JPH05249402A - 低慣性ミラー及び磁石を備えたビーム走査検流計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ベアリング支持システムを用いることなく異
常振動を回避でき、低い所要ピーク電流で作動可能な高
解像度印刷に使用できるビーム走査検流計を提供する。 【構成】 非共振モードでミラーを振動させるビーム走
査検流計。ミラー６０が非共振モードで振動するので、
検流計の可動部は最小限の慣性モーメントを持つ。検流
計は、非共振検流計によく使用されるベアリングの代わ
りにミラーを支持するために２組の交差リーフバネ７０
を使用している。リーフバネ７０の各組は、冷間圧延ス
テンレススチールの単一ストリップから形成されてい
る。各バネは、ミラーの回転軸に極めて近接した距離で
ミラーを支持する永久磁石内の唯一形成されたキャビテ
イ内に挿入されている。ミラーは傾斜エッジを以て特別
に形成されており、これによって慣性モーメントは低
く、またミラー支持磁石を包囲する駆動電流コイル６４
に極めて近接した位置で振動することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はビーム走査検流計、特に
非共振モードで駆動される検流計に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、４件の関連米国出願に関連す
るものである。第１の関連出願である出願番号第４５
７，５９３号（発明者 Ｓ．サラフ； 出願日 １９９
０年１２月２７日； 発明の名称「サーマルプリン
タ」）は、本願と同じ被譲渡人である。本願と同時に出
願された第２の関連出願である出願番号第７２２，７５
３号（発明者 Ｊ．クレソック、Ｊ．Ｓ．チャンドラ
ー、Ｄ．オルリッキ及びＴ．ニール； 出願日 １９９
１年６月２８日； 発明の名称 「電子−機械装置の改
善された高速／高精度駆動方法」）も、本願と同じ被譲
渡人である。本願と同時に出願された第３の関連出願で
ある出願番号第７２３，２９０号（発明者 Ｊ．Ｓ．チ
ャンドラー、Ｊ．クレソック及びＤ．オルリッキ； 出
願日 １９９１年６月２８日； 発明の名称 「バネ支
持されたミラーを有するビーム走査検流計」）も、本願
と同じ被譲渡人である。本願と同時に出願された第４の
関連出願である出願番号第７２８，９１０号（発明者
Ｄ．オルリッキ、Ｂ．コッペ及びＪ．クレソック； 出
願日 １９９１年６月２８日； 発明の名称 「磁気位
置センサ」）も、本願と同じ被譲渡人である。

【０００３】ビーム走査検流計（ガルバノメータ）は、
像の生成または読み出しのために所定の観察領域に対し
て光ビームの制御された高速周期的偏位が要求される多
くの装置で使用されている。

【０００４】共振モードで作動するように設計された検
流計は、一般には比較的低レベルの電力で通常検流計を
駆動することが望ましい装置で使用される。このような
装置では、検流計の振動ミラーは撓み部材またはバネに
より支持されている。バネの剛性及びミラーの質量及び
形状が、検流計に対して自然周波数（固有周波数）を生
成する。ミラーが自然周波数で振動される（即ち共振作
用）と、わずかな電力でミラーを駆動できる。検流計が
共振モードで作動すると、ミラーは中立位置に関して対
称的に偏位する。換言すれば、ミラーは第１方向に向け
て第１リミットまで偏位して中立位置まで戻り、第２方
向へ向けて第２リミットまで偏位する。各リミットは、
中立位置から等距離にあり、ミラーは２個のリミットの
何れかへ到達するのに等しい時間を消費する。

【０００５】共振モードでは、ミラーの角変位は、時間
の関数として正弦波パターンをとる。ミラーによって平
坦面へ反射した光ビームは、時間の関数としての非線形
偏位パターンをとる。このようにして、共振モードで作
用する検流計は、ふつう被走査面上の光ビーム速度に線
形性を要求しない装置にのみ使用される。更に、これら
の検流計は、いずれかの方向におけるミラーの偏位中に
走査するのが望ましい場合に使用されることが多い。こ
の双方向性走査は、「ピンクッション効果」と呼ばれる
イメージ歪を生成する。従って、この種の共振検流計
は、低解像度ベース、例えば２００ドット／インチ程度
またはそれ未満の解像度で像生成または読み出しを行う
装置にのみ使用される。低解像度装置では、共振走査に
より生じる固有非線形性及び歪は許容され得るからであ
る。

【０００６】ビーム走査検流計を使用するシステムの多
くは、検流計の共振作用モードにおける非線形性を許容
できない。

【０００７】レーザプリンタ等の光走査装置では、走査
ミラーで比較的高密度エネルギーを転送する必要があ
る。例えば、先掲の米国特許出願第４５７，５９３号に
開示のサーマルプリンタでは、レーザはドナーダイフィ
ルムから受容体へ転送させるために使用される。現在、
レーザがこのサーマルプリンタシステムへ導入できる電
力は、５０ミリワットに限定されている。このレーザ電
力限界内で最大可能速度で作動できるサーマルプリンタ
を製造するためには、ドナーダイフィルムに対してレー
ザビームを正弦波速度では走査しないほうがよい。も
し、共振ビーム走査検流計（正弦波速度の走査ビームを
生成）がこのサーマルプリンタに使用されるならば、サ
ーマルプリンタの作動速度を低減しなければならない。
これは、正弦波速度で走るビームは平均速度よりもかな
り大きなピーク速度をもつからである。サーマルプリン
タでは、検流計の走査率（即ち毎秒の走査数）は、レー
ザが走査ビームの最大速度で所望のダイ転送を行うよう
に十分低く保持されなければならない。換言すれば、も
し５０ミリワットのレーザが２０インチ／秒の最大ビー
ム速度で所望のダイ転送を行うならば、ミラーの振動率
はビームの最大速度が毎秒２０インチとなるように十分
低く保持されなければならない。正弦波速度プロフィー
ルでは、２０インチ／秒の最大ビーム速度は、わずか約
１２インチ／秒の平均ビーム速度を生成する振動率に対
応する。このように、正弦ビーム速度を用いたサーマル
プリンタでは、プリンタの一部として使用されるレーザ
の特定パワーレベルに対する最適作動速度を達成するこ
とはできない。

【０００８】レーザの特定パワーレベルに対するサーマ
ルプリンタの作動速度の最適化は、ビームが一定速度で
対象物に対して走査された時に達成される。この作用モ
ードでは、ビームの最大速度はビームの平均速度に等し
い。従って、レーザは走査サイクル全体を通じてその最
大パワーを与えるよう使用可能である。

【０００９】光ビームを平坦面に対して一定速度で走査
できる検流計は、従来技術として既に周知である。例え
ば、米国特許第４，７９１，５９１号（１９８８年１２
月１３日発行； 発明者 Ｋ．アサヌマ他）参照。この
種（即ち非共振型）の検流計は、駆動電流制御回路中に
使用される。通常、これらの電流制御回路は、フィード
バック原理で機能する。

【００１０】検流計の偏向ミラーには、角度位置検出機
構が設けられているものがある。この機構は、ミラーの
実際の偏向に応答する。駆動電流は位置検出機構に応答
して連続して変化し、これによってミラーが時間の関数
としてほぼ所望の変位パターンをたどることとなる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】通常、上記角度位置検
出機構は、角度変位の関数として容量が変動する素子か
ら成る。効果的に作動するため、２個の素子は同心状に
互いに移動しなければならない。一の素子はミラーと共
に移動し、他の素子は静止状態を保つ。各素子は、０．
００１インチ或いはそれ未満の程度の間隔で互いに極め
て近接している必要がある。検出素子間にこのような近
接同心状動作を確保するため、ミラーはしっかりと固定
された軸を中心として回転しなければならない。この結
果、検流計中における容量型角度位置検出機構を使用す
ると、検流計に使用できるミラー変位の形態が限定され
ることとなる。従来の非共振型検流計では、ミラーの回
転軸はベアリング（ボールベアリング、ニードルベアリ
ング、スリーブベアリング等）内で支持され、これによ
って位置センサの適切な機能が確保される。

【００１２】検流計中にミラーを支持するベアリング
は、特に毎分数千振動が要求されるような高速作動状況
下では、摩耗しやすい。また、ベアリングは、被走査面
と平行でない面に所定量のミラー偏位（deflection）
（即ち交差軸偏位(cross-axis deflection) ）を生じさ
せるので、検流計には不適である。この交差軸偏位は、
適度な高解像度例えば６００ドット／インチまたはそれ
未満を必要とする装置に使用される高品質ベアリングに
許容レベルとなるように制御される。しかし、交差軸偏
位は高解像度装置即ち２０００ドット／インチまたはそ
れ以上の装置では更に慎重な制御が要求される。

【００１３】高解像度イメージを生成するためにベアリ
ング支持ミラーを用いる検流計は、比較的高価である。
このような検流計は、通常各ユニットが＄５００．００
〜１，０００．００の値段である。デスクトップ装置用
としてのサーマルプリンタ等の検流計として使用される
場合には、このような高価な検流計は回避しなければな
らない。これが、これまで比較的低コストデスクトップ
型の高解像度サーマルプリンタが検流計内蔵型印刷シス
テムと共に製造されなかった一理由である。

