JP2009009096A - ガルバノ型スキャナのスキャナドライバの駆動特性調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガルバノ型スキャナの駆動形態を変更した場合に、それに応じてスキャナドライバの最適化を簡単かつ短時間に行うことができるようにしたガルバノ型スキャナ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のスキャナドライバ３は、アナログ駆動回路３０と、ガルバノ型スキャナ２の複数の駆動形態のそれぞれに応じて予め設定された各回路定数の最適値の組み合わせからなる最適化データを記憶保持している制御部３１と、アナログ駆動回路３０の各回路定数を変更するための電子トリマ３２とを備えている。制御部３１は、外部入力に応じて最適化データの一つを選択し、選択した最適化データにしたがって電子トリマ３２を介して各回路定数の各パラメータを設定あるいは更新する。
【選択図】図２

Description

本発明はガルバノ型スキャナのスキャナドライバの駆動特性調整方法に関する。さらに詳しくは、ガルバノ型スキャナの様々な駆動形態（負荷、駆動パターン、応答特性などが相違する駆動形態）に応じて、スキャナドライバのドライバ動作特性を最適化するための調整作業を簡単に行うことのできるガルバノ型スキャナのスキャナドライバの駆動特性調整方法に関する。

ガルバノ型スキャナシステムにおいては、様々な駆動形態（負荷、駆動パターン、応答特性などが相違する駆動形態）に応じて、アナログドライバであるスキャナドライバのドライバ回路定数を可変抵抗器等を用いて調整して、その動作特性の最適化を図っている。

例えば、光走査用のガルバノ型スキャナシステムは、光走査用のミラーを所定の角度範囲で回転させるためのガルバノ型スキャナと、これを駆動するための専用のスキャナドライバとを有している。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、または、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与えて、所定の駆動制御仕様でガルバノ型スキャナを駆動するようになっている。

スキャナドライバには、その動作特性を調整するための複数の可変抵抗器などが取り付けられている。動作特性の調整時には、ガルバノ型スキャナに調整器を接続して、駆動形態に最も適した動作特性が得られるように、調整器によって各可変抵抗器などを調整して、ドライバ回路定数の最適化を図っている。

例えば、ガルバノ型スキャナを、高速で広い範囲に亘って移動させる場合（粗動）と、高い位置決め精度で微小移動させる場合（微動）とでは、スキャナドライバの最適な動作特性が相違している。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、位置Ａに相当する指令電圧ａから位置Ｂに相当する指令電圧ｂまで変化させる必要がある。外部の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、スキャナドライバにとっては、最終的な目標位置Ｂのみを表す指令である。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、アナログ式のスキャナドライバの回路定数を調整することにより設定される。例えば、指令電圧ａから指令電圧ｂへの変化量が大きい駆動パターンの場合には、オーバーシュート量が大きくなること無くガルバノ型スキャナを駆動できるように、スキャナドライバの回路定数を調整して動作特性の最適化を図る必要がある。

特許文献１には、アナログ入出力型のガルバノ型スキャナシステムが開示されている。当該文献では、スキャナドライバに各種の駆動パターンを記憶保持することにより、ガルバノ型スキャナの最適駆動を行うようにしている。また、特許文献２には、ミラー走査用のガルバノ型スキャナとして用いることのできる検出器付き電磁式有限回転型電動機が開示されている。
特開２００５−３３８４５０号公報 特開平０７−３１１１９号公報

上記のように、ガルバノ型スキャナシステムにおいては、様々な駆動形態に対して、スキャナドライバの動作特性を最適化するめに、複数の可変抵抗器などを操作してドライバ回路定数を調整している。

しかしながら、スキャナドライバの動作特性の最適化を図るためには、多数のパラメータを調整する必要がある。例えば、スキャナドライバの制御ゲイン、ダンピング特性、積分定数、フィルタ特性（共振特性）、ローバスト性などを調整するために、多数の可変抵抗器、可変コンデンサなどを操作する必要がある。したがって、調整作業が簡単でなく、また、時間を要する。

また、このような調整方法では、スキャナドライバの調整状態が固定されてしまうので、調整後にガルバノ型スキャナの駆動形態を変更すると、最適な動作状態を実現できない。この場合には、再び、設定器をスキャナドライバに接続して、可変抵抗値などを変更してドライバ動作特性（回路定数）の最適化のための調整作業を行う必要がある。このような調整作業には時間が掛かり、また、ユーザの側で行うことが困難である。

