(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧制御による可変周波数発振器において、
充電用の第１の定電流源と、
放電用の第２の定電流源と、
上記第１及び第２の定電流源によって充放電がなされるコンデンサと、
上記コンデンサの端子電圧が一方の入力として供給され、その出力が出力信号とされるコンパレータと、
上記出力信号によって切り換えられ、上側基準電圧及び下側基準電圧の少なくとも一方を上記コンパレータに対してその他方の入力として与えるスイッチとからなり、
上記上側基準電圧及び下側基準電圧の少なくとも一方を上記出力信号に同期して可変し、上記上側基準電圧及び下側基準電圧の少なくとも一方によって周波数を制御するようにしたことを特徴とする可変周波数発振器。
【請求項２】
請求項１記載の電圧制御による可変周波数発振器において、
上記出力信号をカウントするカウンタと、上記カウンタの出力がアドレスとして供給され、周波数のパターンが記憶されるメモリと、上記メモリの読み出し出力が供給されるＤ／Ａコンバータとからなる可変電圧発生回路によって、上記上側基準電圧及び下側基準電圧の少なくとも一方を上記出力信号に同期して可変することを特徴とする可変周波数発振器。
【請求項３】
請求項１記載の電圧制御による可変周波数発振器において、
上記コンデンサの充放電を上記出力信号に同期して可変するようにしたことを特徴とする可変周波数発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、電圧制御による可変周波数発振器（ＶＣＯ）において、クロックに同期して周波数を可変できる可変周波数発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌａｔｏｒ）の周波数制御法は、大きく分けて２通りの方法が一般に知られている。その一つは、コンデンサの充電電流を制御する（時間制御）方法である。他方は、電圧制御が可能なコンデンサの電圧を制御する（容量制御）方法である。
【０００３】
従来のＶＣＯを説明する。図１１に従来のＶＣＯの一例の回路図を示し、この動作を説明するための波形図を図１２に示す。電源端子（＋Ｖｃｃ）と接続された定電流源２０は、スイッチ２２の端子ａ−ｃを介してコンパレータ２４の一方の入力端子に接続され、スイッチ２２の出力端子ｃとコンパレータ２４の一方の入力端子と接地間には、コンデンサ２３が接続されている。また、コンパレータ２４の他方の入力端子は、コンパレータ２４の出力端子に接続される。コンパレータ２４から発振出力ｆｏｕｔ  が取り出されると共に、この発振出力ｆｏｕｔ  によって、スイッチ２２が制御される。スイッチ２２の他の入力端子ｂが定電流源２１を介して電源端子（−Ｖｃｃ）に接続される。
【０００４】
ここで、スイッチ２２の出力端子ｃが入力端子ａに接続される場合、定電流源２０からの充電電流ｉｃによってコンデンサ２３が充電される。この時のコンデンサ２３の両端の端子電圧Ｖｉｎｔ  は、図１２ａに示すように直線状に増加する。この端子電圧Ｖｉｎｔ  が出力レベルＶｔｈＨ  に達すると、コンパレータ２４の出力がＶｔｈＬ  に反転する。すると、スイッチ２２の出力端子ｃが入力端子ｂに接続される状態に切り換わり、定電流源２１によってコンデンサ２３が放電される。ここで、定電流源２１の放電電流ｉｄｃ  の絶対値と定電流源２０の充電電流ｉｃの絶対値が同一に選ばれる。
【０００５】
これによって、端子電圧Ｖｉｎｔ  は図１２ａのようにレベル増大時とは逆の傾きで直線状に減少する。その後、端子電圧Ｖｉｎｔ  が出力レベルＶｔｈＬ  に達すると、コンパレータ２４の出力がＶｔｈＨ  に反転する。以上の繰り返しにより、出力端子から発振出力ｆｏｕｔ  が得られる。
【０００６】
上述の従来のＶＣＯで周波数を可変する場合には、コンデンサ２３の充電電流ｉｃ及び放電電流ｉｄｃ  を制御する。即ち、この方法は時間制御の方法である。例えば、充電電流ｉｃ及び放電電流ｉｄｃ  を共に減少させることによって、図１２ｂに示すように、発振出力ｆｏｕｔ  は周波数をｆ１からｆ２に低下する。また、電圧制御が可能なコンデンサの電圧を制御する（容量制御）方法を採用するＶＣＯも知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した時間制御の方法は、クロックと同時に充放電電流を変化させることはできない。言い換えると、周波数の変化をクロックと同期させることができない。更に、出力の１周期毎に所望の周波数を得ることができない。なぜなら、従来の２通りの方法は、共にコンデンサの充電を制御するために応答が遅く、出力中の周波数が変化してしまう。また、出力の周期とのタイミングの同期がとりにくい。
