JP2003066360A - 電磁駆動式アクチュエータの駆動装置および揺動検出方法 - Google Patents
電磁駆動式アクチュエータの駆動装置および揺動検出方法Info
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- JP2003066360A JP2003066360A JP2001260362A JP2001260362A JP2003066360A JP 2003066360 A JP2003066360 A JP 2003066360A JP 2001260362 A JP2001260362 A JP 2001260362A JP 2001260362 A JP2001260362 A JP 2001260362A JP 2003066360 A JP2003066360 A JP 2003066360A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】可動部の揺動状態を高精度に安定に検出し得る
機能を有する電磁駆動式アクチュエータの駆動装置を提
供する。 【解決手段】駆動装置は、光スキャナー１００の駆動信
号（波形Ａ）を供給する駆動信号供給部を構成する共振
周波数追従／振幅制御回路２１２とドライバアンプ２１
４と、駆動コイル１３２の両端の電圧（波形Ｂ）に基づ
いて可動部１１２の揺動状態を検出する揺動検出部を構
成する増幅用アンプ２２２と信号処理回路２２４とを有
している。信号処理回路２２４は、可動部１１２の揺動
の振幅情報や位相情報を抽出するため、駆動コイル１３
２の両端の電圧から０Ｖより電位が低い部分（波形Ｃ）
を抽出する信号比較回路２２６と、信号比較回路２２６
の出力波形の極大値（波形Ｄ）を取得するピーク検出回
路２２８とを有している。
機能を有する電磁駆動式アクチュエータの駆動装置を提
供する。 【解決手段】駆動装置は、光スキャナー１００の駆動信
号（波形Ａ）を供給する駆動信号供給部を構成する共振
周波数追従／振幅制御回路２１２とドライバアンプ２１
４と、駆動コイル１３２の両端の電圧（波形Ｂ）に基づ
いて可動部１１２の揺動状態を検出する揺動検出部を構
成する増幅用アンプ２２２と信号処理回路２２４とを有
している。信号処理回路２２４は、可動部１１２の揺動
の振幅情報や位相情報を抽出するため、駆動コイル１３
２の両端の電圧から０Ｖより電位が低い部分（波形Ｃ）
を抽出する信号比較回路２２６と、信号比較回路２２６
の出力波形の極大値（波形Ｄ）を取得するピーク検出回
路２２８とを有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁駆動式アクチ
ュエータの駆動装置および揺動検出方法に関する。
ュエータの駆動装置および揺動検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電磁駆動式アクチュエータに関して、そ
の駆動装置は、より高精度な制御のために駆動部の揺動
状態（可動部の偏向角や偏向角速度等）を検出する機能
を有していることが望まれる。
の駆動装置は、より高精度な制御のために駆動部の揺動
状態（可動部の偏向角や偏向角速度等）を検出する機能
を有していることが望まれる。
【０００３】例えば、日本国特許第２６５７７６９号に
は、可動部に設けられた駆動コイルと固定部に設けられ
た検出コイルとの相互誘導を利用して可動部の揺動状態
を検出する手法が開示されている。
は、可動部に設けられた駆動コイルと固定部に設けられ
た検出コイルとの相互誘導を利用して可動部の揺動状態
を検出する手法が開示されている。
【０００４】また、特開平１１−２４２１８０号には、
可動部に駆動コイルと検出コイルを設け、検出コイルが
磁界中で運動することにより発生する誘導起電力を利用
して可動部の揺動状態を検出する手法が開示されてい
る。
可動部に駆動コイルと検出コイルを設け、検出コイルが
磁界中で運動することにより発生する誘導起電力を利用
して可動部の揺動状態を検出する手法が開示されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述の日本国特許第２
６５７７６９号に開示されている装置では、可動部の揺
動範囲を確保するために固定部と可動部の距離が比較的
離れている。そのため、駆動コイルと検出コイルの相互
誘導による起電力の確保が困難である。つまり、可動部
の揺動状態を反映した検出信号を安定に得ることが難し
い。
６５７７６９号に開示されている装置では、可動部の揺
動範囲を確保するために固定部と可動部の距離が比較的
離れている。そのため、駆動コイルと検出コイルの相互
誘導による起電力の確保が困難である。つまり、可動部
の揺動状態を反映した検出信号を安定に得ることが難し
い。
【０００６】また、前述の特開平１１−２４２１８０号
に開示されている装置では、欲しい信号は外部磁界と検
出コイルとの相対運動による誘導起電力であるが、検出
コイルの出力信号にはこの他に駆動コイルと検出コイル
の相互誘導がノイズ成分として混入するために、検出コ
イルの出力信号に歪みが生じる。また、平板状の可動部
に平面コイルが二個形成されており、検出コイルは駆動
コイルの内側に位置するため、また検出コイルの形成領
域は狭いため、検出コイルを横切る外部磁界の磁束密度
はやや低いものとなっている。
に開示されている装置では、欲しい信号は外部磁界と検
出コイルとの相対運動による誘導起電力であるが、検出
コイルの出力信号にはこの他に駆動コイルと検出コイル
の相互誘導がノイズ成分として混入するために、検出コ
イルの出力信号に歪みが生じる。また、平板状の可動部
に平面コイルが二個形成されており、検出コイルは駆動
コイルの内側に位置するため、また検出コイルの形成領