本発明の課題は、これらの点に鑑みて、ガルバノ型スキャナの駆動形態を設定あるいは変更した場合に、それに応じてスキャナドライバの動作特性の最適化を簡単かつ短時間に行うことができるようにしたガルバノ型スキャナのスキャナドライバの駆動特性調整方法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スキャナドライバの駆動特性調整方法は、
ガルバノ型スキャナの複数の駆動形態のそれぞれに応じて、当該ガルバノ型スキャナを駆動するスキャナドライバの各回路定数の最適値の組み合わせからなる最適化データを求め、
前記ガルバノ型スキャナの側のスキャナ側記憶部、あるいは、前記スキャナドライバの側のドライバ側記憶部に、前記最適化データのそれぞれを前記駆動形態に対応させた形態で記憶保持し、
前記スキャナドライバに対して前記駆動形態の一つを指定する外部信号を与えることにより、指定された前記駆動形態に対応付けされている前記最適化データを、前記スキャナ側記憶部、あるいは、前記ドライバ側記憶部から出力させ、
前記スキャナドライバにおいて、出力された前記最適化データに従って、前記スキャナドライバの各回路定数を設定し、あるいは、設定されている各回路定数を変更させることを特徴としている。

ここで、複数の前記駆動形態には、少なくとも、負荷、駆動パターンおよび応答特性が異なる駆動形態が含まれている。

次に、本発明のガルバノ型スキャナシステムは、
ガルバノ型スキャナと、
前記ガルバノ型スキャナを駆動制御するスキャナドライバと、
前記ガルバノ型スキャナの複数の駆動形態のそれぞれに対応して、前記スキャナドライバの各回路定数の最適値の組み合わせからなる最適化データを記憶保持している最適化データ記憶部とを有し、
前記スキャナドライバは、
当該スキャナドライバの各回路定数を変更するための電子トリマと、
外部入力に応じて、前記記憶部に記憶保持されている前記最適化データの一つを選択し、選択した最適化データとなるように、前記電子トリマのパラメータを設定あるいは更新する制御部とを備えている
ことを特徴としている。

ここで、前記最適化データ記憶部の場所を、前記スキャナドライバの内部メモリおよび外付けメモリのうちのいずれか一方とすることができる。

この代わりに、前記最適化データ記憶部の場所を、前記ガルバノ型スキャナの内部メモリおよび外付けメモリのうちのいずれか一方とすることができる。

次に、本発明のスキャナドライバによって駆動されるガルバノ型スキャナは、
当該ガルバノ型スキャナの複数の駆動形態のそれぞれに対応する最適化データを記憶保持している記憶部と、
前記スキャナドライバからの要求に応じて前記最適化データを前記スキャナドライバに出力する制御部とを有し、
前記最適化データは、前記ガルバノ型スキャナを前記スキャナドライバによって前記駆動形態で駆動することによって得られた前記スキャナドライバの各回路定数の最適値の組み合わせからなることを特徴としている。

また、本発明のガルバノ型スキャナを駆動するスキャナドライバは、
当該スキャナドライバの各回路定数を変更するための電子トリマと、
前記ガルバノ型スキャナの複数の駆動形態に応じて予め設定した各回路定数の最適値の組み合わせからなる最適化データを記憶保持している記憶部と、
外部入力に応じて、前記記憶部に記憶保持されている最適化データの一つを選択し、選択した最適化データとなるように、電子トリマのパラメータを設定あるいは更新する制御部とを有していることを特徴としている。

本発明では、スキャナドライバによって、ユーザが要求する各種の駆動形態でガルバノ型スキャナを実際に駆動し、各駆動形態において最適なスキャナドライバの各回路定数を求め、最適化データ記憶部に、駆動形態毎に求めた最適化データをそれぞれ記憶保持させておく。

ガルバノ型スキャナシステムの実際の使用に先立って、上位機器からスキャナドライバに対して、必要とする駆動形態を選択する指令を与える。スキャナドライバの制御部は、かかる外部指令を受け取ると、その駆動形態に対応する最適化データを、最適化データ記憶部から読み出し、電子トリマのパラメータを最適化データに従って設定する。

