JP5283069B2 - Drive control device for resonant optical deflection element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive resonance type light deflecting device that controls a turning state with high accuracy, and achieves wide-angle drive. <P>SOLUTION: The resonance type light deflecting device includes: a turning state signal input end of a resonance type light deflecting element; a comparator 3 for outputting a drive signal to the resonance type light deflecting element; a means for supplying a reference voltage to one input terminal of the comparator; a frequency controller for controlling a resonance frequency of the resonance type light deflecting element, based on a turning state signal; a clock signal generating means for generating a clock signal with a frequency controlled by the frequency controller, to be supplied to the other side input terminal of the comparator; a first amplitude controller for generating a digital signal of which the amplitude input into the turning state signal input end is controlled; and a first electric power source voltage supply means for supplying the generated digital signal to one electric power source voltage input terminal of the comparator, and for supplying the digital signal generated by the first amplitude controller, to the other electric power source voltage input terminal of the comparator, via a second D/A converter. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、共振型光偏向素子の駆動制御装置に関し、特に共振型光偏向素子の回動状態を高精度に制御する技術に関するものである。   The present invention relates to a drive control device for a resonant optical deflection element, and more particularly to a technique for controlling the rotational state of the resonant optical deflection element with high accuracy.

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術により製造される小型の共振型光偏向素子は、光偏向システムの小型化、低コスト化が実現できるため、種々の提案がなされ、試作・実用化が進んでいる。動作原理も静電駆動方式、電磁駆動方式、圧電駆動方式、その他の方式など様々な種類のデバイスが存在する。たとえば、ガルバノメータの原理(可動コイル型電磁駆動)で動作する電磁駆動光偏向素子(ガルバノミラーともいう)は種々提案されており、これらの電磁駆動光偏向素子は、光学走査角度プラスマイナス15度以上の広角走査を20Vp−p程度以下の振幅の交流電圧信号による低電圧動作が実現でき、コンパクトなレーザプロジェクションシステムなどへの実用化が期待されている(特許文献1、2)。そして、これらの電磁駆動光偏向素子はたとえば図6に示すように、可動部が一対のトーションバー40、41により軸支された両持ち梁構造として使用することがある。   Small-sized resonant optical deflection elements manufactured by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology can realize miniaturization and cost reduction of the optical deflection system, and various proposals have been made, and prototypes and practical applications are progressing. . There are various types of devices such as an electrostatic drive method, an electromagnetic drive method, a piezoelectric drive method, and other methods as the operation principle. For example, various electromagnetically driven light deflection elements (also referred to as galvanometer mirrors) that operate on the principle of galvanometers (movable coil electromagnetic drive) have been proposed. These electromagnetically driven light deflection elements have an optical scanning angle of plus or minus 15 degrees or more. Can be realized with a low-voltage operation using an AC voltage signal having an amplitude of about 20 Vp-p or less, and is expected to be put into practical use in a compact laser projection system (Patent Documents 1 and 2). These electromagnetically driven light deflecting elements may be used as a double-supported beam structure in which the movable part is pivotally supported by a pair of torsion bars 40 and 41 as shown in FIG.

この種の共振型電磁駆動光偏向素子では、平板状の可動部39が一対のトーションバー40、41により支持部42に対して回動可能に軸支されている。可動部39には、平面ミラーなどの光線反射手段43と、通電により磁界を形成する手段である駆動コイル44とが設けられる。駆動コイル44は前記可動部39の周縁部を周回している。駆動コイル44の両端はトーションバー40、41を通る配線などの電気導通手段45を介して支持部42に設けられた電極取り出し部46、47に電気的に接続される。また、可動部39の外部には前記駆動コイル44に静磁界を作用させる一対の永久磁石などの磁界発生手段48、49が設けられる。電極取り出し部46、47には交流電圧あるいは交流電流の駆動信号が印加される。   In this type of resonance-type electromagnetically driven light deflecting element, a plate-like movable portion 39 is pivotally supported by a pair of torsion bars 40 and 41 so as to be rotatable with respect to the support portion 42. The movable portion 39 is provided with a light beam reflecting means 43 such as a plane mirror and a drive coil 44 that is a means for forming a magnetic field by energization. The drive coil 44 circulates around the periphery of the movable portion 39. Both ends of the drive coil 44 are electrically connected to electrode take-out portions 46 and 47 provided on the support portion 42 via electric conduction means 45 such as wiring passing through the torsion bars 40 and 41. Further, magnetic field generating means 48 and 49 such as a pair of permanent magnets for applying a static magnetic field to the drive coil 44 are provided outside the movable portion 39. An alternating voltage or alternating current drive signal is applied to the electrode lead-out portions 46 and 47.

前記駆動コイル44における、トーションバー40、41を通る一本の回動軸に平行な一対の対辺部分は、そこを流れる電流と磁界発生手段48、49から供給される磁界成分との相互作用により、可動部39における光線反射手段43が設けられた面に対してほぼ垂直な方向にローレンツ力を受ける(図7参照)。また、それら一対の対辺部分を流れる電流の方向はそれぞれ逆向きであるため、可動部39は駆動コイル44に流れる電流の大きさ、言い換えれば駆動コイル44に供給される駆動電圧の大きさに応じて回動軸の周りに回動する。   A pair of opposite side portions of the drive coil 44 parallel to one rotation axis passing through the torsion bars 40 and 41 are caused by the interaction between the current flowing therethrough and the magnetic field components supplied from the magnetic field generating means 48 and 49. The Lorentz force is received in a direction substantially perpendicular to the surface of the movable portion 39 on which the light beam reflecting means 43 is provided (see FIG. 7). Further, since the directions of the currents flowing through the pair of opposite side portions are opposite to each other, the movable portion 39 corresponds to the magnitude of the current flowing through the drive coil 44, in other words, according to the magnitude of the drive voltage supplied to the drive coil 44. To rotate around the rotation axis.

その結果、回動する可動部39に設けられた光線反射手段43で反射された光線は一次元的に走査される。可動部39は、可動部39の大きさや形状や重さ、またトーションバー40、41の大きさや形状や材質により決まる固有の共振周波数を有しており、前記交流電圧あるいは交流電流の駆動信号の周波数と可動部39の共振周波数とが一致するとき、共振型電磁駆動光偏向素子の走査角度は最大となる。駆動コイル44に供給する駆動信号を所定共振周波数に対応した交流信号とすることにより共振型電磁駆動光偏向素子は低電圧、低電流による広角光線走査が実現できる。   As a result, the light beam reflected by the light beam reflecting means 43 provided on the rotating movable portion 39 is scanned one-dimensionally. The movable portion 39 has a specific resonance frequency determined by the size, shape, and weight of the movable portion 39 and the size, shape, and material of the torsion bars 40, 41, and the drive signal of the alternating voltage or alternating current is used. When the frequency and the resonance frequency of the movable portion 39 coincide with each other, the scanning angle of the resonance-type electromagnetically driven light deflection element is maximized. By making the drive signal supplied to the drive coil 44 an AC signal corresponding to a predetermined resonance frequency, the resonant electromagnetic drive light deflection element can realize wide-angle beam scanning with a low voltage and a low current.

前記共振型電磁駆動光偏向素子の他に、共振型圧電駆動光偏向素子も種々の提案がなされている(特許文献3、4)。該圧電駆動光偏向素子は、前記電磁駆動光偏向素子と同様に、平板状の可動部が一対のトーションバーにより支持部に対して回動可能に軸支されており、可動部には平面ミラーなどの光線反射手段が設けられる。前記電磁駆動光偏向素子においてはローレンツ力を利用することにより可動部39を駆動することに対し、該圧電駆動光偏向素子においては、圧電素子により発生する振動エネルギーを可動部に供給することにより可動部は駆動される。可動部は、可動部の大きさや形状や重さ、またトーションバーの大きさや形状や材質により決まる固有の共振周波数を有しており、前記圧電素子に供給する交流駆動信号の周波数と可動部の共振周波数とが一致するとき、共振型圧電駆動光偏向素子の走査角度は最大となる。圧電素子に供給する駆動信号を所定共振周波数に対応した交流信号とすることにより共振型圧電駆動光偏向素子は低消費電力による広角光線走査が実現できる。   In addition to the resonance-type electromagnetic drive light deflection element, various proposals have been made for resonance-type piezoelectric drive light deflection elements (Patent Documents 3 and 4). In the piezoelectric drive light deflection element, like the electromagnetic drive light deflection element, a flat plate-like movable portion is pivotally supported with respect to a support portion by a pair of torsion bars, and the movable portion has a plane mirror. A light beam reflecting means such as is provided. In the electromagnetically driven light deflection element, the movable part 39 is driven by utilizing the Lorentz force, whereas in the piezoelectrically driven light deflection element, the movable part 39 is movable by supplying vibration energy generated by the piezoelectric element to the movable part. The part is driven. The movable portion has a specific resonance frequency determined by the size, shape, and weight of the movable portion, and the size, shape, and material of the torsion bar. The frequency of the AC drive signal supplied to the piezoelectric element and the movable portion When the resonance frequency matches, the scanning angle of the resonance-type piezoelectric drive light deflection element becomes maximum. By making the drive signal supplied to the piezoelectric element an AC signal corresponding to a predetermined resonance frequency, the resonance-type piezoelectric drive light deflection element can realize wide-angle beam scanning with low power consumption.

前記共振型光偏向素子を駆動するための駆動コイルや圧電素子に供給する駆動信号の波形は正弦波や矩形波が広く使用される。共振型光偏向素子はそれ自体が機械的周波数フィルタ特性を有するため、共振周波数近傍で駆動するとき、駆動波形が矩形波であっても共振型光偏向素子の応答はほぼ正弦波的応答となる。矩形波状の駆動信号は一定時間内に供給できるエネルギーを最大とできる。
特開2000−035549号公報 特開平10−123449号公報 特許公表2007−522528号公報 特開2007−94146号公報
A sine wave or a rectangular wave is widely used as the drive signal waveform supplied to the drive coil and piezoelectric element for driving the resonant optical deflection element. Since the resonant optical deflection element itself has a mechanical frequency filter characteristic, when driven near the resonant frequency, the response of the resonant optical deflection element is almost sinusoidal even if the drive waveform is a rectangular wave. . The rectangular-wave drive signal can maximize the energy that can be supplied within a certain time.
JP 2000-035549 A JP-A-10-123449 Patent Publication 2007-522528 JP 2007-94146 A

近年、共振型光偏向素子の駆動装置は、レーザプロジェクションシステムや高精度センシングシステムへの応用のため、回動状態制御(走査状態制御)の高精度化が強く望まれている。より高精度な制御を実現するために光偏向素子の走査振幅や走査速度などの回動状態を検出し、回動状態をフィードバック制御することが望ましい。   In recent years, a high-accuracy rotation state control (scanning state control) has been strongly demanded for a drive device for a resonant optical deflection element for application to a laser projection system or a high-precision sensing system. In order to realize higher-precision control, it is desirable to detect a rotation state such as a scanning amplitude and a scanning speed of the optical deflection element and perform feedback control of the rotation state.

共振型光偏向素子の共振周波数は、温度、または経年により変動するのが通例であり、あらかじめ設定した共振周波数の駆動信号を駆動コイルに供給し続けるのでは、温度変化や時間経過にしたがって光偏向素子の走査振幅や走査速度などの回動状態が一定に制御されない問題を生じるためである。   The resonance frequency of a resonant optical deflecting element usually fluctuates depending on temperature or aging. If a drive signal having a preset resonance frequency is continuously supplied to the drive coil, the optical deflection is performed according to temperature changes and time passage. This is because the rotation state such as the scanning amplitude and the scanning speed of the element is not controlled constantly.

