JPS6029929B2 - Drive method of galvanometer type optical deflector - Google Patents
Drive method of galvanometer type optical deflectorInfo
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- JPS6029929B2 JPS6029929B2 JP52089516A JP8951677A JPS6029929B2 JP S6029929 B2 JPS6029929 B2 JP S6029929B2 JP 52089516 A JP52089516 A JP 52089516A JP 8951677 A JP8951677 A JP 8951677A JP S6029929 B2 JPS6029929 B2 JP S6029929B2
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Landscapes
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、レーザ・ビームのような指向性を有する光を
感光体面上に飛点走査し、その面上に文字・画像を表示
する装置などにおいて、該光ビームを水平もしくは垂直
方向に偏向するための検流計式光偏向器の駆動方式に関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is a device that scans the surface of a photoreceptor with directional light such as a laser beam and displays characters or images on the surface. This invention relates to a driving method for a galvanometer-type optical deflector for deflecting horizontally or vertically.
検流計式光偏向器(以下ガルバノ・ミラーと呼称する)
は、光偏向素子の1つとして、回転多面鏡、音響光学素
子などと並び、非常に重要な位置を占めているが、実用
的には素子固有の機械的共振周波数の存在に基づく慣性
運動の影響から、高速性、走査区間の直線性、良好な走
査効率、ミラーの振れの安定性などを全て同時に満足す
ることは極めて困難であって、とりわけ高速性と走査区
間の直線性との間においてその傾向が著しい。Galvanometer type optical deflector (hereinafter referred to as galvano mirror)
As one of the optical deflection elements, it occupies a very important position along with rotating polygon mirrors, acousto-optic elements, etc., but in practical terms it is based on the inertial motion based on the existence of a mechanical resonance frequency unique to the element. It is extremely difficult to simultaneously satisfy high speed, linearity of the scanning section, good scanning efficiency, and stability of mirror deflection. This trend is remarkable.
この理由によって、ガルバノ・ミラーが他の偏向手段に
比べ経済性に優れるにも拘らず、偏向素子とりわけ高速
性を要求される水平偏向素子として実用に付されること
は少なかった。以下にガルバノ・ミラーの高速性と直線
性について、さらに走査効率と振れの安定性について詳
細に説明する。For this reason, although galvano mirrors are more economical than other deflection means, they have rarely been put to practical use as deflection elements, especially horizontal deflection elements that require high speed. Below, we will explain in detail the high speed and linearity of the galvano mirror, as well as the scanning efficiency and stability of deflection.
ガルバノ・ミラーを正弦波以外の波形を持つ電流で駆動
した場合、駆動系に何ら特殊な操作を加えないと、必ず
ガルバノ・ミラー自体の固有周波数ら‘こ起因する著し
い振動成分が現われる。第1図はガルバノ・ミラーに鋸
歯状波の駆動電流1を加えた場合のミラーの振れ角8を
示し、ミラーはほぼ1/らを周期とする自由減衰振動を
する。この振動成分が充分に減衰しないうちに次の駆動
電流を加えると、走査区間に振動成分が車畳し、走査区
間の直線性を損ねるし、さらにミラーの振れ特性に不安
定性をも誘起する。このような固有周波数ら成分の重畳
によるミラーの余分な振動を“リンギング”と称するが
、このリンギングによる走査区間の直線性の悪化を許容
限度内に抑制するべく、やむなくfoよりはるかに低い
周波数(最大限でもちの5%程度)でのガルバ/・ミラ
ーの駆動を強いられる。しかし、ガルバノ・ミラーによ
る偏向であっても、高い周波数での走査を要求される場
合が殆んどであって、駆動電流を単に印加する駆動方法
は実用的でなかった。とりわけ、走査周波数の高速性、
走査区間の良好な直線性さらに走査効率の向上、(すな
わち、大きな走査有効角、より短い帰線時間)が要請さ
れる水平偏向は、比較的低い周波数で済む垂直偏向に比
べはるかに切実な問題であった。しかも、現実には走査
線の解像度を増すために、大きなミラーを使用すること
による固有周波教boの無視しえない低下という悪条件
も加わって、さらに状況は厳しくなる。このようなガル
バノ・ミラーのリンギング及びリンギングに伴なう走査
部分の直線性の悪化を軽減するために、幾つかの手法が
探り上げられている。When a galvano mirror is driven with a current having a waveform other than a sine wave, a significant vibration component will always appear due to the natural frequency of the galvano mirror itself, unless some special operation is applied to the drive system. FIG. 1 shows the deflection angle 8 of the mirror when a sawtooth wave drive current 1 is applied to the galvanometer mirror, and the mirror oscillates freely at a period of approximately 1/ra. If the next drive current is applied before this vibration component is sufficiently attenuated, the vibration component will overlap in the scanning section, impairing the linearity of the scanning section, and further inducing instability in the deflection characteristics of the mirror. The extra vibration of the mirror due to the superposition of components from the natural frequency is called "ringing," but in order to suppress the deterioration of the linearity of the scanning section due to this ringing to within the permissible limit, it is necessary to use a frequency far lower than fo ( The galvanic/mirror is forced to drive at a maximum speed of about 5% of its capacity. However, even with deflection using a galvano mirror, scanning at a high frequency is required in most cases, and a driving method of simply applying a driving current has not been practical. In particular, the high scanning frequency,
Horizontal deflection, which requires good linearity of the scan path and improved scanning efficiency (i.e., larger effective scan angle, shorter retrace time), is a much more pressing issue than vertical deflection, which requires a relatively low frequency. Met. Moreover, in reality, in order to increase the resolution of the scanning line, the situation becomes even more severe due to the addition of the adverse condition of a non-negligible drop in the natural frequency coefficient due to the use of a large mirror. Several methods have been explored to alleviate such ringing of the galvano mirror and the deterioration in linearity of the scanning portion due to the ringing.