【０００８】
従って、この発明の目的は、基準電圧を制御することにより、１周期毎に周波数等を任意に設定でき、クロックに同期して周波数を可変できる可変周波数発振器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電圧制御による可変周波数発振器において、充電用の第１の定電流源と、放電用の第２の定電流源と、第１及び第２の定電流源によって充放電がなされるコンデンサと、コンデンサの端子電圧が一方の入力として供給され、その出力が出力信号とされるコンパレータと、出力信号によって切り換えられ、上側基準電圧及び下側基準電圧の少なくとも一方をコンパレータに対してその他方の入力として与えるスイッチとからなり、上側基準電圧及び下側基準電圧の少なくとも一方を出力信号に同期して可変し、上側基準電圧及び下側基準電圧の少なくとも一方によって周波数を制御するようにしたことを特徴とする可変周波数発振器である。
【００１０】
【作用】
発振出力ｆｏｕｔ  によって、スイッチが制御される。上側基準電圧ＶｔｈＨ  を発振出力ｆｏｕｔ  と同期して切り換え、その結果、発振周波数を切り換える。これは、端子電圧Ｖｉｎｔ  が基準電圧ＶｔｈＨ  及びＶｔｈＬ  に達するまでの約半周期以内に基準電圧（ＶｔｈＨ  及び／またはＶｔｈＬ  ）を設定すればよい。下側基準電圧ＶｔｈＬ  を固定とし、上側基準電圧ＶｔｈＨ  を可変とすることによって、クロック毎に周波数の可変を実現している。
【００１１】
【実施例】
この発明によるＶＣＯの一実施例の回路図を図１に示す。電源端子（＋Ｖｃｃ）と接続された定電流源２５は、充電・放電を切り換えるスイッチ２７の端子ａ−ｃを介してコンパレータ２９の一方の入力端子に接続され、スイッチ２７の出力端子ｃとコンパレータ２９の一方の入力端子と接地間には、コンデンサ２８が接続されている。
【００１２】
また、コンパレータ２９の他方の入力端子は、スイッチ３０の出力端子ｆに接続される。スイッチ３０の一方の入力端子ｅは、固定電圧源３２に接続される。この固定電圧源３２は、下側基準電圧ＶｔｈＬ  を発生するものである。スイッチ３０の他方の入力端子ｄは、可変電圧発生回路３１の出力端子に接続される。可変電圧発生回路３１の入力端子には、発振出力ｆｏｕｔ  が供給される。また、この発振出力ｆｏｕｔ  によって、スイッチ２７及びスイッチ３０が制御される。スイッチ２７の他方の入力端子ｂが、放電用の定電流源２６を介して電源端子（−Ｖｃｃ）に接続される。
【００１３】
この一実施例では、上側基準電圧ＶｔｈＨ  を切り換え、その結果、発振周波数を切り換えている。これは、端子電圧Ｖｉｎｔ  が基準電圧ＶｔｈＨ  及びＶｔｈＬ  に達するまでの約半周期以内に基準電圧（ＶｔｈＨ  及び／またはＶｔｈＬ  ）を設定すればよい。この例では、下側基準電圧ＶｔｈＬ  を固定とし、上側基準電圧ＶｔｈＨ  を可変とすることによって、クロック毎に周波数の可変を実現している。
【００１４】
基準電圧（ＶｔｈＨ  、ＶｔｈＬ  ）が安定するまでの時間的余裕があるため、スイッチ３０は簡易な構成で実現可能である。また、周波数の切り換えは、充電及び放電のタイミングを切り換えることによってなされるので、充電と放電の割合は変化せず、発振周波数の分解能は基準電圧だけに依存する。従って、基準電圧の生成にディジタル回路を使用することによって、制御の行ない易い回路が構成できる。
【００１５】
図２は、図１の可変電圧発生回路３１の一例を説明するためのブロック図である。３３は、カウンタである。このカウンタ３３に、発振出力ｆｏｕｔ  を入力する。カウンタ３３は、発振出力ｆｏｕｔ  の例えば立ち上がりエッジによってカウント動作を行う。カウンタ３３によって、周波数のパターンが記億されているＲＯＭ３４のアドレス３６が生成される。ＲＯＭ３４には、アドレス３６に対応して所望の周波数を出力すべくディジタルデータが記憶されている。
【００１６】
このディジタルデータ３７がＤ／Ａコンバータ３５に供給され、Ｄ／Ａコンバータ３５は、上側基準電圧ＶｔｈＨ  を出力する。このように、発振周波数と対応した上側基準電圧ＶｔｈＨ  １，ＶｔｈＨ  ２，・・・を形成するためのディジタルデータ３７をＲＯＭ３４に記億しておくことで、必要なクロックのパターンを発生することができる。