域は狭いため、検出コイルを横切る外部磁界の磁束密度
はやや低いものとなっている。
【０００７】本発明は、これらの点に着目してなされた
ものであり、その目的の一つは、可動部の揺動状態を高
精度に安定に検出し得る機能を有する電磁駆動式アクチ
ュエータの駆動装置を提供することである。また別の目
的は、可動部の揺動状態を高精度に安定に検出し得る電
磁駆動式アクチュエータの揺動検出方法を提供すること
である。
ものであり、その目的の一つは、可動部の揺動状態を高
精度に安定に検出し得る機能を有する電磁駆動式アクチ
ュエータの駆動装置を提供することである。また別の目
的は、可動部の揺動状態を高精度に安定に検出し得る電
磁駆動式アクチュエータの揺動検出方法を提供すること
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ひとつには、
可動部と、固定部と、可動部が固定部に対して揺動し得
るように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設けられた磁界発生部材と、固定部
と可動部の他方に設けられた駆動コイルとを備えてお
り、駆動コイルを流れる電流と磁界発生部材で発生され
る磁界との相互作用により生じる力に従って可動部が固
定部に対して揺動される電磁駆動式アクチュエータを駆
動するための駆動装置であり、駆動コイルに電流を流す
ために駆動コイルに駆動信号を供給するための駆動信号
供給部と、駆動コイルの両端の電圧に基づいて可動部の
揺動状態を検出する揺動検出部とを有している。
可動部と、固定部と、可動部が固定部に対して揺動し得
るように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設けられた磁界発生部材と、固定部
と可動部の他方に設けられた駆動コイルとを備えてお
り、駆動コイルを流れる電流と磁界発生部材で発生され
る磁界との相互作用により生じる力に従って可動部が固
定部に対して揺動される電磁駆動式アクチュエータを駆
動するための駆動装置であり、駆動コイルに電流を流す
ために駆動コイルに駆動信号を供給するための駆動信号
供給部と、駆動コイルの両端の電圧に基づいて可動部の
揺動状態を検出する揺動検出部とを有している。
【０００９】より詳しくは、駆動信号供給部は、可動部
の共振周波数にほぼ等しい周波数を有し、一周期内の一
定期間のあいだ電流値が０である周期的な波形の電流信
号を駆動コイルに供給し、揺動検出部は、電流値が０で
ある期間に対応する期間のあいだの駆動コイルの両端の
電圧に基づいて可動部の揺動状態を検出する。
の共振周波数にほぼ等しい周波数を有し、一周期内の一
定期間のあいだ電流値が０である周期的な波形の電流信
号を駆動コイルに供給し、揺動検出部は、電流値が０で
ある期間に対応する期間のあいだの駆動コイルの両端の
電圧に基づいて可動部の揺動状態を検出する。
【００１０】また本発明は、ひとつには、可動部と、固
定部と、可動部が固定部に対して揺動し得るように可動
部と固定部を連結している連結部と、固定部と可動部の
一方に設けられた磁界発生部材と、固定部と可動部の他
方に設けられた駆動コイルとを備えており、駆動コイル
を流れる電流と磁界発生部材で発生される磁界との相互
作用により生じる力に従って可動部が固定部に対して揺
動される電磁駆動式アクチュエータの揺動検出方法であ
り、駆動コイルに電流を流すために駆動コイルに駆動信
号を供給するための駆動信号供給工程と、駆動コイルの
両端の電圧に基づいて可動部の揺動状態を検出する揺動
検出工程とを含んでいる。
定部と、可動部が固定部に対して揺動し得るように可動
部と固定部を連結している連結部と、固定部と可動部の
一方に設けられた磁界発生部材と、固定部と可動部の他
方に設けられた駆動コイルとを備えており、駆動コイル
を流れる電流と磁界発生部材で発生される磁界との相互
作用により生じる力に従って可動部が固定部に対して揺
動される電磁駆動式アクチュエータの揺動検出方法であ
り、駆動コイルに電流を流すために駆動コイルに駆動信
号を供給するための駆動信号供給工程と、駆動コイルの
両端の電圧に基づいて可動部の揺動状態を検出する揺動
検出工程とを含んでいる。
【００１１】より詳しくは、駆動信号供給工程は、可動
部の共振周波数にほぼ等しい周波数を有し、一周期内の
一定期間のあいだ電流値が０である周期的な波形の電流
信号を駆動コイルに供給し、揺動検出工程は、電流値が
０である期間に対応する期間のあいだの駆動コイルの両
端の電圧に基づいて可動部の揺動状態を検出する。
部の共振周波数にほぼ等しい周波数を有し、一周期内の
一定期間のあいだ電流値が０である周期的な波形の電流
信号を駆動コイルに供給し、揺動検出工程は、電流値が
０である期間に対応する期間のあいだの駆動コイルの両
端の電圧に基づいて可動部の揺動状態を検出する。
【００１２】
【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。
の実施の形態について説明する。
【００１３】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。
電磁駆動式アクチュエータを図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。
【００１４】図１に示されるように、光スキャナー１０
０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。
０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。
【００１５】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。
