JP4347992B2 - 電磁アクチュエータ、電磁アクチュエータの駆動制御装置及び方法、電磁アクチュエータの共振周波数信号生成装置及び方法 - Google Patents
電磁アクチュエータ、電磁アクチュエータの駆動制御装置及び方法、電磁アクチュエータの共振周波数信号生成装置及び方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁アクチュエータ、電磁アクチュエータの駆動制御装置及び方法、電磁アクチュエータの共振周波数信号生成装置及び方法に関し、特に電磁アクチュエータの共振駆動制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光等の光線路を変化させるための装置にガルバノミラー（電磁アクチュエータ）が知られている。このガルバノミラーは、近年、半導体製造プロセスを用いて小型化可能となっており、その技術は、例えば本出願人等により特開平７−１７５００５号公報、特開平７−２１８８５７号公報、特開平８−３２２２２７号公報等に開示されている。
【０００３】
この種の電磁アクチュエータでは、平板状の可動部がトーションバーにより揺動可能に軸支されており、可動部には反射ミラーの他、通電により磁界を形成する銅薄膜の平面コイルが設けられている。また、可動部の外部（本体側）には一対の永久磁石が該可動部を挟むよう設けられており、平面コイルに静磁界が作用するようになっている。そして、平面コイルに所定共振周波数の電流を供給することにより、可動部を一定の振れ角で反復動作させることができ、これにより該可動部に設けられた反射鏡によってレーザ光等を偏向走査することができるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる構成を有する電磁アクチュエータでは、可動部がシリコン等により形成されたトーションバーにより揺動可能に軸支されており、振れ角に応じた復元力が働く。このため、可動部を往復駆動させる場合、その電磁アクチュエータに固有の共振周期で往復駆動するよう、所定共振周波数の電流を平面コイルに供給するのが効率的である。
【０００５】
しかしながら、電磁アクチュエータの共振周期は温度的又は経年的にドリフトしていくのが通例であり、予め設定した共振周波数の電流を平面コイルに供給し続けるのでは、温度変化や時間経過に従って振れ角が一定に制御されないという問題が生じる。
【０００６】
この点、平面コイルにより生成される磁界を検出するコイルを本体側の定位置に設けておき、その出力に基づいて振れ角を測定することも考えられる。こうすれば、その測定結果に基づいて平面コイルへの供給電流を制御し、可動部の振れ角を一定に維持することができるようになる。しかしながら、かかる技術では、検出用コイルの検出レベルが微弱であるため、振れ角の測定精度を十分に高くすることができないという問題がある。また、検出コイルを設けるのにコストが必要となるという問題もある。
【０００７】
また、反射鏡にて反射されるレーザ光等の走査角度を検出するセンサを設け、その出力に基づいて振れ角を測定することも考えられる。こうしても、その測定結果に基づいて平面コイルへの供給電流を制御し、可動部の振れ角を一定に維持することができるようになる。しかしながら、かかる技術では、レーザ光等の走査角度を検出するセンサが取付スペースを必要とするため、装置の大型化を招くという問題がある。また、かかるセンサを設けるのにコストが必要となるという問題もある。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、第１の目的は、別段の検出手段を設けることなく電磁アクチュエータを共振周期で往復駆動することのできる電磁アクチュエータ、及び電磁アクチュエータの駆動制御装置及び方法を提供することにある。また、第２の目的は、別段の検出手段を設けることなく電磁アクチュエータの振れ角を制御することのできる電磁アクチュエータ、及び電磁アクチュエータの駆動制御装置及び方法を提供することにある。さらに第３の目的は、電磁アクチュエータの共振周期に対応する共振周波数信号を出力することのできる電磁アクチュエータの共振周波数信号生成装置及び方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る電磁アクチュエータは、本体部と、前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、を含む電磁アクチュエータにおいて、前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出手段と、検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給手段と、を含み、前記電流供給手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断するタイミング判断手段を含み、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る電磁アクチュエータの駆動制御装置は、本体部と、前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、を含む電磁アクチュエータの駆動制御装置であって、前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出手段と、検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給手段と、を含み、前記電流供給手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断するタイミング判断手段を含み、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る電磁アクチュエータの駆動制御方法は、本体部と、前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、を含む電磁アクチュエータの駆動制御方法であって、前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出ステップと、検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給ステップと、を含み、前記電流供給ステップでは、前記誘導量検出ステップで検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断し、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、可動部が揺動状態にあるとき、前記コイルに磁界が作用しているため、該コイルには誘導起電圧及び誘導起電流が生じる。本発明によれば、この誘導起電圧又は誘導起電流を検出し、それに基づいて励振電流を前記コイルに供給する。すなわち、本発明では、前記コイルを励振用として利用するとともに検出用としても利用しているため、別段の検出手段を設けずとも、電磁アクチュエータを共振周期で往復駆動することができ、あるいは、その振れ角を制御することができる。
【００１４】
これらの態様では、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり励振電流を前記コイルに供給するため、前記コイルに対する励振電流の非供給時間を設けることができる。このため、その励振電流の非供給時間に誘導起電圧又は誘導起電流の検出ができ、比較的簡単な構成で高精度に誘導起電圧又は誘導起電流を検出することができるようになる。
【００１５】
これらの場合、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流の正値又は負値のいずれか一方のピーク値を検出するピーク値検出手段を含み、前記タイミング判断手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流の値が、前記ピーク値検出手段により検出される前記ピーク値を符号反転してなる値から算出された、検出電圧が正ピーク値を迎える直前での値に一致するタイミングで前記励振電流の供給を順次判断するようにしてもよい。この態様では、励振電流の非供給時間を設けることができるので、その非供給時間では可動部は慣性により自由動作しうる。このときの動作は共振周期に対応した動作となるため、誘導起電圧又は誘導起電流の正値又は負値のうちいずれか一方のピーク値を検出すれば、そのピーク値を符号反転してなる値と、前記誘導量検出手段（誘導量検出ステップ）により検出される誘導起電圧又は誘導起電流の値と、に基づいて、誘導起電圧又は誘導起電流の正値又は負値のうち他方のピーク値に対応するタイミングを判断することができる。このタイミングを励振電流の供給タイミングとすることで、電磁アクチュエータを共振駆動することができるようになる。
【００１８】
さらに、本発明の一態様では、前記タイミング判断手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流の所定の位相タイミングを検出し、該位相タイミングに基づいて前記励振電流の供給タイミングを順次判断する。この態様では、励振電流の非供給時間を設けることができるので、その非供給時間では可動部は慣性により自由動作しうる。このときの動作は共振周期に対応した動作となるため、誘導起電圧又は誘導起電流の所定の位相タイミング（例えばゼロクロスタイミング）を検出すれば、そのタイミングは共振周波数に対応したものとなる。このタイミングを励振電流の供給タイミングとすることで、電磁アクチュエータを共振駆動することができるようになる。
【００１９】
一方、本発明に係る電磁アクチュエータの共振周波数信号生成装置は、本体部と、前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、を含む電磁アクチュエータの共振周波数信号生成装置であって、前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出手段と、検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給手段と、を含み、前記電流供給手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断するタイミング判断手段を含み、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給するとともに、それら供給タイミングに基づく共振周波数信号を出力することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る電磁アクチュエータの共振周波数信号生成方法は、本体部と、前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、を含む電磁アクチュエータの共振周波数信号生成方法であって、前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出ステップと、検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給ステップと、を含み、前記電流供給ステップでは、前記誘導量検出ステップで検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断し、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給するとともに、それら供給タイミングに基づく共振周波数信号を出力することを特徴とする。
