JP2004302104A - Actuator drive control device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator drive control device in which a combination of driving frequencies for appropriately driving around two operational axes is easily set. <P>SOLUTION: A drive control device 1 of an actuator 6 has natural resonant frequencies different from each other and is driven with a combination of driving frequencies different from each other under two operational axes which are orthogonally crossing, and is composed by providing a resonant frequency setting means 2 which inputs and sets the respective characteristic resonant frequencies, a driving condition setting means 3 which sets the driving condition for driving the actuator 6 at a desired condition, a driving frequency setting means 4 which calculates driving performance for respective combinations of frequencies within the predetermined frequency ranges around the respective natural resonant frequencies and selects and sets the combination of driving frequencies suitable for the driving conditions in which the driving performance is set, and driving means 5a and 5b which drive the actuator at the set driving frequencies. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二つの動作軸の下に動作するアクチュエータの駆動制御装置に関し、特に、二つの動作軸回りに適正に駆動するための駆動周波数の組合せ設定を容易にさせたアクチュエータ駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアクチュエータには、例えば固定部に外側トーションバーで揺動可能に軸支した枠状の外側可動部と、該外側可動部に上記外側トーションバーの軸方向と直交する内側トーションバーで揺動可能に軸支した内側可動部とを備え、各可動部を電磁駆動するようにしたものがある。そして、このようなアクチュエータの内側可動部に反射ミラーを設けて光ビームを二次元方向に走査する光走査装置を構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなアクチュエータは、各可動部をそれぞれの固有共振周波数に等しい駆動周波数で駆動した場合に最も効率良く駆動し、低電流で大振幅動作をする。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２７２２３１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のアクチュエータにおいては、製造ばらつき等によりアクチュエータ毎に共振周波数が異なり、各アクチュエータについて同一の駆動周波数で駆動してもそれぞれが効率の良い動作をしない場合がある。この場合、アクチュエータ毎に適正な駆動周波数を人為的に演算して求め、設定しなければならず作業に手間がかかる。
【０００６】
また、アクチュエータの共振周波数は、温度等の変化により経時変化する場合がある。この場合も、その都度アクチュエータの共振周波数を再測定し、適正な駆動周波数を求めて設定をする必要があり手間がかかる。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、二つの動作軸回りに適正に駆動するための駆動周波数の組合せ設定を容易にさせたアクチュエータ駆動制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項１の発明は、互いに異なる固有共振周波数を有し、直交する二つの動作軸の下に互いに異なる駆動周波数の組合せで駆動されるアクチュエータの駆動制御装置であって、前記各固有共振周波数を入力設定する共振周波数設定手段と、前記アクチュエータに所望の駆動をさせるための駆動条件を設定する駆動条件設定手段と、前記各固有共振周波数を中心とする所定の周波数範囲内で各周波数の組合せに対してそれぞれ駆動性能を演算し、該駆動性能が前記設定された駆動条件に適合する駆動周波数の組合せを選択設定する駆動周波数設定手段と、前記設定された駆動周波数でアクチュエータを駆動する駆動手段と、を備えて構成した。
【０００９】
このような構成により、共振周波数設定手段にアクチュエータの二つの動作軸回りの固有共振周波数を入力設定し、駆動条件設定手段にアクチュエータに所望の駆動をさせるための駆動条件を設定し、駆動周波数設定手段で上記各固有共振周波数を中心とする所定の周波数範囲内で各周波数の組合せに対してそれぞれ駆動性能を演算し、該駆動性能が上記駆動条件に適合する駆動周波数の組合せを選択して設定する。これにより、アクチュエータを二つの動作軸回りに適正に駆動するための駆動周波数の組合せ設定を容易にする。
【００１０】
この場合、前記共振周波数設定手段は、請求項２のように前記二つの動作軸回りの振幅を測定する測定手段を備え、周波数を変化させながら駆動して各動作軸回りの振幅を測定し、最大振幅が検出されたときの駆動周波数を前記アクチュエータの固有共振周波数として設定する構成としてもよい。
【００１１】
請求項３の構成の場合においては、前記アクチュエータは、互いに異なる駆動周波数の組合せで駆動されて光ビームを二次元走査するスキャナであり、前記駆動周波数設定手段は、複数の光走査軌跡に囲まれたメッシュの数を前記駆動性能として演算して求め、該演算値が前記駆動条件として設定したメッシュ数の上下限値の範囲内となる周波数の組合せを選択設定する構成とした。この場合、前記駆動周波数設定手段は、請求項４のように前記設定された各固有共振周波数の１周期を前記駆動周波数を生成する発信器のクロック周期でそれぞれ除して前記共振クロックカウント数の組合せを演算し、該共振クロックカウント数を中心とする所定範囲内に他のクロックカウント数の組合せを選択し、前記共振クロックカウント数を含む全クロックカウント数について各組合せ毎にその最大公約数でそれぞれ除算することによって前記メッシュ数を演算する構成とするとよい。
【００１２】
また、前記駆動周波数設定手段は、請求項５のように前記異なる駆動周波数の組合せで二次元走査される光ビームが、所定の走査範囲を１回走査するのに要する１周期の走査時間を前記駆動性能として演算して求め、該演算値が前記駆動条件として設定した走査時間の上下限値の範囲内となる周波数の組合せを選択設定する構成としてもよい。この場合、前記駆動周波数設定手段は、請求項６のように前記共振クロックカウント数を中心とする所定範囲内のクロックカウント数の各組合せについて、それぞれの最小公倍数を演算し、該演算値に前記クロック周期を乗算することによって前記走査時間を演算する構成とするとよい。
【００１３】
または、前記駆動周波数設定手段は、請求項７のように前記共振クロックカウント数を中心とする所定範囲内のクロックカウント数の各組合せについて、それぞれ動作軸に対応する前記共振クロックカウント数と前記クロックカウント数との差分を演算し、該差分を２乗して加算して得た値の最小となるクロックカウント数の組合せを選択し、該クロックカウント数の組合せに相当する周波数の組合せを設定する構成としてもよい。
【００１４】
そして、請求項８の構成においては、前記駆動周波数設定手段は、前記二つの動作軸それぞれの駆動信号の発生タイミングを制御するタイミング制御信号を前記駆動手段に出力するタイミング制御信号発生部を備え、光ビームの二次元走査範囲内に設定した所定の目標点を光ビームの走査軌跡が通過するように前記両駆動信号の少なくとも一方の駆動信号の発生タイミングを制御するように構成した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、本発明に係るアクチュエータ駆動制御装置の第１実施形態のブロック図を示す。なお、ここでは、アクチュエータを光走査用に適用した光走査装置の駆動制御装置を例に説明する。
【００１６】
図１において、本第１実施形態の駆動制御装置１は、光走査装置のリサジュ走査を適正に駆動制御するものであり、共振周波数設定手段２と、駆動条件設定手段３と、駆動周波数設定手段４と、駆動手段５ａ，５ｂと、を備えて構成する。
【００１７】
上記共振周波数設定手段２は、アクチュエータとしてのスキャナの、二つの動作軸（Ｘ，Ｙ軸）回りの各固有共振周波数を入力設定するものであり、図１に示す二次元走査可能な一体型スキャナ６の第１可動部６ａ（Ｘ軸回り）及び第２可動部６ｂ（Ｙ軸回り）に対して予め測定された各固有共振周波数のデータを外部から入力設定する。
【００１８】
また、上記駆動条件設定手段３は、スキャナ６の第１及び第２可動部６ａ，６ｂを適正駆動するための駆動条件を設定するものであり、駆動条件としては、例えばスキャナ６を図２に示すようなリサジュ走査したとき、光ビームが１回の走査で描く複数の走査軌跡によって囲まれたメッシュＭの走査領域内のメッシュ密度、及びリサジュ走査する光ビームが１回走査するのに要する１周期の時間（以下、リサジュ周期と記載）ＴＬ等である。そして、これらの条件は、上下限値を指定して所定の範囲が外部から入力設定される。なお、本第１実施形態においては、メッシュ密度として図２中Ｘ方向のメッシュ数Ｍｘ及びＹ方向のメッシュ数Ｍｙを設定する場合を示している。また、図２中Ｘ，Ｙ方向の走査幅は、それぞれ走査角度±θｘ，±θｙに相当する。
【００１９】
上記駆動周波数設定手段４は、設定された上記各固有共振周波数を含み、その近傍部で各周波数の組合せを選び、該各周波数の組合せに対してスキャナ６の駆動性能として、例えばメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙとリサジュ周期ＴＬと後述の駆動効率の良否を推定するための共振点との隔たりをこの順番に演算し、上記設定された駆動条件に適合する駆動周波数の組合せを選択設定するものである。
【００２０】
その具体的構成の一例は、各種演算を行なう演算部７と、該演算結果について駆動条件設定手段３に入力設定された駆動条件と比較判断して適正な駆動周波数の組合せを選択する判断部８と、選択された駆動周波数及び該駆動周波数におけるメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙ等を保存するメモリ９と、を備えて構成する。
【００２１】
上記演算部７は、上記設定された各固有共振周波数の共振周期Ｔｒｘ，Ｔｒｙの１周期を上記駆動信号を生成する後述の発信器１２のクロック周期Ｔｃで除して二軸の共振クロックカウント数Ｃｒｘ，Ｃｒｙの組合せを演算する。そして、該共振クロックカウント数Ｃｒｘ，Ｃｒｙの組合せを含み、その近傍部で選択された整数のクロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙの組合せを探し、各組合せ毎にそれぞれ最大公約数ＧＣＤで除算することによって各メッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの組合せを演算する。また、上記各クロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙの最小公倍数ＬＣＭにクロック周期Ｔｃを乗算してリサジュ周期ＴＬを演算する。さらに、上記各メッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの組合せに相当する各クロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙについて、上記共振クロックカウント数Ｃｒｘ，Ｃｒｙ（共振点）との隔たりとして、
