JP4647240B2 - プレーナ型アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、可動板を固定部にトーションバーで揺動可能に軸支したプレーナ型アクチュエータに関し、特に、光検出手段を用いて可動板の揺動状態を検出するプレーナ型アクチュエータの小型化を実現する技術に関する。

従来のプレーナ型アクチュエータは、トーションバーと、このトーションバーで揺動可能に軸支する可動板とをシリコン基板に一体的に形成してアクチュエータ本体部を構成し、該可動板の周縁に沿って駆動コイルを敷設し、上記トーションバーの軸線に直交する方向の上記可動板の対辺に静磁界を作用して該対辺に発生する電磁力により可動板を揺動する電磁駆動型のものがある（例えば、特許文献１参照）。なお、他にも、静電駆動型や圧電素子駆動型等のものがある。

このようなプレーナ型アクチュエータにおいて、可動板の揺動状態、例えば振れ角を検出するのには静電方式、電磁方式等、各種の検出方式があるが、そのうち検出精度の点で発光素子及び受光素子からなる光検出手段を用いた光方式が優れている。この従来の光検出手段を用いたプレーナ型アクチュエータとしては、可動板の下側に光検出手段を設け、可動板の裏面に形成したミラーに対して発光素子から発射される光ビームを入射し、該光ビームを受光素子で受光して光ビームの受光強度変化に基づいて可動板の振れ角を検出するようにしたもの（例えば、特許文献２参照）や、走査用の入射光と反射光を含む平面の両側に走査光と干渉しないように光検用の発光素子と受光素子とを配置したものがある（例えば、特許文献３参照）。
特許２６５７７６９号 特開２００３−５７５７７号公報 特開２００２−１５６５７０号公報

しかし、このような従来のプレーナ型アクチュエータにおいて、特許文献２に記載のものは、光検出手段を可動板の下側に設け、裏面ミラーにおける反射光を検出するようにしているため、プレーナ型アクチュエータの厚みが厚くなる。また、特許文献３に記載のものは、走査光と干渉しないように走査用の入射光及び反射光を含む平面内で走査光の走査範囲外に光検出用の発光素子及び受光素子を配置しているため、厚みが厚くなると共に幅が大きくなる。このように、アクチュエータ本体部の外側に光検出手段を配設する従来の光方式を採用するプレーナ型アクチュエータは、他の静電方式、電磁方式等を採用するものに比べて小型化が困難であった。

そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、可動板の揺動状態を検出する光検出手段を備えて、且つ小型化を実現したプレーナ型アクチュエータを提供することを目的とする。

このために、請求項１の発明は、固定部にトーションバーで往復回動可能に軸支され可動板と、該可動板を駆動する駆動手段と、検出光を出射する発光部と前記検出光を受光する受光部とからなり、前記可動板の回動状態を前記検出光の受光強度変化に基づいて検出する光検出手段と、を備えるプレーナ型アクチュエータであって、前記可動板が往復回動している途中において、前記トーションバーの軸線を挟んで前記可動板の左右の部分の少なくとも一方の部分が前記検出光を遮断し得るように前記光検出手段の前記発光部と前記受光部とを前記固定部上に前記可動板を間にして対向配置した。

このような構成により、駆動手段で可動板を往復回動し、発光部と受光部とを固定部上に可動板を間にして対向配置した光検出手段の上記発光部から出射された検出光を可動板が往復回動する途中でトーションバーの軸線を挟んで可動板の左右の部分の少なくとも一方の部分で遮断し、これによって受光される検出光の強度変化を受光部で検出し、可動板の回動状態を検出する。

具体的には、前記光検出手段は、請求項２のように前記検出光の出射方向が前記トーションバーの軸線に略平行な方向となるように配設するとよい。この場合、請求項３のように、前記トーションバーの軸線を挟んで両側の位置に少なくとも二つ配設してもよい。

また、請求項４の構成の場合においては、前記光検出手段は、前記検出光の出射方向が前記トーションバーの軸線に直交する方向となるように配設した。
そして、請求項５のように、前記発光部及び受光部を光ファイバーで形成してもよい。

本発明のプレーナ型アクチュエータによれば、光検出手段の発光部から出射された検出光を可動板が往復回動する途中でトーションバーの軸線を挟んで可動板の左右の部分の少なくとも一方の部分で遮断し、これによって受光される検出光の強度変化を受光部で検出し、可動板の回動状態を検出するように発光部と受光部とを固定部上に可動板を間にして対向配置したので、アクチュエータ本体部の外側に光検出手段を配設する従来の光方式を採用するプレーナ型アクチュエータのように厚みが厚くなったり、幅が広くならず、小型化を実現することができる。

また、検出光の出射方向がトーションバーの軸線に略平行となるように光検出手段を配設し、可動板により遮断される検出光の遮断時刻又は可動板の端面における検出光の反射光受光時刻を検出するようにすれば、可動板の動作周波数及び駆動信号と可動板動作との位相差等を検出することができる他、直近の三つの検出時刻から最新と一つ前及び一つ前と二つ前の検出時刻の時間間隔を求め、その長短を比較して現在の可動板の回動方向を検出することができる。