その方法には大きく分けて、駆動信号波形に何らかの特
殊な操作を加える方法(以下、シグナル・プロセシング
と呼称する)と、駆動回路にフィードバックをかけたり
適当なダンピング抵抗を介在させることで系を過制動に
し、固有周波数スペクトルの抑制を図る方法(以下、ダ
ンピングと呼称する)との二つがある。シグナルプロセ
シングによるガルバノ・ミラー駆動方式としては主にゼ
ネラル・スキャニング社による方式(以下G・S方式と
略記する)と、特開昭50−9444に示される日本放
送協会による方式(以下NHK方式と略記する)との二
つがある。There are two main ways to do this: one is to add some special manipulation to the drive signal waveform (hereinafter referred to as signal processing), and the other is to apply feedback to the drive circuit or insert an appropriate damping resistor to override the system. There are two methods: damping and suppressing the natural frequency spectrum (hereinafter referred to as damping). The main galvanometer mirror drive systems using signal processing include the General Scanning Company's system (hereinafter abbreviated as the G.S. system) and the Japan Broadcasting Corporation's system (hereinafter abbreviated as the NHK system) shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-9444. There are two options:
G・S方式は、第2図に示す如く、帰線時間貝0ち、帰
線を開始してから次走査に移行するべく振れ方向を反転
する期惜別o〜t2に一定の傾斜を有する単一のステッ
プ若しくは、単一の水平なステップを持つ駆動電流1を
与える。この場合、時刻t=to〜ら‘こおけるリンギ
ングヱネルギーの消費効果がかなり不充分であるため、
不足制動下においてはリンギングの抑制が非常に難しく
、Wこ起因する振動成分を許容範囲内にとどめるために
は系を深い過制動下におくことが不可欠になる。そのダ
ンピングの度合は、不足制動に比べて帰線時間を2〜3
倍以上必要とし、駆動周期に占める有効走査時間の割合
が駆動周波数の増加(高速化)に伴って低下する。この
結果、同一分解能を保持しようとする場合には光強度変
調周波数の増大によって引き起こされる光変調効率の低
下、光源出力増加の必要性に迫られる事態を招く。その
上、走査開始部の直線性が悪化し、走査部分における直
線性良好な走査有効角の減少があり、これは水平走査に
おいて走査有効時間の制約になる。いずれにせよ、G・
S方式ではシグナル・プロセシングの設定のまずさから
、いきおいダンピングに対する依存度を大きくせざるを
えず、仮に最良な状態に調整し得ても、走査部全般に渡
る固有周波数foの無視できない振動成分の混入、走査
開始部の直線性の悪化は半ば不可避的に起こりうるわけ
で、高速性と直線性の両立に関して有効な手段でない。
次に、NHK方式は、第3図に示す如く、帰線時間to
〜t4に2個のステップを有する階段波の駆動電流1を
与え、その後続のステップt,〜t4レベルを鋸歯状波
の基準レベルよりも負方向に設定している。As shown in Fig. 2, the G/S method uses a monomer that has a constant slope from 0 to t2, when the retrace time is 0 and the deflection direction is reversed to move on to the next scan. A drive current 1 with one step or a single horizontal step is provided. In this case, the consumption effect of ringing energy at time t=to~ra' is quite insufficient, so
It is very difficult to suppress ringing under under-braking, and it is essential to place the system under deep over-braking in order to keep the vibration component caused by W within an allowable range. The degree of damping is 2 to 3 times longer than under-damping.
The ratio of effective scanning time to the driving cycle decreases as the driving frequency increases (speeding up). As a result, if the same resolution is to be maintained, the optical modulation efficiency will decrease due to an increase in the optical intensity modulation frequency, and the light source output will have to be increased. Moreover, the linearity at the start of scanning is deteriorated, and the effective scanning angle with good linearity in the scanning portion is reduced, which limits the effective scanning time in horizontal scanning. In any case, G.
