(57)【要約】【課題】可動部の変位検出を高速度且つ高精度に行える変位検出機能を備えた安価なアクチュエータ及びその変位検出方法を提供する。【解決手段】光ビームを発射する発光部１と、光ビームの発射方向に設けられ、往復動作する可動部２と、可動部２の外表面のいずれかの部位に備えられ、発光部１より発射された光ビームを可動部２の変位に応じて強度変調を与えて出射する符号化手段３と、強度変調された光ビームの変調信号に基づいて可動部２の変位検出を行う検出部４と、を備えて構成したものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発射する発光部と、
往復動作する可動部と、
該可動部の外表面のいずれかの部位に備えられ、前記発光部より発射された光ビームを可動部の変位に応じて強度変調を与えて出射する符号化手段と、
前記強度変調された光ビームの変調信号に基づいて可動部の変位検出を行う検出部と、
を備えて構成したことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記符号化手段は、光ビームを高レベルで出射する高出射部と光ビームを低レベルで出射する低出射部とを交互に設けて構成したことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記高出射部が光反射部であり、前記低出射部が光吸収部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。
【請求項４】
前記高出射部が光反射部であり、前記低出射部が光乱反射部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。
【請求項５】
前記光乱反射部は、平坦な反射面に形成された溝部であることを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記高出射部が貫通孔であり、前記低出射部が貫通孔間の可動部部分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。
【請求項７】
前記高出射部または低出射部を往復回動する可動部の回動中心に対して直行する方向に等ピッチで複数配列して形成したことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記高出射部または低出射部を往復回動する可動部の回動中心に対して直行する方向に複数配列すると共に、配列ピッチと可動部の一定振れ角とが対応するように回動中心から遠ざかるにつれてピッチが広くなるように形成したことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記検出部は、前記光ビームの変調信号を受光する受光素子と、該受光素子の前面に設けた集光レンズと、前記受光素子の受光信号に基づくパルス信号をカウントして、そのカウント数に応じた可動部の変位情報を出力する変位検出回路部と、を備えて構成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記変位検出回路部は、前記受光素子の受光信号を波形整形してパルス信号に変換する波形整形回路と、前記パルス信号をカウントするカウンタと、パルス信号のカウント数と往復回動する可動部の振れ角との関係を表す予め記憶した演算式により前記カウンタから入力するカウント数にしたがって振れ角を演算して、可動部の振れ角情報を出力する演算部と、を備えて構成したことを特徴とする請求項９に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記変位検出回路部は、前記受光素子の受光信号を波形整形してパルス信号に変換する波形整形回路と、前記パルス信号をカウントするカウンタと、パルス信号のカウント数と往復回動する可動部の振れ角との関係を表す予め記憶した変換テーブルにより前記カウンタから入力するカウント数にしたがって振れ角を求めて、可動部の振れ角情報を出力する記憶部と、を備えて構成したことを特徴とする請求項９に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
発光部から往復動作する変位検出対象物に向けて光ビームを発射し、
