JPH08146334A - 光学系の圧電素子による振動制御機構 - Google Patents

光学系の圧電素子による振動制御機構

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JPH08146334A
JPH08146334A JP6284694A JP28469494A JPH08146334A JP H08146334 A JPH08146334 A JP H08146334A JP 6284694 A JP6284694 A JP 6284694A JP 28469494 A JP28469494 A JP 28469494A JP H08146334 A JPH08146334 A JP H08146334A
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JP
Japan
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scanning mirror
control mechanism
piezoelectric element
vibration control
vibration
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JP6284694A
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English (en)
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Nobuyuki Kizaki
信行 木▲崎▼
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NEC Engineering Ltd
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NEC Engineering Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 走査ミラーを備えた振動系において,温度環
境等に左右されず,振動機構系を安定且つ正確に動作さ
せることができる圧電素子による振動制御機構を提供す
る。 【構成】 走査ミラー振動制御機構は,筐体3に取付ら
れた走査ミラー1及び前記走査ミラー1の両端を保持す
るねじりバネ2を備えた振動系を備えている。また,前
記ねじりバネ2の張力を可変させることで前記振動系の
周期を可変する圧電素子7を備えた周期可変手段とを備
えている。また,振動制御機構は,この走査ミラー振動
制御構と,前記走査ミラー1に取り付けられたエンコー
ダ11と,前記エンコーダ11からのデジタル信号を波
形整形部23とD/A変換器24とを介してアナログの
信号に変換し,このアナログ信号と,予め定められた基
準となる基準信号との位相を比較する位相比較器25と
を備えている。この圧電素子7を制御することで,前記
振動系の周期を安定化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,人工衛生やロケットの
光学系センサーなどの走査ミラー振動機構系とそれを用
いた光学系の圧電素子による振動制御機構に関する。
【0002】
【従来の技術】従来,この種の振動機構系は,バランス
ウエイトと振動機構系をなすねじりバネとを備え,この
ねじりバネの張力を精密に調整することで,振動系の周
期を安定化していた。
【0003】ところで,特開昭56−102197号公
報(以下,従来例1と呼ぶ)には,振動子に設けた圧電
素子の振動に伴う歪みによる出力電圧を,発光ダイオー
ドで光エネルギー変換して,光ファイバーで伝達するこ
とによって,耐久性と信頼性の向上を図ることが示され
ている。
【0004】また,特開平1−219607号公報(以
下,従来例2と呼ぶ)には,加工中の振動による変位を
多分割フォトダイオードの位置変化として検出し,この
変位出力を加工機にフィードバックすることにより,加
工中に粗さを実時間で測定可能とする構成が開示されて
いる。
【0005】さらに,特開平2−113143号公報
(以下,従来例3と呼ぶ)には,テーブルの振動による
変位をレーザ光を利用して測定し,自動的に変位を打ち
消す方向に加振することにより,テーブルを外的加振力
に対して定常的に安定に保つことができるようにするこ
とが示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の走査ミ
ラー振動機構系は,熟練者による精密な調整作業が要求
され,経年の変化や温度変化が筐体やねじりバネの長さ
を変化させるため振動周期が狂うという欠点を持ってい
た。また,この種の振動機構系は,他の筐体に内蔵され
る場合が多く組み込み後の調整が不可能であった。
【0007】また,上述した従来例1〜3において,振
動制御系に,圧電素子を用いたものが見られるが,走査
ミラー振動機構系において,使用されていなかった。
【0008】そこで,本発明の技術的課題は,走査ミラ
ーを備えた振動系において,温度環境等に左右されず,
振動機構系を安定且つ正確に動作させることができる走
査ミラーの振動制御機構とそれを用いた光学系の圧電素
子による振動制御機構を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば,筐体に
取付られた走査ミラー及び前記走査ミラーの両端を保持
するねじりバネを備えた振動系と,前記ねじりバネの張
力を可変させることで前記振動系の周期を可変する圧電
素子を備えた周期可変手段とを備えていることを特徴と
する走査ミラー振動制御機構が得られる。
【0010】また,本発明によれば,前記走査ミラー振
