JP5023023B2 - プレーナ型アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明はプレーナ型アクチュエータに係り、特に、枠状の固定部に平板状の可動部を回動可能に軸支し、この可動部の回動位置を検出することを可能としたプレーナ型アクチュエータに関する。

従来から、枠状の固定部に平板状の可動部を回動可能に軸支する構造のアクチュエータとして、例えば半導体製造技術を利用し、シリコン基板を異方性エッチングし、枠状の固定部と平板状の可動部と固定部に可動部を軸支するトーションバーとを一体に形成し、可動部に駆動コイルを設け、可動部の駆動コイルに静磁界を付与する例えば永久磁石のような静磁界発生手段を設け、通電により駆動コイルに発生する磁界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ローレンツ力を利用して可動部を回動させる電磁駆動タイプのプレーナ型アクチュエータがある（例えば、特許文献１参照）。
そして、このようなアクチュエータは、例えば、可動部にミラーを設けることで光ビームを偏向走査する光スキャナなどに適用される。

このようなアクチュエータをスキャナなどに適用した場合、ミラー位置すなわち可動部の回動位置を検出する必要がある。この可動部の位置検出手段として、従来から、可動部に光強度変調可能な符号化手段を設け、この符号化手段に発光部から光を照射し、符号化手段により可動部の変位に応じて光の強度変調を与えて出射して、これを受光部で受光することにより、可動部の位置を検出するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第２７２２３１４号公報 特開２００４−１７７２８７号公報

しかしながら、前記特許文献２に開示されたアクチュエータにおいては、照射した光に強度変調を与えることにより、可動部の位置を検出するものであるが、所定の振れ角に達しているか否かについて検出することは可能であるが、細かい振幅変動について正確に検出することができないという問題を有している。

また、アクチュエータには、二方向の回動動作を行う二次元のアクチュエータがあるが、このようなアクチュエータにおいては、回動方向について符号化手段、発光部、受光部をそれぞれ設置する必要があり、設置スペースが多く必要となり、ユニットの小型化を図ることができないという問題を有している。

本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、正確に可動部の位置検出を行うことができ、しかも、小型化を図ることのできる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ものである。

前記目的を達成するため請求項１に記載の発明に係るプレーナ型アクチュエータは、デバイス基板に設置された枠状の固定部と、前記固定部の内側に、トーションバーを介して回動自在に支持され駆動手段により駆動される可動部と、前記可動部の表面に設置され光の入射角度に応じて異なる色を反射する構造発色体と、前記構造発色体に光を照射する発光器と、前記発光器から照射され前記構造発光体により反射された光を受光する受光器と、を備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記固定部と前記可動部の間に、前記可動部を前記トーションバーを介して回動自在に支持するとともに、前記固定部に前記トーションバーを介して回動自在に支持された第２可動部を設け、 前記第２可動部の表面に前記発光器から照射される光の入射角度に応じて異なる色を反射する構造発色体を配置するとともに、前記第２可動部の構造発色体から反射された光を受光する受光器を配置したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記受光器は、前記構造発光体からの反射光のうち特定の波長の光を透過させるカラーフィルタと、このカラーフィルタを透過した光を検出するフォトダイオードとから構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記受光器は、前記構造発光体からの反射光のＲＧＢの光量変化を連続して検出するカラーセンサにより構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記受光器は、前記構造発光体からの反射光の波長を連続して検出する分光器により構成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明に係るアクチュエータによれば、可動部に構造発色体を設置し、発光器から構造発色体に光を照射してその反射光を受光器のカラーフィルタを介して受光するようにしているので、可動部の振れ角度を確実に検出することができる。

請求項２に記載の発明によれば、可動部に構造発光体を配置するとともに、第２可動部に構造発色体を配置し、発光器から各構造発色体に光を照射してその反射光を各受光器により受光して検出するようにしているので、可動部の振れ角度および第２可動部の振れ角度を確実に検出することができる。しかも、１つの発光器から各受光器に光を照射することにより、可動部と第２可動部の振れ角度を検出することができので、二方向の振れ角度を１つの発光器で検出することができ、装置が大型化してしまうことがなく、小型で精度のよい検出を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、受光器を構造発光体からの反射光のうち特定の波長の光を透過させるカラーフィルタと、このカラーフィルタを透過した光を検出するフォトダイオードとから構成しているので、発光器から照射され構造発色体により反射された光は受光器に受光され、受光器のカラーフィルタにより、受光した光のうち特定の波長の光のみを透過させ、この光をフォトセンサにより検出することにより、可動部の振れ角を検出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、受光器を構造発光体からの反射光のＲＧＢの光量変化を連続して検出するカラーセンサにより構成しているので、カラーセンサにより、可動部の振れ角を正確に検出することができる。

