JP2005338450A - ガルバノ型スキャナの駆動方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で廉価なシステム構成によりガルバノ型スキャナを最適駆動可能なシステムを提案すること。
【解決手段】 ガルバノ型スキャナシステム１は、ガルバノ型スキャナ２と、これを駆動するスキャナドライバ３とを有し、スキャナドライバ３には、スキャナ２の駆動パターンを表すデジタルデータが書き込まれた指令発生用マイクロコンピュータ５が搭載されている。外部あるいは内部のトリガ信号により、指令発生用マイクロコンピュータ５が起動して、駆動パターンのデジタルデータ１００を順次に出力する。出力データはＤＡ変換器６でアナログ信号に変換され、駆動制御回路７は、アナログ信号に基づき、スキャナの駆動信号を生成し、ガルバノ型スキャナ２を駆動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小型で廉価なシステム構成によりガルバノ型スキャナを最適駆動可能な駆動方法、並びに、当該駆動方法によってガルバノ型スキャナを駆動するためのガルバノ型スキャナシステムおよびドライバに関するものである。

従来において、ガルバノ型スキャナ（アナログ入出力型）を任意の駆動パターンで駆動させるために、専用のスキャナドライバに対して、ファンクション・ジェネレータやパーソナルコンピュータとＤＡ変換器からなる外部の指令発生機から、リアルタイムの駆動指令を行っている。

ガルバノ型スキャナを或る位置Ａから目標位置Ｂまで駆動させるためには、印加される指令電圧を、Ａの位置に相当する指令電圧ａからＢの位置に相当する指令電圧ｂまで変化させる必要がある。指令発生機から出力される指令電圧ａからｂへの変化は、最終的な目標位置Ｂへの指令のみである。したがって、位置Ａから位置Ｂに到る経路および到達時間は、アナログドライバを調整することにより設定される。

ここで、指令電圧ａからｂへの変化量が大きい場合には、オーバーシュート量が大きくならずにガルバノ型スキャナを駆動できるように、アナログドライバを調整する必要がある。図４（ａ）は調整後のガルバノ型スキャナの実際の動きを指令入力と共に示す説明図であり、図４（ｂ）はオーバーシュートする場合のスキャナの動きを指令入力と共に示す説明図である。これらの図から分かるように、オーバーシュートを無くすため調整を行うと、整定までに時間が掛かってしまう。これを回避するために、指令電圧ａからｂへの移行に勾配を設けた指令入力波形をスキャナドライバに入力し、スキャナドライバをこの指令入力波形に最適化するように調整を行う方法が一般的に採用されている。図４（ｃ）には、勾配を持つ指令入力に対するスキャナの実際の動きを示してある。

しかしながら、このような指令入力波形を生成可能な指令発生機は、ファンクション・ジェネレータ、専用コントローラ、ＰＣ、ＤＡ変換器などの高機能なハードウエアが必要であり、ガルバノ型スキャナの駆動システムの大型化、コスト高を招いている。

また、ユーザによって指令発生機に設定された指令入力波形は、使用機器などの違いにより、必ずしも調整時の波形と一致しない可能性がある。スキャナドライバに入力される指令入力波形にズレがあると、発振などの不安定動作を引き起こし、スキャナの安定駆動・高速駆動が阻害される可能性がある。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、小型で廉価なシステム構成によりガルバノ型スキャナを最適駆動可能な駆動方法、並びに、ガルバノ型スキャナシステムおよびドライバを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のガルバノ型スキャナの駆動方法では、ガルバノ型スキャナのドライバあるいはセンサに、当該ガルバノ型スキャナの駆動パターンを表すデジタルデータが書き込まれた指令発生用マイクロコンピュータを内蔵し、外部あるいは内部のトリガ信号により、前記指令発生用マイクロコンピュータを起動して、前記駆動パターンのデジタルデータを順次に出力させ、出力されたデジタルデータをアナログ指令信号に変換し、前記アナログ指令信号に基づき、前記スキャナの駆動信号を生成することを特徴としている。

ここで、前記指令発生用マイクロコンピュータに、前記駆動パターンを表すデジタルデータを書き換え可能な状態で書き込むことが望ましい。

次に、本発明のガルバノ型スキャナシステムでは、そのドライバに、ガルバノ型スキャナの駆動パターンを表すデジタルデータが書き込まれた指令発生用マイクロコンピュータが内蔵されていることを特徴としている。

