JP4067840B2 - 電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可動部と、固定部と、これらを連結している連結部と、固定部と可動部の一方に固定された磁界発生部材と、固定部と可動部の他方に固定された駆動コイルとを有している電磁駆動式アクチュエーターが知られている。この種の電磁駆動式アクチュエーターは、例えば、駆動コイルにパルス状の電流を供給することによって駆動され、駆動コイルと磁界発生部材の間に作用する力を利用して、可動部が固定部に対して共振状態で揺動される。
【０００３】
電磁駆動式アクチュエーターには、より正確な制御のために、可動部の振れ角や振れ角速度を検出するための揺動検出センサーを有しているものもあるが、大きい振れ角を得るためや小型化のために、このような揺動検出センサーを持たないものもある。
【０００４】
揺動検出センサーを持たない電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置の中には、駆動コイルの両端の電圧に基づいて可動部の振れ角や振れ角速度を検出し得るものもある。このような駆動装置の一従来例が、「振動ミラー形走査装置用駆動回路」と題する特開平１０−２０７９７３号公報に開示されている。
【０００５】
この駆動装置は、振動ミラー駆動コイル(ＶＭコイル)にパルス状の駆動信号を印加することにより、アクチュエーターを共振駆動させている。また、この駆動装置は、電圧サンプラにより振動ミラー駆動コイルの両端の電圧を検出し、その検出電圧がゼロになるタイミングでパルス状の駆動信号を立ち上げている。また、パルス幅は、電圧サンプラの検出電圧のピーク値を目標電圧と比較して決定している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電磁駆動式アクチュエーターの効率の良い駆動のためには、パルス状駆動電流の立ち上がりを角速度のピークに合わせるとよい。しかし、前述の従来例の駆動装置は、電圧サンプラの検出電圧がゼロになるタイミングでパルス状の駆動信号を立ち上げている。すなわち、パルス状駆動電流の立ち上がりを、振動ミラーの角速度がゼロになるタイミングに合わせている。このため、従来例の駆動装置は、効率の良い駆動を行なえない。
【０００７】
従来例の駆動装置は、検出電圧のピーク値を振幅情報にしている。検出電圧のピーク値は、ノイズ等の外乱の影響を受け易いため、振幅情報の妥当性に疑問がある。
【０００８】
従来例の駆動装置は、駆動電流のパルス幅を変えることにより、振れ角振幅を調整している。このため、検出電圧に重畳される駆動信号を除去する際の信号の歪みがパルス幅に依存して増減する。従って、従来例の駆動装置は、正確な振幅検出を行ない難い。また、駆動電流のパルス幅を変えることで振れ角振幅を調整するため、パルス幅はアクチューエターの揺動周期の四分の一未満でなければならない。つまり、振幅調整範囲に制約がある。
【０００９】
本発明は、これらの点に着目してなされたものであり、その主な目的は、駆動効率の良い電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、振れ角振幅を広い範囲で精度良く調整し得る電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、可動部と、固定部と、可動部と固定部を連結している連結部と、固定部と可動部の一方に固定された磁界発生部材と、固定部と可動部の他方に固定された駆動コイルとを有している電磁駆動式アクチュエーターを駆動するための駆動装置であって、駆動コイルに可動部の共振周波数と同じ周波数の所定の期間だけ電流を印加するためのコイル駆動装置と、駆動コイルの両端の電圧を検出するための電圧検出装置と、電流印加開始の直前から電流印加開始時までの特定の時期にホールドを開始し、電圧検出装置の検出電圧を少なくとも電流印加のあいだホールドし続けるためのサンプル・ホールド装置と、サンプル・ホールド装置の出力にから可動部の共振周波数付近の成分のみを選択的に透過させ、この成分の位相を変化させ、二値化し、この二値化した信号の位相であって、コイル駆動装置から電流を印加する所定期間内に可動部の振れ角速度のピークが含まれるように、電流の印加を開始する特定の位相を検出するためのピーク検出装置とを備えており、コイル駆動装置は、ピーク検出装置で検出される特定の位相の検出タイミングに合わせて電流の印加を開始する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
本実施形態の駆動装置によって駆動される電磁駆動式アクチュエーターを図１に示す。図１に示されるように、電磁駆動式アクチュエーターはマイクロマシン技術を用いて製作された電磁型光スキャナーである。
【００１６】
図１に示されるように、光スキャナー１００は、一次元に揺動し得る可動部を有する揺動体１１０と、磁界を発生させるための磁気回路１５０と、これらを保持するベースプレート１６０とを備えている。
【００１７】
