(57)【要約】【課題】  温度に影響されることなく、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。【解決手段】  デバイス基板２に設置された枠状の固定部３と、固定部３の内側にトーションバー５を介して回動自在に支持され駆動手段により駆動される可動部４とを備え、可動部４のトーションバー５と連結していない一辺にゲート電極８を配置するとともに、ソース電極９およびドレイン電極１０をゲート電極８に対向するように配置した。【選択図】  図１
2010054534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、トーションバーを介して回動自在に支持され駆動手段により駆動される可動部と、を備え、
前記可動部の前記トーションバーと連結していない一辺にゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の一方を配置するとともに、ゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の他方を対向するように配置したことを特徴とするプレーナ型アクチュエータ。
【請求項２】
前記ゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の他方は、前記可動部が回動した状態で前記ゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の一方に対向するように前記デバイス基板に配置されている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。
【請求項３】
前記ゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の他方は、前記可動部が静止した状態で前記ゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の一方に対向するように前記固定部に配置されている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。
【請求項４】
前記固定部と前記可動部の間に、前記可動部を前記トーションバーを介して回動自在に支持するとともに、前記固定部に前記トーションバーを介して回動自在に支持された第２可動部を設け、
前記第２可動部の前記トーションバーと連結していない一辺にゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の一方を配置するとともに、前記固定部にゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の他方を対向するように配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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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回動可能に軸支し、この可動部の回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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、枠状の固定部に平板状の可動部を回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回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。
【０００３】
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回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、トーションバーに歪みゲージを設置し、この歪みゲージの抵抗値の変化を測定することにより、可動部の回動位置を検出するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。また、その他、可動部の裏面にミラーを設け、この裏面ミラーにレーザ光を照射しこの反射光をフォトセンサにより受光することで可動部の回動位置を検出するようにした技術も開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特許第２７２２３１４号公報
【特許文献２】特開平５−１１９２８０号公報
【特許文献３】特開２００３−５７５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献２に開示されたアクチュエータにおいては、歪みゲージを用いて可動部の回動位置を検出するものであるが、歪みゲージの抵抗値は、温度によって変化するので、精度のよい検出を行うことができないという問題を有している。
【０００５】
また、前記特許文献３に開示されたアクチュエータにおいては、振れ角検知用のレーザとフォトセンサを備える必要があるので、ユニットの大型化を招き、製造コストが高くなってしまうという問題を有している。
【０００６】
本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、温度に影響されることなく、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため請求項１に記載の発明に係るアプレーナ型クチュエータは、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、トーションバーを介して回動自在に支持され駆動手段により駆動される可動部と、を備え、
