電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置
【課題】可動部の揺動によって、その駆動コイルに発生する逆起電力電圧波形を用いて検出する同期タイミングの検出精度を向上する。
【解決手段】２軸回りに一方は低速で他方は高速で揺動可能に軸支した可動部の高速側駆動コイル１４に発生する逆起電力を検出し、該検出された逆起電力信号ｆａの電圧波形のゼロクロス位置を同期タイミングとして検出する同期信号検出装置２であって、前記検出された逆起電力信号ｆａに重畳した駆動パルスＰｙ波形を、該駆動パルスＰｙ波形に同期した逆位相のキャンセルパルスＰｃで除去する波形処理回路２０と、該波形処理回路２０から出力する逆起電力信号ｆｃから高速側のゼロクロス位置を検出する高速側逆起電力信号ｆｙと、低速側のゼロクロス位置を検出する低速側逆起電力信号ｆｘとを分離する逆起電力信号分離回路２１と、を備えたものである。
【解決手段】２軸回りに一方は低速で他方は高速で揺動可能に軸支した可動部の高速側駆動コイル１４に発生する逆起電力を検出し、該検出された逆起電力信号ｆａの電圧波形のゼロクロス位置を同期タイミングとして検出する同期信号検出装置２であって、前記検出された逆起電力信号ｆａに重畳した駆動パルスＰｙ波形を、該駆動パルスＰｙ波形に同期した逆位相のキャンセルパルスＰｃで除去する波形処理回路２０と、該波形処理回路２０から出力する逆起電力信号ｆｃから高速側のゼロクロス位置を検出する高速側逆起電力信号ｆｙと、低速側のゼロクロス位置を検出する低速側逆起電力信号ｆｘとを分離する逆起電力信号分離回路２１と、を備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁力により揺動する可動部に形成した駆動コイルに発生する逆起電力を検出して、該逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置を同期タイミングとして検出する同期タイミング検出装置に関し、特に、同期タイミングの検出精度を向上しようとする電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電磁アクチュエータに用いられる同期タイミング検出装置は、可動部の揺動状態において該可動部に形成した駆動コイルに発生する逆起電力を検出し、該逆起電力信号に重畳された駆動パルス波形を予め設定したスレッショルドレベルで切り取って除去し、除去した部分を直線又は曲線近似して上記逆起電力信号の電圧波形を補正し、該補正された電圧波形を用いてそのゼロクロス位置を検出するようになっていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−７８１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような従来の同期タイミング検出装置においては、逆起電力信号に重畳された駆動パルス波形を所定のスレッショルドレベルで切り取って除去していたため、当該除去した部分の波形情報が失われてしまっていた。したがって、逆起電力信号の電圧波形において駆動パルス波形を除去した部分が例えばゼロクロスにかかるときには、ゼロクロス位置を正確に検出できないおそれがあった。
【０００４】
また、逆起電力信号が温度ドリフト等により変動するので、逆起電力信号の電圧波形に対する駆動パルス波形の重畳位置が変動する。したがって、逆起電力信号の電圧波形に対する駆動パルス波形の重畳位置によって駆動パルス波形の除去された部分を補間するパターンが異なり、補間処理が複雑となるおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、同期タイミングの検出精度を向上しようとする電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このために、請求項１の発明は、揺動可能に軸支した可動部と、該可動部の周縁部に形成した駆動コイルと、該駆動コイルに磁界を作用させる磁界発生手段とを備えた電磁アクチュエータの前記可動部の揺動によって、前記駆動コイルに発生する逆起電力を検出し、該検出された逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置を同期タイミングとして検出する同期タイミング検出装置であって、前記検出された逆起電力信号に重畳した駆動パルス波形を該駆動パルス波形に同期した逆位相のキャンセルパルスで除去する波形処理回路と、 前記駆動パルスが除去された逆起電力信号を用いてその電圧波形のゼロクロス位置を検出するゼロクロス検出回路と、を備える構成とした。
【０００７】
このような構成により、揺動可能に軸支した可動部の揺動によって該可動部の周縁部に形成した駆動コイルに発生する逆起電力を検出し、波形処理回路で逆起電力信号に重畳した駆動パルス波形を該駆動パルス波形に同期した逆位相のキャンセルパルスで除去し、ゼロクロス検出回路で駆動パルス波形が除去された逆起電力信号を用いてその電圧波形のゼロクロス位置を同期タイミングとして検出する。
【０００８】
また、請求項２の構成においては、前記可動部が枠状の外側可動板とその内側に配置される内側可動板とを互いに直交する２軸回りに一方は低速で他方は高速で揺動可能に軸支したものである場合に、前記波形処理回路とゼロクロス検出回路との間に、前記波形処理回路から出力する前記駆動パルス波形の除去された逆起電力信号から高速側のゼロクロス位置を検出する逆起電力信号と、低速側のゼロクロス位置を検出する逆起電力信号とを分離する逆起電力信号分離回路をさらに備えるものとした。
【０００９】
本発明の同期タイミング検出装置は、具体的には請求項３のように、前記波形処理回路に前記駆動パルス波形が除去された逆起電力の電圧波形の不連続性を補正して連続した波形を作る波形補正回路を備えるとよい。この場合、前記波形補正回路は、請求項４のように、前記駆動パルス波形が除去された逆起電力信号の電圧波形の不連続点における電圧差を検出して該電圧差が所定の許容値内になるように前記キャンセルパルスのレベルを可変するものとするとよい。さらに、前記波形補正回路は、請求項５のように、不連続性補正後の逆起電力信号の電圧波形のうち、駆動パルス波形の重畳された期間に発生した波形歪を補正するようにしてもよい。
【００１０】
さらに、前記波形処理回路は、請求項６のように前記波形補正回路から出力する補正後の逆起電力信号の電圧波形に発生するスパイクノイズを除去するノイズ除去回路を備えてもよい。
【００１１】
請求項７の構成の場合においては、前記逆起電力信号分離回路は、前記波形処理回路の出力を移動平均フィルタで処理して低速側の逆起電力信号を抽出し、前記波形処理回路からの出力と前記低速側の逆起電力信号との差分を取って高速側の逆起電力信号を抽出する構成とした。この場合、前記逆起電力信号分離回路は、請求項８のように、前記移動平均フィルタに替えてアナログフィルタ又はデジタルフィルタを用いてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置によれば、駆動コイルに発生する逆起電力信号に重畳された駆動パルス波形を、該駆動パルス波形に同期した逆位相のキャンセルパルスで除去することにより、駆動パルス波形が除去された部分に逆起電力の電圧波形の情報を保存することができる。したがって、逆起電力信号の電圧波形の駆動パルス波形を除去した部分が例えばゼロクロスにかかっても正確なゼロクロス位置を検出することができ、同期タイミング検出精度を向上することができる。これにより、駆動パルスの印加タイミングの設定や、レーザ光を走査するガルバノミラーに適用した場合には、そのレーザ光の発射タイミングの設定を精度よく行なうことができる。また、可動部の向きの検出も容易になる。
【００１３】
この場合、駆動パルス波形が除去された逆起電力信号の電圧波形の不連続性を、例えばこの不連続点における電圧差が所定の許容値内になるようにキャンセルパルスのレベルを可変して補正すれば、連続した波形を容易に作ることができ、逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置の検出精度をより向上することができる。さらに、駆動パル波形の重畳された期間に発生した逆起電力信号の電圧波形の波形歪を補正すれば、逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置の検出精度をより一層向上することができる。
【００１４】
