JP4361745B2 - Electromagnetic drive type optical scanning device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力を利用して駆動される共振型ミラーを用いて光を走査する電磁駆動型光走査装置に関し、特に、光の往復走査を所期の状態に制御可能とする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術として、特許文献１や特許文献２に開示されるものが知られている。
【０００３】
このうち特許文献１に開示される装置では、光を検出するセンサが走査区間の両端にそれぞれ設けられている。この装置では、センサを二個備える分、製造時やメンテナンス時における調整の手間やコストが増大するので、センサの数を減らしたいという要求があった。
【０００４】
この点、特許文献２に開示される装置では、センサは一つとなっており、特許文献１に開示される装置に比べ、調整の手間やコストの低減を図ることができるというメリットがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２３０２７８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２２８４３４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に開示される装置は、センサが所期の走査区間の端部位置に配置される場合を想定したものであり、装置を実装する際のレイアウトの都合等により、当該位置にセンサあるいはセンサに光を導入するための反射鏡等の構成要素を設置するのが難しいような場合には対応できないという問題があった。
【０００７】
さらに、特許文献２に開示される装置では、走査区間の振幅が小さくセンサの配置位置に届かない場合に、その振幅を大きくする調整は可能であるが、走査区間の振幅が所期の振幅より大きく、走査光がセンサの配置位置をオーバーシュートするような場合には対応が困難であるという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる電磁駆動型光走査装置は、ミラーおよびコイルを備えトーションバーを介して揺動可能に軸支される可動板と、前記コイルに磁界を作用させる磁界発生部と、を備え、前記コイルに駆動用の交流電流を供給して前記可動板を揺動させ、光源から照射され前記ミラーで反射される出力光が所定区間を往復走査するように構成された電磁駆動型光走査装置において、出力光が往復走査する区間内で、当該区間の中心から走査方向に沿って偏心した位置で当該出力光を検出するように配置される光センサと、前記光センサからの検出信号を受取り、一往復走査内に生じる長短二つの時間間隔のうち長い方の時間間隔を測定する第１の時間間隔測定部、及び短い方の時間間隔を測定する第２の時間間隔測定部と、配置された光センサの位置、長短二つの時間間隔のうちのいずれか一方の時間間隔、及び所期の走査状態における周期に基づいて算出された振幅に対し、前記周期を一定とする条件で、所期の走査状態における振幅からの振幅誤差を算出し、前記振幅誤差に基づいて振幅補正量を決定し、振幅の補正を実行するための制御指令を生成する第１の制御指令生成部と、前記制御指令に基づいて前記交流電流を制御する制御部と、を備える。
【０００９】
また、本発明にかかる電磁駆動型光走査装置は、ミラーおよびコイルを備えトーションバーを介して揺動可能に軸支される可動板と、前記コイルに磁界を作用させる磁界発生部と、を備え、前記コイルに駆動用の交流電流を供給して前記可動板を揺動させ、光源から照射され前記ミラーで反射される出力光が所定区間を往復走査するように構成された電磁駆動型光走査装置において、走査区間の中心に配置されて前記走査される出力光を検出する光センサと、前記光センサの検出領域の一端側で出力光の検出が開始されてから、前記光センサの検出領域の他端側で出力光の検出が終了するまでの検出時間を取得する検出時間取得部と、走査状態が所期の走査状態にあるときの設定時間を出力する設定時間出力部と、検出時間取得部が取得した検出時間と、設定時間出力部から受取った設定時間とを比較し、周期を一定とする条件で、その時点の振幅が所期の振幅に対してどの程度ずれているかを判断して振幅の制御をするための制御指令を生成する第２の制御指令生成部と、前記制御指令に基づいて前記交流電流を制御する制御部と、を備える。
【００１０】
また本発明にかかる電磁駆動型光走査装置は、ミラーおよびコイルを備えトーションバーを介して揺動可能に軸支される可動板と、前記コイルに磁界を作用させる磁界発生部と、を備え、前記コイルに駆動用の交流電流を供給して前記可動板を揺動させ、光源から照射され前記ミラーで反射される出力光が所定区間を往復走査するように構成された電磁駆動型光走査装置において、走査区間の端部位置に配置されて前記走査される出力光を検出する光センサと、前記光センサの検出領域の一端側で出力光の検出が開始されてから、出力光が当該光センサの検出領域内で折り返した後再びその一端側で出力光の検出が終了するまでの検出時間を取得する検出時間取得部と、走査状態が所期の走査状態にあるときの設定時間を出力する設定時間出力部と、検出時間取得部が取得した検出時間と、設定時間出力部から受取った設定時間とを比較し、周期を一定とする条件で、その時点の振幅が所期の振幅に対してどの程度ずれているかを判断して振幅の制御をするための制御指令を生成する第２の制御指令生成部と、前記制御指令に基づいて前記交流電流を制御する制御部と、を備える。
【００１２】
また本発明にかかる電磁駆動型光走査装置は、ミラーおよびコイルを備えトーションバーを介して揺動可能に軸支される可動板と、前記コイルに磁界を作用させる磁界発生部と、を備え、前記コイルに駆動用の交流電流を供給して前記可動板を揺動させ、光源から照射され前記ミラーで反射される出力光が所定区間を往復走査するように構成された電磁駆動型光走査装置において、走査区間の端部位置に配置されて前記走査される出力光を検出する光センサと、一の前記光センサによる一往復走査内での検出回数を取得する検出回数取得部と、前記検出回数取得部が取得した一往復走査内での検出回数が２であった場合には振幅をより小さくし、検出回数が０であった場合には振幅をより大きくする制御指令を生成し、検出回数が１であった場合には、現在の走査状態を維持する制御指令を生成する第３の制御指令生成部と、前記制御指令に基づいて前記交流電流を制御する制御部と、を備える。
【００１４】
また本発明にかかる電磁駆動型光走査装置は、ミラーおよびコイルを備えトーションバーを介して揺動可能に軸支される可動板と、前記コイルに磁界を作用させる磁界発生部と、を備え、前記コイルに駆動用の交流電流を供給して前記可動板を揺動させ、光源から照射され前記ミラーで反射される出力光が所定区間を往復走査するように構成された電磁駆動型光走査装置において、出力光が往復走査する区間内で、当該区間の中心から走査方向に沿って偏心した位置で当該出力光を検出するように配置される光センサと、前記光センサからの検出信号を受取り、一往復走査内に生じる長短二つの時間間隔のうち長い方の時間間隔を測定する第１の時間間隔測定部、及び短い方の時間間隔を測定する第２の時間間隔測定部と、配置された光センサの位置、長短二つの時間間隔のうちのいずれか一方の時間間隔、及び所期の走査状態における周期に基づいて算出された振幅に対し、前記周期を一定とする条件で、所期の走査状態における振幅からの振幅誤差を算出し、前記振幅誤差に基づいて振幅補正量を決定し、振幅の補正を実行するための制御指令を生成する第１の制御指令生成部と、一の前記光センサによる一往復走査内での検出回数を取得する検出回数取得部と、検出回数取得部が取得した一往復走査内での検出回数が２回より少ない場合には、振幅をより大きくするための制御指令を生成する第３の制御指令生成部と、前記検出回数が２回になるまで第３の制御指令生成部の制御指令に基づいて前記交流電流を制御し、前記検出回数が２回になった時点で前記第１の制御指令生成部の制御指令に基づいて前記交流電流を制御する制御部と、を備える。
【００１５】
また上記本発明にかかる電磁駆動型光走査装置では、上記可動板の上記ミラーの形成された面の裏面に形成された第二のミラーと、上記第二のミラーに光を照射する第二の光源と、を備え、上記第二の光源から照射され上記第二のミラーで反射される出力光が所定区間で往復走査するように構成されるのが好適である。
【００１６】
また本発明にかかる電磁駆動型光走査装置は、ミラーおよびコイルを備えトーションバーを介して揺動可能に軸支される可動板と、前記コイルに磁界を作用させる磁界発生部と、を備え、前記コイルに駆動用の交流電流を供給して前記可動板を揺動させ、光源から照射され前記ミラーで反射される出力光が所定区間を往復走査するように構成された電磁駆動型光走査装置において、前記走査される出力光を所定位置で検出する光センサと、前記光センサの一端側で出力光の検出が開始されてからその他端側で出力光の検出が終了するまでの検出時間を取得する検出時間取得部と、走査状態が所期の走査状態にあるときの設定時間を出力する設定時間出力部と、検出時間取得部が取得した検出時間と、設定時間出力部から受取った設定時間とを比較し、周期を一定とする条件で、その時点の振幅が所期の振幅に対してどの程度ずれているかを判断して振幅の制御をするための制御指令を生成する制御指令を生成する第２の制御指令生成部と、一の前記光センサによる一往復走査内での検出回数を取得する検出回数取得部と、検出回数取得部が取得した一往復走査内での検出回数が２回より少ない場合には、振幅をより大きくするための制御指令を生成する第３の制御指令生成部と、前記検出回数が２回になるまで第３の制御指令生成部の制御指令に基づいて前記交流電流を制御し、前記検出回数が２回になった時点で前記第２の制御指令生成部の制御指令に基づいて前記交流電流を制御する制御部と、を備える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施形態１． 図１は、本発明の実施形態１にかかる電磁駆動型光走査システム１０の概略構成を示す。電磁駆動型光走査システム１０では、光源１２から照射された光はレンズ等を含む光学系１４を経由して光偏向部１６のミラーで反射され、別の光学系１８を経由して被照射体に向けて出力される。ミラーは、駆動回路２０からの駆動信号によって所定の周期および振幅で揺動し、これにより、出力光は走査区間内をその周期で往復する。出力光の走査状態（例えば走査の振幅や周波数等）は光センサ２２の検出信号に基づいてモニタされており、駆動回路２０は、光センサ２２の検出結果に基づいてミラーの揺動をフィードバック制御する。
【００１８】
図２は、半導体ガルバノミラー装置として構成される光偏向部１６の一例を示す斜視図である。図において略矩形の可動板２８の表面には、ミラー２４および平面コイル２６が設けられている。また、可動板２８は枠状のシリコン基板３０の内側に一対のトーションバー３２によって揺動自在に支持されている。そして、これら各構成要素とともに、シリコン基板３０が、絶縁基板３４上に載置されている。その状態で、シリコン基板３０の一側方にはＮ極の永久磁石３６ｎが、また、それと対向する側方にはＳ極の永久磁石３６ｓがそれぞれ設けられ、これら永久磁石３６ｎ，３６ｓによってトーションバー３２の延伸方向と直交する方向の磁界が形成される。このような構成において、平面コイル２６に電極パッド３８から駆動信号としての交流電流を流すと、可動板２８は、フレミングの左手の法則に従って、トーションバー３２を中心として矢印の方向に揺動する。このとき、駆動信号の交流の周波数を可動板２８の揺動の固有振動数に設定すれば、可動板２８の振れ角を大きくすることができる。
【００１９】
図３は、図１の電磁駆動型光走査システム１０における出力光の走査波形と光センサ２２における検出結果とを示す図である。図３は、振幅の異なる二つのケース（A1：振幅が大きい場合，A2：振幅が小さい場合）について示している。なお、図において、横軸は時間であり、また、上段の走査波形のグラフにおいて、縦軸は振幅（すなわち走査中心から照射点までの角度）である。
【００２０】
図３からわかるように、走査中心Ｏから外側に向けて走査される出力光は、光センサ２２によって検出された後に振幅最大点（tmax1）に到達し、そこから走査中心Ｏ側に折り返し、再度光センサ２２によって検出された後、走査中心Ｏに戻る。走査中心Ｏを通過した出力光は、今度は他端側で振幅最大点（tmax2）に到達し、そこで折り返して再度走査中心Ｏに戻る。上記一往復の走査が一定の周期で反復して行われる。
【００２１】
図１の例では、光センサ２２を走査中心Ｏから偏心した位置に設けているため、図３に示すように、一つの光センサ２２によって一度検出されてから次に検出されるまでの時間間隔としては、一往復中に、短い時間間隔T11,T21と長い時間間隔T12,T22とが交互に生じることになる。そして、さらに、図３より、その時間間隔の組み合わせは、振幅の大きさによって異なるものとなることがわかる。すなわち、一往復中短い方の時間間隔は、振幅が大きいほど長くなり（T11＞T21）、逆に長い方の時間間隔は、振幅が大きいほど短くなる（T12＜T22）。なお、各ケースA1,A2で、長短二つの時間間隔の合計が同じ値になる（T11+T12＝T21+T22＝T，T：１周期）のは容易に理解できよう。
【００２２】
図４は、その原理を利用して出力光の走査状態を制御する駆動回路２０ａ（２０）の回路構成を示す図である。駆動回路２０ａは、第一の制御指令生成部４０ａ（４０）、制御部４２、駆動信号発生部４４、駆動波形データ出力部４６、および周期信号発生部４８を含む。
【００２３】
第一の制御指令生成部４０ａは、光センサ２２からの検出信号を受け取って上記短い方の時間間隔（図３ではT11,T21）を測定する第一の検出間隔測定部（例えばカウンタ）５０と、長い方の時間間隔（図３ではT12,T22）を測定する第二の検出間隔測定部（例えばカウンタ）５２と、を備える。これら検出間隔測定部５０，５２は、それぞれクロック発生部５４からのクロック信号のパルス数として時間間隔を検出し、その検出結果（以下、これを検出間隔とする）を出力する。なお、これら検出間隔測定部５０，５２には、信号遅延部６０，６２から所定のタイミングで（例えば一周期に一回）リセット信号が供給される。
【００２４】
間隔比較部５６は、信号遅延部６７からの比較タイミング信号を基準として設定間隔出力部５８から受け取った設定間隔（パルス数）と各検出間隔測定部５０，５２から受け取った検出間隔（長短二つ）とを比較し、走査状態を調整するための制御指令を出力する。ここで、設定間隔は、出力光の走査状態が所期の走査状態にあるときの時間間隔（パルス数）である。このため、間隔比較部５６において検出間隔と設定間隔とを比較することで、その時点の走査状態が所期の走査状態に対してどの程度ずれているかを知ることができる。例えば、上記短い方の時間間隔についての検出間隔がそれに対応する設定間隔より長い場合は、所期の走査状態に対して振幅が大きい状態であることになるから、その場合には、間隔比較部５６は、振幅をより小さくするための制御指令（down）を出力する。また別の例として、上記長い方の時間間隔についての検出間隔がそれに対応する設定間隔より長い場合には、所期の走査状態に対して振幅が小さい状態であることになるから、その場合には、間隔比較部５６は、振幅をより大きくするための制御指令（up）を出力する。検出間隔と設定間隔とが等しい場合には、現在の走査状態を維持する制御指令（hold）を出力するか、制御指令を出力しないようにすればよい。
【００２５】