揺動体１１０は、可動部１１２と、可動部１１２を支持するための支持部１１４、１１６と、可動部１１２と支持部１１４、１１６を連結している連結部である一対のトーションバー１１８、１２０とを有している。一対のトーションバー１１８、１２０は、支持部１１４、１１６に対して可動部１１２を、トーションバー１１８、１２０を通る一本の軸の周りに揺動可能に支持している。
【００１８】
可動部１１２は平板状であり、実質的に平行なおもて面（図１に見える面）とうら面（図１に見えない面）とを有している。可動部１１２は、例えば、そのおもて面に形成されたミラーを有している。あるいは、可動部１１２のおもて面それ自体が反射面として機能してもよい。
【００１９】
可動部１１２はそのうら面に形成された駆動コイル１３２を有している。駆動コイル１３２は可動部１１２の周縁部を周回している。駆動コイル１３２の両端は、トーションバー１１８を通る配線を介して、支持部１１４に設けられた一対の電極パッド１３８、１４０にそれぞれ接続されている。
【００２０】
磁気回路１５０は、磁界発生部材である一対の永久磁石１５２、１５４と、これらを保持するヨーク１５６とを備えている。
【００２１】
揺動体１１０は、支持部１１４、１１６がベースプレート１６０に固定されることで、ベースプレート１６０に取り付けられている。また磁気回路１５０は、ヨーク１５６がベースプレート１６０に固定されることで、ベースプレート１６０に取り付けられている。この構造体において、可動部１１２とトーションバー１１８、１２０と永久磁石１５２、１５４を除いた部分が固定部を構成している。
【００２２】
可動部１１２のおもて面のミラー（あるいは反射面として機能するおもて面）に光ビームが照射され、そこで反射された光ビームは可動部１１２の揺動に従って一次元的に走査される。
【００２３】
電極パッド１３８、１４０にはフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）１４２を経由して交流電流の駆動信号が印加される。これに応じて駆動コイル１３２には電流が流れる。駆動コイル１３２を流れる電流は、磁界成分との相互作用により、その大きさに依存して、ローレンツ力を受ける。
【００２４】
駆動コイル１３２の揺動軸に平行な一対の対辺部分は、そこを流れる電流が受けるローレンツ力により、可動部１１２の面（おもて面あるいはうら面）にほぼ垂直な方向の力を受ける。また、それら一対の対辺部分を流れる電流は互いに逆向きであるため、可動部１１２は揺動軸の周りの偶力を受ける。このため、可動部１１２は駆動コイル１３２を流れる電流の大きさに応じて揺動軸の周りに回転する。
【００２５】
電極パッド１３８、１４０に印加される駆動信号が交流電流であるため、駆動コイル１３２に流れる電流は交流電流である。電流の方向が交互に切り替わるため、可動部１１２が受ける偶力の方向は交互に切り替わり、これに応じて可動部１１２の回転方向も交互に切り替わる。従って、可動部１１２は揺動軸の周りに一定の角度範囲で双方向に繰り返し回転する（すなわち揺動する）。その結果、可動部１１２で反射された光ビームが一次元的に走査される。
【００２６】
可動部１１２は、トーションバー１１８、１２０の構造や材質により決まる固有の共振周波数を有しており、この共振周波数に駆動信号の周波数が一致するとき、最大の振れ角で振動する。
【００２７】
光スキャナー１００を正弦波で駆動した際の駆動周波数−振れ角の周波数特性を図２に示す。光スキャナー１００の挙動を駆動信号の周波数に従って三つの領域Ａ、Ｂ、Ｃに分けて説明する。
【００２８】
領域Ａは、共振周波数ｆrに対して十分低い周波数帯域であり、この領域では、可動部１１２の振れ角は周波数に依存せず、駆動信号と振れ角の位相差もない。すなわち、光スキャナー１００の挙動は基本的に駆動信号に追従する。
【００２９】
領域Ｂは、共振周波数ｆr付近の周波数帯域であり、この領域では、振れ角の増加と位相の遅れが発生し、光スキャナー１００の挙動は必ずしも駆動信号には追従しない。振れ角は、周波数、減衰率に影響される。
【００３０】
領域Ｃは、共振周波数ｆrに対して十分高い周波数帯域であり、この領域では、基本的にトーションバー１１８、１２０の影響は無視できる。すなわち、駆動力が一定であれば、可動部１１２の角加速度が一定になるように応答する。
【００３１】
以上をまとめると、低周波領域では、可動部１１２の振れ角は駆動信号の周波数に関係なく一定であり、共振周波数では振れ角のゲインが非常に高く、高周波領域では、可動部１１２の振れ角は周波数の上昇に応じて（角加速度が一定になるように応答するため）急速に小さくなる。
【００３２】
領域Ｂの共振周波数においては、振れ角の位相は駆動信号に対して９０度遅れる。駆動信号の周波数が共振周波数に対して増減すると、駆動信号と振れ角の位相関係が９０度を中心に増減し、振れ角は共振時に対して減少する。
【００３３】
これに基づいて駆動信号と振れ角速度の関係を考えると、振れ角速度は振れ角の微分値であるため、図３に示されるように、振れ角速度は振れ角より位相が９０度進む。従って、駆動信号と振れ角速度は、共振周波数において同位相になる。駆動周波数に対する振れ角速度の周波数特性を図４に示す。
【００３４】