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。
【００１６】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。
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。
【００１７】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、１４
０にそれぞれ接続されている。
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、１４
０にそれぞれ接続されている。
【００１８】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。
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。
【００１９】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１
１８、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。
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１
１８、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。
【００２０】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。
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。
【００２１】電極パッド１３８、１４０にはフレキシブ
ル配線基板（ＦＰＣ）１４２を経由して交流電圧の駆動
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。
ル配線基板（ＦＰＣ）１４２を経由して交流電圧の駆動
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。
【００２２】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１
１２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。
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１
１２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。
【００２３】電極パッド１３８、１４０に印加される駆
動信号が交流電圧であるため、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。
動信号が交流電圧であるため、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。
【００２４】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。
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。
【００２５】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。
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。
【００２６】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。
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。
【００２７】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。
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。
【００２８】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。
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。
【００２９】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。
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。
【００３０】一方、図２の特性を有する光スキャナーを
矩形波の交流で駆動する場合には、矩形波は、周波数の
異なる複数の正弦波の合成であると考えればよい。矩形
波は、フーリエ級数展開を行なうことにより、それぞれ
の周波数成分に分解される。例えば、共振周波数ｆrに
対して、
矩形波の交流で駆動する場合には、矩形波は、周波数の
異なる複数の正弦波の合成であると考えればよい。矩形
波は、フーリエ級数展開を行なうことにより、それぞれ
の周波数成分に分解される。例えば、共振周波数ｆrに
対して、
【数１】
と表される矩形波関数は、フーリェ級数展開すると、
【００３１】
【数２】
【００３２】と表される。時間領域でＩ（ｔ）を表した
ものと、それを周波数領域で表したものをそれぞれ図３
と図４に示す。駆動信号をそれぞれの周波数成分に分解
すれば、それぞれの周波数に対する光スキャナーの応答
を合成したものが、矩形波駆動信号に対する光スキャナ
ーの応答となる。
ものと、それを周波数領域で表したものをそれぞれ図３
と図４に示す。駆動信号をそれぞれの周波数成分に分解
すれば、それぞれの周波数に対する光スキャナーの応答
