JP2011013270A

JP2011013270A - プレーナ型アクチュエータ及び光走査装置

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Publication number: JP2011013270A
Application number: JP2009154888A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Imanishi; 洋貴今西
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: JP5300624B2

Abstract

【課題】比較的簡単な構成としつつ、周囲温度が変化した場合であっても可動部の揺動角度を精度よく検出することのできるプレーナ型アクチュエータ及びこれを用いた光走査装置を提供する。
【解決手段】プレーナ型アクチュエータは、枠状の固定部の内側にトーションバーによって揺動可能に支持された可動部を有し、該可動部を揺動駆動される。プレーナ型アクチュエータは、固定部又はトーションバーに形成され、可動部の揺動角度に応じて出力値が変化するブリッジ回路２１を構成する複数のピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ５と、を備える。そして、ブリッジ回路２１の四辺のうちのいずれか一辺２１ａには、可動部の揺動動作による応力の影響を受ける位置に形成されたピエゾ抵抗素子Ｒ１と、可動部の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成されたピエゾ抵抗素子Ｒ５と、が直列に接続されて配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、プレーナ型アクチュエータ及び光走査装置に関し、特に、トーションバーによって揺動可能に支持された可動部の揺動角度を検出する技術に関する。

可動部がトーションバーによって揺動可能に支持された構成のプレーナ型アクチュエータとして、例えば特許文献１に記載の電磁駆動式のプレーナ型アクチュエータがある。このアクチュエータは、枠状の固定部、可動部、及び、固定部に可動部を揺動可能に軸支するトーションバーが一体に形成され、可動部に駆動コイルが設けられると共に該駆動コイルに静磁界を作用させる静磁界発生手段（例えば永久磁石）を備える。そして、駆動コイルを流れる電流と、静磁界発生手段による静磁界との相互作用により発生する駆動力（ローレンツ力）を利用して可動部をトーションバーの軸回りに揺動させる。

ここで、可動部にミラーを設けるようにすれば、可動部を揺動させることでミラーに照射した光ビームの反射光を偏向・走査することができるので、光スキャナやレーザプロジェクタなどにおける光偏向走査用のアクチュエータとして用いることができる。

ところで、このような光偏向走査用のアクチュエータにおいては、装置の安定した動作などを確保するため、可動部の揺動角度（ミラーの傾斜角度）を精度よく制御する必要がある。このため、例えば特許文献２に記載のアクチュエータ（ガルバノミラー）では、トーションバー上にピエゾ抵抗素子（歪みゲージ）を形成し、ミラー面傾斜角度制御手段がピエゾ抵抗素子の抵抗値変化によって可動部（ミラー部）の傾斜角度を測定しつつ、可動部の傾斜角度を制御するようにしている。

特許第２７２２３１４号公報特開平５−１１９２８０号公報

しかし、一般に、ピエゾ抵抗素子はその周囲温度（アクチュエータ自体の温度も含む）の変化に伴って抵抗値が変化する特性を有している。そのため、上記従来技術では、周囲温度が変化した場合に、可動部の傾斜に伴って生じるトーションバーの歪みに起因するピエゾ抵抗素子の抵抗値変化だけを測定することは難しく、可動部の傾斜角度を精度よく検出することができなかった。
周囲温度を検出する温度センサ等を設け、検出された周囲温度の変化に基づいて可動部の傾斜角度の測定値を補正することも考えられるが、そうすると、構成要素の増加や回路の複雑化を招くこととなり、コスト高となってしまうため好ましくない。

なお、このような課題は、光偏向走査用のアクチュエータとして用いる場合に限られるものではなく、トーションバーによって可動部を揺動可能に支持する構成を有し、該可動部の揺動角度を検出する必要のあるアクチュエータに共通するものである。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、比較的簡単な構成としつつ、周囲温度が変化した場合であっても可動部の揺動角度を精度よく検出できるプレーナ型アクチュエータ及び光走査装置を提供することを目的とする。