以上は駆動信号が正弦波の場合について述べたが、矩形パルス状の駆動信号の場合も同様の考え方を適用できる。すなわち、例えば図５（ａ）に示される矩形パルス状の駆動信号は、図５（ｂ）に示される正弦波を基本周波数として、この基本周波数成分の正弦波と、３倍、５倍、７倍・・・の周波数成分を有する正弦波の重ね合わせで表される。言い換えれば、矩形パルス状の駆動信号は、フーリエ級数展開により、基本周波数成分の奇数倍の正弦波の重ね合わせで表される。
【００３５】
この信号に対する光スキャナーの応答は、基本周波数が光スキャナーの共振周波数に一致している場合にはこの周波数に対する応答が大きく、３倍、５倍、７倍・・・の周波数成分つまり他の奇数倍の周波数成分に対する応答は図２の領域Ｃに属するため、共振周波数の応答振れ角に対しては無視できる。
【００３６】
このため、振れ角と振れ角速度はそれぞれ図５（ｃ）と図５（ｄ）に示されるように共に正弦波になる。振れ角と振れ角速度は位相が９０度異なっており、振れ角速度のピークは駆動電流信号のパルスに同期している。
【００３７】
このように、共振周波数で駆動される場合、駆動波形が矩形パルス状であっても、光スキャナーの応答はほぼ正弦波的な応答になる。
【００３８】
また、図６（ａ）に示される両極性を有するパルス状駆動信号に対しても同様であり、その基本周波数の正弦波は図６（ｂ）に示されるものになり、振れ角と振れ角速度はそれぞれ図６（ｃ）と図６（ｄ）に示されるようになる。
【００３９】
光スキャナー１００を駆動するための本実施形態の駆動装置の構成を図７に示す。図７に示されるように、駆動装置２００は、駆動コイル１３２に駆動電流を印加するためのコイル駆動装置２１０と、駆動コイル１３２の両端の電圧を検出するための電圧検出装置２２０と、電圧検出装置２２０の検出電圧をホールドするためのサンプル・ホールド装置２３０と、可動部１１２の振れ角速度の略ピークを検出するためのピーク検出装置２４０とを備えている。
【００４０】
コイル駆動装置２１０は、駆動コイル１３２に所定の期間の間だけ、一定の電流を印加する。つまり、コイル駆動装置２１０は、駆動コイル１３２にパルス状の電流を供給する。もちろん、所定の期間すなわちパルス幅は、１／（２ｆｒ）［秒］（ｆｒ：駆動周波数［Ｈｚ］）よりも短い。コイル駆動装置２１０は、好ましくは、光スキャナー１００の共振周波数ｆｒに等しい周波数を有するパルス状の電流を供給する。
【００４１】
サンプル・ホールド装置２３０は、電流印加開始の直前から電流印加開始時までの特定の時期にホールドを開始し、少なくとも電流印加のあいだホールドし続ける。サンプル・ホールド装置２３０は、好ましくは、電流印加終了に遅れてホールドを解除する。つまり、サンプル・ホールド装置２３０は、電流印加終了後、所定の時間が経過した後にホールドを解除する。
【００４２】
ホールド期間が電流印加期間よりも長く設定されるのは次の理由からである。電圧検出装置２２０等で用いられる回路の帯域は有限であるため、通常、電圧検出装置２２０の出力に現れる駆動信号のパルス幅は駆動電流のパルス幅よりも広くなる。電圧検出装置２２０の出力に現れる駆動信号を完全に除去するために、ホールド期間は電流印加期間すなわち駆動信号のパルス幅よりも長く設定されるとよい。
【００４３】
ピーク検出装置２４０は、サンプル・ホールド装置２３０の出力に基づいて、可動部１１２の振れ角速度のピーク近くの特定の位相を検出する。より詳しくは、ピーク検出装置２４０は、光スキャナー１００の揺動の周期Ｔ［秒］（これは光スキャナー１００の共振周波数ｆｒの逆数に等しい）と、コイル駆動装置の出力のパルス幅ｄ［秒］、０≦ｋ≦１を満たす実数ｋを用いて、次の（１）式で表される位相を検出する。
【００４４】
９０−ｋ・ｄ・３６０/Ｔ［度］・・・（１）
ピーク検出装置２４０は、特定の位相の検出を示すピーク検出信号をコイル駆動装置２１０に出力する。コイル駆動装置２１０は、入力されるピーク検出信号に従って駆動コイル１３２に電流を印加する。より詳しくは、コイル駆動装置２１０は、ピーク検出装置２４０で検出される特定の位相の検出タイミングで立ち上がるパルス状の電流を駆動コイル１３２に供給する。
【００４５】
駆動コイル１３２に供給される駆動電流は、（１）式でｋ＝１の場合に位相が最も早く、振れ角速度のピークでパルスが下がり、（１）式でｋ＝０の場合に位相が最も遅く、振れ角速度のピークでパルスが立ち上がる。つまり、駆動電流は、そのパルスが振れ角速度のピークに重なる。
【００４６】
ピーク検出装置２４０は、具体的には、例えば図８に示されるように、サンプル・ホールド装置２３０の出力信号のうち光スキャナー１００の共振周波数付近の成分のみを選択的に透過させるバンドパスフィルター回路２４２と、バンドパスフィルター回路２４２の出力信号の位相を変化させる位相変化装置２４４と、位相変化装置２４４の出力信号を特定レベルと比較する比較装置２４６とを備えている。
【００４７】
再び図７に戻り、駆動装置２００は、さらに、サンプル・ホールド装置２３０の出力信号に基づいて可動部１１２の振れ角振幅を検出する振幅検出装置２５０と、可動部１１２の振れ角振幅の誤差（すなわち目標値からのずれ）を検出する振幅誤差検出装置２６０とを備えている。
【００４８】