さらに、駆動パルス波形除去後の電圧波形に発生するスパイクノイズを除去するようにすれば、逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置の検出精度を尚一層向上することができる。
【００１５】
また、請求項２の構成によれば、枠状の外側可動板とその内側に配置される内側可動板とを互いに直交する支軸で２軸回りに一方は低速で他方は高速で揺動する電磁アクチュエータの、低速側の逆起電力信号と高速側の逆起電力信号とを分離して取り出すことができる。この場合、高速側及び低速側の逆起電力が混合した逆起電力信号を例えば移動平均フィルタで処理すれば、低速側の逆起電力信号のみを容易に抽出することができ、さらに、上記高速側及び低速側の逆起電力が混合した逆起電力信号と上記低速側の逆起電力信号との差分をとれば、高速側の逆起電力信号のみを容易に抽出することができる。したがって、上記各逆起電力信号の電圧波形を用いて２次元駆動型の電磁アクチュエータの同期タイミングを精度よく検出することができる。なお、上記移動平均フィルタに替えてアナログフィルタ又はデジタルフィルタを使用すれば、ゼロクロスタイミング取得の高精度化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る同期タイミング検出装置の構成及び該装置と電磁アクチュエータとそれを駆動する駆動回路との接続を示すブロック図である。
図１において、電磁アクチュエータ１は、直交２軸回りに揺動可能に形成された可動部が２次元に振られるように構成したもので、同期タイミング検出装置２と、高速側駆動パルス発生回路３と、高速側増幅回路４と、低速側駆動パルス発生回路５と、低速側増幅回路６とを備えて構成した駆動回路によって駆動されるようになっている。
【００１７】
上記電磁アクチュエータ１は、例えば、半導体基板に直交２軸回りに揺動可能に形成された可動部を２次元に振るデバイスとなるもので、半導体基板に、枠状の外側可動板とその内側に配置される内側可動板とを互いに直交する支軸で２軸回りにＸ軸回りは低速でＹ軸回りは高速で揺動可能に軸支した可動部と、上記外側可動板及び内側可動板の周縁部にそれぞれ形成した駆動コイルと、該駆動コイルに磁界を作用させる磁界発生手段とを備えて構成されている。この電磁アクチュエータ１の一例としては、レーザ光等の光ビームの進行方向を２次元に振って所定領域を走査する光走査装置の光走査部があるが、本出願人により提案されて特許され、特許第２７２２３１４号公報に記載されたプレーナ型ガルバノミラーを用いてもよい。
【００１８】
ここで、上記プレーナ型ガルバノミラーの基本的な構成について簡単に説明する。プレーナ型ガルバノミラーは、例えば図２に示すように、半導体基板７に、枠状の外側可動板８及びその内側に配置され中央部にミラー９を有する矩形状の内側可動板１０からなる可動部１１と、上記外側可動板８を揺動可能に軸支するＸ軸トーションバー１２ａ，１２ｂと、該Ｘ軸トーションバー１２ａ，１２ｂに対して軸方向が直交し上記内側可動板１０を揺動可能に軸支するＹ軸トーションバー１３ａ，１３ｂとを一体形成し、上記内側可動板１０及び外側可動板８の各周縁部にそれぞれＹ軸回りに高速で揺動する高速側駆動コイル１４及びＸ軸回りに低速で揺動する低速側駆動コイル１５を形成し、これら各駆動コイルに磁界を作用させる一対の高速側永久磁石１６ａ，１６ｂ及び一対の低速側永久磁石１７ａ，１７ｂが上記半導体基板７を挟んで対向配置されている。なお、符号１８は、高速側駆動コイル１４に電流を供給する電極端子を示し、符号１９は、低速側駆動コイル１５に電流を供給する電極端子を示している。
【００１９】
このようなプレーナ型ガルバノミラーは、次のように動作する。即ち、先ず、高速側駆動パルス発生回路３で発生した図３に示すような駆動パルスＰｙが高速側増幅回路４で所定レベルまで増幅されて上記内側可動板１０の周縁部に設けられた高速側駆動コイル１４に供給される。一方、低速側駆動パルス発生回路５で発生した駆動パルスＰｘが低速側増幅回路６で所定レベルまで増幅されて上記外側可動板８の周縁部に設けられた低速側駆動コイル１５に供給される。このとき、上記高速側駆動コイル１４及び低速側駆動コイル１５を流れる駆動電流と、上記高速側永久磁石１６ａ，１６ｂ及び低速側永久磁石１７ａ，１７ｂの磁界により上記可動部１１にローレンツ力が働いて、該可動部１１の内側可動板１０が２次元方向（Ｘ，Ｙの２軸回り）に揺動する。そして、上記内側可動板１０に設けられたミラー９にレーザ光等の光ビームを入射することにより、レーザ光が２次元的に走査され、例えば２次元レーザレーダ等として応用できる。なお、上記ミラー９は、内側可動板１０の表面又は裏面或いは両面に設けてもよい。
【００２０】
図２は、プレーナ型ガルバノミラーの例について説明したが、本発明に係る電磁アクチュエータ１においては、必ずしもミラー９を設けることなく、発光素子又は受光素子でもよいし、或いは他の各種の機能素子を設けてもよい。
【００２１】
上記同期タイミング検出装置２は、上記電磁アクチュエータ１の可動部１１のＸ，Ｙ２軸回りの揺動の同期信号を検出するもので、上記可動部１１の揺動状態において上記高速側駆動コイル１４に発生する逆起電力を検出し、該検出された逆起電力信号を高速側逆起電力波形の振動周期で波形処理を行って高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とを分離し、該分離後の各逆起電力信号を用いてその電圧波形のゼロクロス位置（内側可動板１０又は外側可動板８の揺動停止位置に相当）を同期タイミングとして検出するようになっている。そして、本実施形態においては、同期タイミング検出装置２は高速側駆動コイル１４に接続されている。
【００２２】
上記同期タイミング検出装置２は、高速側駆動コイル１４に発生した逆起電力信号に基づいてゼロクロス位置を検出し、内側可動板１０のＹ軸回りの揺動の同期タイミング及び外側可動板８のＸ軸回りの揺動の同期タイミングを検出するもので、図１に示すように、波形処理回路２０と、逆起電力信号分離回路２１と、高速側ゼロクロス検出回路２２と、低速側ゼロクロス検出回路２３とを備えている。なお、上記高速側駆動コイル１４に発生する逆起電力信号ｆは、内側可動板１０がＸ，Ｙ２軸回りに２次元方向に揺動することにより、高速側逆起電力信号に低速側逆起電力信号が混合したものとなっている。
【００２３】
上記波形処理回路２０は、検出された逆起電力信号ｆに重畳した駆動パルス波形を、該駆動パルス波形に同期した逆位相のキャンセルパルスで除去するものであり、レベル可変回路２４と、波形反転回路２５と、加算増幅回路２６と、波形補正回路２７と、ノイズ除去回路２８とを備えて構成している。
【００２４】
上記レベル可変回路２４は、図１に示す高速側駆動パルス発生回路３で発生した高速側の駆動パルスＰｙを入力して、該駆動パルスＰｙのレベルを上記波形補正回路２７から入力するレベル調整信号に基づいて可変して所定レベルに自動設定するものである。
【００２５】
また、波形反転回路２５は、駆動パルスＰｙと相似形の、レベル可変回路２４でレベル調整されたパルス信号を反転してキャンセルパルスＰｃを生成する。
【００２６】
さらに、加算増幅回路２６は、高速側駆動コイル１４において発生した例えば図４（ａ）に示すような逆起電力信号ｆａに重畳した駆動パルスＰｙ波形に上記キャンセルパルスＰｃを加算し、駆動パルスＰｙ波形を除去するものである。この場合、逆起電力信号ｆａの電圧波形から駆動パルスＰｙ波形のみが除去されるため、当該除去部分（励振期間）には、逆起電力信号ｆａの電圧波形の波形情報が保存されることとなる。なお、図４（ｂ）は、キャンセルパルスＰｃのレベルが高すぎて駆動パルスＰｙ波形のキャンセルが過剰の場合を示しており、上記励振期間に段差が発生した例を示している。
【００２７】
また、波形補正回路２７は、駆動パルスＰｙ波形が除去された逆起電力信号ｆｂの電圧波形において上記段差によって発生した電圧波形の不連続性を補正して連続した波形を作るものであり、上記駆動パルスＰｙ波形が除去された逆起電力信号ｆｂの電圧波形を取り込んでこれを微分処理して図５に示す不連続点の発生時刻Ｔ1及びＴ2を検出する。そして、時刻Ｔ1における電圧波形の電圧値Ｖ1を求め、次に時刻Ｔ2における電圧波形の電圧値Ｖ2を求める。さらに、上記電圧値Ｖ1とＶ2を比較してその電圧差を検出し、該検出出力であるレベル調整信号を上記レベル可変回路２４にフィードバックしてキャンセルパルスＰｃのレベルを調整し、上記電圧差が所定の許容値内になるように波形補正するようになっている。なお、図５に示す不連続点の発生時刻Ｔ3及びＴ4を検出し、該Ｔ3及びＴ4における電圧波形の電圧値Ｖ3，Ｖ4を求め、その電圧差を検出してもよい。
【００２８】
