JP2003043402A

JP2003043402A - 光スキャナ駆動回路

Info

Publication number: JP2003043402A
Application number: JP2001228113A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Sakai; 信明酒井
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】光スキャナの振動中心のふらつきを除去するこ
とができ、高精度な振動制御を行うことが可能な光スキ
ャナ駆動回路を提供する。【解決手段】駆動コイルに交流成分を含む電流を供給
し、可動板を角度振動させる振動駆動手段と、センサコ
イルに生じる誘導起電力を検出する起電力検出手段を備
えた振動検出手段と、前記角度振動の周波数を制御する
振動周波数制御手段４０１と、前記振動検出手段が出力
する検出信号に基づいて、前記角度振動の振幅を制御す
る第１の振動振幅制御手段４０３，４０４，４０５，４
０６，４０７，４０２，４１２と、前記振動検出手段が
出力する検出信号に基づいて、前記角度振動以外の周波
数成分を有する振動状態を制御する第２の振動振幅制御
手段４０３，４１０，４１１，４１２とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光を反
射しその反射光を１次元または２次元に走査する光スキ
ャナを駆動する、光スキャナ駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光スキャナとして、例えば、ＵＳ
Ｐ−４９１９５００号公報や特開平１０−１２３４４９
号に開示されたものがある。特に後者の光スキャナは半
導体製造技術により製作され、小型、薄型といった特徴
を持っている。以下にその動作原理について説明する。

【０００３】図１は光スキャナの動作原理を説明するた
めの概略構成図である。図１に示すように、光スキャナ
はミラー面１０１ａと平行にコイルパターン（駆動コイ
ル１０２）が形成されたミラー部１０１と、ミラー部１
０１を振動させるためのばね部１０４ａ，１０４ｂと、
ミラー部１０１が静止状態時のミラー面１０１ａとほぼ
平行な磁界を生じさせるためのミラー部１０１の近傍に
配置された永久磁石１０５ａ，１０５bとを備えてい
る。ばね部１０４ａ，１０４ｂは、図示省略した、任意
の装置に設置するための支持体に接続されている。そし
て、駆動コイル１０２に交流電流（周波数ｆ）を流すこ
とにより、ミラー面１０１ａに垂直な向きにフレミング
左手の法則に従う力を発生させ、ミラー部１０１を周波
数ｆで振動させるようになっている。

【０００４】このときの振れ角θと発生力Ｆには、交流
電流ＩをＩ₀ｓｉｎ（２πｆｔ）、磁界の強さをＨ（磁
束密度Ｂ）、コイルの巻き数をＮ、コイルの面積をＳ、
真空誘磁率をμ₀とすると、次式(1) の関係があり、振れ角θは次式(2)に示す運動方程式を
解くことによって求めることができる。但し、kはばね部のねじりばね定数であり、光スキャナ
の機械的共振周波数をｆｃとすると、ｋ＝（２πｆ_c）²
の関係がある。また、Dは減衰係数、Jは光スキャナの慣
性モーメントである。また、振れ角θと交流電流の駆動
周波数fとの関係は、振れ角θが小さいものとして、上
記式(1)，(2)より、次式(3) と表すことができる。図２は上記式(3)をプロットした
ものである。図２(a)に示すように、交流電流の周波数
ｆを機械的共振周波数ｆ_cに合わせると最大の振れ角
（振動振幅）が得られる。このような理由から、光スキ
ャナの駆動では、駆動信号の周波数を光スキャナの機械
的共振周波数に合わせることが一般的となっている。

【０００５】ところで、上述した光スキャナの駆動を安
定させるためには、光スキャナの振動状態を検出するた
めのセンサが必要となる。そのようなセンサを用いた光
スキャナとしては、例えば、特開平１１−２４２１８０
号公報に開示されているように、図１の構成に加えて、
ミラー部１０１に駆動コイル１０２とは別のコイルパタ
ーン（以下、センサコイル１０３）を駆動コイル１０２
と同一の平面上にほぼ同心状に設けて（図３参照）、ミ
ラー部１０１が振動する際にセンサコイル１０３が磁界
と鎖交することによって発生する起電力を検出すること
で振動状態を検出するようにした光スキャナが知られて
いる。

【０００６】ここで、このような構成の光スキャナにお
ける振動状態の検出方法では、センサコイルに発生する
起電力Ｖ_rは、次式(4)で与えられる。但し、Ｎ_sはセンサコイルの巻き数、Ｂは磁束密度、Ｓ_s
はセンサコイルの面積である。

