(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレーナ型ガルバノミラーの駆動回路において、プレーナ型ガルバノミラーの駆動初期に周波数が順次可変される所定周波数信号を発生する所定周波数発生部と、
前記プレーナ型ガルバノミラーの駆動初期に前記所定周波数を有するパルスを発生するパルス発生部と、
前記パルス発生部から発生したパルスを基に、設定電流をプレーナ型ガルバノミラーの駆動用コイルに通電して駆動する設定電流部と、
前記駆動用コイルの通電開始後に前記駆動用コイルに生じる逆起電力を検出する逆起電力検出部と、
検出された逆起電力波形からプレーナ型ガルバノミラーの駆動タイミング信号を発生するタイミング発生部と、
前記パルス発生部へ出力される信号を、前記所定周波数信号から前記駆動タイミング信号に切り替える切り替えスイッチと、
を含んで構成され、前記切り替えスイッチによる信号切り替え後、前記駆動タイミングによって前記パルス発生部から発生させたパルスによりプレーナ型ガルバノミラーを駆動する構成としたことを特徴とするプレーナ型ガルバノミラー駆動回路。
【請求項２】
電圧制御型発振器と、
前記電圧制御型発振器からの発信周波数を分周する分周器と、
前記駆動タイミング信号と、前記分周器により分周された発振周波数とを位相比較し、結果を前記電圧制御型発振器にフィードバックする位相比較器と、
前記位相比較器からフィードバックされた信号に基づいて前記電圧制御型発振器により発振される前記駆動タイミング信号に同期した分周周波数と、前記駆動タイミング信号とに基づいて、パルス幅と前記プレーナ型ガルバノミラーの固有共振周波数との比が一定のパルス幅を持つパルスを生成するパルス及びパルス幅設定部と、
をさらに含んで構成され、
前記切り替えスイッチは、前記駆動タイミング信号に代えて、前記所定周波数信号から前記パルス及びパルス幅設定部で生成されたパルス信号に切り替えること構成としたことを特徴とする請求項１に記載のプレーナ型ガルバノミラー駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンター等のレーザー光スキャニングシステム等に用いられるプレーナ型ガルバノミラーの駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プレーナ型ガルバノミラーは、レーザー光を偏向走査するレーザー光スキャニングシステム等に用いられる物であり、動作原理は、磁界中にミラー及びミラーと一体化されたコイルを配置し、コイルに電流を流すことにより電流と磁界による電磁力を得、得られた電磁力によりミラー及びミラーと一体化されたコイルを回転させ、ミラーの回転により照射されたレーザー光を偏向走査させる。ミラー及びミラーと一体化されたコイルは保持部材により固定されているため、保持部材のバネ力と、コイルに電流を流した際に得られる電磁力が平衡する角度までミラー及びミラーと一体化されたコイルが回転する。同じ原理を利用した物に、指針及び指針と一体化されたコイルをコイルに流れる電流により回転させ、指針の動きにより電流の有無及び電流の量を検出するガルバノメータがある。プレーナ型ガルバノミラーは半導体材料を利用した物が提案されている。
【０００３】
上記プレーナ型ガルバノミラーは、その用途から往復で回転させる事が望ましく、コイルには交流電流を流すのが一般的である。すなわち、交流電流を流すことにより、交流電流の量及び方向に応じた電磁力を得、得られた電磁力、すなわち交流電流の量及び方向により回転力を変化させ、ミラー及びミラーと一体化されたコイルを往復で回転させる。
【０００４】
図１はプレーナ型ガルバノミラーの構造を説明する図であり、図２はプレーナ型ガルバノミラーの動作のタイミングチャートである。
シリコン基板１に可動板２が形成され、可動板２の中央部にはミラー３が形成され、可動板２の周縁部にはコイル４が形成されている。可動板２はシリコン基板１を中抜きされた状態で形成され、シリコン基板１と一体で形成されるトーションバー５、６により保持されている。コイル４はトーションバー５、６に電極パターンを設ける事により、外部と電気的接続を得る。シリコン基板１の外側には磁石７、８が設置されシリコン基板１内の可動板２を磁界中に存在させる。
