JPWO2007148664A1 - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で応答性に優れ、しかも制御対象の傾き角度を高精度に検出できるアクチュエータを提供する。【解決手段】 駆動コイルＣ１，Ｃ２に電流を与えると、ギャップｇ内を通過する磁束φとの間に電磁力が発生し、軸部材１２がβ１またはβ２方向に揺動させられ、ミラー（制御対象）２１の傾き角度θが支持中心点Ｏを中心に変化する。磁束φが検出コイル４１ａを通過する際に、前記検出コイル４１ａに発生した起電力はフィードバック信号として制御部に与えられる。制御部はフィードバック信号を基に電流を生成して駆動コイルＣ１，Ｃ２に与える。ミラー２１の揺動時の速度を検出コイル４１ａで検出することにより、アクチュエータの構成を簡単にできる。また応答性に優れ、ミラー２１の傾き角度を高精度に検出できる。【選択図】図１

Description

本発明は、ミラーなどの制御対象の傾き角度を所望の方向に向けるアクチュエータに関する。

特許文献１ないし特許文献３には、いわゆるプレーナ型のガルバノミラーが記載されている。これらのガルバノミラーは、最外周の基板内側に設けられた２つの可動板がそれぞれ一対のトーションバーで揺動自在に支持されている。

特許文献１および２に記載されたガルバノミラーは、ミラーを駆動する駆動機構が、外側可動板と内側可動板のそれぞれに形成されたコイルと、その周囲または下面側に設けられた永久磁石とで構成されている。

また特許文献３のガルバノミラーは静電引力を利用して駆動される。ミラー部９は、一対のトーションバー８，８を介して基板７に支持されている。また前記一対のトーションバー８，８の根本付近には、歪ゲージＲ１，Ｒ２および歪ゲージＲ３，Ｒ４がそれぞれ設けられており、前記歪ゲージＲ１〜Ｒ４の抵抗値の変化を測定してミラー面１０の傾き角度θが制御される。
特開２００２−２９６５１８公報 特開平８−３３４７２３号公報 特開平５−１１９２８０号公報

しかし、特許文献１、２に記載されたガルバノミラーでは、駆動機構を構成するコイルが平面コイルであるため、大きさの制約から構造的にターン数を多くし難い。このため、十分に大きな駆動力を得ることができず、ミラーの駆動速度（応答性）を高めることが困難であるという問題がある。

また特許文献２では、歪ゲージＲ１〜Ｒ４を用いてトーションバー８，８の変形時の歪みを抵抗値の変化から検出する構成である。しかし、このような歪ゲージは感度が低く、ノイズを拾い易いため検出精度が粗くなるという問題がある。また温度変化による影響も受け易いため、検出精度を高めるには温度補正回路が必要になり、構成が複雑になるという問題もある。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、ホログラム装置などに好適な、応答性に優れたアクチュエータを提供することを目的としている。

また本発明は、簡単な構成で制御対象の傾き角度を高精度に検出できるようにしたアクチュエータを提供することを目的としている。

本発明はのアクチュエータでは、制御対象と、前記制御対象を支持する軸部材と、前記軸部材を、その軸中心が所定の中立軸に一致する中立姿勢から、前記中立軸に対して傾く方向へ揺動自在に支持する支持部材と、前記軸部材を揺動方向へ駆動する駆動機構と、前記制御対象の揺動時の速度を検出するセンサと、前記センサが検出したフィードバック信号を取得して前記中立軸に対する前記軸中心の傾斜角度の制御を行う制御機構と、が設けられていることを特徴とするものである。

本発明のアクチュエータでは、簡単な構成で制御対象の傾き角度を高精度に検出できる。また上記センサは制御対象の揺動時の速度を検出する構成であるため、変形量を検出する場合に比較して検出精度を高めることができる。

例えば、前記駆動機構は、固定部と可動部との一方に設けられた磁石と他方に設けられた駆動コイルと、前記磁石の両極に対向配置された一対のヨークとを備え、前記一対のヨークは側方に延びる腕部を有しており、前記可動部が揺動したときに一方のヨークの腕部が前記駆動コイル内に移動自在に配置されており、前記センサは、前記一対のヨークの腕部どうしが対向するギャップ内に設けられているものとして構成できる。

上記駆動機構では、大きな駆動力を得ることができるため、当該駆動機構を備えたアクチュエータは応答性に優れたものとなる。

上記の構成においては、前記センサが、前記磁石が発生した磁束を検出する検出コイルで形成されるものが好ましい。

上記手段では、センサの検出感度を巻き線数に応じて高めることができる。しかも、温度変化の影響を受けることなく、軸部材の角度、ひいては制御対象の傾き角度を高精度に検出することができる。このため、検出精度が高く、しかも温度変動に優れたアクチュエータとすることができる。