前記変位検出対象物の外表面に設けられた符号化手段で光ビームに変位検出対象物の変位に応じて強度変調を与えて出射し、
該強度変調された光ビームの変調信号に基づいて検出部で変位検出対象物の変位を検出することを特徴とする変位検出方法。
【請求項１３】
前記符号化手段は、光ビームを高レベルで出射する高出射部と光ビームを低レベルで出射する低出射部とを交互に設けて構成したことを特徴とする請求項１２に記載の変位検出方法。
【請求項１４】
前記高出射部が光反射部であり、前記低出射部が光吸収部であることを特徴とする請求項１３に記載の変位検出方法。
【請求項１５】
前記高出射部が光反射部であり、前記低出射部が光乱反射部であることを特徴とする請求項１３に記載の変位検出方法。
【請求項１６】
前記光乱反射部は、平坦な反射面に形成された溝部であることを特徴とする請求項１５に記載の変位検出方法。
【請求項１７】
前記高出射部が貫通孔であり、前記低出射部が貫通孔間の可動部部分であることを特徴とする特徴とする請求項１３に記載の変位検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復動作する可動部の変位検出機能を備えたアクチュエータ及び変位検出方法に関し、特に、可動部の変位検出を高速度且つ高精度に行える変位検出機能を備えた安価なアクチュエータ及びその変位検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、従来の往復回動する可動部を備えたアクチュエータの可動部の変位（例えば角度）検出機構には、図２１（ａ）に示すように、検出部４にＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）等の受光素子を備えて、発光部１より発射し可動部２で反射する反射光を１点で検出し、これを基準とする経過時間と角度の関数を演算して可動部の振れ角θを求めるようにしたものがある。これは、同図（ｂ）に示すように、可動部２が変位角ゼロ（θ＝０）の変位から回動して可動部２における反射光が検出部４によって検出される基準位置（θ＝θｐ）に達するまでに要する時間をｔｐとし、該基準位置からさらに可動部２が時間ｔだけ回動したときの角度θｔについて、θ＝Θ（ｔ，ｔｐ）の関数を演算して求めるものである。
【０００３】
また、図２２に示すように、検出部４にＣＣＤやＰＤアレイ等、複数の受光点を区別できる一次元受光手段を用いて発光部１より発射し可動部２で反射する反射光を全走査範囲において受光し、各受光素子の受光レベルを出力または受光レベルの最も高い素子の位置番号を出力し、基準位置からの変位を求め可動部２の振れ角を計測するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、図２３に示すように、検出部４にＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）等、光の変位を連続的に検出できる受光素子を用いて受光変位をアナログ値で出力し、これを変位信号に変換して可動部２の振れ角を計測するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−１５５９７２号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】
特開平６−１３７８６７号公報（第３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のアクチュエータ可動部の角度検出機構において、図２１に示す１点で受光するものは、基準時間ｔｐを基に基準位置からの経過時間ｔに相当する可動部２の振れ角θｔを演算して推定するものであるため、上記経過時間ｔ内の可動部の回動速度変動や振れ角変動により誤差を生じ易く、検出精度が悪かった。
【０００７】
また、図２２に示す一次元受光手段を用いたもので、ＣＣＤの場合は、応答速度が１００μｓｅｃ（１０ＫＨｚ）程度と遅いため、数ＫＨｚ以上の高速で回動する可動部の角度検出には適さなかった。一方、ＰＤアレイの場合は、応答速度は速いもののコストが高いという難点があった。
【０００８】
