JP2015060105A - アクチュエータの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の正弦波テーブルを用意することなく、アクチュエータの振幅を調整することのできるアクチュエータの駆動制御装置を提供する。【解決手段】 振幅動作により光を走査させるプレーナ型アクチュエータ１を、正弦波形に基づく駆動電圧で駆動させる駆動回路１０と、前記駆動回路１０における正弦波形の振幅を調整する振幅調整回路１５とを備え、振幅調整回路１５は、アクチュエータの正弦波の振幅量に応じた振幅調整用の制御パラメータを設定して駆動回路における正弦波形の振幅を調整する。【選択図】 図２

Description

本発明はアクチュエータの駆動制御装置に係り、特に、複数の正弦波テーブルを用意することなく、アクチュエータの振幅を調整することを可能としたアクチュエータの駆動制御装置に関するものである。

従来から、枠状の固定部に平板状の可動部を揺動可能に軸支する構造のアクチュエータとして、例えば半導体製造技術を利用し、シリコン基板を異方性エッチングし、枠状の固定部と平板状の可動部と固定部に可動部を軸支する支持梁とを一体に形成し、可動部に駆動コイルを設け、可動部の駆動コイルに静磁界を付与する、例えば永久磁石のような静磁界発生手段を設け、通電により駆動コイルに発生する磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用により発生するローレンツ力を利用して可動部を揺動させる電磁駆動タイプのプレーナ型アクチュエータが多く利用されている。そして、このようなアクチュエータは、例えば、可動部にミラーを設けることで光ビームを偏向走査する光スキャナなどに適用されている。

このようなアクチュエータにおいては、通常は共振周波数を用いて揺動されるものであるため、ミラーの変位は、共振特性の有する温度依存性により、使用環境の温度によって変動するとともに、個々の装置による特性のばらつきによっても変動するものである。そのため、ミラー駆動電圧と実際のミラーの変位との間に位相差が生じてしまうという問題がある。

このようなアクチュエータの位相のばらつきを防止する技術として、従来、ミラーを揺動させる正弦波形のミラー駆動電圧を生成する生成手段と、ミラー駆動電圧を生成するための正弦波値が格納された正弦波値記憶手段と、正弦波値記憶手段のアドレスをカウントするアドレスカウント手段と、光源の駆動を指示するタイミングを決定するタイミング信号生成手段と、を有する駆動制御手段を備え、タイミング信号生成手段により、アドレスカウント手段のアドレスが所定のアドレスとなったとき、タイミング信号を生成し出力するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１９７６３２号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術においては、ミラーを異なる振幅で揺動駆動させる場合に、正弦波テーブルの値を変更するか、複数の正弦波テーブルを用意する必要があるという問題を有している。また、製造上、個々のデバイスごとに特性にばらつきが生じるため、この特性のばらつきにより、駆動電流のばらつきが生じてしまい、このような駆動電流のばらつきを吸収するためには、やはり複数の正弦波テーブルを用意する必要があるという問題を有している。このように複数の正弦波テーブルを持つためには、メモリ容量などを大きく確保する必要があり、部品コストの増大を招いてしまうという問題を有している。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、複数の正弦波テーブルを用意することなく、アクチュエータの振幅を調整することのできるアクチュエータの駆動制御装置を提供することを目的とするものである。