本発明では、ガルバノ型スキャナの専用ドライバの内部に、駆動パターンが書き込まれた指令発生用マイクロコンピュータを搭載してある。このため、ドライバに対して、パルスなどの単純なトリガ信号を入力すれば、予め設定されている駆動パターンでガルバノ型スキャナを駆動可能な指令が発生する。よって、外部に高価で大型の指令発生機を接続する必要がない。

また、外部の指令信号発生機に駆動パターンを設定し、ここからスキャナドライバに指令信号を入力する場合とは異なり、ドライバの最適化調整時と実際の使用時において指令信号にズレが生ずることを抑制でき、指令信号のノイズレベルにバラツキが生ずることも抑制できる。よって、ガルバノ型スキャナの安定駆動・高精度の駆動を実現できる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したガルバノ型スキャナシステムを説明する。

図１は、本例のガルバノ型スキャナシステムの概略ブロック図である。ガルバノ型スキャナシステム１は、ガルバノ型スキャナ２と、これを駆動制御するためのスキャナドライバ３とを有している。スキャナドライバ３は、ユーザ入力による入力信号４が入力されると起動して、スキャナ２を駆動するように構成されている。スキャナドライバ３は、指令発生用マイクロコンピュータ５と、ここから出力されるデジタル信号をアナログ変換するＤＡ変換器６と、アナログ変換された指令信号に基づきスキャナ駆動信号を生成してスキャナ２に印加する駆動制御回路７とを備えている。

指令発生用マイクロコンピュータ５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えており、ＲＯＭには、周期性のある任意の指令入力波形のデジタルデータ１００、１０１・・・が書き込まれた記憶領域１１、１２・・・が含まれている。これらのデジタルデータを書き換え可能な状態で記憶保持するようにしてもよい。図２は記憶領域１１に書き込まれている波形データ１００の概念図である。

図３はガルバノ型スキャナシステム１の動作例を示す説明図である。この図を参照して説明すると、ユーザによる入力信号４としては、図３（ａ）に示すように、単純なスタート信号、例えば数ミリボルトあるいは数ボルトのパルス信号を入力すればよい。入力信号４がスキャナドライバ３に入力されると、指令発生用マイクロコンピュータ５は、予め指定されている指令入力波形が記憶保持されているＲＯＭの記憶領域、例えば記憶領域１１から指令入力波形のデジタルデータ１００を順次に出力する（図３（ｂ））。

出力されたデジタルデータＡは、ＤＡ変換器６においてアナログ値に変換されて、駆動制御回路７に供給される。駆動制御回路７は、供給されたアナログ値に増幅などの処理を施して、指令入力波形に対応する駆動電圧を生成して、スキャナ２に印加する。これにより、スキャナ２は、図３（ｃ）に示すように、入力指令波形１００に対応する駆動パターン２００で繰り返し駆動される。

なお、ユーザ入力によらず、例えば、電源投入に同期して、指令発生用マイクロコンピュータ５を起動して、所定の入力指令波形に対応する出力を発生させるようにしてもよい。また、起動用のトリガ信号をユーザ入力の他、シーケンサにより生成することもでき、停止信号も手動操作、シーケンサ出力などを用いることができる。

本例のガルバノ型スキャナシステム１によれば次の利点が得られる。

（１）アナログ指令入力を発生するために必要なハードウエアが大幅に簡略化される。すなわち、ファンクション・ジェネレータ、専用コントローラ、ＰＣ、ＤＡ変換器などの高機能なハードウエアが不要となり、システム全体の小型化、低コスト化が可能になる。

ここで、現状において使用されているアナログ型ドライバでは、数百μ秒の整定時間、１秒以下の繰り返し位置決め精度の能力をもつスキャナシステムの性能を引き出すためには、相応の速度および分解能をもった指令入力機器が必要であり、システム全体が高価になってしまう。

すなわち、一般的なＤＡ変換器では、例えば２０Ｖ（ｐ−ｐ）の指令電圧をビット分解能に割り当てることにより、指令の分解能が決定されてしまうので、１６ビットのＤＡ変換器を使用した場合でも、１．０８秒刻みの指令入力が限度である（ドライバスケール調整：１ボルト＝１°調整時）。これでは、１°の繰り返し位置決め精度を保証するようなスキャナシステムに対しては能力不足となる用途（例えば、微小範囲内の高精度が要求される用途など）がある。