共振点との隔たり＝（Ｃｒｘ−Ｃｘ）^２＋（Ｃｒｙ−Ｃｙ）^２ （１）
を演算して駆動効率の大小比較を推定する。
【００２２】
また、上記判断部８は、上記各メッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの組合せについて、駆動条件設定手段３に予め設定したメッシュ密度の駆動条件であるメッシュ数の上下限値Ｍｘｍｉｎ，Ｍｘｍａｘ及びＭｙｍｉｎ，Ｍｙｍａｘと比較して、
Ｍｘｍｉｎ≦Ｍｘ≦Ｍｘｍａｘ，Ｍｙｍｉｎ≦Ｍｙ≦Ｍｙｍａｘ
の条件に適合したメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの組合せを選択する。また、上記各リサジュ周期ＴＬについて、予め設定した駆動条件であるリサジュ周期ＴＬの上下限値ＴＬｍｉｎ，ＴＬｍａｘと比較して、
ＴＬｍｉｎ≦ＴＬ≦ＴＬｍａｘ
の条件に適合したリサジュ周期ＴＬを選択する。さらに、上記共振点との隔たりの演算結果がより小さくなるクロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙの組合せを選択する。そして、上記各駆動条件を全て満たしたクロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙの組合せに相当する周波数の組合せを駆動周波数として設定する。
【００２３】
また、上記メモリ９は、上記設定された駆動周波数の組合せを保存し、適宜そのデータを読み出してスキャナ６の適性駆動のために使用可能とする。
【００２４】
上記駆動手段５ａ，５ｂは、選択された駆動周波数でスキャナ６を駆動するものであり、それぞれ駆動信号発生部１０ａ，１０ｂと駆動部１１ａ，１１ｂと、を備え、スキャナ６を二つの動作軸回りに個別に動作をさせるようにしている。駆動信号発生部１０ａ，１０ｂは、駆動周波数設定手段４から供給される設定された駆動周波数のデータに基づいて、別に備えた発振器１２のクロック信号ＣＬを分周して駆動信号を生成する。また、駆動部１１ａ，１１ｂは、上記駆動信号に基づいて駆動電流を生成する。
【００２５】
次に、このように構成した本第１実施形態の駆動制御装置１の動作を、図１〜図５を参照して説明する。
先ず、スキャナ６の第１及び第２可動部６ａ，６ｂについて予め測定された固有共振周波数の各共振周期Ｔｒｘ，Ｔｒｙのデータが、外部から共振周波数設定手段２に対して入力設定される。なお、この場合、固有共振周波数を入力し共振周波数設定手段２内で各共振周期Ｔｒｘ，Ｔｒｙを求めるようにしてもよい。
【００２６】
次に、駆動条件として、例えばメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙとリサジュ周期ＴＬのデータが駆動条件設定手段３に対して外部から入力設定される。具体的には、
２７０≦Ｍｘ≦３２０，１６０≦Ｍｙ≦２００
５２．０ｍｓｅｃ≦ＴＬ≦５２．５ｍｓｅｃ
等のように選択範囲が入力設定される。
【００２７】
次に、駆動周波数設定手段４において、上記設定データを下に適正な駆動周波数が演算して求められる。その具体的手順を、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２８】
先ず、ステップＳ１では、図１に示す演算部７において、上記設定された各固有共振周波数に相当するクロックカウント数Ｃｒｘ，Ｃｒｙが、共振周期Ｔｒｘ，Ｔｒｙを発信器１２のクロック周期Ｔｃで除して求められる。例えば、共振周期Ｔｒｘ＝１．２ｍｓｅｃ、Ｔｒｙ＝０．７ｍｓｅｃ、Ｔｃ＝１μｓｅｃとすると、Ｃｒｘ＝１２００、Ｃｒｙ＝７００となる。
【００２９】
次に、ステップＳ２では、上記クロックカウント数Ｃｒｘ，Ｃｒｙを中心として、予め定められた範囲において整数のクロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙが選ばれる。例えば、クロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙの選択範囲が、Ｃｘ＝Ｃｒｘ±５、Ｃｙ＝Ｃｒｙ±５のように設定されていた場合、上記具体的数値例によれば、Ｃｘ＝１１９５〜１２０５、Ｃｙ＝６９５〜７０５の範囲で１２１通りの組合せが選択されることになる。
【００３０】
次に、ステップＳ３において、ステップＳ２で選ばれたクロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙの各組合せについて、それぞれ最大公約数ＧＣＤで除算することによって各メッシュ数Ｍｘ，Ｍｙが演算部７で演算して求められる。例えば、上記具体的数値例によれば、演算結果は、図４に示すようなマトリクスが作成される。なお、上記演算は、例えば図５に示すマトリクスを矢印方向に中心のクロックカウント数Ｃｒｘ，Ｃｒｙに近いところから順番に実行するようにしてもよい。ただし、演算の順番は、これに限らない。
【００３１】
次に、ステップＳ４に進んで、図１に示す判断部８において、上記各メッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの全ての組合せが、駆動条件設定手段３に予め設定されたメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの上記駆動条件の上下限値と比較され、該駆動条件に適合したメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの組合せが選択される。例えば、図４に示すマトリクスから、メッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの上記駆動条件に適合する組合せを探すと、同図中Ａ〜Ｅの五つが選択される。
【００３２】
ステップＳ４の判定が全て終了すると、ステップＳ５に進んでリサジュ周期ＴＬが、演算部７で上記選択されたメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの各組合せに相当する各クロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙの最小公倍数ＬＣＭにクロック周期Ｔｃを乗算して演算される。
【００３３】
そして、全ての演算が終了すると、次にステップＳ６において、上記各リサジュ周期ＴＬが、予め設定したリサジュ周期ＴＬの駆動条件の上下限値と比較され、上記駆動条件に適合したリサジュ周期ＴＬに相当するメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの組合せが判断部９において判断されて選択される。例えば、上記選択された五つのメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの組合せについて、そのリサジュ周期ＴＬを計算すると、Ａ＝５２．０２６ｍｓｅｃ、Ｂ＝５２．３２５ｍｓｅｃ、Ｃ＝５２．６２４ｍｓｅｃ、Ｄ＝５２．９７６ｍｓｅｃ、Ｅ＝５２．３７４ｍｓｅｃとなり、リサジュ周期ＴＬの上記駆動条件に照らして見ると図４中Ａ，Ｂ，Ｅの三つの組合せが選択できる。
【００３４】
こうして、ステップＳ６においてリサジュ周期ＴＬの上記駆動条件を満たしたメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙについて、さらにステップＳ７で駆動効率の検討が行なわれる。ここで駆動効率の良否は、上記選択された各メッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの組合せに相当する各クロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙについて、共振クロックカウント数Ｃｒｘ，Ｃｒｙ（共振点）からの隔たりを表す（１）式を演算して、その値の大小比較から推定する。
【００３５】
次に、ステップＳ８に進んで、上記演算結果のうち最も小さいクロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙを判断部９で判断し、ステップＳ９でそれを選択して確定する。具体的には、上記選択されたＡ，Ｂ，Ｅの（１）式の演算結果は、Ａ＝３２、Ｂ＝１６、Ｅ＝３２となり、その結果、隔たりの最も小さい（駆動効率の最も高い）図４中Ｂに相当するクロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙの（１１９６，７００）が選択され、確定される。
【００３６】
このように本第１実施形態によれば、予め設定されたスキャナ６の二つの動作軸回りの各固有共振周波数をもとに、予め設定された駆動条件に適合した各駆動周波数を演算して設定する機能を備えているので、適正な駆動周波数の組合せの設定を容易にすることができる。これによりスキャナ６に目的の駆動をさせることができる。
【００３７】
また、入力データをもとに演算して適正な駆動周波数の設定をする機能を備えているので、スキャナ６の性能がばらついていても、スキャナ毎に二つの動作軸に対する適正な駆動周波数の組合せを容易に設定することができる。
【００３８】
なお、適正な駆動周波数の選択は、上述したようにメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙを最優先として駆動条件と比較判断し、続いてリサジュ周期ＴＬと駆動効率の順番に判断するものに限られず、リサジュ周期ＴＬまたは駆動効率のいずれかを最優先に判断してもよい。例えば緻密な画像表示を目的とする場合には、メッシュ数Ｍｘ，Ｍｙが優先され、また、画像の質よりも表示速度を重視する場合には、リサジュ周期ＴＬが優先され、さらには、消費電力等効率が重視される場合には、駆動効率が優先される場合がある。
【００３９】
また、上述のように例えばメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙからリサジュ周期ＴＬそして駆動効率の良否を推定するための共振点との隔たりの順番に適正クロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙの組合せを絞り込んで行く方法ではなく、設定された範囲のクロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙの全組合せについてメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙ及びリサジュ周期ＴＬ並びに（１）式（共振点との隔たり）のそれぞれを演算し、上記クロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙの全組合せの内より設定した全ての駆動条件を満たしたクロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙの組合せを選択するようにしてもよい。なお、駆動条件を満たすクロックカウント数Ｃｘ，Ｃｙの組合せが複数ある場合は、いずれか一つを選択すればよい。
【００４０】
さらに、設定する駆動条件は一つでもよい。この場合、演算及び判断は該駆動条件に係わる駆動性能についてのみ行われることになる。
【００４１】
また、上記第１実施形態において、メッシュ密度としてメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの替わりにメッシュサイズを設定してもよい。この場合、メッシュサイズの設定は、菱形状メッシュの対角方向の寸法Ｄｘ，Ｄｙ（図２参照）を設定することにより行う。Ｄｘは、Ｘ方向の走査角度θｘとメッシュ数Ｍｘとにより、
Ｄｘ＝θｘ×ｓｉｎ（π／Ｍｘ）≒θｘ×（π／Ｍｘ）
と、また、Ｄｙは、Ｙ方向の走査角度θｙとメッシュ数Ｍｙとにより、
Ｄｙ＝θｙ×ｓｉｎ（π／Ｍｙ）≒θｙ×（π／Ｍｙ）
と近似することができる。したがって、駆動条件としてメッシュサイズを設定する場合は、
Ｄｘ／θｘ＜π／Ｍｘ
Ｄｙ／θｙ＜π／Ｍｙ
とすれば十分細かいメッシュを設定することができる。