本発明によるプレーナ型アクチュエータは、枠状の固定部の内側にトーションバーによって揺動可能に支持された可動部を有し、該可動部が揺動駆動されるプレーナ型アクチュエータであって、前記固定部又は前記トーションバーに形成され、前記可動部の揺動角度に応じて出力値が変化するブリッジ回路を構成する複数のピエゾ抵抗素子を備え、前記ブリッジ回路の四辺のうちのいずれか一辺に、前記可動部の揺動動作による応力に影響を受ける位置に形成されたピエゾ抵抗素子と、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成されたピエゾ抵抗素子と、が直列に接続されて配置されている。

このような構成によると、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成されたピエゾ抵抗素子は、前記可動部の揺動動作によってはその抵抗値が変化せず、周囲温度に応じてその抵抗値が変化するため、前記ブリッジ回路の出力値には周囲温度に応じたオフセットが発生することになる。

ここで、前記複数のピエゾ抵抗素子が、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受ける位置に形成された第１〜第４ピエゾ抵抗素子と、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成された第５ピエゾ抵抗素子と、を含むものとし、前記ブリッジ回路のいずれか一辺に、前記第１ピエゾ抵抗素子と前記第５ピエゾ抵抗素子とを直列に接続して配置すると共に、前記ブリッジ回路の残りの三辺のそれぞれに、前記第２〜第４ピエゾ抵抗素子のいずれか１つを配置することができる。このようにすれば、ブリッジ回路の出力値に周囲温度に応じたオフセットが発生すると共に、前記可動部の揺動動作に対する前記ブリッジ回路の出力値の感度が高まることになる。

また、本発明による光走査装置は、枠状の固定部と、前記固定部の内側にトーションバーによって揺動可能に支持され、光を反射するミラーが設けられた可動部と、前記可動部を揺動駆動する駆動手段と、前記固定部又は前記トーションバーに形成された複数のピエゾ抵抗素子によって構成され、前記可動部の揺動角度に応じて出力値が変化するブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の出力値に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、を備える。そして、前記ブリッジ回路の四辺のうちのいずれか一辺に、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受ける位置に形成されたピエゾ抵抗素子と、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成されたピエゾ抵抗素子と、が直列に接続されて配置されている。

このような構成によると、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成されたピエゾ抵抗素子によって、前記ブリッジ回路の出力値には周囲温度に応じたオフセットが発生する。このため、前記制御手段は、前記ブリッジ回路の出力値（のオフセット）から周囲温度の変化を検知でき、検知した周囲温度に応じて駆動手段を制御することが可能となる。

ここで、前記制御手段は、前記ブリッジ回路の出力値のオフセットに基づいて周囲温度を検出する温度検出部を備えるようにしてもよい。このようにすると、温度センサ等を設けることなく、ブリッジ回路の周囲温度を検出することができる。
また、前記制御手段は、前記温度検出部によって検出された周囲温度に基づいて前記ブリッジ回路の出力値を補正する補正部をさらに備え、該補正部によって補正された出力値に基づいて前記駆動手段を制御するようにしてもよい。このようにすると、ブリッジ回路の出力値から周囲温度に起因する変動分を除外し、可動部の揺動動作に起因するブリッジ回路の出力値に基づいて駆動手段を制御することができる。

本発明によるプレーナ型アクチュエータによれば、複数のピエゾ抵抗素子によって構成されるブリッジ回路の出力値をモニタすることで周囲温度の変化を検知することが可能となる。したがって、温度センサ等を設ける必要がなく、周囲温度の変化に起因するブリッジ回路の出力値の変動分をあらかじめ求めておくことで、可動部の揺動動作に起因するブリッジ回路の出力値を得ることができる。
また、本発明による光走査装置によれば、制御手段は、周囲温度の変化に起因する変動分が除外されたブリッジ回路の出力値に基づいて駆動手段を制御できるので、可動部（ミラー）の揺動角度を精度よく検出でき、可動部（ミラー）を所望の角度で精度よく揺動させることができる。

