JP2981579B2 - 光スキャナ - Google Patents
光スキャナInfo
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- JP2981579B2 JP2981579B2 JP3138307A JP13830791A JP2981579B2 JP 2981579 B2 JP2981579 B2 JP 2981579B2 JP 3138307 A JP3138307 A JP 3138307A JP 13830791 A JP13830791 A JP 13830791A JP 2981579 B2 JP2981579 B2 JP 2981579B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばレ−ザビームプ
リンタやPOSシステム用スキャナ等において用いら
れ、光ビームを走査させる光スキャナに関する。
リンタやPOSシステム用スキャナ等において用いら
れ、光ビームを走査させる光スキャナに関する。
【0002】
【背景技術】図10は従来例の光スキャナの構造を示
す。これはポリゴンミラー31を用いた光スキャナであ
り、正多角形状をしたポリゴンミラー31の外周面には
ミラー面31a,31a,…が形成されており、ポリゴ
ンミラー31はドライバ回路35で制御された直流サー
ボモータ32によって一定角速度で回転させられてい
る。そして、半導体レーザ装置36から出射されたレー
ザビームαは結像レンズ33によって集光され、ポリゴ
ンミラー31のミラー面31aに照射される。そして、
ポリゴンミラー31のミラー面31aで反射されたレー
ザビームαは、ビームスキャンレンズ34を透過し、例
えば感光ドラム37の表面に照射される。ここでポリゴ
ンミラー31が一定角速度で回転していると、レーザビ
ームαを照射されているミラー面31aの角度が変化す
るので、ポリゴンミラー31で反射されたレーザビーム
αの出射方向が変化し、レーザビームαが例えば感光ド
ラム37の表面を走査される。
す。これはポリゴンミラー31を用いた光スキャナであ
り、正多角形状をしたポリゴンミラー31の外周面には
ミラー面31a,31a,…が形成されており、ポリゴ
ンミラー31はドライバ回路35で制御された直流サー
ボモータ32によって一定角速度で回転させられてい
る。そして、半導体レーザ装置36から出射されたレー
ザビームαは結像レンズ33によって集光され、ポリゴ
ンミラー31のミラー面31aに照射される。そして、
ポリゴンミラー31のミラー面31aで反射されたレー
ザビームαは、ビームスキャンレンズ34を透過し、例
えば感光ドラム37の表面に照射される。ここでポリゴ
ンミラー31が一定角速度で回転していると、レーザビ
ームαを照射されているミラー面31aの角度が変化す
るので、ポリゴンミラー31で反射されたレーザビーム
αの出射方向が変化し、レーザビームαが例えば感光ド
ラム37の表面を走査される。
【0003】しかしながら、ポリゴンミラーを用いた光
スキャナは、形状が大型となり、また、レーザビームの
スキャン方向は1方向に限られていた。
スキャナは、形状が大型となり、また、レーザビームの
スキャン方向は1方向に限られていた。
【0004】そこで、本発明の発明者は、光スキャナの
小型化と多軸化を目的として新規な構造の光スキャナを
開発し、この光スキャナについて平成2年8月7日付け
で特願平2−209804号として特許出願した(実施
例参照)。この光スキャナは、光ビームを例えば2方向
で走査させるため、2方向への振動モード(あるいは、
弾性変形モード)を有する振動子を用い、各振動モード
の共振周波数で振動子を共振振動させる構成をとってい
る。すなわち、いずれかの共振周波数と一致した駆動周
波数の振動を外部から振動子に付与すれば、振動子が当
該振動モードで共振振動し、光ビームが走査される。
小型化と多軸化を目的として新規な構造の光スキャナを
開発し、この光スキャナについて平成2年8月7日付け
で特願平2−209804号として特許出願した(実施
例参照)。この光スキャナは、光ビームを例えば2方向
で走査させるため、2方向への振動モード(あるいは、
弾性変形モード)を有する振動子を用い、各振動モード
の共振周波数で振動子を共振振動させる構成をとってい
る。すなわち、いずれかの共振周波数と一致した駆動周
波数の振動を外部から振動子に付与すれば、振動子が当
該振動モードで共振振動し、光ビームが走査される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図9は先願発明の光ス
キャナに用いられている振動子の駆動周波数と振動振幅
の関係を示す図である。この図に示されているように、
振動子は、その共振周波数fm(mは振動モードを区別す
る指標である。)のn倍及び1/n倍(nは2以上の整
数)の駆動周波数に対しても感応し、共振周波数fmの
駆動周波数の場合の振動振幅の数分の1から数10分の
1の振幅で振動する。従って、振動子の共振周波数fm
の高調波成分n・fmもしくはfm/n(n=2,3,
…)の外部振動によっても振動子が共鳴し、高調波の振
動数で振動が発生する。