【００４２】
なお、スキャナ６として、例えば共振周波数等のデータをメモリ等に格納できる機能を備えたものを適用した場合には、共振周波数等のデータを外部から入力することなく、起動時にスキャナ６から取得することができ、データ入力の手間を省くことができる。
【００４３】
次に、本発明に係るアクチュエータ駆動制御装置の第２実施形態を、図６を参照して説明する。なお、図１と同一の要素については同一符号で示し、ここでは第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４４】
図６に示す駆動制御装置１３は、スキャナ６の第１及び第２可動部６ａ，６ｂの固有共振周波数を測定して設定する共振周波数設定手段１４ａ、１４ｂを個別に備えている。共振周波数設定手段１４ａ、１４ｂの具体的構成例は、光ビームを発射するレーザ発光素子等からなる発光部１５ａ，１５ｂ、及びスキャナ６で反射される光ビームを受光するラインＣＣＤやＰＳＤ（位置検出素子）等からなる受光素子１６ａ，１６ｂを備えて構成し、第１及び第２可動部６ａ，６ｂの揺動振幅を測定する測定手段と、受光素子１６ａ，１６ｂの出力を処理して駆動周波数設定手段４に共振周期Ｔｒｘ，Ｔｒｙを入力する処理部１７ａ，１７ｂと、を備えて構成する。なお、共振周波数設定手段１４ａ，１４ｂは、上記構成により第１及び第２可動部６ａ，６ｂの走査角度の時間変化も検出するものである。
【００４５】
このように構成した第２実施形態は、次のように動作する。
先ず、スキャナ６を起動する。そして、発振器１２のクロック信号ＣＬの周波数を異ならせて駆動信号発生部１０ａ，１０ｂを駆動し、周波数の異なる駆動信号を生成する。これにより駆動部１１ａ，１１ｂで駆動周波数を可変しながらスキャナ６が駆動される。
【００４６】
一方、発光部１５からスキャナ６の第１及び第２可動部６ａ，６ｂに対して光ビームを照射し、各可動部における反射光を受光素子１６ａ，１６ｂで受光して各可動部の揺動振幅を検出する。そして、受光素子１６ａ，１６ｂで光電変換して得られた各可動部の揺動振幅の信号に基づいて処理部１７ａ，１７ｂで揺動周期と振幅レベルを検出する。なお、揺動振幅の検出方法には、公知の技術が適用できる。
【００４７】
上述のように駆動周波数がスキャナ６の共振周波数に近づくとスキャナ６の第１及び第２可動部６ａ，６ｂの走査振幅は増大していく。したがって、処理部１７ａ，１７ｂで第１及び第２可動部６ａ，６ｂの揺動振幅の最大値と該最大値を示したときの揺動周期を検出することにより、第１及び第２可動部６ａ，６ｂの各共振周期Ｔｒｘ，Ｔｒｙが特定される。この場合、例えば第１可動部６ａの共振周期を測定しているときは、第２可動部６ｂの動作を停止してもよく、または、この逆を行ってもよい。なお、上記各共振周期Ｔｒｘ，Ｔｒｙは、上述のように各可動部の揺動周期から求めるのではなく、駆動信号発生部１０ａ，１０ｂから得てもよい。
【００４８】
処理部１７ａ，１７ｂで特定された共振周期Ｔｒｘ，Ｔｒｙのデータは、駆動周波数設定手段４に供給され、該駆動周波数設定手段４において第１実施形態と同様の手順に従って各種演算がされて適正な駆動周波数が選択される。これにより、スキャナ６は、予め設定された駆動条件に適合した駆動周波数の下に目的の動作をする。
【００４９】
なお、スキャナ６の共振周波数の自己測定は、上記起動時のみならず、例えば外部からの測定指令信号を受け取って適宜行なってもよく、また、予め組まれたスケジューリングに従って画像取得等のアプリケーションを停止するタイミングで行なってもよく、さらには、アプリケーションの停止可能な条件を自己判断して行なってもよい。
【００５０】
このように本第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、共振周波数の自己測定機能を備えているので、適当な時期に共振周波数を自己測定して調整することにより、例えば共振周波数の経時変化等の影響を排除してスキャナ６の適正な駆動状態を維持することができる。
【００５１】
次に、本発明に係るアクチュエータ駆動制御装置の第３実施形態を、図７を参照して説明する。なお、図６と同一の要素については同一符号で示し、ここでは第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５２】
図７に示す駆動制御装置１８は、駆動周波数設定手段４に、スキャナ６の駆動信号の発生タイミングを制御するタイミング制御信号発生部１９を備えている。このタイミング制御信号発生部１９は、スキャナ６の第２可動部６ｂを駆動する駆動信号の発生タイミングを制御するタイミング制御信号を発生するものであり、駆動手段５ｂの駆動信号発生部１０ｂに繋がって、共振周波数設定手段１４ａ，１４ｂからの第１及び第２可動部６ａ，６ｂの角度情報に基づき、光ビームの二次元走査範囲内の所定の目標点を光ビームのリサジュ走査軌跡が通過するように、上記駆動信号発生部１０ｂの駆動信号の発生タイミングを自動制御するように構成している。
【００５３】
次に、本第３実施形態の動作を、図７〜図１０を参照して説明する。
前述のように駆動周波数の組合せを適切に設定したとしても、各可動部の駆動信号の発生タイミングが適切でないときは、図８（ａ）に示すようなメッシ間隔が粗密なリサジュパターンや、同図（ｂ）に示すような二次元走査領域の二隅で折り返し、且つ同じ経路を辿って行くメッシュの粗いリサジュパターンが発生する。したがって、各可動部の駆動信号の発生タイミングを適切に調整して、同図（ｃ）のようなメッシ間隔が均等で且つ密に配列したリサジュパターンを発生させることが望ましい。
【００５４】
図８（ｃ）のリサジュパターンにおいて、Ｘ軸及びＹ軸回りの駆動周波数に基づいて算出されるメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙが奇数と偶数とからなる駆動周波数の組合せの場合は、光ビームのリサジュ走査軌跡は、図９（ａ）に示すように二次元走査領域の中心点Ｐ０（０，０）を通過するものとなる。一方、上記メッシュ数Ｍｘ，Ｍｙが共に奇数となる駆動周波数の組合せの場合は、リサジュ走査軌跡は、図９（ｂ）に示すように二次元走査領域の中心部に二つの対角線がそれぞれＸ軸及びＹ軸に一致するようなメッシュを形成する。そして、そのメッシュの四頂点のＸＹ座標は、それぞれ（πθｘ／２Ｍｘ，０），（−πθｘ／２Ｍｘ，０），（０，πθｙ／２Ｍｙ），（０，−πθｙ／２Ｍｙ）となる。したがって、図８（ｃ）のリサジュパターンを発生させるためには、駆動周波数の組合せに応じて、上記点Ｐ０、または上記メッシュの４頂点のうちから選択したいずれか１点を目標点として設定し、走査軌跡がこの目標点を通過するように駆動信号の発生タイミングを制御する。
【００５５】
次に、駆動信号の発生タイミングの制御動作を具体的に説明する。
前述したように、適正設定された駆動周波数の組合せに対するメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの組合せが図７のメモリ９に保存されている。このメッシュ数Ｍｘ，Ｍｙの組合せに基づいてタイミング制御信号発生部１９で上記目標点が自動設定される。例えば、上記メッシュ数Ｍｘ，Ｍｙが奇数と偶数の組合せである場合には、目標点はＰ０となる。以下、目標点がＰ０の場合を例に動作説明をする。
【００５６】
タイミング制御信号発生部１９では、共振周波数設定手段１４ａ，１４ｂからの第１及び第２可動部６ａ，６ｂの角度情報に基づいてリサジュ走査軌跡のＸＹ座標が検出される。ここで、例えば図９（ａ）に破線で示すようにリサジュ走査軌跡が目標点Ｐ０からずれている場合、リサジュ走査軌跡は点Ｐ１（０，θｙ１）と点Ｐ２（θｘ１，０）でＹ軸及びＸ軸と交差することになる。そこで、タイミング制御信号発生部１９では、光ビームが点Ｐ１と点Ｐ２間を通過するのに要する時間ｔｘｙが演算される。この演算は、図７に示す共振周波数設定手段１４ａで検出した第１可動部６ａの時間を含む角度情報及び共振周波数設定手段１４ｂで検出した第２可動部６ｂの時間を含む角度情報に基づいてされる。
【００５７】
さらに、上記タイミング制御信号発生部１９では、上記算出された時間ｔｘｙだけ、第２可動部６ｂの駆動信号の発生タイミングを進めるかまたは遅らせるようなタイミング制御信号を発生する。例えば、図９（ａ）に示す場合は、第２可動部６ｂ（Ｙ方向）の駆動信号をｔｘｙ時間だけ進めることによって走査軌跡が点Ｐ０を通過するように制御することができる。
【００５８】
図１０は、第２可動部６ｂの駆動信号の発生タイミングを調整した場合に、第１及び第２可動部の動作状態の変化を示す図である。
同図に示すように、第１及び第２可動部６ａ，６ｂは、一般に駆動電流に対してそれぞれｔｘｐ，ｔｙｐの位相差で動作する。ここで、同図中点Ｐ１（０，θｙ１）の状態から点Ｐ２（θｘ１，０）の状態に変化するのに要する時間ｔｘｙをタイミング制御信号発生部１９で検出し、該時間ｔｘｙ分だけ第２可動部６ｂの駆動電流の発生タイミングを同図中矢印Ｆのように進めるようなタイミング制御信号を発生して制御した場合、第２可動部６ｂの動作は徐々に変化して行き、十分な時間経過後には第２可動部６ｂの走査角度は、調整前に対してｔｘｙ時間だけ進相し、１ＴＬ毎に第１及び第２可動部６ａ，６ｂの走査角度θｘ，θｙが同時にゼロとなる瞬間が出現する。そして、このとき光ビームは、図９（ａ）の点Ｐ０（０，０）を照射する。これにより、リサジュ走査軌跡は点Ｐ０を通過し、目標とするリサジュ走査軌跡に一致することになる。
【００５９】
このように本第３実施形態によれば、目標とするリサジュ走査軌跡上に設定した目標点Ｐ０を光ビームが通過するようにスキャナ６の第２可動部６ｂの駆動信号の発生タイミングを調整するように構成したので、光ビームのリサジュパターンを目標とする緻密なリサジュパターンに容易に調整することができる。また、経時変化や温度変化等によりリサジュパターンがずれた場合にも、駆動信号の発生タイミングを自動制御して目標とするリサジュパターンを描かせることができる。
【００６０】
なお、リサジュパターン中央部のメッシュの４頂点のいずれか１点を目標点として設定した場合も上述と同様にして、該目標点をリサジュ走査軌跡が通過するように可動部の駆動信号の発生タイミングを制御する。また、目標点は、上記Ｐ０（０，０）及び上記メッシュの４頂点に限られず、任意の点Ｐ０（θｘ０，θｙ０）であってもよい。この場合のタイミング制御方法は、点Ｐ０（θｘ０，θｙ０）の近傍部で、ずれたリサジュ走査軌跡上にＸ方向の走査角度が同じとなる点Ｐ１（θｘ０，θｙ１）及びＹ方向の走査角度が同じとなる点Ｐ２（θｘ１，θｙ０）を検出し、該点Ｐ１と点Ｐ２間の時間差ｔｘｙだけ第２可動部６ｂの駆動信号の発生タイミングをずらすように制御する。
【００６１】
また、本第３実施形態は、第２可動部６ｂの駆動信号の発生タイミングを制御するものに限られず、図７中にタイミング制御信号発生部１９と駆動手段５ａの駆動信号発生部１０ａを破線で結んで示しているように、第１可動部６ａの駆動信号の発生タイミングを制御するようにしてもよい。この場合、図９（ａ）に破線で示すようにリサジュ走査軌跡が目標点Ｐ０からずれた場合には、第１可動部６ａの駆動信号の発生タイミングを時間ｔｘｙだけ遅らせるように制御する。さらに、第１及び第２可動部６ａ，６ｂの双方の駆動信号の発生タイミングを制御するように構成してもよい。また、上記第３実施形態では、点Ｐ１の状態から点Ｐ２の状態に変化するのに要する時間をｔｘｙとしたが、このｔｘｙは、第１及び第２可動部６ａ，６ｂの駆動電流に対する位相差ｔｘｐ，ｔｙｐと駆動周波数の組合せから求めることができる。
【００６２】
次に、本発明に係るアクチュエータ駆動制御装置の第４実施形態を、図１１を参照して説明する。なお、図７と同一の要素については同一符号で示し、ここでは第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６３】
図１１に示す駆動制御装置１８は、第２可動部６ｂの駆動信号の発生タイミングを手動調整するためのモーメンタリスイッチ２０と、走査光源２１による光ビームがスキャナ６で走査される二次元走査領域内であって、目標とするリサジュ走査軌跡上の任意の点に定めた目標点Ｐ０（θｘ０，θｙ０）となる部位に配置した受光素子２２と、該受光素子２２で光ビームの通過を検知した場合に発光するＬＥＤまたはランプ等からなる表示部２３とを設けている。
【００６４】
