JP3172586B2 - 磁気ポジションセンサ - Google Patents

磁気ポジションセンサ

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    • G—PHYSICS
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気ポジションセン
サ、更に詳しくは、非共振モードで作動する検流計に用
いられるポジションセンサに関連している。
【０００２】
【従来の技術】本発明は、４件のアメリカ合衆国特許出
願と同時係属関係がある。第一の関連出願は、米国特許
願第 457,593号（エス サラフ、1990 年 12 月 27 日
出願）の「感熱プリンター」で、本件とは被譲渡人が共
通である。第二の関連出願は、本件と同時出願される第
722,753 号の「優れた精度で電気機械装置を迅速に駆
動する方法と回路」で、被譲渡人が本件と共通であり、
発明者はジェイ クレソック、ジェイ エス チャンド
ラー、デー オーリキ、テー ニールである。第三の関
連出願は、本件と同時出願される米国特許願第 723,368
号の「低慣性鏡と磁石とを備えたビーム走査検流計」
で、被譲渡人が本件と共通であり、発明者はジェイ エ
ス チャンドラー、デー オーリキ、ジェイ クレソッ
クである。第四の関連出願は、本件と同時出願される米
国特許願第 723,290号の「鏡をスプリングで支持するビ
ーム走査検流計」で、被譲渡人が本件と共通であり、発
明者はジェイ エス チャンドラー、デー オーリキ、
ジェイ クレソックである。
【０００３】映像を生成する、または、読むために観測
用定義フィールドを走査する光ビームを制御して高速で
周期的に振る必要がある製品の多くで、ビーム走査検流
計が使用されている。
【０００４】一般に、これらの検流計は、共振モードま
たは非共振モードのいずれかで作動するように設計され
ている。
【０００５】共振モードで作動するように設計されてい
る検流計は、通常、検流計を作動する電力が比較的低レ
ベルであることが望まれる製品に利用されている。この
ような製品では、検流計の偏向鏡をたわみ部材またはス
プリングで支持する。スプリングの剛性および鏡の質量
と形状とにより、検流計の固有振動数が決定される。鏡
が固有振動数で振動する（即ち、共振作動する）ときに
は、鏡を動かすのにほとんど動力を要しない。検流計が
共振モードで作動するとき、鏡は中点に対称に振れる。
換言すれば、鏡は、第一方向の第一限界まで振れ、中点
に戻り、次に第二方向の第二限界まで振れる。各限界は
中点から等距離にあり、中点から各限界に到達するのに
要する時間は等しい。
【０００６】共振モードの動作の場合、鏡の角変位は時
間の関数として正弦曲線をなす。かかる鏡によって平面
に反射された光ビームは、時間の関数として非線形偏向
曲線をなす。このように、共振モードで作動する検流計
は、一般に走査面上の光ビームの速さに直線性を要しな
い製品のみに使用され、また、鏡がいずれかの方向に片
振れしている間に走査が望まれる場合に使用される。し
かし、このような両方向走査を行った場合、「糸巻き効
果」として知られる、ある種のひずみが画像に生じる。
その結果、これらの共振検流計は、約 200ドット／イン
チ以下の低解像度で画像を生成または読む製品にのみ使
用されている。低解像度の製品では、共振走査に由来す
る固有の非直線性やひずみは問題にならない。
【０００７】しかし、ビーム走査検流計を採用する装置
の多くは、検流計動作の共振モードの非直線性を許容で
きない。
【０００８】レーザ印刷のような光走査応用技術の中に
は、比較的高い濃度のエネルギーを走査鏡に転送する必
要のあるものもある。例えば、先に引用した米国特許願
第 457,593号で開示されている感熱プリンタでは、ドナ
ーダイフィルムから記録媒体へ染料を転写させるのにレ
ーザを採用している。現在、この感熱印刷装置にレーザ
が導入できる出力は、50ミリワットまでである。このレ
ーザ出力範囲内で最高可能速度で作動する感熱プリンタ
を製造するためには、正弦波速度でダイドナーフィルム
を横切ってレーザビーム走査を行なわないことが望まし
い。この感熱プリンタに、共振ビーム走査検流計（正弦
波速度の走査ビームをつくる）が採用された場合、感熱
プリンタの動作速度を小さくする必要がある。これは、
正弦波速度でビームを走査すると、実質的に平均速度よ
り早い最高速度が存在するからである。感熱プリンタの
場合、走査ビーム最高速度時にレーザで所望の染料転写
ができるように検流計の走査速度（即ち、１秒当りの走
査数）を十分低速に保持しなくてはならない。言い換え
ると、50ミリワットのレーザで最大ビーム速度 20イン
チ（５０８ｍｍ）／秒という所望染料転写を実施するの
であれば、ビームの最高速度が 20 インチ（５０８ｍ
ｍ）／秒となるように鏡の振動周波数を十分低く設定し
ておかなくてはならない。
【０００９】正弦波速度曲線の場合、20インチ（５０８
ｍｍ）／秒という最大ビーム速度に対応する振動では、
わずか 12 インチ（３０４．８ｍｍ）／秒という平均ビ
ーム速度を生じるに過ぎない。このように、正弦波ビー
ム速度を利用した感熱プリンタでは、プリンタの一部に
使用するレーザの出力レベルに合った最適作動速度を達
成するのは不可能である。
【００１０】しかし、一定速度でワークピースを横切っ
てビームを走査するのであれば、レーザの特定出力レベ
ルに合うように感熱プリンタの作動速度を最適化でき
る。この動作モードでは、ビーム最大速度とビーム平均
速度とが等しい。こうすれば、レーザを採用して、その
最大出力を全走査サイクルを通じて供給できる。
【００１１】一定速度で平面を横切って光ビームを走査
できる検流計は、先行技術により既知である。例えば、
1988年 12 月 13 日出願のアメリカ合衆国特許第 4,79
1,591号（ケー アサヌマ、他）などを参照されたい。
この種（即ち、非共振タイプ）の検流計は、駆動電流制
御回路に接続されて動作する。通常、これらの電流制御
回路は、フィードバック原理に基づいて機能する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】検流計の偏向鏡の中に
は、実際の鏡の振れに反応する角位置検出機構を備えた
ものもある。鏡が確かに時間の関数として所望の振れパ
ターンに従うことを保証するために、駆動電流は位置検
出機構に対応して絶え間なく変化する。
【００１３】これらの角位置検出機構は、一般に、角変
位の関数としてキャパシタンスの変化を生じるエレメン
トから成る。効果的に作用させるためには、２つのエレ
メントが互いに呼応しあって同心状に動く必要がある。
一方のエレメントは鏡と共に動き、他方のエレメントは
静止したままである。
【００１４】エレメント間の距離は約 0.001（０．０２
５４ｍｍ）インチ以下という非常に接近したものでなく
てはならない。このように検出エレメント間が非常に接
近した状態で同心状の動きを実現するためには、鏡の回
転軸が確実に固定されていなくてはならない。従って、
検流計では、キャパシタンスに基づく角位置検出機構を
使用すると、検流計に使用できる鏡の振れについての種
類に制限が課せられることになる。従来の非共振検流計
では、ポジションセンサが適切に機能することを保証す
るために鏡の回転軸をベアリング（玉軸受け、針状ころ
軸受け、摺動ベアリング等）で支えていた。
【００１５】しかし、特に１分間に何千回もの振動を要
するような高速作動環境では、検流計の鏡を支えるベア
リングが摩耗することがある。また、走査対象となる平
面に平行でない平面で一定量の鏡の振れ（即ち、交差軸
の振れ）を許すので、検流計ではベアリングも望ましく
ない。600 ドット／インチ以下のそれほど高くない解像
度の製品では、高品質ベアリングを使用することによっ
てこの交差軸の振れを許容レベルに調整することができ
るが、2000ドット／インチ以上の高解像度の製品につい
ては、交差軸の振れを更に細心に調整しなくてはならな
い。
【００１６】ベアリング支持された鏡を使用して高解像
画像を生成する検流計は、比較的高価である。このよう
な検流計の価格は、一台 500ドル〜 1000 ドルするのが
普通である。
【００１７】卓上使用を目的とする感熱プリンタに検流
計の使用が望まれても、これほど高価な検流計を使用す
ることはできない。これが、検流計による印刷システム
を用いた、比較的低価格な卓上形の高解像度の感熱プリ
ンタがこれまで製造されなかった理由の一つである。
【００１８】感熱プリンタのような装置で非共振モード
で検流計を使用する場合、更に別の問題もある。非共振
モードの検流計は、同じサイズの共振モードの検流計を
駆動するのに使用するよりも実質的に大きな力で駆動し
