(57)【要約】  Ｇ級増幅回路は、指令電圧を受ける入力ノードと、前記入力ノードで受けた指令電圧に応じて、３種類以上の電源電圧から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える切り替え部と、前記選択された電源電圧を用いて、増幅動作を行って、電力を生成する増幅部と、前記生成された電力を、印加される電圧の位相に対して流れる電流の位相が遅れる負荷へ出力する出力ノードとを備え、前記３種類以上の電源電圧は、前記出力ノードからの出力電圧の最大振幅に対応した第１の電源電圧と、前記第１の電源電圧より絶対値が小さい第２の電源電圧と、前記第２の電源電圧より絶対値が小さい第３の電源電圧とを含み、前記切り替え部は、前記出力ノードからの出力電流が正である第１の期間において、母線電圧を正の前記第１の電源電圧から正の前記第２の電源電圧及び前記第３の電源電圧へ順次に切り替え、前記出力ノードからの出力電流が負である第２の期間において、母線電圧を負の前記第１の電源電圧から負の前記第２の電源電圧及び前記第３の電源電圧へ順次に切り替える。
2014033811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令電圧を受ける入力ノードと、
前記入力ノードで受けた指令電圧に応じて、３種類以上の電源電圧から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える切り替え部と、
前記選択された電源電圧を用いて、増幅動作を行って、電力を生成する増幅部と、
前記生成された電力を、印加される電圧の位相に対して流れる電流の位相が遅れる負荷へ出力する出力ノードと、
を備え、
前記３種類以上の電源電圧は、
前記出力ノードからの出力電圧の最大振幅に対応した第１の電源電圧と、
前記第１の電源電圧より絶対値が小さい第２の電源電圧と、
前記第２の電源電圧より絶対値が小さい第３の電源電圧と、
を含み、
前記切り替え部は、前記出力ノードからの出力電流が正である第１の期間において、母線電圧を正の前記第１の電源電圧から正の前記第２の電源電圧及び前記第３の電源電圧へ順次に切り替え、前記出力ノードからの出力電流が負である第２の期間において、母線電圧を負の前記第１の電源電圧から負の前記第２の電源電圧及び前記第３の電源電圧へ順次に切り替える
ことを特徴とするＧ級増幅回路。
【請求項２】
前記第３の電源電圧は、グランド電圧である
ことを特徴とする請求項１に記載のＧ級増幅回路。
【請求項３】
グランド電位に接続されたグランドノードと、
前記グランドノードを基準に正の前記第１の電源電圧を発生させる第１の電源と、
前記グランドノードを基準に正の前記第２の電源電圧を発生させる第２の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第１の電源電圧を発生させる第３の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第２の電源電圧を発生させる第４の電源と、
をさらに備え、
前記切り替え部は、前記第１の期間において、前記第１の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第２の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態に順次に切り替え、前記第２の期間において、前記第３の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第４の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態に順次に切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載のＧ級増幅回路。
【請求項４】
前記切り替え部は、前記第１の期間において、母線電圧を正の前記第１の電源電圧から正の前記第２の電源電圧、前記第３の電源電圧、及び負の前記第２の電源電圧へ順次に切り替え、前記第２の期間において、母線電圧を負の前記第１の電源電圧から負の前記第２の電源電圧、前記第３の電源電圧、及び正の前記第２の電源電圧へ順次に切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載のＧ級増幅回路。
【請求項５】
グランド電位に接続されたグランドノードと、
前記グランドノードを基準に正の前記第１の電源電圧を発生させる第１の電源と、
前記グランドノードを基準に正の前記第２の電源電圧を発生させる第２の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第１の電源電圧を発生させる第３の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第２の電源電圧を発生させる第４の電源と、
をさらに備え、
前記切り替え部は、前記第１の期間において、前記第１の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第２の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第４の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替え、前記第２の期間において、前記第３の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第４の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第２の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える
ことを特徴とする請求項４に記載のＧ級増幅回路。
【請求項６】
前記３種類以上の電源電圧は、前記第２の電源電圧より絶対値が小さく前記第３の電源電圧より絶対値が大きい第４の電源電圧をさらに含み、
前記切り替え部は、前記第１の期間において、母線電圧を正の前記第１の電源電圧から正の前記第２の電源電圧、前記第３の電源電圧、及び負の前記第４の電源電圧へ順次に切り替え、前記第２の期間において、母線電圧を負の前記第１の電源電圧から負の前記第２の電源電圧、前記第３の電源電圧、及び正の前記第４の電源電圧へ順次に切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載のＧ級増幅回路。
【請求項７】
グランド電位に接続されたグランドノードと、
前記グランドノードを基準に正の前記第１の電源電圧を発生させる第１の電源と、
前記グランドノードを基準に正の前記第２の電源電圧を発生させる第２の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第１の電源電圧を発生させる第３の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第２の電源電圧を発生させる第４の電源と、
前記グランドノードを基準に正の前記第４の電源電圧を発生させる第５の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第４の電源電圧を発生させる第６の電源と、
をさらに備え、
前記切り替え部は、前記第１の期間において、前記第１の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第２の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第６の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替え、前記第２の期間において、前記第３の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第４の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第５の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える
ことを特徴とする請求項６に記載のＧ級増幅回路。
【請求項８】
前記３種類以上の電源電圧は、前記第２の電源電圧より絶対値が小さく前記第３の電源電圧より絶対値が大きい第４の電源電圧をさらに含み、
前記切り替え部は、前記第１の期間において、母線電圧を正の前記第１の電源電圧から正の前記第２の電源電圧、正の前記第４の電源電圧、前記第３の電源電圧、及び負の前記第４の電源電圧へ順次に切り替え、前記第２の期間において、母線電圧を負の前記第１の電源電圧から負の前記第２の電源電圧、負の前記第４の電源電圧、前記第３の電源電圧、及び正の前記第４の電源電圧へ順次に切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載のＧ級増幅回路。
【請求項９】
グランド電位に接続されたグランドノードと、
前記グランドノードを基準に正の前記第１の電源電圧を発生させる第１の電源と、
前記グランドノードを基準に正の前記第２の電源電圧を発生させる第２の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第１の電源電圧を発生させる第３の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第２の電源電圧を発生させる第４の電源と、
前記グランドノードを基準に正の前記第４の電源電圧を発生させる第５の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第４の電源電圧を発生させる第６の電源と、
をさらに備え、
前記切り替え部は、前記第１の期間において、前記第１の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第２の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記第５の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第６の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替え、前記第２の期間において、前記第３の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第４の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記第６の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第５の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える
ことを特徴とする請求項８に記載のＧ級増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｇ級増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ等の負荷に必要な電力を供給し負荷を駆動するために、リニアアンプが用いられるが、Ａ級、Ｂ級、ＡＢ級などのリニアアンプでは、必要な出力電力に比べて損失電力が大きくなる傾向にある。【０００３】
一方、特許文献１には、Ｇ級型の増幅回路において、第１ＮＰＮトランジスタのエミッタが出力端を介して負荷に接続され、第１ＮＰＮトランジスタのコレクタが第２ＮＰＮトランジスタのエミッタに接続されるとともに第１ダイオードを介して第１電源電圧の端子に接続され、第２ＮＰＮトランジスタのコレクタが第２電源電圧の端子に接続され、第３ＰＮＰトランジスタのベースが入力電圧を受け、第３ＰＮＰトランジスタのエミッタが第１ＮＰＮトランジスタのベースに接続されることが記載されている。また、第４ＰＮＰトランジスタのエミッタが第２電源電圧の端子に接続され、第４ＰＮＰトランジスタのコレクタが第２ＮＰＮトランジスタのエミッタ及び第５ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続され、第５ＰＮＰトランジスタのコレクタが第４ダイオードを介して第３ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続されるとともに第５ダイオードを介して第３電流源に接続され、第５ＰＮＰトランジスタのベースが第２ダイオードを介して第１ダイオードに接続されるとともに第３ダイオードを介して第３電流源に接続され、第６ＰＮＰトランジスタのエミッタが第２電源電圧の端子に接続され、第６ＰＮＰトランジスタのコレクタが第３ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続されることも記載されている。これにより、特許文献１によれば、第２電源電圧から第４ＰＮＰトランジスタのコレクタ−エミッタ電圧と第２ＮＰＮトランジスタのベース−エミッタ電圧と第１ＮＰＮトランジスタのコレクタ−エミッタ電圧とを引いた値に等しい電圧に出力端の電圧を駆動でき、この大きな出力電圧振幅のために増幅回路の効率が高くなるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平５−８０１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、特許文献１に記載のＧ級型の増幅回路がプッシュプル増幅器に用いられた構成も記載されている。このＧ級型のプッシュプル増幅器は、特許文献１に記載のＧ級型の増幅回路を正側の回路とし、正側の回路に対して各トランジスタの極性を反転させたものを負側の回路として正側の回路に縦列接続させ、正電流出力時には、２個の正電源から切り替えて電流を出力し、負電流出力時には、２個の負電源から出力電力に応じて切り替えて電流を出力するものと考えられる。【０００６】
一方、ガルバノスキャナのようなインダクタンス性の負荷の場合には、電圧の位相に対して電流の位相が９０°近く遅れるので、特許文献１に記載のＧ級型のプッシュプル増幅器（Ｇ級増幅回路）をガルバノスキャナの駆動に用いた場合、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、出力電圧と母線電圧との間には大きな電圧差が生じ、電力損失としてはこの電圧差と出力電流との乗算になるので、大きな電力損失が生じる傾向にある。電力損失が大きいと、ガルバノスキャナの精度を向上させながらガルバノスキャナを高速化することが困難になる。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力損失を低減できるＧ級増幅回路を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかるＧ級増幅回路は、指令電圧を受ける入力ノードと、前記入力ノードで受けた指令電圧に応じて、３種類以上の電源電圧から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える切り替え部と、前記選択された電源電圧を用いて、増幅動作を行って、電力を生成する増幅部と、前記生成された電力を、印加される電圧の位相に対して流れる電流の位相が遅れる負荷へ出力する出力ノードとを備え、前記３種類以上の電源電圧は、前記出力ノードからの出力電圧の最大振幅に対応した第１の電源電圧と、前記第１の電源電圧より絶対値が小さい第２の電源電圧と、前記第２の電源電圧より絶対値が小さい第３の電源電圧とを含み、前記切り替え部は、前記出力ノードからの出力電流が正である第１の期間において、母線電圧を正の前記第１の電源電圧から正の前記第２の電源電圧及び前記第３の電源電圧へ順次に切り替え、前記出力ノードからの出力電流が負である第２の期間において、母線電圧を負の前記第１の電源電圧から負の前記第２の電源電圧及び前記第３の電源電圧へ順次に切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、切り替え部は、出力ノードからの出力電流が正である第１の期間において、母線電圧を正の第１の電源電圧から正の第２の電源電圧及び第３の電源電圧へ順次に切り替え、出力ノードからの出力電流が負である第２の期間において、母線電圧を負の第１の電源電圧から負の第２の電源電圧及び第３の電源電圧へ順次に切り替える。これにより、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、出力電圧と母線電圧との電圧差を低減できるので、電力損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１にかかるＧ級増幅回路の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかるＧ級増幅回路の動作を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１の変形例にかかるＧ級増幅回路の構成を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２にかかるＧ級増幅回路の構成を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２にかかるＧ級増幅回路の動作を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態２の変形例にかかるＧ級増幅回路の構成を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態３にかかるＧ級増幅回路の構成を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態３にかかるＧ級増幅回路の動作を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態３の変形例にかかるＧ級増幅回路の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４にかかるＧ級増幅回路の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態４にかかるＧ級増幅回路の動作を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態４の変形例にかかるＧ級増幅回路の構成を示す図である。
【図１３】図１３は、基本の形態にかかるＢ級増幅回路を適用したガルバノスキャナの構成を示す図である。
【図１４】図１４は、基本の形態にかかるＢ級増幅回路の構成を示す図である。
【図１５】図１５は、基本の形態にかかるＢ級増幅回路の動作を示す図である。
【図１６】図１６は、基本の形態にかかるＧ級増幅回路の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、基本の形態にかかるＧ級増幅回路の動作を示す図である。
【図１８】図１８は、損失電力の計算方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかるＧ級増幅回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
実施の形態１にかかるＧ級増幅回路について説明する前に、基本の形態にかかるＢ級増幅回路ＡＭＰ１０、基本の形態にかかるＧ級増幅回路ＡＭＰ２０について順に説明する。
【００１３】
被加工物へのレーザー加工を行うレーザー加工装置は、例えば図１３に示すガルバノスキャナ１によって被加工物へのレーザー光の照射位置を制御する。ガルバノスキャナ１は、例えば、制御装置２、Ｄ／Ａ変換器３、駆動アンプ４、ガルバノスキャナ本体５、及びエンコーダ信号処理回路６を備える。ガルバノスキャナ本体５は、ミラー５ａ、モータ５ｂ、及びエンコーダ５ｃを有する。駆動アンプ４は、増幅回路ＡＭＰを含む。モータ５ｂは、負荷ＬＤを含む。
【００１４】
制御装置２は、被加工物におけるレーザー光の目標照射位置に応じて、ミラー５ａの角度を制御するための指令データをＤ／Ａ変換器３へ供給する。Ｄ／Ａ変換器３は、指令データ（デジタル信号）を指令信号（アナログ信号）へＤ／Ａ変換し、変換された指令信号を駆動アンプ４へ供給する。
【００１５】
駆動アンプ４は、指令信号を内部的に指令電圧に変換し増幅回路ＡＭＰへ供給する。増幅回路ＡＭＰは、指令電圧に応じて、増幅動作を行い、電力を生成しモータ５ｂへ供給する。すなわち、駆動アンプ４は、指令電圧に応じた電力をモータ５ｂの負荷ＬＤへ供給することで、指令電圧に追従するようにモータ５ｂを駆動する。
【００１６】
なお、モータ５ｂでは、例えば、回転子と固定子との一方がコイルで他方が永久磁石で形成され、そのコイルがインダクタンス性の負荷ＬＤとなる。
【００１７】
ガルバノスキャナ本体５では、モータ５ｂが、その負荷ＬＤに電力が供給されたことに応じて、シャフトを介してミラー５ａを回転させる。また、エンコーダ５ｃが、モータ５ｂの回転角度を検出しエンコーダ信号処理部６へ供給する。エンコーダ信号処理部６は、回転角度の検出値（アナログ信号）を回転角度データ（デジタル信号）へＡ／Ｄ変換し制御装置２へ供給する。これにより、制御装置２は、ミラー５ａの角度が、被加工物におけるレーザー光の目標照射位置に応じた目標角度になるように制御する。
【００１８】
ガルバノスキャナ１では、モータ５ｂのインダクタンス性の負荷ＬＤに必要な電流（電力）を供給するために、駆動アンプ４内の増幅回路ＡＭＰとして例えば図１４に示すようなＢ級増幅回路ＡＭＰ１０が用いられる。
【００１９】
図１４に示すＢ級増幅回路ＡＭＰ１０は、プッシュプル型であり、例えば、入力ノードＮ１、切り替え部１１、増幅部１２、グランドノードＮ３、電源１３、電源１４、及び、出力ノードＮ２を備える。
【００２０】
入力ノードＮ１は、指令電圧ＣＶの供給源と切り替え部１１との間に電気的に接続されている。入力ノードＮ１は、指令電圧ＣＶを受けて切り替え部１１へ供給する。
【００２１】
切り替え部１１は、入力ノードＮ１と増幅部１２との間に配され、現在の出力電流Ｉｏの方向と、入力ノードＮ１で受けた指令電圧ＣＶと、接続されている母線の電位とに応じて、１種類の電源電圧（Ｖ２）で母線電圧を切り替える。すなわち、切り替え部１１は、現在の出力電流Ｉｏの方向と、指令電圧ＣＶに追従する各トランジスタのベース電位と、接続されている母線の電位と応じて、ＰラインＰＬ２及びＮラインＮＬ２のいずれかを選択的に活性化し、電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）と電源１４による電源電圧（−Ｖ２）との間で母線電圧を切り替える。具体的には、切り替え部１１は、ツェナーダイオードＺＤ４、ＺＤ３、電流源ＣＳ１、ＣＳ２、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、及び抵抗Ｒ１を有する。
【００２２】
ツェナーダイオードＺＤ４は、アノードが入力ノードＮ１に接続され、カソードが電流源ＣＳ１とトランジスタＴｒ１のベースとに接続されている。ツェナーダイオードＺＤ３は、アノードが電流源ＣＳ２とトランジスタＴｒ２のベースとに接続され、カソードが入力ノードＮ１に接続されている。トランジスタＴｒ１は、例えばＮＰＮ型バーポーラトランジスタであり、ベースが電流源ＣＳ１及びツェナーダイオードＺＤ４の間に接続され、コレクタが電源１３に接続され、エミッタが抵抗Ｒ１に接続されている。トランジスタＴｒ２は、例えばＰＮＰ型バーポーラトランジスタであり、ベースがツェナーダイオードＺＤ３及び電流源ＣＳ２の間に接続され、コレクタが電源１４に接続され、エミッタが抵抗Ｒ１に接続されている。
【００２３】
