(57)【要約】【課題】光偏向の動作を、比較的高速且つ安定に制御することができる光偏向器を提供する。【解決手段】光偏向器は、偏向手段102と、振動状態検出手段103と、駆動信号生成手段104と、変調タイミング信号生成手段105と、偏向状態検出手段106を有する。偏向手段は、光源101からの光を偏向させる。振動状態検出手段は、偏向手段の振動状態を検出する。駆動信号生成手段は、偏向手段を駆動するための駆動信号を生成する。変調タイミング信号生成手段は、光源の光量を制御する基準の時間を変調タイミング信号として生成する。偏向状態検出手段は、偏向手段により光源からの光が偏向されて生じる偏向光の偏向状態を検出する。駆動信号生成手段が、振動状態検出手段の検出情報を基に、駆動信号を生成し、変調タイミング信号生成手段が、偏向状態検出手段の検出情報を基に、変調タイミング信号を生成する。【選択図】  図1
2009025795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動可能に支持された光偏向素子付き振動体を持つ振動系を含み、光源からの光を前記振動体により偏向させる偏向手段と、
前記偏向手段の振動系の振動状態を検出する振動状態検出手段と、
前記偏向手段の振動系を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
光源の光量を制御する基準の時間を変調タイミング信号として生成する変調タイミング信号生成手段と、
前記偏向手段により光源からの光が偏向されて生じる偏向光の偏向状態を検出する偏向状態検出手段と、
を有し、
前記駆動信号生成手段が、前記振動状態検出手段の検出情報を基に、前記駆動信号を生成し、
前記変調タイミング信号生成手段が、前記偏向状態検出手段の検出情報を基に、前記変調タイミング信号を生成する、
ことを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
前記駆動信号生成手段が駆動信号を更新する時間間隔が、前記変調タイミング信号生成手段が変調タイミング信号を更新する時間間隔より長い、
ことを特徴とする請求項1に記載の光偏向器。
【請求項３】
前記振動状態検出手段は、前記偏向手段の振動状態を正弦波的に検出する手段であり、前記偏向状態検出手段は、前記偏向光の偏向状態を光学的に検出する手段であることを特徴とする請求項1または2に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記振動状態検出手段は、前記偏向手段に内蔵された電磁型のセンサ、静電容量型のセンサ、又は圧電型のセンサであり、
前記偏向状態検出手段は、フォトディテクタ、位置検出素子、又はイメージセンサであることを特徴とする請求項3に記載の光偏向器。
【請求項５】
前記駆動信号生成手段は、前記偏向手段が目標の振動状態になる様に、駆動信号の周波数を変化させて駆動信号を生成する、
ことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の光偏向器。
【請求項６】
前記駆動信号生成手段は、自励発振回路を含んでおり、前記偏向手段が共振現象を用いて駆動される、
ことを特徴とする請求項5に記載の光偏向器。
【請求項７】
前記変調タイミング信号生成手段は、偏向光が目標の偏向状態になる様に、変調タイミング信号を生成する、
ことを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の光偏向器。
【請求項８】
前記変調タイミング信号生成手段は、前記駆動信号の同期信号を逓倍した信号を用いて変調タイミング信号を生成する、
ことを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の光偏向器。
【請求項９】
前記偏向状態検出手段は、受光素子上を一方向に移動する偏向光の位置と逆方向に移動する偏向光の位置との距離を測定し、前記変調タイミング信号生成手段は、前記距離が所定の距離となる様に、変調タイミング信号を生成する、
ことを特徴とする請求項1から7の何れかに記載の光偏向器。
【請求項１０】
請求項1乃至9の何れかに記載の光偏向器と、光源と、目標対象を含み、
前記光偏向器は、前記光源からの光を偏向し、該光の少なくとも一部を前記目標対象に入射させ、
前記光源の光量を制御する画像データを前記変調タイミング信号に同期させながら、前記入射光を用いて前記目標対象上に画像形成する、
ことを特徴とする光学機器。
