JP2002078368A - アクチュエータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、共振周波数が未知のスキャナ等のア
クチュエータであっても、常に、共振周波数にて駆動で
きるアクチュエータ駆動装置を提供する。 【解決手段】本発明の一態様によると、固定部、可動部
および該固定部、可動部の両者を接続する弾性部材、前
記可動部を共振で揺動させる駆動手段、前記可動部の揺
動に応じた信号を検出する検出手段とを有し、前記駆動
手段を駆動するための駆動信号を、入力される電圧に応
じて発振周波数を制御して生成する電圧制御型の発振器
と、前記検出手段からの検出信号と前記発振器が発振す
る駆動信号との位相差を検出する位相比較器と、徐々に
大きくなる電圧を出力するためのスイープ回路と、前記
発振器に入力される電圧として、前記スイープ回路の出
力と前記位相比較器の出力とを切り換えるスイッチ回路
と、初期の起動時には前記スイッチ回路が前記スイープ
回路の出力を選択し、前記検出手段からの信号が所定の
レベルに達した際には前記スイッチ回路が前記位相比較
器の出力に切り替えるよう制御するコントロール回路と
を備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータ駆
動装置に係り、特に、電磁型光スキャナ等常に共振にて
駆動するためのアクチュエータ駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロマシン技術を用いて製作した電
磁型光スキャナの一般的な構成を図８に示す。

【０００３】ミラー２の両側には永久磁石片５が備えら
れている。

【０００４】このミラー２は、反射面と駆動コイルおよ
び検出コイル面からなる。

【０００５】そして、ミラー２に設けられた駆動コイル
３に交流信号を印加すると、永久磁石５によって引き起
こされる磁界と駆動コイル３に流れる電流の相互関係に
より、ローレンツ力が働く。

【０００６】ミラー２はトーションバー１を介して支持
体に接続されており、ローレンツ力が働くことにより、
トーションバー１を通る揺動軸を中心にミラー２が一定
の角度、揺動することになる。

【０００７】駆動コイル３には交流信号が印加されてい
るため、電流の向きが逆になると、ローレンツ力が働く
方向が逆になり、ミラー２はトーションバー１を通る揺
動軸を中心に反対方向に一定の角度だけ揺動することに
なる。

【０００８】従って、交流信号を印加することにより、
ミラー２は印加する交流信号に対応して揺動する向きが
逆になり、交流信号の周波数に対応して一定の周期で振
動することになる。

【０００９】一方、検出コイル４には、ファラデーの法
則により、角速度に比例した起電力が発生することにな
り、これがセンサ信号となる。

【００１０】ミラー２の反射面にレーザー光を照射する
と、ミラー２はレーザー光を反射するが、ミラー２は交
流信号に応じて一定周期で振動しているため、反射され
たレーザー光は１次元方向に走査することになる。

【００１１】ミラー２はばねの構造や材質により決定さ
れる固有の共振周波数を持っており、共振周波数にて駆
動するときが最も少ない電流で、振れ角が最も大きくな
る。

【００１２】図７は、駆動信号に対するセンサ（角速
度）信号の周波数特性を示しているもので、この図７は
電磁型光スキャナの一般的な周波数特性を示している。

【００１３】図７において、横軸は周波数で対数表示を
してある。

【００１４】また、図７には、センサ信号の振幅も対数
表示してある。

【００１５】図７に示すように、振動系の減衰が小さい
ときは、駆動信号とセンサ信号の位相差が０度となると
きに、センサ信号の振幅は最大となる。

【００１６】そして、このとき、ミラー２は共振周波数
にて駆動されていることになる。

【００１７】つまり、電磁型光スキャナが共振にて駆動
されているとき、駆動信号とセンサ信号の位相差は０度
となる。

【００１８】ところで、スキャナを共振周波数にて駆動
するための回路としては、実公平５−３９４６８号公報
に示すような回路構成が提案されている。

【００１９】この実公平５−３９４６８号公報では、ス
キャナを共振周波数にて駆動するために電圧制御型の発
振器であるＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator ）
に共振周波数のＮ倍になるように所定の電圧を印加して
いる。

【００２０】ＶＣＯは、共振周波数のＮ倍のパルス信号
を発振するが、その後、カウンタにおいて共振周波数の
２倍になるように分周され、積分回路によりランプ波が
生成される。

【００２１】生成されたランプ波は、パルス幅変調さ
れ、駆動信号として１／２に分周されドライバー回路を
介してスキャナに入力される。

【００２２】この場合、スキャナは予め共振周波数に近
い周波数にて駆動されるようにＶＣＯに入力する電圧が
設定されているため、スキャナからは共振に近いセンサ
信号が検出される。

【００２３】スキャナからのセンサ信号を増幅器により
ゲインアップし、基準の電圧よりも大きくなった場合に
おいて、スイッチを初期の入力電圧回路からフィルター
回路の出力に切り換えることにより、スキャナの駆動信
号とセンサ信号の位相差は０度となり、スキャナは共振
周波数にて常に駆動できることになる。