第１実施形態によるプレーナ型アクチュエータの概略構成を示す図である。第１〜第５ピエゾ抵抗素子で構成されるブリッジ回路の一例を示す図である。第１〜第４ピエゾ抵抗素子で構成される基本ブリッジ回路を示す図である。上記基本ブリッジ回路（図３）の出力電圧Ｖｏ_ｒｅｆを示す図である。上記ブリッジ回路（図２）の出力電圧Ｖｏを示す図である。第２実施形態による光走査装置の概略構成を示す図である。上記ブリッジ回路のオフセット電圧Ｖｏｆｆと周囲温度Ｔとの関係が示されたテーブルの一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態によるプレーナ型アクチュエータの概略構成を示している。本実施形態によるプレーナ型アクチュエータ（以下単に「アクチュエータ」という）は、半導体製造技術を利用して製造される。

図１に示すように、アクチュエータ１は、枠状の固定部３と、固定部３の内側に配置され一対のトーションバー５，５によって揺動可能に支持された可動部７と、を備える。
可動部７は、固定部３に対して所定の空隙を有して設けられている。一対のトーションバー５，５は、可動部７を挟むように形成されており、各トーションバー５は、対向する固定部３の内側面のほぼ中央部分と可動部７の側面のほぼ中央部分とを連結している。なお、固定部３、トーションバー５，５及び可動部７は、半導体基板から一体的に形成されている。

可動部７の表面には、駆動コイル７ａが形成されている。駆動コイル７ａは、可動部７の周縁部近傍に形成され、その端部は、固定部３に形成された電極端子９，９にそれぞれ接続されている。電極端子９，９は、外部の駆動電流供給源（図示省略）に接続されており、該外部の駆動電流供給源から電極端子９，９を介して所定の電流を駆動コイル７ａに供給できるようになっている。

また、トーションバー５，５の軸方向と直交する方向（図の上下方向）において、固定部３の両外側には、それぞれ磁界発生部材１１，１１が設けられている。磁界発生部材１１，１１は、可動部７（及び固定部３）を挟んで互いに反対磁極が対向するように配置されて静磁界を形成する。本実施形態では、磁界発生部材１１，１１として永久磁石を用いているが、永久磁石に代えて電磁石を用いてもよい。

さらに、アクチュエータ１には、可動部７の揺動動作、すなわち、トーションバー５，５の捩れによって生じる歪み（応力）を検出するための第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４と、周囲温度（アクチュエータ１自体の温度を含む）の変化を検出するための第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５と、が形成されている。つまり、本実施形態において、第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、歪み検出用ピエゾ抵抗素子として機能し、第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５は、温度検出用ピエゾ抵抗素子として機能する。

そして、第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、可動部７の揺動動作による応力の影響を受ける位置に形成され、第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５は、可動部７の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成されている。ここで、可動部７の揺動動作による応力の影響を受ける位置とは、例えば可動部７を揺動させたときに歪みが発生する固定部３表面の所定領域又はトーションバー５，５の表面のことである。また、可動部７の揺動動作による応力の影響を受けない位置とは、例えば可動部７を揺動させたときに歪みがほとんど発生しない（歪みがほぼ０となる）固定部３表面の所定領域のことである。

本実施形態においては、第１ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、トーションバー５，５の固定部３側の根元近傍に形成されている。より具体的には、図１において可動部７の揺動中心（すなわち、トーションバー５，５の軸線）をＸ軸とし、Ｘ軸に直交し可動部７の重心を通る線をＹ軸としたときに、第１ピエゾ抵抗素子Ｒ１と第２ピエゾ抵抗素子Ｒ２とはＸ軸にほぼ対称な位置に形成され、第１ピエゾ抵抗素子Ｒ１と第４ピエゾ抵抗素子Ｒ４はＹ軸にほぼ対称な位置に形成されている。また、第２ピエゾ抵抗素子Ｒ２と第３ピエゾ抵抗素子Ｒ３とはＹ軸にほぼ対称な位置に形成され、第３ピエゾ抵抗素子Ｒ３と第４ピエゾ抵抗素子Ｒ４とはＸ軸にほぼ対称な位置に形成されている。