この場合、光検出手段をトーションバーの軸線を挟んで両側の位置に少なくとも二つ配置すれば、可動板の動作周波数及び駆動信号と可動板動作との位相差等を検出することができる他、各光検出手段における受光強度変化の検出順番から、現在の可動板の揺動方向を検出することができる。

また、光検出手段を検出光の出射方向がトーションバーの軸線に直交する方向となるように配置すれば、駆動信号と可動板動作の位相差を求める場合に，可動板が水平位置から回動して検出光を遮断するまでの時間は不用となり、事前に上記時間を計測する手間が省ける。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第１実施形態の平面図を示す。
図１において、第１実施形態のプレーナ型アクチュエータは、光ビームを一次元走査するガルバノミラーであり、可動板１と、駆動手段２と、光検出手段３とを備えている。
上記可動板１は揺動（又は回動ともいう）して、その表面に設けたミラー１ａで入射光の光ビームを反射し、反射光を一次元走査するものであり、固定部４にトーションバー５で揺動可能に軸支されている。なお、上記可動板１とトーションバー５とは、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、固定部４と共にアクチュエータ本体部を構成する。

また、上記駆動手段２は、上記可動板１を揺動するものであり、駆動コイル６と、静磁界発生手段７とを備えて構成する。ここで、上記駆動コイル６は、上記可動板１の上面に、該可動板１の周縁に沿って敷設されており、その両端を上記トーションバー５を介して固定部４側に引き出して固定部４上に設けた電極８と接続し、後述の駆動回路１３から駆動電流を供給できるようになっている。また、上記トーションバー５の軸線に直交する方向で上記固定部４の外側には、可動板１を間にして例えば永久磁石からなる静磁界発生手段７が互いに反対磁極を対向して一対配置される。そして、静止状態の可動板１のミラー１ａ面に平行な静磁界成分が上記トーションバー５の軸線に平行な可動板１の対辺近傍部の上記駆動コイル６部分に作用するようになっている。これにより、上記駆動コイル６に駆動回路１３から駆動電流を供給すると、該駆動電流と上記静磁界とが相互に作用して上記トーションバー５の軸線に平行な可動板１の対辺に電磁力が発生し、該電磁力により可動板１がトーションバー５に軸支されて揺動する。

また、上記固定部４の上面には、光検出手段３が設けられている。この光検出手段３は、検出光の受光強度変化に基づいて可動板１の揺動状態、例えば振れ角θ、可動板動作と駆動信号との位相差σ、動作周波数ｆ、揺動方向等を検出可能にするものであり、例えば半導体レーザやＬＥＤ等からなる発光部９とフォトダイオード等からなる受光部１０を備えて構成する。そして、該発光部９と受光部１０とを検出光である光ビームの出射方向が上記トーションバー５の軸線と略平行となるように可動板１を間にして互いに対向して配置している。

図２は、第１実施形態のプレーナ型アクチュエータの駆動制御回路を示すブロック図である。
図２において、駆動制御回路１１は、上記発光部９の発光状態を制御する発光制御部１２と、可動板１を駆動する駆動回路１３と、上記受光部１０から入力した検出光の受光信号及び上記駆動回路１３から入力した駆動信号を比較処理して可動板動作と駆動信号との位相差σを検出したり可動板１の動作周波数ｆや可動板１の揺動方向等を検出して出力する処理部１４と、該処理部１４における処理結果を一時的に記憶する記憶部１５と、上記処理部１４の処理結果を出力する出力部１６とを備えて構成する。

次に、第１実施形態のプレーナ型アクチュエータの動作を説明する。
駆動制御回路１１に電源を投入すると、図２に示す駆動回路１３から所定の周波数の駆動電流が駆動コイル６に供給される。これにより、駆動コイル６を流れる駆動電流と可動板１のトーションバー５の軸線に平行な対辺に作用する静磁界との相互作用により可動板１が図３に示すように矢印Ａ及びＢ方向に揺動する。この場合、可動板１が水平状態から例えば矢印Ａ方向に回動すると、直ぐに可動板１は同図においてトーションバー５の軸線を挟んで右側の部分で光検出手段３の発光部９から発射される光ビームを遮断する（図４において、遮断時刻ｔ₂に相当）。さらに、可動板１は矢印Ａ方向への回動を続け、最大振れ角に達した後に反転して矢印Ｂ方向に回動する。その途中、可動板１は上記右側の部分で再び光検出手段３の光ビームを遮断する（図４において、遮断時刻ｔ₁に相当）。