キャナに用いられている振動子の駆動周波数と振動振幅
の関係を示す図である。この図に示されているように、
振動子は、その共振周波数fm(mは振動モードを区別す
る指標である。)のn倍及び1/n倍(nは2以上の整
数)の駆動周波数に対しても感応し、共振周波数fmの
駆動周波数の場合の振動振幅の数分の1から数10分の
1の振幅で振動する。従って、振動子の共振周波数fm
の高調波成分n・fmもしくはfm/n(n=2,3,
…)の外部振動によっても振動子が共鳴し、高調波の振
動数で振動が発生する。
【0006】このため、例えば2軸方向で振動する振動
子の2つの振動モードの各々の共振周波数fT,fBが互
いに整数倍の関係にある場合には、共振周波数fTの振
動モードで振動子を駆動して光ビームを走査させた時、
この駆動周波数が他方の振動モードにおける高調波外乱
となり、共振周波数fBの振動モードの高調波振動モー
ドまで引き起こす。この結果、振動子の設計時に共振周
波数fT,fBの周波数設定を誤ると、予想しない方向に
まで微小な振動を発生させることになり、走査精度の悪
い光スキャナとなる可能性があった。
子の2つの振動モードの各々の共振周波数fT,fBが互
いに整数倍の関係にある場合には、共振周波数fTの振
動モードで振動子を駆動して光ビームを走査させた時、
この駆動周波数が他方の振動モードにおける高調波外乱
となり、共振周波数fBの振動モードの高調波振動モー
ドまで引き起こす。この結果、振動子の設計時に共振周
波数fT,fBの周波数設定を誤ると、予想しない方向に
まで微小な振動を発生させることになり、走査精度の悪
い光スキャナとなる可能性があった。
【0007】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、ねじれ変形
による振動モードと曲げ変形による振動モードとを有す
る振動子を用いた光スキャナにおいて、各モードの分離
性を確実にし、異なる振動モードの混在による走査精度
の低下を防止することにある。
れたものであり、その目的とするところは、ねじれ変形
による振動モードと曲げ変形による振動モードとを有す
る振動子を用いた光スキャナにおいて、各モードの分離
性を確実にし、異なる振動モードの混在による走査精度
の低下を防止することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の光スキ
ャナは、ねじれ変形による振動モードと曲げ変形による
振動モードとを有し、各振動モードの共振周波数で駆動
されることによってねじれ変形と曲げ変形とによって回
動できるようになった光ビーム反射用の振動子と、振動
子を振動させる駆動源とを備えた光スキャナであって、
前記振動子の各振動モードに関する各共振周波数が互い
に整数倍の関係にないようにしたことを特徴としてい
る。
ャナは、ねじれ変形による振動モードと曲げ変形による
振動モードとを有し、各振動モードの共振周波数で駆動
されることによってねじれ変形と曲げ変形とによって回
動できるようになった光ビーム反射用の振動子と、振動
子を振動させる駆動源とを備えた光スキャナであって、
前記振動子の各振動モードに関する各共振周波数が互い
に整数倍の関係にないようにしたことを特徴としてい
る。
【0009】また、請求項2に記載の光スキャナは、請
求項1に記載した光スキャナにおいて、いずれの振動モ
ードについても、共振周波数の各高調波周波数を、各振
動モードの共振周波数の値からその値の10%程度ずら
せてあることを特徴としている。
求項1に記載した光スキャナにおいて、いずれの振動モ
ードについても、共振周波数の各高調波周波数を、各振
動モードの共振周波数の値からその値の10%程度ずら
せてあることを特徴としている。
【0010】
【作用】本発明にあっては、振動子の各振動モードに関
する各共振周波数が互いに整数倍の関係にないようにし
ているので、ある振動モードの共振周波数が異なる振動
モードの高調波振動モードの周波数と一致しない。従っ
て、各振動モード単独で走査している時の各振動モード
の分離性が向上し、ある振動モードの共振周波数で振動
子を駆動した時に別な振動モードの高調波振動が同時に
引き起こされ、光スキャナの走査精度を低下させること
を防止できる。
する各共振周波数が互いに整数倍の関係にないようにし
ているので、ある振動モードの共振周波数が異なる振動
モードの高調波振動モードの周波数と一致しない。従っ
て、各振動モード単独で走査している時の各振動モード
の分離性が向上し、ある振動モードの共振周波数で振動
子を駆動した時に別な振動モードの高調波振動が同時に
引き起こされ、光スキャナの走査精度を低下させること
を防止できる。
【0011】この結果、例えばレーザビームプリンタの
光ビーム走査系に用いられている場合には、印字品質を
向上させることができる。
光ビーム走査系に用いられている場合には、印字品質を
向上させることができる。
【0012】
【実施例】図1は本発明の一実施例による光スキャナを
示す。この光スキャナ1は、平成2年8月7日付けで特
願平2−209804号として特許出願した光スキャナ
と同じものであって、プレート状をした振動子7と圧電
振動子や磁歪振動子等の微小振動を発生する小形の駆動