切り替え部１１は、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向（図１４に実線で示す方向）であれば、トランジスタＴｒ１をオンさせ、増幅部１２における上側のトランジスタＴｒ６を動作させる。そして、切り替え部１１は、指令電圧ＣＶに追従するトランジスタＴｒ１のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＰラインＰＬ２を選択する。すなわち、切り替え部１１は、ＰラインＰＬ２を活性化させ電源１３及び増幅部１２の接続を有効にし、母線電圧を電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）に切り替える。
【００２４】
また、切り替え部１１は、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向（図１４に破線で示す方向）であれば、トランジスタＴｒ２をオンさせ、増幅部１２における下側のトランジスタＴｒ５を動作させる。そして、切り替え部１１は、指令電圧ＣＶに追従するトランジスタＴｒ２のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＮラインＮＬ２を選択する。すなわち、切り替え部１１は、ＮラインＮＬ２を活性化させ電源１４及び増幅部１２の接続を有効にし、母線電圧を電源１４による電源電圧（−Ｖ２）に切り替える。
【００２５】
増幅部１２は、切り替え部１１と出力ノードＮ２との間に配され、切り替え部１１により切り替えられた母線電圧（電源電圧）を用いて増幅動作を行い、電力を生成し、生成された電力を出力ノードＮ２へ供給する。具体的には、増幅部１２は、トランジスタＴｒ６、Ｔｒ５、及び抵抗Ｒｅ１、Ｒｅ２を有する。
【００２６】
トランジスタＴｒ６は、例えばＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、ベースがトランジスタＴｒ１のエミッタ及び抵抗Ｒ１の間に接続され、コレクタが電源１３に接続され、エミッタが抵抗Ｒｅ１を介して出力ノードＮ２に接続されている。トランジスタＴｒ５は、例えばＰＮＰ型バイポーラトランジスタであり、ベースが抵抗Ｒ１及びトランジスタＴｒ２のエミッタの間に接続され、コレクタが電源１４に接続され、エミッタが抵抗Ｒｅ２を介して出力ノードＮ２に接続されている。
【００２７】
増幅部１２は、トランジスタＴｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ６がオンして、トランジスタＴｒ６がエミッタフォロワとして機能し、電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【００２８】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部１１のトランジスタＴｒ１のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ２以下である場合、トランジスタＴｒ６は、コレクタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ２の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ６において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ６の温度上昇により放熱し外部に消失する。
【００２９】
また、増幅部１２は、トランジスタＴｒ２をオンされた状態でトランジスタＴｒ５がオンして、トランジスタＴｒ５がエミッタフォロワとして機能し、電源１４による電源電圧（−Ｖ２）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【００３０】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部１１のトランジスタＴｒ１のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ２以上である場合、トランジスタＴｒ５は、コレクタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ２の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ５において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ５の温度上昇により放熱し外部に消失する。
【００３１】
グランドノードＮ３は、外部のグランド電位に接続されている。すなわち、グランドノードＮ３の電位は、グランド電位に維持されている。
【００３２】
電源１３は、グランドノードＮ３を基準にして正の電源電圧（＋Ｖ２）を発生させる。電源１３は、発生させた正の電源電圧（＋Ｖ２）をＰラインＰＬ２経由で増幅部１２へ供給する。
【００３３】
電源１４は、グランドノードＮ３を基準にして負の電源電圧（−Ｖ２）を発生させる。電源１４は、発生させた負の電源電圧（−Ｖ２）をＮラインＮＬ２経由で増幅部１２へ供給する。
【００３４】
出力ノードＮ２は、増幅部１２により生成された電力を負荷ＬＤへ供給する。負荷ＬＤは、例えばインダクタンス性の負荷であり、印加される電圧の位相に対して流れる電流の位相が遅れる。すなわち、出力ノードＮ２からの出力電圧の位相に対して、出力ノードＮ２からの出力電流の位相が例えば９０°近く遅れる（図１５参照）。
【００３５】
本発明者は、図１４に示すＢ級増幅回路ＡＭＰ１０の動作についてシミュレーションを行った。具体的には、電源電圧の絶対値をＶ２＝９０Ｖとし、ガルバノスキャナ１のミラー５ａによりレーザー光の照射位置を１．０ｍｍピッチ（モータ５ｂの回転子の角度で０．３°ピッチ）で移動させることを繰り返した場合における、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電流、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電圧、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの電力供給における損失電力、Ｂ級増幅回路ＡＭＰ１０における母線電圧の変化についてシミュレーションを行った。
【００３６】
なお、電力損失は、図１８（ａ）〜（ｃ）に示すような方法で計算を行った。図１４に示すＢ級増幅回路ＡＭＰ１０のようなプッシュプル型の増幅回路の場合、正電流（吐き出す向きに流れる電流：図１８（ｃ）に示す区間Ａ）は、図１８（ａ）に示すように、出力ノードＮ２の上段のトランジスタＱ１から流れ、負電流（吸い込む向きに流れる電流：図１８（ｃ）に示す区間Ｂ）は、図１８（ｂ）に示すように、出力ノードＮ２の下段のトランジスタＱ２を通して流れる。このため、電流電圧波形から損失電力を計算する方法は、電流の向きによって場合分けして考える必要がある。母線電圧から出力電圧を減算した差の電圧がそれぞれのトランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタ−エミッタ間およびそれぞれのエミッタ抵抗Ｒｅ１、Ｒｅ２に掛かり、出力電流Ｉｏが流れるので、その瞬間での損失電力Ｐ（ｔ）は、母線電圧をＶｂ、出力電圧をＶｏとすると、次の数式１で表される。
Ｐ（ｔ）＝（Ｖｂ−Ｖｏ）×Ｉｏ・・・数式１
【００３７】
増幅回路の全体としての平均損失電力は、損失電力Ｐ（ｔ）を時間平均して演算すればよい。つまり、図１８（ａ）に示す正電流Ｉｏ１を次の数式２のようにおき、図１８（ｂ）に示す負電流Ｉｏ２を次の数式３のようにおく。
Ｉｏ１（ｔ）＝Ｉｏ（ｔ）  （Ｉｏ≧０、区間Ａ）
＝０          （Ｉｏ＜０、区間Ｂ）  ・・・数式２
Ｉｏ２（ｔ）＝０          （Ｉｏ≧０、区間Ａ）
＝Ｉｏ（ｔ）  （Ｉｏ＜０、区間Ｂ）  ・・・数式３
【００３８】
このとき、時刻Ｔ１からＴ２までの間の平均損失電力Ｐｄは、次の数式４で計算できる。
Ｐｄ＝∫｛Ｉｏ１（ｔ）・（Ｖｃｃ−Ｖｏ（ｔ））
＋Ｉｏ２（ｔ）・（−Ｖｃｃ−Ｖｏ（ｔ））｝ｄｔ・・・数式４
【００３９】
数式４の積分記号は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの時間積分を表している。
【００４０】
シミュレーションを行ったところ、図１５に示すシミュレーション結果が得られた。図１５では、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電流を二点鎖線で示し、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電圧を破線で示し、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの電力供給における損失電力を実線で示し、Ｂ級増幅回路ＡＭＰ１０における母線電圧の変化を一点鎖線で示している。
【００４１】
図１５に示すように、出力電流が正であっても出力電圧が負の場合、および、出力電流が負であっても出力電圧が正の場合がある。例えば、出力電流が正である期間Ｔ１において、出力電圧が正→０→負と変化するのに対して、母線電圧が正の一定値Ｖ２（＝９０Ｖ）に固定されている。また、出力電流が負である期間Ｔ２において、出力電圧が負→０→正と変化するのに対して、母線電圧が負の一定値−Ｖ２（＝−９０Ｖ）に固定されている。図１５に示すグラフから分かるように、出力電流と出力電圧との符号が異なるときには、出力電圧と母線電圧との間には大きな電圧差が生じ、かなり損失電力が高くなっていることが分かる。損失電力のピークは４５０Ｗにも達し、その瞬間は出力電圧と出力電流の符号が反対であることが分かる。図１５に示す場合の平均損失電力は、例えば、２３９．１Ｗにも達する。
【００４２】
このように、ガルバノスキャナの駆動方式として、Ｂ級リニアアンプ方式を採用した場合、２０００ｐｐｓ動作で最大で約２５０Ｗの損失となり、これ以上のガルバノスキャナの駆動速度をアップさせることが困難な傾向にある。ガルバノスキャナの駆動などのように、モータの高速応答が求められるようになると、必要トルクが増え、アンプに求められる電流容量、母線電圧も大きくなってきており、リニアアンプで駆動することが電力容量・外形寸法・コスト等の面で現実的でなくなってきている。すなわち、図１４に示すＢ級増幅回路ＡＭＰ１０を用いた場合、電力損失が大きいので、ガルバノスキャナの精度を向上させながらガルバノスキャナを高速化することが困難である。
【００４３】
それに対して、本発明者は、損失電力を低減するために、他のＤ級、Ｇ級、Ｈ級のアンプ方式を検討した。Ｄ級増幅は、母線電圧をＰＷＭなどの方式でスィッチングし、出力段にローパスフィルタを設けることで必要な電圧出力を得る方式である。Ｇ級増幅は、母線電圧として何種かの複数の固定電圧源を用意して切り替える方式である。Ｈ級増幅は、母線電圧を予測しながら無段階に母線電圧を可変する方式である。
【００４４】
ガルバノスキャナの駆動方式として考えた場合、Ｄ級アンプ方式では、三角波比較等やデッドタイムを設けるので、アンプの応答性が悪く、出力電流にむらができやすく周波数特性に電圧振幅の依存性が現れたりするので、ガルバノスキャナに要求される位置決め精度を満たすことが困難であると考えられる。
【００４５】
また、Ｈ級アンプ方式では、母線電圧を出力電圧に合わせて予測しながら可変するための制御部が必要になり、主アンプ段と同程度の応答性（例えば、帯域２００ｋＨｚ程度）を持つ可変電源回路が必要になるので、回路構成が複雑になり、リニアアンプのコストをガルバノスキャナに要求される実現コストに収めることが困難であると考えられる。
【００４６】
それに対して、Ｇ級アンプ方式では、ガルバノスキャナに要求される位置決め精度を満たすことが可能であるとともに、リニアアンプのコストをガルバノスキャナに要求される実現コストに収めることが可能であることが予想される。
【００４７】
そのような予想のもと、本発明者は、ガルバノスキャナ１の駆動アンプ４内の増幅回路ＡＭＰとして、図１４に示すようなＢ級増幅回路ＡＭＰ１０に代えて、図１６に示すようなＧ級増幅回路ＡＭＰ２０が用いることについて検討を行った。以下では、図１４に示すようなＢ級増幅回路ＡＭＰ１０と異なる部分を中心に説明する。
【００４８】
図１６に示すＢ級増幅回路ＡＭＰ２０は、切り替え部１１及び増幅部１２に代えて切り替え部２１及び増幅部２２を備え、電源２５及び電源２６をさらに備える。
【００４９】
切り替え部２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向と、入力ノードＮ１で受けた指令電圧ＣＶと、接続されている各母線の電位とに応じて、２種類の電源電圧（Ｖ２、Ｖ１）から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える。２種類の電源電圧は、Ｂ級増幅回路ＡＭＰ１０と同様の電源電圧Ｖ２に加え、電源電圧Ｖ２より絶対値が小さいＶ１（例えば、Ｖ１＝Ｖ１／２）を含む。すなわち、切り替え部２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向と、指令電圧ＣＶに追従する各トランジスタのベース電位と、接続されている各母線の電位とに応じて、ＰラインＰＬ２、ＰラインＰＬ１、ＮラインＮＬ２、及びＮラインＮＬ１のいずれかを選択的に活性化し、電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）と電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）と電源１４による電源電圧（−Ｖ２）と電源２６による電源電圧（−Ｖ１）との間で母線電圧を切り替える。
【００５０】
具体的には、切り替え部２１は、切り替え部１１（図１４参照）に比べて、ツェナーダイオードＺＤ６、ＺＤ１、トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１１、ダイオードＤ８、Ｄ５、及び抵抗Ｒ４、Ｒ５をさらに有する。
【００５１】
ツェナーダイオードＺＤ６は、アノードがツェナーダイオードＺＤ４とトランジスタＴｒ１のベースとに接続され、カソードが電流源ＣＳ１とダイオードＤ８とに接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１は、アノードが電流源ＣＳ２とダイオードＤ５とに接続され、カソードがツェナーダイオードＺＤ３とトランジスタＴｒ２のベースとに接続されている。トランジスタＴｒ１２は、例えばＮＰＮ型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードＤ８を介して電流源ＣＳ１及びツェナーダイオードＺＤ６の間に接続され、コレクタが電源１３に接続され、エミッタが抵抗Ｒ４に接続されている。トランジスタＴｒ１１は、例えばＰＮＰ型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードＤ５を介してツェナーダイオードＺＤ１及び電流源ＣＳ２の間に接続され、コレクタが電源１４に接続され、エミッタが抵抗Ｒ５に接続されている。
【００５２】
切り替え部２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向（図１６に実線で示す方向）であれば、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ１２の少なくとも一部をオンさせ、増幅部１２における上側のトランジスタＴｒ６，Ｔｒ８を動作させる。そして、切り替え部２１は、指令電圧ＣＶに追従する各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１２のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。
【００５３】
例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１２のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ１以上である場合、切り替え部２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１２のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＰラインＰＬ２を選択する。すなわち、切り替え部２１は、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ１２をオンさせ、ＰラインＰＬ２を活性化させ電源１３及び増幅部２２の接続を有効にし、母線電圧を電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）に切り替える。
【００５４】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１２のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ２以上＋Ｖ１未満である場合、切り替え部２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１２のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＰラインＰＬ１を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１２では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部２１は、トランジスタＴｒ１２をオフさせるとともにトランジスタＴｒ１をオンさせ、ＰラインＰＬ１を活性化させ電源２５及び増幅部２２の接続を有効にし、母線電圧を電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）に切り替える。
【００５５】
また、切り替え部２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向（図１６に破線で示す方向）であれば、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ１１の少なくとも一部をオンさせ、増幅部１２における下側のトランジスタＴｒ５，Ｔｒ３を動作させる。そして、切り替え部２１は、指令電圧ＣＶに追従するトランジスタＴｒ２，Ｔｒ１１のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。
【００５６】
例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ１１のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１以下である場合、切り替え部２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ１１のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＮラインＮＬ２を選択する。すなわち、切り替え部２１は、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ１２をオンさせ、ＮラインＮＬ２を活性化させ電源１４及び増幅部２２の接続を有効にし、母線電圧を電源１４による電源電圧（−Ｖ２）に切り替える。
【００５７】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ１１のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１より大きく＋Ｖ２以下である場合、切り替え部２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ１１のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＮラインＮＬ１を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１１では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部２１は、トランジスタＴｒ１１をオフさせるとともにトランジスタＴｒ２をオンさせ、ＮラインＮＬ１を活性化させ電源２６及び増幅部２２の接続を有効にし、母線電圧を電源２６による電源電圧（−Ｖ１）に切り替える。
【００５８】
増幅部２２は、切り替え部２１により選択された電源電圧を用いて増幅動作を行い、電力を生成し、生成された電力を出力ノードＮ２へ供給する。具体的には、増幅部２２は、増幅部１１（図１４参照）に比べて、トランジスタＴｒ８、Ｔｒ３、及びダイオードＤ４、Ｄ１をさらに有する。
【００５９】
トランジスタＴｒ８は、例えばＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、ベースがトランジスタＴｒ１２のエミッタ及び抵抗Ｒ４の間に接続され、コレクタが電源１３に接続されている。トランジスタＴｒ８は、エミッタが、抵抗Ｒ４を介してトランジスタＴｒ１２のエミッタに接続され、ダイオードＤ４を介して電源２５に接続され、トランジスタＴｒ６のコレクタに接続されている。トランジスタＴｒ３は、例えばＰＮＰ型バイポーラトランジスタであり、ベースが抵抗Ｒ５及びトランジスタＴｒ１１のエミッタの間に接続され、コレクタが電源１４に接続されている。トランジスタＴｒ３は、エミッタが、抵抗Ｒ５を介してトランジスタＴｒ１１のエミッタに接続され、ダイオードＤ１を介して電源２６に接続され、トランジスタＴｒ５のコレクタに接続されている。ダイオードＤ４は、カソードがトランジスタＴｒ８のエミッタ及びトランジスタＴｒ６のコレクタに接続され、アノードが電源２５に接続されている。ダイオードＤ１は、カソードが電源２６に接続され、アノードがトランジスタＴｒ３のエミッタ及びトランジスタＴｒ５のコレクタに接続されている。
【００６０】
増幅部２２は、トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ８、Ｔｒ６がオンして、トランジスタＴｒ８がエミッタフォロワとして機能し、電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【００６１】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部２１の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１２のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ１以上である場合、トランジスタＴｒ８は、コレクタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ２の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ８において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ８の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ８より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ６は、コレクタに接続されたダイオードＤ４が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ４によりコレクタ側の母線（ＰラインＰＬ１）が遮断される。また、トランジスタＴｒ６は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ８のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ６は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【００６２】