また前記支持部材は、前記固定部に支持された外枠部と、前記外枠部の内側で且つ前記外枠部に対して第１の軸回りに揺動自在に設けられた中枠部と、前記中枠部の内側で且つ前記中枠部に対して前記第１の軸と直交する第２の軸回りに揺動自在に設けられた内枠部とを有し、前記外枠部と前記中枠部とが対称となる位置に設けられた一対の第１のトーションバーにより連結され、前記中枠部と前記内枠部とが前記一対の第１のトーションバーに対し９０度異なる位置に設けられた一対の第２のトーションバーにより連結されており、
前記内枠部には、前記第１の軸および前記第２の軸の双方に直交するとともに前記内枠部を挟みその両側において前記直交する方向に沿って延びる軸部材がインサート成形されており、この軸部材の一方に制御対象が設けられ、他方に前記磁石と一対のヨークまたは前記駆動コイルが設けられているものとして構成できる。

上記手段では、前記軸部材に前記内枠部がインサート成形されるため、前記軸部材と前記内枠部との間の連結を強固にできる。このため、軸部材に取り付けるヨーク、磁石および制御対象などの各部材の取り付け強度を増すことができる。よって、軸部材の駆動速度（揺動速度）を高めることが可能となり、応答性に優れたアクチュエータとすることができる。また磁石の利用効率を増大させることが可能となるため、結果としてアクチュエータの小型化を図ることができる。

また前記制御機構は、前記センサから出力されたフィードバック信号をデータに変換する検出回路と、前記データに基づいて前記制御対象の駆動量を算出する制御部と、前記駆動量に基づいて駆動機構の駆動コイルに与える電流を生成するドライバ回路と、を有するものとして構成できる。

上記手段では、軸部材の傾斜角度、または制御対象の傾き角度を高精度に調整することができる。

本発明では、応答速度の速いアクチュエータを提供できる。
また本発明のアクチュエータでは、温度が変化してもその影響を受けずに、傾き角度を高精度に検出することができる。このため、ミラーなど制御対象の姿勢を高精度に制御することができる。

図１は本発明のアクチュエータの全体の構成を示す断面図、図２は支持部材を示す斜視図、図３はアクチュエータの磁界発生部を示す斜視図である。

なお、以下の説明においては、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は互いに直交しており、前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸とが交わる点を原点または支持中心点Ｏとする。そして、前記支持中心点Ｏを通り、Ｚ軸に平行な軸を中立軸Ｏ１−Ｏ１として説明する。

図１に示すアクチュエータ１０は、制御対象としてミラー部材２０を備え、前記ミラー部材２０の傾き角度（中立軸とミラー２１とがなす角度）θを自在に調整・設定するものである。

また、アクチュエータ１０は、支持部材１１とこの支持部材１１に対して揺動自在に支持された軸部材１２とを有している。

図２に示すように、前記支持部材１１は薄いシリコン基板などで形成されており、四角い枠形状からなる外枠部１１Ａ、中枠部１１Ｂおよび内枠部１１Ｃを有している。前記外枠部１１Ａは、中立軸Ｏ１−Ｏ１から最も離れた位置に設けられ、前記内枠部１１Ｃは前記中立軸Ｏ１−Ｏ１に最も近い位置に設けられている。そして、前記中枠部１１Ｂは前記外枠部１１Ａと前記内枠部１１Ｃとの間に設けられている。

前記外枠部１１Ａと前記中枠部１１Ｂとは一対の第１のトーションバー１１ａ，１１ａを介して連結されている。同様に、前記中枠部１１Ｂと前記内枠部１１Ｃも、一対の第２のトーションバー１１ｂ，１１ｂを介して連結されている。

前記一対の第１のトーションバー１１ａ，１１ａは、前記外枠部１１Ａと前記中枠部１１Ｂとの間に、前記中立軸Ｏ１−Ｏ１に対し軸対称となる位置（１８０度異なる位置）に前記Ｘ軸に沿って設けられている。また一対の第２のトーションバー１１ｂ，１１ｂは、前記中枠部１１Ｂと前記内枠部１１Ｃとの間に、前記中立軸Ｏ１−Ｏ１に対し軸対称となる位置（１８０度異なる位置）で且つ前記中立軸Ｏ１−Ｏ１を中心として前記一対の第１のトーションバーに対し９０度異なる位置に前記Ｙ軸に沿って設けられている。

このため、前記中枠部１１Ｂは、前記外枠部１１Ａに対し、前記一対の第１のトーションバー１１ａ，１１ａを回転軸（Ｘ軸）とする方向（図２ではα１およびα２方向）に捻り変形可能とされている。同様に、前記内枠部１１Ｃは、前記中枠部１１Ｂに対し、前記一対の第２のトーションバー１１ｂ，１１ｂを回転軸（Ｙ軸）とする方向（図２ではβ１およびβ２方向）に捻り変形可能とされている。すなわち、前記内枠部１１Ｃは、支持中心点Ｏを中心として、Ｘ軸およびＹ軸の軸回転方向に揺動自在に支持されている。