なお、本実施形態において、第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は可動部７の揺動動作に伴ってトーションバー５，５に生じる引張歪み及び圧縮歪みを検出するものとする。このため、第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、トーションバー５，５の軸線に対して４５°傾斜させて配置させるのが好ましい。
一方、第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５は、トーションバー５，５から離れた固定部の所定位置に形成されている。

そして、第１〜第５ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ５は、図示省略した配線によって接続されて後述するブリッジ回路を構成している。但し、各ピエゾ抵抗素子の配置等は、上記したものに限定されるものではない。例えば、第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が、可動部７の揺動動作（トーションバー５，５の捩れ）による応力の影響を受ける固定部３の所定位置（例えば、トーションバー５，５に近い位置）に形成されてもよい。また、第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が、トーションバー５，５に生じるせん断歪みを検出するようにしてもよい。

図２は、第１〜第５ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ５によって構成されたブリッジ回路を示している。図２に示すように、ブリッジ回路２１は、左上側から反時計回りに、第１ピエゾ抵抗素子Ｒ１と第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５とが直列に接続されて配置された第１の辺２１ａと、第２ピエゾ抵抗素子Ｒ２が配置された第２の辺２１ｂと、第４ピエゾ抵抗素子Ｒ４が配置された第３の辺２１ｃと、第３ピエゾ抵抗素子Ｒ３が配置された第４の辺２１ｄと、を有している。

換言すれば、ブリッジ回路２１は、第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４によって構成される一般的なブリッジ回路（以下「基本ブリッジ回路」という。図３を参照）に対し、そのいずれか一辺（ここでは第１の辺）に、可動部７の揺動動作（トーションバー５，５の捩れ）による応力の影響を受けない位置に形成された第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５を追加した構成を有している。

なお、図２においては、第１ピエゾ抵抗素子Ｒ１に第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５を直列接続しているが、第１ピエゾ抵抗素子Ｒ１に代えて、第２〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ２〜Ｒ４のいずれかに第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５を直列接続するようにしてもよい。また、ブリッジ回路２１には、外部の電圧供給源（図示省略）から所定の入力電圧Ｖｉが供給されるようになっている。

ここで、ブリッジ回路２１の出力電圧Ｖｏについて説明する。
説明の便宜上、まず歪み検出用ピエゾ抵抗素子として機能する第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４によって構成される基本ブリッジ回路について説明する。

図３は、基本ブリッジ回路を示している。
図３に示すように、基本ブリッジ回路は、左上側から反時計回りに第１ピエゾ抵抗素子Ｒ１が配置された第１の辺と、第２ピエゾ抵抗素子Ｒ２が配置された第２の辺と、第４ピエゾ抵抗素子Ｒ４が配置された第３の辺と、第３ピエゾ抵抗素子Ｒ３が配置された第４の辺と、を有する。

上述した構成を有するアクチュエータ１において、可動部７が一方に回動すると、第１，４ピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ４は引張応力を受けると共に第２，３ピエゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ３は圧縮応力を受け、可動部７が他方に回動すると、第１，４ピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ４は圧縮応力を受けると共に第２，３ピエゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ３は引張応力を受けることになる。ピエゾ抵抗素子は、例えばＰ型拡散抵抗によって形成されていると、引張応力を受けると抵抗値が増加し、圧縮応力を受けると抵抗値が減少する。このため、例えば可動部７をトーションバー５，５の軸線を中心にして所定角度で交互に回動させる（すなわち、揺動させる）と、上記基本ブリッジ回路からは可動部７の揺動角度（振れ角）に応じた電圧がｓｉｎ波で出力され、基本ブリッジ回路の出力電圧Ｖｏ_ｒｅｆは図４に示すようになる。

