JPH0456918A - 正弦駆動方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は正弦駆動方法に関する。

［従来の技術］ デジタル複写装置やファクシミリ装置に関連して「光ビ
ームを偏向させて被走査面を光走査する光走査装置」が
知られている。

このような光走査装置で良好な光走査を実行するために
は被走査面上に結像される光スポットの径が主走査位置
によらず一定していなければならない。光スポツト径を
変動させる要因の一つに光ビームを被走査面上に結像さ
せる結像レンズ系の像面湾曲がある。

第５図、第６図を参照して具体的に説明する。

第５図に於いて符号１は半導体レーザーＬＤとコリメー
トレンズＣＬとからなる光源装置を示す。この光源装置
１から放射される平行な光ビームはアパーチュア８によ
りビームの断面形状を整形されたのち図面に直交する方
向（副走査対応方向）にのみ正のパワーをもつシリンダ
ーレンズ２Ａに入射し、同レンズ２Ａの作用により回転
多面鏡３の偏向反射面４の近傍に主走査対応方向に長い
線像として結像する。

偏向反射面４により反射された光ビームは結像光学系５
の作用により被走査面６上に光スポットとして結像する
。

結像光学系５はアナモフィックな光学系であり、主走査
対応方向（図面に平行な方向）では物体側の無限遠と被
走査面６の位置を幾何光学的な共役関係とし、副走査対
応方向に関しては偏向反射面４の位置と被走査面６の位
置とを幾何光学的に略共役な関係としている。このよう
に第５図の光走査装置は回転多面鏡３に於ける所謂面倒
れを補正した構成となっている。

結像光学系５は上述のようにアナモフィックな性質を持
つため主・副走査方向の像面湾曲を共に良好に補正する
のは困難であり、主走査方向の像面湾曲を良好に補正す
ると副走査方向には例えば第６図（Ａ）に示すような像
面湾曲が残留する。

二のような像面湾曲は光走査における光スポツト位置に
より光スポットの副走査方向の径が変動する原因となる
。

このような像面湾曲を、シリンダーレンズ２Ａの光軸方
向への変位により除去することが提案されている。

即ち除去すべき像面湾曲Ｗ（ｈ）（ｈ：像高）に対し、
結像光学系５の副走査方向の結像倍率βを用いて−Ｗ（
ｈ）／β２だけシリンダーレンズを変位させると副走査
方向の像面湾曲を完全に除去することができる。しかし
シリンダーレンズ２Ａを光走査に同期して正確に−Ｗ（
ｈ）／β２だけ変位させるのは容易でないので、像面湾
曲を正弦曲線で近似し、この近似的な正弦曲線に基づい
てシリンダーレンズ２Ａを正弦的に単振動させる方法が
提案されている。

例えば除去すべき副走査方向の像面湾曲が第６図（Ａ）
の如きものである場合、シリンダーレンズ２Ａを第６図
（Ｂ）に示すように単振動させると、残存する副走査方
向の像面湾曲は第７図（Ｃ）に示すように極めて小さく
なるので光スポツト径の変動を有効に軽減させることが
できる。

ところでシリンダーレンズの単振動の周波数は数ＫＨｚ
と高周波数であり、このような高速駆動を行う駆動源と
しては積層型圧電アクチュエーターが最も適している。

しかし積層型圧電アクチュエーターの実現できる変位量
は高々１０〜２０μｍ程度であるのに対し、シリンダー
レンズの単振動に要求される振動幅は５０〜１００μｍ
であり、シリンダーレンズに所望の単振動を実現させる
ためには積層型圧電アクチュエーターの変位を変位拡大
機構により拡大する必要がある。

［発明が解決しようとする課題］ シリンダーレンズの単振動の駆動を積層型圧電アクチュ
エーターで行う場合、積層型圧電アクチュエーターに印
加する駆動信号としては、第７図（１）に示すような正
弦波電圧が最も自然である。

しかし実際に積層型圧電アクチュエーターに正弦波電圧
を印加すると以下の如き問題が生ずる。

シリンダーレンズの単振動の周波数は前述の如く数ＫＨ
ｚであり、このような高周波の正弦波電圧を印加すると
第７図（ＩＩ）に示すような「変位の浮上り現象Ｊが発
生する６即ち駆動電圧０に対応して変位量Ｏとなるべき
部分で実際には変位量ｄだけ変位の「浮上り」を生じる
のである。