なお、前記外枠部１１Ａ、中枠部１１Ｂおよび内枠部１１Ｃは、四角い枠形状に限られるものではなく、その他例えば円形状からなるものであってもよい。

軸部材１２は、前記中立軸Ｏ１−Ｏ１に沿ってＺ方向に直線的に延びて形成されている。また前記軸部材１２は、前記支持部材１１の内枠部１１Ｃに固定されているため、支持部材１１を介し、支持中心点Ｏを中心にＸ軸およびＹ軸を回転軸として揺動自在となる。換言すれば、軸部材１２は前記支持中心点Ｏを支点として、揺動自在となっている。

前記軸部材１２は、例えばインサート成形技術により、前記支持部材１１に取り付けることができる。すなわち、前記支持部材１１の内枠部１１Ｃを所定の金型中に挿入し、その周囲のキャビティ内に樹脂材料を注入して固化させることにより、前記軸部材１２を支持部材１１に取り付けることができる。なお、前記内枠部１１Ｃの中心部に開口部１１ｄを形成しておくと、前記支持部材１１を挟んでＺ１方向に延びる軸部材１２とＺ２方向に延びる軸部材１２とを一体化させることが可能となる。また前記軸部材１２の形状は、図２に示すような角柱状であってもよいし、あるいは図３に示すような円柱状であってもよい。

前記外枠部１１Ａの周囲には合成樹脂からなる保持部材１４が設けられている。また、この保持部材１４には、Ｘ１方向およびＸ２方向の縁部に凸状の固定部１４ａ，１４ａが突出形成されている。なお、前記保持部材１４も、前記軸部材１２と同様に、インサート成形技術にて前記外枠部１１Ａと一体的に形成されている。

アクチュエータ１０は、断面略コの字形状からなる固定部材１５を有している。固定部材１５は、基部底面１５Ａと、基部底面１５Ａを若干斜め方向に折り曲げた傾斜底面１５Ｂ、１５Ｂと、前記傾斜底面１５Ｂの先をＺ１方向に折り曲げることにより形成した側壁部１５Ｃ，１５Ｃを有している。前記側壁部１５Ｃ，１５Ｃの先端には、Ｙ方向に伸びる長穴１５ａ，１５ａが形成されている。そして、前記保持部材１４の固定部１４ａ，１４ａは、前記長穴１５ａ，１５ａにはめ込まれる。これにより、前記支持部材１１、軸部材１２および保持部材１４が前記固体部材１５に取り付けられる。

前記軸部材１２の図示Ｚ１方向の先端には、制御対象をであるミラー部材２０が設けられている。前記ミラー部材２０は、前記ミラー２１と、前記ミラー２１を保持するミラー保持部材２２で構成される。前記軸部材１２の図示Ｚ１方向の先端は、前記ミラー保持部材２２のＺ２方向の面の中心に固定されている。

なお、前記ミラー保持部材２２は前記軸部材１２とともに一体で形成されるものが好ましい。ただし、別工程で形成された前記ミラー保持部材２２が、前記軸部材１２の先端に接着剤やねじ止めなどの手段を用いて固定される構成であってもよい。

前記軸部材１２の他端（図示Ｚ２方向）には、駆動機構３０の一部を構成する磁界発生部３０Ａが設けられている。この磁界発生部３０Ａは、第１のヨーク３１、第２のヨーク３２および磁石Ｍとにより構成される。

図３に示すように、前記第１のヨーク３１と前記第２のヨーク３２とは同じ形状である。前記第１のヨーク３１は、略正方形からなる本体部３１Ａと、本体部３１Ａの４つの側面からそれぞれ側方に延びる４つの腕部３１ａ，３１ａ，３１ａおよび３１ａを有している。前記４つの腕部３１ａ，３１ａ，３１ａおよび３１ａは、前記中立軸Ｏ１−Ｏ１に対し垂直となる方向に延びるのではなく、一方向（Ｚ１方向）に若干傾倒しながら斜めに延びている。

同様に、前記第２のヨーク３２は、略正方形からなる本体部３２Ａと、この本体部３１Ａの４つの側面からそれぞれ斜めに延びる４つの腕部３２ａ，３２ａ，３２ａおよび３２ａを有している。

前記磁石Ｍは、前記第１のヨーク３１の本体部３１Ａと前記第２のヨーク３２の本体部３２Ａとの間に挟持されている。この状態では、前記第１のヨーク３１の４つの腕部３１ａと前記第２のヨーク３２の４つの腕部３２ａとはそれぞれ平行な状態で対向しており、これらの間にギャップｇがそれぞれ形成されている。