【０００７】ここで、光スキャナを機械的共振周波数ｆ
_cで駆動する場合を考える。光スキャナヘの駆動信号を
Ｉ＝Ｉ₀ｓｉｎ（２πｆ_cｔ）とおくと、光スキャナの振
動は駆動信号に対して位相が９０°遅れるので、次式
(5) とおくことができる。ここでθ₀は上記式(3)で与えられ
る定数定数θ₀＝θ（ｆ_c）である。従って、上記式(4)
で表される起電力Ｖ_rは、振れ角θ（θ₀）が小さいもの
として、次式(6) と近似することができる。

【０００８】また、光スキャナを共振周波数より十分低
い任意の周波数ｆで駆動する場合は、駆動信号をＩ＝Ｉ
₀ｓｉｎ（２πｆｔ）とすると、光スキャナの振動は駆
動信号に対し位相が一致するので、次式(7) とおくことができ、従って上記式(4)で表される起電力
Ｖ_rは、振れ角θ（θ₀）が小さいものとして、次式(8) と近似することができる。このように、センサコイルに
発生する起電力Ｖ_rを検出すれば光スキャナの振動状態
を知ることができる。

【０００９】なお、上述した光スキャナを安定動作させ
るための制御駆動回路は、特開平０９−１０１４７４号
公報に開示されているものが一般的である。この制御駆
動回路は、光スキャナを常に共振周波数で駆動するため
の周波数追従制御機能（正帰還制御機能）と、所望とす
る振動振幅で安定動作させるための振幅制御機能（負帰
還制御機能）とを有している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光スキャナ制御駆動回路には次のような問題があ
る。上述した光スキャナの運動状態は、理論的には、上
記式(5)、あるいは上記式(7)のように単一の周波数の振
動運動となるが、実際には、電気ノイズや機械的な振動
ノイズ、あるいは磁気ノイズの影響で、次式(9)、ある
いは次式(10)に示すような複数の周波数成分を含んだ振
動運動となっている。これらの式(9)、あるいは式(10)について簡単に説明す
ると、に示す第１項は、図４(a)に示すように、所望
の光スキャナの振動運動に対して振幅変調的なノイズが
乗っている状態を示し、に示す第２項は、図４(b)に
示すように、所望の光スキャナの振動運動に対してその
振動の中心がふらついている状態（交流のオフセットが
乗っている状態）を示している。そして実際の光スキャ
ナの振動運動は、図４(c)のように、との振動が重
畳された状態となっている（なお、本発明では、所望の
光スキャナの振動運動よりも高い周波数のノイズは無視
できるものとして扱っている。なぜなら、図２に示す振
動特性を見ればわかるように、光スキャナの振動運動
は、高い周波数のノイズに対して影響を受けにくいから
である。）。

【００１１】ところで、従来の光スキャナ制御駆動回路
では、所望の振動振幅で安定動作させるための振幅制御
を有しているので、に示す振幅変調ノイズは除去する
ことが可能である。しかしながら、に示す振動の中心
のふらつきについては除去できない構成となっており、
これにより高精度に光スキャナを駆動することができな
いといった問題があった。

【００１２】そこで、本発明は、上述の問題点を鑑みて
なされたものであり、光スキャナの振動中心のふらつき
を除去することができ、高精度な振動制御を行うことが
可能な光スキャナ駆動回路を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するため、本第１の発明による光スキャナ駆動回路は、
任意の部材に設置するための支持体と、少なくとも一方
の面が光の反射面である可動板と、前記支持体と前記可
動板を接続する弾性部材と、前記可動板近傍に所定の間
隔をあけて配置された磁石と、前記可動板上に形成され
た駆動コイルと、前記可動板の、前記駆動コイルとほぼ
同一平面上に形成されたセンサコイルとを有する光スキ
ャナにおいて、前記駆動コイルに少なくとも交流成分を
含む電流を供給し、前記可動板を所定の角度範囲内で角
度振動させる振動駆動手段と、前記センサコイルに生じ
る誘導起電力を検出し、それに応じた検出信号を出力す
る起電力検出手段を備えた振動検出手段と、前記角度振
動の周波数を制御する振動周波数制御手段と、前記振動
検出手段が出力する検出信号に基づいて、前記角度振動
の振動振幅を制御する第１の振動振幅制御手段と、前記
振動検出手段が出力する検出信号に基づいて、前記角度
振動以外の周波数成分を有する振動状態を制御する第２
の振動振幅制御手段とを有することを特徴とする。

