CN101681018B - 振荡器装置、光学偏转装置以及对其进行控制的方法 - Google Patents

Abstract

一种振荡器装置，包括具有振荡器和扭簧的振荡***、用于驱动所述振荡***的驱动构件、以及用于将驱动信号提供给驱动构件的驱动控制构件，所述振荡***至少具有第一振荡模式和第二振荡模式，所述第二振荡模式具有近似所述第一振荡模式的角频率n倍的角频率，其中，n是整数，所述驱动构件驱动所述振荡***，从而其同时以所述第一振荡模式和第二振荡模式振荡，其中，自然角频率计算构件基于在反射光穿过光检测器的定时输出的来自光检测器的输出信号来计算所述第二振荡模式的自然角频率。

Description

振荡器装置、光学偏转装置以及对其进行控制的方法

技术领域

本发明涉及一种与具有多个振荡器的振荡器装置的领域相关的技术，更具体地说，一种适合于光学偏转装置的技术。在另一方面中，本发明涉及一种使用所述光学偏转装置的图像形成设备(例如激光束打印机、数字复印机或扫描显示单元)。

背景技术

与使用旋转多面反射镜(例如多面反射镜)的扫描光学***相比，传统上所提出的谐振类型光学偏转装置具有以下特征。也就是说，光学偏转装置可以可观地减小尺寸，功耗低，并且理论上没有镜表面的表面倾斜。

另一方面，在谐振型偏转器中，由于镜的偏转角(位移角)理论上按正弦方式改变，因此角速度不是恒定的。为了纠正该特性，在美国专利No.4,859,846和美国专利申请公开No.US 2006/0152785中已经提出了各种技术。

在美国专利No.4,859,846中，具有基本频率以及基本频率的三倍频率的振荡模式的谐振型偏转器用于实现斩波驱动。图14示出实现近似斩波驱动的微镜。光学偏转装置12包括振荡器14和16、扭簧18和20、驱动构件23和50、检测构件15和32、以及控制电路30。该微镜具有基本谐振频率以及近似基本频率三倍的谐振频率。其基于基本频率和三倍频率的合成频率而进行驱动。结果，具有反射镜表面的振荡器14通过斩波驱动而被驱动，并且与正弦驱动相比，其偏转角实现了角速度改变更小的光学偏转。在此情况下，检测构件15和32检测振荡器14的振荡，并且控制电路30生成用于斩波的必要驱动信号。微镜于是被驱动构件23和50所驱动。

另一方面，美国专利申请公开No.US 2006/0152785公开了一种微振荡器，其中，包括多个扭簧以及多个可移动元件的***具有多种分离的自然振荡模式。在该微振荡器中，在各分离的自然振荡模式内存在：基准振荡模式，其为基准频率的自然振荡模式；以及偶数倍振荡模式，其为近似基准频率n倍的频率的自然振荡模式，其中，n是偶数。在美国专利申请公开No.US 2006/0152785中，微振荡器基于这些振荡模式而被振荡，由此实现锯齿波驱动。

此外，在日本专利申请特开No.2005-292627中，为了检测被基于正弦波而驱动的偏转镜所偏转的光束的扫描位置，通过光学传感器来检测扫描偏转的光束穿过预定位置的时刻，由此使用该时刻来控制偏转镜。

虽然上述美国专利No.4,859,846和美国专利申请公开No.US2006/0152785的振荡器装置已经实现了斩波驱动以及锯齿波驱动，但由于振荡器的谐振频率因制造误差或操作环境而不尽相同，因此必须检测在驱动时振荡器的谐振频率。

可以通过如日本专利申请特开No.2005-292627中所公开的那样，在振荡器装置所偏转的光束(扫描光)的扫描端附近提供光检测器并且基于扫描光穿过该光检测器的定时来检测振荡器的振荡状态。

例如，如果将要检测具有多种振荡模式(基准振荡模式以及基准模式的整数倍的振荡模式)的振荡***的谐振频率(例如美国专利No.4,859,846和美国专利申请公开No.US2006/0152785中公开的那样)，则以各种振荡模式来驱动振荡器，并且检测此时的振荡器的振荡状态。

如果使用扫描端附近提供的光检测器来检测振荡状态，则当基于基准振荡模式驱动振荡器时，扫描光的扫描范围相比较而言可以被加宽，从而可以通过扫描端附近提供的光检测器来检测振荡器的振荡状态。

然而，当仅通过整数倍的振荡模式来驱动振荡器时，与被基准振荡模式所驱动的情况相比，扫描光的扫描范围变得较窄。因此，难以通过使用扫描端附近所部署的光检测器来检测振荡器的振荡状态。因此，难以检测振荡***的整数倍振荡模式的谐振频率。

发明内容

现将参照图13更详细地解释本发明所解决的问题。

图13示出的情况是：包括两个振荡器的振荡***基于第一振荡模式(基准振荡模式)以及具有第一振荡模式的频率两倍的频率的第二振荡模式(双倍振荡模式)而被驱动。在此，振荡器的位移角可以表示为：

在图13中，基准振荡模式下的振荡运动可以表示为：

θ(t)＝A₁sinωt

此外，双倍振荡模式下的振荡运动可以表示为：

从图中可见，双振荡模式的最大幅度小于基准振荡模式的最大幅度。也就是说，如果在图13中光检测器被部署在θ₁或θ₂，则在双振荡模式下，最大幅度达不到θ₁或θ₂，从而无法检测振荡状态。

因此，本发明提供一种振荡器装置，通过该振荡器装置，即使其用在例如上述的振荡器装置中，也可以检测基准振荡模式的整数倍的振荡模式的自然角频率(谐振频率)。

更具体地说，本发明提供一种振荡器装置，其包括振荡***，所述振荡***具有多种振荡模式，据此可以容易地检测基准频率的整数倍的振荡模式的谐振频率。

在此，振荡***的谐振频率f_r以及振荡***的自然角频率ω_r具有关系ω_r＝2πf_r。虽然说明书将描述对自然角频率ω_r的检测，但对谐振频率f_r的检测和对自然角频率ω_r的检测实质上相同。

