JP2004029064A

JP2004029064A - Electromagnetic actuator, its driving and driving condition detecting method, control method, light deflector, and image forming apparatus using the light deflector

Info

Publication number: JP2004029064A
Application number: JP2002180711A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Katori; 香取　篤史; Masao Majima; 真島　正男
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP4065502B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electromagnetic actuator in which the driving state of a movable part is accurately detected in real time while efficient driving is performed without requiring a considerable increase in the number of component elements. <P>SOLUTION: In the electromagnetic actuator in which the movable part is turned by the relative action of a plurality of elements 104 of a magnetic field generating means, a driving period of time that a driving signal 202 is applied to the coil 104 and a detecting period of time that the signal 202 is not applied thereto are set in one cycle of driving. Then, an induction signal 204 generated by turning the movable part is detected in the detecting period, and a time difference between the point of time to generate a reference signal 207 synchronizing with the signal 202 and the passing timing of the signal 204 detected at a certain signal level is detected. Phase difference information on the turning of the movable part with respect to the signal 202 is calculated on the basis of the time difference information 208. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザディスプレイ、レーザプリンタ、スキャナ等の光走査装置に用いることができる電磁ガルバノミラー等の電磁アクチュエータの駆動並びに駆動状態検出方法、駆動制御方法、こうした電磁アクチュエータを含む光偏向器及び画像形成装置などの装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光偏向器として、電磁力でミラーを駆動する電磁ガルバノミラーが知られている。近年は、半導体プロセスを用いて作製された小型な電磁ガルバノミラーが提案されている。この種の電磁ガルバノミラーは、可動部上にミラーを配置し、その可動部が回動軸中心の回りで回動するようにトーションバーにより本体部から支持される構成になっている。電磁型の構成例としては、ムービングマグネット型（特開平６−８２７１１号公報で提案）やムービングコイル型（特開２００１−１１７０４３号公報で従来例として記載）などが挙げられる。
【０００３】
ムービングマグネット型電磁ガルバノミラーの構成例を図２に示す。この例は、走査ミラー１００１、ガラス基板１００１ａ、鏡面部１００１ｂ、永久磁石１００１ｃ、支持部材１００１ｄ、駆動軸１００１ｅ、磁気発生部１００２、コイル１００２ａ、コイル枠１００２ｂを備える。これの動作は次の如く行われる。コイル１００２ａに通電して、磁気発生部１００２から発生する磁気により、永久磁石１００１ｃの磁極との間で吸引及び反発力が働く。そして、走査ミラー１００１は、支持部材１００１ｄがねじられることで、図２に示す駆動軸１００１ｅを回動中心として矢示のように、磁気発生部１００２から発生する磁気に応じて任意の角度に角変位するよう駆動される。
【０００４】
他方、ムービングコイル型電磁ガルバノミラーの構成例を図３に示す（ここでは上下方向に分離して示されている）。この例は、ベース１１０１、左右一対の支持部１１０２、１１０３、振動体１１０４、外枠部１１０５、外枠部１１０５の開口部１１０５Ａ、反射ミラー部１１０６、左右一対の梁部１１０７、左右一対の永久磁石１１０８、１１０９、駆動用コイル１１１０、駆動手段Ｄを備える。この駆動手段Ｄは、ベース１１０１上に配置された左右一対の永久磁石１１０２、１１０３と反射ミラー部１１０６の外周部に配置された駆動用コイル１１１０とを有し、この駆動用コイル１１１０に正逆交互の駆動電流を通電するように構成されている。この構成において、駆動手段Ｄにより駆動用コイル１１１０に正逆交互の駆動電流が通電されると、一対の永久磁石１１０２、１１０３の外部磁界と駆動用コイル１１１０の電流とによるローレンツ力で反射ミラー部１１０６が一対の梁部１１０７、１１０８を軸として振動する。
【０００５】
前述の電磁ガルバノミラーは、ガルバノミラー固有の共振周波数を持つ駆動信号を印加してやることにより、機械的な共振現象を起こし効率的な駆動を行うことができる。この共振駆動を行うことにより、低投入エネルギーで広振幅の光走査を行える。
【０００６】
しかし、ガルバノミラー固有の共振周波数は、環境温度の変化、ガルバノミラー自体の発熱などにより、容易に変化してしまう。その結果、駆動信号の周波数が、共振周波数からずれてきてしまい、走査振幅が一定に保たれなくなる。そのため、常時ガルバノミラー固有の共振周波数をモニタリングしておく必要がある。
【０００７】
共振周波数のモニタリングの方法としては、検出用のコイルを配置し、駆動用コイルとの相互インダクタンスを用いて計測する方法や、走査光を検出する光センサを用いる方法や、静電の検出用電極を配置して検出する方法が考えられる。しかし、いずれの手段もガルバノミラーの部品及び回路構成要素が大幅に増加してしまい、コスト高の原因となる。
【０００８】
これらを解決するために、電磁ガルバノミラーの駆動により発生する誘導起電圧や誘導起電流を用いて共振周波数をモニタリングする方法がある。特開平２００１−３０５４７１号公報では、単極性のパルスにより駆動波形を生成し、電磁ガルバノミラーの誘導起電圧又は誘導起電流を検出する方法が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
電磁ガルバノミラーを効率的に駆動するためには、正弦波印加信号で駆動を行うことが理想的であり、単極性のパルス駆動波形では大幅な駆動効率の低下が発生してしまう。これは、低消費電力の電磁ガルバノミラーを実現するためには大きな課題となる。また、誘導起電圧又は誘導起電流を用いる場合、微小信号を増幅する必要があり、その為の増幅手段のオフセットやオフセットの変動が、大幅な検出精度低下の原因となるため、そのままでは表示装置や画像形成装置などには用いられない。
【００１０】
また、共振駆動の電磁ガルバノミラーをレーザディスプレイ等の表示装置に用いる場合、正弦波的な速度変化を伴う光走査波形となってしまうため、光利用効率を高めるには、往復走査描画を行う必要がある。そのため、正方向の走査描画開始タイミングと負方向の走査描画開始タイミングを高精度に検出する必要がある。同様に、レーザビームプリンタ等の画像形成装置に用いる場合にも、高速印刷を行うためには、走査描画開始タイミングを高精度に検出する必要がある。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、
▲１▼構成要素を大幅に増やすことなく、
▲２▼共振型電磁アクチュエータの効率的な駆動を行いながら、
▲３▼電磁アクチュエータ固有の共振周波数、電磁アクチュエータの回動タイミング等をリアルタイムに高精度検出できる
電磁ガルバノミラー等の電磁アクチュエータの駆動並びに駆動状態検出方法、駆動制御方法、こうした電磁アクチュエータを利用した光偏向器及び画像形成装置などの装置を提供することを、その目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の電磁アクチュエータの駆動並びに駆動状態検出方法は、軸中心に回動可能な可動部を有し、複数の要素を含む可動部駆動用磁界発生手段を有し、磁界発生手段の少なくとも１つの要素がコイルであり、磁界発生手段の複数の要素の相互作用により可動部を回動させる電磁アクチュエータの駆動並びに駆動状態検出方法であって、電磁アクチュエータの駆動１周期内に、コイルに駆動信号を印加する駆動期間と、駆動信号を印加しない検出期間を設定し、検出期間において可動部の回動によって発生する誘導信号を検出し、駆動信号に同期した基準信号の発生時点と或る信号レベルで検出する誘導信号の通過タイミングとの時間差を検出し、検出した時間差情報を基にして、駆動信号に対する可動部の回動の位相差情報を算出することを特徴とする。
【００１３】
上記基本の構成に基づいて以下の様な態様が可能である。
検出期間において可動部の回動によって磁界発生手段のコイルに発生する誘導信号を検出する様にできる。これは駆動用コイルに検出用コイルを兼ねさせる構成である。
【００１４】
電磁アクチュエータが、磁界発生手段のコイルと、或る回動角での可動部の通過タイミングを検出する検出用コイルとの複数種類のコイルを有しており、検出期間において可動部の回動によって前記検出用コイルに発生する誘導信号を検出する様にもできる。これは駆動用コイルと検出用コイルの多段構成を採用する態様である。
【００１５】
可動部に印加する駆動信号に同期する基準信号の発生時点と可動部が第１、第２の回動角に到達したことの検出信号との時間差情報と、基準信号の間隔と、第１、第２の回動角差を基にして、駆動信号に対する可動部の回動の位相差情報並びに最大回動角情報を算出する様にもできる。
【００１６】
駆動期間に、異なる駆動信号を印加する複数の駆動期間を含ませ、複数の駆動期間の間に必ず検出期間を設定する様にもできる。この場合、複数の駆動期間を、第１の駆動期間と第２の駆動期間から構成し、電磁アクチュエータの駆動１周期内に、第１の駆動期間、第１の検出期間、第２の駆動期間、第２の検出期間の順に期間を設定し、それぞれの期間の時間間隔を、ほぼ１：１：１：１に設定する様にできる。さらに、異なる駆動信号を、正・負の極性が異なる駆動信号で構成する様にできる。
【００１７】
また、前記異なる駆動信号を、時間軸に対して、電磁アクチュエータの駆動１周期内において、近似的な正弦波である様に設定する様にできる。また、検出期間を、可動部の回動角速度が最大・最小である期間を含まない様に設定する様にできる。こうして検出期間の限定を行って、高効率駆動を達成できる。
【００１８】
さらに、上記目的を達成する本発明の電磁アクチュエータの制御方法は、上記の電磁アクチュエータの駆動並びに駆動状態検出方法を実行すると共に、前記算出した位相差情報を基に、可動部固有の共振周波数で駆動する共振型電磁アクチュエータの駆動信号の周波数を算出して駆動信号を生成することを特徴とする。ここにおいて、前記算出した最大回動角情報を基に、駆動信号の印加エネルギーを算出して駆動信号を生成する様にもできる。
【００１９】
また、前記算出した位相差情報が比較的大きい状態では、検出期間を拡大して、一定程度可動部固有の共振周波数へ追従させた後に、検出期間を通常の範囲に戻す処理を行なう様にもできる。
【００２０】
さらに、上記目的を達成する本発明の電磁アクチュエータは、上記の電磁アクチュエータの駆動並びに駆動状態検出方法、或いは上記の電磁アクチュエータの制御方法を実行する様に構成されたことを特徴とする。こうした電磁アクチュエータは、半導体加工プロセスにより一体作製され得る。また、こうした方法を実行する構成は、マイコン、電子回路の技術などを用いて容易に構築される。
【００２１】
また、上記目的を達成する本発明の光偏向器は、上記の電磁アクチュエータの可動部を光ビーム偏向用の手段として用いる光偏向器であって、前記算出した情報を基に、電磁アクチュエータにより偏向される光ビームの出射タイミングの同期信号を出力する様に構成されたことを特徴とする。
【００２２】
また、上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、上記の光偏向器と光ビーム光源と光照射面を備え、前記出射タイミングの同期信号を少なくとも光ビーム光源の点灯及び変調タイミングの制御に用いる様に構成されて、光ビーム光源からの光ビームが光偏向器で偏向されて光照射面に照射されることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について本発明の原理に触れながら説明する。
【００２４】
典型的には、本発明の実施の形態は、軸中心に回動可能なミラー面を設けた可動板を有した光偏向器である。本発明は、複数の要素を含む磁界発生手段を有し、その磁界発生手段の少なくとも１つの要素がコイルであり、その複数の要素の相互作用により前記可動板を回動させる電磁アクチュエータの構成であれば、適用できる。その例として、従来例で挙げたムービングマグネット型電磁ガルバノミラーや、ムービングコイル型電磁ガルバノミラーが挙げられる。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態の構成例を示すブロック図である。この電磁アクチュエータは、周波数発生手段１０１、駆動信号発生手段１０２、駆動手段１０３、磁界発生手段に含まれるコイル１０４、信号増幅手段１０５、タイミング検出手段１０６、時間差測定手段１０７、駆動制御情報発生手段１０８を備える。ここにおいて、基準クロック２０１、駆動信号２０２、印加信号２０３、誘導信号２０４、増幅信号２０５、タイミング信号２０６、同期信号２０７、測定時間情報２０８、周波数設定情報２０９、振幅設定情報２１０、走査タイミング情報２１１が出・入力される。
【００２６】
周波数発生手段１０１は、コイル１０４に印加する印加信号２０３の共振周波数の基準となる周波数の基準クロック２０１を発生させる。この基準クロック２０１は、駆動信号発生手段１０２により、駆動に必要な波形に整形され、駆動信号２０２として出力される（図４（ａ）参照）。また、駆動信号発生手段１０２は、この駆動信号２０２に同期した同期信号２０７を出力する。ここで、駆動信号２０２が存在する期間を駆動期間、駆動信号２０２が存在しない期間を検出期間とする。本実施形態では、駆動期間は、駆動期間Ａ、駆動期間Ｃという異なる期間を有する。
【００２７】
ここでは、駆動期間Ａは負の駆動信号、駆動期間Ｃは正の駆動信号を印加する期間である。この正負の駆動信号２０２は、同じ形・大きさ・幅である必要は無い。検出期間も、検出期間Ｂ、検出期間Ｄという異なる期間を有する。検出期間Ｂが、可動板の回動角の角速度が増加する期間を検出する期間であれば、検出期間Ｄは、可動板の角速度が減少する期間を検出する期間となり、逆の場合もある。電磁アクチュエータの１周期内に、駆動期間Ａ、検出期間Ｂ、駆動期間Ｃ、検出期間Ｄの順に期間が存在する。ガルバノミラーの駆動効率と位相差（駆動信号２０７と可動板の回動角変化との位相差）を検出できる範囲から考えて、それぞれの期間の比は１：１：１：１が理想的である。しかし、可動板の回動角の位相が大幅にずれている初期状態などでは、検出期間を拡大して、或る程度ガルバノミラー固有の共振周波数へ追従させてから、検出期間を通常の範囲に戻す処理を行ってもよい。また、駆動波形は、必ずしもパルスである必要は無く、駆動期間中に印加される波形は、可動板を効率的に駆動できるものであれば正弦波に近い形のものなど任意のものでよい。
【００２８】
駆動信号２０２は、駆動手段１０３により、印加信号２０３とされてコイル１０４に印加される。コイル１０４に印加された信号により、電磁アクチュエータの可動板が回動し、その回動運動により誘導された信号が誘導信号２０４として発生する。その発生原理と取り扱い法を説明する。
【００２９】
以下の説明のため、可動板の回動角θを、θ＝ａ・ｓｉｎ（２πｆ・ｔ）（ｆ：電磁アクチュエータの駆動周波数、ｔ：時間、ａ：振幅）で変化すると仮定する。ここで、例として図３のようなの構成のムービングコイル型電磁ガルバノミラーを考える。磁束密度は、一様に矢印の方向に掛かっているとする。ここで、電磁誘導でコイル１１１０に発生する信号は、コイル１１１０への鎖交磁束Φの時間的に変化する割合に等しいため、コイルの抵抗値Ｒとすると、誘導起電流Ｉは、
Ｉ＝−ｄΦ／ｄｔ・１／Ｒ　　　　（ａ）
とできる。鎖交磁束Φは、
Φ＝Ｋ・ｓｉｎθ　（Ｋ：定数）　　　　（ｂ）
なので、式（ａ）は、
Ｉ＝Ｋ’ｄθ／ｄｔ・（ｃｏｓθ）＝Ｋ”ｃｏｓ（２πｆ・ｔ）×ｃｏｓ｛ａ・ｓｉｎ（２πｆ・ｔ）｝（Ｋ’、Ｋ”：定数）　（ｃ）
とできる。ここで、ｃｏｓ｛ａ・ｓｉｎ（２πｆ・ｔ）｝≒１と近似できるとすると、Ｉ＝Ｋ”ｃｏｓ（２πｆ・ｔ）とすることができる。これから、誘導起電流Ｉは可動板の回動角θとは位相が９０°ずれて変化していることが分かる。
【００３０】
信号増幅手段１０５には、印加信号２０３と、印加信号２０３による誘導信号と、可動板の回動による誘導信号の和が入力される（図４（ｃ）参照。ただし、図４（ａ）、図４（ｂ）では回動角がゼロの所を時間軸（横軸）の基準として描いていて、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）では同期信号発生時点を時間軸（横軸）の基準として描いている）。この信号増幅手段１０５で、誘導信号２０４を所定の大きさまで増幅する（図４（ｄ）参照）。印加信号２０３による誘導信号がほぼ０であるとみなせば、信号増幅手段１０５で増幅された増幅信号２０５は、検出期間において、可動板の回動角速度に対応した増幅信号となる。さらには、上記した様に共振型電磁アクチュエータの回動角は正弦波的な変化をしているので、増幅信号２０５は、検出期間において、可動板の回動角に対応付けられ得る。ここで、駆動期間に対応する増幅信号２０５は、増幅手段１０５の電源レベル等にクリッピングされる。
【００３１】
この増幅信号２０５に基づき、タイミング検出手段１０６において、１点以上の信号レベル（回動板の或る回動角に対応する図５でのφ１、φ２）での通過タイミングをタイミング信号２０６（図５でのｔ_ｄ１、ｔ_ｄ２、ｔ_ｄ３、ｔ_ｄ４）として出力する。このタイミング信号２０６と、駆動信号発生手段１０２からの同期信号２０７（図４（ｅ）参照）との時間差を時間差測定手段１０７で測定し、測定時間情報２０８として出力する。この測定時間情報２０８から、駆動制御情報発生手段１０８で、周波数設定情報２０９を生成する。後述するように、周波数設定情報２０９の生成は１点の信号レベルでの通過タイミングを測るだけでも可能であるが、振幅設定情報２１０や回動タイミング情報２１１を更に生成する場合には、２点以上の信号レベルでの通過タイミングを測って、２点以上の信号レベル間隔の情報をも用いて、駆動制御情報発生手段１０８で、周波数設定情報２０９、振幅設定情報２１０、回動タイミング情報２１１を生成する。
【００３２】
ここで、上記時間差情報から駆動信号とガルバノミラーの回動角との位相差を得て、それが可動板の駆動制御に有効に用いられる原理を説明する。図７（ａ）は、電磁アクチュエータのコイルへの印加信号の周波数と、電磁アクチュエータの最大回動角との関係を示す図である。図７（ｂ）は、電磁アクチュエータのコイルへの印加信号の周波数と、印加信号と電磁アクチュエータの回動角の位相差との関係を示す図である。図７（ａ）で回動角が最大の点が、この条件での電磁アクチュエータの共振周波数である。これらの図から、「共振周波数付近では、電磁アクチュエータの回動角の上記位相差が大きく変化する」、また「共振周波数からの印加信号周波数のズレと、回動角の上記位相差は相関を持っている」ことが確認できる。これらについては、環境温度等の変化により、固有の共振周波数の値が変化しても、同じ現象・相関を確認することができる。
【００３３】
次に、電磁アクチュエータが置かれている周辺の環境温度を互いに変えた２つのデータ（特性Ａ、Ｂ）を図８（ａ）、（ｂ）に示す。図８（ａ）は、横軸に印加周波数、縦軸に最大回動角を示している。図８（ｂ）は、横軸に印加周波数、縦軸に上記位相差を示している。この図から分かるように、「電磁アクチュエータの環境温度が変わると、共振周波数は著しく変化する」。具体的な例としては、温度が１℃変わると、共振周波数は数Ｈｚ変わる場合もある。そのため、この電磁アクチュエータを共振周波数付近で駆動する場合は、環境温度によって最大回動角が大きく変化してしまう。具体的な例としては、共振周波数から印加信号の周波数が１Ｈｚずれるだけで、最大回動角が半減してしまう場合もある。そのため、電磁アクチュエータ固有の共振周波数の変化に対応させて、印加信号の周波数を追従させてやる必要がある。
【００３４】
ここで、何らかの外的要因で特性Ａから特性Ｂに変わるとする（これは、共振周波数が高くなることに対応する）。同じ印加周波数で駆動しているままであると、回動角が大幅に減少する。しかし、図８（ａ）の特性Ａに示すように共振点を中心としてほぼ対称となるような共振特性の場合、共振周波数が変化した時に回動角波形の振幅だけを検出したのでは、共振周波数が高低のいずれ側に変化したのかを検出することができない。
【００３５】
そこで、「共振周波数からの印加周波数のズレと、上記位相差は相関を持っている」ことを利用して、図８（ｂ）に示すように、駆動信号の位相情報の変化を検出して、共振周波数が高低のいずれ側に変化したのかを検出できる様にする。すなわち、図８（ａ）、図８（ｂ）の特性Ａ、Ｂで示すように、「共振周波数が高い方へ変化した場合には、位相差が正の方向に大きくなる（回動角の位相が遅れる）。一方、共振周波数が低い方へ変化した場合には、位相差が負の方向に大きくなる（回動角の位相が進む）。」ことを利用する。このようにして、駆動制御情報発生手段１０８では、測定時間情報から回動角の上記位相差情報を得て、共振周波数と印加周波数が一致するように制御する為に、周波数設定情報２０９を出力する（周波数追従制御）。
【００３６】
本発明によれば、回動角の位相差情報を得ることは、増幅信号２０５における往復の同一点での測定時間情報の平均を取ることにより実現できる。具体的には、駆動信号の同期信号２０７の時間情報と、ゼロ点からの或る回動角φ１に対応した増幅信号２０５の或るレベルを通過する時点の時間情報を測定する。この場合、電磁アクチュエータが１周期回動する間に、双方向で２回の時間情報ｔｄ１、ｔｄ２を計測できる。上述した様に共振型電磁アクチュエータの回動角は正弦波的な変化をしていて増幅信号２０５とは９０°位相がずれている。これら増幅信号２０５の測定時間情報の平均を取ることにより、位相９０°または２７０°のところの増幅信号２０５の時間情報が得られる。つまり、位相０°または１８０°での回動角の時間差情報（同期信号２０７の時間情報との差）が得られる。この得られた時間差情報が位相０°または１８０°の回動角でのものであるとすると、印加周波数の周期Ｔを用いて、式（１）のように回動角のゼロ点での時間差情報Ｄｃが得られる。