さらに、可動板１は矢印Ｂ方向に回動し、反対側の最大振れ角に達すると反転して再び矢印Ａ方向に回動する。そして、水平状態になった後、上記光ビームを再度遮断する（図４において、遮断時刻ｔ₀に相当）。このようにして、上記動作を繰り返しながら可動板１は図４に示すようにサイン波状に揺動する。この場合、上記光ビームの遮断時刻ｔは、受光部１０の受光信号が閾値以下となったか否かを処理部１４で判定して検出する。そして、この遮断時刻ｔは、記憶部１５に一時的に記憶され、その後、適宜読み出されて可動板１の揺動状態の検出に用いられる。なお、図４において、斜線部は、可動板１が光ビームを遮断する振れ角の遮断領域及び受信信号における遮断時間を示しているが、ここで振れ角Ｘ及び遮断時刻については、説明を簡単にするため上記遮断領域及び遮断時間のそれぞれ中央値に定めて説明している。

第１実施形態においては、光検出手段３を図３に示すように可動板１の水平位置から矢印Ａ方向に傾けた位置に設けているので、図４に示すように短い遮断間隔と長い遮断間隔とが交互に発生することになる。

次に、第１実施形態において可動板１の揺動状態を検出する動作を、図５のフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップ１（図５中Ｓ１で示し、以下同様とする）において、直近の二つの遮断時刻ｔを検出すると初期設定が終了する。具体的には、図４に示す受光信号の遮断時刻ｔ₁、ｔ₂（この場合、ｔ₁が最新の遮断時刻で、ｔ₂は一つ前の遮断時刻である）が得られた段階で初期設定が終了する。なお、上記各時刻はそれぞれ記憶部１５に設けた最新遮断時刻記憶領域ｔ_N及び一つ前遮断時刻記憶領域ｔ_Lに一時的に記憶される。

次に、ステップ２において、可動板１が上記光ビームを遮断したか否かを受光信号が閾値以下になったか否かを検出して処理部１４で判定する。ここで、受光信号が閾値以下となり、可動板１が上記光ビームを遮断したと判定（“ＹＥＳ”判定）すると、最新の遮断時刻ｔ₀を検出してステップ３に進む。なお、このとき、ステップ１で検出した時刻ｔ₁は一つ前の遮断時刻となり、時刻ｔ₂は二つ前の遮断時刻となる。

ステップ３においては、図４に示す最新の遮断時刻ｔ₀を取り込む。このとき、記憶部１５の一つ前遮断時刻記憶領域ｔ_Lに書き込まれている時刻ｔ₂を二つ前遮断時刻記憶領域ｔ_L-1に移し替え、最新遮断時刻記憶領域ｔ_Nに書き込まれている時刻ｔ₁を一つ前遮断時刻記憶領域ｔ_Lに移し替え、最新遮断時刻記憶領域ｔ_Nに最新の遮断時刻ｔ₀を書き込む。

次に、ステップ４において、可動板動作と駆動信号との位相差σを処理部１４で検出する。
ここで、上記位相差σの求め方を、図４を参照して説明する。
先ず、可動板１が振れ角ゼロの位置から回動して振れ角Ｘにおいて上記光ビームを遮断するまでの時間ｔ_Xを求める。このｔ_Xは、発光部９と受光部１０の位置が決まれば一意に決まるものであり、事前に測定しておく。そして、このｔ_Xを記憶部１５に記憶する。

次に、処理部１４において、駆動回路１３から入力した駆動信号の最新のゼロクロス時刻τを検出すると共に記憶部１５からｔ_Xを読み出し、上記ゼロクロス時刻τからｔ_Xだけ進んで時刻τ₀を求めて記憶部１５に記憶する。一方、受光部１０の受光信号から最新の遮断時刻ｔ₀を検出すると共に記憶部１５から時刻τ₀を読み出して（ｔ₀−τ₀）を演算する。これにより、現在の位相差σが求まる。

そして、上記位相差σを出力部１６に出力する。ここで、例えば可動板動作が温度等により変化して駆動信号との位相差σが可動板１の回動初期の初期値からずれたとき、位相差σが上記初期値と一致するように駆動回路１３の駆動信号の位相または駆動周波数を制御する。

次に、ステップ５において、処理部１４で可動板１の動作周波数ｆを検出する。該動作周波数ｆは、受光部１０からの受光信号に基づいて得た最新の遮断時刻ｔ₀と記憶部１５から読み出した二つ前の遮断時刻ｔ₂を用いて、１／（ｔ₀−ｔ₂）を演算して求める。そして、該動作周波数ｆを出力部１６に出力する。ここで、上記動作周波数ｆが変化した場合、この動作周波数ｆに基づいて走査用レーザビームの発光タイミングを制御する。

次に、ステップ６において、処理部１４で記憶部１５から読み出した上記三つの遮断時刻ｔ₀，ｔ₁，ｔ₂に基づいて可動板１の現在の回動方向を検出する。具体的には、（ｔ₀−ｔ₁）と（ｔ₁−ｔ₂）の時間差（遮断間隔）を比較する。この場合、（ｔ₀−ｔ₁）＞（ｔ₁−ｔ₂）のときは、可動板１が図３において矢印Ａ方向に回動していることを示す。一方、（ｔ₀−ｔ₁）＜（ｔ₁−ｔ₂）のときは、可動板１が図３において矢印Ｂ方向に回動していることを示す。なお、第１実施形態においては、光検出手段３を固定部４の上面に設けて可動板１が矢印Ａ方向に傾いた位置を検出するようにしているので、（ｔ₀−ｔ₁）＝（ｔ₁−ｔ₂）となることはない。こうして検出した可動板１の動作方向は、出力部１６に出力される。そして、例えば、可動板１の位置検出に使用される。なお、この位置検出方法については、本発明の第３実施形態の説明において述べる。

