(57)【要約】【課題】高精度の揺動の検出が可能で、低コストで高精度の制御を可能にする。【解決手段】駆動のための矩形パルス状電圧発生器２０１と、揺動検出のための正弦波交流発生器２０２が並列に接続され、スイッチ２０３を介して、電極により構成されるコンデンサ２０４と接続される。スイッチ２０３は、矩形パルス発生器２０１により駆動され、矩形パルス状電圧を電極２０４に印加する期間のみ、矩形パルス発生器２０１と電極２０４が接続され、他の期間は電極２０４と正弦波交流電圧発生器２０２とを接続し、電極２０４に流れる電流をアンプ２０５で検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板にトーションバーで支持されて、前記支持基板の平面方向と垂直な方向に揺動可能とされたミラーと、前記トーションバーを挟むミラーの両側位置において前記支持基板に支持された固定電極とを備え、前記固定電極と前記ミラーに設けられた電極部との間に電圧を印加し、両者間に生じる静電引力によって前記ミラーを揺動させる構成の光スキャナの駆動方法であって、前記固定電極と前記ミラーに設けられた電極部との間に矩形パルス状電圧または正弦波交流電圧を印加し、前記矩形パルス状電圧を印加する期間と前記正弦波交流電庄を印加する期間は重複しないことを特徴とする光スキャナの駆動方法。
【請求項２】
前記ミラーが前記各固定電極に近づく揺動タイミングにおいて、前記固定電極とミラーの電極部との間に前記矩形パルス状電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の光スキャナの駆動方法。
【請求項３】
前記正弦波交流電圧の印加時に、前記固定電極とミラーの電極部との間に流れる電流値を測定することを特徴とする請求項１記載の光スキャナの駆動方法。
【請求項４】
前記電流値の測定結果に基づいて前記ミラーの揺動状態を算出することを特徴とする請求項３記載の光スキャナの駆動方法。
【請求項５】
前記矩形パルス状電圧の印加時に、前記固定電極とミラーの電極部との間に流れる電流値を測定しないことを特徴とする請求項１記載の光スキャナの駆動方法。
【請求項６】
前記矩形パルス状電圧の印加中の前記ミラーの揺動状態は前記正弦波交流電圧の印加時に測定した前記電流値より算出されたミラーの揺動状態を補間して求めることを特徴とする請求項４または５記載の光スキャナの駆動方法。
【請求項７】
前記算出したミラーの揺動状態に基づいて前記矩形パルス状電圧のタイミング、電圧値を制御することを特徴とする請求項４記載の光スキャナの駆動方法。
【請求項８】
前記矩形パルス状電圧の印加期間は、前記矩形パルス状電圧の印加時間と前記正弦波交流電圧の印加時間を合計した期間の１０分の１以下の期間であることを特徴とする請求項１記載の光スキャナの駆動方法。
【請求項９】
前記正弦波交流電圧の実効的電圧値は前記矩形パルス状電圧の電圧値の１００分の１以下であることを特徴とする請求項１記載の光スキャナの駆動方法。
【請求項１０】
発光源と、該発光源からの光ビームを偏向走査する偏向手段と、該偏向手段により偏向走査された光ビームを像担持体の被走査面に結像する結像手段とを有する光走査装置において、前記偏向手段は請求項１乃至９のいずれか一つに記載の光スキャナの駆動方法を用いた光スキャナであることを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
像担持体と、該像担持体に光ビームを照射して潜像を書き込む光書込手段と、像担持体に形成された潜像を現像して可視像化する現像手段と、像担持体上に形成された可視像を転写材に転写する転写手段と、転写材上に転写された画像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、前記光書込手段として請求項１０記載の光走査装置を具備した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、光ビームを走査するための光スキャナに関し、特に捩じりバネ（トーションバー）に支持された微小なミラーを揺動させて光ビーム偏向を行う構成の光スキャナの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ光等の光ビームを走査する光スキャナが、バーコードリーダ、レーザープリンタ、ヘッドマウントディスプレー等の光学機器、あるいは赤外線カメラ等の入力デバイスの光取り入れ装置として用いられている。