JP2006162949A - プレーナ型アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 トーションバーで軸支され駆動コイルの通電量に応じた振れ角で回動する可動部13に発熱コイル16を設け、温度検出部21で可動部13の温度を検出し、可動部13の反り量が略零となる予め定めた目標温度と検出温度を比較し、可動部温度が目標温度になるよう制御部22により発熱コイル16の通電量を制御する。これにより、可動部13に設けた駆動コイルの電流量変化により駆動コイルの発熱量が変化しても可動部13の温度を常時目標温度に維持でき、可動部13の反り量を略零にできる。
【選択図】 図3
Description
かかる構成では、温度制御手段で可動部の温度を予め定めた目標温度になるよう制御することにより、可動部の反り量を略一定にすることができるようになる。
請求項7のように、前記冷却部は、ペルチェ素子を用いる構成とするとよい。
この場合、請求項10のように、前記駆動コイルに交流駆動電流を供給して前記可動部を揺動駆動する構成であるとき、前記交流駆動電流に重畳させて発熱用直流電流を前記駆動コイルに供給し、該駆動コイルが前記発熱体を兼ねる構成とするとよい。
かかる構成では、可動部の温度を目標温度に制御することにより、可動部の反り量を略零にでき、可動部上の反射ミラーを略平坦にすることができるようになる。
図1に、本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第1実施形態の構成図を示す。尚、以下の各実施形態では、電磁駆動タイプに適用した場合について説明する。
図1において、本実施形態のプレーナ型アクチュエータは、アクチュエータ本体1と、該アクチュエータ本体1の後述する可動部13を駆動制御する駆動回路2と、アクチュエータ本体1の前記可動部13自体の温度を制御する温度制御部3とを備えて構成される。
図2に、アクチュエータ本体1の平面図を示す。
図2において、本実施形態のアクチュエータ本体1は、枠状の固定部11に、一対のトーションバー12,12を介して前記可動部13が回動可能に軸支される。これら固定部11、トーションバー12,12及び可動部13は、例えばシリコン基板をエッチングして一体的に形成される。可動部13の裏面側(紙面背面側)全面には、可動部13の回動動作により光源からの光ビームを偏向するための反射ミラー14が設けられる。可動部13の表面側周縁部には、可動部13を駆動するための図中実線で示す駆動コイル15と、該駆動コイル15の外側に可動部13を加熱するための図中破線で示す発熱コイル16とが設けられる。例えば、駆動コイル15は、一方のトーションバー部分を介して固定部11側に引き出されて電極端子17A,17Bに接続する。発熱コイル16は、他方のトーションバー部分を介して固定部11側に引き出されて電極端子18A,18Bに接続する。固定部11の外側には、トーションバー12,12の軸方向と平行な可動部対辺部の駆動コイル部分に静磁界を作用する一対の静磁界発生手段19A,19Bが、可動部13を挟んで互いに反対磁極を対向させて配置される。尚、静磁界発生手段19A,19Bは、永久磁石でも電磁石でもよい。
可動部13上の駆動コイル15に電流を流すと磁界が発生し、この磁界と静磁界発生手段19A,19Bによる静磁界との相互作用によりローレンツ力が発生し、トーションバー12,12の軸方向と平行な可動部対辺部に互いに逆方向の回転力が発生し、トーションバー12,12のばね力と発生した回転力とが釣合う位置まで可動部13は回動する。駆動コイル15に直流電流を流せば駆動電流量に応じた回動位置で可動部13は停止し反射ミラー14により光ビームを所望の方向に偏向できる。また、駆動コイル15に交流電流を流せば可動部13が揺動し、反射ミラー14により光ビームを偏向走査できる。発生する回転力は、駆動コイル15に流す駆動電流値に比例するので、駆動コイル15に供給する駆動電流値を制御することで、可動部13の振れ角(光ビームの偏向角度)を制御できる。ここで、駆動コイル15と静磁界発生手段19A,19Bで駆動手段を構成する。
前記温度制御部3は、可動部13の温度を予め定めた目標温度(例えば、本実施形態では可動部13の反り量が零となる温度とする)になるように制御するもので、図3に示すように、可動部13に設ける発熱部としての前述した発熱コイル16と、温度検出部21と、制御部22とを備えて構成される。
前記温度検出部21は、可動部13の温度を検出するもので、本実施形態では、可動部13の温度に応じて変化する発熱コイル16の抵抗値を検出する。
前記制御部22は、前記温度検出部21の検出値に基づいて可動部13が前記目標温度になるよう発熱コイル16に供給する電流量を制御して発熱コイル16の発熱量を制御するものである。具体的には、制御部22は、予め実験により計測した可動部温度と発熱コイル抵抗値との対応関係を示した抵抗値−可動部温度の換算データと、同じく実験により計測した、可動部13を単位温度(例えば1℃)上昇させるに必要な供給電流量データとを、予め記憶したメモリを備え、温度検出部21から入力する抵抗検出値を前記換算データに基づいて可動部温度を推定し、推定した温度と目標温度の差に基づいて前記供給電流量データから発熱コイル16に供給する電流量を演算し供給する。
ステップ1(図中S1で示し、以下同様とする)では、駆動回路2から駆動コイル15に駆動電流を供給して可動部13を駆動する。駆動コイル15は発熱して可動部13の温度は上昇する。これにより、発熱コイル16が加熱されて抵抗値が変化する。
ステップ2では、制御部22が温度検出部21で検出された発熱コイル16の抵抗値に対応する可動部温度Tをメモリ内の前記換算データから読み出す。