源6とから構成されている。
示す。この光スキャナ1は、平成2年8月7日付けで特
願平2−209804号として特許出願した光スキャナ
と同じものであって、プレート状をした振動子7と圧電
振動子や磁歪振動子等の微小振動を発生する小形の駆動
源6とから構成されている。
【0013】振動子7は、図2及び図3に示すような形
状をしており、長い細幅の弾性変形部2の下端に、駆動
源6から振動を印加させるための加振部5が一体に設け
られ、弾性変形部2の上端に、レーザビームをスキャン
させるためのスキャン部3が一体に設けられている。こ
こで、弾性変形部2は、図2に示すように軸心Pの回り
にねじれ変形するねじれ変形モードと、図3に示すよう
に軸心Pに沿って曲げ変形する曲げ変形モードが可能に
なっており、ねじれ変形モードの弾性振動についてはf
Tの共振周波数を有し、曲げ変形モードの弾性振動につ
いてはfBの共振周波数を有している。
状をしており、長い細幅の弾性変形部2の下端に、駆動
源6から振動を印加させるための加振部5が一体に設け
られ、弾性変形部2の上端に、レーザビームをスキャン
させるためのスキャン部3が一体に設けられている。こ
こで、弾性変形部2は、図2に示すように軸心Pの回り
にねじれ変形するねじれ変形モードと、図3に示すよう
に軸心Pに沿って曲げ変形する曲げ変形モードが可能に
なっており、ねじれ変形モードの弾性振動についてはf
Tの共振周波数を有し、曲げ変形モードの弾性振動につ
いてはfBの共振周波数を有している。
【0014】スキャン部3は、弾性変形部2の軸心Pに
関してアンバランスな形状に形成されており、弾性変形
部2の軸心Pから離れた部分にウエイト部8が形成され
ている。したがって、スキャン部3の重心は、弾性変形
部2の軸心Pから外れた位置にあり、さらに、弾性変形
部2の上端よりも上方に位置している。また、スキャン
部3には、レーザビームを反射させるためのミラー面4
が形成されている。このミラー面4は、スキャン部3の
全体に形成してもよく、部分的に形成してもよいが、図
1の実施例では、軸心Pの近傍の領域に設けてある。
関してアンバランスな形状に形成されており、弾性変形
部2の軸心Pから離れた部分にウエイト部8が形成され
ている。したがって、スキャン部3の重心は、弾性変形
部2の軸心Pから外れた位置にあり、さらに、弾性変形
部2の上端よりも上方に位置している。また、スキャン
部3には、レーザビームを反射させるためのミラー面4
が形成されている。このミラー面4は、スキャン部3の
全体に形成してもよく、部分的に形成してもよいが、図
1の実施例では、軸心Pの近傍の領域に設けてある。
【0015】加振部5は、圧電振動子等の駆動源6に接
着もしくは接合されて駆動源6に固定されており、スキ
ャン部3は弾性変形部2によってフリーに支持されてい
る。加振部5へ高周波振動(例えば、数100Hz)を加
える圧電振動子等の駆動源6は、駆動回路によって制御
されており、ねじれ変形モードの共振周波数fTもしく
は曲げ変形モードの共振周波数fBの振動を励起され
る。
着もしくは接合されて駆動源6に固定されており、スキ
ャン部3は弾性変形部2によってフリーに支持されてい
る。加振部5へ高周波振動(例えば、数100Hz)を加
える圧電振動子等の駆動源6は、駆動回路によって制御
されており、ねじれ変形モードの共振周波数fTもしく
は曲げ変形モードの共振周波数fBの振動を励起され
る。
【0016】図7に示すものは、この駆動回路9の一例
であり、ねじれ変形モードの共振周波数fTと一致する
周波数の電圧信号を出力し続けている発振器10と、発
振器10から出力されている電圧信号を増幅する増幅器
11と、曲げ変形モードの共振周波数fBと一致する周
波数の電圧信号を出力し続けている発振器12と、この
発振器12から出力されている電圧信号を増幅する増幅
器13と、両増幅器11,13からの周波数fTの出力
電圧と周波数fBの出力電圧を切り換えて駆動源6に印
加させるためのスイッチ14とから構成されている。さ
らに、スイッチ14の切り換えにより、両増幅器11,
13から出力された周波数fTの電圧信号と周波数fBの
電圧信号を重畳させたミキシング信号を駆動源6に印加
させられるようにしても良い。また、スイッチ14を両
発振器10,12と増幅器との間に配置すれば、増幅器
を1台で兼用させることができる。
であり、ねじれ変形モードの共振周波数fTと一致する
周波数の電圧信号を出力し続けている発振器10と、発
振器10から出力されている電圧信号を増幅する増幅器
11と、曲げ変形モードの共振周波数fBと一致する周
波数の電圧信号を出力し続けている発振器12と、この
発振器12から出力されている電圧信号を増幅する増幅
器13と、両増幅器11,13からの周波数fTの出力
電圧と周波数fBの出力電圧を切り換えて駆動源6に印
加させるためのスイッチ14とから構成されている。さ
らに、スイッチ14の切り換えにより、両増幅器11,
13から出力された周波数fTの電圧信号と周波数fBの
電圧信号を重畳させたミキシング信号を駆動源6に印加
させられるようにしても良い。また、スイッチ14を両
発振器10,12と増幅器との間に配置すれば、増幅器