図２のタイミングチャートに示すように、コイル４に電流を流すと、コイル４により磁界が発生する。コイル４による磁界と磁石７、８による磁界とが反発、もしくは引き合い電磁力が発生する。発生した電磁力はトーションバー５、６により可動板２を回転させる。
コイル４に流す電流を交流で行うと、コイル４による磁界も交流となり、電磁力も交流となる。よって、可動板２の回転も往復回転となる。回転する角度はコイル４に流す電流の量とトーションバー５、６のバネ力により決定される。
【０００５】
このようなプレーナ型ガルバノミラーは、可動板２の形状及び重さ、トーションバー５、６の形状より回転の固有共振周波数が存在する。プレーナ型ガルバノミラーは、この固有共振周波数で動作させる事が最も効率が良く、回転する角度をコントロールすることも容易であるため、固有共振周波数で駆動させるのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記固有共振周波数は各形状及び重さにより決定されるため、製造において目的の周波数に精度良く合せる事は困難であり、バラツキも大きい。従って、駆動する回路もあらかじめプレーナ型ガルバノミラーの固有共振周波数を測定し、測定された周波数に合わせて駆動回路を調整しなければならない。
【０００７】
また、上記固有共振周波数の共振の鋭さ（いわゆるＱ）が高いため、わずかな周波数のズレが回転する角度に大きな影響を与えてしまう。従って、駆動回路の周波数分解能を高くする必要があり、回路規模も大きくなってしまう。
【０００８】
さらに、上記固有共振周波数は、プレーナ型ガルバノミラーの使用する環境、例えば温度、湿度、気圧等により変化してしまうため、固有共振周波数の変化に合わせ駆動する周波数を可変していくのは不可能に近い。
【０００９】
本発明は前記課題を解決し、プレーナ型ガルバノミラーの駆動を、回路の調整無しで、回路規模も小さく、固有共振周波数の変化に追従し、確実に固有共振周波数で駆動するプレーナ型ガルバノミラーの駆動回路を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、
プレーナ型ガルバノミラーの駆動回路において、プレーナ型ガルバノミラーの駆動初期に周波数が順次可変される所定周波数信号を発生する所定周波数発生部と、
前記プレーナ型ガルバノミラーの駆動初期に前記所定周波数を有するパルスを発生するパルス発生部と、
前記パルス発生部から発生したパルスを基に、設定電流をプレーナ型ガルバノミラーの駆動用コイルに通電して駆動する設定電流部と、
前記駆動用コイルの通電開始後に前記駆動用コイルに生じる逆起電力を検出する逆起電力検出部と、
検出された逆起電力波形からプレーナ型ガルバノミラーの駆動タイミング信号を発生するタイミング発生部と、
前記パルス発生部へ出力される信号を、前記所定周波数信号から前記駆動タイミング信号に切り替える切り替えスイッチと、
を含んで構成され、前記切り替えスイッチによる信号切り替え後、前記駆動タイミングによって前記パルス発生部から発生させたパルスによりプレーナ型ガルバノミラーを駆動する構成とした。
【００１１】
また、電圧制御型発振器と、
前記電圧制御型発振器からの発信周波数を分周する分周器と、
前記駆動タイミング信号と、前記分周器により分周された発振周波数とを位相比較し、結果を前記電圧制御型発振器にフィードバックする位相比較器と、
前記位相比較器からフィードバックされた信号に基づいて前記電圧制御型発振器により発振される前記駆動タイミング信号に同期した分周周波数と、前記駆動タイミング信号とに基づいて、パルス幅と前記プレーナ型ガルバノミラーの固有共振周波数との比が一定のパルス幅を持つパルスを生成するパルス及びパルス幅設定部と、
をさらに含んで構成され、
前記切り替えスイッチは、前記駆動タイミング信号に代えて、前記所定周波数信号から前記パルス及びパルス幅設定部で生成されたパルス信号に切り替える構成としてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の第一実施例を示すブロック図、図４は本発明の第一実施例の動作を説明するタイムチャートであり、図３のＡ〜Ｄ点での波形を示している。プレーナ型ガルバノミラー駆動回路は、所定周波数発生部３１、パルス発生部３２、電流設定部３３、逆起電力検出部３４、タイミング発生部３５、切り替えＳＷ３６で構成されている。プレーナ型ガルバノミラー３０は、電流設定部３３と逆起電力検出部３４に接続されている。動作の詳細な説明は図４のタイミングチャートと共に以下に説明する。