また、増幅部２２は、トランジスタＴｒ１２がオフされトランジスタＴｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ７がオフするとともにトランジスタＴｒ６がオンして、トランジスタＴｒ６がエミッタフォロワとして機能し、電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【００６３】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部２１の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１２のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ２以上＋Ｖ１未満である場合、トランジスタＴｒ８は、エミッタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１２がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ６は、コレクタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ６において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ６の温度上昇により放熱し外部に消失する。
【００６４】
また、増幅部２２は、トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ３、Ｔｒ５がオンして、トランジスタＴｒ３がエミッタフォロワとして機能し、電源１４による電源電圧（−Ｖ２）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【００６５】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ１１のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１以下である場合、トランジスタＴｒ３は、コレクタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ２の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ３において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ３の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ３より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ５は、コレクタに接続されたダイオードＤ１が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ１によりコレクタ側の母線（ＮラインＮＬ１）が遮断される。また、トランジスタＴｒ５は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が上がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ３のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ５は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【００６６】
また、増幅部２２は、トランジスタＴｒ１１がオフされトランジスタＴｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ３がオフされるとともにトランジスタＴｒ５がオンして、トランジスタＴｒ５がエミッタフォロワとして機能し、電源２６による電源電圧（−Ｖ１）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【００６７】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ１１のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１より大きく＋Ｖ２未満である場合、トランジスタＴｒ３は、エミッタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１１がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ５は、コレクタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ５において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ５の温度上昇により放熱し外部に消失する。
【００６８】
電源２５は、グランドノードＮ３を基準にして正の電源電圧（＋Ｖ１）を発生させる。電源２５は、発生させた正の電源電圧（＋Ｖ１）をＰラインＰＬ１経由で増幅部２２へ供給する。
【００６９】
電源２６は、グランドノードＮ３を基準にして負の電源電圧（−Ｖ２）を発生させる。電源２６は、発生させた負の電源電圧（−Ｖ１）をＮラインＮＬ１経由で増幅部２２へ供給する。
【００７０】
本発明者は、図１７に示すＧ級増幅回路ＡＭＰ２０の動作についてシミュレーションを行った。具体的には、電源電圧の絶対値をＶ２＝９０Ｖ、Ｖ１＝Ｖ２／２＝４５Ｖとし、ガルバノスキャナ１のミラー５ａによりレーザー光の照射位置を１．０ｍｍピッチ（モータ５ｂの回転子の角度で０．３°ピッチ）で移動させることを繰り返した場合における、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電流、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電圧、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの電力供給における損失電力、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ２０における母線電圧の変化についてシミュレーションを行った。
【００７１】
その結果、図１７に示すシミュレーション結果が得られた。図１７では、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電流を二点鎖線で示し、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電圧を破線で示し、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの電力供給における損失電力を実線で示し、Ｂ級増幅回路ＡＭＰ１０における母線電圧の変化を一点鎖線で示している。
【００７２】
図１７から分かるように、例えば、出力電流が正である期間Ｔ１１において、出力電圧が正→０→負と変化するのに対して、母線電圧が正の値＋Ｖ２（＝９０Ｖ）からより絶対値の小さな正の値＋Ｖ１（＝４５Ｖ）に切り替えられている。また、出力電流が負である期間Ｔ１２において、出力電圧が負→０→正と変化するのに対して、母線電圧が負の値−Ｖ２（＝−９０Ｖ）からより絶対値の小さな負の値−Ｖ１（＝−４５Ｖ）に切り替えられている。
【００７３】
図１５に示すグラフと図１７に示すグラフとを比較すると、母線電圧を絶対値のより小さな値に切り替えるようにしたことで、損失電力がかなり抑えられることが分かる。このときの平均損失電力は、例えば１３１．６Ｗ程度に半減できる。
【００７４】
しかし、図１７に示すグラフから分かるように、出力電流と出力電圧との符号が異なるときには、出力電圧と母線電圧との間には大きな電圧差が生じ、依然として損失電力が高くなっていることが分かる。すなわち、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、出力電流と出力電圧との符号が異なるときに出力電圧と母線電圧との間には大きな電圧差が生じ、電力損失としてはこの電圧差と出力電流との乗算になるので、大きな電力損失が生じる傾向にある。電力損失が大きいと、ガルバノスキャナの精度を向上させながらガルバノスキャナを高速化することが困難になる。
【００７５】
そこで、実施の形態１では、Ｇ級増幅回路において、３種類以上の電源電圧から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替えることで、損失電力の低減化を図る。例えば、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、ゼロ電圧を供給できるような回路方式を提案する。以下では、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ２０（図１６参照）と異なる部分を中心に説明する。
【００７６】
具体的には、ガルバノスキャナ１の駆動アンプ４内の増幅回路ＡＭＰとして、図１６に示すようなＧ級増幅回路ＡＭＰ２０に代えて、図１に示すようなＧ級増幅回路ＡＭＰ１２０を用いる。Ｇ級増幅回路ＡＭＰ１２０は、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ２０（図１６参照）に対して、例えば、破線で囲った部分が追加されている。
【００７７】
例えば、ゼロ電圧ラインＰＬ０から正の電流を流せるようにトランジスタＴｒ７、Ｔｒ１０を追加している。トランジスタＴｒ１０は、電流増幅率を上げるためのダーリントン接続している。なお、トランジスタＴｒ７の電流増幅率ｈＦＥが十分であればトランジスタＴｒ１０は無くてもよい。
【００７８】
また、ツェナーダイオードＺＤ６はトランジスタＴｒ７のバイアス電圧を一定にし動作点を決めている。動作としては、出力電流が正のときに、ゼロ以下（正確にはダイオードの順方向電圧降下分を切ったとき、ショットキーバリアダイオードを使用すれば、−０．２Ｖ以下）の出力電圧をするときに、ダイオードＤ３が導通状態になり、ゼロ電圧ラインＰＬ０を介してグランドノードＮ３から電流が供給されるようになる。
【００７９】
より具体的には、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ１２０は、切り替え部２１及び増幅部２２に代えて切り替え部１２１及び増幅部１２２を備える。
【００８０】
切り替え部１２１は、３種類以上の電源電圧（Ｖ２、Ｖ１、Ｖ０）から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える。３種類以上の電源電圧は、例えば、電源電圧Ｖ２と、電源電圧Ｖ２より絶対値が小さいＶ１（例えば、Ｖ１＝Ｖ１／２）とに加え、電源電圧Ｖ１より絶対値が小さいＶ０（例えば、グランド電圧）を含む。例えば、切り替え部１２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向と、指令電圧ＣＶに追従する各トランジスタのベース電位と、接続されている各母線の電位とに応じて、ＰラインＰＬ２、ＰラインＰＬ１、ゼロ電圧ラインＰＬ０、ＮラインＮＬ２、ＮラインＮＬ１、及びゼロ電圧ラインＮＬ０のいずれかを選択的に活性化し、電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）と電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）とグランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）と電源１４による電源電圧（−Ｖ２）と電源２６による電源電圧（−Ｖ１）との間で母線電圧を切り替える。
【００８１】
具体的には、切り替え部１２１は、切り替え部２１（図１６参照）に比べて、ツェナーダイオードＺＤ５、ＺＤ２、トランジスタＴｒ１０、Ｔｒ９、ダイオードＤ７、Ｄ６、及び抵抗Ｒ２、Ｒ３をさらに有する。
【００８２】
ツェナーダイオードＺＤ５は、アノードがツェナーダイオードＺＤ６とダイオードＤ７とに接続され、カソードが電流源ＣＳ１とダイオードＤ８とに接続されている。ツェナーダイオードＺＤ２は、アノードが電流源ＣＳ２とダイオードＤ５とに接続され、カソードがツェナーダイオードＺＤ１とダイオードＤ６とに接続されている。トランジスタＴｒ１０は、例えばＮＰＮ型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードＤ７を介してツェナーダイオードＺＤ５及びツェナーダイオードＺＤ６の間に接続され、コレクタが電源１３に接続され、エミッタが抵抗Ｒ２に接続されている。トランジスタＴｒ９は、例えばＰＮＰ型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードＤ６を介してツェナーダイオードＺＤ１及びツェナーダイオードＺＤ２の間に接続され、コレクタが電源１４に接続され、エミッタが抵抗Ｒ３に接続されている。
【００８３】
切り替え部１２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向（図１に実線で示す方向）であれば、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ１０，Ｔｒ１２の少なくとも一部をオンさせ、増幅部１２における上側のトランジスタＴｒ６，Ｔｒ７，Ｔｒ８を動作させる。そして、切り替え部１２１は、指令電圧ＣＶに追従する各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。
【００８４】
例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ１以上である場合、切り替え部１２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＰラインＰＬ２を選択する。すなわち、切り替え部１２１は、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ１０，Ｔｒ１２をオンさせ、ＰラインＰＬ２を活性化させ電源１３及び増幅部１２２の接続を有効にし、母線電圧を電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）に切り替える。
【００８５】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２のベース電位（指令電圧ＣＶ）が０以上＋Ｖ１未満である場合、切り替え部１２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１２のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＰラインＰＬ１を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１２では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部１２１は、トランジスタＴｒ１２をオフさせるとともにトランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０をオンさせ、ＰラインＰＬ１を活性化させ電源２５及び増幅部１２２の接続を有効にし、母線電圧を電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）に切り替える。
【００８６】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１２のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ２以上０未満である場合、切り替え部１２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてゼロ電圧ラインＰＬ０を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１０，Ｔｒ１２では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部１２１は、トランジスタＴｒ１０，Ｔｒ１２をオフさせるとともにトランジスタＴｒ１をオンさせ、ゼロ電圧ラインＰＬ０を活性化させグランドノードＮ３及び増幅部１２２の接続を有効にし、母線電圧をグランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）に切り替える。
【００８７】
また、切り替え部１２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向（図１に破線で示す方向）であれば、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ９，Ｔｒ１１の少なくとも一部をオンさせ、増幅部１２２における下側のトランジスタＴｒ５，Ｔｒ３を動作させる。そして、切り替え部１２１は、指令電圧ＣＶに追従するトランジスタＴｒ２，Ｔｒ９，Ｔｒ１１のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。
【００８８】
例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１以下である場合、切り替え部１２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＮラインＮＬ２を選択する。すなわち、切り替え部１２１は、トランジスタＴｒ１、トランジスタＴｒ９及びトランジスタＴｒ１２をオンさせ、ＮラインＮＬ２を活性化させ電源１４及び増幅部１２２の接続を有効にし、母線電圧を電源１４による電源電圧（−Ｖ２）に切り替える。
【００８９】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１より大きく０以下である場合、切り替え部１２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＮラインＮＬ１を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１１では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部１２１は、トランジスタＴｒ１１をオフさせるとともにトランジスタＴｒ２，Ｔｒ９をオンさせ、ＮラインＮＬ１を活性化させ電源２６及び増幅部１２２の接続を有効にし、母線電圧を電源２６による電源電圧（−Ｖ１）に切り替える。
【００９０】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１のベース電位（指令電圧ＣＶ）が０より大きく＋Ｖ２以下である場合、切り替え部１２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてゼロ電圧ラインＮＬ０を選択する。このとき、トランジスタＴｒ９，Ｔｒ１１では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部２１は、トランジスタＴｒ９，Ｔｒ１１をオフさせるとともにトランジスタＴｒ２をオンさせ、ゼロ電圧ラインＮＬ０を活性化させグランドノードＮ３及び増幅部１２２の接続を有効にし、母線電圧をグランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）に切り替える。
【００９１】
増幅部１２２は、切り替え部１２１により選択された電源電圧を用いて増幅動作を行い、電力を生成し、生成された電力を出力ノードＮ２へ供給する。具体的には、増幅部１２２は、増幅部２１（図１６参照）に比べて、トランジスタＴｒ７、Ｔｒ４、及びダイオードＤ３、Ｄ２をさらに有する。
【００９２】
トランジスタＴｒ７は、例えばＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、ベースがトランジスタＴｒ１０のエミッタ及び抵抗Ｒ２の間に接続され、コレクタがトランジスタＴｒ８のコレクタ、抵抗Ｒ４、及びダイオードＤ４に接続されている。トランジスタＴｒ７は、エミッタが、抵抗Ｒ２を介してトランジスタＴｒ１０のエミッタに接続され、ダイオードＤ３を介してグランドノードＮ３に接続され、トランジスタＴｒ６のコレクタに接続されている。トランジスタＴｒ４は、例えばＰＮＰ型バイポーラトランジスタであり、ベースが抵抗Ｒ３及びトランジスタＴｒ９のエミッタの間に接続され、コレクタがトランジスタＴｒ３のエミッタ、抵抗Ｒ５、及びダイオードＤ１に接続されている。トランジスタＴｒ４は、エミッタが、抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ９のエミッタに接続され、ダイオードＤ２を介してグランドノードＮ３に接続され、トランジスタＴｒ５のコレクタに接続されている。ダイオードＤ３は、カソードがトランジスタＴｒ７のエミッタ及びトランジスタＴｒ６のコレクタに接続され、アノードがグランドノードＮ３に接続されている。ダイオードＤ２は、カソードがグランドノードＮ３に接続され、アノードがトランジスタＴｒ４のエミッタ及びトランジスタＴｒ５のコレクタに接続されている。
【００９３】
増幅部１２２は、トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１０、Ｔｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ８、Ｔｒ７、Ｔｒ６がオンして、トランジスタＴｒ８がエミッタフォロワとして機能し、電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【００９４】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部１２１の各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ１０，Ｔｒ１２のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ１以上である場合、トランジスタＴｒ８は、コレクタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ２の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ８において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ８の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ８より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ７，Ｔｒ６は、コレクタに接続されたダイオードＤ４，Ｄ３が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ４，Ｄ３によりコレクタ側の母線（ＰラインＰＬ１、ゼロ電圧ラインＰＬ０）が遮断される。また、トランジスタＴｒ７，Ｔｒ６は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ８のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ７，Ｔｒ６は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【００９５】
