JPH01154018A - 光ビーム偏向器駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は光走査装置等で使用する光ビーム偏向器の偏向
ミラーを圧電アクチュエータ素子で駆動する＠置に関す
るものである。

［従来技術とその問題点］ 高精度な画像を記録する光走査＠胃の光ビームは、それ
を反射し走査させる回転多面鏡の面倒れｗ４差や回転軸
の歳差運動あるいは感材送り速度の変動等により、感材
上での所望投影位置に対し副走査方向の振れを生じる。

ところで、このような光ビーム走査装置においても、単
に文字の出力だけでなく、写真などの中ｗＪｍ画像を網
点出力できる高精度なものが要求されるようになってき
ている。この要請に応えるためには、例えば１１ＩＩ当
り６４本（ｉｓ、ｅμｍ／１本）〜１２８本（７，８μ
ｍ／１本）程度のラスク走査を実施する必要に迫られる
。しかも、いわゆるモアレ等のムラの無い画像を得るた
めには、各走査線のピッチを高精度に維持する必要があ
る。一般にムラの無い良質な出力のためには走査線ピッ
プの１／４〜１１５以下のピッチ精度が必要とされてい
るので、前述のケースでは、１〜３μ以下のピッチ精度
を雑持しなければならない。

しかも、振れ量検出器上を光ビームが通過してから感材
に光ビームが達づ゛るまでの短い時間内に、検出した振
れ量に応じて娠れを補正することが要求される。圧電ア
クチュエータ素子は短い応答時間で高精度に変位を生じ
ることができるので、圧電アクチュエータ素子を駆動源
として光ビーム偏向器の偏向ミラーの角度を変化させ、
偏向ミラーに反射する光ビームの進行方向を制御するこ
とで光ビームの振れを補正することが望まれている。

ところが圧電アクチュエータ素子の変位は印加電圧に対
してヒステリシスを持つ。第４図の（１）は圧電アクチ
ュエータ素子の電圧■と変位Ｘの関係をグラフに表わし
たものである。印加電圧をＯから徐々に上げていったと
きの変位と電圧の関係が第４図の（υのＡ部分の曲線で
ある。ある電圧まで達し、徐々に電圧を下げるときの曲
線がＢである。

それを再び電圧を上げたのが曲線Ｃである。このように
たとえ同一の印加電圧であってもそこに至る電圧の履歴
の相違によって圧電アクチュエータ素子の変位は違って
くる。

一方、光ビームの振れ補正信号は交流で与えられるので
、制御回路の特性としては過去の指令値に関係なく現在
の指令値にのみ依存する変位が望まれる。従って圧電ア
クチュエータ素子を光ビーム偏向器の駆動源とするには
この電圧−変位特性のヒステリシスという問題点を解決
する必要があった。

［問題を解決する手段］ ところで、圧電アクチュエータ素子の変位は圧電アクチ
ュエータ素子の両端に蓄積する電荷量に対しては比例し
、変位は電荷量の変化に対してヒステリシスを持たない
ことが知られている。第４図の■は電荷量Ｑと変位Ｘの
関係をグラフにしたものである。つまり、圧電アクチュ
エータ素子の電荷量を測定すれば、現在の正確な変位を
推定し、その電荷量を調節することにより変位をＩ制御
することができる。

本発明はこれを実現するために、圧電アクチュエータ素
子を駆動源として偏向ミラーの角度を微小変化させて光
ビームの進行方向を変化させる光ビーム偏向器制御回路
において、前記圧電アクチュエータ素子とモニターコン
デンサーとを直列に結合した負荷回路と、入力された交
流の補正信号ＶＡを指令信号とし、前記負荷回路の結合
点から取り出したコンデンサー印加電圧を負帰還信号と
して、前記負荷回路を駆動する負帰還回路と、前記補正
信号ＶＡの電圧値が所定の値をとる瞬間、前記圧電アク
チュエータ素子に印加される電圧を予め設定された電圧
値に近付ける充放電回路と、前記圧電アクチュエータ素
子と前記モニターコンデンサーの漏れ電流を打ち消す電
流を発生する定電流回路とを具備し、前記補正信号ＶＡ
に基づいて、圧電アクチュエータ素子の変位を制御する
ようにしたことを特徴とする。

