振荡器装置和共振频率检测方法.pdf

一种振荡器装置、光学偏转装置、光学仪器、以及检测共振频率的方法，所述振荡器装置包括：振荡系统，包括振荡器和弹性支持部；驱动部，基于驱动信号向所述振荡系统供应驱动力；检测部，至少检测振荡器的振荡振幅；驱动振幅控制单元，至少控制驱动信号的驱动振幅；以及驱动频率控制单元，控制要被供应至驱动部的驱动信号的驱动频率；其中，在驱动振幅控制单元控制驱动信号的驱动振幅而使得要检测的振荡振幅等于目标值的状态下，并且基于包括被各驱动频率的驱动信号驱动的不同驱动状态下的这些驱动频率以及被控制的驱动振幅的信息，驱动频率控制单元获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为振荡系统的共振频率。

1.  一种振荡器装置，包括：
振荡系统，包括振荡器和弹性支持部；
驱动部，被配置为基于驱动信号向所述振荡系统供应驱动力；
检测部，被配置为至少检测所述振荡器的振荡振幅；
驱动振幅控制单元，被配置为至少控制所述驱动信号的驱动振幅；以及
驱动频率控制单元，被配置为控制要被供应至所述驱动部的所述驱动信号的驱动频率；
其中，在所述驱动振幅控制单元控制驱动信号的驱动振幅而使得要检测的振荡振幅变为等于目标值的状态下，并且基于包括被各驱动频率的驱动信号驱动的不同驱动状态下的这些驱动频率以及被控制的所述驱动振幅的信息，所述驱动频率控制单元获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为所述振荡系统的共振频率。

2.  根据权利要求1所述的振荡器装置，其中，所述驱动频率控制单元向所述驱动部供应作为所述振荡系统的共振频率被获取的驱动频率的驱动信号，以使所述驱动部驱动所述振荡器装置，从而要检测的振荡振幅变为等于目标值。

3.  根据权利要求1所述的振荡器装置，还包括驱动信息记录部，所述驱动信息记录部被配置为记录驱动信号的驱动频率和驱动振幅，其中，在以多个驱动频率的相应驱动信号被驱动的不同驱动状态的每一个驱动状态中，所述驱动信息记录部记录使所述振荡器获得目标振荡振幅的驱动信号的驱动频率和驱动振幅，并且其中，基于与记录的驱动信号的驱动频率和驱动振幅相关的信息，所述驱动频率控制单元获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为所述振荡系统的共振频率。

4.  根据权利要求3所述的振荡器装置，其中，根据基于由所述驱动信息记录部记录的n个驱动频率的驱动信号的驱动状态下的驱动信号的驱动频率和驱动振幅，所述驱动频率控制单元执行“n-1”次曲线内插，以便获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为所述振荡系统的共振频率，其中n为不小于3的整数。

5.  根据权利要求3所述的振荡器装置，其中，根据基于由所述驱动信息记录部记录的至少两个驱动频率的驱动信号的相应驱动状态下的驱动信号的驱动频率和驱动振幅、以及事先测量的所述振荡系统的特征参数，所述驱动频率控制单元获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为所述振荡系统的共振频率。

6.  根据权利要求1所述的振荡器装置，其中，所述驱动频率控制单元基于驱动信息记录部中记录的驱动频率和驱动振幅来确定随后将要使用的驱动信号的驱动频率。

7.  根据权利要求6所述的振荡器装置，其中，所述驱动频率控制单元确定随后将要使用的驱动信号的驱动频率，使得具有三个连续的驱动频率中的中间驱动频率的驱动信号的驱动振幅变为小于其它驱动频率的驱动信号的驱动振幅。

8.  根据权利要求7所述的振荡器装置，其中，当要改变驱动信号的驱动频率时，所述驱动频率控制单元基于对当前驱动频率的驱动信号的驱动振幅与前一驱动频率的驱动信号的驱动振幅之间的幅值比较来确定随后将要使用的驱动信号的驱动频率。

9.  根据权利要求8所述的振荡器装置，其中，基于相对于当前驱动频率的驱动信号的相位的、所述振荡器的驱动相位，驱动频率控制单元确定随后将要使用的驱动信号的驱动频率。

10.  根据权利要求1所述的振荡器装置，其中，所述振荡系统包括多个振荡器和多个弹性支持部，其中，其共振频率具有基波的基频和近似为n倍基频的n倍波的n倍频，其中，n是不小于2的整数，其中，所述驱动频率控制单元向所述驱动部供应驱动信号，所述驱动信号具有比率为1∶n的分别对应于基波和n倍波的驱动频率的分量，以使所述驱动部驱动所述振荡系统，其中，所述检测部检测所述振荡系统的所述振荡器的与基波或n倍波相对应的振荡分量的振荡振幅，其中，所述驱动振幅控制单元控制驱动信号的与所述基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅，其中，在所述驱动振幅控制单元控制驱动信号的与所述基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅，使得检测出的所述振荡器的与基波或n倍波相对应的振荡分量的振荡振幅变为等于目标值的状态下，并且基于包括被与多个基波或n倍波相对应的分量的驱动频率的驱动信号驱动的各个驱动状态下的这些驱动频率以及被控制的所述驱动振幅的信息，所述驱动频率控制单元获取使驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅变为最小的驱动频率作为所述振荡系统的基波或n倍波的共振频率。

11.  一种振荡器装置，包括：
振荡系统，包括振荡器和弹性支持部；
驱动部，被配置为基于驱动信号向所述振荡系统供应驱动力；
检测部，被配置为至少检测所述振荡器的振荡振幅；
驱动振幅控制单元，被配置为至少控制所述驱动信号的驱动振幅；以及
驱动频率控制单元，被配置为控制要被供应至所述驱动部的所述驱动信号的驱动频率；
其中，在所述驱动振幅控制单元控制并保持驱动信号的驱动振幅恒定的状态下，并且基于包括被各驱动频率的驱动信号驱动的不同驱动状态下的这些驱动频率以及由所述检测部检测出的所述振荡器的所述振荡振幅的信息，所述驱动频率控制单元获取使所述振荡器的振荡振幅变为最大的驱动信号的驱动频率作为所述振荡系统的共振频率。

12.  根据权利要求11所述的振荡器装置，其中，振荡系统包括多个振荡器和多个弹性支持部，其中，其共振频率具有基波的基频和近似为n倍基频的n倍波的n倍频，其中，n是不小于2的整数，其中，所述驱动频率控制单元向所述驱动部供应驱动信号，所述驱动信号具有比率为1∶n的分别对应于基波和n倍波的驱动频率的分量，以使所述驱动部驱动所述振荡系统，其中，所述检测部检测所述振荡系统的所述振荡器的与基波或n倍波相对应的振荡分量的振荡振幅，其中，所述驱动振幅控制单元控制驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅，其中，在所述驱动振幅控制单元控制并保持驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅恒定的状态下，并且基于包括被与多个基波或n倍波相对应的分量的驱动频率驱动的各个驱动状态下的这些驱动频率以及由所述检测部检测出的与所述振荡器的基波或n倍波相对应的驱动振幅的信息，所述驱动频率控制单元获取使所述振荡器的与基波或n倍波相对应的振荡分量的振荡振幅成为最大的、驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动频率，作为所述振荡系统的基波或n倍波的共振频率。

13.  一种光学偏转装置，包括：
如权利要求1-12中任一项所记载的振荡器装置；以及
光学偏转元件，被放置在至少一个所述振荡器上，以便使入射到所述光学偏转元件上的光束偏转。