上述した間隔の比較は、短い方の時間間隔のみについて行ってもよいし、逆に長い方の時間間隔のみについて行ってもよい。例えば、光センサ２２の設置位置やその他の事情によって好適となる方を用いればよい。一例として、光センサ２２を、所期の走査区間の端部位置に配置した場合には、短い方の検出間隔が０となるように制御すればよい。また、双方の時間間隔を用いてもよい。この場合、例えば、短い方の検出間隔と長い方の検出間隔とをそれらの比率と周期とに基づいて修正した後に設定時間との比較を実行する（その場合の比較はいずれか一方のみでよい）ことも可能である。
【００２６】
制御部４２は、第一の制御指令生成部４０ａからの制御指令を受け取って、それに応じた所定形式の制御信号を出力する。上述した例のように、走査周期（走査周波数）が一定の条件で振幅の調整を行う場合には、制御指令および制御信号は少なくとも振幅を決定付けるパラメータを含む。
【００２７】
駆動信号発生部４４は、制御部４２から受け取った制御信号と駆動波形データ出力部４６から受け取った波形データとに基づいて、平面コイル２６に印加する駆動信号（交流電流）を生成する。上述した例のように、走査周期（走査周波数）が一定の条件で振幅の調整を行う場合には、波形データを周波数が一定のデータとし、駆動信号発生部４４は、制御信号に含まれるパラメータに基づいて基礎となる波形データの振幅を調整（拡大または縮小）して出力すればよい。
【００２８】
なお、駆動回路２０ａには、制御部４２や駆動信号発生部４４その他における演算処理あるいは信号出力のタイミングを調整するためのラッチ信号や走査周期信号（位相調整済み）、リセット信号、比較タイミング信号等を供給すべく、周期信号発生部４８、信号遅延部６０，６２，６４，６６，６７が設けられている。
【００２９】
以上の説明から明らかとなるように、この駆動回路２０ａを備える電磁駆動型光走査システム１０によれば、一つの光センサ２２の検出信号に基づいて、走査状態の制御を実行することができるとともに、また光センサ２２の設置位置をオーバーシュートするような場合にも対応することができる。なお、上記駆動回路２０ａは、設定間隔を光センサ２２の設置位置に応じた値に設定することで、その位置によらず使用可能となる。例えば、光センサ２２を所期の走査区間の端部位置に配置した場合には、上記短い方の時間間隔に対応する設定間隔を０とすればよい。また、上記説明では、主として走査周波数を固定して走査振幅の制御を行う場合について記したが、上記駆動回路２０ａは、周波数の制御が必要な場合にも当然適用可能である。
【００３０】
また、上記駆動回路２０ａを用いる場合において、さらに所期の走査区間における光センサ２２の配置位置が既知であるときには、制御信号の補正量をより緻密に設定し、より応答性の高い制御を実行することも可能である。これについて再度図３を参照しながら説明する。パターンA1の振幅をA1、光センサ２２の設置された側の走査区間で走査中心Ｏから外側に向かう出力光が最初に検出されたタイミングをt1、次に検出されたタイミングをt2（ただし、それらタイミングの基準は走査中心Ｏの通過タイミングとする）、所期の走査状態における周期をT、光センサ２２の設置された位置の走査中心Ｏからの角度をXとすると、
【数１】

Figure 0004361745
となる。短い方の検出間隔をΔt（＝t2−t1）として、上記式（１）を変形すると、
【数２】
Figure 0004361745
となる。したがって、所期の走査状態における振幅A0に対する振幅誤差ΔAは、
【数３】
Figure 0004361745
となる。この振幅誤差ΔAに基づいて振幅補正量（例えばΔA/2等）を決定し、その補正を実行するための制御信号を出力すればよい。
【００３１】
実施形態２． さて、再び図３を参照すると、振幅が大きいときA1と振幅が小さいときA2とで、検出信号のパルス幅も異なるものとなっていることがわかる。これは、周波数一定の条件下では、光センサ２２の検出領域における照射光の通過速度は、振幅が大きい場合には早く、逆に振幅が小さい場合には遅くなることによる。すなわち、光センサ２２の検出信号のパルス幅によっても走査状態（例えば振幅の大きさ）を検出することができ、これにより、走査状態を所期の状態に制御することが可能となる。
【００３２】
図５は、その原理を利用して出力光の走査状態を制御する駆動回路２０ｂ（２０）の回路構成を示す図である。駆動回路２０ｂは、第二の制御指令生成部４０ｂ（４０）、制御部４２、駆動信号発生部４４、駆動波形データ出力部４６、および周期信号発生部４８を含む。この駆動回路２０ｂは、上述した駆動回路２０ａと同様に機能する構成要素を有している。図５では、それらについては同じ符号を付すとともに、以下では重複する説明は省略する。
【００３３】
第二の制御指令生成部４０ｂは、光センサ２２からの検出信号を受け取って、光センサ２２において検出が開始されたタイミング（検出開始タイミング）と検出が終了したタイミング（検出終了タイミング）とを取得するエッジ検出部６８を備える。これら検出開始タイミングおよび検出終了タイミングは検出時間取得部７０に入力され、ここで検出時間が取得される。検出時間取得部（例えばカウンタ）７０は、クロック発生部７２からのクロック信号のパルス数として検出開始から検出終了までの時間（すなわち検出時間）を取得し、それを出力する。なお、この検出時間取得部７０には、信号遅延部７８から所定のタイミングで（例えば一周期に一回）リセット信号が供給される。
【００３４】
時間比較部７４は、信号遅延部６７からの比較タイミング信号を基準として、設定時間出力部７６から受け取った設定時間（パルス数）と、前記検出時間とを比較し、走査状態を調整するための制御指令を出力する。ここで、設定時間は、出力光の走査状態が所期の走査状態にあるときの時間（パルス数）である。このため、時間比較部７４において検出時間と設定時間とを比較することで、その時点の走査状態が所期の走査状態に対してどの程度ずれているかを知ることができる。例えば、検出時間が設定時間より短い場合は、所期の走査状態に対して振幅が大きい状態であることになるから、その場合には、時間比較部７４は、振幅をより小さくするための制御指令（down）を出力する。他方、検出時間が設定時間より長い場合は、所期の走査状態に対して振幅が小さい状態であることになるから、その場合には、時間比較部７４は、振幅をより大きくするための制御指令（up）を出力する。検出時間と設定時間とが等しい場合には、現在の走査状態を維持する制御指令（hold）を出力するか、制御指令を出力しないようにすればよい。それ以降の動作は上述した実施形態１と同様であるためその説明は省略する。
【００３５】
以上の説明から明らかとなるように、この駆動回路２０ｂを備える電磁駆動型光走査システム１０によれば、一つの光センサ２２の検出信号に基づいて、走査状態の制御を実行することができるとともに、また光センサ２２の設置位置をオーバーシュートするような場合にも対応することができる。また、上記説明では、主として走査周波数を固定して走査振幅の制御を行う場合について記したが、この駆動回路２０ｂは、周波数の制御が必要な場合にも当然適用可能である。
【００３６】
さらに、この駆動回路２０ｂも、光センサ２２の設置位置によらず、使用可能である。例えば、図６に示す電磁駆動型光走査システム１０−１では、光センサ２２は走査中心Ｏに配置されているが、この場合、図３と同じ走査波形（ケースA1,A2）に対する検出信号は図７のようになる。図７からわかるように、光センサ２２を走査中心Ｏに配置した場合にも、光センサ２２を通過する際の速度に応じて、検出信号のパルス幅すなわち検出時間は変化することになる。つまり、駆動回路２０ｂも、設定時間を光センサ２２の設置位置に応じた値に設定することで、その設置位置によらず使用可能となる。
【００３７】
ところで、上記検出開始タイミングおよび検出終了タイミングは、光センサ２２の配置や走査状態によって異なるものとなる。すなわち、図３や図７に示した各ケースA1,A2のように、出力光が光センサ２２を通過する状態においては、検出開始タイミングは、光センサ２２の検出領域の一端側において出力光の検出が開始されたタイミングとなり、検出終了タイミングは、光センサ２２の検出領域の他端側において出力光の検出が終了したタイミングとなる。他方、後に説明する図９のパターンC2のように、出力光が光センサ２２の検出領域内で折り返す状態においては、検出開始タイミングは、光センサ２２の検出領域の一端側において出力光の検出が開始されたタイミングとなり、検出終了タイミングは、検出領域内で折り返した出力光が再び同じ側において出力光の検出が終了したタイミングとなる。したがって、設定時間は、光センサ２２の配置や走査状態にあわせて適切に設定あるいは変更するのが望ましい。
【００３８】
実施形態３． 図８は、本発明の実施形態３にかかる電磁駆動型光走査システム１０−２の概略構成を示す。本実施形態では、光センサ２２は、走査区間の端部位置に配置されている。本実施形態にかかる電磁駆動型光走査システム１０−２は、上記実施形態１，２にかかる電磁駆動型光走査システム１０，１０−１と同様に機能する構成要素を有している。図８では、それらについては同じ符号を付すとともに、以下では重複する説明は省略する。
【００３９】
図９は、図８の電磁駆動型光走査システム１０−２における出力光の走査波形（上段）と光センサ２２における検出結果（下段）とを示す図である。図９は、振幅の異なる三つのケース（C1：振幅が所期の値より大きい場合，C2：振幅が所期の値の場合，C3：振幅が所期の値より小さい場合）について示している。なお、図において、横軸は時間であり、また、上段の走査波形のグラフにおいて、縦軸は振幅（すなわち走査中心から照射点までの角度）である。
【００４０】
図８の例では、光センサ２２を走査区間の端部位置に設けているため、図９に示すように、ケースC1の場合は、走査一往復中に検出信号は２回観測され、ケースC2の場合は１回観測され、またケースC3の場合は観測されないことになる。これは、走査一往復中の検出信号の出力回数から、出力光の走査状態がわかることを意味している。
【００４１】
図１０は、その原理を利用して出力光の走査状態を制御する駆動回路２０ｃ（２０）の回路構成を示す図である。駆動回路２０ｃは、第三の制御指令生成部４０ｃ（４０）、制御部４２、駆動信号発生部４４、駆動波形データ出力部４６、および周期信号発生部４８を含む。この駆動回路２０ｃは、上述した駆動回路２０ａ，２０ｂと同様に機能する構成要素を有している。図１０では、それらについては同じ符号を付すとともに、以下では重複する説明は省略する。
【００４２】
第三の制御指令生成部４０ｃは、光センサ２２からの検出信号を受け取って、走査一周期内において光センサ２２から検出信号の出力された回数（出力された検出信号のパルス数）を取得する検出回数取得部（例えばカウンタ）８０を備える。検出回数取得部８０は、信号遅延部８２から受け取った１周期に１回のリセット信号に基づいて１周期内の検出回数（パルス数）を取得し、それを出力する。
【００４３】
回数比較部８４は、信号遅延部６７からの比較タイミング信号を基準として、設定回数出力部８６から受け取った設定回数（パルス数）と、前記検出回数とを比較し、走査状態を調整するための制御指令を出力する。ここで、設定回数は、出力光の走査状態が所期の走査状態にあるときの検出回数（パルス数）である。このため、回数比較部８４において検出回数と設定回数とを比較することで、その時点の走査状態が所期の走査状態に対してどの程度ずれているかを知ることができる。例えば、検出回数が設定回数より多い場合は、所期の走査状態に対して振幅が大きい状態であることになるから、その場合には、回数比較部８４は、振幅をより小さくするための制御指令（down）を出力する。他方、検出回数が設定回数より少ない場合は、所期の走査状態に対して振幅が小さい状態であることになるから、その場合には、回数比較部８４は、振幅をより大きくするための制御指令（up）を出力する。検出回数と設定回数とが等しい場合には、現在の走査状態を維持する制御指令（hold）を出力するか、制御指令を出力しないようにすればよい。それ以降の動作は上述した実施形態１と同様であるためその説明は省略する。
【００４４】
以上の説明から明らかとなるように、この駆動回路２０ｃを備える電磁駆動型光走査システム１０−２によれば、一つの光センサ２２の検出信号に基づいて、走査状態の制御を実行することができるとともに、また光センサ２２の設置位置をオーバーシュートするような場合にも対応することができる。なお、この駆動回路２０ｃは、設定回数を光センサ２２の設置位置に応じた値に設定することで、その位置によらず使用可能となる。ちなみに、光センサ２２を所期の走査区間の途中に配置した場合には、設定間隔を２回とすればよいし、光センサ２２を所期の走査区間よりオーバシュートさせた位置に配置した場合には、設定回数を１回または０回とし、１回でも検出された場合に異常判定を行うようにしてもよい。
【００４５】
実施形態４． 図１１は、本実施形態にかかる駆動回路２０ｄ（２０）のブロック図である。この駆動回路２０ｄは、上述した検出回数に基づく第三の制御指令生成部４０ｃと、上述した検出間隔に基づく第一の制御指令生成部４０ａと、を有しており、制御部４２は、これら二つの制御指令生成部４０ａ，４０ｃからの制御指令に基づいて制御信号を生成する。この駆動回路２０ｄは、図１，図６，図８に示した電磁駆動型光走査システム１０，１０−１，１０−２のいずれにも適用させることができる。なお、この駆動回路２０ｄは、上述した駆動回路２０ａ，２０ｃと同様に機能する構成要素を有している。図１１では、それらについては同じ符号を付すとともに、以下では重複する説明は省略する。
【００４６】
図１２は、図１の電磁駆動型光走査システム１０（すなわち光センサ２２を走査中心Ｏから偏心した位置に配置したもの）の駆動回路２０として駆動回路２０ｄを用いた場合の当該駆動回路２０ｄの動作を示すフローチャートである。この駆動回路２０ｄは、まずは検出回数が２回となるように走査状態を制御し、検出回数が２回となった時点において、検出間隔が所期の走査状態の時間間隔（設定間隔）となるように走査状態を制御するものである。すなわち、まず、第三の制御指令生成部４０ｃは、光センサ２２からの検出信号に基づいて制御指令（３）を出力する。ここで、第三の制御指令生成部４０ｃは、実施形態３で例示したのと同様に、検出回数が設定回数（２回）より少ない場合は、振幅をより大きくするための制御指令（up）を出力し、検出回数と設定回数（２回）とが等しい場合には、現在の走査状態を維持する制御指令（hold）を出力する（ステップＳ１０）。なお、この場合において、検出回数が設定回数（２回）より多くなる場合はありえない。
【００４７】
ここで制御部４２は、制御指令（３）が振幅をより大きくするための制御指令（up）であった場合には（ステップＳ１１）、それに応じて、振幅をより大きくするための制御信号を出力する（ステップＳ１２）。
【００４８】
しかし、制御部４２は、制御指令（３）が現在の走査状態を維持する制御指令（hold）であった場合には、その制御指令（３）（hold）によらず、第一の制御指令生成部４０ａからの制御指令（１）に基づく制御を実行する。ここで、第一の制御指令生成部４０ａは、実施形態１で例示したように、短い方の検出間隔がそれに対応する設定間隔より長い場合あるいは長い方の検出間隔がそれに対応する設定間隔より短い場合は、振幅をより小さくするための制御指令（down）を出力し、短い方の検出間隔がそれに対応する設定間隔より短い場合あるいは長い方の検出間隔がそれに対応する設定間隔より長い場合は、振幅をより大きくするための制御指令（up）を出力し、検出間隔と設定間隔とが等しい場合には、現在の走査状態を維持する制御指令（hold）を出力している。制御部４２は、いずれかの制御指令（１）を第一の制御指令生成部４０ａから取得する（ステップＳ１３）。
【００４９】
そして制御部４２は、受け取った制御指令（１）に基づいて制御を実行する。すなわち、制御指令（１）が振幅をより大きくするための制御指令（up）であった場合には（ステップＳ１４）、それに応じて、振幅をより大きくするための制御信号を出力し（ステップＳ１５）、制御指令（１）が振幅をより小さくするための制御指令（down）であった場合には（ステップＳ１６）、それに応じて、振幅をより小さくするための制御信号を出力し（ステップＳ１７）、また制御指令（１）が現在の走査状態を維持する制御指令（hold）であった場合には（ステップＳ１８）、現在の走査状態を維持する（ステップＳ１９）。