Ｄｃ＝１／２・（ｔ_ｄ１＋ｔ_ｄ２）　（位相０°の場合）　または　Ｄｃ＝１／２・（ｔ_ｄ１＋ｔ_ｄ２−Ｔ）　（位相１８０°の場合）　　　（１）
【００３７】
更に、印加周波数ｆの周期Ｔから、式（２）のように、駆動信号の同期信号２０７と回動角との位相差情報ωを得ることができる。
ω＝２πｆ・Ｄｃ　（０≦ω＜２π）　　　　（２）
【００３８】
ゼロ点からの或る回動角に対応した複数の点において同様の処理を行い、積算平均化を行うことにより、さらに高精度な位相差情報が得られる。式（１）、（２）からの位相差情報を用いて（上述した様に、この位相差情報は、共振周波数からの印加周波数のズレの大きさと方向の情報を含んでいる）、常時印加周波数の設定を変更することによって、共振型電磁アクチュエータの周波数追従制御を行うことができる。
【００３９】
増幅信号のゼロクロスタイミングより上記位相差を検出する方法では、増幅手段の使用環境によるオフセットの変動により、ゼロクロス点が変化してしまい、検出精度低下が問題となる。しかし、本発明によれば、平均した時間を情報として用いるため、増幅手段のオフセットやオフセットの変動による影響や、最大回動角の大きさの変化等に影響を受けることなく、正確な回動角の各種情報を得ることができる。
【００４０】
上記の方法により、印加周波数を共振周波数に一致させた場合でも、電磁アクチュエータの最大回動角は一定とはならない場合があり、光偏向器における走査ビームの振幅を一定に保てない。これは、環境温度などの要因により、Ｑ値等が変化してしまい、同じ印加エネルギーでも同じ回動角振幅を得ることができないからである。そのため、周波数追従制御に加えて、電磁アクチュエータの最大回動角情報から、電磁アクチュエータの最大回動角が一定なる様に印加エネルギーを調整してやる必要がある（振幅制御）。そのために、測定時間情報から現在の最大回動角情報を得て、電磁アクチュエータの最大回動角が一定になるように印加信号２０３の振幅・デューティ比等を変化させる。
【００４１】
本発明によれば、最大回動角情報は、増幅信号２０５における複数の点での時間情報を測定し、以下の式から算出できる。周波数追従制御は、上述したように増幅信号２０５における１つの点での時間情報を測定するのみでも可能であったが、振幅制御は、増幅信号２０５における複数の点での時間情報を測定する必要がある。
【００４２】
図５で、増幅信号２０５の信号レベルφ１、φ２、時間差Ｄｃ、検出タイミングｔ_ｄ１、ｔ_ｄ２、ｔ_ｄ３、ｔ_ｄ４、印加周波数周期Ｔとすると、
φ１＝Ａｓｉｎ２π・１／Ｔ・（ｔ_ｄ２−Ｄｃ）　　　　（３）
φ２＝Ａｓｉｎ２π・１／Ｔ・（ｔ_ｄ３−Ｄｃ）　　　　（４）
ここで、φ０＝φ１＋φ２とすると、式（３）、（４）より、
Ａ＝φ０／｛ｓｉｎ２π・１／Ｔ・（ｔ_ｄ２−Ｄｃ）＋ｓｉｎ２π・１／Ｔ・（ｔ_ｄ３−Ｄｃ）｝　　　　（５）
となり、式（５）よりφα、ｔαの関係式は、式（６）のようになる。
φα＝Ａｓｉｎ２π・１／Ｔ・（ｔα−Ｄｃ）
＝φ０／｛ｓｉｎ２π・１／Ｔ・（ｔ_ｄ２−Ｄｃ）＋ｓｉｎ２π・１／Ｔ・（ｔ_ｄ３−Ｄｃ）｝・ｓｉｎ２π・１／Ｔ・（ｔα−Ｄｃ）　　　　（６）
式（６）でｔα＝１／４・Ｔとすると、式（７）のように最大回動角Θが得られる。
Θ＝φ０／｛ｓｉｎ２π・１／Ｔ・（ｔ_ｄ２−Ｄｃ）＋ｓｉｎ２π・１／Ｔ・（ｔ_ｄ３−Ｄｃ）｝・ｓｉｎ２π・（１／４−Ｄｃ／Ｔ）
（７）
この式（７）の最大回動角情報を用いることにより、共振型電磁アクチュエータの振幅制御を行うことができる。
【００４３】
ここで、式（１）、（２）、（６）、（７）では、或るレベルでのタイミング信号ｔ_ｄ１、ｔ_ｄ２、ｔ_ｄ３、ｔ_ｄ４、レベル間隔φ０、周波数ｆ、周期Ｔのみで記述されるため、増幅信号のレベルのゼロ点との関係に対して制約は無い。つまり、増幅手段１０５においてオフセットが存在しても、レベル間隔φ０は一定に保たれるので、ゼロ点からのレベルの変動による影響を受けることはない。また、オフセットの変動の周期は、電磁アクチュエータの駆動周期に対して、著しく長く且つ変動も連続的なため、電磁アクチュエータの駆動周期毎の増幅信号２０５に対してオフセットの変動は影響を与えない。
【００４４】
共振型電磁アクチュエータは、正弦波的な回動角の変化をするため、画像形成装置においてビームを走査させる場合、片方向走査よりも双方向走査の方が効率良い走査を行うことができる。しかし、双方向走査のレーザ点灯や変調タイミングがずれてしまうと、形成する画像の画質劣化を招く。そのため、ビームの走査タイミング情報を正確に把握する必要がある。よって、上記測定情報から現在の回動角の回動タイミング情報を得て、ビームの走査タイミング情報として、出力するのがよい。
【００４５】
この場合も、回動タイミング情報は、ｔαとφαの関係式（６）から得ることができる。ここで、周波数追従制御によっても共振周波数に完全に印加周波数が一致していない時、現在の回動タイミング情報を出力することにより、その情報を基にビームを点灯又は変調させて、画像形成装置の描画位置及び描画振幅を一定位置に保つことができる。
【００４６】
以上の説明では、電磁アクチュエータをムービングコイル型として説明したが、本発明はムービングマグネット型を始め、コイルを含む複数の要素を含む磁気発生手段を有した電磁アクチュエータであれば、同様にＩ＝Ｋ”ｃｏｓ（２πｆ・ｔ）で誘導起電流を近似することができ、上記のことは適用できる。
【００４７】
また、「ｃｏｓ｛ａ・ｓｉｎ（２πｆ・ｔ）｝≒１」と近似したが、近似により精度低下が問題になる場合は、前述の式を補正して用いればよい。同様に、磁束密度は、均一であると仮定しているが、精度低下が問題になるようであれば、前述の式に磁束密度の変化・分布を考慮して補正を行ってやればよい。可動板の厚さ、コイルと永久磁石の配置なども考慮して、上記式を補正することで、より高精度な検出を行うこともできる。
【００４８】
また、以上の説明では、駆動用コイルと検出用コイルを兼用としたが、駆動用コイルと検出用コイルを別の構成にし、駆動用コイルに駆動期間の印加信号を入力し、検出用コイルからの検出期間の誘導信号を増幅して、上記処理を実行してもよい。この構成であれば、駆動用コイルと検出用コイルをそれぞれ最適に配置でき、駆動効率と検出精度の向上を図ることができる。
【００４９】
加えて、駆動用コイルと検出用コイルを別の構成にし、検出用コイルは或る回動角の通過タイミングを検出できるような検出手段に含まれるようにして、複数の回動角の通過タイミング情報を用いてもよい。この構成であれば、実際の回動角の位置によってタイミング情報を得ているため、「ｃｏｓ｛ａ・ｓｉｎ（２πｆ・ｔ）｝≒１」の近似が問題になるような精度でも、信号処理を簡易に行なえて処理回路の負担を軽くできる。
【００５０】
以上の様に本発明を用いると、電磁アクチュエータであっても、駆動と同時に電磁誘導による検出を行うことができる。電磁誘導は、容易な構成で高精度な検出を実現できる検出法であるので、低コストで高精度な検出を実現できる。また、電磁アクチュエータに検出部を組み込むことが容易で、コンパクトな電磁アクチュエータを実現できる。
【００５１】
電磁アクチュエータは、理想的には正弦波駆動することが最も効率として良い。しかし、正弦波駆動を行う場合、駆動のために発生する磁場により、コイルによる磁場検出を行うことが困難となってしまう。そのため、本発明の一形態では、電磁アクチュエータの１周期内に、２種類の駆動期間と、検出期間を有することにより、効率的な電磁アクチュエータの駆動を行なえる。ここでは、単極の矩形波で駆動した場合より、正・負パルスで駆動した方が、効率的な駆動ができ、低消費電力を実現できる。
【００５２】
また、本発明では、検出期間の誘導起電圧又は誘導起電流を増幅手段により増幅し検出信号として用いる。しかし、検出に関しては、検出期間に誘導信号のピークが含まれない場合、検出期間の信号を増幅しただけでは、電磁アクチュエータの最大回動角情報を得ることができない。更に、増幅手段のオフセット変動が存在するため、電磁アクチュエータの位相差情報や、電磁アクチュエータの回動タイミングを高精度に検出することは困難となる。そのため、本発明の一形態では、複数の回動角での通過タイミングを測定し、測定した時間情報と複数の回動角間の角度差を基に最大回動角情報を得る。本発明では、増幅手段のオフセットが存在しても、回動角検出点の相関により算出を行うため、検出精度がオフセットの影響を受けない。また、上記時間差を検出するレベルは、回動角のゼロ点に対しての関係の制約が無いため、検出手段や駆動信号の自由度が増加する。また、電磁アクチュエータの１駆動周期に対して、増幅手段のオフセットの変動の周期は、極端に大きいため、オフセットの変動が精度の低下をもたらすことは無い。このように、本発明は、検出手段の構成要素からの影響を受けることなく、検出を行うことができる。
【００５３】
さらに、本発明は、或る回動角での可動板の通過タイミングを検出できるコイルを電磁アクチュエータに用いると、最適な構成の検出用コイルを最適な位置に配置できて駆動磁場の影響を検出用コイルが受けないため、高効率な駆動と高精度な検出を同時に行うことができる。
【００５４】
【実施例】
以下に、より具体的な実施例を図面に沿って説明する。
【００５５】
（実施例１）
本実施例では、図２の構成のムービングコイル型の共振型電磁ガルバノミラーを用いて、光偏向器としてレーザ光の光走査を行う。また、図１の構成を用いて、上記実施の形態で述べたように走査ミラー１００１の駆動、駆動状態検出、駆動制御を行う。さらに、図４と同様に、駆動信号波形は、正・負パルス駆動を用い、駆動手段１０３により印加信号２０３としてコイル１０４に印加される。本実施例でも、電磁アクチュエータの１駆動周期中に、駆動期間Ａ、検出期間Ｂ、駆動期間Ｃ、検出期間Ｄを有し、その時間の比は、１：１：１：１である。検出期間の誘導信号２０４は増幅手段１０５により増幅信号２０５とされる。そして、増幅信号２０５において２つのレベルを通過するタイミングはタイミング検出手段１０６で検出され、この検出値と同期信号２０７に基づいて時間差測定手段１０７により測定時間情報２０８が測定される。駆動制御信号情報発生手段１０８は、検出された測定時間情報２０８から上記式（１）、（２）により上記位相差情報を算出し、それをもとに走査ミラー１００１の周波数追従制御を行う。また、同様に上記式（１）、（７）により算出した走査ミラー１００１の最大回動角情報により、印加信号２０３の振幅を調整し、走査光の振幅制御を行う。
【００５６】
ここで、電磁ガルバノミラーの環境温度を変化させて、強制的に走査ミラー１００１の共振周波数を変化させてみる。本実施例では、電磁ガルバノミラーの共振周波数が変動した場合でも、駆動周波数を共振周波数に追従させられ、安定な走査を行うことができる。また、電磁ガルバノミラーの回動角の位相を一定に保てるため、走査光のタイミングを安定に制御できる。加えて、振幅制御により、環境温度変化で電磁ガルバノミラーのＱ値等が変化した場合でも、一定の走査振幅を得ることができる。また、環境温度を任意のまま、長時間駆動しても、同様な結果が得られる。
【００５７】
この結果、共振型電磁ガルバノミラーを光偏向器に用いた際、光を安定に走査することができ、本実施例を高性能な光偏向器として用いられる。また、余分なセンサの構成を増やすことなく、高精度検出と高効率な駆動を行なえる。
【００５８】
（実施例２）
実施例２は、図６の構成を用いて走査ミラー１００１の駆動、駆動状態検出、駆動制御を行う。この点以外は、実施例１と同様である。以下に相違点のみを述べる。図６において、１０９は駆動用コイルであり、１１０と１１１は検出用コイルであり、実施例２では実施例１と異なり駆動用コイル１０９と検出用コイル１１０、１１１を別構成としている。検出コイル１１０、１１１は、それぞれ或る回動角を可動板（走査ミラー１００１）が通過した際、最大の信号を出力する様に設けられている。駆動信号波形は実施例１と同様の波形であり、駆動手段１０３により駆動用コイル１０９に印加され、検出用コイル１１０、１１１には印加されない。そして、電磁誘導により、可動板（走査ミラー１００１）の回動で発生する検出用コイル１１０、１１１からの誘導信号２０４は増幅手段１０５で増幅され、増幅信号２０５として用いられる。
【００５９】
タイミング検出手段１０６により、それぞれの検出用コイル１１０、１１１からの増幅信号２０４のピークタイミングが検出され、タイミング信号２０６として出力される。本実施例では、共振型電磁アクチュエータの可動板の回動角は正弦波的な変化をしているが、増幅信号２０４とは位相がずれていないので、この検出値の処理は実施例１と若干異なる（本実施例では、位相９０°または２７０°での回動角の時間差情報（同期信号２０７の時間情報との差）が得られる）。しかし、上記式（１）がＤｃ＝１／４・（２ｔ_ｄ１＋２ｔ_ｄ２−Ｔ）（位相９０°の場合）、またはＤｃ＝１／４・（２ｔ_ｄ１＋２ｔ_ｄ２−３Ｔ）（位相２７０°の場合）と若干変わるのみで、実質的に同様な処理が行なわれる。
【００６０】
この構成を用いた結果、実施例１に比べて、検出用のコイル１１０、１１１を最適な位置に配置することができ、高精度な検出ができる。また、検出精度の更なる高精度化のための算出式の補正が不要となり、信号処理の負荷が少なくなって、回路構成の減少化、トータルの回路の低消費電力化という効果が得られる。
【００６１】
（実施例３）
図１０は本発明の光偏向器を用いたレーザビームプリンタの基本的な構成を示す本実施例の模式図である。図１０において、２００２はレーザ光源であり、２００３はレンズ或いはレンズ群であり、２００４は書き込みレンズまたはレンズ群であり、２００６はドラム状感光体（画像表示面）である。２つのレンズ或いはレンズ群２００３、２００４の間には、共振型電磁ガルバノミラーを用いた光偏向器２００１が配置されている。この光偏向器２００１では、実施例１の周波数追従制御と振幅追従制御に加えて、回動タイミング情報を出力して、レーザ光源２００２の点灯及び変調タイミングの制御、及び感光体２００６の回転駆動の制御を行なう。
【００６２】
光偏向器２００１は、ドラム状感光体２００６の回転中心と平行な一次元方向に光を走査する光スキャナ装置として機能する。ここにおいて、レーザ光源２００２から射出されたレーザ光は、光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けており、電磁ガルバノミラー２００１により一次元的に走査される。一方、ドラム状感光体２００６は回転中心の回りで所定の回転速度で回転している。そして、感光体２００６は図示しない帯電器により表面が一様に帯電されている。従って、光偏向器２００１による走査と感光体２００６の回転とに基づき、走査されたレーザ光は書き込みレンズ２００４により感光体２００６の表面にパターン状に二次元状に入射されることになり、その光入射部分と光非入射部分とで静電潜像が形成される。図示しない現像器により、感光体２００６の表面の静電潜像に対応したパターンのトナー像が形成され、これを例えば図示しない用紙に転写・定着することで用紙上に可視画像が形成される。
【００６３】
図９に、実施例３での制御のフローチャートを示す。初期起動時は、駆動信号２０２の周波数を予め設定された値に設定し、検出された同期信号２０７と誘導信号２０４との位相差情報が、予め設定された位相差と一致するまで、駆動信号２０２の周波数の増減を行う。この際、環境温度が予め想定したものとほぼ一致しているとは限らない。また、電磁アクチュエータは、駆動を開始してから装置温度が安定するまで暫く時間が必要となるため、装置起動時は周波数追従制御が重要になる。この周波数制御により、駆動周波数が共振周波数に一致するまでは、設定値からの位相ズレが走査光に存在し、そのままではレーザビームの印刷開始位置や終了位置がずれてしまう。しかし、アクチュエータの温度が安定して上記位相ズレが無くなるまで印刷を行えないのであれば、プリンターの起動が極めて遅いものになってしまう。
【００６４】
そのため、初期起動時は、周波数追従制御を行いつつ、可動板の回動角の位相ズレを把握するために上記式（６）より回動タイミング情報を得て、これを、レーザビームの点灯及び変調のタイミング制御、及び感光体２００６の回転駆動の制御を行うために用いる。これにより上記位相ズレを考慮できるようになり、更に式（７）の最大回動角情報を用いて、レーザビーム点灯及び変調の制御、及び感光体２００６の回転駆動の制御をすることによって、印刷開始位置及び終了位置を一定位置に固定できる。また、上記位相差が０になる、つまり共振周波数と駆動周波数が一致する場合は、初期設定の回動タイミング情報を出力し、振幅制御のみを行なう。これにより、処理回路の負担が軽減され、低消費電力化が図られる。
【００６５】
この結果、本発明の上記位相差等の回動角情報を用いることによって、従来の電磁アクチュエータを用いたものに比べ、初期起動時間が短縮されるレーザビームプリンタを実現できる。また、回動角情報を用いることによって、電磁アクチュエータと感光体２００６の回転との同期を取れるようになり、印刷位置を精度良く制御できて、高品位な印刷を実現することができる。
【００６６】
（実施例４）
図１１は、本発明の光偏向器を用いた光学機器であるレーザディスプレイの基本的な構成を示す本実施例の模式図である。図１１において、２００２はレーザ光源であり、２００３はレンズ或いはレンズ群であり、２００４は書き込みレンズまたはレンズ群であり、２００５は投影面（画像表示面）である。２つのレンズ或いはレンズ群５０３、５０４の間には、光偏向器群２００１が配置されている。光偏向器群２００１は、２つの電磁ガルバノミラー２００１ａ、２００１ｂを備えており、レーザ光源２００２からレンズ或いはレンズ群２００３を経て到来する光が電磁ガルバノミラー２００１ａにより第１方向の回りでの偏向作用を受け、電磁ガルバノミラー２００１ａにより偏向された光が電磁ガルバノミラー２００１ｂにより第１方向と直交する第２方向の回りでの偏向作用を受けて、書き込みレンズまたはレンズ群２００４を経て投影面２００５上へと投影されて画像を形成する。
【００６７】
２つの電磁ガルバノミラー２００１ａ、２００１ｂは本発明によるものであり、半導体作製プロセスを用いて作製される。レーザ光源２００２から入射したレーザ光は、光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて２つの電磁ガルバノミラー２００１ａ、２００１ｂにより２次元的に走査される。そして、上記した様に、この走査されたレーザ光は書き込みレンズ２００４を経て投影面２００５上に画像を形成する。周波数追従制御及び振幅制御、回動タイミング情報出力は、水平走査用電磁ガルバノミラーに対して用いられて、実施例１、３と同様の処理が行われる。
【００６８】
この結果、水平走査用と垂直走査用の電磁ガルバノミラーの同期を取ることが可能となり、走査ビームの位置制御が可能となって、高画質な２次元画像を表示することができる。また、複雑な検出部が不要な電磁ガルバノミラーを画像表示装置に用いられるため、超小型な画像表示装置を実現できる。さらに、高効率なミラー駆動と駆動状態検出を両立できるため、低消費電力の表示装置を実現することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明により、共振型電磁ガルバノミラーなどの電磁アクチュエータの構成要素を大幅に増やすことなく、その効率的な駆動を行いながら、高精度な駆動状態検出を行うことができる。従って、検出された情報により、周波数追従制御や振幅制御を行うことができ、回動タイミング情報を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による電磁アクチュエータの構成例を示す図である。
【図２】図２は本発明も適用できるムービングマグネット型電磁アクチュエータの構成例を示す図である。
【図３】図３は本発明も適用できるムービングコイル型電磁アクチュエータの構成例を示す図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態を説明するための信号図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態を説明するための信号図であって、本発明の増幅信号から最大回動角、走査タイミング情報を算出することを説明するための図である。
【図６】図６は本発明の実施例２を実施するための構成例を示す図である。
【図７】図７は本発明の共振周波数追従制御を説明する図である。
【図８】図８は本発明の共振周波数追従制御を説明する図である。
【図９】図９は本発明の実施例３の光偏向器の制御の一部を示すチャート図である。
【図１０】図１０は本発明の実施例３の光偏向器を１次元画像形成に用いた構成図である。
【図１１】図１１は本発明の実施例４の光偏向器を２次元画像表示装置に用いた構成図である。
【符号の説明】
１０１　　周波数発生手段
１０２　　駆動信号発生手段
１０３　　駆動手段
１０４、１００２ａ、１１１０　　コイル
１０５　　誘導信号増幅手段
１０６　　タイミング検出手段
１０７　　時間差測定手段
１０８　　駆動制御手段
１０９　　駆動用コイル
１１０、１１１　　検出用コイル
２０１　　基準クロック
２０２　　駆動信号
２０３　　印加信号
２０４　　誘導信号
２０５　　増幅信号
２０６　　タイミング信号
２０７　　同期信号
２０８　　測定時間情報
２０９　　周波数設定情報
２１０　　振幅設定情報
２１１　　回動タイミング情報
１００１　　走査ミラー
１００１ａ　　ガラス基板
１００１ｂ　　鏡面部
１００１ｃ　　永久磁石
１００１ｄ　　支持部材
１００１ｅ　　駆動軸
１００２　　磁気発生部
１００２ｂ　　コイル枠
１１０１　　ベース
１１０２、１１０３　　左右一対の支持部
１１０４　　振動体
１１０５　　外枠部
１１０５Ａ　　外枠部の開口部
１１０６　　反射ミラー部
１１０７　　左右一対の梁部
１１０８、１１０９　　左右一対の永久磁石
２００１　　共振型電磁ガルバノミラーを用いた光偏向器ないし光偏向器群
２００１ａ、２００１ｂ　　共振型電磁ガルバノミラー
２００２　　レーザ光源
２００３　　レンズないしレンズ群
２００４　　書き込みレンズないし書き込みレンズ群
２００５　　投影面
２００６　　感光体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for driving an electromagnetic actuator such as an electromagnetic galvanometer mirror and the like, which can be used in an optical scanning device such as a laser display, a laser printer, and a scanner, a method for detecting a drive state, a method for controlling a drive, an optical deflector including such an electromagnetic actuator, and an image. The present invention relates to an apparatus such as a forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a light deflector, an electromagnetic galvanometer mirror that drives a mirror with an electromagnetic force has been known. In recent years, small electromagnetic galvanometer mirrors manufactured using a semiconductor process have been proposed. This type of electromagnetic galvanomirror has a configuration in which a mirror is arranged on a movable portion, and the movable portion is supported from a main body portion by a torsion bar so as to rotate around a rotation axis. Examples of the configuration of the electromagnetic type include a moving magnet type (proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-82711) and a moving coil type (described as a conventional example in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-117043).
