專利名稱：振蕩器裝置、光學(xué)偏轉(zhuǎn)器和使用光學(xué)偏轉(zhuǎn)器的圖像形成設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多個(gè)振蕩器的振蕩器裝置，更具體地，涉及適當(dāng)?shù)剡m用于光學(xué)偏 轉(zhuǎn)器的振蕩器裝置。在另一方面中，本發(fā)明涉及例如具有這種光學(xué)偏轉(zhuǎn)器的掃描顯示單元 或諸如激光束打印機(jī)或數(shù)字復(fù)印機(jī)的圖像形成設(shè)備。
背景技術(shù)：
具有諧振振蕩的反射鏡的各種光學(xué)偏轉(zhuǎn)器已被提出。與使用諸如多面反射鏡的旋 轉(zhuǎn)式多面反射鏡的常規(guī)的光學(xué)掃描光學(xué)系統(tǒng)相比，諧振型光學(xué)偏轉(zhuǎn)器具有以下特征即，可 使得器件的尺寸非常小并且可保持功耗低。特別地，包含通過半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)的Si單晶的 光學(xué)偏轉(zhuǎn)器在理論上沒有金屬疲勞，因此其耐用性非常好。另一方面，在諧振型偏轉(zhuǎn)器中，由于反射鏡的位移角在理論上正弦地改變， 因此偏轉(zhuǎn)光的角速度不是恒定的。已提出以下的技術(shù)來校正該特性(參見美國(guó)專利 No. 4，859，846、美國(guó)專利 No. 5，047, 630 和美國(guó)專利 No. 7，271，943)。在美國(guó)專禾Ij No. 4，859，846和美國(guó)專利No. 7，271，943中，使用具有基于基頻和 三倍于基頻的頻率的振蕩模式的諧振型偏轉(zhuǎn)器來實(shí)現(xiàn)反射鏡的位移角如斬波(chopping wave)那樣地改變的驅(qū)動(dòng)。圖13示出實(shí)現(xiàn)這種斬波驅(qū)動(dòng)的微鏡。在圖13中，光學(xué)偏轉(zhuǎn)器12包含振蕩器14 和16、彈性支撐部件18和20、驅(qū)動(dòng)部件23和50、檢測(cè)元件15和32、以及控制電路30。該 微鏡具有諧振基頻和約三倍于基頻的諧振頻率，并且該微鏡以基頻和該三倍頻率的組合頻 率被驅(qū)動(dòng)?；诖?，具有鏡面的振蕩器14通過斬波驅(qū)動(dòng)而被驅(qū)動(dòng)，使得與正弦驅(qū)動(dòng)相比，實(shí) 現(xiàn)位移角的角速度改變較小的光學(xué)偏轉(zhuǎn)。在驅(qū)動(dòng)期間，由檢測(cè)元件15和32檢測(cè)振蕩器14的振蕩，并且，由控制電路30生 成斬波所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)被輸入到驅(qū)動(dòng)部件23和50，由驅(qū)動(dòng)部件23和50驅(qū)動(dòng) 微鏡。如上所述，由于與位移角基于正弦波的情況相比，掃描偏轉(zhuǎn)的角速度具有被加寬的大 致恒定的角速度區(qū)域，因此掃描偏轉(zhuǎn)的相對(duì)于整個(gè)區(qū)域的可用區(qū)域被擴(kuò)大。這里，根據(jù)基頻 和三倍于基頻的頻率或者替代性地基于三倍頻率和該三倍頻率的三分之一頻率的驅(qū)動(dòng)頻 率來執(zhí)行驅(qū)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
雖然可通過上述專利文獻(xiàn)中提出的提案實(shí)現(xiàn)振蕩器裝置(光學(xué)偏轉(zhuǎn)器)的振蕩器 的斬波驅(qū)動(dòng)或鋸齒波驅(qū)動(dòng)，但是需要對(duì)振蕩器的位移角的可控性進(jìn)行進(jìn)一步的改善。因此， 本發(fā)明提供適于位移角的精確控制的振蕩器裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種振蕩器裝置，所述振蕩器裝置包括振蕩系統(tǒng)， 所述振蕩系統(tǒng)包含第一振蕩器、第二振蕩器、第一彈性支撐部件和第二彈性支撐部件，所述 第一彈性支撐部件被配置為支撐所述第一振蕩器以相對(duì)于所述第二振蕩器關(guān)于扭軸進(jìn)行扭振，所述第二彈性支撐部件被配置為支撐所述第二振蕩器以相對(duì)于固定部件關(guān)于扭軸進(jìn) 行扭振；驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件被配置為驅(qū)動(dòng)所述振蕩系統(tǒng)；以及驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件，所述驅(qū) 動(dòng)控制構(gòu)件被配置為向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給驅(qū)動(dòng)信號(hào)；其中，所述振蕩系統(tǒng)具有包含第一諧 振頻率fl和第二諧振頻率f2的、圍繞扭軸的至少兩個(gè)固有振蕩模式的頻率，其中存在f2 約為Π的兩倍的關(guān)系，并且，其中所述驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū) 動(dòng)信號(hào)包含基于對(duì)具有第一驅(qū)動(dòng)頻率的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)和具有第二驅(qū)動(dòng)頻率的第二驅(qū)動(dòng)信 號(hào)進(jìn)行的合成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并使得在第一驅(qū)動(dòng)頻率和第二驅(qū)動(dòng)頻率中較低頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)頻率 Dfl和較高頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)頻率Df2滿足關(guān)系Dfl X 2 = Df2以及使得Df2滿足關(guān)系f2_ | Δ f/2 < Df2 < f2+1 Δ f/2 I的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在振蕩系統(tǒng)中，用Af = f2_2Xfl表示的Af可滿足關(guān)系A(chǔ)f <0。當(dāng)所述振蕩器的位移角用θ表示、第一振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的振幅用A1表示、第一振動(dòng)運(yùn)動(dòng) 的角頻率用Q1表示、第二振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的振幅用A2表示、第二振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的角頻率用ω2(ω2 = 2Χ (O1)表示、這兩個(gè)頻率的相對(duì)相位差用Φ表示、時(shí)間用t表示時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件可 向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)有效地使得所述第一振蕩器和第二振蕩器中的 至少一個(gè)產(chǎn)生用下式表示的振蕩