【００２４】また、センサ信号を位相同期ループ（ＰＬ
Ｌ）の基準信号とするため、スキャナの共振周波数の経
時変化にも追従できるようになっている。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した実
公平５−３９４６８号公報では、電圧制御型の発振器の
出力がスキャナの共振周波数のＮ倍になるように、予め
初期電圧を設定しておく必要があるため、共振周波数が
未知のスキャナに対しては、駆動することができないと
いう問題を有している。

【００２６】また、実公平５−３９４６８号公報では、
センサ信号を用いて基準信号とするため、増幅器等を用
いて増幅しているが、増幅器等を用いて増幅するとセン
サ信号にディレイが発生する可能性があり、共振周波数
が高い場合にはその影響が顕著となる。

【００２７】そして、位相が完全に一致しない場合に
は、センサ信号と駆動信号の間に位相差が発生し、共振
点からはずれた周波数に引き込まれて、駆動効率が低下
する可能性がある。

【００２８】本発明は、この点に着目し、シンプルな回
路構成で、かつ共振周波数が未知のスキャナ等のアクチ
ュエータであっても、共振周波数を自動的に検知し、常
に共振周波数にて駆動することができるアクチュエータ
駆動装置を提供することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、（１） 固定部、可動部および該
固定部、可動部の両者を接続する弾性部材、前記可動部
を共振で揺動させる駆動手段、前記可動部の揺動に応じ
た信号を検出する検出手段とを有するアクチュエータ駆
動装置において、前記駆動手段を駆動するための駆動信
号を、入力される電圧に応じて発振周波数を制御して生
成する電圧制御型の発振器と、前記検出手段からの検出
信号と前記発振器が発振する駆動信号との位相差を検出
する位相比較器と、徐々に大きくなる電圧を出力するた
めのスイープ回路と、前記発振器に入力される電圧とし
て、前記スイープ回路の出力と前記位相比較器の出力と
を切り換えるスイッチ回路と、初期の起動時には前記ス
イッチ回路が前記スイープ回路の出力を選択し、前記検
出手段からの信号が所定のレベルに達した際には前記ス
イッチ回路が前記位相比較器の出力に切り替えるよう制
御するコントロール回路とを備えたことを特徴とするア
クチュエータ駆動装置が提供される。

【００３０】（対応する発明の実施の形態）この発明に
は第１および第２の実施形態が対応する。

【００３１】（作用）アクチュエータ駆動装置にスイー
プ回路を搭載しているため、共振周波数が未知のスキャ
ナ等であっても、自動的に共振駆動に引き込むことが可
能となる。

【００３２】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（２） 前記検出手段は前記可動部の速度信
号を検出する手段であることを特徴とする（１）に記載
のアクチュエータ駆動装置が提供される。

【００３３】（対応する発明の実施形態）この発明に
は、第１および第２の実施形態が対応する。

【００３４】（作用）運動速度に関連した検出信号が発
生されるために、駆動信号と検出信号の位相差を０度ま
たは１８０度にすることによって、共振状態を発生させ
ることが可能である。

【００３５】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（３） 前記検出手段は、前記可動部の変位
信号を検出する手段と、この変位信号を微分する微分手
段とからなることを特徴とする（２）に記載のアクチュ
エータ駆動装置が提供される。

【００３６】（対応する発明の実施形態）この発明に
は、第１および第２の実施形態が対応する。

【００３７】（作用）変位信号を微分すれば、速度信号
に対応する信号が発生されるまた、本発明によると、上
記課題を解決するために、（４） 前記駆動手段は磁界
発生手段と駆動用コイルからなり、前記検出手段が検出
用コイルであることを特徴とする（２）に記載のアクチ
ュエータ駆動装置が提供される。

【００３８】（対応する発明の実施形態）この発明に
は、第１および第２の実施形態が対応する。

【００３９】（作用）可動部の揺動によって検出用コイ
ルにおける磁束数が変化し、検出手段から運動速度に関
連した検出信号が発生される。

【００４０】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（５） 前記検出手段からの検出信号と前記
発振器が発振する駆動信号との位相を補償する位相補償
回路をさらに備えたことを特徴とする（１）乃至（４）
のいずれかに記載のアクチュエータ駆動装置が提供され
る。

【００４１】（対応する発明の実施形態）この発明に
は、第２の実施形態が対応する。

【００４２】（作用）位相補償回路をＰＬＬのフィード
バック経路に挿入することにより、いかなる共振周波数
を持つスキャナ等においても位相差が０度となり、共振
駆動に引き込むことが可能となる。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。

【００４４】（第１の実施の形態）図１は、本発明によ
るアクチュエータ駆動装置の第１の実施の形態の構成を
示す概念図である。

【００４５】（構成）図１は、例えば、図８に示したよ
うな光スキャナを遥動する駆動回路の一例を示すもので
ある。

【００４６】ここで、検出手段は検出コイルである。

【００４７】図１において、１−１はＶＣＯ１−１−１
と位相比較器１−１−２とを内蔵しているタイプのＰＬ
Ｌ−ＩＣであり、例えば、市販品型名「ＨＣ４０４６」
で入手し得るものである。