【００５０】
ここで、制御部４２は、第三の制御指令生成部４０ｃからの制御指令（３）にしたがって制御を実行する場合、すなわちステップＳ１１の場合には、制御量（補正量）を比較的大きくし、第一の制御指令生成部４０ａからの制御指令（１）に応じて制御を実行する場合、すなわちステップＳ１３〜ステップＳ１５の場合には、制御量（補正量）を比較的小さくするのが好適である。すなわち、当初は、より大きなステップで、走査区間をより早く第一の制御指令生成部４０ａの制御可能な範囲に補正し、当該制御可能な範囲となった時点から、より小さなステップで補正する。こうすることで、より迅速に所期の走査状態に制御することが可能となる。なお、ステップＳ１３およびＳ１４においては、上記式（３）によって取得した振幅誤差ΔAに基づく制御（補正）を実行してもよい。
【００５１】
以上のステップＳ１０〜Ｓ１５は所定のタイミング（例えば一周期に一回）で繰り返し実行され、これにより所期の走査状態を維持するよう制御が実行される。
【００５２】
実施形態５． 図１３は、本実施形態にかかる駆動回路２０ｅ（２０）のブロック図である。この駆動回路２０ｅは、上述した検出回数に基づく第三の制御指令生成部４０ｃと、上述した検出間隔に基づく第二の制御指令生成部４０ｂと、を有しており、制御部４２は、これら二つの制御指令生成部４０ｂ，４０ｃからの制御指令に基づいて制御信号を生成する。この駆動回路２０ｅは、図１，図６，図８に示した電磁駆動型光走査システム１０，１０−１，１０−２のいずれにも適用させることができる。なお、この駆動回路２０ｅは、上述した駆動回路２０ｂ，２０ｃと同様に機能する構成要素を有している。図１３では、それらについては同じ符号を付すとともに、以下では重複する説明は省略する。
【００５３】
図１４は、図８の電磁駆動型光走査システム１０−２（すなわち光センサ２２を走査区間の端部位置に配置したもの）の駆動回路２０として駆動回路２０ｅを用いた場合の当該駆動回路２０ｅの動作を示すフローチャートである。この駆動回路２０ｅは、まずは検出回数が１回となるように走査状態を制御し、検出回数が１回となった時点において、検出間隔が所期の走査状態の時間間隔（設定間隔）となるように走査状態を制御するものである。すなわち、まず、第三の制御指令生成部４０ｃは、光センサ２２からの検出信号に基づいて制御指令（３）を出力する。ここで、第三の制御指令生成部４０ｃは、実施形態３で例示したのと同様に、検出回数が設定回数（１回）より多い場合は、振幅をより小さくするための制御指令（３）（down）を出力し、検出回数が設定回数（１回）より少ない場合は、振幅をより大きくするための制御指令（up）を出力し、検出回数と設定回数とが等しい場合には、現在の走査状態を維持する制御指令（hold）を出力する（ステップＳ２０）。
【００５４】
ここで制御部４２は、第三の制御指令生成部４０ｃからの制御指令（３）にしたがって制御を実行する。すなわち、制御指令（３）が振幅をより大きくするための制御指令（up）であった場合には（ステップＳ２１）、それに応じて、振幅をより大きくするための制御信号を出力し（ステップＳ２２）、制御指令（３）が振幅をより小さくするための制御指令（down）であった場合には（ステップＳ２３）、それに応じて、振幅をより小さくするための制御信号を出力する（ステップＳ２４）。
【００５５】
しかし、制御部４２は、制御指令（３）が現在の走査状態を維持する制御指令（hold）であった場合には、その制御指令（３）（hold）によらず、第二の制御指令生成部４０ｂからの制御指令（２）に基づく制御を実行する。ここで、第二の制御指令生成部４０ｂは、実施形態２で例示したように、検出時間が設定時間より短い場合は、振幅をより小さくするための制御指令（down）を出力し、検出時間が設定時間より長い場合は、振幅をより大きくするための制御指令（up）を出力し、検出時間と設定時間とが等しい場合には、現在の走査状態を維持する制御指令（hold）を出力している。制御部４２は、いずれかの制御指令（２）を第二の制御指令生成部４０ｂから取得する（ステップＳ２５）。
【００５６】
そして制御部４２は、受け取った制御指令（２）に基づいて制御を実行する。すなわち、制御指令（２）が振幅をより大きくするための制御指令（up）であった場合には（ステップＳ２６）、それに応じて、振幅をより大きくするための制御信号を出力し（ステップＳ２７）、制御指令（２）が振幅をより小さくするための制御指令（down）であった場合には（ステップＳ２８）、それに応じて、振幅をより小さくするための制御信号を出力し（ステップＳ２９）、また制御指令（２）が現在の走査状態を維持する制御指令（hold）であった場合には（ステップＳ３０）、現在の走査状態を維持する（ステップＳ３１）。
【００５７】
ここで、制御部４２は、第三の制御指令生成部４０ｃからの制御指令（３）に応じて制御を実行する場合、すなわちステップＳ２１〜ステップＳ２４の場合には、制御量（補正量）を比較的大きくし、第二の制御指令生成部４０ｂからの制御指令（２）に応じて制御を実行する場合、すなわちステップＳ２６〜ステップＳ２９の場合には、制御量（補正量）を比較的小さくするのが好適である。すなわち、当初は、より大きなステップで、走査区間をより早く第二の制御指令生成部４０ｂの制御可能な範囲に補正し、当該制御可能な範囲となった時点から、より小さなステップで補正する。こうすることで、より迅速に所期の走査状態に制御することが可能となる。
【００５８】
実施形態６． 図１５は、本発明の実施形態６にかかる電磁駆動型光走査システム１０−３の概略構成を示す。電磁駆動型光走査システム１０−３は、光偏向部１６−２の表面側と裏面側にそれぞれ二つの走査系を備えている。すなわち、光偏向部１６−２の表面側にはミラー２４、また裏面側には第二のミラー２４Ｂが設けられており、表面側のミラー２４を用いる第一の走査系（すなわち、図１、図６あるいは図８に示すのと同じシステムであって、光源１２、光学系１４、ミラー２４、光学系１８、光センサ２２、および駆動回路２０を含むもの）と、裏面側の第二のミラー２４Ｂを用いる走査系（すなわち、前記第一の走査系とは別に設けられるシステムであって、第二の光源１２Ｂ、光学系１４Ｂ、第二のミラー２４Ｂ、および光学系１８Ｂを含むもの）と、が設けられている。第二の走査系では、第二の光源１２Ｂから照射された光はレンズ等を含む光学系１４Ｂを経由して光偏向部１６−２のミラー２４Ｂで反射され、別の光学系１８Ｂを経由して被照射体に向けて出力される。ミラー２４，２４Ｂは、光偏向部１６−２の可動板２８（図１６）の動作に連動して所定の周期および振幅で揺動し、これにより、出力光はそれぞれ対応する走査区間内をその周期で往復する。本実施形態では、第二の走査系には光センサ２２を設けず、可動板２８およびミラー２４，２４Ｂの揺動は、第一の走査系の光センサ２２の検出結果のみに基づいて制御される。ミラー２４，２４Ｂは一つの可動板２８に設けられているため、これら二つの走査系において各照射角度は一対一で対応する。したがって、二つの走査系について照射角度の相関関係を予め取得しておけば、第一の走査系の光センサ２２の検出結果をもとに第二の走査系の走査を制御することができる。かかる構成を採用することにより、例えば、光センサ２２を設ける第一の走査系は振幅や周波数の調整のために用い、光センサ２２を設けない第二の走査系は照射のために用いることができる。これは、例えば、レイアウトの都合等で照射対象とする走査区間に光センサ２２を配置するのが困難な場合等に有利となる。なお、本実施形態の駆動回路２０としては、上述した駆動回路（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）のいずれを用いてもよいし、光センサ２２の位置も走査区間（調整用）において任意に設定可能である。
【００５９】
図１６は、半導体ガルバノミラー装置として構成される可動板２８の側方断面図（磁石３６ｎ側から見た断面図）である。図に示すように、可動板２８の表面側には、ミラー２４と平面コイル２６が設けられ、他方裏面側には、第二のミラー２４Ｂが設けられている。裏面側の第二のミラー２４Ｂは、平面コイル２６を設けない分、表面側のミラー２４より面積を広くすることができる。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態に示した構成は、適宜組み合わせて適用することができる。また、光センサの配置も上記例示したものには限られず、それを適用する装置あるいはシステムのレイアウトの都合等から適切な配置を選択すればよい。さらに、上記実施形態では、光センサとして、受光面を一つ備えるタイプの光センサを備えるシステムについて説明したが、出力光の位置を検出する光センサとしては、受光面を複数備え、各受光面における光量の比から出力光の位置を検出するタイプのセンサを用いてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、実際の走査区間が所期の走査区間をオーバーシュートしたような場合にも、一の光センサの検出結果に基づいて所期の状態に制御可能な電磁駆動型光走査システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】 本発明の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムの光偏向部として用いられる半導体ガルバノミラー装置の外観図である。
【図３】 本発明の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムにおける光走査波形とそれに対応する光センサの検出信号との一例を示す図である。
【図４】 本発明の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムの駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図５】 本発明の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムの駆動回路の別の一例を示すブロック図である。
【図６】 本発明の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムの別の一例を示す概略構成図である。
【図７】 本発明の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムにおける光走査波形とそれに対応する光センサの検出信号との別の一例を示す図である。
【図８】 本発明の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムの別の一例を示す概略構成図である。
【図９】 本発明の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムにおける光走査波形とそれに対応する光センサの検出信号との別の一例を示す図である。
【図１０】 本発明の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムの駆動回路の別の一例を示すブロック図である。
【図１１】 本発明の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムの駆動回路の別の一例を示すブロック図である。
【図１２】 図１１の駆動回路の動作のフローチャートである。
【図１３】 本発明の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムの駆動回路の別の一例を示すブロック図である。
【図１４】 図１３の駆動回路の動作のフローチャートである。
【図１５】 本発明の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムの別の一例を示す概略構成図である。
【図１６】 図１５の実施形態にかかる電磁駆動型光走査システムの光偏向部として用いられる半導体ガルバノミラー装置の可動板を側方からみた断面図である。
【符号の説明】
１０，１０−１，１０−２，１０−３ 電磁駆動型光走査システム、１２ 光源、１２Ｂ 第二の光源、１４，１４Ｂ 光学系、１６，１６−２ 光偏向部（半導体ガルバノミラー装置）、１８，１８Ｂ 光学系、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ 駆動回路、２２ 光センサ、２４,２４Ｂ ミラー、２６ 平面コイル、２８ 可動板、３０ シリコン基板、３２ トーションバー、３４ 絶縁基板、３６ｎ，３６ｓ 永久磁石、３８ 電極パッド、４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 制御指令生成部、４２ 制御部、４４ 駆動信号発生部、４６ 駆動波形データ出力部、４８ 周期信号発生部、５０，５２ 検出間隔測定部、５４ クロック発生部、５６ 間隔比較部、５８ 設定間隔出力部、６０，６２，６４，６６，６７ 信号遅延部、６８ エッジ検出部、７０ 検出時間取得部、７２ クロック発生部、７４ 時間比較部、７６ 設定時間出力部、７８ 信号遅延部、８０ 検出回数取得部、８２ 信号遅延部、８４ 回数比較部、８６ 設定回数出力部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetically driven optical scanning device that scans light using a resonant mirror that is driven using electromagnetic force, and more particularly to a technique that enables control of reciprocating scanning of light to an intended state.
[0002]
[Prior art]
As this type of prior art, those disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are known.
[0003]
Among these, in the apparatus disclosed in Patent Document 1, sensors for detecting light are provided at both ends of the scanning section. In this apparatus, since there are two sensors, the labor and cost of adjustment at the time of manufacture and maintenance increase, and there has been a demand to reduce the number of sensors.
[0004]
In this regard, the apparatus disclosed in Patent Document 2 has a single sensor, and has an advantage that the labor and cost of adjustment can be reduced as compared with the apparatus disclosed in Patent Document 1.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-230278
[Patent Document 2]