なくてはならない。駆動力が大きくなることによって、
２つの問題が提起される。第一に、駆動力が大きい製品
は大量の電気消費を要し、第二に、大きな駆動力は相当
大きな反力を生じ、高解像度画像の生成を妨害する望ま
しくない振動を引き起こす。これらの二つの状況は、感
熱プリンタでは解決されるが非常に高価となる。
【００１９】検流計に大量の電力を供給する感熱プリン
タは、通常、卓上形製品としては高価すぎる。大量の電
力を消費する感熱プリンタも、可搬性が重視される製品
には適さない。
【００２０】検流計を強固な塊状の支持部材に取り付け
れば、非共振モードの作動によって生じる大きな反力が
望ましくない振動を発生するのを防止できる。しかし、
感熱プリンタに塊状の支持構造を導入すれば、可搬性が
重視される製品に感熱プリンタを使用することはできな
くなる。
【００２１】従来は、ビーム走査検流計を非共振モード
で作動するために必要な駆動力をコントロールする努力
がなされていた。これらの努力は、鏡の回転軸を鏡の反
射面に極力接近させておくことに終始していた。回転軸
と反射面の距離が小さく保たれれば、振動鏡の慣性モー
メントはそれに対応して小さく維持され、鏡を駆動する
のに必要な力は比較的低く保たれる。従来の共振検流計
の設計では、鏡の慣性モーメントを低く維持するため
に、これまでは鏡の回転軸を支えるのにベアリングを採
用していた。
【００２２】交差軸の振れが小さいという観点では、た
わみ部材またはスプリングで支持した検流計鏡の方が、
ベアリングで支持した検流計鏡よりも優れていると認識
されてきた。例えば、1988年 3月 22 日に出願されたア
メリカ合衆国特許 4,732,440（ゴドホク）を参照された
い。しかし、先行技術では、たわみ部材で鏡を支持する
装置の原理を非共振モードで作動する検流計に適用する
方法が示されていない。
【００２３】従来の非共振検流計のもう一つの短所は、
走査帰線モードの動作に用いる技術である。非共振検流
計を使用して印刷を実施する場合、光ビームの走査は一
般に鏡の一移動方向に限定されている。言い換えると、
鏡が第一方向に振れているときに光ビームがオンにな
る、ということである。鏡が開始位置に戻るまでは、光
ビームはオフになっている。この技術は走査フライバッ
クモードまたは走査帰線モードの動作として知られてい
る。鏡の振れサイクルのフライバックまたは帰線で無駄
に時間を費やさないために、一般に、鏡は走査時間より
もはるかに短い時間で開始位置に戻される。
【００２４】従来の検流計の多くは、走査完了後に鏡を
開始位置に迅速に戻すスプリングが備わっていた。これ
らのスプリングは、鏡を支えるものではなく、鏡をその
開始位置に動かすためだけに使用される。鏡は、通常、
非常に早い速度で復帰位置に戻される。このように高速
で動かされる鏡は、鏡とスプリングに振動を生じる衝撃
を伴って開始位置に戻る。鏡が復帰位置に到達した直後
に走査サイクルが開始すると、これらの振動がビーム走
査の安定性に悪影響を及ぼす。
【００２５】但し、それほど高くない解像度で印刷する
場合、振動異常は画像の質に二次的な影響がある程度
で、ごく些細なものとなる。しかし、2000ドット／イン
チ以上の解像度を必要とする印刷動作では、これらの振
動は非常な悪影響を及ぼす。
【００２６】それ故、高解像度印刷作業に使用できるビ
ーム走査検流計であって、望ましくないベアリング支持
システムや異常振動が無く、比較的低い最大電力要求で
作動するビーム走査検流計の供給が望まれていた。
【００２７】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、磁性
物体の位置を検出する、磁気ポジションセンサに関す
る。センサは、磁性物体を移動する磁場を生成する回路
にフィードバック信号を提供する。磁性物体に移動力を
発生させるために用いる磁場によって生じる位置信号の
ひずみを取り消すために、補償システムが設けられてい
る。磁場を生成する力を生じる回路に所望のフィードバ
ックを供給するように、適正に補償した位置信号を使用
する。
【００２８】ある観点から見れば、本発明は、磁場によ
って動かされる可動物体の位置を検出するための装置に
関する。この装置は、可動物体に結合されて可動物体と
ともに移動できる磁石と、自身に対する磁石の位置を検
出する磁気センサと、センサに対する物体の相対位置を
示す効果以外の、磁場によってセンサに発生する磁場効
果を打ち消す手段を備えている。
【００２９】別の観点から見れば、本発明は、ビーム走
査検流計に関する。この検流計は、回転軸の回りを回転
できる鏡から成る。鏡には磁石が結合され、鏡とともに
回転できる。センサは、回転軸に対する磁石の角位置を
検出する。鏡の角位置を示す効果以外の、検流計に発生
する磁場効果を打ち消す手段が、センサ上に設けられて
いる。
【００３０】更に別の観点から見れば、本発明は、ビー
ム走査検流計に関する。この検流計は、駆動磁石に結合
され、回転軸の回りを回転できる鏡を備えている。セン
サの磁石は、鏡に結合され、鏡とともに回転できる。ポ
ジションセンサは、回転軸に対するセンサ磁石の角位置
を検出する。センサ磁石の効果以外の、検流計に発生す
る磁場効果を打ち消す手段が、センサ上に設けられてい
る。
【００３１】以下、添付図面と特許請求の範囲に従っ
て、本発明を更に詳しく述べる。
【００３２】
【実施例】図１は、本発明に有用性があることを示す感
熱プリンタ４０の概略図を示したものである。感熱プリ
ンタ４０は、変調レーザ装置４２と、ビーム走査検流計
４４と、走査レンズ４６と、表面に画像を形成するワー
クピース５０を支える支持部材４８とを備える。画像
は、ビーム走査検流計４４がレーザの作った光を集束お
よび変調したビーム５２をワークピース５０を横切って
走査することによって、作られる。本発明の有用性を示
す感熱プリンタの実施例は、冒頭の関連特許出願の箇所
に記載のアメリカ合衆国特許願 457,593号に開示されて
いる。
【００３３】感熱プリンタ４０は、コンピュータ生成画
像を 35mm （約 1インチ× 1.5インチ）の透明画または
スライドを作成するために使用される。このスライドを
使用して、スライドの何百倍もの大きさのスクリーン上
に投影画像を作る。従って、スライド上に生成される画
像は、解像度 4000 画素（またはドット）／インチとい
う、ほとんど写真画像品質と同等のものでなくてはなら
ない。
【００３４】4000ドット／インチという所望の解像度で
ワークピース５０上に画像を作成するためには、ワーク
ピース５０を横切って走査されるビーム５２の速度をご
く正確に制御し続ける必要がある。
【００３５】ビーム５２の速度は、ビーム走査検流計４
４の動作を制御することによって、制御される。
【００３６】図２は、本発明によるビーム走査検流計４
４（以下、「検流計」という）の推奨実施例の分解部品
配列図を示したものである。検流計４４は、鏡６０と、
駆動磁石６２と、駆動コイル６４と、ハウジング６６
と、スプリング支持部材６８と、本質的に同一の第一お
よび第二スプリング７０と、本質的に同一の第一および
第二センターピン７４と、磁気インサート７８と、セン
サ磁石８２と、センサ磁石支持部材８４と、コイル支持
レール８６と、ホール効果センサ９０と、センサ支持部
材９２と、ナルスラグ９４と、ナルスラグホルダ９６
と、補償コイル９８とを備える。
【００３７】図３は、図２の検流計４４を組み立てた状
態で示したものである。鏡６０が駆動磁石６２に結合さ
れていることが分かる。駆動磁石６２は、（図３では見
えないが、図２と図４には示されている）スプリング支
持部材６８に結合されているスプリング７０に結合さ
れ、（図３には示されていないが、図２と図４には示さ
れている）センターピン７４で所定の位置に保持されて
いる。スプリング支持部材６８は、（図示されていな
い）小ネジでハウジング６６に取り付けられている。磁
気インサート７８は、スプリング７０と駆動磁石６２と
に結合されている。駆動コイル６４は、ハウジング６６
に結合されているコイル支持レール８６に結合されてい
る。組み立てられた状態の検流計４４では、駆動コイル
６４が駆動磁石６２を取り囲む。検流計４４の推奨実施
例では、鏡６０と、スプリング７０と、磁気インサート
７８と、駆動コイル６４と、コイル支持レール８６は、
各々の支持部材にエポキシ系接着剤で取り付けられてい
る。
【００３８】ホール効果センサ９０とナルスラグホルダ
９６は、センサ支持部材９２に結合されている。センサ
支持部材９２はハウジング６６に結合されている。セン
サ磁石８２は、駆動磁石６２に結合されているセンサ磁
石支持部材８４に結合されている。（図３には示されて
いないが、図２と図１０には示されている）ナルスラグ
