TW201736904A - 單軸旋轉致動器 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種單軸旋轉致動器，其適合於在單軸方向旋轉驅動繞射光柵等光學元件，且適合於形成波長範圍廣的光。致動器（500）包括：固持器（550），具有安裝繞射光柵（401）的載置面與旋轉軸（552）；固定部（520），具有軸承，該軸承保持固持器（550）的旋轉軸（552）；彈性構件（530），包含固定於固定部（520）的外周部、固定於固持器（550）的內周部、及連接外周部與內周部且具有彈性的臂部；以及驅動部，具有設置於固持器（550）的線圈（540）、與設置於固定部（520）的磁鐵（510）。

Description

單軸旋轉致動器

本發明是有關於一種用以向單軸方向旋轉驅動例如繞射光柵等光學元件的單軸旋轉致動器。

在單色器（monochromator）中，利用致動器來旋轉驅動繞射光柵，藉此，使到達狹縫（slit）的光的波長發生變化。大多使用步進馬達（stepping motor）或正弦規（sine bar）機構等作為所述致動器。

而且，作為驅動光學元件的致動器，例如已有專利文獻1所揭示的致動器。專利文獻1中揭示有一種小型反射鏡傾斜致動器（mirror tilting actuator），該小型反射鏡傾斜致動器使用線圈（coil）、磁鐵及磁軛（yoke）對經由板片彈簧（flat spring）而保持於基座的反射鏡進行磁驅動，藉此，能夠高精度地驅動反射鏡。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：國際專利公開第2011/007628號

發明所欲解決之課題 然而，使用有步進馬達或正弦規機構等的現有的單色器並不適合於小型化。即，步進馬達較大，而且在步進馬達的旋轉分解性能未滿足單色器的分光性能的情況下需要減速器（齒輪（gear）），因此會進而大型化。同樣地，正弦規機構需要導螺桿（lead screw），因此會大型化而不適合於小型化。

另一方面，專利文獻1的致動器由於組裝的組件數多，故而組裝會相應地複雜化，而且若組裝精度不佳，則驅動精度亦會變差，因此，認為需要高精度的組裝精度。即，需要大量的用以高精度地組裝組件的工夫與時間。而且，專利文獻1的致動器採用如下構成：雖亦能夠向單軸方向進行驅動，但基本上亦設想為雙軸方向的驅動，因此認為與單軸方向專用的致動器相比較，專利文獻1的致動器容易產生抖動等。

本發明的目的在於提供適合於向單軸方向旋轉驅動繞射光柵等光學元件的、小型且高精度的單軸旋轉致動器。而且，本發明提供適合於形成波長範圍廣的光的單軸旋轉致動器。 [解決課題之手段]

本發明的單軸旋轉致動器的一個形態包括： 固持器（holder），其具有安裝光學元件的載置面、及與所述載置面平行的旋轉軸； 固定部，其具有軸承，該軸承保持所述固持器的所述旋轉軸； 彈性構件，其包含固定於所述固定部的外周部、固定於所述固持器的內周部、及連接所述外周部與所述內周部且具有彈性的臂部；以及 驅動部，其具有設置於所述固持器的線圈、與設置於所述固定部的磁鐵，且使所述固持器以所述旋轉軸為中心而旋轉， 所述光學元件的所述旋轉軸的軸方向的長度較與所述旋轉軸的軸方向正交的方向的長度更長。 [發明的效果]

根據本發明，能夠實現適合於向單軸方向旋轉驅動繞射光柵等光學元件的、小型且高精度的單軸旋轉致動器。而且，使光學元件的旋轉軸的軸方向的長度較與旋轉軸的軸方向正交的方向的長度更長，藉此，能夠使來自多個光源的光同時繞射，從而能夠實現適合於形成波長範圍廣的光的單軸旋轉致動器。

以下，參照圖式來詳細地對本發明的實施形態進行說明。

＜實施形態1＞ 圖1是表示本發明實施形態1的單軸旋轉致動器100（以下僅稱為「致動器」）的整體構成的立體圖，圖2是致動器100的分解立體圖。致動器100向單軸方向旋轉驅動繞射光柵1，藉此，使經由繞射光柵1到達狹縫（未圖示）的光的波長對應於繞射光柵1的旋轉角度而發生變化。另外，使用圖19對將圖1所示的致動器100應用於分光器的應用例進行後述。再者，在以下的說明中，將繞射光柵1的反射面的方向設為表面方向，將反射面的相反側的方向設為背面方向。

根據圖2已知致動器100包括固定角材（angle）2、基座3、磁鐵10、固定部20、板片彈簧30、線圈40、固持器50、間隔件（spacer）60、外罩（cover）70、光學感測器80及可撓性印刷基板90。

固定角材2呈大致L字狀的剖面形狀，在前表面安裝致動器100的各組件，並且下表面固定於規定的固定面。藉此，致動器100經由固定角材2而安裝於規定的面。

固定部20包含框體21與保持磁鐵10的磁軛22。在框體21中形成有保持固持器50的旋轉軸52的凹陷形狀的軸承21a。磁軛22呈U字狀的剖面形狀，且以保持著磁鐵10的狀態而嵌合於框體21。固定部20經由基座3而安裝於固定角材2。