を1台で兼用させることができる。
【0017】また、図8に示すものは別な駆動回路15
であって、電圧設定部16、電圧/周波数変換器17及
び増幅器18から構成されている。任意に設定された駆
動軸指令信号に基づき、電圧設定部16からV1(もし
くは、V2)の電圧信号を出力すると、その電圧信号は
電圧/周波数変換器17によって対応する周波数f
T(もしくは、fB)の信号に変換され、増幅器18で電
圧増幅された後、共振周波数fT(もしくは、fB)の信
号が駆動源6に印加される。
であって、電圧設定部16、電圧/周波数変換器17及
び増幅器18から構成されている。任意に設定された駆
動軸指令信号に基づき、電圧設定部16からV1(もし
くは、V2)の電圧信号を出力すると、その電圧信号は
電圧/周波数変換器17によって対応する周波数f
T(もしくは、fB)の信号に変換され、増幅器18で電
圧増幅された後、共振周波数fT(もしくは、fB)の信
号が駆動源6に印加される。
【0018】なお、図7及び図8では、周波数信号とし
て正弦波を示しているが、矩形波や三角波を用いても同
様な効果が得られる。
て正弦波を示しているが、矩形波や三角波を用いても同
様な効果が得られる。
【0019】しかして、本発明に係る光スキャナ1は、
上述のように構成されているので、駆動回路によって駆
動源6をある駆動周波数で振動させ、この振動を加振部
5に印加させて図1のx方向に往復振動させると、スキ
ャン部3に慣性力が作用し、この慣性力によって弾性変
形部2は、慣性力の加わった方向に弾性変形し振動す
る。しかも、加振部5に印加される駆動周波数fが、ね
じれ変形モードの共振周波数fTまたは曲げ変形モード
の共振周波数fBに一致すると、当該モードの弾性振動
が弾性変形部2で増幅され、スキャン部3が大きな回動
角で駆動される。
上述のように構成されているので、駆動回路によって駆
動源6をある駆動周波数で振動させ、この振動を加振部
5に印加させて図1のx方向に往復振動させると、スキ
ャン部3に慣性力が作用し、この慣性力によって弾性変
形部2は、慣性力の加わった方向に弾性変形し振動す
る。しかも、加振部5に印加される駆動周波数fが、ね
じれ変形モードの共振周波数fTまたは曲げ変形モード
の共振周波数fBに一致すると、当該モードの弾性振動
が弾性変形部2で増幅され、スキャン部3が大きな回動
角で駆動される。
【0020】すなわち、駆動周波数fとスキャン部3の
ねじれ変形モードの回動角θTまたは曲げ変形モードの
回動角θBとの関係は、例えば図4に示すようになる。
図4は、2つの共振周波数がfT<fBの場合における、
駆動源6の駆動周波数fとスキャン部3の回動角との関
係を示しており、横軸が駆動周波数f、縦軸がスキャン
部のねじれ変形モードの回動角θTまたは曲げ変形モー
ドの回動角θBを示している。このようにねじれ変形モ
ードにおける回動角θTは、駆動周波数fがfTに等しい
時に最大となり、その両側では急激に減衰する。一方、
曲げ変形モードにおける回動角θBは、駆動周波数fが
fBに等しい時に最大となり、その両側で急激に減衰す
る。したがって、圧電振動子のように微小振動しか行な
えないような駆動源6であっても、各弾性変形モードの
共振周波数fTまたはfBと等しい周波数で駆動させるこ
とにより、ミラー面4を大きな角度で回動させることが
できる。
ねじれ変形モードの回動角θTまたは曲げ変形モードの
回動角θBとの関係は、例えば図4に示すようになる。
図4は、2つの共振周波数がfT<fBの場合における、
駆動源6の駆動周波数fとスキャン部3の回動角との関
係を示しており、横軸が駆動周波数f、縦軸がスキャン
部のねじれ変形モードの回動角θTまたは曲げ変形モー
ドの回動角θBを示している。このようにねじれ変形モ
ードにおける回動角θTは、駆動周波数fがfTに等しい
時に最大となり、その両側では急激に減衰する。一方、
曲げ変形モードにおける回動角θBは、駆動周波数fが
fBに等しい時に最大となり、その両側で急激に減衰す
る。したがって、圧電振動子のように微小振動しか行な
えないような駆動源6であっても、各弾性変形モードの
共振周波数fTまたはfBと等しい周波数で駆動させるこ
とにより、ミラー面4を大きな角度で回動させることが
できる。
【0021】また、駆動源6から加振部5に印加する駆
動周波数fをいずれかの共振周波数fTまたはfBに保ち
ながら、駆動源6に印加する電圧を調整することにより
加振部5の振幅xを変化させると、スキャン部3の回動
角θTもしくはθBを制御させることができる。すなわ
ち、図4の破線で示した曲線は、実線で示した曲線より
も大きな加振力を加えて加振部5を大きな振幅で振動さ
せた場合であり、加振部5の振幅xが大きくなると、ス
キャン部3の回動角θT,θBも増大する。
動周波数fをいずれかの共振周波数fTまたはfBに保ち
ながら、駆動源6に印加する電圧を調整することにより
加振部5の振幅xを変化させると、スキャン部3の回動
角θTもしくはθBを制御させることができる。すなわ
ち、図4の破線で示した曲線は、実線で示した曲線より
も大きな加振力を加えて加振部5を大きな振幅で振動さ
せた場合であり、加振部5の振幅xが大きくなると、ス
キャン部3の回動角θT,θBも増大する。