本発明は前記目的を達成するために、請求項１の発明に係るアクチュエータの駆動制御装置は、振幅動作により光を走査させるアクチュエータを、正弦波形に基づく駆動電圧で駆動させる駆動回路と、前記駆動回路における正弦波形の振幅を調整する振幅調整回路と、を備え、前記振幅調整回路は、前記アクチュエータの正弦波の振幅量に応じた振幅調整用の制御パラメータを設定して前記駆動回路における正弦波形の振幅を調整することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、基準となる正弦波形と、前記アクチュエータを駆動した場合における正弦波形とを比較してその差分を検出する比較回路をさらに備え、前記振幅調整回路は、前記比較回路により検出された正弦波形の差分に基づいて、前記アクチュエータの正弦波形の振幅量に応じた振幅調整用の制御パラメータを設定することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、前記駆動回路は、前記アクチュエータの動作開始時に、所定の振幅に至るまで徐々に振幅を増大させることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、駆動回路における正弦波形の振幅を調整する振幅調整回路を設け、振幅調整回路により、アクチュエータの正弦波の振幅量に応じた振幅調整用の制御パラメータを設定するようにしているので、この制御パラメータに基づいて正弦波形に基づく駆動電圧を調整してプレーナ型アクチュエータを駆動することにより、プレーナ型アクチュエータごとに特性が異なった場合でも、すべて同一の振幅量で駆動するように調整することができる。その結果、プレーナ型アクチュエータの特性ごとに複数の正弦波テーブルを用意する必要がなく、メモリ容量などを抑えて、部品コストの低減を図ることができる。

請求項２に係る発明によれば、比較回路により、基準となる正弦波形と、アクチュエータを駆動した場合における正弦波形とを比較してその差分を検出するとともに、振幅調整回路により、比較回路により検出された正弦波形の差分に基づいて、アクチュエータの正弦波形の振幅量に応じた振幅調整用の制御パラメータを設定するようにしているので、この制御パラメータに基づいて駆動電圧を調整してプレーナ型アクチュエータを駆動することにより、プレーナ型アクチュエータごとに特性が異なった場合でも、すべて同一の振幅量で駆動するように調整することができる。その結果、プレーナ型アクチュエータの特性ごとに複数の正弦波テーブルを用意する必要がなく、メモリ容量などを抑えて、部品コストの低減を図ることができる。

請求項３に係る発明によれば、駆動回路により、アクチュエータの動作開始時に、所定の振幅に至るまで徐々に振幅を増大させるようにしているので、アクチュエータの動作開始時における過振幅動作を防止することができる。

本発明に係るアクチュエータの駆動制御装置の実施形態におけるアクチュエータを示す概略構成図である。 本発明に係るアクチュエータの駆動制御装置の実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係るアクチュエータの駆動制御装置の実施形態における駆動開始時の正弦波形を示す説明図である。 本発明に係るアクチュエータの駆動制御装置の実施形態の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明に係るアクチュエータの駆動制御装置の実施形態を示す概略図である。

図１に示すように、本実施形態のアクチュエータの駆動制御装置に適用されるプレーナ型アクチュエータ１は、図示しないデバイス基板上に設置された枠状の固定部２を備えている。この固定部２の内側には、支持梁としての第２トーションバー３を介して枠状の第２可動部４が揺動自在に支持されており、この第２可動部４の内側には、第１トーションバー５を介して第１可動部６が揺動自在に支持されている。すなわち、第１可動部６と第２可動部４とは、第２トーションバー３を介して互いに直交する方向に揺動自在とされており、第１可動部６と第２可動部４とは、異なる駆動周波数で駆動されるように構成されている。なお、これら固定部２、第２可動部４、第１可動部６、第１トーションバー５および第２トーションバー３は、一体的に形成されている。

また、固定部２の周囲には、第１可動部６を挟んで互いに反対磁極を対向させて配置される二対の静磁界発生部材（図示せず）が配置されている。なお、静磁界発生部材は、永久磁石でも電磁石でもよい。

第１可動部６の一面側には、第１可動部６を駆動するための渦巻き状に形成された第１駆動コイル７が設置されており、この第１駆動コイル７の両端部は、第２可動部４を通って固定部２から引き出されるように構成されている。また、第２可動部４の一面側には、第２可動部４を駆動するための渦巻き状に形成された第２駆動コイル８が設置されており、この第２駆動コイル８の両端部は、固定部２から引き出されるように構成されている。

次に、本発明の駆動制御装置について説明する。

本実施形態においては、駆動制御装置９は、プレーナ型アクチュエータ１に電圧を印加して第１可動部６および第２可動部４を駆動制御させる駆動回路１０を備えており、駆動制御装置９は、プレーナ型アクチュエータ１を駆動させるための所定の正弦波データが格納されたメモリ１１を備えている。駆動回路１０は、メモリ１１に格納された正弦波データの正弦波形に基づいて駆動電圧を生成し、この駆動電圧に基づいてプレーナ型アクチュエータ１に電圧を印加して第１可動部６および第２可動部４を駆動制御させるように構成されている。また、駆動制御装置９は、メモリ１１に格納された正弦波データを整数化する波形処理回路１２を備えている。