【００１４】このように構成した本第１の発明によれ
ば、磁石を可動板近傍に所定の間隔を有するように配置
し、可動板上に形成された駆動コイルに少なくとも交流
成分を含む電流を供給することで、可動板上に形成され
た駆動コイルに力を生じさせることができ、それにより
可動板を角度振動させることができる。また、振動検出
手段は、起電力検出手段が可動板上に形成されたセンサ
コイルに生じる誘導起電力を検出することにより、可動
板の振動状態を検出することができる。また、振動周波
数制御手段は可動板を角度振動させるための周波数を制
御する。そして振動検出手段はその振動状態を検出し、
その検出信号に基づいて、第１の振動振幅制御手段は角
度振動の振動振幅を制御することができる。また、上記
検出信号に基づいて、第２の振動振幅制御手段は可動板
の角度振動以外の周波数成分を有する振動状態を制御す
ることができる。

【００１５】また、本第２の発明による光スキャナ駆動
回路は、任意の部材に設置するための支持体と、少なく
とも一方の面が光の反射面である可動板と、前記支持体
と前記可動板を接続する弾性部材と、前記可動板に前記
弾性部材を介して連結された磁石と、前記支持体に設け
られた駆動コイルと、前記支持体に設けられたセンサコ
イルとを有する光スキャナにおいて、前記駆動コイルに
少なくとも交流成分を含む電流を供給し、前記可動板を
所定の角度範囲内で角度振動させる振動駆動手段と、前
記センサコイルに生じる誘導起電力を検出し、それに応
じた検出信号を出力する起電力検出手段を備えた振動検
出手段と、前記角度振動の周波数を制御する振動周波数
制御手段と、前記振動検出手段が出力する検出信号に基
づいて、前記角度振動の振動振幅を制御する第１の振動
振幅制御手段と、前記振動検出手段が出力する検出信号
に基づいて、前記角度振動以外の周波数成分を有する振
動状態を制御する第２の振動振幅制御手段とを有するこ
とを特徴とする。

【００１６】このように構成した本第２の発明によれ
ば、支持体に設けられた駆動コイルに少なくとも交流成
分を含む電流を供給することで、可動板に弾性部材を介
して連結された磁石に力を生じさせることができ、それ
により可動板を角度振動させることができる。また、振
動検出手段は、起電力検出手段が支持体に設けられたセ
ンサコイルに生じる誘導起電力を検出することにより、
可動板の振動状態を検出することができる。

【００１７】また、本第１又は第２の発明では、前記第
２の振動振幅制御手段が、前記角度振動の周波数よりも
低い周波数成分を前記検出信号より抽出するためのロー
パスフィルターと、その出力がゼロとなるよう前記可動
板の振動状態を制御する低周波振動除去手段を備えてい
るのが好ましい。

【００１８】このように構成すれば、ローパスフィルタ
ーが可動板の角度振動よりも低い周波数をもつ振動運動
を抽出し、低周波振動除去手段がローパスフィルターの
出力をゼロにするよう制御することで、可動板の角度振
動よりも低い周波数をもつ振動運動を除去することがで
きる。

【００１９】また、上記各発明では、前記振動周波数制
御手段が、前記検出信号に基づいて前記可動板を機械的
共振周波数で角度振動させる共振周波数追従制御手段を
備えているのが好ましい。

【００２０】このように構成すれば、可動板を、その機
械的共振周波数で角度振動させ続けることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光スキャナ駆動回
路の実施の形態について説明する。図３に示すように、
本発明の駆動回路が適用される光スキャナ１はミラー面
１０１ａと平行にコイルパターン（駆動コイル１０２）
およびセンサコイル１０３が形成されたミラー部１０１
と、ミラー部１０１を振動させるためのばね部１０４
ａ，１０４ｂと、ミラー部１０１の近傍に配置された、
ミラー部１０１が静止状態時のミラー面１０１ａとほぼ
平行な磁界を生じさせるための２つの永久磁石１０５
ａ，１０５bとを備えている。ばね部１０４ａ，１０４
ｂは、図示省略した、任意の部材を固定するための支持
体に接続されている。そして、駆動コイル１０２に交流
電流（周波数ｆ）を流すことにより、ミラー面１０１ａ
に垂直な向きにフレミング左手の法則に従う力を発生さ
せ、ミラー部１０１を周波数ｆで振動させるようになっ
ている。

