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JP2009025795A - Optical deflector - Google Patents

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JP2009025795A
JP2009025795A JP2008108614A JP2008108614A JP2009025795A JP 2009025795 A JP2009025795 A JP 2009025795A JP 2008108614 A JP2008108614 A JP 2008108614A JP 2008108614 A JP2008108614 A JP 2008108614A JP 2009025795 A JP2009025795 A JP 2009025795A
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Japan
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deflection
light
modulation timing
timing signal
drive signal
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Pending
Application number
JP2008108614A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Katori
篤史 香取
Masao Majima
正男 真島
Kazunari Fujii
一成 藤井
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Priority to US12/137,998 priority patent/US8345339B2/en
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Abstract

【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
An optical deflector capable of stably controlling the operation of optical deflection at a relatively high speed.
An optical deflector includes a deflecting unit, a vibration state detecting unit, a driving signal generating unit, a modulation timing signal generating unit, and a deflection state detecting unit. The deflecting unit deflects the light from the light source 101. The vibration state detection means detects the vibration state of the deflection means. The drive signal generation unit generates a drive signal for driving the deflection unit. The modulation timing signal generating means generates a reference time for controlling the light amount of the light source as a modulation timing signal. The deflection state detection means detects the deflection state of the deflected light generated when the light from the light source is deflected by the deflection means. The drive signal generation means generates a drive signal based on the detection information of the vibration state detection means, and the modulation timing signal generation means generates a modulation timing signal based on the detection information of the deflection state detection means.
[Selection] Figure 1

Description

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。 The present invention relates to an optical deflector including a vibration system having a vibrating body with a light deflecting element supported so as to be able to vibrate and having a deflecting unit that deflects light from a light source by the vibrating body, and an image forming apparatus using the same. It relates to optical equipment.

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。 As a conventional example of an optical deflector, a galvanometer mirror shown in FIG. 8 has been proposed (see Patent Document 1). This is a galvanometer mirror driven by electromagnetic force. Here, the mirror 56 is disposed on the movable plate 53, and the movable plate is supported from the silicon substrate 50 as the main body by the torsion bar 54 so as to rotate about the axis. The driving means for driving the movable plate 53 includes a planar coil 55 and permanent magnets 60 to 63. Therefore, this optical deflector is an electromagnetic type that is driven by passing a driving current through the planar coil 55 and utilizing the Lorentz force with the permanent magnet. In FIG. 8, reference numeral 51 denotes an upper glass substrate, reference numeral 52 denotes a lower glass substrate, and reference numeral 57 denotes an electrode terminal.

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。
特開平07−175005号公報 特開2001−305471号公報
As another conventional example, there is the same electromagnetic type electromagnetic actuator having a total reflection mirror in a movable part (see Patent Document 2). The proposed example of Patent Document 2 focuses on the following problems. In other words, the resonance cycle of an electromagnetic actuator usually drifts with temperature or with age. Therefore, if a current having a preset resonance frequency is continuously supplied to a planar coil, it will fluctuate due to temperature changes and the passage of time. Note that the angle is not controlled constant. The purpose is to provide the following. That is, to provide an electromagnetic actuator that can be reciprocated with a resonance period without providing a separate detection means. To provide an electromagnetic actuator capable of controlling a deflection angle (amplitude) without providing a separate detection means. To provide a resonance frequency signal generation device for an electromagnetic actuator capable of outputting a resonance frequency signal corresponding to the resonance period of the electromagnetic actuator. As an achievement means, the coil is used not only for exciting the movable part but also for detecting. For the detection, an induced electromotive voltage or induced electromotive current generated in the coil is used. The timing at which the actuator passes a certain rotation angle (deflection angle) is detected as time information from the coil as detection means.
JP 07-175005 A JP 2001-305471 A

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。 However, when an optical deflector as disclosed in Patent Document 2 is used for deflecting light that is modulated in accordance with an image signal, the temperature of the optical deflector varies depending on the content of the image signal. For this reason, the operation of the light deflection changes, which causes deterioration of the formed image. In order to form an image with high accuracy, it is necessary to follow the modulation speed of the image signal as much as possible to correct the optical deflection operation.

