JP2014059449A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑なシステムを要することなく、主走査方向の駆動信号、及び副走査方向の駆動信号を生成することができる駆動装置を提供すること。
【解決手段】主走査方向及び副走査方向に変位する変位部１０７によって光ビームを走査する二次元スキャナ１０１を駆動する駆動装置１であって、二次元スキャナ１０１における主走査方向の変位検出信号と、副走査方向の変位検出信号との周波数比を所定の値に調整する周波数比調整手段と、主走査方向の変位検出信号と、副走査方向の変位検出信号との位相差を所定の値に調整する位相調整手段と、周波数比及び位相差を調整した主走査方向の変位検出信号、及び副走査方向の変位検出信号に基づき、主走査方向の駆動信号及び副走査方向の駆動信号を生成する第１の駆動信号生成手段とを備えることを特徴とする駆動装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ビームを走査する二次元スキャナを駆動する駆動装置に関する。

従来、主走査方向及び副走査方向に変位する変位部によって光ビームを走査する二次元スキャナが知られている（特許文献１参照）。この二次元スキャナは、主走査方向の駆動信号及び副走査方向の駆動信号に応じて変位部を変位させることで、光ビームを走査する。

特許第４７７９５３４号公報

二次元スキャナにおける走査を適切に行うためには、主走査方向の駆動信号及び副走査方向の駆動信号の周波数比及び位相を調整する必要がある。特許文献１記載の技術では、その調整に複雑なシステムを要していた。本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、複雑なシステムを要することなく、主走査方向の駆動信号、及び副走査方向の駆動信号を生成することができる駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の駆動装置は、主走査方向の駆動信号及び副走査方向の駆動信号に応じて主走査方向及び副走査方向に変位する変位部によって光ビームを走査する二次元スキャナを駆動する駆動装置である。

本発明の駆動装置は、二次元スキャナにおける主走査方向の変位検出信号と、副走査方向の変位検出信号との周波数比を所定の値に調整する周波数比調整手段と、主走査方向の変位検出信号と、副走査方向の変位検出信号との位相差を所定の値に調整する位相調整手段と、周波数比調整手段により周波数比を調整し、位相調整手段により位相差を調整した主走査方向の変位検出信号、及び副走査方向の変位検出信号に基づき、主走査方向の駆動信号及び副走査方向の駆動信号を生成する第１の駆動信号生成手段とを備えることを特徴とする。

本発明の駆動装置は、複雑なシステムを要することなく、主走査方向の駆動信号、及び副走査方向の駆動信号を生成することができる。

駆動装置１の構成を表すブロック図である。 二次元スキャナ１０１の構成を表す説明図である。 図２におけるIII-III断面での断面図である。 図２におけるIV-IV断面での断面図である。 主走査方向の駆動信号と、副走査方向の駆動信号とを例示する説明図である。 駆動装置１の構成を表すブロック図である。 駆動装置１の構成を表すブロック図である。

本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施形態＞
１．駆動装置１の構成
駆動装置１の構成を図１に基づいて説明する。駆動装置１は、全波整流３、平滑回路５、変位検出部７、ＤＣレベル調整９、乗算部１１、自励発振系始動回路１３、加算部１５、コンパレータ１７、位相シフタ１９、コンパレータ２１、１／Ｍ分周器２３、位相比較器２５、フィルタ２７、ＶＣＯ（Voltage controlled oscillator）２９、乗算部３１、コンパレータ３３、１／Ｎ分周器３５、全波整流３７、平滑回路３９、及びＤＣレベル調整４１を備える。上記自励発振系始動回路１３は、振幅、及び周波数が一定である主走査方向の駆動信号を発生させる回路である。また、その他の構成は、周知の素子、又は複数の素子の組み合わせである。

駆動装置１は、二次元スキャナ１０１から、主走査方向の変位検出信号と、副走査方向の変位検出信号とを取得し、上記の構成を用いて後述する処理を実行し、主走査方向の駆動信号及び副走査方向の駆動信号を生成し、二次元スキャナ１０１に供給する。

２．二次元スキャナ１０１の構成
駆動装置１を適用する対象である二次元スキャナ１０１の構成を図２に基づいて説明する。二次元スキャナ１０１は、矩形枠状の外シンバル１０３の内部に、それよりも小型の矩形枠状である内シンバル１０５が配置されており、さらに、内シンバル１０５の内部に光反射部（変位部）１０７が配置されている。光反射部１０７の片面にはアルミ薄膜の鏡面が形成されている。