前記可動部の前記トーションバーと連結していない一辺にゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の一方を配置するとともに、ゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の他方を対向するように配置したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記ゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の他方は、前記可動部が回動した状態で前記ゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の一方に対向するように前記デバイス基板に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
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、前記ゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の他方は、前記可動部が静止した状態で前記ゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の一方に対向するように前記固定部に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１において、前記固定部と前記可動部の間に、前記可動部を前記トーションバーを介して回動自在に支持するとともに、前記固定部に前記トーションバーを介して回動自在に支持された第２可動部を設け、前記第２可動部の前記トーションバーと連結していない一辺にゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の一方を配置するとともに、前記固定部にゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の他方を対向するように配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明に係るアクチュエータによれば、可動部の一辺にゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の一方を配置するとともに、ゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の他方を対向するように配置しているので、可動部の回動動作により、ゲート電極がデバイス基板のソース電極およびドレイン電極に近接した状態と、ゲート電極がソース電極およびドレイン電極から離隔した状態とで、トランジスタのＯＮ、ＯＦＦが行われることになり、これにより、可動部が所定の振れ角度に達したか否かを検出することができる。さらに、従来の歪みゲージを用いた可動部の振れ角測定のように温度による影響がなく、しかも、振れ角検知用のレーザとフォトセンサを用いた場合のように、装置が大型化してしまうことがなく、小型で精度のよい検出を行うことができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、ゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の他方は、可動部が回動した状態でゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の一方に対向するようにデバイス基板に配置するようにしているので、可動部が所定の振れ角以上になった場合に、トランジスタがＯＮとなり、所定の振れ角以下になった場合にトランジスタがＯＦＦとなることで、可動部が所定の振れ角度に達したか否かを検出することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、ゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の他方は、可動部が静止した状態でゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の一方に対向するように固定部に配置するようにしているので、可動部が所定の振れ角以上になった場合に、トランジスタがＯＦＦとなり、所定の振れ角以下になった場合にトランジスタがＯＮとなることで、可動部が所定の振れ角度に達したか否かを検出することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、固定部と可動部の間に、可動部を回動自在に支持するとともに、固定部に回動自在に支持された第２可動部を設け、第２可動部の一辺にゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の一方を配置するとともに、固定部にゲート電極またはソース電極およびドレイン電極の他方を対向するように配置するようにしているので、第２可動部に対して可動部が所定の振れ角に達したか否かを検出することができるとともに、固定部に対して第２可動部が所定の振れ角に達したか否かを検出することができ、二次元のアクチュエータに適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２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。
【００１６】
本実施形態のプレーナ型アクチュエータは、図示しない光源からの光ビームを一方向に偏向する一次元用のアクチュエータであり、例えば、半導体マイクロマシン技術を応用して製造されるものである。
【００１７】
図１および図２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、デバイス基板２を備えており、このデバイス基板２の上面には、枠状の固定部３が配置されている。この固定部３の内側には、可動部４が固定部３に対して所定の間隙をもって配置されている。固定部３と可動部４とは、固定部３の互いに対向する辺のほぼ中央部分から内側に延出された一対のトーションバー５，５により連結されており、このトーションバー５を介して可動部４が回動可能に支持されている。これら固定部３、トーションバー５および可動部４は、一体的に形成されるように構成されている。
【００１８】