また、駆動形態を別の仕様に変更する場合にも、上位機器からスキャナドライバに対して、変更後の駆動形態を選択する指令を与える。スキャナドライバの制御部は、かかる外部指令を受け取ると、その駆動形態に対応する最適化データを、最適化データ記憶部から読み出し、電子トリマに設定されているパラメータを最適化データに従って更新する。

したがって、本発明によれば、ガルバノ型スキャナの駆動形態を変更する場合に、そのスキャナドライバの回路定数の最適化を上位機器からの指令に基づき、自動的に行うことができる。従来のように可変抵抗器などを手動操作する調整作業が不要となり、駆動形態の変更時のスキャナドライバの各回路定数の最適化のための調整作業を簡単かつ短時間で、しかも正確に行うことが可能になる。

また、本発明のガルバノ型スキャナでは、複数の駆動形態に最適化した各回路定数データを、組立要因などによる個々のバラツキ要因の多いガルバノ型スキャナの記憶部、例えば、その内部メモリ、あるいは当該スキャナに付属する回路基板に搭載された外付けメモリに格納してある。そして、スキャナドライバから要求されると、記憶部に記憶保持されている最適化データを出力する。スキャナドライバの側では、ガルバノ型スキャナの側から供給された最適化データによって、スキャナドライバ内部の調整パラメータを書き換える。

したがって、ガルバノ型スキャナとスキャナドライバを接続して実際にガルバノ型スキャナを駆動して調整を行わないと達成できないような厳しい調整仕様であっても、駆動形態に対応した最適化データを選択するという簡単な操作によって実現できる。

また、ガルバノ型スキャナとスキャナドライバの各種の組み合わせについて、ガルバノ型スキャナの各駆動形態に対するスキャナドライバの最適化データを求めて、記憶保持しておけば、スキャナとスキャナドライバの組み合わせを変更した場合であっても、ガルバノ型スキャナの動作特性のバラツキに影響されることなく、簡単な操作によってスキャナドライバの駆動特性を調整できる。よって、ガルバノ型スキャナの生産性、メンテナンス性が大幅に向上する。

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の実施の形態を説明する。

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、これを駆動するためのスキャナドライバ３と、スキャナドライバ３を制御するためのコントローラ４およびパーソナルコンピュータ５などから構成される指令発生機６とを有している。

指令発生機６のパーソナルコンピュータ５には専用の指令発生用プログラムがインストールされており、ガルバノ型スキャナ２のデジタル位置指令をコントローラ４に供給する。コントローラ４はデジタル位置指令をアナログ位置指令である指令電圧にＤ／Ａ変換し、指令電圧をスキャナドライバ３のアナログ駆動回路３０に供給する。スキャナドライバ３のアナログ駆動回路３０は指令電圧に基づきスキャナ駆動電圧を生成してガルバノ型スキャナ２に印加して、ガルバノ型スキャナ２を指定された位置に駆動する。

ガルバノ型スキャナ２は、例えば、有限回転型モータ１１と、このモータ回転軸１２に取り付けた走査用ミラー１３とを備えている。ガルバノ型スキャナ２には、モータ回転軸１２の回転角度位置を検出するための位置センサ１４が配置されている。位置センサ１４のアナログ位置検出出力は、スキャナドライバ３を介してコントローラ４に供給される。コントローラ４は、アナログ位置検出出力をデジタル位置情報にＡ／Ｄ変換する。デジタル位置情報はパーソナルコンピュータ５に供給される。検出されたガルバノ型スキャナ２の位置に基づき、予め設定した駆動形態（駆動パターン、駆動速度など）でガルバノ型スキャナ２がフィードバック制御される。

例えば、ガルバノ型スキャナ２を位置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、位置Ａに相当する指令電圧から目標位置Ｂに相当する指令電圧まで変化させる必要がある。指令発生機６から出力される指令電圧の変化は、最終的な目標位置への指令のみである。したがって、位置Ａから位置Ｂに至る経路および到達時間などの動作特性はスキャナドライバ３のアナログ駆動回路３０の回路定数を調整することにより設定する必要がある。同様に、各種の駆動形態（負荷、駆動パターン、応答特性など）に応じて、それらに合った特性となるようにスキャナドライバ３のアナログ駆動回路３０の回路定数を調整する必要がある。