θ (t) = Aisincoit+A2sin ((o2t+0〉
ο當(dāng)B1表示較低頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振幅成分、B2表示較高頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振幅成 分、(O1表示較低頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的角頻率、ω2表示較高頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的角頻率(ω2 = 2Χ (O1)、ψ表示相對(duì)相位差、t表示時(shí)間時(shí)，可用下式表示驅(qū)動(dòng)信號(hào)P = BiSincOit+Bpinht+ilO ο所述驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件可向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給滿足以下關(guān)系的驅(qū)動(dòng)信號(hào)f2-f2 X 2. 8 X 1(Γ4 < Df2 < f2+f2 X 2. 6 X 1(Γ4。所述驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件可向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給滿足以下關(guān)系的驅(qū)動(dòng)信號(hào)f2-f2 X 2. IX 1(Γ4 < Df2 < f2+f2 X 2. IX 1(Γ4。所述驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件可向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給滿足以下關(guān)系的驅(qū)動(dòng)信號(hào)f2-f2 X 1 X 1(Γ4 < Df2 < f2+f2 X 1 X 1(Γ4。所述驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件還可向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給滿足關(guān)系Dfl < fl和Df2 ^ f2的驅(qū)
動(dòng)信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種光學(xué)偏轉(zhuǎn)器，所述光學(xué)偏轉(zhuǎn)器包括如上所述的 振蕩器裝置，其中，所述第一振蕩器可被提供有光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種圖像形成設(shè)備，所述圖像形成設(shè)備包括如上所 述的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器；光學(xué)系統(tǒng)；光源；以及感光部件，其中，來自所述光源的光束被所述光學(xué) 偏轉(zhuǎn)器掃描偏轉(zhuǎn)，并且，掃描光被所述光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚在所述感光部件上的目標(biāo)位置處。通過本發(fā)明的振蕩器裝置，能夠針對(duì)外部干擾實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)，并且，減少在振 蕩器振蕩期間的抖動(dòng)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)振蕩器的位移角的高精度控制。當(dāng)結(jié)合附圖考慮本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它目的、 特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清晰。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的振蕩器裝置的圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的振蕩器裝置的框圖。圖3A和圖3B是示出根據(jù)本發(fā)明的振蕩器裝置的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的圖，其中，圖3A示出 時(shí)間和位移角之間的關(guān)系，圖3B示出對(duì)于給出圖3A的時(shí)間和位移角之間的關(guān)系的表達(dá)式 關(guān)于時(shí)間進(jìn)行微分的結(jié)果。圖4A和圖4B是在參照振蕩系統(tǒng)的諧振頻率fl確定驅(qū)動(dòng)頻率時(shí)的開環(huán)傳輸特性 的圖，其中，圖4A示出增益特性，圖4B示出相位特性。圖5A和圖5B是在參照振蕩系統(tǒng)的諧振頻率f2確定驅(qū)動(dòng)頻率時(shí)的開環(huán)傳輸特性 的圖，其中，圖5A示出增益特性，圖5B示出相位特性。圖6是示出振蕩系統(tǒng)的諧振頻率f2與驅(qū)動(dòng)頻率Df2的誤差]和掃描抖動(dòng)之間 的關(guān)系的圖。圖7A和圖7B是示出當(dāng)Af = +6時(shí)的傳輸特性的圖，其中，圖7A示出增益特性， 圖7B示出相位特性。圖8A和圖8B是示出當(dāng)Δ f =-6時(shí)的傳輸特性的圖，其中，圖8A示出增益特性， 圖8B示出相位特性。圖9是示出第一諧振頻率fl周圍的諧振特性(驅(qū)動(dòng)頻率和振幅之間的關(guān)系)的 圖。圖10是示出第二諧振頻率f2周圍的諧振特性(驅(qū)動(dòng)頻率和振幅之間的關(guān)系)的 圖。