【００２２】図５は本発明の駆動回路が適用される、光
スキャナ１を制御駆動するための回路の概略構成を示す
ブロック図である。図５に示す回路では、図示しないＰ
Ｃ等の操作コントローラにより、光スキャナ１の振動振
幅（振れ角）や振動周波数など、光スキャナ１の所望の
駆動条件を指示するコントロール信号をコントロール回
路４に供給する。コントロール回路４は、コントロール
信号を受けて駆動回路２に駆動指令信号Ｖ_dを出力す
る。駆動回路２は、駆動指令信号Ｖ_dに基づいて駆動信
号（交流信号）を駆動コイル１０２に出力する。こうし
て光スキャナ１は所定の振れ角、周波数で振動すること
になる。このとき、センサコイル１０３の両端には、セ
ンサコイル１０３が永久磁石１０５ａ，１０５ｂによっ
て生成される磁界と鎖交することにより、起電力（セン
サ信号）が発生する。この起電力（センサ信号）は、検
出回路３により検出され、検出信号Ｖ_sとしてコントロ
ール回路４にフィードバックされる。コントロール回路
４では、この検出信号Ｖ_sを監視し、光スキャナ１の振
動振幅（振れ角）や振動周波数が所定の値から外れた場
合には駆動回路２に出力するための駆動指令信号Ｖ_dを
補正する。このようにして光スキャナ１を安定した状態
に制御駆動することができるようになっている。

【００２３】次に、上述した駆動回路２と検出回路３、
およびコントロール回路４の構成例を図６及び図７にそ
れぞれ示す。図６に示すように、駆動回路２は、オペア
ンプ２０１と、抵抗素子（Ｒ０）２０２とで構成され、
これらによって駆動指令信号Ｖ_dを駆動信号（交流信
号）に変換するようになっている。ここで、駆動指令信
号Ｖ_dと駆動信号（交流信号）との関係は、駆動コイル
１０２に供給する駆動信号をＩ＝Ｉ₀ｓｉｎ(２πｆｔ)
とおくと、次式(11) となる。

【００２４】また、検出回路３は、オペアンプ３０１
と、抵抗素子（Ｒ１）３０２と、抵抗素子（Ｒ１）３０
３と、抵抗素子（Ｒ２）３０４と、抵抗素子（Ｒ２）３
０５とで構成され、これらによって起電力（センサ信
号）を検出信号Ｖ_sに変換するようになっている。ここ
で、起電力と検出信号Ｖ_sとの関係は、起電力をＶ_r、セ
ンサコイルの抵抗値をＲsensとおき、センサコイル１０
３の自己インダクタンスや配線容量等は無視できるもの
として、次式(12) と表すことができる。

【００２５】図７は検出回路３が出力した検出信号Ｖ_s
に基づいて光スキャナ１の振動振幅、振動周波数を制御
するコントロール回路４の第一実施形態（コントロール
回路４ａ）を示すブロック図である。本発明では、この
コントロール回路４の回路構成に大きな特徴がある。本
実施形態のコントロール回路４ａは、共振周波数追従制
御をしない構成となっており、振動周波数は発振回路４
０１によりオープン制御されるようになっている。コン
トロール回路４ａは、増幅回路４０３と、ＢＰＦ（バン
ドパスフィルター）回路４０４と、振幅検出回路４０５
と、引算回路４０６と、ＰＩ回路４０７と、ゲインコン
トロール回路４０２と、引算回路４１２とにより負帰還
ループを構成することで光スキャナ１を所望の振動振幅
（振れ角）で振動させる機能（振動振幅制御機能）を有
している。また、コントロール回路４ａは、増幅回路４
０３と、ＬＰＦ（ローパスフィルター）回路４１０と、
ＰＩ回路４１１と、引算回路４１２とにより負帰還ルー
プを構成することで光スキャナ１を所望の振動運動以外
の振動を除去する機能（振動中心一定制御機能）を有し
ている。

【００２６】図７において、コントロール信号は周波数
指令値と振幅指令値の２つあり、まず周波数指令値が発
振回路４０１に供給される。発振回路４０１では、周波
数指令値に示された周波数で所定の振幅をもつ正弦波、
あるいはその正弦波成分を含む矩形波（パルス波）の信
号を生成し、ゲインコントロール回路４０２に出力す
る。ゲインコントロール回路４０２では、ＰＩ回路４０
７から出力される制御信号に基づいて、発振回路４０１
から出力される正弦波（あるいは正弦波成分を含む矩形
波やパルス波）信号の振幅をコントロールし、その結果
を引算回路４１２に出力する。

【００２７】増幅回路４０３は、検出信号Ｖ_sの信号レ
ベル（信号の振幅）をコントロールし易くするために所
定の倍率で増幅するように構成されており、その結果を
ＢＰＦ回路４０４とＬＰＦ回路４１０とに供給するよう
になっている。ＢＰＦ回路４０４は、振動周波数成分
（周波数指令値に示された周波数成分）のみを抽出する
バンドパスフィルターで構成されている。なお、ＢＰＦ
回路４０４は、高周波ノイズが少ない場合にはＨＰＦ回
路（ハイパスフィルター回路）で構成しても同様の効果
が得られる。