次に、ステップ２に戻って、次の遮断時刻を検出して上述と同様の動作を繰り返す。これにより、最新の情報に基づいて可動板１の揺動状態を制御する。

このように、第１実施形態によれば、可動板１の揺動状態を検出する光検出手段３を固定部４上に配設したので、アクチュエータ本体部の外側に光検出手段を配設した従来の光検出方式を採用するプレーナ型アクチュエータのように厚みが厚くなったり、幅が広くならず、小型化を実現することができる。

次に、本発明のプレーナ型アクチュエータの第２実施形態を、図６を参照して説明する。なお、図１と同一の要素については同一符号で示し、ここでは、第１実施形態と異なる部分について説明する。
図６に示す第２実施形態のプレーナ型アクチュエータは、第１及び第２の光検出手段１７Ａ，１７Ｂを固定部４上面でトーションバー５の軸線に対して線対称の位置に配置している。なお、図６において、符号１８Ａは、第１の発光部を示し、符号１８Ｂは第２の発光部を示す。さらに、符号１９Ａは第１の受光部を示し、符号１９Ｂは第２の受光部を示している。そして、図７に示すように、駆動制御回路１１の第１及び第２の発光制御部２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ対応する第１及び第２の発光部１８Ａ，１８Ｂに接続しており、処理部１４は、第１及び第２の受光部１９Ａ，１９Ｂの受光信号を入力するようになっている。

次に、このように構成した第２実施形態の動作を説明する。
駆動制御回路１１に電源を投入すると可動板１が揺動する。この場合、可動板１が水平状態から例えば図８において矢印Ａ方向に回動すると、直ぐに可動板１は同図においてトーションバー５の軸線を挟んで右側の部分で第２の光検出手段１７Ｂの光ビームを遮断する（図９において、遮断時刻ｔ_2-2に相当）。さらに、可動板１は矢印Ａ方向に回動し、最大振れ角に達すると反転して矢印Ｂ方向に回動する。その途中、可動板１は上記右側の部分で再び第２の光検出手段１７Ｂの光ビームを遮断する（図９において、遮断時刻ｔ_2-1に相当）。

次に、可動板１は、水平状態に戻った後、さらに矢印Ｂ方向に回動する。そのとき直ぐに、今度は図８においてトーションバー５の軸線を挟んで左側の部分で第１の光検出手段１７Ａの光ビームを遮断する（図９において、遮断時刻ｔ_１−１に相当）。そして、可動板１は、そのまま反対側の最大振れ角に達するまで回動し、そこで反転して再び矢印Ａ方向に回動する。その途中において、可動板１の上記左側の部分で第１の光検出手段１７Ａの光ビームを再度遮断する（図９において、遮断時刻ｔ_１−０に相当）。このようにして、上記動作を繰り返しながら可動板１は、図９に示すようにサイン波状に揺動をする。なお、図９において、斜線部は、図４と同様に可動板１が光ビームを遮断する振れ角の遮断領域及び受信信号における遮断時間を示しているが、ここで振れ角Ｘ，−Ｘ及び遮断時刻については、説明を簡単にするため遮断領域及び遮断時間のそれぞれ中央値に定めて説明している。

次に、第２実施形態において可動板１の揺動状態を検出する動作を、図１０のフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップ１１において、上記第１及び第２の受光部１９Ａ，１９Ｂの受光信号に基づいて直近の二つの遮断時刻を検出すると初期設定が終了する。具体的には、図９に示す受光信号の遮断時刻ｔ_1-1，ｔ_1-2，ｔ_2-1，ｔ_2-2（この場合、ｔ_1-1が第１の受光部１９Ａで検出した最新の遮断時刻で、ｔ_2-1が第２の受光部１９Ｂで検出した最新の遮断時刻であり、ｔ_1-2は第１の受光部１９Ａで検出した一つ前の遮断時刻で、ｔ_2-2は第２の受光部１９Ｂで検出した一つ前の遮断時刻である）が得られた段階で初期設定が終了する。なお、上記第１の光検出手段１７Ａにおける遮断時刻は、それぞれ記憶部１５に設けた最新遮断時刻記憶領域ｔ_N1及び一つ前遮断時刻記憶領域ｔ_L1に、また上記第２の光検出手段１７Ｂにおける遮断時刻はそれぞれ記憶部１５に設けた最新遮断時刻記憶領域ｔ_N2及び一つ前遮断時刻記憶領域ｔ_L2に一時的に記憶される。