圖11是示出振蕩系統(tǒng)的諧振頻率fl、f2和驅(qū)動(dòng)頻率Dfl、Df2之間的關(guān)系的例子 的圖。圖12是示出使用根據(jù)本發(fā)明的振蕩器裝置的圖像形成設(shè)備的圖。圖13是示出常規(guī)的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器件的結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例?！驳谝粚?shí)施例〕將解釋根據(jù)本發(fā)明的振蕩器裝置的第一實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例的振蕩系 統(tǒng)100包括第一振蕩器101和第二振蕩器102。并且，本實(shí)施例的振蕩系統(tǒng)100包括第一彈 性支撐部件111和第二彈性支撐部件112，第一彈性支撐部件111用于支撐第一振蕩器101 以相對(duì)于第二振蕩器102關(guān)于扭軸進(jìn)行扭振，第二彈性支撐部件112用于支撐第二振蕩器 102以相對(duì)于固定部件121關(guān)于扭軸進(jìn)行扭振。例如，可在第一振蕩器101的表面上形成諸如偏轉(zhuǎn)部件的光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件，在這種 情況下，振蕩器裝置可被用作光學(xué)偏轉(zhuǎn)器。例如，可通過利用濺射形成諸如鋁的金屬薄膜來 提供偏轉(zhuǎn)部件。并且，本實(shí)施例的振蕩系統(tǒng)可具有圖1所示的懸臂結(jié)構(gòu)以外的結(jié)構(gòu)例如，具有在 各相對(duì)端處被支撐的結(jié)構(gòu)的振蕩系統(tǒng)或者具有懸臂結(jié)構(gòu)和相對(duì)端支撐結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)的 振蕩系統(tǒng)，如日本專利No. 4027359所提出的那樣。
驅(qū)動(dòng)構(gòu)件120具有用于向振蕩系統(tǒng)100施加驅(qū)動(dòng)力的例如基于電磁系統(tǒng)、靜電系 統(tǒng)或壓電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。作為例子，在電磁驅(qū)動(dòng)的情況下，可以在至少一個(gè)振蕩器上設(shè)置永磁 體，并且，可以在振蕩器附近放置用于向該永磁體施加磁場(chǎng)的電氣線圈。可顛倒永磁體和電 氣線圈的放置。在靜電驅(qū)動(dòng)的情況下，可以在至少一個(gè)振蕩器上形成電極，并且，可以在振 蕩器附近形成用于提供在它和該電極之間起作用的靜電力的電極。在壓電驅(qū)動(dòng)的情況下， 可以在振蕩系統(tǒng)中或者在支撐部件上設(shè)置用于施加驅(qū)動(dòng)力的壓電元件。振蕩系統(tǒng)100具有至少兩個(gè)圍繞扭軸的固有振蕩模式頻率，即，第一諧振頻率fl 和第二諧振頻率f2。存在f2約為Π的兩倍的關(guān)系。這里，約兩倍的關(guān)系意指Π和f2具 有1. 98 < f2/fl ^ 2. 02的關(guān)系。頻率f2可能不會(huì)精確地為頻率Π的兩倍的原因在于， 在振蕩系統(tǒng)的制造中可能有加工誤差。本實(shí)施例的振蕩器裝置的位移角θ如下。當(dāng)?shù)谝徽駝?dòng)運(yùn)動(dòng)的振幅、角頻率和相位 分別用Αρω,Π (^表示并且第二振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的振幅、角頻率和相位分別用~、《2和φ2表示 時(shí)，并且，當(dāng)把適當(dāng)?shù)臅r(shí)間取為原點(diǎn)或基準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)間用t表示時(shí)，位移角可被表示如下。
θ (t) = A1SiXi (&ht+0i)+A2Sin (to2t+02〉...(1)而且，當(dāng)?shù)谝徽駝?dòng)運(yùn)動(dòng)的振幅用A1表示并且其角頻率用Q1表示、第二振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的 振幅用A2表示并且其角頻率用ω2表示、以及第一振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的頻率和第二振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的頻率 之間的相對(duì)相位差用Φ表示并且時(shí)間用t表示時(shí)，振蕩器裝置的位移角θ可被表示如下。
θ (t) = Aisino)it+A2sin (co2t+0)...(2)在圖3A中示出這種振蕩系統(tǒng)100的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。即，該振蕩系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，該振 動(dòng)運(yùn)動(dòng)是用θ (t) =A1Sin(Colt)表示的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)和用θ (t) = A2Sin(ω2t+Φ)表示的振 動(dòng)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合(composite)。并且，圖3B示出通過對(duì)表示該振蕩系統(tǒng)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的式(1) 進(jìn)行微分而獲得的結(jié)果。如圖3B所示，振蕩系統(tǒng)100具有它大致以恒定角速度運(yùn)動(dòng)的周期。驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件150生成使振蕩系統(tǒng)產(chǎn)生用式(1)或(2)表示的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的這樣的 驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)被供給到上述的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件。