可移动体设备和使用该可移动体设备的光偏转器的制作方法

专利名称：可移动体设备和使用该可移动体设备的光偏转器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种至少包括可移动体的可移动体设备的技术，其 中，所述可移动体被往复且可转动地支撑。更具体地说，本发明涉及 一种可移动体设备(诸如谐振式可移动体设备)以及使用它的光偏转 器。该光偏转器可优选地用于光学仪器，诸如成像设备(如扫描式显 示器、激光束打印机和数字复印机)。
背景技术：
近年来，在光盘设备、激光束打印机等中使用用于偏转和扫描光 束的光偏转器。此外，已经提出具有微小反射镜的光偏转器，其中， 使用微加工技术来生产所述微小反射镜，并且它能够以谐振方式来振 动。
所述谐振式光偏转器具有以下优点。与使用旋转多面镜的光偏转 器相比，尺寸可显著减小。消耗的电功率也可减少。理论上不存在反
射面的所谓面混乱(face tangle)的问题。具体说来，利用由能够通 过半导体处理方法制造的Si单晶形成的这种光偏转器，理论上不存在 金属疲劳，并且耐久性通常也很好。
然而，在谐振式光偏转器中，反射镜的偏转角(角位移)以正弦 波方式改变。因此，反射镜的角速度发生变化。特许公开号为 2005-208578A的日本专利申请(第 一 日本参考文件，相应于第 7，271，943和7,388,702号美国专利以及US2008204843 V^开了 一种用 于校正变化角速度的这种属性的方法。反射镜的偏转角与通过反射镜 偏转的光束的扫描角具有预定关系，因此，可等同地使用这些角。在 本说明书中，将偏转角(角位移)和扫描角用作具有相同含义的术语。
第一日本参考文件公开了一种微可移动体设备，其中，具有多个扭簧和多个可移动体的振动系统具有多个分离的特征振动模式。在这
种微可移动体设备中，多个分离的特征振动模式包括具有基频的基 本振动模式、以及具有等于基频的近似偶数倍的频率的偶数倍振动模 式。
在所述微可移动体设备中，通过按照所述振动模式来振动微可移 动体来实现具有近似相等的角速度范围的锯齿波驱动。在图22中示 出锯齿波驱动。在所述驱动中，在角位移的每个周期内，可移动体的 往返行程运动中的 一个路径上的角位移时间不同于往返行程运动中 的另 一路径上的角位移时间。当通过校正系统等来校正由微小反射镜 在锯齿波驱动的振动下偏转的光束时，在形成于扫描面上的光斑的直 径没有任何改变的情况下，可达到所述光斑的近似相等速度。
同时，谐振式光偏转器具有谐振频率由于环境状况(诸如温度) 的改变而改变的属性。特许7>开号为1995 (Heisei7) -181415A的日 本专利申请(第二日本参考文件)公开了如下的自激励振动技术。用 于检测可移动体的振动的检测器的输出信号被反馈到振动输入部分， 用于控制可移动体的驱动频率。因此，可移动体总是响应于温度的改 变而以它的谐振频率进行振动。
当将第二日本参考文件的技术应用于如第一 日本参考文件公开 的多个扭簧和多个可移动体的系统时，产生以下缺点。在第二日本参 考文件的技术中，目标驱动信号与扭簧的振动之间的延迟相位差具有 固定值。在对于驱动信号与扭簧的振动之间的相位延迟存在多个因素 的情况下，难以获得精确的延迟相位差。
此外，在第二日本参考文件的技术中，在单个振动模式(弯曲变 形模式或扭转变形模式)下执行驱动。因此，当关于公共轴在相同种 类的多种振动模式下以谐振频率执行多个扭簧的驱动时，出现以下缺 点。
例如，如图2所示的振动系统200包括可移动体201和202; 扭簧211，用于耦接这些可移动体；以及扭簧212，用于将可移动体 202耦接到支撑部分221。为了如图22所示地驱动可移动体，需要通过处于接近谐振频率的频率的基本振动模式下的基本驱动波与二倍
频的整数倍驱动波(integer-fold driving wave )的合成波来执4亍马区动 (如图19所示)。当通过具有在相同种类的振动模式下的两个频率 分量的合成波来驱动两个可移动体时，难以控制角位移的两个频率分 量，除非驱动信号的频率分量的相位得到控制。
此外，在第二日本参考文件的技术中，难以通过特意从谐振频率
偏离的频率来驱动可移动体。

发明内容
根据一方面，本发明提供一种可移动体设备，其包括振动系统、 振动检测部分、驱动部分和控制部分。振动系统具有谐振频率以及能 够被往复且可转动地振动的可移动体。将振动检测部分配置为用于检 测可移动体的振动状况。将驱动部分配置为用于利用驱动信号来驱动 振动系统。将控制部分配置为用于调节被提供给驱动部分的驱动信 号。