【００２８】振幅検出回路４０５は、供給された信号の
振幅値（あるいはＲＭＳ値）を検出するための回路であ
り、その結果を引算回路４０６に出力するようになって
いる。引算回路４０６は、振幅検出回路４０５で求めた
振幅値とコントロール信号である振幅指令値との偏差を
求める回路であり、その結果である偏差信号をＰＩ回路
４０７へ出力するようになっている。ＰＩ回路４０７
は、Ｉ回路（積分回路）とＰ回路（比例回路）とを有し
て構成されており、引算回路４０６から出力される偏差
信号を所定のゲインで増幅し、その結果である制御信号
をゲインコントロール回路４０２に出力するようになっ
ている。

【００２９】ＬＰＦ回路４１０は、所望の振動周波数
（周波数指令値で指示された周波数）よりも低い周波数
成分のみを抽出するローパスフィルターで構成されてい
る。ＰＩ回路４１１は、ＬＰＦ回路４１０で抽出された
低周波成分に所定のゲインを施す回路で、Ｉ制御回路
（積分回路）とＰ制御回路（比例回路）を有しており、
そのゲイン特性はＰＩ回路４０７のような一般的なＰＩ
回路とは異なり、図９(a)に示すように、Ｐ制御により
ＤＣ成分のゲインを抑えた特性になっている。なぜな
ら、上記式(8)からもわかるように、周波数ｆがゼロで
あるＤＣ領域ではセンサコイル１０３に生じる起電力Ｖ
_rはゼロとなる。すなわち、センサコイル１０３ではミ
ラー部１０１のＤＣ的な動作を検出することができない
ため、ＤＣ領域のゲインを大きくすることは可動板の振
動制御の精度を低下させる原因になるからである。この
ような観点から、ＰＩ回路４１１を、図９(b)に示すよ
うなゲイン特性、すなわちＤ制御回路（微分回路）を付
加した回路にするとさらに効果的である。そしてＰＩ回
路４１１の出力（すなわち制御信号）は引算回路４１２
に供給される。引算回路４１２では、ゲインコントロー
ル回路４０２の出力からＰＩ回路４１１の出力を引き算
し、その結果を駆動指令信号Ｖ_dとして出力する。

【００３０】次に、図３，５〜７に示した光スキャナの
制御駆動回路の動作を説明する。光スキャナ１が振動し
ていない初期状態において、コントロール信号である周
波数指令値が発振回路４０１に供給される。発振回路４
０１では、周波数指令値で示された周波数で所定の振幅
をもつ正弦波、あるいはその正弦波成分を含む矩形波
（パルス波）の信号を生成し、ゲインコントロール回路
４０２に出力する。一方、検出回路３の出力Ｖ_sはゼロ
であり、コントロール信号である振幅指令値が引算回路
４０６に供給されるので、引算回路４０６の出力がプラ
スになり、ＰＩ回路４０７で生成される制御信号が大き
くなる。その結果、光スキャナ１は周波数指令値により
指示された周波数で振動運動を開始し、検出回路３の出
力Ｖ _sが振幅指令値に一致するまで（引算回路４０６の
出力がゼロになるまで）光スキャナ１の振動振幅を増や
そうとする。逆に、検出回路３の出力Ｖ_sが振幅指令値
を越えた場合には、ゲインコントロール回路４０２で
は、発振回路４０１から出力される正弦波（あるいは矩
形波やパルス波）信号の振幅を減少させ、光スキャナ１
の振動振幅を減らす方向に働く。このようにしてコント
ロール回路４ａでは、光スキャナ１を所望の振動振幅で
振動運動させることができる。すなわち、たとえ光スキ
ャナ１の振動振幅が図４(a)に示すようにふらついて
も、それを補正することが可能となっている。

【００３１】さてここで、光スキャナ１に、周波数指令
値で示された周波数の振動運動以外に、図４(b)に示す
ような低周波の振動運動が加わったとする。すると、セ
ンサコイル１０３がその低周波振動を検出し、検出回路
３の出力Ｖ_sには、その低周波成分の信号が付加された
ものとなる。これに対し、本実施形態のコントロール回
路４ａでは、この低周波成分の信号は、ＬＰＦ回路４１
０により抽出され、ＰＩ回路４１１に供給される。ＰＩ
回路４１１では、この信号を所定のゲインで増幅し、引
算回路４１２に受け渡す。そして引算回路４１２では、
光スキャナ１の低周波振動運動を打ち消すために、ゲイ
ンコントロール回路４０２の出力からＰＩ回路４１１の
出力を引算する。このようにしてコントロール回路４ａ
では、光スキャナ１の振動運動に図４(b)のような低周
波振動が加わったとしても、それを補正することが可能
となっている。