14.  一种包括如权利要求13所记载的光学偏转装置的光学仪器，其中，所述光学偏转装置被配置为使来自光源的光束偏转，使得光束的至少一部分入射在被光照射的物体上。

15.  一种检测振荡器装置的振荡系统的共振频率的方法，所述振荡器装置包括具有振荡器和弹性支持部的振荡系统、和被配置为基于驱动信号向振荡系统供应驱动力的驱动部，所述方法的特征在于：
在驱动信号的驱动振幅被控制，使得被驱动部驱动的振荡器的振荡振幅变为等于目标值的状态下，通过多个驱动频率的驱动信号顺序地驱动振荡器；并且
基于包括以所述多个驱动频率的驱动信号驱动的各个驱动状态下的这些驱动频率以及被控制的所述驱动振幅的信息，获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为振荡系统的共振频率。

16.  一种检测振荡器装置的振荡系统的共振频率的方法，所述振荡器装置包括具有振荡器和弹性支持部的振荡系统、和被配置为基于驱动信号向振荡系统供应驱动力的驱动部，所述方法的特征在于：
在驱动信号的驱动振幅被控制并保持恒定的状态下，通过多个驱动频率的驱动信号顺序地驱动振荡器，并检测振荡器的振荡振幅；并且
基于包括以所述多个驱动频率的驱动信号驱动的各个驱动状态下的这些驱动频率以及所检测到的振荡器的振荡振幅的信息，获取使振荡器的振荡振幅变为最大的驱动频率作为振荡系统的共振频率。