【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光偏向素子付き振動体を持つ振動系を含み光源からの光を振動体により偏向させる偏向手段を有する光偏向器、及びそれを用いた画像形成装置などの光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光偏向器の従来例として、図8に示すガルバノミラーが提案されている（特許文献1参照）。これは、電磁力で駆動するガルバノミラーである。ここでは、可動板53上にミラー56を配置し、その可動板は軸中心に回動する様にトーションバー54により、本体部であるシリコン基板50から支持されている。可動板53を駆動する駆動手段は、平面コイル55と永久磁石60乃至63を含んで構成される。よって、この光偏向器は、平面コイル55に駆動電流を流し、永久磁石とのロ−レンツ力を利用して駆動する電磁型である。なお、図8中、符号51は上側ガラス基板、符号52は下側ガラス基板、符号57は電極端子である。
【０００３】
また別の従来例として、可動部に全反射ミラーを有する同じく電磁型の電磁アクチュエータがある（特許文献2参照）。特許文献2の提案例では、次の課題に着目している。すなわち、電磁アクチュエータの共振周期は温度的又は経年的にドリフトしていくのが通例であり、そのため、予め設定した共振周波数の電流を平面コイルに供給し続けるのでは、温度変化や時間経過によって振れ角が一定に制御されないことに注目している。目的として、次のものなどを提供することとしている。すなわち、別段の検出手段を設けることなく共振周期で往復駆動できる電磁アクチュエータを提供すること。別段の検出手段を設けることなく振れ角（振幅）を制御できる電磁アクチュエータを提供すること。電磁アクチュエータの共振周期に対応する共振周波数信号を出力できる電磁アクチュエータの共振周波数信号生成装置を提供すること。その達成手段としては、コイルを可動部の励振用として利用するとともに検出用としても利用している。検出には、コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を用いている。検出手段であるコイルから、アクチュエータが或る回動角（偏向角）を通過するタイミングを時間の情報として検出している。
【特許文献１】特開平07−175005号公報
【特許文献２】特開2001−305471号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献2が開示するような光偏向器を、画像信号に対応して変調する光の偏向に用いる場合には、画像信号の内容により光偏向器の温度が変化する。そのため、光偏向の動作が変化して、形成画像劣化の原因となる。画像を高精度に形成するためには、画像信号の変調スピードにできるだけ追従して、光偏向の動作を補正する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に鑑み、本発明の光偏向器は、次の特徴を有する。光偏向器は、偏向手段と、振動状態検出手段と、駆動信号生成手段と、変調タイミング信号生成手段と、偏向状態検出手段を有する。偏向手段は、振動可能に支持された光偏向素子付き振動体を持つ振動系を含み、光源からの光を振動体により偏向させる。振動状態検出手段は、偏向手段の振動系の振動状態を検出する。駆動信号生成手段は、偏向手段の振動系を駆動するための駆動信号を生成する。変調タイミング信号生成手段は、光源の光量を制御する基準の時間を変調タイミング信号として生成する。偏向状態検出手段は、偏向手段により光源からの光が偏向されて生じる偏向光の偏向状態を検出する。更に、駆動信号生成手段が、振動状態検出手段の検出情報を基に、駆動信号を生成し、変調タイミング信号生成手段が、偏向状態検出手段の検出情報を基に、変調タイミング信号を生成する。
【０００６】
また、上記課題に鑑み、本発明の画像形成装置、画像表示装置などの光学機器は、上記光偏向器と、光源と、目標対象を含み、光偏向器は、光源からの光を偏向し、該光の少なくとも一部を目標対象に入射させる。そして、光源の光量を制御する画像データを変調タイミング信号に同期させながら、入射光を用いて目標対象上に画像形成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の光偏向器によれば、上記の如き振動状態検出手段と偏向状態検出手段を共に備えるので、光偏向の動作を高速且つ安定に制御することができる。そのため、例えば、画像の更新スピードに対して短時間で光偏向の動作を補正することができ、安定且つ高精度な画像形成装置、画像表示装置などの光学機器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明による光偏向器の実施形態を詳細に説明する。