In the S method, due to poor signal processing settings, there is no choice but to rely heavily on dynamic damping, and even if it can be adjusted to the best condition, a non-negligible vibration component of the natural frequency fo throughout the scanning section The contamination of the line and the deterioration of the linearity at the start of scanning are semi-inevitable, and this is not an effective means for achieving both high speed and linearity.
Next, in the NHK system, as shown in Figure 3, the retrace time to
A staircase wave drive current 1 having two steps is applied to ~t4, and the subsequent step t and ~t4 levels are set in a negative direction relative to the reference level of the sawtooth wave.
この方式は、上記G・S方式に対し、帰線時間の短縮、
直線性の改良が図られている。しかし、ダンピングを大
きくしていくと、G・S方式ほどではないにせよ、帰線
時間の看過し得ない増加は避けられずまた、第2パルス
のバイアスの高さを基準レベルに対し負方向にかなり深
く設定しなければ良好な直線性が得られない。次に、ガ
ルバ/・ミラーにおける走査効率と良好な振れ特性、振
れの安定性について説明する。Compared to the above G/S method, this method shortens return time,
The linearity is improved. However, if the damping is increased, the retrace time will inevitably increase, although not as much as the G/S method, and the height of the bias of the second pulse will change in a negative direction relative to the reference level. Good linearity cannot be obtained unless it is set quite deep. Next, the scanning efficiency, good shake characteristics, and shake stability of the galvanic mirror will be explained.
ガルバノ・ミラーの特性は第1図において既に説明した
如く1/らを周期とする自由減衰振動を伴う。このよう
な特性を有するガルバノ・ミラーを走査手段として用い
る場合、時間;to〜t2を実質的な帰線時間となし、
時間;t2〜t5において次走査に移行するのが、走査
効率及び安定性という点で最も得策である。しかるに、
同期間において、円滑に直線的走査へ移るためには、ガ
ルバノ・ミラー本来の自由振動特性と、目的とする線形
な走査特性の速度ベクトルが、走査移行点において、一
致することが連続的な直線走査への転換を実現するため
の不可欠な条件である。時間;ら〜t5でこの条件を満
足する時点は、第1図の二つの点t;t3,し(今後、
各々第1ポイント、第2ポイントと呼称する)であって
、第1ポイントは方向反転時点t=ら‘こ近接し、第2
ポイントは反転後の最初のピークとなるt=t5直前に
存在する。これら二時点のいずれを選択するかは第1図
から明白なように、走査期間、走査角を出来る限り大き
くしたいという要請から、t=らからの走査開始すなわ
ち走査移行角は第1ポイントにとる方が望ましい。上記
の二方式に関しては、G・S方式が第1ポイント走査を
、そしてNHK方式が第2ポイント走査を探っている。
ただ、前者については、大きなダンピングがかけられる
ため、実質的にNHK方式の方が短かし、帰線時間を得
ている。ただし、NHK方式では第2ポイント走査であ
るがために、第1ポイント走査に比べて走査効率の犠牲
を強いられていることは事実である。また、上記のごと
く、第2パルスのバイアスを基準レベルに対して負万向
に設定するため、時間;ら〜t4における振れ速度の高
速化の傾向が非常に強く、第2パルスのバイアスを負方
向に深く設定した場合には全振れ角に占める時間;t2
〜t4における移行角の割合が増大し、一般に振れ角の
利用効率は決して良いとは言えない。特に、感光体面上
にレーザ・ビーム等でドット構成された文字などを描こ
うとする場合、ドットに関しては等間隔でなくて空間的
に等間隔に感光体面上に表示させることが可能で、この
場合の直線性に関する許容度は大幅に広くなり、眼視に
おける濃度分布の場所による差異が、ほとんど無いと見
なせれば良いことになる。従って、正規の走査期間のみ
ならず走査移行期間をも本来の走査速度よりやや低速程
度にすればすべて走査期間に含めてしまうことが出来る
わけであり、駆動法の如何によっては、原理的に100
%近い振れ角利用効率と、一周期から帰線時間を差し引
いた残りのすべての走査時間を有効走査時間として獲得
できるという大きな利点が生じる。そころが、NHK方
式ではもともと走査移行角が大きい(第2ポイント)上
に、さらに正規の走査速度に比べ走査移行部分しの振れ
角速度が非常に大きくなりやすく、本来の走査開始点を
境にして明瞭な濃度分布差が出釆ることなどから、この
手法を応用することは本質的に無理がある。本発明は、
上記までの事項に鑑みてなされたもので、走査期間の良
好な直線性と振れの高安定性を得るために帰線期間に非
常に効果的なシグナル・プロセシングを導入し、可能な
限りt=toにおいて貯えられた自由振動の原因となる
ポテンシャル・エネルギーの吸収を図ること、そして上
記シグナル・プロセシングの決定的とも言えるリンギン
グ抑圧効果によって、従来のようなダンピングに対する
強い依存度を著しく減少させ、帰線時間の理論的限界に
近い縮小、走査開始部初期の直線性の大幅な改善をめざ
し、さらに先に示した走査移行部の利用ということも考
慮して、移行速度が正規の走査速度と同程度か若しくは
それよりも低速になる駆動方式を提供することを目的と
する。すなわち、検流計式光偏向器の駆動方式に関して
、帰線期間に階段パルスを介在させ、この階段パルスは
、駆動波形の基準レベルよりも高いレベルの二段階のス
テップを有し、且つ後段ステップは、前段ステップより
低いレベルにしたことを特徴とするものである。以下に
本発明方式の説明を行なう。As already explained in FIG. 1, the characteristics of the galvano mirror involve free damping vibration with a period of 1/ra. When a galvano mirror having such characteristics is used as a scanning means, the time from to to t2 is considered as the substantial retrace time,
From the point of view of scanning efficiency and stability, it is best to proceed to the next scan at time t2 to t5. However,
In order to smoothly transition to linear scanning during the same period, it is necessary that the original free vibration characteristics of the galvanometer mirror and the velocity vector of the desired linear scanning characteristic match at the scanning transition point to create a continuous straight line. This is an essential condition for realizing the conversion to scanning. The point at which this condition is satisfied at time ra ~ t5 is the two points t; t3, and in Figure 1 (from now on,