振荡器装置和共振频率检测方法
技术领域
本发明涉及与具有被支持用于振荡运动的振荡器的振荡器装置相关联的技术。更具体地讲，本发明涉及振荡器装置、使用该振荡器装置的光学偏转装置和检测振荡器装置的振荡系统的共振频率的方法。该光学偏转装置可以优选地使用于诸如图像形成设备之类的光学仪器中，所述图像形成设备诸如是例如扫描显示单元、激光束打印机或数字复印机。
背景技术
与使用诸如多面反射镜之类的旋转多面反射镜的光学扫描光学系统相比较，常规上提出的共振型光学偏转装置具有下述特征。也就是说，光学偏转装置的大小可以显著地减小；功率消耗慢；并且理论上讲，反射镜表面没有表面倾斜。另一方面，在共振型光学偏转装置中，振荡系统的振荡器的共振频率根据诸如制造差异或温度的环境而不同。
在常规的共振型光学偏转装置中，通常在驱动信号的驱动频率被固定在约为共振频率附近的频率的同时执行驱动。在这样的装置中，通过使用用于检测被振荡系统的振荡器扫描地偏转的扫描光束的位置或用于检测振荡器的位移角度的检测部件，测量扫描光束到达预定扫描位置时的时间或振荡器取预定位移角度时的时间。然后，控制该系统，使得所关心的时间与参考时间相符合(见日本特开专利申请No.2005-292627)。
然而，如果共振频率根据诸如制造差异或温度的环境而不同，则必须在开始驱动时检测振荡系统的共振频率。对于用于检测振荡系统的共振频率的方法，已知这样一种方法：驱动信号的驱动频率被反复地改变，并且采取提供最高效率的驱动频率作为共振频率(见日本特开专利申请No.2005-241482)。
发明内容
然而，在具有振荡器和弹性支持部的高效率共振型振荡系统中，如果驱动频率被改变，则直到被改变之前的振荡器的振荡频率变得与驱动频率相等需要一定时间。尤其在共振频率的附近，由于驱动力相对于惯性力较小，振荡频率的改变具有一个时间常数，从而振荡频率改变所需要的时间段变得很长。例如，如果振荡系统的共振特征的Q值在1000左右，则在共振频率附近会需要大致0.5秒的时间。
此外，应以所需的频率精确度来设定用于改变驱动频率的增加量。因此，如果第一次设定的驱动频率从共振频率大大地偏离，则驱动频率不得不被改变许多次以便找到共振频率。例如，现在假设驱动频率被改变50次直到找到共振频率，并且每次改变都设定了0.5秒的待机时间，则花费约25秒来找到共振频率。当振荡器装置用于例如激光束打印机时，其不利地影响了用于启动驱动的时间。
本发明提供了一种振荡器装置，通过该振荡器装置，可以基于将驱动频率改变较少的次数，在相对短的时间内确定可被视为振荡器装置的振荡系统的共振频率的频率。此外，本发明提供一种振荡器装置，通过该振荡器装置，可以基于调整改变驱动频率的增加量，非常准确地确定可被视为共振频率的频率。
根据本发明的一个方面，提供一种振荡器装置，包括：振荡系统，包括振荡器和弹性支持部；驱动部，被配置为基于驱动信号向所述振荡系统供应驱动力；检测部，被配置为至少检测所述振荡器的振荡振幅；驱动振幅控制单元，被配置为至少控制所述驱动信号的驱动振幅；以及驱动频率控制单元，被配置为控制要被供应至所述驱动部的所述驱动信号的驱动频率；其中，在所述驱动振幅控制单元控制驱动信号的驱动振幅而使得要检测的振荡振幅变为等于目标值的状态下，并且基于包括被各驱动频率的驱动信号驱动的不同驱动状态下的这些驱动频率以及被控制的所述驱动振幅的信息，所述驱动频率控制单元获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为所述振荡系统的共振频率。
驱动频率控制单元可以向所述驱动部供应作为所述振荡系统的共振频率被获取的驱动频率的驱动信号，以使所述驱动部驱动所述振荡器装置，从而要检测的振荡振幅变为等于目标值。
振荡器装置还可以包括驱动信息记录部，所述驱动信息记录部被配置为记录驱动信号的驱动频率和驱动振幅，其中，在以多个驱动频率的相应驱动信号被驱动的不同驱动状态的每一个驱动状态中，所述驱动信息记录部可以记录使所述振荡器获得目标振荡振幅的驱动信号的驱动频率和驱动振幅，并且其中，基于与记录的驱动信号的驱动频率和驱动振幅相关的信息，所述驱动频率控制单元可以获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为所述振荡系统的共振频率。
根据基于由所述驱动信息记录部记录的n(n为不小于3的整数)个驱动频率的驱动信号的驱动状态下的驱动信号的驱动频率和驱动振幅，所述驱动频率控制单元可以执行“n-1”次曲线内插，以便获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为所述振荡系统的共振频率。
根据基于由所述驱动信息记录部记录的至少两个驱动频率的驱动信号的相应驱动状态下的驱动信号的驱动频率和驱动振幅、以及事先测量的所述振荡系统的特征参数，所述驱动频率控制单元可以获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为所述振荡系统的共振频率。
驱动频率控制单元可以基于驱动信息记录部中记录的驱动频率和驱动振幅来确定随后将要使用的驱动信号的驱动频率。
驱动频率控制单元可以确定随后将要使用的驱动信号的驱动频率，使得具有三个连续的驱动频率中的中间驱动频率的驱动信号的驱动振幅变为小于其它驱动频率的驱动信号的驱动振幅。
当要改变驱动信号的驱动频率时，所述驱动频率控制单元可以基于对当前驱动频率的驱动信号的驱动振幅与前一驱动频率的驱动信号的驱动振幅之间的幅值比较来确定随后将要使用的驱动信号的驱动频率。
基于相对于当前驱动频率的驱动信号的相位的、所述振荡器的驱动相位，驱动频率控制单元可以确定随后将要使用的驱动信号的驱动频率。
振荡系统可以包括多个振荡器和多个弹性支持部，其中，其共振频率可以具有基波的基频和近似为n倍基频的n倍(n-fold)波的n倍频(n是不小于2的整数)，其中，所述驱动频率控制单元可以向所述驱动部供应驱动信号，所述驱动信号具有比率为1∶n的分别对应于基波和n倍波的驱动频率的分量，以使所述驱动部驱动所述振荡系统，其中，所述检测部检测所述振荡系统的所述振荡器的与基波或n倍波相对应的振荡分量的振荡振幅，其中，所述驱动振幅控制单元可以控制驱动信号的与所述基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅，其中，在所述驱动振幅控制单元控制驱动信号的与所述基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅，使得检测出的所述振荡器的与基波或n倍波相对应的振荡分量的振荡振幅变为等于目标值的状态下，并且基于包括被与多个基波或n倍波相对应的分量的驱动频率的驱动信号驱动的各个驱动状态下的这些驱动频率以及被控制的所述驱动振幅的信息，所述驱动频率控制单元可以获取使驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅变为最小的驱动频率作为所述振荡系统的基波或n倍波的共振频率。
根据本发明的另一方面，提供一种振荡器装置，包括：振荡系统，包括振荡器和弹性支持部；驱动部，被配置为基于驱动信号向所述振荡系统供应驱动力；检测部，被配置为至少检测所述振荡器的振荡振幅；驱动振幅控制单元，被配置为至少控制所述驱动信号的驱动振幅；以及驱动频率控制单元，被配置为控制要被供应至所述驱动部的所述驱动信号的驱动频率；其中，在所述驱动振幅控制单元控制并保持驱动信号的驱动振幅恒定的状态下，并且基于包括被各驱动频率的驱动信号驱动的不同驱动状态下的这些驱动频率以及由所述检测部检测出的所述振荡器的所述振荡振幅的信息，所述驱动频率控制单元获取使所述振荡器的振荡振幅变为最大的驱动信号的驱动频率作为所述振荡系统的共振频率。