振幅誤差検出装置２６０は、これに入力される振幅検出装置２５０の出力信号と目標振幅信号とを比較して、可動部１１２の実際の振れ角振幅を目標値に一致させるために駆動コイル１３２に供給すべき電流を示す電流制御信号をコイル駆動装置２１０に出力する。
【００４９】
コイル駆動装置２１０は、振幅誤差検出装置２６０から入力される電流制御信号に基づいて、駆動コイル１３２に供給するパルス状の電流の振幅を変化させる。コイル駆動装置２１０は、好ましくは、電流の印加時間すなわちパルス幅を変えずに、電流の振幅のみを変化させる。
【００５０】
振幅検出装置２５０は、例えば、サンプル・ホールド装置２３０の出力信号の交流波形の一周期分の面積に対応する信号を出力する。あるいは、振幅検出装置２５０は、サンプル・ホールド装置２３０の出力信号の交流波形の半周期分の面積に対応する信号を出力する。
【００５１】
このため、振幅検出装置２５０は、例えば図９に示されるように、サンプル・ホールド装置２３０の出力の絶対値信号を求めるための整流回路２５２と、整流回路２５２の出力を平滑化して絶対値信号の平均値に相当する信号を出力するためのローパスフィルター２５４とを備えている。
【００５２】
ローパスフィルター２５４のカットオフ周波数は、好ましくは、その出力にリプルが生じないように、光スキャナー１００の共振周波数よりも十分に低い値が選ばれる。
【００５３】
整流回路２５２は、サンプル・ホールド装置２３０の出力信号の一周期分の面積に対応する信号の出力に対しては全波整流回路で構成され、サンプル・ホールド装置２３０の出力信号の半周期分の面積に対応する信号の出力に対しては半波整流回路で構成される。
【００５４】
第一の駆動例
第一の駆動例は、ピーク検出装置２４０が、サンプル・ホールド装置２３０の出力に基づいて、可動部１１２の振れ角速度のピーク、言い換えれば、可動部１１２の振れ角速度の波形の９０度の位相を検出し、コイル駆動装置２１０が、そのタイミングにパルス状の駆動電流の立ち上がりを合わせて、駆動コイル１３２に電流を印加する駆動である。これは、前述の（１）式において、ｋ＝０の場合に相当している。
【００５５】
以下、このような駆動における駆動装置の動作について説明する。
【００５６】
続く説明では、ピーク検出装置２４０が、直前の駆動コイル１３２へのパルス状の電流印加によって引き起こされた可動部１１２の揺動の振れ角速度のピークを正しく検出したものとして進める。
【００５７】
ピーク検出装置２４０は、振れ角速度のピークの検出を知らせるピーク検出信号を出力する。具体的には、ピーク検出装置２４０の出力つまりピーク検出信号は、後述するように、図１０（ｄ）に示されるように、振れ角速度のピークに同期して立ち上がる矩形パルス波形である。
【００５８】
コイル駆動装置２１０は、ピーク検出信号の立ち上がりに応じて、駆動コイル１３２に対して一定電流の印加を開始する。その後、コイル駆動装置２１０は、所定の時間が経過した後に、駆動コイル１３２への一定電流の印加を停止する。その結果、コイル駆動装置２１０は、図１０（ａ）に示されるように、光スキャナー１００の共振周波数に等しい周波数を有し、振れ角速度のピークに一致するタイミングで立ち上がる矩形パルス波形の電流を駆動コイル１３２に供給する。
【００５９】
駆動コイル１３２への電流印加に応じて、前述したように、駆動コイル１３２と磁気回路１５０との間に生じるローレンツ力により、光スキャナー１００の可動部１１２が揺動する。可動部１１２の揺動により駆動コイル１３２には逆起電力が生じる。この逆起電力は可動部１１２の振れ角速度に比例している。
【００６０】
電圧検出装置２２０は、光スキャナー１００の駆動コイル１３２の両端の電圧を検出する。光スキャナー１００が共振周波数で駆動されている場合、先に図５を参照しながら説明したように、振れ角速度の波形の位相は駆動電流の基本周波数成分の波形の位相と一致している。従って、電圧検出装置２２０の出力は、図１０（ｂ）に示されるように、振れ角速度の正弦波形に駆動電流のパルス波形が重畳された波形になる。
【００６１】
サンプル・ホールド装置２３０は、ピーク検出信号の立ち上がりに応じて、電圧検出装置２２０の出力をホールドする。その後、サンプル・ホールド装置２３０は、電流印加終了に遅れてホールドを解除する。その結果、サンプル・ホールド装置２３０は、図１０（ｃ）に示されるように、電圧検出装置２２０の出力信号から駆動電流に起因するパルス状波形が除去された信号を出力する。サンプル・ホールド装置２３０の出力波形は、基本周波数が振れ角の周波数と一致し、絶対値の平均値が振れ角の振幅に比例している。
【００６２】
ピーク検出装置２４０は、可動部１１２の振れ角速度のピークすなわち９０度の位相を検出する。前述したように、ピーク検出装置２４０は、図８に示されるように、バンドパスフィルター回路２４２と位相変化装置２４４と比較装置２４６とを備えている。
【００６３】
可動部１１２の振れ角速度の９０度の位相を検出するため、例えば、位相変化装置２４４は、それ自体からの出力信号の位相が電圧検出装置２２０の出力信号の位相に対して−９０度になるように、バンドパスフィルター回路２４２の出力信号の位相を変化させる。言い換えれば、光スキャナー１００の共振周波数において、電圧検出装置２２０とサンプル・ホールド装置２３０とバンドパスフィルター回路２４２と位相変化装置２４４による位相変化の合計は−９０度に等しい。