【００３２】図８はコントロール回路４の第二実施形態
（コントロール回路４ｂ）を示したブロック図である。
第二実施形態のコントロール回路４ｂは、第一実施形態
のコントロール回路４ａと異なり、増幅回路４０３と、
ＢＰＦ回路４０４と、移相回路４０８と、ゲインコント
ロール回路４０２と、引算回路４１２とにより正帰還ル
ープを構成することで光スキャナ１をその機械的共振周
波数ｆ_cで振動させる機能（共振周波数追従制御機能）
を有している。また、コントロール回路４ｂは、第一実
施形態のコントロール回路４ａと同様に、増幅回路４０
３と、ＢＰＦ回路４０４と、振幅検出回路４０５と、引
算回路４０６と、ＰＩ回路４０７と、ゲインコントロー
ル回路４０２と、引算回路４１２とにより負帰還ループ
を構成することで光スキャナ１を所望の振動振幅で振動
させる機能（振動振幅制御機能）を有している。さら
に、コントロール回路４ｂは、第一実施形態のコントロ
ール回路４ａと同様に、増幅回路４０３と、ＬＰＦ回路
４１０と、ＰＩ回路４１１と、引算回路４１２とにより
負帰還ループを構成することで光スキャナ１を所望の振
動運動以外の振動を除去する機能（振動中心一定制御機
能）を有している。

【００３３】移相回路４０８は、ゲインコントロール回
路４０２が出力する駆動指令信号Ｖ _dと、増幅回路４０
３に供給される検出信号Ｖ_sの位相とが一致するように
（共振周波数で振動するときには両方の信号の位相が一
致するため）位相調整を行う回路であり、ＢＰＦ回路４
０４の出力の位相をシフトしてゲインコントロール回路
４０２に供給するように構成されている。なお、ここで
行なう位相調整量は、増幅回路４０３、ＢＰＦ回路４０
４、ゲインコントロール回路４０２、引算回路４１２で
の位相のズレ量によって決まる。その他の構成は第一実
施形態と同じであるので説明を省略する。

【００３４】次に、図８に示した光スキャナの制御駆動
回路について、第二実施形態に特有の機能である共振周
波数追従制御機能についてのみ動作を説明する。光スキ
ャナ１が振動していない初期状態において、検出回路３
の出力Ｖ_sはゼロであり、コントロール信号である振幅
指令値が引算回路４０６に供給されるので、ＰＩ回路４
０７で生成される制御信号が大きくなる（負帰還利得が
１以上になる。）。その結果、増幅回路４０３、ＢＰＦ
回路４０４、移相回路４０８、ゲインコントロール回路
４０２、引算回路４１２で構成されるループは発振条件
を満たし、光スキャナ１は共振周波数で振動運動を開始
する。そして、ゲインコントロール回路４０２は、検出
回路３の出力Ｖ_sの振幅値が振幅指令値に一致するまで
（引算回路４０６の出力がゼロになるまで）光スキャナ
１の振動振幅を増やそうとする。逆に、検出回路3の出
力Ｖ_sの振幅値が振幅指令値を越えた場合には、ゲイン
コントロール回路４０２は、光スキャナ１の振動振幅を
減少させる。このようにしてコントロール回路４ｂで
は、光スキャナ１を常に共振周波数で駆動することがで
き、かつ振動振幅制御および振動中心安定制御により光
スキャナの振動状態を高精度に制御することができる。

【００３５】なお、本発明の光スキャナ駆動回路は、上
記実施形態で用いた光スキャナへの適用に限られるもの
ではなく、別の機構からなる光スキャナへの適用も可能
であり、上記実施形態における光スキャナへ適用した場
合の効果と同様の効果を得ることができる。別の機構か
らなる光スキャナの例としては、例えばＵＳＰ−４９９
０８０８号やＵＳＰ−４９１９５００号公報に開示され
ているものがある。そのような光スキャナの構成例につ
いて以下に図面を用いて説明する。

【００３６】図１０は本発明の光スキャナ駆動回路を適
用可能な図２に示した実施形態における光スキャナとは
別の機構からなる光スキャナの概略構成図である。図１
０に示す光スキャナ１’は、任意の装置（不図示）に設
置するための保持台１１１，１１１に接続されているト
ーションバー１０４’にミラー１１３及び永久磁石１１
４が直列に設けられており、永久磁石１１４の近傍には
永久磁石１１４を取り巻くように駆動コイル１０２’と
センサコイル１０３’とが設けられている。ここで、ミ
ラー１１３のねじり振動の振れ角を検出するためのセン
サコイル１０３’は、駆動コイル１０２’と直交するよ
うに設けられている。なお、上記駆動コイル１０２’及
びセンサコイル１０３’は、トーションバー１０４’を
介して回動可能な永久磁石１１４に対して固定（不動）
され、ここでは、保持台１１１，１１１と一体に構成さ
れた不図示の装置の保持部に固定されている。