請求項５に記載の発明によれば、受光器を構造発光体からの反射光の波長を連続して検出する分光器により構成しているので、分光器により、構造発色体により反射した光の波長を連続して検出することができ、可動部の振れ角を正確に検出することができる。しかも、分光器により構造発光体による反射光の波長を検出するものであるため、例えば、可動部が動作した際における反りによって反射光の角度が変化したこと等の検出も可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第１実施形態を示したものである。

本実施形態のプレーナ型アクチュエータは、図示しない光源からの光ビームを一方向に偏向する一次元用のアクチュエータであり、例えば、半導体マイクロマシン技術を応用して製造されるものである。

図１および図２に示すように、本実施形態のプレーナ型アクチュエータ１は、デバイス基板２を備えており、このデバイス基板２の上面には、枠状の固定部３が配置されている。この固定部３の内側には、可動部４が固定部３に対して所定の間隙をもって配置されている。固定部３と可動部４とは、固定部３の互いに対向する辺のほぼ中央部分から内側に延出された一対のトーションバー５，５により連結されており、このトーションバー５を介して可動部４が回動可能に支持されている。これら固定部３、トーションバー５および可動部４は、一体的に形成されるように構成されている。

可動部４の表面には、可動部４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６が設けられている。可動部４の表面側周縁部には、可動部４を駆動するための図示しない駆動コイルが設けられており、固定部３の両側には、可動部４を挟んで互いに反対磁極を対向させて配置される一対の静磁界発生部材７，７が配置されている。なお、静磁界発生部材７は、永久磁石でも電磁石でもよい。

また、図１および図２に示すように、可動部４の表面のトーションバー５の近傍には、構造発色体８が設置されている。構造発色体８は、例えば、複数層の膜を積層して形成されており、光を照射した場合に、各膜の境界で反射した光が互いに干渉し合うことで、入射角に応じて反射光の色（波長）が変化するものである。

可動部４の上方には、構造発色体８に光を照射する白色ＬＥＤなどの発光器９が設けられている。発光器９の構造発色体８を挟んだ他側には、構造発色体８から反射した光を受光する受光器１０が設けられており、受光器１０は、本実施形態においては、構造発光体からの反射光のうち特定の波長の光を透過させるカラーフィルタ１１と、このカラーフィルタ１１を透過した光を検出するフォトダイオード１２とから構成されている。カラーフィルタ１１は、本実施形態においては、可動部４が所定の振れ角に達したときに、構造発色体８が反射する光のみを透過するようになっている。

次に、本実施形態の作用について説明する。

このプレーナ型アクチュエータ１の駆動原理は、例えば、特許第２７２２３１４号公報等で詳述されているので、以下、簡単に説明する。

可動部４の駆動コイル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５の軸方向と平行な可動部４の対辺部分に互いに逆方向の回転力が発生し、この回転力とトーションバー５の復元力とが釣合う位置まで可動部４が回動される。

そして、駆動コイルに直流電流を流すことにより、駆動電流量に応じた回動位置で可動部４を停止させることで、反射ミラー６により光ビームを所望の方向に偏向することが可能となる。

一方、駆動コイルに交流電流を流すことにより、可動部４が揺動し、反射ミラー６により光ビームを偏向走査できる。可動部４を回動させるための回転力は、駆動コイルに流す駆動電流値に比例するので、駆動コイルに供給する駆動電流値を制御することで、可動部４の振れ角（光ビームの偏向角度）を制御することができる。

このとき、発光器９から構造発色体８に向けて光を照射することにより、構造発色体８により反射された光は受光器１０に受光される。そして、受光器１０のカラーフィルタ１１により、受光した光のうち特定の波長の光のみを透過させ、この光をフォトセンサにより検出するようになっている。本実施形態においては、カラーフィルタ１１が可動部４が所定の振れ角に達したときに、構造発色体８が反射する光のみを透過するものであるため、フォトセンサにより光を検出した場合に、可動部４が所定の振れ角に達したことを検出することができるものである。

したがって、本実施形態においては、可動部４に構造発色体８を設置し、発光器９から構造発色体８に光を照射してその反射光を受光器１０のカラーフィルタ１１を介して受光するようにしているので、可動部４が所定の振れ角度に達したか否かを確実に検出することができる。

なお、前記実施形態においては、受光器１０としてカラーフィルタ１１およびフォトダイオード１２を用いた場合について説明したが、受光器１０をカラーセンサにより構成するようにしてもよい。この場合には、カラーセンサにより、構造発色体８により反射した光をＲＧＢに変換して各色の光量変化を連続して検出することができる。そのため、可動部４の振れ角に応じて構造発色体８が反射する光の色データを、あらかじめ測定してテーブルとして記憶させておき、カラーセンサにより検出した光の色をこのテーブルの色データと照合することにより、可動部４の振れ角を正確に検出することが可能となる。