【００１４】他の問題が、検流計がサーマルプリンタ等
のユニットの非共振モードで使用される時に生じる。即
ち、この場合には、検流計は共振モードにおける相当サ
イズの検流計を駆動するために使用されるものよりもか
なり大きな力で駆動されなければならなくなり、そのよ
うな大きな力を使用すると２つの問題が生じる。まず、
電力消費が増大する。次に、大きな駆動力は、高解像度
イメージの生成と干渉する望ましくない振動を引き起こ
すということである。これらの２つの条件はサーマルプ
リンタ内で調整可能であるが、通常はかなりのコスト高
を招く。

【００１５】検流計へ大きな電力量を供給するサーマル
プリンタは、通常は高価になりすぎてデスクトップ装置
には不向きである。大電力を消費するサーマルプリンタ
も、可搬性を考慮しなければならない装置には不適であ
る。

【００１６】非共振作用モードで生じる大きな反力が不
要な振動を発生することは、検流計を剛性を持ちしっか
りした支持体上に取り付けることによって防止できる。
しかし、大型支持構造体を組み込んだサーマルプリンタ
は、可搬性が重要ポイントである装置には適用できな
い。

【００１７】過去、非共振モードでビーム走査検流計を
作動させるのを目的として、必要な力を制御するために
種々の努力がなされてきた。これらの努力は、ミラーの
回転軸を可能な限りミラーの反射面に近づけるという方
向で行われてきた。この距離が小さければ、振動ミラー
の慣性モーメントはそれに応じて低く保持され、ミラー
を駆動するために必要な力も従って比較的低く保持され
る。従来技術における非共振型検流計の構造は、ミラー
の回転軸を支持するためにベアリングを使用し、これに
よってミラーにかかる慣性モーメントを低く維持すると
いうものであった。

【００１８】交差軸偏位を低減させるという視点から、
たわみ部材またはバネ上に支持された検流計ミラーは、
ベアリング上に支持されたミラーよりも優れている。例
えば、米国特許第４，７３２，４４０号（発明者 Ｇａ
ｄｈｏｋ、１９８８年３月２２日発行）を参照された
い。しかし、従来技術では、たわみ型ミラー支持システ
ムをどのようにして非共振モードで作動する検流計へ適
用するのかについては開示されていない。

【００１９】従来の非共振型検流計の他の欠点は、作用
の走査やり直しモードを達成するための技術である。即
ち、非共振検流計が印刷作用のために使用されるとき、
光ビームの走査は、通常はミラー走行路の一方向に限ら
れている。換言すれば、光ビームがオンされると、ミラ
ーは第１方向へ偏位することとなる。ミラーが開始位置
へ戻っている間は光ビームはオフされる。この技術は、
作用の走査フライバックまたは走査やり直しモードとし
て知られている。ミラー偏位サイクルのフライバックま
たはやり直しを行っている間の時間の浪費を回避するた
め、ミラーは、通常走査時間よりも遥かに短い時間期間
中にその開始位置へ戻る。

【００２０】多くの従来技術では、検流計には、走査完
了後速やかにミラーをその開始位置へ戻すためのバネが
設けられている。これらのバネは、ミラーの支持は行わ
ない。それらは、ミラーを開始位置へ戻すためにのみ使
用される。通常、ミラーは超高速で帰還位置へ駆動され
る。このような高速で駆動されたミラーは、スタート位
置へ戻った時の衝撃でミラー及びバネに振動を与える。
ミラーが帰還位置へ達した直後に走査サイクルが始まる
と、これらの振動はビーム走査の安定性に悪影響を及ぼ
す。適度な解像度の印刷時には、これらの振動異常は、
微小であり、像品質にはさしたる影響はない。しかし、
２０００ドット／インチまたはそれ以上の解像度を必要
とするような印刷時には、そうした振動は許容できない
ものとなる。

【００２１】従って、望ましくないベアリング支持シス
テムを用いず、異常振動も回避できる比較的低ピーク電
力要求で作動する高解像度印刷作用に使用可能なビーム
走査検流計を提供することが望まれていた。

【００２２】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、ミラ
ーを非共振モードで振動させるビーム走査検流計に関す
る。ミラーが非共振モードで振動するので、検流計の可
動部の慣性モーメントを可能な限り小さくすることが重
要である。これらの構造特徴は、特に傾斜エッジを持つ
ように形成されたミラーを用いた検流計において達成さ
れる。これによって慣性モーメントが低くなり、またミ
ラーを支持する回転磁石を包囲する駆動電流コイルに密
接して振動することができる。

【００２３】一面から見れば、本発明は、入射光のビー
ムを走査するための振動検流計ミラーに関する。このミ
ラーは、振動軸と平行な方向に伸びた長さと、振動軸に
直交する方向に伸びた幅と、を有する反射面と、該反射
面に対向した背面と、を含む。背面は、ミラーの幅方向
端部においてミラーの厚さを減少させるような方向に傾
斜しており、これによってミラーの慣性モーメントが低
減される。

【００２４】他の面からみれば、本発明はビーム走査検
流計に関する。検流計は、反射面及び該反射面に対向し
た背面を有するミラーと、該ミラーを支持する振動磁石
と、磁石を包囲するコイルと、を含む。ミラーはその背
面側に形成された少なくとも一の傾斜エッジを有し、こ
れがコイルと干渉することなくミラーの振動に対するク
リアランスを与える。

【００２５】更に他の面から見ると、本発明はビーム走
査検流計に関する。この検流計は、幅及び長さを持つ反
射面を有するミラーを含む。このミラーは、反射面に対
向した背面を有する。磁石が振動軸を中心に回転すると
共に、ミラーを支持するよう取り付けられる。この磁石
は、ミラーの背面に接続されている。磁石は、ミラーの
幅よりもかなり小さい厚さをもつ。コイルが磁石を包囲
している。コイルは、磁石とほぼ同じ大きさの開口部を
有する。磁石の振動軸は、コイルの開口内にある。ミラ
ーはコイルと干渉することなくミラーの振動に対するク
リアランスを与える少なくとも一の傾斜面がその背面側
に形成されている。

【００２６】更に他の面から見れば、本発明は、ビーム
走査検流計に関する。検流計は、回転可能に支持された
磁石に固定されたミラーを有する。このミラーは、最大
厚さをもつ。磁石は、力中心を有する駆動コイルにより
包囲されている。ミラーは、コイル力の中心とほぼ一致
した振動軸を有する。ミラーの背面は、コイルからミラ
ーの最大厚よりも小さい距離を隔てて配置されている。
ミラーは、その背面に形成された少なくとも一の傾斜エ
ッジを有し、これによってコイルと干渉することなくミ
ラーの振動に対するクリアランスが与えられることとな
る。

【００２７】更に他の面から見ると、本発明は、ビーム
走査検流計に関する。検流計は、幅及び長さを持つ反射
面を有するミラーを含む。磁石は、振動軸を中心として
回転すると共に、ミラーを支持するように取り付けられ
ている。磁石は、ミラーの幅よりもかなり小さい厚さを
もち、また磁石はミラーの長さよりもかなり大きい長さ
をもつ。

【００２８】更に他の面からみれば、本発明はビーム走
査検流計に関する。検流計は、長さをもつ反射面を有す
るミラーを含む。磁石は、振動軸を中心として回転する
と共に、ミラーを支持するように取り付けられる。磁石
は、２組の交差バネにより支持される。磁石は、ミラー
の長さよりもかなり大きい長さを持つ。２組のバネは、
ミラーの長さよりも大きな距離を互いに変位した点で磁
石に固定されている。

【００２９】本発明は、添付図面及び各クレームを考慮
した以下の説明より一層よく理解されよう。

【００３０】

【実施例】図１において、本発明が有用性を持つサーマ
ルプリンタ４０を模式的に示す。サーマルプリンタ４０
は、変調レーザユニット４２、ビーム走査検流計４４、
走査レンズ４６、及びそれに対して像が形成される対象
物５０を支持する支持体４８を含む。像は、ビーム走査
検流計４４によって対象物５０に対してレーザ発生光の
収束及び変調光が走査された時に発生する。本発明が有
用なサーマルプリンタの例は、米国特許出願番号第４５
７，５９３号に開示されている。この引例は、上記の関
連出願の欄に記載されている。

【００３１】サーマルプリンタ４０は、コンピュータに
より発生された像を生成するため用いる３５ｍｍフォー
マット、即ち約１Ｘ１．５インチのスライドとしてコン
ピュータ発生像を生成する。スライドは、スライドより
も数百倍大きいスクリーン上に光投写像を発生させるた
めに使用される。この結果、スライド上に形成された像
は、殆ど写真的画質即ち４０００ピクセルまたはドット
／インチの分解能となる。

【００３２】４０００ドット／インチの所望解像度で対
象物５０上に像を生成するため、走査ビーム５２の対象
物５０に対する極めて微細な速度制御を維持する必要が
ある。ビーム５２の速度制御は、ビーム走査検流計４４
の作用を制御することによって達成される。