根据本发明一方面，提供一种振荡器装置，包括：振荡***，其具有多个振荡器和多个扭簧；驱动构件，被配置为驱动所述振荡***；驱动控制构件，被配置为将驱动信号提供给所述驱动构件；光检测器，被配置为接收所述多个振荡器中的至少一个上入射的光束的反射光；以及自然角频率计算构件，被配置为计算所述振荡***的自然角频率；其中，所述振荡***至少具有第一振荡模式和第二振荡模式，所述第二振荡模式具有近似所述第一振荡模式的角频率的n倍的角频率，其中，n是整数，其中，所述驱动构件被配置为驱动所述振荡***，从而所述振荡***同时以所述第一振荡模式和第二振荡模式振荡，以及其中，所述自然角频率计算构件基于在所述反射光穿过所述光检测器的定时输出的来自所述光检测器的输出信号来计算所述第二振荡模式的自然角频率。

根据本发明另一方面，提供一种控制振荡器装置的方法，所述振荡器装置包括：振荡***，所述振荡***具有多个振荡器和多个扭簧；驱动构件，被配置为驱动所述振荡***；驱动控制构件，被配置为将驱动信号提供给所述驱动构件；光检测器，被配置为接收所述多个振荡器中的至少一个上入射的光束的反射光；以及自然角频率计算构件，被配置为计算所述振荡***的自然角频率；所述振荡***具有带有角频率的第一振荡模式以及带有近似所述第一振荡模式的角频率N倍的角频率的第二振荡模式，其中，N是整数，所述方法包括：第一步骤，用于确定用于驱动所述振荡***的驱动角频率ω_i，其中，i是重复次数；第二步骤：用于以驱动角频率ω_i以及驱动角频率n·ω_i驱动所述振荡***，其中，n是不小于2的整数；第三步骤，用于存储所述驱动角频率ω_i和所述驱动角频率n·ω_i中的至少一个以及从所述光检测器输出的与所述振荡***的振荡运动有关的信息；以及第四步骤：用于重复所述第一步骤至第三步骤至少两次，并且基于在所述第三步骤存储的驱动角频率ω_i和驱动角频率n·ω_i中的至少一个以及与所述振荡***的振荡运动有关的信息来计算所述振荡***的第二振荡模式的自然角频率。

根据本发明，在包括具有多种振荡模式的振荡***的振荡器装置中，可以很容易地检测基准频率n倍(n是整数)的振荡模式的自然角频率(谐振频率)。

通过结合附图考虑本发明优选实施例的以下描述，本发明的这些和其它目的、特征和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是根据本发明的振荡器装置的框图。

图2是根据本发明的振荡器装置的框图。

图3A至图3C分别是根据本发明的用于解释振荡器装置与光检测器之间的位置关系的示意图。

图4是用于计算自然角频率的流程图。

图5A和图5B是用于解释驱动角频率与驱动信号之间的关系的曲线图。

图6A和图6B是用于解释用于驱动根据本发明的振荡器装置的驱动信号的示例的曲线图。

图7A和图7B示出本发明的振荡器装置的偏转角的传输特性，其中，图7A是示出增益与驱动角频率之间的关系的曲线图，图7B是示出相位差与驱动角频率之间的关系的曲线图。

图8是用于计算自然角频率的流程图。

图9是示出根据本发明的振荡器装置的偏转角的关于时间的改变的曲线图。

图10是示出光检测器所检测的时间间隔T₁₂与驱动角频率之间的关系的曲线图。

图11是用于解释根据本发明的图像形成设备的示意图。

图12是示出在具有三种振荡模式的振荡***被振荡的情况下位移角与时间之间的关系的曲线图。

图13是示出具有基准振荡模式以及基准振荡模式两倍的振荡模式的振荡器装置的偏转角的关于时间的改变的曲线图。

图14是传统振荡器装置的框图。

具体实施方式

现将参照附图描述本发明优选实施例。

根据本发明实施例的振荡器装置包括多个振荡器和多个扭簧，如图1所示。具体地说，本实施例的振荡器装置包括振荡***100，其至少包括第一振荡器101、第二振荡器102、第一扭簧111和第二扭簧112、以及用于支撑振荡***的支撑构件121。

第一扭簧111将第一振荡器101与第二振荡器102彼此连接。第二扭簧112连接到第二振荡器102，从而使得其扭轴与第一扭簧111的扭轴对准。本实施例的振荡***应该包括至少两个振荡器和两个扭簧。如图1所示，例如，振荡***100可由三个或更多振荡器103以及三个或更多扭簧113构成。此外，本实施例的振荡***100可以具有除了图1所示的悬臂(cantilevered)结构之外的结构，但此外，其可以包括在相对端受支撑的结构的振荡***或悬臂结构与相对端受支撑结构的组合结构的振荡***，如美国专利申请公开US2006/0152785所示。

根据本发明的振荡器装置的操作原理基本上与美国专利申请公开US2006/0152785的原理相同。

通常，如下给出的方程式用于具有n个振荡器和n个扭簧的振荡***的自由振荡。

$M\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+\mathrm{K\θ}=0---25$

其中，I_k是振荡器的惯性矩(Inertial Moment)，k_k是扭簧的弹簧常数(spring constant)，θ_k是振荡器的扭转角(k＝1，...，n)。如果该***的M^-1K的特征值表示为λ_k(k＝1至n)，则自然振荡模式的角频率ω_k由ω_k＝√(λ_k)给出。

在本发明的振荡器装置中，包括n个振荡器和n个扭簧并且具有n种振荡模式的振荡***被配置为：在这些ω_k之中，存在基本频率以及基本频率整数倍的n-1个频率。这样使得能够进行振荡器的各种运动。应注意，在本说明书中，术语“整数倍”包括近似整数倍，并且近似整数倍指的是从基本频率的0.98n倍至1.02n倍的数值范围，其中n是任意整数。

具体地说，当本实施例的振荡器装置由两个振荡器以及两个扭簧构成，并且它们被配置为将基本频率以及基本频率的近似偶数倍频率包括在ω_k中时，在预定范围中在振荡器的角速度的漂移被抑制的情况下实现了近似恒定的角速度驱动。