［実施例１ まず、第５図を用いて本発明になる光ビーム偏向器駆動
装置を使用した光ビーム走査装置の実施例を説明する。

５１は光ビーム発振器で、５２が光ビーム発振器５１か
ら射出された光ビームである。光ビーム５２は光ビーム
偏向器５３によって進行方向を変える。更に光ビーム５
２は回転多面鏡５４で反射して感材５６上を走査する。

光ビーム５２の主走査方向は５７の矢印で示される。回
転多面鏡５４と感材５６の間にはｆ−θレンズ５５を設
けて、感材上を一定の速度で光ビームが走査するように
補正する。そして、回転多面鏡５４の面倒れ誤差等によ
り生じる副走査方向５８の振れ量を検出する為に振れ量
検出器５９を設ける。

振れ量検出器５９およびエンコーダ５１１からの信号に
従って制御部５１０が光ビーム偏向器５３に補正信号を
送り、光ビーム５２の進行方向を微小変化させて、副走
査方向の振れを補正する。エンニ１−ダ５１１は感材送
り速度の変動を検出するものである。光ビーム偏向器５
３は偏向ミラーと該偏向ミラーの傾きを変える圧電アク
チュエータ素子及びそれらの支持体から成っている。そ
して圧電アクチュエータ素子の変位を利用してミラーの
角度を変化させ、光ビームの進行方向を制御する。本発
明の装置はこの光ビーム偏向器の駆動源である圧電アク
チュエータ素子とその制御する回路からなる光ビーム偏
向器の駆動装置である。尚、この第５図は実施の一例で
あり、各種光学系５４．５５や感材５６はそれぞれ他の
ものに置き替えられることは自明であり、本発明はこの
ようなものに限定されない。

第１図と第２図とで本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の実施例で、第２図は第１図に示した回
路の（１）〜（８）の各地点での信号の波形を表わす。

第１図の回路は機能の面からみて４つの部分に分けるこ
とができる。−点鎖線で囲まれた部分１は入力信号を増
幅し、その信号に従って圧電アクチュエータ素子１３に
駆動電圧をかける回路である。部分２は、各素子かられ
ずかにリークする漏れ電流を打ち消すような電流を供給
する定電流回路である。部分３は圧電アクチュエータ素
子１３の電圧を予め設定された電圧に近付けるために、
圧電アクチュエータ素子１３を充電もしくは放電する回
路である。部分４は信号が入力しないときに正弦波信号
を発信する回路である。

さて、第１図の部分１において入力信号ＶＡ（第２図く
υ参照）はバイアス電圧Ｖｏと合成され増幅器１１で増
幅される。その信号に従って増幅器１２により、駆動電
圧Ｐ■が圧電アクチュエータ素子１３の一方の入力端子
にかけられる。圧電アクチュエータ素子１３には駆動電
圧Ｐ■に従って電荷が蓄積される。そして同時に同量の
電荷が、圧電アクチュエータ素子１３の他の入力端子に
直列接続されているモニターコンデンサー１４に蓄積さ
れる。モニターコンデンサー１４の電圧は増幅器１２に
負のフィードバック信号として入力され、モニターコン
デンサー１４の電圧波形が入力信号ＶＡに追従するよう
にする。また、モニターコンデンサー１４の電圧はほぼ
その電荷量に比例すると考えられる。従って前記部分１
に示した回路の基本的な動作は入力信号ＶＡの変化に応
じた電荷層の変化を圧電アクチュエータ素子１３に与え
ることになる。つまり、圧電アクチュエータ素子の電荷
量は入力信号ＶＡに対して線形的な関係を保つことにな
る。従って、圧電アクチュエータ素子の変位は入力信号
ＶＡに対してヒステリシスを持つことなく、線形的な関
係を維持する。