光偏向素子の回動状態を検出し、フィードバック制御する手段として、たとえば特開2003−177347号公報では、駆動コイルに生じる逆起電力を検出し、該検出された逆起電力の波形にもとづいて正弦励振電流を所定時間だけ停止するとともに、該停止期間内に共振周波数を検出してその後該検出した共振周波数の正弦励振電流で可動部を駆動する手法が提案されている。しかし、特開2003−177347号公報による制御手法では、温度、また経年により変動する共振型光偏向素子の共振周波数を追従する結果、走査振幅は一定値に制御でき得るものの、走査速度は温度、また経年により変動してしまい、たとえばレーザプロジェクションシステムに利用する場合はプロジェクション映像が温度、また経年により変動してしまう。特に走査速度が限界値以下に遅くなってしまうと、映像信号との整合性が取れなくなり描画できなくなってしまう。   As a means for detecting the rotation state of the optical deflection element and performing feedback control, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-177347, a counter electromotive force generated in a drive coil is detected, and based on the waveform of the detected counter electromotive force. A method has been proposed in which the sine excitation current is stopped for a predetermined time, the resonance frequency is detected within the stop period, and then the movable part is driven by the sine excitation current having the detected resonance frequency. However, in the control method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-177347, the scanning amplitude can be controlled to a constant value as a result of following the resonance frequency of the resonant optical deflection element that fluctuates depending on the temperature and time. Further, it varies with time, and for example, when used in a laser projection system, the projection image varies with temperature and age. In particular, if the scanning speed becomes slower than the limit value, consistency with the video signal cannot be obtained and drawing becomes impossible.

光偏向素子の回動状態を検出しフィードバック制御する手段として、たとえば特開2003−66360号公報では、一周期内の一定期間の間、電流値がゼロである周期的な波形で可動部の共振周波数にほぼ等しい周波数を有する電流信号を駆動コイルに供給し、電流値がゼロである期間に対応する期間の間の駆動コイルの両端の電圧にもとづいて可動部の回動状態を検出し、駆動コイルに供給する電流信号の共振周波数と振幅を制御する手法が提案されている。しかし、該特開2003−66360号公報による手法では、駆動コイルに供給する電流信号の共振周波数を温度、また経年により変動する光偏向素子の共振周波数に追従させるため、走査速度が温度、また経年により変動してしまい、たとえばレーザプロジェクションシステムに利用する場合はプロジェクション映像が温度、また経年により変動してしまい問題となることは前述のとおりである。   As a means for detecting the rotation state of the optical deflection element and performing feedback control, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-66360, the resonance of the movable part is performed with a periodic waveform in which the current value is zero for a certain period within one period. A current signal having a frequency substantially equal to the frequency is supplied to the drive coil, and the rotation state of the movable part is detected based on the voltage at both ends of the drive coil during the period corresponding to the period when the current value is zero, and is driven. A method for controlling the resonance frequency and amplitude of a current signal supplied to a coil has been proposed. However, according to the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-66360, the resonance frequency of the current signal supplied to the drive coil is made to follow the resonance frequency of the optical deflection element that fluctuates with temperature and with age. As described above, for example, when used in a laser projection system, the projection image fluctuates depending on temperature and aging.

駆動コイルに供給する電流信号の周波数変動は、プロジェクション映像の変動が許容できる範囲内に抑制し、主に該電流信号の振幅制御により光偏向素子の走査振幅や走査速度などの回動状態を制御する必要がある。   The frequency fluctuation of the current signal supplied to the drive coil is suppressed within the allowable range of fluctuation of the projection image, and the rotation state such as the scanning amplitude and scanning speed of the optical deflection element is mainly controlled by the amplitude control of the current signal. There is a need to.

しかし、特開2003−66360号公報による手法では、該電流信号の振幅制御により光偏向素子の回動状態を制御しようとしたとき光偏向素子の走査角度と制御精度に大きく制限を与えてしまう。該走査角度に制限を与える機構を図7、8、9により説明する。図7は図6に示す一般的な共振型光偏向素子におけるAA断面構造図であり、駆動コイルの44a部では紙面垂直方向において手前側に向かってコイル電流が流れており、駆動コイル44b部では紙面垂直方向において奥側に向かってコイル電流が流れている。また、磁界発生手段48、49は紙面の左から右の方向に静磁界を与えている。このとき駆動コイル44a部は光偏向素子の上方向にローレンツ力50を受け、44b部は下方向にローレンツ力51を受けるため駆動コイル44に供給される電流信号(電圧信号)の大きさに応じて回動軸の周りに反時計回り方向に回動する。   However, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-66360, when the rotation state of the optical deflection element is controlled by controlling the amplitude of the current signal, the scanning angle and control accuracy of the optical deflection element are greatly limited. A mechanism for limiting the scanning angle will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an AA cross-sectional structure diagram of the general resonance type optical deflection element shown in FIG. 6. In the drive coil 44a portion, a coil current flows toward the front side in the direction perpendicular to the paper surface. In the drive coil 44b portion, FIG. A coil current flows toward the back side in the direction perpendicular to the paper surface. The magnetic field generators 48 and 49 give a static magnetic field in the direction from the left to the right of the page. At this time, since the drive coil 44a receives the Lorentz force 50 in the upward direction of the optical deflection element and the 44b portion receives the Lorentz force 51 in the downward direction, the drive coil 44a corresponds to the magnitude of the current signal (voltage signal) supplied to the drive coil 44. To rotate counterclockwise around the rotation axis.

図8は図6に示す一般的な共振型光偏向素子におけるAA断面構造図であり、駆動コイルの44a部では紙面垂直方向において奥側に向かってコイル電流が流れており、駆動コイル44b部では紙面垂直方向において手前側に向かってコイル電流が流れている。また、磁界発生手段48、49は紙面の左から右の方向に静磁界を与えている。このとき駆動コイル44a部は光偏向素子の下方向にローレンツ力52を受け、44b部は上方向にローレンツ力53を受けるため、駆動コイル44に供給される電流信号(電圧信号)の大きさに応じて回動軸の周りに時計回り方向に回動する。   FIG. 8 is an AA cross-sectional structure diagram of the general resonance type optical deflection element shown in FIG. 6. In the drive coil 44a portion, a coil current flows toward the back side in the direction perpendicular to the paper surface, and in the drive coil 44b portion, FIG. A coil current flows toward the front side in the direction perpendicular to the paper surface. The magnetic field generators 48 and 49 give a static magnetic field in the direction from the left to the right of the page. At this time, the drive coil 44a receives the Lorentz force 52 in the downward direction and the 44b portion receives the Lorentz force 53 in the upward direction, so that the magnitude of the current signal (voltage signal) supplied to the drive coil 44 is increased. Accordingly, it rotates in the clockwise direction around the rotation axis.

このように該光偏向素子は正負の電流信号(電圧信号)を交流印加することにより時計回り方向、反時計回り方向の双方向に回動することができる。図9は、共振型電磁駆動光偏向素子の駆動コイルに供給する電圧と走査角度との関係を示す模式図である。図9に示されるように、走査角度が大きくなるに伴い、磁界発生手段から駆動コイルまでの距離が離れてしまいローレンツ力が小さくなってしまうため、またローレンツ力の作用する方向と可動部の回動方向がずれてしまうためなどにより走査角度は飽和する傾向にあり、広角走査領域ではリニアな特性を示さなくなる。すなわち、共振型光偏向素子を高効率で高精度に広角駆動させるためには正負の交流信号で駆動することが有効であることは明確である。これに対して、特開2003−66360号公報による手法では、正バイアスのみ、あるいは負バイアスのみで形成される駆動信号しか適用できないため、正負バイアスで形成される駆動信号を利用する場合に較べて走査角度が約半分に制限されてしまう。走査角度の制限はたとえばレーザプロジェクションシステムでは、画角を制限してしまうため問題となる。また、前述のとおり、走査角度は広角走査領域において飽和する傾向にあるため、広角走査する場合に効率的で高精度に制御された光偏向素子の駆動が困難となってしまう。   In this way, the optical deflection element can be rotated in both the clockwise direction and the counterclockwise direction by applying a positive and negative current signal (voltage signal) with an alternating current. FIG. 9 is a schematic diagram showing the relationship between the voltage supplied to the drive coil of the resonance type electromagnetically driven light deflection element and the scanning angle. As shown in FIG. 9, as the scanning angle increases, the distance from the magnetic field generating means to the drive coil increases, and the Lorentz force decreases, and the direction in which the Lorentz force acts and the rotation of the movable part are also reduced. The scanning angle tends to saturate because the moving direction is deviated, and the linear characteristic is not exhibited in the wide-angle scanning region. That is, it is clear that driving the resonant optical deflection element with positive and negative AC signals is effective in driving the wide angle with high efficiency and high accuracy. On the other hand, since the method according to Japanese Patent Laid-Open No. 2003-66360 can only apply a drive signal formed only with a positive bias or only with a negative bias, compared with a case where a drive signal formed with a positive and negative bias is used. The scanning angle is limited to about half. Limiting the scanning angle becomes a problem because, for example, the laser projection system limits the angle of view. Further, as described above, since the scanning angle tends to saturate in the wide-angle scanning region, it becomes difficult to drive the light deflection element that is controlled efficiently and with high precision when performing wide-angle scanning.

光偏向素子の回動状態を検出しフィードバック制御する手段として、たとえば特開2001−305471号公報では、定電流ドライバとスイッチング機構を組み合わせて形成した矩形波状の電流信号により一周期内の一定期間の間、電流値がゼロである周期的な波形で可動部の共振周波数にほぼ等しい周波数を有する電流信号を駆動コイルに供給し、電流値がゼロである期間に対応する期間の間の駆動コイルの両端に発生する誘導起電圧(誘導起電流)にもとづいて可動部の回動状態を検出し、駆動コイルに供給する電流信号の振幅を制御する手法が提案されている。該特開2001−3015471号公報による手法は前記特開2003−66360号公報による手法と同様に、正バイアスのみ、あるいは負バイアスのみで形成される駆動信号しか適用できないため、やはり正負バイアスで形成される駆動信号を利用する場合に較べて走査角度が約半分に制限されてしまい、また、広角走査する場合に効率的で高精度に制御された光偏向素子の駆動が困難となってしまう。   As a means for detecting the rotation state of the optical deflection element and performing feedback control, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-305471, a rectangular wave current signal formed by combining a constant current driver and a switching mechanism is used for a certain period within one period. In the meantime, a current signal having a frequency that is substantially equal to the resonance frequency of the movable part with a periodic waveform having a current value of zero is supplied to the drive coil, and the drive coil during the period corresponding to the period in which the current value is zero. A method has been proposed in which the rotational state of the movable part is detected based on the induced electromotive voltage (inductive electromotive current) generated at both ends, and the amplitude of the current signal supplied to the drive coil is controlled. The method according to Japanese Patent Laid-Open No. 2001-3015471 is similar to the method according to Japanese Patent Laid-Open No. 2003-66360, and only a drive signal formed only with a positive bias or only a negative bias can be applied. The scanning angle is limited to about half as compared with the case of using a driving signal, and it becomes difficult to drive an optical deflection element that is controlled efficiently and with high precision when performing wide-angle scanning.

