JP5165538B2 - 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揺動可能に軸支し、この可動部の揺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揺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揺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揺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、可動部上に設置されたコイルが磁場中を移動するときに発生する逆起電力を検知することにより、可動部の位置検出を行う技術が開示されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
特許第２７２２３１４号公報 特開２００４−７８１３０号公報 特開２００４−２４２４８８号公報

しかしながら、前記特許文献２または特許文献３に開示されたアクチュエータにおいては、アクチュエータが二次元動作をする場合には、可動部の動作が複雑になるため、逆起電力の波形も複雑となり、検知した逆起電力と可動部位置の対応をとるためのデータ処理が複雑になってしまうという問題を有している。また、電磁型アクチュエータにおいて、駆動用コイルと位置検知用コイルを別個に設けた場合、位置検知用コイルを別に設ける必要があるため、可動部が大型化してしまい、アクチュエータ全体も大型化してしまう。このように可動部が大型化した場合には、可動部を高速で駆動することが困難となってしまう。さらに、電磁型アクチュエータにおいて、駆動用コイルを位置検知用コイルとしても使用する場合には、強い駆動信号と微弱な逆起電力信号を同時に検知する必要があるため、逆起電力を精度よく分離することができず、正確な位置検出を行うことができないという問題を有している。

さらに、従来から、可動部に光反射部を形成し、この光反射部に光を照射してその反射光を光センサで検出することにより、可動部の位置検出を行う技術や、可動部に圧電素子を取付け、この圧電素子の変位により可動部の位置検出を行う技術などが開示されているが、可動部に光反射部や圧電素子などの別部材を搭載する必要があるため、可動部の動作に影響を及ぼすことになり、しかも、各部材を搭載する必要上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、可動部に別部材を搭載することなく、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、支持梁を介して可動自在に支持され駆動手段により駆動される可動部と、前記可動部の振動が伝達される振動位置に、前記固定部、前記可動部または前記支持梁と一体的に形成されることにより設置され、前記可動部の駆動周波数と同一の共振周波数を有する振動体と、
前記振動体の振動を検知する検知手段と、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、前記固定部の内側に突出する設置部を形成し、前記設置部に前記振動体を設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、前記固定部と前記可動部の間に、前記可動部を前記支持梁を介して可動自在に支持するとともに、前記固定部に前記支持梁を介して可動自在に支持された第２可動部を設け、前記第２可動部の振動が伝達される振動位置に、前記第２可動部の駆動周波数と同一の共振周波数を有する第２振動体を設置したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項において、前記可動部の振動は、ねじれモードであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項において、前記振動位置は、前記固定部であ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、可動部の振動が伝達される振動位置に、固定部、可動部または支持梁と一体的に形成されることにより設置されるとともに、可動部の駆動周波数で共振する共振周波数を有する振動体を設け、振動体の振動を検知することにより、可動部の振動を検知するようにしているので、可動部の振動を確実に検知することができる。また、可動部に別部材を搭載する必要がないので、可動部の駆動を円滑に行うことができ、設置スペースも不要となり、ユニットの小型化を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、固定部の内側に突出する設置部を形成し、設置部に振動体を設置するようにしているので、固定部の外形寸法を大きくすることなく、振動体の設置スペースを確保することができ、よりユニットの小型化を図ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、固定部と可動部の間に第２可動部を設け、第２可動部の振動が伝達される振動位置に、第２可動部の駆動周波数と同一の共振周波数を有する第２振動体を設置しているので、振動体および第２振動体の振動を検知することにより、可動部および第２可動部のそれぞれの振動を確実に検知することができる。また、可動部および第２可動部に別部材を搭載する必要がないので、可動部および第２可動部の駆動を円滑に行うことができ、設置スペースも不要となり、ユニットの小型化を図ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、可動部の振動をねじれモードすることにより、ねじれによる可動部の振動を検知することができるものである。

請求項５に記載の発明によれば、振動位置である固定部に振動体を設置することにより、可動部の振動を検知することができるものである。

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。

図１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、図示しないデバイス基板上に設置された枠状の固定部２を備えている。この固定部２の内側には、支持梁としての第２トーションバー３を介して枠状の第２可動部４が揺動自在に支持されており、この第２可動部４の内側には、支持梁としての第１トーションバー５を介して第１可動部６が揺動自在に支持されている。すなわち、第１可動部６と第２可動部４とは、第２トーションバー３を介して互いに直交する方向に揺動自在とされており、第１可動部６と第２可動部４とは、異なる駆動周波数で駆動されるように構成されている。なお、これら固定部２、第２可動部４、第１可動部６、第１トーションバー５および第２トーションバー３は、一体的に形成されている。