外シンバル１０３と内シンバル１０５とは、同一直線上に並ぶ弾性連結部１０９、１１１によって連結されており、内シンバル１０５は、弾性連結部１０９、１１１を通る回転軸を中心として、外シンバル１０３に対し捻じり振動可能である。以下では、弾性連結部１０９、１１１を通る回転軸を中心とする回転方向を副走査方向とする。

内シンバル１０５と光反射部１０７とは、同一直線上に並ぶ弾性連結部１１３、１１５によって連結されており、光反射部１０７は、弾性連結部１１３、１１５を通る回転軸を中心として、内シンバル１０５に対し捻じり振動可能である。以下では、弾性連結部１１３、１１５を通る回転軸を中心とする回転方向を主走査方向とする。主走査方向と副走査方向とは直交する。

内シンバル１０５の内周側には、鋸歯状の主走査駆動櫛歯電極１１７が形成されているとともに、光反射部１０７の外周側には、同じく鋸歯状の主走査駆動櫛歯電極１１９が形成されており、主走査駆動櫛歯電極１１７と１１９とは、噛み合うように配置されている。

また、外シンバル１０３の内周側には、鋸歯状の副走査駆動櫛歯電極１２１が形成されているとともに、内シンバル１０５の外周側には、同じく鋸歯状の副走査駆動櫛歯電極１２３が形成されており、副走査駆動櫛歯電極１２１と１２３とは、噛み合うように配置されている。

図３に示すように、副走査駆動櫛歯電極１２１は、薄膜電極１２１Ａ、絶縁膜１２１Ｂ、及び電極１２１Ｃを積層した構造を有する。また、副走査駆動櫛歯電極１２３は、薄膜電極１２３Ａ、絶縁膜１２３Ｂ、及び電極１２３Ｃを積層した構造を有する。電極１２１Ｃと薄膜電極１２３Ａとの間には副走査方向の駆動信号が印加される。このとき、副走査駆動櫛歯電極１２１と１２３の間に働く静電気力により、内シンバル１０５及び光反射部１０７は、外シンバル１０３に対し、副走査方向に変位する。また、主走査駆動櫛歯電極１１７、１１９も、副走査駆動櫛歯電極１２１、１２３と同様の構成を有しており、それらの間に主走査方向の駆動信号を印加することにより、光反射部１０７が、内シンバル１０５に対し、主走査方向に変位する。

よって、光反射部１０７は、主走査方向の駆動信号及び副走査方向の駆動信号に応じて主走査方向及び副走査方向に変位することができる。光反射部１０７に光ビームを照射し、上記のとおり、光反射部１０７を主走査方向及び副走査方向に変位させると、光ビームを主走査方向及び副走査方向（二次元）において走査することができる。

内シンバル１０５の内周側には、鋸歯状の主走査変位検出櫛歯電極１２５が形成されているとともに、光反射部１０７の外周側には、同じく鋸歯状の主走査変位検出櫛歯電極１２７が形成されており、主走査変位検出櫛歯電極１２５と１２７とは、噛み合うように配置されている。

また、外シンバル１０３の内周側には、鋸歯状の副走査変位検出櫛歯電極１２９が形成されているとともに、内シンバル１０５の外周側には、同じく鋸歯状の副走査変位検出櫛歯電極１３１が形成されており、副走査変位検出櫛歯電極１２９と１３１とは、噛み合うように配置されている。

図４に示すように、副走査変位検出櫛歯電極１２９は、薄膜電極１２９Ａ、絶縁膜１２９Ｂ、及び電極１２９Ｃを積層した構造を有する。また、副走査変位検出櫛歯電極１３１は、薄膜電極１３１Ａ、絶縁膜１３１Ｂ、及び電極１３１Ｃを積層した構造を有する。内シンバル１０５及び光反射部１０７が副走査方向に変位したとき、電極１３１Ｃと薄膜電極１２９Ａとの間の静電容量変化により、副走査変位検出櫛歯電極１２９、１３１間に副走査方向の変位検出信号が生じる。また、主走査変位検出櫛歯電極１２５、１２７も、副走査変位検出櫛歯電極１２９、１３１と同様の構成を有しており、光反射部１０７が主走査方向に変位したとき、主走査変位検出櫛歯電極１２５、１２７間に、主走査方向の変位検出信号が生じる。

よって、二次元スキャナ１０１は、光反射部１０７の主走査方向における変位を反映した主走査方向の変位検出信号を出力するとともに、光反射部１０７の副走査方向における変位を反映した副走査方向の変位検出信号を出力する。

