JP7102705B2 - アクチュエーター、光学装置及びプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、例えば光学素子を取り付け可能なアクチュエーター、アクチュエーターを有する光学装置及びプロジェクターに関する。

レーザー光源を用いたプロジェクターにおいて、スペックルの発生を抑えるべくプリズムアレイ等で構成される光学装置を配置するとともに光路に直交する垂面内で直線運動により振動させるものが知られている（特許文献１参照）。

また、互いに直交する固有振動数をほぼ一致させた２つの圧電素子を設け、さらに、これらの交点にチップ部材を設けたトラス型アクチュエーターにおいて、２つの圧電素子を別々に駆動させるものが知られている（特許文献２参照）。

しかしながら、上記特許文献１では、直線運動であるため、折り返す際に一瞬止まる動きがあるため、その際にスペックルが生じてしまう可能性がある。また、上記特許文献２では、複雑な動きが可能となるが、その分構造も複雑なものとなり、例えば小型化等が難しい。

特開２０１２－４２４７４２号公報 特開２０００－３５８３８７号公報

本発明は、簡易かつ小型な構成で、例えば上記のようなスペックル発生を抑制できるといった所望の動きを光学装置において達成できることを可能とするアクチュエーター、当該アクチュエーターを有する光学装置及びプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明に係るアクチュエーターは、可動部と、可動部に接続される第１梁部と、第１梁部に接続されるとともに第１梁部と異なる方向に延在する第２梁部とを有する梁構造部と、１つの駆動機構で構成され、梁構造部に基づいて定まる２つの振動方向と異なる方向に加振して、２つの振動方向のうち少なくとも一方向について動いているように維持される曲線運動を可動部に行わせる駆動部とを備える。

上記アクチュエーターでは、可動部が一瞬も止まることがないような動きを、互いに異なる方向に延在する２つの梁部を有する梁構造部と、１つの駆動部とによる簡易な構成によって達成できる。また、例えば回転駆動のためにモーターを配置して構成する、というような場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。

本発明の具体的な側面では、上記アクチュエーターは、２つの振動方向に対応する２つの共振モードをもつ。この場合、２つの共振モードの特性に応じて所望の曲線運動を可動部に行わせることができる。

本発明の別の側面では、駆動部は、２つの共振モードに対応する駆動周波数で動作し、可動部を共振振動させる。この場合、共振振動による高効率な駆動が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、駆動周波数は、２つの共振モードに対応する共振周波数のゲインが重なっている範囲内の周波数である。この場合、必要な駆動を確保できる。

本発明のさらに別の側面では、可動部と、梁構造部と、駆動部のうち梁構造部に取り付けられる梁部側駆動素子とにより、２つの共振モードが定まっている。この場合、梁構造部等の構成によって、２つの共振モードにおける共振周波数をほぼ一致させることができる。

本発明のさらに別の側面では、２つの共振モードは、第１及び第２梁部の延在方向に平行な面の面内方向に対して垂直な面外方向についての共振モードと異なるように構成されている。この場合、面外方向に関する振動を抑制できる。

本発明のさらに別の側面では、梁構造部は、異なる方向に延在する複数の第１梁部と、複数の第１梁部にそれぞれ対応して設けられる複数の第２梁部とを有する。この場合、複数の第１梁部及び複数の第２梁部が協働することにより、２つの振動方向のうち少なくとも一方向について動いているように維持される曲線運動（例えば円運動のような運動）を生じさせる複合的な振動を生じさせることができる。

本発明のさらに別の側面では、梁構造部は、同一面内において９０°ずつ異なる方向に延在する４つの第１梁部と、４つの第１梁部にそれぞれ対応して設けられる４つの第２梁部とを有する。この場合、同一面内で安定した状態で所望の曲線運動を生じさせることができる。

本発明のさらに別の側面では、梁構造部において、複数の第１梁部は、中心位置からずれた位置に配置されている。この場合、所望の曲線運動を確実に開始させることができる。

本発明のさらに別の側面では、第１梁部は、一の方向に延在するとともに、中央に可動部を載置させる内梁であり、第２梁部は、第１梁部の両端に設けられる一対構成であり、他の方向に延在する外梁である。この場合、内梁である第１梁部が直接的に可動部を振動させる一方、第２梁部が可動部を載せた第１梁部ごと振動させることにより、２つの振動方向のうち少なくとも一方向について動いているように維持される曲線運動（例えば円運動のような運動）を生じさせる複合的な振動を生じさせることができる。

本発明のさらに別の側面では、第１梁部は、２つの振動方向のうちの一の振動方向について振動し、第２梁部は、２つの振動方向のうちの他の振動方向について振動する。この場合、第１梁部による一の振動方向についての振動と、第２梁部による他の振動方向についての振動とを組み合わせることによって、所望の曲線運動を生じさせることができる。

本発明のさらに別の側面では、内梁としての第１梁部は、孔部を有する。この場合、孔部を設けることで、第１梁部のばね定数を変化させることで、振動方向についての共振周波数を調整できる。