磁鐵10包含：兩個磁鐵11、12，其隔開規定間隔地安裝於磁軛22的底面；以及兩個磁鐵13、14，其相向地安裝於磁軛22的側面。圖3表示磁鐵10安裝於磁軛22的安裝狀態。磁鐵11、12是以S極朝向磁軛22側且N極朝向表面側的方式安裝於磁軛22。磁鐵13、14是以N極朝向磁軛側且S極朝向表面側的方式，即以S極彼此相向的方式安裝於磁軛22。再者，N極及S極亦可與圖3完全相反。即，磁鐵11、12亦可以N極朝向磁軛22側且S極朝向表面側的方式安裝於磁軛22，磁鐵13、14亦可以S極朝向磁軛側且N極朝向表面側的方式，即以N極彼此相向的方式安裝於磁軛22。

框體21的外形呈大致正方形狀，在框體21的緣部安裝有板片彈簧30。而且，在框體21的中空部分配置固持器50及固定於固持器50的線圈40。

根據圖4，顯然板片彈簧30包含固定於固定部20的框體21的外周部31、固定於固持器50的內周部32、及連接外周部31與內周部32且具有彈性的臂部33。

固持器50包括：固持器本體51，其外形呈大致正方形狀；旋轉軸52，其從固持器本體51向上下方向突出；以及反射板53，其安裝於旋轉軸52。在固持器本體51的表面側形成有用以載置繞射光柵1的載置面，繞射光柵1藉由黏著而固定於該載置面。實際上，繞射光柵1是以嵌入至間隔件60的開口61而被定位的狀態，與間隔件60一併黏著於固持器本體51的載置面。反射板53以如下方式配置，即，主面存在於將固持器本體51的主面延長而成的面上。

圖4表示將板片彈簧30及固持器50安裝於框體21的狀態。根據圖已知板片彈簧30的外周部31固定於框體21的緣部。固持器本體51配置於框體21的中空部分。在所述狀態下，旋轉軸52由框體21的軸承21a支持，藉此，固持器50以旋轉軸52為中心而自如旋轉。而且，固持器50的突起54嵌合於板片彈簧30的內周部32。藉此，固持器50以旋轉軸52為旋轉中心而自如旋轉，並且以恢復至如圖4所示的中立位置的方式，由板片彈簧30施力。

在固持器本體51的背面側安裝有線圈40。圖5表示該狀態。在固持器本體51的背面，隔開規定間隔地固定有兩個空芯線圈41、42。如圖中的箭頭所示，在各線圈41、42中流動有彼此反向的電流。具體而言，於圖5中，在線圈41中流動有順時針方向的電流，在線圈42中流動有逆時針方向的電流。

板片彈簧30包含金屬等導電性良好的材料，經由板片彈簧30向線圈40供電。具體而言，如圖4所示，可撓性印刷基板90的供電部（未圖示）連接於板片彈簧30的外周部31，並且線圈41、42的端子40a、40b連接於板片彈簧30的內周部32。實際上，內周部32與端子40a、40b被焊接。藉此，能夠從可撓性印刷基板90，經由板片彈簧30對作為可動部的線圈40供電。如此，板片彈簧30亦兼具有供電功能，藉此，能夠簡化供電系統，從而能夠促進裝置的小型化。

圖6是沿著通過繞射光柵1的中心的線切開而成的圖1及圖2（組裝時）的A-A'剖面。根據圖6亦已知在長方體形狀的磁鐵11的上方配置空芯線圈41，並且在長方體形狀的磁鐵12的上方配置空芯線圈42。而且，在線圈41的側方配置磁鐵13，並且在線圈42的側方配置磁鐵14。此處，根據後述的圖9A～圖9C亦已知固持器50旋轉之後，磁鐵11、12會交替地進入至空芯線圈41、42的空芯部分。此時，為了不使磁鐵11、12與線圈41、42發生碰撞，在圖6所示的旋轉角為0°的狀態下，從空芯線圈41、42的空芯部分的中央稍向旋轉軸側偏移地配置各磁鐵11、12。

圖7表示致動器100所產生的磁力M0的方向、電流的方向、洛侖茲力（Lorentz force）L0的方向、旋轉力矩（moment）M1。從磁軛22底面的磁鐵11向磁軛22側面的磁鐵13產生磁力M0，並且從磁軛22底面的磁鐵12向磁軛22側面的磁鐵14產生磁力M0。而且，從各磁鐵11、12向磁軛22的中央方向產生磁力M0。根據這些磁力M0與在線圈41、42中流動的電流的方向，在線圈41、42中產生洛侖茲力L0。具體而言，若使圖所示的方向的電流在各線圈41、42中流動，則會在線圈41中產生向上的洛侖茲力L0，在線圈42中產生向下的洛侖茲力L0。結果是箭頭所示的旋轉力矩M1施加至固持器本體51，固持器50及固定於該固持器50的繞射光柵1旋轉。再者，若使與圖所示的方向相反的電流在各線圈41、42中流動，則會在線圈41中產生向下的洛侖茲力L0，在線圈42中產生向上的洛侖茲力L0。結果是方向與箭頭相反的旋轉力矩M1施加至固持器本體51，固持器50及固定於該固持器50的繞射光柵1向與箭頭相反的方向旋轉。