このように、本願発明のアクチュエータ１０では、前記軸部材１２の一端にミラー部材２０が設けられ、他端に磁界発生部３０Ａが設けられている。そして、前記軸部材１２は支持部材１１に対し揺動自在に支持されている。換言すれば、前記軸部材１２は、支持中心点Ｏを中心にＸ軸の軸回り方向（α１およびα２方向）およびＹ軸の軸回り方向（β１およびβ２方向）に揺動自在に支持されている。

図１に示すように、前記固定部材１５の傾斜底面１５Ｂには、４つの駆動コイルＣ（個別にＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４で示す）が設けられている。前記中立軸Ｏ１−Ｏ１を基準とすると、前記駆動コイルＣ１はＸ１側に、前記駆動コイルＣ２はＸ２側に、前記駆動コイルＣ３はＹ１側に、前記駆動コイルＣ４はＹ２側に設けられている。なお、図１では、駆動コイルＣ３の図示が省略されている。

個々の駆動コイルＣは、線材を筒形状（円筒又は角筒）に巻いて形成されている。個々の駆動コイルＣの中心には、前記巻き方向と直交する方向に貫通する開口部Ｃａが形成されている。前記第２のヨーク３２に形成された４つの腕部３２ａ，３２ａ，３２ａおよび３２ａは、前記駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の各開口部Ｃａ内において可動な状態で挿入されている。つまり、前記駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の一部が、前記４つの腕部３１ａと前記４つの腕部３２ａとの間に形成される４つのギャップｇ内にそれぞれ位置することとなる。

なお、上記のように駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は筒形状をしているため、平面コイルに比較して巻き線の数を多くできる。このため、大きな電磁力を発生させることが容易となり、アクチュエータ１０の応答性を高めることが可能となる。

ここで、図１に示すように、前記磁石Ｍが、Ｚ１側がＳ極に着磁され、Ｚ２側がＮ極に着磁されているとする。この場合、磁束φは、「Ｎ極→第２のヨーク３２の本体部３２Ａ→第２のヨーク３２の４つの腕部３２ａ→４つのギャップｇ（駆動コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）→第１のヨーク３１の４つの腕部３１ａ→第１のヨーク３１の本体部３１Ａ→Ｓ極」となる磁路を形成する。そして、各ギャップｇにおいて、各磁束φは前記駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を形成する線材内を流れる電流とそれぞれ鎖交する。

前記ギャップｇ内に配置された前記駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４には、速度センサ４１がそれぞれ取り付けられている。本実施の形態に示す前記速度センサ４１は、平面型またはリング型に線材が巻かれた検出コイル（平面コイル）４１ａとして形成されている。前記検出コイル４１ａの線材の巻き方向は、前記駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に対して直交する方向である。換言すると、前記検出コイル４１ａの線材の巻き方向は、ギャップｇ内を通過する前記磁束φの方向に対し直交する方向となるように形成されている。このため、前記速度センサ４１では、前記検出コイル４１ａ内を通過する前記磁束φの検出が可能となる。一方、前記駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が発生する磁束は、前記開口部Ｃａを貫通する方向に発生する。つまり、前記駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の磁束は、前記検出コイル４１ａの巻き線方向に対して平行な方向となる。このため、前記速度センサ４１は、前記駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が発生した磁束を殆ど検出することはない。

上記においては、前記磁界発生部３０Ａと、各駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４とが、前記制御対象（ミラー部材２０）を揺動するための駆動力を発生させる駆動機構３０を構成している。

なお、制御対象である前記ミラー部材２０と可動部を構成する前記磁界発生部３０Ａの重量は、前記支持中心点Ｏを支点としてバランス的に釣り合う構成が好ましい。この場合、駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に電流を与えない非駆動状態では、前記軸部材１２の軸中心Ｏ１’−Ｏ１’は前記中立軸Ｏ１−Ｏ１と一致した状態（中立姿勢状態）となる。

上記アクチュエータの動作について説明する。
図４はアクチュエータの動作状態を示す断面図、図５は速度センサの検出動作を示し、Ａは腕部が移動する前の状態、Ｂは腕部が移動した後の状態をそれぞれ示す図、図６はアクチュエータの制御機構の構成を示すブロック構成図、図７はアクチュエータ制御のフローチャートである。