本発明のさらに別の側面では、第１梁部と第２梁部とが交差する接続箇所に設けられ、振動を分離する振動分離部をさらに備える。この場合、振動分離部を基準に、２つの振動方向への分離がなされる。

本発明に係る光学装置は、上記いずれかのアクチュエーターと、可動部に設けられて曲線運動をする光学素子とを備える。

上記光学装置では、上記アクチュエーターを備えることで、可動部が一瞬も止まることがないような動きを達成できる。また、例えば回転駆動のためにモーターを配置して構成する、というような場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。

本発明の具体的な側面では、光学素子は、光拡散板である。この場合、上記のような曲線運動を光拡散板に行わせることで、例えば光拡散板で反射されるレーザー光についてのスペックル低減を図ることができる。

本発明に係るプロジェクターは、上記いずれかの光学装置を備え、光学装置で反射されるレーザー光により画像投射をする。この場合、レーザー光に起因するスペックル低減が図られた良好な画像表示ができる。

上記プロジェクターでは、上記光学装置すなわち上記アクチュエーターを備えることで、例えばレーザー光に起因するスペックル低減が図られた良好な画像表示ができる。

第１実施形態に係るアクチュエーターについて説明するための斜視図である。 アクチュエーターを構成する梁構造部について説明するための斜視図である。 梁構造部の構造について概念的に説明するための平面図である。 図２Ａに示す梁構造部の振動の様子について説明するための平面図である。 可動部の動きの様子について概念的に説明するための図である。 ２つの振動方向に対応する２つの共振モードと駆動周波数との関係を示すグラフである。 共振モード間のずれ量と駆動周波数とについての許容範囲を説明するための図である。 共振モード間のずれ量と駆動周波数とについての許容範囲を説明するための図である。 第２実施形態に係るアクチュエーターについて説明するための斜視図である。 アクチュエーターを構成する梁構造部について説明するための斜視図である。 第１梁部による第１振動方向についての振動の様子を示す斜視図である。 第２梁部による第２振動方向についての振動の様子を示す斜視図である。 第３実施形態に係る光学装置及びプロジェクターについて説明するための平面図である。 面内振動による運動の軌跡について例示するための図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係るアクチュエーターについて、一例を詳細に説明する。

図１Ａ及び１Ｂに示すように、本実施形態のアクチュエーター１００は、可動部１０と、可動部１０を載置・固定して振動を伝える梁構造部２０と、梁構造部２０を介して可動部１０を駆動させる駆動部３０とを備える。

まず、アクチュエーター１００のうち、可動部１０は、平面部分（図示の場合、矩形状の面部分）を有する部材であり、例えば平面部分に光拡散板等の光学素子が取り付けられ、駆動部３０等により駆動されることで可動となる被駆動部である。ここでは、可動部１０の平面部分を基準面（水平面）とし、基準面のうち、矩形状の可動部１０のうち、一辺の方向（横方向）をＸ方向とし、Ｘ方向に垂直な他の一辺の方向（縦方向）をＹ方向とする。さらに、Ｘ方向及びＹ方向の双方に垂直な方向すなわち基準面に垂直な方向をＺ方向とする。また、ＸＹ面に平行な方向を面内方向とよりこれに垂直な方向すなわちＺ方向を面外方向とする。可動部１０は、梁構造部２０及び駆動部３０により面内方向について可動となっている。

また、アクチュエーター１００のうち、梁構造部２０は、可動部１０を支持しつつ、駆動部３０の一部に接続されることで加振力を受け、振動する振動部材である。本実施形態では、梁構造部２０は、例えば図１Ｂに示すように、一枚板の金属性部材（例えば銅等の十分な耐性及び弾性を有する部材）を折り曲げて卍状に形成されており、中心部分である固定支持部ＦＳと、固定支持部ＦＳから延びる複数の第１梁部１１，１１…と、複数の第１梁部１１，１１…にそれぞれ対応して設けられる複数の第２梁部１２，１２…とを有する。より具体的に、図示の例では、ＸＹ面内すなわち同一面内において９０°ずつ異なる方向に延在する４つの第１梁部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、これらに対応する４つの第２梁部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとを有している。なお、固定支持部ＦＳは、直方形状を有しており、可動部１０を載置させて固定するための載置台部であるとともに駆動部３０の一部を収納して固定する収納部である。