此處，藉由在磁軛22側面設置磁鐵13、14，能夠使磁流（magnetic flux）集中於線圈41、42，結果能夠提高轉矩（torque）及減少消耗電力。而且，藉由在磁軛22側面設置磁鐵13、14，尤其能夠在遠離旋轉軸的位置產生強磁力，藉此，線圈41、42能夠在遠離旋轉軸的位置獲得強洛侖茲力L0。結果是能夠有效率地獲得大的旋轉力矩M1。然而，亦可採用不設置磁鐵13、14的構成。如此，與設置有磁鐵13、14的情況相比較，雖存在轉矩降低且消耗電力增大的缺點，但由於尺寸減小，故而存在能夠小型化的優點。

圖8表示流入至各線圈41、42的電流值、與固持器50（繞射光柵1）的旋轉角的關係。固持器50（繞射光柵1）旋轉至旋轉力矩與板片彈簧30的施壓力平衡的位置為止，所述旋轉力矩對應於流入至矩線圈41、42的電流值。接著，達到某旋轉角（在圖8的例子中為6.5°）之後，固持器50的突起55會碰撞外罩70的背面，固持器50停止旋轉。如此，利用外罩70對固持器50的旋轉進行限制，藉此，不僅能夠以電氣方式控制旋轉，而且亦能夠機械地限制旋轉，因此，能夠確實地防止超過規定範圍的旋轉。而且，旋轉軸52由外罩70覆蓋（圖1），因此，亦能夠防止固持器50的脫落等。

圖9A～圖9C是表示固持器50（繞射光柵1）的旋轉狀態的圖。圖9A表示未使電流流入至線圈41、42的狀態，固持器50（繞射光柵1）處於因板片彈簧30的施壓力而中立（即旋轉角度為0°）的狀態。圖9B表示使圖7所示的方向的電流流入至各線圈41、42後的狀態，固持器50（繞射光柵1）處於向圖的順時針方向旋轉後的狀態。圖9C表示使方向與圖7所示的方向相反的電流流入至各線圈41、42後的狀態，固持器50（繞射光柵1）處於向圖的逆時針方向旋轉後的狀態。如此，固持器50（繞射光柵1）藉由改變供給至線圈41、42的電流的方向，能夠以圖9A的中立位置為旋轉中心而向順時針方向及逆時針方向旋轉驅動。

固持器50（繞射光柵1）的旋轉位置是由安裝於固定角材2的光學感測器80偵測，偵測結果經由可撓性印刷基板90而被送出至控制部（未圖示）。控制部將對應於偵測結果的電流值經由可撓性印刷基板90而供給至線圈41、42，藉此，對固持器50（繞射光柵1）的旋轉進行控制。

實際上，如圖10A、圖10B、圖10C所示，光學感測器80向反射板53照射光，且對反射光的光量進行檢測，藉此偵測旋轉位置。即，從光學感測器80至反射板53為止的距離越近，則反射光的光量越大，因此，能夠基於該光量求出旋轉位置。

圖11A表示光學感測器80的構成例。光學感測器80藉由發光二極體81而射出光，且藉由光電晶體（phototransistor）82而接收來自反射板的反射光，從而獲得對應於反射光量的輸出電流。圖11B是表示從光學感測器80至反射板53為止的距離與輸出電流比（將獲得最大光量時的輸出電流設為100%的輸出電流比）的關係的曲線圖。

再者，在實施形態中，藉由一個光學感測器80來檢測旋轉位置，但亦可如圖12A、圖12B、圖12C所示，在以旋轉軸52為中心的左右兩側的位置設置光學感測器80、180。而且，如圖13所示，取得所述光學感測器80、180所獲得的感測器輸出L80、L180的差分，藉此，能夠獲得線性的感測器輸出L1。

圖14是表示本實施形態的致動器100所產生的轉矩的曲線圖。圖14表示尤其在供給有如圖7所示的方向的電流時所產生的轉矩。旋轉角越大，則向遠離磁鐵11的方向旋轉的線圈41的轉轉越小，另一方面，旋轉角越大，則向靠近磁鐵12的方向旋轉的線圈42的轉矩越大。藉此，因向靠近磁鐵12的方向旋轉的線圈42的轉矩增加，向遠離磁鐵11的方向旋轉的線圈41的轉矩的減少量被彌補。結果是即使旋轉角增大，合計轉矩亦不會極端地減少，而是大致恆定（flat）。尤其在本實施形態的致動器100中，固持器50（繞射光柵1）的可旋轉範圍被設為-6.5°～+6.5°，在該可旋轉範圍中能夠產生大致恆定的轉矩。當然，可旋轉範圍不限於此，亦可採用旋轉±6.5°以上的構成。例如若使固持器50的突起55降低，則會更大幅度地旋轉。

圖15表示使光柵間距（pitch）為1.5 μm的繞射光柵1旋轉而對白色光進行了分光時的光譜。根據圖15已知只要能夠使繞射光柵1旋轉10.3°以上，則能繞射整個可見光區域。本實施形態的致動器100能使繞射光柵1在-6.5°～+6.5°的範圍旋轉，即旋轉13°，因此，能繞射整個可見光區域。