しかし、圧電アクチュエータ素子１３の両端電圧は漏れ
電流による電荷量の蓄積により、圧電アクチュエータ素
子１３とモニターコンデンサー１４の電荷量に差が生じ
る。この漏れ電流を打ち消すのが一点鎖線で囲まれた部
分２の定電流回路である。

ところが定電流回路では時間的変化のある非常に微小な
漏れ電流を完全に打ち消すことはできない、そのような
微小な漏れ電流により圧電アクチュエータ素子１３に蓄
積するｔ１荷を打ち消すのが部分３の回路である。

圧電アクチュエータ素子１３の駆動電圧ＰＶとモニター
コンデンサー１４の電圧が差動増幅器１５に入力され、
該差動増幅器１５は圧電アクチュエータ素子１３に対す
る印加電圧を検出する。差動増幅器１５から出力された
電圧はコンパレータ１６に入力される。そのコンパレー
タに入力された電圧は予め設定してあった電圧Ｖｓと比
較され、入力電圧＞ＶｓのときＨＩ　Ｇ　Ｈ信号が出力
されてフリップ７０ツブ１７にデータ入力される。フリ
ツプフロツプ１７は図示の実施例では、データ信号とそ
れをラッチするタイミングを取るクロック信号の２つの
入力を持つ、Ｄ型フリップフロップ−（ＤＦＦ＞である
。

一方、増幅器１８に入力信９ＶＡが入力され、増幅器１
８は信号（ω（第２図自照）を出力する。

その出力信号（３）を単安定マルチバイブレータ−１９
のトリガーとして入力する。そしてこの単安定マルチバ
イブレータ−１９が出力する信号（４）と前述の信号（
３）の論理積により、パルス状の信号（０が求められる
。つまり、前記単安定マルチバイブレータ１９が前回の
動作から所定時間以上経過して安定状態に戻されており
、且つ前記入力信号ＶＡがＯを通過して正の値を指した
とき、前記信号■のパルス信号が１つ出力される。そし
てこのパルス状の信号（０をフリップ７０ツブ１７のク
ロック信号として入力する。また、信号■は単安定マル
チバイブレータ１１０にトリガーとして入力される。

フリップフロップ１７は、クロック信号（へ）のパルス
が入力した瞬間のデータ信号の状態をラッチ、して出力
する。このフリップ７０ツブ１７の出力信号と単安定マ
ルチバイブレータ−１１０の出力信号（６）の論理積を
取って、高電位側のスイッチ１１１と低電位側のスイッ
チ１１２を０Ｎ−ＯＦＦさせて圧電アクチュエータ１３
の電圧を設定値に近付ける。つまり、圧電アクチュエー
タ素子の両端電圧が電圧Ｖｓより高い場合、低電位側の
スイッチ１１２をＯＮにして電圧を下げる。圧電アクチ
ュエータ素子の両端電圧が電圧Ｖｓより低い場合、高電
位側のスイッチ１１１をＯＮにして電圧を上げる。こう
して圧電アクチュエータ素子１３の電圧を前記単安定マ
ルチバイブレータ１９の動作時間以上の周期を持って間
歇的に設定値に近付ける。

一点鎖線で囲まれた部分４は信ｑｖＡが入力されないと
きにこれに代わって常に正弦波信号を供給するようにし
た回路で、装置が出力動作をしていないときにジェネレ
ータ（ＧＥＮ）から正弦波が出力される。ＥＮＢから入
力されるイネイブル信号と、スイッチ（ＳＷ３）からの
信号との論理積をとってＳＷｌを制御する。ＶＡ倍信号
入力されないときイネイブル信号がＯＮになってＳＷｌ
を切り、逆にＳＷ２を入れて正弦波を供給する。