【０００９】
（第1の実施形態）
図1に、本実施形態に係る光偏向器の構成図を示す。図1において、101は半導体レーザなどの光源、102は、振動可能に支持された全反射ミラーなどの光偏向素子付き振動体を持つ振動系を含み、光源101からの光線201を振動体により偏向する偏向手段である。偏向手段102は、少なくとも1つの固有振動モードを有する。同じ軸回りの振動モードや、異なる軸回りの振動モードの複数の固有振動モードを有していてもよい。また、103は、偏向手段102の振動系の振動状態を検出する振動状態検出手段、104は、偏向手段102の振動系を駆動するための駆動信号203を生成する駆動信号生成手段である。また、105は、光源101の光量を制御する基準の時間を変調タイミング信号204として生成する変調タイミング信号生成手段である。また、106は、偏向手段102により偏向された偏向光の状態（偏向状態）を検出する偏向状態検出手段である。更に、202は、偏向手段の振動状態を表す振動状態検出手段の検出情報である検出信号、205は、偏向手段の偏向状態を表す偏向状態検出手段106の検出情報である信号、206は光源の変調パターンの信号（画像信号など）である。偏向状態検出手段106の具体例は第3の実施形態のところで後述する。
【００１０】
尚、本明細書では、偏向手段102の振動系が振動している状態のことを「振動状態」、偏向手段102が光源101からの光線201を偏向して或る所定の面で移動させている状態を「偏向状態」と呼ぶ。
【００１１】
本実施形態では、光源101には、光源から出力される光線の光量を制御する（変調とも呼ぶ）手段が含まれている。例えば、半導体レーザであれば、それは制御電圧或いは電流が印加される電極である。光量を制御する（変調する）手法としては、光源101の光量の強さを時系列に変化させる方法、光源101の点灯・消灯を繰返し、単位時間当りの点灯している時間の割合を変化させる方法などがある。本実施形態の光偏向器では、光源101がどのように光量を変化させるべきかを制御する変調パターン信号206を光源101に入力する。 
【００１２】
変調パターン信号206で制御される光源101からの変調された光線201を、偏向手段102で偏向・走査することにより、上記光偏向器によって画像形成装置等を構成できる。その際、偏向手段102の振動系を振動しているタイミングと、光源101の変調のきっかけないし基準になるタイミングとを、調整することにより、所望の光偏向を得ることができる。
【００１３】
偏向手段102は、例えば、背景技術で説明したアクチュエータを用いることができる。偏向手段102は、共振を利用して駆動することにより所望の振動状態が得られるものが望ましい。共振とは、偏向手段102の振動系の振動の大きさ（振幅）が駆動信号203の周波数に対して大きく依存しており、或る特定の周波数（共振周波数）で特に効率的に振動が生起される現象のことである。偏向手段102の駆動手段としては、背景技術で説明した駆動コイルと磁石を含む電磁方式の他に、静電方式、圧電方式などにより偏向手段102に駆動力を印加することも可能である。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その支持部などに設けて駆動力を印加する。
【００１４】
図2に、共振を利用して駆動される偏向手段102の特性図を示す。図2の横軸は偏向手段102への駆動信号203の周波数、図2（ａ）の縦軸は偏向手段102の振れ角（振幅）の大きさ、図2（ｂ）の縦軸は偏向手段102の振動の位相である。ここで、振動の位相とは、駆動信号203に対する偏向手段102の振動のズレの割合を表すものである。図2から分かる様に、共振周波数ｆｃで最も振れ角が大きくなり、位相の変化の割合も最もそこで大きくなる。
【００１５】
この共振での効率の良さの指標をＱ値と呼ぶ。Ｑ値が大きいほど、より少ない投入エネルギーで偏向手段102の振動系の振動を発生させることができる。また、共振周波数ｆｃ以外の信号への応答が鈍感になるので、偏向手段102の振動系の振動がより安定な状態に保たれ易くなる。しかし、Ｑ値が大きいほど、駆動する周波数が共振周波数ｆｃからずれた時の振動の大きさや、振動の位相が変化し易くなる。この共振周波数ｆｃは、温度等の環境の変化により、敏感にシフトしてしまう。