【００２１】
本発明では、可動部が揺動状態にあるとき、前記コイルに磁界が作用しているため、該コイルには誘導起電圧及び誘導起電流が生じる。本発明によれば、この誘導起電圧又は誘導起電流を検出し、それに基づいて励振電流を前記コイルに供給する。このとき、励振電流は所定電流供給時間にわたり供給されるので、励振電流の非供給時間を設けることができる。そして、励振電流の非供給時間では可動部は慣性により自由動作しうる。このときの動作は共振周期に対応した動作となるため、例えば誘導起電圧又は誘導起電流の所定位相タイミングをピークタイミングやゼロクロスタイミングから取得することにより、励振電流の供給タイミングを順次判断することができる。そして、この供給タイミングは共振周波数に追随したものとなるため、それを電磁アクチュエータの共振周波数信号として出力し、活用することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００２３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る共振スキャナの全体構成を示す斜視図である。この共振スキャナは本発明に係る電磁アクチュエータの一例である。同図に示すように、この共振スキャナは、絶縁基板１０の中央部にスキャナ本体が配置されている。また、絶縁基板１０の上面縁部には、例えば磁性体である純鉄からなる枠状のヨーク１２が設けられている。ヨーク１２の互いに対向する２辺の内側には永久磁石２２ａ，２２ｂが設けられている。永久磁石２２ａ，２２ｂはＳ極とＮ極とが対面するよう設けられており、一方の永久磁石２２ａ（又は２２ｂ）から他方の永久磁石２２ｂ（又は２２ａ）に向かってスキャナ本体を横切る静磁界が生成するようになっている。具体的には、静磁界はスキャナ本体の軸方向に直交する向きに生成される。
【００２４】
スキャナ本体は、シリコン基板２６に、可動部２４とトーションバー２０ａ，２０ｂとを異方性エッチングにより一体形成したものである。可動部２４は平板状であり、該可動部２４の対向する２辺の中央部にはトーションバー２０ａ，２０ｂがそれぞれ連接している。こうして、トーションバー２０ａ，２２ｂを揺動軸として可動部２４が揺動可能となっている。トーションバー２０ａ，２０ｂはシリコンにより形成されているので、振れ角（揺動角）に応じた復元力が働くようになっており、図示された状態を基準状態として共振動作する。尚、シリコン基板２６の厚さに比べ、可動部２４の厚さは、該可動部２４がトーションバー２０ａ，２０ｂの回りで揺動できるよう、薄く形成されている。
【００２５】
可動部２４の上面中央部には、例えばアルミニウム蒸着により全反射ミラー１８が形成されている。また、可動部２４の上面には、全反射ミラー１８の回りに（平面）コイル１６が形成されている。コイル１６の両端子はシリコン基板２６上に設けられた電極１４ａ，１４ｂにそれぞれ電気的に接続されている。コイル１６及び電極１４ａ，１４ｂは、例えば銅薄膜であり、電鋳コイル法等を用いて同時形成されている。こうして、電極１４ａ，１４ｂから励振電流を供給することにより、コイル１６から磁界を発生させることができる。そして、この磁界と永久磁石２２ａ，２２ｂにより生成される静磁界との反発又は吸引により可動部２４が揺動し、全反射ミラー１８がレーザ光等を偏向走査するようになっている。
【００２６】
図２は、かかる構成を有する共振スキャナを駆動するための駆動制御装置の構成例を示す図である。同図に示すように、この駆動制御装置３０は、振れ角制御部３２と、共振スキャナ駆動回路３４と、初動励振発生部３６と、電流電圧変換増幅回路３８と、振れ角検出部４０と、励振タイミング発生部４２と、を含んで構成されている。
【００２７】
共振スキャナ駆動回路３４は、コイル１６に励振電流Ｉｐを供給する。この共振スキャナ駆動回路３４はコイル１６を定電流駆動する。定電流駆動するのは、コイル１６の抵抗値に関わらず、該コイル１６に一定のローレンツ力を働かせるようにするためである。励振電流Ｉｐはパルス電流であり、振幅ＶＬ及びパルス幅Ｗｐのパルス励振電圧Ｖｐから生成される。ここで、振幅ＶＬは振れ角制御部３２から供給される。また、パルス幅Ｗｐは初動励振発生部３６又は励振タイミング発生部４２から供給される。具体的には、初動励振発生部３６及び励振タイミング発生部４２は、パルス幅Ｗｐ（電流供給時間）にわたりオン状態となるパルススイッチング信号を供給しており、これにより励振電流Ｉｐの供給タイミング及びパルス幅Ｗｐが共振スキャナ駆動回路３４に与えられるようになっている。
【００２８】
コイル１６の両端子（電極１４ａ，１４ｂ）は、共振スキャナ駆動回路３４に接続される他、電流電圧変換増幅回路３８にも接続されており、該電流電圧変換増幅回路３８にコイル１６に供給される励振電流Ｉｐ及びコイル１６に生じる誘導起電流Ｉｄを足し合わせた電流が入力されるようになっている。電流電圧変換増幅回路３８は、インピーダンス変換回路を含み、この入力を電圧信号（検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄ）に変換する。検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄは振れ角検出部４０に供給されるとともに、励振タイミング発生部４２にも供給される。振れ角検出部４０では検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄに基づいて振れ角検出信号Ｖθを出力する。具体的には、振れ角検出部４０では、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値を検出し、それを振れ角検出信号Ｖθとして出力する。
【００２９】
一方、励振タイミング発生部４２は、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄに基づいて共振スキャナ駆動回路３４に供給するパルススイッチング信号を生成し、さらに共振周波数信号ＣＬＫを生成する。共振周波数信号ＣＬＫは例えばパルススイッチング信号と同一信号であり、共振スキャナの共振周波数を有するパルス信号である。この共振周波数ＣＬＫは外部出力され、例えば共振スキャナの特性計測等に用いられる。また、初動励振発生部３６は、共振スキャナの可動部２４が非揺動状態にあるときに最初に励振するためのものであり、予め定められた回数のパルス励振電流Ｉｐを供給するよう、スイッチング信号を共振スキャナ駆動回路３４に供給する。
【００３０】
図３は、この駆動制御装置３０の動作を説明する波形図である。同図（ａ）は励振電圧Ｖｐの波形を表しており、同図（ｂ）は誘導起電圧Ｖｄの波形を表している。また、同図（ｃ）は検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの波形を表している。これらの図において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧値を表す。また、同図（ａ）の波形と同図（ｂ）の波形を加算したものが、同図（ｃ）の波形となっている。同図（ａ）に示されるように、励振電圧Ｖｐは振幅ＶＬ及びパルス幅Ｗｐを有するパルス信号である。各パルスのタイミングは誘導起電圧Ｖｄの正ピークタイミングの直前から現れる。駆動制御装置３０では、振れ角検出部４０が検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値（同図（ｂ）（ｃ）では−Ｖｈ）を検出し、それを振れ角検出信号Ｖθとして出力している。
【００３１】
励振タイミング発生部４２では、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄと、振れ角検出信号Ｖθを−（１−ε）倍して得られるＶｔ（＝−Ｖθ×（１−ε）；０＜ε＜１）と、を比較し、両者が一致したタイミングからパルス幅Ｗｐまでの間にオン状態となるパルススイッチング信号を共振スキャナ駆動回路３４に供給する。こうして得られるのが、同図（ａ）に示される励振電圧Ｖｐである。共振スキャナ駆動回路３４は、この励振電圧Ｖｐに対応する励振電流Ｉｐをコイル１６に与えるようになっている。
【００３２】
励振電流Ｉｐのパルス幅は共振周期Ｔよりも短くなっており、励振電流Ｉｐがオフ状態となった後は可動部２４は慣性により自由振動を始める。この自由振動は共振周期Ｔでの往復動作と同等のものになる。このとき、可動部２４には永久磁石２２ａ，２２ｂによる静磁界が作用しているため、コイル１６に誘導起電圧Ｖｄ及び誘導起電流Ｉｄが生じる。そして、この誘導起電圧Ｖｄ及び誘導起電流Ｉｄは、可動部２４の振れ角に略比例した振幅を有しており、また共振スキャナの固有共振周波数と等しい周波数を有する。このため、駆動制御装置３０では、まず、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値を検出し、それを符号反転するとともに所定係数（１−ε）を乗じ、電圧値Ｖｔを生成する。
【００３３】
そして、負ピークタイミングの後、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄが電圧値Ｖｔに一致するタイミングを待ち受け、その一致タイミングをパルススイッチング信号の立ち上がりタイミングとしている。このようにすれば、励振電流Ｉｐとしてパルス電流を供給しているので、励振電流Ｉｐの非供給時間（オフ状態）を設けることができ、その間は検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄには励振電圧Ｖｐの成分が含まれないため、可動部２４が自由振動することにより生じる誘導起電流Ｉｄだけを検出することができるようになる。このため、励振電流Ｉｐの影響を避け、高精度に可動部２４の共振周期Ｔに関わるタイミング（誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値）を取得できる。
【００３４】
そして、励振タイミング発生部４２では、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄが正ピーク値を迎える直前のタイミングで（Ｖｐ＋Ｖｄ＝−Ｖθ×（１−ε））、再び励振電流Ｉｐのパルスを与えるようパルススイッチング信号を供給する。このように検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの正ピークタイミングの直前、つまりは誘導電圧Ｖｄの正ピークタイミングの直前で励振電流Ｉｐのパルスを与えるようにすれば、可動部２４が最大速度を有するタイミングであることから、最も効率よく可動部２４を励振することができる。こうして、毎周期パルス励振することにより、自由振動によるエネルギー損失分を補い、可動部２４に共振往復動作を継続させることができる。