さらに、ノイズ除去回路２８は、上記駆動パルスＰｙ波形とキャンセルパルスＰｃとの間の位相差に基づいて上記電圧波形に発生する図６に示すようなスパイクノイズを除去するものであり、図５に示す電圧値Ｖ1で時刻Ｔ1，Ｔ2間を、また電圧値Ｖ3でＴ3，Ｔ4間をそれぞれ線形補間するようになっている。
【００２９】
そして、逆起電力信号分離回路２１は、波形処理回路２０で補正された逆起電力信号ｆｃを高速側逆起電力波形の振動周期で移動平均処理を行って高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とを分離するものであり、図１に示すように、高周波分離フィルタ２９と、振幅調整回路３０と、差分回路３１と、低周波分離フィルタ３２とを備えて構成する。
【００３０】
ここで、高周波分離フィルタ２９は、複数の移動平均フィルタと微分回路とを含んで構成されており、波形処理回路２０から出力する高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とが混合した逆起電力信号ｆｃから、誤差成分である高速側逆起電力信号ｆｙを取り除いて、図７（ａ）に示すような低速側逆起電力信号ｆｘのみを抽出するようになっている。具体的には、上記逆起電力信号ｆｃを高速側逆起電力波形の振動周期で移動平均処理して低速側逆起電力信号ｆｘを抽出し、さらにそれを微分回路で微分して直流成分を除去し、さらに移動平均フィルタにより平均化処理して誤差成分を取り除いて波形精度を向上している。
【００３１】
また、振幅調整回路３０は、高周波分離フィルタ２９から出力した低速側逆起電力信号ｆｘの振幅を所定レベルに調整するものである。さらに、差分回路３１は、波形処理回路２０から出力する高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とが混合した逆起電力信号ｆｃから、上記レベル調整後の低速側逆起電力信号ｆｘを引き算して誤差成分を含んだ高速側逆起電力信号を取り出すものである。そして、低周波分離フィルタ３２は、微分回路と移動平均フィルタとを含んで構成され、差分回路３１から出力した上記高速側逆起電力信号から微分回路で直流成分を除去し、さらに移動平均フィルタで平均化処理して誤差成分を取り除いて波形精度を向上し、高速側逆起電力信号ｆｙのみを抽出するものである。これにより、上記振幅調整回路３０と、差分回路３１と、低周波分離フィルタ３２とを用いて波形処理回路２０から出力する高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とが混合した逆起電力信号ｆｃから、図７（ｂ）に示すような高速側逆起電力信号ｆｙのみを抽出する。
【００３２】
高速側ゼロクロス検出回路２２は、上記逆起電力信号分離回路２１で分離された高速側逆起電力信号ｆｙを用いてその電圧波形のゼロクロス位置を同期タイミングとして検出するもので、電圧のゼロレベルと高速側逆起電力信号ｆｙの電圧波形との交点を求めてゼロクロス位置を的確に検出して、高速側ゼロクロス信号Ｓ１を出力するようになっている。この高速側ゼロクロス信号Ｓ１は、高速側駆動パルス発生回路３にフィードバックすることによって、高速側の駆動パルスＰｙの発生タイミングを制御するために使用することができる。また、高速側ゼロクロス信号Ｓ１によりＹ軸回りに往復揺動する可動部１１の停止タイミングを検出してＹ軸回りの可動部１１の向きを知ることができる。
【００３３】
低速側ゼロクロス検出回路２３は、上記逆起電力信号分離回路２１で分離された低速側逆起電力信号ｆｘを用いてその電圧波形のゼロクロス位置を検出するもので、電圧のゼロレベルと低速側逆起電力信号ｆｘの電圧波形との交点を求めてゼロクロス位置を同期タイミングとして的確に検出して、低速側ゼロクロス信号Ｓ２を出力するようになっている。この低速側ゼロクロス信号Ｓ２は、低速側駆動パルス発生回路５にフィードバックすることによって、低速側の駆動パルスの発生タイミングを制御するために使用することができる。また、低速側ゼロクロス信号Ｓ２によりＸ軸回りに往復揺動する可動部１１の停止タイミングを検出してＸ軸回りの可動部１１の向きを知ることができる。さらに、レーザ光を走査するガルバノミラーに適用すれば、上記高速側ゼロクロス信号Ｓ１と低速側ゼロクロス信号Ｓ２とに基づいて２次元方向に走査するレーザ光の発射タイミングを設定することができる。
【００３４】
次に、このように構成された同期タイミング検出装置２の動作を説明する。
先ず、電磁アクチュエータ１は、図２に示す高速側駆動コイル１４に所定周期で駆動パルスＰｙが印加されてパルス電流が流され、内側可動板１０がＹ軸回りに高速で揺動する。また、図２に示す低速側駆動コイル１５にも上記駆動パルスＰｙよりも長い周期の駆動パルスＰｘが印加されてパルス電流が流され、外側可動板８がＸ軸回りに低速で揺動する。これにより、外側可動板８に軸支された内側可動板１０は、Ｘ，Ｙの２次元方向に揺動することとなる。この場合、内側可動板１０がＸ，Ｙの２次元方向に揺動することによって、上記高速側駆動コイル１４には、高速側逆起電力のみならず低速側逆起電力が発生し、検出される逆起電力信号ｆａは、高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とが混合したものであり、駆動パルスＰｙ波形が重畳したものとなる。
【００３５】
上記高速側駆動コイル１４に発生する駆動パルスＰｙ波形が重畳した逆起電力信号ｆａは、同期タイミング検出装置２の波形処理回路２０に取り込まれる。波形処理回路２０において、上記逆起電力信号ｆａは、先ず、加算増幅回路２６に入力する。一方、駆動パルスＰｙは、レベル可変回路２４を介して波形反転回路２５に入力し、該波形反転回路２５で位相が反転されてキャンセルパルスＰｃが生成される。そして、このキャンセルパルスＰｃもまた上記加算増幅回路２６に入力する。
【００３６】
加算増幅回路２６においては、上記逆起電力信号ｆａとキャンセルパルスＰｃとが加算処理される。この場合、駆動パルスＰｙとキャンセルパルスＰｃとは同期しているため、逆起電力信号ｆａに重畳した駆動パルスＰｙ波形がキャンセルパルスＰｃによってキャンセルされて除去されて、逆起電力信号ｆｂとなる。
【００３７】
上記逆起電力信号ｆｂは、波形補正回路２７に入力する。この波形補正回路２７においては、上記駆動パルスＰｙ波形が除去された逆起電力信号ｆｂを取り込んでこれを微分処理する。そして、図５に示すような、駆動パルスＰｙ波形が除去された後の電圧波形における不連続点の発生時刻、例えばＴ1及びＴ2を検出する。次に、時刻Ｔ1における電圧波形の電圧値Ｖ1を求め、時刻Ｔ2における電圧波形の電圧値Ｖ2を求める。さらに、上記電圧値Ｖ1とＶ2を比較してその電圧差を検出し、該検出出力であるレベル調整信号を上記レベル可変回路２４にフィードバックして該レベル可変回路２４でキャンセルパルスＰｃのレベルを調整し、上記電圧差が所定の許容値内になるように波形補正する。
【００３８】
また、波形補正回路２７は、逆起電力信号波形の駆動パルス重畳期間に発生する電圧波形の波形歪を補正する機能をも有している。例えば、不連続性補正後の逆起電力信号の電圧波形のうち、逆起電力信号波形の駆動パルス重畳期間（図５に示す時刻Ｔ2〜Ｔ3期間）の電圧波形には、波形歪が発生して同期間の瞬時振幅レベルが駆動パルスが重畳されていないときの瞬時振幅レベルと一致しない場合がある。これは、高速側駆動パルス発生回路３の増幅回路４の出力インピーダンスＺoが、波形処理回路２０の入力である加算増幅回路２６の入力インピーダンスＺiよりも低く、その結果、駆動パルス重畳期間の起電力波形の出力電圧が低下するためである。ここで、上記Ｚi，Ｚoは、各回路を構成する回路素子が決まれば、略一意に決まるため、駆動パルス重畳期間の波形の電圧レベルの低下率αは一定となる。したがって、検出した起電力波形のうち、駆動パルスの重畳期間の瞬時振幅レベルを１／α倍することにより、上記瞬時振幅レベルの低下を補償して上記電圧波形の歪を補正することができる。
【００３９】
波形補正回路２７で波形補正された逆起電力信号の電圧波形には、駆動パルスＰｙ波形とキャンセルパルスＰｃとの位相差によって発生する図６に示すようなスパイクノイズが乗っている。このスパイクノイズは、ノイズ除去回路２８において除去される。この場合、ノイズ除去回路２８では、図５に示す電圧値Ｖ1で時刻Ｔ1，Ｔ2間を、また電圧Ｖ3でＴ3，Ｔ4間を線形補間することによって上記スパイクノイズを除去する。
【００４０】