９４は、ナルスラグホルダ９６に移動可能なように結合
されている。検流計４４の推奨実施例では、ホール効果
センサ９０と、ナルスラグホルダ９６と、センサ支持部
材９２と、センサ磁石８２は、各々の支持部材にエポキ
シ系接着剤で取り付けられている。この推奨実施例で
は、ホール効果センサ９０にスプラーグ社のホール効果
磁気センサ モデル UGN 3503 T/U を使用している。
【００３９】動作は、駆動コイル６４に電流が通ると鏡
６０が一定角度で振動する。駆動コイル６４を通る電流
によって発生した磁場により、駆動磁石６２に回転力が
生じる。駆動磁石６２が回転すると、スプリング７０に
よって駆動磁石６２に復元力が生じる。駆動コイル６４
の電流方向が反転すると、駆動コイル６４に発生した磁
場とスプリング７０の復元力とによって駆動磁石６２は
逆方向に回転させられる。駆動磁石６２とこれに取り付
けられている鏡６０に非共振振動作用を生じるコイル駆
動回路（図１３と図１４に図示）より、駆動コイル６４
に可変電流が供給される。このコイル駆動回路は、本件
と同時出願され、冒頭の関連特許出願の箇所で確認され
ここにも含まれている合衆国特許願「優れた精度で電気
機械装置を迅速に駆動する方法と回路」に開示・請求さ
れている。
【００４０】スプリング７０の剛性、および、駆動磁石
６２と鏡６０との結合体の質量と形状により、振動の固
有振動数を予測できる構造になる。
【００４１】検流計４４の推奨実施例では、検流計自体
は共振モードで作動しないが、この固有振動数を効果的
に利用している。以下に、この効果的な利用法の詳細に
ついて説明する。
【００４２】検流計４４は、正確な制御方法によって鏡
６０と駆動磁石６２を容易に動かせるように組み立てら
れている。かかる長所は、設計上の複数の特徴によるも
のである。第一に、鏡６０は、慣性モーメントが最小と
なるように成形されている。第二に、鏡６０の回転軸
は、鏡の反射面にきわめて近接している。第三に、駆動
磁石６２と鏡６０との結合体の慣性モーメントは、磁石
６２が生成できる駆動力と比べて小さい。第四に、鏡６
０は、角振動中にも交差軸がほとんど振れない。第五
に、鏡６０が鏡６０と駆動磁石６２とスプリング７０と
の結合物の固有振動数で動く場合、鏡の移動速度とほぼ
同じ大きさの速度で帰線される。
【００４３】図２と図３では、検流計４４の全体サイズ
に対して鏡６０が大きいように見える。これは、図１の
感熱プリンタの性質によるものである。走査レンズ４６
によって、入力ビームの大きさに逆比例する集束出力ス
ポットを作るのだが、５ミクロン程度のごく小さな集束
出力スポットをつくるためには、レーザ装置４２からの
入力ビームは約 0.5インチ（１．２７ｍｍ）以上の大き
さを要する。また、レーザ装置４２からの入力ビーム
は、所定の角度で鏡６０に当たる。これによって入力ビ
ームは鏡６０の反射面上で楕円形をなす。
【００４４】全入力ビームを完全反射するためには、ビ
ームが反射面上になす楕円の最大限界を上回るだけの幅
が、鏡に必要である。感熱プリンタ４０のこのような特
性のすべてのために、ごく幅の広い鏡が必要、という状
況に至った。しかし、皮肉なことに、鏡６０の最大寸法
部が鏡６０の回転軸に直角に配向されるため、これによ
って、鏡６０の慣性モーメントの有害効果が極めて大き
くなる、という事態が生じた。従って、重要なのは、感
熱プリンタ４０の光学的必要性によって要求される制約
と矛盾せず妥当な範囲で小さな慣性モーメントを備えた
鏡６０を作ることである。
【００４５】図４は、図３の破線４−４による、図３の
検流計４４の部分断面図を示したものである。スプリン
グ７０は、スプリング７０の非係合部Ｌｆ（自由長）を
残して駆動磁石６２とスプリング支持部材６８とに係合
されている。スプリング７０は、スプリング支持部材６
８の所定の位置に、センターピン７４によって保持され
ている。
【００４６】各センタピン７４は、自由長Ｌｆが不足す
ることなくスプリング７０を振れるような位置に各セン
タピンの平坦部がくるように組み立てられている。第一
自由端部１３０と第２自由端部１３２は、駆動磁石６２
に設けられた空洞（切欠き部）１３７の側面１３４と１
３６に、それぞれ取り付けられている。このように配置
したことによって、各スプリング７０が一組のクロス板
ばねとなり、駆動磁石６２は２組のクロス板ばねによっ
て支持される。
【００４７】切欠き部１３７の側面１３４と１３６は、
相手側面に対する配置方向が所定角度（検流計４４の推
奨実施例の場合は９０°）をなすように形成されてい
る。自由端部１３０と１３２は、側面１３４と１３６に
当たるように位置決めされており、スプリング７０は、
自由端部１３０と１３２の間に良く形成された交差点が
できるような形につくられている。この交差点が、鏡６
０の回転軸１４２である。
【００４８】空洞１３８は、実質的にスプリング支持部
材６８のスプリング保持部１４０を取り囲むことができ
る駆動磁石６２に形成されている。かかる配置によっ
て、駆動磁石６２の中に回転軸１４２を置くことができ
る。更に、回転軸１４２は、駆動磁石６２の塊の中心軸
および駆動コイル６４の力の中心に、事実上一致する。
言い換えれば、駆動磁石６２は、回転軸１４２のまわり
を回転するときに慣性モーメントが最小となるように支
持されている、ということである。
【００４９】本図により、鏡６０の反射面１５８が回転
軸１４２より距離ｄだけ離れた位置に移されていること
が分かる。上述のような配置で鏡６０を支持したことに
よって、この距離ｄが最小限にとどめられている。距離
ｄは、鏡６０の厚さＴｍｉと等しく、また、駆動磁石６
２の厚さＤの 1/2 程度しかない。このことは、結合さ
れた鏡６０と磁気インサート７８と駆動磁石６２の回転
半径Ｒｇを最小にするという好ましい効果を生じる。本
明細書ではこの結合体を鏡部材と呼び、全厚さＴｍｅを
持つように図４に示されている。この鏡部材の慣性モー
メントは回転動作の半径Ｒｇの二乗に応じて変化する。
そのため、回転動作の半径Ｒｇを小さくすることは、鏡
部材の慣性モーメントの低減に実質的効果を有する。
【００５０】図５は、図４と同じ箇所のものであるが、
鏡６０および鏡部材の慣性モーメントを低減する鏡６０
の特徴を示すために、鏡６０が別の作動位置に移動した
状態の断面図を示したものである。駆動コイル６４と干
渉せずに振ることができるように、鏡６０の裏側１６１
に逃げが設けられて（勾配がつけられて）いる。この逃
げ（勾配）によって、都合よく鏡部材の慣性モーメント
を低減する。鏡の回転半径Ｒｇが好ましい小ささに維持
されていれば、鏡６０は相当の振れで動かせる。検流計
４４の推奨実施例では、鏡６０の振れは、図４に示され
る中立箇所の両側にそれぞれ 7.8゜ずつである。回転半
径Ｒｇを小さくすることによって、鏡部材の回転モメン
トが比較的小さくなる。また、鏡６０の裏側１６１に勾
配をつけることによって、外側末端の質量が減少する。
この質量減少も、鏡部材の慣性モーメントの低減に貢献
する。
【００５１】再び図３を参照する。図３に、鏡部材の回
転モーメントを低減させる、上記以外の鏡６０の特徴が
示されている。鏡６０の反射面１５８は、楕円をなすよ
うに成形されている。図１のレーザ装置４２が生成する
ビームは円形であるが、ビームは鏡６０に当たるとその
反射物は楕円となる。これは、鏡６０がビームの軸に対
して鋭角に向けられているからである。ビームのエネル
ギーをすべて転送することを保証するために、鏡６０
は、図１のレーザ装置がつくるレーザビームの大きさと
鏡６０に対するビームの入射角とによって規定される、
最小幅Ｗｍｉ（回転軸に垂直な寸法）と最小長Ｌｍｉ
（回転軸に平行な寸法）を備える。図１の感熱プリンタ
で使用されている鏡６０では、幅Ｗｍｉは長さＬｍｉよ
りはるかに大きい。反射面の角を取り除くことによっ
て、鏡６０の質量と慣性モーメントを相当に小さくでき
る。
【００５２】再び図２を参照する。図２に、検流計４４
の望ましい動作に貢献する、検流計４４の更に別の特徴
が示されている。駆動磁石６２は、全体の形が事実上筒
状の、比較的長くて狭い構造を有する。駆動磁石６２が
このような構造であるので、トルク／慣性比を高めるこ
とにより検流計４４の設計の全体的な効率を向上させる
ことができる。
【００５３】駆動コイル６４を流れる電流によって駆動
磁石６２に生じるトルクは、駆動磁石６２の長さに比例
する。回転可能構造物の慣性モーメントは、構造物の回
転軸方向の寸法の関数として直線的に増加する。このよ
うな構造物の慣性モーメントは、構造物の回転軸の直角
方向の寸法の三乗に比例して増加する。
【００５４】図１の感熱プリンタ４０を作動するにあた
っては、鏡部材の慣性モーメントを小さく（即ち、トル
ク／慣性 比を高くして）維持し、鏡部材（即ち、鏡６