第１可動部６上には、第１可動部６を駆動するための図示しない駆動コイルが、第２可動部４上には、第２可動部４を駆動するための図示しない駆動コイルがそれぞれ設けられており、固定部２の周囲には、第１可動部６を挟んで互いに反対磁極を対向させて配置される二対の静磁界発生部材（図示せず）が配置されている。なお、静磁界発生部材は、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、第１可動部６が振動したときに振動する振動位置としての固定部２の第１トーションバー３の連結部近傍には、第１振動体７が設置されており、固定部２の第２トーションバー３を挟んで反対側には、第２振動体８が設置されている。この第１振動体７は、第１可動部６の駆動周波数ｆ１と同じ共振周波数をもつように形成されており、第２振動体８は、第２可動部４の駆動周波数ｆ２と同じ共振周波数をもつように形成されている。なお、これらの振動体は固定部、可動部、トーションバーなどと、一体的に形成することが可能である。

各振動体７，８は、例えば、図２に示すように、開口９の互いに対向する辺に掛け渡された梁部１０を形成することにより構成するものである。そして、この梁部１０の長さ寸法あるいは幅寸法を適宜設定することにより、振動体７，８の共振周波数を設定することができる。また、振動体７，８のその他の形状としては、例えば、図３に示すように、梁部１０の中央部分の幅寸法を大きく形成してなる板部１１を形成するようにしてもよいし、図４に示すように、梁部１０の両側に複数の細かい突出部１２を形成するようにしてもよい。さらに、図５に示すように、板部１１を梁部１０により片側支持するように形成してもよい。そして、前述の梁部１０の長さおよび幅寸法、板部１１の長さおよび幅寸法、突出部１２の長さおよび幅寸法を適宜設定することにより、共振周波数を設定することができる。

さらに、第１振動体７および第２振動体８の振動を検知するための検知手段（図示せず）が設置されるように構成されている。この検知手段としては、例えば、２つの振動体に向けてそれぞれ光を照射し、その反射光を光センサでそれぞれ検出することにより、各振動体の振動を検知する光検知手段が考えられる。その他、例えば、各振動体に圧電素子を取付け、この圧電素子により各振動体の振動を検知する圧電検知手段や、各振動体に設けられた電極間の静電容量を検知することにより各振動体の振動を検知する静電容量検知手段など既知の手段を用いることができる。

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の可動部をねじれモードで振動させるときの駆動原理は、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。

第１可動部６の駆動コイルに電流を流すと、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、第１トーションバー５の軸方向と平行な第１可動部６の対辺部分に互いに逆方向の回転力が発生し、第１可動部６が揺動する。第１可動部６を揺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、第１可動部６の揺動角度を制御することができる。そして、第２可動部４においても、同様に揺動駆動されるものである。

本実施形態においては、第１可動部６が駆動周波数ｆ１で揺動すると、第２トーションバー３、第２可動部４を介して固定部２に周波数ｆ１の振動が伝達され、第１振動体７が伝達された周波数ｆ１の振動に共振して周波数ｆ１で揺動する。また、第２可動部４が揺動すると、第２トーションバー３を介して固定部２に周波数ｆ２の振動が伝達され、第２振動体８が伝達された周波数ｆ２の振動に共振して周波数ｆ２で揺動する。このとき、第２振動体８と第１振動体７には第１可動部６の揺動により生じた周波数ｆ１の振動と第２可動部４の揺動により生じた周波数ｆ２の振動が重畳されて伝達されているが、第２振動体８の共振周波数はｆ２なので第１可動部６の振動ｆ１により第２振動体８が共振してしまうことはなく、第１振動体の共振周波数はｆ１なので第２可動部４の振動ｆ２により第１振動体７が共振してしまうこともない。そのため、検知手段により、第１振動体７の振動を検知することにより、第１可動部６の振動を検知することができ、第２振動体８の振動を検知することにより、第２可動部４の振動を検知することができるものである。

このとき、第１可動部６の振動により第１振動体７が共振するまでに時間的なずれが生じ、第１可動部６の振動に対して第１振動体７の振動に位相差が生じるが、これは第１可動部６の振動による第１振動体７の共振の位相差をあらかじめ測定しておき、例えば、テーブルなどに記録しておけばよい。そして、第１振動体７の振動を検知してテーブルを用いて位相差を補正することにより、第１可動部６の振動を正確に検知することができる。なお、この検知動作は、第２振動体８と第２可動部４との関係においても同様である。