JP 2001-228434 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the apparatus disclosed in Patent Document 2 assumes a case where the sensor is arranged at an end position of an intended scanning section, and the position is determined depending on the layout when mounting the apparatus. There is a problem that it is not possible to cope with a case where it is difficult to install a sensor or a component such as a reflector for introducing light into the sensor.
[0007]
Furthermore, in the apparatus disclosed in Patent Document 2, when the amplitude of the scanning section is small and does not reach the position where the sensor is arranged, adjustment can be made to increase the amplitude, but the amplitude of the scanning section is larger than the intended amplitude. There is a problem that it is difficult to cope with the case where the scanning light overshoots the sensor arrangement position.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An electromagnetically driven optical scanning device according to the present invention includes a movable plate that includes a mirror and a coil and is pivotally supported via a torsion bar, and a magnetic field generation unit that applies a magnetic field to the coil. In an electromagnetically driven optical scanning device configured to supply an alternating current for driving to a coil to oscillate the movable plate so that output light irradiated from a light source and reflected by the mirror reciprocally scans a predetermined section. In the section where the output light is reciprocally scanned, an optical sensor arranged to detect the output light at a position eccentric from the center of the section along the scanning direction, and a detection signal from the optical sensor are received, A first time interval measuring unit that measures a longer time interval of two long and short time intervals that occur in one reciprocating scan, and a second time interval measuring unit that measures the shorter time interval are arranged Light sensor Place Long and short two time intervals One of the time intervals , And intended In the scanning state In the period Based on the calculated amplitude On the other hand, an amplitude error from an amplitude in a desired scanning state is calculated under the condition that the period is constant, an amplitude correction amount is determined based on the amplitude error, and an amplitude correction is executed. A first control command generation unit configured to generate a control command; and a control unit configured to control the alternating current based on the control command.
[0009]
Also ,Book Electromagnetically driven optical scanning device according to the invention Is , A movable plate that is provided with a mirror and a coil and is pivotally supported via a torsion bar; and a magnetic field generator that applies a magnetic field to the coil, and supplies a driving AC current to the coil In an electromagnetically driven optical scanning device configured to swing a movable plate so that output light irradiated from a light source and reflected by the mirror reciprocally scans a predetermined section, the scanning is arranged at the center of the scanning section and scanned. From the start of detection of output light on one end side of the detection area of the photosensor and the detection area of the photosensor to the end of detection of output light on the other end side of the detection area of the photosensor From the detection time acquisition unit that acquires the detection time, the setting time output unit that outputs the setting time when the scanning state is in the expected scanning state, the detection time acquired by the detection time acquisition unit, and the setting time output unit At the time of setting received And a second control for generating a control command for controlling the amplitude by determining how much the amplitude at that time is deviated from the intended amplitude under the condition that the period is constant A command generation unit, and a control unit that controls the alternating current based on the control command. .
[0010]
An electromagnetically driven optical scanning device according to the present invention includes a movable plate that includes a mirror and a coil and is pivotally supported via a torsion bar, and a magnetic field generator that applies a magnetic field to the coil. An electromagnetically driven optical scanning device configured to supply an alternating current for driving to the coil to oscillate the movable plate so that output light irradiated from a light source and reflected by the mirror reciprocally scans a predetermined section. In An optical sensor that is arranged at an end position of a scanning section and detects the scanned output light; After detection of output light is started on one end side of the detection region of the photosensor, After the output light turns back within the detection area of the photosensor, A detection time acquisition unit for acquiring a detection time until the detection of the output light at the end side is completed, and a scanning state is scanning Compare the setting time output unit that outputs the setting time when in the state, the detection time acquired by the detection time acquisition unit, and the setting time received from the setting time output unit, In order to control the amplitude by judging how much the amplitude at that time is deviated from the intended amplitude under the condition that the period is constant A second control command generation unit configured to generate a control command; and a control unit configured to control the alternating current based on the control command.
[0012]
An electromagnetically driven optical scanning device according to the present invention includes a movable plate that includes a mirror and a coil and is pivotally supported via a torsion bar, and a magnetic field generator that applies a magnetic field to the coil. An electromagnetically driven optical scanning device configured to supply an alternating current for driving to the coil to oscillate the movable plate so that output light irradiated from a light source and reflected by the mirror reciprocally scans a predetermined section. In An optical sensor that is arranged at an end position of a scanning section and detects the scanned output light; A detection number acquisition unit that acquires the number of detections in one reciprocating scan by the one optical sensor, and the number of detections in one reciprocating scan acquired by the detection number acquisition unit When the number of detections is 0, a control command for increasing the amplitude is generated. When the number of detections is 1, the current scanning state is set. Maintain A third control command generation unit configured to generate a control command; and a control unit configured to control the alternating current based on the control command.