光偏向素子の回動状態を検出するための手段として、たとえば特開平7−218857号公報では可動部に設けられた駆動コイルと固定部に設けられた検出用コイルとの相互誘導を利用して可動部の回動状態を検出し、得られた回動状態検出信号を光偏向素子の駆動系にフィードバックし駆動電流を制御する手法が提案されている。しかし、該特開平7−218857号公報による制御手法では、可動部の回動領域を確保するために駆動コイルと検出用コイルを近付けることができず、駆動コイルと検出用コイルとの相互誘導による起電力の検出レベルが微弱となり、高精度に検出できない問題がある。また、該回動状態を検出する手法により抽出した回動状態情報を用いて具体的にフィードバック制御する手法は示されていない。   As a means for detecting the rotation state of the optical deflection element, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-218857, mutual induction between a drive coil provided in a movable part and a detection coil provided in a fixed part is used. There has been proposed a method of detecting the rotation state of the movable portion and feeding back the obtained rotation state detection signal to the drive system of the optical deflection element to control the drive current. However, in the control method according to Japanese Patent Laid-Open No. 7-218857, the drive coil and the detection coil cannot be brought close to each other in order to secure the rotation region of the movable part, and the mutual induction of the drive coil and the detection coil is performed. There is a problem that the detection level of electromotive force becomes weak and cannot be detected with high accuracy. Further, there is no specific technique for performing feedback control using the rotation state information extracted by the method for detecting the rotation state.

光偏向素子の回動状態を検出するための手段として、たとえば特開平11−242180号公報では、可動部に駆動コイルと検出用コイルを具備し、検出用コイルが磁界中で運動することにより発生する誘導起電力を利用して光偏向素子の回動状態を検出し、得られた回動状態検出信号を光偏向素子の駆動系にフィードバックし駆動信号を制御する手法、及びトーションバー部にひずみゲージを具備し、ひずみ量を検出することにより回動状態をモニタリングし、得られた回動状態検出信号を光偏向素子の駆動系にフィードバックし駆動信号を制御する手法が提案されている。しかし、特開平11−242180号公報による制御手法では、検出用コイルの出力信号には駆動コイルと検出用コイルの相互誘導成分がノイズ成分として混入するため検出用コイルの出力信号に歪みが生じてしまい、高精度に検出できない問題がある。また、ひずみゲージを具備する手法においても該回動状態を検出する手法により抽出した回動状態情報を用いて形成した自励発振回路の出力を駆動信号に利用することにより駆動信号の周波数、振幅は安定に制御できるが、光偏向素子の共振周波数が温度、経年により変動することによって変動する走査角度を安定に制御する手法は具体的に示されていない。   As a means for detecting the rotation state of the optical deflection element, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-242180, a movable coil is provided with a drive coil and a detection coil, and the detection coil is generated by moving in a magnetic field. A method of detecting the rotation state of the optical deflection element using the induced electromotive force, feeding back the obtained rotation state detection signal to the drive system of the optical deflection element and controlling the drive signal, and distorting the torsion bar section A method has been proposed in which a gauge is provided, the rotation state is monitored by detecting the amount of strain, and the obtained rotation state detection signal is fed back to the drive system of the optical deflection element to control the drive signal. However, in the control method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-242180, the mutual induction component of the drive coil and the detection coil is mixed as a noise component in the output signal of the detection coil, so that the output signal of the detection coil is distorted. Therefore, there is a problem that it cannot be detected with high accuracy. Further, even in the method having a strain gauge, the frequency and amplitude of the drive signal can be obtained by using the output of the self-excited oscillation circuit formed using the rotation state information extracted by the method of detecting the rotation state as the drive signal. However, there is no specific method for stably controlling the scanning angle that fluctuates when the resonance frequency of the light deflection element fluctuates depending on temperature and aging.

以上に示すように、走査速度や走査角度などの回動状態を検出するための手段として駆動コイルに生じる誘導起電力を利用する手法、検出用コイルを付加する手法、ひずみゲージの適用によりひずみ量を検出する手法が提案されており、何れも回動状態検出手段としては有望であるが、広角走査駆動する共振型光偏向素子の回動状態を高精度に制御する手法としては十分な提案がなされていない。   As described above, as a means for detecting the rotation state such as the scanning speed and the scanning angle, a method of using the induced electromotive force generated in the drive coil, a method of adding a detection coil, and a strain amount by applying a strain gauge Are promising as the rotation state detection means, but there are sufficient proposals as a method for controlling the rotation state of the resonant optical deflection element driven by wide-angle scanning with high accuracy. Not done.

前述の回動状態検出手段により抽出された回動状態の情報は、特開2001−305471号公報、特開2003−177347号公報、特開2003−66360号公報などに示されるように、通常、CPUやマイクロコンピュータに入力され、演算処理後、駆動制御信号に加工される。   The information on the rotation state extracted by the rotation state detection means described above is usually as shown in JP 2001-305471 A, JP 2003-177347 A, JP 2003-66360 A, and the like. It is input to a CPU or microcomputer, processed into a drive control signal after arithmetic processing.

出力される駆動制御信号は、たとえば特開2003−66360号公報による手法では、図10に示すようなD/Aコンバータ(DACと略記することもある)54を介して形成した、一周期内の一定期間の間、電圧値がゼロである周期的な波形で可動部の共振周波数にほぼ等しい周波数を有する矩形波状のアナログ波形の電圧信号55である。出力された該矩形波状の電圧信号55は、ドライバアンプ56により増幅された後、駆動コイルに入力され光偏向素子57を回動制御する。走査角度を制御するためには形成するアナログ波形の電圧信号の振幅を制御することが考えられ、電圧信号はLOレベルからHIレベルの範囲(以降、代表値としてLOレベル=0V、HIレベル=+5Vの場合を勘案する)内で自由に形成でき、たとえば8ビットのD/Aコンバータ54を使用したときは256階調の振幅V(t)を表現できる。すなわち、走査振幅は略256分の1の最小解像度で制御することができる。しかし、当該手法では、該電圧信号の振幅制御により光偏向素子の回動状態を制御しようとしたとき該電圧信号の振幅中心電圧レベルが変動してしまうため、駆動コイルに供給する電流信号I(t)のオフセット値が変動してしまう。その結果、走査領域のオフセット変動、ひいては回動状態の不安定化を発生させてしまい、高精度の駆動制御が困難となり問題となる。また、正バイアスのみで形成される駆動信号しか適用できないため、正負バイアスで形成される駆動信号を利用する場合に較べて走査角度が約半分に制限されてしまい問題となることは前述のとおりである。   For example, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-66360, the output drive control signal is generated within one cycle formed through a D / A converter (may be abbreviated as DAC) 54 as shown in FIG. This is a voltage signal 55 having a rectangular waveform with a periodic waveform having a voltage value of zero during a certain period and having a frequency approximately equal to the resonance frequency of the movable part. The output rectangular wave voltage signal 55 is amplified by the driver amplifier 56 and then input to the drive coil to control the rotation of the light deflection element 57. In order to control the scanning angle, it is conceivable to control the amplitude of the voltage signal of the analog waveform to be formed. The voltage signal ranges from the LO level to the HI level (hereinafter, representative values are LO level = 0V, HI level = + 5V). For example, when an 8-bit D / A converter 54 is used, an amplitude V (t) of 256 gradations can be expressed. That is, the scanning amplitude can be controlled with a minimum resolution of about 1/256. However, in this method, when the rotation state of the optical deflection element is controlled by amplitude control of the voltage signal, the amplitude center voltage level of the voltage signal fluctuates. The offset value of t) varies. As a result, the offset fluctuation in the scanning region and the instability of the rotation state occur, which makes it difficult to perform high-precision drive control. In addition, since only a drive signal formed with only a positive bias can be applied, the scanning angle is limited to about half compared with the case where a drive signal formed with a positive and negative bias is used, as described above. is there.

前述の問題を解決するために、出力される駆動制御信号58をたとえば図11に示すようなD/Aコンバータ59を介して形成した矩形波や正弦波などの所望のアナログ波形とする手法が考えられる。形成されたアナログ波形58はLOレベルからHIレベルの範囲(以降、代表値としてLOレベル=0V、HIレベル=+5Vの場合を考慮する)内で自由に形成でき、たとえば8ビットのD/Aコンバータ59を使用したときは256階調の表現ができる。走査角度を制御するためには形成するアナログ波形58の振幅V(t)を制御することが考えられ、たとえば+2.5Vを振幅中心として形成したアナログ波形が有望であり、アナログ波形の振幅中心を固定することにより前述のオフセット変動の問題を回避できる。また、出力された該アナログ波形58はレベルシフト回路60により振幅中心電圧が0Vとなるように加工した後、増幅回路61により増幅され、駆動コイルに入力され光偏向素子62を回動制御する。本手法によれば、駆動コイルに入力される駆動信号63は正負両バイアスにて利用できるため、前述の走査角度が制限される問題も回避できる。ただし、このとき前述のオフセット変動の問題を解決するために正負の振幅は同時に制御する必要があるため、8ビットのD/Aコンバータを使用したとき、振幅V(t)の制御は128分の1の最小解像度となってしまう。また、該所望のアナログ波形を形成する手法では、高価な高性能CPU、あるいは高性能マイクロコンピュータを適用する必要があり、システムが高価となってしまう問題がある。より高精度化を実現するためにはD/Aコンバータの入力ビット数を増やすことが必要となるが、さらなるシステムの高価格化を招いてしまう。   In order to solve the above-mentioned problem, a method of setting the output drive control signal 58 to a desired analog waveform such as a rectangular wave or a sine wave formed through a D / A converter 59 as shown in FIG. It is done. The formed analog waveform 58 can be freely formed within the range from the LO level to the HI level (hereinafter, considering the case where the LO level = 0V and the HI level = + 5V as representative values), for example, an 8-bit D / A converter When 59 is used, 256 gradations can be expressed. In order to control the scanning angle, it is conceivable to control the amplitude V (t) of the analog waveform 58 to be formed. For example, an analog waveform formed with +2.5 V as the amplitude center is promising. By fixing, the above-described problem of offset fluctuation can be avoided. The output analog waveform 58 is processed by the level shift circuit 60 so that the amplitude center voltage becomes 0 V, then amplified by the amplifier circuit 61, and input to the drive coil to control the rotation of the optical deflection element 62. According to this method, since the drive signal 63 input to the drive coil can be used with both positive and negative biases, the above-described problem of limiting the scanning angle can also be avoided. However, since it is necessary to control the positive and negative amplitudes at the same time in order to solve the above-described offset fluctuation problem, when the 8-bit D / A converter is used, the control of the amplitude V (t) is 128 minutes. 1 minimum resolution. Further, in the method of forming the desired analog waveform, it is necessary to apply an expensive high-performance CPU or high-performance microcomputer, and there is a problem that the system becomes expensive. In order to achieve higher accuracy, it is necessary to increase the number of input bits of the D / A converter, but this further increases the cost of the system.

一方、たとえばレーザプロジェクションシステムなどにおいては、画角が広く、高精細な描画に適応できる光偏向素子の要求が強く、すなわち、より広角で動作でき、より高精度な回動状態制御が実現できる光偏向素子が強く要求されている。   On the other hand, for example, in a laser projection system, there is a strong demand for an optical deflecting element that has a wide angle of view and can be adapted to high-definition drawing, that is, light that can operate at a wider angle and realize more accurate rotation state control. There is a strong demand for deflection elements.

以上に説明したように、走査速度や走査角度などの回動状態を高精度に制御でき、広角駆動を実現できる、安価な共振型光偏向素子の有効な駆動手法は提案されていない。   As described above, an effective driving method of an inexpensive resonant optical deflection element that can control the rotation state such as the scanning speed and the scanning angle with high accuracy and can realize wide-angle driving has not been proposed.