つまり、入力信号ＶＡが中断したときに、頻繁に信号電
圧が０■を通過し、０■付近からそれほど離れない信号
を入力することで信号を作り、部分３による圧電アクチ
ュエータ素子の電荷量が頻繁に補正されるようにして、
常に圧電アクチュエータ素子に最大変位の半値付近の電
圧が印加されるようにする。これは、−旦入力信号を切
って再び入力を再開する時に、圧電アクチュエータ素子
の両端電圧が急変しないようにするためである。

ＳＷ３は一点！ＩＩ線で囲まれた部分３の定電流回路の
電流を設定するときに使用するスイッチである。ＳＷ３
をＯＮにすると、ＳＷＩ　、ＳＷ２の両方が切られると
共に単安定マルチバイブレータ１１０の動作が禁止され
、スイッチ１１１．１１２が不通となる。このような状
態において、圧電アクチュエータ素子に適当な駆動電圧
ＰＶをかけた後、圧電アクチュエータ素子１３の電荷量
がモニターコンデンサー１４の電荷はと等しい状態を維
持するように、定電流回路の電流を設定する。

第３図と第６図を用いて、本発明の回路の機能を説明す
る。第６図は第１図の回路を簡略にした回路である。増
幅器１２に入力する信号電圧は、入力（ｎ号ＶＡにバイ
アス電圧をかけた信号電圧（Ａ地点の電圧）と、Ｄ地点
の電圧を負帰還させたものである。増幅器１２はＡ地点
の電圧と、Ｄ地点の電圧を等しくするような電圧を出力
する。

６１は圧電アクチュエータ素子のコンデンサーとしての
機能する成分を示したもので、６２は圧電アクヂュエー
タ素子の漏洩抵抗Ｒとしての機能する成分を示したもの
である。６３は第１図の部分２の定電流回路で、６４は
部分３の充放電回路である。

信号電圧を入力開始した直後（時間１−０＞は漏れ電流
による電荷の蓄積はない。圧電アクチュエータ素子のコ
ンデンサー成分６１とモニターコンデンサー１４は直列
に接続されているから、それぞれの電荷量は等しい。時
間１＝０における圧電アクチュエータ素子のコンデンサ
ー成分６１とモニターコンデンサー１４の電荷量をＱｏ
とすると、 Ｑｏ＝ＣＭＶ。

となる。ＣＭはモニターコンデンサー１４の静電容量で
、Ｖｏは時間１−０におけるモニターコンデンサー１４
の電圧である。

しかし、時間が経過すると圧電アクチュエータ素子の漏
洩抵抗６２による漏れ電流によって圧電アクチュエータ
素子６１は放電し、その両端電圧は低下する。一方モニ
ターコンデンサー１４の電圧即ちＤ地点の電位はＡ地点
の電圧と同一に維持されるから、モニターコンデンサー
１４と圧電アクチュエータ素子のコンデンサー成分６１
の電圧に差ができる。その差は時間と共に増大して増幅
器１２の供給可能な限界に達して圧電アクチュエータ素
子の電荷間を制御できなくなる。そこで、このような漏
洩抵抗６２による漏れ電流を打ち消すような電流を供給
する定電流回路６３を設ける必要がある。

ところが、圧電アクチュエータ素子の漏洩抵抗６２は印
加電圧に対して変化する性質を持つ。従って、漏れ電流
は僅かながら時間的変化を有する。

つまり、定電流では解消できない僅かな漏れ電流が生じ
る。そのような微小な漏れ電流により生じるモニターコ
ンデンサー１４と圧電アクチュエータ素子の電荷間のず
れをなくすために充電放電回路６４を設けて、周期的に
圧電アクチュエータ素子１３を充電もしくは放電して調
節するのである。

第３図（１）のグラフは漏れ電流を打ち消さない場合、
圧電アクチュエータ索子１３において放電される電荷量
の時間的変化を示す。圧電７クチユエータ素子１３の電
荷間は放電した分だけ減少する。