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。 In view of the above problems, the optical deflector of the present invention has the following characteristics. The optical deflector includes deflection means, vibration state detection means, drive signal generation means, modulation timing signal generation means, and deflection state detection means. The deflecting means includes a vibration system having a vibrating body with an optical deflection element supported so as to be capable of vibrating, and deflects light from the light source by the vibrating body. The vibration state detection means detects the vibration state of the vibration system of the deflection means. The drive signal generation unit generates a drive signal for driving the vibration system of the deflection unit. The modulation timing signal generating means generates a reference time for controlling the light amount of the light source as a modulation timing signal. The deflection state detection means detects the deflection state of the deflected light generated when the light from the light source is deflected by the deflection means. Further, the drive signal generation means generates a drive signal based on the detection information of the vibration state detection means, and the modulation timing signal generation means generates a modulation timing signal based on the detection information of the deflection state detection means.

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。 In view of the above problems, an optical apparatus such as an image forming apparatus and an image display apparatus according to the present invention includes the optical deflector, a light source, and a target object. The optical deflector deflects light from the light source, At least part of the light is incident on the target object. Then, an image is formed on the target object using incident light while synchronizing image data for controlling the light amount of the light source with the modulation timing signal.

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。 According to the optical deflector of the present invention, since both the vibration state detecting unit and the deflection state detecting unit as described above are provided, the operation of the optical deflection can be controlled at high speed and stably. Therefore, for example, the optical deflection operation can be corrected in a short time with respect to the image update speed, and a stable and highly accurate optical apparatus such as an image forming apparatus or an image display apparatus can be realized.

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。 Hereinafter, embodiments of an optical deflector according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(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。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration diagram of an optical deflector according to the present embodiment. In FIG. 1, 101 includes a light source such as a semiconductor laser, 102 includes a vibration system having a vibration body with a light deflection element such as a total reflection mirror supported so as to be able to vibrate, and deflects a light beam 201 from the light source 101 by the vibration body. The deflection means. The deflecting means 102 has at least one natural vibration mode. A plurality of natural vibration modes having vibration modes around the same axis or vibration modes around different axes may be provided. Reference numeral 103 denotes vibration state detection means for detecting the vibration state of the vibration system of the deflection means 102, and reference numeral 104 denotes drive signal generation means for generating a drive signal 203 for driving the vibration system of the deflection means 102. Reference numeral 105 denotes modulation timing signal generation means for generating a reference time for controlling the light amount of the light source 101 as the modulation timing signal 204. Reference numeral 106 denotes a deflection state detection unit that detects the state (deflection state) of the deflected light deflected by the deflection unit 102. Further, 202 is a detection signal that is detection information of the vibration state detection means that indicates the vibration state of the deflection means, 205 is a signal that is detection information of the deflection state detection means 106 that indicates the deflection state of the deflection means, and 206 is the light source of the light source. A modulation pattern signal (image signal or the like). A specific example of the deflection state detecting means 106 will be described later in the third embodiment.

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。 In this specification, the state in which the vibration system of the deflecting means 102 is oscillating is referred to as “vibration state”. The deflecting means 102 deflects the light beam 201 from the light source 101 and moves it on a predetermined surface. This state is called a “deflection state”.

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。 In the present embodiment, the light source 101 includes means for controlling (also referred to as modulation) the amount of light output from the light source. For example, in the case of a semiconductor laser, it is an electrode to which a control voltage or current is applied. As a method for controlling (modulating) the amount of light, a method of changing the intensity of the light amount of the light source 101 in time series, turning on and off the light source 101 repeatedly, and changing the proportion of time that the light is lit per unit time. There are methods. In the optical deflector of the present embodiment, a modulation pattern signal 206 that controls how the light source 101 should change the amount of light is input to the light source 101.

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。 By deflecting and scanning the light beam 201 modulated from the light source 101 controlled by the modulation pattern signal 206 by the deflecting means 102, an image forming apparatus or the like can be configured by the optical deflector. At this time, a desired light deflection can be obtained by adjusting the timing at which the vibration system of the deflecting means 102 is oscillating and the timing or the reference timing for modulation of the light source 101.

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。 As the deflecting means 102, for example, the actuator described in the background art can be used. Desirably, the deflection means 102 can obtain a desired vibration state by being driven using resonance. Resonance is that the magnitude (amplitude) of the vibration of the vibration system of the deflecting means 102 greatly depends on the frequency of the drive signal 203, and vibration occurs particularly efficiently at a specific frequency (resonance frequency). It is a phenomenon that is done. As the driving means of the deflecting means 102, it is possible to apply a driving force to the deflecting means 102 by an electrostatic system, a piezoelectric system, or the like, in addition to the electromagnetic system including the driving coil and magnet described in the background art. In the case of electrostatic driving, an electrode is formed on at least one vibrating body, and an electrode that causes an electrostatic force to act on the electrode is formed in the vicinity of the vibrating body. In the case of piezoelectric driving, a piezoelectric element is provided in a vibration system or its support part and a driving force is applied.