如以上的說明所述，根據本實施形態，藉由設置固持器50、固定部20、彈性構件（板片彈簧30）及驅動部，能夠實現適合於向單軸方向旋轉驅動繞射光柵1等光學元件的小型且高精度的單軸旋轉致動器100，所述固持器50具有安裝繞射光柵1的載置面與旋轉軸52，所述固定部20具有軸承21a，該軸承21a保持固持器50的旋轉軸52，所述彈性構件（板片彈簧30）包含固定於固定部20的外周部31、固定於固持器50的內周部32、及連接外周部31與內周部32且具有彈性的臂部33，所述驅動部具有設置於固持器50的線圈40與設置於固定部20的磁鐵10。

而且，由於能夠以任意角度使繞射光柵1停止，故而能夠取出入射光中的任意的波長成分。即，若入射光為白色，則能夠對應於使繞射光柵1停止的角度而取出藍色、綠色、紅色等成分，因此，亦能夠用作波長可變光源。

而且，由於採用如下構成，即，以收納於固持器50的背面的方式配置空芯雙連線圈41、42，進而使磁鐵11、12進入至線圈41、42的空芯部分，因此，能夠實現磁效率高且XY尺寸小的單軸旋轉致動器100。

而且，只要安裝於固持器50的載置面，便能夠安裝繞射光柵1，因此，能夠容易地應用各種形狀的繞射光柵1。實際上，藉由使用形成有與繞射光柵1的形狀相對應的開口61的間隔件60，能夠容易地對應於各種尺寸及形狀的繞射光柵1。

而且，藉由採用所謂的動圈（moving coil）方式，能夠利用小轉矩來進行響應性良好的旋轉動作，所謂的動圈（moving coil）方式是指重量重的磁鐵10不旋轉，而重量輕的線圈41、42旋轉。進而，若將旋轉軸52的樹脂材料與該旋轉軸52的軸承21a的樹脂材料設為不同的材料，則能夠改善滑動性，因此，能夠利用更小的轉矩來進行響應性良好的旋轉動作。

而且，使用光學感測器80與反射板53來偵測旋轉角，藉此，與使用旋轉編碼器（rotary encoder）等的情況相比較，能夠使裝置小型化。然而，用以檢測角度的構成不限於此。例如可使用旋轉編碼器，可使用霍爾元件（Hall element），亦可利用分路電阻器（shunt resistor）來檢測驅動電流，藉此檢測角度。進而，亦可藉由對線圈41、42的電感（inductance）進行測量來檢測角度。即，若旋轉角度發生變化，則貫穿線圈41、42的磁流會發生變化，從而電感變動，因此，能夠藉由測量該電感來檢測角度。進而，除了設置驅動用線圈之外，亦設置檢測用線圈，對該檢測用線圈中產生的感應電動勢（induced electromotive force）進行測量，藉此亦可檢測旋轉角度。進而，亦可將光學感測器容納配置於致動器的內部。

再者，在所述實施形態中敍述了如下情況，即，例如如圖3所示，將磁軛22設為剖面呈U字狀的形狀，但磁軛的形狀不限於此。磁軛的形狀例如亦可為如圖16所示的形狀。即，磁軛122亦可設為在中央部具有凸部的形狀。藉此，能夠增強凸部附近的磁流，因此，能夠產生更大的旋轉轉矩。

而且，線圈、磁軛及磁鐵的構成不限於所述實施形態的構成，例如亦可為如圖17所示的構成。在圖17的構成中，在固持器50的背面側設置有一個空芯線圈140，且以包夾該空芯線圈140的方式設置有第1磁軛222-1及第2磁軛222-2。於第1磁軛222-1及第2磁軛222-2分別設置有磁鐵13、14。藉此，能夠藉由使電流流入至線圈140而使固持器50（繞射光柵1）旋轉。

再者，安裝於固持器50的繞射光柵1的光柵槽的形狀可為矩形形狀、鋸齒形狀、正弦波形狀等。而且，安裝於固持器50的繞射光柵1的反射面亦可為凹面形狀。藉由使用此種繞射光柵，即使不設置聚光透鏡系統，亦能夠使因繞射光柵而繞射後的光射入至狹縫。

進而，亦可使用透射型的繞射光柵作為繞射光柵1。在該情況下，只要在固持器50或磁軛22中，形成用以供透過繞射光柵1後的光通過的開口或缺口即可。

而且，在所述實施形態中敍述了如下情況，即，使固持器50的旋轉軸52保持於固定部20的凹陷形狀的軸承21a，藉此實現單軸旋轉，但軸承的構成不限於此，例如亦可如圖18所示，在成為固持器50的旋轉軸的位置的下側（背面側）設置支點構件152，以對抗板片彈簧30的施壓力而抬起固持器50的方式，藉由該支點構件152來保持所述固持器50。如此，能夠使固持器50以支點構件152為旋轉軸而旋轉。

圖19是表示使用有所述實施形態的致動器100的分光器200的構成的平面圖。從未圖示的光學單元射出的光L1經由反射鏡201而射入至安裝於致動器100的繞射光柵1。因繞射光柵1而繞射後的光經由反射鏡202，射向設置有未圖示的狹縫的狹縫部203。接著，通過狹縫因而經過分光的光從光出口204射出。該經過分光的光能夠用作例如用以對尿中成分或血液成分等活體資訊進行測量的光。根據實驗，所述實施形態的致動器100能夠旋轉驅動繞射光柵1而不會在70 Hz～80 Hz下共振，因此，能夠實現適合於在短時間內對尿中成分或血液成分等活體資訊進行測量的分光性能。