この種の光スキャナとしては、シリコンマイクロマシニング技術を利用した微小ミラーを揺動させる構成のものが提案されている。例えば、図７は、特許文献１に開示されたシリコンマイクロミラーを有する光スキャナを示している。支持基板１に設けられた凹部１ａ内にシリコン薄板で形成されたミラー２が配置されており、このミラー２は一体的に設けられたトーションバー３ａ，３ｂを介して前記支持基板１に支持されている。したがって、前記ミラー２はトーションバー３ａ，３ｂの捩じり作用により、その両側部がミラーの平面に対して垂直方向に揺動可能とされる。また、トーションバー３ａ，３ｂは導電性部材で構成され、その両端は前記支持基板１に設けられたパッド４ａ，４ｂに電気接続されている。さらに、前記支持基板１の前記凹部１ａの両側には絶縁体６によってそれぞれ固定電極７ａ，７ｂが支持されており、これらの固定電極７ａ，７ｂは前記ミラー２の両側部の領域上に、ミラー平面に対して所要の間隔、例えば１０μｍの間隔で対向配置されている。
【０００３】
この光スキャナでは、例えば、一方の固定電極７ａのパッド８ａと、トーションバー３ａが接続されたパッド４ａとの間、すなわち固定電極７ａとミラー２との間に５００ボルト程度の高電圧を加えることにより、固定電極７ａとミラー２との間に静電力を発生させ、その静電引力によってミラー２の一側部を固定電極７ａ側に吸引し、この吸引動作によってトーションバー３ａ，３ｂを捩じり変形させながらミラー２を図示反時計方向に揺動させる。また、この揺動動作の直後に固定電極７ａへの電圧印加を解除すると、トーションバー３ａ，３ｂの捩じり復帰力によってミラーは逆方向に揺動される。この動作は他方の固定電極７ｂに電圧を印加する場合でも同様である。したがって、この電圧印加と停止を繰り返すことにより、ミラー２を揺動させることができ、図外の光源からのレーザ光をこのミラー２で反射させることで、レーザ光を偏向させ、光走査が可能となる。
【０００４】
また、このような光スキャナの駆動方法としては、たとえば特許文献２に記載されているように、図８に示すような光スキャナを駆動する際に、図９に示すような回路を用い、固定電極と、その固定電極に対して揺動されるミラー等の揺動部材に設けられた電極との間に電圧を印加して揺動を開始した後は、前記揺動部材が前記各固定電極に近づく揺動タイミングにおいて、前記固定電極と揺動部材の電極部との間にパルス状の電圧を印加する。この場合、前記揺動部材に設けられた電極と前記固定電極間に交流電庄を印加し、これらの間に流れる電流値を測定し、この測定値に基づいて前記揺動部材の揺動タイミングを測定し、この測定結果に基づいて前記印加する電圧のタイミング、電圧値を制御する。
【０００５】
このような駆動方法については、たとえば、非特許文献１において、「ガラス上の電極は位置を検出する容量型センサにもなっている。−中略−アクチュエータの駆動電圧に重畳させて容量検出用の高周波電圧をガラスの電極に印加し、シリコン側で電流を検出して同期検波を行うと、電極容量の差に対応した出力が得られる。」（１０２３頁）とあるように広く知られている。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４３１７６１１号明細書
【特許文献２】特許第３０１１１４４号公報
【非特許文献１】精密制御用ニューアクチュエーター便覧（日本工業技術振興協会固体アクチュエーター研究部会編  １９９４年１２月２１日  株式会社フジ・テクノシステム発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記したような駆動方法では、以下のような問題がある。すなわち、静電型のスキャナでは駆動のためのパルス電圧の電圧値は数ボルトから数百ボルトになるが、それに対して検出用の交流電圧は駆動に影響を与えることがないように、駆動のパルス電圧の百分の１程度の電圧、つまり数十ミリボルト（ｍＶ）から数ボルト（Ｖ）の電圧にする必要がある。
【０００８】
また、このような静電型の光スキャナでは、ミラーの揺動による容量の変化が数マイクロファラッド（μＦ）程度であるので、ミラーの揺動により発生する電流は数十ナノアンペア（ｎＡ）から数マイクロアンペア（μＡ）であり、検出できる電圧は数十マイクロボルト（μＶ）から数ミリボルト（ｍＶ）であり、駆動パルスの電圧に対して十万分の１程度の電圧になる。