このようにしてスパイクノイズが除去されてノイズ除去回路２８を出力する逆起電力信号ｆｃは、この段階ではまだ、高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とが混合したものである。そこで、次に、逆起電力信号分離回路２１により、高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とが分離される。
【００４１】
この場合、先ず高周波分離フィルタ２９により移動平均処理して、上記高速側と低速側逆起電力信号とが混合した逆起電力信号ｆｃから高周波の高速側逆起電力信号が除去されて図７（ａ）に示す低速側起電力信号ｆｘのみが抽出される。
【００４２】
次に、上記低速側起電力信号は、振幅調整回路３０に入力して所定のレベルに調整される。そして、後段の差分回路３１に入力する。この差分回路３１においては、ノイズ除去回路２８から入力する上記高速側及び低速側逆起電力信号が混合した逆起電力信号ｆｃと上記振幅調整回路３０から入力するレベル調整された低速側逆起電力信号ｆｘとが引き算処理されて上記逆起電力信号ｆｃから低速側逆起電力信号ｆｘが除去され、誤差成分を含んだ高速側逆起電力信号が取り出される。そして、この高速側逆起電力信号は、低周波分離フィルタ３２によって移動平均処理して上記誤差成分が取り除かれ波形精度が向上されて図７（ｂ）に示す高速側逆起電力信号ｆｙのみが抽出される。
【００４３】
このようにして分離された高速側及び低速側逆起電力信号ｆｙ，ｆｘは、それぞれ高速側及び低速側ゼロクロス検出回路２２，２３に入力して、各逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置が同期タイミングとして検出される。このとき、上記高速側ゼロクロス検出回路２２は、上記逆起電力信号分離回路２１で分離した後の高速側逆起電力信号ｆｙを用いてその電圧波形が、マイナス側→ゼロレベル→プラス側へよぎる点を立上りゼロクロス位置とする。また、プラス側→ゼロレベル→マイナス側へよぎる点を立下りゼロクロス位置とする。これにより、高速側逆起電力波形ｆｙのゼロクロス位置が的確に検出され、高速側ゼロクロス信号Ｓ１が出力される。
【００４４】
また、同様にして、上記低速側ゼロクロス検出回路２３は、上記逆起電力信号分離回路２１で分離した後の低速側逆起電力信号ｆｘを用いてその電圧波形が、マイナス側→ゼロレベル→プラス側へよぎる点を立上りゼロクロス位置とする。また、プラス側→ゼロレベル→マイナス側へよぎる点を立下りゼロクロス位置とする。これにより、低速側逆起電力波形ｆｘのゼロクロス位置が的確に検出され、低速側ゼロクロス信号Ｓ２が出力される。
【００４５】
なお、上記実施形態においては、キャンセルパルスＰｃを駆動パルスＰｙを反転して生成する場合について説明したが、キャンセルパルス発生器を別に設けて、駆動パルスＰｙと同期した逆位相のキャンセルパルスＰｃを発生させ、波形反転回路２５を経ることなく直接加算増幅回路２６に供給してもよい。この場合、レベル可変回路２４は、上記キャンセルパルス発生器で発生したキャンセルパルスＰｃのレベルを自動調整するものとする。
【００４６】
また、上記実施形態において、同期タイミング検出装置２は、高速側駆動コイル１４に接続した場合について説明したが、これに限られず、同期タイミング検出装置２は、低速側駆動コイル１５に接続してもよく、又は両駆動コイルにそれぞれ接続してもよい。
【００４７】
さらに、上記実施形態においては、高周波分離フィルタ２９及び低周波分離フィルタ３２は、移動平均フィルタを用いた場合について説明したが、移動平均フィルタに替えてアナログフィルタ又はデジタルフィルタを使用してもよい。
【００４８】
そして、上記実施形態においては、電磁アクチュエータ１が直交する支軸で２軸回りに揺動可能に軸支した可動部１１を備えたものの場合について説明したが、これに限られず、一つの支軸で支持されて１軸回りに揺動する可動部１１を備えたものであってもよい。この場合、同期タイミング検出装置２は、逆起電力信号分離回路２１を省略したものが適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置の構成及び該装置と電磁アクチュエータとそれを駆動する駆動回路との接続を示すブロック図である。
【図２】上記電磁アクチュエータの具体例としてのプレーナ型ガルバノミラーの基本的な構成を示す平面図である。
【図３】上記電磁アクチュエータに供給される高速側駆動パルスの例を示す図である。
【図４】上記同期タイミング検出装置において、キャンセルパルス信号を用いて行なう逆起電力信号に重畳した駆動パルス波形の除去について説明する図であり、（ａ）は除去前の状態を示し、（ｂ）はキャンセル過剰の状態を示している。
【図５】上記同期タイミング検出装置において、駆動パルス波形が除去された逆起電力信号の電圧波形における不連続性の補正について説明する図である。
【図６】上記同期タイミング検出装置において、駆動パルス波形が除去された逆起電力信号の電圧波形に発生するスパイクノイズについて説明する図である。
【図７】上記同期タイミング検出装置において分離された逆起電力信号を示す図であり、（ａ）は低速側逆起電力信号、（ｂ）は高速側逆起電力信号を示す。
【符号の説明】
【００５０】
１…電磁アクチュエータ
２…同期タイミング検出装置
１４…高速側駆動コイル
１５…低速側駆動コイル
２０…波形処理回路
２１…逆起電力信号分離回路
２２…高速側ゼロクロス検出回路
２３…低速側ゼロクロス検出回路
２６…加算増幅回路
２７…波形補正回路
２８…ノイズ除去回路
２９…高周波フィルタ
３１…差分回路
３２…低周波フィルタ
Ｐｘ…低速側駆動パルス
Ｐｙ…高速側駆動パルス
Ｐｃ…キャンセルパルス
ｆａ…高速側駆動コイルに発生した逆起電力信号
ｆｂ…駆動パルス波形が除去された逆起電力信号
ｆｃ…波形処理回路から出力する逆起電力信号
ｆｘ…低速側逆起電力信号
ｆｙ…高速側逆起電力信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁力により揺動する可動部に形成した駆動コイルに発生する逆起電力を検出して、該逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置を同期タイミングとして検出する同期タイミング検出装置に関し、特に、同期タイミングの検出精度を向上しようとする電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電磁アクチュエータに用いられる同期タイミング検出装置は、可動部の揺動状態において該可動部に形成した駆動コイルに発生する逆起電力を検出し、該逆起電力信号に重畳された駆動パルス波形を予め設定したスレッショルドレベルで切り取って除去し、除去した部分を直線又は曲線近似して上記逆起電力信号の電圧波形を補正し、該補正された電圧波形を用いてそのゼロクロス位置を検出するようになっていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−７８１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような従来の同期タイミング検出装置においては、逆起電力信号に重畳された駆動パルス波形を所定のスレッショルドレベルで切り取って除去していたため、当該除去した部分の波形情報が失われてしまっていた。したがって、逆起電力信号の電圧波形において駆動パルス波形を除去した部分が例えばゼロクロスにかかるときには、ゼロクロス位置を正確に検出できないおそれがあった。
【０００４】
また、逆起電力信号が温度ドリフト等により変動するので、逆起電力信号の電圧波形に対する駆動パルス波形の重畳位置が変動する。したがって、逆起電力信号の電圧波形に対する駆動パルス波形の重畳位置によって駆動パルス波形の除去された部分を補間するパターンが異なり、補間処理が複雑となるおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、同期タイミングの検出精度を向上しようとする電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このために、請求項１の発明は、揺動可能に軸支した可動部と、該可動部の周縁部に形成した駆動コイルと、該駆動コイルに磁界を作用させる磁界発生手段とを備えた電磁アクチュエータの前記可動部の揺動によって、前記駆動コイルに発生する逆起電力を検出し、該検出された逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置を同期タイミングとして検出する同期タイミング検出装置であって、前記検出された逆起電力信号に重畳した駆動パルス波形を該駆動パルス波形に同期した逆位相のキャンセルパルスで除去する波形処理回路と、 前記駆動パルスが除去された逆起電力信号を用いてその電圧波形のゼロクロス位置を検出するゼロクロス検出回路と、を備える構成とした。