以下、図１Ｂ、図２Ａ等を参照して、梁構造部２０のうち、第１梁部１１ａ及び第２梁部１２ａについて説明する。例えば、図２Ａに概念的に示すように、可動部１０を載置させた梁構造部２０のうち、第１梁部１１ａは、中央側すなわち固定支持部ＦＳから＋Ｘ方向に延在し、第２梁部１２ａは、第１梁部１１ａに接続されるとともに第１梁部１１ａと異なる＋Ｙ方向（垂直な方向）に延在している。第１梁部１１ａと第２梁部１２ａとは、１つの板状部材を途中で折り曲げて屈曲部ＢＰを設けることで構成される。したがって、見方を変えると、途中に屈曲部ＢＰを設けた１本の梁ＢＥによって、第１梁部１１ａと第２梁部１２ａとが構成されていると考えることもできる。また、図１Ｂに示すように、第１及び第２梁部１１ａ，１２ａの厚さ、あるいは、１本の梁ＢＥの厚さは、面外方向（Ｚ方向）について相対的に厚く、面内方向（ＸＹ面内に平行な方向）について相対的に薄い板状となっている。なお、ここで、面内方向について薄いとは、面内方向のうち板状の部材が延在する方向に垂直な方向について幅が狭いことを意味する。すなわち、図示の場合、第１梁部１１ａは、Ｙ方向について薄く、第２梁部１２ａは、Ｘ方向について薄い。さらに、第１及び第２梁部１１ａ，１２ａには、孔部ＨＬが設けられている。一方、屈曲部ＢＰにおいては、孔を設けていない。さらに、第２梁部１２ａの先端部ＴＰは、固定部（図示略）によって固定されている。このため、第１及び第２梁部１１ａ，１２ａ（あるいは梁ＢＥ）に対して、面内方向のうち、斜めの方向から力が掛かると、先端部ＴＰの位置は固定されたまま、第１梁部１１ａや第２梁部１２ａが変形したり、第１梁部１１ａと第２梁部１２ａとのなす角が変化したりしながら、ばねとして機能する。

次に、梁構造部２０のうち、第１及び第２梁部１１ａ，１２ａ以外の他の３組の第１及び第２梁部１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄについて、これらも、第１及び第２梁部１１ａ，１２ａと同様の形状及び構造を有している。すなわち、第１梁部１１ｂは、固定支持部ＦＳから＋Ｙ方向に延在し、第２梁部１２ｂは、第１梁部１１ｂに接続されるとともに－Ｘ方向に延在し、途中に屈曲部ＢＰを設けた１本の梁ＢＥを構成している。また、第１梁部１１ｃは、固定支持部ＦＳから－Ｘ方向に延在し、第２梁部１２ｃは、第１梁部１１ｃに接続されるとともに－Ｙ方向に延在し、途中に屈曲部ＢＰを設けた１本の梁ＢＥを構成している。さらに、第１梁部１１ｄは、固定支持部ＦＳから－Ｙ方向に延在し、第２梁部１２ｄは、第１梁部１１ｄに接続されるとともに＋Ｘ方向に延在し、途中に屈曲部ＢＰを設けた１本の梁ＢＥを構成している。また、同様に孔部ＨＬを有している。

以上のように、梁構造部２０は、固定支持部ＦＳを中心に、８つの梁部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ（あるいは４本の梁ＢＥ，ＢＥ，ＢＥ，ＢＥ）が同一面内上に対称性をもって広がった形状を有している。さらに、梁構造部２０において、より正確には、各第１梁部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが、梁構造部２０の中心位置からは若干ずれた位置に配置された構成となっている。具体的に説明すると、図２Ａに示されるように、梁構造部２０の中心部分である固定支持部ＦＳの中心ＣＴからＸ方向及びＹ方向に延びる中心軸ＡＸ１，ＡＸ２と比較すると、各第１梁部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、平面視矩形の固定支持部ＦＳの各辺から延びているため、固定支持部ＦＳの有する幅の分だけ中心軸ＡＸ１，ＡＸ２から外れた（シフトした）位置からこれらに対して平行に延在している。このずれがあることによって駆動部３０から加振力を受けた際、梁構造部２０は、より曲がりやすくなり、動作の開始を確実にしていると考えられる。また梁構造２０は、梁が戻る方向に動く際に隣の梁の振動を励起するため重畳振動が発生しやすいと考えられる。以上のような構造を有する場合、必ず２つの振動モードが重畳した振動軌跡になることで、往復振動のような単振動で発生する停止する瞬間が無いようにできる。さらに、中心軸ＡＸ１，ＡＸ２と各第１梁部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの付け根がずれていることで、面内回転方向への振動を励起しやすく、振動ロスがなく、効率的に円状振動を実現できる。また、この場合、面外方向（Ｚ方向）に関する振動面外振動を抑制しつつ、円振動などの円状振動となる面内振動を行うことができるので、例えばプロジェクターに搭載した場合に、投射すべき光の光路のずれを抑制しつつ、スペックルを低減することができる。

梁構造部２０が上記のような構造をすることで、金属性（例えば銅等）の板状部材である第１及び第２梁部１１ａ，１２ａ等が、図２Ｂに示すように変形して、面内方向について可動部１０を移動させるばね部材として機能する。特に、上記のような形状を有する場合、梁構造部２０は、図２Ａ及び２Ｂに示すように、異なる２つの方向について振動しやすい構造となっている。換言すれば、梁構造部２０の異なる２方向についての振動モードの固有周波数が、他の振動モードの周波数よりも低くなっている。本構造で異なる２方向についての振動モードの固有周波数は、他の振動モードと比べ、低い固有周波数となっている。すなわち、ＸＹ面内において、＋Ｘ方向に対して仰角４５°の方向への振動である第１振動方向ＶＤ１と、－Ｘ方向に対して仰角４５°の方向への振動である第２振動方向ＶＤ２との２つの方向について振動しやすい構造となっている。これにより、図２Ｃに示すように、固定支持部ＦＳに取り付けられた可動部１０は、面内方向について旋回するような運動が可能になっている。