【００１７】
上述のこの発明によるＶＣＯの一実施例の動作を説明するための波形図を図３に示す。初期状態では、カウンタ３３からのアドレス３６が０とされ、ＲＯＭ３４から読み出されたディジタルデータ３７がＤ／Ａコンバータ３５に供給され、上側基準電圧ＶｔｈＨ  １がスイッチ３０を介してコンパレータ２９に供給される。コンデンサ２８が定電流源２５の充電電流ｉｃによって充電され、端子電圧Ｖｉｎｔ  が直線的に増大し、これが上側基準電圧ＶｔｈＨ  １に達するとコンパレータ２９の発振出力ｆｏｕｔ  が反転する。
【００１８】
これによって、スイッチ回路２７の端子ｂ−ｃ間が接続されると共に、スイッチ回路３０の端子ｅ−ｆ間が接続される。コンデンサ２８が定電流源２６の放電電流ｉｄｃ  により放電され、直線状にその値が減少し、これが下側基準電圧ＶｔｈＬ  に達すると、コンパレータ２９の発振出力ｆｏｕｔ  が反転する。発振出力ｆｏｕｔ  の最初の周期の周波数がｆ１であるが、発振出力ｆｏｕｔ  の立ち上がりエッジによってカウンタ３３がインクリメントし、そのアドレスが０から１に変化する。
【００１９】
それによって、ＲＯＭ３４から読み出されるディジタルデータ３７が変化し、可変電圧発生回路３１から上側基準電圧ＶｔｈＨ  ２（ＶｔｈＨ  ２＞ＶｔｈＨ  １）が発生する。この第２番目の周期における発振周波数は、ｆ２（ｆ１＞ｆ２）に変化する。以下同様の動作によって、次の周期では発振周波数がｆ３（ｆ２＞ｆ３）に変化する。この一実施例では、更に次の周期ではＲＯＭ３４に対するアドレスが＋１される。このアドレス２には、上側基準電圧ＶｔｈＨ  ２に対応するディジタルデータ３７が記憶され、従って、ＶｔｈＨ  ２の上側基準電圧が発生する。それによって、発振周波数がｆ３からｆ２に変化する。以下同様にして、発振出力ｆｏｕｔ  の１周期ごとに発振周波数が（ｆ１→ｆ２→ｆ３→ｆ２→ｆ１→ｆ２・・・）と可変される。
【００２０】
尚、上述の可変電圧発生回路３１の構成は、Ｄ／Ａコンバータ３５等を用いたディジタル回路に限らない。また、この一実施例では下側基準電圧ＶｔｈＬ  を固定とし、上側基準電圧ＶｔｈＨ  を出力毎に切り換えたが、反対に上側基準電圧ＶｔｈＨ  を固定とし、下側基準電圧ＶｔｈＬ  を出力毎に切り換えるようにしても良い。
【００２１】
この発明によるＶＣＯの他の実施例として、簡易型任意波形発生回路を図４に示す。図４に示すように、図１に示すＶＣＯの回路の出力に積分回路４０を付加することで、簡易型任意波形発生回路が構成される。
【００２２】
上述のこの発明によるＶＣＯは、例えばレーザーディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等においてビーム偏向信号を形成するために使用される。そこで、この発明の応用例を以下に説明する。
【００２３】
先ず始めに、レーザーディスプレイ（蛍光体励起ディスプレイ）の原理を説明する。図５は、この発明を適用することができるレーザーディスプレイの一例の概要を示す略線図である。１は、レーザー光源であり、２はレーザー光線である。レーザー光源１から発せられたレーザー光線２は、光変調器３によって強度変調され、変調光４を出力する。変調光４は、偏向するためのミラー５に入射され、水平及び垂直の両方向に偏向されたレーザー光線６となる。偏向されたレーザー光線６は、スクリーン７に照射される。スクリーン７には蛍光体８が塗布されており、レーザー光線６によって蛍光体８が励起され発光する。
【００２４】
ここで、図６を参照して、ミラー５による偏向と、蛍光体８との間隔の関係を説明する。レーザー光は、Ｐ点でミラー１１によって偏向され、平面なスクリーン９に照射される。また、スクリーン９とＰ点からスクリーン９へ垂直に延長した線との交点をＯとする。今、レーザー光線１２がミラー１１により偏向され、その偏向角の角度をＰ−Ｏからの角度ａとすると、Ｏ−ｓ間の距離Ｌは、
Ｌ＝ｄ×ｔａｎ（ａ）                （１）
で得られる。ｄは、Ｐ−Ｏ間の距離である。ミラー１１が角周波数ωで動いているとすると、時刻ｔにおける角度ａ（ｔ）は、
ａ（ｔ）＝ωｔ                      （２）
で示される。
【００２５】
式（１）、式（２）より、
Ｌ＝ｄ×ｔａｎ（ωｔ）              （３）
が得られる。ωｔに対するｔａｎ（ωｔ）の変化のグラフを、図７に示す。図７において、ωｔが増大すると、レーザー光線１２の照射位置がスクリーン中心から外側に変化する。図７より、角周波数ωが一定の場合、レーザー光線１２がスクリーン９を走査する速度は、中心から外側に向けて非線形に加速することが分かる。