上記モーメンタリスイッチ２０は、タイミング制御信号発生部１９に繋がり、該タイミング制御信号発生部１９において第２可動部６ｂの駆動信号の発生タイミングを制御するタイミング制御信号を発生させ、駆動手段５ｂに出力させるようにしている。なお、図１１中２０ｆは、例えば第２可動部６ｂの駆動信号の発生タイミングを進めるためのスイッチであり、２０ｒは逆に遅らせるためのスイッチである。そして、それぞれ例えば１回の押下で１クロックだけ進めたりまたは遅らせたりできるようになっている。
【００６５】
次に、本第４実施形態の動作を図１１及び図１２を参照して説明する。
本第４実施形態においては、図１１に示す受光素子２２が光ビームを検出し表示部２３が点灯したときは、光ビームの走査軌跡は目標とするリサジュパターンを描いていると判断でき、この場合は、駆動信号の発生タイミングは現状態を維持する。一方、受光素子２２が光ビームを検出せず表示部２３が消灯しているときは、光ビームの走査軌跡が図１２中実線で示す目標のリサジュ走査軌跡上にはなく、例えば同図中破線で示す位置にずれていると判断することができる。この場合には、表示部２３の点消灯状況を見ながらモーメンタリ−スイッチ２０を操作して、タイミング制御信号発生部１９でタイミング制御信号を発生させ、第２可動部６ｂの駆動信号の発生タイミングを調整する。具体的な調整は、例えば図１２に破線で示すようにリサジュ走査軌跡がずれている場合は、駆動信号の発生タイミングをスイッチ２０ｆで進めて行うが、行き過ぎた場合には、スイッチ２０ｒで遅らせる。
【００６６】
上記調整により、表示部２３が点灯したときは、光ビームのリサジュ走査軌跡が、図１２中実線で示す目標とするリサジュ走査軌跡に一致したものと判断して、モーメンタリ−スイッチ２０による調整を終了し、その状態を維持する。この場合、上記表示部２３は、温度変化等によりリサジュ走査軌跡が再度ずれるまで点灯状態を続ける。そして、表示部２３が消灯したときには、上記調整を再び実施することになる。
【００６７】
このように本第４実施形態によれば、目標とするリサジュ走査軌跡上の任意の点に受光素子２２を配置し、受光素子２２が光ビームの通過を検知したとき点灯する表示部２３を備えているので、表示部２３の点消灯状態を確認することによりリサジュ走査軌跡が目標とするものであるか否かを容易に判断することができる。また表示部２３が消灯している場合には、モーメンタリ−スイッチ２０を手動操作して表示部２３が点灯するように駆動信号の発生タイミングを調整できる構成としているので、目標とするリサジュパターンを容易に発生させることができる。
【００６８】
なお、上記モーメンタリ−スイッチ２０は、第２可動部６ｂの駆動信号の発生タイミングを調整するものに限られず、図１１中にタイミング制御信号発生部１９と駆動信号発生部１０ａとを破線で結んで示しているように、第１可動部６ａの駆動信号の発生タイミングを調整するようにしてもよい。または、スイッチ２０ｆで第１可動部６ａの駆動信号の発生タイミングを調整するように、またスイッチ２０ｒで第２可動部６ｂの駆動信号の発生タイミングを調整するようにしてもよい。
【００６９】
また、本第４実施形態では、受光素子２２を設けたが必ずしも設ける必要はない。この場合、光ビームのリサジュパターンを目視確認しながら目標とするリサジュパターンが発生するようにモーメンタリスイッチ２０を操作すればよい。
【００７０】
次に、本発明に係るアクチュエータ駆動制御装置の第５実施形態を、図１３を参照して説明する。なお、図７と同一の要素については同一符号で示し、ここでは第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７１】
図１３に示す駆動制御装置１８は、走査光源２１による光ビームがスキャナ６で走査される二次元走査領域内の任意の位置に配置した位置検出素子（ＰＳＤ）２４と、該位置検出素子２４上を通過する光ビームの走査点の位置情報に基づいて、目標とするリサジュ走査軌跡上に設定した目標点からのずれ量を検出し、該ずれ量を補正するようにスキャナ６の第１及び第２可動部６ａ，６ｂの駆動信号の発生タイミングを制御するタイミング制御信号を発生するタイミング制御信号発生部１９と、上記タイミング制御信号によって制御されたタイミングで駆動信号を発生し第１及び第２可動部６ａ，６ｂを駆動する駆動手段５ａ，５ｂとを備えて構成する。なお、上記リサジュ走査軌跡上の目標点は、位置検出素子２４上に特定される。そして、位置検出素子２４の座標系は、タイミング制御信号発生部１９で演算して光ビームの二次元走査領域のＸＹ座標系に変換されるため、位置検出素子２４上の特定点の座標とリサジュ走査軌跡上に設定された目標点のＸＹ座標とは一致する。
【００７２】
次に、本第５実施形態の動作を、図１３及び図１４を参照して説明する。
先ず、目標とするリサジュ走査軌跡上に目標点Ｐ０（θｘ０，θｙ０）を設定する。この設定は、前述の各種設定データと共に駆動条件設定手段３に対して予め入力して行われる。これにより、上記目標点Ｐ０の位置情報は、メモリ９に保存される。
【００７３】
次に、スキャナ６が駆動され、走査光源２１の光ビームがリサジュ走査される。このとき、位置検出素子２４は、該位置検出素子２４上を通過する光ビームを検出し、その位置情報を逐一駆動周波数設定手段４のタイミング制御信号発生部１９に送る。
【００７４】
ここで、目標のリサジュ走査軌跡が得られているとすると、上記タイミング制御信号発生部１９においては、上記位置検出素子２４から送られてくる光ビームの位置情報に基づいて、メモリ９に保存した目標点Ｐ０を光ビームが通過した瞬間の時刻ｔ０から例えば１ＴＬ経過後の走査点の位置が検出される。ここで、該走査点の位置が上記目標点Ｐ０に一致している場合には、タイミング制御信号発生部１９は現状態をそのまま維持する。なお、上記時刻情報は、共振周波数設定手段１４ａ，１４ｂにより、角度情報と共に得ることができる。
【００７５】
一方、上記１ＴＬ経過後の走査点の位置が経時変化や温度変化等により目標点Ｐ０（θｘ０，θｙ０）の位置に対して、図１４に示す点Ｐｔ（θｘｔ，θｙｔ）までずれた場合には、そのずれ量Δθｘ，Δθｙを補正するようにタイミング制御信号発生部１９が動作し、第１及び第２可動部６ａ，６ｂの駆動信号の発生タイミングが制御される。
【００７６】
次に、駆動信号の発生タイミング制御方法を説明する。
ここで、目標点Ｐ０近傍部における第１及び第２可動部６ａ，６ｂの走査角速度をｖｘ０，ｖｙ０とすると、上記ずれ量を補正するために第１及び第２可動部６ａ，６ｂの駆動信号の発生タイミングを制御すべき時間ｔｘ，ｔｙは、それぞれ次のように表すことができる。なお、上記走査角度速度ｖｘ０，ｖｙ０は、正弦的に揺動する第１及び第２可動部６ａ，６ｂの走査角度関数θｘ（ｔ），θｙ（ｔ）をそれぞれ時間微分したものとして近似することができる。したがって、制御時間ｔｘ，ｔｙは、
ｔｘ≒Δθｘ／ｖｘ０≒Δθｘ／（ｄ／ｄｔ・θｘ（ｔ））
ｔｙ≒Δθｙ／ｖｙ０≒Δθｙ／（ｄ／ｄｔ・θｙ（ｔ））
となる。
【００７７】
これに基づいてタイミング制御信号発生部１９は、タイミング制御信号を発生して駆動信号発生部１０ａ，１０ｂに供給し、第１可動部６ａの駆動信号の発生タイミングをｔｘだけ、また第２可動部６ｂの駆動信号の発生タイミングをｔｙだけずらすように制御する。これにより、目標とするリサジュパターンに自動調整する。
【００７８】
このように本第５実施形態によれば、光ビームの位置情報を検出可能な位置検出素子２４を二次元走査領域内の任意の位置に配置し、該位置検出素子２４上に設定した目標点を基準にしてリサジュ走査軌跡のずれ量を検出し、該ずれ量に相当する時間だけ第１及び第２可動部６ａ，６ｂの駆動信号の発生タイミングを制御するように構成しているので、上記リサジュ走査軌跡のずれを自動的に補正することができる。また、経時変化や温度変化等によるリサジュパターンがずれた場合にも容易に修正することができる。
【００７９】
なお、上記第４及び第５実施形態において、受光素子２２及び位置検出素子２４は、走査光源２１による走査光を検出するものに限られず、光走査面とは反対側の面に反射ミラーを形成し、該反射ミラーで走査光源２１とは別に設けた検出用光源の光ビームを走査し、該走査光を検出するようにしてもよい。
【００８０】
また、上記スキャナ６は、上記実施形態で述べた二次元走査可能な一体型スキャナに限らず、一次元走査のスキャナを各動作軸が互いに直交するように組合せて構成したものであてもよい。
【００８１】
そして、アクチュエータは上記スキャナに限らず、二軸の下に動作するものであればいかなるものでもよい。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のアクチュエータ駆動制御装置によれば、予め設定されたアクチュエータの二つの動作軸回りの各固有共振周波数をもとに、予め設定された駆動条件に適合した駆動周波数の組合せを演算して設定する機能を備えているので、各駆動周波数について適正な周波数の設定を容易にすることができる。したがって、アクチュエータに目的の動作させることができる。
【００８３】
また、入力データをもとに演算して適正な駆動周波数の設定をする機能を備えているので、アクチュエータの性能がばらついていても、アクチュエータ毎に二つの動作軸に対する適正な駆動周波数の組合せを容易に設定することができる。
【００８４】
さらに、共振周波数の自己測定機能を備えれば、適当な時期に共振周波数を自己測定して調整することができる。したがって、共振周波数の経時変化等の影響を排除してアクチュエータの適正な駆動状態を維持することができる。
【００８５】
そして、アクチュエータの駆動信号の発生タイミングを二次元走査領域内に設定した目標点を光ビームのリサジュ走査軌跡が通過するようにアクチュエータの駆動信号の発生タイミングを制御するように構成したので、目標とする緻密なリサジュパターンを容易に得ることができる。また、経時変化や温度変化等により可動部の動きが変化しリサジュパターンがずれた場合にも、容易に修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による駆動制御装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】リサジュ走査の例を示す説明図である。
【図３】第１実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】第１実施形態の適正駆動周波数の組合せを探すためのクロックカウント数のマトリクスである。
【図５】図４のマトリクスについて、演算する順番の一例を示す説明図である。
【図６】本発明による駆動制御装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図７】本発明による駆動制御装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【図８】駆動信号の発生タイミングずれにより発生する各種リサジュパターンを示す説明図である。
【図９】上記第３実施形態における駆動信号の発生タイミング調整方法を示す説明図である。
【図１０】上記第３実施形態における駆動信号の発生タイミングの調整により可動部の動作状態の変化を示す説明図である。
【図１１】本発明による駆動制御装置の第４実施形態を示すブロック図である。
【図１２】上記第４実施形態における駆動信号の発生タイミング調整方法を示す説明図である。
【図１３】本発明による駆動制御装置の第５実施形態を示すブロック図である。
【図１４】上記第５実施形態における駆動信号の発生タイミング調整方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１３，１８…駆動制御装置
２，１４ａ，１４ｂ…共振周波数設定手段
３…駆動条件設定手段
４…駆動周波数設定手段
５ａ，５ｂ…駆動手段
６…スキャナ
１２…発信器
１９…タイミング制御信号発生部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive control device for an actuator that operates below two operation axes, and more particularly to an actuator drive control device that facilitates setting of a combination of drive frequencies for appropriately driving around two operation axes.