(referred to as the first point and the second point, respectively), the first point is close to the direction reversal time t = ra', and the second point
The point exists just before t=t5, which is the first peak after the inversion. As is clear from Fig. 1, which of these two points should be selected is that the scanning period and scanning angle should be as large as possible, so the scanning start from t=etc., that is, the scanning transition angle, is set at the first point. It is preferable. Regarding the above two methods, the G/S method explores the first point scan, and the NHK method explores the second point scan.
However, since a large amount of damping is applied to the former, the NHK method is actually shorter and the retrace time is longer. However, since the NHK system uses second point scanning, it is true that it is forced to sacrifice scanning efficiency compared to first point scanning. In addition, as mentioned above, since the bias of the second pulse is set to be negative with respect to the reference level, there is a very strong tendency for the swing speed to increase from time ra to t4, and the bias of the second pulse is set to be negative. If it is set deeply in the direction, the time occupied by the total deflection angle; t2
The ratio of the transition angle at ~t4 increases, and generally the efficiency of use of the deflection angle cannot be said to be good. In particular, when trying to draw characters made up of dots using a laser beam, etc. on the photoreceptor surface, the dots can be displayed on the photoreceptor surface at equal spatial intervals rather than at equal intervals; The tolerance regarding linearity has become significantly wider, and it is sufficient if it can be considered that there are almost no differences in the density distribution depending on the location when visually observed. Therefore, not only the regular scanning period but also the scanning transition period can be included in the scanning period by making the scanning speed slightly slower than the original scanning speed.
This has the great advantage of achieving a deflection angle utilization efficiency of close to 50% and being able to obtain the remaining scanning time after subtracting the retrace time from one cycle as effective scanning time. In the NHK method, the scanning transition angle is originally large (second point), and furthermore, compared to the normal scanning speed, the deflection angular velocity at the scanning transition part tends to be very large, and the deviation from the original scanning starting point It is essentially impossible to apply this method because a clear difference in concentration distribution occurs. The present invention
This was done in view of the above matters, and in order to obtain good linearity in the scanning period and high stability in runout, very effective signal processing was introduced in the retrace period, and as much as possible, t= By absorbing the potential energy that is the cause of free vibrations stored in the We aim to reduce line time close to the theoretical limit, significantly improve linearity at the beginning of the scan, and also take into account the use of the scan transition section mentioned earlier, so that the transition speed is the same as the regular scan speed. The purpose of the present invention is to provide a drive system that achieves speeds as low as 100% or slower than that of the previous 2000s. That is, regarding the driving method of the galvanometer type optical deflector, a staircase pulse is interposed in the retrace period, and this staircase pulse has two steps at a level higher than the reference level of the drive waveform, and a second step. is characterized in that the level is lower than that of the previous step. The method of the present invention will be explained below.