【０００７】
このような構成により、揺動可能に軸支した可動部の揺動によって該可動部の周縁部に形成した駆動コイルに発生する逆起電力を検出し、波形処理回路で逆起電力信号に重畳した駆動パルス波形を該駆動パルス波形に同期した逆位相のキャンセルパルスで除去し、ゼロクロス検出回路で駆動パルス波形が除去された逆起電力信号を用いてその電圧波形のゼロクロス位置を同期タイミングとして検出する。
【０００８】
また、請求項２の構成においては、前記可動部が枠状の外側可動板とその内側に配置される内側可動板とを互いに直交する２軸回りに一方は低速で他方は高速で揺動可能に軸支したものである場合に、前記波形処理回路とゼロクロス検出回路との間に、前記波形処理回路から出力する前記駆動パルス波形の除去された逆起電力信号から高速側のゼロクロス位置を検出する逆起電力信号と、低速側のゼロクロス位置を検出する逆起電力信号とを分離する逆起電力信号分離回路をさらに備えるものとした。
【０００９】
本発明の同期タイミング検出装置は、具体的には請求項３のように、前記波形処理回路に前記駆動パルス波形が除去された逆起電力の電圧波形の不連続性を補正して連続した波形を作る波形補正回路を備えるとよい。この場合、前記波形補正回路は、請求項４のように、前記駆動パルス波形が除去された逆起電力信号の電圧波形の不連続点における電圧差を検出して該電圧差が所定の許容値内になるように前記キャンセルパルスのレベルを可変するものとするとよい。さらに、前記波形補正回路は、請求項５のように、不連続性補正後の逆起電力信号の電圧波形のうち、駆動パルス波形の重畳された期間に発生した波形歪を補正するようにしてもよい。
【００１０】
さらに、前記波形処理回路は、請求項６のように前記波形補正回路から出力する補正後の逆起電力信号の電圧波形に発生するスパイクノイズを除去するノイズ除去回路を備えてもよい。
【００１１】
請求項７の構成の場合においては、前記逆起電力信号分離回路は、前記波形処理回路の出力を移動平均フィルタで処理して低速側の逆起電力信号を抽出し、前記波形処理回路からの出力と前記低速側の逆起電力信号との差分を取って高速側の逆起電力信号を抽出する構成とした。この場合、前記逆起電力信号分離回路は、請求項８のように、前記移動平均フィルタに替えてアナログフィルタ又はデジタルフィルタを用いてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置によれば、駆動コイルに発生する逆起電力信号に重畳された駆動パルス波形を、該駆動パルス波形に同期した逆位相のキャンセルパルスで除去することにより、駆動パルス波形が除去された部分に逆起電力の電圧波形の情報を保存することができる。したがって、逆起電力信号の電圧波形の駆動パルス波形を除去した部分が例えばゼロクロスにかかっても正確なゼロクロス位置を検出することができ、同期タイミング検出精度を向上することができる。これにより、駆動パルスの印加タイミングの設定や、レーザ光を走査するガルバノミラーに適用した場合には、そのレーザ光の発射タイミングの設定を精度よく行なうことができる。また、可動部の向きの検出も容易になる。
【００１３】
この場合、駆動パルス波形が除去された逆起電力信号の電圧波形の不連続性を、例えばこの不連続点における電圧差が所定の許容値内になるようにキャンセルパルスのレベルを可変して補正すれば、連続した波形を容易に作ることができ、逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置の検出精度をより向上することができる。さらに、駆動パル波形の重畳された期間に発生した逆起電力信号の電圧波形の波形歪を補正すれば、逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置の検出精度をより一層向上することができる。
【００１４】
さらに、駆動パルス波形除去後の電圧波形に発生するスパイクノイズを除去するようにすれば、逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置の検出精度を尚一層向上することができる。
【００１５】
また、請求項２の構成によれば、枠状の外側可動板とその内側に配置される内側可動板とを互いに直交する支軸で２軸回りに一方は低速で他方は高速で揺動する電磁アクチュエータの、低速側の逆起電力信号と高速側の逆起電力信号とを分離して取り出すことができる。この場合、高速側及び低速側の逆起電力が混合した逆起電力信号を例えば移動平均フィルタで処理すれば、低速側の逆起電力信号のみを容易に抽出することができ、さらに、上記高速側及び低速側の逆起電力が混合した逆起電力信号と上記低速側の逆起電力信号との差分をとれば、高速側の逆起電力信号のみを容易に抽出することができる。したがって、上記各逆起電力信号の電圧波形を用いて２次元駆動型の電磁アクチュエータの同期タイミングを精度よく検出することができる。なお、上記移動平均フィルタに替えてアナログフィルタ又はデジタルフィルタを使用すれば、ゼロクロスタイミング取得の高精度化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る同期タイミング検出装置の構成及び該装置と電磁アクチュエータとそれを駆動する駆動回路との接続を示すブロック図である。
図１において、電磁アクチュエータ１は、直交２軸回りに揺動可能に形成された可動部が２次元に振られるように構成したもので、同期タイミング検出装置２と、高速側駆動パルス発生回路３と、高速側増幅回路４と、低速側駆動パルス発生回路５と、低速側増幅回路６とを備えて構成した駆動回路によって駆動されるようになっている。
【００１７】
上記電磁アクチュエータ１は、例えば、半導体基板に直交２軸回りに揺動可能に形成された可動部を２次元に振るデバイスとなるもので、半導体基板に、枠状の外側可動板とその内側に配置される内側可動板とを互いに直交する支軸で２軸回りにＸ軸回りは低速でＹ軸回りは高速で揺動可能に軸支した可動部と、上記外側可動板及び内側可動板の周縁部にそれぞれ形成した駆動コイルと、該駆動コイルに磁界を作用させる磁界発生手段とを備えて構成されている。この電磁アクチュエータ１の一例としては、レーザ光等の光ビームの進行方向を２次元に振って所定領域を走査する光走査装置の光走査部があるが、本出願人により提案されて特許され、特許第２７２２３１４号公報に記載されたプレーナ型ガルバノミラーを用いてもよい。
【００１８】
ここで、上記プレーナ型ガルバノミラーの基本的な構成について簡単に説明する。プレーナ型ガルバノミラーは、例えば図２に示すように、半導体基板７に、枠状の外側可動板８及びその内側に配置され中央部にミラー９を有する矩形状の内側可動板１０からなる可動部１１と、上記外側可動板８を揺動可能に軸支するＸ軸トーションバー１２ａ，１２ｂと、該Ｘ軸トーションバー１２ａ，１２ｂに対して軸方向が直交し上記内側可動板１０を揺動可能に軸支するＹ軸トーションバー１３ａ，１３ｂとを一体形成し、上記内側可動板１０及び外側可動板８の各周縁部にそれぞれＹ軸回りに高速で揺動する高速側駆動コイル１４及びＸ軸回りに低速で揺動する低速側駆動コイル１５を形成し、これら各駆動コイルに磁界を作用させる一対の高速側永久磁石１６ａ，１６ｂ及び一対の低速側永久磁石１７ａ，１７ｂが上記半導体基板７を挟んで対向配置されている。なお、符号１８は、高速側駆動コイル１４に電流を供給する電極端子を示し、符号１９は、低速側駆動コイル１５に電流を供給する電極端子を示している。
【００１９】
このようなプレーナ型ガルバノミラーは、次のように動作する。即ち、先ず、高速側駆動パルス発生回路３で発生した図３に示すような駆動パルスＰｙが高速側増幅回路４で所定レベルまで増幅されて上記内側可動板１０の周縁部に設けられた高速側駆動コイル１４に供給される。一方、低速側駆動パルス発生回路５で発生した駆動パルスＰｘが低速側増幅回路６で所定レベルまで増幅されて上記外側可動板８の周縁部に設けられた低速側駆動コイル１５に供給される。このとき、上記高速側駆動コイル１４及び低速側駆動コイル１５を流れる駆動電流と、上記高速側永久磁石１６ａ，１６ｂ及び低速側永久磁石１７ａ，１７ｂの磁界により上記可動部１１にローレンツ力が働いて、該可動部１１の内側可動板１０が２次元方向（Ｘ，Ｙの２軸回り）に揺動する。そして、上記内側可動板１０に設けられたミラー９にレーザ光等の光ビームを入射することにより、レーザ光が２次元的に走査され、例えば２次元レーザレーダ等として応用できる。なお、上記ミラー９は、内側可動板１０の表面又は裏面或いは両面に設けてもよい。