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。 FIG. 2 shows a characteristic diagram of the deflecting means 102 driven using resonance. 2 is the frequency of the drive signal 203 to the deflection means 102, the vertical axis in FIG. 2A is the magnitude of the deflection angle (amplitude) of the deflection means 102, and the vertical axis in FIG. 2B is the deflection means. The phase of the vibration of 102. Here, the vibration phase represents the ratio of the vibration deviation of the deflection means 102 with respect to the drive signal 203. As can be seen from FIG. 2, the deflection angle is largest at the resonance frequency fc, and the rate of phase change is also greatest there.

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。 This index of efficiency at resonance is called the Q value. As the Q value is larger, vibration of the vibration system of the deflecting means 102 can be generated with less input energy. In addition, since the response to signals other than the resonance frequency fc becomes insensitive, the vibration of the vibration system of the deflecting unit 102 can be easily maintained in a more stable state. However, the larger the Q value, the more easily the magnitude of vibration and the phase of vibration when the driving frequency deviates from the resonance frequency fc. This resonance frequency fc shifts sensitively due to environmental changes such as temperature.

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。
Here, the operation will be described by considering only the configuration of the light source 101 and the deflecting means 102.
The greater the Q value of the vibration system used in the deflection means 102, the slower the response to which the actual vibration state of the vibration system of the deflection means 102 reacts when the drive signal 203 is changed. Therefore, as a method for maintaining the vibration system of the deflection means 102 using resonance in a desired vibration state, it takes a long time to correct the vibration state of the deflection means 102 when the drive signal 203 is changed. Become.

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。 When the environmental change or the heat generation of the deflecting means 102 itself occurs greatly, the vibration state of the deflecting means 102 in the resonance state changes greatly. Therefore, it is necessary to greatly correct the vibration state of the deflecting means 102 by changing the drive signal 203.

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。 Regarding the method of correcting the change in the vibration state due to the environmental change, since this change is relatively slow in time, the method of changing the drive signal 203 sufficiently follows the deflection means 102 to the predetermined vibration state. Can keep.

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。 However, the method for correcting the change in the vibration state due to the heat generation of the deflecting means 102 itself is as follows. Here, a case where an optical deflector is used in an image forming apparatus will be described as an example. By controlling (modulating) the light amount of the light source 101 in correspondence with the signal of the image to be formed (the modulation pattern signal 206 of the light source 101), the light amount incident on the deflecting means 102 changes. Therefore, heat may be generated in the deflecting unit 102, and the temperature or the like may locally change. Therefore, when the deflection unit 102 is driven with the same drive signal 203, the vibration state of the deflection unit 102 may fluctuate in response to a change in the image signal (the modulation pattern signal 206 of the light source 101). As a result, the deflection state of the light deflection is changed, so that an image formed by the image forming apparatus is deteriorated.

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。 When the drive signal 203 is changed for the purpose of suppressing the fluctuation of the vibration state of the deflecting means 102, the follow-up operation of the deflecting means 102 is slow, so that the image signal (the modulation pattern signal 206 of the light source 101) changes quickly. Can not respond. Therefore, the formed image cannot be greatly improved.

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。 In the present invention including this embodiment, the deflection means 102 “(1) Fluctuation of a relatively long-cycle vibration state due to the environment” and “(2) Vibration state of a relatively short-cycle due to changes in image data, etc. "Variation" is controlled together by another method. According to the present invention, “(1) detects the vibration state of the deflection means 102 and corrects it with the drive signal 203 based on the information”, “(2) detects the deflection state of the optical deflection, and the information Is corrected using a modulation timing signal 204 to the light source 101 ”. In other words, for the change in the long-period deflection operation due to the environmental change in (1), the vibration state of the deflection means is corrected by the drive signal generation means, and in the short-period deflection operation due to the change in the image signal in (2). For the change, the operation of the light source is corrected by the modulation timing signal generating means.