【００６４】
さらに、比較装置２４６は、位相変化装置２４４の出力を０電位と比較し、その比較結果を示す二値信号を出力する。その結果、ピーク検出装置２４０の出力は、図１０（ｄ）に示されるように、振れ角速度のピークに同期して立ち上がる矩形パルス波形となる。
【００６５】
コイル駆動装置２１０は、図１０（ａ）に示されるように、このピーク検出信号の立ち上がりに同期して立ち上がる矩形パルス波形の電流を駆動コイル１３２に供給する。
【００６６】
本実施形態の駆動装置２００は、第一の駆動例においては、振れ角速度のピークに同期して立ち上がるパルス状波形の駆動電流信号を駆動コイル１３２に供給しているので、光スキャナー１００を効率良く駆動することができる。
【００６７】
前述したように、振幅検出装置２５０は、整流回路２５２とローパスフィルター２５４とを備えており、例えば、図１１に示されるように、サンプル・ホールド装置２３０の出力信号の交流波形の一周期分の面積に対応する信号を出力する。ここにおいて、交流波形の一周期分の面積とは、振幅の中心軸と、０度から３６０度までの位相の波形とで囲まれる面積である。
【００６８】
交流波形の一周期分の面積は、交流波形の一周期分の絶対値信号の平均値を表している。図１１において、斜線部の面積は振れ角速度の振幅に比例しており、振れ角速度の振幅は振れ角の振幅に比例している。従って、振幅検出装置２５０から出力される絶対値信号の平均値は、可動部１１２の振れ角の振幅に比例している。
【００６９】
振幅誤差検出装置２６０は、振幅検出装置２５０の出力信号と目標振幅信号とを比較して、可動部１１２の振れ角振幅を目標値に一致させるために駆動コイル１３２に印加すべき一定電流の電流値すなわちパルス状の電流波形の振幅を求め、それを示す電流制御信号をコイル駆動装置２１０に出力する。
【００７０】
コイル駆動装置２１０は、電流制御信号に従って、駆動コイル１３２に印加する一定電流の電流値すなわちパルス状の電流波形の振幅のみを変更する。つまり、コイル駆動装置２１０は、電流の印加時間すなわちパルス幅を一定に維持したまま、一定電流の電流値すなわちパルス状の電流波形の振幅を変更する。これにより、可動部１１２の振れ角振幅が調整される。
【００７１】
図１１は、振幅の異なる二種類のパルス状の駆動電流波形に対するサンプル・ホールド装置２３０の出力信号の交流波形の一周期分を示している。図１１から分かるように、波形つまり斜線部の形状は、パルス状の電流波形の振幅の変更に対して、横方向に関しては変化はなく、縦方向に関してのみ変化している。つまり、斜線部は、パルス状の電流波形の振幅の変更により、縦方向のみが独立に拡大縮小される。従って、一周期分の面積すなわち斜線部の面積は、パルス状の電流波形の振幅に比例している。
【００７２】
このように、本実施形態の駆動装置２００は、駆動電流信号の振幅を変更することによって、可動部１１２の振れ角振幅を調整しているので、振幅調整範囲に実質的に制限がない。
【００７３】
以上は、図１０（ａ）に示される片方の極性のみを有する波形のパルス状電流による駆動について説明したが、図１２（ａ）に示される両方の極性を有する波形のパルス状電流によっても同様に駆動することができる。
【００７４】
この場合、図１２（ａ）に示される両極性の矩形パルス波形の電流の駆動コイル１３２への供給に対して、電圧検出装置２２０は、図１２（ｂ）に示される、振れ角速度の正弦波形に駆動電流のパルス波形が重畳された波形を出力し、サンプル・ホールド装置２３０は、図１２（ｃ）に示される電圧検出装置２２０の出力信号から駆動電流に起因するパルス状波形が除去された波形を出力し、ピーク検出装置２４０は、図１２（ｄ）に示される振れ角速度のピークに同期して立ち上がる矩形パルス波形を出力する。
【００７５】
コイル駆動装置２１０は、ピーク検出装置２４０の出力波形の立ち上がりに同期して駆動波形の正側のパルスを出力し、例えば、ピーク検出装置２４０の出力波形の位相を１８０度変えた信号波形の立ち上がりに同期して駆動波形の負側のパルスを出力する。あるいは、ピーク検出装置２４０が更に振れ角速度の極小（ボトム）を検出し、その出力波形の立ち上がりに同期してコイル駆動装置２１０が駆動波形の負側のパルスを出力してもよい。
【００７６】
また、コイル駆動装置からコイルへ印加される電流の波形は、矩形パルス波形ではなく、正弦波形などを駆動パルス幅で切り取った波形としてもよい。この場合、駆動信号に含まれる、共振周波数以外の成分を低減することができる。
【００７７】
上述した説明においては、ピーク検出装置の位相変化装置の位相変化量は−９０度としているが、位相変化装置の位相変化量を９０度とする構成においても、振れ角速度の９０−ｄ・１８０／Ｔ度の位相に同期して駆動を行なうことができる。この場合、駆動パルスは比較装置の出力の立ち下がりに同期して出力する。
【００７８】
第二の駆動例