【００２６】
従って、図５に示した光変調器３の変調タイミングも式（３）に同期させる必要がある。更に、図６において破線で示すように、スクリーン９が湾曲スクリーン１０である場合には、蛍光体８のピッチ（図８、スクリーン１３参照）との関係が複雑になる。なぜならば、塗布されている蛍光体８に所望の変調をかけたレーザー光線を照射する必要があるからである。従って、上述したこの発明によるＶＣＯにより、蛍光体８のピッチの変化とミラーの動きに合わせ、変調するタイミングを変化させればよい。
【００２７】
また、レーザーディスプレイにおいて、レーザー照射面での走査速度が一定でない場合、或いは、走査速度は一定であるが照射間隔が一定でない場合、レーザー光線の輝度変調のタイミングは一定ではない。このような場合にも、この発明のＶＣＯにより、１クロック毎のプログラムが可能であるためこの問題を解決することができる。
【００２８】
更に、ＣＲＴディスプレイにおいて、従来のＣＲＴディスプレイは、赤・緑・青の三色用の電子ビームを用いて蛍光体を発光させている。これは、図８のように、赤・緑・青の電子ビームを一組としており、同一色同士の間隔１ｐは、色に依存していない。しかし、１ｐが異色間の間隔１ｃと異なるため、一本の電子ビームで走査するためには電子ビームの変調のタイミングが複雑になる。そこで、変調のタイミングを記億できれば、一本の電子ビームで三色の発光が可能となる。
【００２９】
尚、以下に示す方法は、この発明を必ずしも必要としない。ＣＲＴディスプレイの場合について述べる。この場合、図９に示すように、電子銃１６から出射された電子ビームは、コイル１５が発生する磁界により偏向される。この際にコイル１５に流す電流値を、蛍光面１４の３原色蛍光体のピッチに合わせて変化させて偏向している。従って、変調は等間隔に行えばよい。
【００３０】
次に、プリンタの場合について述べる。この場合、図１０に示すように、レーザー光源１９から出射されたレーザー光は、ミラー２０によってレーザーディスプレイの場合と同様に偏向される。但し、ｆ−θレンズ１８によって紙面１７上の線速度は一定になっている。従って、変調は等間隔に行えばよい。
【００３１】
【発明の効果】
この発明は、従来の発振回路を若干修正することで、発振出力と同期して、出力周波数をプログラマブルに可変できるＶＣＯを可能とする。また、この発明は、レーザープロジェクタ関連、スキャニングに限らず応用範囲が広い技術である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるＶＣＯの一実施例の回路図である。
【図２】この発明によるＶＣＯの一実施例の可変電圧発生回路の一例のブロック図である。
【図３】この発明によるＶＣＯの一実施例の動作を説明するための波形図である。
【図４】この発明によるＶＣＯの他の実施例の簡易型任意波形発生回路のブロック図である。
【図５】この発明を適用することができるレーザーディスプレイの一例の概要を示す略線図である。
【図６】レーザーディスプレイの偏向スピードと蛍光体間隔の関係を示す略線図である。
【図７】レーザーディスプレイの説明するためのｔａｎ（ωｔ）のグラフである。
【図８】この発明を適用することができるＣＲＴディスプレイの一例の蛍光面のピッチの略線図である。
【図９】ＣＲＴディスプレイにおける蛍光面とビームの関係の略線図である。
【図１０】プリンタにおける印刷面とビームの関係の略線図である。
【図１１】従来のＶＣＯの一例の回路図である。
【図１２】従来のＶＣＯの動作を説明するための波形図である。
【符号の説明】
２８  コンデンサ
２９  コンパレータ
３１  可変電圧発生回路
３２  固定電圧源
【図１】
0003579940.tif 000002
【図２】
0003579940.tif 000003
【図４】
0003579940.tif 000004
【図３】
0003579940.tif 000005
【図５】
0003579940.tif 000006
【図６】
0003579940.tif 000007
【図７】
0003579940.tif 000008
【図８】
0003579940.tif 000009
【図９】
0003579940.tif 000010
【図１０】
0003579940.tif 000011
【図１１】
0003579940.tif 000012
【図１２】
0003579940.tif 000013