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。 Next, the vibration state detection unit 103 and the drive signal generation unit 104 related to the correction of the variation (1) will be described. The vibration state detection unit 103 detects the vibration state of the deflection unit 102 and outputs a detection signal 202 representing the vibration state to the drive signal generation unit 104. Any vibration state detection means 103 can be used as long as the vibration state can be monitored. For example, an electromagnetic type sensor, a capacitance type sensor, a piezoelectric type sensor, etc. incorporated in the deflecting means 102 can be mentioned. It is preferable that the reciprocating vibration of the deflecting means 102 can be detected sinusoidally. In this case, since the sensor built in the deflection means that vibrates sinusoidally generates a signal according to the displacement angle of the deflection means, the signal generated from the sensor has a sinusoidal waveform. As described above, the configuration in which the reciprocating vibration of the deflecting unit 102 is detected in a sine wave manner is suitable when a self-excited oscillation circuit described later is used.

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。 For example, in the case of a piezoelectric sensor, the vibration state detecting means can be configured using a piezoresistor. In order to detect the displacement angle of a vibrating body using a piezoresistor, for example, when a piezoresistor is provided in a torsion spring and the vibrating body takes a certain displacement angle based on a signal output from the piezoresistor. Detect time. The piezoresistor is manufactured, for example, by diffusing phosphorus in p-type single crystal silicon. If a constant current is passed through the piezoresistor, a voltage signal is output according to the torsion angle of the torsion spring. Therefore, when measuring the displacement angle of the vibrating body, it is possible to accurately measure the displacement angle of the vibrating body by providing the piezoresistors on the plurality of torsion springs and obtaining the displacement angle of the plurality of torsion springs. it can.

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。 The drive signal generation means 104 receives the vibration state detection signal 202 and generates the drive signal 203 based on it. The drive signal generation unit 104 generates the drive signal 203 by changing the frequency or the like so that the vibration state of the deflection unit 102 is maintained at the target vibration state.

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。 Specifically, first, the frequency of the drive signal 203 is changed to bring the vibration into a resonance state or a certain state near the resonance. Next, the magnitude of the drive signal 203 is changed so that the amplitude of the vibration state becomes a predetermined magnitude. By repeating this, the vibration state of the deflecting means 102 can be maintained at the target state.

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。 As a method of bringing vibration to a resonance state or a certain state near resonance, there are a method of observing the magnitude of vibration and a method of observing the phase of vibration. These utilize the characteristics described in FIG.

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)。 In the method of observing the magnitude of vibration, the frequency of the drive signal 203 is changed so that the magnitude of vibration is maximized. For example, when the frequency is slightly increased and the vibration seems to increase, the frequency is increased in that direction. If the vibration appears to decrease, the frequency is reduced. This process is repeated to find the frequency at which the magnitude of vibration becomes maximum (see FIG. 2 (a)).

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。 The method of observing the phase of vibration is performed as follows. It is known that when the deflecting means 102 is in a resonance state, the vibration phase is shifted by 90 ° with respect to the input waveform of the driving energy. That is, the phase difference between the input waveform of the driving energy and the change in the oscillating angle can be said to be 90 ° (see FIG. 2B). The sign of the numerical value of the phase difference depends on the direction defined by the waveform and angle. Actually, the phase difference between the drive signal 203 and the signal 202 indicating the vibration state is shifted from 90 ° due to the delay of the circuit or the like. In consideration of the deviation due to the delay of the circuit, the frequency of the drive signal 203 is changed so that the drive signal 203 and the signal 202 indicating the vibration state have a certain phase difference. Thereby, the deflecting means 102 can be maintained in a resonance state or a certain state near the resonance.

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。 The operation of correcting the variation (1) by the vibration state detection unit 103 and the drive signal generation unit 104 can be performed, for example, when the apparatus is started or periodically during the operation of the apparatus. For example, it may be performed when the magnitude of vibration falls below a reference value. Further, a thermometer may be installed in the apparatus, and this correction operation may be performed when a temperature variation of a certain level or more is detected.

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。 Next, the deflection state detection means 106 and the modulation timing signal generation means 105 related to the correction of the variation (2) will be described. As described above, the modulation timing signal generation unit 105 generates a reference time when the light source 101 controls (modulates) the light amount as the modulation timing signal 204 and outputs it to the light source 101. This modulation timing signal 204 is generated based on a detection signal 205 (detected by the deflection state detection means 106) of the deflection state of the deflection / scanning light generated by deflecting the light beam 201 from the light source 101.

