[发明专利]光偏转器和使用该光偏转器的光学仪器

说明书

技术领域

本发明涉及光偏转器和生产光偏转器的方法，以及例如使用这样的光偏转器的诸如成像装置或显示设备的光学仪器。本发明的光偏转器适用于其中图像是基于光的偏斜扫描而投射的投影显示器，或者诸如激光束打印机或数字复印机的具有电子照相方式的成像装置。

背景技术

关于这样的光偏转器，已经提出了各种光学扫描系统或光学扫描设备，其中，具有反射面的可活动元件按正弦波方式振荡，以使光偏转。与使用旋转多边形反射镜(多面反射镜)的扫描光学系统相比，具有基于共振现象按正弦波方式振荡的光偏转器的光学扫描系统具有诸如下列的一些有益特征。即，可以使光偏转器的尺寸相当小；功率消耗低；特别是，由单晶硅制成的并通过半导体工艺生产的那些光偏转器从理论上来讲没有金属疲劳并具有良好的耐久性。

在这样的光偏转器中，相对于所需的驱动频率，预先确定要作为目标的固有振荡模式的频率。对于光偏转器的生产方法，也有某些良好的建议。一个示例是：一种平面电检镜包括具有反射面的可活动板和线圈，并被弹性地支撑，用于相对于扭转轴进行振荡运动，在可活动板的相对端提供惯性负载部分，将激光束投射到其上以去除质量，以便调整转动惯量，并获得所需要的频率(参见下面的专利文件No.1)。

另一个示例是：用质量构件(例如通常是树脂)涂覆可活动板，并基于上文所描述的原理来调整频率(参见专利文献No.2)

另一方面，基于共振现象的某些光偏转器使用这样的方法：在扭转振荡方向同时激励两种或更多种固有振荡模式，以执行不同于正弦光学扫描的光学扫描。这涉及这样的光偏转器：同时激励围绕同一个中心轴的两种或更多种固有振荡模式，以产生斩波状的大致恒定的角速度扫描(参见专利文献No.3)。图18是用于说明这种光偏转器的方框图。

在图18中，一般在1012表示的光偏转器包括第一可活动元件1014、第二可活动元件1016、用于连接并弹性地支撑它们的第一扭力弹簧1018、用于弹性地支撑第二可活动元件1016和机械接地表面1023的第二扭力弹簧1020。所有这些组件都可以通过驱动单元1030围绕扭转轴1026被扭转振荡。第一可活动元件1014具有反射面，用于偏转光，并且响应第一可活动元件1014的扭转振荡，而使来自光源的光在进行扫描时发生偏转。至于围绕扭转轴1026的扭转振荡，光偏转器1012具有参考频率的一阶固有振荡模式，以及大致为参考频率的三倍的频率的二阶固有振荡模式。驱动单元1030以两种频率驱动光偏转器1012，即，一阶固有振荡模式的频率和三倍于前者但是相位相同的频率。因此，光偏转器1012基于一阶固有振荡模式以及二阶固有振荡模式进行扭转振荡。结果，由第一可活动元件1014反射的光的偏斜扫描的位移角基于这两种振荡模式的叠加，它大致像斩波那样变化，而不是按正弦方式变化。结果，至于偏斜扫描的角速度，与基于正弦波的位移角相比，大致恒定的角速度区域变得更宽。因此，可用区域与整个偏斜扫描范围的比率可变得更大。

另一方面，第一可活动元件1014在其偏斜扫描反射面的背后具有位移检测反射面1015。位移检测装置1032将光投射到位移检测反射面1015上，并检测来自其的反射光，从而检测第一可活动元件1014的位移角。位移角检测信号通过信号线1034，借助于带通滤波器电路1036，只有一阶固有振荡模式的频率分量被提供到第一信号线1038和第二信号线1040。来自第一信号线1038的信号被施加于乘法器1042，通过乘法器，信号被转换为三倍频率信号。为此，乘法器1042配备有相位调整输入端1054和振幅调整输入端1055。通过这两个输入端，可以调整乘法器1042的输出信号的相位和最大振幅，以便由位移检测装置1032检测到的第一可活动元件的偏斜扫描的位移呈现大致的斩波形状。

来自乘法器1042的信号被输入到加法器1046。加法器1046将来自乘法器1042的信号以及通过第二信号线1040和自动增益控制电路1060的一阶固有振荡模式的频率信号相加，并产生用于光偏转器1012的驱动信号。此驱动信号通过信号线1048被提供到驱动电路1050，通过该驱动电路，基于一阶固有振荡模式和三倍频率信号的组合波形，对驱动装置1023进行驱动。