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、回動状態を高精度に制御でき、広角駆動を実現できる、安価な共振型光偏向素子の駆動制御装置を提供することを課題とするものである。   The present invention has been made under such circumstances, and it is an object of the present invention to provide an inexpensive drive control device for a resonant optical deflection element capable of controlling the rotation state with high accuracy and realizing wide-angle driving. It is what.

前記課題を解決するため、本発明では、共振型光偏向素子の駆動制御装置を次の(1)ないし(7)のとおりに構成する。   In order to solve the above problems, in the present invention, a drive control device for a resonance type optical deflection element is configured as described in the following (1) to (7).

(1)共振型光偏向素子の回動状態を示す回動状態信号を入力する回動状態信号入力端と、
前記共振型光偏向素子に駆動信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータの一方の入力端子に基準電圧を供給する基準電圧発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて前記共振型光偏向素子の共振周波数を制御する周波数制御信号を生成する周波数コントローラと、
前記周波数コントローラが生成する周波数制御信号により周波数が制御されるクロック信号を発生し、前記コンパレータの他方の入力端子に供給するクロック信号発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて振幅が制御されるデジタル信号を生成する第一の振幅コントローラと、
前記第一の振幅コントローラの生成するデジタル信号を第一のD/Aコンバータを介して前記コンパレータの一方の電源電圧入力端子に供給し、前記第一の振幅コントローラの生成するデジタル信号を第二のD/Aコンバータを介して前記コンパレータの他方の電源電圧入力端子に供給する第一の電源電圧供給手段と、
を備えた共振型光偏向素子の駆動制御装置。
(1) a rotation state signal input terminal for inputting a rotation state signal indicating the rotation state of the resonant optical deflection element;
A comparator that outputs a drive signal to the resonant optical deflection element;
A reference voltage generating means for supplying a reference voltage to one input terminal of the comparator;
A frequency controller that generates a frequency control signal for controlling a resonance frequency of the resonant optical deflection element based on a rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A clock signal generating means for generating a clock signal whose frequency is controlled by a frequency control signal generated by the frequency controller, and supplying the clock signal to the other input terminal of the comparator;
A first amplitude controller that generates a digital signal whose amplitude is controlled based on a rotation state signal input to the rotation state signal input end;
The digital signal generated by the first amplitude controller is supplied to one power supply voltage input terminal of the comparator via the first D / A converter, and the digital signal generated by the first amplitude controller is supplied to the second First power supply voltage supply means for supplying to the other power supply voltage input terminal of the comparator via a D / A converter;
The drive control apparatus of the resonance type | mold optical deflection | deviation element provided with.

(2)共振型光偏向素子の回動状態を示す回動状態信号を入力する回動状態信号入力端と、
前記共振型光偏向素子に駆動信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータの一方の入力端子に基準電圧を供給する基準電圧発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて周波数を制御する周波数制御信号を生成する周波数コントローラと、
前記周波数コントローラが生成する周波数制御信号により周波数が制御されるクロック信号を発生し、前記コンパレータの他方の入力端子に供給するクロック信号発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて振幅が制御されるデジタル信号を生成する第一の振幅コントローラと、
前記第一の振幅コントローラの生成するデジタル信号を第三のD/Aコンバータを介して前記コンパレータの一方の電源電圧入力端子に供給し、前記第一の振幅コントローラの生成するデジタル信号を前記第三のD/Aコンバータと反転増幅回路を介して前記コンパレータの他方の電源電圧入力端子に供給する第二の電源電圧供給手段と、
を備えた共振型光偏向素子の駆動制御装置。
(2) a rotation state signal input terminal for inputting a rotation state signal indicating the rotation state of the resonant optical deflection element;
A comparator that outputs a drive signal to the resonant optical deflection element;
A reference voltage generating means for supplying a reference voltage to one input terminal of the comparator;
A frequency controller that generates a frequency control signal for controlling the frequency based on the rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A clock signal generating means for generating a clock signal whose frequency is controlled by a frequency control signal generated by the frequency controller, and supplying the clock signal to the other input terminal of the comparator;
A first amplitude controller that generates a digital signal whose amplitude is controlled based on a rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A digital signal generated by the first amplitude controller is supplied to one power supply voltage input terminal of the comparator via a third D / A converter, and the digital signal generated by the first amplitude controller is supplied to the third signal. Second power supply voltage supply means for supplying the other power supply voltage input terminal of the comparator via the D / A converter and the inverting amplifier circuit;
The drive control apparatus of the resonance type | mold optical deflection | deviation element provided with.

(3)共振型光偏向素子の回動状態を示す回動状態信号を入力する回動状態信号入力端と、
前記共振型光偏向素子に駆動信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータの一方の入力端子に基準電圧を供給する基準電圧発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて周波数を制御する周波数制御信号を生成する周波数コントローラと、
前記周波数コントローラが生成する周波数制御信号により周波数が制御されるクロック信号を発生し、前記コンパレータの他方の入力端子に供給するクロック信号発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて振幅が制御されるデジタル信号を生成する第一の振幅コントローラと、
所定のアナログ値と、前記第一の振幅コントローラの生成するデジタル信号を第四のD/Aコンバータで変換したアナログ値とを加算する第一の加算回路と、
前記第一の加算回路の出力を前記コンパレータの一方の電源電圧入力端子に供給し、前記第一の加算回路の出力を反転増幅回路を介して前記コンパレータの他方の電源電圧入力端子に供給する第三の電源電圧供給手段と、
を備えた共振型光偏向素子の駆動制御装置。
(3) a rotation state signal input terminal for inputting a rotation state signal indicating the rotation state of the resonant light deflection element;
A comparator that outputs a drive signal to the resonant optical deflection element;
A reference voltage generating means for supplying a reference voltage to one input terminal of the comparator;
A frequency controller that generates a frequency control signal for controlling the frequency based on the rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A clock signal generating means for generating a clock signal whose frequency is controlled by a frequency control signal generated by the frequency controller, and supplying the clock signal to the other input terminal of the comparator;
A first amplitude controller that generates a digital signal whose amplitude is controlled based on a rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A first addition circuit that adds a predetermined analog value and an analog value obtained by converting the digital signal generated by the first amplitude controller by a fourth D / A converter;
The output of the first adder circuit is supplied to one power supply voltage input terminal of the comparator, and the output of the first adder circuit is supplied to the other power supply voltage input terminal of the comparator via an inverting amplifier circuit. Three power supply voltage supply means;
The drive control apparatus of the resonance type | mold optical deflection | deviation element provided with.

(4)前記(3)に記載の共振型光偏向素子の駆動制御装置において、
前記所定のアナログ値は、変更可能な値である共振型光偏向素子の駆動制御装置。
(4) In the drive control device for the resonance type optical deflection element according to (3),
The drive control apparatus for a resonant optical deflection element, wherein the predetermined analog value is a changeable value.

(5)前記(3)または(4)に記載の共振型光偏向素子の駆動制御装置において、
前記所定のアナログ値を第一の分圧回路を介して前記第一の加算回路に供給し、前記第四のD/Aコンバータで変換したアナログ値を第二の分圧回路を介して前記第一の加算回路に供給する共振型光偏向素子の駆動制御装置。
(5) In the drive control device for a resonant optical deflection element according to (3) or (4),
The predetermined analog value is supplied to the first adding circuit through a first voltage dividing circuit, and the analog value converted by the fourth D / A converter is supplied to the first adding circuit through a second voltage dividing circuit. A drive control device for a resonant optical deflection element supplied to one adder circuit.

(6)前記(5)に記載の共振型光偏向素子の駆動制御装置において、
前記第一の分圧回路の分圧比と前記第二の分圧回路の分圧比を、所要の値にそれぞれ設定することにより、前記所定のアナログ値を粗制御用に、前記第四のD/Aコンバータで変換したアナログ値を微制御用に使用する共振型光偏向素子の駆動制御装置。
(6) In the drive control device for the resonance type optical deflection element according to (5),
By setting the voltage dividing ratio of the first voltage dividing circuit and the voltage dividing ratio of the second voltage dividing circuit to respective required values, the predetermined analog value is used for coarse control, and the fourth D / D A drive control device for a resonant optical deflection element that uses an analog value converted by an A converter for fine control.

(7)共振型光偏向素子の回動状態を示す回動状態信号を入力する回動状態信号入力端と、
前記共振型光偏向素子に駆動信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータの一方の入力端子に基準電圧を供給する基準電圧発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて周波数を制御する周波数制御信号を生成する周波数コントローラと、
前記周波数コントローラが生成する周波数制御信号により周波数が制御されるクロック信号を発生し、前記コンパレータの他方の入力端子に供給するクロック信号発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて振幅が制御されるデジタル信号を生成する第二の振幅コントローラと、
所定のアナログ値を分圧する第三の分圧回路と、
前記第二の振幅コントローラの生成するデジタル信号を第五のD/Aコンバータで変換したアナログ値を分圧する第四の分圧回路と、
前記第三の分圧回路の出力と前記第四の分圧回路の出力を加算する第二の加算回路と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて振幅が制御されるデジタル信号を生成する第三の振幅コントローラと、
所定のアナログ値を分圧する第五の分圧回路と、
前記第三の振幅コントローラの生成するデジタル信号を第六のD/Aコンバータで変換したアナログ値を分圧する第六の分圧回路と、
前記第五の分圧回路の出力と前記第六の分圧回路の出力を加算する第三の加算回路と、
前記第二の加算回路の出力を前記コンパレータの一方の電源電圧入力端子に供給し、前記第三の加算回路の出力を前記コンパレータの他方の電源電圧入力端子に供給する第四の電源電圧供給手段と、
を備えた共振型光偏向素子の駆動制御装置。
(7) a rotation state signal input terminal for inputting a rotation state signal indicating the rotation state of the resonant optical deflection element;
A comparator that outputs a drive signal to the resonant optical deflection element;
A reference voltage generating means for supplying a reference voltage to one input terminal of the comparator;
A frequency controller that generates a frequency control signal for controlling the frequency based on the rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A clock signal generating means for generating a clock signal whose frequency is controlled by a frequency control signal generated by the frequency controller, and supplying the clock signal to the other input terminal of the comparator;
A second amplitude controller that generates a digital signal whose amplitude is controlled based on the rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A third voltage dividing circuit for dividing a predetermined analog value;
A fourth voltage dividing circuit for dividing an analog value obtained by converting the digital signal generated by the second amplitude controller by a fifth D / A converter;
A second adding circuit for adding the output of the third voltage dividing circuit and the output of the fourth voltage dividing circuit;
A third amplitude controller for generating a digital signal whose amplitude is controlled based on the rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A fifth voltage dividing circuit for dividing a predetermined analog value;
A sixth voltage dividing circuit for dividing an analog value obtained by converting the digital signal generated by the third amplitude controller by a sixth D / A converter;
A third adding circuit for adding the output of the fifth voltage dividing circuit and the output of the sixth voltage dividing circuit;
Fourth power supply means for supplying the output of the second adder circuit to one power supply voltage input terminal of the comparator and supplying the output of the third adder circuit to the other power supply voltage input terminal of the comparator When,
The drive control apparatus of the resonance type | mold optical deflection | deviation element provided with.

本発明によれば、回動状態を高精度に制御でき、広角駆動を実現できる、安価な共振型光偏向素子の駆動制御装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an inexpensive drive control device for a resonant optical deflection element that can control the rotation state with high accuracy and realize wide-angle driving.

以下、本発明を実施するための最良の形態を、「共振型光偏向素子の駆動制御装置」の実施例により詳しく説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to an example of “a drive control device for a resonance type optical deflection element”.