【００１６】
ここで、光源101と偏向手段102のみの構成を考えて動作を説明する。
前述の偏向手段102に用いている振動系のＱ値が大きいほど、駆動信号203を変化させた時に、実際の偏向手段102の振動系の振動状態が反応する応答が遅くなる。そのため、共振を利用した偏向手段102の振動系を所望の振動状態に保つ手法として、駆動信号203を変化させた場合は、偏向手段102の振動状態の補正を行うのには長い時間が必要となる。
【００１７】
環境の変化や偏向手段102自体の発熱などが大きく発生すると、共振状態にあった偏向手段102の振動状態が大きく変化する。そのため、駆動信号203を変化させて、偏向手段102の振動状態を大きく補正する必要がある。
【００１８】
環境の変化による振動状態の変化を補正する方法については、この変化は時間的に比較的緩やかであるため、駆動信号203を変化させる手法でも、十分追従して偏向手段102を所定の振動状態に保つことができる。
【００１９】
しかし、偏向手段102自体の発熱による振動状態の変化を補正する方法については次の様になる。ここでは、光偏向器を画像形成装置に用いた場合を例に採って説明する。形成したい画像の信号（光源101の変調パターン信号206）に対応させて、光源101の光量を制御する（変調する）ことにより、偏向手段102に入射する光量が変化する。そのため、偏向手段102で発熱等が起こり、局所的に温度等が変化する場合がある。よって、同じ駆動信号203で偏向手段102を駆動させていると、画像信号（光源101の変調パターン信号206）の変化に対応して偏向手段102の振動状態が変動してしまうことがある。これにより、光偏向の偏向状態まで変動してしまうから、画像形成装置の形成する画像を劣化させてしまうことになる。
【００２０】
この偏向手段102の振動状態の変動を抑える目的で、駆動信号203を変化させた場合は、偏向手段102の追従動作が遅いために、画像信号（光源101の変調パターン信号206）の速い変化には対応できない。従って、形成した画像を大幅に改善するには至らない。
【００２１】
本実施形態を含む本発明では、偏向手段102の「（1）環境等による比較的長周期の振動状態の変動」と、「（2）画像データの変化などによる比較的短周期の振動状態の変動」を別の手法で共に制御する。本発明は、「（1）は、偏向手段102の振動状態を検出し、その情報を基に駆動信号203で補正し」、「（2）は、光偏向の偏向状態を検出し、その情報を基に光源101への変調タイミング信号204を用いて補正する」ことを特徴とする。言い換えると、（1）の環境変化による長周期の偏向動作の変化に対しては駆動信号生成手段で偏向手段の振動状態を補正し、（2）の画像信号の変化による短周期の偏向動作の変化に対しては変調タイミング信号生成手段で光源の動作を補正する。
【００２２】
次に、上記（1）の変動の補正に係る振動状態検出手段103と駆動信号生成手段104について説明する。振動状態検出手段103は、偏向手段102の振動状態を検出し、振動状態を表す検出信号202を駆動信号生成手段104に出力する。振動状態検出手段103は、振動状態をモニタできるものであれば、どの様なものでも用いることができる。例えば、偏向手段102に内蔵された電磁型のセンサ、静電容量型のセンサ、圧電型のセンサなどを挙げることができる。好ましくは、偏向手段102の往復振動を正弦波的に検出できるものがよい。この場合、正弦波振動する偏向手段に内蔵されたセンサが、偏向手段の変位角に応じて連続的に信号を発生するために、センサから発生する信号は正弦波的な波形となる。このように、偏向手段102の往復振動を正弦波的に検出する構成は、後述する自励発振回路を用いる場合に好適である。
【００２３】
例えば、圧電型のセンサの場合、振動状態検出手段は、ピエゾ抵抗体を用いて構成できる。ピエゾ抵抗体を用いて振動体の変位角を検出するために、例えば、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振動体が或る変位角をとるときの時刻を検出する。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。このピエゾ抵抗体に一定電流を流しておけば、ねじりバネのねじれ角に応じて電圧信号が出力される。従って、振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振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。