さらに、図２３に示すＰＳＤの受光素子を用いたものは、ＰＳＤの応答速度が遅い上にコストが高いという難点があった。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、可動部の変位検出を高速度且つ高精度に行える変位検出機能を備えた安価なアクチュエータ及び変位検出方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項１の発明のアクチュエータは、光ビームを発射する発光部と、前記光ビームの発射方向に設けられ、往復動作する可動部と、該可動部の外表面のいずれかの部位に備えられ、前記発光部より発射された光ビームを可動部の変位に応じて強度変調を与えて出射する符号化手段と、前記強度変調された光ビームの変調信号に基づいて可動部の変位検出を行う検出部と、を備えて構成したものである。
【００１１】
このような構成では、発光部により光ビームを発射し、往復動作する可動部の外表面のいずれかの部位に備えた符号化手段により発光部より発射された光ビームを可動部の変位に応じて強度変調を与えて出射し、検出部により強度変調された光ビームの変調信号に基づいて可動部の変位検出を行う。これにより、可動部の変位を光ビームの変調信号に基づいて直接検出し、高速度で高精度に行う。
【００１２】
上記符号化手段は、請求項２のように、光ビームを高レベルで出射する高出射部と光ビームを低レベルで出射する低出射部とを交互に設けて構成するとよい。この場合、請求項３のように、前記高出射部が光反射部であり、前記低出射部が光吸収部とするとよい。または、請求項４のように、前記高出射部が光反射部であり、前記低出射部が光乱反射部としてもよい。この場合、請求項５のように、前記光乱反射部は、平坦な反射面に形成された溝部とするとよい。また、請求項６のように、前記高出射部が貫通孔であり、前記低出射部が貫通孔間の可動部部分としてもよい。
【００１３】
また、請求項７のように、前記高出射部または低出射部を往復回動する可動部の回動中心に対して直行する方向に等ピッチで複数配列して形成してもよく、または、請求項８のように、前記高出射部または低出射部を往復回動する可動部の回動中心に対して直行する方向に複数配列すると共に、配列ピッチと可動部の一定振れ角とが対応するように回動中心から遠ざかるにつれてピッチが広くなるように形成してもよい。
【００１４】
さらに、前記検出部は、請求項９のように、前記光ビームの変調信号を受光する受光素子と、該受光素子の前面に設けた集光レンズと、前記受光素子の受光信号に基づくパルス信号をカウントして、そのカウント数に応じた可動部の変位情報を出力する変位検出回路部と、を備えて構成するとよい。この場合、前記変位検出回路部は、請求項１０のように、前記受光素子の受光信号を波形整形してパルス信号に変換する波形整形回路と、前記パルス信号をカウントするカウンタと、パルス信号のカウント数と往復回動する可動部の振れ角との関係を表す予め記憶した演算式により前記カウンタから入力するカウント数にしたがって振れ角を演算して、可動部の振れ角情報を出力する演算部と、を備えて構成するとよい。または、請求項１１のように、前記受光素子の受光信号を波形整形してパルス信号に変換する波形整形回路と、前記パルス信号をカウントするカウンタと、パルス信号のカウント数と往復回動する可動部の振れ角との関係を表す予め記憶した変換テーブルにより前記カウンタから入力するカウント数にしたがって振れ角を求めて、可動部の振れ角情報を出力する記憶部と、を備えて構成してもよい。
【００１５】
請求項１２の発明の変位検出方法は、発光部から往復動作する変位検出対象物に向けて光ビームを発射し、前記変位検出対象物の外表面に設けられた符号化手段で光ビームに変位検出対象物の変位に応じて強度変調を与えて出射し、該強度変調された光ビームの変調信号に基づいて検出部で変位検出対象物の変位を検出するものである。
【００１６】
上記符号化手段は、請求項１３のように、光ビームを高レベルで出射する高出射部と光ビームを低レベルで出射する低出射部とを交互に設けて構成するとよい。この場合、請求項１４のように、前記高出射部が光反射部であり、低出射部が光吸収部とするとよい。または、請求項１５のように、前記高出射部が光反射部であり、低出射部が光乱反射部としてもよい。この場合、請求項１６のように、前記光乱反射部は、平坦な反射面に形成された溝部とするとよい。また、請求項１７のように、前記高出射部が貫通孔であり、低出射部が貫通孔間の可動部部分としてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、本発明に係るアクチュエータの第１実施形態の概略構成図を示す。