これに対して、本例のシステムでは、実際に必要とする微小範囲を記録データのビット最大値に割り当てることが可能になるので、高機能で高価な専用装置を用いることなく、１秒以下の指令分解能を得ることが可能である。

（２）指令入力波形と調整時の波形が同一となり、安定性が向上する。すなわち、ユーザの入力指令波形は、次のような使用機器の違いなどにより、必ずしも調整時の波形と一致しない可能性がある。

ＤＡ変換器の分解能（８ビット、１６ビット）
ＤＡ変換の分解能が高くなる程、接続ケーブルから受けるノイズを無視できなくなる点
指令波形の入力精度（勾配が異なる可能性がある）
ＰＣ動作上の速度（ＰＣのＯＳに起因する速度低下、指令信号の瞬断）
スキャナシステムは実際の駆動指令波形に対して、最適な調整を行うことにより、安定・高速駆動が可能となるので、ユーザの入力指令波形と調整時の波形の不一致は、発振などの不安定要因となり得る。しかしながら、本例のシステムでは、ユーザ装置構成とは関係なく、調整時と同一指令で駆動を行うことが可能である。

（３）次のスタート信号が入力されるまでは、任意位置において停止し続けることが可能であり、従来のようなオフセット電圧の入力を継続する制御が不要になる。

（４）ガルバノ型スキャナでは、その駆動軸を支持している軸受内部の転動体が１回転しないような微小振幅の高周波数動作を行う用途が多く、軸受の局部的なグリス潤滑切れによる寿命劣化が問題視されることが多い。寿命劣化の予防策として、定期的に広範囲動作を織り交ぜることにより、グリス潤滑を行う方法があげられる。本例のシステムによれば、往復回数のカウント（電源オフ時のリセット）およびグリス潤滑のための広範囲動作などにも簡単に対応できる。また、より複雑な、軸受損傷などのセルフチェック（追従信号の保存・比較）にも対応可能である。

産業上の利用の可能性

以上の説明では、スキャナドライバに駆動パターンのデジタルデータが書き込まれたＲＯＭが内蔵されているが、スキャナセンサにこのようなＲＯＭを内蔵することも可能である。

また、本発明は、画像処理や、計測機器、シャッターなどの特定動作を繰り返し行うようなスキャナシステムに用いることができる。

本発明を適用したガルバノ型スキャナシステムの概略ブロック図である。 ドライバの指令発生用マイクロコンピュータに書き込まれている波形データの例を示す説明図である。 図１のシステムの動作を示すための説明図である。 入力指令波形に対するガルバノ型スキャナの動作を示す説明図である。

符号の説明

１ ガルバノ型スキャナシステム
２ ガルバノ型スキャナ
３ スキャナドライバ
４ 入力信号
５ 指令発生用マイクロコンピュータ
６ ＤＡ変換器
７ 駆動制御回路
１１、１２ 入力波形のデジタルデータが書き込まれている記憶領域
１００ 波形データ
２００ 駆動パターン

Claims (4)

1. ガルバノ型スキャナのドライバあるいはセンサに、当該ガルバノ型スキャナの駆動パターンを表すデジタルデータが書き込まれた指令発生用マイクロコンピュータを内蔵し、
   外部あるいは内部のトリガ信号により、前記指令発生用マイクロコンピュータを起動して、前記駆動パターンのデジタルデータを順次に出力させ、
   出力されたデジタルデータをアナログ信号に変換し、
   前記アナログ信号に基づき、前記スキャナの駆動信号を生成することを特徴とするガルバノ型スキャナの駆動方法。
2. 請求項１において、
   前記指令発生用マイクロコンピュータに、前記駆動パターンを表すデジタルデータを書き換え可能な状態で書き込むことを特徴とするガルバノ型スキャナの駆動方法。
3. 請求項１または２に記載の駆動方法に用いる指令発生用マイクロコンピュータを内蔵した前記ガルバノ型スキャナ用ドライバ。
4. ガルバノ型スキャナと、請求項３に記載のガルバノ型スキャナ用ドライバとを有していることを特徴とするガルバノ型スキャナシステム。

Images