【０００９】
そのため、駆動パルスのノイズ成分が検出電圧に与える影響が大きく、回路の複雑化や検出精度の低下がおきやすく、また検出のための回路も大電圧の駆動パルスと低電圧の検出電圧を処理しなくてはならないために、複雑で高精度な回路が必要となりコストの上昇を招きやすいという問題が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、高精度の揺動の検出が可能で、低コストで高精度の制御が可能な光スキャナ用の制御方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は高精度の制御を可能にした光スキャナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明（請求項１）においては、支持基板にトーションバーで支持されて、前記支持基板の平面方向と垂直な方向に揺動可能とされたミラーと、前記トーションバーを挟むミラーの両側位置において前記支持基板に支持された固定電極とを備え、前記固定電極と前記ミラーに設けられた電極部との間に電圧を印加し、両者間に生じる静電引力によって前記ミラーを揺動させる構成の光スキャナの駆動方法において、前記固定電極と前記ミラーに設けられた電極部との間に矩形パルス状電圧または正弦波交流電圧を印加し、前記矩形パルス状電圧を印加する期間と前記正弦波交流電庄を印加する期間は重複しない。これにより、固定電極とミラーに設けられた電極部との間に印加する矩形パルス状電圧と正弦波交流電圧は同時に印加することは無いので、矩形パルス状電圧発生器と正弦波交流電圧発生器を別個にもうけることができるとともに、大電圧の矩形パルス状電圧が低電圧の正弦波交流電圧発生器に電気的な影響を与えることを低減することが可能になる。
【００１３】
本発明（請求項２）においては、前記光スキャナの駆動方法において、前記ミラーが前記各固定電極に近づく揺動タイミングにおいて、前記固定電極とミラーの電極部との間に前記矩形パルス状電圧を印加する。これにより、印加する矩形パルス状電圧を用いてミラーを揺動することが可能になる。
【００１４】
本発明（請求項３）においては、前記光スキャナの駆動方法において、前記正弦波交流電圧の印加時に、前記固定電極とミラーの電極部との間に流れる電流値を測定する。これにより、正弦波交流電圧の印加時に、支持基板上の固定電極と揺動するミラー上の電極の間のコンデンサ容量の変化を測定することが可能になる。
【００１５】
本発明（請求項４）においては、前記光スキャナの駆動方法において、前記電流値の測定結果に基づいて前記ミラーの揺動状態を算出する。これにより、正弦波交流電圧の印加時に、前記固定電極とミラーの電極部との相対的位置関係を算出することができ、そこからミラーの揺動状態を算出することが可能になる。
【００１６】
本発明（請求項５）においては、前記光スキャナの駆動方法において、前記矩形パルス状電圧の印加時に、前記固定電極とミラーの電極部との間に流れる電流値を測定しない。これにより、ミラーの揺動状態を算出する回路は、矩形パルス状電圧の印加時に発生する大電圧信号は処理しなくて良くなる。
【００１７】
本発明（請求項６）においては、前記光スキャナの駆動方法において、前記矩形パルス状電圧の印加中の前記ミラーの揺動状態は前記正弦波交流電圧の印加時に測定した前記電流値より算出されたミラーの揺動状態を補間して求める。これにより、矩形パルス状電圧の印加中のミラーの揺動状態を推測できるようになる。
【００１８】
本発明（請求項７）においては、前記光スキャナの駆動方法において、前記算出したミラーの揺動状態に基づいて前記矩形パルス状電圧のタイミング、電圧値を制御する。これにより、ミラーの揺動の変動の少ないミラーの駆動ができるようになる。
【００１９】
本発明（請求項８）においては、前記光スキャナの駆動方法において、前記矩形パルス状電圧の印加期間は、前記矩形パルス状電圧の印加時間と前記正弦波交流電圧の印加時間を合計した期間の１０分の１以下の期間である。これにより、ミラーの揺動を測定する時間を長くとることができ、測定精度を向上させることが可能になる。
【００２０】
本発明（請求項９）においては、前記光スキャナの駆動方法において、前記正弦波交流電圧の実効的電圧値は前記矩形パルス状電圧の電圧値の１００分の１以下である。これにより、正弦波交流電圧によるミラーの揺動への影響を抑制する事が可能になる。