グラフの直ｍＡは全放電電荷量を示す。直線Ａは巨視的
には直線を示すから定電流で打ち消すことができる。

直線Ｂは直線へで示した全放電電荷量の内、時開的変動
のある漏れ電流成分による電荷量である。

そのような微小で時間的変化のある漏れ電流を定電流で
完全に打ち消ずことは非常に難しい。そこで第１図の部
分３のようにある周期をおいて圧電アクチュエータ素子
１３をパルス的に充電もしくは放電させて予め設定した
電圧値に近付けることで、圧電アクチュエータ素子の電
荷量を常にモニターコンデンサー１４の電荷量と同一に
保つ。

部分２の定電流回路を省略して部分３の充放電回路だけ
で、圧電アクチュエータ素子１３の電荷間を補正するこ
とも可能である。ただし、この部分３の回路だけで圧電
アクチュエータ素子の７１荷量の補正を行なうと第３図
の■に示したように頻繁に大きな振れの充放電が生じる
。圧電アクチュエータ素子の電荷量と変位は線形な関係
にあるから、電荷間の急激な変化は、光走査装置等で光
ビームが急激に振れることである。光ビームの急激な振
れは走査のムラとなり、好ましくない。そこで部分２の
回路でほぼ漏れ電流を打ち消して、それで打ち消しきれ
ない微小な時間的変化のある漏れ電流によって変化した
、圧電アクチュエータ素子１３の電荷量を充電もしくは
放電することで調節するのである。すると、第３図の（
■に示したように圧電アクチュエータ素子１３に蓄積す
る漏れ電流による電荷量の変化の時定数は非常に長くな
り、充放電を行なう周期も良くすることができるので振
れの少ない光ビーム走査を維持できる。

尚、各素子からの漏れ電流が非常に少なくて、部分３の
回路で圧電アクチュエータ素子１３の電荷ｍを十分補正
可能な場合は、部分２の定電流回路は省いてもよい。

［発明の効果］ 以上説明してぎたように、本発明によれば入力した交流
信号電圧が所定の値をとる瞬間に、圧電アクチュエータ
素子の電圧を規定電圧に強制的に合せると共にモニター
コンデンサー１４のｆｆｉ？７ｆｆｉを制御することに
よって圧電アクチュエータ素子の電荷間を制御すること
により、圧電アクチュし一夕素子の電圧に対する変位の
ヒステリシスによる入力信号と変位のずれを最小限に抑
えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例、第２図は実施例を説明する信
号波形、第３図は第１図の回路の機能を説明する図、第
４図は圧電アクチュエータ素子の特性を示す図、第５図
は本発明を実施するとぎの概要を表わす図、第６図は第
１図の回路を簡略にした図である。 １：駆動電圧印加回路 ２：定電流回路 ３：充放電回路 ４：正弦波信号回路 １１：増幅器 １３：圧電アクチュエータ素子 １４：コンノ２ンリ １６：コンパレータ １７：フリツブフロツブ １９：単安定マルチバイブレータ ５１：光ビーム発振器 ５３：光ビーム偏向器 ５４：回転多面鏡 ５６：感材 ５９：振れ間検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、圧電アクチュエータ素子を駆動源として偏向ミ
   ラーの角度を微小変化させて光ビームの進行方向を変化
   させる光ビーム偏向器の駆動装置において、 前記圧電アクチュエータ素子とモニターコンデンサーと
   を直列に結合した負荷回路と、 入力された交流の補正信号ＶＡを指令信号とし、前記負
   荷回路の結合点から取り出したコンデンサー印加電圧を
   負帰還信号として、前記負荷回路を駆動する負帰還回路
   と、 前記補正信号ＶＡの電圧値が所定の値をとる瞬間、前記
   圧電アクチュエータ素子に印加される電圧を予め設定さ
   れた電圧値に近付ける充放電回路前記圧電アクチュエー
   タ素子と前記コンデンサーの漏れ電流を打ち消す電流を
   発生する定電流回路と、 を具備し、前記補正信号ＶＡに基づいて、圧電アクチュ
   エータ素子の変位を制御するようにしたことを特徴とす
   る光ビーム偏向器駆動装置。