動制御機構において,前記ねじりバネに回転力を付与す
る回転力付与手段を備え,前記回転力付与手段は,前記
ねじりバネ設けられた永久磁石と,前記永久磁石の周囲
に設けられた電磁石とを備えていることを特徴とする走
査ミラー振動制御機構が得られる。
【0011】また,本発明によれば,前記したいずれか
の走査ミラー振動制御機構と,前記走査ミラーに取り付
けられたエンコーダと,前記エンコーダからのデジタル
信号をアナログの信号に変換するD/A変換手段と,予
め定められた基準となる基準信号によって前記回転力付
与手段を駆動する第1の駆動手段と,前記アナログ信号
と,前記基準信号との位相を比較する位相比較手段と,
前記位相比較手段の比較結果に応じて前記圧電素子を駆
動する第2の駆動手段とを備え,前記第2の駆動手段
は,前記圧電素子を制御することで,前記振動系の周期
を安定化することを特徴とする光学系の圧電素子による
振動制御機構が得られる。
【0012】ここで,本発明においては,前記アナログ
信号は,正弦波信号であることが好ましい。
【0013】
【作用】本発明では,経年変化や温度変化によるねじり
バネの張力の微少変化を補正するため,圧電素子をねじ
りバネの接地側に設け,圧電素子を制御電圧によりねじ
りバネの軸方向に変化させることにより,ねじりバネの
接地側の位置を微少に移動させ,ねじりバネの張力を変
化させる。制御電圧は,振動系の状態を監視し,位相比
較を行う制御ループを構成することで得られ,振動系の
安定化がはかれる。
【0014】
【実施例】以下,本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。
【0015】図1は本発明の実施例に係る光学系の圧電
素子による振動制御機構を示す概略図である。図2は図
1の制御回路の具体的構成を示すブロック図である。ま
た,図3は図1及び図2の振動制御機構の振動制御動作
の説明に供せられる図である。図1の例においては,走
査ミラーの振動機構系10は,走査ミラー1の慣性モー
メントと,走査ミラー1の両端に付けられたねじりバネ
2と,筐体3と,ねじりバネ2に設けられたこのねじり
バネ2励振用の二対の永久磁石4,4と,永久磁石4,
4を介して対向するように配置され,前記永久磁石4,
4とともにねじりバネ2を励振させる電磁石5と,ねじ
りバネ2の接地側の止めネジの座をなすとともに圧電素
子7を押さえるための座金6と,座金6及び筐体3間に
挟まれた圧電素子7とを備えている。二対の永久磁石
4,4と電磁石5は振動機構系10に回転力を与える回
転力付与手段を構成する。また,圧電素子7は,電荷を
与えられるとこの圧電素子7の厚みが変化し,ねじりバ
ネ2の張力を変化させ,振動機構系10の固有振動数を
制御する周期可変手段を構成する。
【0016】また,制御ループは,走査ミラー1の端部
に取り付けられたエンコーダ11と,このエンコーダ1
1のピックアップであるセンサー12と,制御回路20
とを有している。センサー12は,発光ダイオードとフ
ォトセンサーにより構成され,エンコーダ11の動作を
検出することによって走査ミラー1の振動数と変位を検
知する。尚,図1において,粗調整用ナット8は,初期
のねじりバネの張力を調整用である。
【0017】図2に示すように,制御回路20は,基準
信号を発生する第1の発振回路21と,回転力付与手段
を駆動する第1の駆動手段をなすドライバ22と,波形
整形部23と,周波数電圧変換器24と,センサー12
からのアナログ信号と基準信号発生器21からの基準信
号との位相を比較する位相比較手段をなす位相比較器2
5と,スイッチ26と,第2の発振回路27と,アップ
ダウンカウンタ28と,デジタル−アナルグ信号変換器
(D/A変換器)29と,圧電素子7を駆動する第2の
駆動手段をなす第2のドライバ30とを備えている。
【0018】第1のドライバ22は,励振用のコイルを
有し,第1の発振回路21からの正弦波信号からなる基
準信号によって励振用の電磁石5を駆動する。波形整形
部23は,エンコーダ11のセンサー12からのデジタ
ル信号波の波型成形を行う。周波数電圧変換器24は波
形整形部23からの信号をアナログの正弦波信号に変換
する。位相比較器25は,基準信号と周波数電圧変換器
24からの信号との位相を比較し,その結果をアップダ
ウンカウンタ28に加える。また,アップダウンカウン
タ28は,第2の発振回路27からのデジタル信号をカ
ウントする。また,位相比較器25からの信号が正の場
合アップカウントし,負の場合ダウンカウントする。ス
イッチ26は,位相の遅れ又は進みが0の場合にOFF
となり,また,位相の遅れ又は進みが0以外の場合にO
Nとなり,第2の発信回路27からのデジタル信号をア
ップダウンカウンタ28に伝える。第2のドライバ30
は,位相比較器25からの出力により,圧電素子7の駆
動信号を出力する。
【0019】このような構成の制御回路20において,
筐体側のセンサー12により発生する信号は,波形整形
部23により,波形成形後,周波数電圧変換器24によ
り周波数−電圧変換されてアナログ信号化された正弦波
信号となり,この正弦波信号は,位相比較器25により
基準信号との位相比較を行い,必要な制御量を示す結果
をアナログの電圧として一対の圧電素子7に出力する。
【0020】次に図3を参照して,本発明の実施例に係
る振動制御機構の振動制御動作について説明する。図3
(a)はセンサー12からデジタル信号を示している。
図3(b)はセンサー12からデジタル信号が周波数/
電圧変換されたときの波形を示している。また,図3
(c)は,第1の発振回路21の基準信号を示してい
る。
【0021】センサ12からの信号は,波形整形部23
により,波形成形後,周波数電圧変換器24により周波