[0002]
[Prior art]
Conventional actuators include, for example, a frame-shaped outer movable portion pivotally supported by an outer torsion bar on a fixed portion and an inner torsion bar orthogonal to the axial direction of the outer torsion bar on the outer movable portion. An inner movable portion rotatably supported is provided, and each movable portion is electromagnetically driven. In addition, there is an optical scanning device in which a reflecting mirror is provided on an inner movable portion of such an actuator to scan a light beam in a two-dimensional direction (for example, see Patent Document 1).
[0003]
Such an actuator is most efficiently driven when each movable portion is driven at a drive frequency equal to its own natural resonance frequency, and performs a large amplitude operation with a low current.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2722314
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such conventional actuators, the resonance frequency differs for each actuator due to manufacturing variations and the like, and even when each actuator is driven at the same drive frequency, each actuator may not operate efficiently. In this case, an appropriate drive frequency must be artificially calculated and set for each actuator, and the operation must be set, which is troublesome.
[0006]
Further, the resonance frequency of the actuator may change with time due to a change in temperature or the like. Also in this case, it is necessary to re-measure the resonance frequency of the actuator each time and find and set an appropriate drive frequency, which is troublesome.
[0007]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an actuator drive control device that facilitates setting of a combination of drive frequencies for appropriately driving around two operation axes. I do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
To this end, the invention according to claim 1 is a drive control device for an actuator having different natural resonance frequencies from each other and driven by a combination of different drive frequencies under two orthogonal operation axes, Resonance frequency setting means for input setting a natural resonance frequency, driving condition setting means for setting a driving condition for causing the actuator to perform desired driving, and a driving frequency setting means for setting a driving condition for causing the actuator to perform desired driving within a predetermined frequency range centered on each of the natural resonance frequencies. A driving frequency setting means for calculating a driving performance for each of the frequency combinations and selecting and setting a driving frequency combination whose driving performance meets the set driving conditions; and driving the actuator at the set driving frequency. And driving means for performing the driving.
[0009]
With this configuration, the resonance frequency setting means inputs and sets the natural resonance frequency around the two operation axes of the actuator, and the driving condition setting means sets driving conditions for causing the actuator to perform desired driving, and sets the driving frequency. Means for calculating a driving performance for each combination of frequencies within a predetermined frequency range centered on each of the natural resonance frequencies, and selecting and setting a combination of driving frequencies whose driving performance meets the above driving conditions. I do. This facilitates setting of a combination of driving frequencies for appropriately driving the actuator around the two operation axes.
[0010]
In this case, the resonance frequency setting means includes a measuring means for measuring the amplitude around the two operation axes as in claim 2, and measures the amplitude around each operation axis by driving while changing the frequency, The drive frequency when the maximum amplitude is detected may be set as the natural resonance frequency of the actuator.
[0011]
In the case of the configuration of claim 3, the actuator is a scanner that is driven by a combination of driving frequencies different from each other and scans the light beam two-dimensionally, and the driving frequency setting unit is surrounded by a plurality of optical scanning tracks. The number of meshes calculated as the driving performance is obtained by calculation, and a combination of frequencies where the calculated value falls within the range of upper and lower limits of the number of meshes set as the driving condition is selected and set. In this case, the drive frequency setting means divides one cycle of each of the set natural resonance frequencies by a clock cycle of the oscillator that generates the drive frequency, and calculates the resonance clock count number. A combination is calculated, another combination of clock counts is selected within a predetermined range centered on the resonance clock count, and the total common clock count including the resonance clock count is determined by the greatest common divisor for each combination. It is preferable that the number of meshes is calculated by dividing each of them.
[0012]
Further, the driving frequency setting means sets the scanning time of one cycle required for the light beam two-dimensionally scanned by the combination of the different driving frequencies to scan once in a predetermined scanning range. It is also possible to adopt a configuration in which a combination of frequencies where the calculated value is obtained by calculating the driving performance and falls within the range of the upper and lower limits of the scanning time set as the driving condition is selected and set. In this case, the driving frequency setting means calculates the least common multiple of each combination of the clock count numbers within a predetermined range centered on the resonance clock count number as in claim 6, and calculates the least common multiple as the calculated value. It is preferable that the scanning time is calculated by multiplying a clock cycle.
[0013]
Alternatively, for each combination of the clock count numbers within a predetermined range centered on the resonance clock count number, the drive frequency setting means may be configured to control the resonance clock count number and the clock corresponding to an operation axis, respectively. The difference from the count number is calculated, the difference is squared, and the combination of the clock count numbers that minimizes the value obtained by addition is selected, and the frequency combination corresponding to the combination of the clock count numbers is set. It may be configured.
[0014]
In the configuration of claim 8, the driving frequency setting unit includes a timing control signal generation unit that outputs a timing control signal for controlling generation timing of a driving signal of each of the two operation axes to the driving unit, The generation timing of at least one of the two driving signals is controlled so that the scanning trajectory of the light beam passes through a predetermined target point set within the two-dimensional scanning range of the light beam.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a block diagram of a first embodiment of an actuator drive control device according to the present invention. Here, a drive control device of an optical scanning device in which an actuator is applied for optical scanning will be described as an example.
[0016]
In FIG. 1, a drive control device 1 of the first embodiment appropriately drives and controls Lissajous scanning of an optical scanning device. The drive control device 1 includes a resonance frequency setting unit 2, a driving condition setting unit 3, and a driving frequency setting unit. 4 and driving means 5a and 5b.
[0017]
The resonance frequency setting means 2 is for inputting and setting respective natural resonance frequencies of the scanner as an actuator around two operation axes (X and Y axes). For each of the first movable section 6a (around the X axis) and the second movable section 6b (around the Y axis), data of each natural resonance frequency measured in advance is input from outside.
[0018]
The driving condition setting means 3 sets driving conditions for appropriately driving the first and second movable portions 6a and 6b of the scanner 6, and the driving conditions include, for example, the scanner 6 shown in FIG. When the Lissajous scan as shown is performed, the mesh density in the scanning area of the mesh M surrounded by a plurality of scanning trajectories drawn by the light beam in one scan, and the light beam required for the Lissajous scan to perform one scan. The time of the cycle (hereinafter referred to as Lissajous cycle) TL or the like. As for these conditions, a predetermined range is input and set from outside by specifying upper and lower limits. In the first embodiment, the case where the number Mx of meshes in the X direction and the number My of meshes in the Y direction in FIG. 2 are set as the mesh density is shown. Further, the scanning widths in the X and Y directions in FIG. 2 correspond to the scanning angles ± θx and ± θy, respectively.
[0019]
The drive frequency setting means 4 includes the set respective natural resonance frequencies, selects a combination of the frequencies in the vicinity thereof, and sets the drive performance of the scanner 6 for the combination of the frequencies, for example, the number of meshes Mx, The distance between My, the Lissajous period TL, and a resonance point for estimating the drive efficiency to be described later is calculated in this order, and a combination of drive frequencies that match the set drive conditions is selected and set.
[0020]
An example of the specific configuration is an operation unit 7 for performing various calculations, and a judgment unit 8 for comparing and judging the operation results with the drive conditions input to the drive condition setting means 3 and selecting an appropriate combination of drive frequencies. And a memory 9 for storing the selected drive frequency and the number of meshes Mx and My at the drive frequency.
[0021]
The arithmetic unit 7 divides one cycle of the set resonance cycles Trx and Try of the respective natural resonance frequencies by a clock cycle Tc of the transmitter 12 that generates the drive signal, and calculates the biaxial resonance clock count number. The combination of Crx and Cry is calculated. Then, a search is made for a combination of the selected clock count numbers Cx and Cy including the combination of the resonance clock count numbers Crx and Cry in the vicinity thereof, and dividing by the greatest common divisor GCD for each combination. The combination of the mesh numbers Mx and My is calculated. The Lissajous period TL is calculated by multiplying the least common multiple LCM of the clock count numbers Cx and Cy by the clock period Tc. Further, the clock count numbers Cx and Cy corresponding to the combination of the mesh numbers Mx and My are separated from the resonance clock count numbers Crx and Cry (resonance points) by:
Distance from resonance point = (Crx-Cx) ² + (Cry-Cy) ² (1)
Is calculated to estimate the magnitude comparison of the driving efficiencies.
[0022]
Further, the determination unit 8 compares the combination of the mesh numbers Mx and My with the upper and lower limit values Mxmin, Mxmax and Mymin, Mymax of the number of meshes which are the driving conditions of the mesh density preset in the driving condition setting means 3. do it,
Mxmin ≦ Mx ≦ Mxmax, Mymin ≦ My ≦ Mymax
Is selected, the combination of the mesh numbers Mx and My that meets the condition (1). Further, each of the Lissajous periods TL is compared with upper and lower limit values TLmin and TLmax of the Lissajous period TL which is a preset driving condition.
TLmin ≦ TL ≦ TLmax
Select the Lissajous cycle TL that satisfies the above condition. Further, a combination of the clock count numbers Cx and Cy is selected so that the calculation result of the distance from the resonance point becomes smaller. Then, a combination of frequencies corresponding to the combination of the clock count numbers Cx and Cy satisfying all of the above driving conditions is set as the driving frequency.
[0023]
The memory 9 stores the set of the set driving frequencies, reads out the data as appropriate, and makes the data usable for proper driving of the scanner 6.
[0024]
The driving units 5a and 5b drive the scanner 6 at a selected driving frequency, and include driving signal generating units 10a and 10b and driving units 11a and 11b, respectively. Are operated individually. The drive signal generators 10a and 10b generate a drive signal by dividing the frequency of the clock signal CL of the oscillator 12 provided separately based on the data of the set drive frequency supplied from the drive frequency setting means 4. The driving units 11a and 11b generate a driving current based on the driving signal.
[0025]
Next, the operation of the thus-configured drive control device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
First, data of the resonance periods Trx and Try of the natural resonance frequency measured in advance for the first and second movable portions 6a and 6b of the scanner 6 are input to the resonance frequency setting means 2 from outside. In this case, the resonance frequency Trx and Try may be obtained in the resonance frequency setting means 2 by inputting the natural resonance frequency.
[0026]
Next, as the driving conditions, for example, data of the mesh numbers Mx and My and the Lissajous period TL are externally input and set to the driving condition setting means 3. In particular,
270 ≦ Mx ≦ 320, 160 ≦ My ≦ 200
52.0msec ≦ TL ≦ 52.5msec
A selection range is input and set as shown in FIG.
[0027]
Next, the drive frequency setting means 4 calculates and obtains an appropriate drive frequency below the set data. The specific procedure will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0028]
First, in step S1, the arithmetic unit 7 shown in FIG. 1 calculates the clock count numbers Crx and Cry corresponding to the respective set natural resonance frequencies by dividing the resonance periods Trx and Try by the clock period Tc of the transmitter 12. Required. For example, if the resonance cycle Trx = 1.2 msec, Try = 0.7 msec, and Tc = 1 μsec, Crx = 1200 and Cry = 700.