図1は、実施例1である“共振型光偏向素子の駆動制御装置”の構成を示すブロック図である。本実施例では、共振型光偏向素子として共振型電磁駆動光偏向素子を想定しているが、共振型圧電駆動光偏向素子についても同様に実施することができる。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a “resonance type optical deflection element drive control apparatus” according to the first embodiment. In this embodiment, a resonance type electromagnetic driving light deflection element is assumed as the resonance type light deflection element, but the same can be applied to a resonance type piezoelectric driving light deflection element.

図1において、クロック信号発生手段2から出力されるクロック信号をコンパレータ3の信号入力端子4に入力し、基準電圧発生手段5から出力される比較電圧信号を前記コンパレータ3の比較信号入力端子6に入力する。前記比較電圧の電圧値は前記クロック信号の最小値より大きく、また、最大値より小さい値に設定され、たとえば前記比較電圧信号は、前記クロック信号の最大振幅値の略半値となる定電圧信号である。前記クロック信号の周波数は、共振型光偏向素子の可動部の大きさや形状や重さ、またトーションバーの大きさや形状や材質により決まる可動部の固有の共振周波数とほぼ一致しており、すなわち前記共振型光偏向素子の駆動信号となる前記コンパレータ3の出力電圧はその周波数は前記可動部の固有の共振周波数とほぼ一致した矩形波状の信号となり、前記共振型光偏向素子は共振駆動される。共振型光偏向素子はそれ自体が機械的周波数フィルタ特性を有するため、共振周波数近傍で駆動するとき、駆動波形が矩形波であっても共振型光偏向素子の応答はほぼ正弦波的応答となることは前述のとおりである。前記共振型光偏向素子の駆動信号となる前記コンパレータ3の出力電圧の正の振幅は、前記コンパレータ3の正の電源電圧入力端子7に入力される正の電圧8により決定され、また、前記コンパレータ3の出力電圧の負の振幅は、前記コンパレータ3の負の電源電圧入力端子9に入力される負の電圧10により決定される。   In FIG. 1, the clock signal output from the clock signal generation means 2 is input to the signal input terminal 4 of the comparator 3, and the comparison voltage signal output from the reference voltage generation means 5 is input to the comparison signal input terminal 6 of the comparator 3. input. The voltage value of the comparison voltage is set to a value larger than the minimum value of the clock signal and smaller than the maximum value. For example, the comparison voltage signal is a constant voltage signal that is approximately half the maximum amplitude value of the clock signal. is there. The frequency of the clock signal substantially coincides with the natural resonance frequency of the movable part determined by the size, shape, and weight of the movable part of the resonant light deflection element, and the size, shape, and material of the torsion bar. The output voltage of the comparator 3 serving as a drive signal for the resonant optical deflection element is a rectangular wave signal whose frequency substantially matches the inherent resonant frequency of the movable part, and the resonant optical deflection element is driven to resonance. Since the resonant optical deflection element itself has a mechanical frequency filter characteristic, when driven near the resonant frequency, the response of the resonant optical deflection element is almost sinusoidal even if the drive waveform is a rectangular wave. This is as described above. The positive amplitude of the output voltage of the comparator 3 serving as a drive signal for the resonant optical deflection element is determined by the positive voltage 8 input to the positive power supply voltage input terminal 7 of the comparator 3, and the comparator The negative amplitude of the output voltage 3 is determined by the negative voltage 10 input to the negative power supply voltage input terminal 9 of the comparator 3.

前記コンパレータ3の正の電源電圧入力端子7に入力される正の電圧と、前記コンパレータ3の負の電源電圧入力端子9に入力される負の電圧は、回動状態検出手段11により検出された回動状態信号12を振幅コントローラ13により演算処理し、走査振幅が所望の値となるよう変調制御された振幅制御電圧14、15に相当する。振幅コントローラ13では、回動状態検出手段11で検出した回動状態信号12より共振型光偏向素子の走査振幅情報を抽出し、所定の振幅値と比較して所要のフィードバック信号を生成する。なお、振幅コントローラ13は、後述の構成のコンパレータ3を用いることにより、十分な制御精度が得られるので、高価な高性能CPUや高性能マイクロコンピュータを適用する必要がなく、通常のCPUやマイクロコンピュータで構成することができる。   The positive voltage input to the positive power supply voltage input terminal 7 of the comparator 3 and the negative voltage input to the negative power supply voltage input terminal 9 of the comparator 3 are detected by the rotation state detecting means 11. The rotation state signal 12 is processed by the amplitude controller 13 and corresponds to the amplitude control voltages 14 and 15 that are modulated and controlled so that the scanning amplitude becomes a desired value. The amplitude controller 13 extracts the scanning amplitude information of the resonance type optical deflection element from the rotation state signal 12 detected by the rotation state detection means 11 and compares it with a predetermined amplitude value to generate a required feedback signal. Since the amplitude controller 13 can obtain sufficient control accuracy by using the comparator 3 having a configuration described later, it is not necessary to apply an expensive high-performance CPU or high-performance microcomputer, and a normal CPU or microcomputer. Can be configured.

回動状態検出手段11は、前述の駆動コイルに生じる誘導起電力を利用する手法や、検出用コイルを付加する手法、ひずみゲージの適用によりひずみ量を検出する手法を利用しても良いが、光走査領域にフォトダイオードなどの光センサを配備し、直接、光信号を検出しても良く、また光走査領域に光ファイバーを配備して光信号を光センサに導き、光信号を検出しても良い。このとき、前記光信号の時間軸成分により走査位置情報が得られることは言うまでもなく、また、前記光信号の周波数を測定することにより走査周波数を抽出することができる。また、光センサに光が照射されている時間、具体的には前記光信号のパルス幅には、走査角度が大きくなると前記パルス幅は小さくなるなど、走査振幅情報も抽出することができる。光センサの配備数量は1個に限るものではなく、複数配備することにより、得られる複数の光信号の平均値を算出でき、より高精度の回動状態検出ができる。たとえば、所望の光走査領域において、走査方向に対称となるように2個の光センサを配備し、得られる2種の光信号それぞれのパルス幅を比較したり、2種のパルスの間隔を演算したりすることにより回動状態のオフセットずれ情報も抽出することができる。   The rotation state detecting means 11 may use a method of using the induced electromotive force generated in the drive coil, a method of adding a detection coil, or a method of detecting a strain amount by applying a strain gauge. An optical sensor such as a photodiode may be provided in the optical scanning area and the optical signal may be detected directly, or an optical fiber may be provided in the optical scanning area to guide the optical signal to the optical sensor and detect the optical signal. good. At this time, it goes without saying that the scanning position information can be obtained from the time-axis component of the optical signal, and the scanning frequency can be extracted by measuring the frequency of the optical signal. Further, the scanning amplitude information can be extracted such that the time during which the optical sensor is irradiated with light, specifically the pulse width of the optical signal, the pulse width decreases as the scanning angle increases. The number of optical sensors to be deployed is not limited to one, and by deploying a plurality of optical sensors, an average value of a plurality of optical signals obtained can be calculated, and a more accurate rotation state can be detected. For example, in the desired optical scanning area, two optical sensors are arranged so as to be symmetric in the scanning direction, and the pulse widths of the two types of optical signals obtained are compared or the interval between the two types of pulses is calculated. By doing so, it is also possible to extract the offset deviation information in the rotating state.

本実施例によれば、回動状態検出手段11により検出された回動状態信号12を周波数コントローラ16により演算処理し、クロック信号発生手段2を介して走査周波数が所望の値となるようフィードバック制御されたクロック信号17の周波数により、前記共振型光偏向素子の走査周波数を制御できる。本実施例では、コンパレータを利用していることにより、前記クロック信号17は、たとえば最大振幅値=+5V、最小振幅値=0Vの矩形波信号のようないわゆるTTLレベルのデジタルパルス信号で良く、高価な高性能CPUや高性能マイクロコンピュータを必要とせず、安価で簡易なシステムを実現することができる。   According to this embodiment, the rotation state signal 12 detected by the rotation state detection unit 11 is processed by the frequency controller 16 and feedback control is performed via the clock signal generation unit 2 so that the scanning frequency becomes a desired value. The scanning frequency of the resonant optical deflection element can be controlled by the frequency of the clock signal 17 thus generated. In this embodiment, since the comparator is used, the clock signal 17 may be a so-called TTL level digital pulse signal such as a rectangular wave signal having a maximum amplitude value = + 5 V and a minimum amplitude value = 0 V, which is expensive. An inexpensive and simple system can be realized without requiring a high-performance CPU or a high-performance microcomputer.

また、本実施例によれば、回動状態検出手段11により検出された前記回動状態検出信号12を振幅コントローラ13によりデジタル演算処理し、D/Aコンバータ及び増幅回路を介して走査振幅が所望の値となるようフィードバック制御された振幅制御電圧14、15を前記コンパレータ3の正の電源電圧、あるいは負の電源電圧、あるいは正負の両電源電圧に変調、入力する。これにより前記共振型光偏向素子の駆動信号18となる前記コンパレータ3の矩形波状の出力電圧信号は正負両バイアスを利用して形成できるため、走査角度に制限を与えることなく広角に動作できる共振型光偏向素子の駆動制御装置を提供できる。さらに、8ビットのD/Aコンバータを使用したときは正負の振幅をそれぞれ256階調の表現ができ、すなわち全体振幅で512階調の表現を可能とする高精度の駆動制御装置を提供することができ、D/Aコンバータの入力ビット数を増やすことなく、容易に高精度の駆動制御装置を提供することができる。   Further, according to the present embodiment, the rotation state detection signal 12 detected by the rotation state detection means 11 is digitally processed by the amplitude controller 13, and the scanning amplitude is desired via the D / A converter and the amplifier circuit. The amplitude control voltages 14 and 15 that are feedback-controlled so as to have a value of V are modulated and input to the positive power source voltage, the negative power source voltage, or both the positive and negative power source voltages of the comparator 3. As a result, the rectangular wave output voltage signal of the comparator 3 that becomes the drive signal 18 of the resonant optical deflection element can be formed by using both positive and negative biases, so that the resonant type can operate at a wide angle without limiting the scanning angle. A drive control device for the optical deflection element can be provided. Furthermore, when an 8-bit D / A converter is used, it is possible to provide a high-precision drive control device capable of expressing positive and negative amplitudes in 256 gradations, that is, capable of expressing 512 gradations in total amplitude. Therefore, it is possible to easily provide a highly accurate drive control device without increasing the number of input bits of the D / A converter.

さらに、本実施例によれば、前記コンパレータ3の正の電源電圧入力端子7に入力される正の電圧8と、負の電源電圧入力端子9に入力される負の電圧10とはそれぞれ独立に制御できるため、回動状態のオフセット制御も可能となり、走査振幅のオフセット値を変動させることなく走査振幅中心を安定に維持できる、高精度の駆動制御装置を提供できる。   Furthermore, according to this embodiment, the positive voltage 8 input to the positive power supply voltage input terminal 7 of the comparator 3 and the negative voltage 10 input to the negative power supply voltage input terminal 9 are independent of each other. Since it can be controlled, offset control in a rotating state is also possible, and a highly accurate drive control device that can stably maintain the center of the scanning amplitude without changing the offset value of the scanning amplitude can be provided.