此外，如果n＝3，例如，则由于振荡***具有三个振荡器以及三个扭簧，因此提供三种振荡模式。于是，振荡模式的频率被布置为1:2:3的关系，并且振荡***被这些振荡模式同时激励。与n＝2的情况相比，这样使得能够在角速度的漂移更小的情况下进行驱动。图12示出在振荡模式频率的关系是1:2:3并且这些振荡模式的幅度比率是24∶-6∶1的情况下驱动该振荡***时振荡器的位移角与的时间之间的关系。幅度比率的负号表示从原点到1/2周期的位移是负数，如图12的模式2那样。

通过以此方式增加振荡模式的数量，可以使得预定范围中振荡器的角速度的漂移更小。

当本实施例的振荡器装置由两个振荡器和两个扭簧构成并且被配置为将基本频率和基本频率近似三倍的频率包括在ω_k中时，可以实现振荡器的近似斩波驱动。

接下来，将解释包括n个振荡器和n个扭簧的振荡***的振荡，如图1所示。

该振荡***被配置为：同时产生以基本频率移动的振荡运动以及以n-1个近似基本频率整数倍的频率移动的振荡运动。

因此，在本实施例的第一优选形式中，振荡器中的至少一个被配置为：提供可以由包括多个时间函数之和的方程式表示的振荡。在此，包括多个时间函数之和的方程式包括了含有常数的方程式。例如，包括常数项的情况可以是这样的情况：特定DC偏置施加到驱动构件，以转变振荡器的位移角的原点(零位移角的位置)。

在本实施例第二优选形式中，光学偏转装置的偏转角θ(在此，参照图3所示的扫描中心的位置来测量该角)如下。现在，第一振荡运动的幅度和驱动角频率分别表示为A₁和ω，第二振荡运动的幅度和驱动角频率表示为A₂和nω(n是不小于2的整数)。此外，第一振荡运动和第二振荡运动的相对相位差表示为于是，振荡器的运动是可以通过至少包括项

的算术表达式来表示的振荡。具体地说，如果n＝2，则通过包括项

的方程式来表示该情况。因此，实现了在预定范围中在振荡器的角速度的漂移被抑制的情况下的近似恒定角速度驱动。

在n＝3的情况下，由至少包括项的数值公式来表示该情况。因此，使得能够进行振荡器的近似斩波驱动。应注意，同样在此情况下，至少包括项

的方程式可以包括含有常数项的算术表达式。

在本实施例的第三优选形式中，如果第一振荡运动的幅度和驱动角频率分别表示为A₁和ω，第n振荡运动的幅度和驱动角频率分别表示为A_n和nω，并且第一振荡运动与第n振荡运动之间的相对相位差表示为

则振荡器运动可以表示如下。

在此，n是不小于2的整数。可以使得n的值尽可能大，只要构成振荡器装置的振荡器的数量可以被增加。当实际上制造振荡器装置时，n应优选地是2至5左右。

图1的光源131、光检测器140、驱动控制构件150、自然角频率计算构件151以及驱动构件120基本上与图2相同。因此，将参照图2来进行以下描述。

[振荡***]

将对示例进行以下描述，其中，如图2所示，振荡***包括两个振荡器。然而，本发明相似地可应用于振荡***包括三个或更多振荡器的情况。

图2的振荡器装置包括振荡***，其具有第一振荡器101、第二振荡器102、第一扭簧111和第二扭簧112、以及用于支撑振荡***的支撑构件121。第一扭簧111将第一振荡器101与第二振荡器102彼此连接。第二扭簧112连接到第二振荡器102，从而其具有与第一扭簧111的扭轴对准的扭轴。此外，本实施例的振荡***100可以具有除了图2所示的悬臂结构之外的结构，但此外，其可以包括在相对端受支撑的结构的振荡***或悬臂结构与相对端受支撑结构的组合结构的振荡***，如美国专利申请公开US2006/0152785所示。

此外，当本实施例的振荡器装置用作光学偏转装置时，反射镜可以形成在至少一个振荡器上。可以通过在振荡器的表面上形成光反射膜来提供反射镜。如果振荡器的表面足够平滑，则其可以用作反射镜，而无需所述光反射膜。

此外，本实施例的振荡器装置的振荡***至少具有第一振荡模式和第二振荡模式，并且第二振荡模式的频率是近似第一振荡模式的频率n倍(整数倍)，其中，n是整数。

图2同样所示的振荡器装置被驱动，从而第一振荡器和第二振荡器中的至少一个产生振荡，该振荡可以通过至少包括项的算术表达式来表示，其中，n是不小于2的整数，并且A₁＞A₂。

具体地说，如果包括两个振荡器的振荡***以第一振荡模式以及具有第一振荡模式频率的两倍频率的第二振荡模式被驱动，则振荡器的位移角可以通过以下方程式来表示。

图9示出此位移角关于时间的改变。在图9中，基准振荡模式下的振荡运动可以表示为：

θ(t)＝A₁sinωt

基准振荡模式的两倍频率的振荡模式下的振荡运动可以表示为：

[驱动构件]

驱动构件120将驱动力施加到振荡***，从而第一振荡器和第二振荡器围绕扭轴振荡。

驱动构件120具有用于基于电磁***、静电***或压电***将驱动力施加到振荡***的结构。在电磁驱动的情况下，例如，可以在至少一个振荡器上提供永磁体，并且可以将把磁场施加到这个永磁体的电线圈部署在振荡器附近。或者，可以相反地部署永磁体和电线圈。在静电驱动的情况下，电极可以形成在至少一个振荡器上，并且对于在这些电极之间生成静电力有效的电极可以形成在振荡器附近。在压电驱动的情况下，可以在振荡***或支撑构件上提供压电元件，以施加驱动力。

[光检测器]

根据本发明的振荡器装置还包括光检测器，用于接收第一振荡器和第二振荡器中的至少一个上入射的光束的反射光。在图2的振荡器装置的示例中，光检测器140接收振荡器101上入射的光束132的反射光133。然后，可以基于来自该光检测器140的输出信号来检测振荡器101的振荡状态。

此外，可以如图3A、图3B或图3C所示来部署光检测器140。例如，如图3A所示，第一光检测器141和第二光检测器142可以被部署在扫描端附近的第一位移角θBD1和第二位移角θBD2处。

或者，如图3B所示，可以分别在第一位移角θBD1和第二位移角θBD2处提供反射构件160，并且可以分别由第一光检测器141和第二光检测器142检测来自各个反射构件160的光(反射光)。