進而，安裝於固持器50的光學元件不限於繞射光柵1，例如亦可安裝反射鏡等。而且，所述實施形態的致動器100不限於分光器的致動器，例如亦能夠用作用以使汽車用頭燈（head light）的配光發生變化的旋轉機構等的致動器。

＜實施形態2＞ 圖20是表示使用本實施形態的單軸旋轉致動器的光學系統的概略構成的圖。圖20的光學系統包括波長彼此不同的兩個光源311、312。來自光源311的光由準直鏡321反射而成為平行光之後，射入至繞射光柵401。同樣地，來自光源312的光由準直鏡322反射而成為平行光之後，射入至繞射光柵401。藉此，來自兩個光源311、312的光以相同的入射角射入至繞射光柵401。例如只要使用離軸抛物面鏡（off-axis paraboloidal mirror）作為準直鏡321、322即可。

繞射光柵401藉由後述的本實施形態的單軸旋轉致動器而旋轉驅動。來自旋轉光柵401的出射光藉由聚焦鏡330而彙聚在形成於狹縫部340的狹縫341的位置。例如只要使用一塊離軸抛物面鏡作為聚焦鏡330即可。此處，在使從狹縫341射出的光射入至光纖的情況下，只要將彙聚的光線的發散角（divergence angle）設定為光纖的數值孔徑（Numerical Aperture，NA）以下，則任何光源的光均能夠進入至一根光纖，便利性提高。

在圖20所示的光學系統中，向單軸方向旋轉驅動繞射光柵401，藉此，能夠使經由繞射光柵401到達狹縫（未圖示）的來自兩個光源311、312的光的波長對應於繞射光柵401的旋轉角度而發生變化。

如圖21所示，在圖20的光學系統中，使用波長不同的兩個光源311、312，因此，能夠擴大波長範圍，從而能夠對應於廣波長範圍的分光測定。

而且，如圖21所示，藉由使兩個光源的波長範圍重疊，能夠增大重疊後的波長的強度，從而能夠提高S/N。

而且，由於光線以相同角度射入至繞射光柵401，故而對於兩個光源311、312使用下式所示的同一繞射方程式。 sinα±sinβ＝mλ/p

此處，α為向繞射光柵401射入時的入射角，β為從繞射光柵401射出時的出射角，m為繞射級（diffraction order），λ為波長，p為繞射光柵401的光柵間距。

而且，藉由單軸旋轉致動器使繞射光柵401旋轉，藉此，能夠變更從狹縫341射出的波長。圖22是表示該情況的圖。藉由單軸旋轉致動器，使繞射光柵401以規定的角度停止之後，從狹縫341射出對應於該停止角度的波長（在圖22的例子中為3個波長）。而且，藉由單軸旋轉致動器來連續驅動繞射光柵401之後，能夠獲得連續的光譜。

再者，在所述例子中使用了兩個光源311、312，但亦可使用3個以上的光源。在使用3個光源的情況下，只要使用3個準直鏡、一個繞射光柵及一個聚焦鏡即可。而且，準直鏡、聚焦鏡亦可由透鏡構成。而且，繞射光柵401亦可使用透射型的繞射光柵。而且，作為光源，除了LED以外，亦可使用鹵素燈（halogen lamp）、氙氣燈（xenon lamp）等。而且，作為準直鏡、聚焦鏡，除了離軸抛物面鏡以外，亦能夠使用球面鏡或環面鏡（toroidal mirror）、非球面鏡等。而且，在所述例子中設想了前分光方式，該前分光方式是將測定對象（單元等）及光接收元件配置於繞射光柵401及狹縫341的後方，但圖20的構成亦能夠用於後分光方式，該後分光方式是將測定對象（單元等）配置於繞射光柵401的前方，並且將光接收元件設置於狹縫341的後方。若將光接收元件配置於狹縫341的後方，則能夠使用單獨的光接收元件，因此，能夠降低成本。

其次，使用圖23-圖33來對本實施形態的單軸旋轉致動器的構成進行說明。再者，在以下的說明中，主要對與實施形態1的單軸旋轉致動器100相比較，構成及作用明顯不同的部分進行說明。

圖23是表示實施形態2的單軸旋轉致動器500（以下，有時亦僅稱為「致動器」）的整體構成的立體圖，圖24是致動器500的分解立體圖。致動器500向單軸方向旋轉驅動繞射光柵401，藉此，使經由繞射光柵401到達狹縫341（圖20）的光的波長對應於繞射光柵401的旋轉角度而發生變化。

根據圖24已知致動器500包括固定角材502（相當於圖2的固定角材2）、基座503（相當於圖2的基座3）、磁鐵510（相當於圖2的磁鐵10）、固定部520（相當於圖2的固定部20）、板片彈簧530（相當於圖2的板片彈簧30）、線圈540（相當於圖2的線圈40）、固持器550（相當於圖2的固持器50）、外罩570（相當於圖2的外罩70）、光學感測器580（相當於圖1的光學感測器80）及可撓性印刷基板590（相當於圖2的可撓性印刷基板90）。