【００２０】
図２は、プレーナ型ガルバノミラーの例について説明したが、本発明に係る電磁アクチュエータ１においては、必ずしもミラー９を設けることなく、発光素子又は受光素子でもよいし、或いは他の各種の機能素子を設けてもよい。
【００２１】
上記同期タイミング検出装置２は、上記電磁アクチュエータ１の可動部１１のＸ，Ｙ２軸回りの揺動の同期信号を検出するもので、上記可動部１１の揺動状態において上記高速側駆動コイル１４に発生する逆起電力を検出し、該検出された逆起電力信号を高速側逆起電力波形の振動周期で波形処理を行って高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とを分離し、該分離後の各逆起電力信号を用いてその電圧波形のゼロクロス位置（内側可動板１０又は外側可動板８の揺動停止位置に相当）を同期タイミングとして検出するようになっている。そして、本実施形態においては、同期タイミング検出装置２は高速側駆動コイル１４に接続されている。
【００２２】
上記同期タイミング検出装置２は、高速側駆動コイル１４に発生した逆起電力信号に基づいてゼロクロス位置を検出し、内側可動板１０のＹ軸回りの揺動の同期タイミング及び外側可動板８のＸ軸回りの揺動の同期タイミングを検出するもので、図１に示すように、波形処理回路２０と、逆起電力信号分離回路２１と、高速側ゼロクロス検出回路２２と、低速側ゼロクロス検出回路２３とを備えている。なお、上記高速側駆動コイル１４に発生する逆起電力信号ｆは、内側可動板１０がＸ，Ｙ２軸回りに２次元方向に揺動することにより、高速側逆起電力信号に低速側逆起電力信号が混合したものとなっている。
【００２３】
上記波形処理回路２０は、検出された逆起電力信号ｆに重畳した駆動パルス波形を、該駆動パルス波形に同期した逆位相のキャンセルパルスで除去するものであり、レベル可変回路２４と、波形反転回路２５と、加算増幅回路２６と、波形補正回路２７と、ノイズ除去回路２８とを備えて構成している。
【００２４】
上記レベル可変回路２４は、図１に示す高速側駆動パルス発生回路３で発生した高速側の駆動パルスＰｙを入力して、該駆動パルスＰｙのレベルを上記波形補正回路２７から入力するレベル調整信号に基づいて可変して所定レベルに自動設定するものである。
【００２５】
また、波形反転回路２５は、駆動パルスＰｙと相似形の、レベル可変回路２４でレベル調整されたパルス信号を反転してキャンセルパルスＰｃを生成する。
【００２６】
さらに、加算増幅回路２６は、高速側駆動コイル１４において発生した例えば図４（ａ）に示すような逆起電力信号ｆａに重畳した駆動パルスＰｙ波形に上記キャンセルパルスＰｃを加算し、駆動パルスＰｙ波形を除去するものである。この場合、逆起電力信号ｆａの電圧波形から駆動パルスＰｙ波形のみが除去されるため、当該除去部分（励振期間）には、逆起電力信号ｆａの電圧波形の波形情報が保存されることとなる。なお、図４（ｂ）は、キャンセルパルスＰｃのレベルが高すぎて駆動パルスＰｙ波形のキャンセルが過剰の場合を示しており、上記励振期間に段差が発生した例を示している。
【００２７】
また、波形補正回路２７は、駆動パルスＰｙ波形が除去された逆起電力信号ｆｂの電圧波形において上記段差によって発生した電圧波形の不連続性を補正して連続した波形を作るものであり、上記駆動パルスＰｙ波形が除去された逆起電力信号ｆｂの電圧波形を取り込んでこれを微分処理して図５に示す不連続点の発生時刻Ｔ1及びＴ2を検出する。そして、時刻Ｔ1における電圧波形の電圧値Ｖ1を求め、次に時刻Ｔ2における電圧波形の電圧値Ｖ2を求める。さらに、上記電圧値Ｖ1とＶ2を比較してその電圧差を検出し、該検出出力であるレベル調整信号を上記レベル可変回路２４にフィードバックしてキャンセルパルスＰｃのレベルを調整し、上記電圧差が所定の許容値内になるように波形補正するようになっている。なお、図５に示す不連続点の発生時刻Ｔ3及びＴ4を検出し、該Ｔ3及びＴ4における電圧波形の電圧値Ｖ3，Ｖ4を求め、その電圧差を検出してもよい。
【００２８】
さらに、ノイズ除去回路２８は、上記駆動パルスＰｙ波形とキャンセルパルスＰｃとの間の位相差に基づいて上記電圧波形に発生する図６に示すようなスパイクノイズを除去するものであり、図５に示す電圧値Ｖ1で時刻Ｔ1，Ｔ2間を、また電圧値Ｖ3でＴ3，Ｔ4間をそれぞれ線形補間するようになっている。
【００２９】
そして、逆起電力信号分離回路２１は、波形処理回路２０で補正された逆起電力信号ｆｃを高速側逆起電力波形の振動周期で移動平均処理を行って高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とを分離するものであり、図１に示すように、高周波分離フィルタ２９と、振幅調整回路３０と、差分回路３１と、低周波分離フィルタ３２とを備えて構成する。
【００３０】
ここで、高周波分離フィルタ２９は、複数の移動平均フィルタと微分回路とを含んで構成されており、波形処理回路２０から出力する高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とが混合した逆起電力信号ｆｃから、誤差成分である高速側逆起電力信号ｆｙを取り除いて、図７（ａ）に示すような低速側逆起電力信号ｆｘのみを抽出するようになっている。具体的には、上記逆起電力信号ｆｃを高速側逆起電力波形の振動周期で移動平均処理して低速側逆起電力信号ｆｘを抽出し、さらにそれを微分回路で微分して直流成分を除去し、さらに移動平均フィルタにより平均化処理して誤差成分を取り除いて波形精度を向上している。
【００３１】
また、振幅調整回路３０は、高周波分離フィルタ２９から出力した低速側逆起電力信号ｆｘの振幅を所定レベルに調整するものである。さらに、差分回路３１は、波形処理回路２０から出力する高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とが混合した逆起電力信号ｆｃから、上記レベル調整後の低速側逆起電力信号ｆｘを引き算して誤差成分を含んだ高速側逆起電力信号を取り出すものである。そして、低周波分離フィルタ３２は、微分回路と移動平均フィルタとを含んで構成され、差分回路３１から出力した上記高速側逆起電力信号から微分回路で直流成分を除去し、さらに移動平均フィルタで平均化処理して誤差成分を取り除いて波形精度を向上し、高速側逆起電力信号ｆｙのみを抽出するものである。これにより、上記振幅調整回路３０と、差分回路３１と、低周波分離フィルタ３２とを用いて波形処理回路２０から出力する高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とが混合した逆起電力信号ｆｃから、図７（ｂ）に示すような高速側逆起電力信号ｆｙのみを抽出する。
【００３２】
高速側ゼロクロス検出回路２２は、上記逆起電力信号分離回路２１で分離された高速側逆起電力信号ｆｙを用いてその電圧波形のゼロクロス位置を同期タイミングとして検出するもので、電圧のゼロレベルと高速側逆起電力信号ｆｙの電圧波形との交点を求めてゼロクロス位置を的確に検出して、高速側ゼロクロス信号Ｓ１を出力するようになっている。この高速側ゼロクロス信号Ｓ１は、高速側駆動パルス発生回路３にフィードバックすることによって、高速側の駆動パルスＰｙの発生タイミングを制御するために使用することができる。また、高速側ゼロクロス信号Ｓ１によりＹ軸回りに往復揺動する可動部１１の停止タイミングを検出してＹ軸回りの可動部１１の向きを知ることができる。
【００３３】
低速側ゼロクロス検出回路２３は、上記逆起電力信号分離回路２１で分離された低速側逆起電力信号ｆｘを用いてその電圧波形のゼロクロス位置を検出するもので、電圧のゼロレベルと低速側逆起電力信号ｆｘの電圧波形との交点を求めてゼロクロス位置を同期タイミングとして的確に検出して、低速側ゼロクロス信号Ｓ２を出力するようになっている。この低速側ゼロクロス信号Ｓ２は、低速側駆動パルス発生回路５にフィードバックすることによって、低速側の駆動パルスの発生タイミングを制御するために使用することができる。また、低速側ゼロクロス信号Ｓ２によりＸ軸回りに往復揺動する可動部１１の停止タイミングを検出してＸ軸回りの可動部１１の向きを知ることができる。さらに、レーザ光を走査するガルバノミラーに適用すれば、上記高速側ゼロクロス信号Ｓ１と低速側ゼロクロス信号Ｓ２とに基づいて２次元方向に走査するレーザ光の発射タイミングを設定することができる。
【００３４】
次に、このように構成された同期タイミング検出装置２の動作を説明する。