また、その他、受光器１０を分光器により構成するようにしてもよい。この場合には、分光器により、構造発色体８により反射した光の波長を連続して検出することができる。そして、カラーセンサの場合と同様に、可動部４の振れ角に応じて構造発色体８が反射する光の波長データを、あらかじめ測定してテーブルとして記憶させておき、分光器により検出した光の波長をこのテーブルの波長データと照合することにより、可動部４の振れ角を正確に検出することが可能となる。しかも、分光器により構造発光体による反射光の波長を検出するものであるため、例えば、可動部４が動作した際における反りによって反射光の角度が変化したこと等の検出も可能となる。

次に、本発明の第２実施形態について図３を参照して説明する。

本実施形態のプレーナ型アクチュエータは、図示しない光源からの光ビームを２方向に偏向する二次元用のアクチュエータである。

図３に示すように、本実施形態のプレーナ型アクチュエータ１は、デバイス基板２を備えており、このデバイス基板２の上面には、枠状の固定部３が配置されている。この固定部３の内側には、トーションバー５を介して枠状の第２可動部１１が回動自在に支持されており、この第２可動部１３の内側には、第２可動部１３を支持するトーションバー５に対して直交する方向に延在するトーションバー５を介して可動部４が回動自在に支持されている。すなわち、可動部４と第２可動部１３とは、トーションバー５を介して互いに直交する方向に回動自在とされている。

また、図７に示すように、本実施形態においては、可動部４のトーションバー５の近傍に構造発色体８ａが配置されるとともに、第２可動部１３のトーションバーの近傍にも構造発色体８ｂが配置されている。また、これら各構造発色体８ａ，８ｂに光を照射する発光器９が配設されるとともに、可動部４の構造発色体８ａ反射した光を受光する受光器１０および第２可動部１３の構造発色体８ｂにより反射した光を受光する第２受光器１４がそれぞれ配置されている。なお、受光器１０および第２受光器１４は、カラーフィルタおよびフォトダイオードから構成するようにしてもよいし、カラーセンサにより構成するようにしてもよいし、さらに分光器により構成するようにしてもよい。

本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、発光器９から各構造発色体８ａ，８ｂに向けて光を照射することにより、各構造発色体８ａ，８ｂにより反射された光は受光器１０および第２受光器１４に受光される。そして、受光器１０により光を検出することにより、可動部４の振れ角を検出することができるとともに、第２受光器１４により光を検出することにより、第２可動部１３の振れ角を検出することができるものである。

したがって、本実施形態においても前記各実施形態と同様に、可動部４および第２可動部１３に構造発色体８ａ，８ｂを設置し、発光器９から各構造発色体８ａ，８ｂに光を照射してその反射光を受光器１０および第２受光器１４により受光して検出するようにしているので、可動部４の振れ角度および第２可動部１３の振れ角度を確実に検出することができる。しかも、１つの発光器９から受光器１０および第２受光器１４に光を照射することにより、可動部４と第２可動部１３の振れ角度を検出することができので、二方向の振れ角度を１つの発光器９で検出することができ、装置が大型化してしまうことがなく、小型で精度のよい検出を行うことができる。

また、前記各実施形態においては、電磁駆動アクチュエータについて示したが、この駆動方式に限定されるものではなく、静電方式、圧電方式、熱方式などの駆動方式でも適用できることはいうまでもない。

さらに、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第１実施形態を示す概略平面図である。 図１に示すプレーナ型アクチュエータの側面断面図ある。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第２実施形態を示す概略平面図である。

符号の説明

１ プレーナ型アクチュエータ
２ デバイス基板
３ 固定部
４ 可動部
５ トーションバー
６ 反射ミラー
７ 静磁界発生部材
８ 構造発色体
９ 発光器
１０ 受光器
１１ カラーフィルタ
１２ フォトダイオード
１３ 第２可動部
１４ 第２受光器

Claims (5)

1. デバイス基板に設置された枠状の固定部と、
   前記固定部の内側に、トーションバーを介して回動自在に支持され駆動手段により駆動される可動部と、
   前記可動部の表面に設置され光の入射角度に応じて異なる色を反射する構造発色体と、
   前記構造発色体に光を照射する発光器と、
   前記発光器から照射され前記構造発光体により反射された光を受光する受光器と、
   を備えていることを特徴とするプレーナ型アクチュエータ。
2. 前記固定部と前記可動部の間に、前記可動部を前記トーションバーを介して回動自在に支持するとともに、前記固定部に前記トーションバーを介して回動自在に支持された第２可動部を設け、
   前記第２可動部の表面に前記発光器から照射される光の入射角度に応じて異なる色を反射する構造発色体を配置するとともに、前記第２可動部の構造発色体から反射された光を受光する受光器を配置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. 前記受光器は、前記構造発光体からの反射光のうち特定の波長の光を透過させるカラーフィルタと、このカラーフィルタを透過した光を検出するフォトダイオードとから構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレーナ型アクチュエータ。
4. 前記受光器は、前記構造発光体からの反射光のＲＧＢの光量変化を連続して検出するカラーセンサにより構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレーナ型アクチュエータ。
5. 前記受光器は、前記構造発光体からの反射光の波長を連続して検出する分光器により構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレーナ型アクチュエータ。

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