図４に示すように、前記駆動コイルＣ１と駆動コイルＣ２に所定の電流を与えると、駆動コイルＣ１，Ｃ２内を流れる電流と、ギャップｇ，ｇ内を通過する磁束φ，φとにより、前記駆動コイルＣ１，Ｃ２にはフレミングの左手の法則に従う電磁力がそれぞれ発生する。ここで、前記駆動コイルＣ１に発生する電磁力は、前記駆動コイルＣ１に流れる電流の向きに応じ、前記駆動コイルＣ１の巻き方向と直交するＦ１方向またはその逆であるＦ１’方向である。また前記駆動コイルＣ２に発生する電磁力は、前記駆動コイルＣ２に流れる電流の向きに応じ、前記駆動コイルＣ２の巻き方向と直交するＦ２方向またはその逆であるＦ２’方向である。なお、前記駆動コイルＣ１にＦ１方向の電磁力が発生するときには、前記駆動コイルＣ２にはＦ２方向の電磁力が発生ように設定されており、同じく前記駆動コイルＣ１にＦ１’方向の電磁力が発生するときには、前記駆動コイルＣ２にはＦ２’方向の電磁力が発生ように設定されている。

前記駆動コイルＣ１と前記駆動コイルＣ２は固定部材１５に固定されている。このため、前記電磁力がそれぞれ発生しても、前記駆動コイルＣ１および前記駆動コイルＣ２自体は移動することがない。このため、前記磁界発生部３０Ａには前記電磁力の反作用が働く。例えば、駆動コイルＣ１側において、図示Ｆ１’方向に電磁力が発生した場合には、反作用はこれとは逆方向となるＦ１方向に作用する。同じく、駆動コイルＣ２側で図示Ｆ２’方向に電磁力が発生した場合には、反作用はこれとは逆方向となるＦ２方向に作用する。

よって、前記駆動コイルＣ１，Ｃ２に流す電流の向きを制御することにより、前記軸部材１２を前記支持中心点Ｏを中心とする軸回り方向（β１方向またはβ２方向）に揺動（傾倒）させることができる。

以上の点は上記駆動コイルＣ３および駆動コイルＣ４においても同様である。すなわち、駆動コイルＣ３および駆動コイルＣ４に流す電流の向きに応じて、前記軸部材１２を図２に示す前記α１またはα２方向に揺動（傾倒）させることができる。

このため、前記軸部材１２の一端に設けられているミラー部材２０の向きを自在に変えることが可能となる。

ところで、図４に示すように前記軸部材１２が傾倒する場合、前記腕部３１ａと前記３２ａも移動する。このため、検出コイル４１ａ内を鎖交するギャップｇ内の磁束φに変化が生じる。

ここで、図５Ａ，Ｂに示すように、ギャップｇのＹ方向の幅寸法（腕部３１ａと３２ａの幅寸法）をＬ、移動距離（制御対象の揺動時の移動距離）をｘ、磁束φの磁束密度をＢ、時間をｔ、速度成分（制御対象の揺動時の速度）をｖ（＝ｄｘ／ｄｔ）とすると、検出コイル４１ａに発生する起電力ｅは、以下の数１で表すことができる。

つまり、前記検出コイル４１ａは、制御対象の揺動時の速度という物理量からフレミングの右手の法則にしたがった起電力（フィードバック信号）ｅを検出する。前記幅寸法Ｌおよび磁束密度Ｂを一定とみなすと、前記起電力ｅは速度成分ｖに比例した値を出力する。すなわち、前記検出コイル４１ａは速度センサとして機能している。

以上のことは、その他の駆動コイルＣ２，Ｃ３およびＣ４に設けた検出コイル４１ａでも同様であり、各検出コイル４１ａを用いることにより、各方向における速度成分ｖを検出することが可能とされている。

なお、駆動コイルＣ１と駆動コイルＣ２とは中立軸Ｏ１−Ｏ１に対し、軸対象となる位置に設けられている。このため、駆動コイルＣ１側の速度センサ４１で検出される起電力ｅと駆動コイルＣ２側の速度センサ４１で検出される起電力ｅとは、理論的に同じ大きさとなる。このため、中立軸Ｏ１−Ｏ１に対し軸対象となる位置に駆動コイルが配置される構成のものにあっては、いずれか一方の駆動コイルにのみ前記速度センサ４１を設けた構成としてもよい。すなわち、上記の実施例では、少なくとも２つ、例えば駆動コイルＣ１側と駆動コイルＣ３側に速度センサ４１を１つづつ設ける構成としてもよい。この場合には、駆動コイルＣ３側の速度センサ４１は、Ｘ軸方向を回転軸としたα１またはα２方向の速度を検出する。同様に、駆動コイルＣ１側の速度センサ４１は、Ｙ軸方向を回転軸としたβ１またはβ２方向の速度を検出する。

図６および図７に示すように、このアクチュエータ１０の制御機構は、主として制御部５１と、前記駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に電流を与えるドライバ回路（電流駆動回路）５２と、前記速度センサ４１からのフィードバック信号を検出する検出回路（電圧検出回路）５３とで構成されている。