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。 For example, when an optical deflector is used in an image forming apparatus, it is difficult to form a high-quality image as described above only by controlling the vibration state performed using the drive signal generation unit 104. The reason for this is that (1) the accuracy of detecting the vibration state of the deflecting means 102 cannot be improved so much, and (2) the image to be formed and the deflecting means 102 due to the delay of the drive signal and the modulation of the light source. There is a point that the vibration state does not correspond completely.

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。 FIG. 3 is a diagram for explaining optical deflection on an arbitrary scanning plane due to a certain modulation signal 206. It is assumed that the deflection / scanning light 301 as shown in FIG. 3A is formed using one of the deflection / scanning directions. However, in practice, the relationship between the direction of light deflection and the modulation timing of the light source 101 may deviate from the desired one. Due to this deviation, as shown in FIG. 3B, the deflection / scanning light 301 from the light source deviates from a desired position (desired deflection angle), and the image formation pattern deviates from the position where an image is desired to be formed. It will end up.

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。 When both of the reciprocating vibrations of the deflecting means 102 are used for image formation, a particularly significant deviation occurs. This is because the image formed by the forward deflection and the image formed by the backward deflection are shifted in opposite directions, so that the deviation is enhanced twice. For example, if FIG. 3C shows a desired light deflection, when a deviation occurs, the light deflection as shown in FIG. 3C and 3D, reference numeral 302 denotes deflection / scanning light scanned in the A direction, and reference numeral 303 denotes deflection / scanning light scanned in the B direction.

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。 In order to solve this problem, in the present embodiment, the modulation timing signal generation unit 105 modulates the modulation timing based on the detection signal 205 of the deflection / scanning light deflection state generated by deflecting the light beam 201 from the light source 101. Correction is performed by the signal 204. Specifically, by shifting the modulation timing signal 204 on the time axis, processing for correcting the timing at which the light source 101 is modulated in accordance with the deflection state of the optical deflection is performed. That is, the modulation timing signal generation unit 105 generates a modulation timing signal so that the deflected light is in a target deflection state.

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。
As a means for detecting the deflection state of the optical deflection, an element for optically detecting the deflection state can be used (see a third embodiment described later). For example, a photo detector, a position detection element (PSD;
position-sensing-detector), an image sensor, etc. can be used.

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。 Since the deflection state detection means 106 directly detects the deflection state of the optical deflection, it can detect the optical deflection state with high accuracy. That is, the vibration state of the deflecting means 102 is not detected, but the position of the deflection / scanning light is detected, so that problems such as a decrease in accuracy due to a signal response do not occur. In addition, since the state of light deflection is detected, including a decrease in accuracy at the time of vibration state detection, a delay in drive signal, a delay in modulation of the light source, and the like, there are no error factors. Therefore, it is possible to detect the state of light deflection with very high accuracy.

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。 Here, since the correction is performed based on the modulation timing of the light source 101, the state of light deflection can be finely corrected. Furthermore, since the vibration state of the deflecting means 102 is not corrected by the drive signal generating means 104 but is corrected at the modulation timing of the light source, it can be corrected in real time.

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。 Therefore, in the present embodiment, it is possible to maintain a desired deflection state by correcting a change in the deflection state having a relatively short cycle due to a change in image data or the like at high speed.

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。 The operation of correcting the variation (2) by the deflection state detection means 106 and the modulation timing signal generation means 105 is performed every time or at an appropriate time, for example, at a place where the deflection / scanning light reciprocated by the deflection means 102 turns back. Can do. Typically, the time interval at which the drive signal generation unit 104 updates (corrects) the drive signal is the time interval at which the modulation timing signal generation unit 105 updates (corrects) the modulation timing signal, because of the above two fluctuation characteristics. Longer than interval.

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。 According to this embodiment, it is possible to provide an optical deflector capable of controlling the optical deflection operation at a high speed and stably to a target state by controlling both the variation (1) and the variation (2).

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。 Note that a self-excited oscillation circuit can be used for the drive signal generation means 104 of the present embodiment. The self-excited oscillation circuit is a circuit that positively feeds back the vibration state detection signal 202 of the deflecting means 102 using an operational amplifier or the like to generate a drive signal 203. The self-excited oscillation circuit can automatically adjust the drive signal 203 so that the magnitude of the detection signal 202 is maximized. Therefore, it is resistant to external noise and the deflection means 102 can always be stably held in a resonance state or a certain state near resonance.