【００２４】
駆動信号生成手段104は、振動状態の検出信号202を受け取り、それを基に駆動信号203を生成する。駆動信号生成手段104は、偏向手段102の振動状態が目標の振動状態に保たれる様に、周波数などを変化させて駆動信号203を生成する。
【００２５】
具体的には、まず、駆動信号203の周波数を変化させ、振動を共振状態又は共振付近の或る状態に持って行く。次に  振動状態の振幅が所定の大きさになる様に、駆動信号203の大きさを変化させる。これを繰り返すことで、偏向手段102の振動状態を目標の状態に保つことができる。
【００２６】
振動を共振状態又は共振付近の或る状態に持って行く方法としては、振動の大きさを観察する方法と、振動の位相を観察する方法がある。これらは、図2で説明した特性を利用するものである。
【００２７】
振動の大きさを観察する方法は、振動の大きさが最大になる様に、駆動信号203の周波数を変化させる。例えば、周波数を少し増加させてみて、振動が大きくなるようであると、その方向に周波数を増加させる。振動が小さくなるようであると、周波数を減少させる。これを繰返し、振動の大きさが最大になる周波数を探し出す（図2（ａ）参照）。
【００２８】
振動の位相を観察する方法は次の様に行われる。偏向手段102が共振状態にある場合、駆動エネルギーの投入波形に対して振動の位相は90°ずれていることが知られている。つまり、駆動エネルギーの投入波形と振動している角度の変化との間の位相差は、90°ということができる（図2（ｂ）参照）。位相差の数値の符号は、波形と角度の定義する方向による。実際には、回路の遅延等により、駆動信号203と振動状態を表す信号202との間の位相差は90°からズレが生じる。この回路の遅延等によるズレを考慮した上で、駆動信号203と振動状態を表す信号202とが、或る位相差の関係になるように、駆動信号203の周波数を変化させる。それにより、偏向手段102を、共振状態又は共振付近の或る状態に維持することができる。
【００２９】
上記（1）の変動を振動状態検出手段103と駆動信号生成手段104により補正する動作は、例えば、装置の起動時に行ったり、装置動作中に定期的に行ったりすることができる。例えば、振動の大きさが基準値を下回ったら、行なうようにしてもよい。また、装置に温度計を設置しておいて、その計測結果が一定以上の温度変動を検知するときに、この補正動作を行うようにしてもよい。
【００３０】
次に、上記（2）の変動の補正に係る偏向状態検出手段106と変調タイミング信号生成手段105について説明する。変調タイミング信号生成手段105は、上述した様に、光源101が光量を制御する（変調する）際の基準時間を変調タイミング信号204として生成し、光源101に出力する。この変調タイミング信号204は、光源101からの光線201を偏向して生じた偏向・走査光の偏向状態の検出信号205（偏向状態検出手段106で検出される）を基に、生成される。
【００３１】
例えば、光偏向器を画像形成装置に用いる場合、駆動信号生成手段104を用いて行う振動状態の制御だけでは、上述した様に、高画質な画像を形成することが難しい。その理由としては、（1）偏向手段102の振動状態の検出時の精度があまりよくできないという点、（2）駆動信号の遅れ、光源の変調の遅れ等により、形成する画像と偏向手段102の振動状態が完全に対応していないという点がある。
【００３２】
図3に、或る変調信号206による任意の走査面での光偏向を説明する図を示す。偏向・走査方向の1方向を用いて、図3（ａ）で示す様な偏向・走査光301を形成したいとする。しかし実際には、光偏向の向きと光源101の変調タイミングとの間の関係が、所望のものからずれてしまうことがある。このズレのために、図3（ｂ）に示す様に光源からの偏向・走査光301が所望の位置（所望の偏向角）からずれてしまい、画像を形成したい位置から画像形成パターンがずれてしまうことになる。
【００３３】
偏向手段102の往復の振動のどちらも画像形成に用いる場合には、特に顕著にズレが発生する。これは、往偏向により形成される画像と復偏向により形成される画像が、反対の向きにずれてしまうので、ズレが2倍に強調されるためである。例えば、図3（ｃ）が所望の光偏向とすると、ズレが発生した場合は図3（ｄ）のような光偏向になってしまう。図3（ｃ）、（ｄ）において、302はＡ方向へ走査される偏向・走査光、303はＢ方向へ走査される偏向・走査光である。
【００３４】