図１において、本第１実施形態のアクチュエータは、往復動作する、例えば光スキャナーの可動部の変位検出機能を備えるものであり、発光部１と、可動部２と、符号化手段３と、検出部４と、を備えて構成されている。
【００１８】
発光部１は、光ビームを発射するものであり、レーザ光源やＬＥＤ等である。そして、後述の可動部２の表面２ａに面して該可動部２から離れた位置（図１では、可動部２の斜め上方）に、該可動部２に対して斜め方向から光ビームが入射するように配置されている。また、発光部１は、光ビームが可動部２の回動中心Ｏに対して直交方向にずれた点に入射するように配置されている。
【００１９】
上記発光部１の光ビームの出射方向には、可動部２が設けられている。この可動部２は、往復回動するものであり、一面に、別に設けた図示省略の走査用光源の光ビームを反射する光走査面を形成したものである。ここで、可動部２が変位検出対象物に相当する。
【００２０】
また、上記可動部２の光走査面の隅部には、符号化手段３が設けられている。この符号化手段３は、発光部１より発射された光ビームに可動部２の変位、本第１実施形態では可動部２の振れ角に応じて強度変調を与えて出射するものであり、光ビームを高レベルで出射する高出射部と光ビームを低レベルで出射する低出射部とを交互に設けて構成している。例えば、符号化手段３は、図２に示すように、高出射部としての光反射部５と、低出射部としての光吸収部６とを交互に複数配列して形成してもよく、図３に示すように、光反射部５と低出射部としての光乱反射部７とを交互に複数配列して形成してもよい。なお、上記高出射部と低出射部とは相対的なものであり、したがって、高出射部を光乱反射部７とし、低出射部を光吸収部６としてもよい。
【００２１】
具体的には、図２（ａ）に示す符号化手段３は、可動部２の表面２ａの光走査面の隅部に所定幅の光吸収部６を等ピッチで複数配列して形成したものであり、光走査面に、例えば、黒色インクをスクリーン印刷したり、金属酸化物等の光吸収層をエッチングして形成することができる。その形成方法の一例は、図４に示すように、（ａ）Ｓｉ基板等の可動部２の表面２ａを鏡面に形成し、（ｂ）該表面２ａの隅部に金属酸化物の光吸収層６ａを蒸着等により被着させ、さらに、該光吸収層６ａの上にフォトレジストをコーティングし、図示省略のフォトマスクを用いて露光し、その後これを現像液で現像して上記光吸収層６ａの上に所定幅で等ピッチに形成されたレジストマスク１０を得る。そして、（ｃ）該レジストマスク１０を用いて光吸収層６ａをエッチングし、（ｄ）レジストマスク１０を洗浄して除去して、可動部２の表面２ａに所定幅の光反射部５と所定幅の光吸収部６が交互に配列された符号化手段３を形成することができる。
【００２２】
また、図２（ｂ）に示す符号化手段３は、可動部２の表面２ａに光吸収層６ａを形成し、さらにその上に積層して形成した光走査面となるＡｌ等の反射層５ａの隅部を所定パターンにエッチングすることにより、所定幅の光反射部５と所定幅の光吸収部６が交互に配列された符号化手段３を形成することができる。
【００２３】
そして、図２（ｃ）に示す符号化手段３は、低反射率材料の可動部２の表面２ａに光走査面となる高反射率の反射層５ａをメッキまたはスパッタリング等により形成し、その後該反射層５ａの隅部を図４と同様にしてレジストマスクを利用してエッチングし所定幅の光反射部５を所定間隔で残して形成することができる。この場合、光反射部５間が光吸収部６として機能する。
【００２４】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すいずれの符号化手段３も、入射光を光反射部５で反射させると共に光吸収部６で吸収させて、符号化手段３上を走査する光ビームに強度変調を与えて出射させるこができる。この場合、検出部４は、符号化手段３における光ビームの反射光を検出できるように可動部２に対して発光部１と同じ側に配置される。
【００２５】