また、駆動制御装置９は、検出回路１３を備えており、この検出回路１３は、駆動回路１０により基づいてプレーナ型アクチュエータ１を駆動させた場合における正弦波形の駆動波形を検出するように構成されている。

また、駆動制御装置９は、比較回路１４を備えており、この比較回路１４は、波形処理回路１２から送られる元の正弦波形と、検出回路１３により検出された正弦波形とを比較して、その差分を検出するように構成されている。

また、駆動制御装置９は、振幅調整回路１５を備えており、振幅調整回路１５は、比較回路１４により検出された正弦波形の差分に基づいて、正弦波形が一致するように調整するものであり、この調整量を制御パラメータとして設定するように構成されている。この制御パラメータは、所定の係数であり、この係数に基づいて正弦波形を調整することにより、特性の異なるプレーナ型アクチュエータ１に対してすべて同一の振幅量で駆動するように調整することができるものである。そして、このように設定された制御パラメータは、メモリ１１に格納されるようになっている。

さらに、本実施形態においては、駆動制御装置９は、スロースタート制御回路１６を備えており、スロースタート制御回路１６は、図３に示すように、振幅調整回路１５から送られる振幅量が調整された正弦波形を、プレーナ型アクチュエータ１の起動時にその振幅量を徐々に増加させるように起動させるように制御するように構成されている。具体的には、停止状態である正弦波形が０から正弦波形の振幅量が７０％程度まで、徐々に振幅量を増加させるものである。これにより、プレーナ型アクチュエータ１の第１可動部６および第２可動部４の過振幅動作を防止することができるものである。

また、駆動制御装置９は、ゲイン調整回路１７を備えており、ゲイン調整回路１７は、スロースタート制御回路１６から送られる正弦波形の角度を調整するように構成されている。このゲイン調整回路１７による正弦波形の角度調整は、あらかじめ設定された角度調整パラメータに応じて行われるように構成されている。

さらに、駆動制御装置９は、オフセット回路１８を備えている。オフセット回路１８は、ゲイン調整回路１７から送られる正弦波の振幅が（＋）方向または（−）方向にずれている場合に、（＋）方向または（−）方向のずれを調整するように構成されている。

そして、駆動回路１０は、オフセット調整回路から出力される正弦波形に基づいて駆動電圧を調整し、この調整した駆動電圧によりプレーナ型アクチュエータ１を駆動制御するように構成されている。

次に、本実施形態の動作について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、メモリ１１から正弦波データを取得して（ＳＴ１）、この正弦波データを波形処理回路１２により、波形処理して正弦波データを整数化する（ＳＴ２）。

一方、駆動回路１０により、プレーナ型アクチュエータ１を動作させ、検出回路１３により、プレーナ型アクチュエータ１を駆動させた場合における正弦波形の駆動波形を検出する（ＳＴ３）。そして、比較回路１４により、波形処理回路１２から送られる元の正弦波形と、検出回路１３により検出された正弦波形とを比較して、その差分を検出する（ＳＴ４）。

そして、振幅調整回路１５により、比較回路１４により検出された正弦波形の差分に基づいて、正弦波形が一致するように正弦波形を調整し、この調整量を制御パラメータとして設定するようになっている（ＳＴ５）。その後、スロースタート制御回路１６により、振幅調整回路１５から送られる振幅量が調整された正弦波形を、プレーナ型アクチュエータ１の起動時にその振幅量を徐々に増加させるように起動させるように制御するとともに（ＳＴ６）、ゲイン調整回路１７により、スロースタート制御回路１６から送られる正弦波形の角度を調整した後（ＳＴ７）、オフセット回路１８により、正弦波の振幅のずれを調整する（ＳＴ８）。