第二の駆動例は、駆動電流のパルスの中央が可動部１１２の振れ角速度のピークに一致する駆動である。より詳しくは、ピーク検出装置２４０が、サンプル・ホールド装置２３０の出力に基づいて、可動部１１２の振れ角速度の波形の９０−ｄ・１８０/Ｔ度の位相を検出し、コイル駆動装置２１０が、そのタイミングで立ち上がるパルス状の駆動電流を駆動コイル１３２に供給する駆動である。これは、前述の（１）式において、ｋ＝１/２の場合に相当している。
【００７９】
以下、このような駆動における駆動装置の動作について説明する。
【００８０】
コイル駆動装置２１０は、図１３（ｄ）に示されるピーク検出信号の立ち上がりに応じて、駆動コイル１３２に対して一定電流の印加を開始する。その後、コイル駆動装置２１０は、所定の時間が経過した後に、駆動コイル１３２への一定電流の印加を停止する。その結果、コイル駆動装置２１０は、図１３（ａ）に示されるように、光スキャナー１００の共振周波数に等しい周波数を有し、振れ角速度のピークの前に立ち上がる矩形パルス波形の電流を駆動コイル１３２に供給する。駆動コイル１３２へのパルス状の電流供給は、光スキャナー１００の可動部１１２を揺動させる。可動部１１２の揺動は、振れ角速度に依存した逆起電力を駆動コイル１３２に生じさせる。
【００８１】
電圧検出装置２２０は、光スキャナー１００の駆動コイル１３２の両端の電圧を検出する。電圧検出装置２２０の出力は、図１３（ｂ）に示されるように、振れ角速度の正弦波形に駆動電流のパルス波形が重畳された波形になる。電圧検出装置２２０の出力は、より詳しくは、図１４に示されるように、周期Ｔの振れ角速度の正弦波形に、Ｔ/４−ｄ/２で立ち上がる時間幅ｄのパルスが重畳された波形である。パルスの中央は可動部１１２の振れ角速度のピークに一致している。パルスの立ち上がりは、位相で表せば、９０−ｄ・１８０/Ｔ度である。
【００８２】
サンプル・ホールド装置２３０は、ピーク検出信号の立ち上がりに応じて、電圧検出装置２２０の出力をホールドする。その後、サンプル・ホールド装置２３０は、電流印加終了に遅れてホールドを解除する。その結果、サンプル・ホールド装置２３０の出力は、図１３（ｃ）に示されるように、電圧検出装置２２０の出力信号から駆動電流に起因するパルス状波形が除去された波形になる。
【００８３】
ピーク検出装置２４０は、可動部１１２の振れ角速度の９０−ｄ・１８０/Ｔ度の位相を検出する。このため、位相変化装置２４４は、それ自体からの出力信号の位相が電圧検出装置２２０の出力信号の位相に対して−（９０−ｄ・１８０/Ｔ）度になるように、バンドパスフィルター回路２４２の出力信号の位相を変化させる。さらに、比較装置２４６は、位相変化装置２４４の出力を０電位と比較し、その比較結果を示す二値信号を出力する。その結果、ピーク検出装置２４０の出力は、図１３（ｄ）に示されるように、振れ角速度の９０−ｄ・１８０/Ｔ度の位相に同期して立ち上がる矩形パルス波形になる。
【００８４】
コイル駆動装置２１０は、図１３（ａ）に示されるように、このピーク検出信号の立ち上がりに同期して立ち上がる矩形パルス波形の電流を駆動コイル１３２に供給する。
【００８５】
本実施形態の駆動装置２００は、第二の駆動例においては、振れ角速度のピークに時間幅の中央が一致しているパルス波形の駆動電流信号を駆動コイル１３２に供給しているので、光スキャナー１００を更に効率良く駆動することができる。
【００８６】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００８７】
例えば、コイル駆動装置からコイルへ印加される電流の波形は、矩形パルス波形ではなく、正弦波などを駆動パルス幅で切り取った波形としてもよい。この場合、駆動信号に含まれる、共振周波数以外の成分を低減することができる。
【００８８】
上述した説明においては、ピーク検出装置の位相変化装置の位相変化量は−（９０−ｄ・１８０/Ｔ）度としているが、位相変化装置の位相変化量を（９０＋ｄ・１８０/Ｔ）度とする構成においても、振れ角速度の９０−ｄ・１８０/Ｔ度の位相に同期して駆動を行なうことができる。この場合、駆動パルスは比較装置の出力の立ち下がりに同期して出力する。
【００８９】
また、上述した説明においては、振幅検出装置２５０は、可動部１１２の振れ角振幅を、サンプル・ホールド装置２３０の出力に基づいて求めているが、ピーク検出装置２４０内のバンドパスフィルター回路２４２の出力に基づいて求めてもよい。
【００９０】
また、ピーク検出装置２４０は、可動部１１２の振れ角速度の９０度の位相を検出するために、位相変化装置２４４において、その出力信号の位相が電圧検出装置２２０の出力信号の位相に対して−（９０−ｋ・ｄ・３６０/Ｔ）度になるように、バンドパスフィルター回路２４２の出力信号の位相を変化させるとともに、比較装置２４６において、位相変化装置２４４の出力を０電位と比較しているが、変化させる位相量や比較する電位は、これらの値に限定されるものではなく、適宜変更されてもよい。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動効率の良い電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置が提供される。また、振れ角振幅を広い範囲で精度良く調整し得る電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の駆動装置によって駆動される電磁駆動式アクチュエーターを示している。