可動部４の表面側全面には、可動部４の回動動作により光源からの光ビームを偏向するための反射ミラー６が設けられている。可動部４の表面側周縁部には、可動部４を駆動するための図示しない駆動コイルが設けられており、固定部３の両側には、可動部４を挟んで互いに反対磁極を対向させて配置される一対の静磁界発生部材７，７が配置されている。なお、静磁界発生部材７は、永久磁石でも電磁石でもよい。
【００１９】
また、図１および図２に示すように、本実施形態においては、可動部４のトーションバー５と連結していない一辺のほぼ中央部分には、ゲート電極８が形成されている。また、デバイス基板２上の可動部４の一辺に対応する位置には、ソース電極９およびドレイン電極１０がそれぞれ所定間隔をもって形成されている。そして、本実施形態においては、可動部４がトーションバー５を軸として回動して可動部４のゲート電極８と、ソース電極９およびドレイン電極１０とが近接した状態で、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を構成するようになっており、ゲート電極８と、ソース電極９およびドレイン電極１０との間の空間は、絶縁部として機能するように構成されている。
【００２０】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００２１】
このプレーナ型アクチュエータ１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。
【００２２】
可動部４の駆動コイルに電流を流すと磁界が発生し、この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ローレンツ力が発生し、トーションバー５の軸方向と平行な可動部４の対辺部分に互いに逆方向の回転力が発生し、この回転力とトーションバー５の復元力とが釣合う位置まで可動部４が回動される。
【００２３】
そして、駆動コイルに直流電流を流すことにより、駆動電流量に応じた回動位置で可動部４を停止させることで、反射ミラー６により光ビームを所望の方向に偏向することが可能となる。
【００２４】
一方、駆動コイルに交流電流を流すことにより、可動部４が揺動し、反射ミラー６により光ビームを偏向走査できる。可動部４を回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、可動部４の振れ角（光ビームの偏向角度）を制御することができる。
【００２５】
このとき、ゲート電極８に通電した状態で、可動部４の回動動作により、可動部４のゲート電極８がデバイス基板２のソース電極９およびドレイン電極１０に近接すると、ゲート電極８と、ソース電極９およびドレイン電極１０との間に反転層が形成されることになり、ゲート電極８と、ソース電極９およびドレイン電極１０との間に電流が流れる。これにより、図３に示すように、トランジスタがＯＮとなり、可動部４が所定の振れ角度以上回動したことを検出することができる。そして、可動部４が最大振れ角度に達した後、可動部４の振れ角度が所定角度以下となったら、ゲート電極８とソース電極９およびドレイン電極１０との間隙が大きくなり、これらゲート電極８、ソース電極９およびドレイン電極１０がトランジスタとして機能しなくなるので、トランジスタはＯＦＦとなる。このように、トランジスタのＯＮ、ＯＦＦ信号により、可動部４が所定の振れ角度に達したか否かを検出することができるようになっている。
【００２６】
したがって、本実施形態においては、可動部４にゲート電極８を設けるとともに、デバイス基板２にソース電極９およびドレイン電極１０を設け、可動部４の回動動作により、可動部４のゲート電極８がデバイス基板２のソース電極９およびドレイン電極１０に近接した状態と、ゲート電極８がソース電極９およびドレイン電極１０から離隔した状態とで、トランジスタのＯＮ、ＯＦＦが行われるので、可動部４が所定の振れ角度に達したか否かを検出することができる。さらに、従来の歪みゲージを用いた可動部４の振れ角測定のように温度による影響がなく、しかも、振れ角検知用のレーザとフォトセンサを用いた場合のように、装置が大型化してしまうことがなく、小型で精度のよい検出を行うことができる。
【００２７】
次に、本発明の第２実施形態について図４から図６を参照して説明する。
【００２８】
図４および図５に示すように、本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、可動部４のトーションバー５と連結していない一辺のほぼ中央部分には、ゲート電極８が形成されている。また、本実施形態においては、固定部３のゲート電極８に対向する位置には、ソース電極９およびドレイン電極１０がそれぞれ所定間隔をもって形成されている。そして、本実施形態においては、可動部４が静止した基準位置において、可動部４のゲート電極８と、ソース電極９およびドレイン電極１０とが近接して電界効果型トランジスタを構成するよう構成されている。
【００２９】
本実施形態においては、ゲート電極８に通電した状態で、可動部４が静止してゲート電極８が、ソース電極９およびドレイン電極１０に近接すると、ゲート電極８と、ソース電極９およびドレイン電極１０との間に反転層が形成されることになり、ゲート電極８と、ソース電極９およびドレイン電極１０との間に電流が流れ、これにより、図６に示すように、トランジスタがＯＮとなる。
【００３０】
そして、可動部４が所定の振れ角度以上回動すると、ゲート電極８とソース電極９およびドレイン電極１０との間隙が大きくなり、これら各電極がトランジスタとして機能しなくなるので、トランジスタはＯＦＦとなる。そして、可動部４が最大振れ角度に達した後、可動部４の振れ角度が所定角度以下となったら、ゲート電極８とソース電極９およびドレイン電極１０との間隙が小さくなり、再び、トランジスタがＯＮとなる。このように、本実施形態においても、トランジスタのＯＮ、ＯＦＦ信号により、可動部４が所定の振れ角度に達したか否かを検出することができるようになっている。
【００３１】