また、増幅部１２２は、トランジスタＴｒ１２がオフされトランジスタＴｒ１０、Ｔｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ８がオフするとともにトランジスタＴｒ７、Ｔｒ６がオンして、トランジスタＴｒ７がエミッタフォロワとして機能し、電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【００９６】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部１２１の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２のベース電位（指令電圧ＣＶ）が０以上＋Ｖ１未満である場合、トランジスタＴｒ８は、エミッタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１２がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ７は、コレクタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ６において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ６の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ７より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ６は、コレクタに接続されたダイオードＤ３が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ３によりコレクタ側の母線（ゼロ電圧ラインＰＬ０）が遮断される。また、トランジスタＴｒ６は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ７のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ６は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【００９７】
また、増幅部１２２は、トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１０がオフされトランジスタＴｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ８、Ｔｒ７がオフするとともにトランジスタＴｒ６がオンして、トランジスタＴｒ６がエミッタフォロワとして機能し、グランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【００９８】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部１２１の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ２以上０未満である場合、トランジスタＴｒ８，Ｔｒ７は、エミッタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１，ゼロ電圧ラインＰＬ０の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１２，Ｔｒ１０がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ６は、コレクタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ６において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ６の温度上昇により放熱し外部に消失する。
【００９９】
また、増幅部１２２は、トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ９、Ｔｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５がオンして、トランジスタＴｒ３がエミッタフォロワとして機能し、電源１４による電源電圧（−Ｖ２）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１００】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部１２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１以下である場合、トランジスタＴｒ３は、コレクタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ２の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ３において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ３の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ３より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５は、コレクタに接続されたダイオードＤ１，Ｄ２が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ１，Ｄ２によりコレクタ側の母線（ＮラインＮＬ１、ゼロ電圧ラインＮＬ０）が遮断される。また、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ３のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０１０１】
また、増幅部１２２は、トランジスタＴｒ１１がオフされトランジスタＴｒ９、Ｔｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ３がオフされるとともにトランジスタＴｒ４、Ｔｒ５がオンして、トランジスタＴｒ４がエミッタフォロワとして機能し、電源２６による電源電圧（−Ｖ１）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１０２】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部１２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１より大きく０以下である場合、トランジスタＴｒ３は、エミッタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１１がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ４は、コレクタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ４において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ４の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ４より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ５は、コレクタに接続されたダイオードＤ２が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ２によりコレクタ側の母線（ゼロ電圧ラインＮＬ０）が遮断される。また、トランジスタＴｒ５は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ４のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ５は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０１０３】
また、増幅部１２２は、トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ９がオフされトランジスタＴｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４がオフされるとともにトランジスタＴｒ５がオンして、トランジスタＴｒ５がエミッタフォロワとして機能し、グランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１０４】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部１２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１のベース電位（指令電圧ＣＶ）が０より大きく＋Ｖ２以下である場合、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４は、エミッタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１，ゼロ電圧ラインＮＬ０の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ９がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ５は、コレクタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ５において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ５の温度上昇により放熱し外部に消失する。
【０１０５】
本発明者は、図１に示すＧ級増幅回路ＡＭＰ１２０の動作についてシミュレーションを行った。具体的には、電源電圧の絶対値をＶ２＝９０Ｖ、Ｖ１＝Ｖ２／２＝４５Ｖとし、ガルバノスキャナ１のミラー５ａによりレーザー光の照射位置を１．０ｍｍピッチ（モータ５ｂの回転子の角度で０．３°ピッチ）で移動させることを繰り返した場合における、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電流、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電圧、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの電力供給における損失電力、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ２０における母線電圧の変化についてシミュレーションを行った。
【０１０６】
その結果、図２に示すシミュレーション結果が得られた。図２では、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電流を二点鎖線で示し、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電圧を破線で示し、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの電力供給における損失電力を実線で示し、Ｂ級増幅回路ＡＭＰ１０における母線電圧の変化を一点鎖線で示している。
【０１０７】
図２から分かるように、例えば、出力電流が正である期間（第１の期間）Ｔ２１において、出力電圧が正→０→負と変化するのに対して、母線電圧が正の値＋Ｖ２（＝９０Ｖ）からより絶対値の小さな正の値＋Ｖ１（＝４５Ｖ）、さらにより絶対値の小さな値Ｖ０（＝０Ｖ）へ、順次に切り替えられている。また、出力電流が負である期間（第２の期間）Ｔ２２において、出力電圧が負→０→正と変化するのに対して、母線電圧が負の値−Ｖ２（＝−９０Ｖ）からより絶対値の小さな負の値−Ｖ１（＝−４５Ｖ）、さらにより絶対値の小さな値Ｖ０（＝０Ｖ）へ、順次に切り替えられている。
【０１０８】
図１７に示すグラフと図２に示すグラフとを比較すると、母線電圧を絶対値のより小さな値に切り替えた後でさらに絶対値のより小さな値（ゼロ電圧）に切り替えるようにしたことで、損失電力がかなり抑えられることが分かる。このときの平均損失電力は、例えば９１．３Ｗ程度に低減できる。
【０１０９】
以上のように、実施の形態１では、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ１２０において、切り替え部１２１が、３種類以上の電源電圧（Ｖ２、Ｖ１、Ｖ０）から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える。すなわち、切り替え部１２１は、出力ノードＮ２からの出力電流が正である第１の期間において、母線電圧を正の電源電圧＋Ｖ２から正の電源電圧＋Ｖ１（Ｖ１＜Ｖ２）及び電源電圧Ｖ０（Ｖ０＜Ｖ１）へ順次に切り替え、出力ノードＮ２からの出力電流が負である第２の期間において、母線電圧を負の電源電圧−Ｖ２から負の電源電圧−Ｖ１及び電源電圧Ｖ０へ順次に切り替える。これにより、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、出力電圧と母線電圧との電圧差を低減できるので、電力損失を低減できる。
【０１１０】
したがって、ガルバノスキャナ１にＧ級増幅回路ＡＭＰ１２０を適用した場合に、ガルバノスキャナ１の精度を向上させながらガルバノスキャナ１を高速化することが容易である。
【０１１１】
また、実施の形態１では、電力損失を低減できるので、必要な電力素子を小さくすることができ、冷却系も簡易にできるようになるため安価で小型の駆動アンプ４（図１３参照）を構成することができる。
【０１１２】
また、実施の形態１では、電源電圧Ｖ０が、グランド電圧である。これにより、電源の種類数より電源電圧の種類数を多くすることができるので、電源数の増加を抑制しながら、電源電圧の種類数を増やすことができる。
【０１１３】
また、実施の形態１では、切り替え部１２１が、出力ノードＮ２からの出力電流が正である第１の期間において、電源（第１の電源）１３及び増幅部１２２の接続を有効にした状態から電源（第２の電源）２５及び増幅部１２２の接続を有効にした状態、及びグランドノードＮ３及び増幅部１２２の接続を有効にした状態に順次に切り替え、切り替え部１２１が、出力ノードＮ２からの出力電流が負である第２の期間において、電源（第３の電源）１４及び増幅部１２２の接続を有効にした状態から電源（第４の電源）２６及び増幅部１２２の接続を有効にした状態、及びグランドノードＮ３及び増幅部１２２の接続を有効にした状態に順次に切り替える。これにより、第１の期間において母線電圧を＋Ｖ２から＋Ｖ１及びＶ０へ順次に切り替えることができ、第２の期間において母線電圧を−Ｖ２から−Ｖ１及びＶ０へ順次に切り替えることができる。
【０１１４】
なお、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ１２０ｉは、図３に示すように、バイポーラトランジスタに代えて電界効果トランジスタを用いたものであってもよい。例えば、図３に示すＧ級増幅回路ＡＭＰ１２０ｉでは、トランジスタＴｒ８、Ｔｒ７、Ｔｒ６、Ｔｒ５、Ｔｒ４、Ｔｒ３（図１参照）に代えてトランジスタＴｒ８’、Ｔｒ７’、Ｔｒ６’、Ｔｒ５’、Ｔｒ４’、Ｔｒ３’が用いられている。例えば、トランジスタＴｒ８’、Ｔｒ７’、Ｔｒ６’は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタであり、トランジスタＴｒ５’、Ｔｒ４’、Ｔｒ３’は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタである。図３では、各トランジスタＴｒ８’、Ｔｒ７’、Ｔｒ６’、Ｔｒ５’、Ｔｒ４’、Ｔｒ３’として、ＭＯＳ型の電界効果トランジスタが例示的に図示されているが、ジャンクション型の電界効果トランジスタであってもよい。この場合、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ１２０ｉでは、トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１０、Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ９、Ｔｒ１１（図１参照）を省略することができる。すなわち、切り替え部１２１ｉと増幅部１２２ｉとを共通化でき、トランジスタ数を低減できるので、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ１２０ｉの製造コストを低減できる。
【０１１５】
実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかるＧ級増幅回路について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【０１１６】
実施の形態１では、正電流供給時及び負電流供給時のそれぞれにおいてゼロ電圧を供給できるような回路方式を提案しているが、実施の形態２では、正電流供給時及び負電流供給時のそれぞれにおいてさらに逆符号の電圧を供給できるような回路方式を提案する。
【０１１７】
具体的には、ガルバノスキャナ１の駆動アンプ４内の増幅回路ＡＭＰとして、図１に示すようなＧ級増幅回路ＡＭＰ１２０に代えて、図４に示すようなＧ級増幅回路ＡＭＰ２２０を用いる。Ｇ級増幅回路ＡＭＰ２２０は、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ２０（図１６参照）に対して、例えば、破線で囲った部分が追加されている。
【０１１８】
より具体的には、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ２２０は、切り替え部１２１及び増幅部１２２に代えて切り替え部２２１及び増幅部２２２を備える。
【０１１９】
切り替え部２２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向と、指令電圧ＣＶに追従する各トランジスタのベース電位と、接続されている各母線の電位とに応じて、ＰラインＰＬ２、ＰラインＰＬ１、ゼロ電圧ラインＰＬ０、逆電圧ラインＰＬ３、ＮラインＮＬ２、ＮラインＮＬ１、ゼロ電圧ラインＮＬ０、及び逆電圧ラインＮＬ３のいずれかを選択的に活性化し、電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）と電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）とグランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）と電源１４による電源電圧（−Ｖ２）と電源２６による電源電圧（−Ｖ１）との間で母線電圧を切り替える。
【０１２０】
具体的には、切り替え部２２１は、切り替え部１２１（図１参照）に比べて、ツェナーダイオードＺＤ８、ＺＤ７、トランジスタＴｒ１５、Ｔｒ２０、ダイオードＤ１１、Ｄ１０、及び抵抗Ｒ６、Ｒ７をさらに有する。
【０１２１】
ツェナーダイオードＺＤ８は、アノードがツェナーダイオードＺＤ５とダイオードＤ８とに接続され、カソードが電流源ＣＳ１とダイオードＤ１１とに接続されている。ツェナーダイオードＺＤ７は、アノードが電流源ＣＳ２とダイオードＤ１０とに接続され、カソードがツェナーダイオードＺＤ２とダイオードＤ５とに接続されている。トランジスタＴｒ１５は、例えばＮＰＮ型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードＤ１１を介して電流源ＣＳ１及びツェナーダイオードＺＤ８の間に接続され、コレクタが電源１３に接続され、エミッタが抵抗Ｒ６に接続されている。トランジスタＴｒ２０は、例えばＰＮＰ型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードＤ１０を介してツェナーダイオードＺＤ７及び電流源ＣＳ２の間に接続され、コレクタが電源１４に接続され、エミッタが抵抗Ｒ７に接続されている。
【０１２２】
切り替え部２２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向（図４に実線で示す方向）であれば、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５の少なくとも一部をオンさせ、増幅部２２２における上側のトランジスタＴｒ６，Ｔｒ７，Ｔｒ８，Ｔｒ１３を動作させる。そして、切り替え部２２１は、指令電圧ＣＶに追従する各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。
【０１２３】
例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ１以上である場合、切り替え部２２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＰラインＰＬ２を選択する。すなわち、切り替え部２２１は、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５をオンさせ、ＰラインＰＬ２を活性化させ電源１３及び増幅部２２２の接続を有効にし、母線電圧を電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）に切り替える。
【０１２４】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５のベース電位（指令電圧ＣＶ）が０以上＋Ｖ１未満である場合、切り替え部２２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＰラインＰＬ１を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１５では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部２２１は、トランジスタＴｒ１５をオフさせるとともにトランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２をオンさせ、ＰラインＰＬ１を活性化させ電源２５及び増幅部２２２の接続を有効にし、母線電圧を電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）に切り替える。
【０１２５】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１以上０未満である場合、切り替え部２２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてゼロ電圧ラインＰＬ０を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１２，Ｔｒ１５では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部２２１は、トランジスタＴｒ１２，Ｔｒ１５をオフさせるとともにトランジスタＴｒ１，Ｔｒ１０をオンさせ、ゼロ電圧ラインＰＬ０を活性化させグランドノードＮ３及び増幅部２２２の接続を有効にし、母線電圧をグランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）に切り替える。
【０１２６】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ２以上−Ｖ１未満である場合、切り替え部２２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線として逆電圧ラインＰＬ３を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部２２１は、トランジスタＴｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５をオフさせるとともにトランジスタＴｒ１をオンさせ、逆電圧ラインＰＬ３を活性化させ電源２６及び増幅部２２２の逆極性の接続を有効にし、母線電圧を電源２６による電源電圧（−Ｖ１）に切り替える。