このような変位の浮上り現象があるとシリンダーレンズ
の変位は所望の単振動運動からずれたものとなり像面湾
曲軽減の目的を有効に達成することが出来ない。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
積層型圧電アクチュエーターにより変位拡大装置を駆動
して、変位の浮上りなしに正弦波的に変化する拡大変位
を実現する方法の提供を目的としている。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明は、積層型圧電アクチュエーターにより変位拡大
装置を駆動して正弦波的に変化する拡大変位を実現する
方法である。

変位拡大装置としては「矩形形状を有する複数のブロッ
ク部が直線状に配されるとともにブロック部配列の長手
方向両端部に変形力を受けるための力作用部を有し、各
ブロック部間およびブロック部と力作用部の間が応力集
中部により連結されて全体が一体的に形成され、両端部
の力作用部に１対の変形力を上記長手方向に作用させた
とき、応力集中部の変形により全体が弓なりに変形する
ように各応力集中部の位置が定められ、変形力の作用に
よる両端部の変位を上記弓なりの変形の振幅として拡大
するようにした装置」を用いる。

積層型圧電アクチュエーターには「実現するべき正弦波
的な拡大変位の周波数に等しい周波数をもった高周波の
矩形波電圧」が印加される。

［作　　用］ 積層型圧電アクチュエーターは周知の如く圧電素子を数
１００枚積層した構造を持つため、電圧を印加するとコ
ンデンサーのように印加電圧に応じた電荷の蓄積が生ず
る。この蓄積電荷は積層型圧電アクチュエーターへの印
加電圧が０になると放電されて除去されるが、除去のた
めには印加電圧０の時間が有限長さ続くことが必要であ
る。

しかるに高周波の正弦波電圧で駆動する場合には駆動電
圧が実質的に０となる時間が短すぎるため蓄積電荷を完
全に放電させることが出来ず、蓄積電荷の残留が生じ、
実際の駆動電圧がＯのときにも残留蓄積電荷による電圧
が疑似的な駆動電圧を生ぜしめるので前述した変位の浮
上がり現象が生ずるのである。

そこで本発明では、積層型圧電アクチュエーターに印加
する駆動電圧として、高周波の矩形波電圧を用いる。矩
形波電圧では所定の電圧Ｖ。とＯ電圧とが所定の周期で
繰り返されるので、駆動電圧Ｏの状態が有限時間継続し
、前述の蓄積電荷を有効に放電させることができる。

また積層型圧電アクチュエーターを矩形波電圧で駆動し
ても、積層型圧電アクチュエーターや変位拡大装置の慣
性により実際の拡大変位は正弦波に類似したものとなる
。

［実施例コ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

実施例として本発明を光走査装置の像面湾曲除去に適用
した場合を説明する。

光走査装置としては第５図に示すものを想定し、本発明
の正弦駆動方法によりシリンダーレンズ２Ａに単振動類
似の振動を行わせて副走査方向の像面湾曲除去を行う場
合を説明する。

第２図は変位拡大機構の一例を示している。

符号１０は変位拡大装置、符号１３．１５は積層型圧電
アクチュエーター、符号１７は保持枠を示している。

シリンダーレンズ２Ａは変位拡大装置の中央のブロック
部に固定されている。光軸方向は第２図の上下方向であ
る。

第３図を参照すると、この図は変位拡大機構を説明する
ための図である。

変位拡大装置１０は、矩形形状を有するブロック部Ｂｌ
、　Ｂ２．　Ｂ３を直線的に配列し、配列方向両端部に
力作用部ＣＩ、Ｃ２を配し、ブロック部及び力作用部の
間を応力集中部ＤＩ、　Ｄ２．　Ｄ３．　Ｄ４で連結す
るようにして全体を一体化してなっている。

図の上下方向に就いてみると応力集中部Ｄｉ、　Ｄ４と
応力集中部Ｄ２．　Ｄ３とは異なった位置になっており
、力作用部ＣＩ、　Ｃ２に１対の引張り力を作用させる
とブロック部Ｂｌ、Ｂ３に互いに逆向きの回転が生じ変
位拡大装置全体としては第３図（Ｂ）に示すような弓な
りの変形が生じる。

また力作用部Ｃ１，Ｃ２に１対の押圧力を作用させると
変位拡大装置全体としては第３図（Ｃ）に示すような弓
なりの変形が生じる。

この弓なりの変形の振幅として、力作用部の変位が拡大
されるのである。

変位拡大の際に回転するブロック部Ｂ１につき第４図（
Ａ）に示すように長さａ、ｂを定め、同図（Ｂ）に示す
ようにブロック部Ｂ１を、両端がＸ、Ｙ軸に接して変位
するリンクで置き換えてみる。