此方面中的振荡系统可以包括多个振荡器和多个弹性支持部，其中，其共振频率可以具有基波的基频和近似为n倍基频的n倍波的n倍频(n是不小于2的整数)，其中，所述驱动频率控制单元可以向所述驱动部供应驱动信号，所述驱动信号具有比率为1∶n的分别对应于基波和n倍波的驱动频率的分量，以使所述驱动部驱动所述振荡系统，其中，所述检测部可以检测所述振荡系统的所述振荡器的与基波或n倍波相对应的振荡分量的振荡振幅，其中，所述驱动振幅控制单元可以控制驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅，其中，在所述驱动振幅控制单元控制并保持驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅恒定的状态下，并且基于包括被与多个基波或n倍波相对应的分量的驱动频率驱动的各个驱动状态下的这些驱动频率以及由所述检测部检测出的与所述振荡器的基波或n倍波相对应的驱动振幅的信息，所述驱动频率控制单元可以获取使所述振荡器的与基波或n倍波相对应的振荡分量的振荡振幅成为最大的、驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动频率，作为所述振荡系统的基波或n倍波的共振频率。
根据本发明的又一方面，提供一种光学偏转装置，包括：如上所记载的振荡器装置；以及光学偏转元件，被放置在至少一个所述振荡器上，以便使入射到所述光学偏转元件上的光束偏转。
根据本发明的又一方面，提供一种包括如上所记载的光学偏转装置的光学仪器，其中，所述光学偏转装置可以被配置为使来自光源的光束偏转，从而光束的至少一部分入射在被光照射的物体上。
根据本发明的又一方面，提供一种检测振荡器装置的振荡系统的共振频率的方法，所述振荡器装置包括具有振荡器和弹性支持部的振荡系统、和被配置为基于驱动信号向振荡系统供应驱动力的驱动部，所述方法的特征在于：在驱动信号的驱动振幅被控制，使得被驱动部驱动的振荡器的振荡振幅变为等于目标值的状态下，通过多个驱动频率的驱动信号顺序地驱动振荡器；并且基于包括以所述多个驱动频率的驱动信号驱动的各个驱动状态下的这些驱动频率以及被控制的所述驱动振幅的信息，获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为振荡系统的共振频率。
根据本发明的另一方面，提供一种检测振荡器装置的振荡系统的共振频率的方法，所述振荡器装置包括具有振荡器和弹性支持部的振荡系统、和被配置为基于驱动信号向振荡系统供应驱动力的驱动部，所述方法的特征在于：在驱动信号的驱动振幅被控制并保持恒定的状态下，通过多个驱动频率的驱动信号顺序地驱动振荡器，并检测振荡器的振荡振幅；并且基于包括以所述多个驱动频率的驱动信号驱动的各个驱动状态下的这些驱动频率以及所检测到的振荡器的振荡振幅的信息，获取使振荡器的振荡振幅变为最大的驱动频率作为振荡系统的共振频率。
结合附图，基于对本发明的优选实施例的以下描述的考虑，本发明的这些和其它目标、特征和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是示出了使用根据本发明的第一实施例的振荡器装置的光学偏转装置的示意图；
图2是示出了第一实施例的光学偏转装置的偏转角度的图；
图3是示出了光学偏转装置的偏转角度关于时间的改变的图；
图4是示出了第一实施例的光学偏转装置的操作梗概的流程的图；
图5是示出了第一实施例中的基于驱动相位比较来改变驱动信号的驱动频率的图。
图6是示出了第一实施例中的基于驱动信号振幅的比较来改变驱动信号的驱动频率的图；
图7示出了在第一实施例中用于二次曲线内插的三个驱动频率的图；
图8是示出了使用根据本发明的第二实施例的振荡器装置的光学偏转装置的示意图；
图9是示出了第二实施例的光学偏转装置的偏转角度的图；
图10是示出了使用根据本发明的第三实施例的振荡器装置的光学偏转装置的示意图；
图11是示出了第三实施例的光学偏转装置的操作梗概的流程的图；
图12是示出了基于振荡振幅的比较来改变驱动信号的驱动频率的图；
图13是示出了在第三实施例中用于二次曲线内插的三个驱动频率的图。
图14是示出了使用根据本发明的光学偏转装置的图像形成设备的实施例的透视图。
具体实施方式
本发明涉及基于以下特征来获取共振频率的技术，该特征为：当具有自然振荡模式的振荡系统以自然振荡模式的共振频率被驱动时，驱动效率变为最大。
使用该特征的第一方法可以是：在振荡系统的振荡器的振荡振幅被控制在目标值的状态下，检测哪个驱动频率可以提供具有最小驱动振幅的驱动信号，并且这样的驱动频率被视为要获取的共振频率。稍后将参照第一实施例来描述基于该方法的示例。
第二方法可以是：在将驱动信号的驱动振幅控制为恒定的状态下，检测哪个驱动频率可以提供振荡系统的振荡器的最大振荡振幅，并且这样的驱动频率被视为要获取的共振频率。稍后将参照第三实施例来描述基于该方法的示例。
这些方法是以不同方式利用基于上述特征的现象的方法，但这些方法基于实质上相同的原理。
根据上述第一方法的振荡器装置可以包括振荡系统、用于向振荡系统供应驱动力的驱动部、用于检测振荡器的振荡振幅的检测部(部件)、用于控制驱动信号的驱动振幅的驱动振幅控制单元、和用于控制要被供应至驱动部的驱动信号的驱动频率的驱动频率控制单元。在驱动振幅控制单元控制驱动信号的驱动振幅，使得将由检测部件检测的振荡振幅变为等于目标值的情况下，并且基于包括以各驱动频率的驱动信号驱动的不同驱动状态下的这些驱动频率以及被控制的所述驱动振幅的信息，驱动频率控制单元获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为振荡系统的共振频率。
此外，根据上述第一方法检测具有振荡系统和驱动部的振荡器装置的共振频率的方法可以包括下述过程：也就是说，在驱动信号的驱动振幅被控制为使得由驱动部驱动的振荡器的振荡振幅变为等于目标值的状态下，通过多个驱动频率的驱动信号来顺序地驱动振荡器；并且基于包括以所述多个驱动频率的驱动信号驱动的各个驱动状态下的这些驱动频率以及被控制的所述驱动振幅的信息，获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为振荡系统的共振频率。
根据上述第二方法的振荡器装置可以包括振荡系统、用于向振荡系统供应驱动力的驱动部、用于检测振荡器的振荡振幅的检测部(部件)、用于控制驱动信号的驱动振幅的驱动振幅控制单元、和用于控制要被供应至驱动部的驱动信号的驱动频率的驱动频率控制单元，其中，在驱动振幅控制单元控制并保持驱动信号的驱动振幅恒定的情况下，并且基于包括以各驱动频率的驱动信号驱动的不同驱动状态下的这些驱动频率以及由所述检测部检测到的所述振荡器的振荡振幅的信息，驱动频率控制单元获取使振荡器的振荡振幅变为最大的驱动信号的驱动频率作为所述振荡系统的共振频率。
此外，根据上述第二方法检测具有振荡系统和驱动部的振荡器装置的共振频率的方法可以包括下述过程：也就是说，在驱动信号的驱动振幅被控制并保持恒定的状态下，通过多个驱动频率的驱动信号顺序地驱动振荡器，并检测振荡器的振荡振幅；并且基于包括以所述多个驱动频率的驱动信号驱动的不同驱动状态下的这些驱动频率以及由所检测到的所述振荡器的振荡振幅的信息，获取使振荡器的振荡振幅变为最大的驱动频率作为振荡系统的共振频率。
当然，这两种方法可以被应用到具有单个振荡器的振荡系统来获取其共振频率。然而，这两种方法也可以应用于具有多个振荡器的振荡系统，以便获取其共振频率。在后一种情况下，如果需要获取后一种振荡系统的多个自然振荡模式中的某个共振频率，则可以进行下述过程。也就是说，在关注与该共振频率的自然振荡模式相对应的振荡运动的分量的振荡振幅、驱动信号的分量的驱动频率和驱动振幅的同时，它们被如上述两种方法中的振荡振幅、驱动频率和驱动振幅那样对待。然后，可以获取可被视为具有多个振荡器的振荡系统的所需共振频率的频率。稍后将参照第二实施例来描述这样的示例。
将参照附图描述本发明的优选实施例。
【第一实施例】
图1是当本发明应用于光学偏转装置时的第一实施例的示意图。