０と駆動磁石６２と磁気インサート７８）に高トルクを
与えることが望まれる。レーザ装置４２によって鏡６０
の最小寸法が制約されている場合、駆動磁石６２の長さ
（即ち、回転軸方向の寸法）を大きくすることによって
所望の比率を大きくできる。検流計４４の推奨実施例で
は、駆動磁石６２の長さＬｍａは、鏡６０の長さＬｍｉ
の約３倍とし、鏡部材の慣性モーメントを望ましい小さ
さに維持するために、駆動磁石６２の厚さＤは長さＬｍ
ａの約 1/4とした。
【００５５】慣性に対するトルクの比率を高くするため
には、駆動磁石６２の長さを比較的長くすることが望ま
しいが、場合によっては、駆動磁石６２の長さに実際上
の制限が課せられることもある。
【００５６】検流計４４は、低電圧操作が要求される製
品にしばしば使用される。この場合、与えられた電圧に
応じて、駆動コイル６４の長さが制限される。しかし、
長い駆動磁石６２に合わせて駆動コイル６４も長くする
と、駆動コイル６４に電流を流すの必要な電圧が増加し
てしまう。このように、検流計４４の動作電圧にとって
は、駆動磁石６２の最大長Ｌｍａが問題となっていた。
【００５７】上述したように、感熱プリンタ４０または
他の特殊製品に検流計を用いる場合、特に鏡６０の大き
さに明確な要求がある。
【００５８】このように、検流計４４を使用する製品の
多くにとっては、駆動磁石６２の最大長Ｌｍａ、鏡６０
の最小サイズと慣性が問題となっていた。これらの制約
の中で、発明者らは、駆動磁石６２の厚さＤを最適化す
ることが有利であることを発見した。
【００５９】かかる駆動磁石６２の厚さＤの最適化は、
以下に記載の解析を用いて実施した。
【００６０】鏡部材の慣性に対するトルクの比率Ｑは、
次の等式で得られると考える： Ｑ＝トルク／鏡の慣性＋磁石の慣性 ここで、 トルク =Kt×r2 （但し、Ktは駆動磁石６２の長さの関数である定数、ｒ
は駆動磁石６２の厚さＤの 1/2を表す。） 磁石の慣性 = Ki × r3 （但し、Kiは駆動磁石６２の長さの関数である定数） 鏡の慣性 = Im （鏡６０の関数である定数） とおくと、 Q = Kt× r2 ／ Im + (Ki × r3) と表せる。
【００６１】鏡６０の一つおよび駆動磁石６２の長さに
関してｒが相対的に小さいと、Ｑは、次の等式で表され
ることが分かる。
【００６２】Q = Kt× r2 ／ Im この等式では、ｒの増加に伴ってＱが増加する。
【００６３】また、鏡６０の一つおよび駆動磁石６２の
長さに関してｒが相対的に大きいと、Ｑは、次の等式で
表されることが分かる。
【００６４】Q = Kt／ Ki × r この等式では、ｒが増加するとＱが減少する。
【００６５】これにより、鏡の慣性と駆動磁石６２の長
さの組合せによって、Ｑに最大値をとらせるｒを選択で
きる、ということがわかる。
【００６６】図２には、また、鏡６０の交差軸の振れの
制御を行なう検流計４４の特徴が示されている。鏡６０
は、広い間隔をおいて配置されている支持部材、即ち、
スプリング７０によって支えられている。駆動磁石６２
の両側にスプリング７０を取り付けることによって、ス
プリング７０の間隔が広くなる。検流計４４の推奨実施
例では、スプリング７０の間隔は、鏡６０の長さを上回
っている。
【００６７】再び図４を参照する。図４には鏡６０の交
差軸の振れの低減に役立つ検流計４４の特徴が示されて
いる。スプリング７０は、駆動磁石６２の厚さＤの 1/2
未満の、自由長Ｌｆを備えている。自由長に直交する
寸法の割合よりも自由長が短いとき、板ばねは交差軸の
振れに対して非常に高い抵抗を備える。検流計における
この考えは、スプリング７０の推奨実施例を詳細に考察
することによって、更に理解されよう。
【００６８】図６は、スプリング７０の透視図を示した
ものである。スプリング７０は図４の回転軸１４２に対
して垂直方向に容易にたわませることができるが、回転
軸１４２と平行な方向にたわませようとすると、非常に
抵抗がある。スプリング７０は、好ましい方向であれ
ば、１グラムの何分の１という小さな力がかかってもた
わむ。しかし、回転軸１４２に平行な方向にスプリング
をたわませるには、４キログラム以上の力をかける必要
がある。したがって、スプリング７０は、交差軸の振れ
に対して非常に抵抗のある、鏡部材取付けシステムとな
る。
【００６９】スプリング７０は、均一な厚さｔを備えた
一片の部材から成る。スプリング７０の自由端部１３０
と１３２には、各々、切欠き部１５０と１５２が設けら
れている。切欠き部１５０と１５２は、自由端部１３０
と１３２に材料減少部を残すように、形成されている。
高さＨ、長さＬｆ（図４に示した自由長）を備えて成る
各材料減少部が、図６に示されている。スプリング７０
の推奨実施例では、スプリングの材料は、0.0015インチ
（０．０３８１ｍｍ）の厚さｔを有する冷間圧延ステン
レス鋼である。自由長Ｌｆは 0.076インチ（１．９３０
４ｍｍ）、高さＨは 0.120インチ（３．０４８ｍｍ）で
ある。厚さｔ: 約 0.007インチ（０．１７７８ｍｍ）、
Ｌｆ: 約 0.25 インチ（６．３５ｍｍ）、Ｈ: 約 0.36
インチ（９．１４４ｍｍ）、という寸法であれば、図１
の感熱プリンタに使用する種類の、実用に適した検流計
が製造できることが分かった。この制限寸法に即して製
作されたスプリング７０は、冷間圧延ステンレス鋼の耐
久限界内で作動する。スプリングは、材料の耐久限界内
で使用するのであれば、通常は不具合を生じることなく
実質上無制限な回数の使用に耐える。
【００７０】ステンレス鋼の帯片の自由端部１３０と１
３２を互いに交差させて、図６のような形を成形したと
きにクリアランスを確保するため、切欠き部１５０と１
５２の角部は切除されている。切欠き部１５０と１５２
の角部は切除したことによって、ステンレス鋼材料の弾
性限界を越すという危険を侵すことなくスプリング７０
を作ることができる。
【００７１】従って、スプリング７０は、形成後に再焼
き戻しする必要がない。従来の検流計用のスプリング
は、形成した後で再焼き戻しする必要があった。
【００７２】再び、図２と図３を参照する。駆動磁石６
２は、２個のスプリング７０によって支えられているこ
とが分かる。駆動磁石６２の両端部には、図４に示され
ているように切欠き部１３７の１つが与えられている。
各切欠き部は、各々、予め決められた同一角度方向およ
び配置で作られている側面１３４と１３６を備えてい
る。従って、スプリング７０を対応する切欠き部に入れ
るときに、両方のスプリング７０の自由端部１３０、１
３２の交点は直接に心出しされる。交点が合っていない
と、駆動磁石６２を回転したときにスプリング７０に交
差軸方向の力が発生する。この力は、スプリング７０に
好ましくない振動を生じる。かかる力によって発生する
振動は、「オイル缶効果」とも呼ばれる。従来の交差た
わみ部材を使用して検流計を支えた場合、通常、「オイ
ル缶効果」の問題があった。この効果を取り除こうと努
力すると、交差たわみ部材の交差点の心合わせのために
費用のかかる調整が必要だった。従来の検流計の場合、
検流計を組み立てた後でこの調整を実施していた。本発
明では、交差点の好ましい心合わせはかかる調整なしに
生じる。駆動磁石６２に切欠き部を設け、スプリング７
０を配設することによって、好ましい心合わせが達成さ
れ、「オイル缶効果」が解決する。
【００７３】スプリング７０は、容易にかつ安価に製造
できる。かかるスプリングは、ごく簡単に検流計４４に
取り付けることができ、しかも、取り付けた後に調整す
る必要がない。このように、スプリング７０は、低価格
の感熱プリンタに用いられる検流計の使用に特に適して
いる。
【００７４】図７は、検流計４４の振動パターンを表す
グラフ線１００を示したものである。チャートの横軸に
時間、縦軸に角変位をとり、駆動磁石６２と鏡６０の角
変位を時間の関数として示したものである。図７に示さ
れているサイクルは、走査期間１０２と帰線期間１０４
とを備えている。グラフ線１００上のポイント１０６と
１０８は、各々、走査期間１０２の開始時および終了時
の鏡６０の角位置を表す。鏡６０がポイント１０６の位
置にくると、図１のレーザ装置４２が励起され、画像ラ
イン１本をワークピース５０上に印刷するという作業が
始まる。鏡６０の角変位を時間の関数として直線的に変
えながら、所定期間中、走査が続けられる。数字１０８
で示される所定期間のポイントに至ると、走査は中断さ
れ、即ち、レーザユニット４２が励起解除される。次
に、鏡６０は数字１０６で表される位置に速やかに戻
る。ポイント１０８からポイント１０６への移行すると
きの鏡６０の移動は、帰線動作として知られている。
【００７５】感熱プリンタ４０が首尾よく作動されるた
めに重要なことは、正確に制御された方法によって鏡６