尚、本実施形態の場合、発熱コイル16の電流変化が可動部13に作用する駆動力に影響を与えるが、駆動コイル15に供給する駆動電流を発熱用電流量の変化に応じて制御すればよい。
以下に、発熱部の取付け構造の例を示す。
図5の第2実施形態は、発熱コイル16を、アクチュエータ本体1の可動部13上においてトーションバー12,12の中心軸線に対して略対称に配置する構成である。この場合、図中上下の発熱コイル16の巻回方向を同じ方向として発熱コイル16に流れる電流によって生じる磁界に起因して発生する電磁力が互い相殺されるようにして可動部13の駆動に影響を与えないようにする。尚、図では図中上下の発熱コイルを接続して1本の発熱コイルとしたが、別々の発熱コイルとしてもよい。
また、発熱コイル16や発熱体31を用いる構成では、これら発熱コイル16や発熱体31及び駆動コイル15の上面に絶縁層を介して反射ミラーを形成することで、可動部13の両面に反射ミラー14を形成することが可能である。
図10に、可動部に冷却部を設けた本発明の第6実施形態を示す。
図10において、本実施形態のアクチュエータは、アクチュエータ本体1の可動部13を冷却する冷却部としてペルチェ素子を用いる構成である。ペルチェ素子は、n型半導体41、p型半導体42、上部電極43及び下部電極44A,44Bを備えて構成される。本実施形態では、可動部13に、n型半導体41領域とp型半導体42領域を形成し、これらn型半導体41領域とp型半導体42領域に跨るように上部電極43を形成し、n型半導体41領域とp型半導体42領域のそれぞれ接続するよう各下部電極44A,44Bをトーションバー12,12部分を介して枠状の固定部11に形成し、n型半導体41領域に接続する下部電極44A側をプラス(+)とし、p型半導体42領域に接続する下部電極44B側をマイナス(−)とし電流を供給する構成とする。
尚、アクチュエータ本体1の構成は、発熱コイル16に代えてペルチェ素子を設けたことを除いて図2と同様である。駆動コイル15は、図面の簡略化のため図示を省略してある。
尚、図11〜図13では、駆動コイル及び静磁界発生手段は図面の簡素化のため図示を省略してある。
2 駆動回路
3 温度制御部
11 固定部
12 トーションバー
13 可動部
14 反射ミラー
15 駆動コイル
16 発熱コイル
19A,19B 静磁界発生手段
21 温度検出部
22,34 制御部
31 発熱体
32 光吸収発熱材
33 温度センサ
41 n型半導体
42 p型半導体
43 上部電極
44A,44B 下部電極
Claims (11)
- 可動部と、該可動部を固定部に対して回動可能に軸支するトーションバーと、前記可動部を前記トーションバーの軸回りに駆動する駆動手段と、前記可動部に設けられた反射ミラーとを備えたプレーナ型アクチュエータにおいて、
前記可動部の温度を予め定めた目標温度になるよう制御する温度制御手段を備える構成としたプレーナ型アクチュエータ。 - 前記可動部自体を前記温度制御手段により温度制御する構成とした請求項1に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記温度制御手段は、前記可動部を加熱する発熱部及び冷却する冷却部の少なくとも一方と、前記可動部の温度を検出する温度検出部と、該温度検出部の検出温度が前記目標温度になるよう前記発熱部及び冷却部の少なくとも一方を駆動制御する制御部とを備える構成である請求項2に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記発熱部は、通電により発熱する発熱体を用いる構成とした請求項3に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記温度検出部は、温度に応じて変化する前記発熱体の抵抗値を検出する構成とした請求項4に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記発熱部は、光照射により発熱する光吸収発熱材を用いる構成とした請求項3に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記冷却部は、ペルチェ素子を用いる構成とした請求項3〜6のいずれか1つに記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 少なくとも前記可動部及びトーションバー部分をパッケージ内に収納し、該パッケージ内の雰囲気温度を前記温度制御手段により温度制御する構成とした請求項1に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記駆動手段は、前記可動部に敷設されて通電により磁界を発生する駆動コイルと、前記トーションバーの軸方向と平行な可動部対辺部に位置する駆動コイル部分に対して静磁界を作用する静磁界発生手段とを備え、前記可動部対辺部に位置する駆動コイル部分に発生する磁界と前記静磁界との相互作用により前記可動部対辺部に電磁力を作用させる構成とした請求項1〜8のいずれか1つに記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記駆動コイルに交流駆動電流を供給して前記可動部を揺動駆動する構成であるとき、前記交流駆動電流に重畳させて発熱用直流電流を前記駆動コイルに供給し、該駆動コイルが前記発熱体を兼ねる構成とした請求項9に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記目標温度は、前記可動部の反り量が略零となる温度に設定する構成とした請求項1〜10のいずれか1つに記載のプレーナ型アクチュエータ。
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