本實施形態的致動器500與實施形態1的致動器100的大的不同點在於：實施形態1的致動器100包括使來自單一光源的光射入並射出的繞射光柵1，而本實施形態的致動器500包括如圖20所說明的使來自多個光源的平行光射入並射出的繞射光柵401。藉此，本實施形態的致動器500與實施形態1的致動器100相比較，整體上呈沿著旋轉軸的軸方向的縱長的形狀。

圖25表示射入至本實施形態的致動器500的繞射光柵401的光的情況。而且，圖26表示射入至實施形態1的致動器100的繞射光柵1的光的情況。圖中的圓圈所示的部分表示射入至繞射光柵401、繞射光柵1的光。繞射光柵401、繞射光柵1均是以如下方式被安裝，即，繞射光柵401、繞射光柵1的光柵槽與旋轉軸的軸方向平行。此處，將旋轉軸的軸方向即與繞射光柵401、繞射光柵1的光柵槽平行的方向稱為縱方向，將與該縱方向正交的方向稱為橫方向。

圖26所示的實施形態1的繞射光柵1只要應對單一的光源即可，因此，繞射光柵1的縱方向的長度L11與橫方向的長度L12大致相等。相對於此，圖25所示的本實施形態的繞射光柵401應對兩個光源，因此，繞射光柵401的縱方向的長度L11較橫方向的長度L12更長。實際上，繞射光柵401的縱方向的長度L11設為橫方向的長度L12的2倍以上。藉此，繞射光柵401能夠使來自兩個光源的彼此平行的光射入並射出。根據同樣的觀點，在設置N個光源的情況下，繞射光柵401的縱方向的長度L11只要設為橫方向的長度L12的N倍以上即可。

另外，若考慮沿著繞射光柵的橫方向並排地配置光源，則可考慮沿著橫方向較長地構成繞射光柵。然而，在本實施形態中，光源並非沿著橫方向並排，而是沿著縱方向並排。藉此，光源之間不會產生因繞射光柵401旋轉引起的光路差，因此，能夠在光源之間使用相同構成的光學系統。

而且，使用了長方形形狀的繞射光柵401作為繞射光柵，該長方形形狀的繞射光柵401的長邊與旋轉軸的軸方向平行，短邊與旋轉軸的軸方向垂直，但繞射光柵未必限於長方形形狀，總之，只要具有可由多個光源沿著旋轉軸的軸方向即與繞射光柵401的光柵槽平行的方向、並排地照射的形狀即可。然而，若過度地延長橫方向的長度L12，則會導致裝置的大型化，因此，繞射光柵401較佳設為在旋轉軸的軸方向即與繞射光柵401的光柵槽平行的方向上細長的形狀。

除了所述構成之外，如圖27所示，亦可於致動器500的板片彈簧530設置有作為對板片彈簧530的振動進行抑制的緩衝構件的凝膠601。藉此，能夠縮短振鈴時間（ringing time），結果是能夠縮短測定時間。另外，測定時間能夠由下式表示。 測定時間＝（振鈴收斂時間＋維持規定角度的時間）×測定點數

實際上，只要以如下方式設置凝膠601即可，所述方式是指於固持器550形成剖面為凹狀的凝膠槽（gel pod）602，對該凝膠槽602進行填充。在圖27的例子中，於安裝有板片彈簧530的4個部位的根部附近設置有凝膠601。如此，只要將凝膠601配置於板片彈簧530的位移較小的板片彈簧530的根部附近，則能夠減小導致凝膠601從板片彈簧530上剝離的可能性。然而，凝膠601的配置位置不限於此，總之，只要配置於能夠使板片彈簧530的振鈴減少的位置即可。

圖28A～圖28B表示本實施形態的旋轉軸的安裝構造。圖28A表示已將旋轉軸552安裝於固持器550的狀態，圖28B表示安裝固持器550的旋轉軸之前的狀態。如圖28A～圖28B所示，在本實施形態中，分體地構成固持器550與旋轉軸552，將旋轉軸552安裝於固持器550。藉此，能夠精度良好地使固持器550旋轉。固持器550例如包含聚碳酸酯樹脂，旋轉軸552例如包含金屬。反射板553經由蓋554而安裝於一個旋轉軸552。

此處，為了如實施形態1般，使所期望的旋轉軸52一體成形於固持器50的兩側，需要高超的製造技術。而且，如圖29A所示，若作為成形結果，旋轉軸52偏移，則會產生如下故障，如圖29B所示，旋轉軸52的一方偏離軸承21a，或如圖29C所示，旋轉軸52的一方在軸承21a內，一面搖晃一面旋轉。若如本實施形態般，分體地構成固持器550與旋轉軸552，且以夾具為基準，將旋轉軸552安裝於固持器550，則能夠防止如圖29A～圖29C所示的軸偏移所引起的故障。當將旋轉軸552安裝於固持器550時，如圖30所示，將旋轉軸552插入至固持器550的縱方向的兩側之後，使樹脂從注入孔555流入，從而使旋轉軸552黏著於固持器550。此處，只要將供旋轉軸552插入的固持器550的孔的直徑設為在將旋轉軸552插入時稍微具有餘裕的大小，一面使用夾具，一面對旋轉軸552的位置進行調整，使旋轉軸552黏著於固持器550，則能夠將旋轉軸552安裝於無軸偏移的所期望的位置。