また、図３（ａ）に示す符号化手段３は、可動部２の表面２ａに所定幅の反射面５と所定幅の光乱反射部７としての溝部７ａを交互に配列して形成したものである。その形成方法の一例は、図５に示すように、（ａ）シリコン基板等から成る可動部２の表面２ａに鏡面の光走査面を形成し、（ｂ）該表面２ａの隅部にフォトレジストをコーティングし、図示省略のフォトマスクを用いて露光し、その後これを現像液で現像して上記表面２ａ上に所定幅で等ピッチに形成されたレジストマスク１０を得る。そして、（ｃ）該レジストマスク１０を用いて可動部２の表面２ａをエッチングして溝部７ａを形成する。なお、溝部７ａの底部は鏡面ではないため該溝部７ａで反射する光は乱反射し光乱反射部７となる。そして、（ｄ）レジストマスク１０を洗浄して除去することによって、可動部２の表面２ａに所定幅の光反射部５と所定幅の光乱反射部７が交互に配列された符号化手段３を形成することができる。
【００２６】
また、図３（ｂ）に示す符号化手段３は、可動部２の表面２ａの隅部に所定幅の溝部７ａを等ピッチで配列して形成し、その後表面２ａ上に光走査面となる高反射率の反射層５ａをメッキまたはスパッタリング等により形成している。この場合も、溝部７ａが光乱反射部７として機能し、相隣り合う溝部７ａに挟まれた部分が光反射部５となる。
【００２７】
図３（ａ）、（ｂ）に示すいずれの符号化手段３も、入射光を光反射部５で反射させ光乱反射部７で乱反射させて、出射光に強度変調を与えるこができる。この場合、図２と同様に、検出部４は、可動部２に対して発光部１と同じ側に配置される。なお、光乱反射部７は、図３に示すような矩形状の溝に限られず、三角形状でも曲面形状でもどのような形状でもよい。また、光乱反射部７は、例えばブラスト等により表面を粗面に形成してもよい。上述のような符号化手段３の形成方法によれば、マイクロマシニング技術を使用してアクチュエータを形成する際の一工程として行うことができる。なお、上述の各形成方法では、光反射部５を光走査面と一体的に形成したが、別に形成してもよい。
【００２８】
上記符号化手段３における強度変調された光ビーム（変調信号）の出射方向には、図１に示すように、検出部４が設けられている。この検出部４は、強度変調された光ビームを検出して可動部２の変位の情報を出力するものであり、光ビームの変調信号を受光するＰＤ等の受光素子１１と、該受光素子１１の前面に設けた集光レンズ１２と、受光素子１１の受光信号に基づくパルス信号をカウントして、そのカウント数に応じた可動部の変位情報を出力する変位検出回路部１６と、を備えて構成している。なお、受光素子１２として受光面積の大きいものを使用した場合には、集光レンズ１２は無くてもよい。
【００２９】
そして、上記変位検出回路部１６は、図６に示すように、受光素子１１で光ビームの変調信号を光電変換して得たアナログの受光信号を波形整形してパルス信号に変換する波形整形回路１３と、パルス信号をカウントするカウンタ１４と、パルス信号のカウント数と往復回動する可動部の振れ角との関係を表す予め記憶した演算式により上記カウンタ１４から入力するカウント数にしたがって振れ角を演算して、可動部の振れ角情報を出力する演算部１５と、を備えて構成している。また、演算部１５は、角度演算に必要な定数及び演算式を予め記憶するメモリ１５ａと、メモリ１５ａの記憶情報を用いてパルス信号のカウント数に対応した振れ角を演算する演算器１５ｂを備えて構成されている。
【００３０】
次に、このように構成されたアクチュエータの変位検出方法を説明する。
図１において、発光部１から一定強度の光ビームが、可動部２の符号化手段３に向けて発射されている。この状態から、可動部２が回動を開始する。このとき、光ビームが可動部２の回動中心Ｏからその直交方向にずれた点に入射するようにされているので、光ビームは符号化手段３上を相対的に走査することとなり、符号化手段３で可動部２の振れ角に応じた変調信号に変換されて出射する。そして、この変調信号は、集光レンズ１２で集められ検出部４の受光素子１１に取り込まれる。この場合、検出部４は、図６に示すように、変位検出回路部１６において、受光した変調信号を受光素子１１で光電変換してアナログの受光信号に変換し、さらに波形整形回路１３により波形整形してパルス信号に変換し、カウンタ１４で基準位置からのパルス数をカウントする。そして、このカウント数に基づいて演算部１５において、予め記憶された角度演算に必要な定数と後述の演算式とをメモリ１５ａから読み出して、演算器１５ｂで演算し可動部２の角度情報を出力する。
【００３１】