具体的には、回動状態検出手段11により得られた回動状態のオフセットずれ情報にもとづき、たとえば正方向にオフセットずれ情報が検出された場合には、前記正の電圧8を低下制御させる、あるいは前記負の電圧10を負方向に上昇制御させる、あるいはそれらの制御を組み合わせるなど、前記正の電圧8をフィードバック制御する、あるいは前記負の電圧10をフィードバック制御する、あるいは前記正の電圧8と前記負の電圧10を共にフィードバック制御することにより実現できる。   Specifically, based on the offset deviation information of the rotation state obtained by the rotation state detection means 11, for example, when offset deviation information is detected in the positive direction, the positive voltage 8 is controlled to decrease. Alternatively, the negative voltage 10 is controlled to increase in the negative direction, or these controls are combined, and the positive voltage 8 is feedback-controlled, or the negative voltage 10 is feedback-controlled, or the positive voltage 8 and This can be realized by feedback control of the negative voltage 10 together.

以上説明したように、本実施例によれば、前記コンパレータ3の矩形波状の出力電圧信号は正負両バイアスを利用して形成できるため、走査角度に制限を与えることなく広角に動作できる共振型光偏向素子の駆動制御装置を提供でき、8ビットのD/Aコンバータを使用したときは正負の振幅を同時に256階調の表現ができ、8ビットのD/Aコンバータを使用したときの従来技術に較べて2倍の解像度を有する高精度の駆動制御装置を提供することができ、D/Aコンバータの入力ビット数を増やすことなく、容易に高精度の駆動制御装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, the rectangular wave output voltage signal of the comparator 3 can be formed by using both positive and negative biases. Therefore, the resonant light that can operate at a wide angle without limiting the scanning angle. A drive control device for a deflection element can be provided. When an 8-bit D / A converter is used, positive and negative amplitudes can be expressed in 256 gradations at the same time, and the conventional technique when an 8-bit D / A converter is used is used. A high-precision drive control device having twice the resolution can be provided, and a high-precision drive control device can be easily provided without increasing the number of input bits of the D / A converter.

図2は、実施例2である“共振型光偏向素子の駆動制御装置”の構成を示すブロック図である。実施例1と同様に、クロック信号発生手段2から出力されるクロック信号17をコンパレータ3の信号入力端子4に入力し、基準電圧発生手段5から出力される比較電圧信号を前記コンパレータ3の比較信号入力端子6に入力する。これにより、前記共振型光偏向素子の走査周波数は、クロック信号発生手段2を介して走査周波数が所望の値となるようフィードバック制御されたTTLレベルのデジタルパルス信号であるクロック信号17の周波数により制御でき、高価な高性能CPUや高性能マイクロコンピュータを必要としない安価で簡易なシステムを実現することができる。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a “resonance type optical deflection element drive control apparatus” according to the second embodiment. As in the first embodiment, the clock signal 17 output from the clock signal generating means 2 is input to the signal input terminal 4 of the comparator 3, and the comparison voltage signal output from the reference voltage generating means 5 is used as the comparison signal of the comparator 3. Input to the input terminal 6. Thereby, the scanning frequency of the resonant optical deflection element is controlled by the frequency of the clock signal 17 which is a TTL level digital pulse signal which is feedback controlled so that the scanning frequency becomes a desired value via the clock signal generating means 2. It is possible to realize an inexpensive and simple system that does not require an expensive high-performance CPU or high-performance microcomputer.

また、実施例1と同様、前記共振型光偏向素子の駆動信号18となる前記コンパレータ3の出力電圧の正の振幅は、前記コンパレータ3の正の電源電圧入力端子21に入力される正の電圧20により決定され、また、前記コンパレータ3の出力電圧の負の振幅は、前記コンパレータ3の負の電源電圧入力端子23に入力される負の電圧により決定されるが、本実施例によれば、回動状態検出手段11により検出された回動状態信号12を振幅コントローラ13により演算処理し、走査振幅が所望の値となるよう変調制御された第一の電圧20は、前記コンパレータ3の極性が一致する所望の第一の電源電圧入力端子21に入力される。そして、前記第一の電圧20は、同時に反転増幅回路22に入力され、前記反転増幅回路22から出力される逆極性の電圧は前記コンパレータ3の極性が一致する所望の第二の電源電圧入力端子23に入力されるよう構成している。たとえば、前記走査振幅が所望の値となるよう変調制御された第一の電圧20が正の電圧である場合は、前記第一の電圧20は前記コンパレータ3の正の電源電圧入力端子に入力され、同時に、前記第一の電圧20は反転増幅回路22を介して前記コンパレータ3の負の電源電圧入力端子23に入力されるよう構成する。   Further, as in the first embodiment, the positive amplitude of the output voltage of the comparator 3 that becomes the drive signal 18 of the resonant optical deflection element is a positive voltage input to the positive power supply voltage input terminal 21 of the comparator 3. 20 and the negative amplitude of the output voltage of the comparator 3 is determined by the negative voltage input to the negative power supply voltage input terminal 23 of the comparator 3. According to this embodiment, The first voltage 20 which is calculated and processed by the amplitude controller 13 so that the rotation state signal 12 detected by the rotation state detection means 11 is controlled to have a desired value, has the polarity of the comparator 3. The matching first power supply voltage input terminal 21 is input. The first voltage 20 is input to the inverting amplifier circuit 22 at the same time, and the reverse polarity voltage output from the inverting amplifier circuit 22 is a desired second power supply voltage input terminal that matches the polarity of the comparator 3. 23. For example, when the first voltage 20 that is modulated and controlled so that the scanning amplitude becomes a desired value is a positive voltage, the first voltage 20 is input to the positive power supply voltage input terminal of the comparator 3. At the same time, the first voltage 20 is configured to be input to the negative power supply voltage input terminal 23 of the comparator 3 through the inverting amplifier circuit 22.

以上説明したように、本実施例によれば、前記コンパレータ3の矩形波状の出力電圧信号は正負両バイアスを利用して形成できるため、走査角度に制限を与えることなく広角に動作できる共振型光偏向素子の駆動制御装置を提供でき、8ビットのD/Aコンバータを使用したときは正負の振幅を同時に256階調の表現ができ、8ビットのD/Aコンバータを使用したときの従来技術に較べて2倍の解像度を有する高精度の駆動制御装置を提供することができ、D/Aコンバータの入力ビット数を増やすことなく、容易に高精度の駆動制御装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, the rectangular wave output voltage signal of the comparator 3 can be formed by using both positive and negative biases. Therefore, the resonant light that can operate at a wide angle without limiting the scanning angle. A drive control device for a deflection element can be provided. When an 8-bit D / A converter is used, positive and negative amplitudes can be expressed in 256 gradations at the same time, and the conventional technique when an 8-bit D / A converter is used is used. A high-precision drive control device having twice the resolution can be provided, and a high-precision drive control device can be easily provided without increasing the number of input bits of the D / A converter.

また、本実施例によれば、実施例1の駆動制御装置1に較べて、D/Aコンバータを含む制御電圧発生手段を一つ省略できるため、より安価で簡易な共振型光偏向素子の駆動制御装置を提供できる。   Further, according to the present embodiment, compared with the drive control device 1 of the first embodiment, one control voltage generating means including a D / A converter can be omitted, so that it is possible to drive a cheaper and simpler resonant optical deflection element. A control device can be provided.

さらに、本実施例によれば、前記コンパレータ3の正負の電源電圧入力端子に入力される正負の電圧は同時に振幅変調制御できるため、走査振幅のオフセット値を変動させることなく安定維持することができる。前記反転増幅回路22の増幅率は通常1とすれば良いが、オフセット状態を調整したい場合は、前記反転増幅回路22の増幅率を調整することにより実現できる。   Furthermore, according to the present embodiment, since the positive and negative voltages input to the positive and negative power supply voltage input terminals of the comparator 3 can be simultaneously subjected to amplitude modulation control, they can be stably maintained without changing the offset value of the scanning amplitude. . The amplification factor of the inverting amplifier circuit 22 is normally set to 1. However, when the offset state is desired to be adjusted, it can be realized by adjusting the amplification factor of the inverting amplifier circuit 22.

図3は、実施例3である“共振型光偏向素子の駆動制御装置”の構成を示すブロック図である。本実施例においても、実施例1、実施例2と同様に、クロック信号発生手段2から出力されるクロック信号17をコンパレータ3の信号入力端子4に入力し、基準電圧発生手段5から出力される比較電圧信号を前記コンパレータ3の比較信号入力端子6に入力する。これにより、前記共振型光偏向素子の走査周波数は、クロック信号発生手段2を介して走査周波数が所望の値となるようフィードバック制御されたTTLレベルのデジタルパルス信号であるクロック信号17の周波数により制御でき、高価な高性能CPUや高性能マイクロコンピュータを必要としない安価で簡易なシステムを実現することができる。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a “resonance type optical deflection element drive control apparatus” according to the third embodiment. Also in the present embodiment, as in the first and second embodiments, the clock signal 17 output from the clock signal generating means 2 is input to the signal input terminal 4 of the comparator 3 and output from the reference voltage generating means 5. The comparison voltage signal is input to the comparison signal input terminal 6 of the comparator 3. Thereby, the scanning frequency of the resonant optical deflection element is controlled by the frequency of the clock signal 17 which is a TTL level digital pulse signal which is feedback controlled so that the scanning frequency becomes a desired value via the clock signal generating means 2. It is possible to realize an inexpensive and simple system that does not require an expensive high-performance CPU or high-performance microcomputer.

そして、本実施例においても実施例2と同様に反転増幅回路22を適用することにより、走査振幅のオフセット値を変動させることなく安定維持することができる安価で簡易なシステムを提供でき、また、前記コンパレータ3の矩形波状の出力電圧信号は正負両バイアスを利用して形成できるため、走査角度に制限を与えることなく広角に動作できる共振型光偏向素子の駆動制御装置を提供できる。   Also in this embodiment, by applying the inverting amplifier circuit 22 as in the second embodiment, it is possible to provide an inexpensive and simple system that can be stably maintained without changing the offset value of the scanning amplitude. Since the rectangular-wave output voltage signal of the comparator 3 can be formed by using both positive and negative biases, it is possible to provide a drive control device for a resonance type optical deflection element that can operate at a wide angle without limiting the scanning angle.

さらに、本実施例では、回動状態検出手段11により検出された回動状態信号12を振幅コントローラ13により演算処理し、D/Aコンバータ25を介して走査振幅が所望の値となるよう変調制御された第一の振幅制御電圧26と、振幅コントローラ13により所望の値に変調制御された第二の振幅制御電圧27とを第一の加算増幅回路28の入力端子に入力し、前記第一の加算増幅回路28から出力される制御された第三の電圧29を、実施例2における前記制御された第一の電圧20とするよう構成する。この構成により、振幅制御解像度を向上させることができる。   Further, in this embodiment, the rotation state signal 12 detected by the rotation state detection means 11 is processed by the amplitude controller 13 and modulated via the D / A converter 25 so that the scanning amplitude becomes a desired value. The first amplitude control voltage 26 and the second amplitude control voltage 27 modulated and controlled to a desired value by the amplitude controller 13 are input to the input terminal of the first summing amplifier circuit 28, and the first The controlled third voltage 29 output from the summing amplifier circuit 28 is configured to be the controlled first voltage 20 in the second embodiment. With this configuration, the amplitude control resolution can be improved.