０の走査および帰線が行われることである。鏡６０の角
速度は、走査期間１０２の開始時即ち、ポイント１０６
で一定でなくてはならない。図８は、図７のグラフ線１
００の、帰線期間１０４と関係する箇所の拡大図を示し
たものである。図７に示した２ポイント１０６と１０８
の他に、所定期間内で鏡６０の有効角速度がゼロをとる
点を表す２ポイント１１０と１１２を備えた、グラフ線
１００の一部分を、図８に示した。ポイント１１０と１
１２とは、図７の走査期間１０２の外側にあることに注
意する。言い換えると、走査期間１０２では、鏡６０
は、一定速度（即ち、全く加速することなく）で移動し
ている、ということである。（図７により）帰線期間１
０４は鏡６０の全振動サイクル（走査期間１０２と帰線
期間１０４を合計したもの）のわずか 15 ％に過ぎない
という点も注意を要する。かかる要因により、鏡６０
は、帰線期間１０４中に二回、速やかに加速されなくて
はならない。
【００７６】図９は、鏡６０の角加速度（縦軸）を時間
（横軸）の関数として表した図表を示したものである。
図９は、必要に応じて鏡を加速するために順次鏡に加え
るべき力を、時間の関数として表した図表も示してい
る。図９の図表は、鏡の加速度と鏡の力とを示すグラフ
線１２０（実線）とスプリングの力を示すグラフ線１２
２（破線）を備えて成る。グラフ線１２０と１２２は、
所定期間、図８の角変位を示すグラフ線１００に対応さ
せてある。このように、グラフ線１２０は、図８のグラ
フ線１００で表される動的角変位を実現するのに必要な
加速度の大きさと方向とを示す。また、力は加速度に比
例するので、グラフ線１２０は、図８のグラフ線１００
で表される動的角変位を実現するために鏡６０に加えな
くてはならい力の大きさと方向を示すものでもある。
【００７７】検流計４４作動時に鏡６０に加えられる力
は、２種類のソースから提供される。第一のソースは、
駆動磁石６２を回転させるために作動する駆動コイル６
４が生じる磁場である。第二のソースは、スプリング７
０の復元力（即ち、走査期間１０２中にスプリングに蓄
えられるエネルギーによって生じる力）である。これら
２種類のソースを、図９に図示している。グラフ線１２
２は、スプリング７０によって作られる力の大きさと方
向とを示すものである。グラフ線１２０は、加速度を発
生させるのに必要な、全所要力の大きさと方向とを示す
ものであり、その加速度はまたグラフ線１２０によって
示される。スプリングの力が全所要力を上回ることもあ
るし、スプリングの力が不十分であるときもあることが
分かる。スプリングの力と所要力の差は、駆動磁石６２
のトルクを作る磁場を生成する駆動コイルの電流によっ
て生じる。グラフ線１２０と１２２の間の斜線部は、鏡
６０の帰線動作時に駆動コイル６４よって作られる力の
大きさと方向を表す。
【００７８】例えば、図９の時間ｔ１において、グラフ
線１２０は所望の加速度を得るのに必要な力が、グラフ
線１２２で表されるスプリング７０によって作られる力
を越えていることを示している。
【００７９】従って、時間ｔ１において、コイル６４
は、ライン１２０と１２２の間の斜線部が示す正の捕充
力を作る必要がある。図９のその後の時間ｔ２におい
て、所望の加速度を得るのに必要な力が、スプリング７
０によって作られる力より小さいことが、グラフ線１２
０から分かる。この場合、コイル６４は、スプリング７
０の力と反対の大きさの力を作らなくてはならない。即
ち、ブレーキング作動を行なう。
【００８０】検流計４４は、鏡６０が共振モードで振動
できる場合、帰線期間１０４内は鏡６０が鏡の振動速度
に相当する速度で動くように構成されている。この設計
思想は、振動の固有振動数と、検流計４４の推奨実施例
の所望作動周波数とを考えることによって理解される。
推奨実施例では、図１の感熱プリンタが 20 本／秒の走
査線をつくる。鏡６０の全振動は、走査 85 ％、帰線 1
5 ％で分けられる。このように、帰線動作に配分される
時間は 7.5ミリ秒である。このことは、結合鏡６０と駆
動磁石６２とスプリング７０の振動の固有振動数が約 7
0 Ｈｚであれば、スプリングの力だけで帰線できること
を意味する。従って、感熱プリンタ４０に適用するた
め、検流計４４は、鏡６０の振動の固有振動数が約 50
〜 120ヘルツであるように構成されている。
【００８１】帰線速度が検流計４４の固有振動数の範囲
内であれば、駆動コイル６４によって作られる力は低レ
ベルに維持され、好ましいことに、検流計４４の動力所
要は低く保持される。検流計４４の推奨実施例では、走
査期間１０２開始前の図８のポイント１０６において鏡
６０が確かに一定角速度に達したことを保証するために
帰線加速度曲線を所望の形にするためにのみ、コイルを
使用する。固有振動数に相当する帰線で検流計４４を作
動することによって、鏡６０の各振動サイクルの、帰線
期間１０４から走査期間１０２への移行がスムーズに行
われる。
【００８２】固有振動数の周期の 1/5未満の時間で帰線
すると、検流計４４は、極めて高いピーク電圧で過度に
大きい電力量を要することが判明した。また、帰線速度
と固有振動数の間にこのような大きな相違があると、鏡
６０に、感熱プリンタ４０で生成される画像に悪影響を
及ぼす振動を生じる。検流計４４の角変位／時間の関係
を好ましくするためには、鏡６０の角位置を随時判定す
る必要がある。かかる位置判定は、図２に示されている
ホール効果センサ９０が発する信号を利用することによ
って実施される。ホール効果センサ９０は、既知の原理
によって作動し、図２のセンサ磁石８２を動かすことに
よって生じる磁場の変化を測定する。センサ磁石８２
は、駆動磁石６２に結合されているので、センサ磁石８
２の位置は、即ち、駆動磁石６２と鏡６０の角位置を示
す。
【００８３】図１０は、図３の破線 10-10による、図３
の検流計の部分断面図を示したものである。この図は、
センサ磁石８２、ホール効果センサ９０、センサ支持部
材９２、ナルスラグホルダ９６、ナルスラグ９４、補償
コイル９８の物理的関係を詳細に示すものである。ホー
ル効果センサ９０（以下、センサ９０という）は、セン
サ支持部材９２に接着剤で結合されている。補償コイル
９８は、溝が設けられているナルスラグホルダ９６に巻
き付けられている。推奨実施例では、補償コイル９８
は、30回巻き付けられた No.36 銅線から成る。ナルス
ラグホルダ９６は、センサ支持部材９２に結合されてお
り、またナルスラグホルダ９６の一端はセンサ９０の表
面に近接している。補償コイル９８は、センサ支持部材
９２の内側に配設されている。ナルスラグ９４は、ナル
スラグホルダ９６に設けられているネジ状接続部で、ナ
ルスラグホルダ９６に結合されている。ナルスラグ９４
は、ナルスラグ９４とセンサ９０の間の隙間が必要に応
じて調整できるように、（ネジのように回転させること
によって）ナルスラグホルダ９６の縦方向に移動できる
ように配設されている。
【００８４】推奨実施例では、センサ磁石８２は、位置
決め公差±0.005 インチ（０．１２７ｍｍ）でセンサ９
０と 0.010インチ（０．２５４ｍｍ）の距離をなすよう
に配置されている。センサ磁石８２はセンサ９０から
0.050インチ（１．２７ｍｍ）離しても実用上さしつか
えないことが判明した。この程度の許容範囲の距離間隔
であれば、検流計の大量生産現場においても、とても好
ましい。磁気ポジションセンサを利用する検流計は、コ
ンデンサを用いたポジションセンサを利用する従来の検
流計よりも、はるかに低価格で作ることができる。これ
は、コンデンサを用いたポジションセンサでは、感知素
子間隔を公差±0.0002インチ（０．００５０８ｍｍ）以
下で、約 0.001インチ（０．０２５４ｍｍ）に管理する
必要があるからである。
【００８５】センサ９０は作動時、センサ磁石８２の角
位置を示す信号を発する。正確な位置信号を生成するた
めに、駆動コイル６４と駆動磁石６２によって作られる
磁場の歪効果を取り除くシステムをセンサ９０に設け
た。かかる磁場をそのままにしておくと、センサ９０
は、事実上不要な信号を発生する。センサ９０は、セン
サ周辺の変動磁場の強さを明らかにはするが、必ずしも
センサ磁石８２の位置を明らかにしない。
【００８６】ホール効果センサは、これまでビーム走査
検流計に採用されたことはなかった。一般的な検流計で
は、駆動磁石は磁場を有し、駆動コイルが作る別の磁場
で作用する。かかる動作モードの真の効果は、鏡を動か
す磁場の大きさが鏡の各位置に直線的に関係する点が無
いということである。従って、ホール効果センサを振動
する検流計の鏡の角位置の検出に適用することはこれま
でに知られていなかった。
【００８７】本発明による検流計４４では、鏡６０の角
位置を指示する第二単独磁場を作ることによってこの問