前記制御部５１は、演算の中心的な役割を果たす演算部（ＣＰＵやメモリなど）を有している。前記検出回路５３は、速度センサ４１の前記検出コイル４１ａから出力された電圧（起電力ｅ；速度成分）をデータ（デジタル値）に変換し、前記制御部５１にフィードバックする。

ここで、図４に示すように、前記検出コイル４１ａの出力（起電力ｅ）は、軸部材１２が前記支持中心点Ｏを中心として揺動（回動）したときにおける、所定の半径Ｒからなる円の接線方向の速度成分（物理量）ｖを意味する。よって、前記制御部５１は、前記フィードバック信号から前記速度成分ｖを求め、さらに前記速度成分ｖから所定の演算を行う。例えば、制御対象であるミラー２１の移動量を順次算出する。さらに、前記制御部５１では、設定値と前記移動量とからミラー２１を駆動するための駆動量を算出し、この駆動量に対応する駆動データをドライバ回路５２に与える。あるいは、中立軸Ｏ1−Ｏ1に対する各方向の傾斜角度σを求め、設定値と現在の傾斜角度σとから前記駆動データを算出するようにしてもよい。

前記ドライバ回路５２は、前記駆動データに基づいて、前記駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４に与える各電流（駆動信号）をそれぞれ生成する。そして、前記駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４に与えられた各電流に基づいて、上記のような電磁力が発生し、前記軸部材１２が揺動させられて制御対象であるミラー２１が所望の傾き角度θに変更される。
me ,

ところで、前記支持部材１１を形成する第１のトーションバー１１ａ，１１ａおよび前記第２のトーションバー１１ｂ，１１ｂは、それぞれ捩れ角度が大きくなればなるほど捩れ力が強まる。前記捩れ力は、軸部材１２を揺動させる駆動力に対して抵抗力として作用する。このため、前記ミラー２１の傾きを可変制御する場合には、前記捩れ角度が大きくなるほど各駆動コイルＣ１〜Ｃ４に大きな電流を与える必要が生じる。

一般的なホログラム装置では、読み出したホログラムのデータ情報を解析して、その適否を判断するまでの時間としては、数〜数十ｍｓｅｃを要する。そして、そのデータ情報の解析結果を基に、アクチュエータのフィードバック制御を行う場合は、その都度上記の時間が加算されて行くため、ホログラムのデータ情報が正しく読み出されるまでにさらなる時間を要することとなる。
これに対し、本発明におけるアクチュエータ１０の制御機構では、その動作時間、すなわち速度センサ４１からフィードバック信号を受けた制御部がドライバ回路５２に指令を与え、前記指令に基づいてドライバ回路５２が前記駆動コイルＣ１〜Ｃ４に電流を与え、且つ速度センサ４１が検出したフィードバック信号（速度成分）に基づいて駆動データを生成するまでに要する時間は、ｎｓｅｃの単位である。

このため、上記のように、前記支持部材１１における前記捩れ角度に応じ、各駆動コイルＣ１〜Ｃ４に与える電流を可変する必要がある場合においても、前記速度センサ４１を用いた制御機構を用いることにより、前記ミラー２１の傾き角度θを迅速に設定することができる。すなわち、応答性に優れたホログラム装置となる。

また前記制御部５１では、各駆動コイルＣ１〜Ｃ４に、所定の角度に対応した適正な電流値のデータを事前に設定・記憶しておくことができる。この様にしておけば、より正確かつ高速に前記ミラー２１の傾き角度を可変することができる。

また、読み出したデータ情報（ホログラムの画像データ）を用いて行う姿勢制御を、補助的なもの、または確認的なものとして使用しても良い。

上記実施の形態では、主としてＸ軸回りおよびＹ軸回りの２軸方向に駆動することが可能な２軸型のアクチュエータを説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、Ｘ軸方向またはＹ軸方向のみを回転軸として駆動可能な１軸型のアクチュエータに適用することも可能である。

また上記実施の形態では、アクチュエータ１０の制御対象としてミラー部材２０を用いたが、例えばアンテナの向きを変えるアンテナ用のアクチュエータとして利用することも可能である。

また上記実施の形態では、固定部側に駆動コイルを設け、且つ可動部側に磁石およびヨークからなる磁界発生部を設けたムービングマグネット方式のアクチュエータを用いて説明したが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、固定部側に磁石およびヨークからなる磁界発生部を設け、可動部側に駆動コイルを設けたムービングコイル方式のアクチュエータであってもよい。

さらに、上記実施の形態では、制御対象の傾き角度θを検出するセンサとして、速度の検出が可能な検出コイルを用いて説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、ホール素子や磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ、ＧＭＲ、ＭＲなど）などの磁気検出素子によって磁束の変化を検出してよい。