次に、ステップ１２において、上記各受光部の受光信号が閾値以下になったか否かを検出して処理部１４で判定する。ここで、受光信号が閾値以下となり、可動板１が上記光ビームを遮断したと判定（“ＹＥＳ”判定）すると、最新の遮断時刻ｔ_1-0，ｔ_2-0を検出してステップ１３に進む。なお、このとき、ステップ１１で検出した時刻ｔ_1-1，ｔ_2-1は一つ前の遮断時刻となり、時刻ｔ_1-2，ｔ_2-2は二つ前の遮断時刻となる。

ステップ１３においては、図９に示す最新の遮断時刻ｔ_1-0，ｔ_2-0を取り込む。このとき、記憶部１５の一つ前遮断時刻記憶領域ｔ_L1，ｔ_L2に書き込まれている時刻ｔ_1-2，ｔ_2-2を二つ前遮断時刻記憶領域ｔ_L1-1，ｔ_L2-1に移し替え、最新遮断時刻記憶領域ｔ_N1，ｔ_N2に書き込まれている時刻ｔ_1-1，ｔ_2-1を一つ前遮断時刻記憶領域ｔ_L1，ｔ_L2に移し替え、最新遮断時刻記憶領域ｔ_N1，ｔ_N2に最新の遮断時刻ｔ_1-0，ｔ_2-0を書き込む。

次に、ステップ１４において、可動板動作と駆動信号との位相差σを処理部１４で検出する。ここで、上記位相差σは第１実施形態で説明したのと同様の方法で求めることができる。即ち、可動板１が振れ角ゼロの位置から回動して振れ角Ｘ又は−Ｘにおいて上記第１及び第２の光検出手段１７Ａ，１７Ｂの光ビームをそれぞれ遮断するまでの時間ｔ_Xを事前に測定して記憶部１５に記憶する。

次に、処理部１４において、駆動回路１３から入力した駆動信号の最新のゼロクロス時刻τを検出すると共に記憶部１５からｔ_Xを読み出し、上記ゼロクロス時刻τからｔ_Xだけ遅れた時刻τ_1-0又は進んだ時刻τ_2-0を求めてそれぞれ記憶部１５に記憶する。一方、記憶部１５から第１の受光部１９Ａにおける最新の遮断時刻ｔ_1-0、又は第２の受光部１９Ｂにおける最新の遮断時刻ｔ_2-0を検出すると共に記憶部１５から上記時刻τ_1-0又はτ_2-0を読み出して（ｔ_1-0−τ_1-0）又は（ｔ_2-0−τ_2-0）を演算して現在の位相差σを求める。そして、該位相差σを出力部１６に出力する。

次に、ステップ１５において、処理部１４で可動板１の動作周波数ｆを検出する。該動作周波数ｆは、第１及び第２の受光部１９Ａ，１９Ｂから入力する受光信号に基づいて得た最新の遮断時刻ｔ_1-0又はｔ_2-0と記憶部１５から読み出した二つ前の遮断時刻ｔ_1-2又はｔ_2-2を用いて、１／（ｔ_1-0−ｔ_1-2）又は１／（ｔ_2-0−ｔ_2-2）を演算して求める。そして、該動作周波数ｆを出力部１６に出力する。

次に、ステップ１６において、処理部１４で可動板１の現在の揺動方向を検出する。その検出方法は、第１及び第２の光検出手段１７Ａ，１７Ｂが遮断信号を検出する順番を検出して行う。具体的には、例えば第１の光検出手段１７Ａで遮断信号を検出した後に第２の光検出手段１７Ｂで遮断信号を検出したときには、可動板１の動作は、図９において点Ｃの動作状態を示し、可動板１の現在の回転方向は、図８に示すように矢印Ａ方向となる。

一方、第２の光検出手段１７Ｂで遮断信号を検出した後に第１の光検出手段１７Ａで遮断信号を検出したときには、可動板１の動作は、図９において点Ｄの動作状態を示し、可動板１の現在の揺動方向は、図８に示すように矢印Ｂ方向となる。

なお、第１の光検出手段１７Ａで遮断信号を続けて検出したときには、可動板１は水平状態から矢印Ｂ方向に揺動した後、最大振れ角で反転して矢印Ａ方向に戻るところで、図９において点Ｅの状態を示しており、この場合も可動板１の現在の揺動方向は矢印Ａ方向であると判定することができる。また、第２の光検出手段１７Ｂで遮断信号を続けて検出したときには、可動板１は、上述とは反対に水平状態から矢印Ａ方向に揺動した後、最大振れ角で反転して矢印Ｂ方向に戻るところで、図９において点Ｆの動作を示しており、この場合も可動板１の現在の揺動方向は矢印Ｂ方向であると判定することができる。

次に、ステップ１２に戻って、次の遮断時刻を検出して上述と同様の動作を繰り返す。これにより、最新の情報に基づいて可動板１の揺動状態を制御する。

このように、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様にプレーナ型アクチュエータの小型化ができる。また、第１及び第２の光検出手段１７Ａ，１７Ｂをトーションバー５の軸線に対して左右対称の位置に配設したので、上記第１及び第２の光検出手段１７Ａ，１７Ｂにおける受光強度変化の検出順番を調べれば、なんら演算処理をすることなく容易に可動板１の現在の揺動方向を知ることができる。