上記定数は、図７（ａ）に示されるように、可動部２の基準位置Ａ（例えば同図中破線で示す水平位置）における光入射角ψ及び上記基準位置Ａにおける光ビームの入射点の回動中心Ｏに対する距離Ｘ０、また、例えば符号化手段３の光吸収部６の配列ピッチｘである。ここで、可動部２が基準位置Ａから角度θだけ回動したときのカウンタ１４のカウント数をｎとすると、回動角θは、
θ＝ａｒｃｃｏｓ（Ｘ０／（Ｘ０＋ｎｘ）ｃｏｓψ）−ψ）  …（１）
の式で表される。この場合、例えば、光吸収部６が等ピッチ（ｘ＝一定）で形成されているとき、可動部２の振れ角θは、カウント数ｎに対して非線形に変化する。このとき、パルス信号は、図７（ｂ）に示すように、カウント数の増加と共にパルスピッチが広がるものとなる。
【００３２】
このように、本発明のアクチュエータの第１実施形態によれば、可動部２の符号化手段３における光ビームの変調信号を検出し、これを波形整形して光ビームの強度変動数をカウントして求め、このカウント数ｎにより（１）式を演算して可動部２の振れ角を容易に求めることができる。この場合、可動部２の振れ角を可動部２の振れ角に応じた変調信号に基づいて直接検出することができるので、角度の検出精度は、可動部２の回動速度変動及び振れ角変動の影響を受けることがなく高精度である。また、検出部４の受光素子１１には、ＰＤを使用することができるので応答速度が速く、安価である。さらに、マイクロマシニング技術を使用してアクチュエータを形成する際同時に符号化手段３を形成することができるので加工工数を減らすことができる。さらにまた、マイクロマシニング技術を使用して加工することができるので高精度に形成することができる。したがって、可動部２の振れ角の検出精度が向上する。
【００３３】
図８は、検出部４の変位検出回路部１６の他の構成例を示した図である。図６に示す変位検出回路部１６と異なるところは、演算部１５に替えてカウント数を回動部２の振れ角に変換する変換テーブルを予め記憶させたメモリ１７を備えている点である。これは、可動部２の回動により符号化手段３から出射される変調信号のパルス数をカウンタ１４でカウントし、このカウント数ｎに対応する振れ角θをメモリ１７の変換テーブルから読み出して出力するものである。これによれば、演算器１５ｂが不要となるため構成が簡単となる。また、角度検出精度が高い点及び応答速度が速く安価なＰＤが使用できる点は、図６の構成例と同じである。
【００３４】
なお、カウント数ｎに対して振れ角θがｎθ０（θ０は単位振れ角）の比例関係となるように（１）式を、例えば光吸収部６の配列ピッチｘについて逆算して求め、該配列ピッチｘで光吸収部６を形成してもよい。この場合、符号化手段３は、図９に示すように、例えば高出射部の光反射部５または低出射部の光吸収部６を往復回動する可動部２の回動中心に対して直行する方向に複数配列すると共に、配列ピッチと可動部２の一定振れ角とが対応するように回動中心から遠ざかるにつれてピッチが広くなるように形成されることになる。なお、低出射部は光吸収部６でなく光乱反射部７であってもよい。このとき、可動部２の回動中に符号化手段３から出射される光ビームの検出信号は単位振れ角θ０に相当する等ピッチのパルス信号となる。したがって、振れ角θはパルス数ｎをカウントすればｎθ０で求まり、回路構成が図１０に示すように、演算部１５や特別なメモリ１７を必要とせずより簡単になる。
【００３５】
また、符号化手段３は、図１１（ａ）に示すように、基準位置の、例えば光吸収部６の幅を広く形成してもよい。この場合、検出信号は、同図（ｂ）に示すように、基準位置に相当するパルス幅の広いパルス信号となり、基準位置の検出が容易になる。
【００３６】
図１２は、本発明に係るアクチュエータの第２実施形態の概略構成図である。ここでは、第１実施形態と同一の要素は同一の符号で示し、異なる部分についてのみ説明する。
図１２に示す第２実施形態のアクチュエータは、可動部２の光走査面２ｃとは反対側の表面２ａに符号化手段３を設けたものであり、該符号化手段３における光ビームの反射光を検出できるように検出部４を可動部２に対して発光部１と同じ側に配置して構成している。なお、同図において、符号１９は走査用光源を示す。これにより、発光部１を可動部２を間に走査用光源１９とは反対側に配置することができるので、発光部１や符号化手段３の配置位置が制約されることがない。
【００３７】