【００２１】
本発明（請求項１０）においては、発光源と、該発光源からの光ビームを偏向走査する偏向手段と、該偏向手段により偏向走査された光ビームを像担持体の被走査面に結像する結像手段とを有する光走査装置が、偏向手段に請求項１ないし請求項９による光スキャナの駆動方法を用いた光スキャナを用いる。これにより、制御性の良いミラーの揺動を行うことで、制御性の高い光の走査を行うことが可能になる。
【００２２】
本発明（請求項１１）においては、像担持体と、該像担持体に光ビームを照射して潜像を書き込む光書込手段と、像担持体に形成された潜像を現像して可視像化する現像手段と、像担持体上に形成された可視像を転写材に転写する転写手段と、転写材上に転写された画像を定着する定着手段を備えた画像形成装置が、光書込手段に請求項１０に記載の光走査装置を具備している。これにより、制御性の良い光の走査を行うことで、高画質の画像の出力が可能になる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明（請求項１）においては、矩形パルス状電圧発生器と正弦波交流電圧発生器を別個に設けることができるとともに、大電圧の矩形パルス状電圧が低電圧の正弦波交流電圧発生器に電気的な影響を与えることを低減することでき、回路の簡素化と各回路間のノイズの影響を抑制することが可能となる制御回路を提供できる。
【００２４】
本発明（請求項２）においては、比較的低い電圧パルスで有効にミラーを揺動することが可能になる。
【００２５】
本発明（請求項３）においては、支持基板上の固定電極と揺動するミラー上の電極の間のコンデンサ容量の変化を駆動パルス発生器の発するノイズの影響を受けることなく精度良く測定することができる。
【００２６】
本発明（請求項４）においては、正弦波交流電圧の印加時に、駆動パルス発生器の発するノイズの影響を受けることなく精度良くミラーの揺動状態を算出することが可能になる。
【００２７】
本発明（請求項５）おいては、ミラーの揺動状態を算出する回路は、駆動パルス発生器の発するノイズの影響を受けることなく精度良くミラーの揺動状態を算出することが可能になる。
【００２８】
本発明（請求項６）においては、駆動パルスの発生タイミングがミラーの振動のピーク付近と重なった場合でも、矩形パルス状電圧の印加中のミラーの揺動状態を推測できるようになる。
【００２９】
本発明（請求項７）においては、駆動パルスの発生タイミングがミラーの振動のピーク付近と重なった場合でも、ミラーの揺動の変動の少ないミラーの駆動ができるようになる。
【００３０】
本発明（請求項８）においては、ミラーの揺動を測定する時間を長くとることができ、精度の高いミラーの振動の検出ができる。
【００３１】
本発明（請求項９）においては、ミラー振動の検出用の正弦波交流電圧によるミラーの揺動への影響を抑制し、安定したミラーの振動が得られる。
【００３２】
本発明（請求項１０）においては、制御性の良いミラーの揺動を行うことで、制御性の高い光の走査を行うことが可能になる。
【００３３】
本発明（請求項１１）においては、制御性の良い光の走査を行うことで、高画質の画像の出力が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。  なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００３５】
図１は、本発明が適用される光スキャナの構成を示す。揺動するミラー１０１は、支持基板１０２にトーションバー１０３で支持されており、ミラー１０１は支持基板１０２の平面方向と垂直な方向に揺動するようになっている。支持基板１０２上の両端には、固定電極１０４が形成されている。また、ミラー１０１上にも電極１０５が形成されており、固定電極１０４とミラー上の電極１０５は対向部の面積を大きくするため、櫛歯状の電極構造にしている。この固定電極１０４と前記ミラーに設けられた電極部１０５との間に電圧を印加し、両者間に生じる静電引力によってミラーを揺動させる。
【００３６】
図２は、本発明の駆動回路の第１の構成を示す。固定電極１０４とミラー部電極１０５には、駆動のための矩形パルス状電圧発生器２０１と、揺動検出のための正弦波交流発生器２０２が並列に接続されており、各発生器２０１、２０２と、電極により構成されるコンデンサ（以下、電極）２０４はスイッチ２０３を介して接続されている。