図１Ａ等に戻って、アクチュエーター１００のうち、駆動部３０は、１つの永久磁石ＭＡと、１つのコイルＣＯとで構成される１つ（１ペア）の駆動機構によって構成されている。すなわち、コイルＣＯに駆動電流として、所定の駆動周波数で交流電流を流すことで、永久磁石ＭＡとの間で生じるローレンツ力を利用して梁構造部２０を加振することで、可動部１０を駆動させている。図示の例では、永久磁石ＭＡを梁構造部２０に設けた固定支持部ＦＳに収納させる一方、コイルＣＯを固定支持部ＦＳの真下（－Ｚ側）に配置して固定した構成としている。つまり、駆動部３０のうち、永久磁石ＭＡは、梁構造部２０に取り付けられる梁部側駆動素子となっており、永久磁石ＭＡが、コイルＣＯに流れる電流に伴って駆動する。ただし、これは一例であり、後述する所望の方向への加振が可能であれば、上記以外の構成としてもよい。

以下、図２等を参照して、本実施形態におけるアクチュエーター１００の動作について説明する。

まず、図２Ａに示すように、本実施形態では、駆動部３０によって、梁構造部２０に対して、加振力Ｆがはたらく。ここで、始動時において、加振力Ｆは、梁構造部２０によって定まる２つの振動方向ＶＤ１，ＶＤ２のいずれの方向とも異なる方向にはたらくようになっている。すなわち、そのような向きになるように駆動部３０を構成する永久磁石ＭＡの磁界の向きやコイルＣＯの電流方向が調整されている。さらに、加振力Ｆの方向は、各梁部１１ａ等の延在方向とも異なっている、すなわち、加振力Ｆの方向は、Ｘ方向にもＹ方向にも平行でない方向になっているものとする。また、駆動部３０には、所定の駆動周波数の交流電流が流れているため、その大きさが駆動電流の変化に伴って、正負の場合を含め、変化する。

一方、永久磁石ＭＡが取り付けられた梁構造部２０は、永久磁石ＭＡから上記のような加振力Ｆを受け、加振力Ｆの成分のうち、２つの振動方向ＶＤ１，ＶＤ２に沿った方向の成分について振動し始める。この場合、加振力Ｆが２つの振動方向ＶＤ１，ＶＤ２のいずれの方向とも異なる方向となっていることで、２つの振動方向ＶＤ１，ＶＤ２の双方に対して加振力Ｆが作用することになる。また振動中は電流の向きや永久磁石の位置が変化することで加振力Ｆの向きは変化するが、この場合も２つの振動方向ＶＤ１，ＶＤ２の双方に対して加振力Ｆが作用することになる。したがって、加振力Ｆは、ある時間において１つの方向のみであるにもかかわらず、梁構造部２０は、全体として異なる２方向に振動するような動きをなす。この２方向の振動が組み合わされた動きをすることで、全体としては、結果的に図２Ｃに概念的に示すように、例えば円状のような動作をする。ここでは、特に、円状あるいは楕円状に動くようなものとなっている。つまり、２つの振動方向ＶＤ１，ＶＤ２のうち少なくとも一方向については動いているように維持され、どちらの振動方向についても速度成分ゼロとなることがないすなわち一瞬も止まることがないような曲線運動を、可動部１０に行わせている。このように、速度成分ゼロとなるような箇所が生じないことで、例えば可動部１０に光拡散板を取り付けて光拡散板をレーザー光の光路上に配置した場合に、速度成分ゼロとなった瞬間にレーザー光のスペックルが視認される、という事態の発生を低減できる。

ここで、上記のような１つ（１ペア）の駆動機構である駆動部３０によるある時間における１つの方向への加振力Ｆのみで、２つの振動方向ＶＤ１，ＶＤ２の双方について振動を生じさせるためには、２つの振動方向ＶＤ１，ＶＤ２の共振モード（振動モード）が一致しており、かつ、この一致した共振モードの共振周波数（固有周波数）に駆動部３０の駆動周波数が一致していることが理想的である。この場合、可動部１０を共振振動によって非常に高効率に駆動させることができる。したがって、まず、この場合、２つの振動方向ＶＤ１，ＶＤ２にそれぞれ対応する２つの共振モードをもつことになるが、これらを一致させるようにすることが重要である。本実施形態の場合、２つの共振モードは、可動部１０と、梁構造部２０と、駆動部３０のうち梁構造部２０に取り付けられる梁部側駆動素子である永久磁石ＭＡとについての形状や配置、重さ等によって定まるが、特に、構造的に対称性を持たせていることで、２つの共振モードをほぼ一致させることが可能になると考えられる。