控制部分存储驱动信号的驱动相位与从振动检测部分的检测结 果获得的振动系统的振动相位之间的延迟相位差，作为目标延迟相位 差，驱动相位与振动相位均在以预定频率来振动所述振动系统时被获 得。控制部分调节驱动信号的驱动频率，从而使驱动信号的驱动相位 与从振动检测部分的检测结果获得的振动系统的振动相位(两者均在 振动系统的驱动期间被测量)之间的延迟相位差与目标延迟相位差近 似一致。
根据另一方面，本发明提供一种光偏转器，其包括上述可移动 体设备；以及设置在可移动体上的反射镜，用于反射和偏转来自光源 的光束。振动检测部分包括光接收器件，其被设置用于检测以预定偏 转角的偏转光束，以及基于由光接收器件进行光束检测的时间间隔来 检测可移动体的振动状况。
根据另一方面，本发明提供一种光学仪器，其包括上述光偏转器 和照射目标对象。光偏转器对来自光源的光束进行偏转，以及将至少一部分光束导向照射目标对象。
根据本发明，在具有多个可移动体的振动系统以及具有单个可移 动体的振动系统中，即使谐振频率由于环境状况(诸如温度)的改变
而改变，也能够确定用于实现有效驱动的驱动频率。
通过以下结合附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特点将 变得清楚。


图1是示出根据本发明的使用可移动体设备的光偏转器的实施 例的结构的框图。
图2是示出包括两个可移动体的光偏转器的示图。
图3是示出光偏转器的偏转角的示图。
图4A是示出光偏转器中的振动系统的示例的平面图。
图4B是示出光偏转器中的驱动部分的示例的截面图。
图5是示出光偏转器中偏转角随着时间改变的曲线图。
图6A是示出作为波形发生器的NCO的结构的框图。
图6B是示出图6A所示的NCO的输出波形的曲线图。
图7A是示出驱动频率-灵敏度特性的曲线图。
图7B是示出驱动频率-幅度特性的曲线图。
图7C是示出驱动频率-延迟相位特性的曲线图。
图8A是示出驱动频率-幅度特性由于温度的改变而改变的曲线图。
图8B是示出驱动频率-延迟相位特性由于温度的改变而改变的 曲线图。
图9A是示出响应于谐振特性的改变来改变驱动频率的方式的曲线图。
图9B是示出响应于谐振特性的改变来改变驱动频率的方式的曲线图。
图10A是示出在A<o=0的情况下具有两个可移动体的系统的驱动频率-幅度特性的曲线图。
图10B是示出在Aco-0的情况下具有两个可移动体的系统的驱动 频率-延迟相位特性的曲线图。
图IIA是示出在Aco>0的情况下具有两个可移动体的系统的驱 动频率-幅度特性的曲线图。
图IIB是示出在Aco>0的情况下具有两个可移动体的系统的驱动 频率-延迟相位特性的曲线图。
图12A是示出在Ao<0的情况下具有两个可移动体的系统的驱 动频率-幅度特性的曲线图。
图12B是示出在AcoO的情况下具有两个可移动体的系统的驱动 频率-延迟相位特性的曲线图。
图13A是示出将可移动体设备用作光偏转器的成像设备的侧视图。
图13B是示出图13A中的成像设备的平面图。 图14是如图1所示的第一示例性实施例的流程图。 图15是示出使用阈值在第二示例性实施例中改变驱动频率的方 式的曲线图。
图16A是示出在第三示例性实施例中的图像和非图像描绘区域 的示图。
图16B是示出在第三示例性实施例中的图像和非图像描绘区域 的示图。
图17是示出第三示例性实施例的控制部分的框图。
图18是图17所示的第三示例性实施例的流程图。
图19是示出驱动信号的分量的波形与角位移之间的关系的曲线图。
图20是示出在具有单个可移动体的可移动体设备的第四示例性 实施例中驱动信号的波形与角位移之间的关系的曲线图。 图21是图20中的第四示例性实施例的流程图。 图22是示出可移动体的角位移的锯齿波的曲线图。
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具体实施例方式
以下将描述本发明的实施例。
根据本发明的可移动体设备的基本实施例包括振动系统；振动 检测部分，用于检测振动系统中的可移动体的振动状况；驱动部分， 用于通过驱动信号来驱动振动系统；控制部分，用于控制或调节提供 给驱动部分的驱动信号。振动系统具有谐振频率，并至少包括被往复 且可转动地支撑的可移动体。
控制部分存储驱动信号的驱动相位与通过振动检测部分的检测 结果获得的振动系统的振动相位之间的延迟相位差，作为目标延迟相