【００３７】
スイッチ２０３は、駆動のための矩形パルス発生器２０１により駆動されており、矩形パルス状電圧を電極２０４に印加する期間のみ、矩形パルス発生器２０１と電極２０４が接続され、他の期間は電極２０４と揺動検出のための正弦波交流電圧発生器２０２を接続する。
【００３８】
本実施例の回路では、矩形パルス状電圧の周波数は２ＫＨｚ、電圧値２５Ｖ、デューティ８％程度で駆動しており、正弦波交流電圧は周波数１５ＭＨｚ、電圧値１００ｍＶ程度である。それにより、電極部の揺動で発生する電流は約１００ｎＡ程度である。これをアンプ２０５で増幅して検出している。
【００３９】
上記スイッチ２０３は、機械的なリレースイッチや電子的なスイッチで構成される。このように、駆動パルスを生成する大電圧の回路と、振動を検出するための微少電流の検出回路を電気的に分離することができるので、各回路を簡易に構成することができ、性能の向上、コストの低減に有効である。
【００４０】
この回路の動作は、正弦波交流電圧発生器２０２と電極２０４が接続されている期間のみ、電極２０４に正弦波交流電流が印加され、ミラー電極１０５の揺動にともない、固定電極１０４とミラー部電極１０５の電極間距離が変動し、これにより電極２０４で構成されているコンデンサの容量が変化し、この容量変化により発生する電流を増幅検知して検出電流が発生する。この検出電流の変化よりミラーの振動を算出することができる。
【００４１】
図３は、そのようにして算出したミラーの振動を表すグラフである。ミラー駆動のための矩形パルス駆動電圧が電極部２０４に印加されている期間のみ、ミラーの振動波形を検出できないが、他の期間はミラーの振動波形が観察できる。
【００４２】
この回路では、ミラーの振動波形の観察期間は、電極２０４が矩形パルス状電圧発生器２０１から切り離されているので、矩形パルス状電圧発生器２０１から発生するノイズが電流検出用のアンプ２０５に入り込むことがないので、安定した検出電流の検知が可能になる。また、矩形パルス駆動電圧が電極部２０４に印加されている期間以外に電極２０４に印加されている電圧は矩形パルス駆動電圧に対して十分低い電圧なので、正弦波交流電圧の印加がミラーの揺動に与える影響はほとんど無視できる。
【００４３】
このようにして、検出されたミラーの振動波形は、図４に示すように電圧制御器２０６に入力され、矩形パルス状電圧発生器２０１の電圧の制御に用いられる。これにより、安定したミラーの振動の制御ができる。
【００４４】
図５は、ミラー駆動のための矩形パルス状電圧の発生のタイミングがミラーの振動のピーク付近と重なった場合を示す。図５の場合には、検出不能の期間に、ミラーの振動のピークが来てしまい、振動のピークを検出できないことがある。
【００４５】
そこで、本実施例では、図６のように、波形の補間演算器２０７を用いて検出不能の期間の波形を推定している。本実施例の波形の補間演算器２０７では、駆動の波形を正弦波として近似し、検出可能期間の測定値から算出している。
【００４６】
これにより、振動波形のピークが駆動のための矩形パルス状電圧の発生期間であっても、振動のピークの時間と大きさを推定でき、適切な駆動パルスの電圧の制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明が適用される光スキャナの構成を示す。
【図２】本発明の駆動回路の第１の構成を示す。
【図３】ミラー振動観測波形と矩形パルス駆動電圧を示す。
【図４】本発明の駆動回路の第２の構成を示す。
【図５】ミラー振動観測波形と矩形パルス駆動電圧の他の例を示す。
【図６】本発明の駆動回路の第３の構成を示す。
【図７】従来の光スキャナを示す。
【図８】従来の光スキャナの別の例を示す。
【図９】図８の光スキャナを駆動する回路を示す。
【符号の説明】
【００４８】
２０１  矩形パルス状電圧発生器
２０２  正弦波交流発生器
２０３  スイッチ
２０４  コンデンサ
２０５  アンプ
【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】
2005266054.tif 000009
【図８】
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【図９】
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