具体的には、たとえば前記第一の振幅制御電圧26を+5Vの定電圧に設定し、8ビットのD/Aコンバータを介して走査振幅が所望の値となるよう変調制御された前記第二の振幅制御電圧27の出力範囲を0Vから+5Vとなるように設定し、前記第一の加算増幅回路28の増幅率を1倍に設定すると、前記制御された第三の電圧29の出力は+5Vから+10Vの範囲を256階調で表現できるようになり、実施例2による駆動制御装置19に較べてさらに2倍の解像度を得ることができ、D/Aコンバータの入力ビット数を増やすことなく、容易に高精度の駆動制御装置を提供することができる。このとき、前記第一の振幅制御電圧26を定電圧としているため前記振幅コントローラ13からの制御、及びD/Aコンバータは省略できることは言うまでもない。また、前記第一の振幅制御電圧26は定電圧に限られるものではなく、たとえば0Vから+5Vの範囲を変調制御できるよう構成したとき、前記制御された第三の電圧29の制御範囲を広くすることができる。   Specifically, for example, the first amplitude control voltage 26 is set to a constant voltage of +5 V, and the second amplitude is controlled so that the scanning amplitude becomes a desired value via an 8-bit D / A converter. When the output range of the amplitude control voltage 27 is set to be 0 V to +5 V and the amplification factor of the first addition amplifier circuit 28 is set to 1 time, the output of the controlled third voltage 29 is from +5 V. The range of +10 V can be expressed with 256 gradations, and double the resolution can be obtained as compared with the drive control device 19 according to the second embodiment, and it is easy without increasing the number of input bits of the D / A converter. In addition, a highly accurate drive control device can be provided. At this time, since the first amplitude control voltage 26 is a constant voltage, it goes without saying that the control from the amplitude controller 13 and the D / A converter can be omitted. The first amplitude control voltage 26 is not limited to a constant voltage. For example, when the modulation control can be performed in a range from 0 V to +5 V, the control range of the controlled third voltage 29 is widened. be able to.

以上説明したように、本実施例によれば、簡単な構成を追加するだけで、実施例2より高精度の共振型光偏向素子の駆動制御装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a drive control device for a resonant optical deflection element with higher accuracy than that of the second embodiment by adding a simple configuration.

図4は、実施例4である“共振型光偏向素子の駆動制御装置”の構成を示すブロック図である。本実施例により実施例3に較べてさらに高精度制御が実現できる。   FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a “resonance type optical deflection element drive control apparatus” according to a fourth embodiment. This embodiment can realize higher accuracy control than the third embodiment.

本実施例4による駆動制御装置30の構成は実施例3において説明した駆動制御装置24の構成とほぼ同様であるため詳細は省略するが、本実施例による駆動制御装置30では、実施例3による駆動制御装置24の構成と較べて、前記第一の振幅制御電圧26、及び前記第二の振幅制御電圧27とをそれぞれ第一の分圧回路31、及び第二の分圧回路32を介して前記第一の加算増幅回路28に入力している点が改良されている。   Since the configuration of the drive control device 30 according to the fourth embodiment is substantially the same as the configuration of the drive control device 24 described in the third embodiment, the details thereof will be omitted. However, the drive control device 30 according to the present embodiment has a configuration according to the third embodiment. Compared to the configuration of the drive control device 24, the first amplitude control voltage 26 and the second amplitude control voltage 27 are respectively transmitted through the first voltage dividing circuit 31 and the second voltage dividing circuit 32. The input to the first summing amplifier circuit 28 is improved.

この構成をとることにより、共振型光偏向素子の振幅制御精度を飛躍的に向上させることができる。   By adopting this configuration, it is possible to dramatically improve the amplitude control accuracy of the resonance type optical deflection element.

具体的には、たとえば、前記第一の振幅制御電圧26を+5Vの定電圧に設定し、8ビットのD/Aコンバータ25を介して前記第二の振幅制御電圧27を0Vから+5Vの範囲を256階調で変調制御できる電圧となるよう構成し、前記第一の分圧回路31の分圧比は1とし、前記第二の分圧回路32の分圧比は、0.1とすると、前記第一の加算増幅回路28から出力される制御された第三の電圧33は+5Vから+5.5Vの範囲を256階調表現できる電圧とすることができ、D/Aコンバータの入力ビット数を増やすことなく、容易に飛躍的に振幅駆動精度を向上できる。このとき、前記第一の振幅制御電圧26を定電圧としているため前記振幅コントローラ13からの制御、及びD/Aコンバータは省略できることは言うまでもない。分圧比の設定は0.1に限られるものではなくシステムの目的に応じて所望の値に設定されるものであり、たとえば分圧比の設定を0.05とするなどによりさらに駆動制御精度を向上させても良いし、あるいは、分圧比の設定を0.5とするなどにより駆動制御範囲を広範囲化させても良い。また、前記第一の振幅制御電圧26は定電圧に限られるものではなく、たとえば0Vから+5Vの範囲を変調制御できるよう構成したとき、前記制御された第三の電圧33の制御範囲を広くすることができるし、さらに、前記第一の分圧回路31の分圧比と前記第二の分圧回路32の分圧比を所望の値にそれぞれ設定することにより、前記第一の振幅制御電圧26を粗制御用に、前記第二の振幅制御電圧27を微制御用に使用するといった使用法も可能である。   Specifically, for example, the first amplitude control voltage 26 is set to a constant voltage of + 5V, and the second amplitude control voltage 27 is set within a range of 0V to + 5V via an 8-bit D / A converter 25. When the voltage is controlled so that it can be modulated with 256 gradations, the voltage dividing ratio of the first voltage dividing circuit 31 is 1, and the voltage dividing ratio of the second voltage dividing circuit 32 is 0.1. The controlled third voltage 33 output from one summing amplifier circuit 28 can be a voltage capable of expressing 256 gradations in the range from +5 V to +5.5 V, and increases the number of input bits of the D / A converter. Therefore, the amplitude drive accuracy can be easily and dramatically improved. At this time, since the first amplitude control voltage 26 is a constant voltage, it goes without saying that the control from the amplitude controller 13 and the D / A converter can be omitted. The setting of the voltage division ratio is not limited to 0.1, but is set to a desired value according to the purpose of the system. For example, the drive control accuracy is further improved by setting the voltage division ratio to 0.05. Alternatively, the drive control range may be expanded by setting the partial pressure ratio to 0.5. Further, the first amplitude control voltage 26 is not limited to a constant voltage. For example, when the modulation control can be performed in a range from 0 V to +5 V, the control range of the controlled third voltage 33 is widened. Furthermore, the first amplitude control voltage 26 can be set by setting the voltage dividing ratio of the first voltage dividing circuit 31 and the voltage dividing ratio of the second voltage dividing circuit 32 to desired values, respectively. It is possible to use the second amplitude control voltage 27 for fine control for coarse control.

以上説明したように、本実施例によれば、簡単な構成を追加するだけで、実施例3より高精度の共振型光偏向素子の駆動制御装置を提供することができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a drive control device for a resonant optical deflection element with higher accuracy than that of Embodiment 3 by adding a simple configuration.

図5は、実施例5である“共振光偏向素子の駆動制御装置”の構成を示すブロック図である。本実施例5は、実施例4により説明した、分圧回路を利用することにより電圧制御精度を飛躍的に向上した構成を、コンパレータの正、負それぞれの電源電圧入力端子への電源供給の構成としており、さらに、実施例2、実施例3、実施例4では使用していた反転増幅回路22を省略し、前記コンパレータの正負の電源電圧は独立に制御できるよう構成している。   FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a “resonant light deflection element drive control apparatus” according to the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the configuration in which the voltage control accuracy is dramatically improved by using the voltage dividing circuit described in the fourth embodiment is different from the configuration in which power is supplied to the positive and negative power supply voltage input terminals of the comparator. Further, the inverting amplifier circuit 22 used in the second, third, and fourth embodiments is omitted, and the positive and negative power supply voltages of the comparators can be controlled independently.

本実施例においても、実施例1ないし実施例4と同様に、クロック信号発生手段2から出力されるクロック信号17をコンパレータ3の信号入力端子4に入力し、基準電圧発生手段5から出力される比較電圧信号を前記コンパレータ3の比較信号入力端子6に入力する。これにより、前記共振型光偏向素子の走査周波数は、クロック信号発生手段2を介して走査周波数が所望の値となるようフィードバック制御されたTTLレベルのデジタルパルス信号であるクロック信号17の周波数により制御でき、高価な高性能CPUや高性能マイクロコンピュータを必要としない安価で簡易なシステムを実現することができる。   Also in this embodiment, as in the first to fourth embodiments, the clock signal 17 output from the clock signal generating means 2 is input to the signal input terminal 4 of the comparator 3 and output from the reference voltage generating means 5. The comparison voltage signal is input to the comparison signal input terminal 6 of the comparator 3. Thereby, the scanning frequency of the resonant optical deflection element is controlled by the frequency of the clock signal 17 which is a TTL level digital pulse signal which is feedback controlled so that the scanning frequency becomes a desired value via the clock signal generating means 2. It is possible to realize an inexpensive and simple system that does not require an expensive high-performance CPU or high-performance microcomputer.

そして、本実施例においても前記コンパレータ3の矩形波状の出力電圧信号は正負両バイアスを利用して形成できるため、走査角度に制限を与えることなく広角に動作できる共振型光偏向素子の駆動制御装置を提供できる。   Also in the present embodiment, the rectangular wave output voltage signal of the comparator 3 can be formed by using both positive and negative biases, so that the drive control device for the resonance type optical deflection element capable of operating at a wide angle without limiting the scanning angle. Can provide.

さらに本実施例によれば、第三ないし第六の分圧回路35、36、37、38、それぞれの分圧比を適正に設定することにより、D/Aコンバータの入力ビット数を増やすことなく、容易に高解像度の振幅制御を実現したうえで、回動状態のオフセット制御も高解像度で実現可能となり、走査振幅のオフセット値を変動させることなく走査振幅中心を安定に維持できる、高精度の駆動制御装置を提供できる。   Further, according to the present embodiment, the third to sixth voltage dividing circuits 35, 36, 37, and 38 are appropriately set without dividing the D / A converter without increasing the number of input bits. High-accuracy drive that easily realizes high-resolution amplitude control and also enables rotational offset control with high resolution, and can stably maintain the center of scanning amplitude without changing the offset value of scanning amplitude. A control device can be provided.

以上、説明したように、本実施例によれば、高価な高性能CPUや高性能マイクロコンピュータを適用することなく、また、D/Aコンバータの入力ビット数を増やすことなく、回動状態を高精度に制御できる共振型光偏向素子の駆動制御装置を安価に提供できる。   As described above, according to the present embodiment, the rotational state can be increased without applying an expensive high-performance CPU or high-performance microcomputer, and without increasing the number of input bits of the D / A converter. A drive control device for a resonant optical deflection element that can be controlled with high accuracy can be provided at low cost.

また、走査角度に制限を与えることなく広角に動作でき、回動状態を高精度に制御できる共振型光偏向素子の駆動制御装置を提供できる。さらに、走査振幅中心を安定に維持し、走査振幅のオフセット値を変動させることなく、共振型光偏向素子の回動状態を高精度に制御できる共振型光偏向素子の駆動制御装置を提供できる。   In addition, it is possible to provide a drive control device for a resonant optical deflection element that can operate at a wide angle without limiting the scanning angle and can control the rotation state with high accuracy. Furthermore, it is possible to provide a drive control device for a resonant optical deflection element that can maintain the scanning amplitude center stably and can control the rotational state of the resonant optical deflection element with high accuracy without changing the offset value of the scanning amplitude.