なお、第２実施形態において、光検出手段３を三つ以上設ければ可動板１の揺動状態の検出精度をより向上することができる。また、受光部１９Ａ，１９Ｂは、個別に複数設けるものに限られず、例えば受光素子アレイで構成してもよい。

次に、本発明のプレーナ型アクチュエータの第３実施形態を、図１１を参照して説明する。なお、図１と同一の要素については同一符号で示し、ここでは、第１実施形態と異なる部分について説明する。
図１１に示す第３実施形態のプレーナ型アクチュエータは、光検出手段３の発光部９と受光部１０とを検出光の出射方向がトーションバー５の軸線に直交する方向となるように可動板１を間にして固定部４に配設している。この場合、駆動制御回路１１は、第１実施形態と同様の構成となる。

次に、このように構成した第３実施形態の動作を説明する。
駆動制御回路１１に電源を投入すると可動板１が揺動を開始する。この場合、可動板１が図１２において水平状態から矢印Ａ方向に回動すると、直ぐに、可動板１は同図においてトーションバー５を挟んで右側の部分で光検出手段３の検出光を遮断する（図１３において、振れ角がＸとなった状態であり、遮断時刻ｔ₂に相当）。さらに、可動板１は矢印Ａ方向への回動を続ける。そして、矢印Ａ方向の最大振れ角に達すると反転して今度は矢印Ｂ方向へ回動する。この場合、可動板１の振れ角がＸとなるまでは可動板１は上記検出光を遮断したままであり、上記振れ角Ｘを過ぎると受光部１０で検出光が検出される（図１３において、受光時刻ｔ′₁に相当）。

そして、水平状態を通過して、さらに矢印Ｂ方向へ回動すると、今度は図１２において可動板１の左側の部分で検出光を遮断する（図１３において、振れ角が−Ｘとなった状態であり、遮断時刻ｔ₁に相当）。この遮断状態は、可動板１が矢印Ｂ方向の最大振れ角に達した後、反転して矢印Ａ方向に戻るとき振れ角が再度−Ｘとなるまで続く（図１３において受光時刻ｔ′₀に相当）。以下、可動板１は、水平状態を経て上述と同様の動作を繰返し、図１３に示すようにサイン波状に揺動をする。

次に、第３実施形態において可動板１の揺動状態を検出する動作を、図１４のフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップ２１において、最新を含む過去二つの遮断時刻及び受光時刻を検出すると初期設定が終了する。具体的には、図１３に示す受光信号の遮断時刻ｔ₁，ｔ₂（この場合、ｔ₁が最新の遮断時刻で、ｔ₂は一つ前の遮断時刻である）及び受光時刻ｔ′₁，ｔ′₂（この場合、ｔ′₁が最新の受光時刻で、ｔ′₂は一つ前の受光時刻である）が得られた段階で初期設定が終了する。なお、上記各時刻は記憶部１５に設けた最新遮断時刻記憶領域ｔ_N、一つ前遮断時刻記憶領域ｔ_L及び最新受光時刻記憶領域ｔ′_N、一つ前遮断時刻記憶領域ｔ′_Lに一時的に記憶される。

次に、ステップ２２において、光検出手段３の受光部１０で受光信号の強度変化を検出し、受光状態から遮断状態に変化したか、又は遮断状態から受光状態に変化したか否かを処理部１４で判定する。ここで、受光信号の上記強度変化を検出したとき（“ＹＥＳ”判定）には、ステップ２３に進む。

ステップ２３においては、最新の遮断又は受光時刻ｔ₀又はｔ′₀を取り込む。この場合、ステップ２２で受光状態から遮断状態への変化と判定したときには、記憶部１５に設けた一つ前遮断時刻記憶領域ｔ_Lに書き込まれている時刻ｔ₂を二つ前遮断時刻記憶領域ｔ_L-1に移し替え、最新遮断時刻記憶領域ｔ_Nに書き込まれている時刻ｔ₁を一つ前遮断時刻記憶領域ｔ_Lに移し替え、最新遮断時刻記憶領域ｔ_Nに図１３に示す最新の遮断時刻ｔ₀に書き込む。また、ステップ２２で遮断状態から受光状態への変化と判定したときには、一つ前受光時刻記憶領域ｔ′_Lに書き込まれている時刻ｔ′₂を二つ前受光時刻記憶領域ｔ′_L-1に移し替え、最新受光時刻記憶領域ｔ′_Nに書き込まれている時刻ｔ′₁を一つ前受光時刻記憶領域ｔ′_Lに移し替え、最新受光時刻記憶領域ｔ′_Nに最新の受光時刻ｔ′₀に書き込む。

次に、ステップ２４において、可動板動作と駆動信号との位相差σを処理部１４で検出する。先ず、処理部１４で記憶部１５から読み出した最新の遮断時刻ｔ₀及び最新の受光時刻ｔ′₀に基づいて可動板１が水平となる時刻（＝（ｔ₀＋ｔ′₀）／２）を算出する。一方、処理部１４において、駆動回路１３から入力した駆動信号のゼロクロス時刻τを検出する。これにより、｛（ｔ₀＋ｔ′₀）／２−τ｝を演算して上記位相差σを求める。そして、該位相差σを出力部１６に出力する。