本発明のアクチュエータの全体の構成を示す断面図、 支持部材を示す斜視図、 アクチュエータの磁界発生部を示す斜視図、 アクチュエータの動作状態を示す図１同様の断面図、 速度センサの検出動作を示し、Ａは腕部が移動する前の状態、Ｂは腕部が移動した後の状態、 アクチュエータの制御機構の構成を示すブロック構成図、 アクチュエータの制御を示すフローチャート、

符号の説明

１０ アクチュエータ
１１ 支持部材
１１Ａ 外枠部
１１Ｂ 中枠部
１１Ｃ 内枠部
１１ａ 第１のトーションバー
１１ｂ 第２のトーションバー
１２ 軸部材
１４ 保持部材
１５ 固定部材
２０ ミラー部材（制御対象）
３０ 駆動機構
３０Ａ 磁界発生部
３１ 第１のヨーク
３１Ａ 本体部
３１ａ 腕部
３２ 第２のヨーク
３２Ａ 本体部
３２ａ 腕部
４１ 速度センサ（センサ）
４１ａ 検出コイル
５１ 制御部
５２ ドライバ回路（電流駆動回路）
５３ 検出回路

本発明のアクチュエータは、制御対象を一方の端部に備えた軸部材と、前記軸部材を揺動自在に支持する支持部材と、前記軸部材を揺動方向へ駆動する駆動機構と、前記軸部材が揺動したときの速度を検出するセンサと、前記センサが検出した信号に基づいて前記駆動機構を制御する制御機構とを有し、
前記駆動機構は、固定部と、前記軸部材に取り付けられた可動部と、前記固定部または前記可動部の一方に設けられた磁石および前記磁石の両極に対向配置された一対のヨークと、他方に設けられた複数の筒状の駆動コイルとを備え、
前記ヨークが側方に延びる複数の腕部を有して、前記ヨークの腕部が前記駆動コイル内に移動自在に配置されており、前記センサが、前記一対のヨークが対向するギャップ内に配置されていることを特徴とするものである。

Claims (19)