[0029]
Next, in step S2, an integer number of clock counts Cx and Cy are selected in a predetermined range around the clock counts Crx and Cry. For example, when the selection range of the clock count numbers Cx and Cy is set as Cx = Crx ± 5 and Cy = Cry ± 5, according to the above specific numerical example, Cx = 1195 to 1205 and Cy = 121 combinations are selected in the range of 699 to 705.
[0030]
Next, in step S3, for each combination of the clock count numbers Cx and Cy selected in step S2, each of the mesh numbers Mx and My is calculated by the arithmetic unit 7 by dividing by the greatest common divisor GCD. . For example, according to the above specific numerical example, a matrix as shown in FIG. Note that the above calculation may be performed in order from the place near the clock count numbers Crx and Cry in the center of the matrix shown in FIG. However, the order of the operations is not limited to this.
[0031]
Next, proceeding to step S4, the determination unit 8 shown in FIG. 1 determines that all combinations of the mesh numbers Mx and My are determined by the driving condition setting unit 3 and the driving conditions of the mesh numbers Mx and My set in advance. Is compared with the upper and lower limits, and a combination of the numbers of meshes Mx and My matching the driving condition is selected. For example, when a combination that satisfies the above driving conditions of the number of meshes Mx and My is searched from the matrix shown in FIG. 4, five of A to E in FIG. 4 are selected.
[0032]
When all the determinations in step S4 are completed, the process proceeds to step S5, where the Lissajous cycle TL is set to the least common multiple LCM of the clock count numbers Cx and Cy corresponding to each combination of the mesh numbers Mx and My selected by the arithmetic unit 7. It is calculated by multiplying the clock cycle Tc.
[0033]
When all the calculations are completed, in step S6, each of the Lissajous cycles TL is compared with the upper and lower limit values of the drive conditions of the Lissajous cycle TL set in advance, and corresponds to the Lissajous cycle TL that matches the drive conditions. The combination of the number of meshes Mx and My to be determined is determined and selected by the determination unit 9. For example, when the Lissajous period TL is calculated for the selected combination of the five mesh numbers Mx and My, A = 52.006 msec, B = 52.325 msec, C = 52.624 msec, D = 52.976 msec, E = 52.374 msec, and three combinations of A, B, and E in FIG. 4 can be selected in view of the driving conditions of the Lissajous period TL.
[0034]
Thus, in step S6, the driving efficiency is further examined in step S7 for the number of meshes Mx and My satisfying the above-mentioned driving conditions of the Lissajous period TL. Here, the quality of the driving efficiency indicates a distance from the resonance clock count Crx, Cry (resonance point) for each clock count Cx, Cy corresponding to the selected combination of the mesh numbers Mx, My (1). ) Expression is calculated, and the value is estimated from the magnitude comparison.
[0035]
Next, proceeding to step S8, the judgment unit 9 judges the smallest clock count numbers Cx and Cy among the above calculation results, and selects and fixes them in step S9. Specifically, the calculation result of the above-mentioned equation (1) of A, B, and E is A = 32, B = 16, and E = 32. As a result, the gap is the smallest (the driving efficiency is the highest). 4) (1196, 700) of the clock count numbers Cx and Cy corresponding to B in FIG. 4 are selected and determined.
[0036]
As described above, according to the first embodiment, based on each of the preset natural resonance frequencies around the two operation axes of the scanner 6, each of the driving frequencies suitable for the preset driving conditions is calculated. Since the setting function is provided, it is easy to set an appropriate combination of driving frequencies. As a result, the scanner 6 can be driven as desired.
[0037]
In addition, since a function is provided to calculate an appropriate drive frequency based on input data, even if the performance of the scanner 6 varies, a combination of an appropriate drive frequency for two operation axes for each scanner may be provided. Can be easily set.
[0038]
The selection of the appropriate drive frequency is not limited to the above-described method in which the number of meshes Mx and My are given the highest priority and compared with the drive condition, and then the determination is made in the order of the Lissajous cycle TL and the drive efficiency. Either TL or drive efficiency may be determined as the highest priority. For example, when the purpose is to display a fine image, the number of meshes Mx and My is prioritized. When the display speed is more important than the quality of the image, the Lissajous cycle TL is prioritized. When equal efficiency is important, driving efficiency may be prioritized.
[0039]
Further, as described above, for example, the combination of the appropriate clock count numbers Cx and Cy is not narrowed down in the order of the Lissajous period TL and the resonance point for estimating the drive efficiency from the mesh numbers Mx and My. For all combinations of the clock count numbers Cx and Cy in the set range, the mesh numbers Mx and My and the Lissajous period TL and the equation (1) (distance from the resonance point) are calculated, and the clock count numbers Cx and Cy are calculated. May be selected from among all combinations of clock count numbers Cx and Cy satisfying all the set driving conditions. When there are a plurality of combinations of the clock count numbers Cx and Cy satisfying the driving conditions, one of them may be selected.
[0040]
Further, the driving condition to be set may be one. In this case, the calculation and the determination are performed only for the driving performance related to the driving condition.
[0041]
In the first embodiment, a mesh size may be set as the mesh density instead of the number of meshes Mx and My. In this case, the mesh size is set by setting diagonal dimensions Dx and Dy (see FIG. 2) of the rhombic mesh. Dx is determined by the scanning angle θx in the X direction and the number of meshes Mx.
Dx = θx × sin (π / Mx) ≒ θx × (π / Mx)
And Dy is given by the scanning angle θy in the Y direction and the number of meshes My.
Dy = θy × sin (π / My) ≒ θy × (π / My)
Can be approximated. Therefore, when setting the mesh size as the driving condition,
Dx / θx <π / Mx
Dy / θy <π / My
Then, a sufficiently fine mesh can be set.
[0042]
When a scanner having a function of storing data such as a resonance frequency in a memory or the like is applied as the scanner 6, the data such as the resonance frequency is acquired from the scanner 6 at startup without inputting the data from the outside. This saves time and effort for data entry.
[0043]
Next, a second embodiment of the actuator drive control device according to the present invention will be described with reference to FIG. The same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and only the parts different from the first embodiment will be described.
[0044]
The drive control device 13 shown in FIG. 6 includes individual resonance frequency setting means 14a and 14b for measuring and setting the natural resonance frequencies of the first and second movable parts 6a and 6b of the scanner 6. Specific examples of the configuration of the resonance frequency setting means 14a and 14b include light emitting units 15a and 15b including laser light emitting elements for emitting light beams, and a line CCD or PSD (position detection) for receiving light beams reflected by the scanner 6. And light receiving elements 16a and 16b, and measuring means for measuring the swing amplitude of the first and second movable parts 6a and 6b, and processing the output of the light receiving elements 16a and 16b to drive the driving frequency. Processing units 17a and 17b for inputting the resonance periods Trx and Try to the setting unit 4 are provided. The resonance frequency setting means 14a, 14b also detects a change over time in the scanning angle of the first and second movable parts 6a, 6b with the above configuration.
[0045]
The second embodiment thus configured operates as follows.
First, the scanner 6 is started. Then, the driving signal generators 10a and 10b are driven by changing the frequency of the clock signal CL of the oscillator 12 to generate driving signals having different frequencies. As a result, the scanner 6 is driven while varying the drive frequency by the drive units 11a and 11b.
[0046]
On the other hand, a light beam is emitted from the light emitting section 15 to the first and second movable sections 6a and 6b of the scanner 6, and the light reflected by each movable section is received by the light receiving elements 16a and 16b to swing each movable section. Detect the amplitude. The processing units 17a and 17b detect the oscillation period and the amplitude level based on the oscillation amplitude signal of each movable unit obtained by photoelectric conversion by the light receiving elements 16a and 16b. A known technique can be applied to the method of detecting the swing amplitude.
[0047]
As described above, when the drive frequency approaches the resonance frequency of the scanner 6, the scanning amplitude of the first and second movable portions 6a and 6b of the scanner 6 increases. Therefore, the processing units 17a and 17b detect the maximum values of the swing amplitudes of the first and second movable units 6a and 6b and the swing period when the maximum values are indicated, so that the first and second movable units are detected. The respective resonance periods Trx and Try of 6a and 6b are specified. In this case, for example, when measuring the resonance period of the first movable portion 6a, the operation of the second movable portion 6b may be stopped, or vice versa. Note that the resonance periods Trx and Try may be obtained from the drive signal generation units 10a and 10b instead of being obtained from the swing period of each movable unit as described above.
[0048]
The data of the resonance periods Trx and Try specified by the processing units 17a and 17b are supplied to the drive frequency setting unit 4, where the drive frequency setting unit 4 performs various calculations according to the same procedure as in the first embodiment, and performs appropriate calculations. The drive frequency is selected. As a result, the scanner 6 performs a target operation at a drive frequency suitable for a preset drive condition.
[0049]
The self-measurement of the resonance frequency of the scanner 6 may be performed not only at the time of the above-mentioned start-up, but also appropriately, for example, by receiving a measurement command signal from the outside. This may be performed at the timing when the application is stopped, or may be performed by self-determining the conditions under which the application can be stopped.
[0050]
As described above, according to the second embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, a self-measurement function of the resonance frequency is provided. For example, it is possible to maintain the proper driving state of the scanner 6 while eliminating the influence of the change over time of the resonance frequency.
[0051]
Next, a third embodiment of the actuator drive control device according to the present invention will be described with reference to FIG. The same elements as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and only the parts different from the second embodiment will be described.
[0052]
In the drive control device 18 shown in FIG. 7, the drive frequency setting means 4 includes a timing control signal generator 19 for controlling the generation timing of the drive signal of the scanner 6. The timing control signal generator 19 generates a timing control signal for controlling the generation timing of a drive signal for driving the second movable portion 6b of the scanner 6, and is connected to the drive signal generator 10b of the drive unit 5b. Based on the angle information of the first and second movable parts 6a and 6b from the resonance frequency setting means 14a and 14b, the Lissajous scanning locus of the light beam passes through a predetermined target point in the two-dimensional scanning range of the light beam. In addition, the configuration is such that the drive signal generation timing of the drive signal generator 10b is automatically controlled.
[0053]
Next, the operation of the third embodiment will be described with reference to FIGS.
Even if the combination of the driving frequencies is appropriately set as described above, when the generation timing of the driving signal of each movable unit is not appropriate, a Lissajous pattern with a coarse mesh spacing as shown in FIG. A coarse Lissajous pattern of a mesh that returns at two corners of the two-dimensional scanning area and follows the same path as shown in FIG. Therefore, it is desirable to appropriately adjust the generation timing of the drive signal of each movable unit to generate a Lissajous pattern in which the mesh intervals are uniform and densely arranged as shown in FIG.
[0054]
In the Lissajous pattern shown in FIG. 8C, when the number of meshes Mx and My calculated based on the driving frequencies around the X axis and the Y axis is a combination of the odd and even driving frequencies, the Lissajous of the light beam is used. The scanning trajectory passes through the center point P0 (0, 0) of the two-dimensional scanning area as shown in FIG. On the other hand, in the case of a combination of drive frequencies where the mesh numbers Mx and My are both odd, the Lissajous scan trajectory has two diagonal lines at the center of the two-dimensional scan area as shown in FIG. And a mesh that matches the Y axis. The XY coordinates of the four vertices of the mesh are (πθx / 2Mx, 0), (−πθx / 2Mx, 0), (0, πθy / 2My), and (0, −πθy / 2My). Therefore, in order to generate the Lissajous pattern shown in FIG. 8C, the point P0 or any one selected from the four vertices of the mesh is set as the target point in accordance with the combination of the driving frequencies. Then, the generation timing of the drive signal is controlled so that the scanning locus passes through the target point.