一方、本実施形態におけるブリッジ回路２１は、上記基本ブリッジ回路に対して、可動部７の揺動動作による応力の影響を実質的に受けない位置に形成された第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５が追加された構成を有している。このため、上記基本ブリッジ回路と同じ条件で可動部７を揺動させると、ブリッジ回路２１の出力電圧Ｖｏは図５に示すようになる。すなわち、第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５を追加したことによって、上記基本ブリッジ回路のバランスが崩れてオフセットが発生する。そして、このときのオフセット位置、すなわち、オフセット電圧Ｖｏｆｆは、Ｖｏｆｆ＝（Ｖｏ_ＭＡＸ＋Ｖｏ_ＭＩＮ）／２と表すことができる。

第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５は可動部７の揺動動作による応力の影響を実質的に受けない位置に形成されているので、図５において破線で示すように、周囲温度Ｔが一定の下で可動部７をさらに大きな角度で揺動させると、ブリッジ回路２１の出力電圧ＶｏはＶ_Ａ−ＢからＶ_{Ａ′−Ｂ′}へと変化する（大きくなる）が、オフセット電圧Ｖｏｆｆは変化しない。一方、周囲温度Ｔが変化すると、第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５の抵抗値が変化するため、可動部７の揺動動作にかかわらず、オフセット電圧Ｖｏｆｆが変化することになる。
したがって、本実施形態におけるアクチュエータ１においては、ブリッジ回路２１の出力電圧Ｖｏ（さらに言えば、オフセット電圧Ｖｏｆｆ）をモニタすれば、周囲温度Ｔの変化を検知することができる。

以上のような構成のアクチュエータ１は、例えばＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いた従来の製造方法によって容易に製造することができる（例えば、特開２００６−７２２５２号公報、特開２００９−９０６４号公報等を参照）。

簡単に説明すると、まず材料基板としてＳＯＩ基板を準備し、その両面に酸化炉などを用いて酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を形成する。次に、トーションバー５，５に対応する部位の所定位置及び固定部３に対応する部位の所定位置における酸化膜を除去し、不純物イオン注入又は熱拡散によって、第１〜第５ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ５を形成する。次に、ＳＯＩ基板の上面に、スパッタリングなどによって金属薄膜（例えばアルミニウム薄膜）を形成し、その後、所定のマスクを介して金属薄膜をエッチングにより除去し、駆動コイル７ａ、電極端子９，９、及び、ブリッジ回路２１の配線や入出力端子などを形成し、さらに端子部分を除き、感光性ポリイミド等の絶縁膜で被覆する。そして、ＳＯＩ基板の所定領域をエッチングにより除去し、固定部３、トーションバー５，５、可動部７を形成し、所定位置に磁界発生部材１１，１１を取り付ける。これにより、本実施形態によるアクチュエータ１が製造される。

次に、本実施形態によるアクチュエータ１の作用を説明する。
外部の駆動電流供給源から駆動コイル７ａに電流が供給されると磁界が発生し、発生した磁界と磁界発生部材１１，１１によって形成された静磁界との相互作用によりローレンツ力が発生する。このローレンツ力によって可動部７をトーションバー５，５に軸回りに回転させる回転力が生じ、可動部７は、この回転力とトーションバー５，５の捩り抵抗力とがつり合う位置（角度）まで回動する。

駆動コイル７ａに交流電流が供給されることによって、可動部７はトーションバー５，５を中心に揺動する。駆動コイル７ａに供給する電流量を調整することで、可動部７の揺動角度（振れ角）を制御することができる。なお、駆動コイル７ａに直流電流が供給されると、供給された電流量に応じた回動位置で可動部７が停止することになる。