圖31表示將板片彈簧530電性連接於可撓性印刷基板590的情況。如實施形態1所說明般，經由板片彈簧530，從可撓性印刷基板590向線圈540供電。藉此，需要電性連接可撓性印刷基板590與板片彈簧530。在本實施形態中，使可撓性印刷基板590的一部分較載置板片彈簧530的固持器550的載置面更突出，藉此形成壁部591，將板片彈簧530的一端插入至形成於該壁部591的連接用孔，在該狀態下，如箭頭所示，從壁部591的外側進行焊接，藉此，電性連接可撓性印刷基板590與板片彈簧530。藉此，能夠防止焊料助熔劑（solder flux）向板片彈簧530飛散，從而能夠防止因飛散的助熔劑的附著而引起的板片彈簧530的動作不良。

而且，較佳為藉由增大板片彈簧530的彈簧常數來降低致動器500的電流靈敏度（current sensitivity）。即，只要增大板片彈簧530的彈簧常數，則能夠減小相對於音圈馬達（Voice Coil Motor，VCM）驅動器的誤差的致動器500的角度誤差（換言之，能夠降低電流靈敏度），例如在用作分光器的情況下，能夠確保所需的波長精度。

再者，亦可採用由滾珠軸承（ball bearing）形成的懸臂構造來代替旋轉軸52、552。圖32及圖33是表示該情況的圖。於固持器550的縱方向的一端形成旋轉軸611，該旋轉軸611旋轉自如地由搭載於外殼613的滾珠軸承610支持，該外殼613設置於基座503。在該情況下，形成於固持器550的另一端的軸612不僅作為用以支持固持器550的軸而發揮功能，而且亦作為用以使反射板553移動的軸而發揮功能。如此，藉由設為使用有滾珠軸承610的構造，能夠減小旋轉的摩擦力，並且能夠減少旋轉軸的晃動。

如以上的說明所述，根據本實施形態，將繞射光柵401的形狀設為如下形狀，即，旋轉軸552的軸方向的長度較與旋轉軸552的軸方向正交的方向的長度更長，藉此，能夠實現適合於形成波長範圍廣的光的單軸旋轉致動器500。

再者，亦如實施形態1所述，安裝於固持器550的光學元件不限於繞射光柵401，例如亦可安裝反射鏡等。而且，所述實施形態的致動器500例如亦能夠用作分光器的致動器、或用以使汽車用頭燈的配光發生變化的旋轉機構等的致動器。

本實施形態所說明的構成亦能夠適用於實施形態1的致動器100。即，能夠適當複合地組合使用實施形態1的構成與實施形態2的構成。

所述實施形態僅表示了實施本發明時的具體化的一例，不應根據所述實施形態來限定性地對本發明的技術範圍進行解釋。即，本發明能夠在不脫離其宗旨或其主要特徵的範圍內，以各種形式實施。

本申請案援用2016年4月5日提出申請的日本專利特願2016-075893的日本申請案中所含的說明書、圖式及發明摘要的全部公開內容。 [產業上的可利用性]

本發明的單軸旋轉致動器例如能夠用作旋轉驅動分光器的繞射光柵的致動器。

1、401‧‧‧繞射光柵 2‧‧‧固定角材 3‧‧‧基座 10、11、12、13、14、510‧‧‧磁鐵 20、520‧‧‧固定部 21‧‧‧框體 21a‧‧‧軸承 22、122、222-1、222-2‧‧‧磁軛 30、530‧‧‧板片彈簧 31‧‧‧外周部 32‧‧‧內周部 33‧‧‧臂部 40、41、42、140、540‧‧‧空芯線圈 40a、40b‧‧‧端子 50、550‧‧‧固持器 51‧‧‧固持器本體 52、552‧‧‧旋轉軸 53、553‧‧‧反射板 54、55‧‧‧突起 60‧‧‧間隔件 61‧‧‧開口 70、570‧‧‧外罩 80、180、580‧‧‧光學感測器 81‧‧‧發光二極體 82‧‧‧光電晶體 90、590‧‧‧可撓性印刷基板 100、500‧‧‧致動器 152‧‧‧支點構件 200‧‧‧分光器 201‧‧‧反射鏡 202‧‧‧反射鏡 203‧‧‧狹縫部 204‧‧‧光出口 311、312‧‧‧光源 321、322‧‧‧準直鏡 330‧‧‧聚焦鏡 340‧‧‧狹縫部 341‧‧‧狹縫 502‧‧‧固定角材 503‧‧‧基座 554‧‧‧蓋 555‧‧‧注入孔 591‧‧‧壁部 601‧‧‧凝膠 602‧‧‧凝膠槽 610‧‧‧滾珠軸承 611‧‧‧旋轉軸 612‧‧‧軸 613‧‧‧外殼 A-A'‧‧‧剖面 L0‧‧‧洛侖茲力 L1‧‧‧光 L1‧‧‧感測器輸出 L11‧‧‧長度 L12‧‧‧長度 L80‧‧‧感測器輸出 L81‧‧‧感測器輸出 M0‧‧‧磁力 M1‧‧‧旋轉力矩