【００４８】このＰＬＬ−ＩＣ１−１に内蔵しているＶ
ＣＯ１−１−１の出力端子ＶＣＯＯＵＴは、例えば、市
販品型名「７４ＨＣ０４」で入手し得るバッファ回路１
−２の入力端子に接続されている。

【００４９】また、このＶＣＯ１−１−１の出力端子Ｖ
ＣＯＯＵＴは、ＰＬＬ−ＩＣ１−１に内蔵されている位
相比較器１−１−２の入力端子ＣＯＭＰＩＮに接続され
ている。

【００５０】このバッファ回路１−２の出力は、ローパ
スフィルタ（以下、「Ｌ．Ｐ．Ｆ」とする。）１−３に
接続されている。

【００５１】このＬ．Ｐ．Ｆ１−３の出力は、コンデン
サ１−４を介して、ドライバアンプ１−５に接続されて
いる。

【００５２】このドライバアンプ１−５の出力は、ミラ
ー１−１２の駆動コイルに接続されている。

【００５３】また、ＰＬＬ−ＩＣ１−１に内蔵されてい
る位相比較器１−１−２の出力端子ＰＣ２ＯＵＴは、ラ
グ・リード・フィルタと呼ばれるＬ．Ｐ．Ｆ１−６の入
力に接続されている。

【００５４】そして、このＬ．Ｐ．Ｆ１−６の出力は切
り換えスイッチ１−７の入力端子に接続されている。

【００５５】この切り換えスイッチ１−７のもう一方の
入力端子は、例えば、図２に示すような抵抗Ｒ１とコン
デンサＣ１とからなるスイープ回路１−１３に接続され
ており、このスイープ回路１−１３の抵抗Ｒ１とコンデ
ンサＣ１との中間点からスイープ電圧が取り出されるよ
うになっている。

【００５６】なお、図２において、ＳＷは、リセット用
のスイッチである。

【００５７】一方、ミラー１−１２の検出コイル出力
は、増幅用アンプ１−８に接続されている。

【００５８】この増幅用アンプ１−８の出力は、コンパ
レータ１−９の入力端子に接続されている。

【００５９】このコンパレータ１−９の出力は、バッフ
ァ回路１−１０を介してＰＬＬ−ＩＣ１−１に内蔵され
ている位相比較器１−１−２の入力端子であるＳＩＧＩ
Ｎ端子に接続されている。

【００６０】また、増幅用アンプ１−８の出力は、ピー
クホールド回路１−１１に接続されており、このピーク
ホールド回路１−１１の出力は、切り換えスイッチ１−
７のコントロール端子に接続されている。

【００６１】この切り換えスイッチ１−７の入力端子に
は、前述したように、Ｌ．Ｐ．Ｆ１−６の出力とスイー
プ回路１−１３の出力とが接続されている。

【００６２】（作用）図１において、ＰＬＬ−ＩＣ１−
１は、基準となる信号の位相と内蔵されている発振器
（以下ＶＣＯ１−１−１とする）が生成する信号（クロ
ック）の位相を内蔵している位相比較器１−１−２を用
いて比較することができる。

【００６３】この位相比較器１−１−２の出力信号を
Ｌ．Ｐ．Ｆ１−６を通して平準化し、ある一定レベルの
電圧とする。

【００６４】この一定レベルの電圧をＰＬＬ−ＩＣ１−
１に内蔵されているＶＣＯ１−１−１の入力端子に入力
することにより、入力電圧に対応した周波数をＶＣＯ１
−１−１が発振することになる。

【００６５】ＶＣＯ１−１−１は入力端子であるＶＣＯ
ＩＮの電圧に応じて、発振周波数が変化し、ＶＣＯＩＮ
に入力される電圧が高くなれば発振周波数は高くなり、
低くなれば発振周波数は低くなる。

【００６６】また、ＰＬＬ−ＩＣ１−１に内蔵されてい
る位相比較器１−１−２は、基準信号の位相と、ＣＯＭ
ＰＩＮに入力される信号（ＶＣＯ１−１−１が発振した
ことにより生成されるクロック）の位相とを比較する。

【００６７】基準信号の位相に対して、ＣＯＭＰＩＮに
入力される信号の位相が遅れている場合には、位相比較
器１−１−２の出力端子ＰＣ２ＯＵＴは電源電圧ＶＣＣ
レベルとなり、Ｌ．Ｐ．Ｆ１−６により平準化された電
圧は高電位側へシフトするようになる。

【００６８】その結果、ＶＣＯ１−１−１の発振周波数
は上昇し、ＣＯＭＰＩＮに入力される信号の位相と基準
信号の位相との位相差が少なくなる。

【００６９】また、逆に、ＣＯＭＰＩＮに入力される信
号の位相が進んでいる場合には、位相比較器１−１−２
の出力端子ＰＣ２ＯＵＴは接地ＧＮＤレベルとなり、
Ｌ．Ｐ．Ｆ１−６により平準化された電圧は低電位側に
シフトする。