題を解決した。位置指示磁場は、駆動磁石６２にトルク
を生成する磁場から離れ、分離しているセンサ磁石８２
によって生成される。それにもかかわらず、分離したセ
ンサ磁石８２を使用しても、駆動磁石６２と駆動コイル
６４によって生じる磁場に注意する必要がある。
【００８８】図１１と図１２は、検流計４４の各磁場の
干渉の概要図を示したものである。図１１と図１２で
は、図２の駆動磁石６２、駆動コイル６４、センサ磁石
８２、センサ９０を記号で示している。図１１から、セ
ンサ磁石８２によって磁場Ｆｒが作られていることが分
かる。磁場Ｆｒはセンサ９０に作用し、センサ９０は、
図４の回転軸１４２に対するセンサ磁石８２の角位置の
関数として変化する信号を発生する。駆動磁石６２の制
限回転量（検流計４４の推奨実施例では、16゜未満）の
範囲内では、センサ９０からの出力信号はセンサ磁石８
２の回転により直線的に変化する。
【００８９】図１２は、駆動コイル６４を流れる電流に
よって生じる別の磁場を示す。かかる磁場Ｆｉもセンサ
９０に作用するため、センサ９０は磁場Ｆｉの大きさの
関数である信号を発生する。磁場Ｆｉの大きさは、随時
駆動コイル６４を流れている電流の大きさの関数であ
る。図２のスプリング７０が作る力によって駆動磁石６
２の回転が一部管理されるため、駆動磁石６２の角位置
は、駆動コイル６４の電流の大きさとは、直線的な関係
はない。従って、磁場Ｆｉは、駆動磁石６２の角位置と
は、直線的な関係を有しない。
【００９０】２つの磁場ＦｉとＦｒが自由にセンサ９０
に作用すると、センサ９０はセンサ磁石８２の角位置を
示さない信号を発生する。それ故、センサ９２に作用す
る磁場Ｆｉの好ましくない効果を取り除く、補償システ
ムを設ける必要がある。
【００９１】図１３は、センサ９０の出力信号を望まし
く補償するための本発明推奨実施例を、記号を用いて示
したものである。図１３では、図２の駆動コイル６４と
補償コイル９８、コイルドライバ回路１６２、インバー
タ１６４を備えて成る補償システム１６０を記号で示し
ている。コイルドライバ回路１６２は、冒頭の関連特許
出願の部分に記載の、本件特許と同時に出願されるアメ
リカ合衆国特許出願「優れた精度で電気機械装置を迅速
に駆動する方法と回路」で開示されている。図１３で
は、図２の、駆動磁石６２、センサ磁石８２、センサ９
０、ナルスラグホルダ６２も示されている。
【００９２】コイルドライバ回路１６２の出力部は駆動
コイル６４に、入力部はインバータ１６４に、それぞれ
接続されている。
【００９３】インバータ１６４の出力部は、補償コイル
９８に接続されている。
【００９４】補償回路１６０は、作動時、図１２の磁場
Ｆｉと随時極性が反対である磁場Ｆｃを作る。磁場Ｆｃ
は、通常、磁場Ｆｉと同じ大きさではない。しかし、磁
場Ｆｃは、センサ９０にきわめて近接した場所に発生す
る。従って、センサ９０の局部領域では、２つの磁場Ｆ
ｃとＦｉの有効マグニチュードが等しくなる。磁場Ｆｃ
とＦｉは常に反対の極性を備えているため、センサ９０
に作用する合成された磁場効果は、実質的にゼロにな
る。磁場Ｆｉの効果を完全に打ち消すために、ナルスラ
グ９４をセンサ９０に近づけたり離したりする。ナルス
ラグ９４は、軟鉄、ニッケル、フェライトなどの、高い
透磁性を有する材料からなる棒状体である。補償コイル
９８に対するナルスラグ９４の位置によって、補償コイ
ル９８が作る磁場の大きさが影響を受ける。このよう
に、ナルスラグ９４の位置を調整することによって補償
コイル９８を調整し、センサ９０に作用する磁場Ｆｉの
効果を正確に打ち消す磁場が作る。
【００９５】図１４は、センサ９０に所望の補償を作る
ための、別の技術を示したものである。図１４は、補償
回路１８０を示す。補償回路１８０は、図１３のコイル
ドライバ回路１６２、駆動コイル６４に接続されている
抵抗１８４、増幅器１８６、加算器１８８、図２のセン
サ９０を備えて成る。コイルドライバ回路１６２の出力
側は、駆動コイル６４の第一端子に接続されている。駆
動コイル６４の第二端子は、端子１９０を経由して増幅
器１８６の入力側と抵抗１８４の第一端子に接続されて
いる。抵抗１８４の第二端子は、端子１９２を経由し
て、アースとして示されている基準電圧に接続されてい
る。
【００９６】増幅器１８６の出力側は、加算器１８８の
第一入力側に接続されている。センサ９０の出力側は、
加算器１８８の第２入力側に接続されている。加算器１
８８の出力側は、コイルドライバ回路１６２の入力側に
接続されている。図１３は、図１１と図１２の２つの磁
場ＦｉとＦｒの磁場効果をセンサ９０が受けることも示
している。
【００９７】図１４の補償回路１８０は、作動時、セン
サ９０からの出力信号を調節する。かかる調節は、駆動
コイル６４を流れる電流の関数であり、磁場Ｆｉによっ
て引き起こされる出力信号の一部分をセンサ９０から効
果的に取り除く。これは、次の式に従って、増幅器１８
６のゲインＫを決めることによって実現される。
【００９８】K = - H (Fi/i) （但し、Ｈはセンサ９０のゲイン、ｉは抵抗１８４を流
れる電流） 加算器１８８は、２つの入力信号の合計値に等しい出力
信号を発生する。センサからの入力信号は次の式で与え
られる。
【００９９】Ss = H × Fi + H × Fr 増幅器１８６からの入力信号Ｓａは次の式で与えられ
る。
【０１００】 Sa = K × i または - H (Fi/i) × i ＳａをＳｓに加えると、加算器１８８からの出力信号Ｓ
ｏは次の式で与えられる。
【０１０１】So = H × Fr 図２のセンサ磁石８２の角位置を唯一示すこの出力信号
Ｓｏは、図２の鏡６０を希望通りに動かすために駆動コ
イル６４に適正量の電流を流すためのコイルドライバ回
路１６２により、フィードバック信号として使用され
る。
【０１０２】センサ９０のゲインＨは、センサ磁石８２
の磁性化と、センサ９０とセンサ磁石８２の間のエアギ
ャップの大きさとの関数である。これらの要因は、検流
計４４によって変化するため、各検流計で独自の増幅器
ゲインＫの値を決める必要がある。
【０１０３】上記の補償システムは、図２の検流計４４
を高解像度（2000ドット／インチ以上）の画像を生成す
る図１の感熱プリンタ４０に使用する場合に、特に有効
である。かかる高解像度画像を生成するために図２の鏡
６０が走査されるとき、コイルドライバ回路１６２から
発生する駆動電流について多くの慎重な増分変更をする
必要がある。各変更は、ごく短時間に行われる。換言す
れば、制御パルスと考えられる。約 2000 ドット／イン
チで画像の解像を行なうためには、2 KHz 程度の周波数
で制御パルスを生成するのが好ましいことがわかった。
【０１０４】このように、感熱プリンタ４０の推奨実施
例では、センサ９０は周波数 2 KHz以上で正確な位置情
報を発信できなくてはならない。このような高周波数の
製品では、センサ９０に作用する駆動コイル６４の磁場
効果を除去することが特に重大である。この理由は、周
波数の関数としてセンサ９０の応答性を考えることによ
って理解されよう。
【０１０５】図１５は、好ましい公称振れを示すグラフ
線２０２に関する鏡６０の仮想増分振れを示すグラフ線
２００を示したものである。図１５は、グラフ線２００
で表される鏡６０の振れを作るために必要な仮想トルク
を示すグラフ線２０４も示している。振れを表すグラフ
線２００とトルクを表すグラフ線２０４は、横軸にとっ
た時間に対して、図１５の縦軸方向に増減している。公
称振れを示すグラフ線２０２は、図７の走査期間１０２
内における、鏡６０の好ましい振れを表す。検流計４４
の実際の実施例では鏡６０の公称振れは時間の関数とし
て変化するのだが、分かりやすくするために、公称振れ
を表すグラフ線２０２を直線で示した。図１５で、時間
の関数として鏡６０にステップトルクがかけられると、
鏡６０は最初にトルクがかけられた時点で加速を開始す
る。例えば、時間ｔ１を参照されたい。この間トルクが
かかり続けると、鏡は加速し続け、所望の公称振れ位置
を行き過ぎる。例えば、時間ｔ２を参照されたい。公称
振れ位置に鏡６０を到達させるために、時間ｔ２で鏡６
０に逆の大きさのトルクをかける。鏡６０は公称振れ位
置の方向に加速を開始するが、時間ｔ３の位置で行き過
ぎる。再度、時間ｔ３で公称振れ位置に鏡６０を動かす
ようにトルクが加えられる。
【０１０６】加速時間中、鏡６０の振れは、時間の二乗
の関数として変化する。従って、鏡６０の加速期間を少
なくすると、鏡６０の振れは二次曲線状に小さくなる。
【０１０７】図１６は、好ましい公称振れを表すグラフ
線２２２に関して、鏡６０の仮想増分振れを表すグラフ
線２２０と、仮想トルクを表すグラフ線２２４とを示し
たものである。図１６には、図１５のグラフ線２０４と