圖1是表示實施形態1的單軸旋轉致動器的整體構成的立體圖。 圖2是圖1的致動器的分解立體圖。 圖3是表示磁鐵安裝於磁軛的安裝狀態的立體圖。 圖4是表示將板片彈簧及固持器安裝於框體的狀態的立體圖。 圖5是表示線圈安裝於固持器背面側的安裝狀態的立體圖。 圖6是圖1及圖2的A-A'剖面圖。 圖7是用以對致動器所產生的磁力的方向、電流的方向、洛侖茲力的方向、旋轉力矩進行說明的圖。 圖8是表示流入至各線圈的電流值與固持器（繞射光柵）的旋轉角的關係的圖。 圖9A～圖9C是表示固持器（繞射光柵）的旋轉狀態的圖。 圖10A～圖10C是用以對使用有光學感測器與反射板的旋轉位置檢測進行說明的圖。 圖11A是表示光學感測器的構成例的圖，圖11B是表示從光學感測器至反射板為止的距離與輸出電流比的關係的曲線圖。 圖12A～圖12C是用以對設置有兩個光學感測器時的、使用有光學感測器與反射板的旋轉位置檢測進行說明的圖。 圖13是表示設置有兩個光學感測器時的旋轉角與感測器輸出的關係的圖。 圖14是表示實施形態的致動器所產生的轉矩的曲線圖。 圖15是表示使光柵間距為1.5 μm的繞射光柵旋轉而對白色光進行分光時的光譜的圖。 圖16是表示其他實施形態的磁軛的形狀例的立體圖。 圖17是表示其他實施形態的線圈、磁軛及磁鐵的構成例的剖面圖。 圖18是表示其他實施形態的軸承的構成例的剖面圖。 圖19是表示使用有實施形態的致動器的分光器的構成例的平面圖。 圖20是表示使用實施形態2的單軸旋轉致動器的光學系統的概略構成的圖。 圖21是用以說明波長範圍因使用多個光源而擴大的圖。 圖22是表示能夠藉由使繞射光柵旋轉來變更從狹縫射出的波長的圖。 圖23是表示實施形態2的單軸旋轉致動器的整體構成的立體圖。 圖24是圖23的致動器的分解立體圖。 圖25是表示射入至實施形態2的繞射光柵的光的情況的圖。 圖26是表示射入至實施形態1的繞射光柵的光的情況的圖。 圖27是表示作為對板片彈簧的振動進行抑制的緩衝構件而設置的凝膠的情況的圖。 圖28A～圖28B是表示實施形態2的旋轉軸的安裝構造的圖，圖28A是表示已將旋轉軸安裝於固持器的狀態的圖，圖28B是表示安裝固持器的旋轉軸之前的狀態的圖。 圖29A是表示作為成形結果，旋轉軸已偏移的情況的圖，圖29B是表示旋轉軸的一方偏離軸承的狀態的圖，圖29C是表示旋轉軸的一方在軸承內，一面搖晃一面旋轉的狀態的圖。 圖30是用以說明將旋轉軸安裝於固持器的圖。 圖31是表示實施形態2的將板片彈簧電性連接於可撓性印刷基板的情況的圖。 圖32是表示使用有滾珠軸承的懸臂構造的立體圖。 圖33是表示使用有滾珠軸承的懸臂構造的部分性剖面圖。

401‧‧‧繞射光柵

500‧‧‧致動器

502‧‧‧固定角材

503‧‧‧基座

510‧‧‧磁鐵

520‧‧‧固定部

530‧‧‧板片彈簧

540‧‧‧空芯線圈

550‧‧‧固持器

552‧‧‧旋轉軸

553‧‧‧反射板

554‧‧‧蓋

570‧‧‧外罩

580‧‧‧光學感測器

590‧‧‧可撓性印刷基板

Claims (4)

1. 一種單軸旋轉致動器，其包括： 固持器，其具有安裝光學元件的載置面、及與所述載置面平行的旋轉軸； 固定部，其具有軸承，所述軸承保持所述固持器的所述旋轉軸； 彈性構件，其包含固定於所述固定部的外周部、固定於所述固持器的內周部、及連接所述外周部與所述內周部且具有彈性的臂部；以及 驅動部，其具有設置於所述固持器的線圈、與設置於所述固定部的磁鐵，使所述固持器以所述旋轉軸為中心而旋轉， 所述光學元件的所述旋轉軸的軸方向的長度較與所述旋轉軸的軸方向正交的方向的長度更長。
2. 如申請專利範圍第1項所述的單軸旋轉致動器，其中 所述光學元件為長方形形狀，長邊與所述旋轉軸的軸方向平行，短邊與所述旋轉軸的軸方向垂直。
3. 如申請專利範圍第1項所述的單軸旋轉致動器，其中 所述光學元件為繞射光柵，與所述旋轉軸的軸方向平行地形成有光柵。
4. 如申請專利範圍第1項所述的單軸旋轉致動器，其中 所述光學元件的所述旋轉軸的軸方向的長度為與所述旋轉軸的軸方向正交的方向的長度的2倍以上。