在该实施例中，光学偏转单元(光学扫描仪)包括振荡系统100，其包括一个振荡器101和作为弹性支持部的扭簧111、和用于支持振荡系统的支持部121。该光学偏转装置被配置为使得驱动部120接收驱动信号，并且作为响应，其基于电磁系统、静电系统或压电系统向振荡系统100供应驱动力。作为一个示例，在电磁驱动的情况下，可以在振荡器上安装永磁体，并且可以在振荡器的附近放置用于向该永磁体施加磁场的电线圈。永磁体和电线圈的放置可以颠倒。在静电驱动的情况下，可以在振荡器上形成电极，并在振荡器的附近形成电极，该后一个电极有效地产生作用在其与前一个电极之间的静电力。在压电驱动的情况下，可以在振荡系统或振荡系统的固定支持部处设置压电元件，以便对其施加驱动力。
振荡器101上形成有诸如反射镜之类的光学偏转元件，并且其偏转地反射来自光源131的光束132以便对其扫描。以这种方式，光学偏转元件被设置在振荡器上，并且实现了用于使入射在光学偏转元件上的光束偏转的光学偏转装置。此外，扫描光133在单个扫描周期期间两次经过构成检测部(部件)的光接收元件140。控制单元150基于扫描光133经过光接收元件140时的时间来产生驱动信号，并且该驱动信号被供应至驱动部120。
图2示出了通过光学偏转装置的振荡器101的反射镜偏转的扫描光133的偏转角度。光学扫描仪的光接收元件140放置在其可以接收扫描光133的位置(离扫描中心设定角度θBD的位置)，扫描光133具有小于光学扫描仪的最大偏转角度的偏转角度。尽管在图2中，光接收元件140放置在图2中的光学扫描仪的光路径上，光接收元件140也可以放置在被单独的反射镜进一步偏转的扫描光的光路径上。
将详细地说明控制单元150的结构和操作。
构成检测部(部件)的时间测量部152取光接收元件140的输出信号来测量与扫描光133的检测时刻相关的时间t1和时间t2。图3示出了光学扫描仪的扫描光133的偏转角度θ关于时间的改变、以及涉及扫描光133经过光接收元件140的设定位置的设定角度θBD的时刻的上述时间t1和t2。关于区分时间t1和t2的方法，使检测时刻的时间变为不大于驱动信号的半周期的那个时间被取为t1，而另一个被取为t2。扫描光133的偏转角度θ关于时间的改变对应于振荡器101以某振荡频率振荡的振荡运动。
驱动振幅控制单元154基于图3所示的检测时间t1和由控制器151设定的目标时间153之间的差Δt1来控制要被供应至驱动部120的驱动信号的振幅。另一方面，波形发生器157产生由驱动频率控制单元156设定的驱动频率的波形。此处，由于稍后将描述的驱动信号的振幅和驱动相位应如上所述基于时间测量单元152的输出而被固定，因此检测部应仅具有设置了单个光接收元件140来测量检测时间t1和检测时间t2的结构。
此外，驱动相位检测部155基于从时间测量单元152输出的检测时间t1和t2、以及从波形发生器157输出的波形来检测振荡器101的驱动相位驱动相位是相对于驱动信号的相位的、振荡器101的振荡运动的相位。如图5所示，如果驱动频率小于共振频率，则驱动相位变为大于当驱动频率为共振频率f0时的驱动相位如果驱动频率大于共振频率，则驱动相位变为小于
驱动信息记录部158记录由驱动振幅控制单元154控制的驱动信号的振幅、以及由驱动频率控制单元156在波形发生器157中设定的驱动频率fd，所述驱动信号的振幅使得振荡系统100的振荡器101的振荡振幅变为等于目标振幅。在本实施例中，基于由驱动信息记录部158记录的驱动信号的振幅和驱动频率、以及由驱动相位检测部155检测的驱动相位驱动频率控制单元156确定驱动频率fd并在波形发生器157中设定该驱动频率fd。更具体地讲，驱动频率控制单元156基于相对于当前驱动频率的驱动信号的相位的、振荡器的驱动相位，确定随后将要使用的随后驱动信号的驱动频率。
图4示出了本实施例中的驱动频率控制单元156和驱动信息记录部158的操作流程。将跟随该流程进行描述。在驱动开始时，驱动频率控制单元156在波形发生器157a中设定基于生产时的共振频率和/或之前驱动的驱动频率的驱动频率fd1，并且其开始驱动。例如，可以仅使用生产时的共振频率或之前驱动的驱动频率，或可供替换地，可以在考虑此时的温度的同时来设定(一般来说，共振频率随温度升高而下降)。该设定可以在设备侧自动地执行，或可以通过操作者手动地设定。驱动振幅控制单元154控制驱动信号振幅A₁，使得振荡系统100的振荡器101在驱动频率fd₁获得目标振荡振幅。驱动信息记录部158记录此时的驱动频率fd₁和驱动信号振幅A₁。
图5示出了基于驱动相位比较的驱动频率改变的方向。驱动频率控制单元156将由驱动相位检测部155检测的驱动相位与在共振频率f₀驱动的驱动相位(事先测量并存储)进行比较。如果作为比较的结果，当前驱动相位大于共振频率f₀的驱动相位则驱动频率控制单元156在波形发生器157中设定驱动频率fd₂，其中该频率是从驱动频率fd₁增加预定频率改变增加量f_add的频率。相反，如果当前驱动相位小于共振频率f₀的驱动相位则驱动频率控制单元156在波形发生器157中设定驱动频率fd₂，其中该频率是减少预定频率改变增加量(减少量)f_add的频率。在该情况下，与驱动频率为fd₁的情况相同，驱动信息记录部158记录使振荡系统100的振荡器101在驱动频率fd₂获得目标振幅的驱动信号振幅A₂、以及该驱动频率fd₂。
频率改变增加量f_add可以在考虑从之前驱动的温度改变、频率改变操作的估计次数、和/或所需共振频率精确度的同时被确定。例如，如果预期由于温度从之前驱动发生改变，共振频率被改变了约αHz，并且在将驱动频率fd₁设定为改变的值的同时，包括初始设定应进行三次频率改变，则频率改变增加量f_add可以是α/2Hz或更多。此外，如果包括初始设定应进行两次频率改变，则频率改变增加量f_add可以是αHz或更多。换句话说，在以初始设定的驱动频率开始之后，频率改变增加量应被设定得以便变为高于共振频率，直到设定最后的驱动频率。
图6和图7示出了基于驱动信号振幅的比较的驱动频率改变的方向。在初始驱动频率改变时其不能适用。对于初始驱动频率改变，可以应用上文中提到的基于驱动相位比较的方法。驱动频率控制单元156比较驱动信息记录部158中记录的驱动振幅信号A₂和驱动振幅信号A₁的幅值。如果比较结果为A₁大于A₂，则在波形发生器157中设定在与之前频率改变相同的方向上改变预定频率改变增加量f_add所得到的驱动频率fd₃(见图7中的驱动信号振幅A_n、A_n-1和A_n-2)。在图7的情况下，由于驱动相位大于共振频率f₀的驱动相位因此使驱动频率fd_n-3、fd_n-2和fd_n-1以该顺序连续变大。
相反，如果如图6所示A₁小于A₂，则在该实施例中，驱动频率控制单元156在波形发生器157中设定驱动频率fd₃，该驱动频率fd₃是在与之前频率改变方向相反的方向上将频率改变频率改变增加量f_add的两倍而得到的。在该情况下，由于驱动相位小于共振频率f₀的驱动相位驱动频率fd₂是通过降低驱动频率fd₁得到的。然而，由于驱动相位大于驱动相位驱动频率fd₃是通过增大驱动频率fd₂得到的。在该情况下，与驱动频率为fd₁的情况相似，驱动信息记录部158记录使振荡系统100的振荡器101在驱动频率fd₃获得目标振荡振幅的驱动信号振幅A₃。以这种方式，驱动频率控制单元156基于驱动信息记录部158中记录的驱动信号的驱动频率和驱动振幅来确定随后驱动信号的驱动频率。更具体地讲，当驱动信号的驱动频率要被改变时，驱动频率控制单元156基于当前驱动频率的驱动信号的驱动振幅与之前驱动频率的驱动信号的驱动振幅的幅值比较，来确定随后驱动信号的驱动频率。
随后，驱动频率控制单元156将当在驱动信息记录部158中记录的驱动频率fd₁和fd₂中接近驱动频率fd₃的一个驱动频率时记录的驱动信号振幅与A₃进行比较。如果作为比较结果，A₃较大，则基于驱动信息记录部158中记录的驱动频率和驱动振幅，并且通过使用下述等式(1-1)、(1-2)和(1-3)来执行二次曲线内插，从而确定与使驱动振幅A变为最小的共振频率相对应的驱动频率fd₀。以这种方式，可以获取可被视为共振频率的驱动频率fd₀。此处，在下述等式中，“a”为经过图6中的三个点的二次方程的二次项的系数，并且类似地，“b”是一次项的系数。
a=fd1×(A3-A2)-fd2×A3+fd3×A2+(fd2-fd3)×A1fd1×(fd32-fd22)-fd2×fd32+fd22×fd3+fd12×(fd2-fd3)...(1-1)]]>