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。 This circuit can be realized with a simple configuration centered on one operational amplifier. By using this self-excited oscillation circuit, when the deflecting means 102 is driven using the resonance phenomenon, the deflecting means 102 can be used as an oscillator. Therefore, it is not necessary to add a means for generating a frequency, and the drive signal generating means 104 can be configured with a small number of parts. In such a case, the vibration state detection means 103 is preferably capable of detecting the reciprocal vibration of the deflection means 102 in a sine wave manner as described above.

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。 By using the self-excited oscillation circuit, the drive signal generation means 104 can be stably realized with a small number of components. Therefore, an optical deflector that realizes stable and accurate optical deflection with a simple configuration can be provided.

(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。
(Second embodiment)
The optical deflector according to this embodiment is characterized by the modulation timing signal generation means 105. Others are the same as the first embodiment.

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。 In the present embodiment, the modulation timing signal generation unit 105 generates the modulation timing signal 204 using a signal synchronized with the drive signal 203. In other words, the modulation timing signal generating means generates the modulation timing signal 204 using a signal obtained by multiplying the synchronizing signal of the drive signal.

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。 FIG. 4 is a configuration diagram illustrating the modulation timing signal generation unit 105 of the present embodiment. In FIG. 4, 401 is a pulse signal generation means, 402 is a frequency multiplication means, 403 is a phase generation means, 501 is a pulse signal, and 502 is a multiplication signal. FIG. 5 is a diagram illustrating signals in the modulation timing signal generation unit 105 of the present embodiment. In FIG. 5, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents signal magnitude.

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。 Here, the pulse signal generation unit 401 generates a pulse signal 501 from the drive signal 203 of the deflection unit 102. For example, if FIG. 5A is the drive signal 203, a pulse signal 501 as shown in FIG. 5B is generated. The frequency of the pulse signal 501 matches the frequency of the drive signal 203. In FIG. 5B, the DUTY ratio is 50%, but this is not the case.

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。 This pulse signal 501 is converted by the frequency multiplying means 402 into a frequency multiplied signal 502 of N times frequency. FIG. 5C shows a multiplied signal 502 generated from the pulse signal 501 in FIG. Here, the frequency is doubled as an example, but in practice, for example, frequencies from several hundred times to several tens of thousands times can be used.

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。 The multiplication signal 502 is a modulation timing signal having a certain phase (an index of time deviation in one cycle of the drive signal 203) with respect to the drive signal 203 to the deflecting means 102 based on the signal 205 of the deflection state of the optical deflection. 204 (see FIG. 5D). The deflection state signal 205 of the optical deflection is input to the modulation timing signal generation means 105 regardless of the drive signal 203 directly. By adjusting the phase of the modulation timing signal 204 (for example, the signal of FIG. 5E), the modulation timing of the light source is adjusted in accordance with the phase of the vibration state of the deflecting means 102, and the deflection of the optical deflection is performed. The state can be controlled. Specifically, the phase of the modulation timing signal 204 of the light source 101 is advanced or delayed, and adjustment is performed so that desired light deflection is performed.

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。 The modulation timing signal 204 can be easily generated by counting the multiplied signal 502 and generating a signal at a certain arbitrary count. This can be configured by a digital circuit (logic IC) such as an FPGA (Field-Programmable-Gate-Array) or a PLD (Programmable-Logic-Device). Therefore, the modulation timing can be adjusted with high accuracy in increments of the cycle of the multiplied signal 502.

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。 The multiplied signal 502 can be used as a reference signal for modulating the light source 101 during operation of the apparatus. Specifically, the light quantity of the light source 101 can be changed according to the modulation pattern signal as the multiplication signal 502 rises and falls. Thus, since the modulation timing signal 204 can be synchronized with the drive signal 203 of the deflecting means 102, if the deflection state of the optical deflection is the same, desired light is obtained at the same deflection position for each round-trip of deflection. be able to. Here, the synchronization means that the ratio of the frequency of each repetitive signal is an integer ratio.

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。 Thus, according to the present embodiment, it is possible to realize an optical deflector that can control the deflection state of the optical deflection with higher accuracy and stability.

(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。
(Third embodiment)
The optical deflector according to the present embodiment is characterized by a deflection state detection unit that generates a detection signal 205 of the deflection state of the optical deflection. Others are the same as those in the first or second embodiment.