[0014]
An electromagnetically driven optical scanning device according to the present invention includes a movable plate that includes a mirror and a coil and is pivotally supported via a torsion bar, and a magnetic field generator that applies a magnetic field to the coil. An electromagnetically driven optical scanning device configured to supply an alternating current for driving to the coil to oscillate the movable plate so that output light irradiated from a light source and reflected by the mirror reciprocally scans a predetermined section. In Within the section where the output light is reciprocally scanned, the output light is arranged so as to be detected at a position eccentric from the center of the section along the scanning direction. An optical sensor; A first time interval measurement unit that receives a detection signal from the optical sensor and measures a longer time interval of two long and short time intervals generated in one reciprocating scan, and a second time interval that measures a shorter time interval For the amplitude calculated based on the position of the time interval measuring unit, the position of the arranged optical sensor, the time interval of one of the long and short time intervals, and the cycle in the desired scanning state For calculating the amplitude error from the amplitude in the desired scanning state, determining the amplitude correction amount based on the amplitude error, and executing the amplitude correction A first control command generating unit that generates a control command, a detection number acquiring unit that acquires the number of detections in one reciprocating scan by the one optical sensor, and a single reciprocating scan acquired by the detection number acquiring unit Number of detections Is less than 2 times, to increase the amplitude A third control command generation unit that generates a control command, and the number of times of detection is two Until The AC current is controlled based on a control command of a third control command generator, and the AC current is controlled based on a control command of the first control command generator when the number of times of detection becomes two. A control unit.
[0015]
Further, in the electromagnetically driven optical scanning device according to the present invention, a second mirror formed on the back surface of the movable plate on which the mirror is formed, and a second mirror for irradiating the second mirror with light. It is preferable that the output light emitted from the second light source and reflected by the second mirror is reciprocally scanned in a predetermined section.
[0016]
An electromagnetically driven optical scanning device according to the present invention includes a movable plate that includes a mirror and a coil and is pivotally supported via a torsion bar, and a magnetic field generator that applies a magnetic field to the coil. An electromagnetically driven optical scanning device configured to supply an alternating current for driving to the coil to oscillate the movable plate so that output light irradiated from a light source and reflected by the mirror reciprocally scans a predetermined section. A detection time from the start of detection of output light at one end of the photosensor to the end of detection of output light at the other end. The detection time acquisition unit to acquire and the scanning state is the expected one scanning Compare the setting time output unit that outputs the setting time when in the state, the detection time acquired by the detection time acquisition unit, and the setting time received from the setting time output unit, In order to control the amplitude by judging how much the amplitude at that time is deviated from the intended amplitude under the condition that the period is constant A second control command generation unit that generates a control command for generating a control command, a detection number acquisition unit that acquires the number of detections in one reciprocating scan by the one optical sensor, and a detection number acquisition unit Number of detections in the reciprocating scan Is less than 2 times, to increase the amplitude A third control command generation unit that generates a control command, and the number of times of detection is two Until The AC current is controlled based on a control command of a third control command generation unit, and the AC current is controlled based on a control command of the second control command generation unit when the number of detection times becomes two. A control unit.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1. FIG. FIG. 1 shows a schematic configuration of an electromagnetically driven optical scanning system 10 according to a first embodiment of the present invention. In the electromagnetically driven optical scanning system 10, the light emitted from the light source 12 is reflected by the mirror of the light deflecting unit 16 through the optical system 14 including a lens and the like, and is irradiated through another optical system 18. Is output toward. The mirror oscillates with a predetermined period and amplitude according to the drive signal from the drive circuit 20, whereby the output light reciprocates within the scanning section with that period. The scanning state of the output light (for example, the amplitude and frequency of scanning) is monitored based on the detection signal of the optical sensor 22, and the drive circuit 20 performs feedback control on the mirror swing based on the detection result of the optical sensor 22. To do.
[0018]
FIG. 2 is a perspective view showing an example of the light deflection unit 16 configured as a semiconductor galvanometer mirror device. In the figure, a mirror 24 and a planar coil 26 are provided on the surface of a substantially rectangular movable plate 28. The movable plate 28 is supported by a pair of torsion bars 32 inside a frame-shaped silicon substrate 30 so as to be swingable. A silicon substrate 30 is placed on the insulating substrate 34 together with these components. In this state, an N-pole permanent magnet 36n is provided on one side of the silicon substrate 30, and an S-pole permanent magnet 36s is provided on the side facing the silicon substrate 30, and the torsion bar is provided by these permanent magnets 36n and 36s. A magnetic field in a direction perpendicular to the extending direction of 32 is formed. In such a configuration, when an alternating current as a drive signal is passed from the electrode pad 38 to the planar coil 26, the movable plate 28 swings around the torsion bar 32 in the direction of the arrow in accordance with Fleming's left-hand rule. At this time, if the AC frequency of the drive signal is set to the natural frequency of the swing of the movable plate 28, the swing angle of the movable plate 28 can be increased.
[0019]
FIG. 3 is a diagram showing a scanning waveform of output light in the electromagnetically driven optical scanning system 10 of FIG. 1 and a detection result in the optical sensor 22. FIG. 3 shows two cases with different amplitudes (A1: when the amplitude is large, A2: when the amplitude is small). In the figure, the horizontal axis represents time, and in the upper scanning waveform graph, the vertical axis represents the amplitude (that is, the angle from the scanning center to the irradiation point).
[0020]
As can be seen from FIG. 3, the output light scanned outward from the scanning center O reaches the maximum amplitude point (tmax1) after being detected by the optical sensor 22, and then returns to the scanning center O side. After being detected by the optical sensor 22, the scanning center O is returned. The output light that has passed through the scanning center O now reaches the maximum amplitude point (tmax2) on the other end side, and then returns and returns to the scanning center O again. The one-time reciprocating scan is repeatedly performed at a constant cycle.
[0021]
In the example of FIG. 1, since the optical sensor 22 is provided at a position eccentric from the scanning center O, as shown in FIG. 3, the time interval from one detection to the next detection by one optical sensor 22. As a result, during one round trip, short time intervals T11 and T21 and long time intervals T12 and T22 occur alternately. Further, it can be seen from FIG. 3 that the combination of the time intervals varies depending on the magnitude of the amplitude. That is, the shorter time interval during one round trip becomes longer as the amplitude becomes larger (T11> T21), whereas the longer time interval becomes shorter as the amplitude becomes larger (T12 <T22). In each case A1 and A2, it can be easily understood that the sum of the two time intervals is the same (T11 + T12 = T21 + T22 = T, T: 1 period).
[0022]
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of the drive circuit 20a (20) that controls the scanning state of the output light using the principle. The drive circuit 20a includes a first control command generation unit 40a (40), a control unit 42, a drive signal generation unit 44, a drive waveform data output unit 46, and a periodic signal generation unit 48.
[0023]
The first control command generator 40a receives a detection signal from the optical sensor 22 and measures a first detection interval measuring unit (for example, a counter) 50 that measures the shorter time interval (T11, T21 in FIG. 3). And a second detection interval measuring unit (for example, a counter) 52 for measuring the longer time interval (T12, T22 in FIG. 3). Each of these detection interval measuring units 50 and 52 detects a time interval as the number of pulses of the clock signal from the clock generation unit 54, and outputs a detection result (hereinafter referred to as a detection interval). The detection interval measuring units 50 and 52 are supplied with a reset signal from the signal delay units 60 and 62 at a predetermined timing (for example, once per cycle).
[0024]
The interval comparison unit 56 uses the comparison timing signal from the signal delay unit 67 as a reference and the set interval (number of pulses) received from the set interval output unit 58 and the detection intervals (long and short) received from the detection interval measurement units 50 and 52. ) And a control command for adjusting the scanning state is output. Here, the set interval is a time interval (number of pulses) when the scanning state of the output light is in an intended scanning state. Therefore, by comparing the detection interval and the set interval in the interval comparison unit 56, it is possible to know how much the scanning state at that time is deviated from the intended scanning state. For example, when the detection interval for the shorter time interval is longer than the corresponding set interval, the amplitude is larger than the intended scanning state. In this case, the interval comparison unit 56 outputs a control command (down) for reducing the amplitude. As another example, when the detection interval for the longer time interval is longer than the corresponding set interval, the amplitude is smaller than the intended scanning state. The interval comparison unit 56 outputs a control command (up) for increasing the amplitude. If the detection interval is equal to the set interval, a control command (hold) for maintaining the current scanning state may be output or no control command may be output.
[0025]
The above-described comparison of intervals may be performed only for the shorter time interval, or conversely, may be performed only for the longer time interval. For example, a suitable one may be used depending on the installation position of the optical sensor 22 or other circumstances. As an example, when the optical sensor 22 is arranged at the end position of the intended scanning section, it may be controlled so that the shorter detection interval becomes zero. Alternatively, both time intervals may be used. In this case, for example, the shorter detection interval and the longer detection interval are corrected based on the ratio and the period, and then the comparison with the set time is executed (in this case, only one of the comparisons may be performed). It is also possible.
[0026]
The control unit 42 receives a control command from the first control command generation unit 40a and outputs a control signal in a predetermined format according to the control command. When the amplitude is adjusted under the condition that the scanning cycle (scanning frequency) is constant as in the above-described example, the control command and the control signal include at least a parameter that determines the amplitude.
[0027]
The drive signal generator 44 generates a drive signal (alternating current) to be applied to the planar coil 26 based on the control signal received from the controller 42 and the waveform data received from the drive waveform data output unit 46. As in the example described above, when the amplitude is adjusted under the condition that the scanning cycle (scanning frequency) is constant, the waveform data is data having a constant frequency, and the drive signal generator 44 includes parameters included in the control signal. It is only necessary to adjust (enlarge or reduce) the amplitude of the waveform data as a basis based on the above.
[0028]
The drive circuit 20a includes a latch signal, a scanning cycle signal (phase adjusted), a reset signal, a comparison timing signal, and the like for adjusting the timing of arithmetic processing or signal output in the control unit 42, the drive signal generation unit 44, and the like. Are provided with a periodic signal generator 48 and signal delay units 60, 62, 64, 66, 67.
[0029]
As will be apparent from the above description, according to the electromagnetically driven optical scanning system 10 including the drive circuit 20a, the scanning state can be controlled based on the detection signal of one optical sensor 22. Also, it is possible to cope with the case where the installation position of the optical sensor 22 is overshooted. The drive circuit 20a can be used regardless of its position by setting the set interval to a value corresponding to the installation position of the optical sensor 22. For example, when the optical sensor 22 is arranged at the end position of the intended scanning section, the set interval corresponding to the shorter time interval may be set to zero. In the above description, the case where the scanning amplitude is mainly controlled with the scanning frequency fixed is described. However, the drive circuit 20a is naturally applicable to the case where the frequency control is necessary.
[0030]
Further, in the case of using the drive circuit 20a, when the arrangement position of the optical sensor 22 in the expected scanning section is already known, the control signal correction amount is set more precisely and more responsive control is executed. It is also possible to do. This will be described again with reference to FIG. The amplitude of the pattern A1 is A1, the timing at which the output light going outward from the scanning center O in the scanning section where the optical sensor 22 is installed is first detected at t1, the timing at which the output light is detected next is t2 (however, The timing reference is the passage timing of the scanning center O), the period in the intended scanning state is T, and the angle from the scanning center O of the position where the optical sensor 22 is installed is X.
[Expression 1]
Figure 0004361745
It becomes. When the shorter detection interval is Δt (= t2−t1) and the above equation (1) is transformed,
[Expression 2]
Figure 0004361745
It becomes. Therefore, the amplitude error ΔA with respect to the amplitude A0 in the intended scanning state is
[Equation 3]
Figure 0004361745
It becomes. An amplitude correction amount (for example, ΔA / 2) may be determined based on the amplitude error ΔA, and a control signal for executing the correction may be output.