を合成したものが、矩形波駆動信号に対する光スキャナ
ーの応答となる。
【００３３】式（２）によれば、矩形波信号の周波数成
分はｆr、３ｆr、５ｆr・・・であり、基本波成分（共振周
波数成分）を除けばいずれも図２の領域Ｃに属してい
る。このため、基本波成分（共振周波数成分）の応答振
幅に比べて、各高調波成分（共振周波数成分の整数倍の
各周波数成分）の応答振幅は小さい。また各高調波成分
における係数値も小さい。従って、これらの高調波成分
に対する光スキャナーの応答振幅は、基本波成分（共振
周波数成分）に対する応答振幅と比較してほとんど無視
できる。
分はｆr、３ｆr、５ｆr・・・であり、基本波成分（共振周
波数成分）を除けばいずれも図２の領域Ｃに属してい
る。このため、基本波成分（共振周波数成分）の応答振
幅に比べて、各高調波成分（共振周波数成分の整数倍の
各周波数成分）の応答振幅は小さい。また各高調波成分
における係数値も小さい。従って、これらの高調波成分
に対する光スキャナーの応答振幅は、基本波成分（共振
周波数成分）に対する応答振幅と比較してほとんど無視
できる。
【００３４】従って、共振周波数で駆動される場合、駆
動波形が矩形波であっても、光スキャナーの応答はほぼ
正弦波的な応答になる。
動波形が矩形波であっても、光スキャナーの応答はほぼ
正弦波的な応答になる。
【００３５】前述の光スキャナー１００を駆動するため
の駆動装置の構成を図５に示す。図５に示されるよう
に、駆動装置は、光スキャナー１００の駆動コイル１３
２に電流を流すために駆動コイル１３２に駆動信号を供
給する駆動信号供給部を構成する共振周波数追従／振幅
制御回路２１２とドライバアンプ２１４と、駆動コイル
１３２の両端の電圧に基づいて可動部１１２の揺動状態
を検出する揺動検出部を構成する増幅用アンプ２２２と
信号処理回路２２４とを有している。
の駆動装置の構成を図５に示す。図５に示されるよう
に、駆動装置は、光スキャナー１００の駆動コイル１３
２に電流を流すために駆動コイル１３２に駆動信号を供
給する駆動信号供給部を構成する共振周波数追従／振幅
制御回路２１２とドライバアンプ２１４と、駆動コイル
１３２の両端の電圧に基づいて可動部１１２の揺動状態
を検出する揺動検出部を構成する増幅用アンプ２２２と
信号処理回路２２４とを有している。
【００３６】駆動信号は、図５中に波形Ａで示されるよ
うに、可動部１１２の共振周波数に等しい周波数ｆrを
有し、一周期内の一定期間のあいだ電流値が０であり、
残りの期間のあいだ電流値がＩ0である矩形波の電流信
号である。電流値がＩ0の期間と電流値が０の期間は共
に１／（２ｆr）である。別の言い方をすれば、駆動信
号は、電流の流れが停止する期間を１／ｆrの周期で有
する矩形波である。
うに、可動部１１２の共振周波数に等しい周波数ｆrを
有し、一周期内の一定期間のあいだ電流値が０であり、
残りの期間のあいだ電流値がＩ0である矩形波の電流信
号である。電流値がＩ0の期間と電流値が０の期間は共
に１／（２ｆr）である。別の言い方をすれば、駆動信
号は、電流の流れが停止する期間を１／ｆrの周期で有
する矩形波である。
【００３７】矩形波状の駆動信号は、一定時間内に印加
できるエネルギーを最大にすることが可能であり、例え
ば最大電流制限があるような場合に最大の振幅を得るこ
とが可能である。
できるエネルギーを最大にすることが可能であり、例え
ば最大電流制限があるような場合に最大の振幅を得るこ
とが可能である。
【００３８】光スキャナー１００は、この矩形波の駆動
信号が駆動コイル１３２に供給されることにより、可動
部１１２が共振状態で、つまり共振周波数に等しい周波
数で正弦波的に揺動する。前述したように、矩形波で駆
動される光スキャナー１００では、高周波成分の応答は
ほとんど無視できるため、共振周波数における正弦波的
な応答が得られる。このため、駆動コイル１３２の両端
の電圧は、図５中に波形Ｂで示されるように、一周期の
半分が略矩形波で、残り半分が略正弦波である波形とな
る。
信号が駆動コイル１３２に供給されることにより、可動
部１１２が共振状態で、つまり共振周波数に等しい周波
数で正弦波的に揺動する。前述したように、矩形波で駆
動される光スキャナー１００では、高周波成分の応答は
ほとんど無視できるため、共振周波数における正弦波的
な応答が得られる。このため、駆動コイル１３２の両端
の電圧は、図５中に波形Ｂで示されるように、一周期の
半分が略矩形波で、残り半分が略正弦波である波形とな
る。
【００３９】略矩形波の部分は、駆動信号の電流値がＩ
0である期間に対応している。この期間では、電流値Ｉ0
と駆動コイル１３２の抵抗値Ｒによって駆動コイル１３
２の両端に生じる電位差Ｉ0Ｒにほぼ等しい値を持つ矩
形波に、駆動コイル１３２が磁界中を揺動していること
により発生する誘導起電力を示す略正弦波が重ねられた
波形となる。
0である期間に対応している。この期間では、電流値Ｉ0
と駆動コイル１３２の抵抗値Ｒによって駆動コイル１３
２の両端に生じる電位差Ｉ0Ｒにほぼ等しい値を持つ矩
形波に、駆動コイル１３２が磁界中を揺動していること
により発生する誘導起電力を示す略正弦波が重ねられた
波形となる。
【００４０】略正弦波の部分は、駆動電流の電流値が０
である期間に対応している。この期間では、単に、駆動
コイル１３２が磁界中を揺動していることにより発生す
る誘導起電力を示す略正弦波の波形となる。この誘導起
電力の波形の振幅は、可動部１１２の角速度にほぼ比例
した値となる。このため、誘導起電力の波形は、可動部
１１２の揺動状態を検出する信号として利用できる。
である期間に対応している。この期間では、単に、駆動
コイル１３２が磁界中を揺動していることにより発生す
る誘導起電力を示す略正弦波の波形となる。この誘導起
電力の波形の振幅は、可動部１１２の角速度にほぼ比例