關(guān)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)，假如振蕩器產(chǎn)生用式(1)或(2)表示的振蕩，那么可以使用任何信 號(hào)。例如，它可以是基于對(duì)正弦波進(jìn)行的合成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。作為替代方案，它可以是脈沖狀 驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在基于對(duì)正弦波進(jìn)行的合成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的情況下，作為例子，驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以是能 夠用至少包含BiSino^t+Bpir^o^t+ilO項(xiàng)的表達(dá)式表示的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這里，B1和B2是振 幅成分，Ψ是相對(duì)相位差，Q1和《2是驅(qū)動(dòng)角頻率，t是時(shí)間。在這種情況下，可通過調(diào)整 各正弦波的振幅和相位而獲得希望的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。并且，如果使用脈沖狀信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，那么 可通過關(guān)于時(shí)間改變脈沖數(shù)量、脈沖間隔或脈沖寬度等來生成希望的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。位移角檢測(cè)構(gòu)件140可檢測(cè)第一振蕩器101和第二振蕩器102中至少一個(gè)的位移 角。在圖1的情況下，位移角檢測(cè)構(gòu)件140包含光電檢測(cè)器。從光源131發(fā)射的光束132 被第一振蕩器101反射，并且，反射光133被該光電檢測(cè)器140檢測(cè)。實(shí)際上，存在兩個(gè)光 電檢測(cè)器140，它們放置在比第一振蕩器的最大位移角偏向中心的位置處。換句話說，在圖 3A中的BDl和BD2的位置處放置光電檢測(cè)器。通過以上述方式放置光電檢測(cè)器，可以在單 個(gè)周期內(nèi)檢測(cè)四個(gè)時(shí)間矩(time moment) (tlO、t20、t30和t40)。驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件150基于這四個(gè)時(shí)間矩檢測(cè)振蕩器的位移的狀態(tài)，并且，它基于檢測(cè)的位移狀態(tài)生成用于驅(qū)動(dòng)振蕩 系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。應(yīng)當(dāng)注意，雖然在本實(shí)施例中使用光電檢測(cè)器檢測(cè)振蕩器的振蕩，但是，可以在彈 性支撐部件111和112上設(shè)置壓敏電阻器，并且，可以基于壓敏電阻器的輸出信號(hào)檢測(cè)振蕩 器的位移狀態(tài)。接著，將解釋本實(shí)施例中的振蕩器裝置的位移角的控制。圖2是本實(shí)施例的振蕩器裝置的框圖。驅(qū)動(dòng)構(gòu)件120向振蕩系統(tǒng)100施加驅(qū)動(dòng)力。 位移感測(cè)構(gòu)件140檢測(cè)構(gòu)成振蕩系統(tǒng)的振蕩器的位移角。驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件150調(diào)整驅(qū)動(dòng)力， 使得振蕩器取得希望的位移角。位移角檢測(cè)構(gòu)件140測(cè)量在上述的第一振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的單個(gè)周期期間的四個(gè)不同的 時(shí)間矩，即振蕩器取第一位移角時(shí)兩個(gè)不同的時(shí)間矩(tio和t20)和振蕩器取第二位移角 時(shí)兩個(gè)不同的時(shí)間矩(t30和t40)。由于通過如式(1)和式(2)所示的四個(gè)變量或三個(gè)變 量表示振蕩系統(tǒng)的振蕩，因此，可由所測(cè)量的四個(gè)時(shí)間矩計(jì)算這些變量。驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件150基于對(duì)具有第一頻率的第一信號(hào)和具有第二頻率的第二信號(hào) 進(jìn)行的合成而生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將其供給到上述的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件120。另外，它調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 使得測(cè)量的四個(gè)時(shí)間矩與預(yù)設(shè)的時(shí)間矩一致。通過向驅(qū)動(dòng)構(gòu)件120供給這樣調(diào)整的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)，能夠非常精確地控制振蕩器裝置。更具體地，驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件150從位移角檢測(cè)構(gòu)件140的信號(hào)計(jì)算給出振蕩器裝置 的位移角的式⑴的值~、(^、^和(^2中的至少一個(gè)。然后，可以調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得這 些值中的至少一個(gè)變得等于預(yù)設(shè)的值。并且，在式(2)的情況下，計(jì)算值A(chǔ)l、A2和Φ中的 至少一個(gè)，并且，調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得這些值中的至少一個(gè)等于預(yù)設(shè)的值。通過向驅(qū)動(dòng)構(gòu)件 120供給這樣調(diào)整的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，能夠非常精確地控制振蕩器裝置。但是，在本實(shí)施例中，基于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的較高頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)頻率Df2和第二諧振頻率 f2的關(guān)系，其可控性是不同的。