[0003]
FIG. 2 shows a configuration example of a moving magnet type electromagnetic galvanometer mirror. This example includes a scanning mirror 1001, a glass substrate 1001a, a mirror surface 1001b, a permanent magnet 1001c, a support member 1001d, a drive shaft 1001e, a magnetic generator 1002, a coil 1002a, and a coil frame 1002b. This operation is performed as follows. When the coil 1002a is energized, the magnetism generated by the magnetism generator 1002 causes attraction and repulsion between the magnetic poles of the permanent magnet 1001c. When the support member 1001d is twisted, the scanning mirror 1001 is turned to an arbitrary angle in accordance with the magnetism generated from the magnetism generating unit 1002 with the drive shaft 1001e shown in FIG. It is driven to be displaced.
[0004]
On the other hand, an example of the configuration of a moving coil type electromagnetic galvanometer mirror is shown in FIG. 3 (shown separately in the vertical direction here). In this example, a base 1101, a pair of left and right support portions 1102 and 1103, a vibrating body 1104, an outer frame portion 1105, an opening 1105A of the outer frame portion 1105, a reflection mirror portion 1106, a pair of left and right beam portions 1107, and a pair of left and right permanent It includes magnets 1108 and 1109, a driving coil 1110, and driving means D. The driving unit D includes a pair of left and right permanent magnets 1102 and 1103 disposed on a base 1101 and a driving coil 1110 disposed on an outer peripheral portion of the reflection mirror unit 1106. It is configured to supply alternating drive current. In this configuration, when a drive current is applied to the drive coil 1110 by the drive means D in the alternating direction, the reflection mirror unit is driven by Lorentz force caused by the external magnetic field of the pair of permanent magnets 1102 and 1103 and the current of the drive coil 1110. 1106 vibrates about a pair of beam parts 1107 and 1108 as axes.
[0005]
The above-described electromagnetic galvanomirror can perform efficient driving by causing a mechanical resonance phenomenon by applying a drive signal having a resonance frequency unique to the galvanomirror. By performing this resonance driving, optical scanning with a wide input amplitude and low input energy can be performed.
[0006]
However, the resonance frequency unique to the galvanomirror easily changes due to a change in environmental temperature, heat generation of the galvanomirror itself, and the like. As a result, the frequency of the drive signal deviates from the resonance frequency, and the scanning amplitude cannot be kept constant. Therefore, it is necessary to constantly monitor the resonance frequency unique to the galvanometer mirror.
[0007]
As a method of monitoring the resonance frequency, a method of arranging a detection coil and measuring using mutual inductance with a driving coil, a method of using an optical sensor that detects scanning light, an electrode of electrostatic detection A method of arranging and detecting is considered. However, any of these means greatly increases the number of components and circuit components of the galvanomirror, resulting in high costs.
[0008]
In order to solve these problems, there is a method of monitoring a resonance frequency using an induced electromotive voltage or an induced electromotive current generated by driving an electromagnetic galvanometer mirror. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-305471 proposes a method in which a driving waveform is generated by a unipolar pulse to detect an induced electromotive voltage or an induced electromotive current of an electromagnetic galvanomirror.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In order to efficiently drive the electromagnetic galvanomirror, it is ideal to drive with a sine-wave applied signal, and a unipolar pulse drive waveform causes a drastic reduction in drive efficiency. This is a major issue in realizing an electromagnetic galvanomirror with low power consumption. Further, when an induced electromotive voltage or an induced electromotive current is used, it is necessary to amplify a small signal, and the offset of the amplifying means and the fluctuation of the offset cause a significant decrease in detection accuracy. It is not used for the image forming apparatus.
[0010]
In addition, when an electromagnetic galvano mirror driven by resonance is used in a display device such as a laser display, an optical scanning waveform having a sinusoidal speed change is generated. There is. Therefore, it is necessary to accurately detect the start timing of scanning and drawing in the positive direction and the start timing of scanning and drawing in the negative direction. Similarly, when used in an image forming apparatus such as a laser beam printer, it is necessary to detect the scanning / drawing start timing with high accuracy in order to perform high-speed printing.
[0011]
The present invention has been made in view of the above problems,
(1) Without greatly increasing the number of components,
(2) While efficiently driving the resonance type electromagnetic actuator,
(3) The resonance frequency unique to the electromagnetic actuator, the rotation timing of the electromagnetic actuator, and the like can be detected with high accuracy in real time.
An object of the present invention is to provide a method for driving an electromagnetic actuator such as an electromagnetic galvanometer mirror, a drive state detecting method, a drive control method, and an optical deflector and an image forming apparatus using such an electromagnetic actuator.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A method for driving an electromagnetic actuator and detecting a driving state according to the present invention, which achieves the above object, includes a movable portion rotatable around an axis, a magnetic field generating means for driving a movable portion including a plurality of elements, At least one element of the means is a coil, and a method of driving and detecting a driving state of an electromagnetic actuator for rotating a movable portion by interaction of a plurality of elements of a magnetic field generating means, wherein one cycle of driving of the electromagnetic actuator includes: A drive period in which a drive signal is applied to the coil and a detection period in which the drive signal is not applied are set, an induction signal generated by rotation of the movable part is detected in the detection period, and a generation time of a reference signal synchronized with the drive signal is set. A time difference from the passage timing of the guidance signal detected at a certain signal level is detected, and the phase difference of the rotation of the movable portion with respect to the drive signal based on the detected time difference information. And calculates the distribution.
[0013]
The following modes are possible based on the above basic configuration.
During the detection period, an induction signal generated in the coil of the magnetic field generating means due to the rotation of the movable portion can be detected. This is a configuration in which the drive coil also serves as the detection coil.
[0014]
The electromagnetic actuator has a plurality of types of coils including a coil of a magnetic field generating unit and a detection coil for detecting a passage timing of the movable unit at a certain rotation angle, and the detection unit detects rotation of the movable unit during the detection period. An induction signal generated in the detection coil can be detected. This is an aspect in which a multi-stage configuration of a driving coil and a detection coil is adopted.
[0015]
The time difference information between the generation time of the reference signal synchronized with the drive signal applied to the movable portion and the detection signal that the movable portion has reached the first and second rotation angles, the interval between the reference signals, Based on the second rotation angle difference, phase difference information of the rotation of the movable portion with respect to the drive signal and maximum rotation angle information can be calculated.
[0016]
The driving period may include a plurality of driving periods for applying different driving signals, and the detection period may be set between the plurality of driving periods. In this case, the plurality of driving periods include a first driving period and a second driving period, and the first driving period, the first detection period, and the second driving period are included in one cycle of driving the electromagnetic actuator. , The second detection periods are set in this order, and the time intervals between the respective periods are set to approximately 1: 1: 1: 1. Further, different drive signals can be configured by drive signals having different positive and negative polarities.
[0017]
Further, the different drive signals can be set so as to be an approximate sine wave with respect to the time axis within one cycle of the drive of the electromagnetic actuator. Further, the detection period can be set so as not to include the period in which the rotational angular velocity of the movable portion is maximum / minimum. Thus, the detection period is limited, and high-efficiency driving can be achieved.
[0018]
Furthermore, a method for controlling an electromagnetic actuator of the present invention that achieves the above object executes the above-described method for driving the electromagnetic actuator and the drive state, and based on the calculated phase difference information, at a resonance frequency unique to the movable part. The driving signal is generated by calculating the frequency of the driving signal of the resonance type electromagnetic actuator to be driven. Here, the drive signal may be generated by calculating the applied energy of the drive signal based on the calculated maximum rotation angle information.
[0019]
Further, in a state where the calculated phase difference information is relatively large, a process of expanding the detection period to follow the resonance frequency specific to the movable portion to a certain extent, and then returning the detection period to the normal range may be performed. it can.