この課題を解決するために、本実施形態では、変調タイミング信号生成手段105において、光源101からの光線201を偏向して生じる偏向・走査光の偏向状態の検出信号205を基にして、変調タイミング信号204により補正を行う。具体的には、変調タイミング信号204を時間軸上でずらしていくことで、光源101が変調されるタイミングを、光偏向の偏向状態に合わせて補正する処理を行う。すなわち、変調タイミング信号生成手段105は、偏向光が目標の偏向状態になる様に、変調タイミング信号を生成する。
【００３５】
光偏向の偏向状態を検出する手段としては、光学的に偏向状態を検出する素子を用いることができる（後述の第3の実施形態参照）。例えば、フォトディテクタ、位置検出素子（PSD;
position-sensing-detector）、イメージセンサなどを用いることができる。
【００３６】
偏向状態検出手段106は、光偏向の偏向状態を直接検出しているため、高精度に光偏向の状態を検出することができる。つまり、偏向手段102の振動状態を検出している訳ではなく、偏向・走査光の位置を検出しているため、信号の応答による精度の低下等の問題が発生しない。加えて、振動状態検出時における精度低下、駆動信号の遅れ、光源の変調の遅れ等も含んで、光偏向の状態を検出しているため、それらの誤差要因が無い。よって、非常に高精度に光偏向の状態を検出することができる。
【００３７】
また、ここでは、光源101の変調タイミングにより補正を行うため、細かく光偏向の状態を補正することができる。更に、偏向手段102の振動状態を駆動信号生成手段104で補正するのではなく、光源の変調タイミングで補正を行っているため、リアルタイムで補正を行うことができる。
【００３８】
よって、本実施形態では、画像データの変化などを原因とした比較的周期の短い偏向状態の変動を高速に補正して、所望の偏向状態を維持することができる。
【００３９】
上記（2）の変動を偏向状態検出手段106と変調タイミング信号生成手段105により補正する動作は、例えば、偏向手段102により往復移動される偏向・走査光が折り返す所で、毎回或いは適時に行うことができる。典型的には、上記2つの変動の性質から言って、駆動信号生成手段104が駆動信号を更新（補正）する時間間隔は、変調タイミング信号生成手段105が変調タイミング信号を更新（補正）する時間間隔より長い。
【００４０】
本実施形態によると、上記（1）の変動と上記（2）の変動を共に制御して、光偏向動作を高速且つ安定に目標の状態に制御することができる光偏向器を提供できる。
【００４１】
尚、本実施形態の駆動信号発生手段104に、自励発振回路を用いることができる。自励発振回路は、偏向手段102の振動状態の検出信号202を、オペアンプなどを用いて正帰還させ、駆動信号203を生成する回路である。自励発振回路は、検出信号202の大きさが最大になる様に、自動的に駆動信号203を調整することができる。そのため、外部の雑音などに強く、偏向手段102を常に共振状態又は共振付近の或る状態に安定に保持することができる。
【００４２】
また、この回路は1つのオペアンプを中心とする簡易な構成で実現できる。この自励発振回路を用いることで、共振現象を利用して偏向手段102を駆動する場合には、偏向手段102を発振子として用いることができる。そのため、周波数を発生する手段を追加する必要が無くなり、少ない部品点数で駆動信号生成手段104を構成することができる。こうした場合、振動状態検出手段103は、前述した様に、偏向手段102の往復振動を正弦波的に検出できるものがよい。
【００４３】
自励発振回路を用いることで、駆動信号生成手段104が少ない構成要素で安定に実現でき、そのため、簡易な構成で、安定且つ精度の良い光偏向を実現する光偏向器を提供できる。
【００４４】
（第2の実施形態）
本実施形態に係る光偏向器は、変調タイミング信号生成手段105に特徴を持つ。その他は第1の実施形態と同じである。
【００４５】
本実施形態では、変調タイミング信号生成手段105において、駆動信号203に同期した信号を用いて、変調タイミング信号204を生成する。すなわち、変調タイミング信号生成手段は、駆動信号の同期信号を逓倍した信号を用いて変調タイミング信号204を生成する。
【００４６】
図4に、本実施形態の変調タイミング信号生成手段105を説明する構成図を示す。図4において、401はパルス信号生成手段、402は周波数逓倍手段、403は位相生成手段、501はパルス信号、502は逓倍信号である。また、図5に、本実施形態の変調タイミング信号生成手段105における信号を説明する図を示す。図5で、横軸は時間、縦軸は信号の大きさである。