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。 In the deflection state detecting means of this embodiment, the distance between the position of the deflected light moving in one direction on the light receiving element and the position of the deflected light moving in the opposite direction is measured, and the measurement signal of the distance is used as the optical deflection signal. Used as a signal 205 for detecting the deflection state. The modulation timing signal generation means 105 that receives the detection signal 205 generates the modulation timing signal 204 so that the distance becomes a predetermined distance.

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。 FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the detection of the deflection state of the optical deflection in the present embodiment. In FIG. 6, 601 is a light receiving element, and 602 is a strip-shaped light receiving region. Further, 603 and 604 are deflection / scanning light, 605 is a deflection trajectory of the center of the deflection / scanning light in the longitudinal direction, 606 is the center of the deflection / scanning light 603 in the lateral direction, and 607 is the center of the deflection / scanning light 604 in the lateral direction .

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。 The light receiving element 601 is composed of a plurality of light receiving regions 602. As shown in FIG. 6, the positions of the deflection / scanning light 603 moving in the direction X and the deflection / scanning light 604 moving in the opposite direction Y are measured along the deflection locus 605 on the light receiving element 601. As a method for detecting the positions of the deflection / scanning light beams 603 and 604, the light source 101 is modulated (ON and OFF) to form a light spot (spot) on the light receiving element. The position of the light spot on the light receiving element 601 is calculated based on the signals from the plurality of light receiving areas 602 of the light receiving element 601 and the arrangement of the light receiving areas 602. Thereby, the position 606 of the light point in the direction X and the position 607 of the light point in the direction Y can be measured, and the distance Z between the two points can be measured. This measurement distance Z is used as a signal 205 for detecting the deflection state of the optical deflection. By using this method, the deflection state of the optical deflection can be directly detected as position information, so that the deflection state of the optical deflection can be grasped with very high accuracy.

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。 Based on the amount of deviation of the measurement distance Z from the target distance, the modulation timing signal generation means 105 generates the modulation timing signal 204. At this time, how much the modulation timing signal 204 can be shifted to correct the deviation from the target distance can be calculated from the data created in advance and stored in the modulation timing signal generation means 105. it can.

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。 According to this embodiment, since the deflection state of the optical deflection can be detected with very high accuracy, it is possible to provide an optical deflector that realizes a more stable and highly accurate optical deflection operation.

(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。
(Fourth embodiment)
The optical deflector described in the first to third embodiments can be used in an image forming apparatus which is one of optical devices. In such an image forming apparatus, even if there is a change in the environment or a change in the image signal, it is difficult to be affected by the change, and a high-quality image can be formed.

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。 FIG. 7 shows the configuration of the image forming apparatus of this embodiment. The surface of a vibrating body (not shown) included in the vibration system of the optical deflector 530 of this embodiment is a light reflecting surface, and the light emitted from the light source 510 is shaped by the collimator lens 520 and is reflected by the optical deflector 530. Deflected and scanned. The deflected / scanned light is imaged on the photosensitive drum 550 through the coupling lens 540, and the photosensitive drum 550 is exposed. By modulating the light emitted from the light source 510, an electrostatic latent image corresponding to the modulation signal is formed on the photosensitive drum 550.

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。 The photosensitive member 550 rotated around the rotation axis in a direction perpendicular to the scanning direction is uniformly charged by a charger (not shown), and by scanning light on the photosensitive member 550, an electrostatic latent image is formed on the scanning portion. Is formed. Next, a toner image is formed on the image portion of the electrostatic latent image by a developing device (not shown), and an image is formed on the paper by, for example, transferring and fixing the toner image on the paper (not shown).

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。 In the image forming apparatus of the present embodiment using the optical deflector 530 of the present invention that realizes a highly accurate and stable optical deflection operation, the optical scanning characteristic is good and a clear image can be generated. .