[0020]
Further, an electromagnetic actuator according to the present invention that achieves the above object is characterized in that it is configured to execute the above-described method of driving the electromagnetic actuator and detecting the driving state or the above-described method of controlling the electromagnetic actuator. Such an electromagnetic actuator can be integrally manufactured by a semiconductor processing process. Further, a configuration for executing such a method can be easily constructed using a microcomputer, electronic circuit technology, or the like.
[0021]
An optical deflector of the present invention that achieves the above object is an optical deflector that uses the movable part of the electromagnetic actuator as a means for deflecting a light beam, and deflects the electromagnetic deflector based on the calculated information. It is characterized in that it is configured to output a synchronization signal of the light beam emission timing.
[0022]
Further, an image forming apparatus of the present invention that achieves the above object includes the above-described light deflector, a light beam light source, and a light irradiation surface, and uses the synchronization signal of the emission timing at least for controlling the lighting and modulation timing of the light beam light source. And a light beam from a light beam light source is deflected by a light deflector and applied to a light irradiation surface.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings while referring to the principle of the present invention.
[0024]
Typically, an embodiment of the present invention is an optical deflector having a movable plate provided with a mirror surface rotatable around an axis. The present invention has a configuration of an electromagnetic actuator having a magnetic field generating means including a plurality of elements, at least one element of the magnetic field generating means being a coil, and rotating the movable plate by the interaction of the plurality of elements. If applicable, applicable. Examples thereof include the moving magnet type electromagnetic galvanometer mirror and the moving coil type electromagnetic galvanometer mirror described in the conventional examples.
[0025]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an embodiment of the present invention. The electromagnetic actuator includes a frequency generation unit 101, a drive signal generation unit 102, a drive unit 103, a coil 104 included in a magnetic field generation unit, a signal amplification unit 105, a timing detection unit 106, a time difference measurement unit 107, and a drive control information generation unit 108 Is provided. Here, reference clock 201, drive signal 202, applied signal 203, induction signal 204, amplified signal 205, timing signal 206, synchronization signal 207, measurement time information 208, frequency setting information 209, amplitude setting information 210, scanning timing information 211 Is input / output.
[0026]
The frequency generating means 101 generates a reference clock 201 having a frequency serving as a reference for the resonance frequency of the applied signal 203 applied to the coil 104. The reference clock 201 is shaped into a waveform necessary for driving by the driving signal generating means 102 and output as a driving signal 202 (see FIG. 4A). The drive signal generating means 102 outputs a synchronization signal 207 synchronized with the drive signal 202. Here, a period in which the drive signal 202 exists is a drive period, and a period in which the drive signal 202 does not exist is a detection period. In the present embodiment, the drive period has different periods of a drive period A and a drive period C.
[0027]
Here, the driving period A is a period for applying a negative driving signal, and the driving period C is a period for applying a positive driving signal. The positive and negative drive signals 202 need not have the same shape, size, and width. The detection period also has different periods of a detection period B and a detection period D. If the detection period B is a period for detecting a period during which the angular velocity of the rotation angle of the movable plate increases, the detection period D is a period for detecting a period during which the angular velocity of the movable plate decreases, and vice versa. Within one cycle of the electromagnetic actuator, there are periods of a driving period A, a detection period B, a driving period C, and a detection period D in this order. Considering the drive efficiency of the galvanomirror and the range in which the phase difference (the phase difference between the drive signal 207 and the change in the rotation angle of the movable plate) can be detected, the ratio of each period is ideally 1: 1: 1: 1. is there. However, in the initial state where the phase of the rotation angle of the movable plate is greatly shifted, the detection period is extended to follow the resonance frequency inherent to the galvanometer mirror to a certain extent, and then the detection period is set in a normal range. A return process may be performed. The drive waveform does not necessarily need to be a pulse, and the waveform applied during the drive period may be any waveform such as a sine wave shape as long as the movable plate can be efficiently driven.
[0028]
The drive signal 202 is applied to the coil 104 as an application signal 203 by the drive unit 103. The movable plate of the electromagnetic actuator is rotated by a signal applied to the coil 104, and a signal induced by the rotational movement is generated as an induced signal 204. The generation principle and handling method will be described.
[0029]
For the following description, it is assumed that the rotation angle θ of the movable plate changes with θ = a · sin (2πf · t) (f: drive frequency of the electromagnetic actuator, t: time, a: amplitude). Here, as an example, consider a moving coil type electromagnetic galvanometer mirror having a configuration as shown in FIG. It is assumed that the magnetic flux density is uniformly applied in the direction of the arrow. Here, since the signal generated in the coil 1110 by the electromagnetic induction is equal to the time-varying ratio of the flux linkage Φ to the coil 1110, if the resistance R of the coil is used, the induced electromotive current I becomes
I = −dΦ / dt · 1 / R (a)
And can be. The linkage flux Φ is
Φ = K · sin θ (K: constant) (b)
Therefore, equation (a) is
I = K′dθ / dt · (cosθ) = K ″ cos (2πf · t) × cos ｛a · sin (2πf · t)｝ (K ′, K ″: constant) (c)
And can be. Here, if it is possible to approximate cos ｛a · sin (2πf · t)｝ ≒ 1, then it is possible to set I = K ″ cos (2πf · t). It can be seen that the phase is shifted by 90 ° from the angle θ.
[0030]
The signal amplifying unit 105 receives the input of the applied signal 203, the induced signal of the applied signal 203, and the sum of the induced signal of the rotation of the movable plate (see FIG. 4C. In FIG. 4B, the position where the rotation angle is zero is drawn as a reference on the time axis (horizontal axis). In FIGS. 4C, 4D, and 4E, the synchronization signal generation time is shown. Time axis (horizontal axis).) The signal amplification means 105 amplifies the induced signal 204 to a predetermined magnitude (see FIG. 4D). If it is considered that the induced signal by the applied signal 203 is almost 0, the amplified signal 205 amplified by the signal amplifying unit 105 becomes an amplified signal corresponding to the rotation angular velocity of the movable plate during the detection period. Furthermore, as described above, since the rotation angle of the resonance type electromagnetic actuator changes sinusoidally, the amplified signal 205 can be associated with the rotation angle of the movable plate during the detection period. Here, the amplified signal 205 corresponding to the driving period is clipped to the power supply level of the amplifier 105 or the like.
[0031]
Based on the amplified signal 205, the timing detecting means 106 determines the passing timing at one or more signal levels (φ1, φ2 in FIG. 5 corresponding to a certain rotation angle of the rotation plate) by a timing signal 206 (FIG. 5). T at 5 _d1 , T _d2 , T _d3 , T _d4 ). The time difference between the timing signal 206 and the synchronization signal 207 (see FIG. 4E) from the drive signal generation means 102 is measured by the time difference measurement means 107 and output as measurement time information 208. From the measurement time information 208, the drive control information generation means 108 generates frequency setting information 209. As will be described later, the frequency setting information 209 can be generated simply by measuring the passage timing at one signal level. However, when the amplitude setting information 210 and the rotation timing information 211 are further generated, two points are generated. The passing timing at the above signal level is measured, and the frequency setting information 209, the amplitude setting information 210, and the rotation timing information 211 are converted by the drive control information generating means 108 using information of two or more signal level intervals. Generate.
[0032]
Here, the principle of obtaining the phase difference between the drive signal and the rotation angle of the galvanometer mirror from the time difference information and effectively using the phase difference for the drive control of the movable plate will be described. FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the frequency of the signal applied to the coil of the electromagnetic actuator and the maximum rotation angle of the electromagnetic actuator. FIG. 7B is a diagram illustrating the relationship between the frequency of the applied signal to the coil of the electromagnetic actuator and the phase difference between the applied signal and the rotation angle of the electromagnetic actuator. The point where the rotation angle is maximum in FIG. 7A is the resonance frequency of the electromagnetic actuator under this condition. From these figures, "the phase difference of the rotation angle of the electromagnetic actuator greatly changes near the resonance frequency" and "the deviation of the applied signal frequency from the resonance frequency and the phase difference of the rotation angle have a correlation. Have ". Regarding these, the same phenomenon / correlation can be confirmed even if the value of the unique resonance frequency changes due to a change in environmental temperature or the like.