[0031]
Embodiment 2. FIG. Now, referring again to FIG. 3, it can be seen that the pulse width of the detection signal differs between A1 when the amplitude is large and A2 when the amplitude is small. This is because under the condition of a constant frequency, the passing speed of the irradiation light in the detection region of the optical sensor 22 is fast when the amplitude is large and conversely slow when the amplitude is small. That is, the scanning state (for example, the magnitude of the amplitude) can also be detected based on the pulse width of the detection signal of the optical sensor 22, and thus the scanning state can be controlled to an intended state.
[0032]
FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of the drive circuit 20b (20) that controls the scanning state of the output light using the principle. The drive circuit 20 b includes a second control command generation unit 40 b (40), a control unit 42, a drive signal generation unit 44, a drive waveform data output unit 46, and a periodic signal generation unit 48. The drive circuit 20b has components that function in the same manner as the drive circuit 20a described above. In FIG. 5, the same reference numerals are given thereto, and redundant description is omitted below.
[0033]
The second control command generation unit 40b receives the detection signal from the optical sensor 22, and acquires the timing at which the optical sensor 22 starts detection (detection start timing) and the timing at which the detection ends (detection end timing). The edge detection unit 68 is provided. These detection start timing and detection end timing are input to the detection time acquisition unit 70, where the detection time is acquired. The detection time acquisition unit (for example, counter) 70 acquires the time from the detection start to the detection end (that is, the detection time) as the number of pulses of the clock signal from the clock generation unit 72 and outputs it. The detection time acquisition unit 70 is supplied with a reset signal from the signal delay unit 78 at a predetermined timing (for example, once in one cycle).
[0034]
The time comparison unit 74 compares the set time (number of pulses) received from the set time output unit 76 with the detection time based on the comparison timing signal from the signal delay unit 67 and adjusts the scanning state. Output control commands. Here, the set time is the time (number of pulses) when the scanning state of the output light is in the intended scanning state. Therefore, by comparing the detection time with the set time in the time comparison unit 74, it is possible to know how much the scanning state at that time is deviated from the intended scanning state. For example, when the detection time is shorter than the set time, the amplitude is larger than the intended scanning state. In this case, the time comparison unit 74 controls to reduce the amplitude. A command (down) is output. On the other hand, when the detection time is longer than the set time, the amplitude is smaller than the intended scanning state. In this case, the time comparison unit 74 performs control for increasing the amplitude. Outputs command (up). If the detection time is equal to the set time, a control command (hold) for maintaining the current scanning state may be output or no control command may be output. Since the subsequent operation is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
[0035]
As will be apparent from the above description, according to the electromagnetically driven optical scanning system 10 including the drive circuit 20b, the scanning state can be controlled based on the detection signal of one optical sensor 22. Also, it is possible to cope with the case where the installation position of the optical sensor 22 is overshooted. In the above description, the case where the scanning amplitude is mainly controlled while the scanning frequency is fixed is described. However, the drive circuit 20b is naturally applicable to the case where the frequency control is necessary.
[0036]
Furthermore, this drive circuit 20b can also be used regardless of the installation position of the optical sensor 22. For example, in the electromagnetically driven optical scanning system 10-1 shown in FIG. 6, the optical sensor 22 is arranged at the scanning center O. In this case, the detection signals for the same scanning waveforms (cases A1, A2) as in FIG. As shown in FIG. As can be seen from FIG. 7, even when the optical sensor 22 is arranged at the scanning center O, the pulse width of the detection signal, that is, the detection time, changes according to the speed when passing through the optical sensor 22. That is, the drive circuit 20b can be used regardless of the installation position by setting the set time to a value corresponding to the installation position of the optical sensor 22.
[0037]
By the way, the detection start timing and the detection end timing differ depending on the arrangement of the optical sensor 22 and the scanning state. That is, as in the cases A1 and A2 shown in FIGS. 3 and 7, in the state where the output light passes through the optical sensor 22, the detection start timing is the output light at one end side of the detection region of the optical sensor 22. The detection is started, and the detection end timing is the timing when the detection of the output light is ended on the other end side of the detection region of the optical sensor 22. On the other hand, in the state where the output light is turned back within the detection area of the optical sensor 22 as in the pattern C2 of FIG. 9 described later, the detection start timing is the detection of the output light at one end side of the detection area of the optical sensor 22. The detection end timing is a timing at which the detection of the output light is completed again on the same side when the output light turned back in the detection region is reached. Therefore, it is desirable to set or change the set time appropriately according to the arrangement of the optical sensor 22 and the scanning state.
[0038]
Embodiment 3. FIG. FIG. 8 shows a schematic configuration of an electromagnetically driven optical scanning system 10-2 according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the optical sensor 22 is disposed at the end position of the scanning section. The electromagnetically driven optical scanning system 10-2 according to the present embodiment has components that function in the same manner as the electromagnetically driven optical scanning systems 10 and 10-1 according to the first and second embodiments. In FIG. 8, the same reference numerals are given to them, and redundant description is omitted below.
[0039]
FIG. 9 is a diagram showing a scanning waveform (upper stage) of output light in the electromagnetically driven optical scanning system 10-2 of FIG. 8 and a detection result (lower stage) in the optical sensor 22. FIG. 9 shows three cases with different amplitudes (C1: When the amplitude is larger than the desired value, C2: When the amplitude is the desired value, and C3: When the amplitude is smaller than the desired value) . In the figure, the horizontal axis represents time, and in the upper scanning waveform graph, the vertical axis represents the amplitude (that is, the angle from the scanning center to the irradiation point).
[0040]
In the example of FIG. 8, since the optical sensor 22 is provided at the end position of the scanning section, as shown in FIG. 9, in the case C1, the detection signal is observed twice during one reciprocation of scanning, and the case C2 In case of, it is observed once, and in case C3, it is not observed. This means that the scanning state of the output light can be determined from the number of detection signal outputs during one scanning round trip.
[0041]
FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration of the drive circuit 20c (20) that controls the scanning state of the output light using the principle. The drive circuit 20 c includes a third control command generation unit 40 c (40), a control unit 42, a drive signal generation unit 44, a drive waveform data output unit 46, and a periodic signal generation unit 48. The drive circuit 20c has components that function in the same manner as the drive circuits 20a and 20b described above. In FIG. 10, the same reference numerals are given to them, and redundant description is omitted below.
[0042]
The third control command generation unit 40c receives the detection signal from the optical sensor 22, and acquires the number of times the detection signal is output from the optical sensor 22 within one scanning period (the number of pulses of the output detection signal). A detection number acquisition unit (for example, a counter) 80 is provided. The detection number acquisition unit 80 acquires the number of detections (number of pulses) in one cycle based on the reset signal once in one cycle received from the signal delay unit 82, and outputs it.
[0043]
The number comparison unit 84 compares the set number (pulse number) received from the set number output unit 86 with the detection number based on the comparison timing signal from the signal delay unit 67 and adjusts the scanning state. Output control commands. Here, the set number of times is the number of detections (number of pulses) when the scanning state of the output light is in the intended scanning state. Therefore, by comparing the number of detections and the set number of times in the number comparison unit 84, it is possible to know how much the scanning state at that time is deviated from the intended scanning state. For example, when the number of detections is greater than the set number, the amplitude is larger than the intended scanning state. In this case, the number comparison unit 84 performs control for making the amplitude smaller. A command (down) is output. On the other hand, when the number of detections is less than the set number, the amplitude is smaller than the intended scanning state. In this case, the number comparison unit 84 performs control for increasing the amplitude. Outputs command (up). If the number of detections is equal to the set number of times, a control command (hold) for maintaining the current scanning state may be output or no control command may be output. Since the subsequent operation is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
[0044]
As will be apparent from the above description, according to the electromagnetically driven optical scanning system 10-2 including the drive circuit 20c, the scanning state can be controlled based on the detection signal of one optical sensor 22. In addition, it is possible to cope with a case where the installation position of the optical sensor 22 is overshooted. In addition, this drive circuit 20c can be used regardless of the position by setting the set number of times to a value corresponding to the installation position of the optical sensor 22. Incidentally, when the optical sensor 22 is arranged in the middle of the intended scanning section, the set interval may be set twice, and when the optical sensor 22 is arranged at a position overshooting the intended scanning section. Alternatively, the number of times of setting may be set to 1 or 0, and the abnormality determination may be performed when it is detected even once.
[0045]
Embodiment 4 FIG. FIG. 11 is a block diagram of the drive circuit 20d (20) according to the present embodiment. The drive circuit 20d includes a third control command generation unit 40c based on the number of detections described above, and a first control command generation unit 40a based on the detection interval described above. A control signal is generated based on the control commands from the two control command generators 40a and 40c. The drive circuit 20d can be applied to any of the electromagnetic drive type optical scanning systems 10, 10-1, and 10-2 shown in FIGS. The drive circuit 20d includes components that function in the same manner as the drive circuits 20a and 20c described above. In FIG. 11, the same reference numerals are given to them, and redundant description is omitted below.
[0046]
FIG. 12 shows the drive circuit 20d when the drive circuit 20d is used as the drive circuit 20 of the electromagnetically driven optical scanning system 10 of FIG. 1 (that is, the optical sensor 22 arranged at a position eccentric from the scanning center O). It is a flowchart which shows operation | movement. The drive circuit 20d first controls the scanning state so that the number of detections is two, and when the number of detections is two, the detection interval becomes the time interval (set interval) of the intended scanning state. Thus, the scanning state is controlled. That is, first, the third control command generator 40 c outputs a control command (3) based on the detection signal from the optical sensor 22. Here, as exemplified in the third embodiment, the third control command generator 40c controls the control command (up) to increase the amplitude when the number of detections is smaller than the set number (two times). If the number of detections is equal to the set number (two times), a control command (hold) for maintaining the current scanning state is output (step S10). In this case, the number of detections cannot be greater than the set number (two times).
[0047]
Here, when the control command (3) is a control command (up) for increasing the amplitude (step S11), the control unit 42 generates a control signal for increasing the amplitude accordingly. Output (step S12).
[0048]
However, when the control command (3) is a control command (hold) for maintaining the current scanning state, the control unit 42 does not depend on the control command (3) (hold), but the first control command Control based on the control command (1) from the generation unit 40a is executed. Here, as exemplified in the first embodiment, the first control command generation unit 40a is configured such that the shorter detection interval is longer than the corresponding setting interval or the longer detection interval is shorter than the corresponding setting interval. In this case, a control command (down) for reducing the amplitude is output, and if the shorter detection interval is shorter than the corresponding setting interval or the longer detection interval is longer than the corresponding setting interval, A control command (up) for increasing the amplitude is output, and when the detection interval is equal to the set interval, a control command (hold) for maintaining the current scanning state is output. The control unit 42 acquires any control command (1) from the first control command generation unit 40a (step S13).
[0049]
And the control part 42 performs control based on the received control command (1). That is, when the control command (1) is a control command (up) for increasing the amplitude (step S14), a control signal for increasing the amplitude is output accordingly (step S15). When the control command (1) is a control command (down) for reducing the amplitude (step S16), a control signal for reducing the amplitude is output accordingly (step S17). If the control command (1) is a control command (hold) for maintaining the current scanning state (step S18), the current scanning state is maintained (step S19).
[0050]
Here, in the case of executing control according to the control command (3) from the third control command generation unit 40c, that is, in the case of step S11, the control unit 42 increases the control amount (correction amount) relatively large. When the control is executed in accordance with the control command (1) from the first control command generator 40a, that is, in the case of steps S13 to S15, it is preferable to make the control amount (correction amount) relatively small. It is. That is, initially, the scanning section is corrected to a controllable range of the first control command generation unit 40a earlier in a larger step, and is corrected in smaller steps from the time when the controllable range is reached. By doing so, it becomes possible to control to the intended scanning state more quickly. In steps S13 and S14, control (correction) based on the amplitude error ΔA acquired by the above equation (3) may be executed.
[0051]
The above steps S10 to S15 are repeatedly executed at a predetermined timing (for example, once in one cycle), and thereby, control is executed so as to maintain an intended scanning state.