まず、第1図によって時間;t=to〜t5におけるガ
ルバノ・ミラーの持つ慣性力の方向と大きさを考えてみ
る。通常の減衰自由振動からの演えきによりt=ち付近
、すなわちt=ら〜t2の中間部で慣性力の向きが反転
し、t=t,付近において、ミラーの加速度が最小とな
り、一方振れ速度は下方に向けて最大となる。このよう
に、時間;t=to〜t2で、t=Lを境界にしてガル
バノ・ミラーの力学的モードが一変すること、及びポテ
ンシャル・エネルギーの絶対的な減衰量はt=to〜t
2が最も大きいことなどから、婦線期間をto〜t,,
t,〜ら‘こ二分し、この二区間に夫々単一のステップ
を有する階段パルスを挿入することにした。そこで、第
一のステップ・レベルは、駆動波形の全振幅の中央付近
、若しくはそれより上方に設定することによってミラー
の下向きの慣性力に対して強烈な制動力を付与し、t=
らで走査開始点に向かう下向きの速度が最大になってい
ることを利用して一気に駆動電流レベルを下げ、帰線期
間の縮小を促進する。その上で、さらに時間;t=t,
〜らなる第二の区間で代表的な場合として第一の階段パ
ルスステップ・レベルの約半分のレベルの第二の階段パ
ルスを入れることによって、制動効果の減少を阻止し、
残余の慣性エネルギーの消去を行なう。これを表わした
のが第4図であって、制動中心がバイアスA,,A2に
より決定され、第一の階段波によって慣性エネルギーの
大部分を消費させ、帰線期間の短縮を図りつつ第二の階
段波で再度の制御効果を与え、同時に振れ速度の迅速な
る減少を行なってt=ら以降での次走査に備える。結局
このようなシグナル・プロセシングを導入することによ
って、t:らの方向転換時にガルバノ・ミラーが完全に
ポテンシャル・エネルギーを放出した静止の状態に可能
な限り近ずけ、t=t2以降の次走査領域で駆動波形に
かなり忠実に追随することを可能ならしめている。また
、従来方式と異なりダンピングに対する依存度が小さい
ために、帰線時間を殆んど理論的限界にまで近ずけるこ
とも可能である。ただし、上述の説明で注意を要する点
は、二段階の挿入ステップパルスの持つ物理的パラメー
タは、冗長性を有し、各ステップパルス間のパラメータ
の相互調整を行なうことで、好ましい駆動状態を維持す
ることが可能であることである。本発明方式では、前述
したごとく、第一ポイント走査を企図したので、最も容
易に、且つ走査効率を裕んど損なうことなく確実に第一
ポイント走査を行なうために、駆動電流波形の走査勾配
を変えることによって走査時における所望のミラーの定
常角速度調整を行ない、走査開始タイミングを第一ポイ
ントに合致させて極めて安定した振れ特性を得ることが
出来る。第4図では、t=t2〜らが走査移行期間であ
って、t=t3が、第一ポイントに該当する。本発明方
式に依れば、リンギング抑制効果が非常に大きいことと
、第一ポイント走査であるために走査移行角が小さく、
調節によっては全振れ角に占める移行角の割合を殆んど
無視してさしつかえなくすることも出来る。また、この
区間における速度分布が走査速度に比し低速性であるこ
とも大きな利点になりうる。次に、本発明方式を実施す
る場合の手順について説明する。First, let us consider the direction and magnitude of the inertial force of the galvanometer mirror at time t=to to t5 using FIG. Due to the action from normal damped free vibration, the direction of the inertial force is reversed near t=chi, that is, in the middle between t=ra and t2, and near t=t, the acceleration of the mirror becomes minimum, and the deflection speed is is maximum towards the bottom. In this way, the mechanical mode of the galvano mirror changes completely with the boundary at t=L between t=to and t2, and the absolute amount of attenuation of potential energy is between t=to and t.
Since 2 is the largest, the female period is to~t,,
It was decided to divide the pulse into two sections, t, - ra', and insert a staircase pulse having a single step into each of these two sections. Therefore, by setting the first step level near the center of the total amplitude of the drive waveform or above it, a strong braking force is applied to the downward inertial force of the mirror, and t=
Taking advantage of the fact that the downward speed toward the scanning start point is at its maximum, the drive current level is lowered all at once, promoting a reduction in the retrace period. On top of that, further time; t=t,
In a typical case, a second staircase pulse having a level approximately half of the first staircase pulse step level is introduced in the second section consisting of ~, thereby preventing a reduction in the braking effect;
Eliminates residual inertial energy. This is shown in Figure 4, where the braking center is determined by the biases A, , A2, and the first step wave consumes most of the inertial energy, shortening the retrace period while the second A staircase wave of 200 ms gives another control effect, and at the same time, the swing speed is rapidly reduced to prepare for the next scan after t= et al. In the end, by introducing such signal processing, the galvanometer mirror can be as close as possible to the resting state in which it has completely released its potential energy during the direction change at t:, etc., and the next scan after t=t2 This makes it possible to follow the drive waveform fairly faithfully in this area. Further, unlike the conventional method, since the dependence on damping is small, it is possible to bring the retrace time almost to the theoretical limit. However, the point to be noted in the above explanation is that the physical parameters of the two-stage insertion step pulse have redundancy, and by mutually adjusting the parameters between each step pulse, a favorable driving state can be maintained. It is possible to do so. As mentioned above, in the method of the present invention, the first point scan is intended, so in order to perform the first point scan most easily and reliably without compromising scanning efficiency, the scanning slope of the drive current waveform is adjusted. By changing this, it is possible to adjust the desired steady-state angular velocity of the mirror during scanning, match the scanning start timing to the first point, and obtain extremely stable deflection characteristics. In FIG. 4, t=t2 and so on are scan transition periods, and t=t3 corresponds to the first point. According to the method of the present invention, the ringing suppression effect is very large, and since it is a first point scan, the scan transition angle is small.