[0033]
Next, two data (characteristics A and B) in which the ambient temperature around the electromagnetic actuator is changed are shown in FIGS. 8A and 8B. FIG. 8A shows the applied frequency on the horizontal axis and the maximum rotation angle on the vertical axis. FIG. 8B shows the applied frequency on the horizontal axis and the phase difference on the vertical axis. As can be seen from this figure, "if the environmental temperature of the electromagnetic actuator changes, the resonance frequency significantly changes". As a specific example, when the temperature changes by 1 ° C., the resonance frequency may change by several Hz. Therefore, when this electromagnetic actuator is driven near the resonance frequency, the maximum rotation angle greatly changes depending on the environmental temperature. As a specific example, there is a case where the maximum rotation angle is reduced by half just by shifting the frequency of the applied signal by 1 Hz from the resonance frequency. Therefore, it is necessary to make the frequency of the applied signal follow the change of the resonance frequency inherent to the electromagnetic actuator.
[0034]
Here, it is assumed that the characteristic A changes to the characteristic B due to some external factor (this corresponds to an increase in the resonance frequency). If driven at the same applied frequency, the rotation angle will be greatly reduced. However, in the case of a resonance characteristic that is substantially symmetrical with respect to the resonance point as shown in the characteristic A of FIG. 8A, if only the amplitude of the rotation angle waveform is detected when the resonance frequency changes, resonance occurs. It is not possible to detect on which side the frequency has changed, higher or lower.
[0035]
Therefore, by utilizing the fact that "the deviation of the applied frequency from the resonance frequency and the phase difference have a correlation", a change in the phase information of the drive signal is detected as shown in FIG. , It is possible to detect which of the high and low resonance frequencies has changed. That is, as shown by the characteristics A and B in FIGS. 8A and 8B, “when the resonance frequency changes to a higher one, the phase difference increases in the positive direction (the rotation angle becomes smaller). On the other hand, when the resonance frequency changes to a lower value, the phase difference increases in the negative direction (the phase of the rotation angle advances). " In this way, the drive control information generating means 108 obtains the phase difference information of the rotation angle from the measurement time information, and outputs the frequency setting information 209 in order to control the resonance frequency and the applied frequency to be the same. (Frequency tracking control).
[0036]
According to the present invention, obtaining the phase difference information of the rotation angle can be realized by taking the average of the measurement time information at the same reciprocating point in the amplified signal 205. More specifically, the time information of the synchronization signal 207 of the drive signal and the time information at the time when the amplified signal 205 passes a certain level corresponding to a certain rotation angle φ1 from the zero point are measured. In this case, two times of time information td1 and td2 can be measured bidirectionally while the electromagnetic actuator rotates one cycle. As described above, the rotation angle of the resonance-type electromagnetic actuator changes sinusoidally, and is 90 ° out of phase with the amplified signal 205. By averaging the measurement time information of the amplified signal 205, the time information of the amplified signal 205 at the phase of 90 ° or 270 ° can be obtained. That is, time difference information of the rotation angle at the phase of 0 ° or 180 ° (difference from the time information of the synchronization signal 207) is obtained. Assuming that the obtained time difference information is at a rotation angle of 0 ° or 180 ° in phase, the time difference at the zero point of the rotation angle is calculated as shown in Expression (1) using the period T of the applied frequency. Information Dc is obtained.
Dc = 1/2 · (t _d1 + T _d2 ) (When the phase is 0 °) or Dc = 1/2 · (t _d1 + T _d2 −T) (In the case of 180 ° phase) (1)
[0037]
Further, from the cycle T of the applied frequency f, it is possible to obtain the phase difference information ω between the synchronization signal 207 of the drive signal and the rotation angle as shown in Expression (2).
ω = 2πf · Dc (0 ≦ ω <2π) (2)
[0038]
Similar processing is performed at a plurality of points corresponding to a certain rotation angle from the zero point, and integrated averaging is performed, thereby obtaining more accurate phase difference information. Using the phase difference information from Equations (1) and (2) (as described above, this phase difference information includes information on the magnitude and direction of the deviation of the applied frequency from the resonance frequency). By changing the setting of the frequency, the frequency tracking control of the resonance type electromagnetic actuator can be performed.
[0039]
In the method of detecting the phase difference from the zero-cross timing of the amplified signal, the zero-cross point changes due to the fluctuation of the offset due to the usage environment of the amplifying means, and the detection accuracy is reduced. However, according to the present invention, since the averaged time is used as the information, accurate rotation can be performed without being affected by the offset of the amplifying unit, the fluctuation of the offset, the change of the maximum rotation angle, or the like. Various information on the corner can be obtained.
[0040]
Even when the applied frequency is made equal to the resonance frequency by the above method, the maximum rotation angle of the electromagnetic actuator may not be constant, and the amplitude of the scanning beam in the optical deflector cannot be kept constant. This is because the Q value or the like changes due to factors such as environmental temperature, and the same rotation angle amplitude cannot be obtained with the same applied energy. Therefore, in addition to the frequency tracking control, it is necessary to adjust the applied energy based on the maximum rotation angle information of the electromagnetic actuator so that the maximum rotation angle of the electromagnetic actuator is constant (amplitude control). For this purpose, the current maximum rotation angle information is obtained from the measurement time information, and the amplitude, duty ratio, and the like of the applied signal 203 are changed so that the maximum rotation angle of the electromagnetic actuator becomes constant.
[0041]
According to the present invention, the maximum rotation angle information can be calculated from the following equation by measuring time information at a plurality of points in the amplified signal 205. Although the frequency tracking control can be performed only by measuring the time information at one point in the amplified signal 205 as described above, the amplitude control requires measuring the time information at a plurality of points in the amplified signal 205. There is.
[0042]
In FIG. 5, the signal levels φ1 and φ2 of the amplified signal 205, the time difference Dc, and the detection timing t _d1 , T _d2 , T _d3 , T _d4 , And the applied frequency period T,
φ1 = Asin2π · 1 / T · (t _d2 -Dc) (3)
φ2 = Asin2π · 1 / T · (t _d3 -Dc) (4)
Here, assuming that φ0 = φ1 + φ2, from equations (3) and (4),
A = φ0 / ｛sin2π · 1 / T · (t _d2 −Dc) + sin2π · 1 / T · (t _d3 −Dc)｝ (5)
From Equation (5), the relational expression between φα and tα is as shown in Equation (6).
φα = Asin2π · 1 / T · (tα-Dc)
= Φ0 / ｛sin2π · 1 / T · (t _d2 −Dc) + sin2π · 1 / T · (t _d3 −Dc)｝ · sin2π · 1 / T · (tα−Dc) (6)
If tα = 1/4 · T in equation (6), the maximum rotation angle 回動 is obtained as in equation (7).
Θ = φ0 / ｛sin2π · 1 / T · (t _d2 −Dc) + sin2π · 1 / T · (t _d3 −Dc)｝ · sin2π · (1 / 4-Dc / T)
(7)
The amplitude control of the resonance type electromagnetic actuator can be performed by using the maximum rotation angle information of the equation (7).
[0043]
Here, in equations (1), (2), (6), and (7), the timing signal t at a certain level _d1 , T _d2 , T _d3 , T _d4 , The level interval φ0, the frequency f, and the period T, there is no restriction on the relationship with the zero point of the level of the amplified signal. In other words, even if an offset is present in the amplification means 105, the level interval φ0 is kept constant, so that the level interval φ0 is not affected by the level fluctuation from the zero point. Further, since the cycle of the fluctuation of the offset is extremely long and the fluctuation is continuous with respect to the driving cycle of the electromagnetic actuator, the fluctuation of the offset does not affect the amplified signal 205 for each driving cycle of the electromagnetic actuator.
[0044]
Since the resonance type electromagnetic actuator changes the rotation angle like a sine wave, when scanning the beam in the image forming apparatus, bidirectional scanning can perform more efficient scanning than unidirectional scanning. However, if the laser lighting or the modulation timing of bidirectional scanning is shifted, image quality of an image to be formed is deteriorated. Therefore, it is necessary to accurately grasp beam scanning timing information. Therefore, it is preferable to obtain the rotation timing information of the current rotation angle from the measurement information and output it as the beam scanning timing information.
[0045]
Also in this case, the rotation timing information can be obtained from the relational expression (6) between tα and φα. Here, when the applied frequency does not completely match the resonance frequency even by the frequency tracking control, by outputting the current rotation timing information, the beam is turned on or modulated based on the information, and the image forming apparatus is used. Can be kept at a constant position.
[0046]
In the above description, the electromagnetic actuator has been described as a moving coil type. However, the present invention is not limited to a moving magnet type and any other electromagnetic actuator having a magnet generating means including a plurality of elements including a coil may have I = K. The induced electromotive current can be approximated by “cos (2πf · t), and the above is applicable.