得。此外，控制部分调节驱动信号的驱动频率，从而使在驱动期间测 量的延迟相位差与目标延迟相位差近似一致。
当振动系统具有单个可移动体时，振动系统具有单个谐振频率。 驱动信号具有带有一频率的信号分量，可移动体的振动具有单个频率 分量。因此，不需要调节多个频率分量之间的相位差。
因此，容易获取驱动信号的单个驱动相位与通过振动检测部分的 检测结果获得的单个可移动体的振动相位之间的延迟相位差。在这种 情况下，以预定频率振动时的延迟相位差被预先测量并存储为目标延 迟相位差。驱动信号的单个驱动频率仅需要被调节为使驱动期间测量 的延迟相位差与目标延迟相位差近似一致。
在振动系统包括多个可移动体的情况下，振动系统具有多个谐振 频率。驱动信号需要具有带有多个频率的信号分量，可移动体的振动 具有多个频率分量。因此，控制部分有必要调节驱动信号的多个频率 分量之间的相位差，从而可移动体的振动中所包含的多个频率分量之 间的相位差达到预定值。因此，控制部分改变多个信号分量的频率， 同时保持这些频率之间的整数比率。
控制部分还测量与可移动体的振动的频率分量相应的驱动信号的信号分量的频率与该振动的频率分量的幅度之间的关系，并基于测 量结果来确定多个驱动频率。此外，控制部分预先测量以预定驱动频 率振动时的延迟相位差(与可移动体的振动的多个频率分量中的任何 一个相应的驱动信号的信号分量的驱动相位与其振动相位之间的延 迟相位差)并将其存储为目标延迟相位差。控制部分调节驱动信号的 多个驱动频率，从而使在驱动期间测量的上述延迟相位差与目标延迟
相位差近似一致。在本说明书中，"近似一致，，表示通过以可能的频 率改变精度控制驱动部分而实现的对最接近目标延迟相位差的相位 差的获取。
根据上述结构，在具有多个可移动体的振动系统以及具有单个可 移动体的振动系统中，即使谐振频率变化，也能够确定用于实现有效 驱动的驱动频率。
将描述具体的第一示例性实施例。图1示出关于使用本发明的可 移动体设备的光偏转器的第一示例性实施例的结构。图2示出光偏转 器的振动系统的配置。
如图2所示，振动系统200包括被往复且可转动地支撑的第一可 移动体201和第二可移动体202。通过扭簧211将可移动体201和202 串行耦接，通过扭簧212将第二可移动体202耦接到支撑部分221。
驱动部分220向可移动体施加驱动力，用于通过电磁、静电或压 电方法来同时激励多个特征振动模式(这里，扭转变形模式的多个振 动模式)。例如，电磁驱动部分包括线圏和永磁体。可移动体201在 其表面上具有反射镜230,从而反射和偏转来自光源231的光束232。 扫描光束233在一个周期之内两次经过振动检测部分或第一光接收器 件240和第二光接收器件260。控制部分250通过使用扫描光束233 经过光接收器件240和260的时间来产生提供给驱动部分220的驱动 信号。
将描述扫描光束233与光接收器件240和260之间的关系。图3 示出在振动系统200中通过可移动体201偏转的光束的偏转角。振动 系统200中的可移动体201通过emax的角位移(偏转角)；故往复且可转动地移动。第一光接收器件240和第二光接收器件260被布置在 以小于emax的角度ei偏转的扫描光束233经过的位置。当扫描光束 233的最大偏转角emax充分大于ei时，在一个周期之内，扫描光束 233两次经过光接收器件240和260中的每一个(如图19所示)。
图4示出驱动部分220和振动系统200的一部分的示例。图4A 是振动系统的光偏转器的平面图。例如，通过蚀刻硅片来制造平板部 件400。通过扭簧411来支撑平面可移动体401。将光反射膜431设 置在可移动体401的上表面上。通过扭簧412将由扭簧411支撑的可 移动体402耦接到支撑框架。可移动体401和402的系统以及扭簧411 和412具有两个振动模式。构造振动系统200，从而两个振动模式的 谐振频率包括基本谐振频率和基本谐振频率的近似整数倍(这里，近 似为两倍)频率。也就是说，基本谐振频率与整数倍波谐振频率之间 的比率是近似整数的比率。在本说明书中，"近似整数倍"覆盖0.98n 的基频与1.02n的基频(n是整数)之间的范围。