【００３３】図２に、本発明に係るビーム走査検流計４
４（以下「検流計」という）の好適な実施例の分解斜視
図を示す。検流計４４は、ミラー６０、駆動磁石６２、
駆動コイル６４、ケース６６、バネ支持体６８、第１及
び第２の本質的に同じバネ７０、第１及び第２の本質的
に同じ中心ピン７４、磁石挿入体７８、センサ磁石８
２、センサ磁石支持体８４、コイルレール８６、ホール
効果センサ９０、センサ支持体９２、ゼロスラッグ９
４、ゼロスラッグホルダ９６及び補償コイルを含む。

【００３４】図３には組み立てられた状態の図２の検流
計４４を示す。ミラー６０は駆動磁石６２へ接続されて
いる。駆動磁石はバネ支持体６８（図３には示されてい
ないが、図２及び図４には現れている）へ接続されたバ
ネ７０に接続されており、中心ピン７４にてその位置に
保持されている。バネ支持体６８は、機械ネジ（不図
示）によおってケース６６へ接続されている。磁石挿入
体７８はバネ７０及び駆動磁石６２へに接続されてい
る。駆動コイル６４は、ケース６６へ接続されたコイル
支持レール８６へ接続されている。駆動コイル６４は、
組み立てられた検流計４４内の駆動磁石６２を取り囲ん
でいる。検流計４４の好適な実施例において、ミラー６
０、バネ７０、磁石挿入体７８、駆動コイル６４及びコ
イル支持レール８６はそれぞれの支持体へエポキシ接着
剤にて固定されている。

【００３５】ホール効果センサ９０及びゼロスラッグホ
ルダ９６がセンサ支持体９２へ接続されている。センサ
支持体９２はケース６６へ接続されている。センサ磁石
８２は、駆動磁石６２へ接続されたセンサ磁石支持体８
４へ接続されている。ゼロスラッグ９４（図３では示さ
れていないが、図２及び図１０には示されている）は、
ゼロスラッグホルダ９６へ移動可能に接続されている。
検流計４４の好適な実施例において、ホール効果センサ
９０、ゼロスラッグホルダ９６、センサ支持体９２及び
センサ磁石８２はそれぞれの支持体へエポキシ接着剤に
て固定されている。好適な実施例において、ホール効果
センサ９０はＳｐｒａｇｕｅ Ｃｏｒｐ．から販売され
ているモデルＵＧＮ３５０３Ｔ／Ｕホール効果磁石セン
サである。

【００３６】次にその作用について説明する。ミラー６
０は、駆動コイル６４が励磁されると角方向に振動す
る。駆動コイル６４内で電流により発生された電界は、
駆動磁石６２上に回転力を発生する。駆動磁石６２が回
転すると、バネ７０は駆動磁石６２に対して復元力を与
える。駆動コイル６４内の電流方向が逆転すると、駆動
磁石６２は駆動コイル６４内に発生した磁界及びバネ７
０の復元力によって逆回転方向へ駆動される。駆動コイ
ル６４にはコイル駆動回路（図１３及び１４に示した）
からの変動する電流が供給され、駆動磁石６２及び固着
ミラー６０内で非共振振動作用を起こす。コイル駆動回
路は、本願と同時に出願され、上記関連出願内に開示さ
れ、その内容が本願に盛り込まれた米国特許出願（発明
の名称「高精度で電子−機械装置を高速駆動する改良さ
れた方法及び回路」に開示され権利請求されている。駆
動磁石６２及びミラーの質量と形状の組み合わせ、そし
てバネ７０の剛性により、振動の予想できる自然周波数
を持つ構造が生成される。検流計４４の好適な実施例に
おいて、検流計は共振モードでは作動しないが、この自
然周波数が有利に使用される。この有利な使用の詳細は
以下に記載する。

【００３７】検流計４４は、ミラー６０と駆動磁石６２
とが精密な制御にて移動できるように構成されている。
この望ましい特徴に貢献する設計的特徴が幾つかある。
まず、ミラー６０は最小の慣性モーメントを持つように
形成されている。第２に、ミラー６０の回転軸は、ミラ
ーの反射面に極めて近い。第３に、駆動磁石６２とミラ
ーとの合成慣性モーメントは、磁石６２が発生できる駆
動力に比して比較的低い。第４に、ミラー６０は、その
角度振動中に交差軸変位は実質上生じない。第５に、ミ
ラー６０の後退は、ミラー６０、駆動磁石６２及びバネ
７０の組立体が自然周波数で駆動するときに、ミラーが
トラバースする速度とほぼ同じ速度で実行される。

【００３８】図２及び３において、検流計４４の全体サ
イズに対してミラー６０が大きく構成されていることが
理解される。これは、図１のサーマルプリンタ４０の特
性によるものである。走査レンズ４６は、入力ビームの
大きさに反比例した集束出力点（焦点のあったスポッ
ト）を生成する。５ミクロン前後の極めて小さな集束点
を達成するため、レーザユニット４２からの入力ビーム
は、半インチまたはそれより大きな大きさを持つもので
なければならない。加えて、レーザユニット４２からの
入力ビームは、所定角度でミラー６０に当たる。これに
より、入力ビームがミラー６０の反射面上に楕円形を形
成する（ｔａｋｅ ｏｎ）こととなる。入力ビーム全体
を完全に反射するため、ミラーは反射面上へのビームに
より形成される楕円の極限リミットまで伸長するに十分
な幅をもつものでなければならない。サーマルプリンタ
４０のこれら全ての特徴は、極めて幅の広いミラーが要
求される状態を作り出すこととなる。皮肉なことに、ミ
ラー６０の最大寸法は、ミラー６０の回転軸に対して直
交するように指向している。これにより、ミラー６０の
慣性モーメントの悪影響が最大化されるような状況が生
じることとなる。この結果、サーマルプリンタ４０の光
学的要求に支配された制限に合致した、合理的に可能な
限り慣性モーメントを小さくしたミラー６０を製造する
ことが重要となる。

【００３９】図４は、図３の検流計４４を破線４−４で
切断した部分断面図を示すものである。バネ７０は、駆
動磁石６２及びバネ支持体６８と係合した状態に示され
ており、バネ７０の非係合部（自由長）Ｌｆが残されて
いる。バネ７０は、中心ピン７４によってバネ支持体６
８内に配置された状態に保持されている。各中心ピン７
４は、その自由長Ｌｆを不用意に短縮させることなくバ
ネ７０を変位させるように平坦部が配置されるように組
み立てられている。第１及び第２自由端１３０及び１３
２は、それぞれ駆動磁石６２内に形成されたキャビテイ
（段）１３８のスライド１３４及び１３６に固定されて
いる。この構成によって駆動磁石６２は交差リーフバネ
及びフレクシュアの２組によって支持されることとな
り、各バネ７０は各セットの内の位置を形成する。

【００４０】ノッチ１３７の側１３４及び１３６は、相
互の対向方向が所定角度、検流計４４の好適な実施例で
は９０度となるように設定されている。自由端１３０及
び１３２が側１３４及び１３６に対して配置されると、
バネ７０は、自由端１３０と１３２との間に定められた
交差点が生じるように形成されることとなる。この交差
点がミラー６０に対する回転軸となる。

【００４１】キャビテイ１３８は、駆動磁石６２内に形
成される。この駆動磁石６２は、バネ支持体６８のバネ
保持部１４０を実質上包囲するように構成される。この
構成により、回転軸１４２は駆動磁石６２内に配置され
ることとなる。実際上、回転軸１４２は駆動磁石６２の
質量の中心軸及び駆動コイル６４の力の中心とほぼ合致
する。換言すれば、駆動磁石６２は、回転軸１４２を中
心として回転したときに慣性モーメントを最小限にする
ように支持されている。

【００４２】ミラー６０の反射面１５８は、回転軸１４
２から距離ｄだけ変位されている。ミラー６０に対する
支持装置は、この距離ｄを最小限に抑制する。この距離
ｄは、ミラー６０の厚さＴｍｉに等しく、また駆動磁石
６２の厚さＤのわずか半分である。これが、ミラー６
０、磁気挿入体７８及び駆動磁石６２の組立体の回転半
径Ｒｇを最小限とするために望ましい効果を持つ。この
組立体は、以下ミラー部材と呼び、図４に全体厚Ｔｍｅ
をもつものとして示されている。ミラー部材の慣性モー
メントは、回転半径Ｒｇの平方（二乗）で変化する。従
って、回転半径Ｒｇを最小限にすることは、ミラー部材
の回転モーメントを減少させる効果をもつこととなる。