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、可動部４にゲート電極８を設けるとともに、固定部３にソース電極９およびドレイン電極１０を設け、可動部４のゲート電極８が固定部３のソース電極９およびドレイン電極１０に近接した状態と、ゲート電極８がソース電極９およびドレイン電極１０から離隔した状態とで、トランジスタのＯＮ、ＯＦＦが行われるので、可動部４が所定の振れ角度に達したか否かを検出することができる。さらに、従来のように温度による影響がなく、しかも、装置が大型化してしまうことがなく、小型で精度のよい検出を行うことができる。
【００３２】
次に、本発明の第３実施形態について図７を参照して説明する。
【００３３】
本実施形態のプレーナ型アクチュエータは、図示しない光源からの光ビームを２方向に偏向する二次元用のアクチュエータである。
【００３４】
図７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、デバイス基板２を備えており、このデバイス基板２の上面には、枠状の固定部３が配置されている。この固定部３の内側には、トーションバー５を介して枠状の第２可動部１１が回動自在に支持されており、この第２可動部１１の内側には、第２可動部１１を支持するトーションバー５に対して直交する方向に延在するトーションバー５を介して可動部４が回動自在に支持されている。すなわち、可動部４と第２可動部１１とは、トーションバー５を介して互いに直交する方向に回動自在とされている。
【００３５】
また、図７に示すように、本実施形態においては、第２実施形態と同様に、可動部４のトーションバー５と連結していない一辺のほぼ中央部分にゲート電極８が形成されるとともに、第２可動部１１のゲート電極８に対向する位置には、ソース電極９およびドレイン電極１０がそれぞれ所定間隔をもって形成されている。そして、本実施形態においては、可動部４が静止した基準位置において、可動部４のゲート電極８と、第２可動部１１のソース電極９およびドレイン電極１０とが近接して電界効果型トランジスタを構成するよう構成されている。
【００３６】
さらに、本実施形態においては、第２可動部１１のトーションバー５と連結していない一辺のほぼ中央部分には、ゲート電極８が形成されており、固定部３の第２可動部１１に形成されたゲート電極８に対向する位置には、ソース電極９およびドレイン電極１０がそれぞれ所定間隔をもって形成されている。そして、第２可動部１１が静止した基準位置において、第２可動部１１のゲート電極８と、固定部３のソース電極９およびドレイン電極１０とが近接して電界効果型トランジスタを構成するよう構成されている。
【００３７】
本実施形態においても前記各実施形態と同様に、可動部４および第２可動部１１のゲート電極８にそれぞれ通電した状態で、可動部４が静止してゲート電極８が、ソース電極９およびドレイン電極１０に近接すると、ゲート電極８と、ソース電極９およびドレイン電極１０との間に反転層が形成されることになり、ゲート電極８と、ソース電極９およびドレイン電極１０との間に電流が流れ、トランジスタがＯＮとなる。そして、可動部４または第２可動部１１が所定の振れ角度以上回動すると、ゲート電極８とソース電極９およびドレイン電極１０との間隙が大きくなり、これら各電極がトランジスタとして機能しなくなるので、トランジスタはＯＦＦとなる。このように、本実施形態においては、トランジスタのＯＮ、ＯＦＦ信号により、可動部４および第２可動部１１が所定の振れ角度に達したか否かを検出することができるようになっている。
【００３８】
したがって、本実施形態においても前記各実施形態と同様に、可動部４のゲート電極８が第２可動部１１のソース電極９およびドレイン電極１０に近接・離隔した状態、および第２可動部１１のゲート電極８が固定部３のソース電極９およびドレイン電極１０に近接・離隔した状態で、それぞれトランジスタのＯＮ、ＯＦＦが行われるので、可動部４および第２可動部１１が所定の振れ角度に達したか否かを検出することができ、これにより、二次元のアクチュエータに適用することが可能となる。さらに、従来のように温度による影響がなく、しかも、装置が大型化してしまうことがなく、小型で精度のよい検出を行うことができる。
【００３９】
なお、前記各実施形態においては、可動部４あるいは第２可動部１１にゲート電極８を設置し、デバイス基板２、固定部３あるいは第２可動部１１にソース電極９およびドレイン電極１０をそれぞれ設置するようにしたが、可動部４あるいは第２可動部１１にソース電極９およびドレイン電極１０をそれぞれ設置し、デバイス基板２、固定部３あるいは第２可動部１１にゲート電極８を設置するようにしてもよい。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】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。
【図２】図１に示すプレーナ型アクチュエータの側面断面図ある。
【図３】第１実施形態における可動部の振れ角とトランジスタの動作との関係を示すグラフである。
【図４】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。
【図５】図４に示すプレーナ型アクチュエータの側面断面図である。
【図６】第２実施形態における可動部の振れ角とトランジスタの動作との関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第３実施形態を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  プレーナ型アクチュエータ
２  デバイス基板
３  固定部
４  可動部
５  トーションバー
６  反射ミラー
７  静磁界発生部材
８  ゲート電極
９  ソース電極
１０  ドレイン電極
１１  第２可動部
【図１】
2010054534.tif 000003
【図２】
2010054534.tif 000004
【図３】
2010054534.tif 000005
【図４】
2010054534.tif 000006
【図５】
2010054534.tif 000007
【図６】
2010054534.tif 000008
【図７】
2010054534.tif 000009