【0022】よって、加振部5をねじれ変形モードの共
振周波数fTで振動させると、弾性変形部2でねじれ変
形モードの振動が増幅され、スキャン部3は図2に示す
ようにθTの回動角でP軸の回りに回動させられる。こ
の時、図1に示すように、ミラー面4にレーザビームα
を照射していれば、反射したレーザビームαはスキャン
部3の回動角θTの2倍のスキャン角2θTでスキャンさ
れる。したがって、図5に示すように、光スキャナ1で
反射されたレーザビームαをスクリーン19に照射させ
れば、レーザビームαは図6(a)に示すように左右にス
キャンされる。
振周波数fTで振動させると、弾性変形部2でねじれ変
形モードの振動が増幅され、スキャン部3は図2に示す
ようにθTの回動角でP軸の回りに回動させられる。こ
の時、図1に示すように、ミラー面4にレーザビームα
を照射していれば、反射したレーザビームαはスキャン
部3の回動角θTの2倍のスキャン角2θTでスキャンさ
れる。したがって、図5に示すように、光スキャナ1で
反射されたレーザビームαをスクリーン19に照射させ
れば、レーザビームαは図6(a)に示すように左右にス
キャンされる。
【0023】また、加振部5を曲げ変形モードの共振周
波数fBで振動させると、弾性変形部2で曲げ変形モー
ドの振動が増幅され、スキャン部3は図3に示すように
θBの回動角でP軸と直交するQ軸の回りに回動させら
れる。このときミラー面4にレーザビームαが照射され
ていると、反射したレーザビームαはスキャン部3の回
動角θBの2倍のスキャン角2θBでスキャンされる。し
たがって、光スキャナ1からの反射レーザビームαをス
クリーン19に照射させれば、図6(b)に示すようにレ
ーザビームαは上下にスキャンされる。
波数fBで振動させると、弾性変形部2で曲げ変形モー
ドの振動が増幅され、スキャン部3は図3に示すように
θBの回動角でP軸と直交するQ軸の回りに回動させら
れる。このときミラー面4にレーザビームαが照射され
ていると、反射したレーザビームαはスキャン部3の回
動角θBの2倍のスキャン角2θBでスキャンされる。し
たがって、光スキャナ1からの反射レーザビームαをス
クリーン19に照射させれば、図6(b)に示すようにレ
ーザビームαは上下にスキャンされる。
【0024】さらに、駆動源6により、ねじれ変形モー
ドの共振周波数fTをもつ振動と曲げ変形モードの共振
周波数fBをもつ振動とを重ね合わせた振動モードで加
振部5を振動させると、弾性変形部2でねじれ変形モー
ドと曲げ変形モードの両振動が増幅されるので、スキャ
ン部3ではP軸の回りの回動角θTの振動とQ軸の回り
の回転角θBの振動とが合成され、スキャン部3で反射
されたレーザビームαをスクリーン19に照射させてい
ると、レーザビームαは、図6(c)に示すように面状に
スキャンされる。
ドの共振周波数fTをもつ振動と曲げ変形モードの共振
周波数fBをもつ振動とを重ね合わせた振動モードで加
振部5を振動させると、弾性変形部2でねじれ変形モー
ドと曲げ変形モードの両振動が増幅されるので、スキャ
ン部3ではP軸の回りの回動角θTの振動とQ軸の回り
の回転角θBの振動とが合成され、スキャン部3で反射
されたレーザビームαをスクリーン19に照射させてい
ると、レーザビームαは、図6(c)に示すように面状に
スキャンされる。
【0025】したがって、この光スキャナ1は、駆動源
6の駆動周波数fとしていずれかの共振周波数fTまた
はfBを選択することによって直交2方向のうちのいず
れかのスキャン方向を選択し、駆動源6に印加する電圧
を制御して加振部5の振幅xを調整し、スキャン角2θ
Tもしくは2θBを制御することができる。
6の駆動周波数fとしていずれかの共振周波数fTまた
はfBを選択することによって直交2方向のうちのいず
れかのスキャン方向を選択し、駆動源6に印加する電圧
を制御して加振部5の振幅xを調整し、スキャン角2θ
Tもしくは2θBを制御することができる。
【0026】本発明の光スキャナにあっては、上記のよ
うな光スキャナにおいて、以下のような改良を施してい
る。弾性変形部2のP軸の回りの剛性値(ねじれ剛性)
をKT、スキャン部3のP軸の回りの回転慣性モーメン
ト量をITとすると、ねじれ変形モードに対する弾性変
形部2の共振周波数fTは、次の数式1で決まる。
うな光スキャナにおいて、以下のような改良を施してい
る。弾性変形部2のP軸の回りの剛性値(ねじれ剛性)
をKT、スキャン部3のP軸の回りの回転慣性モーメン
ト量をITとすると、ねじれ変形モードに対する弾性変
形部2の共振周波数fTは、次の数式1で決まる。
【0027】
【数1】
【0028】また、弾性変形部2のQ軸の回りの剛性値
(曲げ剛性)をKB、スキャン部3のQ軸の回りの回転
慣性モーメント量をIBとすると、曲げ変形モードに対
する弾性変形部2の共振周波数fBは、次の数式2で決
まる。
(曲げ剛性)をKB、スキャン部3のQ軸の回りの回転
慣性モーメント量をIBとすると、曲げ変形モードに対
する弾性変形部2の共振周波数fBは、次の数式2で決
まる。
【0029】
【数2】
【0030】ここで、剛性値KT,KBは、弾性変形部2
の材質及び形状によって決定される値であり、回転慣性