本実施形態によるアクチュエータ１は、枠状の固定部３の内側にトーションバー５，５によって揺動可能に支持された可動部７を有しており、駆動コイル７ａに交流電流が供給されることで可動部７が揺動駆動される。
また、第１〜第５ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ５によって構成されるブリッジ回路２１は、可動部７の揺動角度に応じて、その出力電圧Ｖｏが変化する。このブリッジ回路２１の一辺には、第１ピエゾ抵抗素子Ｒ１と第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５とが直列接続されて配置され、他の三辺には、それぞれ第２〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ２〜Ｒ４のいずれかが配置されている。ここで、第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５は、可動部７の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成されており、可動部７の揺動動作によっては抵抗値が変化せず、周囲温度が変化した場合に抵抗値が変化する。そして、可動部７の揺動動作の有無にかかわらず、周囲温度が変化して第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５の抵抗値が変化すると、ブリッジ回路２１のオフセット電圧も変化することになる。

したがって、本実施形態によるアクチュエータ１によれば、温度センサ等を設けることなく、そのブリッジ回路２１の出力電圧Ｖｏ、具体的には、ブリッジ回路２１のオフセット電圧Ｖｏｆｆをモニタすることで、周囲温度の変化を検知できる。このため、例えば検知した周囲温度に応じてブリッジ回路２１の出力電圧を補正することが可能となり、これにより、ブリッジ回路２１の出力電圧から周囲温度の変化による変動分を除外することができ、可動部７の揺動角度を精度よく検出することができる。
また、ブリッジ回路２１を構成する第１〜第５ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ５は同一のプロセスで形成できるので、従来のピエゾ抵抗素子を形成するプロセスに対し、新たなプロセスを追加したりプロセスの複雑化を招いたりすることもない。

次に、本発明の第２実施形態による光走査装置について説明する。この光走査装置は、上記第１実施形態によるアクチュエータ１を利用したものであり、入力された光ビームを可動部に設けたミラーで反射させることによって偏向、走査する。
図６は、第２実施形態による光走査装置の概略構成を示している。なお、上記第１実施形態によるアクチュエータ１の構成要素と同じものについては同一の符号を用い、これらについては詳細な説明を省略する。

図６に示すように、光走査装置３１は、上記第１実施形態によるアクチュエータ１と、駆動電流供給源３３と、駆動電流供給源３３の動作を制御する制御ユニット３５と、を備える。

アクチュエータ１は、上述したように、枠状の固定部３と、固定部３の内側に配置され一対のトーションバー５，５によって揺動可能に支持された可動部７と、を有する。
可動部７の表面には、駆動コイル７ａが形成されており、駆動コイル７ａの端部は固定部３に形成された電極端子９，９に接続されている。一方、可動部７の裏面には、図中破線で示すように、光を反射するミラー７ｂが設けられている。ミラー７ｂは、例えばＡｌ薄膜やＡｕ薄膜などの金属薄膜で形成される。また、ミラー７ｂは、アクチュエータ１の製造工程において、例えば固定部３、トーションバー５，５及び可動部７の形成後、可動部７の裏面にスパッタリングや蒸着などによって形成される。

また、アクチュエータ１は、可動部７（及び固定部３）を挟んで互いに反対磁極が対向するように配置された一対の磁界発生手段１１，１１と、歪み検出用ピエゾ抵抗素子としての第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４及び温度検出用ピエゾ抵抗素子としての第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５によって構成されるブリッジ回路２１（図２参照）と、を有する。ブリッジ回路２１には、図示省略した電圧供給源から入力電圧Ｖｉが供給される。

駆動電流供給源３３は、電極端子９，９に接続され、電極端子９，９を介して駆動コイル７ａに交流電流を供給する。駆動電流供給源３３から駆動コイル７ａに交流電流を供給すると、上述したようにローレンツ力が発生し、可動部７はトーションバー５，５を中心に揺動する。この結果、入力された光ビームが可動部７の裏面に設けられたミラー７ｂによって偏向、走査される。