Depending on the adjustment, the ratio of the transition angle to the total deflection angle can be almost ignored. Furthermore, the fact that the speed distribution in this section is slower than the scanning speed can also be a great advantage. Next, the procedure for implementing the method of the present invention will be explained.
第4図によると、駆動信号可変パラメータは2つの挿入
パルスに関するステップ・レベルの高さ;A,,A2及
び時間幅;ち,t2そして走査勾配の5つである。本発
明においては、駆動電流とコイルの端子電圧の差成分を
駆動増幅器に帰還させることによりダンピング・モード
の調整を行なったが、さらに付け加えるならば、ダンピ
ングも可変パラメータとなりうる。リンギング抑制力が
大きいことからダンピング依存度が低く、またダンピン
グが4・さし、程走査移行期間;t2〜ら、及び走査開
始直後の直線性が良好になるという実験事実や、帰線期
間の短縮という観点から、臨界制動付近若しくは完全な
不足制動下に至るダンピング・モードでガルバノ・ミラ
ーを駆動することにする。振れ特性は減衰自由振動の類
推から時間;し〜t2がだいたい1/偽十Q(但しQ《
1/ら)程度と見なせるので丁,十ヶ2±1/幻十Qと
おく。可変パラメーターの代表的な設定値としてはステ
ップ・レベルの高さ;A,,A2は、A,を全振幅:A
oの50%付近,同様にんをA,の50%付近とし、時
間幅:丁,,72はほぼ等しくしておく。以上のごとく
、駆動開始前にあらかじめ駆動波形を設定した後、偏向
の直線性が最良になるように、まず第一ステップA,,
7,を調節し、続いて第二ステップのA2,72 に取
りかかる。以上の操作を終えた後、走査開始タイミング
の調整を行なう。これはシグナル・プロセシングを加え
る前の元の鋸歯状波の大きさを微小に前後させることと
等価である。このうち、リンギング抑制に主要な働きを
成すものは第一ステップであって、直線性の微妙な調整
に偉力を発揮するのが第二ステップであり、この二操作
がリンギング抑制措置となる。三番目の操作である走作
開始タイミング調整は、この一連の操作の締めくくりと
なるもので、この設定を怠ると新たなりンギングを議起
し、直線性を損なうことになる。上述の一連の操作でリ
ンギング抑制、良好な直線性、短かし・帰線時間、高い
走査効率、優れた安定性のいずれをも充分満足する振れ
特性を得ることができる。各パラメータの設定値はあく
までも代表的なモデルであって、各パラメータ共かなり
融通性を有していることは注意が必要である。但し、ダ
ンピングを大きく変えない限りミラーの振れ特性はあま
り変わらないので、7,,?2、走査勾配は一度設定す
ると再び修正する必要は殆んど無く、また第一パルスの
ステップ・レベル:A,も一度調整しておけばあまり変
えなくて良い。結局第二パルスのステップ・レベル:ん
のみの微調整でガルバノ・ミラー自体、駆動信号系の経
時変化による直線性の若干の変動を完全に補正すること
が可能である。このように、いったん最適な振れ特性を
有する駆動パラメータを設定してしまうと、その後の可
変パラメータは強いて掲げるならばA2のみとなり、長
時間、最適な走査特性を維持することが現実のものとな
っており、信頼性、簡便性という面からも非常に優れた
方式と言える。本発明方式の実施にあたってゼネラル・
スキャニング社のG−612型を使用した。これは、ミ
ラーを装着しない場合の固有周波数が約2.1KH2で
あるが、走査周波数:IKHZとして本発明方式を試み
たところ帰線期間:320山 second、良好な直
線性を有する領域として600仏 second以上が
得られた。以上に詳述した発明方式を仮に第一の発明方
式と呼称する。この第一の発明方式は2段階の階段パル
スのステップ・レベルの高さを鏡歯状波の基準レベルに
対して正の方向に設定し、二段階の異なるレベルの制御
をガルバノ・ミラーに与えることで従来あったシグナル
・プロセシングを用いた方式よりも優れた振れ特性、と
りわけ高い走査効率を得ることが可能になったわけであ
るが、ここでは第一の発明方式をさらに発展させて走査
移行期間:t2〜t3の直線性の向上も狙い結果的に走
査期間の直線性の一層の改善を意図した新たな方式につ
いて述べる。この第二の発明方式は、第5図のごとく、
走査移行期間;t2〜ヒーこ第三のステップを有する階
段波をさらに挿入することで、走査期間のみならず、走
査移行期間の直線性をも改善の対象にする方式である。
この第二の発明方式によって、第一の発明方式における
走査移行期間での若干の低速性がこの新たな第三のステ
ップパルスレベルの調整によって改善され、さらに第4
図の方向転換時点;t2においてごくわずかに存在する
残余のポテンシャル・エネルギーの消去をも実現でき、
その結果全般的な直線性の更なる向上を図ることが出来
る。本発明方式における可変パラメータは、第一の発明
方式でのA,,A2,7・,72に加え、さらに、第三
のパルスのん,73がはいる。走査開始タイミングの調
整に用いた走査勾配は、本発明方式では↑3がそれにと
って替わることになり、結局第一の発明方式に比してパ
ラメータ数はただ一つ増加するのみで調整の簡易性は充
分保たれている。この第二の発明方式は第一ポイント走
査を企図したものであるが、第二ポイント走査に切換え
ることも可能である。また、各パラメータの調整によっ
ては第4図または第5図における時間:t=t2とがガ
ルバ/・ミラーの実際の方向転換時点が必ずしも一致し
ないことがある。これはダンピングの影響によるところ
が大きい。また、より強い制動力を得るために、帰線時
間及び走査移行期間により多くのステップを有する階段
波を挿入する方式が考えられるが、調整が急激に煩雑且
つ難しいものになること、帰線時間が大きくなる可能性
があることから、実用性に欠けるものである。以上説明
したとおり、本発明の駆動方式によれば、偏向素子とし
てのガルバノ・ミラーを水平走査にも耐えうる高速走査
(foの20%〜50%程度)、非常に短い帰線時間(
1/偽十Q程度)、リンギングの完全に近い抑制による
良好な直線性、大きな振れ角による高い走査効率で、し
かもこれらを同時に満足する特性で駆動できる。According to FIG. 4, the drive signal variable parameters are five: height of the step level; A, A2; time width; t2; and scan gradient for the two insertion pulses. In the present invention, the damping mode is adjusted by feeding back the difference component between the drive current and the terminal voltage of the coil to the drive amplifier, but in addition, damping can also be a variable parameter. Because the ringing suppression force is large, the dependence on damping is low, and the experimental fact that damping improves the linearity during the scan transition period (t2~ et al.) and immediately after the start of scanning, as well as during the blanking period. From the point of view of shortening, the galvano mirror is driven in a damping mode near critical damping or completely under damping. From the analogy of damped free vibration, the runout characteristics can be determined by the time;