【００３７】次に、図１０に示す光スキャナ１’の動作
について簡単に説明する。駆動コイル１０２’に交流成
分を含む駆動電流が与えられると、駆動コイル１０２’
と永久磁石１１４との間にフレミング左手の法則に従う
力が生じる。駆動コイル１０２’は、不図示の装置の保
持部に固定されているので、永久磁石１１４に対してフ
レミング左手の法則に従う力が加えられ、永久磁石１１
４を介してトーションバー１０４’をねじる動作が行わ
れる。駆動コイル１０２’には、交流成分を含む駆動電
流が与えられているため、永久磁石１１４に加えられる
フレミング左手の法則の力の方向は交流成分に応じて切
り替わるので、永久磁石１１４はトーションバー１０
４’を中心にねじり回動運動を開始する。

【００３８】図２に示した実施形態の光スキャナ１にお
いては、永久磁石１０５ａ，１０５ｂを固定し、駆動コ
イル１０２、センサコイル１０３が設けられている側を
ねじり振動させていたが、図１０に示す光スキャナ１’
では、永久磁石１１４とミラー１１３とがトーションバ
ー１０４’に直列に接続されているので、永久磁石１１
４に対して加えられるフレミングの左手の法則の力によ
るトーションバー１０４’のねじり回動運動にあわせて
ミラー１１３も永久磁石１１４と同じ周波数でねじり回
動運動する。このようにして、図１０に示す光スキャナ
１’では、駆動コイル１０２’に駆動電流を流すことで
ミラー１１３をねじり振動させることができる。また、
永久磁石１１４がトーションバー１０４’を中心にねじ
り回動運動するとセンサコイル１０３’に鎖交する磁界
が変化するので、センサコイル１０３’にねじり回動運
動の振動振幅に応じた起電力が生じ、それによりミラー
１１３のねじり振動の振動振幅を検出することができ
る。そして、このような構成の光スキャナ１’の駆動コ
イル１０２’、センサコイル１０３’を図２に示した実
施形態における光スキャナ１の駆動コイル１０２’、セ
ンサコイル１０３’に対応させて本発明の光スキャナ駆
動回路を用いれば、図２に示した実施形態における光ス
キャナ１へ適用した場合と同様の効果が得られる。

【００３９】図１１は本発明の光スキャナ駆動回路を適
用可能な図２に示した実施形態及び図１０の光スキャナ
とはさらに異なる構成の光スキャナの概略構成図であ
る。この光スキャナ装置１”は、ミラー１１３及び永久
磁石１１４とミラー１１３とが１つの保持台１１１を隔
てて配置されている点で、ミラー１１３及び永久磁石１
１４とミラー１１３とが２つの保持台１１１，１１１に
挟まれて配置された図１０に示した光スキャナ１’と構
成が異なるが、その動作原理は、図１０の光スキャナ
１’と同じであり、駆動コイル１０２’に駆動電流を流
すことでミラー１１３をねじり振動させることができ
る。また、永久磁石１１４がトーションバー１０４’を
中心にねじり回動運動に応じた起電力が生じ、それによ
りミラー１１３のねじり振動状態を検出することができ
る。そして、図１１に示す構成の光スキャナ１”におい
ても、図１０に示した構成の光スキャナ１’と同様に、
本発明の光スキャナ駆動回路を用いれば、図２に示した
実施形態における光スキャナ１へ適用した場合と同様の
効果が得られる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、光スキャナの所望の振
動以外の振動運動を除去することができ、高精度な振動
制御が可能となる。その結果、常に安定した光走査が可
能な光スキャナ駆動回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光スキャナの動作原理を説明するための概略構
成図である。

【図２】光スキャナの振動周波数に対する特性を示すグ
ラフであり、(a)は振れ角特性、(b)は位相特性を示して
いる。

【図３】本発明の駆動回路が適用される光スキャナの概
略構成図である。

【図４】光スキャナの振動運動状態を示すグラフであ
り、(a)は光スキャナの振動運動に対して振幅変調的な
ノイズが乗っている状態、(b)は光スキャナの振動運動
に対してその振動の中心がふらついている状態、(c)は
(a)と(b)の振動が重畳された実際の光スキャナの振動状
態を示している。