【００１５】
プレーナ型ガルバノミラー３０の駆動初期は、切り替えスイッチ３６は所定周波数発生部３１とパルス発生部３２を接続する。所定周波数発生部３１からは駆動しようとするプレーナ型ガルバノミラー３０の固有共振周波数に近い周波数を発生させる。パルス発生部３２では所定周波数発生部３１からの周波数により、或るパルス幅を持ったパルスを作り出す。電流設定部３３では目的の回転角度に合わせた電流を、パルス発生部３２で発生させたパルスの”Ｈ”の区間のみプレーナ型ガルバノミラー３０に流す。
ここでプレーナ型ガルバノミラー３０は電流が流れるため、上記動作原理に従って回転をする。しかし、電流はパルスの”Ｈ”の区間のみしか流れないため、一方向のみしか動かない。１方向回転動作を行った後プレーナ型ガルバノミラー３０はトーションバーのバネ力により、元の状態に戻ろうとして往復回転運動を繰り返す。この往復回転運動は可動板の形状及び重さ、トーションバーの形状より決定され、往復回転周期は固有共振周波数と一致する。
一方、この往復回転運動により、プレーナ型ガルバノミラー３０内に設けられているコイルは磁石による磁界内を往復回転運動するため、コイルに逆起電力が生じる。この逆起電力は往復回転運動により発生するため、逆起電力の周期は固有共振周波数と一致する。
従って、ここでプレーナ型ガルバノミラー３０からは、パルス発生部３２で発生させたパルスと逆起電力の波形が混ざった波形が観測される。この、波形を逆起電力検出部３４で検出し、タイミング発生部３５に入力する。タイミング発生部３５では波形から固有共振周波数に合ったタイミングパルスを発生させる。すなわちプレーナ型ガルバノミラー３０の駆動をパルスで行っているため、波形の前半はパルス波形、後半は逆起電力となり、固有共振周波数の周期はパルス立ち上がり点から後半のゼロクロス点までとなる。タイミング発生部３５は後半のゼロクロス点を検出してタイミングパルスを発生させる。
次に、切り替えＳＷ３６でタイミング発生部３５をパルス発生部３２とを接続し、タイミング発生部３５のタイミングパルスによりパルスを発生させ、プレーナ型ガルバノミラー３０を駆動する。
【００１６】
これにより、プレーナ型ガルバノミラーの固有共振周波数でプレーナ型ガルバノミラーを駆動する回路が実現可能となる。所定周波数発生部の設定周波数は固有共振周波数である必要もなく、プレーナ型ガルバノミラーの回転が少しでも起これば良いため比較的自由に設定出来る。また、プレーナ型ガルバノミラーの固有共振周波数が変化しても、変化は逆起電力波形に現れるため、駆動回路は常にプレーナ型ガルバノミラーの固有共振周波数で駆動させることが可能になる。
【００１７】
図５は本発明の第二実施例を示すブロック図である。プレーナ型ガルバノミラー駆動回路は、所定周波数発生部３１、パルス発生部３２、電流設定部３３、逆起電力検出部３４、タイミング発生部３５、切り替えＳＷ３６、位相比較器３７、電圧制御発振器３８、分周器３９、パルス及びパルス幅設定部４０で構成されている。プレーナ型ガルバノミラー３０は、電流設定部３３と逆起電力検出部３４に接続されている。
【００１８】
前記第一実施例と同様に、プレーナ型ガルバノミラー３０の駆動初期は、切り替えスイッチ３６でパルス発生部３２と電流設定部３３とを接続し、所定周波数発生部３１、パルス発生部３２、電流設定部３３でプレーナ型ガルバノミラー３０を駆動し、逆起電力の波形を逆起電力検出部３４で検出し、タイミング発生部３５で波形から固有共振周波数に合ったタイミングパルスを発生させる。タイミングパルスは位相比較器３７に入力される。位相比較器３７では入力されたタイミングパルスと電圧制御発振器３８から発振され分周器３９で１／Ｎにされた周波数とを位相比較し、結果を電圧制御発振器３８にフィードバックする。これにより電圧制御発振器３８から、タイミングパルスに同期したＮ倍の周波数が得られる。得られたＮ倍の周波数とタイミングパルスから、パルス及びパルス幅設定部４０で固有共振周波数との比が一定のパルス幅を持つパルスを作り出す。