[0047]
In addition, although approximation was made to “cos ｛a · sin (2πf · t)｝ ≒ 1”, if the approximation causes a problem of a decrease in accuracy, the above equation may be corrected and used. Similarly, it is assumed that the magnetic flux density is uniform. However, if the accuracy decreases, a correction may be made in consideration of the change / distribution of the magnetic flux density in the above equation. By correcting the above expression in consideration of the thickness of the movable plate, the arrangement of the coil and the permanent magnet, etc., more accurate detection can be performed.
[0048]
In the above description, the drive coil and the detection coil are also used. However, the drive coil and the detection coil are configured differently, and an application signal for the drive period is input to the drive coil and the detection coil is The above-described processing may be executed by amplifying the induction signal during the detection period. With this configuration, the drive coil and the detection coil can be optimally arranged, and drive efficiency and detection accuracy can be improved.
[0049]
In addition, the drive coil and the detection coil have different configurations, and the detection coil is included in a detection unit that can detect the passage timing of a certain rotation angle, so that the passage timing of a plurality of rotation angles is included. Information may be used. With this configuration, since the timing information is obtained based on the position of the actual rotation angle, the signal processing is performed even with such an accuracy that approximation of “cos ｛a · sin (2πf · t)｝ ≒ 1” becomes a problem. Can be easily performed and the load on the processing circuit can be reduced.
[0050]
As described above, when the present invention is used, even if it is an electromagnetic actuator, detection by electromagnetic induction can be performed simultaneously with driving. Electromagnetic induction is a detection method capable of realizing high-precision detection with a simple configuration, and therefore, high-precision detection can be realized at low cost. Further, it is easy to incorporate the detection unit into the electromagnetic actuator, and a compact electromagnetic actuator can be realized.
[0051]
The most efficient electromagnetic actuator is ideally driven by a sine wave. However, when sine wave driving is performed, it is difficult to detect a magnetic field using a coil due to a magnetic field generated for driving. Therefore, in one embodiment of the present invention, by providing two types of drive periods and a detection period in one cycle of the electromagnetic actuator, efficient drive of the electromagnetic actuator can be performed. Here, driving with positive / negative pulses enables more efficient driving and lower power consumption than driving with a single-pole rectangular wave.
[0052]
In the present invention, the induced electromotive voltage or the induced electromotive current during the detection period is amplified by the amplifying means and used as a detection signal. However, regarding the detection, when the peak of the induction signal is not included in the detection period, the maximum rotation angle information of the electromagnetic actuator cannot be obtained only by amplifying the signal in the detection period. Further, the presence of the offset fluctuation of the amplification means makes it difficult to detect the phase difference information of the electromagnetic actuator and the rotation timing of the electromagnetic actuator with high accuracy. Therefore, in one embodiment of the present invention, the passage timing at a plurality of rotation angles is measured, and the maximum rotation angle information is obtained based on the measured time information and the angle difference between the plurality of rotation angles. In the present invention, even if there is an offset in the amplifying unit, the calculation is performed based on the correlation between the rotation angle detection points, and thus the detection accuracy is not affected by the offset. In addition, since the level for detecting the time difference has no restriction on the relationship with the zero point of the rotation angle, the degree of freedom of the detection means and the drive signal increases. In addition, since the cycle of the offset fluctuation of the amplifying means is extremely large with respect to one drive cycle of the electromagnetic actuator, the fluctuation of the offset does not lower the accuracy. As described above, according to the present invention, detection can be performed without being affected by the components of the detection unit.
[0053]
Furthermore, in the present invention, when a coil capable of detecting the passage timing of a movable plate at a certain rotation angle is used for an electromagnetic actuator, a detection coil having an optimal configuration can be arranged at an optimal position to detect the influence of a driving magnetic field. Since no coil is used, highly efficient driving and highly accurate detection can be performed simultaneously.
[0054]
【Example】
Hereinafter, more specific examples will be described with reference to the drawings.
[0055]
(Example 1)
In the present embodiment, optical scanning of laser light is performed as an optical deflector using a moving coil type resonant electromagnetic galvanometer mirror having the configuration shown in FIG. Further, the driving of the scanning mirror 1001, the detection of the driving state, and the driving control are performed using the configuration of FIG. 1 as described in the above embodiment. Further, similarly to FIG. 4, the drive signal waveform is applied to the coil 104 as an applied signal 203 by the drive means 103 using positive / negative pulse drive. Also in the present embodiment, one driving cycle of the electromagnetic actuator includes a driving period A, a detection period B, a driving period C, and a detection period D, and the ratio of the times is 1: 1: 1: 1. The induction signal 204 during the detection period is converted into an amplified signal 205 by the amplifying unit 105. Then, the timing at which the amplified signal 205 passes through the two levels is detected by the timing detecting means 106, and the measured time information 208 is measured by the time difference measuring means 107 based on the detected value and the synchronization signal 207. The drive control signal information generating means 108 calculates the above-mentioned phase difference information from the detected measurement time information 208 according to the above equations (1) and (2), and performs frequency tracking control of the scanning mirror 1001 based on the information. Similarly, the amplitude of the applied signal 203 is adjusted based on the maximum rotation angle information of the scanning mirror 1001 calculated by the above equations (1) and (7) to control the amplitude of the scanning light.
[0056]
Here, the environmental temperature of the electromagnetic galvanometer mirror is changed to forcibly change the resonance frequency of the scanning mirror 1001. In this embodiment, even when the resonance frequency of the electromagnetic galvanomirror fluctuates, the driving frequency can be made to follow the resonance frequency, and stable scanning can be performed. Further, since the phase of the rotation angle of the electromagnetic galvanometer mirror can be kept constant, the timing of the scanning light can be controlled stably. In addition, a constant scanning amplitude can be obtained by amplitude control even when the Q value of the electromagnetic galvanometer mirror changes due to a change in environmental temperature. Similar results can be obtained by driving the device for a long time while keeping the ambient temperature at an arbitrary value.
[0057]
As a result, when the resonance type electromagnetic galvanomirror is used for the optical deflector, light can be scanned stably, and this embodiment is used as a high-performance optical deflector. In addition, high-precision detection and high-efficiency driving can be performed without increasing an extra sensor configuration.
[0058]
(Example 2)
In the second embodiment, the driving, the driving state detection, and the driving control of the scanning mirror 1001 are performed using the configuration of FIG. Except for this point, it is the same as the first embodiment. Only the differences will be described below. In FIG. 6, reference numeral 109 denotes a driving coil, and reference numerals 110 and 111 denote detection coils. In the second embodiment, unlike the first embodiment, the driving coil 109 and the detection coils 110 and 111 have different configurations. The detection coils 110 and 111 are provided so as to output a maximum signal when the movable plate (scanning mirror 1001) passes through a certain rotation angle. The drive signal waveform is the same as that of the first embodiment, and is applied to the drive coil 109 by the drive means 103 and not applied to the detection coils 110 and 111. Then, the induction signal 204 from the detection coils 110 and 111 generated by the rotation of the movable plate (scanning mirror 1001) due to electromagnetic induction is amplified by the amplifying means 105 and used as the amplified signal 205.
[0059]
The peak timing of the amplified signal 204 from each of the detection coils 110 and 111 is detected by the timing detection means 106 and output as a timing signal 206. In this embodiment, the rotation angle of the movable plate of the resonance type electromagnetic actuator changes sinusoidally, but the phase of the amplified signal 204 is not shifted. Slightly different (in this embodiment, time difference information (difference from the time information of the synchronization signal 207) of the rotation angle at the phase of 90 ° or 270 ° is obtained). However, the above equation (1) indicates that Dc = 1/4 · (2t _d1 + 2t _d2 −T) (for a phase of 90 °) or Dc = 1/4 · (2t _d1 + 2t _d2 −3T) (in the case of a phase of 270 °), and substantially the same processing is performed.
[0060]
As a result of using this configuration, the coils 110 and 111 for detection can be arranged at optimal positions as compared with the first embodiment, and highly accurate detection can be performed. In addition, it is not necessary to correct the calculation formula for further increasing the detection accuracy, and the load of signal processing is reduced, and the effects of reducing the circuit configuration and reducing the power consumption of the total circuit are obtained.