制御ユニット３５は、温度検出部３７と補正部３９とを含む。
温度検出部３７は、例えば図７に示すようなオフセット電圧Ｖｏｆｆと周囲温度Ｔとの関係が示されたテーブルを格納している。そして、ブリッジ回路２１の出力電圧Ｖｏを入力してオフセット電圧Ｖｏｆｆ（＝（Ｖｏ_ＭＡＸ−Ｖｏ_ＭＩＮ）／２）を算出し、上記格納されたテーブルを検索して周囲温度Ｔを検出する。

補正部３９は、周囲温度Ｔに応じた温度補正値が設定されたテーブルを格納している。そして、ブリッジ回路２１の出力電圧Ｖｏ及び温度検出部２３で検出された周囲温度Ｔを入力し、入力された周囲温度Ｔに応じた温度補正値でブリッジ回路２１の出力電圧Ｖｏを補正する。なお、温度補正値は、ブリッジ回路２１の出力電圧Ｖｏから周囲温度の変化による変動分を除去するためのものである。

そして、制御ユニット３５は、補正部３９で補正された出力電圧Ｖｏが所望の揺動角度に見合った値となるように駆動電流供給源３１の動作（すなわち、駆動コイル７ａへの電流供給量）を制御する。

ブリッジ回路２１は可動部７の揺動動作に応じた出力電圧Ｖｏを出力するが、この出力電圧Ｖｏには周囲温度Ｔの変化による変動分が含まれている。しかし、本実施形態においては、補正部３９が周囲温度Ｔに応じた温度補正値でブリッジ回路２１の出力電圧Ｖｏを補正しており、制御ユニット３５は、入力された出力電圧Ｖｏから周囲温度Ｔの変化による変動分が除去された補正後の出力電圧に基づいて駆動電流供給源３３を制御できる。

本実施形態において、アクチュエータ１側の駆動コイル７ａ、磁界発生手段１１，１１及び駆動電流供給源３３が本発明の「駆動手段」に相当し、制御ユニット３５が本発明の「制御手段」に相当する。

本実施形態によれば、ブリッジ回路２１のオフセット電圧Ｖｏｆｆと周囲温度Ｔとの関係が示されたテーブルを格納する温度検出部３７を備えており、温度センサなどを設けることなく、ブリッジ回路２１のオフセット電圧Ｖｏｆｆから周囲温度Ｔを検出することができる。

さらに、周囲温度Ｔに応じた温度補正値が設定されたテーブルを格納する補正部３９を備えており、ブリッジ回路２１の出力電圧Ｖｏを周囲温度Ｔに応じた温度補正値で補正することで、ブリッジ回路２１の出力電圧Ｖｏから周囲温度Ｔの変化による変動分を除去することができる。このため、制御ユニット３５は、周囲温度Ｔにかかわらず、可動部７の揺動動作に応じた値（補正されたブリッジ回路２１の出力電圧）に基づいて駆動電流供給源３３、すなわち、駆動コイル７ａに供給する交流電流を制御することができ、可動部７（ミラー７ｂ）の振れ角を精度よく制御することができる。

なお、以上説明した第１，第２実施形態では、歪み検出用ピエゾ抵抗素子である第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の全てが可動部７の揺動動作による応力の影響を受ける位置に形成されているが、これに限るものではない。例えば、第１ピエゾ抵抗素子Ｒ１のみを可動部７の揺動動作により応力の影響を受ける位置に形成し、第２〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ２〜Ｒ４を第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５と同様に可動部７の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成してもよい。

また、第１ピエゾ抵抗素子Ｒ１及び第２ピエゾ抵抗素子Ｒ２を可動部７の揺動動作により応力の影響を受ける位置に形成し、第３ピエゾ抵抗素子Ｒ３及び第４ピエゾ抵抗素子Ｒ４を第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５と同様に可動部７の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成してもよい。

これらの変形例においては、可動部７の揺動動作に対するブリッジ回路２１の出力電圧Ｖｏの感度が低下するが、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