実施例1の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of the first embodiment 実施例2の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of Example 2. 実施例3の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of Example 3. 実施例4の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of Example 4. 実施例5の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of the fifth embodiment 電磁駆動光偏向素子の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of an electromagnetic drive light deflection | deviation element 電磁駆動光偏向素子の動作説明図Operation explanatory diagram of electromagnetically driven light deflection element 電磁駆動光偏向素子の動作説明図Operation explanatory diagram of electromagnetically driven light deflection element 電磁駆動光偏向素子の駆動特性を示す図The figure which shows the drive characteristic of an electromagnetic drive light deflection element 従来技術の問題点を説明する図Diagram explaining the problems of the prior art 従来技術の問題点を説明する図Diagram explaining the problems of the prior art

符号の説明Explanation of symbols

1 実施例1である駆動制御装置
2 クロック信号発生手段
3 コンパレータ
4 コンパレータの信号入力端子
5 基準電圧発生手段
6 コンパレータの比較信号入力端子
7 コンパレータの正の電源電圧入力端子
9 コンパレータの負の電源電圧入力端子
11 回動状態検出手段
13 振幅コントローラ
16 周波数コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive control apparatus 2 which is Example 1 Clock signal generation means 3 Comparator 4 Comparator signal input terminal 5 Reference voltage generation means 6 Comparator comparison signal input terminal 7 Comparator positive power supply voltage input terminal 9 Comparator negative power supply voltage Input terminal 11 Rotation state detection means 13 Amplitude controller 16 Frequency controller

Claims (7)

共振型光偏向素子の回動状態を示す回動状態信号を入力する回動状態信号入力端と、
前記共振型光偏向素子に駆動信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータの一方の入力端子に基準電圧を供給する基準電圧発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて前記共振型光偏向素子の共振周波数を制御する周波数制御信号を生成する周波数コントローラと、
前記周波数コントローラが生成する周波数制御信号により周波数が制御されるクロック信号を発生し、前記コンパレータの他方の入力端子に供給するクロック信号発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて振幅が制御されるデジタル信号を生成する第一の振幅コントローラと、
前記第一の振幅コントローラの生成するデジタル信号を第一のD/Aコンバータを介して前記コンパレータの一方の電源電圧入力端子に供給し、前記第一の振幅コントローラの生成するデジタル信号を第二のD/Aコンバータを介して前記コンパレータの他方の電源電圧入力端子に供給する第一の電源電圧供給手段と、
を備えたことを特徴とする共振型光偏向素子の駆動制御装置。
A rotation state signal input terminal for inputting a rotation state signal indicating the rotation state of the resonant light deflection element;
A comparator that outputs a drive signal to the resonant optical deflection element;
A reference voltage generating means for supplying a reference voltage to one input terminal of the comparator;
A frequency controller that generates a frequency control signal for controlling a resonance frequency of the resonant optical deflection element based on a rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A clock signal generating means for generating a clock signal whose frequency is controlled by a frequency control signal generated by the frequency controller, and supplying the clock signal to the other input terminal of the comparator;
A first amplitude controller that generates a digital signal whose amplitude is controlled based on a rotation state signal input to the rotation state signal input end;
The digital signal generated by the first amplitude controller is supplied to one power supply voltage input terminal of the comparator via the first D / A converter, and the digital signal generated by the first amplitude controller is supplied to the second First power supply voltage supply means for supplying to the other power supply voltage input terminal of the comparator via a D / A converter;
A drive control apparatus for a resonant optical deflection element, comprising:
共振型光偏向素子の回動状態を示す回動状態信号を入力する回動状態信号入力端と、
前記共振型光偏向素子に駆動信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータの一方の入力端子に基準電圧を供給する基準電圧発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて周波数を制御する周波数制御信号を生成する周波数コントローラと、
前記周波数コントローラが生成する周波数制御信号により周波数が制御されるクロック信号を発生し、前記コンパレータの他方の入力端子に供給するクロック信号発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて振幅が制御されるデジタル信号を生成する第一の振幅コントローラと、
前記第一の振幅コントローラの生成するデジタル信号を第三のD/Aコンバータを介して前記コンパレータの一方の電源電圧入力端子に供給し、前記第一の振幅コントローラの生成するデジタル信号を前記第三のD/Aコンバータと反転増幅回路を介して前記コンパレータの他方の電源電圧入力端子に供給する第二の電源電圧供給手段と、
を備えたことを特徴とする共振型光偏向素子の駆動制御装置。
A rotation state signal input terminal for inputting a rotation state signal indicating the rotation state of the resonant light deflection element;
A comparator that outputs a drive signal to the resonant optical deflection element;
A reference voltage generating means for supplying a reference voltage to one input terminal of the comparator;
A frequency controller that generates a frequency control signal for controlling the frequency based on the rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A clock signal generating means for generating a clock signal whose frequency is controlled by a frequency control signal generated by the frequency controller, and supplying the clock signal to the other input terminal of the comparator;
A first amplitude controller that generates a digital signal whose amplitude is controlled based on a rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A digital signal generated by the first amplitude controller is supplied to one power supply voltage input terminal of the comparator via a third D / A converter, and the digital signal generated by the first amplitude controller is supplied to the third signal. Second power supply voltage supply means for supplying the other power supply voltage input terminal of the comparator via the D / A converter and the inverting amplifier circuit;
A drive control apparatus for a resonant optical deflection element, comprising:
共振型光偏向素子の回動状態を示す回動状態信号を入力する回動状態信号入力端と、
前記共振型光偏向素子に駆動信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータの一方の入力端子に基準電圧を供給する基準電圧発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて周波数を制御する周波数制御信号を生成する周波数コントローラと、
前記周波数コントローラが生成する周波数制御信号により周波数が制御されるクロック信号を発生し、前記コンパレータの他方の入力端子に供給するクロック信号発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて振幅が制御されるデジタル信号を生成する第一の振幅コントローラと、
所定のアナログ値と、前記第一の振幅コントローラの生成するデジタル信号を第四のD/Aコンバータで変換したアナログ値とを加算する第一の加算回路と、
前記第一の加算回路の出力を前記コンパレータの一方の電源電圧入力端子に供給し、前記第一の加算回路の出力を反転増幅回路を介して前記コンパレータの他方の電源電圧入力端子に供給する第三の電源電圧供給手段と、
を備えたことを特徴とする共振型光偏向素子の駆動制御装置。
A rotation state signal input terminal for inputting a rotation state signal indicating the rotation state of the resonant light deflection element;
A comparator that outputs a drive signal to the resonant optical deflection element;
A reference voltage generating means for supplying a reference voltage to one input terminal of the comparator;
A frequency controller that generates a frequency control signal for controlling the frequency based on the rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A clock signal generating means for generating a clock signal whose frequency is controlled by a frequency control signal generated by the frequency controller, and supplying the clock signal to the other input terminal of the comparator;
A first amplitude controller that generates a digital signal whose amplitude is controlled based on a rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A first addition circuit that adds a predetermined analog value and an analog value obtained by converting the digital signal generated by the first amplitude controller by a fourth D / A converter;
The output of the first adder circuit is supplied to one power supply voltage input terminal of the comparator, and the output of the first adder circuit is supplied to the other power supply voltage input terminal of the comparator via an inverting amplifier circuit. Three power supply voltage supply means;
A drive control apparatus for a resonant optical deflection element, comprising:
請求項3に記載の共振型光偏向素子の駆動制御装置において、
前記所定のアナログ値は、変更可能な値であることを特徴とする共振型光偏向素子の駆動制御装置。
In the drive control apparatus of the resonance type optical deflection element according to claim 3,
The drive control apparatus for a resonance type optical deflection element, wherein the predetermined analog value is a changeable value.
請求項3または4に記載の共振型光偏向素子の駆動制御装置において、
前記所定のアナログ値を第一の分圧回路を介して前記第一の加算回路に供給し、前記第四のD/Aコンバータで変換したアナログ値を第二の分圧回路を介して前記第一の加算回路に供給することを特徴とする共振型光偏向素子の駆動制御装置。
In the drive control apparatus of the resonance type optical deflection element according to claim 3 or 4,
The predetermined analog value is supplied to the first adding circuit through a first voltage dividing circuit, and the analog value converted by the fourth D / A converter is supplied to the first adding circuit through a second voltage dividing circuit. A drive control apparatus for a resonance type optical deflection element, characterized in that the drive circuit is supplied to one adding circuit.
請求項5に記載の共振型光偏向素子の駆動制御装置において、
前記第一の分圧回路の分圧比と前記第二の分圧回路の分圧比を、所要の値にそれぞれ設定することにより、前記所定のアナログ値を粗制御用に、前記第四のD/Aコンバータで変換したアナログ値を微制御用に使用することを特徴とする共振型光偏向素子の駆動制御装置。
In the drive control apparatus of the resonance type optical deflection element according to claim 5,
By setting the voltage dividing ratio of the first voltage dividing circuit and the voltage dividing ratio of the second voltage dividing circuit to respective required values, the predetermined analog value is used for coarse control, and the fourth D / D An analog value converted by the A converter is used for fine control.
共振型光偏向素子の回動状態を示す回動状態信号を入力する回動状態信号入力端と、
前記共振型光偏向素子に駆動信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータの一方の入力端子に基準電圧を供給する基準電圧発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて周波数を制御する周波数制御信号を生成する周波数コントローラと、
前記周波数コントローラが生成する周波数制御信号により周波数が制御されるクロック信号を発生し、前記コンパレータの他方の入力端子に供給するクロック信号発生手段と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて振幅が制御されるデジタル信号を生成する第二の振幅コントローラと、
所定のアナログ値を分圧する第三の分圧回路と、
前記第二の振幅コントローラの生成するデジタル信号を第五のD/Aコンバータで変換したアナログ値を分圧する第四の分圧回路と、
前記第三の分圧回路の出力と前記第四の分圧回路の出力を加算する第二の加算回路と、
前記回動状態信号入力端に入力する回動状態信号にもとづいて振幅が制御されるデジタル信号を生成する第三の振幅コントローラと、
所定のアナログ値を分圧する第五の分圧回路と、
前記第三の振幅コントローラの生成するデジタル信号を第六のD/Aコンバータで変換したアナログ値を分圧する第六の分圧回路と、
前記第五の分圧回路の出力と前記第六の分圧回路の出力を加算する第三の加算回路と、
前記第二の加算回路の出力を前記コンパレータの一方の電源電圧入力端子に供給し、前記第三の加算回路の出力を前記コンパレータの他方の電源電圧入力端子に供給する第四の電源電圧供給手段と、
を備えたことを特徴とする共振型光偏向素子の駆動制御装置。
A rotation state signal input terminal for inputting a rotation state signal indicating the rotation state of the resonant light deflection element;
A comparator that outputs a drive signal to the resonant optical deflection element;
A reference voltage generating means for supplying a reference voltage to one input terminal of the comparator;
A frequency controller that generates a frequency control signal for controlling the frequency based on the rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A clock signal generating means for generating a clock signal whose frequency is controlled by a frequency control signal generated by the frequency controller, and supplying the clock signal to the other input terminal of the comparator;
A second amplitude controller that generates a digital signal whose amplitude is controlled based on the rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A third voltage dividing circuit for dividing a predetermined analog value;
A fourth voltage dividing circuit for dividing an analog value obtained by converting the digital signal generated by the second amplitude controller by a fifth D / A converter;
A second adding circuit for adding the output of the third voltage dividing circuit and the output of the fourth voltage dividing circuit;
A third amplitude controller for generating a digital signal whose amplitude is controlled based on the rotation state signal input to the rotation state signal input end;
A fifth voltage dividing circuit for dividing a predetermined analog value;
A sixth voltage dividing circuit for dividing an analog value obtained by converting the digital signal generated by the third amplitude controller by a sixth D / A converter;
A third adding circuit for adding the output of the fifth voltage dividing circuit and the output of the sixth voltage dividing circuit;
Fourth power supply means for supplying the output of the second adder circuit to one power supply voltage input terminal of the comparator and supplying the output of the third adder circuit to the other power supply voltage input terminal of the comparator When,
A drive control apparatus for a resonant optical deflection element, comprising:
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