作为另一替换方式，如图3C所示，可以在第一位移角θBD1和第二位移角θBD2处提供反射构件160，并且可以由单个光检测器140检测来自各个反射构件160的光(反射光)。在此情况下，如图3C所示，可以在远离光源的振荡器的一侧提供光检测器，或者可以将其部署在与光源相同一侧。

也就是说，可以在当振荡器取第一位移角时扫描光的照射位置处部署第一光检测器，且可以在当振荡器取第二位移角时扫描光的照射位置处部署第二光检测器。第一光检测器和第二光检测器可以包括不同元件，或者另外，它们可以包括相同元件。此外，扫描光可以在光检测元件上直接入射，或者另外，反射光可以通过至少一个反射构件的方式而在光检测器上入射。简言之，至少一个光检测器应被部署为在第一位移角和第二位移角接收并且检测扫描光。

此外，如图3A-图3C所示，如果扫描中心(在静止状态下)取作零，并且最大扫描角(最大偏转角)133的绝对值表示为1，则优选地，光检测器142应被部署在不小于0.6并且不大于1.0的扫描角的绝对值范围中。具体地说，光检测器应优选地被部署在0.8左右。

[驱动控制构件]

图2的驱动控制构件150将驱动信号提供给驱动构件120，以使得振荡***100振荡。

驱动信号可以是基于合成正弦波的驱动信号(图6A)，例如，或者其可以是脉冲形状的驱动信号(图6B)。在基于组合正弦波的驱动信号的情况下，可以通过调整正弦波的幅度和相位来获得期望的驱动信号。如果脉冲形状的信号用于进行驱动，则可以通过相对于时间改变脉冲数量、脉冲间距或脉冲宽度来生成期望的驱动信号。此外，可以使用任何驱动信号，前提是其可以驱动以提供光学偏转装置的期望偏转角。

图7A和图7B示出当电压施加到电线圈时振荡器101的位移角的传输特性。图7A示出增益(位移角/所施加的电压)与驱动角频率之间的关系。图7B示出所施加的电压、位移角的相位差以及驱动角频率的关系。如图7A所示，振荡器具有两个自然角频率(谐振频率)，并且振荡模式ω₂对于振荡模式ω₁的增益(效率)是不同的。如图7B所示，ω₂的振荡模式的相位相对于振荡模式ω₁具有大约180度的延迟。

在本实施例中，引起多个振荡器中的至少一个的振荡的驱动信号被提供给驱动构件120，所述振荡可以表示为包括多个时间函数之和的方程式。为了生成驱动信号，基于自然角频率计算构件151检测到的自然角频率来确定驱动角频率。此外，驱动控制构件150基于来自光检测器140的输出信号生成驱动信号，其使得描述振荡器的振荡的多个时间函数的幅度和相位中的至少一个达到预定值。

此外，在本实施例中，可以将这样的驱动信号提供给驱动构件120，该驱动信号引起由至少包括项

的算术表达式表示的振荡器的振荡运动。同样在此情况下，可以基于自然角频率计算构件151检测到的自然角频率来确定驱动角频率。驱动控制构件150基于光检测器的输出信号来控制驱动构件120，从而A₁、A₂和

中的至少一个达到预定值。

此外，在本实施例中，可以将引起方程式(2)表示的振荡器的振荡运动的驱动信号提供给驱动构件120。同样在此情况下，可以基于自然角频率计算构件151检测到的自然角频率来确定驱动角频率。驱动控制构件153基于光检测器的输出信号来控制驱动构件120，从而

中的至少一个达到预定值。

此外，在根据本发明的振荡器装置的驱动信号的特定示例中，具有基准频率的振荡模式以及基准频率整数倍的频率的振荡模式是：

F(t)＝B₁sinωt+B₂sin(nωt+ψ)

其中，n是不小于2的整数。驱动控制构件150基于自然角频率计算构件151检测到的自然角频率来确定ω和nω的值。然后，从光检测器140的输出信号获得振荡器的振荡状态的信息，并且驱动控制构件150调整B₁和B₂(其为驱动信号的幅度分量)以及ψ(其为其相位分量)。通过将这些参数设置为适当的值，振荡器的位移角可以被控制为期望的值。

当振荡器取得第一位移角时，来自光检测器的输出信号典型地包含彼此不同的第一时刻信息(时间项)和第二时刻信息，并且，当振荡器取得第二位移角时，来自光检测器的输出信号典型地包含彼此不同的第三时刻信息和第四时刻信息。

[自然角频率计算构件]

图2的自然角频率计算构件151计算振荡***100的自然角频率。

当驱动构件将要同时以第一振荡模式和第二振荡模式驱动振荡***并且使其振荡时，自然角频率计算构件基于在反射光穿过光检测器的定时输出的光检测器140的输出信号计算第二振荡模式的自然角频率。

在如在本实施例中那样具有两种振荡模式的振荡器装置中，其至少具有用于以基准频率进行驱动的第一振荡模式以及用于以基准频率整数倍的频率进行驱动的第二振荡模式。如果如图9所示本实施例的振荡器装置仅被第二振荡模式所驱动，则与其仅被第一振荡模式所驱动的情况相比，幅度较小。因此，如果光检测器141被部署在图3所示的位置处，则光检测器141不接收来自振荡器的反射光，从而不再能够检测到振荡***的第二振荡模式的自然角频率。具体地说，如果根据本实施例的振荡器装置用作图像形成设备的光学偏转装置，则如图11所示，光检测器550无法被安装在图像绘制区域中。

有鉴于此，在本实施例的振荡器装置中，为了检测第二振荡模式的自然角频率，振荡***被驱动，以同时以第一振荡模式和第二振荡模式振荡，并且基于此时提供的光检测器的信号来计算第二振荡模式的自然角频率。

通过如上所述同时激励第一振荡模式和第二振荡模式，可以获得仅由第二振荡模式不能获得的幅度，并且可以容易地测量第二振荡模式的自然角频率(第二谐振频率)。此外，通过同时激励第一振荡模式和第二振荡模式，还可以同时测量第一振荡模式的自然角频率(第一谐振频率)。