モーメント量IT,IBは、スキャン部3の材質及び形状
によって決定されるものである。
の材質及び形状によって決定される値であり、回転慣性
モーメント量IT,IBは、スキャン部3の材質及び形状
によって決定されるものである。
【0031】本発明の光スキャナ1においては、ねじれ
変形モードに対する共振周波数fTと曲げ変形モードに
対する共振周波数fBとが、互いに整数倍の関係となら
ないよう、弾性変形部2やスキャン部3の各形状を設計
し、また、これらの材質を選択している。具体的にいう
と、nを2以上の整数としたとき、共振周波数fTが、
共振周波数fBの高調波周波数n・fB及びfB/nと等
しくならないようにし、かつ、共振周波数fBも、共振
周波数fTの高調波周波数n・fT及びfT/nと等しく
ならないようにしてある。つまり、 fT≠n・fB fT≠fB/n fB≠n・fT fB≠fT/n (n=2,3,…) の4式が同時に成立つよう設計している。なお、fT≠
fBであることはもちろんである。
変形モードに対する共振周波数fTと曲げ変形モードに
対する共振周波数fBとが、互いに整数倍の関係となら
ないよう、弾性変形部2やスキャン部3の各形状を設計
し、また、これらの材質を選択している。具体的にいう
と、nを2以上の整数としたとき、共振周波数fTが、
共振周波数fBの高調波周波数n・fB及びfB/nと等
しくならないようにし、かつ、共振周波数fBも、共振
周波数fTの高調波周波数n・fT及びfT/nと等しく
ならないようにしてある。つまり、 fT≠n・fB fT≠fB/n fB≠n・fT fB≠fT/n (n=2,3,…) の4式が同時に成立つよう設計している。なお、fT≠
fBであることはもちろんである。
【0032】図9においてすでに説明したように、振動
子は、その共振周波数fm(fmは、この実施例では、f
TまたはfBを表わす。)のn倍及び1/n倍(nは2以
上の整数)の駆動周波数に対しても感応し、共振周波数
fmの駆動周波数の場合の振動振幅の数分の1から数1
0分の1の振幅で振動する。従って、本発明に係る光ス
キャナ1のように設計すれば、例えばねじれ変形モード
の共振周波数fTの周波数で駆動し、P軸の回りにスキ
ャン部3を回動させるとき、共振周波数fTが曲げ変形
モードの高調波振動周波数n・fB,fB/nと一致する
ことにより、同時にQ軸の回りで曲げ変形モードの振動
が発生することが無くなる。逆に、曲げ変形モードで振
動させているとき、弾性変形モード間の干渉によって曲
げ変形モードの振動にねじれ変形モードの振動が混在す
ることも防止される。従って、各軸方向に光ビームを精
度よく走査させることが可能になる。
子は、その共振周波数fm(fmは、この実施例では、f
TまたはfBを表わす。)のn倍及び1/n倍(nは2以
上の整数)の駆動周波数に対しても感応し、共振周波数
fmの駆動周波数の場合の振動振幅の数分の1から数1
0分の1の振幅で振動する。従って、本発明に係る光ス
キャナ1のように設計すれば、例えばねじれ変形モード
の共振周波数fTの周波数で駆動し、P軸の回りにスキ
ャン部3を回動させるとき、共振周波数fTが曲げ変形
モードの高調波振動周波数n・fB,fB/nと一致する
ことにより、同時にQ軸の回りで曲げ変形モードの振動
が発生することが無くなる。逆に、曲げ変形モードで振
動させているとき、弾性変形モード間の干渉によって曲
げ変形モードの振動にねじれ変形モードの振動が混在す
ることも防止される。従って、各軸方向に光ビームを精
度よく走査させることが可能になる。
【0033】より子細にいうと、図9からも明らかなよ
うに、高調波周波数成分は広がりを持っており、高調波
周波数n・fT,fT/n,n・fB,fB/nの近傍にお
いても振動子7は振動を発生する。したがって、異なる
弾性変形モード間の干渉振動を完全に除去するために
は、この周波数成分の広がりも含めて共振周波数と高調
波周波数との重複を完全に排除する必要がある。
うに、高調波周波数成分は広がりを持っており、高調波
周波数n・fT,fT/n,n・fB,fB/nの近傍にお
いても振動子7は振動を発生する。したがって、異なる
弾性変形モード間の干渉振動を完全に除去するために
は、この周波数成分の広がりも含めて共振周波数と高調
波周波数との重複を完全に排除する必要がある。
【0034】しかし、実験的に求めた結果では、共振周
波数と高調波周波数の重複を必ずしも完全に排除する必
要はなく、例えば、いずれの振動モードについても、共
振周波数の各高調波周波数を、各振動モードの共振周波
数の値からその値の10%程度以上ずらせておけばよ
い。実施例に沿って説明すると、ねじり変形モードの高
調波周波数n・fT及びfT/nを曲げ変形モードの共振
周波数fBの値の10%程度fBの値からずらせる。すな
わち、 |n・fT−fB|>0.1fB かつ、 |fT/n−fB|>0.1fB (n=2,3,…) とする。さらに、曲げ変形モードの高調波周波数n・f
B及びfB/nをねじり変形モードの共振周波数fTの値
の10%程度fTの値からずらせる。すなわち、 |n・fB−fT|>0.1fT かつ、 |fB/n−fT|>0.1fT (n=2,3,…) とする。