图4B是示出用于光偏转器的驱动部分220的示意图。图4B示 出沿着线490取的截面。磁体441被固定在可移动体402的下表面上。 平板部件400被固定到由具有大磁导率的材料形成的磁辄(yoke )444。 由具有大磁导率的材料形成的芯443净皮设置在》兹轭444面向永》兹体 441的部分上。线圏442缠绕所述芯443。》兹体441、线圏442、芯443 和磁轭444构成电磁致动器的驱动部分。当在线圏442中产生电流时， 在永磁体441上产生扭矩。因此，可移动体402被驱动。
按照以下方式来执行由驱动部分220对振动系统200的普通驱 动。通过作为时间t的函数的公式(1)来表示光偏转器的偏转角0。
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，Al和ol是一种振动模式下第一振动运动的幅度和角频 率，A2和co2是另一种振动模式下第二振动运动的幅度和角频率，(p 是两个频率分量之间的相对相位差。图19示出驱动信号的频率分量和角位移(偏转角)的时间波形。 关于驱动信号，以cpd来设置基本驱动波与整数倍驱动波的信号分量 之间的相位差，从而cp在角位移的公式(1)中为零(即，<p=0)。换 言之，第一可移动体的振动中所包含的多个频率分量之间的相位差应 为预定值，在此，将其设置在零处。
可将角位移的过零点近似计算为扫描光束经过第一光接收器件 240和第二光接收器件260的时间点之间的中间点。然而，在q^O的 情况下，由于角位移的每个频率分量的过零点与其合成波的过零点不 同，所以计算变得复杂，并且无法容易地获取精确值。因此，控制部 分250调节驱动信号，从而实现cp-O，由此驱动振动系统200。
当按照每个频率来表示驱动信号的每个频率信号分量的过零点 与角位移的过零点之间的时间间隔时，可获得驱动信号的驱动相位与 振动系统的振动相位之间的延迟相位差。如图19所示，基本驱动波 的驱动相位与振动相位之间的延迟相位差为(pl，整数倍驱动波的驱动 相位与振动相位之间的延迟相位差为cp2。
将参照图l来描迷用于向驱动部分220提供驱动信号的控制部分
250。
在图1的结构中，控制部分250中的控制器IOO设置波形发生器 20中的第 一振动运动的角频率col。波形发生器20输出具有角频率col 和2xco1的正弦波。由计算器30来计算具有角频率col和2x(ol的正 弦波之间的相位差q)d，通过积分器40来提供计算结果。由乘法器将 由此产生的两个正弦波分别与幅度Al和A2相乘，将通过加法器的 相加产生的合成波提供给驱动部分220。
在本说明书中，使用与A1、 ol、 A2、 w2和<p相应的因子来表 示用于产生光偏转器的偏转角e的驱动信号，并由Al、 ol、 A2、 w2 和cpd来指示这些因子。从上下文可明显看出共同的标号A1、 ol、 A2、 0)2与偏转角e或驱动信号有关。
如图2所示，将来自控制部分250的合成波形式的驱动信号提供 给驱动部分220，以将驱动力施加到振动系统200。可移动体201由此而振动。通过具有反射镜230的可移动体201的振动来偏转和扫描 光束232。由光接收器件240和260来接收扫描光233。如图5所示， 接收时间是tl、 t2、 t3和t4。控制部分250从tl、 t2、 t3和t4取得 差(光束的检测时间之间的间隔)，分别在用作振动检测部分的时间 测量部分120的部分121、 122和123中设置t2-tl、t3-t2和t4-t3。 获得在部分121、 122和123中设置的计算的时间间隔与用于实现期 望的角位移的目标时间110、 111和112之间的差，计算器30将这些 差转换为驱动信号的操作量A(pd、 AA1、 AA2。
将描述由计算器30进行的示例性计算方法。预先获取下面的系 数和矩阵M。所述系数表示与扫描光束233通过第一光接收器件240 和第二光接收器件260的经过时间有关的间隔t2-tl、 t3-tl和t4 -tl的改变，其发生在A1、 A2或(pd的控制参数X从目标值轻微改 变时。通过下面的公式(2)和(3)来表示它们。
<formula>formula see original document page 14</formula>
因此，可4吏用下面的/>式(4)，从间隔t2-tl、 t3-tl和t4-tl与目标时间t20-tl0、 t30-tl0和t40-tl0之间的时间差At2、 At3 和At4来获得驱动信号的每个频率分量的幅度和相位的操作量AA1、 AA2和A(pd。因此，控制部分250产生提供给驱动部分220的驱动信 号。<formula>formula see original document page 15</formula>