また、共振モードについては、他の意図しない振動（環境振動）の影響を受けないようにすべく、ある程度以上の高い周波数の範囲にゲインが高くなる領域が分布することが望ましいと考えられる。例えば、６０Ｈｚ近辺の周波数の振動は、周囲にある種々のものから伝達されるおそれがあるからである。また、例えば光拡散板を取り付けてスペックルを低減するために利用する、という観点からも、その機能を果たすべく、例えば３０Ｈｚ以上の振動であることが必要であると考えられる。一方、周波数が高くなりすぎると、振動させるために必要な駆動力（加振力）も大きくしなければならなくなる。以上の観点から、２つの共振モードをほぼ一致させるにあたって、例えば１２０Ｈｚ程度の値をピークとして一致させるようにすることが望ましい。なお、かかる調整については、種々の方法が考えられるが、例えば、既述のように、第１梁部１１ａ等に孔部ＨＬを設けること等が考えられる。

しかしながら、実際の装置においては、上記のような調整等をした場合においても、なお、例えば製造誤差等により、図３に例示するように、２つの共振モードについて、差が生じることがある。ここでは、図３に示すグラフ等を参照して、２つの振動方向に対応する２つの共振モードや、駆動周波数について考察する。

まず、既述のように、図３に示される２つの共振モードを示す曲線Ｃ１，Ｃ２については、若干の差が生じている。なお、図３では、横軸を周波数とし、縦軸をゲイン（効率、あるいは可動部１０の振り幅に相当）としている。すなわち、各曲線Ｃ１，Ｃ２に示されるゲインのピークに対応する周波数が、最も効率的に振動をさせることができる共振モードの共振周波数（固有周波数）となる。本実施形態では、２つの共振モードに対応する共振周波数のゲインが重なっている範囲内の周波数を駆動周波数とする（図示の例では、各曲線Ｃ１，Ｃ２のピークの中間あたりで、ゲインが重なっている範囲のうち最も高くなる箇所としている。）ことで、必要な駆動を確保できるようにしている。

以下、図４Ａ及び４Ｂを参照して、さらに、２つの共振モードについてのずれ量や、駆動周波数についての許容範囲について考察する。図４Ａは、２つの共振モードが一致した場合（例えば１２０Ｈｚで一致）における駆動周波数の許容範囲について考察するための図である。この場合、一致する共振モードを示す曲線ＣＸのゲイン（振幅）についての値が、１／２（半分）となる範囲までを使用可能な範囲とすれば、共振モードの共振周波数（固有周波数）を中心に駆動周波数の許容範囲は９Ｈｚ程度の幅内となる。さらに、ゲイン（振幅）についての値が１／１０となる範囲までを使用可能な範囲とすれば、駆動周波数の許容範囲は２０Ｈｚ程度の幅内となる。一方、図４Ｂは、２つの共振モードが一致しない場合（例えば１２０Ｈｚを基準としてそこからずれている場合）におけるずれ量の許容範囲について考察するための図である。この場合、許容されるずれ量は、９Ｈｚ程度と考えられる。９Ｈｚ程度ずれると、双方についてゲイン（振幅）が最大となる値が、各共振モードのピークの場合の１／１０となるため、これ以上効率的な駆動周波数が選択できなくなるからである。

以上の考察から、２つの共振モードのずれ量や、駆動周波数の許容範囲は、いずれも高々数Ｈｚ以内としておくことが好ましいと考えられる。

以上のように、本実施形態では、可動部１０が一瞬も止まることがないような動きを、互いに異なる方向に延在する２つの梁部１１ａ，１２ａ等を有する梁構造部２０と、１つの駆動部３０とによる簡易な構成によって達成できる。また、この場合、例えば回転駆動のためにモーターを配置して構成する、というような場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。

なお、上記のように、光拡散板を取り付けてスペックルを低減するために利用する、という観点からは、さらに、面外方向（Ｚ方向）に関する運動すなわち面外方向に関する振動（面外振動）についても極力抑えられていることが望ましい。このためには、面外方向（Ｚ方向）を振動方向とする共振モードが、上記した２つの共振モードと異なっていることが望ましい。すなわち、共振モードの共振周波数（固有周波数）が大きく異なっている、特に、面外方向（Ｚ方向）を振動方向とする共振モードの共振周波数（固有周波数）が高くなっていることが理想的である。これに対して、本実施形態では、第１及び第２梁部の厚さ（１本の梁の厚さ）について、面外方向（Ｚ方向）が相対的に厚く、面内方向（ＸＹ面内に平行な方向）が相対的に薄いようにしていることで、実現している。

〔第２実施形態〕
以下、図５等を参照して、第２実施形態に係るアクチュエーターについて説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、梁構造部の構造や、駆動部の配置を除いて、第１実施形態の場合と同様であるので、同一の機能を有するものについては、同じ符号を適用し、各部の詳細な説明については省略する。

図５Ａ及び５Ｂに示すように、本実施形態に係るアクチュエーター２００は、可動部１０と、可動部１０を載置・固定して振動を伝える梁構造部２２０と、梁構造部２２０を介して可動部１０を駆動させる駆動部２３０とを備える。

