JP4647240B2 - プレーナ型アクチュエータ - Google Patents
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Description
そして、請求項5のように、前記発光部及び受光部を光ファイバーで形成してもよい。
図1に、本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第1実施形態の平面図を示す。
図1において、第1実施形態のプレーナ型アクチュエータは、光ビームを一次元走査するガルバノミラーであり、可動板1と、駆動手段2と、光検出手段3とを備えている。
上記可動板1は揺動(又は回動ともいう)して、その表面に設けたミラー1aで入射光の光ビームを反射し、反射光を一次元走査するものであり、固定部4にトーションバー5で揺動可能に軸支されている。なお、上記可動板1とトーションバー5とは、例えばシリコン基板をエッチングして一体的に形成され、固定部4と共にアクチュエータ本体部を構成する。
図2において、駆動制御回路11は、上記発光部9の発光状態を制御する発光制御部12と、可動板1を駆動する駆動回路13と、上記受光部10から入力した検出光の受光信号及び上記駆動回路13から入力した駆動信号を比較処理して可動板動作と駆動信号との位相差σを検出したり可動板1の動作周波数fや可動板1の揺動方向等を検出して出力する処理部14と、該処理部14における処理結果を一時的に記憶する記憶部15と、上記処理部14の処理結果を出力する出力部16とを備えて構成する。
駆動制御回路11に電源を投入すると、図2に示す駆動回路13から所定の周波数の駆動電流が駆動コイル6に供給される。これにより、駆動コイル6を流れる駆動電流と可動板1のトーションバー5の軸線に平行な対辺に作用する静磁界との相互作用により可動板1が図3に示すように矢印A及びB方向に揺動する。この場合、可動板1が水平状態から例えば矢印A方向に回動すると、直ぐに可動板1は同図においてトーションバー5の軸線を挟んで右側の部分で光検出手段3の発光部9から発射される光ビームを遮断する(図4において、遮断時刻t2に相当)。さらに、可動板1は矢印A方向への回動を続け、最大振れ角に達した後に反転して矢印B方向に回動する。その途中、可動板1は上記右側の部分で再び光検出手段3の光ビームを遮断する(図4において、遮断時刻t1に相当)。
先ず、ステップ1(図5中S1で示し、以下同様とする)において、直近の二つの遮断時刻tを検出すると初期設定が終了する。具体的には、図4に示す受光信号の遮断時刻t1、t2(この場合、t1が最新の遮断時刻で、t2は一つ前の遮断時刻である)が得られた段階で初期設定が終了する。なお、上記各時刻はそれぞれ記憶部15に設けた最新遮断時刻記憶領域tN及び一つ前遮断時刻記憶領域tLに一時的に記憶される。
ここで、上記位相差σの求め方を、図4を参照して説明する。
先ず、可動板1が振れ角ゼロの位置から回動して振れ角Xにおいて上記光ビームを遮断するまでの時間tXを求める。このtXは、発光部9と受光部10の位置が決まれば一意に決まるものであり、事前に測定しておく。そして、このtXを記憶部15に記憶する。
図6に示す第2実施形態のプレーナ型アクチュエータは、第1及び第2の光検出手段17A,17Bを固定部4上面でトーションバー5の軸線に対して線対称の位置に配置している。なお、図6において、符号18Aは、第1の発光部を示し、符号18Bは第2の発光部を示す。さらに、符号19Aは第1の受光部を示し、符号19Bは第2の受光部を示している。そして、図7に示すように、駆動制御回路11の第1及び第2の発光制御部20A,20Bは、それぞれ対応する第1及び第2の発光部18A,18Bに接続しており、処理部14は、第1及び第2の受光部19A,19Bの受光信号を入力するようになっている。
駆動制御回路11に電源を投入すると可動板1が揺動する。この場合、可動板1が水平状態から例えば図8において矢印A方向に回動すると、直ぐに可動板1は同図においてトーションバー5の軸線を挟んで右側の部分で第2の光検出手段17Bの光ビームを遮断する(図9において、遮断時刻t2-2に相当)。さらに、可動板1は矢印A方向に回動し、最大振れ角に達すると反転して矢印B方向に回動する。その途中、可動板1は上記右側の部分で再び第2の光検出手段17Bの光ビームを遮断する(図9において、遮断時刻t2-1に相当)。
先ず、ステップ11において、上記第1及び第2の受光部19A,19Bの受光信号に基づいて直近の二つの遮断時刻を検出すると初期設定が終了する。具体的には、図9に示す受光信号の遮断時刻t1-1,t1-2,t2-1,t2-2(この場合、t1-1が第1の受光部19Aで検出した最新の遮断時刻で、t2-1が第2の受光部19Bで検出した最新の遮断時刻であり、t1-2は第1の受光部19Aで検出した一つ前の遮断時刻で、t2-2は第2の受光部19Bで検出した一つ前の遮断時刻である)が得られた段階で初期設定が終了する。なお、上記第1の光検出手段17Aにおける遮断時刻は、それぞれ記憶部15に設けた最新遮断時刻記憶領域tN1及び一つ前遮断時刻記憶領域tL1に、また上記第2の光検出手段17Bにおける遮断時刻はそれぞれ記憶部15に設けた最新遮断時刻記憶領域tN2及び一つ前遮断時刻記憶領域tL2に一時的に記憶される。