将描述控制部分250的结构和功能。在控制器100中，用于开始 驱动的频率被存储在部分101中，在驱动开始时，在波形发生器20 中设置部分IOI中的驱动开始频率。由此开始驱动。此外，在控制器 100中，延迟相位差被存储在部分102中。延迟相位差是在来自波形 发生器20的驱动信号的两个信号分量的驱动相位与从来自时间测量 部分120的信号获得的可移动体201的角位移的振动相位之间的差 (见图19)。
例如，波形发生器20可包括NCO (数控振荡器)。在图6A中 示出NCO 60的示例。由加法器61来执行数字输入与由采样延迟装 置62产生的一个采样之前的信号相加，相加的结果作为地址被输入 到正弦波表63。从正弦波表63得到数字正弦波分量。在该结构中， 当具有给定电平的数字信号继续被输入时，根据输入电平具有给定正 倾斜度的信号出现，作为加法器61的输出(如图6B所示)。假设数 字输入在到达预定的最大值时被复位到零，可获得具有根据输入电平 的周期(频率)的锯齿波64。因此，可通过将锯齿波64输入正弦波 表63来得到正弦波分量65。可通过改变输入电平来改变正弦波分量 65的频率。
在控制部分250，还执行以下操作。图7A示出可移动体的谐振
频率附近的灵敏度。图7B示出在控制时的驱动信号的幅度。图7C示
出驱动相位与振动相位之间的延迟相位差的频率特性。这里，示出驱
动信号的每个信号分量和与其相应的角位移的频率分量之间的关系。
灵敏度在谐振频率变得最大。因此，为了通过控制来维持目标角位移， 需要根据驱动频率与谐振频率之间的偏离量来改变驱动信号的强度。驱动相位与振动相位之间的相位差在驱动频率小于谐振频率时减小(即，延迟减小)，在驱动频率大于谐振频率时增加(即，延迟增加)。此外，延迟相位差的改变率在谐振频率处最大。
可如下检测每个谐振频率。控制部分250将单个正弦波形式的驱动信号提供给驱动部分220，用于在扫掠接近谐振频率的驱动信号的驱动频率时驱动振动系统200，所述控制部分250测量驱动频率-幅度特性以检测谐振频率。同时，控制部分250检测驱动信号的驱动幅度(在这种情况下，角位移的幅度被保持在恒定值)或可移动体的振动的幅度(在这种情况下，驱动幅度被保持在恒定值)以测量驱动频率-幅度特性。在前一情况下，谐振频率是驱动幅度为最小值的驱动频率。在后一情况下，谐振频率是角位移的幅度为最大值的驱动频率。
此外，还可基于在可移动体的驱动停止之后发生的可移动体振动的衰减来获得谐振频率。在这种情况下，例如，可根据在驱动线圏中出现的反电动势来测量谐振频率。
图8A示出在温度增加时驱动频率-幅度特性的改变，图8B示出在温度增加时驱动频率-相位特性的改变。由此可见可移动体的谐振频率随着温度的增大而减小。在以温度改变之前的谐振频率执行驱动的情况下，驱动信号的幅度以及驱动相位与振动相位之间的延迟相位差由于温度改变而增加。为了不考虑温度的改变而总在谐振频率执行驱动，即使当温度改变时，也应该保持驱动相位与振动相位之间的延迟相位差(如图9A和图9B所示)。
将描迷用于维持延迟相位差的操作。在所述操作中，当驱动频率更加接近第一振动模式的谐振频率时，与目标延迟相位差被设置在整数倍驱动波相位与振动相位之间的相位差(p2处时相比，跟随谐振频率的精度在目标延迟相位差被设置在基本驱动波相位与振动相位之间的相位差cpl处时增加得更多(参见图19)。相反，当驱动频率更接近第二振动模式的谐振频率时，与目标延迟相位差被设置在cpl时相比，跟随精度在目标延迟相位差被设置在cp2时增加得更多。
因此，优选地，延迟相位差是在可移动体的振动相位与基本波信号分量和整数倍波信号分量中频率比另外一个更加接近谐振频率的信号分量的驱动相位之间的延迟相位差。基于这一原理来构建该示例性实施例。
如上所述，图2所示的两个振动体的系统具有两个振动模式，将振动模式的谐振频率之间的比率调节为近似1: 2。然而，谐振频率之间的比率实际上偏离1: 2。当基本谐振频率为o)()l且整数倍谐振频率为o)o2时，通过乂>式(5)来定义偏离差A(o。
厶0)=0>02-(2xu0l) (5)
图IOA和图10B分别示出在Aco=0的情况下装置中的驱动信号幅度-频率特性与相位差-频率特性。这里，在驱动信号中的基本波分量的驱动频率为codl且驱动信号中的整数倍波分量的驱动频率为cod2的情况下，总是保持公式(6)的关系。
o>d2=2x<adl (6)
因此，可通过建立下面的公式(7-a)和(7-b)来达到在谐振频率的驱动。