b=-fd12×(A3-A2)-fd22×A3+fd32×A2+(fd22-fd32)×A1fd1×(fd32-fd22)-fd2×fd32+fd22×d3+fd12×(fd2-fd3)...(1-2)]]>
fd0=-b2a...(1-3)]]>
此外，在本实施例中，驱动频率控制单元156在波形发生器157中设定驱动频率fd₀。控制单元150进行驱动，使得在波形发生器157中设定的驱动频率fd₀处，振荡器101的振荡振幅达到预定值。以这种方式，驱动频率控制单元156将作为振荡系统的共振频率被获取的驱动频率的驱动信号供应至驱动部120，从而使得驱动部120驱动振荡器101，以使由检测部件检测的振荡振幅达到目标值。驱动频率控制单元156可以在波形发生器157中有意地设定从驱动频率fd₀偏移指定值的驱动频率，以便驱动振荡器101。
相反，如果A₃较小，则执行进一步的驱动频率改变，使得如图7中的虚线围成的区域所示，中间频率的驱动信号振幅变为低于其它两个驱动信号振幅，并且在驱动信息记录部158中记录驱动信号振幅。更具体地讲，在波形发生器157中设定其频率在与之前驱动频率改变相同的方向上改变了f_add而获得的驱动频率fd_n。此外，驱动信息记录部158记录使振荡系统在驱动频率fd_n获得目标振幅的驱动信号振幅A_n。然后，驱动频率控制单元156重复频率改变，直到驱动信号振幅A_n-1变为低于驱动信号振幅A_n。之后，基于驱动信息记录部158中记录的驱动频率fd_n、fd_n-1和fd_n-2、以及驱动振幅A_n、A_n-1和A_n-2，根据与上文中提到的等式(1-1)、(1-2)和(1-3)相似的等式来执行二次曲线内插，并且确定使驱动频率fd₀变为最小的驱动振幅。以这种方式，驱动频率控制单元156确定随后驱动信号的驱动频率，使得三个连续的不同的驱动频率中的中间驱动频率的驱动信号的驱动振幅变为小于其它驱动频率的驱动信号的驱动振幅。
根据上述本实施例的振荡器装置包括驱动信息记录部158，其用于记录驱动信号的驱动频率和振幅。该驱动信息记录部被配置为使得当振荡器装置通过多个驱动频率的驱动信号在不同驱动状态下被顺序驱动时，其记录在各个驱动状态下使振荡器101获得目标振荡振幅的驱动信号的驱动频率和振幅。然后，基于与所记录的多个驱动信号的驱动频率和驱动振幅相关的信息，驱动频率控制单元156获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为振荡系统100的共振频率。
在此实施例中，如果在三个驱动频率中，中间驱动频率的驱动信号振幅不小于其它驱动信号振幅，则在相同的方向上进一步改变驱动频率，然后测量驱动信号幅值。然而，可以不总是执行该处理。例如，如果预测了共振频率位置的近似区域，则可以考虑该预测来执行与上述相似的二次曲线内插，从而确定对应于共振频率的驱动频率fd₀。此外，可以考虑驱动信号振幅的变化率(例如变化率逐渐减小)来执行与上述相似的二次曲线内插，从而确定对应于共振频率的驱动频率fd₀。
此外，尽管在此实施例中，使用了三个驱动频率的驱动信号振幅，但数目不限于三个。通过使用多个(数目为n，其中n是不小于4的整数)驱动频率的驱动信号振幅，可以执行“n-1”次曲线内插。即，在该情况下，驱动频率控制单元可以基于在各个驱动状态下的驱动信号的驱动频率和驱动振幅来执行“n-1”次曲线内插，所述各个驱动状态是通过这些记录在驱动信息记录部中的n(n为不小于3的整数)个驱动信号而被驱动的。然后，获取使驱动信号的驱动振幅变为最小的驱动频率作为振荡系统的共振频率。
可供替换地，基于由驱动信息记录部158记录的两个或更多的驱动频率的驱动信号振幅和事先测量的振荡系统100的参数(例如Q值)，可以确定使驱动信号的振幅变为最小的频率。例如，通过使用两个或更多驱动频率的驱动信号振幅，并且基于在考虑振荡系统100的参数的同时准备的表格或任何其它函数，可以确定使驱动信号的振幅A变为最小的驱动频率。例如，可以根据多个(两个或更多)驱动频率的驱动信号振幅来检测驱动信号振幅的变化率，然后基于来自具有最小振幅A的驱动频率的多个驱动频率中的最小振幅的频率的变化率和偏移量的表格，来确定使振幅A变为最小的驱动频率。
此外，如果作为振荡系统的共振特征的参数的Q值随环境波动较小，则可利用等式(1-1)获得的值“a”可以是固定值。根据固定值“a”、驱动频率fd₁和fd₂、以及驱动信号振幅A₁和A₂，可以使用下面的等式(1-4)和上述等式(1-3)来执行二次曲线内插，可以确定使对应于共振频率的驱动信号的振幅A变为最小的驱动频率fd₀。更具体地讲，基于在各个驱动状态下的驱动信号的驱动频率和驱动振幅、以及事先测量的振荡系统的特征参数，驱动频率控制单元获取使驱动振幅变为最小的驱动频率作为振荡系统的共振频率，所述各个驱动状态是以两个或更多驱动频率的这些驱动信号被驱动的。
b=-A2+A1+a×fd22-a×fd12fd1-fd2...(1-4)]]>
此外，可以基于确定驱动频率f₀的精确度和共振频率的可变范围来任意地确定驱动频率改变增加量f_add。尽管在该实施例中，驱动频率改变增加量f_add具有恒定值，但可在每次频率改变时改变f_add。例如，可以考虑驱动信号振幅的变化率来改变改变增加量f_add(例如与变化率成比例)。
此外，尽管在此实施例中，驱动相位被用于确定随后的驱动频率fd₂，但可以不使用基于驱动相位的判断来确定驱动频率fd₂。例如，可以在低于共振频率的驱动频率下开始处理，所述共振频率的近似区域已经被预先检测，并且在某个方向(增大的方向)上来改变随后的驱动频率fd₂。此外，可以考虑驱动信号振幅的变化率来确定驱动频率变化方向。
关于驱动信号振幅的记录，可以在改变驱动频率之后和振荡器101以该频率振荡之前，存在待机时间。此外，驱动信息记录部158可以记录改变之后的预定时间期间的驱动信号振幅的平均值。
尽管在此实施例中，振荡器101的振荡频率是使用扫描光133和光接收元件140被检测的，但可以使用用于检测振荡频率的诸如压电元件之类的某种检测器。例如，可以在弹性支持部111上安装压电传感器，或可供替换地，可以使用静电电容传感器或磁传感器。
根据本实施例，通过合适地执行初始驱动频率的设定和频率改变增加量的设定，可以基于较少数目的驱动频率改变来确定可被视为振荡器装置的振荡系统的共振频率的频率。通过调整驱动频率改变的增加量，可以以高精确度来确定可被视为共振频率的频率。
【第二实施例】
图8是当本发明被应用于光学偏转装置时的第二实施例的示意图。
在此实施例中，光学偏转单元(光学扫描仪)包括：振荡系统，其至少包括第一振荡器101、第二振荡器102、第一扭簧111和第二扭簧112；以及用于支持振荡系统100的支持部121。作为弹性支持部的第一扭簧111将第一振荡器101和第二振荡器102彼此相连接。作为弹性支持部的第二扭簧112与第二振荡器102相连接，从而具有与第一扭簧111的扭转轴一致的扭转轴。本实施例的振荡系统100至少包括两个振荡器和两个扭簧。该振荡系统可以包括比如如图8所示的三个或更多振荡器和三个或更多扭簧。
在此实施例中，第一振荡器101在其表面上具有反射镜，以便扫描来自光源131的光束132。驱动部120的功能和控制单元150的操作基本上与第一实施例中的相似。
图9示出了通过光学偏转装置的第一振荡器101的反射镜的扫描光133的偏转角度。光学扫描仪包括第一和第二光接收元件141和142，其被放置在其可以接收偏转角度小于光学扫描仪的最大偏转角度的扫描光133的位置(设定角度θBD1和设定角度θBD2的位置)。在此示例中也同样，第一和第二光接收元件141和142被放置在图9中的光学扫描仪的光路径上。然而，第一和第二光接收元件141和142还可以被放置在被单独的反射镜进一步偏转的扫描光的光路径上。此处，基于时间测量部152的输出，有必要检测第一振荡器101的振荡运动的至少两个振幅和相位(稍后描述)。因此，设置两个光接收元件140，以便能够进行检测次数大于第一实施例中获得的检测次数的测量。