先ず、電磁アクチュエータ１は、図２に示す高速側駆動コイル１４に所定周期で駆動パルスＰｙが印加されてパルス電流が流され、内側可動板１０がＹ軸回りに高速で揺動する。また、図２に示す低速側駆動コイル１５にも上記駆動パルスＰｙよりも長い周期の駆動パルスＰｘが印加されてパルス電流が流され、外側可動板８がＸ軸回りに低速で揺動する。これにより、外側可動板８に軸支された内側可動板１０は、Ｘ，Ｙの２次元方向に揺動することとなる。この場合、内側可動板１０がＸ，Ｙの２次元方向に揺動することによって、上記高速側駆動コイル１４には、高速側逆起電力のみならず低速側逆起電力が発生し、検出される逆起電力信号ｆａは、高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とが混合したものであり、駆動パルスＰｙ波形が重畳したものとなる。
【００３５】
上記高速側駆動コイル１４に発生する駆動パルスＰｙ波形が重畳した逆起電力信号ｆａは、同期タイミング検出装置２の波形処理回路２０に取り込まれる。波形処理回路２０において、上記逆起電力信号ｆａは、先ず、加算増幅回路２６に入力する。一方、駆動パルスＰｙは、レベル可変回路２４を介して波形反転回路２５に入力し、該波形反転回路２５で位相が反転されてキャンセルパルスＰｃが生成される。そして、このキャンセルパルスＰｃもまた上記加算増幅回路２６に入力する。
【００３６】
加算増幅回路２６においては、上記逆起電力信号ｆａとキャンセルパルスＰｃとが加算処理される。この場合、駆動パルスＰｙとキャンセルパルスＰｃとは同期しているため、逆起電力信号ｆａに重畳した駆動パルスＰｙ波形がキャンセルパルスＰｃによってキャンセルされて除去されて、逆起電力信号ｆｂとなる。
【００３７】
上記逆起電力信号ｆｂは、波形補正回路２７に入力する。この波形補正回路２７においては、上記駆動パルスＰｙ波形が除去された逆起電力信号ｆｂを取り込んでこれを微分処理する。そして、図５に示すような、駆動パルスＰｙ波形が除去された後の電圧波形における不連続点の発生時刻、例えばＴ1及びＴ2を検出する。次に、時刻Ｔ1における電圧波形の電圧値Ｖ1を求め、時刻Ｔ2における電圧波形の電圧値Ｖ2を求める。さらに、上記電圧値Ｖ1とＶ2を比較してその電圧差を検出し、該検出出力であるレベル調整信号を上記レベル可変回路２４にフィードバックして該レベル可変回路２４でキャンセルパルスＰｃのレベルを調整し、上記電圧差が所定の許容値内になるように波形補正する。
【００３８】
また、波形補正回路２７は、逆起電力信号波形の駆動パルス重畳期間に発生する電圧波形の波形歪を補正する機能をも有している。例えば、不連続性補正後の逆起電力信号の電圧波形のうち、逆起電力信号波形の駆動パルス重畳期間（図５に示す時刻Ｔ2〜Ｔ3期間）の電圧波形には、波形歪が発生して同期間の瞬時振幅レベルが駆動パルスが重畳されていないときの瞬時振幅レベルと一致しない場合がある。これは、高速側駆動パルス発生回路３の増幅回路４の出力インピーダンスＺoが、波形処理回路２０の入力である加算増幅回路２６の入力インピーダンスＺiよりも低く、その結果、駆動パルス重畳期間の起電力波形の出力電圧が低下するためである。ここで、上記Ｚi，Ｚoは、各回路を構成する回路素子が決まれば、略一意に決まるため、駆動パルス重畳期間の波形の電圧レベルの低下率αは一定となる。したがって、検出した起電力波形のうち、駆動パルスの重畳期間の瞬時振幅レベルを１／α倍することにより、上記瞬時振幅レベルの低下を補償して上記電圧波形の歪を補正することができる。
【００３９】
波形補正回路２７で波形補正された逆起電力信号の電圧波形には、駆動パルスＰｙ波形とキャンセルパルスＰｃとの位相差によって発生する図６に示すようなスパイクノイズが乗っている。このスパイクノイズは、ノイズ除去回路２８において除去される。この場合、ノイズ除去回路２８では、図５に示す電圧値Ｖ1で時刻Ｔ1，Ｔ2間を、また電圧Ｖ3でＴ3，Ｔ4間を線形補間することによって上記スパイクノイズを除去する。
【００４０】
このようにしてスパイクノイズが除去されてノイズ除去回路２８を出力する逆起電力信号ｆｃは、この段階ではまだ、高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とが混合したものである。そこで、次に、逆起電力信号分離回路２１により、高速側逆起電力信号と低速側逆起電力信号とが分離される。
【００４１】
この場合、先ず高周波分離フィルタ２９により移動平均処理して、上記高速側と低速側逆起電力信号とが混合した逆起電力信号ｆｃから高周波の高速側逆起電力信号が除去されて図７（ａ）に示す低速側起電力信号ｆｘのみが抽出される。
【００４２】
次に、上記低速側起電力信号は、振幅調整回路３０に入力して所定のレベルに調整される。そして、後段の差分回路３１に入力する。この差分回路３１においては、ノイズ除去回路２８から入力する上記高速側及び低速側逆起電力信号が混合した逆起電力信号ｆｃと上記振幅調整回路３０から入力するレベル調整された低速側逆起電力信号ｆｘとが引き算処理されて上記逆起電力信号ｆｃから低速側逆起電力信号ｆｘが除去され、誤差成分を含んだ高速側逆起電力信号が取り出される。そして、この高速側逆起電力信号は、低周波分離フィルタ３２によって移動平均処理して上記誤差成分が取り除かれ波形精度が向上されて図７（ｂ）に示す高速側逆起電力信号ｆｙのみが抽出される。
【００４３】
このようにして分離された高速側及び低速側逆起電力信号ｆｙ，ｆｘは、それぞれ高速側及び低速側ゼロクロス検出回路２２，２３に入力して、各逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置が同期タイミングとして検出される。このとき、上記高速側ゼロクロス検出回路２２は、上記逆起電力信号分離回路２１で分離した後の高速側逆起電力信号ｆｙを用いてその電圧波形が、マイナス側→ゼロレベル→プラス側へよぎる点を立上りゼロクロス位置とする。また、プラス側→ゼロレベル→マイナス側へよぎる点を立下りゼロクロス位置とする。これにより、高速側逆起電力波形ｆｙのゼロクロス位置が的確に検出され、高速側ゼロクロス信号Ｓ１が出力される。
【００４４】
また、同様にして、上記低速側ゼロクロス検出回路２３は、上記逆起電力信号分離回路２１で分離した後の低速側逆起電力信号ｆｘを用いてその電圧波形が、マイナス側→ゼロレベル→プラス側へよぎる点を立上りゼロクロス位置とする。また、プラス側→ゼロレベル→マイナス側へよぎる点を立下りゼロクロス位置とする。これにより、低速側逆起電力波形ｆｘのゼロクロス位置が的確に検出され、低速側ゼロクロス信号Ｓ２が出力される。
【００４５】
なお、上記実施形態においては、キャンセルパルスＰｃを駆動パルスＰｙを反転して生成する場合について説明したが、キャンセルパルス発生器を別に設けて、駆動パルスＰｙと同期した逆位相のキャンセルパルスＰｃを発生させ、波形反転回路２５を経ることなく直接加算増幅回路２６に供給してもよい。この場合、レベル可変回路２４は、上記キャンセルパルス発生器で発生したキャンセルパルスＰｃのレベルを自動調整するものとする。
【００４６】
また、上記実施形態において、同期タイミング検出装置２は、高速側駆動コイル１４に接続した場合について説明したが、これに限られず、同期タイミング検出装置２は、低速側駆動コイル１５に接続してもよく、又は両駆動コイルにそれぞれ接続してもよい。
【００４７】
さらに、上記実施形態においては、高周波分離フィルタ２９及び低周波分離フィルタ３２は、移動平均フィルタを用いた場合について説明したが、移動平均フィルタに替えてアナログフィルタ又はデジタルフィルタを使用してもよい。
【００４８】
そして、上記実施形態においては、電磁アクチュエータ１が直交する支軸で２軸回りに揺動可能に軸支した可動部１１を備えたものの場合について説明したが、これに限られず、一つの支軸で支持されて１軸回りに揺動する可動部１１を備えたものであってもよい。この場合、同期タイミング検出装置２は、逆起電力信号分離回路２１を省略したものが適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置の構成及び該装置と電磁アクチュエータとそれを駆動する駆動回路との接続を示すブロック図である。
【図２】上記電磁アクチュエータの具体例としてのプレーナ型ガルバノミラーの基本的な構成を示す平面図である。
【図３】上記電磁アクチュエータに供給される高速側駆動パルスの例を示す図である。
【図４】上記同期タイミング検出装置において、キャンセルパルス信号を用いて行なう逆起電力信号に重畳した駆動パルス波形の除去について説明する図であり、（ａ）は除去前の状態を示し、（ｂ）はキャンセル過剰の状態を示している。