【００３５】
なお、ここでは検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄ、ひいては誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値を検出し、正ピーク値の到来タイミングの直前にパルス励振するようにしたが、正ピーク値を検出し、負ピーク値の到来タイミングの直前にパルス励振するようにしてもよい。この場合は、励振電流Ｉｐの方向が逆になる。
【００３６】
ここで、振れ角検出部４０の具体例について説明する。図４は、振れ角検出部４０の具体的回路構成例を示す図である。同図に示す振れ角検出部４０は、差動演算増幅器Ａ１及びＡ２を含んでおり、差動演算増幅器Ａ１が入力段を構成し、差動演算増幅器Ａ２が出力段を構成する。差動演算増幅器Ａ２の出力からは振れ角検出信号Ｖθが出力される。差動演算増幅器Ａ１の非反転入力には検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄが与えられており、反転入力には振れ角検出信号Ｖθが戻されている。差動演算増幅器Ａ１の出力にはダイオードＤが逆方向接続されており、該ダイオードＤの多端側は差動演算増幅器Ａ２の非反転入力に接続されている。差動演算増幅器Ａ２の反転入力には振れ角検出信号Ｖθが戻されている。また、ダイオードＤと差動演算増幅器Ａ２の非反転入力との間には、一方をそれぞれ接地された抵抗Ｒ並びにコンデンサＣが接続されている。かかる構成を有する振れ角検出部４０では、振れ角検出信号Ｖθ（検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値）と検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄとが比較され、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの方が小さい場合にコンデンサＣに充電がされるようになっている。差動演算増幅器Ａ２はインピーダンス変換回路として機能しており、このコンデンサＣの充電量が振れ角検出信号Ｖθとして出力される。同図に示される振れ角検出部４０において、コンデンサＣは時定数ＣＲで放電する。この時定数ＣＲは共振スキャナの周期Ｔよりも大きく（例えば数周期）設定される。こうすれば、コンデンサＣに検出信号Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値に対応する電荷を保持させることができ、また振れ角検出信号Ｖθを数周期で更新することができるようになる。この振れ角検出信号Ｖθは励振タイミング発生部４２に供給され、例えば図５に示される反転回路によって−（１−ε）倍され（同図の回路では−Ｒ２／Ｒ１倍される）、その乗算結果と検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄとがコンパレータ回路によって比較される。
【００３７】
次に、振れ角制御部３２の構成例について説明する。図６は振れ角制御部３２の構成例を示す図である。同図に示す振れ角制御部３２は、Ａ／Ｄコンバータ５０と、ＣＰＵ５２と、メモリ５４と、Ｄ／Ａコンバータ５６と、増幅器５８と、を含んで構成されている。メモリ５４はプログラム格納用のＲＯＭと作業用のＲＡＭを含んでいる。Ａ／Ｄコンバータ５０は振れ角検出信号Ｖθが入力されており、これをディジタル化する。その値はＣＰＵ５２に供給される。ＣＰＵ５２には振れ角の基準値が設定入力されており、ＣＰＵ５２は振れ角検出信号Ｖθが基準値よりも小さければＶＬ＋ΔＶＬの電圧を共振スキャナ駆動回路３４に与えるためのディジタル信号をＤ／Ａコンバータ５６に供給する。一方、振れ角検出信号Ｖθが基準値よりも大きければＶＬ−ΔＶＬの電圧を共振スキャナ駆動回路３４に与えるためのディジタル信号をＤ／Ａコンバータ５６に供給する。また、振れ角検出信号Ｖθが基準値と等しければＶＬの電圧を共振スキャナ駆動回路３４に与えるためのディジタル信号をＤ／Ａコンバータ５６に供給する。Ｄ／Ａコンバータ５６はＣＰＵ５２から与えられるディジタル信号をアナログ化する。その信号は増幅器５８で所定倍され、励振電圧Ｖｐの振幅ＶＬとして共振スキャナ駆動回路３４に供給される。
【００３８】
図７は、振れ角制御部３２の動作を説明する図である。同図（ａ）は励振電圧Ｖｐの波形を表しており、同図（ｂ）は誘導起電圧Ｖｄの波形を表している。また、同図（ｃ）は検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの波形を表している。これらの図において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧値を表す。また、同図（ａ）の波形と同図（ｂ）の波形を加算したものが、同図（ｃ）の波形となっている。ここでは、振れ角検出信号Ｖθの基準値は−Ｖｈ０に設定されているものとする。これらの図において、誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値が基準値である−Ｖｈ０であるとき、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値も−Ｖｈ０となる。そして、温度ドリフト又は経時ドリフト等により誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値が基準値から上昇し、その振幅が減少すると、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値はΔＶｈだけ上昇する。すなわち、負ピーク値が−Ｖｈ０＋ΔＶｈとなり、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの振幅が減少する。このとき、振れ角制御部３２から共振スキャナ駆動回路３４に対して振幅ＶＬ＋ΔＶＬが供給される。こうして、前周期よりもΔＶＬだけ大きい振幅の励振電圧Ｖｐが生成される。こうして、このように誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値、すなわち振れ角検出信号Ｖθが大きくなった場合に、前周期よりも強く可動部２４を励振する。逆に、誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値、すなわち振れ角検出信号Ｖθがさらに小さくなった場合、前周期よりも弱く可動部２４を励振する。こうすれば、上述したように振れ角検出信号Ｖθが可動部２４の振れ角に対応したものであるため、振れ角が小さければ大きく励振し、逆に振れ角が大きければ小さく励振して、振れ角を一定に保つことができる。なお、ここでは、ΔＶＬの大きさによらず励振電圧Ｖｐの振幅をＶＬ±ΔＶＬとしたが、ΔＶＬの大きさに応じて振幅を大小させるようにしてもよい。
【００３９】
次に、初動励振発生部３６の具体例について説明する。初動励振発生部３６は例えばマイクロプロセッサを用いて構成することができ、図８には、この場合にマイクロプロセッサにより実行される処理の一例が示されている。ここでは、図９に示すように、初動励振のために共振スキャナ駆動回路３４に供給されるパルススイッチング信号のパルス幅をｔｐ０とし、その周期をｔｃ０とする。図８において、まず初動励振発生部３６ではｔｐ０及びｔｃ０の初期値を設定する（Ｓ１０１）。これら初期値は共振スキャナの固有共振周波数及び基準振れ角に応じて予め設定される。そして、次にカウンタｉを０にリセットするとともに、タイマｔでの計時を開始する（Ｓ１０２）。ここでカウンタｉは初動励振で与えるパルス回数を表す。ここでは、後述するように全部でｎ回のパルス励振をする。また、タイマｔは初動励振がスタートしてからの時間経過を表す。さらに、初動励振発生部３６では、タイマｔｐをゼロにリセットするとともに、計時を開始する（Ｓ１０３）。ここでタイマｔｐは各周期毎にゼロリセットされるものであり、パルススイッチング信号の位相に対応する。初動励振発生部３６では、タイマｔｐがパルス幅ｔｐ０以上であるかを判断し（Ｓ１０４）、ｔｐ０未満であればパルススイッチング信号をオン状態にする（Ｓ１０６）。一方、ｔｐ０以上であればパルススイッチング信号をオフ状態にする（Ｓ１０５）。そして、タイマｔが周期ｔｃ０をｉ倍したものよりも小さければ（Ｓ１０７）、再びＳ１０４に戻る。こうして、パルススイッチング信号の各周期の波形を形成する。そして、タイマｔが周期ｔｃ０をｉ倍したもの以上になっていれば、カウンタｉをインクリメントする（Ｓ１０８）。そして、カウンタｉがｎになっていれば（Ｓ１０９）、初動励振を終了する。一方、カウンタｉがｎ未満であれば、次周期のパルススイッチング信号の波形を形成すべく、Ｓ１０３に戻る。こうすれば、周期ｔｃ０、パルス幅ｔｐ０のパルス励振をｎ回ほど実行して、非揺動状態にある可動部２４を励振させることができる。ここでは回数を区切って初動励振を行うようにしたが、振れ角検出信号Ｖθが所定値、例えばＶｉに達するまで初動励振を行うようにしてもよい。
【００４０】
以上説明した共振スキャナによれば、誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値を振れ角検出信号Ｖθとして取得するとともに、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄがその値を−（１−ε）倍した値に一致するタイミングを待ち受け、その一致するタイミングを励振タイミングとすることにより、共振スキャナの動作が定常状態に達するに従って、励振タイミングの間隔を共振周期に相当するものにでき、共振周波数に自動追従した可動部２４の励振が可能となる。また、振れ角検出信号Ｖθは可動部２４の振れ角を表すものであるため、この振れ角検出信号Ｖθに基づいて励振電圧Ｖｐの振幅ＶＬ、ひいては励振電流Ｉｐの振幅を制御することにより、可動部２４の振れ角を一定に制御することができる。そして、これら可動部２４に対する共振周波数での励振及び振れ角制御は、別段の検出手段を用いることなく実現できるため、検出手段を設けるためのコストが不要となり、また装置の小型化を図ることができる。
【００４１】
なお、以上の説明では振れ角検出信号Ｖθに基づいて励振電圧Ｖｐの振幅ＶＬを制御するようにしたが、パルス幅Ｗｐを制御するようにしても、同様に可動部２４の振れ角を一定に制御することができる。また、以上説明した駆動制御装置３０の動作は、マイクロプロセッサ及びソフトウェアを用いて実現することもできる。