此外，自然角频率计算构件能够基于在振荡器取得第一位移角时彼此不同的第一时刻信息(时间项)和第二时刻信息以及在振荡器取得第二位移角时彼此不同的第三时刻信息和第四时刻信息来确定振荡***的自然角频率。具体地说，可以基于图9所示的四个时间项T1、T2、T3和T4确定自然角频率。

[自然角频率计算的流程]

在根据本实施例的振荡器装置中，可以根据以下过程来检测自然角频率。

首先，确定驱动角频率ω_i(i是重复次数)(第一步骤)。优选地，该驱动角频率应该是振荡***所具有的第一振荡模式的自然角频率周围的角频率。

接下来，振荡***同时以驱动角频率ω_i和驱动角频率n·ω_i被驱动，其中，n是不小于2的整数(第二步骤)。

关于在此的驱动信号，可使用任何驱动信号，前提是其引起可以由至少包括项

的算术表达式所表示的振荡器的振荡。例如，通过将B_1isinω_it+B_2isin(nω_it+ψ_i)的驱动信号提供给振荡***，振荡器可以被驱动，以产生上述振荡。

或者，可以调整驱动信号B_1i、B_2i和ψ_i，从而A_1i、A_2i和ω_i(其为表示振荡器的振荡的方程式的参数)取得预定值。

驱动信号例如可以是基于合成正弦波的驱动信号，或者其可以是脉冲形状的驱动信号。如果是脉冲形状的信号，则可以通过相对于时间改变脉冲数量、脉冲间距和脉冲宽度来生成期望的驱动信号。此外，可以使用任何驱动信号，前提是其可以驱动以提供光学偏转装置的期望偏转角。

应注意，在该步骤中，在以驱动角频率ω_i和驱动角频率n·ω_i同时驱动振荡***之前，可以执行仅以驱动角频率ω_i驱动振荡***的处理。

关于在此的驱动信号，可使用任何驱动信号，前提是其引起可以由包括项A_1isinω_it的算术表达式所表示的振荡器的振荡。例如，通过将B_1isinω_it的驱动信号提供给振荡***，振荡器可以被驱动，以产生上述振荡。此外，可以使用任何驱动信号，前提是其可以驱动以提供光学偏转装置的期望偏转角。

通过基于ω_i和n·ω_i驱动振荡***，来自振荡器的反射光可以在光检测器上入射，并且因此，输出信号在反射光穿过光检测器的定时被从光检测器输出到自然角频率计算构件。

接下来，储存驱动角频率ω_i和驱动角频率n·ω_i中的至少一个以及与所述振荡***的振荡运动有关的信息(第三步骤)。

在该处理中，存储ω_i和n·ω_i以及关于当通过这些频率驱动时振荡***的振荡运动的信息。与振荡有关的信息可以是用于待由光检测器检测的扫描光穿过的时刻的定时信息，并且作为示例，其可以是如图9所示的四个时间项信息t1、t2、t3和t4。

此外，关于与振荡器的振荡有关的信息，可以存储B_1i、B_2i和ψ_i的值(其为驱动信号的参数)。

随后，上述第一步骤至第三步骤重复至少两次。然后，根据在第三步骤存储的驱动角频率ω_i和驱动角频率n·ω_i中的至少一个以及与所述振荡***的振荡运动有关的信息计算扭轴方向上振荡***的第二振荡模式的自然角频率(第四步骤)。

更具体地说，在该步骤中，根据基于自然角频率计算构件在第三步骤储存的重复的信息，计算自然角频率。

关于使用来自光检测器的输出信号(例如图9所示的定时信息t1、t2、t3和t4)检测自然角频率的方法，存在例如下述方法。在此，将解释n＝2的示例。

如果振荡器根据

而振荡，例如，则假设如图10所示，对于驱动角频率(2·ω_i)取横坐标轴，而对于待由光检测器检测的时间T₁₂(即t3-t2)取纵坐标轴。于是，T₁₂的值同样随驱动角频率ω_i的改变而改变。在此，T₁₂的值是时刻t3与时刻t2之间的差，并且在本发明的振荡器装置中，当频率变得越接近于自然角频率时，T₁₂的值变得越大。更具体地说，由于如果A₂的值(其为光学偏转器的幅度分量)大则T₁₂倾向于变得大，因此T₁₂示出最大值的点提供自然角频率(谐振频率)。

相似地，可以通过使用T₂₁(t1-t4)来检测自然角频率。当驱动角频率接近于振荡***的自然角频率时，T₂₁的值变得较小。当驱动角频率变为等于振荡***的自然角频率时，T₂₁的值达到最小。也就是说，当T₂₁的值最小时，驱动角频率的值是自然角频率。

虽然在本实施例中，基于T₁₂的时间计算自然角频率，但可以使用光检测器输出的任何其它定时信息。

此外，如果A_1i、A_2i和

(其为表示振荡器的振荡的方程式的参数)是常数，则以下的示例是使用B_1i、B_2i和ψ_i(其为驱动信号的参数)的值检测在扭轴方向上振荡***的自然角频率的方法。

如图5A所示，横坐标轴表示驱动角频率(ω_i)，纵坐标轴表示B_1i(其为驱动信号的幅度分量的参数)。该B_1i是在B_1isinω_it+B_2isin(2ω_it+ψ_i)(其为驱动信号)的较低频率侧的幅度分量，B_1i的值越小，待施加到振荡***的驱动力的值就越小。在此，振荡***的驱动角频率越接近自然角频率，驱动振荡***所需的驱动力就越小。因此，使得B_1i的值最小的驱动角频率是第一振荡模式的自然角频率。

此外，如图5B所示，对于驱动角频率(2·ω)取横坐标轴，对于B_2i(其为驱动信号的幅度分量的参数)取纵坐标轴。同样在此情况下，相似地，使得B_2i的值最小的驱动角频率是振荡***的第二振荡模式的自然角频率。

应注意，虽然第一步骤至第三步骤应重复至少两次，但重复次数越多，转变驱动角频率的范围就越宽，即，自然角频率的检测越容易。

于是，基于第二振荡模式的自然角频率生成驱动信号，并且振荡***被驱动。前面已经描述了驱动信号自身的生成。

[第一工作示例]