即，當(dāng)向驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給基于對(duì)具有第一驅(qū)動(dòng)頻率的第一驅(qū)動(dòng) 信號(hào)和具有第二驅(qū)動(dòng)頻率的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行的合成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，通過向驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給 具有諸如以下關(guān)系的關(guān)系的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，振蕩器裝置的可控性得到提高。首先，第一和第二驅(qū) 動(dòng)頻率的較低頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)頻率Dfl和較高頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)頻率Df2被控制，以滿足關(guān)系Dfl X 2 =Df20并且，作為振蕩系統(tǒng)的較高頻率側(cè)諧振頻率的f2以及可通過下式(3)獲得的Af 和Df2被控制，以滿足下式(4)的關(guān)系。Af = f2-2Xfl. . . (3)f 2-1 Δ f/2 I < Df 2 < f 2+1 Δ f/2. . . (4)振蕩器裝置的驅(qū)動(dòng)頻率可通過如下的方法A或方法B被確定?！卜椒ˋ〕Dfl被確定以使得振蕩系統(tǒng)的諧振頻率Π及其驅(qū)動(dòng)頻率Dfl相互一致，或者，作為 替代方案，它們變得相互接近。通過使Dfl加倍來確定Df2。在本說明書中，以fl為基準(zhǔn)確 定驅(qū)動(dòng)頻率的方式將被稱為“Π基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)”。〔方法B〕Df2被確定以使得振蕩系統(tǒng)的諧振頻率f2及其驅(qū)動(dòng)頻率Df2相互一致，或者，作為 替代方案，它們變得相互接近。通過使Df2乘以1/2來確定Dfl。在本說明書中，以f2為基準(zhǔn)確定驅(qū)動(dòng)頻率的方式將被稱為“f2基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)”。現(xiàn)在，將解釋關(guān)于給出振蕩器裝置的位移角的式(2)中的Φ的開環(huán)傳輸特性的 差異。圖4Α和圖4Β示出在“fl基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)”情況下的開環(huán)傳輸特性。圖4A示出增益特性， 圖4B示出相位特性。圖4A和圖4B中的fl、f2、Dfl、Df2、Δ f的值為fl = 2531Hz, f2 = 5068Hz, Dfl = 2531Hz, Df2 = 5062Hz, Δ f = 6。并且，圖5A和圖5B示出在“f2基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)”情況下的開環(huán)傳輸特性。圖5A示出增益 特性，圖5B示出相位特性。圖5A和圖5B中的fl、f2、Dfl、Df2、Af的值為fl = 2531Hz, f2 = 5068Hz, Dfl = 2534Hz, Df2 = 5068Hz, Af = 6。比較圖4B與圖5B可以看出，在“ f 1基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)”的情況下，與“ f 2基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)”的情 況相比，存在大的相位延遲，特別是在IOOHz或更大的頻帶中。例如，比較200Hz處的相位，它在“f 1基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)”的情況下是-44度；而它在“f2基 準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)”的情況下是52度，相位裕度(phase margin)較大。如果相位裕度大，如上面提到 的那樣，那么針對(duì)外部干擾的穩(wěn)定性提高。并且，由于如果相位裕度大則增益增加，所以可 控性頻帶增大，從而減少抖動(dòng)。
相反，如果相位裕度小，那么針對(duì)外部干擾的穩(wěn)定性劣化。并且，為了擴(kuò)大相位裕 度，必須降低增益，直到獲得足夠的相位裕度(例如，30度)。即，在這種情況下，由于增益 降低，所以可控性頻帶減小，從而導(dǎo)致抖動(dòng)增加。從上面可以看出，與“ fl基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)，，相比，通過“ f 2基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)，，能夠更精確地控制 光學(xué)偏轉(zhuǎn)器件。并且，通過實(shí)驗(yàn)已確認(rèn)，在“f2基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)”的情況下，振蕩器裝置的掃描精度根據(jù) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的較高頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)頻率Df2偏離振蕩系統(tǒng)的諧振頻率f2的速度而改變。圖6示 出具有掃描抖動(dòng)的振蕩系統(tǒng)的諧振頻率f2和驅(qū)動(dòng)頻率Df2之間的誤差[%]的關(guān)系。圖 6 中的 fl、f2、DfU Df2 禾口 Af 的值為:fl = 2531Hz, f2 = 5068Hz, Dfl = 2531Hz, Df2 = 5062Hz, Af = 6。術(shù)語“掃描抖動(dòng)”指的是以振蕩器裝置的最大掃描振幅的80%位置作為 基準(zhǔn)的、掃描中心被穿過的時(shí)間的變化。當(dāng)Df2 = f2時(shí)，掃描抖動(dòng)比為1。在本實(shí)施例中， 與最大掃描振幅的80%對(duì)應(yīng)的位置被取為基準(zhǔn)，并且，觀察點(diǎn)被設(shè)在掃描中心處。但是，該 基準(zhǔn)可以基于掃描區(qū)域中的其它位置。