在此实施例中，振荡系统100被构造为可以同时产生以作为基频的基波来驱动的第一振荡运动、和以作为近似为基频的整数倍的频率的n倍波来驱动的第二振荡运动。换句话说，本实施例的光学偏转装置的扫描光的偏转角度θ如下。当第一振荡运动的振幅、频率(角频率)和相位分别由A、ω₁、和y₁表示，第二振荡运动的振幅、频率(角频率)和相位分别由B、ω₂、和y₂表示，将合适的时间取为原点或基准时间时，偏转角度可以由下面的等式来表示。由于第一振荡器101的扫描光的振荡运动和偏转角度θ彼此一一对应，因此第一振荡器101的振荡运动实质上也可以由此等式表示。
θ(t)＝Asin(ω₁t+y₁)+Bsin(ω₂t+y₂)
为了实现诸如上述的第一振荡器101的振荡运动，设置具有根据本实施例的两个自然振荡模式的振荡器装置的驱动信号来驱动振荡系统100，使得第一振荡器101产生可以由包括两个正弦波的项的诸如上述的等式所表示的振荡。驱动信号可以是任何驱动信号，只要其可以产生第一振荡器101的这种振荡运动。例如，其可以是通过组合基波和n倍波的正弦波而产生的驱动信号。可供替换地，可以使用脉冲的驱动信号。在该情况下，可以通过调整每一个正弦波的相位和振幅来获得目标驱动信号。此外，如果使用脉冲信号来驱动，则可以通过在时间上改变脉冲数目、间隔和宽度，从而产生目标驱动信号。此处，一旦驱动信号的与基波相对应的分量的驱动频率被固定，就通过使基波的驱动频率乘以n来自动地确定驱动信号的与n倍波相对应的分量的驱动频率。相反，通过使n倍波的驱动频率乘以1/n来自动地固定驱动信号的与基波相对应的分量的驱动频率。
在此说明书中，词“近似整数倍”是指这样一种情况，其中，当基波的频率为f₁而n倍波的频率为f₂时，满足关系式0.98N≤f2/f1≤1.02N(其中N为不小于2的整数)。
在此实施例中，第一实施例的振荡振幅是指以基波(0倍波)驱动的第一振荡器101的第一或第二振荡运动的振荡振幅(等式中的A或B)。此外，驱动信号的振幅是指驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的振幅。然后，根据由时间测量部152测量的检测时间，检测与基波或n倍波相对应的振荡振幅，并且驱动信号的与基频或n倍波相对应的分量的驱动振幅被控制为使得检测的振幅变为与目标值相等。如果第一实施例的振荡振幅和驱动信号的振幅分别被这些振幅替换，则参考第一实施例做出的说明就如同本实施例的操作的说明一样适用。如果要检测基波的共振频率，则有关基波的振幅应将其替换，并且如果要检测n倍波的共振频率，则有关n倍波的振幅应将其替换。将关于要检测基波的共振频率的情况来进行以下描述。
在此实施例中，驱动振幅控制单元154基于由时间测量部测量的检测时间和由控制器151设定的目标时间153之间的差，来执行下述控制过程。更具体地讲，其控制驱动信号的与基波相对应的分量的振幅A和相位y₁和y₂，使得振荡系统的第一振荡运动变为与目标振荡运动相等。
波形发生器157产生由驱动频率控制单元156设定的频率的波形和n倍波的波形。基于从时间测量部152输出的检测时间和从波形发生器157输出的波形，驱动相位检测部155检测关于振荡系统100的振荡器101的第一振荡运动的驱动相位驱动信息记录部158记录由驱动振幅控制单元154控制的驱动信号的与基波相对应的分量的振幅、以及与由驱动频率控制单元156在波形发生器157中设定的基波相对应的分量的驱动频率fd，以使振荡系统获得目标振荡运动。
基于由驱动信息记录部158记录的驱动信号的振幅和驱动相位驱动频率控制单元156确定与基波相对应的分量的驱动频率，并在波形发生器157中设定该驱动频率。此处，一旦确定了与基波相对应的分量的驱动频率，与n倍波相对应的分量的驱动频率就被固定。假设执行前述替换，本实施例中的驱动频率控制单元156和驱动信息记录部158的操作流程与参考第一实施例描述的操作流程实质上相同。
另一方面，如果n倍波的共振频率被确定时，要检测第二振荡运动的驱动频率fd₀，则取n倍波的驱动频率fd1、fd2和fd3作为要用于计算的值(此处，基波的驱动频率为1/n^＊fd₁、1/n^＊fd₂和1/n^＊fd₃)。然后，可以通过使用对应于确保目标振荡运动的n倍波的驱动信号的分量的振幅B1、B2和B3来获得n倍波的驱动频率fd₀。当要检测使与第二振荡运动的共振频率相对应的驱动信号的振幅B变为最小的驱动频率fd₀时，如果将要进行驱动相位比较，则使用关于振荡系统100的振荡器101的第二振荡运动的驱动相位
在如上所述的本实施例中，振荡系统包括多个振荡器和多个弹性支持部。其共振频率具有基波的基频和近似于n倍基波的基频的n倍频(n为不小于2的整数)。驱动频率控制单元向驱动部供应驱动信号，以使驱动部驱动振荡系统，所述驱动信号具有比率为1∶n的与基波和n倍波相对应的驱动频率的分量。检测部件检测与振荡系统的振荡器的基波或n倍波相对应的振荡分量的振荡振幅，并且驱动振幅控制单元控制驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅。然后，在驱动振幅控制单元控制驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅，以使检测的振荡器的与基波或n倍波相对应的振荡分量的振荡振幅变为等于目标值的情况下，驱动频率控制单元如下操作：也就是说，基于包括由与多个基波或n倍波相对应的分量的驱动频率的这些驱动信号驱动的各个驱动状态下的驱动频率以及所控制的所述驱动振幅的信息，驱动频率控制单元获取振荡系统的基波或n倍波的共振频率。其作为使驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅变为最小的驱动频率而被获得。
此外，参考第一实施例描述的变形在本实施例中是可行的。应注意，如果第一振荡运动的驱动频率和第二振荡运动的驱动频率可以被类似地处理，则可以同时检测它们二者的共振频率。
【第三实施例】
图10是当本发明应用于光学偏转装置时的第三实施例的示意图。
在本实施例中，光学偏转单元(光学扫描仪)包括：振荡系统100，其包括一个振荡器101和作为弹性支持部的扭簧111；以及用于支持振荡系统100的支持部121。驱动部120接收驱动信号，并作为响应，其基于电磁系统、静电系统或压电系统向振荡系统100供应驱动力。
振荡器101的表面上形成有诸如反射镜之类的光学偏转元件，用于偏转地反射来自光源131的光束132以便对其扫描。扫描光133在单个扫描周期期间两次经过作为检测部件的光接收元件140。控制单元150基于扫描光133经过光接收元件140时的时间来产生驱动信号。该驱动信号被供应至驱动部120。
通过光学偏转装置的振荡器101的反射镜的扫描光133的偏转角度与第一实施例的图2中所示的基本上相同。
将详细地说明控制单元150的结构和操作。
时间测量部(检测部件)152取光接收元件140的输出信号并测量扫描光133的检测时刻的时间t1和t2。通过光学扫描仪的扫描光133的偏转角度θ关于时间的改变、和与扫描光133经过光接收元件140的设定位置的设定角度θBD的时刻有关的时间t1和时间t2与第一实施例的图3中所示的基本上相同。
作为检测部件的驱动振幅控制单元154基于图3所示的检测时间t1与由控制器151设定的目标时间153之间的差Δt1来控制要被供应至驱动部120的驱动信号的振幅。根据检测时间t1和由驱动频率控制单元156设定的频率，作为检测部件的振荡角度计算部159计算振荡器在该频率下的振荡振幅。另一方面，波形发生器157产生由驱动频率控制单元156设定的驱动频率的波形。
此外，驱动相位检测部155基于从时间测量部152输出的检测时间t1和t2以及从波形发生器157输出的波形来检测振荡器101的驱动相位
驱动信息记录部158记录由驱动频率控制单元156在波形发生器157中设定的驱动频率fd、和振荡器在驱动频率fd下的振荡振幅。在此实施例中，基于在驱动信息记录部158中记录的频率和振荡器的振荡振幅、以及由驱动相位检测部155检测的驱动相位驱动频率控制单元156确定驱动频率fd并在波形发生器157中设定该频率fd。