[0055]
Next, the control operation of the generation timing of the drive signal will be specifically described.
As described above, the combination of the number of meshes Mx and My with respect to the combination of the drive frequencies set appropriately is stored in the memory 9 of FIG. The target point is automatically set by the timing control signal generator 19 based on the combination of the mesh numbers Mx and My. For example, if the mesh numbers Mx and My are a combination of odd and even numbers, the target point is P0. Hereinafter, the operation will be described with an example in which the target point is P0.
[0056]
The timing control signal generator 19 detects the XY coordinates of the Lissajous scan locus based on the angle information of the first and second movable parts 6a, 6b from the resonance frequency setting means 14a, 14b. Here, for example, when the Lissajous scan trajectory is shifted from the target point P0 as indicated by a broken line in FIG. 9A, the Lissajous scan trajectory is a point P1 (0, θy1) and a point P2 (θx1, 0) on the Y axis. And the X axis. Therefore, the timing control signal generator 19 calculates the time txy required for the light beam to pass between the points P1 and P2. This calculation is based on the angle information including the time of the first movable portion 6a detected by the resonance frequency setting means 14a shown in FIG. 7 and the angle information including the time of the second movable portion 6b detected by the resonance frequency setting means 14b. Is done.
[0057]
Further, the timing control signal generating section 19 generates a timing control signal for advancing or delaying the generation timing of the drive signal of the second movable section 6b by the calculated time txy. For example, in the case shown in FIG. 9A, it is possible to control the scanning locus to pass through the point P0 by advancing the drive signal of the second movable portion 6b (Y direction) by the time txy.
[0058]
FIG. 10 is a diagram illustrating a change in the operation state of the first and second movable units when the generation timing of the drive signal of the second movable unit 6b is adjusted.
As shown in the figure, the first and second movable portions 6a and 6b generally operate with a phase difference of txp and type with respect to the drive current, respectively. Here, the time txy required to change from the state of the point P1 (0, θy1) to the state of the point P2 (θx1, 0) is detected by the timing control signal generator 19, and the time txy is determined by the time txy. When the timing of generating the drive current of the second movable portion 6b is controlled by generating a timing control signal that advances as shown by the arrow F in the figure, the operation of the second movable portion 6b gradually changes, and After a lapse of time, the scanning angle of the second movable portion 6b is advanced by txy time before the adjustment, and the scanning angles θx and θy of the first and second movable portions 6a and 6b become zero at every 1TL. A moment appears. At this time, the light beam irradiates the point P0 (0, 0) in FIG. 9A. As a result, the Lissajous scan locus passes through the point P0 and coincides with the target Lissajous scan locus.
[0059]
As described above, according to the third embodiment, the generation timing of the drive signal of the second movable portion 6b of the scanner 6 is adjusted so that the light beam passes through the target point P0 set on the target Lissajous scan locus. With such a configuration, the Lissajous pattern of the light beam can be easily adjusted to a target precise Lissajous pattern. Further, even when the Lissajous pattern is deviated due to a change over time, a temperature change, or the like, a target Lissajous pattern can be drawn by automatically controlling the generation timing of the drive signal.
[0060]
When any one of the four vertices of the mesh at the center of the Lissajous pattern is set as the target point, similarly to the above, the drive signal of the movable part is generated so that the Lissajous scan locus passes through the target point. Control the timing. The target point is not limited to P0 (0, 0) and the four vertices of the mesh, and may be any point P0 (θx0, θy0). In this case, the timing control method is as follows. In the vicinity of the point P0 (θx0, θy0), the point P1 (θx0, θy1) and the scanning angle in the Y direction on the shifted Lissajous scanning trajectory at which the scanning angle in the X direction is the same are determined. The same point P2 (θx1, θy0) is detected, and control is performed such that the generation timing of the drive signal of the second movable portion 6b is shifted by the time difference txy between the point P1 and the point P2.
[0061]
In the third embodiment, the timing control signal generator 19 and the drive signal generator 10a of the driving unit 5a are not limited to those for controlling the generation timing of the drive signal of the second movable unit 6b. As shown by the connection, the generation timing of the drive signal of the first movable portion 6a may be controlled. In this case, when the Lissajous scan trajectory deviates from the target point P0 as shown by a broken line in FIG. 9A, control is performed so that the generation timing of the drive signal of the first movable portion 6a is delayed by the time txy. Further, a configuration may be adopted in which the generation timings of the drive signals of both the first and second movable parts 6a and 6b are controlled. In the third embodiment, the time required to change from the state of the point P1 to the state of the point P2 is defined as txy. However, the txy is a value relative to the drive current of the first and second movable parts 6a and 6b. It can be obtained from a combination of the phase differences txp, type and the drive frequency.
[0062]
Next, a fourth embodiment of the actuator drive control device according to the present invention will be described with reference to FIG. The same elements as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and only the parts different from the third embodiment will be described.
[0063]
The drive control device 18 shown in FIG. 11 includes a momentary switch 20 for manually adjusting the generation timing of the drive signal of the second movable portion 6b, and a two-dimensional scanning area where the light beam from the scanning light source 21 is scanned by the scanner 6. And a light receiving element 22 disposed at a target point P0 (θx0, θy0) defined at an arbitrary point on a target Lissajous scan trajectory, and the light receiving element 22 detects passage of a light beam And a display unit 23 composed of an LED or a lamp that emits light.
[0064]
The momentary switch 20 is connected to a timing control signal generator 19, and the timing control signal generator 19 generates a timing control signal for controlling the generation timing of the drive signal of the second movable section 6b, and outputs the timing control signal to the drive means 5b. Like that. In FIG. 11, reference numeral 20f denotes a switch for advancing the generation timing of the drive signal of the second movable portion 6b, and reference numeral 20r denotes a switch for conversely delaying the generation timing. Then, for example, each push can advance or delay by one clock.
[0065]
Next, the operation of the fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
In the fourth embodiment, when the light receiving element 22 shown in FIG. 11 detects the light beam and the display unit 23 is turned on, it can be determined that the scanning locus of the light beam is drawing a target Lissajous pattern, In this case, the drive signal generation timing maintains the current state. On the other hand, when the light receiving element 22 does not detect the light beam and the display unit 23 is turned off, the scanning locus of the light beam is not on the target Lissajous scanning locus shown by a solid line in FIG. It can be determined that the position is shifted to the position indicated by. In this case, the timing control signal is generated by the timing control signal generator 19 by operating the momentary switch 20 while observing the lighting / extinguishing state of the display unit 23, and the generation timing of the drive signal of the second movable unit 6b is adjusted. adjust. For example, when the Lissajous scan trajectory is shifted as shown by a broken line in FIG. 12, the drive signal is generated by advancing the timing of generation of the drive signal by the switch 20f.
[0066]
When the display unit 23 is turned on by the above adjustment, it is determined that the Lissajous scan locus of the light beam coincides with the target Lissajous scan locus indicated by a solid line in FIG. 12, and the adjustment by the momentary switch 20 ends. And maintain that state. In this case, the display unit 23 remains lit until the Lissajous scan locus shifts again due to a temperature change or the like. Then, when the display unit 23 is turned off, the above adjustment is performed again.
[0067]
As described above, according to the fourth embodiment, the light receiving element 22 is arranged at an arbitrary point on the target Lissajous scan trajectory, and the display unit 23 is turned on when the light receiving element 22 detects the passage of the light beam. Therefore, it is possible to easily determine whether or not the Lissajous scan trajectory is the target by checking the turning-on / off state of the display unit 23. Further, when the display unit 23 is turned off, the momentary switch 20 is manually operated to adjust the generation timing of the drive signal so that the display unit 23 is turned on. It can be easily generated.
[0068]
The momentary switch 20 is not limited to the one that adjusts the generation timing of the drive signal of the second movable portion 6b, and the timing control signal generation portion 19 and the drive signal generation portion 10a are connected by a broken line in FIG. As shown, the generation timing of the drive signal of the first movable portion 6a may be adjusted. Alternatively, the timing of generating the drive signal of the first movable portion 6a may be adjusted by the switch 20f, and the timing of generating the drive signal of the second movable portion 6b may be adjusted by the switch 20r.
[0069]
In the fourth embodiment, the light receiving element 22 is provided, but is not always required. In this case, the momentary switch 20 may be operated so that a target Lissajous pattern is generated while visually checking the Lissajous pattern of the light beam.
[0070]
Next, a fifth embodiment of the actuator drive control device according to the present invention will be described with reference to FIG. The same elements as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and only the parts different from the third embodiment will be described.
[0071]
The drive control device 18 shown in FIG. 13 includes a position detection element (PSD) 24 arranged at an arbitrary position in a two-dimensional scanning area where the light beam from the scanning light source 21 is scanned by the scanner 6, and Based on the position information of the scanning point of the light beam passing through the target, the amount of deviation from the target point set on the target Lissajous scan trajectory is detected, and the first and second scanners 6 are configured to correct the amount of deviation. (2) A timing control signal generator 19 for generating a timing control signal for controlling the generation timing of the drive signal for the movable units 6a and 6b, and a first and second movable unit for generating a drive signal at a timing controlled by the timing control signal. And driving means 5a and 5b for driving the sections 6a and 6b. The target point on the Lissajous scan trajectory is specified on the position detection element 24. The coordinate system of the position detecting element 24 is calculated by the timing control signal generator 19 and converted into the XY coordinate system of the two-dimensional scanning area of the light beam. The XY coordinates of the target point set on the scanning trajectory match.
[0072]
Next, the operation of the fifth embodiment will be described with reference to FIGS.
First, a target point P0 (θx0, θy0) is set on a target Lissajous scan locus. This setting is performed by inputting it in advance to the drive condition setting means 3 together with the various setting data described above. Thus, the position information of the target point P0 is stored in the memory 9.
[0073]
Next, the scanner 6 is driven, and the light beam of the scanning light source 21 is Lissajous-scanned. At this time, the position detecting element 24 detects the light beam passing over the position detecting element 24 and sends the position information to the timing control signal generator 19 of the drive frequency setting means 4 one by one.
[0074]
Here, assuming that the target Lissajous scan trajectory has been obtained, the timing control signal generator 19 stores the target Lissajous trajectory in the memory 9 based on the position information of the light beam sent from the position detection element 24. For example, the position of the scanning point after a lapse of 1TL from the time t0 when the light beam passes through the target point P0 is detected. Here, when the position of the scanning point coincides with the target point P0, the timing control signal generator 19 maintains the current state. The time information can be obtained together with the angle information by the resonance frequency setting means 14a, 14b.
[0075]
On the other hand, when the position of the scanning point after the lapse of 1TL has deviated from the position of the target point P0 (θx0, θy0) to a point Pt (θxt, θyt) shown in FIG. The timing control signal generator 19 operates to correct the deviation amounts Δθx and Δθy, and the generation timing of the drive signals for the first and second movable units 6a and 6b is controlled.