【００４２】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係る共振スキャナの駆動制御装置の構成を示す図である。同図に示す駆動制御装置３０ａは、図１に示される共振スキャナに適用されるものであり、振れ角比較増幅回路６０と、振れ角設定回路６２と、ドライブ電流可変回路６４と、スイッチ６６と、定電流ドライバ６８と、ドライブパルス発生部７０と、位相検出コンパレータ７２と、検出増幅器７４と、を含んで構成されている。定電流ドライバ６８はコイル１６を定電流駆動するものであり、スイッチ６６がオン状態のときにドライブ電流可変回路６４から供給される電圧値に応じた電流でコイル１６を定電流駆動する。
【００４３】
スイッチ６６はドライブパルス発生部７０から供給されるパルススイッチング信号によりオンオフ制御される。検出増幅器７４はコイル１６の端子間電圧を検出するものであり、その値は位相検出コンパレータ７２に供給される。位相検出コンパレータは検出電圧のゼロクロスの立ち上がりタイミングを検出する。そして、ドライブパルス発生部７０ではこのタイミングの間隔を保持しており、そこからおよそ位相９０度分の時間を算出し、ゼロクロスの立ち上がりタイミングから所定パルス幅Ｗｐの間オン状態となるパルススイッチング信号をスイッチ６６に供給する。こうして、誘導起電圧の正ピークタイミング前後に励振パルス電流をコイル１６に供給することができ、効率的に可動部２４を励振させることができるようになる。
【００４４】
また、検出増幅器７４の出力、すなわち検出電圧は振れ角比較増幅回路６０にも供給されている。振れ角比較増幅回路６０には振れ角設定回路６２から振れ角設定のための基準電圧も供給されており、該振れ角比較増幅回路６０は両電圧値を比較し、検出電圧が基準電圧よりも大きければ、ドライブ電流可変回路６４にドライブ電流を小さくするよう指示する。一方、検出電圧が基準電圧以下であれば、ドライブ電流可変回路６４にドライブ電流を大きくするよう指示する。ドライブ電流可変回路６４は指示に応じた電圧をスイッチ６６を介して定電流ドライバ６８に供給する。定電流ドライバ６８はドライブ電流可変回路６４から供給される電圧に応じた電流をコイル１６に励振電流として供給するようになっており、これにより可動部２４の振れ角を一定に制御することができる。
【００４５】
以上説明したように、励振電流の供給タイミングを判断する場合、誘導起電圧のゼロクロスタイミング等、位相タイミングから判断することもできる。
【００４６】
実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係る共振スキャナの駆動制御装置の構成を示す図である。同図に示す駆動制御装置３０ｂは、ワンチップマイコン７６と、振れ角設定回路６２と、定電流ドライバ６８と、位相検出コンパレータ７２と、検出増幅器７４と、を含んで構成されている。ワンチップマイコン７６以外の構成については実施の形態２と同様であり、ここでは同一符号を付して詳細な説明を省略する。この駆動制御装置３０ｂでは、位相検出コンパレータ７２の出力、すなわち誘導起電圧のゼロクロスの立ち上がりタイミングがワンチップマイコン７６に供給されている。また、検出増幅器７４の出力、すなわちコイル１６の端子間電圧も供給されている。さらに、振れ角設定回路６２で生成される基準電圧も供給されている。ワンチップマイコン７６は制御プログラムを格納しており、まず誘導起電圧のゼロクロスの立ち上がりタイミングに基づいてコイル１６に供給するパルス励振電流の供給タイミングを判断する。また、検出増幅器７４での検出電圧と振れ角設定回路６２から与えられる基準電圧からパルス励振電流の電流値を判断する。そして、それら判断結果に応じたパルス励振電流を供給するよう定電流ドライバ６８に対して指示する。このように、本発明はワンチップマイコン７６を用いても実現することができる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施の形態１乃至３に限定されるものではない。
【００４８】
例えば、以上の説明では１次元共振スキャナ、すなわち揺動軸が１本の共振スキャナに本発明を適用する例を取り上げたが、それ以上の揺動軸を備えた共振スキャナ（例えば２次元共振スキャナ）であっても同様に適用可能である。
【００４９】
また、以上の説明では誘導電圧の負ピークタイミングやゼロクロスタイミングを検出し、そのタイミングから励振電流の供給タイミングを生成したが、それ以外の位相タイミングを検出し、そのタイミングから励振電流の供給タイミングを生成するようにしてもよい。
【００５０】
また、以上の説明では誘導電圧が正ピークタイミングを迎えるときにパルス励振するようにしたが、その他のタイミングでパルス励振してもよい。また、以上の説明では１周期に１回だけパルス励振するようにしたが、１周期に数回のパルス励振をするようにしてもよいし、あるいは複数周期に１回のパルス励振をするようにしてもよい。また、負ピークタイミングやゼロクロスタイミング等の所定位相タイミングは必ずしも毎周期検出する必要はなく、複数周期に一度検出するようにしてよい。さらに、負ピークタイミングやゼロクロスタイミング等の所定位相タイミングの時間間隔を監視することにより共振周波数を取得し、その取得した共振周波数でコイル１６を励振させるようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、可動部が揺動状態にあるときにコイルに生じる誘導起電圧及び誘導起電流を検出し、それに基づいて励振電流を同コイルに供給することにより、コイルを励振用として利用するとともに検出用としても利用できる。この結果、別段の検出手段を設けずとも、電磁アクチュエータを共振周期で往復駆動することができ、あるいは、その振れ角を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１乃至３に係る共振スキャナ（電磁アクチュエータ）の全体構成を示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係る共振スキャナの駆動制御装置の全体構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係る駆動制御装置での共振周波数自動追従動作を説明する図である。
【図４】 振れ角検出部の具体的構成例を示す図である。
【図５】 反転回路の一例を示す図である。
【図６】 振れ角制御部の具体的構成例を示す図である。
【図７】 振れ角制御部の動作を説明する図である。
【図８】 初動励振発生部の動作を説明するフロー図である。
【図９】 初動励振パルスを与えるためのパルススイッチング信号の波形を示す図である。
【図１０】 本発明の実施の形態２に係る共振スキャナの駆動制御装置の全体構成を示す図である。
【図１１】 本発明の実施の形態３に係る共振スキャナの駆動制御装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 絶縁基板、１２ ヨーク、１４ａ，１４ｂ 電極、１６ （平面）コイル、１８ 全反射ミラー、２０ａ，２０ｂ トーションバー、２２ａ，２２ｂ 永久磁石、２４ 可動部、２６ シリコン基板、３０，３０ａ，３０ｂ 駆動制御装置（共振周波数信号生成装置）、３２ 振れ角制御部、３４ 共振スキャナ駆動回路、３６ 初動励振発生部、３８ 電流電圧変換増幅回路、４０ 振れ角検出部、４２ 励振タイミング発生部、５０ Ａ／Ｄコンバータ、５２ ＣＰＵ、５４ メモリ、５６ Ｄ／Ａコンバータ、５８ 増幅器、６０ 振れ角比較増幅回路、６２ 振れ角設定回路、６４ ドライブ電流可変回路、６６ スイッチ、６８ 定電流ドライバ、７０ ドライブパルス発生部、７２ 位相検出コンパレータ、７４ 検出増幅器、７６ ワンチップマイコン。
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁アクチュエータ、電磁アクチュエータの駆動制御装置及び方法、電磁アクチュエータの共振周波数信号生成装置及び方法に関し、特に電磁アクチュエータの共振駆動制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光等の光線路を変化させるための装置にガルバノミラー（電磁アクチュエータ）が知られている。このガルバノミラーは、近年、半導体製造プロセスを用いて小型化可能となっており、その技術は、例えば本出願人等により特開平７−１７５００５号公報、特開平７−２１８８５７号公報、特開平８−３２２２２７号公報等に開示されている。
【０００３】
この種の電磁アクチュエータでは、平板状の可動部がトーションバーにより揺動可能に軸支されており、可動部には反射ミラーの他、通電により磁界を形成する銅薄膜の平面コイルが設けられている。また、可動部の外部（本体側）には一対の永久磁石が該可動部を挟むよう設けられており、平面コイルに静磁界が作用するようになっている。そして、平面コイルに所定共振周波数の電流を供給することにより、可動部を一定の振れ角で反復動作させることができ、これにより該可動部に設けられた反射鏡によってレーザ光等を偏向走査することができるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる構成を有する電磁アクチュエータでは、可動部がシリコン等により形成されたトーションバーにより揺動可能に軸支されており、振れ角に応じた復元力が働く。このため、可動部を往復駆動させる場合、その電磁アクチュエータに固有の共振周期で往復駆動するよう、所定共振周波数の電流を平面コイルに供給するのが効率的である。
【０００５】
しかしながら、電磁アクチュエータの共振周期は温度的又は経年的にドリフトしていくのが通例であり、予め設定した共振周波数の電流を平面コイルに供給し続けるのでは、温度変化や時間経過に従って振れ角が一定に制御されないという問題が生じる。
【０００６】
この点、平面コイルにより生成される磁界を検出するコイルを本体側の定位置に設けておき、その出力に基づいて振れ角を測定することも考えられる。こうすれば、その測定結果に基づいて平面コイルへの供給電流を制御し、可動部の振れ角を一定に維持することができるようになる。しかしながら、かかる技術では、検出用コイルの検出レベルが微弱であるため、振れ角の測定精度を十分に高くすることができないという問題がある。また、検出コイルを設けるのにコストが必要となるという問題もある。
【０００７】