【図２】図１の電磁駆動式アクチュエーターすなわち光スキャナーを正弦波で駆動した際の駆動周波数−振れ角の周波数特性を示している。
【図３】図１の光スキャナーを正弦波で駆動した際の振れ角と振れ角速度を示している。
【図４】図１の光スキャナーを正弦波で駆動した際の駆動周波数に対する振れ角速度の周波数特性を示している。
【図５】図１の光スキャナーを片極性の矩形波で駆動した際における駆動電流信号とその基本周波数成分の正弦波と振れ角と振れ角速度を示している。
【図６】図１の光スキャナーを両極性の矩形波で駆動した際における駆動電流信号とその基本周波数成分の正弦波と振れ角と振れ角速度を示している。
【図７】図１の光スキャナーを駆動するための本発明の駆動装置の実施形態の構成を示している。
【図８】図７に示されるピーク検出装置の構成を示している。
【図９】図７に示される振幅検出装置の構成を示している。
【図１０】図１の光スキャナーを第一の駆動例（振れ角速度波形の９０度の位相検出）に従って片極性の矩形波で駆動した際における図７の駆動装置のコイル駆動装置の出力（駆動波形）と電圧検出装置の出力とサンプル・ホールド装置の出力とピーク検出装置の出力とを示している。
【図１１】振幅の異なる二種類のパルス状の駆動電流波形に対するサンプル・ホールド装置の出力信号の交流波形の一周期分を示している。
【図１２】図１の光スキャナーを第一の駆動例に従って両極性の矩形波で駆動した際における図７の駆動装置のコイル駆動装置の出力（駆動波形）と電圧検出装置の出力とサンプル・ホールド装置の出力とピーク検出装置の出力とを示している。
【図１３】図１の光スキャナーを第二の駆動例（振れ角速度波形の９０−ｄ・１８０/Ｔ度の位相検出）に従って片極性の矩形波で駆動した際における図７の駆動装置のコイル駆動装置の出力（駆動波形）と電圧検出装置の出力とサンプル・ホールド装置の出力とピーク検出装置の出力とを示している。
【図１４】図１３に示される電圧検出装置の出力を拡大して示している。
【符号の説明】
２００ 駆動装置
２１０ コイル駆動装置
２２０ 電圧検出装置
２３０ サンプル・ホールド装置
２４０ ピーク検出装置
２４２ バンドパスフィルター回路
２４４ 位相変化装置
２４６ 比較装置
２５０ 振幅検出装置
２５２ 整流回路
２５４ ローパスフィルター
２６０ 振幅誤差検出装置

Claims (21)

1. 可動部と、固定部と、可動部と固定部を連結している連結部と、固定部と可動部の一方に固定された磁界発生部材と、固定部と可動部の他方に固定された駆動コイルとを有している電磁駆動式アクチュエーターを駆動するための駆動装置であって、駆動コイルに可動部の共振周波数と同じ周波数のパルス状の電流を供給することにより駆動コイルと磁界発生部材との間に作用する力を利用して可動部を固定部に対して共振状態で揺動させる駆動装置であって、
   駆動コイルに所定の期間だけ電流を印加するためのコイル駆動装置と、
   駆動コイルの両端の電圧を検出するための電圧検出装置と、
   電流印加開始の直前から電流印加開始時までの特定の時期にホールドを開始し、電圧検出装置の検出電圧を少なくとも電流印加のあいだホールドし続けるためのサンプル・ホールド装置と、
   サンプル・ホールド装置の出力から可動部の共振周波数付近の成分のみを選択的に透過させ、この成分の位相を変化させ、二値化し、この二値化した信号の位相であって、コイル駆動装置から電流を印加する所定期間内に可動部の振れ角速度のピークが含まれるように、電流の印加を開始する特定の位相を検出するためのピーク検出装置とを備えており、
   コイル駆動装置は、ピーク検出装置で検出される特定の位相の検出タイミングに合わせて電流の印加を開始する、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
2. 請求項１において、コイル駆動装置は駆動コイルに所定の期間だけ一定の電流を印加する、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
3. 請求項１において、ピーク検出装置は、可動部の振れ角速度の９０−ｋ・ｄ・３６０/Ｔ度（ここに、Ｔはアクチュエーターの共振周波数の逆数に相当する周期[秒]、ｄはコイル駆動装置の出力のパルス幅[秒]、ｋは０≦ｋ≦１を満たす実数である）の位相を検出する、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
4. 請求項３において、ピーク検出装置は、可動部の振れ角速度の９０度の位相を検出する、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
5. 請求項３において、ピーク検出装置は、可動部の振れ角速度の９０−ｄ・１８０/Ｔ度の位相を検出する、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