[0052]
Embodiment 5. FIG. FIG. 13 is a block diagram of the drive circuit 20e (20) according to the present embodiment. The drive circuit 20e includes a third control command generation unit 40c based on the number of detections described above, and a second control command generation unit 40b based on the detection interval described above. A control signal is generated based on the control commands from the two control command generators 40b and 40c. This drive circuit 20e can be applied to any of the electromagnetic drive type optical scanning systems 10, 10-1, and 10-2 shown in FIGS. The drive circuit 20e includes components that function in the same manner as the drive circuits 20b and 20c described above. In FIG. 13, the same reference numerals are given thereto, and redundant description is omitted below.
[0053]
FIG. 14 shows the drive circuit 20e when the drive circuit 20e is used as the drive circuit 20 of the electromagnetically driven optical scanning system 10-2 of FIG. 8 (that is, the optical sensor 22 arranged at the end position of the scanning section). It is a flowchart which shows this operation | movement. The drive circuit 20e first controls the scanning state so that the number of detections becomes one, and when the number of detections becomes one, the detection interval becomes the time interval (set interval) of the intended scanning state. Thus, the scanning state is controlled. That is, first, the third control command generator 40 c outputs a control command (3) based on the detection signal from the optical sensor 22. Here, as exemplified in the third embodiment, the third control command generation unit 40c has a control command (3) for reducing the amplitude when the number of detections is larger than the set number (1). When (down) is output and the number of detections is less than the set number (1), a control command (up) for increasing the amplitude is output. If the number of detections is equal to the set number, the current A control command (hold) for maintaining the scanning state is output (step S20).
[0054]
Here, the control unit 42 executes control according to the control command (3) from the third control command generation unit 40c. That is, when the control command (3) is a control command (up) for increasing the amplitude (step S21), a control signal for increasing the amplitude is output accordingly (step S22). ) If the control command (3) is a control command (down) for reducing the amplitude (step S23), a control signal for reducing the amplitude is output accordingly (step S24). ).
[0055]
However, when the control command (3) is a control command (hold) for maintaining the current scanning state, the control unit 42 does not depend on the control command (3) (hold), but the second control command. Control based on the control command (2) from the generation unit 40b is executed. Here, as exemplified in the second embodiment, when the detection time is shorter than the set time, the second control command generation unit 40b outputs a control command (down) for reducing the amplitude, and the detection time If is longer than the set time, a control command (up) for increasing the amplitude is output. If the detection time is equal to the set time, a control command (hold) for maintaining the current scanning state is output. is doing. The control unit 42 acquires any control command (2) from the second control command generation unit 40b (step S25).
[0056]
And the control part 42 performs control based on the received control command (2). That is, when the control command (2) is a control command (up) for increasing the amplitude (step S26), a control signal for increasing the amplitude is output accordingly (step S27). ) When the control command (2) is a control command (down) for reducing the amplitude (step S28), a control signal for reducing the amplitude is output accordingly (step S29). If the control command (2) is a control command (hold) for maintaining the current scanning state (step S30), the current scanning state is maintained (step S31).
[0057]
Here, in the case of executing control according to the control command (3) from the third control command generation unit 40c, that is, in the case of step S21 to step S24, the control unit 42 sets the control amount (correction amount). In the case of executing control according to the control command (2) from the second control command generator 40b, that is, in the case of step S26 to step S29, the control amount (correction amount) is relatively small. It is preferable to do this. That is, initially, the scanning section is corrected to a controllable range of the second control command generation unit 40b earlier in a larger step, and is corrected in smaller steps from the time when the controllable range is reached. By doing so, it becomes possible to control to the intended scanning state more quickly.
[0058]
Embodiment 6. FIG. FIG. 15 shows a schematic configuration of an electromagnetically driven optical scanning system 10-3 according to the sixth embodiment of the present invention. The electromagnetically driven optical scanning system 10-3 includes two scanning systems on the front surface side and the back surface side of the optical deflection unit 16-2. That is, a mirror 24 is provided on the front surface side of the light deflector 16-2, and a second mirror 24B is provided on the back surface side, and a first scanning system using the front surface mirror 24 (that is, FIG. 6 or 8, which includes the light source 12, the optical system 14, the mirror 24, the optical system 18, the optical sensor 22, and the drive circuit 20), and the second mirror on the back side A scanning system using 24B (that is, a system provided separately from the first scanning system, including the second light source 12B, the optical system 14B, the second mirror 24B, and the optical system 18B); Is provided. In the second scanning system, the light emitted from the second light source 12B is reflected by the mirror 24B of the light deflection unit 16-2 via the optical system 14B including a lens and the like, and passes through another optical system 18B. And output to the irradiated object. The mirrors 24 and 24B oscillate at a predetermined period and amplitude in conjunction with the operation of the movable plate 28 (FIG. 16) of the light deflector 16-2, so that the output light passes through the corresponding scanning section. Make a round trip with a period. In the present embodiment, the optical sensor 22 is not provided in the second scanning system, and the swing of the movable plate 28 and the mirrors 24 and 24B is controlled based only on the detection result of the optical sensor 22 in the first scanning system. The Since the mirrors 24 and 24B are provided on one movable plate 28, the irradiation angles correspond to each other one to one in these two scanning systems. Therefore, if the correlation between the irradiation angles is acquired in advance for the two scanning systems, the scanning of the second scanning system can be controlled based on the detection result of the optical sensor 22 of the first scanning system. By adopting such a configuration, for example, the first scanning system provided with the optical sensor 22 is used for adjustment of amplitude and frequency, and the second scanning system without the optical sensor 22 is used for irradiation. it can. This is advantageous when, for example, it is difficult to arrange the optical sensor 22 in the scanning section to be irradiated due to layout reasons. As the drive circuit 20 of the present embodiment, any of the drive circuits (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) described above may be used, and the position of the optical sensor 22 is also arbitrary in the scanning section (for adjustment). Can be set.
[0059]
FIG. 16 is a side sectional view (a sectional view seen from the magnet 36n side) of the movable plate 28 configured as a semiconductor galvanometer mirror device. As shown in the figure, a mirror 24 and a planar coil 26 are provided on the front surface side of the movable plate 28, and a second mirror 24B is provided on the other back surface side. The second mirror 24 </ b> B on the back surface side can have a larger area than the mirror 24 on the front surface side because the planar coil 26 is not provided.
[0060]
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the configurations shown in the above embodiments can be applied in appropriate combination. Further, the arrangement of the optical sensors is not limited to the above-described example, and an appropriate arrangement may be selected in consideration of the layout of the apparatus or system to which the optical sensor is applied. Furthermore, in the above-described embodiment, the system including the type of optical sensor including one light receiving surface as the optical sensor has been described. However, the optical sensor that detects the position of the output light includes a plurality of light receiving surfaces, and each light receiving surface. A type of sensor that detects the position of the output light from the ratio of the amount of light in the above may be used.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even when the actual scanning section overshoots the intended scanning section, it can be controlled to the intended state based on the detection result of one photosensor. An electromagnetic drive type optical scanning system can be constructed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an electromagnetically driven optical scanning system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an external view of a semiconductor galvanomirror device used as an optical deflection unit of an electromagnetically driven optical scanning system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an optical scanning waveform and a corresponding detection signal of an optical sensor in an electromagnetically driven optical scanning system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a drive circuit of an electromagnetically driven optical scanning system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing another example of the drive circuit of the electromagnetically driven optical scanning system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing another example of an electromagnetically driven optical scanning system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing another example of the optical scanning waveform and the corresponding detection signal of the optical sensor in the electromagnetically driven optical scanning system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing another example of an electromagnetically driven optical scanning system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing another example of the optical scanning waveform and the corresponding detection signal of the optical sensor in the electromagnetically driven optical scanning system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing another example of the drive circuit of the electromagnetically driven optical scanning system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing another example of the drive circuit of the electromagnetically driven optical scanning system according to the embodiment of the present invention.
12 is a flowchart of the operation of the drive circuit of FIG.
FIG. 13 is a block diagram showing another example of the drive circuit of the electromagnetically driven optical scanning system according to the embodiment of the present invention.
14 is a flowchart of the operation of the drive circuit of FIG.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing another example of an electromagnetically driven optical scanning system according to an embodiment of the present invention.
16 is a cross-sectional view of a movable plate of a semiconductor galvanomirror device used as an optical deflection unit of the electromagnetically driven optical scanning system according to the embodiment of FIG. 15 as viewed from the side.
[Explanation of symbols]
10, 10-1, 10-2, 10-3 Electromagnetically driven optical scanning system, 12 light sources, 12B second light source, 14, 14B optical system, 16, 16-2 light deflection unit (semiconductor galvanomirror device), 18, 18B optical system, 20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e drive circuit, 22 optical sensor, 24, 24B mirror, 26 planar coil, 28 movable plate, 30 silicon substrate, 32 torsion bar, 34 insulating substrate, 36n , 36s permanent magnet, 38 electrode pad, 40, 40a, 40b, 40c control command generation unit, 42 control unit, 44 drive signal generation unit, 46 drive waveform data output unit, 48 period signal generation unit, 50, 52 detection interval measurement Section, 54 clock generation section, 56 interval comparison section, 58 set interval output section, 60, 62, 64, 66, 67 signal delay section, 68 edge detection section, 70 detection time acquisition unit, 72 clock generation unit, 74 time comparison unit, 76 set time output unit, 78 signal delay unit, 80 detection number acquisition unit, 82 signal delay unit, 84 number comparison unit, 86 set number output unit.

Claims (7)

ミラーおよびコイルを備えトーションバーを介して揺動可能に軸支される可動板と、前記コイルに磁界を作用させる磁界発生部と、を備え、前記コイルに駆動用の交流電流を供給して前記可動板を揺動させ、光源から照射され前記ミラーで反射される出力光が所定区間を往復走査するように構成された電磁駆動型光走査装置において、
出力光が往復走査する区間内で、当該区間の中心から走査方向に沿って偏心した位置で当該出力光を検出するように配置される光センサと、
前記光センサからの検出信号を受取り、一往復走査内に生じる長短二つの時間間隔のうち長い方の時間間隔を測定する第１の時間間隔測定部、及び短い方の時間間隔を測定する第２の時間間隔測定部と、
配置された光センサの位置、長短二つの時間間隔のうちのいずれか一方の時間間隔、及び所期の走査状態における周期に基づいて算出された振幅に対し、前記周期を一定とする条件で、所期の走査状態における振幅からの振幅誤差を算出し、前記振幅誤差に基づいて振幅補正量を決定し、振幅の補正を実行するための制御指令を生成する第１の制御指令生成部と、
前記制御指令に基づいて前記交流電流を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電磁駆動型光走査装置。A movable plate that is provided with a mirror and a coil and is pivotally supported via a torsion bar; and a magnetic field generator that applies a magnetic field to the coil, and supplies a driving AC current to the coil In an electromagnetically driven optical scanning device configured to swing a movable plate, and output light irradiated from a light source and reflected by the mirror reciprocally scans a predetermined section.