【００７０】その結果、ＶＣＯ１−１−１の発振周波数
は低下し、ＣＯＭＰＩＮに入力される信号の位相と基準
信号の位相との位相差が少なくなる。

【００７１】そして、基準信号とＶＣＯ１−１−１が発
振するクロックの位相が一致している場合には、位相比
較器の出力端子ＰＣ２ＯＵＴはハイ・インピーダンスの
状態となり、平準化された信号レベルは一定電圧とな
り、クロックの発振は安定することになる。

【００７２】この第１の実施の形態について、図３に示
すタイミングチャートに基づいて、その動作を説明す
る。

【００７３】時刻ｔ１において、スイープ回路１−１３
をリセットすると、その後、抵抗Ｒ１を介してコンデン
サＣ１に電荷が徐々に蓄積されスイープ回路１−１３の
出力電圧は上昇していく。

【００７４】その際、切り換えスイッチ１−７のコント
ロール端子の電圧はロー（Ｌ）レベルとなっているた
め、入力端子ＶＣＯＩＮには、スイープ回路１−１３の
出力電圧が入力される。

【００７５】そして、スイープ回路１−１３の出力電圧
は、時間の経過とともに上昇しそれに伴い、ＶＣＯ１−
１−１の発振周波数は高くなっていく。

【００７６】このＶＣＯ１−１−１により生成された駆
動信号は、バッファ回路１−２に入力された後、Ｌ．
Ｐ．Ｆ１−３により矩形波から正弦波に変換される。

【００７７】その後、コンデンサ１−４に入力されるこ
とにより、ＤＣ成分が除去され、駆動信号はＧＮＤレベ
ルを中心に振れるようになる。

【００７８】その後、ドライバアンプ１−５により、駆
動信号がミラー１−１２に印加されるようになる。

【００７９】一方、ミラー１−１２から出力されるセン
サ信号は増幅用のアンプ１−８により増幅され、コンパ
レータ１−９に入力される。

【００８０】センサ信号は正弦波であるため、増幅用の
アンプ１−８にて増幅されたセンサ信号をコンパレータ
１−９にて２値化する。

【００８１】ここで、２値化されたセンサ信号は矩形波
となり、バッファ回路１−１０に入力され、ＰＬＬ−Ｉ
Ｃ１−１に内蔵された位相比較器１−１−２の基準信号
の入力端子ＣＯＭＩＮに入力され、ＰＬＬ動作のの基準
信号となる。

【００８２】また、増幅用のアンプ１−８により増幅さ
れたセンサ信号は、ピークホールド回路１−１１にも入
力される。

【００８３】図４に示すように、ピークホールド回路１
−１１によりセンサ信号のピークレベルが保持される。

【００８４】センサ信号の振幅が大きくなるにつれて、
ピークホールド回路１−１１に保持されるピークレベル
も徐々に高い電圧になっていく。

【００８５】そして、ピークホールド回路１−１１に保
持された電圧レベルが一定レベル（例えば、４．５Ｖ）
以上になると切り換えスイッチ１−７は入力電圧がハイ
（Ｈ）レベルであると認識し、ＶＣＯ１−１−１の入力
端子ＶＣＯＩＮはスイープ回路１−１３の出力からＬ．
Ｐ．Ｆ１−６の出力に自動的に切り換えられるようにな
る。

【００８６】その結果、ＶＣＯ１−１−１の入力端子Ｖ
ＣＯＩＮにはＬ．Ｐ．Ｆ１−６を介して位相比較器１−
１−２の出力が入力されるようになる。

【００８７】ミラー１−１２は共振周波数以外のとき
は、ほとんど揺動しないため、共振周波数以外で駆動さ
れている場合、センサ信号はほとんど検出されない。

【００８８】従って、ＶＣＯ１−１−１の発振周波数が
低周波から高周波にスイープしても、共振周波数以外で
は、センサ信号は極めて小さいため、ピークホールド回
路１−１１にピークホールドされたセンサ信号のレベル
も小さく、切り換えスイッチ１−７が切り換わることは
ない。

【００８９】やがて、徐々にスイープされ、駆動信号が
共振周波数に近づくにつれて、ミラー１−１２は徐々に
揺動し始め、共振時にはミラー１−１２は最も大きく揺
動し、同時にセンサ信号の振幅は最大となる。

【００９０】この際、ピークホールド回路１−１１によ
り保持されたセンサ信号のレベルはＨレベルであると認
識され、切り換えスイッチ１−７が切り換わることによ
り、ＶＣＯ１−１−１の入力端子ＶＣＯＩＮにはＬ．
Ｐ．Ｆ１−６を介しＷ位相比較器１−１−２の出力ＰＣ
２ＯＵＴが入力されることになる。

【００９１】これにより、位相比較器１−１−２の出力
ＰＣ２ＯＵＴ→Ｌ．Ｐ．Ｆ１−６→ＶＣＯＩＮの閉ルー
プが形成され、ミラー１−１２から出力されたセンサ信
号がＰＬＬ−ＩＣ１−１に入力される基準信号となり、
センサ信号の位相とＶＣＯ１−１−１が生成するクロッ
クとの位相差をなくすようにＰＬＬ−ＩＣ１−１が動作
する。