G)dl=o0l (7國a)ud2=G)02 (7隱b)
图IIA和图IIB示出在Aco>0的情况下装置中的驱动信号幅度-频率特性与相位差-频率特性。这里，当使得驱动信号中的基本波分量的驱动频率与基本谐振频率一致时，通过公式(8-a)和(8-b)来表示驱动信号中的基本波分量的驱动频率odl和驱动信号中的整数倍波分量的驱动频率cod2。Wdl=w0l (8-a)cod2=2xG)0l=o02-Aw (8國b)
然后，与驱动频率cod2被设置在谐振频率co。2时相比，整数倍驱动波相位与振动相位之间的延迟相位差变得更小。此外，延迟相位差(pl在基频侧的改变率较大。因此，当如公式(8-a)和(8-b)所示，通过使驱动信号中的基本波分量的驱动频率与基本谐振频率一致来改变驱动频率时，精度在两个驱动频率随着在基频侧的延迟相位差值(pl成为目标延迟相位差而改变时变得较高。
相反，当建立下面的公式(9-a)和(9-b)时，与当通过将基本波分量的驱动频率codl设置在谐振频率(Onl来执行驱动时相比，整数倍驱动波相位与振动相位之间的延迟相位差变得更大。
wdl=G)02/2=(o0l+(厶w/2) (9-a)wd2=(a02 (9-b)
此外，延迟相位差(p2在整数倍频率侧的改变率较大。因此，如公式(9-a)和(9-b)所示，在通过使驱动信号中的整数倍波分量的驱动频率与整数倍波的谐振频率一致来改变驱动频率的情况下，精度在两个驱动频率随着在整数倍频率侧的延迟相位差值cp2成为目标延迟相位差而改变时变得较高。
此外，当在驱动频率处于两个谐振频率之间的范围内的情况下执行驱动时，可基于驱动频率更接近基本谐振频率和整数倍谐振频率中哪一个的情况来确定在延迟相位差值(pl或q)2为目标延迟相位差的情况下改变两个驱动频率的方法。
图12A和图12B分别示出在AoXO的情况下装置中的驱动信号幅度-频率特性与相位差-频率特性。同样在这种情况下，类似于/^(0>0的情况，可基于使得驱动频率与基本谐振频率cool和整数倍谐振频率con2中的哪一个一致的情况来确定延迟相位差值(pl和cp2中的哪一个应该为目标延迟相位差。
基于上述结构和功能的描述，将参照图14的流程图来描述具体的频率跟随方式。以下将描述在下述成像设备中使用可移动体设备的示例。
最初，开启成像设备的电源(S101)。控制器100设置信号发生器20中的开始驱动频率，并设置积分器40中的初始驱动幅度Al，以便通过包括基本波的驱动信号来执行驱动(S102)。作为开始驱动频率，例如，使用在上一次驱动停止时的谐振频率或谐振频率的平均值。将大到足以将扫描光束233导向光接收器件240和260的初始值用作Al。
当将驱动信号应用于驱动部分220时，可移动体201被振动。振动继续，直到可移动体201的振动幅度增加并且信号进入光接收器件240和260 ( S103 )。
然后，应用包括整数倍波分量的驱动信号(S104)。控制器IOO设置积分器40中的初始整数倍波分量的振动幅度A2以及初始相位差q)d (见图19)。在应用整数倍波之后，控制器100开始控制，以便获得期望的角位移(S105)。通过使用上述矩阵进行计算来执行所述控制。当在所述控制下，可移动体的角位移被收敛到期望的角位移时，接近预测的谐振频率而扫掠驱动频率之一。因此，在保持1: 2的关系的情况下改变两个驱动频率(S106 )。测量此时的驱动幅度(S107 )。直到驱动频率-幅度特性的测量完成，重复改变驱动频率和测量驱动幅度(S108)。对于与两个谐振频率中的每一个相应的驱动频率来执行所述操作。
然后，基于由此测量的驱动频率-幅度特性来确定驱动频率(S109)。这里，将描述使得驱动频率0)d2与整数倍波模式的谐振频率con2—致的情况。在以驱动频率进行驱动时，测量整数倍驱动波相位与振动相位之间的延迟相位差q>2 (S110)。将延迟相位差存储在控制器100的存储部分102中，作为目标延迟相位差(Sill)。如上所述，还可执行使得驱动频率odl与基本谐振频率o。l 一致的驱动，或在两个谐振频率之间的范围中设置驱动频率的驱动。
在完成上述准备之后，开始实际的印刷(S112)。在开始之后，判断继续还是结束印刷(S113)。当继续印刷(驱动)时，测量在驱动期间整数倍驱动波相位与振动相位之间的延迟相位差<p2 (S114)。将测量的相位差与存储在存储部分102中的数据(目标延迟相位差)进行比较(S115)。基于比较结果，当不存在差异时继续印刷。当存在差异时，在维持1: 2的关系的情况下改变两个驱动频率，从而使测量的延迟相位差(p2与存储在存储部分102中的目标延迟相位差近似一致(S116)。此外，当需要在条件步骤(S113)中结束印刷时，结束印刷并且开始待机(S117)。