【０１２７】
また、切り替え部２２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向（図４に破線で示す方向）であれば、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０の少なくとも一部をオンさせ、増幅部２２２における下側のトランジスタＴｒ５，Ｔｒ４，Ｔｒ３，Ｔｒ１４を動作させる。そして、切り替え部２２１は、指令電圧ＣＶに追従するトランジスタＴｒ２，Ｔｒ１１のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。
【０１２８】
例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１以下である場合、切り替え部２２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＮラインＮＬ２を選択する。すなわち、切り替え部２２１は、トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０をオンさせ、ＮラインＮＬ２を活性化させ電源１４及び増幅部２２２の接続を有効にし、母線電圧を電源１４による電源電圧（−Ｖ２）に切り替える。
【０１２９】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１より大きく０以下である場合、切り替え部２２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＮラインＮＬ１を選択する。このとき、トランジスタＴｒ２０では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部２２１は、トランジスタＴｒ２０をオフさせるとともにトランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１をオンさせ、ＮラインＮＬ１を活性化させ電源２６及び増幅部２２２の接続を有効にし、母線電圧を電源２６による電源電圧（−Ｖ１）に切り替える。
【０１３０】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０のベース電位（指令電圧ＣＶ）が０より大きく＋Ｖ１以下である場合、切り替え部２２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてゼロ電圧ラインＮＬ０を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ２０では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部２２１は、トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ２０をオフさせるとともにトランジスタＴｒ２、Ｔｒ９をオンさせ、ゼロ電圧ラインＮＬ０を活性化させグランドノードＮ３及び増幅部２２２の接続を有効にし、母線電圧をグランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）に切り替える。
【０１３１】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ１より大きく＋Ｖ２以下である場合、切り替え部２２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線として逆電圧ラインＮＬ３を選択する。このとき、トランジスタＴｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部２２１は、トランジスタＴｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０をオフさせるとともにトランジスタＴｒ２をオンさせ、逆電圧ラインＮＬ３を活性化させ電源２５及び増幅部２２２の逆極性の接続を有効にし、母線電圧を電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）に切り替える。
【０１３２】
増幅部２２２は、切り替え部２２１により選択された電源電圧を用いて増幅動作を行い、電力を生成し、生成された電力を出力ノードＮ２へ供給する。具体的には、増幅部２２２は、増幅部１２１（図１参照）に比べて、トランジスタＴｒ１３、Ｔｒ１４、及びダイオードＤ１３、Ｄ１２をさらに有する。
【０１３３】
トランジスタＴｒ１３は、例えばＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、ベースがトランジスタＴｒ１５のエミッタ及び抵抗Ｒ６の間に接続され、コレクタが電源１３に接続されている。トランジスタＴｒ１３は、エミッタが、抵抗Ｒ６を介してトランジスタＴｒ１５のエミッタに接続され、ダイオードＤ１３を介して電源２５に接続され、トランジスタＴｒ８のコレクタに接続されている。トランジスタＴｒ１４は、例えばＰＮＰ型バイポーラトランジスタであり、ベースが抵抗Ｒ７及びトランジスタＴｒ２０のエミッタの間に接続され、コレクタが電源１４に接続されている。トランジスタＴｒ１４は、エミッタが、抵抗Ｒ７を介してトランジスタＴｒ２０のエミッタに接続され、ダイオードＤ１２を介して電源２６に接続され、トランジスタＴｒ３のコレクタに接続されている。ダイオードＤ１３は、カソードがトランジスタＴｒ１３のエミッタ及びトランジスタＴｒ８のコレクタに接続され、アノードが電源２５に接続されている。ダイオードＤ１２は、カソードが電源２６に接続され、アノードがトランジスタＴｒ１４のエミッタ及びトランジスタＴｒ３のコレクタに接続されている。ダイオードＤ４は、アノードがグランドノードＮ３に接続されている。ダイオードＤ３は、アノードが電源２６に接続されている。ダイオードＤ１は、カソードがグランドノードＮ３に接続されている。ダイオードＤ２は、カソードが電源２５に接続されている。
【０１３４】
増幅部２２２は、トランジスタＴｒ１５、Ｔｒ１２、Ｔｒ１０、Ｔｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ１３、Ｔｒ８、Ｔｒ７、Ｔｒ６がオンして、トランジスタＴｒ１３がエミッタフォロワとして機能し、電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１３５】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部２２１の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ１以上である場合、トランジスタＴｒ１３は、コレクタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ２の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ１３において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ１３の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ１３より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ８，Ｔｒ７，Ｔｒ６は、コレクタに接続されたダイオードＤ１３，Ｄ４，Ｄ３が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ１３，Ｄ４，Ｄ３によりコレクタ側の母線（ＰラインＰＬ１、ゼロ電圧ラインＰＬ０、逆電圧ラインＰＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ８，Ｔｒ７，Ｔｒ６は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ１３のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ８，Ｔｒ７，Ｔｒ６は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０１３６】
また、増幅部２２２は、トランジスタＴｒ１５がオフされトランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１０、Ｔｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ１３がオフするとともにトランジスタＴｒ８、Ｔｒ７、Ｔｒ６がオンして、トランジスタＴｒ８がエミッタフォロワとして機能し、電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１３７】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部２２１の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５のベース電位（指令電圧ＣＶ）が０以上＋Ｖ１未満である場合、トランジスタＴｒ１３は、エミッタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１５がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ８は、コレクタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ８において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ８の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ８より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ７，Ｔｒ６は、コレクタに接続されたダイオードＤ４，Ｄ３が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ４，Ｄ３によりコレクタ側の母線（ゼロ電圧ラインＰＬ０、逆電圧ラインＰＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ７，Ｔｒ６は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ８のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ７，Ｔｒ６は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０１３８】
また、増幅部２２２は、トランジスタＴｒ１５、Ｔｒ１２がオフされトランジスタＴｒ１０、Ｔｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ１３、Ｔｒ８がオフするとともにトランジスタＴｒ７、Ｔｒ６がオンして、トランジスタＴｒ７がエミッタフォロワとして機能し、グランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１３９】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部２２１の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１以上０未満である場合、トランジスタＴｒ１３，Ｔｒ８は、エミッタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１，ゼロ電圧ラインＰＬ０の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１５，Ｔｒ１２がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ７は、コレクタ側の母線の電位（ゼロ電圧ラインＰＬ０の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ７において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ７の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ７より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ６は、コレクタに接続されたダイオードＤ３が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ３によりコレクタ側の母線（逆電圧ラインＰＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ６は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ７のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ６は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０１４０】
また、増幅部２２２は、トランジスタＴｒ１５、Ｔｒ１２、Ｔｒ１０がオフされトランジスタＴｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ１３、Ｔｒ８、Ｔｒ７がオフするとともにトランジスタＴｒ６がオンして、トランジスタＴｒ６がエミッタフォロワとして機能し、電源２６による電源電圧（−Ｖ１）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１４１】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部２２１の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ２以上−Ｖ１未満である場合、トランジスタＴｒ１３，Ｔｒ８，Ｔｒ７は、エミッタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１，ゼロ電圧ラインＰＬ０、逆電圧ラインＰＬ３の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１５，Ｔｒ１２，Ｔｒ１０がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ６は、コレクタ側の母線の電位（逆電圧ラインＰＬ３の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ６において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ６の温度上昇により放熱し外部に消失する。
【０１４２】
また、増幅部２２２は、トランジスタＴｒ２０、Ｔｒ１１、Ｔｒ９、Ｔｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ１４、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５がオンして、トランジスタＴｒ１４がエミッタフォロワとして機能し、電源１４による電源電圧（−Ｖ２）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１４３】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部２２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１以下である場合、トランジスタＴｒ１４は、コレクタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ２の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ１４において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ１４の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ１４より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５は、コレクタに接続されたダイオードＤ１２，Ｄ１，Ｄ２が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ１２，Ｄ１，Ｄ２によりコレクタ側の母線（ＮラインＮＬ１、ゼロ電圧ラインＮＬ０、逆電圧ラインＮＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ１４のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０１４４】
また、増幅部２２２は、トランジスタＴｒ２０がオフされトランジスタＴｒ１１、Ｔｒ９、Ｔｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ１４がオフされるとともにトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５がオンして、トランジスタＴｒ３がエミッタフォロワとして機能し、電源２６による電源電圧（−Ｖ１）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１４５】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部２２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１より大きく０以下である場合、トランジスタＴｒ１４は、エミッタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ２０がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ３は、コレクタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ３において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ３の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ３より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５は、コレクタに接続されたダイオードＤ１，Ｄ２が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ１，Ｄ２によりコレクタ側の母線（ゼロ電圧ラインＮＬ０、逆電圧ラインＮＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ３のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０１４６】
また、増幅部２２２は、トランジスタＴｒ２０、Ｔｒ１１がオフされトランジスタＴｒ９、Ｔｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ１４、Ｔｒ３がオフされるとともにトランジスタＴｒ４、Ｔｒ５がオンして、トランジスタＴｒ４がエミッタフォロワとして機能し、グランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１４７】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部２２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０のベース電位（指令電圧ＣＶ）が０より大きく＋Ｖ１以下である場合、トランジスタＴｒ１４，Ｔｒ３は、エミッタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１，ゼロ電圧ラインＮＬ０の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ２０，Ｔｒ１１がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ４は、コレクタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ４において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ４の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ４より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ５は、コレクタに接続されたダイオードＤ２が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ２によりコレクタ側の母線（逆電圧ラインＰＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ５は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ４のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ５は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０１４８】
また、増幅部２２２は、トランジスタＴｒ２０、Ｔｒ１１、Ｔｒ９がオフされトランジスタＴｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ１１、Ｔｒ３、Ｔｒ４がオフされるとともにトランジスタＴｒ５がオンして、トランジスタＴｒ５がエミッタフォロワとして機能し、電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１４９】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部２２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ１より大きく＋Ｖ２以下である場合、トランジスタＴｒ１４，Ｔｒ３，Ｔｒ４は、エミッタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１，ゼロ電圧ラインＮＬ０、逆電圧ラインＮＬ３の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ２０，Ｔｒ１１，Ｔｒ９がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ５は、コレクタ側の母線の電位（逆電圧ラインＮＬ３の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ５において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ５の温度上昇により放熱し外部に消失する。
【０１５０】
本発明者は、図４に示すＧ級増幅回路ＡＭＰ２２０の動作についてシミュレーションを行った。具体的には、電源電圧の絶対値をＶ２＝９０Ｖ、Ｖ１＝Ｖ２／２＝４５Ｖとし、ガルバノスキャナ１のミラー５ａによりレーザー光の照射位置を１．０ｍｍピッチ（モータ５ｂの回転子の角度で０．３°ピッチ）で移動させることを繰り返した場合における、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電流、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電圧、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの電力供給における損失電力、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ２０における母線電圧の変化についてシミュレーションを行った。
