する光源と、振動体に光ビームを偏向するための光偏向素子が形成された本発明のアクチュエータを有する本発明の光偏向装置は、画像表示装置にも適用できる。ここでは、光入射目標体として画像表示体を備え、光偏向装置は、光源からの光を偏向し、この光の少なくとも一部を画像表示体に入射させる。
【００６１】
（その他の実施形態）
上記の実施形態では、第1の振動モードを励起する周波数と、第2の振動モードを励起する周波数が、整数比となっているが、本発明のアクチュエータはこれに限らない。
【００６２】
第1の振動モードを励起する周波数と、第2の振動モードを励起する周波数の比を、整数比とする場合、本発明で生成する駆動信号は、周期的な繰返し信号になるため、駆動信号の生成を常時リアルタイムに処理する必要がなくなる。つまり、この周期的な繰返し信号を一度生成して記憶しておけば、印加する周波数やエネルギーの大きさを変更しない限り、繰り返して用いることができる。そのため、駆動信号生成手段をより簡易な構成にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のアクチュエータの実施形態を説明する構成図。
【図２】本発明のアクチュエータの第1の実施形態の駆動信号を生成する方法を説明する図。
【図３】本発明のアクチュエータの第2の実施形態の駆動信号を生成する方法を説明する図。
【図４】本発明のアクチュエータの第3の実施形態の駆動信号を生成する方法を説明する図。
【図５】本発明のアクチュエータの第4の実施形態の駆動信号を生成する方法を説明する図。
【図６】本発明の電位測定装置に係る第5の実施形態を説明する図。
【図７】第5の実施形態の検出信号を説明する図。
【図８】本発明の画像形成装置に係る第6の実施形態を説明する構成図。
【図９】振動系の振動の複数のモードを説明する図。
【図１０】背景技術のアクチュエータを説明する構成図。
【符号の説明】
【００６４】
101  アクチュエータ
102  駆動信号生成手段
103  駆動信号印加手段
104、301  振動系（振動板）
105  信号発生源
106a乃至106n  調整手段
108  パルス信号合成手段
201a乃至201n  基準パルス信号
202a乃至202n  調整後のパルス信号
205  駆動信号
303  検知電極
3001  光源
3002  コリメータレンズ
3003  光偏向装置
3004  結合レンズ
3005  光入射目標体（感光ドラム）
【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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