将参照图13A和图13B来描述成像设备中的上述印刷处理。
当请求印刷处理时，通过上述步骤使具有振动系统200的光偏转器进入稳定的驱动状况，且光偏转器发出扫描光束233。沿着作为照射目标对象的感光体鼓1302的纵轴来扫描所述扫描光束233。
感光体鼓1302开始沿着图13A所示的箭头方向转动，并通过充电装置1305以较高的电势充电。当鼓1302转动时，充电部分到达扫描光束233的扫描线。按照将扫描光束233应用于每个期望的位置的方式来重复光源231的开(ON)和关(OFF)(参见图l)。降低用从光源231发出并由光偏转器偏转的扫描光束233照射的部分的电势。因此，产生静电潜像。例如，显影装置1304通过使用包括正充电的黑色组分的》兹调色剂(magnetic toner)对静电潜^象的部分进4亍显影。例如，通过转印部件1303将显影的调色剂转印到纸上。由此，完成印刷处理。
在该示例性实施例中，使在驱动期间测量的延迟相位差与目标延迟相位差近似一致。因此，即使在具有多个可移动体的振动系统中，也可确定用于实现有效驱动的驱动频率。因此，即使当谐振频率由于环境状况(诸如温度)的改变而改变时，也可总是响应于上述改变而有效地驱动振动系统。
将描述第二示例性实施例。在第二示例性实施例中，用于改变驱动频率的状况与第一示例性实施例中的不同。在第一示例性实施例
中，即使驱动期间测量的延迟相位差与存储在存储部分102中的目标延迟相位差的数据之间存在微小的差，驱动频率也发生改变。相反，在第二示例性实施例中，仅当差达到预定阈值或更多时，才改变驱动频率。
在第二示例性实施例中，将预定阈值存储在控制器100的存储部分103中。在图14的条件步骤(S115)中，控制器100判断驱动期间测量的延迟相位差与目标延迟相位差之间的差是否大于阈值cpth或更多。如果大于，则改变驱动频率，如果不大于，则继续印刷。图15示出在第二示例性实施例中的驱动频率以及驱动频率-相位特性的改变。在该实施例中，减小改变驱动频率的频率。因此，控制部分上的负担被减轻。对于其它部分，第二示例性实施例与第一示例性实施例相同。
将描述第三示例性实施例。在第三示例性实施例中，对第一示例性实施例中步骤(S116)中的驱动频率的改变时序进行限制。在成像设备中，例如，存在图16A和图16B中示出的图像描绘区域161、 164和非图像描绘区域162和163。如果当扫描光束出现在图像描绘区域上时，驱动频率被改变，则存在对利用扫描光束形成的图像的质量产生负面影响的可能性。通常期望在扫描光束出现在非图像描绘区域上时改变驱动频率。
在第三示例性实施例中，控制部分250通过从图17所示的图像存储器1700获取图像信息来识别非图像描绘区域。图18示出第三示例性实施例的流程图。该流程图与图14的流程图的不同之处在于当需要改变驱动频率时，判断扫描光束是否出现在非图像描绘区域上(S301)。当扫描光束出现在图像描绘区域上时，再次测量驱动相位与振动相位之间的当前延迟相位差。基于重复测量的结果，当仍旧存在改变驱动频率的必要且扫描光束出现在照射目标对象的非图像描绘区域上时，驱动频率被改变(S116)。对于其它部分，第三示例性实施例与第 一 示例性实施例相同。
将描述第四示例性实施例。在第四示例性实施例中，振动系统包括单个可移动体。图20示出驱动信号与角位移之间的关系。驱动信号与角位移中的每一个仅具有单个的频率分量。驱动相位与振动相位之间的相位差为(p。
图21示出该示例性实施例的流程图。在使用一个频率的驱动中，不需要应用整数倍波的驱动信号分量(见图14中的S104)以及角位移中的两个频率分量之间的相位控制(见图14中的S105)。这些步骤在包括两个振动体的系统中是必要的。因此，在第四示例性实施例中，控制部分中的各个部分可被筒化。如图21的流程图所示，该示例性实施例的操作原理与第 一示例性实施例的操作原理相同。
尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围将与最宽泛的解释一致，以便包括所有的这种修改以及等同的结构和功能。
权利要求