波数と高調波周波数の重複を必ずしも完全に排除する必
要はなく、例えば、いずれの振動モードについても、共
振周波数の各高調波周波数を、各振動モードの共振周波
数の値からその値の10%程度以上ずらせておけばよ
い。実施例に沿って説明すると、ねじり変形モードの高
調波周波数n・fT及びfT/nを曲げ変形モードの共振
周波数fBの値の10%程度fBの値からずらせる。すな
わち、 |n・fT−fB|>0.1fB かつ、 |fT/n−fB|>0.1fB (n=2,3,…) とする。さらに、曲げ変形モードの高調波周波数n・f
B及びfB/nをねじり変形モードの共振周波数fTの値
の10%程度fTの値からずらせる。すなわち、 |n・fB−fT|>0.1fT かつ、 |fB/n−fT|>0.1fT (n=2,3,…) とする。
【0035】あるいは、次のようにしてもよい。いずれ
の振動モードについても、共振周波数を、各振動モード
の共振周波数の高調波周波数の値からその共振周波数の
値の10%程度以上ずらせておけばよい。実施例に沿っ
て説明すると、ねじり変形モードの共振周波数fTを曲
げ変形モードの共振周波数fBの値の10%程度その高
調波周波数n・fBまたはfB/nからずらせる。すなわ
ち、 |fT−n・fB|>0.1fB かつ、 |fT−fB/n|>0.1fB (n=2,3,…) とする。さらに、曲げ変形モードの共振周波数fBをね
じり変形モードの共振周波数fTの値の10%程度その
高調波周波数n・fTまたはfT/nからずらせる。すな
わち、 |fB−n・fT|>0.1fT かつ、 |fB−fT/n|>0.1fT (n=2,3,…) とする。また、上記の10%の値を各高調波周波数の値
の10%程度としても差し支えない。
の振動モードについても、共振周波数を、各振動モード
の共振周波数の高調波周波数の値からその共振周波数の
値の10%程度以上ずらせておけばよい。実施例に沿っ
て説明すると、ねじり変形モードの共振周波数fTを曲
げ変形モードの共振周波数fBの値の10%程度その高
調波周波数n・fBまたはfB/nからずらせる。すなわ
ち、 |fT−n・fB|>0.1fB かつ、 |fT−fB/n|>0.1fB (n=2,3,…) とする。さらに、曲げ変形モードの共振周波数fBをね
じり変形モードの共振周波数fTの値の10%程度その
高調波周波数n・fTまたはfT/nからずらせる。すな
わち、 |fB−n・fT|>0.1fT かつ、 |fB−fT/n|>0.1fT (n=2,3,…) とする。また、上記の10%の値を各高調波周波数の値
の10%程度としても差し支えない。
【0036】なお、共振周波数fTとfBも互いに重複し
ないようにすることは当然である。
ないようにすることは当然である。
【0037】なお、本発明の光スキャナは、上記実施例
に限定されるものでなく、本発明の技術思想を逸脱しな
い範囲において種々の設計変更が可能である。例えば、
駆動源としては、圧電振動子や磁歪振動子等以外にも、
高速で微小振動可能なアクチュエータであればよく、例
えば静電力を用いて微小振動を発生させるアクチュエー
タを用いてもよい。また、図示した振動子の形状は一例
であって、2種以上の弾性変形モードを得ることができ
る形状であれば図示の形状に限らない。
に限定されるものでなく、本発明の技術思想を逸脱しな
い範囲において種々の設計変更が可能である。例えば、
駆動源としては、圧電振動子や磁歪振動子等以外にも、
高速で微小振動可能なアクチュエータであればよく、例
えば静電力を用いて微小振動を発生させるアクチュエー
タを用いてもよい。また、図示した振動子の形状は一例
であって、2種以上の弾性変形モードを得ることができ
る形状であれば図示の形状に限らない。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、振動の高調波成分によ
る他の振動モードへの干渉振動を除去できるので、各振
動モード単独で走査している時の各振動モードの分離性
が向上し、ある振動モードの共振周波数で振動子を駆動
した時に別な振動モードの高調波振動が同時に引き起こ
され、光スキャナの走査精度を低下させることを防止で
きる。
る他の振動モードへの干渉振動を除去できるので、各振
動モード単独で走査している時の各振動モードの分離性
が向上し、ある振動モードの共振周波数で振動子を駆動
した時に別な振動モードの高調波振動が同時に引き起こ
され、光スキャナの走査精度を低下させることを防止で
きる。
【0039】この結果、例えばレーザビームプリンタの
光ビーム走査系に用いられている場合には、印字品質を
向上させることができるなど、応用機器の品質を向上さ
せることができる。
光ビーム走査系に用いられている場合には、印字品質を
向上させることができるなど、応用機器の品質を向上さ
せることができる。
【図1】本発明の一実施例による光スキャナを示す斜視
図である。
図である。
【図2】同上の振動子におけるねじれ変形モードを示す
斜視図である。
斜視図である。
【図3】同上の振動子における曲げ変形モードを示す斜
視図である。
視図である。
【図4】振動子の駆動周波数とスキャン部の回動角との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図5】本発明の光スキャナによってスクリーンにレー