【図５】上記同期タイミング検出装置において、駆動パルス波形が除去された逆起電力信号の電圧波形における不連続性の補正について説明する図である。
【図６】上記同期タイミング検出装置において、駆動パルス波形が除去された逆起電力信号の電圧波形に発生するスパイクノイズについて説明する図である。
【図７】上記同期タイミング検出装置において分離された逆起電力信号を示す図であり、（ａ）は低速側逆起電力信号、（ｂ）は高速側逆起電力信号を示す。
【符号の説明】
【００５０】
１…電磁アクチュエータ
２…同期タイミング検出装置
１４…高速側駆動コイル
１５…低速側駆動コイル
２０…波形処理回路
２１…逆起電力信号分離回路
２２…高速側ゼロクロス検出回路
２３…低速側ゼロクロス検出回路
２６…加算増幅回路
２７…波形補正回路
２８…ノイズ除去回路
２９…高周波フィルタ
３１…差分回路
３２…低周波フィルタ
Ｐｘ…低速側駆動パルス
Ｐｙ…高速側駆動パルス
Ｐｃ…キャンセルパルス
ｆａ…高速側駆動コイルに発生した逆起電力信号
ｆｂ…駆動パルス波形が除去された逆起電力信号
ｆｃ…波形処理回路から出力する逆起電力信号
ｆｘ…低速側逆起電力信号
ｆｙ…高速側逆起電力信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動可能に軸支した可動部と、該可動部の周縁部に形成した駆動コイルと、該駆動コイルに磁界を作用させる磁界発生手段とを備えた電磁アクチュエータの前記可動部の揺動によって、前記駆動コイルに発生する逆起電力を検出し、該検出された逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置を同期タイミングとして検出する同期タイミング検出装置であって、
前記検出された逆起電力信号に重畳した駆動パルス波形を該駆動パルス波形に同期した逆位相のキャンセルパルスで除去する波形処理回路と、
前記駆動パルスが除去された逆起電力信号を用いてその電圧波形のゼロクロス位置を検出するゼロクロス検出回路と、
を備えたことを特徴とする電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項２】
前記可動部は、枠状の外側可動板とその内側に配置される内側可動板とを互いに直交する２軸回りに一方は低速で他方は高速で揺動可能に軸支したものであり、前記波形処理回路とゼロクロス検出回路との間に、前記波形処理回路から出力する前記駆動パルス波形の除去された逆起電力信号から高速側のゼロクロス位置を検出する逆起電力信号と、低速側のゼロクロス位置を検出する逆起電力信号とを分離する逆起電力信号分離回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項３】
前記波形処理回路は、前記駆動パルス波形が除去された逆起電力信号の電圧波形の不連続性を補正して連続した波形を作る波形補正回路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項４】
前記波形補正回路は、前記駆動パルス波形が除去された逆起電力信号の電圧波形の不連続点における電圧差を検出して該電圧差が所定の許容値内になるように前記キャンセルパルスのレベルを可変することを特徴とする請求項３に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項５】
前記波形補正回路は、不連続性補正後の逆起電力信号の電圧波形のうち、駆動パルス波形の重畳された期間に発生した波形歪を補正することを特徴とする請求項３又は４に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項６】
前記波形処理回路は、前記波形補正回路から出力する補正後の逆起電力信号の電圧波形に発生するスパイクノイズを除去するノイズ除去回路を備えたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項７】
前記逆起電力信号分離回路は、前記波形処理回路の出力を移動平均フィルタで処理して低速側の逆起電力信号を抽出し、前記波形処理回路からの出力と前記低速側の逆起電力信号との差分を取って高速側の逆起電力信号を抽出する構成としたことを特徴とする請求項２に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項８】
前記逆起電力信号分離回路は、前記移動平均フィルタに替えてアナログフィルタ又はデジタルフィルタを用いたことを特徴とする請求項７に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項１】
揺動可能に軸支した可動部と、該可動部の周縁部に形成した駆動コイルと、該駆動コイルに磁界を作用させる磁界発生手段とを備えた電磁アクチュエータの前記可動部の揺動によって、前記駆動コイルに発生する逆起電力を検出し、該検出された逆起電力信号の電圧波形のゼロクロス位置を同期タイミングとして検出する同期タイミング検出装置であって、
前記検出された逆起電力信号に重畳した駆動パルス波形を該駆動パルス波形に同期した逆位相のキャンセルパルスで除去する波形処理回路と、
前記駆動パルスが除去された逆起電力信号を用いてその電圧波形のゼロクロス位置を検出するゼロクロス検出回路と、
を備えたことを特徴とする電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項２】
前記可動部は、枠状の外側可動板とその内側に配置される内側可動板とを互いに直交する２軸回りに一方は低速で他方は高速で揺動可能に軸支したものであり、前記波形処理回路とゼロクロス検出回路との間に、前記波形処理回路から出力する前記駆動パルス波形の除去された逆起電力信号から高速側のゼロクロス位置を検出する逆起電力信号と、低速側のゼロクロス位置を検出する逆起電力信号とを分離する逆起電力信号分離回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項３】
前記波形処理回路は、前記駆動パルス波形が除去された逆起電力信号の電圧波形の不連続性を補正して連続した波形を作る波形補正回路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項４】
前記波形補正回路は、前記駆動パルス波形が除去された逆起電力信号の電圧波形の不連続点における電圧差を検出して該電圧差が所定の許容値内になるように前記キャンセルパルスのレベルを可変することを特徴とする請求項３に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項５】
前記波形補正回路は、不連続性補正後の逆起電力信号の電圧波形のうち、駆動パルス波形の重畳された期間に発生した波形歪を補正することを特徴とする請求項３又は４に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項６】
前記波形処理回路は、前記波形補正回路から出力する補正後の逆起電力信号の電圧波形に発生するスパイクノイズを除去するノイズ除去回路を備えたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項７】
前記逆起電力信号分離回路は、前記波形処理回路の出力を移動平均フィルタで処理して低速側の逆起電力信号を抽出し、前記波形処理回路からの出力と前記低速側の逆起電力信号との差分を取って高速側の逆起電力信号を抽出する構成としたことを特徴とする請求項２に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【請求項８】
前記逆起電力信号分離回路は、前記移動平均フィルタに替えてアナログフィルタ又はデジタルフィルタを用いたことを特徴とする請求項７に記載の電磁アクチュエータの同期タイミング検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１５１２４４（Ｐ２００７−１５１２４４Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３９４４２（Ｐ２００５−３３９４４２）
【出願日】平成１７年１１月２４日（２００５．１１．２４）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２４日（２００５．１１．２４）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
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