以下、図５Ｂ等を参照して、アクチュエーター２００のうち、梁構造部２２０の構造について説明する。梁構造部２２０は、一枚板の金属性部材（例えば銅等の十分な耐性及び弾性を有する部材）を折り曲げてＨ状に形成されており、中心部分であり可動部１０を載置させる固定支持部ＦＳと、固定支持部ＦＳを中心としてＸ方向（横方向）の左右に延在する第１梁部２１１と、第１梁部２１１の両端に設けられ、Ｙ方向（縦方向）の上下に延在する一対構成の第２梁部２１２ａ，２１２ｂと、第１梁部２１１と第２梁部２１２ａ，２１２ｂとが交差する接続箇所に設けられ、２つの方向の振動を分離する一対の振動分離部ＶＩａ，ＶＩｂとを有する。

梁構造部２２０のうち、第１梁部２１１は、相対的に可動部１０に近い側に配置される内梁であり、互いに離間してかつ延在方向であるＸ方向に平行に延びる２つの板状部材２１１ａ，２１１ｂで構成されている。板状部材２１１ａ，２１１ｂには、孔部ＨＬが設けられている。

一対構成の第２梁部２１２ａ，２１２ｂは、第１梁部２１１の＋Ｘ側と－Ｘ側の端にそれぞれ配置される外梁であり、対応して設けられている振動分離部ＶＩａ，ＶＩｂを介して、Ｙ方向に延在する２枚の板状部材によって、それぞれ構成されている。例えば、＋Ｘ側に配置される第２梁部２１２ａについては、Ｙ方向に延在する２枚の板状部材Ｐａ，Ｐａが、Ｕ字形状の振動分離部ＶＩａを介して繋がっていることで、１つの第２梁部２１２ａを構成している。同様に、第２梁部２１２ｂについては、Ｙ方向に延在する２枚の板状部材Ｐｂ，Ｐｂが、Ｕ字形状の振動分離部ＶＩｂを介して繋がっていることで、１つの第２梁部２１２ｂを構成している。なお、第２梁部２１２ａ，２１２ｂの先端部ＴＰは、固定部（図示略）によって固定されている。

一対の振動分離部ＶＩａ，ＶＩｂは、一枚板の金属性部材を折り曲げて梁構造部２２０を形成することに伴って作製されるＵ字形状の接続箇所である。本実施形態の場合、図６を参照して後述するように、第１梁部２１１による振動と第２梁部２１２ａ，２１２ｂによる振動とを分離する機能を有するものとなっている。また、ここでは、振動分離部ＶＩｂは、駆動部２３０の一部を収納して固定する収納部としても機能している（図５Ａ参照）。

以下、図５Ａに戻って、アクチュエーター２００のうち、駆動部２３０について説明する。駆動部２３０は、第１実施形態の駆動部３０（図１Ａ参照）と同様、１つの永久磁石ＭＡと、１つのコイルＣＯとで構成される１つ（１ペア）の駆動機構によって構成されている。すなわち、コイルＣＯに駆動電流として交流電流を流すことで、永久磁石ＭＡとの間で生じるローレンツ力を利用して梁構造部２２０を加振することで、可動部１０を駆動させている。図示の例では、永久磁石ＭＡを梁構造部２２０に設けた振動分離部ＶＩｂに収納させる一方、コイルＣＯを振動分離部ＶＩｂの真下（－Ｚ側）に配置して固定した構成としている。つまり、駆動部２３０のうち、永久磁石ＭＡは、梁構造部２２０に取り付けられる梁部側駆動素子となっており、永久磁石ＭＡが、コイルＣＯに流れる電流の変化に伴って駆動する。ただし、これは一例であり、後述する所望の方向への加振が可能であれば、上記以外の構成としてもよい。ここでは、一例として、始動時において、駆動部３０によって、梁構造部２２０に対して、加振力が＋Ｘ方向に対して仰角４５°の方向へはたらくように、永久磁石ＭＡの磁界の向きやコイルＣＯの電流方向が調整されているものとする。

以上のような構成の場合、図６Ａに示すように、第１梁部２１１は、Ｙ方向を第１振動方向ＶＤ１としてこの方向について振動する。一方、図６Ｂに示すように、第２梁部２１２ａ，２１２ｂは、Ｘ方向を第２振動方向ＶＤ２としてこの方向について振動する。また、この場合において、一対の振動分離部ＶＩａ，ＶＩｂは、第１振動方向ＶＤ１の振動と、第２振動方向ＶＤ２の振動とを分離する基準となるものとして機能している。