ここで、機能面に着目すると、可動部７の揺動動作による応力の影響を受ける位置に形成されたピエゾ抵抗素子（例えば第１ピエゾ抵抗素子Ｒ１）は、可動部７が一方に回動したときにその抵抗値が増大し、可動部７が他方に回動したときにその抵抗値が減少する抵抗素子と表現することができる。同様に、可動部７の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成されたピエゾ抵抗素子（例えば第５ピエゾ抵抗素子Ｒ５）は、可動部７の回動によってはその抵抗値が変化せず、周囲温度に応じてその抵抗値が変化する抵抗素子と表現することができる。

また、本実施形態によるアクチュエータは電磁駆動式のものであるが、これに限るものではなく、本発明は、静電駆動式、圧電駆動式など他の駆動方式のアクチュエータにも適用できる。さらに、本発明は、外側トーションバーによって揺動可能に支持され外側可動部と、外側トーションバーと軸方向が互いに直交する内側トーションバーによって前記外側可動部に対して揺動可能に支持された内側可動部と、を備え、前記内側可動部を２次元的に駆動可能に構成されたアクチュエータにも適用できるものである。

本実施形態及びその変形例によるアクチュエータ並びに光走査装置は、例えば、光スキャナ、レーザプロジェクタ、レーザプリンタなどに用いることができる。

１…アクチュエータ、３…固定部、５…トーションバー、７…可動部、７ａ…駆動コイル、７ｂ…ミラー、９…電極端子、１１…磁界発生部材、２１…ブリッジ回路、３１…光走査装置、３３…駆動電流供給源、３５…制御ユニット、３７…温度検出部、３９…補正部、Ｒ１〜Ｒ５…ピエゾ抵抗素子

Claims

枠状の固定部の内側にトーションバーによって揺動可能に支持された可動部を有し、該可動部が揺動駆動されるプレーナ型アクチュエータであって、
前記固定部又は前記トーションバーに形成され、前記可動部の揺動角度に応じて出力値が変化するブリッジ回路を構成する複数のピエゾ抵抗素子を備え、
前記ブリッジ回路の四辺のうちのいずれか一辺に、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受ける位置に形成されたピエゾ抵抗素子と、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成されたピエゾ抵抗素子と、が直列に接続されて配置されている、プレーナ型アクチュエータ。
前記複数のピエゾ抵抗素子は、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受ける位置に形成された第１〜第４ピエゾ抵抗素子と、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成された第５ピエゾ抵抗素子と、を含み、
前記ブリッジ回路のいずれか一辺に、前記第１ピエゾ抵抗素子と前記第５ピエゾ抵抗素子とが直列に接続されて配置され、
前記ブリッジ回路の残りの三辺のそれぞれに、第２〜第４ピエゾ抵抗素子のいずれか１つが配置されている、請求項１に記載のプレーナ型アクチュエータ。
枠状の固定部と、
前記固定部の内側にトーションバーによって揺動可能に支持され、光を反射するミラーが設けられた可動部と、
前記可動部を揺動駆動する駆動手段と、
前記固定部又は前記トーションバーに形成された複数のピエゾ抵抗素子によって構成され、前記可動部の揺動角度に応じて出力値が変化するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路の出力値に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記ブリッジ回路の四辺のうちのいずれか一辺に、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受ける位置に形成されたピエゾ抵抗素子と、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受けない位置に形成されたピエゾ抵抗素子と、が直列に接続されて配置されている、光走査装置。
前記ブリッジ回路の出力値のオフセットに基づいて周囲温度を検出する温度検出手段を備える、請求項３に記載の光走査装置。
前記温度検出手段によって検出された周囲温度に基づいて前記ブリッジ回路の出力値を補正する補正部をさらに備え、
前記制御手段は、前記補正部で補正された出力値に基づいて前記駆動手段を制御する、
請求項４に記載の光走査装置。