该工作示例的振荡器装置包括：振荡***100，其包括第一振荡器101、第二振荡器102、第一扭簧111和第二扭簧112；以及用于支撑振荡***100的支撑构件121。第一扭簧111将第一振荡器101与第二振荡器102彼此连接。第二扭簧112将支撑构件121和第二振荡器102彼此连接，从而其具有与第一扭簧111的扭轴对准的扭轴。

该工作示例的振荡器装置还包括：驱动构件120，用于将驱动力施加到振荡***；驱动控制构件，用于调整驱动构件；以及光检测器140，用于在两个振荡器之一取得第一和第二不同的位移角时输出时刻信息。

此外，反射镜形成在至少一个振荡器上。如果该振荡器装置用作光学偏转装置，则可以提供用于发射光束的光源131，从而光束132被投射到振荡器101上所提供的反射镜，以执行光学扫描。

振荡***100被配置为同时产生以第一频率(其为基本频率)移动的第一振荡模式以及以第二频率(其为基本频率整数倍的频率)移动的第二振荡模式。

也就是说，该工作示例的振荡器装置的偏转角θ(在此参照图3所示的扫描中心的位置对其进行测量)如下。

如果第一振荡模式的幅度和驱动角频率分别表示为A₁和ω，第二振荡模式的幅度和驱动角频率分别表示为A₂和2ω(n＝2)，第一振荡运动和第二振荡运动的相对相位差表示为

并且适当时间被取作基准时间的时间表示为t，则偏转角可以表示如下。

驱动构件120包括振荡器102上安装的永磁体、以及根据将驱动力施加到该永磁体的距离而部署的电线圈。可以从驱动控制构件150将驱动信号提供给线圈，并且基于来自驱动控制构件150的驱动信号，驱动构件120将驱动力施加到振荡***100。

此外，驱动控制构件150被配置为生成驱动信号，振荡***通过所述驱动信号以基本频率以及基本频率两倍的频率产生振荡运动。在该工作示例中，其将可以表示为F(t)＝B₁sinωt+B₂sin(2ωt+ψ)的驱动信号应用于驱动构件。

光检测器140测量四个时刻，即在第一振荡运动的一个周期内振荡器取得第一位移角的两个不同时刻、以及振荡器取得第二位移角的两个不同时刻。如果在振荡器静止时的偏转角表示为0，并且振荡器的最大偏转角的绝对值表示为1，则光检测器被部署在就振荡器的偏转角的绝对值而言位置0.8处。

驱动控制构件150的自然角频率计算构件151根据图4所示的序列并且基于光检测器的输出信号计算振荡器的多个自然角频率。

在第一步骤，设置驱动信号的驱动角频率ω_i(i是重复次数，并且初始地是0)。驱动角频率可以优选地是振荡***100的第一振荡模式的自然角频率周围的角频率。在该工作示例中，ω₀＝2πx1998(rad/s)。

在第二步骤，振荡***通过驱动角频率ω_i而被驱动。在此，通过提供F(t)＝B₁sinω_it的驱动信号，振荡器被驱动，以产生振荡，该振荡可以由包括A_1isinω_it的算术表达式来表示。

此外，如果提供F＝B_1isinω_it+B_2isin(2ω_it+ψ_i)的驱动信号，则振荡器可以被驱动，以产生由至少包含项

的方程式表示的振荡。

在第二步骤中，B_1i、B_2i和ψ_i(其为驱动信号的控制参数)基于光检测器的输出信号而被调整，从而A_1i、A_2i和

达到预定值。

在第三步骤，在A_1i、A_2i和

达到预定值时B_1i、B_2i和ω_i的值被存储。

第一步骤至第三步骤重复十次。也就是说，它们从i＝0至i＝9而重复。在此，N＝9。在该工作示例中，驱动角频率在从ω₀＝2π＊1998(rad/s)至ω₉＝2π＊2002.5(rad/s)的范围中改变。

在第四步骤，根据用于十次操作的已存储的B_1i、B_2i和ψ_i，计算两个自然角频率，即第一振荡模式的自然角频率(第一自然角频率)以及第二振荡模式的自然角频率(第二自然角频率)。

如图5A所示，对于驱动角频率(ω_i)取横坐标轴，对于B_1i(其为驱动信号的幅度分量的参数)取纵坐标轴。在此情况下，第一振荡模式的自然角频率是ω₄，因为它是当驱动信号的B_1i变为最小时的驱动角频率。

此外，如图5B所示，对于驱动角频率(2·ω_i)取横坐标轴，对于B_2i(其为驱动信号的幅度分量的参数)取纵坐标轴。同样在此情况下，相似地，使得B_2i的值最小的驱动角频率变为振荡***的第二振荡模式的自然角频率。

据此结果，得到的是，振荡***的第一振荡模式的自然角频率是ω₄＝2π＊2000(rad/s)，并且第二振荡模式的自然角频率是2·ω₈＝2π＊4004(rad/s)。

在该工作示例中，第一振荡模式的自然角频率ω₄和第二振荡模式的自然角频率ω₈近似是两倍关系(约1.96-2.04倍基本频率)。在此，第二振荡模式的自然角频率(2·ω₈)不是第一振荡模式的自然角频率(ω₄)的确切两倍的原因在于用于生产振荡***的制造工艺中存在处理误差。

在驱动时，期望的是，在考虑第一振荡模式的自然角频率和第二振荡模式的自然角频率的同时，由能最高效地进行驱动的驱动角频率来驱动振荡***。因此，驱动控制构件150的驱动角频率计算构件152基于计算出的自然角频率ω₄和2·ω₈而根据下述方程式来确定驱动角频率ω。

ω_d＝(ω₄+ω₈)/2

根据该方程式，所得到的是，该工作示例中的驱动角频率是ω_d＝2π＊2001(rad/s)。驱动控制构件150基于上述序列所确定的驱动角频率ω_d生成驱动信号。因此，驱动信号是：

F(t)＝B₁sinω_dt+B₂sin(2ω_dt+ψ)

于是，驱动控制构件150调整驱动信号的参数B₁、B₂和ψ，从而振荡器的振荡满足以下关系：

例如，根据驱动信号的角频率ω_d和关系式

确定用于A₁、A₂和的目标值。然后，设置满足这些目标值的定时T1、T₁₂、T2和T₂₁，并且调整驱动信号的参数B₁、B₂和ψ，从而振荡器在这些定时振荡。

通过以上述方式调整驱动信号，可以十分精确地控制振荡器装置。

[第二工作示例]