【００９２】ミラー１−１２からのセンサ信号が速度信
号の場合は、位相差が常に０度となるようにＰＬＬ−Ｉ
Ｃ１−１に内蔵されたＶＣＯ１−１−１が発振すること
になる。

【００９３】別の言い方をすれば、駆動信号に対するセ
ンサ信号の位相差は０度となる。

【００９４】ミラー１−１２は共振周波数にて駆動して
いる場合、駆動信号とセンサ信号である速度信号の位相
差は０度となるため、以上の動作により常に共振周波数
にて駆動されることになる。

【００９５】また、共振周波数にて駆動している場合、
センサ信号の振幅は最大となる。

【００９６】このときに、切り換えスイッチ１−７によ
ってスイープ回路１−１３とＬ．Ｐ．Ｆ１−６の切り換
えが行われるため、共振駆動に自動的に引き込みを行う
ことができる。

【００９７】従って、この実施の形態によれば、共振周
波数が未知のミラーであっても自動的に共振周波数にて
駆動することができる。

【００９８】また、共振周波数の経時変化があった場合
においても、センサ信号を基準信号として位相比較器が
動作するため、常に経時変化に対して自動的に追従す
る。

【００９９】（効果）以上説明したように、この実施の
形態によれば、駆動信号を低周波から高周波に徐々にス
イープすることにより、共振周波数が未知のスキャナに
おいても自動的に共振周波数を検出し、共振駆動に引き
込むことが可能である。

【０１００】また、サンプルホールド回路やパルス幅変
調回路等が不要になり、従来に比べてシンプルな回路構
成にて共振駆動回路を構成することができるため、共振
駆動回路の信頼性を向上させることができる。

【０１０１】なお、図８に示した光スキャナは検出手段
である検出コイルから可動部であるミラーの運動速度に
応じた検出信号を得るように構成されているが、検出手
段はこれに限定されるものではない。

【０１０２】例えば、弾性部材であるトーションバー上
に設けられたひずみゲージと微分回路によって構成して
もよい。

【０１０３】この歪みゲージから得られる、ミラーの運
動変位に応じた検出信号を微分回路によって電気的に微
分することで同様の信号が得られる。

【０１０４】また、弾性部材はトーションバーに限定さ
れるものではなく、例えば、片持ち梁（カンチレバー）
であってもよい。

【０１０５】さらに、駆動手段は駆動コイルと磁界発生
手段からなる電磁駆動方式に限定されるものではなく、
例えば分割電極を用いる静電駆動方式や圧電素子を用い
る圧電駆動方式であってもよい。

【０１０６】（第２の実施の形態）第２の実施の形態の
説明に入る前に、前述した従来技術ならびに第１の実施
の形態において存在し得る別の課題について述べる。

【０１０７】本発明におけるアクチュエータでは、図７
に示したように、共振周波数で駆動した際に駆動信号と
センサ信号の位相差が０度となるが、前述した従来技術
ならびに第１の実施の形態においては、直接、駆動信号
とセンサ信号との位相を比較しているわけではない。

【０１０８】例えば、センサ信号は、アンプ等の回路を
経由してきた信号が位相比較器に入力されており、駆動
信号も、発振器の出力が位相比較器に入力されている。

【０１０９】しかるに、実際には、これらの信号が、さ
らに、アンプ、フィルタなどを経由した状態で駆動信号
としてミラーに入力される。

【０１１０】従って、前述した従来技術ならびに第１の
実施の形態において、厳密には、位相比較器で比較され
ているのは、駆動信号、センサ信号とはそれぞれ若干位
相がずれた信号同士であり、結果として共振周波数から
ずれた周波数で駆動されてしまう可能性がある。

【０１１１】特に、アクチュエータの共振周波数が高い
場合などには、この影響が無視できない場合が起こり得
る。

【０１１２】そこで、第２の実施の形態では、このよう
な課題についても解決する手段を提供するものである。

【０１１３】（構成）図５は、本発明によるアクチュエ
ータ駆動装置の第２の実施の形態の構成を示す概念図で
ある。

【０１１４】この第２の実施の形態は、第１の実施の形
態において、ＶＣＯ１−１−１の出力端子ＶＣＯＯＵＴ
と位相比較器１−１−２の入力端子ＣＯＭＰＩＮ間に、
位相補償用の回路として増幅用アンプ２−１４、コンパ
レータ２−１５、バッファ回路２−１６が付加されたも
のとなっている以外は、第１の実施の形態と同様である
（但し、参照符号はすべて２−が付されている）。

【０１１５】ここで、増幅用アンプ２−１４、コンパレ
ータ２−１５、バッファ回路２−１６は、ミラー２−１
２から検出されたセンサ信号を位相比較器２−１−２に
入力するための構成と同一のものとする。