数−電圧変換されてアナログ信号化された正弦波信号と
なる。
【0022】ここで,この正弦波信号は,位相比較器2
5により基準信号との位相比較を行い,図3(b)及び
図3(c)に示されるように,基準信号に対する位相か
遅れている場合には,負の電圧を出力する。この負の電
圧は,アップダウンカウンタ28をダウンカウントさせ
る。このダウンカウント値に基づいて,第2のドライバ
30は,圧電素子7の厚みを増す方向,即ち,正の電圧
を出力する。圧電素子7が厚みを増すと,ねじりバネ2
の張力が増し,ミラー1の振動数が増加する。
【0023】一方,上記した場合と逆に,位相比較器2
5が,センサー12から生成された正弦波信号が基準信
号よりの位相が進んでいる場合においては,正の電圧を
出力し,アップダウンカウンタ28をアップカウントさ
せる。このダウンカウント値に基づいて,第2のドライ
バ30は,圧電素子7の厚みを減らす方向,即ち,負の
電圧を出力する。
【0024】尚,位相比較器25が,センサー12から
生成された正弦波信号と基準信号との位相差が無い
(0)の場合においては,スイッチ26をOFFさせる
ので,第2のドライバ30から圧電素子7に出力される
電圧は変化しないので,ねじりバネ2の張力は,変化し
ないので,振動を一定に保つことができる。
【0025】
【発明の効果】上述したように,本発明の振動機構系で
は温度環境などに左右されず振動機構系を安定且つ正確
に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る振動制御機構の概略構成
図である。
【図2】図1の制御回路の具体的構成を示すブロック図
である。
【図3】本発明の実施例に係る振動制御機構の振動制御
動作の説明に供せられる図であり,(a)はセンサー1
2からデジタル信号を,(b)はセンサー12からデジ
タル信号が周波数/電圧変換されたときの波形を,
(c)は,第1の発振回路21の基準信号を夫々示して
いる。
【符号の説明】
1 走査ミラー 2 ねじりバネ 3 筐体 4 電磁石 5 永久磁石 6 座金 7 圧電素子 8 調整用ナット 11 デスクエンコーダ 12 センサー 20 制御回路 21 第1の発振回路 22 第1のドライバ 23 波形整形部 24 周波数−電圧変換器 25 位相比較器 27 第2の発振回路 28 アップダウンカウンタ 29 デジタル−アナログ信号変換器(D/A変換
器) 30 第2のドライバ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筐体に取付られた走査ミラー及び前記走
    査ミラーの両端を保持するねじりバネを備えた振動系
    と,前記ねじりバネの張力を可変させることで前記振動
    系の周期を可変する圧電素子を備えた周期可変手段とを
    備えていることを特徴とする走査ミラー振動制御機構。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の走査ミラー振動制御機構
    において,前記ねじりバネに回転力を付与する回転力付
    与手段を備え,前記回転力付与手段は,前記ねじりバネ
    設けられた永久磁石と,前記永久磁石の周囲に設けられ
    た電磁石とを備えていることを特徴とする走査ミラー振
    動制御機構。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の走査ミラー振動制
    御機構と,前記走査ミラーに取り付けられたエンコーダ
    と,前記エンコーダからのデジタル信号をアナログの信
    号に変換するD/A変換手段と,予め定められた基準と
    なる基準信号によって前記回転力付与手段を駆動する第
    1の駆動手段と,前記アナログ信号と,前記基準信号と
    の位相を比較する位相比較手段と,前記位相比較手段の
    比較結果に応じて前記圧電素子を駆動する第2の駆動手
    段とを備え,前記第2の駆動手段は,前記圧電素子を制
    御することで,前記振動系の周期を安定化することを特
    徴とする光学系の圧電素子による振動制御機構。
JP6284694A 1994-11-18 1994-11-18 光学系の圧電素子による振動制御機構 Withdrawn JPH08146334A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005141229A (ja) * 2003-11-06 2005-06-02 Samsung Electronics Co Ltd 周波数変調可能な共振型スキャナー
WO2005059624A1 (ja) * 2003-12-17 2005-06-30 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha 光スキャナおよびそれを備えた画像形成装置
US7619798B2 (en) 2005-12-27 2009-11-17 Konica Minolta Holdings, Inc. Optical deflector and light beam scanning apparatus having a control mechanism utilizing electromechanical transducers for adjusting resonant frequency for stable scanning
CN101950080A (zh) * 2007-06-05 2011-01-19 精工爱普生株式会社 执行机构、光扫描器及图像形成装置

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Effective date: 20020205