【００４３】図５に、ミラー６０及びミラー部材の慣性
モーメントを低減するミラー６０の特徴を示すために、
ミラー６０が他の作用位置へ移動された状態の図４の検
流計を示す。ミラー６０の背側１６１は、駆動コイル６
４と干渉することなく、付加変位を生じさせるように解
放（傾斜）されている。この解放（傾斜）により、ミラ
ー部材の慣性モーメントが効果的に低減できることとな
る。ミラー６０は、実質的な変位を通じて移動し、ミラ
ーの回転半径Ｒｇは所望の小ささに保持される。検流計
４４の好適な実施例において、ミラー６０は図４の中立
位置の何れかの側へ７．８度変位している。小さい回転
半径Ｒｇにより、ミラー部材に対する慣性モーメントは
比較的低く保持されることとなる。更に、ミラー６０の
背面１６１の傾斜は、その外側端部で質量の低減をもた
らす。この質量低下もまた、ミラー部材の慣性モーメン
ト減少に貢献することとなる。

【００４４】図３には、ミラー部材の慣性モーメント低
減に寄与するミラー６０の更に他の特徴が示されてい
る。ミラー６０の反射面は、楕円計をシミューレートす
るように形成されている。図１のレーザユニット４２に
より生成されるビームは円形であるが、ビームがミラー
６０へ入射したときにはその反射が楕円形となる。これ
は、ミラー６０がビーム軸に対して鋭角状に指向されて
いることによる。ビームからの全エネルギーを確実に転
送するため、ミラー６０は最小幅Ｗｍｉ（即ちその回転
軸と直交した寸法）及び最小長さＬｍｉ（即ち、その回
転軸に沿った寸法）を持つ。最小長さは、図１のレーザ
ユニット４２及びミラー６０に対するビームの入射角に
よって生成されたレーザビームの大きさにより支配され
る。図１のサーマルプリンタ４０に使用されるミラーで
は、幅Ｗｍｉは長さＬｍｉよりも遥かに大きい。反射面
のコーナをトリミングにより除去（ｔｒｉｍｍｉｎｇ
ａｗａｙ）することにより、ミラー６０の質量と慣性モ
ーメントが大幅に低減される。

【００４５】図２において、所望の特性に寄与する検流
計４４の他の特徴が示されている。駆動磁石６２は比較
的長く且つ狭い構成であり、その全体形状はほぼ円柱状
である。駆動磁石がこのような形態であるので、トルク
−慣性比が大きくなり、検流計４４の効率的な全体設計
に貢献している。

【００４６】駆動コイル６４中の電流によって駆動磁石
上に生じたトルクは、駆動磁石６２の長さに比例してい
る。回転構造の慣性モーメントは、その回転軸方向の構
造寸法の関数として直線的に増大する。すなわち、回転
軸方向の寸法に比例する。このような構造の慣性モーメ
ントは、その回転軸に直交する寸法の３乗で増大してゆ
く。

【００４７】図１のサーマルプリンタ４０の作用におい
て、ミラー部材の慣性モーメントを低く（即ち、高いト
ルク−慣性比）保持しつつ、ミラー部材（即ちミラー６
０、駆動磁石６２及び磁気挿入体７８）に対して高トル
クを生成することが望ましい。レーザユニット４２によ
って制限されるミラー６０の寸法を最小限とすることに
より、所望比は駆動磁石６２の長さ（即ち、回転軸方向
の寸法）を増大することによって大きくなる。本発明の
好適な実施例において、駆動磁石６２はミラー６０の長
さＬｍｉの３倍の長さＬｍａを持つ。ミラー部材に対す
る慣性モーメントを所望の低い値に保持するため、駆動
磁石６２は、その長さＬｍａのわずか約１／４の厚さＤ
をもつ。

【００４８】高いトルク−慣性比を得るためには駆動磁
石６２の長さを比較的大きくすることが望ましいわけで
あるが、駆動磁石６２をどの程度の長さにするかという
点に現実的な制限が生じる場合がある。検流計４４は、
低電圧で作動する必要のある装置で使用される場合が多
い。所定の電圧に対して、駆動コイル６４の長さには制
限がある。駆動コイル６４がより長い駆動磁石６２を収
納するためにより大きな長さに設定されると、駆動コイ
ル６４中に電流を流すために必要とされる電圧が増大す
る。これにより、検流計４４に対する所定の作動電圧に
対し、駆動磁石６２の最大長さＬｍａが存在する。

【００４９】前述したごとく、サーマルプリンタ４０ま
たは他の特定装置に検流計４４が使用されると、ミラー
６０に特定サイズ要求が生じる。

【００５０】このようにして、検流計４４の多くの装置
に対して、駆動磁石６２の最大長さＬｍａ及びミラー６
０に対する最小サイズ及び慣性が存在する。我々は、こ
れらの制限内で、駆動磁石６２の厚さＤを最適化するこ
とが有利でることを見いだした。

【００５１】この駆動磁石６２の厚さＤの最適化は、次
の解析を用いることにより行われる。ミラー部材のトル
クと慣性との比Ｑが次の式で与えられると考える： Ｑ＝ミラーのトルク／慣性 ＋ 磁石の慣性； トルク＝Ｋｔ×ｒ² （Ｋｔは駆動磁石６２の長さの関数
である定数、ｒは駆動磁石６２の厚さＤの１／２Ｊ）； 磁石の慣性＝Ｋｉ×ｒ³ （Ｋｉは、駆動磁石６２の長さ
の関数である定数）； ミラーの慣性＝Ｉｍ（ミラー６０の関数である定数）；
従って、Ｑは次のようになる： Ｑ＝Ｋｔ×ｒ² ／Ｉｍ＋（Ｋｉ×ｒ² ） 特に、ミラー６０及び駆動磁石６２の長さのｒが比較的
小さい時、Ｑに対する式は次のようになる：Ｑ＝〜Ｋｔ
×ｒ² ／Ｉｍ；この式において、Ｑはｒの増大に伴って
大きくなる。

【００５２】ミラー６０及び駆動磁石６２の長さの特定
の一の文脈中でｒが比較的大きい時、Ｑに対する式は次
のようになる：Ｑ＝〜Ｋｔ／Ｋｉ×ｒ；この式におい
て、Ｑはｒの増大に伴って減少する。このように、ミラ
ーの慣性及び駆動磁石６２の長さの任意の特定の組み合
わせに対して、ｒの値はＱを最大値とするように選択す
ることができる。

【００５３】図２もまた、ミラー６０の交差軸変位の制
御に貢献する検流計４４の特徴を示す。ミラー６０は、
バネ７０から成る広い間隔を開けて配置された複数の支
持部材により支持されている。各バネ７０間の間隔は、
バネ７０を駆動磁石６２の対向端部に配置することによ
って増大する。本発明の好適な実施例において、各バネ
７０間の間隔は、ミラー６０の長さを越える。

【００５４】図４には、ミラー６０の交差軸変位の減少
に貢献する検流計４４の特徴が示されている。バネ７０
は、駆動磁石６２の厚さＤの１／２未満である自由長Ｌ
ｆを有する。リーフバネは、その自由長が該自由長に対
して直交する寸法よりも短い時に交差軸変位に対する極
めて高い抵抗を有する。この概念は、検流計４４の文脈
中でバネ７０の好適な実施例を詳細に考慮することによ
ってよりよく理解されるだろう。

【００５５】図６に、バネ７０の斜視図を示す。バネ７
０は、図４の回転軸１４２に対して直交する方向へ確実
に変位できるが、回転軸１４２に対して平行方向への変
位に対しては極めて抵抗が大きい。バネ７０は、数分の
１グラム（ｆｒａｃｔｉｏｎｏｆ ａ ｇｒａｍ）程度
の低い力を受けた時に所望の方向に変位する。回転軸１
４２とは平行方向への変位には、４ｋｇを越える力を加
えなければならない。この結果、バネ７０は、交差変位
に対して極めて抵抗の大きなミラー部材の取付系を構成
することとなる。

【００５６】バネ７０は、均一厚ｔを有する単一素材片
から成る。自由端１３０及び１３２には、それぞれ段１
５０及び１５２が形成されている。段１５０及び１５２
は、素材の減少部を自由端１３０及び１３２にそれぞれ
残すように形成されている。素材の各減少部は、図６に
高さＨ及び長さＬｆ（図４の自由長）をもつものとして
示されている。バネ７０の好適な実施例において、バネ
素材は０．００１５インチの厚さｔを持つ冷間圧延（ｃ
ｏｌｄ ｒｏｌｌｅｄ）ステンレススチールである。自
由長Ｌｆは０．０７６インチであり、高さＨは０．１２
０インチである。図１のサーマルプリンタ４０中に使用
されるタイプの作動可能な検流計は、ｔの寸法が約０．
００７インチ、Ｌｆの寸法が約０．２５インチ、Ｈの寸
法が約０．３６インチのものを用いて製造できる。これ
らの寸法制限内で形成されたバネ７０は、冷間圧延ステ
ンレススチールの耐久力（ｅｎｄｕｒａｎｃｅ）限界内
で作動する。素材の耐久力限界内で作用するバネは、通
常欠陥なく殆ど無制限数のサイクルを作動する。

【００５７】段１５０及び１５２のコーナーは、ステン
レススチールストリップの自由端１３０及び１３２互い
に交差して図６に示した形状を構成する時にクリアラン
スを与えるように切り込まれている。段１５０及び１５
２のコーナーを切り取ることにより、バネ７０はステン
レススチール素材の弾性限界を越える危険性なく形成さ
れ得る。この結果、バネ７０を形成した後に再テンパー
（焼戻し）する必要はなくなる。従来技術の検流計バネ
は形成後の再テンパーが必要であった。