【０１１６】（作用）スイープ回路２−１３をリセット
すると、図２に示したコンデンサＣ１に蓄積されていた
電荷が掃き出され、その後、コンデンサＣ１に電荷が徐
々に蓄積されスイープ回路２−１３の出力電圧は上昇し
ていく。

【０１１７】その際、切り換えスイッチ２−７のコント
ロール端子の電圧はＬレベルのため、ＰＬＬ２−１に内
蔵されたＶＣＯ２−１−１の入力端子ＶＣＯＩＮには、
スイープ回路２−１３の出力電圧が入力される。

【０１１８】スイープ回路２−１３の出力電圧は、時間
の経過とともに上昇しそれに伴い、ＶＣＯ２−１−１の
発振周波数も高くなっていく。

【０１１９】ＶＣＯ２−１−１により生成された信号
は、バッファ回路２−２、Ｌ．Ｐ．Ｆ２−３、コンデン
サ２−４、ドライバアンプ２−５を介して徐々に高くな
っていく周波数の信号がミラー２−１２に印加される。

【０１２０】一方、増幅用アンプ２−８により増幅され
たセンサ信号は、コンパレータ２−９に入力される。

【０１２１】このセンサ信号は正弦波であるため、増幅
用アンプ２−８にて増幅されたセンサ信号をコンパレー
タ２−９にて２値化する。

【０１２２】２値化されたセンサ信号は、バッファ回路
２−１０に入力された後、ＰＬＬ２−１に内蔵された位
相比較器２−１−１の基準信号の入力端子に入力され、
ＰＬＬ２−１の基準信号となる。

【０１２３】また、増幅用のアンプ２−８により増幅さ
れたセンサ信号は、ピークホールド回路２−１１にも入
力される。

【０１２４】ピークホールド回路２−１１ではセンサ信
号のピークレベルが保持される。

【０１２５】そして、ピークホールド回路２−１１に保
持されたレベルが一定レベル以上（例えば、４．５Ｖ）
になると、コントロール端子の入力電圧はＨレベルと認
識され、ＶＣＯ２−１−１の入力端子ＶＣＯＩＮはスイ
ープ回路２−１３の出力からＬ．Ｐ．Ｆ２−６の出力に
自動的に切り換わる。

【０１２６】その結果、ＶＣＯ２−１−１の入力端子Ｖ
ＣＯＩＮにはＬ．Ｐ．Ｆ２−６を介して位相比較器２−
１−２の出力が入力されるようになる。

【０１２７】ミラー２−１２は共振周波数以外のとき
は、ほとんど揺動しないため、共振以外で駆動されてい
る場合には、センサ信号はほとんど検出されない。

【０１２８】従って、ＶＣＯ２−１−１の発振周波数が
低周波から高周波にスイープしていても、共振以外で
は、センサ信号は極めて小さい。

【０１２９】従って、ピークホールドされたセンサ信号
のレベルも小さいため、コントロール切り換え用スイッ
チ２−７がＯＮすることはない。

【０１３０】その後、ＶＣＯ２−１−１の発振周波数が
徐々にスイープされ、駆動信号のもとになるＶＣＯ２−
１−１の出力信号（注：ここまではＶＣＯ２−１−１の
出力信号＝駆動信号としてきたが、本実施形態ではこれ
を区別する必要がある）が共振周波数に近づくにつれ
て、ミラー２−１２は徐々に揺動し始め、共振時にはミ
ラー２−１２は最も大きく揺動し、センサ信号の振幅は
最大となる。

【０１３１】この際、ピークホールド回路２−１２によ
り保持されたセンサ信号のレベルが一定の値（例えば
４．５Ｖ）より大きくなるとＨレベルと認識され、切り
換えスイッチ２−７が自動的にＯＮとなり、ＶＣＯ２−
１−１の入力端子ＶＣＯＩＮにはＬ．Ｐ．Ｆ２−６を介
して位相比較器２−１−２の出力ＰＣ２ＯＵＴが入力さ
れることになる。

【０１３２】また、ＶＣＯ２−１−１の出力端子ＶＣＯ
ＯＵＴから出力された信号は、センサ信号と同様な構成
をもつ増幅用アンプ２−１４、コンパレータ２−１５、
およびバッファ回路２−１６を介して、位相比較器２−
１−２の入力ＣＯＭＰＩＮに入力されることになる。

【０１３３】その結果、ＶＣＯ２−１−１から出力され
る信号にはディレイが発生することになるが、このディ
レイはセンサ信号がミラー２−１２から出力されて、位
相比較器２−１−２に入力されるまでに発生しているデ
ィレイと同等になるため、ミラー２−１２のセンサ信号
とＶＣＯ２−１−１からの出力信号の位相とは一致する
ことになる。

【０１３４】そして、位相比較器２−１−２→Ｌ．Ｐ．
Ｆ２−６→ＶＣＯ２−１−１のループが形成され、ミラ
ー２−１２から出力されたセンサ信号がＰＬＬ２−１に
入力する基準信号となり、ミラー２−１２からのセンサ
信号に対して、常に位相差が０度となるようにＰＬＬ２
−１に内蔵されているＶＣＯ２−１−１が発振すること
になる。