[0061]
(Example 3)
FIG. 10 is a schematic view of this embodiment showing a basic configuration of a laser beam printer using the optical deflector of the present invention. In FIG. 10, reference numeral 2002 denotes a laser light source; 2003, a lens or a lens group; 2004, a writing lens or a lens group; and 2006, a drum-shaped photoconductor (image display surface). An optical deflector 2001 using a resonance type electromagnetic galvanometer mirror is arranged between two lenses or lens groups 2003 and 2004. In the optical deflector 2001, in addition to the frequency tracking control and the amplitude tracking control of the first embodiment, rotation timing information is output to control the lighting and modulation timing of the laser light source 2002 and the rotation drive of the photoconductor 2006. Perform control.
[0062]
The optical deflector 2001 functions as an optical scanner that scans light in a one-dimensional direction parallel to the rotation center of the drum-shaped photoconductor 2006. Here, the laser light emitted from the laser light source 2002 has undergone predetermined intensity modulation related to the timing of optical scanning, and is scanned one-dimensionally by the electromagnetic galvanometer mirror 2001. On the other hand, the drum-shaped photoconductor 2006 is rotating at a predetermined rotation speed around the rotation center. The surface of the photoconductor 2006 is uniformly charged by a charger (not shown). Therefore, based on the scanning by the optical deflector 2001 and the rotation of the photoconductor 2006, the scanned laser light is two-dimensionally incident on the surface of the photoconductor 2006 by the writing lens 2004 in a pattern. An electrostatic latent image is formed between the incident portion and the light non-incident portion. A toner image having a pattern corresponding to the electrostatic latent image on the surface of the photoconductor 2006 is formed by a developing unit (not shown), and the visible image is formed on the sheet by transferring and fixing the toner image on, for example, a sheet (not shown).
[0063]
FIG. 9 shows a flowchart of the control in the third embodiment. At the time of initial startup, the frequency of the drive signal 202 is set to a preset value, and the drive signal 202 is driven until the detected phase difference information between the synchronization signal 207 and the induction signal 204 matches the preset phase difference. The frequency of 202 is increased or decreased. At this time, the environmental temperature does not always substantially match the one assumed in advance. In addition, since the electromagnetic actuator requires some time from the start of driving until the device temperature is stabilized, frequency tracking control becomes important at the time of starting the device. By this frequency control, a phase shift from the set value is present in the scanning light until the drive frequency matches the resonance frequency, and the printing start position and the end position of the laser beam are shifted as it is. However, if printing cannot be performed until the temperature of the actuator is stabilized and the phase shift is eliminated, the startup of the printer becomes extremely slow.
[0064]
Therefore, at the time of the initial startup, while performing the frequency tracking control, the rotation timing information is obtained from the above equation (6) in order to grasp the phase shift of the rotation angle of the movable plate, and this is obtained by turning on and off the laser beam. It is used to control the timing of modulation and control the rotational drive of the photoconductor 2006. As a result, the phase shift can be taken into consideration, and further, by controlling the laser beam lighting and modulation and the rotation drive of the photoconductor 2006 by using the maximum rotation angle information of Expression (7), printing is performed. The start position and the end position can be fixed at fixed positions. When the phase difference becomes 0, that is, when the resonance frequency and the drive frequency match, the rotation timing information of the initial setting is output and only the amplitude control is performed. As a result, the load on the processing circuit is reduced, and power consumption is reduced.
[0065]
As a result, by using the rotation angle information such as the phase difference of the present invention, it is possible to realize a laser beam printer in which the initial startup time is reduced as compared with a conventional printer using an electromagnetic actuator. Further, by using the rotation angle information, the rotation of the electromagnetic actuator and the rotation of the photoconductor 2006 can be synchronized, and the printing position can be controlled with high accuracy, so that high-quality printing can be realized.
[0066]
(Example 4)
FIG. 11 is a schematic diagram of the present embodiment showing a basic configuration of a laser display which is an optical device using the optical deflector of the present invention. 11, reference numeral 2002 denotes a laser light source; 2003, a lens or a lens group; 2004, a writing lens or a lens group; and 2005, a projection surface (image display surface). An optical deflector group 2001 is arranged between the two lenses or the lens groups 503 and 504. The optical deflector group 2001 includes two electromagnetic galvanometer mirrors 2001a and 2001b. Light arriving from the laser light source 2002 via the lens or the lens group 2003 is deflected around the first direction by the electromagnetic galvanometer mirror 2001a. The light deflected by the electromagnetic galvanomirror 2001a is subjected to a deflecting action around the second direction orthogonal to the first direction by the electromagnetic galvanomirror 2001b, and passes through the writing lens or the lens group 2004 onto the projection surface 2005. Projected to form an image.
[0067]
The two electromagnetic galvanometer mirrors 2001a and 2001b are according to the present invention, and are manufactured using a semiconductor manufacturing process. The laser light incident from the laser light source 2002 undergoes predetermined intensity modulation related to the timing of optical scanning, and is two-dimensionally scanned by the two electromagnetic galvanometer mirrors 2001a and 2001b. Then, as described above, the scanned laser light passes through the writing lens 2004 to form an image on the projection surface 2005. The frequency tracking control, the amplitude control, and the rotation timing information output are used for the horizontal scanning electromagnetic galvanomirror, and the same processes as those in the first and third embodiments are performed.
[0068]
As a result, it is possible to synchronize the horizontal and vertical scanning electromagnetic galvanometer mirrors, to control the position of the scanning beam, and to display a high-quality two-dimensional image. Further, since an electromagnetic galvanomirror that does not require a complicated detection unit is used for the image display device, a very small image display device can be realized. Furthermore, since both highly efficient mirror driving and driving state detection can be achieved, a display device with low power consumption can be realized.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, high-precision driving state detection can be performed while efficiently driving an electromagnetic actuator such as a resonance type electromagnetic galvanometer mirror without significantly increasing the number of components. . Therefore, frequency tracking control and amplitude control can be performed based on the detected information, and rotation timing information can be output.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an electromagnetic actuator according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a moving magnet type electromagnetic actuator to which the present invention can also be applied.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a moving coil type electromagnetic actuator to which the present invention can be applied;
FIG. 4 is a signal diagram for describing an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a signal diagram for explaining an embodiment of the present invention, and is a diagram for explaining calculation of maximum rotation angle and scanning timing information from an amplified signal of the present invention. .
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example for implementing a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating resonance frequency tracking control according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating the resonance frequency tracking control according to the present invention.
FIG. 9 is a chart showing a part of control of an optical deflector according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram in which an optical deflector according to a third embodiment of the present invention is used for one-dimensional image formation.
FIG. 11 is a configuration diagram in which an optical deflector according to a fourth embodiment of the present invention is used in a two-dimensional image display device.
[Explanation of symbols]
101 Frequency generation means
102 Drive signal generating means
103 Driving means
104, 1002a, 1110 coil
105 Induction signal amplification means
106 timing detection means
107 Time difference measuring means
108 drive control means
109 Drive coil
110, 111 Detection coil
201 Reference clock
202 drive signal
203 applied signal
204 Guidance signal
205 amplified signal
206 timing signal
207 Sync signal
208 Measurement time information
209 Frequency setting information
210 Amplitude setting information
211 Rotation timing information
1001 scanning mirror
1001a Glass substrate
1001b Mirror surface
1001c permanent magnet
1001d support member
1001e Drive shaft
1002 Magnetic generator
1002b Coil frame
1101 base
1102, 1103 A pair of left and right support parts
1104 vibrator
1105 Outer frame
1105A Opening of outer frame
1106 Reflection mirror section
1107 A pair of left and right beams
1108, 1109 A pair of left and right permanent magnets
2001 Optical deflector or optical deflector group using resonance type electromagnetic galvanometer mirror
2001a, 2001b Resonant electromagnetic galvanometer mirror
2002 Laser light source
2003 Lens or lens group
2004 Writing lens or writing lens group
2005 Projection plane
2006 Photoconductor