また、反射鏡にて反射されるレーザ光等の走査角度を検出するセンサを設け、その出力に基づいて振れ角を測定することも考えられる。こうしても、その測定結果に基づいて平面コイルへの供給電流を制御し、可動部の振れ角を一定に維持することができるようになる。しかしながら、かかる技術では、レーザ光等の走査角度を検出するセンサが取付スペースを必要とするため、装置の大型化を招くという問題がある。また、かかるセンサを設けるのにコストが必要となるという問題もある。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、第１の目的は、別段の検出手段を設けることなく電磁アクチュエータを共振周期で往復駆動することのできる電磁アクチュエータ、及び電磁アクチュエータの駆動制御装置及び方法を提供することにある。また、第２の目的は、別段の検出手段を設けることなく電磁アクチュエータの振れ角を制御することのできる電磁アクチュエータ、及び電磁アクチュエータの駆動制御装置及び方法を提供することにある。さらに第３の目的は、電磁アクチュエータの共振周期に対応する共振周波数信号を出力することのできる電磁アクチュエータの共振周波数信号生成装置及び方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る電磁アクチュエータは、本体部と、前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、を含む電磁アクチュエータにおいて、前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出手段と、検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給手段と、を含み、前記電流供給手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断するタイミング判断手段を含み、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る電磁アクチュエータの駆動制御装置は、本体部と、前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、を含む電磁アクチュエータの駆動制御装置であって、前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出手段と、検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給手段と、を含み、前記電流供給手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断するタイミング判断手段を含み、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る電磁アクチュエータの駆動制御方法は、本体部と、前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、を含む電磁アクチュエータの駆動制御方法であって、前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出ステップと、検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給ステップと、を含み、前記電流供給ステップでは、前記誘導量検出ステップで検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断し、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、可動部が揺動状態にあるとき、前記コイルに磁界が作用しているため、該コイルには誘導起電圧及び誘導起電流が生じる。本発明によれば、この誘導起電圧又は誘導起電流を検出し、それに基づいて励振電流を前記コイルに供給する。すなわち、本発明では、前記コイルを励振用として利用するとともに検出用としても利用しているため、別段の検出手段を設けずとも、電磁アクチュエータを共振周期で往復駆動することができ、あるいは、その振れ角を制御することができる。
【００１４】
これらの態様では、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり励振電流を前記コイルに供給するため、前記コイルに対する励振電流の非供給時間を設けることができる。このため、その励振電流の非供給時間に誘導起電圧又は誘導起電流の検出ができ、比較的簡単な構成で高精度に誘導起電圧又は誘導起電流を検出することができるようになる。
【００１５】
これらの場合、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流の正値又は負値のいずれか一方のピーク値を検出するピーク値検出手段を含み、前記タイミング判断手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流の値が、前記ピーク値検出手段により検出される前記ピーク値を符号反転してなる値から算出された、検出電圧が正ピーク値を迎える直前での値に一致するタイミングで前記励振電流の供給を順次判断するようにしてもよい。この態様では、励振電流の非供給時間を設けることができるので、その非供給時間では可動部は慣性により自由動作しうる。このときの動作は共振周期に対応した動作となるため、誘導起電圧又は誘導起電流の正値又は負値のうちいずれか一方のピーク値を検出すれば、そのピーク値を符号反転してなる値と、前記誘導量検出手段（誘導量検出ステップ）により検出される誘導起電圧又は誘導起電流の値と、に基づいて、誘導起電圧又は誘導起電流の正値又は負値のうち他方のピーク値に対応するタイミングを判断することができる。このタイミングを励振電流の供給タイミングとすることで、電磁アクチュエータを共振駆動することができるようになる。
【００１８】
さらに、本発明の一態様では、前記タイミング判断手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流の所定の位相タイミングを検出し、該位相タイミングに基づいて前記励振電流の供給タイミングを順次判断する。この態様では、励振電流の非供給時間を設けることができるので、その非供給時間では可動部は慣性により自由動作しうる。このときの動作は共振周期に対応した動作となるため、誘導起電圧又は誘導起電流の所定の位相タイミング（例えばゼロクロスタイミング）を検出すれば、そのタイミングは共振周波数に対応したものとなる。このタイミングを励振電流の供給タイミングとすることで、電磁アクチュエータを共振駆動することができるようになる。
【００１９】
一方、本発明に係る電磁アクチュエータの共振周波数信号生成装置は、本体部と、前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、を含む電磁アクチュエータの共振周波数信号生成装置であって、前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出手段と、検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給手段と、を含み、前記電流供給手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断するタイミング判断手段を含み、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給するとともに、それら供給タイミングに基づく共振周波数信号を出力することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る電磁アクチュエータの共振周波数信号生成方法は、本体部と、前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、を含む電磁アクチュエータの共振周波数信号生成方法であって、前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出ステップと、検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給ステップと、を含み、前記電流供給ステップでは、前記誘導量検出ステップで検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断し、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給するとともに、それら供給タイミングに基づく共振周波数信号を出力することを特徴とする。
【００２１】
本発明では、可動部が揺動状態にあるとき、前記コイルに磁界が作用しているため、該コイルには誘導起電圧及び誘導起電流が生じる。本発明によれば、この誘導起電圧又は誘導起電流を検出し、それに基づいて励振電流を前記コイルに供給する。このとき、励振電流は所定電流供給時間にわたり供給されるので、励振電流の非供給時間を設けることができる。そして、励振電流の非供給時間では可動部は慣性により自由動作しうる。このときの動作は共振周期に対応した動作となるため、例えば誘導起電圧又は誘導起電流の所定位相タイミングをピークタイミングやゼロクロスタイミングから取得することにより、励振電流の供給タイミングを順次判断することができる。そして、この供給タイミングは共振周波数に追随したものとなるため、それを電磁アクチュエータの共振周波数信号として出力し、活用することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００２３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る共振スキャナの全体構成を示す斜視図である。この共振スキャナは本発明に係る電磁アクチュエータの一例である。同図に示すように、この共振スキャナは、絶縁基板１０の中央部にスキャナ本体が配置されている。また、絶縁基板１０の上面縁部には、例えば磁性体である純鉄からなる枠状のヨーク１２が設けられている。ヨーク１２の互いに対向する２辺の内側には永久磁石２２ａ，２２ｂが設けられている。永久磁石２２ａ，２２ｂはＳ極とＮ極とが対面するよう設けられており、一方の永久磁石２２ａ（又は２２ｂ）から他方の永久磁石２２ｂ（又は２２ａ）に向かってスキャナ本体を横切る静磁界が生成するようになっている。具体的には、静磁界はスキャナ本体の軸方向に直交する向きに生成される。
【００２４】
スキャナ本体は、シリコン基板２６に、可動部２４とトーションバー２０ａ，２０ｂとを異方性エッチングにより一体形成したものである。可動部２４は平板状であり、該可動部２４の対向する２辺の中央部にはトーションバー２０ａ，２０ｂがそれぞれ連接している。こうして、トーションバー２０ａ，２２ｂを揺動軸として可動部２４が揺動可能となっている。トーションバー２０ａ，２０ｂはシリコンにより形成されているので、振れ角（揺動角）に応じた復元力が働くようになっており、図示された状態を基準状態として共振動作する。尚、シリコン基板２６の厚さに比べ、可動部２４の厚さは、該可動部２４がトーションバー２０ａ，２０ｂの回りで揺動できるよう、薄く形成されている。
【００２５】
可動部２４の上面中央部には、例えばアルミニウム蒸着により全反射ミラー１８が形成されている。また、可動部２４の上面には、全反射ミラー１８の回りに（平面）コイル１６が形成されている。コイル１６の両端子はシリコン基板２６上に設けられた電極１４ａ，１４ｂにそれぞれ電気的に接続されている。コイル１６及び電極１４ａ，１４ｂは、例えば銅薄膜であり、電鋳コイル法等を用いて同時形成されている。こうして、電極１４ａ，１４ｂから励振電流を供給することにより、コイル１６から磁界を発生させることができる。そして、この磁界と永久磁石２２ａ，２２ｂにより生成される静磁界との反発又は吸引により可動部２４が揺動し、全反射ミラー１８がレーザ光等を偏向走査するようになっている。