【０１５１】
その結果、図５に示すシミュレーション結果が得られた。図５では、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電流を二点鎖線で示し、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電圧を破線で示し、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの電力供給における損失電力を実線で示し、Ｂ級増幅回路ＡＭＰ１０における母線電圧の変化を一点鎖線で示している。
【０１５２】
図５から分かるように、例えば、出力電流が正である期間（第１の期間）Ｔ３１において、出力電圧が正→０→負と変化するのに対して、母線電圧が正の値＋Ｖ２（＝９０Ｖ）からより絶対値の小さな正の値＋Ｖ１（＝４５Ｖ）、さらにより絶対値の小さな値Ｖ０（＝０Ｖ）、そして逆符号の値−Ｖ１（＝−４５Ｖ）へ、順次に切り替えられている。また、出力電流が負である期間（第２の期間）Ｔ３２において、出力電圧が負→０→正と変化するのに対して、母線電圧が負の値−Ｖ２（＝−９０Ｖ）からより絶対値の小さな負の値−Ｖ１（＝−４５Ｖ）、さらにより絶対値の小さな値Ｖ０（＝０Ｖ）、そして逆符号の値＋Ｖ１（＝＋４５Ｖ）へ、順次に切り替えられている。
【０１５３】
図２に示すグラフと図５に示すグラフとを比較すると、母線電圧を絶対値のより小さな値に切り替えた後でさらに絶対値のより小さな値（ゼロ電圧）に切り替え、そして逆符号の電圧に切り替えるようにしたことで、損失電力がさらに抑えられることが分かる。このときの平均損失電力は、例えば７４．５Ｗ程度に低減できる。
【０１５４】
このように、実施の形態２では、切り替え部２２１が、出力ノードＮ２からの出力電流が正である第１の期間において、母線電圧を正の電源電圧＋Ｖ２から正の電源電圧＋Ｖ１（Ｖ１＜Ｖ２）、電源電圧Ｖ０（Ｖ０＜Ｖ１）、及び負の電源電圧−Ｖ１へ順次に切り替え、出力ノードＮ２からの出力電流が負である第２の期間において、母線電圧を負の電源電圧−Ｖ２から負の電源電圧−Ｖ１、電源電圧Ｖ０、及び正の電源電圧＋Ｖ１へ順次に切り替える。これにより、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、出力電圧と母線電圧との電圧差をさらに低減できるので、電力損失をさらに低減できる。
【０１５５】
また、実施の形態２では、切り替え部２２１が、出力ノードＮ２からの出力電流が正である第１の期間において、電源（第１の電源）１３及び増幅部２２２の接続を有効にした状態から電源（第２の電源）２５及び増幅部２２２の接続を有効にした状態、グランドノードＮ３及び増幅部２２２の接続を有効にした状態、及び電源（第４の電源）２６及び増幅部２２２の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替え、出力ノードＮ２からの出力電流が負である第２の期間において、電源（第３の電源）１４及び増幅部２２２の接続を有効にした状態から電源（第４の電源）２６及び増幅部２２２の接続を有効にした状態、グランドノードＮ３及び増幅部２２２の接続を有効にした状態、及び電源（第２の電源）２５及び増幅部２２２の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える。これにより、第１の期間において母線電圧を＋Ｖ２から＋Ｖ１、Ｖ０及び−Ｖ１へ順次に切り替えることができ、第２の期間において母線電圧を−Ｖ２から−Ｖ１、Ｖ０及び＋Ｖ１へ順次に切り替えることができる。
【０１５６】
また、実施の形態２では、正電流供給時及び負電流供給時のそれぞれにおいて供給する逆符号の電圧を、電源と増幅部との逆極性の接続で生成している。これにより、電源数の増加を抑制しながら、逆符号の電圧を生成させることができる。
【０１５７】
なお、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ１２０ｉは、図６に示すように、バイポーラトランジスタに代えて電界効果トランジスタを用いたものであってもよい。例えば、図６に示すＧ級増幅回路ＡＭＰ２２０ｉでは、トランジスタＴｒ１３、Ｔｒ８、Ｔｒ７、Ｔｒ６、Ｔｒ５、Ｔｒ４、Ｔｒ３、Ｔｒ１４（図４参照）に代えてトランジスタＴｒ１３’、Ｔｒ８’、Ｔｒ７’、Ｔｒ６’、Ｔｒ５’、Ｔｒ４’、Ｔｒ３’、Ｔｒ１４’が用いられている。例えば、トランジスタＴｒ１３’、Ｔｒ８’、Ｔｒ７’、Ｔｒ６’は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタであり、トランジスタＴｒ５’、Ｔｒ４’、Ｔｒ３’、Ｔｒ１４’は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタである。図６では、各トランジスタＴｒ１３’、Ｔｒ８’、Ｔｒ７’、Ｔｒ６’、Ｔｒ５’、Ｔｒ４’、Ｔｒ３’、Ｔｒ１４’として、ＭＯＳ型の電界効果トランジスタが例示的に図示されているが、ジャンクション型の電界効果トランジスタであってもよい。この場合、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ２２０ｉでは、トランジスタＴｒ１５、Ｔｒ１２、Ｔｒ１０、Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ９、Ｔｒ１１、Ｔｒ２０（図４参照）を省略することができる。すなわち、切り替え部２２１ｉと増幅部２２２ｉとを共通化でき、トランジスタ数を低減できるので、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ２２０ｉの製造コストを低減できる。
【０１５８】
実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかるＧ級増幅回路について説明する。以下では、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
【０１５９】
実施の形態２では、正電流供給時及び負電流供給時のそれぞれにおいて供給する逆符号の電圧を電源と増幅部との逆極性の接続で生成しているが、実施の形態３では、逆符号の電圧を生成するための専用の電源を用意する。
【０１６０】
具体的には、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ３２０は、図７に示すように、切り替え部２２１に代えて切り替え部３２１を備え、電源（第５の電源）３２７及び電源（第６の電源）３２８をさらに備える。
【０１６１】
切り替え部３２１は、３種類以上の電源電圧（Ｖ２、Ｖ１、Ｖ０、Ｖ３）から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える。３種類以上の電源電圧は、例えば、電源電圧Ｖ２と、電源電圧Ｖ２より絶対値が小さいＶ１（例えば、Ｖ１＝Ｖ１／２）と、電源電圧Ｖ１より絶対値が小さいＶ０（例えば、グランド電圧）とに加え、電源電圧Ｖ１より絶対値が小さく電源電圧Ｖ０より絶対値が大きいＶ３を含む。例えば、切り替え部３２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向と、指令電圧ＣＶに追従する各トランジスタのベース電位と、接続されている各母線の電位とに応じて、ＰラインＰＬ２、ＰラインＰＬ１、ゼロ電圧ラインＰＬ０、逆電圧ラインＰＬ３、ＮラインＮＬ２、ＮラインＮＬ１、ゼロ電圧ラインＮＬ０、及び逆電圧ラインＮＬ３のいずれかを選択的に活性化し、電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）と電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）とグランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）と電源３２８による電源電圧（−Ｖ３）と電源１４による電源電圧（−Ｖ２）と電源２６による電源電圧（−Ｖ１）と電源３２７による電源電圧（＋Ｖ３）との間で母線電圧を切り替える。
【０１６２】
電源３２７は、グランドノードＮ３を基準にして正の電源電圧（＋Ｖ３）を発生させる。電源３２７は、発生させた正の電源電圧（＋Ｖ３）を逆電圧ラインＮＬ３経由で増幅部２２２へ供給する。これにより、電源３２７は、負電流供給時における逆符号の電圧に適した値の正の電源電圧（＋Ｖ３）を発生させて供給することができる。
【０１６３】
電源３２８は、グランドノードＮ３を基準にして負の電源電圧（−Ｖ３）を発生させる。電源３２８は、発生させた負の電源電圧（−Ｖ３）を逆電圧ラインＰＬ３経由で増幅部２２２へ供給する。これにより、電源３２８は、正電流供給時における逆符号の電圧に適した値の負の電源電圧（−Ｖ３）を発生させて供給することができる。
【０１６４】
本発明者は、図７に示すＧ級増幅回路ＡＭＰ３２０の動作についてシミュレーションを行った。具体的には、電源電圧の絶対値をＶ２＝９０Ｖ、Ｖ１＝Ｖ２／２＝４５Ｖ、Ｖ３＝４１Ｖとし、ガルバノスキャナ１のミラー５ａによりレーザー光の照射位置を１．０ｍｍピッチ（モータ５ｂの回転子の角度で０．３°ピッチ）で移動させることを繰り返した場合における、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電流、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電圧、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの電力供給における損失電力、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ２０における母線電圧の変化についてシミュレーションを行った。
【０１６５】
その結果、図８に示すシミュレーション結果が得られた。図８では、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電流を二点鎖線で示し、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電圧を破線で示し、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの電力供給における損失電力を実線で示し、Ｂ級増幅回路ＡＭＰ１０における母線電圧の変化を一点鎖線で示している。
【０１６６】
図８から分かるように、例えば、出力電流が正である期間（第１の期間）Ｔ４１において、出力電圧が正→０→負と変化するのに対して、母線電圧が＋Ｖ２（＝９０Ｖ）→＋Ｖ１（＝４５Ｖ）→Ｖ０（＝０Ｖ）→−Ｖ３（＝−４１Ｖ）へ、順次に切り替えられている。また、出力電流が負である期間（第２の期間）Ｔ４２において、出力電圧が負→０→正と変化するのに対して、母線電圧が−Ｖ２（＝−９０Ｖ）→−Ｖ１（＝−４５Ｖ）→Ｖ０（＝０Ｖ）→＋Ｖ３（＝＋４１Ｖ）へ、順次に切り替えられている。
【０１６７】
図５に示すグラフと図８に示すグラフとを比較すると、逆符号の電圧をより適正な値に変更したことで、損失電力がさらに抑えられることが分かる。このときの平均損失電力は、例えば７１．７Ｗ程度に低減できる。
【０１６８】
このように、実施の形態３では、切り替え部３２１が、出力ノードＮ２からの出力電流が正である第１の期間において、母線電圧を正の電源電圧＋Ｖ２から正の電源電圧＋Ｖ１（Ｖ１＜Ｖ２）、電源電圧Ｖ０（Ｖ０＜Ｖ１）、及び負の電源電圧−Ｖ３へ順次に切り替え、出力ノードＮ２からの出力電流が負である第２の期間において、母線電圧を負の電源電圧−Ｖ２から負の電源電圧−Ｖ１、電源電圧Ｖ０、及び正の電源電圧＋Ｖ３へ順次に切り替える。これにより、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、逆符号の電圧をより適正な値に変更でき、出力電圧と母線電圧との電圧差をさらに低減できるので、電力損失をさらに低減できる。
【０１６９】
また、実施の形態３では、切り替え部３２１が、出力ノードＮ２からの出力電流が正である第１の期間において、電源（第１の電源）１３及び増幅部２２２の接続を有効にした状態から電源（第２の電源）２５及び増幅部２２２の接続を有効にした状態、グランドノードＮ３及び増幅部２２２の接続を有効にした状態、及び電源（第６の電源）３２８及び増幅部２２２の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替え、出力ノードＮ２からの出力電流が負である第２の期間において、電源（第３の電源）１４及び増幅部２２２の接続を有効にした状態から電源（第４の電源）２６及び増幅部２２２の接続を有効にした状態、グランドノードＮ３及び増幅部２２２の接続を有効にした状態、及び電源（第５の電源）３２７及び増幅部２２２の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える。これにより、第１の期間において母線電圧を＋Ｖ２から＋Ｖ１、Ｖ０及び−Ｖ３へ順次に切り替えることができ、第２の期間において母線電圧を−Ｖ２から−Ｖ１、Ｖ０及び＋Ｖ３へ順次に切り替えることができる。
【０１７０】
なお、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ３２０ｉは、図９に示すように、バイポーラトランジスタに代えて電界効果トランジスタを用いたものであってもよい。例えば、図９に示すＧ級増幅回路ＡＭＰ３２０ｉでは、トランジスタＴｒ１３、Ｔｒ８、Ｔｒ７、Ｔｒ６、Ｔｒ５、Ｔｒ４、Ｔｒ３、Ｔｒ１４（図７参照）に代えてトランジスタＴｒ１３’、Ｔｒ８’、Ｔｒ７’、Ｔｒ６’、Ｔｒ５’、Ｔｒ４’、Ｔｒ３’、Ｔｒ１４’が用いられている。例えば、トランジスタＴｒ１３’、Ｔｒ８’、Ｔｒ７’、Ｔｒ６’は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタであり、トランジスタＴｒ５’、Ｔｒ４’、Ｔｒ３’、Ｔｒ１４’は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタである。図９では、各トランジスタＴｒ１３’、Ｔｒ８’、Ｔｒ７’、Ｔｒ６’、Ｔｒ５’、Ｔｒ４’、Ｔｒ３’、Ｔｒ１４’として、ＭＯＳ型の電界効果トランジスタが例示的に図示されているが、ジャンクション型の電界効果トランジスタであってもよい。この場合、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ３２０ｉでは、トランジスタＴｒ１５、Ｔｒ１２、Ｔｒ１０、Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ９、Ｔｒ１１、Ｔｒ２０（図７参照）を省略することができる。すなわち、切り替え部３２１ｉと増幅部２２２ｉとを共通化でき、トランジスタ数を低減できるので、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ３２０ｉの製造コストを低減できる。
【０１７１】
実施の形態４．
次に、実施の形態４にかかるＧ級増幅回路について説明する。以下では、実施の形態３と異なる部分を中心に説明する。
【０１７２】
実施の形態３では、逆符号の電圧を生成するための専用の電源を用意するが、出力電圧と出力電流の符号が逆の場合には電源に対して充電する向きに回生電流が流れ、電源内の平滑コンデンサ（図示せず）に回生電力が蓄積され電源電圧が上昇する可能性がある。
【０１７３】
そこで、実施の形態４では、逆符号の電圧を生成するための電源を同符号の電圧を生成するためにも使用し、電源内の平滑コンデンサに蓄積された回生電力を再利用することで、電源電圧の上昇の抑制を図る。
【０１７４】
具体的には、図１０に示すＧ級増幅回路ＡＭＰ４２０は、切り替え部２２１及び増幅部２２２に代えて切り替え部４２１及び増幅部４２２を備える。
【０１７５】
切り替え部４２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向と、指令電圧ＣＶに追従する各トランジスタのベース電位と、接続されている各母線の電位とに応じて、ＰラインＰＬ２、ＰラインＰＬ１、ＰラインＰＬ４、ゼロ電圧ラインＰＬ０、逆電圧ラインＰＬ３、ＮラインＮＬ２、ＮラインＮＬ１、ＮラインＮＬ４、ゼロ電圧ラインＮＬ０、及び逆電圧ラインＮＬ３のいずれかを選択的に活性化し、電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）と電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）とグランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）と電源３２８による電源電圧（−Ｖ３）と電源１４による電源電圧（−Ｖ２）と電源２６による電源電圧（−Ｖ１）と電源３２７による電源電圧（＋Ｖ３）との間で母線電圧を切り替える。
【０１７６】
切り替え部４２１は、切り替え部２２１（図７参照）に比べて、ツェナーダイオードＺＤ１０、ＺＤ９、トランジスタＴｒ１６、Ｔｒ１８、ダイオードＤ１４、Ｄ１６、及び抵抗Ｒ８、Ｒ９をさらに有する。
【０１７７】
ツェナーダイオードＺＤ１０は、アノードがツェナーダイオードＺＤ８とダイオードＤ１１とに接続され、カソードが電流源ＣＳ１とダイオードＤ１４とに接続されている。ツェナーダイオードＺＤ９は、アノードが電流源ＣＳ２とダイオードＤ１６とに接続され、カソードがツェナーダイオードＺＤ７とダイオードＤ１０とに接続されている。トランジスタＴｒ１６は、例えばＮＰＮ型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードＤ１４を介して電流源ＣＳ１及びツェナーダイオードＺＤ１０の間に接続され、コレクタが電源１３に接続され、エミッタが抵抗Ｒ８に接続されている。トランジスタＴｒ１８は、例えばＰＮＰ型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードＤ１６を介してツェナーダイオードＺＤ９及び電流源ＣＳ２の間に接続され、コレクタが電源１４に接続され、エミッタが抵抗Ｒ９に接続されている。
【０１７８】
切り替え部４２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向（図１０に実線で示す方向）であれば、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６の少なくとも一部をオンさせ、増幅部４２２における上側のトランジスタＴｒ６，Ｔｒ７，Ｔｒ８，Ｔｒ１３，Ｔｒ１７を動作させる。そして、切り替え部４２１は、指令電圧ＣＶに追従する各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。
【０１７９】
例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ１以上である場合、切り替え部４２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＰラインＰＬ２を選択する。すなわち、切り替え部４２１は、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６をオンさせ、ＰラインＰＬ２を活性化させ電源１３及び増幅部４２２の接続を有効にし、母線電圧を電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）に切り替える。
【０１８０】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ３以上＋Ｖ１未満である場合、切り替え部４２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＰラインＰＬ１を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１６では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部４２１は、トランジスタＴｒ１６をオフさせるとともにトランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５をオンさせ、ＰラインＰＬ１を活性化させ電源２５及び増幅部４２２の接続を有効にし、母線電圧を電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）に切り替える。
【０１８１】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位（指令電圧ＣＶ）が０以上＋Ｖ３未満である場合、切り替え部４２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＰラインＰＬ４を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１５，Ｔｒ１６では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部４２１は、トランジスタＴｒ１５，Ｔｒ１６をオフさせるとともにトランジスタＴｒ１，Ｔｒ１０，Ｔｒ１２をオンさせ、ＰラインＰＬ４を活性化させ電源３２７及び増幅部４２２の接続を有効にし、母線電圧を電源３２７による電源電圧（＋Ｖ３）に切り替える。
【０１８２】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ３以上０未満である場合、切り替え部４２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてゼロ電圧ラインＰＬ０を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部４２１は、トランジスタＴｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６をオフさせるとともにトランジスタＴｒ１，Ｔｒ１０をオンさせ、ゼロ電圧ラインＰＬ０を活性化させグランドノードＮ３及び増幅部４２２の接続を有効にし、母線電圧をグランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）に切り替える。
【０１８３】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ２以上−Ｖ３未満である場合、切り替え部４２１は、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線として逆電圧ラインＰＬ３を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部４２１は、トランジスタＴｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６をオフさせるとともにトランジスタＴｒ１をオンさせ、逆電圧ラインＰＬ３を活性化させ電源３２８及び増幅部４２２の逆極性の接続を有効にし、母線電圧を電源３２８による電源電圧（−Ｖ３）に切り替える。
【０１８４】