したがって、本実施形態においては、第１可動部６の駆動周波数で共振する共振周波数を有する第１振動体７を設けるとともに、第２可動部４の駆動周波数で共振する共振周波数を有する第２振動体８を設け、第１振動体７および第２振動体８の振動を検知することにより、第１可動部６および第２可動部４の振動を検知するようにしているので、第１可動部６および第２可動部４のそれぞれの振動を確実に検知することができる。また、第１可動部６および第２可動部４に別部材を搭載する必要がないので、第１可動部６および第２可動部４の駆動を円滑に行うことができ、設置スペースも不要となり、ユニットの小型化を図ることができる。

次に、本発明の第２実施形態について図６を参照して説明する。

図６に示すように、本実施形態においては、固定部２の内側であって第２可動部４側との間の空間部分に振動体の設置部１３が突設されており、この設置部１３に第１振動体７および第２振動体８をそれぞれ設置するようにしたものである。

その他の構成は前記第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、第１可動部６の振動により固定部２に振動が伝達され、第１振動体７が第１可動部６の振動に共振して振動する。また、第２可動部４が振動により固定部２に振動が伝達され、第２振動体８が第２可動部４の振動に共振して共振する。そして、検知手段により、第１振動体７の振動を検知することにより、第１可動部６の振動を検知することができ、第２振動体８の振動を検知することにより、第２可動部４の振動を検知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第１実施形態と同様に、第１可動部６の駆動周波数で共振する共振周波数を有する第１振動体７を設けるとともに、第２可動部４の駆動周波数で共振する共振周波数を有する第２振動体８を設け、第１振動体７および第２振動体８の振動を検知することにより、第１可動部６および第２可動部４の振動を検知するようにしているので、第１可動部６および第２可動部４のそれぞれの振動を確実に検知することができる。また、第１可動部６および第２可動部４に別部材を搭載する必要がないので、第１可動部６および第２可動部４の駆動を円滑に行うことができ、設置スペースも不要となる。さらに、本実施形態においては、第１振動体７および第２振動体８を設置するための設置部１３を固定部２の内側に設けるようにしているので、固定部２の外形寸法を大きくすることなく、第１振動体７および第２振動体８の設置スペースを確保することができ、よりユニットの小型化を図ることができる。

なお、前記各実施形態においては、二次元用のアクチュエータに適用した場合について説明したが、例えば、図７に示すように、固定部２に対して１つの可動部６を備えた一次元用のアクチュエータに適用しても同様の作用効果を得ることができる。

また、前記各実施形態においては、第１振動体７および第２振動体８を固定部２に設置した場合について説明したが、第１可動部６や第２可動部４の振動が伝達される位置であれば、任意の位置に設置してもよい。例えば、アクチュエータを保持するケースの表面に振動が伝達される場合には、第１振動体７および第２振動体８をアクチュエータのケースに設置するようにしてもよい。

前記各実施形態においては、可動部の振動形態がねじれモードである場合について示したが、ねじれモードに限定されるものではなく、縦振動モード、横振動モード等でも適用可能である。

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。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータに適用される振動体の例を示す概略平面図ある。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータに適用される振動体の他の例を示す概略平面図ある。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータに適用される振動体の他の例を示す概略平面図ある。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータに適用される振動体の他の例を示す概略平面図ある。 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。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの変形例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 固定部
３ 第２トーションバー
４ 第２可動部
５ 第１トーションバー
６ 第１可動部
７ 第１振動体
８ 第２振動体
９ 開口
１０ 梁部
１１ 板部
１２ 突出部
１３ 設置部

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、支持梁を介して可動自在に支持され駆動手段により駆動される可動部と、
   前記可動部の振動が伝達される振動位置に、前記固定部、前記可動部または前記支持梁と一体的に形成されることにより設置され、前記可動部の駆動周波数と同一の共振周波数を有する振動体と、
   前記振動体の振動を検知する検知手段と、
   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. 前記固定部の内側に突出する設置部を形成し、前記設置部に前記振動体を設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. 前記固定部と前記可動部の間に、前記可動部を前記支持梁を介して可動自在に支持するとともに、前記固定部に前記支持梁を介して可動自在に支持された第２可動部を設け、前記第２可動部の振動が伝達される振動位置に、前記第２可動部の駆動周波数と同一の共振周波数を有する第２振動体を設置した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. 前記可動部の振動は、ねじれモードであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプレーナ型アクチュエータ。
5. 前記振動位置は、前記固定部であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプレーナ型アクチュエータ。

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