【図５】本発明の駆動回路が適用される、光スキャナ１
を制御駆動するための回路の概略構成を示すブロック図
である。

【図６】図５の回路における駆動回路２及び検出回路３
の一構成例を示す回路図である。

【図７】図５の回路におけるコントロール回路４の一構
成例を示す回路図である。

【図８】図５の回路におけるコントロール回路４の他の
構成例を示す回路図である。

【図９】図７及び図８の回路にけるＰＩ回路４１１のゲ
イン特性を示すグラフであり、(a)はP制御回路（比例回
路）とI制御回路（積分回路）とで構成した場合のゲイ
ン特性、(b)はP制御回路とI制御回路とD制御回路（微分
回路）とで構成した場合のゲイン特性を示している。

【図１０】本発明の光スキャナ駆動回路を適用可能な図
２に示した実施形態における光スキャナとは別の機構か
らなる光スキャナの概略構成図である。

【図１１】本発明の光スキャナ駆動回路を適用可能な図
２に示した実施形態における光スキャナ及び図１０の光
スキャナとはさらに異なる構成の光スキャナの概略構成
図である。

【符号の説明】

１，１’，１” 光スキャナ２駆動回路３検出回路４コントロール回路１０１ミラー部１０１ａミラー面１０２，１０２’ 駆動コイル１０３，１０３’ センサコイル１０４ａ，１０４ｂばね部１０４’ トーションバー１１３ミラー１０５ａ，１０５ｂ，１１４永久磁石２０１，３０１オペアンプ２０２，３０２，３０３，３０４，３０５抵
抗素子４０１発振回路４０２ゲインコントロール回路４０３増幅回路４０４ＢＰＦ回路４０５振幅検出回路４０６引算回路４０７ＰＩ回路４０８移相回路４１０ＬＰＦ回路４１１ＰＩ回路４１２引算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】任意の部材に設置するための支持体と、
少なくとも一方の面が光の反射面である可動板と、前記
支持体と前記可動板を接続する弾性部材と、前記可動板
近傍に所定の間隔をあけて配置された磁石と、前記可動
板上に形成された駆動コイルと、前記可動板の、前記駆
動コイルとほぼ同一平面上に形成されたセンサコイルと
を有する光スキャナにおいて、前記駆動コイルに少なくとも交流成分を含む電流を供給
し、前記可動板を所定の角度範囲内で角度振動させる振
動駆動手段と、前記センサコイルに生じる誘導起電力を検出し、それに
応じた検出信号を出力する起電力検出手段を備えた振動
検出手段と、前記角度振動の周波数を制御する振動周波数制御手段
と、前記振動検出手段が出力する検出信号に基づいて、前記
角度振動の振動振幅を制御する第１の振動振幅制御手段
と、前記振動検出手段が出力する検出信号に基づいて、前記
角度振動以外の周波数成分を有する振動状態を制御する
第２の振動振幅制御手段とを有することを特徴とする光
スキャナ駆動回路。
【請求項２】任意の部材に設置するための支持体と、
少なくとも一方の面が光の反射面である可動板と、前記
支持体と前記可動板を接続する弾性部材と、前記可動板
に前記弾性部材を介して連結された磁石と、前記支持体
に設けられた駆動コイルと、前記支持体に設けられたセ
ンサコイルとを有する光スキャナにおいて、前記駆動コイルに少なくとも交流成分を含む電流を供給
し、前記可動板を所定の角度範囲内で角度振動させる振
動駆動手段と、前記センサコイルに生じる誘導起電力を検出し、それに
応じた検出信号を出力する起電力検出手段を備えた振動
検出手段と、前記角度振動の周波数を制御する振動周波数制御手段
と、前記振動検出手段が出力する検出信号に基づいて、前記
角度振動の振動振幅を制御する第１の振動振幅制御手段
と、前記振動検出手段が出力する検出信号に基づいて、前記
角度振動以外の周波数成分を有する振動状態を制御する
第２の振動振幅制御手段とを有することを特徴とする光
スキャナ駆動回路。
【請求項３】前記第２の振動振幅制御手段が、前記角
度振動の周波数よりも低い周波数成分を前記検出信号よ
り抽出するためのローパスフィルターと、その出力がゼ
ロとなるよう前記可動板の振動状態を制御する低周波振
動除去手段を備えていることを特徴とする請求項１又は
２に記載の光スキャナ駆動回路。
【請求項４】前記振動周波数制御手段が、前記検出信
号に基づいて前記可動板を機械的共振周波数で角度振動
させる共振周波数追従制御手段を備えていることを特徴
とする請求項１〜３のいずれかに記載の光スキャナ駆動
回路。