ザビームを照射している様子を示す斜視図である。
ザビームを照射している様子を示す斜視図である。
【図6】(a)(b)(c)は各モードでスクリーン上
にスキャンされているレーザビームの軌跡を示す図であ
る。
にスキャンされているレーザビームの軌跡を示す図であ
る。
【図7】同上の駆動源を駆動させるための駆動回路を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図8】同上の駆動源を駆動させるための駆動回路の他
例を示すブロック図である。
例を示すブロック図である。
【図9】振動子の駆動周波数と振動振幅との関係を示す
図である。
図である。
【図10】従来例を示す斜視図である。
2 弾性変形部 3 スキャン部 4 ミラー面 5 加振部 6 駆動源 7 振動子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 26/10 104 G06K 7/10 H04N 1/113 WPI/L(QUESTEL)
Claims (2)
- 【請求項1】 ねじれ変形による振動モードと曲げ変形
による振動モードとを有し、各振動モードの共振周波数
で駆動されることによってねじれ変形と曲げ変形とによ
り回動できるようになった光ビーム反射用の振動子と、
振動子を振動させる駆動源とを備えた光スキャナであっ
て、 前記振動子の各振動モードに関する各共振周波数が互い
に整数倍の関係にないようにしたことを特徴とする光ス
キャナ。 - 【請求項2】 請求項1に記載の光スキャナにおいて、
いずれの振動モードについても、共振周波数の各高調波
周波数を、各振動モードの共振周波数の値からその値の
10%程度ずらせてあることを特徴とする光スキャナ。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3138307A JP2981579B2 (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 光スキャナ |
US07/833,664 US5828051A (en) | 1991-02-12 | 1992-02-11 | Optical scanner and bar code reader employing same |
EP92102340A EP0499236B1 (en) | 1991-02-12 | 1992-02-12 | Improved optical scanner and bar code reader employing same |
DE69219920T DE69219920T2 (de) | 1991-02-12 | 1992-02-12 | Verbesserter optischer Abtaster und Strichkodeleser unter dessen Anwendung |
AT92102340T ATE153789T1 (de) | 1991-02-12 | 1992-02-12 | Verbesserter optischer abtaster und strichkodeleser unter dessen anwendung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3138307A JP2981579B2 (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 光スキャナ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04336521A JPH04336521A (ja) | 1992-11-24 |
JP2981579B2 true JP2981579B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=15218819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3138307A Expired - Fee Related JP2981579B2 (ja) | 1991-02-12 | 1991-05-13 | 光スキャナ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2981579B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5810036B2 (ja) * | 2012-05-30 | 2015-11-11 | 株式会社東芝 | 露光装置及び画像形成装置ならびに露光装置の制御方法 |
-
1991
- 1991-05-13 JP JP3138307A patent/JP2981579B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04336521A (ja) | 1992-11-24 |
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