图11示出了本实施例中的驱动频率控制单元156和驱动信息记录部158的操作流程。将跟随该流程进行描述。在驱动开始时，驱动频率控制单元156在波形发生器157a中设定基于生产时的共振频率和/或之前驱动的驱动频率的驱动频率fd1，并且开始驱动。振荡角度计算部159计算振荡器101在驱动频率fd₁下的振荡振幅C1。驱动信息记录部158记录此时的驱动频率fd₁和振荡振幅C₁。
通过基于驱动相位比较而改变驱动频率，如第一实施例中那样来设定驱动频率fd₂。如驱动频率为fd₁的情况那样，驱动信息记录部158记录振荡器在驱动频率fd₂下的振荡振幅C₂。
图12示出了基于振荡器101的振荡振幅的比较的驱动频率改变。驱动频率控制单元156比较驱动信息记录部158中记录的振荡振幅C₂和振荡振幅C₁的幅值。如果比较结果为C₁小于C₂，则在波形发生器157中设定将频率在与之前频率改变相同的方向上改变预定频率改变增加量f_add而得到的驱动频率fd₃。相反，如果C₁大于C₂，则如图12所示，驱动频率控制单元156在波形发生器157中设定驱动频率fd₃，所述驱动频率fd₃是将频率在与之前频率改变方向相反的方向上改变频率改变增加量f_add的两倍得到的频率。此外，如驱动频率fd₁的情况中那样，振荡角度计算部159计算振荡器在驱动频率fd₃下的振荡振幅C₃。驱动信息记录部158记录此时的驱动频率fd₃和振荡器的振荡振幅C₃。
随后，驱动频率控制单元156将在驱动信息记录部158中记录的驱动频率fd₁和fd₂中的接近驱动频率fd₃的一个驱动频率时记录的振荡振幅与C₃进行比较。如果作为比较结果，C₃较小，则基于驱动信息记录部158中记录的驱动频率和驱动振幅，并且通过使用下面的等式(3-1)、(3-2)和(3-3)，执行二次曲线内插来确定与使振荡振幅C变为最大的共振频率相对应的驱动频率fd₀。随后，驱动频率控制单元156在波形发生器157中设定此驱动频率fd₀。
a=fd1×(C3-C2)-fd2×C3+fd3×C2+(fd2-fd3)×C1fd1×(fd32-fd22)-fd2×fd32+fd22×fd3+fd12×(fd2-fd3)...(3-1)]]>
b=-fd12×(C3-C2)-fd22×A3+fd32×C2+(fd22-fd32)×C1fd1×(fd32-fd22)-fd2×fd32+fd22×fd3+fd12×(fd2-fd3)...(3-2)]]>
fd0=-b2a...(3-3)]]>
如果相反，C₃较大，则执行驱动频率改变，使得如图13所示，三个连续频率中的中间频率的振荡振幅变为大于其它两个振荡振幅。然后在驱动信息记录部158中记录振荡振幅。更具体地讲，在波形发生器157中设定将驱动频率在与之前驱动频率改变相同的方向上改变f_add而得到的驱动频率fd_n。然后，驱动频率控制单元156重复该操作，直到振荡振幅C_n-1变为大于振荡振幅C_n。此后，基于驱动信息记录部158中记录的驱动频率fd_n、fd_n-1和fd_n-2以及驱动信号振幅C_n、C_n-1和C_n-2，使用与等式(3-1)、(3-2)和(3-3)相似的等式来执行二次曲线内插。以这种方式，获得使振荡器的振荡振幅变为最大的驱动频率fd₀。
在本实施例中也是同样，如果三个连续驱动频率中的中间驱动频率的振荡振幅不大于其它振荡振幅，则进一步改变驱动频率并且再次测量振荡振幅。然而，可以不总是执行该处理。
此外，尽管在此实施例中使用了三个驱动频率的驱动信号振幅，但数目不限于三个。通过使用多个(数目n个)驱动频率的驱动信号振幅，可以执行“n-1”次曲线内插。可供替换地，通过使用表格或任何其它函数，可以确定使振荡振幅C变为最大的驱动频率。
此外，如果作为振荡系统的共振特征的参数的Q值随环境波动较小，则可利用等式(3-1)获得的值“a”可以是固定值。根据固定值“a”、驱动频率fd₁和fd₂、和驱动信号振幅C₁和C₂，可以使用下面的等式(3-4)和上述等式(3-3)来执行二次曲线内插，可以确定与使振荡振幅C变为最大的与共振频率相对应的驱动频率fd₀。
b=-C2+C1+a×fd22-a×fd12fd1-fd2...(3-4)]]>
此外，可以基于确定驱动频率f₀的精确度和共振频率的可变范围来任意地确定驱动频率改变增加量f_add。尽管在此实施例中，驱动频率改变增加量f_add具有恒定值，但可在每次频率改变时改变f_add。
尽管在此实施例中驱动相位被用于确定驱动频率fd₂，但可以不使用基于驱动相位的判断来确定驱动频率fd₂。关于振荡振幅的记录，在改变驱动频率之后和振荡器以该频率振荡之前，可以存在待机时间。此外，驱动信息记录部可以记录在改变之后的预定时间期间的振荡振幅的平均值。
在本实施例中，如上文所述，在驱动振幅控制单元控制并保持驱动信号的驱动振幅恒定的状态下，驱动频率控制单元如下操作。也就是说，基于包括由多个驱动频率的这些驱动信号驱动的各个驱动状态下的驱动频率以及由检测部件检测到的振荡器的振荡振幅的信息，驱动频率控制单元获取使振荡器的振荡振幅变为最大的驱动信号的驱动频率作为振荡系统的共振频率。
本实施例的技术也可以应用于根据第二实施例的装置。更具体地讲，在这种情况下，振荡系统包括多个振荡器和多个弹性支持部。其共振频率具有基波的基频和近似于n倍基波的基频的n倍波的n倍频(n为不小于2的整数)。驱动频率控制单元向驱动部供应驱动信号，以使驱动部驱动振荡系统，所述驱动信号具有比率为1∶n的分别与基波和n倍波相对应的驱动频率的分量。检测部件检测振荡系统的振荡器的与基波或n倍波相对应的振荡分量的振荡振幅。驱动振幅控制单元控制驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅。然后，在驱动振幅控制单元控制并保持驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动振幅恒定的状态下，驱动频率控制单元执行下述操作。也就是说，基于包括由与多个基波或n倍波相对应的分量的驱动频率的这些驱动信号驱动的各个驱动状态下的驱动频率以及由检测部件检测的振荡器的与基波或n倍波相对应的振荡振幅的信息，驱动频率控制单元获取振荡系统的基波或n倍波的共振频率。其被获得作为使振荡器的与基波或n倍波相对应的振荡分量的振荡振幅变为最大的驱动信号的与基波或n倍波相对应的分量的驱动频率。
在本实施例中也是同样，通过合适地执行初始驱动频率的设定和频率改变增加量的设定，可以基于较少数目的驱动频率改变，在短时间内确定可被视为振荡器装置的振荡系统的共振频率的频率。通过调整驱动频率改变的增加量，可以以高精确度来确定可被视为共振频率的频率。
【第四实施例】
图14是示出了使用根据前述实施例中的任何一个实施例的光学偏转装置的光学仪器的实施例的图。此处，图像形成设备被示出作为光学仪器。
在图14中，803表示根据本发明的光学偏转装置。在本实施例中，一维地扫描入射光。801表示激光源，并且802表示透镜或透镜组。804表示写入透镜或透镜组，并且805表示感光部。806表示扫描轨迹。
从激光源801发射的激光束经过与光的扫描偏转的定时相关的预定强度调制，并由光学偏转装置803一维地扫描。通过写入透镜804，扫描激光束被成像，从而在感光部805上形成图像。感光部805通过充电装置(未示出)均匀地充电。通过以光束扫描感光部805，在扫描部分上形成静电潜像。然后，通过显影装置(未示出)在静电图像部分形成调色剂图像。然后调色剂图像被转印并定影在转印片材(未示出)上，由此在纸张上形成图像。由于图像形成设备使用本发明的光学偏转装置，所述光学偏转装置可以可被快速检测并以高精确度被视为共振频率的频率驱动，所以此实施例提供可以快速开始驱动的高性能图像形成设备。
本发明的光学偏转装置可以用于任何其它的光学仪器，以便偏转来自光源的光束，使得光的至少一部分入射在要被光照射的物体上。除了诸如激光束打印机之类的图像形成设备，这样的光学仪器的示例为诸如视觉显示单元和条形码读取器等的用于扫描光束的光学仪器。
尽管本发明是参照此处公开的结构被描述的，其不限于所阐述的细节，并且本申请旨在覆盖出于改进目的或在下述权利要求的范围之内的变形或改变。