An optical sensor arranged to detect the output light at a position decentered along the scanning direction from the center of the section within the section in which the output light is reciprocally scanned;
A first time interval measurement unit that receives a detection signal from the optical sensor and measures a longer time interval of two long and short time intervals generated in one reciprocating scan, and a second time interval that measures a shorter time interval A time interval measuring unit of
Position of the deployed optical sensors, against the amplitude calculated based on one of the time intervals, and the peripheral phase in the intended scan state of the long and short two time intervals, the said period is constant conditions A first control command generation unit that calculates an amplitude error from an amplitude in a desired scanning state, determines an amplitude correction amount based on the amplitude error, and generates a control command for executing the amplitude correction When,
A control unit for controlling the alternating current based on the control command;
An electromagnetically driven optical scanning device comprising: ミラーおよびコイルを備えトーションバーを介して揺動可能に軸支される可動板と、前記コイルに磁界を作用させる磁界発生部と、を備え、前記コイルに駆動用の交流電流を供給して前記可動板を揺動させ、光源から照射され前記ミラーで反射される出力光が所定区間を往復走査するように構成された電磁駆動型光走査装置において、
走査区間の中心に配置されて前記走査される出力光を検出する光センサと、
前記光センサの検出領域の一端側で出力光の検出が開始されてから、前記光センサの検出領域の他端側で出力光の検出が終了するまでの検出時間を取得する検出時間取得部と、
走査状態が所期の走査状態にあるときの設定時間を出力する設定時間出力部と、
検出時間取得部が取得した検出時間と、設定時間出力部から受取った設定時間とを比較し、周期を一定とする条件で、その時点の振幅が所期の振幅に対してどの程度ずれているかを判断して振幅の制御をするための制御指令を生成する第２の制御指令生成部と、
前記制御指令に基づいて前記交流電流を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電磁駆動型光走査装置。 A movable plate that is provided with a mirror and a coil and is pivotally supported via a torsion bar; and a magnetic field generator that applies a magnetic field to the coil, and supplies a driving AC current to the coil In an electromagnetically driven optical scanning device configured to swing a movable plate, and output light irradiated from a light source and reflected by the mirror reciprocally scans a predetermined section.
An optical sensor disposed in the center of a scanning section for detecting the scanned output light;
A detection time acquisition unit for acquiring a detection time from the start of detection of output light on one end side of the detection region of the photosensor to the end of detection of output light on the other end side of the detection region of the photosensor; ,
A set time output unit for outputting a set time when the scan state is in an intended scan state;
Compares the detection time acquired by the detection time acquisition unit with the set time received from the set time output unit, and how much the amplitude at that time deviates from the intended amplitude under the condition that the period is constant A second control command generation unit for generating a control command for controlling the amplitude by controlling
A control unit for controlling the alternating current based on the control command;
An electromagnetically driven optical scanning device comprising: ミラーおよびコイルを備えトーションバーを介して揺動可能に軸支される可動板と、前記コイルに磁界を作用させる磁界発生部と、を備え、前記コイルに駆動用の交流電流を供給して前記可動板を揺動させ、光源から照射され前記ミラーで反射される出力光が所定区間を往復走査するように構成された電磁駆動型光走査装置において、
走査区間の端部位置に配置されて前記走査される出力光を検出する光センサと、
前記光センサの検出領域の一端側で出力光の検出が開始されてから、出力光が当該光センサの検出領域内で折り返した後再びその一端側で出力光の検出が終了するまでの検出時間を取得する検出時間取得部と、
走査状態が所期の走査状態にあるときの設定時間を出力する設定時間出力部と、
検出時間取得部が取得した検出時間と、設定時間出力部から受取った設定時間とを比較し、周期を一定とする条件で、その時点の振幅が所期の振幅に対してどの程度ずれているかを判断して振幅の制御をするための制御指令を生成する第２の制御指令生成部と、
前記制御指令に基づいて前記交流電流を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電磁駆動型光走査装置。A movable plate that is provided with a mirror and a coil and is pivotally supported via a torsion bar; and a magnetic field generator that applies a magnetic field to the coil, and supplies a driving AC current to the coil In an electromagnetically driven optical scanning device configured to swing a movable plate, and output light irradiated from a light source and reflected by the mirror reciprocally scans a predetermined section.
An optical sensor that is arranged at an end position of a scanning section and detects the scanned output light;
Since the start of detection of the output light in one end side of the detection area of the optical sensor, the output light to the detection of the output light again its one end side after folding in the detection area of the optical sensor ends A detection time acquisition unit for acquiring the detection time;
A set time output unit for outputting a set time when the scan state is in an intended scan state;
Compares the detection time acquired by the detection time acquisition unit with the set time received from the set time output unit , and how much the amplitude at that time deviates from the intended amplitude under the condition that the period is constant A second control command generation unit for generating a control command for controlling the amplitude by controlling
A control unit for controlling the alternating current based on the control command;
An electromagnetically driven optical scanning device comprising: ミラーおよびコイルを備えトーションバーを介して揺動可能に軸支される可動板と、前記コイルに磁界を作用させる磁界発生部と、を備え、前記コイルに駆動用の交流電流を供給して前記可動板を揺動させ、光源から照射され前記ミラーで反射される出力光が所定区間を往復走査するように構成された電磁駆動型光走査装置において、
走査区間の端部位置に配置されて前記走査される出力光を検出する光センサと、
一の前記光センサによる一往復走査内での検出回数を取得する検出回数取得部と、
前記検出回数取得部が取得した一往復走査内での検出回数が２であった場合には振幅をより小さくし、検出回数が０であった場合には振幅をより大きくする制御指令を生成し、検出回数が１であった場合には、現在の走査状態を維持する制御指令を生成する第３の制御指令生成部と、
前記制御指令に基づいて前記交流電流を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電磁駆動型光走査装置。 A movable plate that is provided with a mirror and a coil and is pivotally supported via a torsion bar; and a magnetic field generator that applies a magnetic field to the coil, and supplies a driving AC current to the coil In an electromagnetically driven optical scanning device configured to swing a movable plate, and output light irradiated from a light source and reflected by the mirror reciprocally scans a predetermined section.
An optical sensor that is arranged at an end position of a scanning section and detects the scanned output light;
A detection number acquisition unit for acquiring the number of detections in one reciprocating scan by the one optical sensor;
When the number of detections in one reciprocating scan acquired by the detection number acquisition unit is 2, a control command is generated to reduce the amplitude, and when the number of detections is 0, a control command to increase the amplitude is generated. When the number of times of detection is 1, a third control command generation unit that generates a control command for maintaining the current scanning state;
A control unit for controlling the alternating current based on the control command;
An electromagnetically driven optical scanning device comprising: ミラーおよびコイルを備えトーションバーを介して揺動可能に軸支される可動板と、前記コイルに磁界を作用させる磁界発生部と、を備え、前記コイルに駆動用の交流電流を供給して前記可動板を揺動させ、光源から照射され前記ミラーで反射される出力光が所定区間を往復走査するように構成された電磁駆動型光走査装置において、
出力光が往復走査する区間内で、当該区間の中心から走査方向に沿って偏心した位置で当該出力光を検出するように配置される光センサと、
前記光センサからの検出信号を受取り、一往復走査内に生じる長短二つの時間間隔のうち長い方の時間間隔を測定する第１の時間間隔測定部、及び短い方の時間間隔を測定する第２の時間間隔測定部と、
配置された光センサの位置、長短二つの時間間隔のうちのいずれか一方の時間間隔、及び所期の走査状態における周期に基づいて算出された振幅に対し、前記周期を一定とする条件で、所期の走査状態における振幅からの振幅誤差を算出し、前記振幅誤差に基づいて振幅補正量を決定し、振幅の補正を実行するための制御指令を生成する第１の制御指令生成部と、
一の前記光センサによる一往復走査内での検出回数を取得する検出回数取得部と、
検出回数取得部が取得した一往復走査内での検出回数が２回より少ない場合には、振幅をより大きくするための制御指令を生成する第３の制御指令生成部と、
前記検出回数が２回になるまで第３の制御指令生成部の制御指令に基づいて前記交流電流を制御し、前記検出回数が２回になった時点で前記第１の制御指令生成部の制御指令に基づいて前記交流電流を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電磁駆動型光走査装置。A movable plate that is provided with a mirror and a coil and is pivotally supported via a torsion bar; and a magnetic field generator that applies a magnetic field to the coil, and supplies a driving AC current to the coil In an electromagnetically driven optical scanning device configured to swing a movable plate, and output light irradiated from a light source and reflected by the mirror reciprocally scans a predetermined section.
An optical sensor arranged to detect the output light at a position decentered along the scanning direction from the center of the section within the section in which the output light is reciprocally scanned;
A first time interval measurement unit that receives a detection signal from the optical sensor and measures a longer time interval of two long and short time intervals generated in one reciprocating scan, and a second time interval that measures a shorter time interval A time interval measuring unit of
With the condition that the period is constant with respect to the amplitude calculated based on the position of the arranged optical sensor, the time interval of either one of the long and short time intervals, and the period in the desired scanning state, A first control command generation unit that calculates an amplitude error from an amplitude in an intended scanning state, determines an amplitude correction amount based on the amplitude error, and generates a control command for executing amplitude correction;
A detection number acquisition unit for acquiring the number of detections in one reciprocating scan by the one optical sensor;
A third control command generation unit that generates a control command for increasing the amplitude when the number of detections in one reciprocating scan acquired by the detection number acquisition unit is less than two ;
The alternating current is controlled based on the control command of the third control command generation unit until the number of detections is two, and the control of the first control command generation unit is performed when the number of detections is two. A control unit for controlling the alternating current based on a command;
An electromagnetically driven optical scanning device comprising: ミラーおよびコイルを備えトーションバーを介して揺動可能に軸支される可動板と、前記コイルに磁界を作用させる磁界発生部と、を備え、前記コイルに駆動用の交流電流を供給して前記可動板を揺動させ、光源から照射され前記ミラーで反射される出力光が所定区間を往復走査するように構成された電磁駆動型光走査装置において、
前記走査される出力光を所定位置で検出する光センサと、
前記光センサの一端側で出力光の検出が開始されてからその他端側で出力光の検出が終了するまでの検出時間を取得する検出時間取得部と、
走査状態が所期の走査状態にあるときの設定時間を出力する設定時間出力部と、
検出時間取得部が取得した検出時間と、設定時間出力部から受取った設定時間とを比較し、周期を一定とする条件で、その時点の振幅が所期の振幅に対してどの程度ずれているかを判断して振幅の制御をするための制御指令を生成する制御指令を生成する第２の制御指令生成部と、
一の前記光センサによる一往復走査内での検出回数を取得する検出回数取得部と、
検出回数取得部が取得した一往復走査内での検出回数が２回より少ない場合には、振幅をより大きくするための制御指令を生成する第３の制御指令生成部と、
前記検出回数が２回になるまで第３の制御指令生成部の制御指令に基づいて前記交流電流を制御し、前記検出回数が２回になった時点で前記第２の制御指令生成部の制御指令に基づいて前記交流電流を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電磁駆動型光走査装置。 A movable plate that is provided with a mirror and a coil and is pivotally supported via a torsion bar; and a magnetic field generator that applies a magnetic field to the coil, and supplies a driving AC current to the coil In an electromagnetically driven optical scanning device configured to swing a movable plate, and output light irradiated from a light source and reflected by the mirror reciprocally scans a predetermined section.
An optical sensor for detecting the scanned output light at a predetermined position;
A detection time acquisition unit for acquiring a detection time from the start of detection of output light on one end side of the optical sensor to the end of detection of output light on the other end side;
A set time output unit for outputting a set time when the scan state is in an intended scan state;
Compares the detection time acquired by the detection time acquisition unit with the set time received from the set time output unit, and how much the amplitude at that time deviates from the intended amplitude under the condition that the period is constant A second control command generation unit that generates a control command for generating a control command for controlling the amplitude by controlling
A detection number acquisition unit for acquiring the number of detections in one reciprocating scan by the one optical sensor;
A third control command generation unit that generates a control command for increasing the amplitude when the number of detections in one reciprocating scan acquired by the detection number acquisition unit is less than two;
The alternating current is controlled based on the control command of the third control command generator until the number of times of detection is two, and the control of the second control command generator is performed when the number of times of detection is two. A control unit for controlling the alternating current based on a command;
An electromagnetically driven optical scanning device comprising: 前記可動板の前記ミラーの形成された面の裏面に形成された第二のミラーと、
前記第二のミラーに光を照射する第二の光源と、
を備え、
前記第二の光源から照射され前記第二のミラーで反射される出力光が所定区間で往復走査するように構成されることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一つに記載の電磁駆動型光走査装置。 A second mirror formed on the back surface of the movable plate on which the mirror is formed;
A second light source for irradiating the second mirror with light;
With
The output light irradiated from the second light source and reflected by the second mirror is configured to reciprocately scan in a predetermined section. Electromagnetic drive type optical scanning device.
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