【００５８】図２及び図３において、駆動磁石６２は２
個のバネ７０により支持されていることが理解される。
駆動磁石６２の両端部には、図４に示した各段１３７の
内の一がそれぞれ形成されている。これら各段は、互い
に同じ所定の角度方向と位置決めにて形成された側部１
３４及び１３６が形成されている。この結果、バネ７０
がその各段へ配置されると、両バネ７０の自由端１３０
及び１３２の交差点は互いに直接位置決めされる。もし
交差点が位置決めされないのであれば、駆動磁石６２は
バネ７０中に交差軸力を発生させる。こうした力は、バ
ネ７０中に望ましくない振動を与える。この作用により
生じた振動は、「オイル作用（oilcan effect ）」と呼
ばれることがある。通常、従来技術の交差撓みが検流計
ミラーを支持するために使用されると、この「オイル作
用」が問題となる。この作用を除去するためには、交差
した撓みの位置を合わせるという極めて大変な調整を必
要とする。これらの調整は、従来技術の検流計の組立後
に行われていた。本発明では、この交差点の所望の位置
合わせは、何等調整作用を必要とせずに行われる。駆動
磁石６２及びバネ７０の形状中における段の形状によっ
て、所望の位置合わせ及び「オイル作用」の除去が行わ
れるのである。

【００５９】バネ７０は、製造が容易であり且つ安価で
ある。これらは、最小限の努力で検流計４４内へ組み込
むことができ、取付た後の調整が不要である。従って、
バネ７０は、低コストサーマルプリンタに使用される検
流計内で用いるのに非常に適しているといえる。

【００６０】図７において、検流計４４の振動パターン
を示すグラフ線１００が表されている。時間関数として
の駆動磁石６２及びミラー６０の角度変位の関係が示さ
れており、横軸に時間を縦軸に角度変位をそれぞれとっ
ている。図７における時間周期の完全一サイクルには、
走査期間１０２及び帰線期間１０４が含まれる。グラフ
線１００の点１０６及び１０８は、走査期間１０の始点
及び終点におけるミラー６０の角度位置をそれぞれ示し
ている。ミラー６０が点１０６の位置にあるとき、図１
のレーザユニット４２が駆動され、対象物５０上の像の
一ラインの印刷が始まる。走査は、ミラー６０の角度変
位が時間の関数として直線状に変化するよう継続する。
番号１０８で示した時点において、走査が停止即ちレー
ザユニット４２がオフされる。ミラー６０はその後速や
かに番号１０６で示された位置へ戻される。点１０８か
ら１０６への移行中におけるミラー６０の動作は、帰線
（フライバック）として知られる。

【００６１】サーマルプリンタ４０の作動を成功させる
には、ミラー６０の走査と帰線が精密に制御された状態
で行われることが重要となる。ミラー６０の角速度は、
走査期間１０２の始点即ち時点１０６において一定でな
ければならない。

【００６２】図８は、帰線期間１０４を持つ図７のグラ
フ線１００の部分を拡大して示す。図７に示した点１０
６及び１０８に加え、図８のグラフ線１００の部分は、
２つの点１１０及び１１２をもつ。点１１０及び１１２
は、ミラー１６０が効果的な（有効）ゼロ角速度となっ
た時の点を表している。点１１０及び１１２は図７の走
査期間１０２外にあることに留意されなければならな
い。換言すれば、ミラー６０は、走査期間１０２中に一
定速度（即ち加速なしに）で移動する。また、図７より
明らかなように、帰線期間１０４はミラー６０の全振動
サイクル（走査期間１０２＋帰線期間１０４）のわずか
に約１５％を占めるに過ぎないことにも注意しなければ
ならない。これらの要素は、ミラー６０が帰線期間１０
４中は２倍の速度となるような加速を要求するものであ
る。

【００６３】図９は、ミラー６０の角加速度（垂直軸）
を時間（水平軸）の関数として示したグラフである。更
に、図９にはミラー６０に加えなければならない力を、
必要に応じてミラーを加速するための時間の関数として
示したグラフ図である。図９のグラフ図は、ミラー加速
度及びミラー力グラフ線１２０（実線で示した）及びバ
ネ力グラフ線１２２（破線で示した）を含む。グラフ線
１２０及び１２２は、時間的に図８のグラフ線１００の
角変位に対応している。このように、グラフ線１２０
は、図８のグラフ線１００により表されたミラー６０の
動的角変位を達成するために必要な加速の大きさと方向
を表したものである。加えて、力は加速に比例するの
で、グラフ線１２０は、グラフ線１００で表された動的
角変位を達成するためにミラー６０へ加えなければなら
ない力の大きさ及び方向を表すこととなる。

【００６４】検流計４４の作動中にミラー６０へ加えら
れる力は、２個の源から供給される。第１の源は、駆動
磁石６２回転させるために作動する駆動コイル６４によ
り発生する磁界である。第２の力源は、バネ７０の復元
力である（即ち、走査期間１０２中にバネ内に蓄積され
たエネルギーにより生成される力）。これら２個の力源
は、図９にグラフとして示した。グラフ線１２２は、バ
ネ７０により発生した力の大きさと方向を示す。グラフ
線１２０は、図８のグラフ線１１０により表される加速
を生成するために必要な総所要力の大きさと方向を示
す。バネ力が要求量を超えてしまうこともあれば、バネ
力が不十分な場合もあることが理解される。バネ力と要
求力との差は、駆動磁石６２中にトルクを生成する磁界
を発生する駆動コイル６４中の電流によって生成され
る。グラフ線１２０と１２２との間の斜線部は、ミラー
６０のレトレース中に駆動コイル６４により生成された
力の大きさと方向を示す。

【００６５】例えば、図９の時間ｔ１において、グラフ
線１２０は、所望の加速を生成するために必要な力がグ
ラフ線１２２により示されたバネ７０により生成された
力を超えたことを示している。この結果、時間ｔ１でラ
イン１２０と１２２との間の斜線領域によって表される
能動補助力を生成するためにコイル６４が必要となる。
図９における後の時間ｔ２において、グラフ線１２０
は、所望の加速を生成するために必要な力は、バネ７０
により生成される力の量よりも小さいことを示してい
る。この場合、コイル６４はバネ７０の力から逆の大き
さの力、即ち制動作用を生成しなければならない。

【００６６】検流計４４は、ミラー６０が共振モードで
振動された時に移動する速度にほぼ対応する速度でその
帰線期間１０４を解して移動するよう構成されている。
この概念は、自然振動周波数及び検流計４４の好適な実
施例の所望作動周波数を考慮することによって理解され
る。好適な実施例において、図１のサーマルプリンタ４
０は毎秒２０走査を行う。ミラー６０の完全振動は、走
査に対しては８５％に、そして帰線に対しては１５％に
分割される。帰線に対して割り当てられる時間は、従っ
て７．５ミリ秒となる。これは、もしミラー６０、駆動
磁石６２及びバネ７０の組立体の自然振動周波数が約７
０Ｈｚであるならば、帰線がバネ力のみで行えることを
意味する。この結果、サーマルプリンタ４０における使
用では、検流計４４はミラー６０の自然振動周波数が約
５０−１２０Ｈｚになるように構成されることとなる。

【００６７】帰線の速度が検流計４４の自然周波数であ
るときには、駆動コイルにより生成された力は、低レベ
ルに保持され、検流計４４の所要電力は低く保持される
という利点が得られる。検流計４４の好適な実施例にお
いて、ミラー６０が走査期間１０２が始まる前に図８の
点１０６で一定角速度に達することが確保されるよう、
帰線加速度の所望形状を実行するためにのみ使用され
る。その自然周波数にほぼ対応した帰線を伴う検流計４
４の作用は、ミラー６０の各振動サイクルにおいて、帰
線期間１０４から走査期間１０２への円滑な移行を可能
とするものである。

【００６８】帰線が自然周波数の周期の１／５以下の時
間で実行されると、検流計４４は過度に高いピーク電圧
の電力量を要求することとなる。更に、このような帰線
速度と自然周波数との粗雑ミスマッチにより、ミラー６
０中へ振動を導入されることとなり、これがサーマルプ
リンタ４０により生成された像を劣化させる悪影響を及
ぼす。

【００６９】検流計４４に対する所望の角変位−時間関
係を生成するため、任意時間におけるミラー６０の角位
置を定める必要がある。この位置決めは、図２に示した
ホール効果センサ９０により生成された信号を用いるこ
とにより達成される。ホール効果センサ９０は、周知の
原理に従って作動し、図２のセンサ磁石８２の動作によ
って生成された磁界の変化を測定する。センサ磁石８２
は駆動磁石６２に接続される。従って、センサ磁石８２
の位置は、駆動磁石６２及びミラー６０の角度位置を示
すこととなる。