1. 制御対象と、
   前記制御対象を一方の端部に備えた軸部材と、
   前記軸部材を、その軸中心が所定の中立軸に一致する中立姿勢から、前記中立軸に対して傾く方向へ揺動自在に支持する支持部材と、
   前記軸部材を揺動方向へ駆動する駆動機構と、
   前記制御対象の揺動時の速度を検出するセンサと、
   前記センサが検出したフィードバック信号に基づき、前記軸部材の傾斜角度を調整するために前記駆動機構を制御する制御機構と、が設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記駆動機構は、固定部と、前記軸部材の他方の端部に取り付けられた可動部と、前記固定部または前記可動部の一方に設けられた磁石と、他方に設けられた複数の筒状の駆動コイルと、前記磁石の両極に対向配置された一対のヨークとを備え、
   前記一対のヨークは、側方に延びる複数の腕部をそれぞれ有しており、前記一対のヨークの一方の腕部は前記駆動コイル内に移動自在に配置され、
   前記センサは、前記一対のヨークの腕部同士が対向するギャップ内に配置されている請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記磁石の磁束は、前記一対のヨークおよび前記ギャップを通る磁路を形成するとともに、
   前記センサは、前記磁路上の磁束の変化を検出する検出コイルで形成されている請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記検出コイルは、線材が巻回いた平面状のコイルで形成されており、前記コイルの線材の巻き方向が、ギャップ内を通過する前記磁石からの磁束に対し直交するように巻回されている請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記磁石の磁束は、前記一対のヨークおよび前記ギャップを通る磁路を形成するとともに、
   前記センサは、前記磁路上の磁束の変化を検出する磁気検出素子で形成されている請求項２に記載のアクチュエータ。
6. 前記支持部材は、前記固定部に支持された外枠部と、前記外枠部の内側で且つ前記外枠部に対して第１の軸回りに揺動自在に設けられた中枠部と、前記中枠部の内側で且つ前記中枠部に対して前記第１の軸と直交する第２の軸回りに揺動自在に設けられた内枠部とを有し、前記外枠部と前記中枠部とが対称となる位置に設けられた一対の第１のトーションバーにより連結され、前記中枠部と前記内枠部とが前記一対の第１のトーションバーに対し９０度異なる位置に設けられた一対の第２のトーションバーにより連結されており、
   前記内枠部には、前記第１の軸および前記第２の軸の双方に直交する方向に沿って延びる軸部材が取り付けられている請求項１または２記載のアクチュエータ。
7. 前記支持部材は、前記固定部に支持された外枠部と、前記外枠部の内側で且つ前記外枠部に対して第１の軸回りに揺動自在に設けられた中枠部と、前記中枠部の内側で且つ前記中枠部に対して前記第１の軸と直交する第２の軸回りに揺動自在に設けられた内枠部とを有し、
   前記外枠部と前記中枠部とが前記第1の軸回りの軸上に設けられた一対の第１のトーションバーにより連結され、
   前記中枠部と前記内枠部とが前記第２の軸回りの軸上に設けられた一対の第２のトーションバーにより連結されており、
   前記内枠部には、前記第１の軸および前記第２の軸の双方に直交する方向に沿って延びる軸部材が取り付けられている請求項１または２記載のアクチュエータ。
8. 前記制御対象と前記可動部は、前記軸部材が前記支持部材により支えられている箇所を支点として釣り合う重さであることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
9. 前記制御機構は、前記センサから出力されたフィードバック信号をデータに変換する検出回路と、前記データに基づいて前記制御対象の駆動に必要な駆動量のデータを算出する制御部と、前記算出された駆動量のデータに基づいて駆動機構に与える駆動信号を生成するドライバ回路と、を有する請求項１または２記載のアクチュエータ。
10. 一端に制御対象を備えた軸部材と、
    前記軸部材を揺動自在に支持する支持部材と、
    前記支持部材が前記軸部材を支持する箇所を支点として、前記軸部材を揺動する駆動機構と、
    前記制御対象の揺動時の速度を検出するセンサと、
    前記センサからの検出信号をフィードバック信号として処理し、前記駆動機構の制御を行う制御機構と、を備えていることを特徴とするアクチュエータ。
11. 前記駆動機構は、固定部と可動部とからなり、
    前記固定部には複数の筒状の駆動コイルが固定配置され、
    前記可動部は、前記軸部材の他端に取り付けられており、
    さらに前記可動部の一部が前記駆動コイル内に可動状態で配置されていることを特徴とする請求項１０記載のアクチュエータ。
12. 前記可動部は、磁石と、前記磁石の両極に対向配置された板状の一対のヨークとを備え、さらに前記一対のヨークはその側面から延出する複数の腕部をそれぞれ有しており、
    さらに前記一対のヨークの一方の腕部が前記駆動コイル内に可動状態で位置するように前記支持部材により支持されおり、
    前記センサは、前記一対のヨークの腕部同士が対向するギャップ内に設けられている請求項１１記載のアクチュエータ。
13. 前記センサは、前記一対のヨークの腕部同士が対向するギャップ内に位置する前記駆動コイルに取り付けられている請求項１２記載のアクチュエータ。
14. 前記磁石の磁束は、前記一対のヨークおよび前記ギャップを通る磁路を形成するとともに、
    前記センサは、前記一対のヨークの動作に伴い変化する前記磁路上の磁束の変化を検出する検出コイルで形成されている請求項１２または１３に記載のアクチュエータ。
15. 前記検出コイルは、線材が巻回いた平面状のコイルで形成されており、前記コイルの線材の巻き方向が、ギャップ内を通過する前記磁石からの磁束に対し直交するように巻回されている請求項１５に記載のアクチュエータ。
16. 前記磁石の磁束は、前記一対のヨークおよび前記ギャップを通る磁路を形成するとともに、
    前記センサは、前記一対のヨークの動作に伴い変化する前記磁路上の磁束の変化を検出する磁気検出素子で形成されている請求項１３に記載のアクチュエータ。
17. 前記支持部材は、前記固定部に支持された外枠部と、前記外枠部の内側で且つ前記外枠部に対して第１の軸回りに揺動自在に設けられた中枠部と、前記中枠部の内側で且つ前記中枠部に対して前記第１の軸と直交する第２の軸回りに揺動自在に設けられた内枠部とを有し、前記外枠部と前記中枠部とが対称となる位置に設けられた一対の第１のトーションバーにより連結され、前記中枠部と前記内枠部とが前記一対の第１のトーションバーに対し９０度異なる位置に設けられた一対の第２のトーションバーにより連結されており、
    前記内枠部には、前記第１の軸および前記第２の軸の双方に直交する方向に沿って延びる軸部材が取り付けられている請求項１０に記載のアクチュエータ。
18. 前記支持部材は、前記固定部に支持された外枠部と、前記外枠部の内側で且つ前記外枠部に対して第１の軸回りに揺動自在に設けられた中枠部と、前記中枠部の内側で且つ前記中枠部に対して前記第１の軸と直交する第２の軸回りに揺動自在に設けられた内枠部とを有し、
    前記外枠部と前記中枠部とが前記第1の軸回りの軸上に設けられた一対の第１のトーションバーにより連結され、
    前記中枠部と前記内枠部とが前記第２の軸回りの軸上に設けられた一対の第２のトーションバーにより連結されており、
    前記内枠部には、前記第１の軸および前記第２の軸の双方に直交する方向に沿って延びる軸部材が取り付けられている請求項１０に記載のアクチュエータ。
19. 前記制御対象と前記可動部の重さは、前記軸部材が前記支持部材により支えられている箇所を支点として釣り合うことを特徴とする請求項１１，１７または１８に記載のアクチュエータ。