同じ大きさのトルクを表すトルクグラフ線２２４が示さ
れている。図１６のトルクの周波数は、図１５で示した
周波数の２倍になっている。振れを表すグラフ線２２０
とトルクを表すグラフ線２２４は、横軸にとった時間に
対して、図１６の縦軸方向に増減している。
【０１０８】図１６で表されている時間は、図１５で表
されている時間と同じである。図１５のグラフ線２０２
の場合と同様、公称振れを示すグラフ線２２２は、図７
の走査期間１０２のある時点における、鏡６０の好まし
い振れを表す。
【０１０９】図１６で、時間の関数として鏡６０にステ
ップトルクがかけられると、鏡６０は最初にトルクがか
けられた時点で加速を開始する。例えば、時間ｔ１を参
照されたい。この間トルクがかかり続けると、鏡は加速
し続け、所望の公称振れ位置を行き過ぎる。例えば、時
間ｔ２を参照されたい。しかし、鏡６０の行き過ぎは、
図１５のそれよりも相当小さい。これは、修正トルクス
テップの周波数が２倍になったために、鏡６０が図１５
の時間の半分加速されるからである。
【０１１０】一般に、修正トルクの周波数を２倍に増や
すと、振れの行き過ぎは1/4 になる。従って、修正トル
クを高頻度でかけることは、鏡が望ましい公称振れ経路
を進むように鏡６０の振れを正確に制御するための望ま
しい技術である。
【０１１１】図１７は、センサ９０の電圧出力の２つの
構成要素を、図１６の仮想活動にセンサ９０が応答する
時に、これらの構成要素が現われるのと同じように、図
に示したものである。第一グラフ線Ｖｔは、図１６のト
ルクグラフ線２２４のトルクを生じる磁場によってセン
サ９０に発生する電圧を表す。第２グラフ線Ｖｍは、図
１６のグラフ線２２０で示されているように鏡６０の振
れによってセンサ９０に発生する電圧を表す。
【０１１２】鏡６０を動かすのに必要なトルクは、トル
クを生じるのに必要な磁場束に比例するので、グラフ線
Ｖｔは、図１６のグラフ線２２４と同じ形になる。グラ
フ線Ｖｍは、鏡６０の振れがその振れに比例する電圧を
センサ９０に発生するので、図１６のグラフ線２２０と
同じ形になる。
【０１１３】図１８は、電圧Ｆｔを発生するトルクの周
波数を増やした場合の、図１７の電圧ＶｔとＶｍを示し
たものである。図１８に表示したトルクの周波数は、図
１７に示したものの４倍である。Ｖｍの大きさは、修正
トルクが１回かけられて鏡６０が加速されている時間の
二乗の関数として変化する。トルク周波数が４倍になる
と、Ｖｍは１６分の１になる。電圧Ｖｔの大きさは、鏡
６０にかける修正トルクの周波数の影響を受けない。こ
のように、図１８では、電圧Ｖｔの大きさに対してグラ
フ線Ｖｍは非常に小さい。
【０１１４】図１９は、図２の検流計４４の推奨実施例
における、電圧ＶｔとＶｍの関係についての周波数領域
グラフ表示を示すものである。グラフ線Ｖｍ＋Ｖｔ（破
線で表示）は、センサ９０からの実際の出力電圧を示
す。図１９は、縦軸に電圧の対数値、横軸に周波数の対
数値を示している。グラフ線ＶｍとＶｔ（いずれも実線
で表示）は鏡６０に加えられる任意のトルクに起因する
センサからの電圧出力を示している。トルクが加えられ
る周波数に基づいて、加えられたトルク量に対して鏡６
０の振れの量が異なることが分かる。検流計４４の共振
周波数（例えば、約 100 Hz ）を下回る周波数では、鏡
６０の慣性抵抗が低いため、任意のトルクをかけても相
当な鏡６０の振れが生じる。従って、センサ９０によ
り、このトルクに対応する実質電圧Ｖｍ（１ボルト以
上）が発生する。共振に近い周波数では、共振モードで
鏡６０を振動させるためのトルクがほとんど必要ないた
め、電圧Ｖｍはきわめて高い。共振周波数よりも高い周
波数では、電圧Ｖｍは、増加周波数の関数として急速に
低下する。これは、図２の鏡６０とスプリング７２の全
体的な振れ抵抗において、鏡６０の慣性抵抗が主要な要
因になるからである。Ｖｍは、周波数 300 Hz におい
て、ＶｍがＶｔ（Ｖｔは、鏡６０にトルクを生じる磁場
に対応してセンサ９０が発生する電圧）よりそれほど大
きくない領域となる。周波数 2 KHz以上において、合成
グラフ線Ｖｍ＋Ｖｔは、グラフ線Ｖｔと事実上同じ形に
なる。換言すれば、センサ９０の出力電圧は、鏡６０を
動かす磁場の効果によって完全に占められてしまうとい
うことである。
【０１１５】このように、トルクの修正パルスを 2 KHz
以上の好ましい周波数で適用すると、上述のいずれかの
ような補償システムを使用しないで鏡６０の位置を判定
するのにセンサ９０を使用することはできない。
【０１１６】本発明の特定の実施態様は、単に発明の普
遍原理を示したものに過ぎないということを理解された
い。
【０１１７】ここに明示されている原理に一致している
技術に熟練せる者による、多くの変更態様が可能であ
る。例えば、実施例において記述した感熱プリンタの動
作速度として走査周波数を 20 本／秒と記載している
が、検流計はこれより大きい、または、小さな周波数で
作動するように構成することもできる。また、透明な感
熱プリンタ以外の製品に検流計を利用することも可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有用性を示す感熱プリンタの部分概略
図である。
【図２】本発明によるビーム走査検流計の分解部品図で
ある。
【図３】図２の検流計を組み立てた状態の透視図であ
る。
【図４】破線 4-4 による、検流計の第一作動位置にお
ける部分断面図である。
【図５】図４と同じ検流計の、第二作動位置における部
分断面図である。
【図６】図３の検流計の部品であるスプリングの透視図
である。
【図７】図３の検流計の角位置を時間について示した図
表である。
【図８】図７の図表の部分詳細図である。
【図９】図３の検流計の鏡の加速と、鏡に作用する力と
を、時間について示した図表である。
【図１０】図３の破線 10-10 による、検流計の部分断
面図である。
【図１１】図３の検流計の一部と、この検流計に作用す
る第一磁場とを象徴的に示す図である。
【図１２】図１１の同一部と、この検流計に作用する第
二磁場とを象徴的に示す図である。
【図１３】本発明による第一補償回路の概略ブロック図
である。
【図１４】本発明による第二補償回路の概略ブロック図
である。
【図１５】図３の検流計の鏡にかけられるトルクと、そ
の結果としての鏡の振れとを、時間について示した図表
である。
【図１６】図１５の関係において、トルクを高周波数で
かける場合の図表である。
【図１７】時間と図３の検流計のセンサの各種電圧出力
との関係を示す図表である。
【図１８】図１７の関係において、図３の検流計の鏡に
トルクを高周波数でかける場合の図表である。
【図１９】トルクをかける周波数と、図３の検流計のセ
ンサの各種電圧出力との関係を示す図表である。
【符号の説明】
４０ 感熱プリンタ ４２ 変調レーザ装置 ４４ ビーム操作検流計 ４６ 操作レンズ ５０ ワークピース ６０ 鏡 ６２ 駆動磁石 ６４ 駆動コイル ７０ スプリング ９０ ホール効果センサ ９６ 補償コイル
フロントページの続き (72)発明者 ジョン マイケル クレソック アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14058 エルバ バービル ロード 5004 (56)参考文献 米国特許4795878（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開295863（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 26/10

Claims (22)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁場によって動かされる可動物体の位置
    を検出する装置において、 可動物体に結合されて可動物体とともに移動できる磁石
    と、 自身に対する磁石の位置を検出する磁気センサと、 センサに対する物体の相対位置を示す磁場効果以外の、
    磁場によってセンサに発生する磁場効果を打ち消す手段
    と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
  2. 【請求項２】 請求項１の装置において、 駆動コイルに流す駆動電流によって物体を動かす磁場が
    作られ、 駆動電流と反対の極性の補償電流を生成する手段と、 駆動電流によってセンサに生じた磁場効果を打ち消すよ
    うに補償電流でセンサの近くに磁場を作る手段と、を備
    えることを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】 請求項１の装置において、 駆動コイルに流す駆動電流を生成する手段によって物体