各駆動形態に応じてスキャナドライバ３の回路定数の最適化を図るために、本例では、スキャナドライバ３には回路定数の設定・変更機能が備わっている。

図２を参照して説明すると、スキャナドライバ３は、アナログ駆動回路３０と、マイクロコンピュータからなる制御部３１と、電子トリマ３２が備わっている。制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えており、ＲＯＭには最適化データ記憶領域が用意されており、ここには、周期性のある複数の指令入力波形（駆動形態）に対応させて、ドライバ回路定数の最適値の組み合わせからなる最適化データＰ１、Ｐ２、Ｐ３・・・がそれぞれ記憶保持されている。これらのデジタルデータを、フラッシュメモリなどに、書き換え可能な状態で記憶保持しておいてもよい。

制御部３１は、上位の指令発生機６の側から、一つの指令入力波形を指定する指令を受け取ると、当該指令によって指定されている指令入力波形に対応する最適化データをＲＯＭから読み出す。そして、最適化データの内容に従って制御信号を電子トリマ３２に出力する。電子トリマ３２は、複数の抵抗トリマ３３、複数のコンデンサトリマ３４などを備えており、スキャナドライバ３のアナログ駆動回路３０の各回路定数を最適化データに基づき設定する。

この構成のガルバノ型スキャナシステム１では、最初に、ユーザが要求する各種の駆動形態に従ってガルバノ型スキャナ２を実際に駆動する。実際の駆動状態に基づき、各駆動形態における最適なスキャナドライバ３のアナログ駆動回路３０の各回路定数を求める。求まった各パラメータを各駆動形態の最適化データとしてＲＯＭに書き込む。

実際の使用に先立って、指令発生機６からスキャナドライバ３に対して、必要とする駆動形態を選択する指令を与える。スキャナドライバ３の制御部３１は、この外部指令を受け取ると、その駆動形態に対応する最適化データをＲＯＭから読み出し、電子トリマ３２の抵抗トリマ３３、コンデンサトリマ３４等によって、スキャナドライバ３のアナログ駆動回路３０の回路定数調整用の抵抗値、容量値等を最適化データに従って設定する。これにより、スキャナドライバ３の回路定数が、選択した駆動形態に応じて最適化された状態になる。

また、駆動形態を別の駆動形態に変更する場合にも、指令発生機６からスキャナドライバ３に対して、変更後の駆動形態を選択する指令を与える。スキャナドライバ３の制御部３１は、かかる外部指令を受け取ると、その駆動形態に対応する最適化データをＲＯＭから読み出し、電子トリマ３２に設定されているパラメータを最適化データに従って更新する。これにより、スキャナドライバ３のアナログ駆動回路３０が変更後の駆動形態に応じて最適化された動作特性になる。

以上説明したように、ガルバノ型スキャナ２の駆動形態を変更する場合に、そのドライバ回路定数の最適化を、上位側の機器からの指令に基づき自動的に行うことができる。よって、従来のように可変抵抗器などを手動操作する調整作業が不要となり、駆動形態の変更時のドライバ回路定数の最適化のための調整作業を簡単かつ短時間で、しかも正確に行うことが可能になる。

次に、上記の例では、最適化データをスキャナドライバ３に記憶保持している。この代わりに、ガルバノ型スキャナ２の側に記憶保持してもよい。すなわち、図３に示すように、ガルバノ型スキャナ２の制御部２０の内部メモリ２１（最適化データ記憶部）に最適化データ（調整パラメータＡ、Ｂ・・・）を記憶保持しておく。制御部２０を、スキャナドライバ３のアナログ駆動回路３０からの要求に応じて、指定された最適化データを出力してスキャナドライバ３に供給するように設定しておく。内部メモリ２１の代わりに、図３において想像線で示すように、ガルバノ型スキャナに付属する回路基板２２に搭載された外部メモリ２３に最適化データを記憶保持しておいてもよい。

スキャナドライバ３の側では、アナログ駆動回路３０の内部メモリに記憶領域３５を備えている、外部指令によって指定された駆動形態に対応する最適化データを、ガルバノ型スキャナ２の側に要求し、要求に応じて供給された最適化データを記憶領域３５に設定する。あるいは、供給された最適化データによって、記憶領域３５に設定されている最適化データ（調整パラメータ）を書き換える。