図11に示す第3実施形態のプレーナ型アクチュエータは、光検出手段3の発光部9と受光部10とを検出光の出射方向がトーションバー5の軸線に直交する方向となるように可動板1を間にして固定部4に配設している。この場合、駆動制御回路11は、第1実施形態と同様の構成となる。
駆動制御回路11に電源を投入すると可動板1が揺動を開始する。この場合、可動板1が図12において水平状態から矢印A方向に回動すると、直ぐに、可動板1は同図においてトーションバー5を挟んで右側の部分で光検出手段3の検出光を遮断する(図13において、振れ角がXとなった状態であり、遮断時刻t2に相当)。さらに、可動板1は矢印A方向への回動を続ける。そして、矢印A方向の最大振れ角に達すると反転して今度は矢印B方向へ回動する。この場合、可動板1の振れ角がXとなるまでは可動板1は上記検出光を遮断したままであり、上記振れ角Xを過ぎると受光部10で検出光が検出される(図13において、受光時刻t′1に相当)。
先ず、ステップ21において、最新を含む過去二つの遮断時刻及び受光時刻を検出すると初期設定が終了する。具体的には、図13に示す受光信号の遮断時刻t1,t2(この場合、t1が最新の遮断時刻で、t2は一つ前の遮断時刻である)及び受光時刻t′1,t′2(この場合、t′1が最新の受光時刻で、t′2は一つ前の受光時刻である)が得られた段階で初期設定が終了する。なお、上記各時刻は記憶部15に設けた最新遮断時刻記憶領域tN、一つ前遮断時刻記憶領域tL及び最新受光時刻記憶領域t′N、一つ前遮断時刻記憶領域t′Lに一時的に記憶される。
X=Xmaxsin(2πf・tX) (1)
と表せる。ここで、可動板1の揺動周期をT(=t0−t2)、遮断時間をΔt(=t′0−t1又はt′1−t2)として、f=1/T、tX=(T/2−Δt)×1/2を(1)式に代入すると、
X=Xmaxsin〔2π{(1/4)−(Δt/2T)}〕 (2)
となる。従って、最大振れ角Xmaxは、
Xmax=X/sin〔2π{(1/4)−(Δt/2T)}〕 (3)
となる。これにより、最大振れ角Xmaxは、記憶部15から読み出した各遮断時刻t0,t1,t2及び受光時刻t′0又はt′1に基づいて上記遮断時間Δt及び上記周期Tを算出し、該遮断時間Δt及び周期Tと記憶部15から読み出した振れ角Xとに基づいて上記(3)式を演算することにより求めることができる。ここで、周期Tと振れ角Xを固定値として遮断時間Δtを制御すれば、上記(3)式により、可動板1の最大振れ角Xmaxを制御することができる。
XN=Xmaxsin(2πf・tN)
=Xmaxsin{(2π/T)・tN} (4)
の式を演算することにより求まる。これにより、可動板1の現在位置を検出することができる。
そして、本発明のプレーナ型アクチュエータは、電磁駆動方式に限られず、静電駆動方式、圧電方式等如何なるアクチュエータであってもよい。
2…駆動手段
3…光検出手段
4…固定部
5…トーションバー
9…発光部
10…受光部
17A…第1の光検出手段
17B…第2の光検出手段
18A…第1の発光部
18B…第2の発光部
19A…第1の受光部
19B…第2の受光部
21…光ファイバー
Claims (5)
- 固定部にトーションバーで往復回動可能に軸支された可動板と、
該可動板を駆動する駆動手段と、
検出光を出射する発光部と前記検出光を受光する受光部とからなり、前記可動板の回動状態を前記検出光の受光強度変化に基づいて検出する光検出手段と、
を備えるプレーナ型アクチュエータであって、
前記可動板が往復回動している途中において、前記トーションバーの軸線を挟んで前記可動板の左右の部分の少なくとも一方の部分が前記検出光を遮断し得るように前記光検出手段の前記発光部と前記受光部とを前記固定部上に前記可動板を間にして対向配置したことを特徴とするプレーナ型アクチュエータ。 - 前記光検出手段は、前記検出光の出射方向が前記トーションバーの軸線に略平行な方向となるように配設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。
- 前記光検出手段は、前記トーションバーの軸線を挟んで両側の位置に少なくとも二つ配設したことを特徴とする請求項2に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記光検出手段は、前記検出光の出射方向が前記トーションバーの軸線に直交する方向となるように配設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。
- 前記発光部及び受光部を光ファイバーで形成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のプレーナ型アクチュエータ。
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