從圖6可以看出，當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率Df2和f2之間的誤差]為零時(shí)，掃描抖動(dòng)比最 小。此外，從圖6可看出，為了使掃描抖動(dòng)保持在50%或更小，掃描抖動(dòng)比必須保持在1. 5 或更低。這里，驅(qū)動(dòng)信號(hào)P的驅(qū)動(dòng)頻率Df2應(yīng)當(dāng)如下式(5)所示的那樣。f2-f2 X 2. 8 X IO-4 < Df2 < f2+f2 X 2. 6 X IO-4 . . . (5)在這種情況下，由于驅(qū)動(dòng)頻率Df2的調(diào)整精度被加寬，因此驅(qū)動(dòng)部件的電路可被 簡(jiǎn)化，并且，可使得用于檢測(cè)第二諧振頻率f2的精度較低。因此，可在一定程度上在抑制掃 描抖動(dòng)的同時(shí)降低電路成本。并且，為了使掃描抖動(dòng)保持在10%或更小，掃描抖動(dòng)比必須保持在1. 1或更低。這 里，驅(qū)動(dòng)信號(hào)P的驅(qū)動(dòng)頻率Df2應(yīng)當(dāng)如下式(6)所示的那樣。f2-f2 X 1 X 1(Γ4 < Df2 < f2+f2 X 1 X 1(Γ4 ... (6)在這種情況下，振蕩器裝置的掃描抖動(dòng)的個(gè)體差異可被減少，并且還使得能夠?qū)?現(xiàn)位移角的高精度控制。
并且，為了使掃描抖動(dòng)保持在30%或更小，掃描抖動(dòng)比必須保持在1. 3或更低。這 里，驅(qū)動(dòng)信號(hào)P的驅(qū)動(dòng)頻率Df2應(yīng)當(dāng)如下式(7)所示的那樣。f2-f2 X 2. 1 X IO-4 < Df2 < f2+f2 X 2. 1 X IO-4 · · · (7)在這種情況下，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)電路成本的降低和位移角的可控性兩者?！驳诙?shí)施例〕接著，將描述根據(jù)本發(fā)明的振蕩器裝置的第二實(shí)施例。根據(jù)第二實(shí)施例的振蕩器 裝置具有與第一實(shí)施例基本上相同的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方法。通過在第二實(shí)施例的振蕩器裝置中 使用滿足下述條件的振蕩系統(tǒng)，控制特性也得到提高。即，振蕩系統(tǒng)使得式(3)的Af值滿 足下面的條件式。Af < 0 …(8)這里，為了舉例說明在具有滿足式(8)的條件的振蕩系統(tǒng)的振蕩器裝置中控制特 性得到改善，將解釋A1的開環(huán)傳輸特性的差異，所述A1是給出振蕩器裝置的振蕩器的位移 角的式⑴和⑵的控制參數(shù)中的一個(gè)。圖 7Α 和圖 7Β 是示出在 fl = 2531Hz,f2 = 5068Hz,Dfl = 2534Hz,Df2 = 5068Hz、 Af = +6Hz情況下的開環(huán)傳輸特性的圖。圖7A示出增益特性，圖7B示出相位特性。并且，圖8A 和圖 8B 是示出在 fl = 2523Hz、f2 = 5040Hz、Dfl = 2520Hz、Df2 = 5040Hz、Af = -6Hz情況下的開環(huán)傳輸特性的圖。圖8A示出增益特性，圖8B示出相位特性。比較圖7B和圖8B可以看出，與Δ f為-6Hz的情況相比，在Af為+6Hz的情況下 存在大的相位延遲，特別是在IOOHz或更高的頻帶中。例如，比較在增益變得等于零的260Hz處的相位，可以看出，雖然在Af = +6Hz的 情況下相位僅為18度，但在Af = -6Hz的情況下達(dá)到55度，因此，相位裕度相當(dāng)大。如果相位裕度大，如上面描述的那樣，那么針對(duì)外部干擾的穩(wěn)定性得到提高。并 且，由于如果相位裕度大則增益可增加，因此控制頻帶上升(go up)，這又導(dǎo)致抖動(dòng)減少。相反，如果相位裕度小，那么針對(duì)外部干擾的穩(wěn)定性劣化。并且，為了擴(kuò)大相位裕 度，增益必須減小，直到獲得足夠的相位裕度(例如，30度)。即，由于在這種情況下增益減 小，因此控制頻帶下降(go down)，這又導(dǎo)致抖動(dòng)增加。從上面可以看出，與Af = +6Hz的振蕩系統(tǒng)相比，在Af = _6Hz的振蕩系統(tǒng)中可 使得相位裕度更大，并且，作為結(jié)果，可更多地減少抖動(dòng)，并且可更精確地控制振蕩器裝置。 因此，當(dāng)使得本實(shí)施例的振蕩器裝置的振蕩系統(tǒng)滿足上述式(8)的關(guān)系時(shí)，振蕩器裝置的 控制特性得到提高。圖9示出第一諧振頻率f 1周圍的諧振特性(驅(qū)動(dòng)頻率和振幅之間的關(guān)系)。從圖 9可以看出，如果驅(qū)動(dòng)頻率偏離振蕩器的振幅值變?yōu)樽畲蟮闹C振點(diǎn)的位置，那么振蕩器的振 幅值減小。換句話說，振蕩器裝置的驅(qū)動(dòng)效率變低。雖然在上述的條件下Δι的范圍僅限 于負(fù)側(cè)，但是，由于如果驅(qū)動(dòng)頻率大大偏離諧振頻率則驅(qū)動(dòng)效率變低，因此導(dǎo)致例如功耗或 發(fā)熱增加。因此，在這種情況下，應(yīng)考慮第一諧振頻率處的驅(qū)動(dòng)效率，并且Δι的范圍應(yīng)限 于式(9)的范圍。然后，振蕩器裝置可被更有效地驅(qū)動(dòng)。-2 X (flb-fla)≤Δ f < 0 ... (9)這里，fla表示在第一諧振頻率Π的諧振峰值的較低頻率側(cè)振動(dòng)能量變得等于諧振峰值的中間大小的頻率，fib表示在諧振峰值的較高頻率側(cè)振動(dòng)能量變得等于諧振峰值 的中間大小的頻率。圖10示出第二諧振頻率f2周圍的諧振特性(驅(qū)動(dòng)頻率和振幅之間的關(guān)系)。從 圖10可以看出，如果驅(qū)動(dòng)頻率偏離振蕩器的振幅值變?yōu)樽畲蟮闹C振點(diǎn)的位置，那么振蕩器 的振幅值減小。換句話說，振蕩器裝置的驅(qū)動(dòng)效率變低。雖然在上述的條件下Δι的范圍 僅限于負(fù)側(cè)，但是，由于如果驅(qū)動(dòng)頻率大大偏離諧振頻率則驅(qū)動(dòng)效率變低，因此導(dǎo)致例如功 耗或發(fā)熱的增加。因此，在這種情況下，應(yīng)考慮第一諧振頻率處的驅(qū)動(dòng)效率，并且Δι的范 圍應(yīng)限于式(10)的范圍。然后，振蕩器裝置可被更有效地驅(qū)動(dòng)。(fld-flc)彡 Δ f < 0 ... (10)這里，flc表示在第二諧振頻率f2的諧振峰值的較低頻率側(cè)振動(dòng)能量變得等于諧 振峰值的中間大小的頻率，fid表示在諧振峰值的較高頻率側(cè)振動(dòng)能量變得等于諧振峰值 的中間大小的頻率。