该工作示例的振荡器装置具有的基本结构与前述第一工作示例的振荡器装置的基本结构相似。该工作示例与第一工作示例不同之处在于自然角频率的计算方法。以下将对此进行解释。

该工作示例的自然角频率计算构件151根据图8所示的序列并且基于光检测器140的输出信号计算振荡器的多个自然角频率。

在第一步骤，设置驱动信号的驱动角频率ω_i(i是重复次数，并且它初始是0)。驱动角频率可以优选地是振荡***100的第一振荡模式的自然角频率周围的角频率。在该工作示例中，ω₀＝2πx1998(rad/s)。

在第二步骤，振荡***通过驱动角频率ω_i而被驱动。在此，通过提供F(t)＝B₁sinω_it的驱动信号，振荡器被驱动，以产生振荡，该振荡可以由包括A_1isinω_it的算术表达式来表示。

在该步骤，B_1i基于光检测器140的信号而被控制，从而振荡器的振荡运动的A_1i达到预定值。如图9所示，虚线示出A_1isinω_it的振荡运动，一个周期中振荡四次穿过安装光检测器的角θ1和θ2。在此，由于来自光检测器的定时信号根据A_1isinω_it的A_1i而不同，因此驱动信号的B_1i分量被控制，从而光检测器的定时与预定定时一致。

在第三步骤，预定B₂被输入，以驱动振荡器，从而引起可以如下表示的振荡：

在此，驱动信号是：

F(t)＝B_1isinω_it+B_2isin(2ω_it+ψ_i)

在此，信号被控制，以使得相位差

等于零。为此，驱动信号的ψ被控制，从而描述图9的振荡器的振荡的实线的t1和t2变为彼此相等。这是因为，如果相位差变为等于零，则t1和t2变得彼此相等。

在第四步骤，在前面步骤达到预定A_1i和

时的T₁₂和驱动角频率2·ω_i的值被存储。在此，T₁₂是t3与t2之间的差。

从第一步骤到第四步骤的过程重复十次。也就是说，该操作从i＝0至i＝9而重复。在此，N＝9。在该工作示例中，频率在从2·ω₀＝2π＊3996(rad/s)至2·ω₉＝2π＊4005(rad/s)的范围中改变。

在第四步骤，根据对于十次操作所存储的T₁₂和2·ω_i，计算自然角频率。如图10所示，对于驱动角频率(2·ω_i)取横坐标轴，对于光检测器检测到的时间T₁₂(t3-t2)取纵坐标轴。于是，T₁₂的值同样随驱动角频率的改变而改变。在此，T₁₂的值是时刻t3与时刻t2之间的差，并且在本发明的振荡器装置中，频率越接近于自然角频率，T₁₂的值就越大。更具体地说，由于如果A₂的值(其为的幅度分量)大则T₁₂倾向于变大，因此T₁₂示出最大值的点提供自然角频率。在该工作示例中，第二振荡模式的自然角频率在2·ω₄的时间是2π＊4000(rad/s)。

相似地，可以通过使用T₂₁(t1-t4)来检测自然角频率。当驱动角频率接近于振荡***的自然角频率时，T₂₁的值变得较小。当驱动角频率变为等于振荡***的自然角频率时，T₂₁的值达到最小。也就是说，当T₂₁的值最小时驱动角频率的值是自然角频率。

自然角频率计算构件152将计算出的自然角频率2·ω₄＝2π＊4000(rad/s)设置为驱动角频率ω_d。

然后，驱动控制构件150基于根据上述序列所确定的驱动角频率ω_d生成驱动信号。也就是说，驱动信号是：

F(t)＝B₁sinω_dt+B₂sin(2ω_dt+ψ)

于是，驱动控制构件150(参数B₁)调整驱动信号的参数B₁、B₂和ψ，从而振荡器的振荡表示为：

通过以上述方式调整驱动信号，可以十分精确地控制振荡器装置。

[第三工作示例]

将参照图11解释根据第三工作示例的图像形成设备。

该工作示例的图像形成设备中所使用的光学偏转装置500包括图2所示的振荡器装置。从光源510发射的光束通过准直透镜520(其为光学***)而被整形，并且此后，其被光学偏转装置500按一维方式偏转。扫描光然后穿过耦合透镜530(其为光学***)，并且其被成像在感光构件540上，由此在其上形成静电潜像。此外，有两个光检测器550被部署在光学偏转装置的扫描端。光学偏转器500以参照第一工作示例和第二工作示例描述的方式计算振荡器的自然角频率(谐振频率)，并且确定驱动信号。

在该工作示例的图像形成设备中，可以仅由部署在扫描端的光检测器550的输出信号来计算自然角频率(谐振频率)。然后，通过基于适合于图像形成的两种振荡模式(基准频率的第一振荡模式以及基准频率两倍的频率的第二振荡模式)驱动光学偏转装置，可以按近似恒定的速度来扫描光束。此外，另一方面确保了较宽的有效图像绘制区域。

虽然已经参照在此公开的结构描述了本发明，但其并不限于所阐述的细节，并且本申请意欲覆盖可以落入所附权利要求的范围或改进的目的之内的这样的修改或改变。

Claims (15)

1.一种振荡器装置，包括：

振荡***，其具有多个振荡器和多个扭簧；

驱动构件，被配置为驱动所述振荡***；

驱动控制构件，被配置为将驱动信号提供给所述驱动构件；

光检测器，被配置为接收所述多个振荡器中的至少一个上入射的光束的反射光；以及

自然角频率计算构件，被配置为计算所述振荡***的自然角频率；

其中，所述振荡***至少具有第一振荡模式和第二振荡模式，所述第二振荡模式具有近似所述第一振荡模式的自然角频率的n倍的自然角频率，其中，n是不小于2的整数，

其中，所述驱动构件被配置为驱动所述振荡***，从而所述振荡***同时以所述第一振荡模式和第二振荡模式进行振荡，

其中，所述自然角频率计算构件基于在当所述振荡***同时以所述第一振荡模式和第二振荡模式振荡时在所述反射光穿过所述光检测器的定时输出的来自所述光检测器的输出信号来计算所述第二振荡模式的自然角频率，以及