そして、駆動回路１０により、オフセット回路から送られる正弦波形データに基づいて、駆動電圧を設定し、この駆動電圧に基づいてプレーナ型アクチュエータ１の駆動を行うものである（ＳＴ９）。

このように、プレーナ型アクチュエータ１に駆動電圧を印加すると、第１可動部６の第１駆動コイル７および第２可動部４の第２駆動コイル８にそれぞれ駆動電圧を印加すると磁界が発生し、この磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用によりローレンツ力が発生し、第１トーションバー５および第２トーションバー３の軸方向と平行な第１可動部６および第２可動部４の対辺部分に互いに逆方向の回転力が発生し、この回転力と第１トーションバー５および第２トーションバー３の復元力とが釣合う位置まで第１可動部６および第２可動部４が揺動される。

そして、この第１可動部６および第２可動部４の揺動動作により、反射ミラーにより光ビームを偏向走査できるものである。第１可動部６および第２可動部４を回動させるための揺動量は、第１駆動コイル７および第２駆動コイル８に印加する駆動電圧の正弦波形の振幅量に比例するので、駆動コイルに印加する駆動電圧値を制御することで、第１可動部６の振れ角（光ビームの偏向角度）を制御することができるものである。

以上述べたように、本実施形態においては、振幅調整回路１５を設け、この振幅調整回路１５により、比較回路１４により検出された正弦波形の差分に基づいて、正弦波形が一致するように調整し、この調整量を制御パラメータとして設定し、この制御パラメータに基づいて調整された正弦波形データに基づいて駆動電圧を設定して、この駆動電圧によりプレーナ型アクチュエータ１を駆動するようにしているので、プレーナ型アクチュエータ１ごとに特性が異なった場合でも、すべて同一の振幅量で駆動するように調整することができる。その結果、プレーナ型アクチュエータ１の特性ごとに複数の正弦波テーブルを用意する必要がなく、メモリ１１の容量などを抑えて、部品コストの低減を図ることができる。

また、スロースタート制御回路１６により、プレーナ型アクチュエータ１の起動時に、駆動回路１０により、正弦波形の振幅量を徐々に増加させるように起動させるように制御するようにしているので、これにより、プレーナ型アクチュエータ１の第１可動部６および第２可動部４の過振幅動作を防止することができる。

なお、前記実施形態においては、可動部と第２可動部４とを備えた二次元のアクチュエータに適用した場合について説明したが、１つの可動部のみを備えた一次元のアクチュエータに適用することも可能である。

また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

１ プレーナ型アクチュエータ
２ 固定部
３ 第２トーションバー
４ 第２可動部
５ 第１トーションバー
６ 第１可動部
７ 第１駆動コイル
８ 第２駆動コイル
９ 駆動制御装置
１０ 駆動回路
１１ メモリ
１２ 波形処理回路
１３ 検出回路
１４ 比較回路
１５ 振幅調整回路
１６ スロースタート制御回路
１７ ゲイン調整回路
１８ オフセット回路

Claims (3)

1. 振幅動作により光を走査させるアクチュエータを、正弦波形に基づく駆動電圧で駆動させる駆動回路と、前記駆動回路における正弦波形の振幅を調整する振幅調整回路と、を備え、
   前記振幅調整回路は、前記アクチュエータの正弦波の振幅量に応じた振幅調整用の制御パラメータを設定して前記駆動回路における正弦波形の振幅を調整することを特徴とするアクチュエータの駆動制御装置。
2. 基準となる正弦波形と、前記アクチュエータを駆動した場合における正弦波形とを比較してその差分を検出する比較回路をさらに備え、
   前記振幅調整回路は、前記比較回路により検出された正弦波形の差分に基づいて、前記アクチュエータの正弦波形の振幅量に応じた振幅調整用の制御パラメータを設定することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの駆動制御装置。
3. 前記駆動回路は、前記アクチュエータの動作開始時に、所定の振幅に至るまで徐々に振幅を増大させることを特徴とする請求項１または請求項２から請求項３のいずれか一項に記載のアクチュエータの駆動制御装置。

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