【００７０】図１０は、図３の破線１０−１０で切断さ
れた検流計４４の部分断面図を示す。この図は、センサ
磁石８２、ホール効果センサ９０、センサ支持体９２、
ゼロスラグホルダ９６、ゼロスラグ９４及び補償コイル
９８の物理的関係を詳細に表したものである。ホール効
果センサ９０（以下センサ９０という）は、接着剤によ
ってセンサ支持体９２へ接続されている。補償コイル９
８は、ゼロスラグホルダ９６の回りでその内部に形成さ
れた溝内に巻回されている。好適な実施例において、ゼ
ロコイル９８は、Ｎｏ．３６銅ワイヤを３１回巻回して
成る。ゼロスラグホルダ９６は、その表面がセンサ９０
の表面と近接した状態でセンサ支持体９２に接続されて
いる。補償コイル９８はセンサ支持体９２の内部に配置
されている。ゼロスラグ９４は、ゼロスラグホルダ９６
に形成されたネジを介してゼロスラグホルダに接続され
ている。ゼロスラグ９４は、ゼロスラグホルダ９６に沿
って長手方向に移動（ネジとして回転されることによ
り）するよう設置され、これによってゼロスラグ９４と
センサ９０との間のギャップが要求に応じて調節される
こととなる。

【００７１】好適な実施例において、センサ磁石８２
は、±０．００５の位置決め誤差許容範囲をもって、セ
ンサ９０から約０．０１０インチの所に位置決めされて
いる。センサ磁石８２はセンサ９０から０．０５０イン
チ程度離れていても、所望の検流作用をはたし得ること
が確認されている。検流計を大量生産する観点から見れ
ば、この程度の許容範囲の間隔を使用できるということ
は、極めて大きな利点となる。磁気位置センサを用いた
検流計は、従来のコンデンサを用いた位置センサに比し
て遥かに低コストで製造可能である。これは、コンデン
サを用いた位置センサは、センサ素子間を０．００１イ
ンチまたはそれ未満の間隔で且つ±０．０００２インチ
またはそれ未満の許容範囲での制御を必要とするからで
ある。

【００７２】次に作用を説明する。センサ９０は、セン
サ磁石８２の角位置を示す信号を生成する。正確な位置
信号を生成するため、センサ９０には、駆動コイル６４
及び駆動磁石６２により発生した磁界の歪作用を除去す
るシステムが設けられている。もしこれらの磁界がセン
サ９０上で作用するように残されたならば、センサの発
生する信号は実質上使用不能となる。センサ９０は、そ
の近傍での変化磁界の強さを示すが、必然的にセンサ磁
石８２の位置を示すこととなる。

【００７３】ホール効果センサは、これまでビーム走査
検流計には使用されていなかった。典型的な検流計で
は、駆動磁石はそれ自体の磁界を有しており、駆動コイ
ルにより生成された他の磁界内で作用する。この作用モ
ードの正味作用は、ミラー駆動機械の大きさがミラーの
角位置とは線状関係にないということである。従って、
振動検流計ミラーの角位置を検出するホール効果センサ
を用いた従来装置は存在しなかった。

【００７４】検流計４４の現在の構造は、ミラー６０の
角位置を示す第２及び分離可能磁界を生成することによ
ってこの問題を解決できる。位置表示磁界は、駆動磁石
６２上にトルクを生成する磁界から分離及び隔離された
センサ磁石８２によって生成される。しかしながら、セ
ンサ磁石８２を用いたとしても、なおかつ駆動磁石６２
及び駆動コイル６４により発生した磁界を無視すること
はできない。図１１及び１２において、検流計４４中に
おける種々の磁界の相互作用の模式図を示す。図１１及
び１２は、図２における駆動磁石６２、駆動コイル６
４、センサ磁石８２及びセンサ９０を象徴的に示す。磁
界Ｆｒは、センサ９０に対して作用し、センサ９０は、
図４の回転軸１４２に対するセンサ磁石８２の角位置の
関数として変化する信号を生成する。駆動磁石６２の制
限回転量（検流計４４の好適な実施例において１６度未
満）内で、センサ９０からの出力信号は、センサ磁石８
２の回転に伴って線形に変化する。

【００７５】図１２は、駆動コイル６４内における電流
によって生成された他の磁界Ｆｉを示したものである。
この磁界Ｆｉもまたセンサ９０に対して作用し、センサ
９０に対して磁界Ｆｉの大きさの関数である信号を生成
させる。磁界Ｆｉの大きさは、任意時間に駆動コイル６
４を通過する電流量の関数である。被駆動磁石６２の回
転は図２のバネ７０により発生した力によって部分的に
制御されるので、駆動磁石６２の角位置は駆動コイル６
４中の電流の大きさとは線形に関連しない。この結果、
磁界Ｆｉは、駆動磁石６２の角位置とは線形に関連しな
いこととなる。

【００７６】もし２個の磁界Ｆｉ及びＦｒがセンサ９０
に対して自由に作用するのであれば、センサ９０はセン
サ磁石８２の角位置を示さない信号を生成することとな
る。従って、センサ９０上の磁界Ｆｉの好ましくない作
用を除去する補償システムを設ける必要がある。

【００７７】図１３に、センサ９０の出力信号に対して
希望する補償を行うために使用される検流形４４の一部
を象徴的に示す。図１３は、図１２の駆動コイル６４及
び補償コイル９８、コイル駆動回路１６２及びインバー
タ１６４を含む補償回路１６０を象徴的に示したもので
ある。コイル駆動回路１６２は、本願と同時に出願され
前記関連出願の項に記した米国特許出願（発明の名称
「高速度且つ高精度で電子−機械装置を駆動するための
改良された方法及び装置」）に開示及び権利請求されて
いる。また、図１３には、図２の駆動磁石６２、センサ
磁石８２、センサ９０及びゼロスラグ９４が示されてい
る。

【００７８】コイル駆動回路１６２の出力は駆動コイル
６４及びインバータ１６４の入力に接続されている。イ
ンバータ１６４の出力は、補償コイル９８に接続されて
いる。

【００７９】次に作用を説明する。補償回路１６０は、
任意時間において図１２の磁界Ｆｉとは逆極性の磁界Ｆ
ｃを生成する。磁界Ｆｃは、通常磁界Ｆｉとは同じ磁界
ではない。しかし、磁界Ｆｃは、センサ９０に極めて近
い位置で生成される。従って、センサ９０の局部領域で
は、２個の磁界Ｆｃ及びＦｉは、常に逆極性であり、セ
ンサ９０に対するその合成作用は、実質上ゼロになる。
磁界Ｆｉの作用を完全に除去するため、ゼロスラッグ９
４がセンサに対して近接または離隔移動する。ゼロスラ
グ９４は、軟鉄、ニッケルまたはフェライト等の高透磁
性素材からなるロッドである。補償コイル９８に対する
その位置が、補償コイル９８が生成する磁界の大きさに
影響を及ぼす。このようにして、ゼロスラグ９４の位置
を調整することにより、補償コイル９８はセンサ９０に
対する磁界Ｆｉの作用を完全に排除する磁界を生成する
よう設定されることとなる。

【００８０】図１４は、センサ９０に対する所望の補償
作用を生成する他の技術を示す。図１４は、補償回路１
８０を示す。補償回路１８０は、図１３のコイル駆動回
路１６２、抵抗１８４、増幅器１８６及び図２の駆動コ
イル６４及びセンサ９０と組み合わされた加算器１８８
を含む。コイル駆動回路１６２の出力は、駆動コイル６
４の第１端子に接続されている。駆動コイル６４の第２
端子は、端子１９０、増幅器１８６の入力、そして抵抗
１８４の第１端子、へそれぞれ接続されている。抵抗１
８４の第２端子は、端子１９２及び接地電圧である基準
電圧にそれぞれ接続されている。増幅器１８６の出力
は、加算器１８８の第１入力に接続されている。センサ
９０の出力は、加算器１８８の第２入力に接続されてい
る。加算器１８８の出力は、コイル駆動回路１６２の入
力に接続されている。図１３はまた、センサ９０が図１
１及び１２の２個の磁界Ｆｉ及びＦｒにより作用を受け
ることを模式的に示す。

【００８１】次に作用を説明する。図１４の補償回路１
８０は、センサ９０からの出力信号の変更を生成する。
変更は、駆動コイル６４を通過する電流の関数であり、
磁界Ｆｉにより生成されたセンサ９０からの出力信号の
一部を除去する。これは、次の式に従って増幅器１８６
に対するゲインＫを選択することにより達成される：Ｋ
＝ −Ｈ（Ｆｉ／ｉ）。ここでＨはセンサ９０のゲイ
ン、ｉは抵抗１８４を通過する電流である。加算器１８
８は、２個の入力信号の総和に等しい出力を生成する。
センサからの入力信号Ｓｓは、次の式により与えられ
る：Ｓｓ＝Ｈ×Ｆｉ＋Ｈ×Ｆｒ。増幅器１８６からの入
力信号Ｓａは、次の式で与えられる： Ｓａ＝Ｋｘｉま
たは−Ｈ（Ｆｉ／ｉ）ｘｉ。ＳａがＳｓに加算される
と、その結果加算器１８８から生じる出力信号Ｓｏは次
の式で与えられる： Ｓｏ＝ＨｘＦｒ。この出力信号は
Ｓｏは、図２のセンサ磁石８２の角位置のみを示すもの
であり、図２のミラー６０の所望の移動を生成するため
の駆動コイル６４を介した適切な電流量を駆動するため
にコイル駆動回路１６２によるフィードバック信号とし
て使用される。