した値となる。このため、誘導起電力の波形は、可動部
１１２の揺動状態を検出する信号として利用できる。
【００４１】つまり、駆動コイル１３２の両端の電圧信
号は、略矩形波の駆動信号と、略正弦波の誘導起電力に
相当する揺動検出信号とを含んだものと言える。
号は、略矩形波の駆動信号と、略正弦波の誘導起電力に
相当する揺動検出信号とを含んだものと言える。
【００４２】誘導起電力の発生原理は、駆動コイルと別
途に検出コイルが設けられた光スキャナーと同様であ
り、その詳細は特開平１１−２４２１８０号やH. Miyaj
ima, et., al., “An electromagnetic optical scanne
r with polyimide-based hinges”, 10th Internationa
l Conference on Solid-State Sensors and Actuators
(Transducers ’99), Sendai, Japan, June 7-10, 199
9, pp. 372-375等に説明されている。
途に検出コイルが設けられた光スキャナーと同様であ
り、その詳細は特開平１１−２４２１８０号やH. Miyaj
ima, et., al., “An electromagnetic optical scanne
r with polyimide-based hinges”, 10th Internationa
l Conference on Solid-State Sensors and Actuators
(Transducers ’99), Sendai, Japan, June 7-10, 199
9, pp. 372-375等に説明されている。
【００４３】信号処理回路２２４は、可動部１１２の揺
動の振幅や位相に関する情報を抽出し、それらを共振周
波数追従／振幅制御回路２１２に出力する。このため、
信号処理回路２２４は、信号比較回路２２６とピーク検
出回路２２８とを有している。
動の振幅や位相に関する情報を抽出し、それらを共振周
波数追従／振幅制御回路２１２に出力する。このため、
信号処理回路２２４は、信号比較回路２２６とピーク検
出回路２２８とを有している。
【００４４】信号比較回路２２６は、駆動コイル１３２
の両端の電圧信号を、駆動信号と揺動検出信号とに分離
し、揺動検出信号のみを抽出する。具体的には、信号比
較回路２２６は、図５中に波形Ｃで示されるように、駆
動コイル１３２の両端の電圧（波形Ｂ）から０Ｖより電
位が低い部分のみを抽出する。信号比較回路２２６によ
り得られる波形Ｃは揺動検出信号の位相情報を含んでお
り、これは共振周波数追従／振幅制御回路２１２に入力
される。
の両端の電圧信号を、駆動信号と揺動検出信号とに分離
し、揺動検出信号のみを抽出する。具体的には、信号比
較回路２２６は、図５中に波形Ｃで示されるように、駆
動コイル１３２の両端の電圧（波形Ｂ）から０Ｖより電
位が低い部分のみを抽出する。信号比較回路２２６によ
り得られる波形Ｃは揺動検出信号の位相情報を含んでお
り、これは共振周波数追従／振幅制御回路２１２に入力
される。
【００４５】ピーク検出回路２２８は、図５中に波形Ｄ
で示されるように、信号比較回路２２６の出力（波形
Ｃ）の極大値を取得する。ピーク検出回路２２８により
得られる波形Ｄは振幅情報を含んでおり、これは共振周
波数追従／振幅制御回路２１２に入力される。
で示されるように、信号比較回路２２６の出力（波形
Ｃ）の極大値を取得する。ピーク検出回路２２８により
得られる波形Ｄは振幅情報を含んでおり、これは共振周
波数追従／振幅制御回路２１２に入力される。
【００４６】共振周波数追従／振幅制御回路２１２は、
入力される位相情報と振幅情報とに基づいて、共振状態
で一定振幅を維持するために必要な駆動波形を出力す
る。この駆動波形はドライバアンプ２１４で増幅され、
駆動信号として光スキャナー１００に供給される。
入力される位相情報と振幅情報とに基づいて、共振状態
で一定振幅を維持するために必要な駆動波形を出力す
る。この駆動波形はドライバアンプ２１４で増幅され、
駆動信号として光スキャナー１００に供給される。
【００４７】このように、可動部１１２の共振周波数に
ほぼ等しい周波数を有し、一周期内の一定期間のあいだ
電流値が０である矩形波の駆動信号を駆動コイル１３２
に供給し、駆動信号の電流値が０である期間に相当する
期間のあいだ駆動コイル１３２の両端の電圧を測定する
ことにより、可動部１１２の揺動状態が検出される。
ほぼ等しい周波数を有し、一周期内の一定期間のあいだ
電流値が０である矩形波の駆動信号を駆動コイル１３２
に供給し、駆動信号の電流値が０である期間に相当する
期間のあいだ駆動コイル１３２の両端の電圧を測定する
ことにより、可動部１１２の揺動状態が検出される。
【００４８】本実施形態の駆動装置で駆動される光スキ
ャナー１００は、可動部１１２に駆動コイル１３２だけ
を備えていればよく、駆動コイル１３２の他に検出コイ
ルを有している必要がない。このため、可動部に駆動コ
イルと検出コイルとを備えた光スキャナーでは不可避な
ノイズ成分を引き起こす駆動コイルと検出コイルの間の
相互誘導が発生しない。
ャナー１００は、可動部１１２に駆動コイル１３２だけ
を備えていればよく、駆動コイル１３２の他に検出コイ
ルを有している必要がない。このため、可動部に駆動コ
イルと検出コイルとを備えた光スキャナーでは不可避な
ノイズ成分を引き起こす駆動コイルと検出コイルの間の
相互誘導が発生しない。
【００４９】また、可動部１１２に形成すべきコイルが
駆動コイル１３２だけなので、駆動コイルと検出コイル
とが可動部に形成される光スキャナーと比較して、コイ
ルの形成領域を広く設定できる。さらに、永久磁石１５
２、１５４の近くに位置している駆動コイル１３２を用