[0076]
Next, a method for controlling the timing of generating the drive signal will be described.
Here, assuming that the scanning angular velocities of the first and second movable parts 6a, 6b in the vicinity of the target point P0 are vx0, vy0, the drive signals of the first and second movable parts 6a, 6b are corrected in order to correct the shift amount. Can be expressed as follows. Note that the scanning angular velocities vx0 and vy0 are approximated by time-differentiating the scanning angle functions θx (t) and θy (t) of the first and second movable portions 6a and 6b that swing sinusoidally. Can be. Therefore, the control times tx and ty are
tx ≒ Δθx / vx0 ≒ Δθx / (d / dt · θx (t))
ty ≒ Δθy / vy0 ≒ Δθy / (d / dt · θy (t))
It becomes.
[0077]
Based on this, the timing control signal generator 19 generates a timing control signal and supplies it to the drive signal generators 10a and 10b, and sets the drive signal generation timing of the first movable unit 6a by tx and the second movable unit. Control is performed such that the generation timing of the drive signal 6b is shifted by ty. Thereby, the target Lissajous pattern is automatically adjusted.
[0078]
As described above, according to the fifth embodiment, the position detecting element 24 capable of detecting the position information of the light beam is arranged at an arbitrary position in the two-dimensional scanning area, and the target point set on the position detecting element 24 is set. , The shift amount of the Lissajous scan trajectory is detected, and the timing of generating the drive signals of the first and second movable portions 6a and 6b is controlled for a time corresponding to the shift amount. The displacement of the Lissajous scan locus can be automatically corrected. Further, even when the Lissajous pattern is shifted due to a change over time, a temperature change, or the like, it can be easily corrected.
[0079]
In the fourth and fifth embodiments, the light receiving element 22 and the position detecting element 24 are not limited to those that detect the scanning light by the scanning light source 21, and the reflection mirror is formed on the surface opposite to the light scanning surface. The reflection mirror may scan the light beam of a detection light source provided separately from the scanning light source 21 to detect the scanning light.
[0080]
Further, the scanner 6 is not limited to the one-dimensional scanner capable of two-dimensional scanning described in the above-described embodiment, and may be configured by combining one-dimensional scanning scanners such that respective operation axes are orthogonal to each other.
[0081]
The actuator is not limited to the above scanner, but may be any actuator that operates under two axes.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, according to the actuator drive control device of the present invention, based on the preset natural resonance frequencies around the two operation axes of the actuator, the combination of the drive frequencies suitable for the preset drive conditions Is set, and a function of setting an appropriate frequency can be easily set for each drive frequency. Therefore, the desired operation can be performed by the actuator.
[0083]
In addition, since it has a function to calculate the proper drive frequency based on the input data, even if the performance of the actuator varies, it is possible to select the appropriate combination of the drive frequency for the two operation axes for each actuator. It can be easily set.
[0084]
Furthermore, if a resonance frequency self-measurement function is provided, the resonance frequency can be self-measured and adjusted at an appropriate time. Therefore, it is possible to maintain the proper driving state of the actuator while eliminating the influence of the change over time of the resonance frequency.
[0085]
Then, since the drive signal generation timing of the actuator is controlled so that the Lissajous scan locus of the light beam passes through the target point where the drive signal generation timing of the actuator is set in the two-dimensional scanning area, A dense Lissajous pattern can be easily obtained. In addition, even when the Lissajous pattern shifts due to a change in the movement of the movable portion due to a change over time or a change in temperature, it can be easily corrected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a drive control device according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of Lissajous scanning.
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the first embodiment.
FIG. 4 is a matrix of clock counts for searching for a combination of appropriate driving frequencies according to the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a calculation order of the matrix of FIG. 4;
FIG. 6 is a block diagram showing a second embodiment of the drive control device according to the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a third embodiment of the drive control device according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing various Lissajous patterns generated due to a generation timing shift of a drive signal.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a method for adjusting the generation timing of a drive signal in the third embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a change in an operation state of a movable unit by adjusting a generation timing of a drive signal in the third embodiment.
FIG. 11 is a block diagram showing a fourth embodiment of the drive control device according to the present invention.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a method for adjusting the generation timing of a drive signal in the fourth embodiment.
FIG. 13 is a block diagram showing a fifth embodiment of the drive control device according to the present invention.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a method for adjusting the generation timing of a drive signal in the fifth embodiment.
[Explanation of symbols]
1, 13, 18 ... drive control device
2, 14a, 14b ... resonance frequency setting means
3. Drive condition setting means
4: Drive frequency setting means
5a, 5b ... driving means
6 ... Scanner
12 ... Transmitter
19: Timing control signal generator

Claims (8)

互いに異なる固有共振周波数を有し、直交する二つの動作軸のもとに互いに異なる駆動周波数の組合せで駆動されるアクチュエータの駆動制御装置であって、
前記各固有共振周波数を入力設定する共振周波数設定手段と、
前記アクチュエータに所望の駆動をさせるための駆動条件を設定する駆動条件設定手段と、
前記各固有共振周波数を中心とする所定の周波数範囲内で各周波数の組合せに対してそれぞれ駆動性能を演算し、該駆動性能が前記設定された駆動条件に適合する駆動周波数の組合せを選択設定する駆動周波数設定手段と、
前記設定された駆動周波数でアクチュエータを駆動する駆動手段と、
を備えて構成したことを特徴とするアクチュエータ駆動制御装置。A drive control device for an actuator having different natural resonance frequencies from each other and driven by a combination of drive frequencies different from each other under two orthogonal operation axes,
Resonance frequency setting means for input setting the respective natural resonance frequencies,
Drive condition setting means for setting a drive condition for causing the actuator to perform a desired drive,
Driving performance is calculated for each frequency combination within a predetermined frequency range centered on each of the natural resonance frequencies, and a driving frequency combination whose driving performance matches the set driving condition is selected and set. Drive frequency setting means,
Driving means for driving the actuator at the set driving frequency,
An actuator drive control device characterized by comprising: 前記共振周波数設定手段は、前記二つの動作軸回りの振幅を測定する測定手段を備え、周波数を変化させながら駆動して各動作軸回りの振幅を検出し、最大振幅が検出されたときの駆動周波数を前記アクチュエータの固有共振周波数として設定する構成とした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制御装置。The resonance frequency setting unit includes a measuring unit that measures the amplitude around the two operation axes, drives while changing the frequency, detects the amplitude around each operation axis, and drives when the maximum amplitude is detected. The actuator drive control device according to claim 1, wherein a frequency is set as a natural resonance frequency of the actuator. 前記アクチュエータは、互いに異なる駆動周波数の組合せで駆動されて光ビームを二次元走査するスキャナであり、前記駆動周波数設定手段は、複数の光走査軌跡に囲まれたメッシュの数を前記駆動性能として演算して求め、該演算値が前記駆動条件として設定したメッシュ数の上下限値の範囲内となる周波数の組合せを選択設定する構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ駆動制御装置。The actuator is a scanner that is driven by a combination of driving frequencies different from each other and two-dimensionally scans a light beam, and the driving frequency setting means calculates the number of meshes surrounded by a plurality of optical scanning tracks as the driving performance. The actuator drive according to claim 1 or 2, wherein a combination of frequencies at which the calculated value falls within the range of upper and lower limits of the number of meshes set as the drive condition is selected and set. Control device. 前記駆動周波数設定手段は、前記設定された各固有共振周波数の１周期を前記駆動周波数を生成する発信器のクロック周期でそれぞれ除して前記共振クロックカウント数の組合せを演算し、該共振クロックカウント数を中心とする所定範囲内に他のクロックカウント数の組合せを選択し、前記共振クロックカウント数を含む全クロックカウント数について各組合せ毎にその最大公約数でそれぞれ除算することによって前記メッシュ数を演算する構成としたことを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ駆動制御装置。The drive frequency setting means calculates a combination of the resonance clock counts by dividing one cycle of each of the set natural resonance frequencies by a clock cycle of a transmitter that generates the drive frequency. The number of meshes is selected by selecting another combination of clock counts within a predetermined range centered on the number and dividing each of the total clock counts including the resonance clock count by the greatest common divisor for each combination. 4. The actuator drive control device according to claim 3, wherein a calculation is performed. 前記駆動周波数設定手段は、前記異なる駆動周波数の組合せで二次元走査される光ビームが、所定の走査範囲を１回走査するのに要する１周期の走査時間を前記駆動性能として演算して求め、該演算値が前記駆動条件として設定した走査時間の上下限値の範囲内となる周波数の組合せを選択設定する構成としたことを特徴とする請求項３または４に記載のアクチュエータ駆動制御装置。The drive frequency setting means calculates and calculates, as the drive performance, one cycle of scan time required for the light beam that is two-dimensionally scanned with the combination of the different drive frequencies to scan a predetermined scan range once, 5. The actuator drive control device according to claim 3, wherein a combination of frequencies at which the calculated value falls within the range of upper and lower limits of the scanning time set as the drive condition is selected and set. 前記駆動周波数設定手段は、前記共振クロックカウント数を中心とする所定範囲内のクロックカウント数の各組合せについて、それぞれの最小公倍数を演算し、該演算値に前記クロック周期を乗算することによって前記走査時間を演算する構成としたことを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ駆動制御装置。The drive frequency setting means calculates the least common multiple of each combination of the clock count numbers within a predetermined range centered on the resonance clock count number, and multiplies the calculated value by the clock cycle to perform the scanning. The actuator drive control device according to claim 5, wherein a time is calculated. 前記駆動周波数設定手段は、前記共振クロックカウント数を中心とする所定範囲内のクロックカウント数の各組合せについて、それぞれ動作軸に対応する前記共振クロックカウント数と前記クロックカウント数との差分を演算し、該差分を２乗して加算して得た値の最小となるクロックカウント数の組合せを選択し、該クロックカウント数の組合せに相当する周波数の組合せを設定する構成としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のアクチュエータ駆動制御装置。The drive frequency setting means calculates a difference between the resonance clock count and the clock count corresponding to an operation axis for each combination of clock counts within a predetermined range centered on the resonance clock count. , The combination of the clock count numbers that minimizes the value obtained by squaring and adding the difference is selected, and a combination of frequencies corresponding to the combination of the clock count numbers is set. An actuator drive control device according to any one of claims 1 to 6. 前記駆動周波数設定手段は、前記二つの動作軸それぞれの駆動信号の発生タイミングを制御するタイミング制御信号を前記駆動手段に出力するタイミング制御信号発生部を備え、光ビームの二次元走査範囲内に設定した所定の目標点を光ビームの走査軌跡が通過するように前記両駆動信号の少なくとも一方の駆動信号の発生タイミングを制御するように構成したことを特徴とする請求項３〜７のいずれか一つに記載のアクチュエータ駆動制御装置。The driving frequency setting unit includes a timing control signal generating unit that outputs a timing control signal for controlling generation timing of a driving signal of each of the two operation axes to the driving unit, and is set within a two-dimensional scanning range of the light beam. 8. The apparatus according to claim 3, wherein the generation timing of at least one of the two drive signals is controlled so that the scanning locus of the light beam passes through the predetermined target point. 6. The actuator drive control device according to claim 1.

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