また、切り替え部４２１は、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向（図１０に破線で示す方向）であれば、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８の少なくとも一部をオンさせ、増幅部２２２における下側のトランジスタＴｒ５，Ｔｒ４，Ｔｒ３，Ｔｒ１４，Ｔｒ１９を動作させる。そして、切り替え部４２１は、指令電圧ＣＶに追従するトランジスタＴｒ２，Ｔｒ１１のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。
【０１８５】
例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１以下である場合、切り替え部４２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＮラインＮＬ２を選択する。すなわち、切り替え部４２１は、トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８をオンさせ、ＮラインＮＬ２を活性化させ電源１４及び増幅部４２２の接続を有効にし、母線電圧を電源１４による電源電圧（−Ｖ２）に切り替える。
【０１８６】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１より大きく−Ｖ３以下である場合、切り替え部４２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＮラインＮＬ１を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１８では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部４２１は、トランジスタＴｒ１８をオフさせるとともにトランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０をオンさせ、ＮラインＮＬ１を活性化させ電源２６及び増幅部４２２の接続を有効にし、母線電圧を電源２６による電源電圧（−Ｖ１）に切り替える。
【０１８７】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ３より大きく０以下である場合、切り替え部４２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてＮラインＮＬ１を選択する。このとき、トランジスタＴｒ２０，Ｔｒ１８では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部４２１は、トランジスタＴｒ２０，Ｔｒ１８をオフさせるとともにトランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１をオンさせ、ＮラインＮＬ４を活性化させ電源３２８及び増幅部４２２の接続を有効にし、母線電圧を電源３２８による電源電圧（−Ｖ３）に切り替える。
【０１８８】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位（指令電圧ＣＶ）が０より大きく＋Ｖ３以下である場合、切り替え部４２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてゼロ電圧ラインＮＬ０を選択する。このとき、トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部４２１は、トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８をオフさせるとともにトランジスタＴｒ２、Ｔｒ９をオンさせ、ゼロ電圧ラインＮＬ０を活性化させグランドノードＮ３及び増幅部４２２の接続を有効にし、母線電圧をグランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）に切り替える。
【０１８９】
あるいは、例えば、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ３より大きく＋Ｖ２以下である場合、切り替え部４２１は、各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線として逆電圧ラインＮＬ３を選択する。このとき、トランジスタＴｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部４２１は、トランジスタＴｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８をオフさせるとともにトランジスタＴｒ２をオンさせ、逆電圧ラインＮＬ３を活性化させ電源３２７及び増幅部４２２の逆極性の接続を有効にし、母線電圧を電源３２７による電源電圧（＋Ｖ３）に切り替える。
【０１９０】
増幅部４２２は、切り替え部４２１により選択された電源電圧を用いて増幅動作を行い、電力を生成し、生成された電力を出力ノードＮ２へ供給する。具体的には、増幅部４２２は、増幅部２２２（図７参照）に比べて、トランジスタＴｒ１７、Ｔｒ１９、及びダイオードＤ１５、Ｄ１７をさらに有する。
【０１９１】
トランジスタＴｒ１７は、例えばＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、ベースがトランジスタＴｒ１６のエミッタ及び抵抗Ｒ８の間に接続され、コレクタが電源１３に接続されている。トランジスタＴｒ１７は、エミッタが、抵抗Ｒ８を介してトランジスタＴｒ１６のエミッタに接続され、ダイオードＤ１５を介して電源２５に接続され、トランジスタＴｒ１３のコレクタに接続されている。トランジスタＴｒ１９は、例えばＰＮＰ型バイポーラトランジスタであり、ベースが抵抗Ｒ９及びトランジスタＴｒ１８のエミッタの間に接続され、コレクタが電源１４に接続されている。トランジスタＴｒ１９は、エミッタが、抵抗Ｒ９を介してトランジスタＴｒ１８のエミッタに接続され、ダイオードＤ１７を介して電源２６に接続され、トランジスタＴｒ１４のコレクタに接続されている。ダイオードＤ１５は、カソードがトランジスタＴｒ１７のエミッタ及びトランジスタＴｒ１３のコレクタに接続され、アノードが電源２５に接続されている。ダイオードＤ１７は、カソードが電源２６に接続され、アノードがトランジスタＴｒ１９のエミッタ及びトランジスタＴｒ１４のコレクタに接続されている。ダイオードＤ１３は、アノードが電源３２７に接続されている。ダイオードＤ１２は、カソードが電源３２８に接続されている。
【０１９２】
増幅部４２２は、トランジスタＴｒ１６、Ｔｒ１５、Ｔｒ１２、Ｔｒ１０、Ｔｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ１７、Ｔｒ１３、Ｔｒ８、Ｔｒ７、Ｔｒ６がオンして、トランジスタＴｒ１７がエミッタフォロワとして機能し、電源１３による電源電圧（＋Ｖ２）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１９３】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部４２１の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ１以上である場合、トランジスタＴｒ１７は、コレクタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ２の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ１７において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ１７の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ１７より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ１３，Ｔｒ８，Ｔｒ７，Ｔｒ６は、コレクタに接続されたダイオードＤ１５，Ｄ１３，Ｄ４，Ｄ３が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ１５，Ｄ１３，Ｄ４，Ｄ３によりコレクタ側の母線（ＰラインＰＬ１、ＰラインＰＬ４、ゼロ電圧ラインＰＬ０、逆電圧ラインＰＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ１３，Ｔｒ８，Ｔｒ７，Ｔｒ６は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ１７のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ１３，Ｔｒ８，Ｔｒ７，Ｔｒ６は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０１９４】
また、増幅部４２２は、トランジスタＴｒ１６がオフされトランジスタＴｒ１５、Ｔｒ１２、Ｔｒ１０、Ｔｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ１７がオフするとともにトランジスタＴｒ１３、Ｔｒ８、Ｔｒ７、Ｔｒ６がオンして、トランジスタＴｒ１３がエミッタフォロワとして機能し、電源２５による電源電圧（＋Ｖ１）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１９５】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部４２１の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ３以上＋Ｖ１未満である場合、トランジスタＴｒ１７は、エミッタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１６がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ１３は、コレクタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ１３において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ１３の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ１３より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ８，Ｔｒ７，Ｔｒ６は、コレクタに接続されたダイオードＤ１３，Ｄ４，Ｄ３が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ１３，Ｄ４，Ｄ３によりコレクタ側の母線（ＰラインＰＬ４、ゼロ電圧ラインＰＬ０、逆電圧ラインＰＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ８，Ｔｒ７，Ｔｒ６は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ１３のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ８，Ｔｒ７，Ｔｒ６は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０１９６】
また、増幅部４２２は、トランジスタＴｒ１６、Ｔｒ１５がオフされトランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１０、Ｔｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ１７、Ｔｒ１３がオフするとともにトランジスタＴｒ８、Ｔｒ７、Ｔｒ６がオンして、トランジスタＴｒ８がエミッタフォロワとして機能し、電源３２７による電源電圧（＋Ｖ３）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１９７】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部４２１の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位（指令電圧ＣＶ）が０以上＋Ｖ３未満である場合、トランジスタＴｒ１７，Ｔｒ１３は、エミッタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１，ＰラインＰＬ４の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１６，Ｔｒ１５がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ８は、コレクタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ４の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ８において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ８の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ８より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ７，Ｔｒ６は、コレクタに接続されたダイオードＤ４，Ｄ３が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ４，Ｄ３によりコレクタ側の母線（ゼロ電圧ラインＰＬ０、逆電圧ラインＰＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ７，Ｔｒ６は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ８のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ７，Ｔｒ６は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０１９８】
また、増幅部４２２は、トランジスタＴｒ１６、Ｔｒ１５、Ｔｒ１２がオフされトランジスタＴｒ１０、Ｔｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ１７、Ｔｒ１３、Ｔｒ８がオフするとともにトランジスタＴｒ７、Ｔｒ６がオンして、トランジスタＴｒ７がエミッタフォロワとして機能し、グランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０１９９】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部４２１の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ３以上０未満である場合、トランジスタＴｒ１７，Ｔｒ１３，Ｔｒ８は、エミッタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１、ＰラインＰＬ４、ゼロ電圧ラインＰＬ０の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１６，Ｔｒ１５，Ｔｒ１２がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ７は、コレクタ側の母線の電位（ゼロ電圧ラインＰＬ０の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ７において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ７の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ７より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ６は、コレクタに接続されたダイオードＤ３が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ３によりコレクタ側の母線（逆電圧ラインＰＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ６は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ７のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ６は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０２００】
また、増幅部４２２は、トランジスタＴｒ１６、Ｔｒ１５、Ｔｒ１２、Ｔｒ１０がオフされトランジスタＴｒ１がオンされた状態でトランジスタＴｒ１７、Ｔｒ１３、Ｔｒ８、Ｔｒ７がオフするとともにトランジスタＴｒ６がオンして、トランジスタＴｒ６がエミッタフォロワとして機能し、電源３２８による電源電圧（−Ｖ３）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０２０１】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が正出力方向であり、切り替え部４２１の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ１０，Ｔｒ１２，Ｔｒ１５，Ｔｒ１６のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ２以上−Ｖ３未満である場合、トランジスタＴｒ１７，Ｔｒ１３，Ｔｒ８，Ｔｒ７は、エミッタ側の母線の電位（ＰラインＰＬ１、ＰラインＰＬ４、ゼロ電圧ラインＰＬ０、逆電圧ラインＰＬ３の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１６，Ｔｒ１５，Ｔｒ１２，Ｔｒ１０がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ６は、コレクタ側の母線の電位（逆電圧ラインＰＬ３の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ６において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ６の温度上昇により放熱し外部に消失する。
【０２０２】
また、増幅部４２２は、トランジスタＴｒ１８、Ｔｒ２０、Ｔｒ１１、Ｔｒ９、Ｔｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ１９、Ｔｒ１４、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５がオンして、トランジスタＴｒ１９がエミッタフォロワとして機能し、電源１４による電源電圧（−Ｖ２）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０２０３】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部４２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１以下である場合、トランジスタＴｒ１９は、コレクタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ２の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ１９において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ１９の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ１９より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ１４，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５は、コレクタに接続されたダイオードＤ１７，Ｄ１２，Ｄ１，Ｄ２が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ１７，Ｄ１２，Ｄ１，Ｄ２によりコレクタ側の母線（ＮラインＮＬ１、ＮラインＮＬ４、ゼロ電圧ラインＮＬ０、逆電圧ラインＮＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ１４，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ１９のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ１４，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０２０４】
また、増幅部４２２は、トランジスタＴｒ１８がオフされトランジスタＴｒ２０、Ｔｒ１１、Ｔｒ９、Ｔｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ１９がオフされるとともにトランジスタＴｒ１４、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５がオンして、トランジスタＴｒ１４がエミッタフォロワとして機能し、電源２６による電源電圧（−Ｖ１）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０２０５】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部４２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ１より大きく−Ｖ３以下である場合、トランジスタＴｒ１９は、エミッタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１８がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ１４は、コレクタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ１４において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ１４の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ１４より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５は、コレクタに接続されたダイオードＤ１２，Ｄ１，Ｄ２が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ１２，Ｄ１，Ｄ２によりコレクタ側の母線（ＮラインＮＬ４、ゼロ電圧ラインＮＬ０、逆電圧ラインＮＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ１４のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０２０６】