このリンクに就き符号Ｂ１ｏで示す状態は力作用部に力
が作用していない状態であり、符号Ｂ１．で示す状態は
力が作用して応力集中部Ｄ１がＸ方向にＵＸだけ変位し
た状態を示している。

このとき応力集中部Ｄ２はブロック部Ｂ１の回転により
Ｙ方向にｕＹだけ変位する。

変位拡大率は明らかにｕｙ／ｕｘである。

高次の項を無視して変位拡大率を算出すると、ａ／ｂと
なる。

ａ＝９．０ｍｍ、　ｂ＝１．５ｍｍとした場合の変位拡
大装置１０に就き、積層型圧電アクチュエーター１３．
１５により駆動したときの拡大変位量を有限要素法によ
りシミュレーションした結果を第４図（Ｃ）に示す。

この図から分かるように、変位拡大装置の変位拡大量は
駆動周波数の広い範囲で安定している。

さて、本発明では積層型圧電アクチュエーター１３、１
５に第１図（Ｉ）に示すような矩形波電圧を印加する。

シリンダーレンズ２Ａに要求される単振動の周波数が例
えば２．８ＫＨｚとすると、矩形波電圧の周波数もこれ
と同じ２．８Ｋ）ｌｚに設定される。

このように高周波の矩形波電圧を積層型圧電アクチュエ
ーターに印加すると積層型圧電アクチュエーター１３．
１５の両側電圧は第１図（ＩＩ）の鎖線のようになる。

即ち印加されるのは矩形波電圧であるが、積層型圧電ア
クチュエーターに於ける電気的な遅れのために、両端電
圧は正弦波状のものになる。また積層型圧電アクチュエ
ーターの変位量は実線の曲線に示すように両端電圧曲線
から若干ずれたものとなる。

この「ずれ」は積層型圧電アクチュエーターの慣性によ
る機械的な遅れに起因するものである。

そしてこの実線の曲線でしめず変位が変位拡大装置１０
により拡大されてシリンダーレンズ２Ａの変位を実現す
るのである。

印加される矩形波電圧における電圧Ｏの時間内に積層型
圧電アクチュエーターの蓄積電化の放電が行われるので
、積層型圧電アクチュエーターの変位には「変位の浮上
り」がない。従ってシリンダーレンズに所望の周波数で
単振動類似の変位を実現でき、像面湾曲を良好に軽減で
きる。

なお矩形波電圧の電圧０の時間はデユーティ比により適
宜設定できるが、実施例の場合はデユーティ比５０χで
ある。

［発明の効果コ 以上、本発明によれば新規な正弦駆動方法を提供できる
。

この方法は上記のごとき構成となっているから積層型圧
電アクチュエーターにおける変位の浮上りを有効に防止
して良好な正弦的な拡大変位を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を説明するための図、第２図
ないし第４図は変位拡大装置を説明するための図、第５
図及び第６図は光走査装置を説明するための図、第７図
は発明の詳細な説明するための図である。 粥　（図 （ＩＩ） 第　２　図 葛 う 図 （Ａ） （Ｂン 領 図 ％ 図 気 図 （Ａ） （Ｂ） Ｚ （Ｃ） Ａｒ！勧動遺 衝 ワ 図 （Ｉ） （ｎ） 変位

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　矩形形状を有する複数のブロック部が直線状に配され
   るとともにブロック部配列の長手方向両端部に変形力を
   受けるための力作用部を有し、各ブロック部間およびブ
   ロック部と力作用部の間が応力集中部により連結されて
   全体が一体的に形成され、両端部の力作用部に１対の変
   形力を上記長手方向に作用させたとき、応力集中部の変
   形により全体が弓なりに変形するように各応力集中部の
   位置が定められ、変形力の作用による両端部の変位を上
   記弓なりの変形の振幅として拡大するようにした変位拡
   大装置を、積層型圧電アクチュエーターにより駆動して
   正弦波的に変化する拡大変位を実現する方法であって、 実現するべき正弦波的な拡大変位の周波数に等しい周波
   数をもった高周波の矩形波電圧を積層型圧電アクチュエ
   ーターに印加することを特徴とする正弦駆動方法。