いて、可動部１１２の揺動状態を検出するので、揺動検
出を高感度で行なえる。
駆動コイル１３２だけなので、駆動コイルと検出コイル
とが可動部に形成される光スキャナーと比較して、コイ
ルの形成領域を広く設定できる。さらに、永久磁石１５
２、１５４の近くに位置している駆動コイル１３２を用
いて、可動部１１２の揺動状態を検出するので、揺動検
出を高感度で行なえる。
【００５０】本実施形態の構成は、当然、変形や変更が
可能である。
可能である。
【００５１】例えば、駆動信号の波形は略矩形波状に限
定されるものでなく、他の任意の波形であってもよい。
定されるものでなく、他の任意の波形であってもよい。
【００５２】例えば、駆動信号の波形は、図６に示され
るように、一周期内の電流値が０である期間を除いた期
間は、正弦波の一部、例えば半波の正弦波であってもよ
い。この駆動信号に対して、駆動コイル１３２の両端の
電圧は、図７に示されるように、一周期の半分が駆動信
号に対応する略正弦波で、残り半分が誘導起電力（揺動
検出信号）に対応する略正弦波である波形となる。この
場合、図５に示される波形Ａに比べて、高周波成分が減
少するため、より歪みの少ない正弦波状の応答が得られ
る。これは、特に共振時のＱ値が比較的低い光スキャナ
ーの駆動においては有効である。
るように、一周期内の電流値が０である期間を除いた期
間は、正弦波の一部、例えば半波の正弦波であってもよ
い。この駆動信号に対して、駆動コイル１３２の両端の
電圧は、図７に示されるように、一周期の半分が駆動信
号に対応する略正弦波で、残り半分が誘導起電力（揺動
検出信号）に対応する略正弦波である波形となる。この
場合、図５に示される波形Ａに比べて、高周波成分が減
少するため、より歪みの少ない正弦波状の応答が得られ
る。これは、特に共振時のＱ値が比較的低い光スキャナ
ーの駆動においては有効である。
【００５３】また、図５に示される波形Ａにおいては、
電流値が０である期間と電流値が０でない期間とが等し
いが、この比率が変更されてもよい。
電流値が０である期間と電流値が０でない期間とが等し
いが、この比率が変更されてもよい。
【００５４】例えば、駆動信号の波形は、図８に示され
るように、一周期の半分以上の期間のあいだ電流値が０
であってもよい。この駆動信号に対して、駆動コイル１
３２の両端の電圧は、図９に示されるように、一周期の
半分以上が誘導起電力（揺動検出信号）に対応する略正
弦波である波形となる。揺動検出信号の時間的割合が増
えるために、より正確な揺動検出が行なえる。
るように、一周期の半分以上の期間のあいだ電流値が０
であってもよい。この駆動信号に対して、駆動コイル１
３２の両端の電圧は、図９に示されるように、一周期の
半分以上が誘導起電力（揺動検出信号）に対応する略正
弦波である波形となる。揺動検出信号の時間的割合が増
えるために、より正確な揺動検出が行なえる。
【００５５】特に、一周期の半分以上の略正弦波の揺動
検出信号はゼロクロス点（０Ｖの点）を含んでおり、こ
れは可動部１１２の振れ角最大点を示すため、このゼロ
クロス点を検出することにより、可動部１１２の揺動状
態（つまり最大振れ角）を検出することも可能となる。
ゼロクロス点の検出は、例えば図５に示される信号比較
回路２２６の出力に基づいて行なうことが可能である。
検出信号はゼロクロス点（０Ｖの点）を含んでおり、こ
れは可動部１１２の振れ角最大点を示すため、このゼロ
クロス点を検出することにより、可動部１１２の揺動状
態（つまり最大振れ角）を検出することも可能となる。
ゼロクロス点の検出は、例えば図５に示される信号比較
回路２２６の出力に基づいて行なうことが可能である。
【００５６】また、一周期の半分以上の略正弦波の揺動
検出信号が得られるため、例えば図５に示される信号比
較回路２２６の出力（波形Ｃ）の実効値を検出すること
により揺動検出を行なってもよい。この実効値による揺
動検出は、振幅の最大値を検出する場合よりもノイズに
影響され難い。この場合、図５に示されるピーク検出回
路２２８は実効値検出回路に置き換えられる。
検出信号が得られるため、例えば図５に示される信号比
較回路２２６の出力（波形Ｃ）の実効値を検出すること
により揺動検出を行なってもよい。この実効値による揺
動検出は、振幅の最大値を検出する場合よりもノイズに
影響され難い。この場合、図５に示されるピーク検出回
路２２８は実効値検出回路に置き換えられる。
【００５７】また反対に、駆動信号の波形は、一周期の
半分以下の期間のあいだ電流値が０であってもよい。こ
の場合も、例えば電流値が０である時間における検出電
圧（揺動検出信号）の最大値を測定することにより揺動
検出が可能である。このような駆動信号は、電流値が０
である期間が長い場合に比べて高い駆動効率を与える。
半分以下の期間のあいだ電流値が０であってもよい。こ
の場合も、例えば電流値が０である時間における検出電
圧（揺動検出信号）の最大値を測定することにより揺動
検出が可能である。このような駆動信号は、電流値が０
である期間が長い場合に比べて高い駆動効率を与える。
【００５８】また、実施形態では、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についてのみ述
べたが、アクチュエータは、これには限定されるもので
はなく、電磁方式であればどのようなアクチュエータで
あってもよく、並進運動する振動体センサ等、運動形態
や用途が異なるものでもよい。
を用いて製作された電磁型光スキャナーについてのみ述
べたが、アクチュエータは、これには限定されるもので
はなく、電磁方式であればどのようなアクチュエータで
あってもよく、並進運動する振動体センサ等、運動形態
や用途が異なるものでもよい。
【００５９】さらに、実施形態では、可動部にコイルを
有し、固定部に磁界発生部材（永久磁石すなわちマグネ