【０１３５】別の言い方をすれば、ＶＣＯ２−１−１か
らの出力信号に対してセンサ信号の位相差は常に０度と
なる。

【０１３６】ミラー２−１２は、共振周波数にて駆動し
ている場合、駆動信号とセンサ信号との位相差は０度と
なるため、本実施の形態の構成において、ほぼ正確に共
振周波数にて駆動できるように引き込むことが可能とな
る。

【０１３７】また、共振周波数にて駆動している場合、
センサ信号の振幅は最大となる。

【０１３８】このときにスイープ回路２−１３とＬ．
Ｐ．Ｆ２−６の切り換えが行われるため、共振周波数で
の引き込みを自動的に行うことができる。

【０１３９】従って、この実施の形態によれば、共振周
波数が未知のスキャナであっても自動的に共振周波数に
て駆動することができる。

【０１４０】また、共振周波数の経時変化があった場合
においても、センサ信号を基準信号として位相比較器が
動作し、常に経時変化に対して自動的に追従する。

【０１４１】次に、本実施の形態の変形例について、図
６を参照して説明する。

【０１４２】前述した図５の構成においては、センサ信
号と、これが位相比較器２−１−２に入力されるまでの
位相ずれを補償する回路を、ＶＣＯ２−１−１の出力信
号が位相比較器２−１−２に入力されるまでの経路に挿
入しているが、ＶＣＯ２−１−１の出力信号が実際の駆
動信号としてミラー２−１２に入力されるまでの経路に
おける位相ずれについては何ら対策を行っていない。

【０１４３】そこで、本変形例においては、位相ずれを
補償する回路として、ＶＣＯ２−１−１の出力信号がミ
ラー２−１２の駆動信号になるまでの位相ずれも合わせ
て補償する構成を採用している。

【０１４４】すなわち、図６においては、位相比較器２
−１−２に入力される信号の一つは、ＶＣＯ２−１−１
の出力信号から分岐されているのではなく、ミラー２−
１２の駆動信号から分岐されているのが特徴である。

【０１４５】この構成によって、ＶＣＯ２−１−１の出
力信号がミラー２−１２の駆動信号になるまでに位相ず
れがあったとしても、その状態の信号を位相比較器２−
１−２にフィードバックするために、この位相ずれの影
響はない。

【０１４６】また、本変形例においては、ミラー２−１
２の駆動信号を分岐させて、位相比較器２−１−２にフ
ィードバックする経路に、センサ信号に対するものと同
様な構成をもつ増幅用のアンプ２−１４、コンパレータ
２−１５およびバッファ回路２−１６を挿入して、位相
比較器２−１−２の入力ＣＯＭＰＩＮにフィードバック
する構成としている。

【０１４７】このため、センサ信号が位相比較器２−１
−２に入力されるまでの経路にて生じる位相ずれも補償
されている。

【０１４８】以上の構成により、本変形例においては、
ミラー駆動信号とセンサ信号との位相差を正確に０度に
することが可能であり、従ってスキャナを正確に共振周
波数で駆動することが可能である。

【０１４９】（効果）以上のようにして、本実施の形態
によれば、ＶＣＯ２−１−１の出力端子ＶＣＯＯＵＴと
位相比較器２−１−２の入力端子ＣＯＭＰＩＮ間にセン
サ信号の増幅用アンプ２−１４、コンパレータ２−１５
およびバッファ回路２−１６を付加することにより、基
準信号となるセンサ信号と駆動信号とのディレイは完全
に一致することになり、いかなる共振周波数において
も、共振周波数での駆動に引き込むことができる。

【０１５０】特に、共振周波数が高周波の場合におい
て、ディレイが発生した場合、位相ずれが大きくなる
が、このように位相補償用の回路を付加することによ
り、その効果は顕著となる。

【０１５１】なお、本実施の形態においても、第１の実
施形態と同様の変形を適用することが可能である。

【０１５２】さらに、本実施の形態においては、上記位
相補償用の回路において、位相が自由に設定できれば、
変位信号を微分することなく、そのままフィードバック
信号として使うことが可能である。

【０１５３】本実施の形態においては、位相補償回路と
してアンプやコンパレータ等センサ信号の増幅と同等な
回路を位相補償回路として構成したが、センサ信号がミ
ラーから検出されて位相比較器に入力されるまでのディ
レイと同じディレイが発生する回路であれば、他の回路
を流用可能であることは明白である。

【０１５４】また、本実施の形態の変形例においては、
位相比較器にフィードバックする信号をミラー駆動信号
を分岐させ、さらにセンサ信号の増幅と同等な回路を位
相補償回路として通した状態で位相比較器に入力するこ
とにより、より正確に駆動信号とセンサ信号の位相を一
致させることが可能であり、正確に共振周波数で駆動す
ることが可能となる。

【０１５５】この場合も、位相補償回路として他の回路
を流用することが可能であり、さらにＶＣＯ出力信号が
ミラー駆動信号になるまでの間の回路と同等の位相ずれ
を発生させる回路を合わせて位相補償回路として用い、
位相比較器にフィードバックする信号をＶＣＯ出力信号
から分岐させた後に、これを通過させることも可能であ
る。