Since it can be regarded as approximately 1/ra), it is set as ding, 10 2 ± 1/gen 10 Q. Typical settings for variable parameters include step level height; A, A2 is A, total amplitude: A.
Similarly, the time width is set to be around 50% of A, and the time widths are set to be approximately equal to 72. As described above, after setting the drive waveform in advance before starting the drive, first step A,...
7, and then proceed to the second step, A2, 72. After completing the above operations, adjust the scanning start timing. This is equivalent to slightly changing the size of the original sawtooth wave before signal processing is applied. Of these, the first step plays a major role in suppressing ringing, and the second step is effective in finely adjusting linearity, and these two operations serve as ringing suppression measures. The third operation, adjusting the running start timing, concludes this series of operations, and if this setting is neglected, new ringing will occur and linearity will be impaired. Through the above-described series of operations, it is possible to obtain runout characteristics that fully satisfy all of ringing suppression, good linearity, shortening/retrace time, high scanning efficiency, and excellent stability. It should be noted that the setting values for each parameter are only representative models, and each parameter has considerable flexibility. However, unless the damping is changed significantly, the mirror shake characteristics will not change much, so 7,...? 2. Once the scanning gradient is set, there is almost no need to modify it again, and once the step level A of the first pulse is adjusted, there is no need to change it much. After all, slight variations in the linearity of the galvanometer mirror itself due to changes over time in the drive signal system can be completely corrected by finely adjusting the step level of the second pulse. In this way, once the drive parameters with the optimum run-out characteristics are set, the only variable parameter that can be chosen after that is A2, and it becomes a reality to maintain the optimum scanning characteristics for a long period of time. This method can be said to be extremely superior in terms of reliability and simplicity. In implementing the method of the present invention, the general
Model G-612 manufactured by Scanning Co., Ltd. was used. The natural frequency when no mirror is installed is approximately 2.1 KH2, but when the method of the present invention was tried with a scanning frequency of IKHZ, the retrace period was 320 seconds, and the area with good linearity was 600 seconds. Second or more was obtained. The invention method detailed above will be temporarily referred to as the first invention method. This first invention method sets the height of the step level of the two-step staircase pulse in the positive direction with respect to the reference level of the mirror tooth wave, and provides two different levels of control to the galvano mirror. As a result, it has become possible to obtain better runout characteristics and especially higher scanning efficiency than the conventional method using signal processing.Here, we will further develop the first invented method to improve the scanning transition period. :A new method will be described which is intended to further improve the linearity of the scanning period with the aim of improving the linearity between t2 and t3. This second invention method is as shown in Figure 5.
By further inserting a staircase wave having a third step from t2 to t2 (scan transition period), the linearity of not only the scan period but also the scan transition period is improved.