ット）を有する可動コイル式アクチュエータについての
み述べたが、可動部にマグネット（磁界発生部材）を有
し、固定部にコイルを有する可動マグネット式アクチュ
エータであってもよい。
有し、固定部に磁界発生部材（永久磁石すなわちマグネ
ット）を有する可動コイル式アクチュエータについての
み述べたが、可動部にマグネット（磁界発生部材）を有
し、固定部にコイルを有する可動マグネット式アクチュ
エータであってもよい。
【００６０】本発明は、上述した実施形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれる
すべての実施を含む。
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれる
すべての実施を含む。
【００６１】
【発明の効果】本発明によれば、可動部の揺動状態を高
精度に安定に検出し得る機能を有する電磁駆動式アクチ
ュエータの駆動装置が提供される。また、可動部の揺動
状態を高精度に安定に検出する電磁駆動式アクチュエー
タの揺動検出方法が提供される。
精度に安定に検出し得る機能を有する電磁駆動式アクチ
ュエータの駆動装置が提供される。また、可動部の揺動
状態を高精度に安定に検出する電磁駆動式アクチュエー
タの揺動検出方法が提供される。
【図１】本発明の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である光スキャナーを示し
ている。
る電磁駆動式アクチュエータである光スキャナーを示し
ている。
【図２】図１に示される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。
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】式（２）で表される矩形波の駆動信号を時間領
域で表している。
域で表している。
【図４】式（２）で表される矩形波の駆動信号を周波数
領域で表している。
領域で表している。
【図５】図１に示される光スキャナー１００を駆動する
ための駆動装置の構成を示している。
ための駆動装置の構成を示している。
【図６】図５中の波形Ａに代わる別の駆動信号の波形を
示している。
示している。
【図７】図６の駆動信号に対する駆動コイルの両端の電
圧の波形を示している。
圧の波形を示している。
【図８】図５中の波形Ａに代わる更に別の駆動信号の波
形を示している。
形を示している。
【図９】図８の駆動信号に対する駆動コイルの両端の電
圧の波形を示している。
圧の波形を示している。
２１２ 振幅制御回路
２１４ ドライバアンプ
２２２ 増幅用アンプ
２２４ 信号処理回路
２２６ 信号比較回路
２２８ ピーク検出回路
Claims (16)
- 【請求項１】 可動部と、固定部と、可動部が固定部に
対して揺動し得るように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設けられた磁界発生
部材と、固定部と可動部の他方に設けられた駆動コイル
とを備えており、駆動コイルを流れる電流と磁界発生部
材で発生される磁界との相互作用により生じる力に従っ
て可動部が固定部に対して揺動される電磁駆動式アクチ
ュエータを駆動するための駆動装置であり、 駆動コイルに電流を流すために駆動コイルに駆動信号を
供給するための駆動信号供給部と、 駆動コイルの両端の電圧に基づいて可動部の揺動状態を
検出する揺動検出部とを有している、電磁駆動式アクチ
ュエータの駆動装置。 - 【請求項２】 請求項１において、駆動信号供給部は、
可動部の共振周波数にほぼ等しい周波数を有し、一周期
内の一定期間のあいだ電流値が０である周期的な波形の
電流信号を駆動コイルに供給し、揺動検出部は、電流値
が０である期間に対応する期間のあいだの駆動コイルの
両端の電圧に基づいて可動部の揺動状態を検出する、電
磁駆動式アクチュエータの駆動装置。 - 【請求項３】 請求項２において、駆動コイルに供給さ
れる電流波形は、一周期内の別の一定期間のあいだ電流
値が０でない一定値である、電磁駆動式アクチュエータ
の駆動装置。 - 【請求項４】 請求項２において、駆動コイルに供給さ
れる電流波形は、一周期内の電流値が０である期間を除
いた期間は、正弦波の一部である、電磁駆動式アクチュ
エータの駆動装置。 - 【請求項５】 請求項２ないし請求項４のいずれかひと
つにおいて、駆動コイルに供給される電流波形は、一周
期の半分以上の期間のあいだ電流値が０である、電磁駆
動式アクチュエータの駆動装置。 - 【請求項６】 請求項５において、揺動検出部は、電流
値が０である期間に対応する期間のあいだの駆動コイル
の両端の電圧波形のゼロクロス点のタイミングに基づい
て揺動状態を検出する、電磁駆動式アクチュエータの駆
動装置。 - 【請求項７】 請求項６において、揺動検出部は、電流
値が０である期間に対応する期間のあいだの駆動コイル
の両端の電圧波形の半周期分の実効値に基づいて可動部
の振幅情報を検出する、電磁駆動式アクチュエータの駆
動装置。 - 【請求項８】 請求項１ないし請求項７のいずれかひと
つにおいて、可動部は平板状であり、駆動コイルは平面
コイルである、電磁駆動式アクチュエータの駆動装置。 - 【請求項９】 可動部と、固定部と、可動部が固定部に
対して揺動し得るように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設けられた磁界発生
部材と、固定部と可動部の他方に設けられた駆動コイル
とを備えており、駆動コイルを流れる電流と磁界発生部
材で発生される磁界との相互作用により生じる力に従っ
て可動部が固定部に対して揺動される電磁駆動式アクチ
ュエータの揺動検出方法であり、 駆動コイルに電流を流すために駆動コイルに駆動信号を