【００２６】
図２は、かかる構成を有する共振スキャナを駆動するための駆動制御装置の構成例を示す図である。同図に示すように、この駆動制御装置３０は、振れ角制御部３２と、共振スキャナ駆動回路３４と、初動励振発生部３６と、電流電圧変換増幅回路３８と、振れ角検出部４０と、励振タイミング発生部４２と、を含んで構成されている。
【００２７】
共振スキャナ駆動回路３４は、コイル１６に励振電流Ｉｐを供給する。この共振スキャナ駆動回路３４はコイル１６を定電流駆動する。定電流駆動するのは、コイル１６の抵抗値に関わらず、該コイル１６に一定のローレンツ力を働かせるようにするためである。励振電流Ｉｐはパルス電流であり、振幅ＶＬ及びパルス幅Ｗｐのパルス励振電圧Ｖｐから生成される。ここで、振幅ＶＬは振れ角制御部３２から供給される。また、パルス幅Ｗｐは初動励振発生部３６又は励振タイミング発生部４２から供給される。具体的には、初動励振発生部３６及び励振タイミング発生部４２は、パルス幅Ｗｐ（電流供給時間）にわたりオン状態となるパルススイッチング信号を供給しており、これにより励振電流Ｉｐの供給タイミング及びパルス幅Ｗｐが共振スキャナ駆動回路３４に与えられるようになっている。
【００２８】
コイル１６の両端子（電極１４ａ，１４ｂ）は、共振スキャナ駆動回路３４に接続される他、電流電圧変換増幅回路３８にも接続されており、該電流電圧変換増幅回路３８にコイル１６に供給される励振電流Ｉｐ及びコイル１６に生じる誘導起電流Ｉｄを足し合わせた電流が入力されるようになっている。電流電圧変換増幅回路３８は、インピーダンス変換回路を含み、この入力を電圧信号（検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄ）に変換する。検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄは振れ角検出部４０に供給されるとともに、励振タイミング発生部４２にも供給される。振れ角検出部４０では検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄに基づいて振れ角検出信号Ｖθを出力する。具体的には、振れ角検出部４０では、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値を検出し、それを振れ角検出信号Ｖθとして出力する。
【００２９】
一方、励振タイミング発生部４２は、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄに基づいて共振スキャナ駆動回路３４に供給するパルススイッチング信号を生成し、さらに共振周波数信号ＣＬＫを生成する。共振周波数信号ＣＬＫは例えばパルススイッチング信号と同一信号であり、共振スキャナの共振周波数を有するパルス信号である。この共振周波数ＣＬＫは外部出力され、例えば共振スキャナの特性計測等に用いられる。また、初動励振発生部３６は、共振スキャナの可動部２４が非揺動状態にあるときに最初に励振するためのものであり、予め定められた回数のパルス励振電流Ｉｐを供給するよう、スイッチング信号を共振スキャナ駆動回路３４に供給する。
【００３０】
図３は、この駆動制御装置３０の動作を説明する波形図である。同図（ａ）は励振電圧Ｖｐの波形を表しており、同図（ｂ）は誘導起電圧Ｖｄの波形を表している。また、同図（ｃ）は検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの波形を表している。これらの図において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧値を表す。また、同図（ａ）の波形と同図（ｂ）の波形を加算したものが、同図（ｃ）の波形となっている。同図（ａ）に示されるように、励振電圧Ｖｐは振幅ＶＬ及びパルス幅Ｗｐを有するパルス信号である。各パルスのタイミングは誘導起電圧Ｖｄの正ピークタイミングの直前から現れる。駆動制御装置３０では、振れ角検出部４０が検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値（同図（ｂ）（ｃ）では−Ｖｈ）を検出し、それを振れ角検出信号Ｖθとして出力している。
【００３１】
励振タイミング発生部４２では、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄと、振れ角検出信号Ｖθを−（１−ε）倍して得られるＶｔ（＝−Ｖθ×（１−ε）；０＜ε＜１）と、を比較し、両者が一致したタイミングからパルス幅Ｗｐまでの間にオン状態となるパルススイッチング信号を共振スキャナ駆動回路３４に供給する。こうして得られるのが、同図（ａ）に示される励振電圧Ｖｐである。共振スキャナ駆動回路３４は、この励振電圧Ｖｐに対応する励振電流Ｉｐをコイル１６に与えるようになっている。
【００３２】
励振電流Ｉｐのパルス幅は共振周期Ｔよりも短くなっており、励振電流Ｉｐがオフ状態となった後は可動部２４は慣性により自由振動を始める。この自由振動は共振周期Ｔでの往復動作と同等のものになる。このとき、可動部２４には永久磁石２２ａ，２２ｂによる静磁界が作用しているため、コイル１６に誘導起電圧Ｖｄ及び誘導起電流Ｉｄが生じる。そして、この誘導起電圧Ｖｄ及び誘導起電流Ｉｄは、可動部２４の振れ角に略比例した振幅を有しており、また共振スキャナの固有共振周波数と等しい周波数を有する。このため、駆動制御装置３０では、まず、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値を検出し、それを符号反転するとともに所定係数（１−ε）を乗じ、電圧値Ｖｔを生成する。
【００３３】
そして、負ピークタイミングの後、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄが電圧値Ｖｔに一致するタイミングを待ち受け、その一致タイミングをパルススイッチング信号の立ち上がりタイミングとしている。このようにすれば、励振電流Ｉｐとしてパルス電流を供給しているので、励振電流Ｉｐの非供給時間（オフ状態）を設けることができ、その間は検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄには励振電圧Ｖｐの成分が含まれないため、可動部２４が自由振動することにより生じる誘導起電流Ｉｄだけを検出することができるようになる。このため、励振電流Ｉｐの影響を避け、高精度に可動部２４の共振周期Ｔに関わるタイミング（誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値）を取得できる。
【００３４】
そして、励振タイミング発生部４２では、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄが正ピーク値を迎える直前のタイミングで（Ｖｐ＋Ｖｄ＝−Ｖθ×（１−ε））、再び励振電流Ｉｐのパルスを与えるようパルススイッチング信号を供給する。このように検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの正ピークタイミングの直前、つまりは誘導電圧Ｖｄの正ピークタイミングの直前で励振電流Ｉｐのパルスを与えるようにすれば、可動部２４が最大速度を有するタイミングであることから、最も効率よく可動部２４を励振することができる。こうして、毎周期パルス励振することにより、自由振動によるエネルギー損失分を補い、可動部２４に共振往復動作を継続させることができる。
【００３５】
なお、ここでは検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄ、ひいては誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値を検出し、正ピーク値の到来タイミングの直前にパルス励振するようにしたが、正ピーク値を検出し、負ピーク値の到来タイミングの直前にパルス励振するようにしてもよい。この場合は、励振電流Ｉｐの方向が逆になる。
【００３６】
ここで、振れ角検出部４０の具体例について説明する。図４は、振れ角検出部４０の具体的回路構成例を示す図である。同図に示す振れ角検出部４０は、差動演算増幅器Ａ１及びＡ２を含んでおり、差動演算増幅器Ａ１が入力段を構成し、差動演算増幅器Ａ２が出力段を構成する。差動演算増幅器Ａ２の出力からは振れ角検出信号Ｖθが出力される。差動演算増幅器Ａ１の非反転入力には検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄが与えられており、反転入力には振れ角検出信号Ｖθが戻されている。差動演算増幅器Ａ１の出力にはダイオードＤが逆方向接続されており、該ダイオードＤの多端側は差動演算増幅器Ａ２の非反転入力に接続されている。差動演算増幅器Ａ２の反転入力には振れ角検出信号Ｖθが戻されている。また、ダイオードＤと差動演算増幅器Ａ２の非反転入力との間には、一方をそれぞれ接地された抵抗Ｒ並びにコンデンサＣが接続されている。かかる構成を有する振れ角検出部４０では、振れ角検出信号Ｖθ（検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値）と検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄとが比較され、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの方が小さい場合にコンデンサＣに充電がされるようになっている。差動演算増幅器Ａ２はインピーダンス変換回路として機能しており、このコンデンサＣの充電量が振れ角検出信号Ｖθとして出力される。同図に示される振れ角検出部４０において、コンデンサＣは時定数ＣＲで放電する。この時定数ＣＲは共振スキャナの周期Ｔよりも大きく（例えば数周期）設定される。こうすれば、コンデンサＣに検出信号Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値に対応する電荷を保持させることができ、また振れ角検出信号Ｖθを数周期で更新することができるようになる。この振れ角検出信号Ｖθは励振タイミング発生部４２に供給され、例えば図５に示される反転回路によって−（１−ε）倍され（同図の回路では−Ｒ２／Ｒ１倍される）、その乗算結果と検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄとがコンパレータ回路によって比較される。
【００３７】