【００８２】センサ９０のゲインＨは、センサ磁石８２
の磁化と、センサ９０とセンサ磁石８２との間の空隙の
大きさとの関数である。これらの要素は各検流計４４に
対して変化するものであるから、各検流計に対して唯一
の増幅器ゲイン値Ｋを選択する必要がある。

【００８３】上述した補償システムは、特に、図２の検
流計４４が高解像度（即ち２０００ドット／インチまた
はそれ以上）像を生成する図１の各サーマルプリンタ４
４の内の一に使用される時に有用である。図２のミラー
６０がそうした高解像度画像を生成するために走査され
るとき、コイル駆動回路１６２から発生する駆動電流に
多くの個別増分変化を起こすことが必要になる。これら
の各変化は、短い時間の間においてのみ生成される。換
言すれば、それらは制御パルスであると考えられる。２
０００ドット／インチの程度の像の分解能を達成するた
め、約２ＫＨｚの周波数でこれらの制御パルスを生成す
ることが望ましいことが見いだされた。

【００８４】以上のように、サーマルプリンタ４０の好
適な実施例では、センサ９０は２ＫＨｚまたはそれ以上
の周波数で正確な位置情報を生成可能でなければならな
い。高周波数装置において、センサ９０に対する駆動コ
イル６４の磁界の作用を除去することが特にポイントと
なる。その理由は、センサ９０の応答性を周波数の関数
として考慮することによって理解することができる。

【００８５】図１５は、所望の名目変位グラフ線２０４
に対するミラー６０の仮定的増分変位を示したものであ
る。図１５はまた、グラフ線２００で示したミラー６０
の変位を生成するために必要な仮定的トルクを表すトル
クグラフ線２０４をも示すものである。変位グラフ線２
００及びトルクグラフ線２０４は、横軸に沿って示され
た時間に対する図１５の垂直軸に沿って増大及び減少す
ることによって示される。名目変位グラフ線２０２は、
図７の走査期間１０２中における何れかの時間において
ミラー６０の所望変位として示される。検流計４４の実
際の装置ではミラー６０の名目変位は時間の関数として
変化するわけであるが、明瞭化のため、グラフ線２０２
の名目変位は、直線として示されている。

【００８６】図１５は、ミラー６０に対してトルクを時
間の関数として段階的に印加された時にミラー６０がト
ルク印加開始時点、例えば時間ｔ１で加速し始めること
を示している。トルク印加は段階中は継続されるので、
ミラーは加速しつづけ、例えば時間ｔ２に示されるよう
に所望の名目変位位置をオーバシュートする。ミラー６
０を名目変位位置へもってくるため、逆の大きさのトル
クが時間ｔ２でミラーへ加えられる。ミラー６０は名目
変位位置の方向にむけて加速しはじめるが、時間ｔ３で
はこの位置をオーバシュートする。再び、トルクがミラ
ーへ加えられて、時間ｔ３で名目変位位置へ駆動され
る。

【００８７】加速中におけるミラー６０の変位は、時間
の２乗の関数として変化する。従って、もしミラー６０
の加速期間が時間と共に減少するものであれば、この結
果生じるミラー６０の変位は二次的要素により減少す
る。

【００８８】図１６は、所望名目変位グラフ線２２２に
対するミラー６０の仮定増分変位グラフ線２２０及び仮
定トルクグラフ線２２４を示す。図１６は、図１５のグ
ラフ線２０４と同じ大きさのトルクを表すトルクグラフ
線２２４を示す。トルクの印加周波数は、図１５に示し
た周波数を２倍した状態で図１６に示されている。変位
グラフ線２２０及びトルクグラフ線２２４は、横軸に沿
って示された時間に対して図１６の立て軸に沿って増大
及び減少することが示されている。図１６に示された時
間は、図１５の時間と同じである。図１５におけるグラ
フ線２０２に対する場合に説明したように、名目変位グ
ラフ線２２２は、図７の走査期間１０２中の或時間にお
いてミラー６０の所望変位を表す。

【００８９】図１６は、ミラー６０に対してトルクが時
間の関数として段階的に印加されあ時、ミラー６０はト
ルクの印加開始時点例えば時間ｔ１において加速開始す
ることが示されている。トルク印加は段階中継続するの
で、ミラー６０も加速し続け、例えば時間ｔ２で示され
るように所望名目変位位置をオーバシュートする。しか
し、ミラー６０のオーバシュートは、図１５におけるよ
りもかなり小さい。これは、較正トルクステップの印加
周波数は倍増されているために図１５の時間のわずか半
分の時間の間だけミラーが加速するからである。

【００９０】一般的事項として、較正トルク印加周波数
を増大することは、それぞれが周波数を倍増するに従
い、４の因数（ｆａｃｔｏｒ）による変位のオーバシュ
ートを低減することになる。このようにして、高周波で
の較正トルク印加は、ミラー６０の変位を精密に制御す
るために望ましい技術であり、これによって所望の名目
変位の経路に沿うこととなる。

【００９１】図１７は、センサ９０の電圧出力の２個の
成分をグラフ表示したものである。これらの成分は、図
１６に示した仮定動作に応答するセンサ９０の下で生じ
る。第１グラフ線Ｖｔは、図１６のトルクグラフ線２２
４のトルクを生成する磁界によってセンサ９０中に発生
した電圧を表す。第２グラフ線Ｖｍは、図１６のグラフ
線２２０により表されるミラー６０の変位によりセンサ
９０中に発生した電圧を表す。グラフ線Ｖｔは、図１６
のグラフ線２２４と同じ形状である。理由は、ミラー６
０を駆動するために必要なトルクはトルクを生成するた
めに必要な磁界の束に比例するからである。グラフ線Ｖ
ｍは、図１６のグラフ線２２０と同じ形状である。理由
は、ミラー６０の変位は、変位に比例する電圧をセンサ
内に生成するからである。

【００９２】図１８は図１７の電圧Ｖｔ及びＶｍを示す
グラフであるが、電圧Ｖｔを生成するトルクの印加周波
数がより高くなっている。図１８に示した周波数は図１
７の周波数よりも４倍大きい。Ｖｍの大きさは、ミラー
６０が正しいトルクが一回印加される間にミラー６０が
加速される時間の２乗の関数として変化する。トルク印
加周波数が４のファクタで増大するとき、Ｖｍの大きさ
は１６のファクタにより減少する。電圧Ｖｔの大きさ
は、適切なトルクがミラー６０へ印加される周波数によ
っては影響されない。このようにして、図１８中のグラ
フ線Ｖｍは、電圧Ｖｔの大きさに比して極めて小さい電
圧Ｖｍの大きさを示すこととなる。

【００９３】図１９は図２の検流計４４の好適な実施例
における電圧ＶｔとＶｍとの間の関係を表す周波数範囲
グラフ図を示す。グラフ線Ｖｍ＋Ｖｔ（破線で示す）
は、センサ９０からの現在の出力電圧を示す。図１９
は、縦軸上における種々の対数電圧値及び横軸上の種々
の対数周波数値を示したものである。グラフ線Ｖｍ及び
Ｖｔ（双方共実線で示した）は、ミラー６０へ印加され
たトルク量から生じたセンサの出力電圧を示す。ミラー
６０は、トルクが印加される周波数により、与えられた
トルク量に対して異なる量を変位をすることが明かであ
る。検流計４４の共振周波数（例：約１００Ｈｚ）未満
の周波数では、ミラー６０の慣性抵抗は低くなり、これ
により与えられたトルクはミラー６０の実質的な変位を
生成する。この結果、実質的な電圧Ｖｍ（即ち、１ボル
ト以上）がトルクに応答してセンサ９０により生成され
る。共振周波数に近い周波数では、共振モードでミラー
６０を振動させるのに必要とされるトルクは極めて小さ
くて済むために、電圧Ｖｍは非常に高くなる。共振周波
数よりも高い周波数では、電圧Ｖｍは増大する周波数の
関数として速やかに減少する。これは、ミラー６０の慣
性抵抗が、図２のミラー６０及びバネ７２の全体変位抵
抗中における支配的ファクタとなるからである。３００
Ｈｚの周波数では、ＶｍはＶｔよりも著しく大きくはな
い範囲に入る（Ｖｔは、ミラー６０に対するトルクを生
成する磁界に応答してセンサ９０により生成された電
圧）。２ｋＨｚ以上の周波数では、複合グラフ線Ｖｍ＋
Ｖｔはグラフ線Ｖｔとほぼ同じ形状になる。換言すれ
ば、センサ９０からの出力電圧は、ミラー６０を駆動す
る磁界の作用により完全に支配されることとなる。