Claims

A magnetic field generating means for driving a movable part including a plurality of elements, wherein at least one element of the magnetic field generating means is a coil; In a method of driving an electromagnetic actuator for rotating a movable portion by interaction of elements and detecting a driving state, a driving period in which a driving signal is applied to the coil and a detection in which a driving signal is not applied within one cycle of driving the electromagnetic actuator. A period is set, an induction signal generated by the rotation of the movable portion is detected in the detection period, and a time difference between the generation time of the reference signal synchronized with the drive signal and the passage timing of the induction signal detected at a certain signal level. And detecting the phase difference information of the rotation of the movable portion with respect to the drive signal based on the detected time difference information. Driving state detection method.

2. The method of driving an electromagnetic actuator according to claim 1, wherein an induction signal generated in a coil of the magnetic field generating means by the rotation of the movable portion during the detection period is detected.

The electromagnetic actuator has a plurality of types of coils including a coil of the magnetic field generating means and a detection coil for detecting a passage timing of the movable part at a certain rotation angle, and the movable part is provided in the detection period. 2. The method of driving an electromagnetic actuator according to claim 1, wherein an induction signal generated in the detection coil by rotation of the sensor is detected.

A time difference information between a generation point of a reference signal synchronized with a drive signal applied to the movable portion and a detection signal indicating that the movable portion has reached the first and second rotation angles, an interval between the reference signals, 4. The method according to claim 1, wherein phase difference information and maximum rotation angle information of the rotation of the movable portion with respect to a drive signal are calculated based on the first and second rotation angle differences. And a method for detecting a driving state of the electromagnetic actuator according to the above.

5. The electromagnetic device according to claim 1, wherein the drive period includes a plurality of drive periods for applying different drive signals, and a detection period is always set between the plurality of drive periods. Actuator drive and drive state detection method.

The plurality of driving periods include a first driving period and a second driving period, and the first driving period, the first detection period, and the second driving period are included in one cycle of driving the electromagnetic actuator. 6. The driving and driving of the electromagnetic actuator according to claim 5, wherein the period is set in the order of the period and the second detection period, and the time interval of each period is set to approximately 1: 1: 1: 1. State detection method.

7. The method according to claim 5, wherein the different drive signals are formed of drive signals having different positive and negative polarities.

8. The electromagnetic device according to claim 5, wherein the different drive signal is set to be an approximate sine wave with respect to a time axis within one drive cycle of the electromagnetic actuator. 9. Actuator drive and drive state detection method.

9. The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the detection period is set so as not to include a period in which the rotational angular velocity of the movable portion is maximum / minimum. Method.

10. A method of driving the electromagnetic actuator according to claim 1 and the method of detecting a driving state, and driving a resonance-type electromagnetic actuator that is driven at a resonance frequency unique to a movable part based on the calculated phase difference information. A method for controlling an electromagnetic actuator, comprising calculating a frequency of a signal to generate a drive signal.

The control method for an electromagnetic actuator according to claim 10, wherein the drive signal is generated by calculating the applied energy of the drive signal based on the calculated maximum rotation angle information.

In the state where the calculated phase difference information is relatively large, the detection period is expanded, and after the drive signal is made to follow the resonance frequency unique to the movable part to a certain extent, the detection period is returned to the normal range. The control method for an electromagnetic actuator according to claim 10 or 11, wherein

A method for driving the electromagnetic actuator according to any one of claims 1 to 9 and a method for detecting a driving state, or a method for controlling the electromagnetic actuator according to any one of claims 10 to 12. Electromagnetic actuator.

A magnetic field generating means for driving a movable part including a plurality of elements, wherein at least one element of the magnetic field generating means is a coil; An electromagnetic actuator configured to rotate a movable portion by interaction of elements, and to set a drive period for applying a drive signal to the coil and a detection period for not applying a drive signal within one cycle of driving the movable portion. Means for detecting an induction signal generated by the rotation of the movable portion in the detection period, and a time when the reference signal is generated in synchronization with the drive signal and a passage timing of the induction signal detected at a certain signal level. 14. The electromagnetic actuator according to claim 13, further comprising: means for detecting a time difference; and means for calculating phase difference information of the rotation of the movable portion with respect to the drive signal based on the detected time difference information. Data.

The electromagnetic actuator according to claim 14, wherein the guidance signal detection unit is configured to detect a guidance signal generated in a coil of the magnetic field generation unit by rotation of the movable unit during a detection period.

A detection coil configured to detect a passage timing of the movable portion at a certain rotation angle, wherein the guidance signal detection unit includes a guidance signal generated in the detection coil by the rotation of the movable portion during a detection period. The electromagnetic actuator according to claim 14, wherein the electromagnetic actuator is configured to detect the following.

The time difference detecting means detects time difference information between a generation point of a reference signal synchronized with a drive signal applied to the movable portion and a detection signal indicating that the movable portion has reached the first and second rotation angles. The calculation means is configured to calculate the phase difference information of the rotation of the movable section with respect to the drive signal and the maximum based on the time difference information, the interval between the reference signals, and the first and second rotation angle differences. 17. The electromagnetic actuator according to claim 14, wherein the electromagnetic actuator is configured to calculate rotation angle information.

An optical deflector using the movable part of the electromagnetic actuator according to any one of claims 14 to 17 as a means for deflecting a light beam, and emitting a light beam deflected by the electromagnetic actuator based on the calculated information. An optical deflector configured to output a timing synchronization signal.

19. A light beam light source comprising: the light deflector according to claim 18; a light beam light source; and a light irradiation surface, wherein the synchronization signal of the emission timing is used at least for controlling lighting and modulation timing of the light beam light source. An image forming apparatus, wherein a light beam from a light source is deflected by a light deflector and is irradiated on a light irradiation surface.