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。 The light deflector of the present invention in which a light source for generating a light beam and a light deflecting element for deflecting the light beam on a vibrating body are formed can also be applied to an image display device. Here, an image display body is provided, and the optical deflector deflects light from the light source and causes at least a part of the light to enter the image display body. As described above, in the optical apparatus such as the image forming apparatus and the image display apparatus of the present invention, the optical deflector of the present invention, the light source, and the target object are included, and the optical deflector deflects light from the light source, At least part of the light is incident on the target object. Then, an image is formed on the target object using incident light while synchronizing image data for controlling the light amount of the light source with the modulation timing signal. In addition, by using the deflecting means of the optical deflector having two natural vibration modes around different axes, the light from the light source is deflected and scanned in a two-dimensional manner to enter the image display body. You can also

本発明の実施形態に係る光偏向器の構成図である。It is a block diagram of the optical deflector which concerns on embodiment of this invention. 共振を利用して駆動される偏向手段の特性図である。It is a characteristic view of the deflection | deviation means driven using resonance. 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。It is a schematic diagram explaining the deflection | deviation and scanning light by a certain modulation signal in arbitrary surfaces. 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。FIG. 5 is a configuration diagram of a modulation timing signal generation unit of an optical deflector according to a second embodiment. 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。FIG. 6 is a diagram for explaining a signal in a modulation timing signal generation unit of a second embodiment. 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。FIG. 10 is a configuration diagram illustrating a deflection state detection unit of an optical deflector according to a third embodiment. 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。FIG. 10 is a configuration diagram illustrating an image forming apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. 光偏向器の従来例であるガルバノミラーの図である。It is a figure of the galvanometer mirror which is a prior art example of an optical deflector.

符号の説明Explanation of symbols

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)
101 light source
102 Deflection means
103 Vibration state detection means
104 Drive signal generation means
105 Modulation timing signal generation means
106 Deflection state detection means
202 Detection signal indicating the vibration state of the deflection means
203 Drive signal for driving deflection means
204 Light source modulation timing signal
205 Detection signal indicating deflection state of deflection means
206 Light source modulation pattern signal
510 light source
530 Optical deflector of the present invention
550 Photosensitive drum (target target)
601 Light receiving element (deflection state detection means)
602 Light receiving area (deflection state detection means)

Claims (10)

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。
Including a vibration system having a vibrating body with an optical deflection element supported so as to be capable of vibrating, and deflecting means for deflecting light from a light source by the vibrating body;
Vibration state detection means for detecting a vibration state of a vibration system of the deflection means;
Drive signal generation means for generating a drive signal for driving the vibration system of the deflection means;
A modulation timing signal generating means for generating a reference time for controlling the light amount of the light source as a modulation timing signal;
Deflection state detection means for detecting the deflection state of the deflected light generated by the light from the light source being deflected by the deflection means;
Have
The drive signal generation means generates the drive signal based on detection information of the vibration state detection means,
The modulation timing signal generating means generates the modulation timing signal based on detection information of the deflection state detecting means;
An optical deflector characterized by that.
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。
The time interval at which the drive signal generating means updates the drive signal is longer than the time interval at which the modulation timing signal generating means updates the modulation timing signal;
2. The optical deflector according to claim 1, wherein:
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。 The vibration state detection means is means for detecting the vibration state of the deflection means sinusoidally, and the deflection state detection means is means for optically detecting the deflection state of the deflection light. The optical deflector according to claim 1 or 2. 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。
The vibration state detection means is an electromagnetic sensor, a capacitance sensor, or a piezoelectric sensor built in the deflection means,
4. The optical deflector according to claim 3, wherein the deflection state detection means is a photo detector, a position detection element, or an image sensor.
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。
The drive signal generation unit generates a drive signal by changing the frequency of the drive signal so that the deflection unit is in a target vibration state.
5. The optical deflector according to claim 1, wherein:
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。
The drive signal generation means includes a self-excited oscillation circuit, and the deflection means is driven using a resonance phenomenon.
6. The optical deflector according to claim 5, wherein:
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。
The modulation timing signal generating means generates a modulation timing signal so that the deflected light is in a target deflection state.
7. The optical deflector according to claim 1, wherein
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。
The modulation timing signal generating means generates a modulation timing signal using a signal obtained by multiplying a synchronization signal of the drive signal;
7. The optical deflector according to claim 1, wherein
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。
The deflection state detecting means measures a distance between a position of the deflected light moving in one direction on the light receiving element and a position of the deflected light moving in the opposite direction, and the modulation timing signal generating means Generate a modulation timing signal so that the distance is
8. The optical deflector according to claim 1, wherein
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。
The optical deflector according to any one of claims 1 to 9, a light source, and a target object,
The light deflector deflects light from the light source, causes at least a part of the light to enter the target object,
Forming an image on the target object using the incident light while synchronizing image data for controlling the light amount of the light source with the modulation timing signal;
An optical apparatus characterized by that.
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