【００１９】
ここで固有共振周波数との比が一定のパルス幅を持つパルスを作り出す方法をもう少し詳しく説明する。例えば、分周器３９の分周比を１／２０に設定する。そうすると電圧制御発振器３８からは固有共振周波数の２０倍の周波数が得られる。パルス及びパルス幅設定部４０では、まずタイミングパルスによりパルスの発生タイミングを得る。次にパルス発生時から、電圧制御発振器３８からの周波数をカウントし、或る定められたカウント数に達したらパルス終了のタイミングを得る。或る定められたカウント数が５だとすると、固有共振周波数の周期の１／４のパルス幅が得られる。この１／４のパルス幅は、固有共振周波数が変化しても常に１／４を保つ事が出来る。
【００２０】
上記により得られた固有共振周波数との比が一定のパルス幅を持つパルスを、切り替えＳＷ３６により電流設定部３３に入力し、プレーナ型ガルバノミラー３０を駆動する。
【００２１】
これにより、プレーナ型ガルバノミラーの固有共振周波数で、固有共振周波数が変化してもパルス幅の比が一定なパルスでプレーナ型ガルバノミラーを駆動する回路が実現可能となる。固有共振周波数に対するパルス幅の比は、プレーナ型ガルバノミラーの回転角度に影響するため、固有共振周波数に対するパルス幅の比が一定であれば、固有共振周波数が変化しても回転角度は変化しない。分周器３９の分周比、パルス及びパルス幅設定部４０内のカウント数を変えれば、より細かくパルス幅が設定出来ることは言うまでもない。
【００２２】
さらに、第一実施例と第二実施例中の所定周波数発生部３１の発生周波数を、駆動初期に順次可変させ、逆起電力検出部３４で逆起電力が検出されたら、切り替えＳＷ３６を切り替え、逆起電力検出部３４及びタイミング発生部３５からのタイミングパルスにより駆動させる事も可能である。
【００２３】
これにより、初期の周波数設定が不要で、かつ、プレーナ型ガルバノミラーの固有共振周波数でプレーナ型ガルバノミラーを駆動する回路が実現可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、調整が不要のプレーナ型ガルバノミラー駆動回路を提供できる。
【００２６】
最も効率の良い固有共振周波数でプレーナ型ガルバノミラー駆動させる事が可能となる。
【００２７】
駆動中に固有共振周波数が変化しても、変化に追従した周波数でプレーナ型ガルバノミラーを駆動させる事が可能となる。
【００２８】
設定する周波数の分解能を上げる必要が無いため、回路規模が小さくて済む。
【００２９】
固有共振周波数が変化しても、固有共振周波数に対するパルス幅、すなわち駆動する条件を変えずに駆動出来るため、安定した回転角度が得られる。
【００３０】
あらかじめプレーナ型ガルバノミラーの固有共振周波数を測定する必要が無くなるため、プレーナ型ガルバノミラー駆動回路の製作が容易となる。
【００３１】
製造において、プレーナ型ガルバノミラーの固有共振周波数を目的の周波数に精度良く合せる必要が無くなるため、プレーナ型ガルバノミラーの製造が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プレーナ型ガルバノミラーの構造を説明する図。
【図２】プレーナ型ガルバノミラーの動作のタイミングチャート。
【図３】本発明の第一実施例を示すブロック図。
【図４】本発明の第一実施例の動作を説明するタイムチャート。
【図５】本発明の第二実施例を示すブロック図。
【符号の説明】
１      シリコン基板
２      可動板
３      ミラー
４      コイル
５      トーションバー
６      トーションバー
７      磁石
８      磁石
３０    プレーナ型ガルバノミラー
３１    所定周波数発生部
３２    パルス発生部
３３    電流設定部
３４    逆起電力検出部
３５    タイミング発生部
３６    切り替えＳＷ
３７    位相比較器
３８    電圧制御発振器
３９    分周器
４０    パルス及びパルス幅設定部
【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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