另一方面，在振蕩器裝置的振蕩系統(tǒng)的制造過程中，當(dāng)制造振蕩系統(tǒng)時(shí)，誤差出現(xiàn) 在彈性支撐部件的彈簧常數(shù)方面或者在振蕩器的慣性矩方面。這意味著誤差出現(xiàn)在振蕩系 統(tǒng)的由彈性支撐部件的彈簧常數(shù)和振蕩器的慣性矩確定的諧振頻率方面。在這種情況下， 可事先預(yù)測(cè)由諧振頻率的誤差導(dǎo)致的Δ f的誤差，并且，由該誤差量可以確定Af的范圍。 這里，可通過計(jì)算彈簧常數(shù)或慣性矩的誤差量而在理論上檢測(cè)Δι的誤差，或者，作為替代 方案，它可由制造的器件的Δ f的誤差來在統(tǒng)計(jì)上檢測(cè)。通過基于預(yù)測(cè)的Af誤差量把Af 的范圍限制為如式(11)所示，不管制造分散(manufacture dispersion)如何，都可使得振 蕩器在Af <0的范圍內(nèi)。(Afu-Afl) ^ Af < 0 . . . (11)這里，ΔΠ表示Af的分散范圍內(nèi)的下限側(cè)最小值，Afu表示上限側(cè)最大值。并且，如果進(jìn)行驅(qū)動(dòng)使得在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率中較低頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)頻率Dfl 和較高頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)頻率Df2滿足式(12)、式(13)和式(14)的條件，那么控制特性更多地得 到改善。Dfl < fl ...(12)Df2 ^ f2 . . . (13)Dfl X2 = Df2 . · · (14)圖11是例示本實(shí)施例的振蕩系統(tǒng)的諧振頻率f 1、f2和驅(qū)動(dòng)頻率Df 1、Df2之間的 關(guān)系的圖。如果滿足式⑶和式⑶的條件并且另外滿足式(12)、式(13)和式(14)的條 件，那么在驅(qū)動(dòng)頻率Dfl和Df2之間存在兩個(gè)諧振頻率f 1和f2，如圖11所示的那樣。特別 地，在本實(shí)施例中，通過在Df2 = f2處驅(qū)動(dòng)振蕩器裝置，或者，作為替代方案，使Df2盡可能 地接近f2，可以更精確地驅(qū)動(dòng)控制振蕩器裝置。〔第三實(shí)施例〕參照?qǐng)D12，將解釋對(duì)于圖像形成設(shè)備應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的振蕩器裝置的實(shí)施例。要在本實(shí)施例的圖像形成設(shè)備中使用的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器件500與參照第一實(shí)施例描 述的振蕩器裝置對(duì)應(yīng)。從光源510發(fā)射的光束通過作為光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)直透鏡520被整形， 此后，它被光學(xué)偏轉(zhuǎn)器件500 —維地偏轉(zhuǎn)。這樣偏轉(zhuǎn)的掃描光被通過作為光學(xué)系統(tǒng)的耦合 透鏡530向感光部件540上的目標(biāo)位置會(huì)聚。由此，在感光部件540上形成靜電潛像。存在被放置在光學(xué)偏轉(zhuǎn)器件的掃描端處的兩個(gè)光電檢測(cè)器550。光學(xué)偏轉(zhuǎn)器件500以參照第 一實(shí)施例描述的方式檢測(cè)振蕩器的振動(dòng)狀態(tài)，并且，驅(qū)動(dòng)信號(hào)被確定。在本實(shí)施例的圖像形成設(shè)備中，通過在第一實(shí)施例中解釋的條件下驅(qū)動(dòng)振蕩器裝 置，具有較好的控制特性和較高的精度的圖像形成設(shè)備可被實(shí)現(xiàn)。雖然已參照這里公開的結(jié)構(gòu)描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于闡述的細(xì)節(jié)，并且，本 申請(qǐng)意在覆蓋出于改進(jìn)目的或者在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)提出的修改或變化。
權(quán)利要求
一種振蕩器裝置，包括振蕩系統(tǒng)，所述振蕩系統(tǒng)包含第一振蕩器、第二振蕩器、第一彈性支撐部件和第二彈性支撐部件，所述第一彈性支撐部件被配置為支撐所述第一振蕩器以相對(duì)于所述第二振蕩器關(guān)于扭軸進(jìn)行扭振，所述第二彈性支撐部件被配置為支撐所述第二振蕩器以相對(duì)于固定部件關(guān)于扭軸進(jìn)行扭振；驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件被配置為驅(qū)動(dòng)所述振蕩系統(tǒng)；和驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件，所述驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件被配置為向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給驅(qū)動(dòng)信號(hào)；其中，所述振蕩系統(tǒng)具有包含第一諧振頻率f1和第二諧振頻率f2的、圍繞扭軸的至少兩個(gè)固有振蕩模式的頻率，其中，存在f2約為f1的兩倍的關(guān)系，以及其中，所述驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)包含基于對(duì)具有第一驅(qū)動(dòng)頻率的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)和具有第二驅(qū)動(dòng)頻率的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行的合成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)是使得在第一驅(qū)動(dòng)頻率和第二驅(qū)動(dòng)頻率中較低頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)頻率Df1和較高頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)頻率Df2滿足關(guān)系Df1×2＝Df2以及Df2滿足關(guān)系f2 |Δf/2|＜Df2＜f2+|Δf/2|的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的振蕩器裝置，其中，在所述振蕩系統(tǒng)中，用Af= f2-2Xfl表示 的Af滿足關(guān)系A(chǔ)f < 0。