また、この場合、図６Ａと図６Ｂとを比較すると明らかなように、内梁である第１梁部２１１は、直接的に可動部１０を振動させる一方、外梁である第２梁部２１２ａ，２１２ｂは、可動部１０を載せた状態の第１梁部２１１ごと振動させることになる。これにより、駆動部２３０での駆動を適宜調整することで、２つの振動方向ＶＤ１，ＶＤ２のうち少なくとも一方向について動いているように維持される曲線運動（例えば円運動のような運動）を生じさせる複合的な振動を生じさせることができる。また、この場合、２つの振動とこれを生ぜしめる梁とが振動分離部ＶＩａ，ＶＩｂを介して分かれている。このため、各振動については、それぞれ分離独立して考察することができる。この場合、内梁である第１梁部２１１と、外梁である第２梁部２１２ａ，２１２ｂとでは、振動させる対象の重量が異なることが明らかである。すなわち、外梁である第２梁部２１２ａ，２１２ｂのほうが動かす対象が大きく、重い。その一方で、第１実施形態の場合と同様、駆動部２３０が１つ（１ペア）の駆動機構によって構成されているため、駆動周波数は１つしか存在せず、双方の共振モードを一致させたいという課題がある。そこで、本実施形態では、内梁としての第１梁部２１１において、孔部ＨＬを設けることで、第１梁部２１１のばね定数を変化させることで、振動方向についての共振周波数を調整可能にしている。

以上のように、本実施形態においても、可動部１０が一瞬も止まることがないような動きを、互いに異なる方向に延在する第１梁部２１１及び第２梁部２１２ａ、２１２ｂ等を有する梁構造部２２０と、１つの駆動部２３０とによる簡易な構成によって達成できる。また、この場合、例えば回転駆動のためにモーターを配置して構成する、というような場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。

また、本実施形態の場合、第１実施形態の場合と同様に考察した際の駆動周波数の許容範囲は、ゲイン（振幅）を１／２（半分）となる範囲までを使用可能な範囲として４Ｈｚ程度、１／１０となる範囲までを使用可能な範囲として２０Ｈｚ程度の幅内となり、２つの共振モードにおけるずれ量の許容範囲は、４Ｈｚ程度となる。したがって、２つの共振モードのずれ量や、駆動周波数の許容範囲は、いずれも高々数Ｈｚ以内としておくことが好ましいと考えられる。

〔第３実施形態〕
以下、図７を参照して、第３実施形態に係る上記アクチュエーターを搭載した光学装置及びプロジェクターについて説明する。ここでは一例として、第１実施形態に例示したアクチュエーター１００を搭載した光学装置９００を例示するが、他のアクチュエーターを搭載してもよい。

図７に示すプロジェクター８００は、レーザー光を射出する光源装置７００と、画像形成光学系３００と、投射光学系６００とを備える。

光源装置７００は、アクチュエーター１００を搭載した光学装置９００のほか、光源７１０等を備えている。

ここで、本実施形態の光学装置９００は、アクチュエーター１００の可動部１０の箇所に光学素子としての光拡散板ＤＰを有し、アクチュエーター１００により光拡散板ＤＰを曲線運動させることで、入射するレーザー光の位相を適宜乱して反射することで、スペックル低減を行う装置である。光拡散板ＤＰは、例えばアルミ板の表面に凹凸が形成され、さらに誘電体多層膜、金属反射膜等が施されて構成される。

光源装置７１０は、ＲＧＢ３色のレーザー光Ｌを射出する。射出されたレーザー光Ｌは、平行化レンズ、光分離素子等を介して反射型の光学装置９００へ向けて射出される。光学装置９００の光拡散板ＤＰにおいて、レーザー光Ｌは、適度に拡散されつつ反射される。この際、レーザー光の位相が適度に乱された状態となる。このような状態のレーザー光Ｌが、さらに、レンズアレイ、偏光変換素子、重畳レンズ等で構成される照明光学系を経て画像形成光学系３００に射出される。さらに、レーザー光Ｌは、画像形成光学系３００を構成するダイクロイックミラー、反射ミラー等により色分離導光され、各色について設けた液晶光変調装置によって光変調され、さらに、クロスダイクロイックプリズムによって合成される。合成された成分は、投射光学系６００に投射される。以上によりプロジェクター８００による画像投射がなされる。

本実施形態では、光学装置９００がアクチュエーター１００を有し、プロジェクター８００が光学装置９００を有することで、光学装置では、光拡散板ＤＰが一瞬も止まることがないような動きを達成できる。また、例えば回転駆動のためにモーターを配置して構成する、というような場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。また、プロジェクター８００では、レーザー光Ｌに起因するスペックル低減が図られた良好な画像表示ができる。

〔その他〕
この発明は、上記の各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

まず、上記において、各実施形態に示した電流の制御や磁界の向きについては、例示であり、各部の形状や配置を含め、適宜変更可能である。例えば、コイルを横方向に配置すること等が考えられる。また、永久磁石とコイルとを入れ替えた構成としてもよい。

また、第１実施形態において、４つの梁で構成されるものとしているが、５つ以上としてもよい。

また、上記では、２つの振動方向ＶＤ１，ＶＤ２のうち少なくとも一方向については動いているように維持され、振動の途中でどちらの振動方向についても速度成分ゼロとなることがないような曲線運動の例として、円状あるいは楕円状の軌道を例示しているが、これに限らず、種々の曲線運動が考えられる。例えば、２つの間で位相差を設けて、リサジュー図形（あるいはリサージュ図形とも言われる）のような軌道を描くようにすることも可能である。ただし、速度成分ゼロとなることがないような曲線すなわち一瞬も止まることがないような動きをさせる、という観点からすると、図８に例示すように、リサジュー図形のうち、軌道の線が止まって折り返すようなもの（図中バツ印）については、選択しないことになる。