３．駆動装置１が実行する処理
（３−１）二次元スキャナ１０１の始動から十分時間が経過したときの処理
二次元スキャナ１０１の始動から十分時間が経過したときに駆動装置１が実行する処理を説明する。このとき、自励発振系始動回路１３はＯＦＦとなっている。駆動装置１は、二次元スキャナ１０１から、主走査方向の変位検出信号と、副走査方向の変位検出信号とを取得する。主走査方向の変位検出信号は、全波整流３において交流から直流に変換され、平滑回路５において平滑化され、ＤＣレベル調整９において振幅を所定の基準振幅に調整される。また、主走査方向の変位検出信号は、位相シフタ１９において位相を９０度ずらされる。これは、二次元スキャナ１０１において、主走査方向の周期的な変位を継続するためには、駆動信号の位相が、変位検出信号の位相と９０度ずれている必要があるためである。

ＤＣレベル調整９において振幅を調整された信号と、位相シフタ１９において位相を９０度ずらされた信号とは、乗算部１１において乗算され、主走査方向の駆動信号となる。この主走査方向の駆動信号は、ＤＣレベル調整９において調整された振幅を有するとともに、主走査方向の変位検出信号の位相とは９０度ずれた位相を有する。主走査方向の駆動信号は、二次元スキャナ１０１に供給される。

また、副走査方向の変位検出信号は、１／Ｍ分周器２３、位相比較器２５、フィルタ２７、ＶＣＯ２９、及び１／Ｎ分周器３５により、その周波数を（Ｎ／Ｍ）×ｆに調整されるとともに、その位相を、主走査方向の変位検出信号の位相と同期するように調整される。ここで、Ｎは１／Ｎ分周器３５により決まる固定値であり、Ｍは１／Ｍ分周器２３により決まる固定値であり、ｆは主走査方向の変位検出信号の周波数である。すなわち、主走査方向の変位検出信号の周波数と、副走査方向の変位検出信号の周波数との周波数比が、１：Ｎ／Ｍに調整される。

なお、１／Ｍ分周器２３、位相比較器２５、フィルタ２７、ＶＣＯ２９、及び１／Ｎ分周器３５は、周知のフェーズロックドループ（ＰＬＬ）を構成する。上記の処理においては、主走査方向の変位検出信号の周波数を１／Ｍ分周器２３を用いて１／Ｍ倍にした信号と、副走査方向の変位検出信号の周波数を１／Ｎ分周器３５を用いて１／Ｎ倍にした信号とを用いる。

また、副走査方向の変位検出信号は、全波整流３７において、交流から直流に変換され、平滑回路３９において平滑化され、ＤＣレベル調整４１において、振幅を所定の基準振幅に調整される。

１／Ｍ分周器２３、位相比較器２５、フィルタ２７、ＶＣＯ２９、及び１／Ｎ分周器３５により、その周波数を（Ｎ／Ｍ）×ｆに調整された信号と、ＤＣレベル調整４１において振幅を調整された信号とは、乗算部３１において乗算され、副走査方向の駆動信号となる。この副走査方向の駆動信号は、ＤＣレベル調整４１において調整された振幅を有するとともに、１／Ｍ分周器２３、位相比較器２５、フィルタ２７、ＶＣＯ２９、及び１／Ｎ分周器３５によって、上記のように調整された周波数及び位相を有する。副主走査方向の駆動信号は、二次元スキャナ１０１に供給される。

なお、主走査方向の駆動信号と、副走査方向の駆動信号の例を図５に示す。主走査方向の駆動信号、及び副走査方向の駆動信号はともに正弦波であり、主走査方向の駆動信号における周波数は、副走査方向の駆動信号における周波数よりも大きい。

１／Ｍ分周器２３、位相比較器２５、フィルタ２７、ＶＣＯ２９、及び１／Ｎ分周器３５は、周波数比調整手段、及び位相調整手段の一実施形態である。また、駆動装置１の各構成が第１の駆動信号生成手段の一実施形態である。また、全波整流３、平滑回路５、ＤＣレベル調整９、全波整流３７、平滑回路３９、及びＤＣレベル調整４１は、振幅調整手段の一実施形態である。また、自励発振系始動回路１３は、第２の駆動信号生成手段の一実施形態である。
（３−２）二次元スキャナ１０１の始動時における処理
二次元スキャナ１０１の始動直後において駆動装置１が実行する処理を説明する。このとき、自励発振系始動回路１３がＯＮとなり、振幅及び周波数が一定である主走査方向の駆動信号を発生させる。また、このとき、上記（３−１）の処理も実行され、この処理に起因する主走査方向の駆動信号も生成している。

自励発振系始動回路１３が発生させた主走査方向の駆動信号と、上記（３−１）の処理によって生成した主走査方向の駆動信号とは、加算部１５において加算され、その加算された主走査方向の駆動信号が、二次元スキャナ１０１に供給される。