【０１５６】また、第１および第２の実施形態ともスイ
ープ回路として、抵抗とコンデンサからなる回路を具体
的な例として使用したが、これの機能と同等な機能が実
現できれば、他の回路構成を流用可能であることは明白
である。

【０１５７】

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明に
よれば、シンプルな回路構成で、かつ共振周波数が未知
のスキャナ等のアクチュエータであっても、共振周波数
を自動的に検知し、常に共振周波数にて駆動できるアク
チュエータ駆動装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によるアクチュエータ駆動装置
の第１の実施の形態の構成を示す概念図である。

【図２】図２は、図１のスイープ回路１−１３の具体例
を示す図である。

【図３】図２は、第１の実施の形態の動作を説明するた
めに示すタイミングチャートである。

【図４】図４は、図１のピークホールド回路１−１１に
よりセンサ信号のピークレベルが保持される状態を示す
図である。

【図５】図５は、本発明によるアクチュエータ駆動装置
の第２の実施の形態の構成を示す概念図である。

【図６】図６は、本発明によるアクチュエータ駆動装置
の第２の実施の形態の変形例の構成を示す概念図であ
る。

【図７】図７は、駆動信号に対するセンサ（角速度）信
号の周波数特性を示しているもので、マイクロマシンミ
ラーの一般的な周波数特性を示す図である。

【図８】図８は、従来の技術として、マイクロマシン技
術を用いて製作した電磁型光スキャナーの一般的な構成
を示す図である。

【符号の説明】

１−１…位相同期ループ（ＰＬＬ）−ＩＣ、 １−１−１…電圧制御型の発振器（ＶＣＯ）、 １−１−２…位相比較器、 １−２…バッファ回路、 １−３…ローパスフィルタ（Ｌ．Ｐ．Ｆ）、 １−４…コンデンサ、 １−５…ドライバアンプ、 １−１２…ミラー、 １−６…ローパスフィルタ（Ｌ．Ｐ．Ｆ）、 １−７…切り換えスイッチ、 １−１３…スイープ回路、 Ｒ１…抵抗、 Ｃ１…コンデンサ、 ＳＷ…リセット用のスイッチ、 １−８…増幅用アンプ、 １−９…コンパレータ、 １−１０…バッファ回路、 １−１１…ピークホールド回路、 ２−１…位相同期ループ（ＰＬＬ）−ＩＣ、 ２−１−１…電圧制御型の発振器（ＶＣＯ）、 ２−１−２…位相比較器、 ２−２…バッファ回路、 ２−３…ローパスフィルタ（Ｌ．Ｐ．Ｆ）、 ２−４…コンデンサ、 ２−５…ドライバアンプ、 ２−１２…ミラー、 ２−６…ローパスフィルタ（Ｌ．Ｐ．Ｆ）、 ２−７…切り換えスイッチ、 ２−１３…スイープ回路、 ２−８…増幅用アンプ、 ２−９…コンパレータ、 ２−１０…バッファ回路、 ２−１１…ピークホールド回路、 ２−１４…増幅用アンプ、 ２−１５…コンパレータ、 ２−１６…バッファ回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部、可動部および該固定部、可動部
   の両者を接続する弾性部材、前記可動部を共振で揺動さ
   せる駆動手段、前記可動部の揺動に応じた信号を検出す
   る検出手段とを有するアクチュエータ駆動装置におい
   て、 前記駆動手段を駆動するための駆動信号を、入力される
   電圧に応じて発振周波数を制御して生成する電圧制御型
   の発振器と、 前記検出手段からの検出信号と前記発振器が発振する駆
   動信号との位相差を検出する位相比較器と、 徐々に大きくなる電圧を出力するためのスイープ回路
   と、 前記発振器に入力される電圧として、前記スイープ回路
   の出力と前記位相比較器の出力とを切り換えるスイッチ
   回路と、 初期の起動時には前記スイッチ回路が前記スイープ回路
   の出力を選択し、前記検出手段からの信号が所定のレベ
   ルに達した際には前記スイッチ回路が前記位相比較器の
   出力に切り替えるよう制御するコントロール回路とを備
   えたことを特徴とするアクチュエータ駆動装置。
2. 【請求項２】 前記検出手段は前記可動部の速度信号を
   検出する手段であることを特徴とする請求項１に記載の
   アクチュエータ駆動装置。
3. 【請求項３】 前記検出手段は、前記可動部の変位信号
   を検出する手段と、この変位信号を微分する微分手段と
   からなることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエ
   ータ駆動装置。
4. 【請求項４】 前記駆動手段は磁界発生手段と駆動用コ
   イルからなり、前記検出手段が検出用コイルであること
   を特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ駆動装
   置。
5. 【請求項５】 前記検出手段からの検出信号と前記発振
   器が発振する駆動信号との位相を補償する位相補償回路
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいず
   れかに記載のアクチュエータ駆動装置。