１０…可動部、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…第１梁部、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…第２梁部、２０…梁構造部、３０…駆動部、１００…アクチュエーター、２００…アクチュエーター、２１１…第１梁部、２１１ａ，２１１ｂ…板状部材、２１２ａ，２１２ｂ…第２梁部、２２０…梁構造部、２３０…駆動部、３００…画像形成光学系、６００…投射光学系、７００…光源装置、７１０…光源、７１０…光源装置、８００…プロジェクター、９００…光学装置、ＡＸ１，ＡＸ２…中心軸、ＢＥ…梁、ＢＰ…屈曲部、Ｃ１，Ｃ２…曲線、ＣＯ…コイル、ＣＴ…中心、ＣＸ…曲線、ＤＰ…光拡散板、Ｆ…加振力、ＦＳ…固定支持部、ＨＬ…孔部、Ｌ…レーザー光、ＭＡ…永久磁石、Ｐａ，Ｐａ…板状部材、Ｐｂ，Ｐｂ…板状部材、ＴＰ…先端部、ＶＤ１…第１振動方向、ＶＤ２…第２振動方向、ＶＩａ，ＶＩｂ…振動分離部

Claims (16)

1. レーザー光が入射する光学素子が取り付けられる可動部と、
   前記可動部が載置される固定支持部と、前記固定支持部から延在する複数の第１梁部と、複数の前記第１梁部にそれぞれ対応して設けられ、対応する前記第１梁部の延在方向と異なる方向に延在する複数の第２梁部と、を有する梁構造部と、
   １つの駆動機構で構成され、前記梁構造部に基づいて定まる２つの振動方向と異なる方向に加振して、前記２つの振動方向のうち少なくとも一方向について動いているように維持される曲線運動を前記可動部に行わせる駆動部と、
   複数の前記第２梁部のそれぞれの先端部の位置を固定する固定部と、
   を備える、アクチュエーター。
2. 前記２つの振動方向に対応する２つの共振モードをもつ、請求項１に記載のアクチュエーター。
3. 前記駆動部は、前記２つの共振モードに対応する駆動周波数で動作し、前記可動部を共振振動させる、請求項２に記載のアクチュエーター。
4. 前記駆動周波数は、前記２つの共振モードに対応する共振周波数のゲインが重なっている範囲内の周波数である、請求項３に記載のアクチュエーター。
5. 前記可動部と、前記梁構造部と、前記駆動部のうち前記梁構造部に取り付けられる梁部側駆動素子とにより、前記２つの共振モードが定まっている、請求項２～４のいずれか一項に記載のアクチュエーター。
6. 前記２つの共振モードは、前記第１及び第２梁部の延在方向に平行な面の面内方向に対して垂直な面外方向についての共振モードと異なるように構成されている、請求項２～５のいずれか一項に記載のアクチュエーター。
7. 前記梁構造部は、異なる方向に延在する複数の前記第１梁部と、複数の前記第１梁部にそれぞれ対応して設けられる複数の前記第２梁部とを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載のアクチュエーター。
8. 前記梁構造部は、同一面内において９０°ずつ異なる方向に延在する４つの前記第１梁部と、４つの前記第１梁部にそれぞれ対応して設けられる４つの前記第２梁部とを有する、請求項７に記載のアクチュエーター。
9. 前記梁構造部において、複数の前記第１梁部は、中心位置からずれた位置に配置されている、請求項７及び８のいずれか一項に記載のアクチュエーター。
10. 前記第１梁部は、一の方向に延在するとともに、中央に前記固定支持部が設けられた内梁であり、
    前記第２梁部は、前記第１梁部の両端に設けられる一対構成であり、他の方向に延在する外梁である、請求項１～６のいずれか一項に記載のアクチュエーター。
11. 前記第１梁部は、前記２つの振動方向のうちの一の振動方向について振動し、前記第２梁部は、前記２つの振動方向のうちの他の振動方向について振動する、請求項１０に記載のアクチュエーター。
12. 前記内梁としての前記第１梁部は、孔部を有する、請求項１０及び１１のいずれか一項に記載のアクチュエーター。
13. 前記第１梁部と前記第２梁部とが交差する接続箇所に設けられ、振動を分離する振動分離部をさらに備える、請求項１０～１２のいずれか一項に記載のアクチュエーター。
14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載のアクチュエーターと、
    前記レーザー光を射出する光源装置と、
    前記可動部に設けられて前記曲線運動をし、前記レーザー光が入射する光学素子と
    を備える、光学装置。
15. 前記光学素子は、光拡散板である、請求項１４に記載の光学装置。
16. 請求項１４及び１５のいずれか一項に記載の光学装置を備え、
    前記光学装置で反射される前記レーザー光により画像投射をする、プロジェクター。

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