また、増幅部４２２は、トランジスタＴｒ１８、Ｔｒ２０がオフされトランジスタＴｒ１１、Ｔｒ９、Ｔｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ１９、Ｔｒ１４がオフされるとともにトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５がオンして、トランジスタＴｒ３がエミッタフォロワとして機能し、電源３２８による電源電圧（−Ｖ３）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０２０７】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部４２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位（指令電圧ＣＶ）が−Ｖ３より大きく０以下である場合、トランジスタＴｒ１９，Ｔｒ１４は、エミッタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１、ＮラインＮＬ４の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１８，Ｔｒ２０がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ３は、コレクタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ４の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ３において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ３の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ３より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５は、コレクタに接続されたダイオードＤ１，Ｄ２が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ１，Ｄ２によりコレクタ側の母線（ゼロ電圧ラインＮＬ０、逆電圧ラインＮＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ３のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０２０８】
また、増幅部２２２は、トランジスタＴｒ１８、Ｔｒ２０、Ｔｒ１１がオフされトランジスタＴｒ９、Ｔｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ１９、Ｔｒ１４、Ｔｒ３がオフされるとともにトランジスタＴｒ４、Ｔｒ５がオンして、トランジスタＴｒ４がエミッタフォロワとして機能し、グランドノードＮ３による電源電圧（Ｖ０）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０２０９】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部４２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位（指令電圧ＣＶ）が０より大きく＋Ｖ３以下である場合、トランジスタＴｒ１９，Ｔｒ１４，Ｔｒ３は、エミッタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１、ＮラインＮＬ４、ゼロ電圧ラインＮＬ０の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１８，Ｔｒ２０，Ｔｒ１１がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ４は、コレクタ側の母線の電位（ゼロ電圧ラインＮＬ０の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ４において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ４の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタＴｒ４より出力ノードＮ２側にあるトランジスタＴｒ５は、コレクタに接続されたダイオードＤ２が逆バイアスとなるので、そのダイオードＤ２によりコレクタ側の母線（逆電圧ラインＰＬ３）が遮断される。また、トランジスタＴｒ５は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタＴｒ４のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位（指令電圧ＣＶ）と同じなっている。これにより、トランジスタＴｒ５は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。
【０２１０】
また、増幅部２２２は、トランジスタＴｒ１８、Ｔｒ２０、Ｔｒ１１、Ｔｒ９がオフされトランジスタＴｒ２がオンされた状態でトランジスタＴｒ１９、Ｔｒ１４、Ｔｒ３、Ｔｒ４がオフされるとともにトランジスタＴｒ５がオンして、トランジスタＴｒ５がエミッタフォロワとして機能し、電源３２７による電源電圧（＋Ｖ３）を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。
【０２１１】
例えば、現在の出力電流Ｉｏの方向が負出力方向であり、切り替え部４２１の各トランジスタＴｒ２、Ｔｒ９，Ｔｒ１１，Ｔｒ２０，Ｔｒ１８のベース電位（指令電圧ＣＶ）が＋Ｖ３より大きく＋Ｖ２以下である場合、トランジスタＴｒ１９，Ｔｒ１４，Ｔｒ３，Ｔｒ４は、エミッタ側の母線の電位（ＮラインＮＬ１、ＮラインＮＬ４、ゼロ電圧ラインＮＬ０、逆電圧ラインＮＬ３の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を負側に超えるので、前段のトランジスタＴｒ１８，Ｔｒ２０，Ｔｒ１１，Ｔｒ９がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタＴｒ５は、コレクタ側の母線の電位（逆電圧ラインＮＬ３の電位）がベース電位（指令電圧ＣＶ）を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧（ベース電圧）との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタＴｒ５において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタＴｒ５の温度上昇により放熱し外部に消失する。
【０２１２】
本発明者は、図１０に示すＧ級増幅回路ＡＭＰ４２０の動作についてシミュレーションを行った。具体的には、電源電圧の絶対値をＶ２＝９０Ｖ、Ｖ１＝Ｖ２／２＝４５Ｖ、Ｖ３＝２２．５Ｖとし、ガルバノスキャナ１のミラー５ａによりレーザー光の照射位置を１．０ｍｍピッチ（モータ５ｂの回転子の角度で０．３°ピッチ）で移動させることを繰り返した場合における、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電流、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電圧、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの電力供給における損失電力、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ２０における母線電圧の変化についてシミュレーションを行った。
【０２１３】
その結果、図１１に示すシミュレーション結果が得られた。図１１では、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電流を二点鎖線で示し、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの出力電圧を破線で示し、出力ノードＮ２から負荷ＬＤへの電力供給における損失電力を実線で示し、Ｂ級増幅回路ＡＭＰ１０における母線電圧の変化を一点鎖線で示している。
【０２１４】
図１１から分かるように、例えば、出力電流が正である期間（第１の期間）Ｔ５１において、出力電圧が正→０→負と変化するのに対して、母線電圧が＋Ｖ２（＝９０Ｖ）→＋Ｖ１（＝４５Ｖ）→＋Ｖ３（＝２２．５Ｖ）→Ｖ０（＝０Ｖ）→−Ｖ３（＝−２２．５Ｖ）へ、順次に切り替えられている。また、出力電流が負である期間（第２の期間）Ｔ５２において、出力電圧が負→０→正と変化するのに対して、母線電圧が−Ｖ２（＝−９０Ｖ）→−Ｖ１（＝−４５Ｖ）→−Ｖ３（＝−２２．５Ｖ）→Ｖ０（＝０Ｖ）→＋Ｖ３（＝＋２２．５Ｖ）へ、順次に切り替えられている。
【０２１５】
図８に示すグラフと図１１に示すグラフとを比較すると、逆符号の電圧を生成するための電源を同符号の電圧を生成するためにも使用したことで、損失電力がさらに抑えられることが分かる。このときの平均損失電力は、例えば５７．２Ｗ程度に低減できる。この値を、図１４に示すＢ級増幅回路ＡＭＰ１０と比べると、ガルバノスキャナ１ｍｍピッチ位置決め繰り返し時のアンプ損失電力は、下記の数式５に示すように約４分の１〜５分の１に低減できることがわかる。
【０２１６】
５４．７÷２３９．１×１００＝２２．９（％）・・・数式５
【０２１７】
このように、実施の形態４では、切り替え部４２１が、出力ノードＮ２からの出力電流が正である第１の期間において、母線電圧を正の電源電圧＋Ｖ２から正の電源電圧＋Ｖ１、正の電源電圧＋Ｖ３、電源電圧Ｖ０、及び負の電源電圧−Ｖ３へ順次に切り替え、出力ノードＮ２からの出力電流が負である第２の期間において、母線電圧を負の電源電圧−Ｖ２から負の電源電圧−Ｖ１、負の電源電圧−Ｖ３、電源電圧Ｖ０、及び正の電源電圧＋Ｖ３へ順次に切り替える。これにより、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、逆符号の電圧をさらに適正な値に変更でき、出力電圧と母線電圧との電圧差をさらに低減できるので、電力損失をさらに低減できる。
【０２１８】
また、実施の形態４では、逆符号の電圧を生成するための電源を同符号の電圧を生成するためにも使用し、電源内の平滑コンデンサに蓄積された回生電力を再利用するので、逆符号の電圧を生成するための電源の電源電圧の上昇を抑制できる。これにより、逆符号の電圧を生成するための電源内に回生抵抗を追加して回生電力を消費させる場合に比べて、回生電力を電源として再利用でき効率が良いので、この観点からも、電力損失を低減できる。
【０２１９】
また、実施の形態４では、切り替え部４２１が、出力ノードＮ２からの出力電流が正である第１の期間において、電源（第１の電源）１３及び増幅部４２２の接続を有効にした状態から電源（第２の電源）２５及び増幅部４２２の接続を有効にした状態、電源（第５の電源）３２７及び増幅部４２２の接続を有効にした状態、グランドノードＮ３及び増幅部４２２の接続を有効にした状態、及び電源（第６の電源）３２８及び増幅部４２２の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える。また、切り替え部４２１が、出力ノードＮ２からの出力電流が負である第２の期間において、電源（第３の電源）１４及び増幅部４２２の接続を有効にした状態から電源（第４の電源）２６及び増幅部４２２の接続を有効にした状態、電源（第６の電源）３２８及び増幅部４２２の接続を有効にした状態、グランドノードＮ３及び増幅部４２２の接続を有効にした状態、及び電源（第５の電源）３２７及び増幅部４２２の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える。これにより、第１の期間において母線電圧を＋Ｖ２から＋Ｖ１、＋Ｖ３、Ｖ０及び−Ｖ３へ順次に切り替えることができ、第２の期間において母線電圧を−Ｖ２から−Ｖ１、−Ｖ３、Ｖ０及び＋Ｖ３へ順次に切り替えることができる。
【０２２０】
なお、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ４２０ｉは、図１２に示すように、バイポーラトランジスタに代えて電界効果トランジスタを用いたものであってもよい。例えば、図１２に示すＧ級増幅回路ＡＭＰ４２０ｉでは、トランジスタＴｒ１７、Ｔｒ１３、Ｔｒ８、Ｔｒ７、Ｔｒ６、Ｔｒ５、Ｔｒ４、Ｔｒ３、Ｔｒ１４、Ｔｒ１９（図１０参照）に代えてトランジスタＴｒ１７’、Ｔｒ１３’、Ｔｒ８’、Ｔｒ７’、Ｔｒ６’、Ｔｒ５’、Ｔｒ４’、Ｔｒ３’、Ｔｒ１４’、Ｔｒ１９’が用いられている。例えば、トランジスタＴｒ１７’、Ｔｒ１３’、Ｔｒ８’、Ｔｒ７’、Ｔｒ６’は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタであり、トランジスタＴｒ５’、Ｔｒ４’、Ｔｒ３’、Ｔｒ１４’、Ｔｒ１９’は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタである。図１２では、各トランジスタＴｒ１７’、Ｔｒ１３’、Ｔｒ８’、Ｔｒ７’、Ｔｒ６’、Ｔｒ５’、Ｔｒ４’、Ｔｒ３’、Ｔｒ１４’、Ｔｒ１９’として、ＭＯＳ型の電界効果トランジスタが例示的に図示されているが、ジャンクション型の電界効果トランジスタであってもよい。この場合、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ４２０ｉでは、トランジスタＴｒ１６、Ｔｒ１５、Ｔｒ１２、Ｔｒ１０、Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ９、Ｔｒ１１、Ｔｒ２０、Ｔｒ１８（図１２参照）を省略することができる。すなわち、切り替え部４２１ｉと増幅部４２２ｉとを共通化でき、トランジスタ数を低減できるので、Ｇ級増幅回路ＡＭＰ４２０ｉの製造コストを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【０２２１】
以上のように、本発明にかかるＧ級増幅回路は、ガルバノスキャナの駆動に有用である。
【符号の説明】
【０２２２】
１  ガルバノスキャナ、  ２  制御装置、  ３  Ｄ／Ａ変換器、  ４  駆動アンプ、  ５  ガルバノスキャナ本体、  ５ａ  ミラー、  ５ｂ  モータ、  ５ｃ  エンコーダ、  ６  エンコーダ信号処理回路、  １１  切り替え部、  １２  増幅部、  １３  電源、  １４  電源、  ２１  切り替え部、  ２２  増幅部、  ２５  電源、  ２６  電源、  １２１，１２１ｉ  切り替え部、  １２２，１２２ｉ  増幅部、  ２２１，２２１ｉ  切り替え部、  ２２２，２２２ｉ  増幅部、  ３２１，３２１ｉ  切り替え部、  ３２７  電源、  ３２８  電源、  ４２１，４２１ｉ  切り替え部、  ４２２，４２２ｉ  増幅部、  ＡＭＰ  増幅回路、  ＡＭＰ１０  Ｂ級増幅回路、  ＡＭＰ２０  Ｇ級増幅回路、  ＡＭＰ１２０，ＡＭＰ１２０ｉ  Ｇ級増幅回路、  ＡＭＰ２２０，ＡＭＰ２２０ｉ  Ｇ級増幅回路、  ＡＭＰ３２０，ＡＭＰ３２０ｉ  Ｇ級増幅回路、  ＡＭＰ４２０，ＡＭＰ４２０ｉ  Ｇ級増幅回路、  ＬＤ  負荷、  Ｎ１  入力ノード、  Ｎ２  出力ノード、  Ｎ３  グランドノード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年6月24日(2013.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令電圧を受ける入力ノードと、
前記入力ノードで受けた指令電圧に応じて、３種類以上の電源電圧から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える切り替え部と、
前記選択された電源電圧を用いて、増幅動作を行って、電力を生成する増幅部と、
前記生成された電力を、印加される電圧の位相に対して流れる電流の位相が遅れる負荷へ出力する出力ノードと、
グランド電位に接続されたグランドノードと、
前記グランドノードを基準に正の前記第１の電源電圧を発生させる第１の電源が設けられた第１のＰラインと、
前記グランドノードを基準に正の前記第２の電源電圧を発生させる第２の電源が設けられた第２のＰラインと、
前記グランドノードを基準に負の前記第１の電源電圧を発生させる第３の電源が設けられた第１のＮラインと、
前記グランドノードを基準に負の前記第２の電源電圧を発生させる第４の電源が設けられた第２のＮラインと、
一端が前記グランドノードに接続され他端が前記出力ノードよりＰ側で前記増幅部に接続された第１のゼロ電圧ラインと、
一端が前記グランドノードに接続され他端が前記出力ノードよりＮ側で増幅部に接続された第２のゼロ電圧ラインと、
を備え、
前記３種類以上の電源電圧は、
前記出力ノードからの出力電圧の最大振幅に対応した第１の電源電圧と、
前記第１の電源電圧より絶対値が小さい第２の電源電圧と、
前記第２の電源電圧より絶対値が小さい第３の電源電圧と、
を含み、
前記第３の電源電圧は、グランド電圧であり、
前記グランドノードは、前記第１のゼロ電圧ライン、前記第２のゼロ電圧ライン、前記第１のＰライン、前記第２のＰライン、前記第１のＮライン、前記第２のＮラインにより共有されており、
前記切り替え部は、前記出力ノードからの出力電流が正である第１の期間において、前記第１のＰラインを活性化し前記第１の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第２のＰラインを活性化し前記第２の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第１のゼロ電圧ラインを活性化し前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態に順次に切り替えることにより、母線電圧を正の前記第１の電源電圧から正の前記第２の電源電圧及び前記第３の電源電圧へ順次に切り替え、前記出力ノードからの出力電流が負である第２の期間において、前記第１のＮラインを活性化し前記第３の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第２のＮラインを活性化し前記第４の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第２のゼロ電圧ラインを活性化し前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態に順次に切り替えることにより、母線電圧を負の前記第１の電源電圧から負の前記第２の電源電圧及び前記第３の電源電圧へ順次に切り替えることを特徴とするＧ級増幅回路。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記切り替え部は、前記第１の期間において、母線電圧を正の前記第１の電源電圧から正の前記第２の電源電圧、前記第３の電源電圧、及び負の前記第２の電源電圧へ順次に切り替え、前記第２の期間において、母線電圧を負の前記第１の電源電圧から負の前記第２の電源電圧、前記第３の電源電圧、及び正の前記第２の電源電圧へ順次に切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載のＧ級増幅回路。
【請求項５】
前記切り替え部は、前記第１の期間において、前記第１の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第２の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第４の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替え、前記第２の期間において、前記第３の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第４の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第２の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える
ことを特徴とする請求項４に記載のＧ級増幅回路。
【請求項６】
前記３種類以上の電源電圧は、前記第２の電源電圧より絶対値が小さく前記第３の電源電圧より絶対値が大きい第４の電源電圧をさらに含み、
前記切り替え部は、前記第１の期間において、母線電圧を正の前記第１の電源電圧から正の前記第２の電源電圧、前記第３の電源電圧、及び負の前記第４の電源電圧へ順次に切り替え、前記第２の期間において、母線電圧を負の前記第１の電源電圧から負の前記第２の電源電圧、前記第３の電源電圧、及び正の前記第４の電源電圧へ順次に切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載のＧ級増幅回路。
【請求項７】
前記グランドノードを基準に正の前記第４の電源電圧を発生させる第５の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第４の電源電圧を発生させる第６の電源と、
をさらに備え、
前記切り替え部は、前記第１の期間において、前記第１の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第２の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第６の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替え、前記第２の期間において、前記第３の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第４の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第５の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える
ことを特徴とする請求項６に記載のＧ級増幅回路。
【請求項８】
前記３種類以上の電源電圧は、前記第２の電源電圧より絶対値が小さく前記第３の電源電圧より絶対値が大きい第４の電源電圧をさらに含み、
前記切り替え部は、前記第１の期間において、母線電圧を正の前記第１の電源電圧から正の前記第２の電源電圧、正の前記第４の電源電圧、前記第３の電源電圧、及び負の前記第４の電源電圧へ順次に切り替え、前記第２の期間において、母線電圧を負の前記第１の電源電圧から負の前記第２の電源電圧、負の前記第４の電源電圧、前記第３の電源電圧、及び正の前記第４の電源電圧へ順次に切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載のＧ級増幅回路。
【請求項９】
前記グランドノードを基準に正の前記第４の電源電圧を発生させる第５の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第４の電源電圧を発生させる第６の電源と、
をさらに備え、
前記切り替え部は、前記第１の期間において、前記第１の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第２の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記第５の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第６の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替え、前記第２の期間において、前記第３の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第４の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記第６の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第５の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える
ことを特徴とする請求項８に記載のＧ級増幅回路。
【国際調査報告】
2014033811.tif 000021
2014033811.tif 000022
2014033811.tif 000023
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