供給するための駆動信号供給工程と、 駆動コイルの両端の電圧に基づいて可動部の揺動状態を
検出する揺動検出工程とを含んでいる、電磁駆動式アク
チュエータの揺動検出方法。 - 【請求項１０】 請求項９において、駆動信号供給工程
は、可動部の共振周波数にほぼ等しい周波数を有し、一
周期内の一定期間のあいだ電流値が０である周期的な波
形の電流信号を駆動コイルに供給し、揺動検出工程は、
電流値が０である期間に対応する期間のあいだの駆動コ
イルの両端の電圧に基づいて可動部の揺動状態を検出す
る、電磁駆動式アクチュエータの揺動検出方法。 - 【請求項１１】 請求項１０において、駆動コイルに供
給される電流波形は、一周期内の別の一定期間のあいだ
電流値が０でない一定値である、電磁駆動式アクチュエ
ータの揺動検出方法。 - 【請求項１２】 請求項１０において、駆動コイルに供
給される電流波形は、一周期内の電流値が０である期間
を除いた期間は、正弦波の一部である、アクチュエータ
の電磁駆動式アクチュエータの揺動検出方法。 - 【請求項１３】 請求項１０ないし請求項１２のいずれ
かひとつにおいて、駆動コイルに供給される電流波形
は、一周期の半分以上の期間のあいだ電流値が０であ
る、電磁駆動式アクチュエータの揺動検出方法。 - 【請求項１４】 請求項１３において、揺動検出部は、
電流値が０である期間に対応する期間のあいだの駆動コ
イルの両端の電圧波形のゼロクロス点のタイミングに基
づいて揺動状態を検出する、電磁駆動式アクチュエータ
の揺動検出方法。 - 【請求項１５】 請求項１４において、揺動検出部は、
電流値が０である期間に対応する期間のあいだの駆動コ
イルの両端の電圧波形の半周期分の実効値に基づいて可
動部の振幅情報を検出する、電磁駆動式アクチュエータ
の揺動検出方法。 - 【請求項１６】 請求項９ないし請求項１５のいずれか
ひとつにおいて、可動部は平板状であり、駆動コイルは
平面コイルである、電磁駆動式アクチュエータの揺動検
出方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001260362A JP2003066360A (ja) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | 電磁駆動式アクチュエータの駆動装置および揺動検出方法 |
| US10/224,369 US6865064B2 (en) | 2001-08-29 | 2002-08-20 | Drive apparatus and drive method for electromagnetic drive actuator |
| EP02019235A EP1289115B1 (en) | 2001-08-29 | 2002-08-27 | Drive apparatus and drive method for electromagnetic drive actuator |
| DE60221760T DE60221760T2 (de) | 2001-08-29 | 2002-08-27 | Steuerungsvorrichtung und Verfahren für einen elektromagnetisch angetriebenen Aktuator |
| EP04026821.1A EP1515424B1 (en) | 2001-08-29 | 2002-08-27 | Drive apparatus for electromagnetic drive actuator |
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|---|---|---|---|
| JP2001260362A JP2003066360A (ja) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | 電磁駆動式アクチュエータの駆動装置および揺動検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003066360A true JP2003066360A (ja) | 2003-03-05 |
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ID=19087580
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001260362A Pending JP2003066360A (ja) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | 電磁駆動式アクチュエータの駆動装置および揺動検出方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003066360A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010515067A (ja) * | 2006-12-29 | 2010-05-06 | アールアイシー・インベストメンツ・エルエルシー | マイクロスペクトロメータ気体分析器 |
| CN110275289A (zh) * | 2018-03-15 | 2019-09-24 | 三美电机株式会社 | 促动器和光扫描装置 |
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-
2001
- 2001-08-29 JP JP2001260362A patent/JP2003066360A/ja active Pending
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