次に、振れ角制御部３２の構成例について説明する。図６は振れ角制御部３２の構成例を示す図である。同図に示す振れ角制御部３２は、Ａ／Ｄコンバータ５０と、ＣＰＵ５２と、メモリ５４と、Ｄ／Ａコンバータ５６と、増幅器５８と、を含んで構成されている。メモリ５４はプログラム格納用のＲＯＭと作業用のＲＡＭを含んでいる。Ａ／Ｄコンバータ５０は振れ角検出信号Ｖθが入力されており、これをディジタル化する。その値はＣＰＵ５２に供給される。ＣＰＵ５２には振れ角の基準値が設定入力されており、ＣＰＵ５２は振れ角検出信号Ｖθが基準値よりも小さければＶＬ＋ΔＶＬの電圧を共振スキャナ駆動回路３４に与えるためのディジタル信号をＤ／Ａコンバータ５６に供給する。一方、振れ角検出信号Ｖθが基準値よりも大きければＶＬ−ΔＶＬの電圧を共振スキャナ駆動回路３４に与えるためのディジタル信号をＤ／Ａコンバータ５６に供給する。また、振れ角検出信号Ｖθが基準値と等しければＶＬの電圧を共振スキャナ駆動回路３４に与えるためのディジタル信号をＤ／Ａコンバータ５６に供給する。Ｄ／Ａコンバータ５６はＣＰＵ５２から与えられるディジタル信号をアナログ化する。その信号は増幅器５８で所定倍され、励振電圧Ｖｐの振幅ＶＬとして共振スキャナ駆動回路３４に供給される。
【００３８】
図７は、振れ角制御部３２の動作を説明する図である。同図（ａ）は励振電圧Ｖｐの波形を表しており、同図（ｂ）は誘導起電圧Ｖｄの波形を表している。また、同図（ｃ）は検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの波形を表している。これらの図において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧値を表す。また、同図（ａ）の波形と同図（ｂ）の波形を加算したものが、同図（ｃ）の波形となっている。ここでは、振れ角検出信号Ｖθの基準値は−Ｖｈ０に設定されているものとする。これらの図において、誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値が基準値である−Ｖｈ０であるとき、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値も−Ｖｈ０となる。そして、温度ドリフト又は経時ドリフト等により誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値が基準値から上昇し、その振幅が減少すると、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの負ピーク値はΔＶｈだけ上昇する。すなわち、負ピーク値が−Ｖｈ０＋ΔＶｈとなり、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄの振幅が減少する。このとき、振れ角制御部３２から共振スキャナ駆動回路３４に対して振幅ＶＬ＋ΔＶＬが供給される。こうして、前周期よりもΔＶＬだけ大きい振幅の励振電圧Ｖｐが生成される。こうして、このように誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値、すなわち振れ角検出信号Ｖθが大きくなった場合に、前周期よりも強く可動部２４を励振する。逆に、誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値、すなわち振れ角検出信号Ｖθがさらに小さくなった場合、前周期よりも弱く可動部２４を励振する。こうすれば、上述したように振れ角検出信号Ｖθが可動部２４の振れ角に対応したものであるため、振れ角が小さければ大きく励振し、逆に振れ角が大きければ小さく励振して、振れ角を一定に保つことができる。なお、ここでは、ΔＶＬの大きさによらず励振電圧Ｖｐの振幅をＶＬ±ΔＶＬとしたが、ΔＶＬの大きさに応じて振幅を大小させるようにしてもよい。
【００３９】
次に、初動励振発生部３６の具体例について説明する。初動励振発生部３６は例えばマイクロプロセッサを用いて構成することができ、図８には、この場合にマイクロプロセッサにより実行される処理の一例が示されている。ここでは、図９に示すように、初動励振のために共振スキャナ駆動回路３４に供給されるパルススイッチング信号のパルス幅をｔｐ０とし、その周期をｔｃ０とする。図８において、まず初動励振発生部３６ではｔｐ０及びｔｃ０の初期値を設定する（Ｓ１０１）。これら初期値は共振スキャナの固有共振周波数及び基準振れ角に応じて予め設定される。そして、次にカウンタｉを０にリセットするとともに、タイマｔでの計時を開始する（Ｓ１０２）。ここでカウンタｉは初動励振で与えるパルス回数を表す。ここでは、後述するように全部でｎ回のパルス励振をする。また、タイマｔは初動励振がスタートしてからの時間経過を表す。さらに、初動励振発生部３６では、タイマｔｐをゼロにリセットするとともに、計時を開始する（Ｓ１０３）。ここでタイマｔｐは各周期毎にゼロリセットされるものであり、パルススイッチング信号の位相に対応する。初動励振発生部３６では、タイマｔｐがパルス幅ｔｐ０以上であるかを判断し（Ｓ１０４）、ｔｐ０未満であればパルススイッチング信号をオン状態にする（Ｓ１０６）。一方、ｔｐ０以上であればパルススイッチング信号をオフ状態にする（Ｓ１０５）。そして、タイマｔが周期ｔｃ０をｉ倍したものよりも小さければ（Ｓ１０７）、再びＳ１０４に戻る。こうして、パルススイッチング信号の各周期の波形を形成する。そして、タイマｔが周期ｔｃ０をｉ倍したもの以上になっていれば、カウンタｉをインクリメントする（Ｓ１０８）。そして、カウンタｉがｎになっていれば（Ｓ１０９）、初動励振を終了する。一方、カウンタｉがｎ未満であれば、次周期のパルススイッチング信号の波形を形成すべく、Ｓ１０３に戻る。こうすれば、周期ｔｃ０、パルス幅ｔｐ０のパルス励振をｎ回ほど実行して、非揺動状態にある可動部２４を励振させることができる。ここでは回数を区切って初動励振を行うようにしたが、振れ角検出信号Ｖθが所定値、例えばＶｉに達するまで初動励振を行うようにしてもよい。
【００４０】
以上説明した共振スキャナによれば、誘導起電圧Ｖｄの負ピーク値を振れ角検出信号Ｖθとして取得するとともに、検出電圧Ｖｐ＋Ｖｄがその値を−（１−ε）倍した値に一致するタイミングを待ち受け、その一致するタイミングを励振タイミングとすることにより、共振スキャナの動作が定常状態に達するに従って、励振タイミングの間隔を共振周期に相当するものにでき、共振周波数に自動追従した可動部２４の励振が可能となる。また、振れ角検出信号Ｖθは可動部２４の振れ角を表すものであるため、この振れ角検出信号Ｖθに基づいて励振電圧Ｖｐの振幅ＶＬ、ひいては励振電流Ｉｐの振幅を制御することにより、可動部２４の振れ角を一定に制御することができる。そして、これら可動部２４に対する共振周波数での励振及び振れ角制御は、別段の検出手段を用いることなく実現できるため、検出手段を設けるためのコストが不要となり、また装置の小型化を図ることができる。
【００４１】
なお、以上の説明では振れ角検出信号Ｖθに基づいて励振電圧Ｖｐの振幅ＶＬを制御するようにしたが、パルス幅Ｗｐを制御するようにしても、同様に可動部２４の振れ角を一定に制御することができる。また、以上説明した駆動制御装置３０の動作は、マイクロプロセッサ及びソフトウェアを用いて実現することもできる。
【００４２】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係る共振スキャナの駆動制御装置の構成を示す図である。同図に示す駆動制御装置３０ａは、図１に示される共振スキャナに適用されるものであり、振れ角比較増幅回路６０と、振れ角設定回路６２と、ドライブ電流可変回路６４と、スイッチ６６と、定電流ドライバ６８と、ドライブパルス発生部７０と、位相検出コンパレータ７２と、検出増幅器７４と、を含んで構成されている。定電流ドライバ６８はコイル１６を定電流駆動するものであり、スイッチ６６がオン状態のときにドライブ電流可変回路６４から供給される電圧値に応じた電流でコイル１６を定電流駆動する。
【００４３】
スイッチ６６はドライブパルス発生部７０から供給されるパルススイッチング信号によりオンオフ制御される。検出増幅器７４はコイル１６の端子間電圧を検出するものであり、その値は位相検出コンパレータ７２に供給される。位相検出コンパレータは検出電圧のゼロクロスの立ち上がりタイミングを検出する。そして、ドライブパルス発生部７０ではこのタイミングの間隔を保持しており、そこからおよそ位相９０度分の時間を算出し、ゼロクロスの立ち上がりタイミングから所定パルス幅Ｗｐの間オン状態となるパルススイッチング信号をスイッチ６６に供給する。こうして、誘導起電圧の正ピークタイミング前後に励振パルス電流をコイル１６に供給することができ、効率的に可動部２４を励振させることができるようになる。
【００４４】
また、検出増幅器７４の出力、すなわち検出電圧は振れ角比較増幅回路６０にも供給されている。振れ角比較増幅回路６０には振れ角設定回路６２から振れ角設定のための基準電圧も供給されており、該振れ角比較増幅回路６０は両電圧値を比較し、検出電圧が基準電圧よりも大きければ、ドライブ電流可変回路６４にドライブ電流を小さくするよう指示する。一方、検出電圧が基準電圧以下であれば、ドライブ電流可変回路６４にドライブ電流を大きくするよう指示する。ドライブ電流可変回路６４は指示に応じた電圧をスイッチ６６を介して定電流ドライバ６８に供給する。定電流ドライバ６８はドライブ電流可変回路６４から供給される電圧に応じた電流をコイル１６に励振電流として供給するようになっており、これにより可動部２４の振れ角を一定に制御することができる。
【００４５】
以上説明したように、励振電流の供給タイミングを判断する場合、誘導起電圧のゼロクロスタイミング等、位相タイミングから判断することもできる。
【００４６】
実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係る共振スキャナの駆動制御装置の構成を示す図である。同図に示す駆動制御装置３０ｂは、ワンチップマイコン７６と、振れ角設定回路６２と、定電流ドライバ６８と、位相検出コンパレータ７２と、検出増幅器７４と、を含んで構成されている。ワンチップマイコン７６以外の構成については実施の形態２と同様であり、ここでは同一符号を付して詳細な説明を省略する。この駆動制御装置３０ｂでは、位相検出コンパレータ７２の出力、すなわち誘導起電圧のゼロクロスの立ち上がりタイミングがワンチップマイコン７６に供給されている。また、検出増幅器７４の出力、すなわちコイル１６の端子間電圧も供給されている。さらに、振れ角設定回路６２で生成される基準電圧も供給されている。ワンチップマイコン７６は制御プログラムを格納しており、まず誘導起電圧のゼロクロスの立ち上がりタイミングに基づいてコイル１６に供給するパルス励振電流の供給タイミングを判断する。また、検出増幅器７４での検出電圧と振れ角設定回路６２から与えられる基準電圧からパルス励振電流の電流値を判断する。そして、それら判断結果に応じたパルス励振電流を供給するよう定電流ドライバ６８に対して指示する。このように、本発明はワンチップマイコン７６を用いても実現することができる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施の形態１乃至３に限定されるものではない。
【００４８】
例えば、以上の説明では１次元共振スキャナ、すなわち揺動軸が１本の共振スキャナに本発明を適用する例を取り上げたが、それ以上の揺動軸を備えた共振スキャナ（例えば２次元共振スキャナ）であっても同様に適用可能である。