3.如權(quán)利要求1所述的振蕩器裝置，其中，當(dāng)所述振蕩器的位移角用θ表示、第一振動(dòng) 運(yùn)動(dòng)的振幅用A1表示、第一振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的角頻率用ω工表示、第二振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的振幅用A2表示、 第二振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的角頻率用ω2(ω2 = 2Χ (O1)表示、這兩個(gè)頻率的相對(duì)相位差用Φ表示、以 及時(shí)間用t表示時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)有效地 使得所述第一振蕩器和所述第二振蕩器中的至少一個(gè)產(chǎn)生用下式表示的振蕩θ (t) = Aisincoit+A2sin (co2t+0)
4.如權(quán)利要求1所述的振蕩器裝置，其中，當(dāng)B1表示較低頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振幅成分、 B2表示較高頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振幅成分、Q1表示較低頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的角頻率、ω2表示 較高頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的角頻率(ω2 = 2Χ ω》、ψ表示相對(duì)相位差、以及t表示時(shí)間時(shí)，用 下式表示所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)P = B1Sin ω ^+B2Sin (ω 2t+ Ψ)。
5.如權(quán)利要求1所述的振蕩器裝置，其中，所述驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給滿 足下面的關(guān)系的驅(qū)動(dòng)信號(hào)f2-f2 X 2. 8 X 10_4 < Df2 < f2+f2 X 2. 6 X 10_4。
6.如權(quán)利要求1所述的振蕩器裝置，其中，所述驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給滿 足下面的關(guān)系的驅(qū)動(dòng)信號(hào)f2-f2 X 2. 1 X 10_4 < Df2 < f2+f2 X 2. 1 X 10_4。
7.如權(quán)利要求1所述的振蕩器裝置，其中，所述驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給滿 足下面的關(guān)系的驅(qū)動(dòng)信號(hào)f2-f2 X 1 X 10_4 < Df2 < f2+f2 X 1 X 10_4。
8.如權(quán)利要求2所述的振蕩器裝置，其中，所述驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件還向所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給2滿足關(guān)系Dfl < fl和Df2彡f2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
9.一種光學(xué)偏轉(zhuǎn)器，所述光學(xué)偏轉(zhuǎn)器包括如權(quán)利要求1所述的振蕩器裝置，其中，所述 第一振蕩器被提供有光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件。
10.一種圖像形成設(shè)備，包括 如權(quán)利要求9所述的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器； 光學(xué)系統(tǒng)；光源；和 感光部件，其中，來自所述光源的光束被所述光學(xué)偏轉(zhuǎn)器掃描偏轉(zhuǎn)，并且，掃描光被所述光學(xué)系統(tǒng) 會(huì)聚在所述感光部件上的目標(biāo)位置處。
全文摘要
一種振蕩器裝置包括具有第一振蕩器、第二振蕩器、第一彈性支撐部件和第二彈性支撐部件的振蕩系統(tǒng)，其中，振蕩系統(tǒng)具有包含第一諧振頻率f1和第二諧振頻率f2的、圍繞扭軸的至少兩個(gè)固有振蕩模式的頻率，其中，存在f2約為f1的兩倍的關(guān)系，并且，其中驅(qū)動(dòng)控制構(gòu)件向驅(qū)動(dòng)構(gòu)件供給驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)包含基于對(duì)具有第一驅(qū)動(dòng)頻率的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)和具有第二驅(qū)動(dòng)頻率的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行的合成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且是使得在第一驅(qū)動(dòng)頻率和第二驅(qū)動(dòng)頻率中較低頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)頻率Df1和較高頻率側(cè)驅(qū)動(dòng)頻率Df2滿足關(guān)系Df1×2＝Df2并且Df2滿足關(guān)系f2-|Δf/2|＜Df2＜f2+|Δf/2|的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
文檔編號(hào)G02B26/08GK101960357SQ200980108150
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月12日
發(fā)明者小沼和文, 藤井一成, 西沢秀太 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社