With this second invention method, the slight slowness in the scan transition period in the first invention method has been improved by adjusting the new third step pulse level, and the fourth step pulse level has been improved.
It is also possible to eliminate the very small amount of residual potential energy that exists at the time of direction change in the figure; t2.
As a result, it is possible to further improve overall linearity. In addition to the variable parameters A, , A2, 7, ., 72 in the first invention method, the variable parameters in the method of the present invention include a third pulse number 73. In the method of the present invention, the scan gradient used to adjust the scan start timing is replaced by ↑3, and in the end, the number of parameters increases by only one compared to the first method of the invention, simplifying the adjustment. is well preserved. Although this second invention method is intended for first point scanning, it is also possible to switch to second point scanning. Further, depending on the adjustment of each parameter, the time t=t2 in FIG. 4 or 5 may not necessarily coincide with the actual direction change point of the galvanic mirror. This is largely due to the influence of damping. In addition, in order to obtain stronger braking force, a method of inserting a staircase wave with more steps into the retrace time and scan transition period can be considered, but the adjustment will suddenly become complicated and difficult, and the retrace time It is impractical because it may become large. As explained above, according to the drive method of the present invention, the galvano mirror as a deflection element can be scanned at high speed (approximately 20% to 50% of fo) that can withstand horizontal scanning, and has a very short retrace time (
1/false Q), good linearity due to nearly complete suppression of ringing, and high scanning efficiency due to a large deflection angle, and can be driven with characteristics that satisfy these simultaneously.
とりわけ、従来方式に比べて高い走査効率において優れ
るものである。In particular, it is superior to conventional methods in terms of high scanning efficiency.
第1図は不足制動下でのガルバノ・ミラーの基本的な振
れ特性を示す図、第2図、第3図は従来方式の駆動電流
波形とガルバノ・ミラーの振れ特性を示す図、第4図は
本発明による駆動方式の駆動電流波形とガルバノ・ミラ
ーの振れ特性を示す図、第5図は本発明による他の駆動
方式の駆動電流波形を示す図である。
1・・・・・・ガルバノ・ミラーの駆動電流、8・・…
・ガルバノ・ミラーの振れ角。
第5図
第1図
第2図
第3図
第4図Figure 1 is a diagram showing the basic deflection characteristics of the galvano mirror under insufficient braking, Figures 2 and 3 are diagrams showing the drive current waveform of the conventional method and the vibration characteristics of the galvano mirror, and Figure 4 5 is a diagram showing the drive current waveform of the drive method according to the present invention and the deflection characteristics of the galvanometer mirror, and FIG. 5 is a diagram showing the drive current waveform of another drive method according to the present invention. 1... Drive current of galvanometer mirror, 8...
- Deflection angle of galvano mirror. Figure 5 Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4
Claims (1)
階段パルスを介在させ、この階段パルスは駆動波形の基
準レベルよりも高いレベルの二段階のステツプを有し、
第1段ステツプのパルスは帰線開始時点t_0から検流
計ミラーの自由減衰振動の最初の慣性力向き反転時点t
_1の時間幅を有し、第2段ステツプのパルスは上記第
1段ステツプのパルスに続いて上記自由減衰振動の最初
の方向反転時点t_2までの時間幅を有しかつ第1段ス
テツプのパルスよりも低いレベルにしたことを特徴とす
る検流計式光偏向器の駆動方式。 2 特許請求の範囲第1項記載の駆動方式において、上
記駆動波形の走査移行期間に上記第2段ステツプのパル
スの後に1つのステツプパルスを介在させたことを特徴
とする検流計式光偏向器の駆動方式。[Claims] 1. A step pulse is interposed in the retrace time of a drive waveform that drives a galvanometer type optical deflector, and this step pulse has two steps at a level higher than the reference level of the drive waveform. death,
The pulse of the first step starts from the retrace start time t_0 to the first reversal of the inertial force direction of the free damping vibration of the galvanometer mirror t.
The pulse of the second step has a time width of _1, and the pulse of the second step has a time width following the pulse of the first step until the first direction reversal time t_2 of the free damped oscillation, and the pulse of the first step A driving method for a galvanometer-type optical deflector, which is characterized by a lower level than the current level. 2. A galvanometer-type optical deflection method according to claim 1, characterized in that one step pulse is interposed after the second step pulse during the scanning transition period of the drive waveform. The drive method of the device.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52089516A JPS6029929B2 (en) | 1977-07-26 | 1977-07-26 | Drive method of galvanometer type optical deflector |
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|---|---|
| JPS5489673A JPS5489673A (en) | 1979-07-16 |
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Family Applications (1)
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| JP52089516A Expired JPS6029929B2 (en) | 1977-07-26 | 1977-07-26 | Drive method of galvanometer type optical deflector |
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-
1977
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Also Published As
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| JPS5489673A (en) | 1979-07-16 |
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