駆動装置１は、変位検出部７において、主走査方向の変位検出信号の振幅を常時検出しており、その検出値が所定の基準値以下であるうちは、自励発振系始動回路１３をＯＮのままとする。一方、変位検出部７において検出した、主走査方向の変位検出信号の振幅が所定の基準値を超えたときは、自励発振系始動回路１３をＯＦＦとして、上記（３−１）の処理に移行する。

なお、二次元スキャナ１０１の始動時から一定時間が経過するまでは自励発振系始動回路１３をＯＮとし、一定時間が経過した後では、自励発振系始動回路１３をＯＦＦとしてもよい。

４．駆動装置１が奏する効果
（４−１）駆動装置１は、特許文献１記載のような主走査同期信号と副走査同期信号とを発生させる同期信号発生部を設けるような複雑なシステムを要することなく、主走査方向の駆動信号、及び副走査方向の駆動信号を生成することができる。
（４−２）駆動装置１は、二次元スキャナ１０１の始動時においては、自励発振系始動回路１３を用いて、主走査方向の駆動信号を供給することができる。そのため、二次元スキャナ１０１の始動時において、主走査方向の変位検出信号の振幅が小さい期間においても、ノイズの影響を受け難い主走査方向の駆動信号を供給することができる。
（４−３）駆動装置１は、１／Ｍ分周器２３、及び１／Ｎ分周器３５を用いて、主走査方向の変位検出信号と、副走査方向の変位検出信号との周波数比を調整する。そのため、駆動装置１の装置構成を簡素化することができる。
（４−４）駆動装置１は、二次元スキャナ１０１を含めたフィードバックによるフェーズロックドループを用い、主走査方向の変位検出信号と、副走査方向の変位検出信号との位相差を調整する。そのため、駆動装置１の装置構成を簡素化することができる。
（４−５）駆動装置１は、主走査方向の変位検出信号、及び副走査方向の変位検出信号の振幅を所定の値に調整することができる。
＜第２の実施形態＞
１．駆動装置１の構成
本実施形態の駆動装置１の構成を図６に基づいて説明する。本実施形態の駆動装置１の構成は、基本的には前記第１の実施形態と同様であるが、切換スイッチ４３を備える点で相違する。切換スイッチ４３は、乗算部１１と加算部１５との間を、電気的に接続した状態と、切り離された状態とのいずれかにすることができる。

２．駆動装置１が実行する処理
（２−１）二次元スキャナ１０１の始動から十分時間が経過したときの処理
切換スイッチ４３は、乗算部１１と加算部１５との間を、電気的に接続した状態としている。また、自励発振系始動回路１３はＯＦＦとなっている。駆動装置１は、前記第１の実施形態における「（３−１）二次元スキャナ１０１の始動から十分時間が経過したときの処理」と同様に、主走査方向の駆動信号と、副走査方向の駆動信号とを作成し、二次元スキャナ１０１に供給する。
（２−２）二次元スキャナ１０１の始動時における処理
二次元スキャナ１０１の始動直後において、切換スイッチ４３は、乗算部１１と加算部１５との間を、電気的に切り離した状態としている。また、このとき、自励発振系始動回路１３がＯＮとなり、振幅が一定である主走査方向の駆動信号を発生させる。

よって、主走査方向の駆動信号として、自励発振系始動回路１３が発生させた主走査方向の駆動信号のみが、二次元スキャナ１０１に供給される。
駆動装置１は、変位検出部７において、主走査方向の変位検出信号の振幅を常時検出しており、その検出値が所定の基準値以下であるうちは、切換スイッチ４３をＯＦＦの状態とし、自励発振系始動回路１３をＯＮとして、上記の処理を行う。一方、変位検出部７において検出した、主走査方向の変位検出信号の振幅が所定の基準値を超えたときは、切換スイッチ４３をＯＮの状態とし、自励発振系始動回路１３をＯＦＦとして、上記（２−１）の処理に移行する。

なお、二次元スキャナ１０１の始動時から一定時間が経過するまでは、切換スイッチ４３をＯＦＦの状態とするとともに、自励発振系始動回路１３をＯＮとし、一定時間が経過した後では、切換スイッチ４３をＯＮの状態とするとともに、自励発振系始動回路１３をＯＦＦとしてもよい。