1、一种可移动体设备，包括振动系统，其具有谐振频率以及能够往复且可转动地振动的可移动体；振动检测部分，被配置为用于检测可移动体的振动状况；驱动部分，被配置为用于利用驱动信号来驱动振动系统；以及控制部分，被配置为用于调节被提供给驱动部分的驱动信号，其中，该控制部分存储驱动信号的驱动相位与从振动检测部分的检测结果获得的振动系统的振动相位之间的延迟相位差，作为目标延迟相位差，驱动相位与振动相位均在以预定频率来振动所述振动系统时被获得，以及其中，该控制部分调节驱动信号的驱动频率，从而使驱动信号的驱动相位与从振动检测部分的检测结果获得的振动系统的振动相位之间的延迟相位差与目标延迟相位差近似一致，其中，所述驱动信号的驱动相位和所述从振动检测部分的检测结果获得的振动系统的振动相位均是在振动系统的驱动期间测量的。
2、 如权利要求1所述的可移动体设备，其中，所述控制部分测 量在与可移动体的振动中所包含的频率分量相应的驱动信号的信号分量的频率与所述频率分量的幅度之间的关系，以及基于测量结果来 确定预定频率。
3、 如权利要求1所述的可移动体设备，其中，所述振动系统包 括被往复且可转动地支撑的第一可移动体和第二可移动体，该振动 系统具有基本谐振频率和整数倍波谐振频率，其中，两者之间的关系 是近似整数比率，其中，所述振动检测部分检测第一可移动体的振动状况， 其中，所述驱动部分利用以具有位于基本谐振频率或接近基本谐 振频率的基频的基本波信号分量与具有基频的整数倍波频率的整数 倍波信号分量的合成波的形式的驱动信号来驱动振动系统，以及其中，所述目标延迟相位差是基本波信号分量和整数倍波信号分 量之一的驱动相位与第一可移动体的振动相位之间的延迟相位差。
4、 如权利要求3所述的可移动体设备，其中，所述目标延迟相 位差是基本波信号分量和整数倍波信号分量中频率更加接近谐振频 率的信号分量的驱动相位与第一可移动体的振动相位之间的延迟相 位差。
5、 如权利要求3或4所述的可移动体设备，其中，所述控制部 分调节基本波信号分量与整数倍波信号分量之间的相位差，从而第一 可移动体的振动中所包含的多个频率分量之间的相位差达到预定值，其中，所述控制部分在维持基本波信号分量和整数倍波信号分量 的两个频率之间的整数比率的情况下，改变所述两个频率，其中，所述控制部分测量在与第一可移动体的振动中所包含的频 率分量相应的驱动信号的信号分量的频率与所述频率分量的幅度之 间的关系，以及基于测量结果来确定预定频率，其中，所述控制部分检测在以预定频率来驱动第一可移动体时的 目标延迟相位差，以及将检测的结果存储在存储部分中，以及其中，所述控制部分调节驱动信号的驱动频率，从而使在振动系 统的驱动期间测量的延迟相位差与目标延迟相位差近似一致。
6、 如权利要求5所述的可移动体设备，其中，第一可移动体的 振动中所包含的多个频率分量之间的相位差的预定值为0。
7、 如权利要求1到6之一所述的可移动体设备，其中，当目标 延迟相位差与在振动系统的驱动期间测量的延迟相位差之间的差变 为大于预定阈值时，所述控制部分改变驱动信号的驱动频率。
8、 一种光偏转器，包括如权利要求1到7之一所述的可移动体设备；以及反射镜，设置在可移动体上，用于对来自光源的光束进行反射和偏转，其中，振动检测部分包括光接收器件，其被设置为用于检测处于 预定偏转角的偏转光束，以及基于由光接收器件进行光束检测的时间间隔来检测可移动体的振动状况。
9、 一种光学仪器，包括 如权利要求8所述的光偏转器；以及 照射目标对象，其中，光偏转器对来自光源的光束进行偏转，以及将至少一部分 光束导向照射目标对象。
10、 如权利要求9所述的光学仪器，其中，当光束入射到照射目 标对象的非图像描绘区域时，控制部分调节驱动信号的驱动频率。
全文摘要
本发明公开了可移动体设备和使用该可移动体设备的光偏转器。可移动体设备包括振动系统、振动检测部分、驱动部分和控制部分。振动系统具有谐振频率以及能够被往复且可转动地振动的可移动体。振动检测部分检测可移动体的振动状况。驱动部分利用驱动信号来驱动振动系统。控制部分调节提供给驱动部分的驱动信号。控制部分调节驱动信号的驱动频率，从而保持驱动信号的驱动相位与从振动检测部分的检测结果获得的振动系统的振动相位(两者均在以预定频率来振动所述振动系统时被获取)之间的延迟相位差。
文档编号G02B26/10GK101551518SQ20091013297
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月3日 优先权日2008年4月3日
发明者西沢秀太 申请人:佳能株式会社