6. 請求項１において、振れ角速度のピーク検出装置は、サンプル・ホールド装置の出力信号のうちアクチュエーターの共振周波数付近の成分のみを選択的に透過させるバンドパスフィルター回路と、バンドパスフィルター回路の出力信号の位相を変化させる位相変化装置と、位相変化装置の出力信号を特定レベルと比較する比較装置とを備えている、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
7. 請求項６において、位相変化装置は、それ自体からの出力信号の位相が電圧検出装置の出力信号の位相に対して＋９０度若しくは−９０度になるように、バンドパスフィルター回路の出力信号の位相を変化させる、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
8. 請求項６において、位相変化装置は、それ自体からの出力信号の位相が電圧検出装置の出力信号の位相に対して＋９０(Ｔ＋２ｄ)/Ｔ度若しくは−９０(Ｔ−２ｄ)/Ｔ度（ここに、Ｔはアクチュエーターの共振周波数の逆数に相当する周期[秒]、ｄはコイル駆動装置の出力のパルス幅[秒]である）になるように、バンドパスフィルター回路の出力信号の位相を変化させる、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
9. 請求項１において、サンプル・ホールド装置は、コイル駆動装置の電流印加終了に遅れてホールドの解除を行なう、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
10. 請求項１において、サンプル・ホールド装置の出力信号に基づいて可動部の振れ角振幅を検出する振幅検出装置と、目標値に対する可動部の振れ角振幅の誤差を検出する振幅誤差検出装置とを更に備えており、コイル駆動装置は振幅誤差検出装置の出力信号に基づいて駆動コイルに供給するパルス状の電流の振幅を変化させる、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
11. 請求項１０において、コイル駆動装置は、電流の印加時間を変えずに、電流の振幅のみを変化させる、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
12. 請求項１０において、振幅検出装置は、サンプル・ホールド装置の出力信号の交流波形の一周期分の面積に対応する信号を出力する、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
13. 請求項１２において、振幅検出装置は全波整流回路とローパスフィルタとを備えている、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
14. 請求項１０において、振幅検出装置は、サンプル・ホールド装置の出力信号の交流波形の半周期分の面積に対応する信号を出力する、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
15. 請求項１４において、振幅検出装置は半波整流回路とローパスフィルタとを備えている、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
16. 請求項６において、サンプル・ホールド装置の出力信号若しくはバンドパスフィルター回路の出力信号に基づいて可動部の振れ角振幅を検出する振幅検出装置と、可動部の振れ角振幅の目標値に対する誤差を検出する振幅誤差検出装置とを更に備えており、コイル駆動装置は振幅誤差検出装置の出力信号に基づいて駆動コイルに供給するパルス状の電流の振幅を変化させる、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
17. 請求項１６において、コイル駆動装置は、電流の印加時間を変えずに、電流の振幅のみを変化させる、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
18. 請求項１６において、振幅検出装置は、サンプル・ホールド装置の出力信号若しくはバンドパスフィルター回路の出力信号の交流波形の一周期分の面積に対応する信号を出力する、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
19. 請求項１８において、振幅検出装置は全波整流回路とローパスフィルタとを備えている、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
20. 請求項１６において、振幅検出装置は、サンプル・ホールド装置の出力信号若しくはバンドパスフィルター回路の出力信号の交流波形の半周期分の面積に対応する信号を出力する、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。
21. 請求項２０において、振幅検出装置は半波整流回路とローパスフィルタとを備えている、電磁駆動式アクチュエーターの駆動装置。

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