３．駆動装置１が奏する効果
（３−１）駆動装置１は、前記第１の実施形態と略同様の効果を奏することができる。
（３−２）駆動装置１は、二次元スキャナ１０１の始動時においては、自励発振系始動回路１３のみを用いて、主走査方向の駆動信号を供給することができる。そのため、二次元スキャナ１０１の始動時において、主走査方向の変位検出信号の振幅が小さい期間においても、ノイズの影響を受け難い主走査方向の駆動信号を供給することができる。
＜第３の実施形態＞
１．駆動装置１の構成
本実施形態の駆動装置１の構成を図７に基づいて説明する。本実施形態の駆動装置１の構成は、基本的には前記第１の実施形態と同様であるが、変位検出部７、自励発振系始動回路１３、及び加算部１５を備えない点で相違する。

２．駆動装置１が実行する処理
駆動装置１は、常に、前記第１の実施形態における「（３−１）二次元スキャナ１０１の始動から十分時間が経過したときの処理」を実行する。

３．駆動装置１が奏する効果
（３−１）駆動装置１は、二次元スキャナ１０１の始動時を除き、前記第１の実施形態と略同様の効果を奏することができる。
（３−２）駆動装置１は、変位検出部７、自励発振系始動回路１３及び加算部１５を備えないので、その構成を一層簡略化することができる。

尚、本発明は前記実施の形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

１・・・駆動装置、３・・・全波整流、５・・・平滑回路、
７・・・変位検出部、９・・・ＤＣレベル調整、１１・・・乗算部、
１３・・・自励発振系始動回路、１５・・・加算部、
１７、２１、３３・・・コンパレータ、１９・・・位相シフタ、
２３・・・１／Ｍ分周器、２５・・・位相比較器、２７・・・フィルタ、
３１・・・乗算部、３５・・・１／Ｎ分周器、３７・・・全波整流、
３９・・・平滑回路、４１・・・ＤＣレベル調整、
４３・・・切換スイッチ、１０１・・・二次元スキャナ、
１０３・・・外シンバル、１０５・・・内シンバル、
１０７・・・光反射部、
１０９、１１１、１１３、１１５・・・弾性連結部、
１１７、１１９・・・主走査駆動櫛歯電極、
１２１、１２３・・・副走査駆動櫛歯電極、
１２１Ａ、１２３Ａ・・・薄膜電極、
１２１Ｂ、１２３Ｂ・・・絶縁膜、
１２１Ｃ、１２３Ｃ・・・電極、
１２５、１２７・・・主走査変位検出櫛歯電極、
１２９、１３１・・・副走査変位検出櫛歯電極、
１２９Ａ、１３１Ａ・・・薄膜電極、
１２９Ｂ、１３１Ｂ・・・絶縁膜、
１２９Ｃ、１３１Ｃ・・・電極

Claims (5)

1. 主走査方向の駆動信号及び副走査方向の駆動信号に応じて前記主走査方向及び前記副走査方向に変位する変位部によって光ビームを走査する二次元スキャナを駆動する駆動装置であって、
   前記二次元スキャナにおける前記主走査方向の変位検出信号と、前記副走査方向の変位検出信号との周波数比を所定の値に調整する周波数比調整手段と、
   前記主走査方向の変位検出信号と、前記副走査方向の変位検出信号との位相差を所定の値に調整する位相調整手段と、
   前記周波数比調整手段により前記周波数比を調整し、前記位相調整手段により前記位相差を調整した前記主走査方向の変位検出信号、及び前記副走査方向の変位検出信号に基づき、前記主走査方向の駆動信号及び前記副走査方向の駆動信号を生成する第１の駆動信号生成手段と、
   を備えることを特徴とする駆動装置。
2. 前記周波数比調整手段は、分周器を用いて前記周波数比を調整することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記位相調整手段は、二次元スキャナを含めたフィードバックによるフェーズロックドループを用い、前記位相差を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 前記主走査方向の変位検出信号、及び前記副走査方向の変位検出信号の振幅を所定の値に調整する振幅調整手段を備え、
   前記第１の駆動信号生成手段は、前記振幅調整手段により振幅を調整された前記主走査方向の変位検出信号、及び前記副走査方向の変位検出信号に基づき、前記主走査方向の駆動信号及び前記副走査方向の駆動信号を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. 一定の振幅を有する前記主走査方向の駆動信号又は前記副走査方向の駆動信号を生成する第２の駆動信号生成手段を備え、
   前記二次元スキャナの始動時においては、少なくとも前記第２の駆動信号生成手段の前記主走査方向の駆動信号又は前記副走査方向の駆動信号を前記二次元スキャナに供給し、
   前記始動から一定時間経過後、あるいは、前記主走査方向の変位検出信号又は前記副走査方向の変位検出信号の振幅が所定値に達した後においては、前記第１の駆動信号生成手段の前記主走査方向の駆動信号及び前記副走査方向の駆動信号を前記二次元スキャナに供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の駆動装置。

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