【００４７】
ここにおいて、パルス信号生成手段401は、偏向手段102の駆動信号203からパルス信号501を生成する。一例を挙げると、図5（ａ）が駆動信号203とすると、図5（ｂ）のようなパルス信号501を生成する。このパルス信号501の周波数は、駆動信号203の周波数と一致している。図5（ｂ）では、ＤＵＴＹ比が50％となっているが、この限りではない。
【００４８】
このパルス信号501は、周波数逓倍手段402により、Ｎ倍の周波数の逓倍信号502に変換される。図5（ｂ）のパルス信号501から生成した逓倍信号502を図5（ｃ）に示す。ここでは、一例として2倍となっているが、実際は、例えば、数百倍から数万倍程度までの周波数を用いることができる。
【００４９】
逓倍信号502は、光偏向の偏向状態の信号205を基に、偏向手段102への駆動信号203に対して或る位相（駆動信号203の一周期における時間ズレの指標）を持った変調タイミング信号204に変換される（図5（ｄ）参照）。光偏向の偏向状態の信号205は、変調タイミング信号生成手段105に、駆動信号203とは直接関係なく入力されるものである。この変調タイミング信号204が持つ位相を調整する（例えば、図5（ｅ）の信号）ことで、偏向手段102の振動状態が持つ位相に合わせて、光源の変調タイミングを調整し、光偏向の偏向状態を制御することができる。具体的には、光源101の変調タイミング信号204の位相を進めたり、遅らせたりして、所望の光偏向が行われるように調整を行う。
【００５０】
変調タイミング信号204は、逓倍信号502をカウントしていき、或る任意のカウント数の時に信号を生成する構成にすることで、容易に生成することができる。これは、ＦＰＧＡ（Field-Programmable-Gate-Array）やＰＬＤ（Programmable-Logic-Device）といったデジタル回路（論理ＩＣ）で構成することができる。そのため、逓倍信号502の周期の刻みで、高精度に変調タイミングを調整することができる。
【００５１】
逓倍信号502は、装置動作中において、光源101を変調する基準となる信号として用いることができる。具体的には、逓倍信号502の立上り・立下りに伴って、光源101の光量を変調パターン信号に従って変化させることができる。これにより、変調タイミング信号204は、偏向手段102の駆動信号203と同期させることができるため、光偏向の偏向状態が同じであれば、偏向の1往復毎に同じ偏向位置に所望の光を得ることができる。ここで、同期とは、それぞれの繰返し信号の周波数の比が、整数比となっていることを指す。
【００５２】
こうして、本実施形態によると、光偏向の偏向状態を更に高精度且つ安定に制御することができる光偏向器を実現できる。
【００５３】
（第3の実施形態）
本実施形態に係る光偏向器は、光偏向の偏向状態の検出信号205を発生する偏向状態検出手段に特徴を有する。その他は第1または第2の実施形態と同じである。
【００５４】
本実施形態の偏向状態検出手段では、受光素子上を一方向に移動する偏向光の位置と逆方向に移動する偏向光の位置との距離を測定し、その距離の測定信号を、光偏向の偏向状態を検出する信号205として用いる。この検出信号205を受ける変調タイミング信号生成手段105は、前記距離が所定の距離となる様に、変調タイミング信号204を生成する。
【００５５】
図6に、本実施形態での光偏向の偏向状態の検出を説明するための模式図を示す。図6において、601は受光素子、602は短冊状の受光領域である。また、603と604は偏向・走査光、605は偏向・走査光の縦方向中心の偏向軌跡、606は偏向・走査光603の横方向中心、607は偏向・走査光604の横方向中心である。
【００５６】
この受光素子601は、複数の受光領域602から構成されている。図6に示す様に、受光素子601上の偏向軌跡605に沿って、方向Ｘに移動する偏向・走査光603と、逆の方向Ｙに移動する偏向・走査光604の位置を測定する。偏向・走査光603、604の位置を検出する方法としては、光源101を変調させ（ＯＮ、ＯＦＦさせ）、受光素子上に光の点（スポット）を形成する。この受光素子601上の光の点の位置を、受光素子601が持つ複数の受光領域602からの信号と受光領域602の配置を基にして、計算する。これにより、方向Ｘでの光の点の位置606と方向Ｙでの光の点の位置607を測定し、2点間の距離Ｚを測定することができる。この測定距離Ｚを、光偏向の偏向状態を検出する信号205として用いる。この方式を用いることで、光偏向の偏向状態を直接位置情報として検出することができるため、光偏向の偏向状態を非常に高精度に把握することができる。