【００４９】
また、以上の説明では誘導電圧の負ピークタイミングやゼロクロスタイミングを検出し、そのタイミングから励振電流の供給タイミングを生成したが、それ以外の位相タイミングを検出し、そのタイミングから励振電流の供給タイミングを生成するようにしてもよい。
【００５０】
また、以上の説明では誘導電圧が正ピークタイミングを迎えるときにパルス励振するようにしたが、その他のタイミングでパルス励振してもよい。また、以上の説明では１周期に１回だけパルス励振するようにしたが、１周期に数回のパルス励振をするようにしてもよいし、あるいは複数周期に１回のパルス励振をするようにしてもよい。また、負ピークタイミングやゼロクロスタイミング等の所定位相タイミングは必ずしも毎周期検出する必要はなく、複数周期に一度検出するようにしてよい。さらに、負ピークタイミングやゼロクロスタイミング等の所定位相タイミングの時間間隔を監視することにより共振周波数を取得し、その取得した共振周波数でコイル１６を励振させるようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、可動部が揺動状態にあるときにコイルに生じる誘導起電圧及び誘導起電流を検出し、それに基づいて励振電流を同コイルに供給することにより、コイルを励振用として利用するとともに検出用としても利用できる。この結果、別段の検出手段を設けずとも、電磁アクチュエータを共振周期で往復駆動することができ、あるいは、その振れ角を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１乃至３に係る共振スキャナ（電磁アクチュエータ）の全体構成を示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係る共振スキャナの駆動制御装置の全体構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係る駆動制御装置での共振周波数自動追従動作を説明する図である。
【図４】 振れ角検出部の具体的構成例を示す図である。
【図５】 反転回路の一例を示す図である。
【図６】 振れ角制御部の具体的構成例を示す図である。
【図７】 振れ角制御部の動作を説明する図である。
【図８】 初動励振発生部の動作を説明するフロー図である。
【図９】 初動励振パルスを与えるためのパルススイッチング信号の波形を示す図である。
【図１０】 本発明の実施の形態２に係る共振スキャナの駆動制御装置の全体構成を示す図である。
【図１１】 本発明の実施の形態３に係る共振スキャナの駆動制御装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 絶縁基板、１２ ヨーク、１４ａ，１４ｂ 電極、１６ （平面）コイル、１８ 全反射ミラー、２０ａ，２０ｂ トーションバー、２２ａ，２２ｂ 永久磁石、２４ 可動部、２６ シリコン基板、３０，３０ａ，３０ｂ 駆動制御装置（共振周波数信号生成装置）、３２ 振れ角制御部、３４ 共振スキャナ駆動回路、３６ 初動励振発生部、３８ 電流電圧変換増幅回路、４０ 振れ角検出部、４２ 励振タイミング発生部、５０ Ａ／Ｄコンバータ、５２ ＣＰＵ、５４ メモリ、５６ Ｄ／Ａコンバータ、５８ 増幅器、６０ 振れ角比較増幅回路、６２ 振れ角設定回路、６４ ドライブ電流可変回路、６６ スイッチ、６８ 定電流ドライバ、７０ ドライブパルス発生部、７２ 位相検出コンパレータ、７４ 検出増幅器、７６ ワンチップマイコン。
Claims (9)
- 本体部と、
前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、
前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、
前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、
を含む電磁アクチュエータにおいて、
前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出手段と、
検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給手段と、を含み、
前記電流供給手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断するタイミング判断手段を含み、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給することを特徴とする電磁アクチュエータ。 - 請求項１に記載の電磁アクチュエータにおいて、
前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流の正値又は負値のいずれか一方のピーク値を検出するピーク値検出手段を含み、
前記タイミング判断手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流の値が、前記ピーク値検出手段により検出される前記ピーク値を符号反転してなる値から算出された、検出電圧が正ピーク値を迎える直前での値に一致するタイミングで前記励振電流の供給タイミングを順次判断することを特徴とする電磁アクチュエータ。 - 請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータにおいて、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流の正値又は負値のいずれか一方のピーク値を検出するピーク値検出手段を含み、
前記電流供給手段は、前記ピーク値検出手段により検出される前記ピーク値に基づいて前記励振電流の電流値を判断する電流値判断手段を含むことを特徴とする電磁アクチュエータ。 - 請求項２又は３に記載の電磁アクチュエータにおいて、
前記電流供給手段は、前記ピーク値検出手段により検出される前記ピーク値に基づいて前記励振電流の電流値を判断する電流値判断手段を含むことを特徴とする電磁アクチュエータ。 - 請求項１に記載の電磁アクチュエータにおいて、
前記タイミング判断手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流の所定の位相タイミングを検出し、該位相タイミングに基づいて前記励振電流の供給タイミングを順次判断することを特徴とする電磁アクチュエータ。 - 本体部と、前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、
前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、
前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、
を含む電磁アクチュエータの駆動制御装置であって、
前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出手段と、
検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給手段と、を含み、
前記電流供給手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断するタイミング判断手段を含み、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給することを特徴とする電磁アクチュエータの駆動制御装置。 - 本体部と、
前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、
前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、
前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、
を含む電磁アクチュエータの駆動制御方法であって、
前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出ステップと、
検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給ステップと、を含み、
前記電流供給ステップでは、前記誘導量検出ステップで検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断し、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給することを特徴とする電磁アクチュエータの駆動制御方法。 - 本体部と、
前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、
前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、
前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、
を含む電磁アクチュエータの共振周波数信号生成装置であって、
前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出手段と、
検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給手段と、を含み、
前記電流供給手段は、前記誘導量検出手段により検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断するタイミング判断手段を含み、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給するとともに、それら供給タイミングに基づく共振周波数信号を出力することを特徴とする電磁アクチュエータの共振周波数信号生成装置。 - 本体部と、
前記本体部に揺動可能に軸支される可動部と、
前記可動部又は前記本体部のうち一方に取り付けられるコイルと、
前記可動部又は前記本体部のうち他方に取り付けられ、前記コイルに作用する磁界を生成する磁界生成手段と、
を含む電磁アクチュエータの共振周波数信号生成方法であって、
前記可動部が揺動状態にあるとき前記コイルに生じる誘導起電圧又は誘導起電流を検出する誘導量検出ステップと、
検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、励振電流を前記コイルに供給する電流供給ステップと、を含み、
前記電流供給ステップでは、前記誘導量検出ステップで検出される前記誘導起電圧又は誘導起電流に基づいて、前記励振電流の供給タイミングを順次判断し、各供給タイミングから所定電流供給時間にわたり前記励振電流を前記コイルに供給するとともに、それら供給タイミングに基づく共振周波数信号を出力することを特徴とする電磁アクチュエータの共振周波数信号生成方法。
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