本発明を適用したガルバノ型スキャナシステムの概略構成図である。 図１のスキャナドライバを示す概略構成図である。 ガルバノ型スキャナに最適化データを記憶保持させた場合の例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 コントローラ
５ パーソナルコンピュータ
６ 指令発生機
１１ 有限回転型モータ
１２ モータ回転軸
１３ 走査用ミラー
１４ 位置センサ
３０ アナログ駆動回路
３１ 制御部
３２ 電子トリマ
３３ 抵抗トリマ
３４ コンデンサトリマ

Claims (7)

1. ガルバノ型スキャナの複数の駆動形態のそれぞれに応じて、当該ガルバノ型スキャナを駆動するスキャナドライバの各回路定数の最適値の組み合わせからなる最適化データを求め、
   前記ガルバノ型スキャナの側のスキャナ側記憶部、あるいは、前記スキャナドライバの側のドライバ側記憶部に、前記最適化データのそれぞれを前記駆動形態に対応させた形態で記憶保持し、
   前記スキャナドライバに対して前記駆動形態の一つを指定する外部信号を与えることにより、指定された前記駆動形態に対応付けされている前記最適化データを、前記スキャナ側記憶部、あるいは、前記ドライバ側記憶部から出力させ、
   前記スキャナドライバにおいて、出力された前記最適化データに従って、前記スキャナドライバの各回路定数を設定し、あるいは、設定されている各回路定数を変更させることを特徴とするガルバノ型スキャナのスキャナドライバの駆動特性調整方法。
2. 請求項１に記載のガルバノ型スキャナのスキャナドライバの駆動特性調整方法において、
   前記ガルバノ型スキャナの複数の前記駆動形態は、少なくとも、負荷、駆動パターンおよび応答特性が異なる駆動形態であることを特徴とするガルバノ型スキャナのスキャナドライバの駆動特性調整方法。
3. ガルバノ型スキャナと、
   前記ガルバノ型スキャナを駆動制御するスキャナドライバと、
   前記ガルバノ型スキャナの複数の駆動形態のそれぞれに対応して、前記スキャナドライバの各回路定数の最適値の組み合わせからなる最適化データを記憶保持している最適化データ記憶部とを有し、
   前記スキャナドライバは、
   当該スキャナドライバの各回路定数を変更するための電子トリマと、
   外部入力に応じて、前記記憶部に記憶保持されている前記最適化データの一つを選択し、選択した最適化データとなるように、前記電子トリマのパラメータを設定あるいは更新する制御部とを備えている
   ことを特徴とするガルバノ型スキャナシステム。
4. 請求項３に記載のガルバノ型スキャナシステムにおいて、
   前記最適化データ記憶部の場所は、前記スキャナドライバの内部メモリおよび外付けメモリのうちのいずれか一方であることを特徴とするガルバノ型スキャナシステム。
5. 請求項４に記載のガルバノ型スキャナシステムにおいて、
   前記最適化データ記憶部の場所は、前記ガルバノ型スキャナの内部メモリおよび外付けメモリのうちのいずれか一方であることを特徴とするガルバノ型スキャナシステム。
6. スキャナドライバによって駆動されるガルバノ型スキャナであって、
   当該ガルバノ型スキャナの複数の駆動形態のそれぞれに対応する最適化データを記憶保持している記憶部と、
   前記スキャナドライバからの要求に応じて前記最適化データを前記スキャナドライバに出力する制御部とを有し、
   前記最適化データは、前記ガルバノ型スキャナを前記スキャナドライバによって前記駆動形態で駆動することによって得られた前記スキャナドライバの各回路定数の最適値の組み合わせからなることを特徴とするガルバノ型スキャナ。
7. ガルバノ型スキャナを駆動するスキャナドライバであって、
   当該スキャナドライバの各回路定数を変更するための電子トリマと、
   前記ガルバノ型スキャナの複数の駆動形態に応じて予め設定した各回路定数の最適値の組み合わせからなる最適化データを記憶保持している記憶部と、
   外部入力に応じて、前記記憶部に記憶保持されている最適化データの一つを選択し、選択した最適化データとなるように、電子トリマのパラメータを設定あるいは更新する制御部とを有していることを特徴とするガルバノ型スキャナのスキャナドライバ。

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