JP4316274B2 - アクチュエータ駆動制御装置 - Google Patents
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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限値及び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、前記メッシュ数は、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求めるとよい。
【００１２】
また、前記アクチュエータは、請求項５のように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限値及び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、前記走査時間は、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求めるとよい。
【００１４】
そして、請求項７の構成においては、さらに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、上限値及び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限値及び下限値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の上限値及び下限値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限値及び下限値と比較され、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の駆動条件の上限値及び下限値と比較され、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、さらにスキャナ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の点灯及び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の点灯及び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
【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限値及び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、前記メッシュ数は、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求めるとよい。
【００１２】
また、前記アクチュエータは、請求項５のように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限値及び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、前記走査時間は、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求めるとよい。
【００１４】
そして、請求項７の構成においては、さらに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、上限値及び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限値及び下限値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の上限値及び下限値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限値及び下限値と比較され、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の駆動条件の上限値及び下限値と比較され、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、さらにスキャナ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の点灯及び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の点灯及び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
Claims (7)
- 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。 - 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。
- 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限値及び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。
- 前記メッシュ数は、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求められる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。
- 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、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限値及び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。
- 前記走査時間は、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求められる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。
- 前記駆動周波数設定手段は、さらに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３〜６のいずれか一つに記載のアクチュエータ駆動制御装置。
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