【００９４】このように、トルクの補正パルスが２ｋＨ
ｚ以上の所望のレートで印加されるときには、上述した
ような補償システムを用いることなくミラー６０の位置
を決めるためにセンサ９０を使用することは不可能にな
る。

【００９５】本発明の上記実施例は、本発明の概略的原
理を説明したものに過ぎないことが理解されなければな
らない。当業者であれば、上記原理に基づいて種々の変
更を行うことが可能である。例えば、詳細な説明の項で
記載したサーマルプリンタの作動速度として記載された
２０走査／秒より大きなまたは未満の走査周波数で検流
計を駆動することが可能である。更に、検流計はスライ
ドのサーマルプリンテイング以外の装置にも適用でき
る。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ミラーのが両側において中央部よる薄く形成されてい
る。そこで、ミラーの慣性モーメントが低くなり、非共
振振動を効果的に行える。またミラーを支持する回転磁
石を包囲する駆動電流コイルに密接して振動することが
できる。

【００９７】また、背面は、ミラーの幅方向端部におい
てミラーの厚さを減少させるような方向に傾斜してお
り、これによってミラーの慣性モーメントが低減され
る。

【００９８】また、ミラーは傾斜エッジを有して、これ
がコイルと干渉することなくミラーの振動に対するクリ
アランスを与える。

【００９９】また、ミラーは、コイル力の中心とほぼ一
致した振動軸を有し、ミラーの背面は、コイルからミラ
ーの最大厚よりも小さい距離を隔てて配置されている。
そして、ミラーは、その背面に形成された少なくとも一
の傾斜エッジを有し、これによってコイルと干渉するこ
となくミラーの振動に対するクリアランスを与えること
ができる。

【０１００】更に、磁石は、振動軸を中心として回転す
ると共に、ミラーを支持するように取り付けられ、この
磁石は２組の交差バネにより支持される。磁石は、ミラ
ーの長さよりもかなり大きい長さを持ち、２組のバネは
ミラーの長さよりも大きな距離を互いに変位した点で磁
石に固定されている。これによって、効果的なミラーの
振動を行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が有用性を見いだすサーマルプリンタの
部分模式的構成を示す図である。

【図２】本発明に係るビーム走査検流計の分解斜視図で
ある。

【図３】図２の検流計を組み立てた状態の斜視図であ
る。

【図４】本発明に従って形成されたミラーの詳細図を示
した、点線４−４に沿って切断した第１作用位置での検
流計の部分断面図である。

【図５】第２作用位置における図４の同じ検流計の断面
図である。

【図６】図３の検流計の部分であるバネの斜視図であ
る。

【図７】図３の検流計のミラーの時間に対する角度変位
を示すグラフ図である。

【図８】図７に示したグラフの一部を詳細に示した図で
ある。

【図９】図３の検流計のミラーの加速及びミラー上へ加
わる値からのグラフ表示の時間に対するグラフ表示を示
す図である。

【図１０】図３の１０−１０線で切断した部分断面図で
ある。

【図１１】図３の検流計の一部及びこれに加わる第１磁
気フィールドを象徴的に示した図である。

【図１２】図１１の検流計の同じ部分に第２磁気フィー
ルドが加わる状態を象徴的に示した図である。

【図１３】模式的ブロック図フォーマットにおいて、図
３の検流計の作用における有用性を見いだす第１補償回
路を示す図である。

【図１４】図３の検流計の作用における有用性を見いだ
す第２補償回路を模式的に示す図である。

【図１５】図３の検流計のミラーに加えられたトルク及
びその結果生ずるミラーの変位を時間軸上でのグラフ関
係で示した図である。

【図１６】図１５と同じグラフ関係において、より高い
周波数でトルクが加えられた場合を示す図である。

【図１７】図３の検流計のセンサの種々の時間と電圧出
力とのグラフ関係を示す図である。

【図１８】図１７と同じグラフ関係において、図３の検
流計のミラーに加えられるトルクの周波数がより高い場
合を示す図である。

【図１９】図３における印加トルクの周波数と検流計の
センサの種々の電圧出力とのグラフ関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

４０ サーマルプリンタ ４２ 変調レーザユニット ４４ ビーム走査用検流計 ４６ 走査レンズ ４８ 支持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ４１Ｊ 29/42 Ｆ 8804−2Ｃ Ｇ０１Ｒ 5/00 Ｂ 6912−2Ｇ Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４ Ｚ 7251−5Ｃ (72)発明者 ジョン マイケル クレソック アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14058 エルバ バービル ロード 5004

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射する光ビームを走査する振動検流ミ
   ラーにおいて、 振動軸と平行方向の長さと、振動軸と直交方向の幅と、
   をもつ反射面と、 反射面に対向した背面と、 傾斜した背面と、を含み、 該背面は傾斜しており、この傾斜は、振動検流ミラーの
   幅方向端部の厚さを減少するように形成され、これによ
   って該ミラーの慣性モーメントが低減されることを特徴
   とする振動検流ミラー。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のミラーにおいて、前記
   背面の傾斜は、振動検流ミラーの厚さが、その中央部か
   ら幅方向端部に向かうにつれて徐々に減少してゆくよう
   に形成されていることを特徴とする振動検流ミラー。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のミラーにおいて、前記
   ミラーの長さ及び幅は、入射する光ビームの形状にほぼ
   対応しており、且つミラーの幅は、ミラーの長さよりも
   充分大きいことを特徴とする振動検流ミラー。
4. 【請求項４】 反射面及び該反射面に対向した背面を有
   するミラーと、 該ミラーを支持する振動磁石と、 該振動磁石を取り囲むコイルと、を含み、 前記ミラーは、前記コイルと干渉することなくミラーの
   振動のための遊びを与えるようにその背側に形成された
   少なくとも一の傾斜エッジを有することを特徴とするビ
   ーム走査検流ミラー。
5. 【請求項５】 幅及び長さを有する反射面と、該反射面
   に対向した背面と、を有するミラーと、 該ミラーの背面に接続された磁石と、を含み、 前記ミラー及び磁石は振動軸を中心として回転するよう
   取り付けられ、 前記磁石は、ミラーの幅よりもかなり小さい厚さをも
   ち、 磁石とほぼ同じ大きさの開口が貫通形成され、磁石を取
   り囲むコイルを備え、 ミラー及び磁石の振動軸はコイルの開口内に位置し、 前記ミラーは、コイルと干渉することなくミラーの振動
   のための遊びを与えるようその背側に形成された少なく
   とも一の傾斜エッジを有することを特徴とするビーム走
   査検流計。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のビーム走査検流計にお
   いて、ミラーの背面は、コイルからミラーの最大厚さ以
   下の距離を以って隔離されていることを特徴とするビー
   ム走査検流計。
7. 【請求項７】 回転可能に支持された磁石に固定され、
   最大厚さをもつミラーを有し、 前記磁石には、力中心をもつ駆動コイルが取り巻くよう
   に形成され、 前記ミラーは、コイルの力中心とほぼ位置合わせされた
   振動軸を有し、 ミラーの背面は、ミラーの最大厚さ以下の距離だけコイ
   ルから隔離され、 ミラーは、コイルと干渉することなくミラーの振動のた
   めの遊びを与えるようその背側に形成された少なくとも
   一の傾斜エッジを有することを特徴とするビーム走査検
   流計。
8. 【請求項８】 幅及び長さをもつ反射面を有するミラー
   と、 振動軸を中心にして回転すると共にミラーを支持する磁
   石と、を含み、 前記ミラーは、ミラーの幅よりかなり小さい厚さと、ミ
   ラーの長さよりかなり大きい長さと、をもつことを特徴
   とするビーム走査検流計。
9. 【請求項９】 請求項８に記載のビーム走査検流計にお
   いて、前記磁石の長さは、ミラーの長さよりも約３倍大
   きいことを特徴とするビーム走査検流計。
10. 【請求項１０】 請求項８に記載のビーム走査検流計に
    おいて、前記磁石の長さは、磁石の厚さよりも約４倍大
    きいことを特徴とするビーム走査検流計。
11. 【請求項１１】 長さをもつ反射面を有するミラーと、 振動軸を中心として回転すると共にミラーを支持する磁
    石と、を含み、 前記磁石は２組の交差バネにより支持され、 磁石はミラーの長さよりもかなり大きい長さをもち、 前記２組のバネは、ミラーの長さよりも大きな距離を介
    して互いに隔てられた位置で磁石に固定されていること
    を特徴とするビーム走査検流計。
12. 【請求項１２】振動軸を中心として回転すると共に該振
    動軸に対して慣性モーメントを持つミラーと、 ミラーの振動軸を中心として回転すると共にミラーを支
    持する磁石と、を含み、 該磁石は、厚さと、振動軸に対する慣性モーメントと、
    をもち、 磁石は、コイルにより実質的に包囲され、 コイルへ電流が流されたときに磁石はトルクを生成し、 磁石の厚さは、磁石により生成されたトルクと磁石及び
    ミラーの慣性モーメントの総和との比が最大となるよう
    に設定されていることを特徴とするビーム走査検流計。