其中，所述自然角频率计算构件基于当所述振荡器中的一个振荡器取得第一位移角时的第一时刻信息和第二时刻信息以及当所述一个振荡器取得第二位移角时彼此不同的第三时刻信息和第四时刻信息来确定振荡***的自然角频率。

2.根据权利要求1的振荡器装置，其中，所述振荡***包括第一振荡器、第二振荡器、被配置为将所述第一振荡器和第二振荡器彼此连接的第一扭簧、以及连接到所述第二振荡器并且具有与所述第一扭簧的扭轴对准的扭轴的第二扭簧。

3.根据权利要求2的振荡器装置，其中，当第一振荡运动的幅度表示为A₁，第二振荡运动的幅度表示为A₂，驱动角频率表示为ω，第一振荡运动和第二振荡运动之间的相对相位差表示为

并且时间表示为t时，所述驱动控制构件控制所述驱动构件，从而使得所述第一振荡器和第二振荡器中的至少一个进入振荡状态，所述振荡状态由包含项

的方程式来表示，其中，A₁＞A₂。

4.根据权利要求1的振荡器装置，其中，当所述驱动信号的幅度分量表示为B₁和B₂，驱动角频率表示为ω、相对相位差表示为ψ，并且时间表示为t时，所述驱动控制构件提供由包含项B₁sinωt+B₂sin(nωt+ψ)的方程式表示的驱动信号。

5.根据权利要求1的振荡器装置，其中，所述自然角频率计算构件基于在所述反射光穿过所述光检测器的定时输出的来自所述光检测器的输出信号来计算所述第一振荡模式的自然角频率。

6.根据权利要求5的振荡器装置，其中，所述驱动控制构件基于所述自然角频率计算构件所计算的第一振荡模式的自然角频率和第二振荡模式的自然角频率中的至少一个来确定所述驱动信号。

7.根据权利要求1-6中的任意一项的振荡器装置，其中，当在所述振荡器静止时的扫描中心表示为0，并且所述振荡器所反射的反射光的最大扫描角的绝对值表示为1时，将所述光检测器部署在不小于0.6且不大于1.0的扫描角绝对值范围中。

8.根据权利要求2的振荡器装置，其中，所述第一振荡器和第二振荡器中的至少一个取第一位移角和第二位移角，并且其中，所述光检测器的输出信号包含对应于所述第一位移角的彼此不同的第一时刻信息和第二时刻信息、以及对应于所述第二位移角的彼此不同的第三时刻信息和第四时刻信息。

9.一种图像形成设备，包括：

光学偏转装置，其包括如权利要求1-8中的任意一项所述的振荡器装置；

光学***；以及

感光构件；

其中，来自光源的光束被所述光学偏转装置扫描偏转，从而静电潜像被形成在所述感光构件上。

10.一种控制振荡器装置的方法，所述振荡器装置包括：振荡***，所述振荡***具有多个振荡器和多个扭簧；驱动构件，被配置为驱动所述振荡***；驱动控制构件，被配置为将驱动信号提供给所述驱动构件；光检测器，被配置为接收所述多个振荡器中的至少一个上入射的光束的反射光；以及自然角频率计算构件，被配置为计算所述振荡***的自然角频率；所述振荡***具有带有自然角频率的第一振荡模式以及带有近似所述第一振荡模式的自然角频率的n倍的自然角频率的第二振荡模式，其中，n是不小于2的整数，所述方法包括：

第一步骤，用于确定用于驱动所述振荡***的驱动角频率ω_i，其中，i是重复次数；

第二步骤：用于以驱动角频率ω_i以及驱动角频率n·ω_i驱动所述振荡***；

第三步骤，用于存储所述驱动角频率ω_i和所述驱动角频率n·ω_i中的至少一个以及从所述光检测器输出的与所述振荡***的振荡运动有关的信息；以及

第四步骤：用于重复所述第一步骤至第三步骤至少两次，并且基于在所述第三步骤存储的驱动角频率ω_i和驱动角频率n·ω_i中的至少一个以及待由光检测器检测的反射光穿过光检测器的时刻的定时信息来计算所述振荡***的第二振荡模式的自然角频率，

其中，所述自然角频率计算构件基于当所述振荡器中的一个振荡器取得第一位移角时的第一时刻信息和第二时刻信息以及当所述一个振荡器取得第二位移角时彼此不同的第三时刻信息和第四时刻信息来确定振荡***的自然角频率。

11.根据权利要求10的方法，还包括：基于所述第四步骤所计算的所述第二振荡模式的自然角频率生成用于驱动所述振荡***的驱动信号。

12.根据权利要求10或11的方法，其中，在所述第二步骤中，在所述振荡***以驱动角频率ω_i被驱动之后，所述振荡***以驱动角频率ω_i和驱动角频率n·ω_i被驱动。

13.根据权利要求10的方法，其中，当第一振荡运动的幅度表示为A_1i，第二振荡运动的幅度表示为A_2i，驱动角频率表示为ω_i，第一振荡运动和第二振荡运动之间的相对相位差表示为

并且时间表示为t时，所述第二步骤是用于将驱动信号提供给所述驱动构件以产生由包含项

的方程式所表示的振荡器的振荡的处理，其中，A_1i＞A_2i。

14.根据权利要求13的方法，其中，当所述驱动信号的幅度分量表示为B_1i和B_2i、驱动角频率表示为ω_i，相对相位差表示为ψ_i，并且时间表示为t时，所述第二步骤是用于以由方程式F(t)＝B_1isinω_it+B_2isin(nω_it+ψ_i)表示的驱动信号来驱动振荡***的处理。

15.根据权利要求14的方法，其中，所述第二步骤是用于调整驱动信号的B_1i、B_2i和ψ_i从而振荡器的A_1i、A_2i和

取预定值的处理，其中，所述第三步骤是用于关于ω_i存储B_1i、B_2i和ψ_i的处理，并且所述第四步骤是用于重复所述第一步骤至第三步骤至少两次并且基于在所述第三步骤所存储的B_1i、B_2i和ω_i计算所述振荡***在扭轴方向的第二振荡模式的自然角频率的处理。

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