次に、処理部１４で可動板１の動作周波数ｆを検出する。該動作周波数ｆは、受光部１０からの受光信号に基づいて得た最新の遮断時刻ｔ₀と二つ前の遮断時刻ｔ₂又は最新の受光時刻ｔ′₀と二つ前の受光時刻ｔ′₂を用いて、１／（ｔ₀−ｔ₂）又は１／（ｔ′₀−ｔ′₂）を演算して求める。そして、該動作周波数ｆを出力部１６に出力する。

次に、ステップ２５において、可動板１の最大振れ角を検出する。この最大振れ角の検出は、以下のようにして行う。

図１３において、可動板１が光検出手段３の光ビームを横切る振れ角Ｘは、光検出手段３の設置位置により一意に決まるものであるから、事前に測定して記憶部１５に記憶しておく。このときの可動板１の最大振れ角をＸ_max、可動板１が水平状態から振れ角Ｘまで回動する時間をｔ_Xとすると、上記振れ角Ｘは、
Ｘ＝Ｘ_maxｓｉｎ（２πｆ・ｔ_X） （１）
と表せる。ここで、可動板１の揺動周期をＴ（＝ｔ₀−ｔ₂）、遮断時間をΔｔ（＝ｔ′₀−ｔ₁又はｔ′₁−ｔ₂）として、ｆ＝１／Ｔ、ｔ_X＝（Ｔ／２−Δｔ）×１／２を（１）式に代入すると、
Ｘ＝Ｘ_maxｓｉｎ〔２π｛（１／４）−（Δｔ／２Ｔ）｝〕 （２）
となる。従って、最大振れ角Ｘ_maxは、
Ｘ_max＝Ｘ／ｓｉｎ〔２π｛（１／４）−（Δｔ／２Ｔ）｝〕 （３）
となる。これにより、最大振れ角Ｘ_maxは、記憶部１５から読み出した各遮断時刻ｔ₀，ｔ₁，ｔ₂及び受光時刻ｔ′₀又はｔ′₁に基づいて上記遮断時間Δｔ及び上記周期Ｔを算出し、該遮断時間Δｔ及び周期Ｔと記憶部１５から読み出した振れ角Ｘとに基づいて上記（３）式を演算することにより求めることができる。ここで、周期Ｔと振れ角Ｘを固定値として遮断時間Δｔを制御すれば、上記（３）式により、可動板１の最大振れ角Ｘ_maxを制御することができる。

例えば、図１５に示すように、遮断時間Δｔの長さを監視しながら駆動コイル６に通電する駆動電流を変化し、遮断時間ΔｔがΔｔ₁と長くなるように制御すると、最大振れ角Ｘ_maxはＸ₁と大きくなる。一方、遮断時刻ΔｔがΔｔ₂と短くなるように駆動電流を制御すると、最大振れ角Ｘ_maxはＸ₂と小さくなる。

上述のようにして最大振れ角Ｘ_maxが決定されると、可動板１の揺動開始時を基準にして現在時刻ｔ_Nを計測することにより、現在の振れ角Ｘ_Nが
Ｘ_N＝Ｘ_maxｓｉｎ（２πｆ・ｔ_N）
＝Ｘ_maxｓｉｎ｛（２π／Ｔ）・ｔ_N｝ （４）
の式を演算することにより求まる。これにより、可動板１の現在位置を検出することができる。

次に、ステップ２２に戻って、次の遮断時刻を検出して上述と同様の動作を繰り返す。これにより、最新の情報に基づいて可動板１の揺動状態を制御する。

このように、第３実施形態によれば、第１及び第２実施形態と同様にプレーナ型アクチュエータの小型化ができる。また、遮断時間Δｔの長さを監視しながら駆動電流を制御することにより、可動板１の最大振れ角Ｘ_maxを所定値に制御することができる。さらに、最大振れ角Ｘ_maxが決定されると、現在時刻ｔ_Nにおける可動板１の振れ角Ｘ_Nを演算により検出することができ、可動板１の現在位置を検出することができる。

また、可動板１の位相差σの検出に対しては，可動板１が水平状態から検出光を遮断するまでの時間ｔ_Xのデータは不用となり、事前にｔ_Xを測定する手間が省ける。

なお、上記第３実施形態において、光検出手段３は、可動板１が光ビームを横切るように配置するならば、図１１に示すような可動板１の中央部に配置するものに限られず、中央部からずれた位置に配置してもよい。また、検出手段３は、一つに限られず複数配置してもよい。

また、上記第１及び第２実施形態において、同一の光検出手段における一つ前及び最新の遮断間隔（例えば、図４におけるｔ₀−ｔ₁又は図９におけるｔ_1-0−ｔ_1-1）を検出すれば、第３実施形態と同様に、上記（３）式を演算して可動板１の最大振れ角Ｘ_maxを検出することができる。さらに、上記（４）式を演算すれば可動板１の現在位置の検出を行うことができる。