    を動かす磁場が作られ、 駆動電流に比例する補償信号を発する手段と、 物体の位置を知らせる合成信号を生成するために、セン
    サが発した非補償信号に補償信号を組み合わせる手段
    と、 駆動電流を生成する手段によって物体の所望位置を得る
    のに充分な量の電流が提供されるよう、前記駆動電流生
    成手段に合成信号を供給する手段と、を備えることを特
    徴とする装置。
  4. 【請求項４】 位置補正力のパルスを発生する磁場を脈
    動させることによって動かされる可動物体の位置を検出
    する装置において、 可動物体に結合されて可動物体とともに移動できる磁石
    と、 自身に対する磁石の位置を検出する磁気センサと、 センサに対する物体の相対位置を示す効果以外の、磁場
    の脈動によってセンサに発生する効果を打ち消す手段
    と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
  5. 【請求項５】 請求項４の装置において、 周波数 300 Hz 以上で駆動コイルに流す駆動電流によっ
    て物体を動かす磁場が作られ、 駆動電流と反対の極性の補償電流を生成する手段と、 駆動電流によってセンサに生じた磁場効果を打ち消すよ
    うに補償電流でセンサの近くに磁場を作る手段と、を備
    えることを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 請求項４の装置において、 周波数 300 Hz 以上で駆動コイルを通過する駆動電流を
    生成する手段によって物体を動かす磁場が作られ、 駆動電流に比例する補償信号を発する手段と、 物体の位置を知らせる合成信号を生成するために、セン
    サが発した非補償信号に補償信号を組み合わせる手段
    と、 駆動電流を生成する手段によって物体の所望位置を得る
    のに充分な量の電流が提供されるよう、前記駆動電流生
    成手段に合成信号を供給する手段と、を備えることを特
    徴とする装置。
  7. 【請求項７】 ビーム走査検流計において、 回転軸のまわりを回転可能な鏡と、 鏡に結合されて鏡とともに回転できる磁石と、 回転軸に対する磁石の角位置を検出するセンサと、 鏡の角位置を示す磁場効果以外の、ビーム走査検流計に
    発生するセンサ上の磁場効果を打ち消す手段と、を備え
    ることを特徴とするビーム走査検流計。
  8. 【請求項８】 請求項７のビーム走査検流計において、 駆動コイルと、 駆動コイルに駆動電流を生成するための手段と、 駆動電流と反対の極性の補償電流を生成する手段と、 駆動電流によってセンサに生じた磁場効果を打ち消すよ
    うに補償電流でセンサの近くに磁場を作る手段と、を備
    えることを特徴とするビーム走査検流計。
  9. 【請求項９】 請求項７のビーム走査検流計において、 駆動コイルと、 駆動コイルに駆動電流を生成するための手段と、 駆動電流に比例する補償信号を発生する手段と、 鏡の角位置を知らせる合成信号を生成するために、ポジ
    ションセンサが発した非補償信号に補償信号とを組み合
    わせる手段と、 駆動電流を生成する手段によって鏡の所望角位置を得る
    のに充分な電流が提供されるよう、前記駆動電流生成手
    段に合成信号を供給する手段と、を備えることを特徴と
    するビーム走査検流計。
  10. 【請求項１０】 請求項７のビーム走査検流計におい
    て、 センサがホール効果センサであることを特徴とするビー
    ム走査検流計。
  11. 【請求項１１】 請求項７のビーム走査検流計におい
    て、 磁石がセンサと 0.010 〜 0.050 インチ（０．２５４
    〜１．２７ｍｍ）の距離をなして設けられていることを
    特徴とするビーム走査検流計。
  12. 【請求項１２】 請求項９のビーム走査検流計において
    補償信号を生成する手段が、 駆動コイルと直列に接続された抵抗、 下記の式によって求められるゲインで抵抗の電圧降下を
    増幅できる増幅器 K = -H(Fi/i) （但し、H: センサのゲイン、Fi: 駆動コイルを流れる
    電流によって生じた磁場の磁束、i: 抵抗に流れる電
    流）、増幅器およびセンサに結合される複数の入力部と
    駆動電流を生成する手段に結合される１つの出力部を有
    する加算回路、を備えることを特徴とするビーム走査検
    流計。
  13. 【請求項１３】 ビーム走査検流計において、 駆動磁石に結合されて駆動磁石とともに回転軸のまわり
    を回転できる鏡と、回転できる磁石と、 鏡に結合されて鏡とともに回転できるセンサ磁石と、 回転軸に対するセンサ磁石の角位置を検出するセンサ
    と、 センサ磁石の効果以外の、ビーム走査検流計に発生する
    センサ上の磁場効果を打ち消す手段と、を備えることを
    特徴とするビーム走査検流計。
  14. 【請求項１４】 請求項１３のビーム走査検流計におい
    て、 駆動コイルと、 駆動コイルに駆動電流を生成するための手段と、 駆動電流と反対の極性の補償電流を生成する手段と、 駆動電流によってセンサに生じた磁場効果を打ち消すよ
    うに補償電流でセンサの近くに磁場を作る手段と、を備
    えることを特徴とするビーム走査検流計。
  15. 【請求項１５】 請求項１３のビーム走査検流計におい
    て、 駆動コイルと、 駆動コイルに駆動電流を生成するための手段と、 駆動電流に比例する補償信号を発生する手段と、 合成信号を生成するために、ポジションセンサが発した
    非補償信号に補償信号を加える手段と、 鏡の所望角位置を得るのに充分な電流が提供されるよ
    う、駆動電流生成手段に合成信号を供給する手段と、を
    備えることを特徴とするビーム走査検流計。
  16. 【請求項１６】 請求項１３のビーム走査検流計におい
    て、 センサがホール効果センサであることを特徴とするビー
    ム走査検流計。
  17. 【請求項１７】 請求項１３のビーム走査検流計におい
    て、 磁石がセンサと 0.010 〜 0.050 インチ（０．２５４
    〜１．２７ｍｍ）の距離をなして設けられていることを
    特徴とするビーム走査検流計。
  18. 【請求項１８】 請求項１４のビーム走査検流計におい
    て、 センサ近くに補償磁場を生成する手段が、センサ近くに
    設けられた、補償電流を通せる補償コイルを備えること
    を特徴とするビーム走査検流計。
  19. 【請求項１９】 請求項１８のビーム走査検流計におい
    て、 補償コイルが高い透磁率を備えた部材の回りに形成さ
    れ、補償コイルが作る磁場の大きさを欲する通りに調整
    し、ポジションセンサに作用する好ましくない磁場効果
    を正確に打ち消せるように、コイルの軸に沿って縦方向
    に移動できることを特徴とするビーム走査検流計。
  20. 【請求項２０】 ビーム走査検流計において、 駆動磁石に結合されて駆動磁石とともに回転軸を中心に
    振動できる鏡であって、 鏡が振動できる共振周波数が
    生成されるように支持されている鏡と、 鏡に結合されて鏡とともに回転できる磁石と、 回転軸に対する磁石の角位置を検出するセンサと、 鏡の角位置を知らせる効果以外の、ビーム走査検流計に
    発生するセンサ上の磁場効果を打ち消す手段と、を備え
    ることを特徴とするビーム走査検流計。
  21. 【請求項２１】 請求項２０のビーム走査検流計におい
    て、 駆動コイルと、 鏡が振動できる共振周波数を上回る周波数で生成される
    各変動パルスの形で駆動電流を駆動コイルに生成するた
    めの手段と、 駆動電流と反対の極性の補償電流を生成する手段と、 駆動電流によってセンサに生じた磁場効果を打ち消すよ
    うに補償電流でセンサの近くに磁場を作る手段と、を備
    えることを特徴とするビーム走査検流計。
  22. 【請求項２２】 請求項２０のビーム走査検流計におい
    て、 駆動コイルと、 鏡が振動できる共振周波数を上回る周波数で生成される
    各変動パルスの形で駆動電流を駆動コイルに生成するた
    めの手段と、 駆動電流に比例する補償信号を発生する手段と、 合成信号を生成するために、ポジションセンサが発した
    非補償信号に補償信号を加える手段と、 鏡の所望角位置を得るのに充分な電流が提供されるよ
    う、駆動電流生成手段に合成信号を供給する手段と、を
    備えることを特徴とするビーム走査検流計。
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