【００５７】
この測定距離Ｚの目標距離からのズレ量に基づき、変調タイミング信号生成手段105は変調タイミング信号204を生成する。この際、変調タイミング信号204をどれだけずらせば目標距離からのズレ量を補正できるかは、予め作成して変調タイミング信号生成手段105に記憶しておいたデータから算出できるようにしておくことができる。
【００５８】
本実施形態によると、光偏向の偏向状態を非常に高精度に検出することができるため、更に安定且つ高精度な光偏向の動作を実現する光偏向器を提供できる。
【００５９】
（第4の実施形態）
第1から第3の実施形態で説明した光偏向器は光学機器の一つである画像形成装置に用いることができる。こうした画像形成装置では、環境の変化や画像信号の変化があっても、その影響を受け難くなり、高画質な画像を形成することができる。
【００６０】
本実施形態の画像形成装置の構成を図7に示す。本実施形態の光偏向器530の振動系が有する振動体（図示しない）の表面は光反射面となっており、光源510から出射した光は、コリメータレンズ520で整形され、光偏向器530によって偏向・走査される。偏向・走査光は結合レンズ540を経て感光ドラム550上にて結像し、感光ドラム550を露光する。光源510からの出射光を変調させることにより、感光ドラム550に、変調信号に対応した静電潜像が形成される。
【００６１】
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体550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。
【００６２】
高精度且つ安定な光偏向の動作を実現する本発明の光偏向器530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。
【００６３】
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光偏向器は、画像表示装置にも適用できる。ここでは、画像表示体を備え、光偏向器は、光源からの光を偏向し、該光の少なくとも一部を画像表示体に入射させる。この様に、本発明の画像形成装置、画像表示装置などの光学機器においては、本発明の光偏向器と、光源と、目標対象を含み、光偏向器は、光源からの光を偏向し、該光の少なくとも一部を目標対象に入射させる。そして、光源の光量を制御する画像データを変調タイミング信号に同期させながら、入射光を用いて目標対象上に画像形成する。また、光偏向器の偏向手段に、異なる軸回りの2つの固有振動モードを有しているものを用いることで、光源からの光を2次元的に偏向・走査して画像表示体に入射させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態に係る光偏向器の構成図である。
【図２】共振を利用して駆動される偏向手段の特性図である。
【図３】任意の面での或る変調信号による偏向・走査光を説明する模式図である。
【図４】第2の実施形態に係る光偏向器の変調タイミング信号生成手段の構成図である。
【図５】第2の実施形態の変調タイミング信号生成手段における信号を説明する図である。
【図６】第3の実施形態に係る光偏向器の偏向状態検出手段を説明する構成図である。
【図７】本発明の第4の実施形態に係る画像形成装置を説明する構成図である。
【図８】光偏向器の従来例であるガルバノミラーの図である。
【符号の説明】
【００６５】
101  光源
102  偏向手段
103  振動状態検出手段
104  駆動信号生成手段
105  変調タイミング信号生成手段
106  偏向状態検出手段
202  偏向手段の振動状態を表す検出信号
203  偏向手段を駆動するための駆動信号
204  光源の変調タイミング信号
205  偏向手段の偏向状態を表す検出信号
206  光源の変調パターン信号
510  光源
530  本発明の光偏向器
550  感光ドラム（目標対象）
601  受光素子（偏向状態検出手段）
602  受光領域（偏向状態検出手段）
【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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