さらに、上記第１〜第３実施形態において、可動板の揺動状態を検出する方法の説明では、位相差σ、動作周波数ｆ、可動板の揺動方向等の各揺動状態を検出する場合を説明したが、これに限らず、少なくとも一つを検出するものであってもよい。

また、上記第１〜第３実施形態において、光検出手段３又は第１及び第２の光検出手段１７Ａ，１７Ｂは、前述したように可動板１を間にして発光部と受光部とを対向して設けて検出光の遮断信号を検出するものに限られず、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、発光部と受光部とを可動板１の一方の端面側に配設し、可動板１の端面による反射光を検出するものであってもよい。

さらに、本発明のプレーナ型アクチュエータにおいて、光検出手段３は、可動板１が検出光を横切るように配置するならば、固定部４上に限られず、アクチュエータ本体部の周辺部に配置してもよい。

また、本発明のプレーナ型アクチュエータにおいて、図１７に示すように、光検出手段３又は第１及び第２の光検出手段１７Ａ，１７Ｂ（同図においては、第１及び第２の光検出手段１７Ａ，１７Ｂで示す）は、発光部を発光素子とし、受光部を受光素子として構成したものに限られず、発光部及び受光部をそれぞれ光ファイバー２１として、固定部４上に形成したＶ状の溝部２２に設置してもよい。この場合、同図（ｂ）に示すように、光ファイバーの端部にボールレンズ２３を配設して、発光部９から出射した光ビームをコリメートすると共に光ビームを受光部１０に集光させれば、光検出精度を向上することができる。

さらに、本発明のプレーナ型アクチュエータは、光ビームを一次元走査するものに限らず、二次元走査型にも適用できる。
そして、本発明のプレーナ型アクチュエータは、電磁駆動方式に限られず、静電駆動方式、圧電方式等如何なるアクチュエータであってもよい。

本発明によるプレーナ型アクチュエータの第１実施形態を示す平面図である。 上記第１実施形態の駆動制御回路を示すブロック図である。 上記第１実施形態の要部構成を示す斜視図である。 上記第１実施形態において、可動板の揺動状態を検出する方法を示す説明図である。 上記第１実施形態において、可動板の揺動状態を検出する方法を説明するフローチャート図である。 本発明によるプレーナ型アクチュエータの第２実施形態を示す平面図である。 上記第２実施形態の駆動制御回路を示すブロック図である。 上記第２実施形態の要部構成を示す斜視図である。 上記第２実施形態において、可動板の揺動状態を検出する方法を示す説明図である。 上記第２実施形態において、可動板の揺動状態を検出する方法を説明するフローチャート図である。 本発明によるプレーナ型アクチュエータの第３実施形態を示す平面図である。 上記第３実施形態において、光検出手段の検出光を可動板が遮断する状態を示す側面断面図である。 上記第３実施形態において、可動板の揺動状態を検出する方法を示す説明図である。 上記第３実施形態において、可動板の揺動状態を検出する方法を説明するフローチャート図である。 上記第３実施形態において、可動板の最大振れ角を検出する方法を示す説明図である。 光検出手段の他の構成例を示す斜視図である。 光検出手段の更に他の構成例を示す図で、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）は光ファイバーの光出射側及び入射側の端面構成を示す側面図である。

符号の説明

１…可動板
２…駆動手段
３…光検出手段
４…固定部
５…トーションバー
９…発光部
１０…受光部
１７Ａ…第１の光検出手段
１７Ｂ…第２の光検出手段
１８Ａ…第１の発光部
１８Ｂ…第２の発光部
１９Ａ…第１の受光部
１９Ｂ…第２の受光部
２１…光ファイバー

Claims (5)

1. 固定部にトーションバーで往復回動可能に軸支された可動板と、
   該可動板を駆動する駆動手段と、
   検出光を出射する発光部と前記検出光を受光する受光部とからなり、前記可動板の回動状態を前記検出光の受光強度変化に基づいて検出する光検出手段と、
   を備えるプレーナ型アクチュエータであって、
   前記可動板が往復回動している途中において、前記トーションバーの軸線を挟んで前記可動板の左右の部分の少なくとも一方の部分が前記検出光を遮断し得るように前記光検出手段の前記発光部と前記受光部とを前記固定部上に前記可動板を間にして対向配置したことを特徴とするプレーナ型アクチュエータ。
2. 前記光検出手段は、前記検出光の出射方向が前記トーションバーの軸線に略平行な方向となるように配設したことを特徴とする請求項１に記載のプレーナ型アクチュエータ。
3. 前記光検出手段は、前記トーションバーの軸線を挟んで両側の位置に少なくとも二つ配設したことを特徴とする請求項２に記載のプレーナ型アクチュエータ。
4. 前記光検出手段は、前記検出光の出射方向が前記トーションバーの軸線に直交する方向となるように配設したことを特徴とする請求項１に記載のプレーナ型アクチュエータ。
5. 前記発光部及び受光部を光ファイバーで形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプレーナ型アクチュエータ。

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