さらに、図１３は、本発明に係るアクチュエータの第３実施形態の概略構成図である。ここでは、第１実施形態と同一の要素は同一の符号で示し、異なる部分についてのみ説明する。
図１３に示す第３実施形態のアクチュエータは、可動部２の光走査領域に符号化手段３を設けて、走査用の光の一部を角度検出に使用するようにしており、該符号化手段３を、図１４に示すように、高出射部としての貫通孔８を等ピッチで複数配列して形成している。そして、走査用の光ビームの透過光を検出できるように検出部４を可動部２に対して走査用光源１９と反対側に配置した構成としている。
【００３８】
このように構成された符号化手段３は、入射光を貫通孔８で透過させると共に隣接する貫通孔８間において遮断して、光ビームに強度変調を与えて出射する。なお、上記符号化手段３の貫通孔８は、例えば図５と同様にしてシリコン基板等の可動部２を異方性エッチングして形成することができる。
【００３９】
第３実施形態によっても、第１実施形態と同様に、可動部２の振れ角を可動部２の振れ角に応じた変調信号に基づいて直接検出することができるので、角度の検出精度は、可動部２の回動速度変動及び振れ角変動の影響を受けることがなく高精度である。
【００４０】
図１５は、本発明に係るアクチュエータの第４実施形態の概略構成図である。ここでは、第１実施形態と同一の要素は同一の符号で示し、異なる部分についてのみ説明する。
図１５に示す第４実施形態のアクチュエータは、外側回動軸２０により回動可能に軸支された枠部２１に、上記外側回動軸２０に対して直交方向に設けられ可動部２を回動可能に軸支する回動軸１８を保持して構成したものであり、可動部２の回動軸１８に直交する辺部及び枠部２１の外側回動軸２０に直交する辺部に沿ってそれぞれ符号化手段３ａ，３ｂを設け、該符号化手段３ａ，３ｂに対してそれぞれ個別の発光部１ａ，１ｂから検出用の光ビームを発射できるように構成している。さらに、符号化手段３ａ，３ｂにおける光ビームの変調信号をそれぞれ検出する検出部４ａ，４ｂを可動部２に対して発光部１ａ，１ｂと同じ側に配置して構成している。また、検出部４ａ，４ｂの受光素子１１ａ，１１ｂの前面には、集光レンズ１２を備えている。この場合の符号化手段３ａ，３ｂとしては、第１実施例で示したものと同様のものが使用される。
【００４１】
このように構成された第４実施形態によれば、光ビームを二次元走査する光スキャナーの可動部２及び枠部２１の振れ角を高精度に検出することができる。
【００４２】
図１６は、本発明に係るアクチュエータの第５実施形態の概略構成図である。
ここでは、第１実施形態と同一の要素は同一の符号で示し、異なる部分についてのみ説明する。
図１６に示す第５実施形態のアクチュエータは、同図（ａ）に示すように、可動部２の光走査領域に符号化手段３を設けて、走査対象物２２からの反射光を検出部４で受けるように構成したものである。この場合、図９に示すものと同様の、中央部の基準位置から外方に向かって光吸収部６のピッチが広くなるようなパターンの符号化手段３を形成しておくと、検出部４におけるパルス信号は、図１６（ｂ）に示すように、等ピッチのパルス列となる。したがって、走査対象物２２から反射される光ビームのパルス列について、基準位置から走査対象物２２の一方の端部Ｂ及び他の端部Ｃに相当するパルスまでの時間をそれぞれＴ１，Ｔ２とし、パルスピッチをｔとすると、時間Ｔ１の間のパルスカウント数ｎ１（整数）は、ｎ１≒Ｔ１／ｔとして、また、時間Ｔ２の間のパルスカウント数ｎ２（整数）は、ｎ２≒Ｔ２／ｔで求まる。したがって、時間ｔに相当する可動部２の振れ角を単位振れ角θ０とすると、基準位置から走査対象物２２の両端部Ｂ，Ｃまでの可動部２の各振れ角θ１，θ２は、それぞれθ１＝ｎ１θ０及びθ２＝ｎ２θ０で求まる。これにより、走査対象物２２の両端部Ｂ，Ｃ間を走査する光ビームの走査角度に相当する可動部２の振れ角θは、θ＝（ｎ１＋ｎ２）θ０として求めることができる。
【００４３】
また、走査対象物２２の両端部Ｂ，Ｃで反射された光ビームの往復時間をそれぞれ測定することによって、走査用光源１９から走査対象物２２の両端部Ｂ，Ｃまでの距離Ｄ１，Ｄ２を計測することができる。これにより、走査対象物２２の両端部Ｂ，Ｃ間の寸法Ｌは、
Ｌ＝（Ｄ１２＋Ｄ２２−２・Ｄ１・Ｄ２ｃｏｓθ）１／２  …（２）
の式を演算して求めることができる。
【００４４】
こうのように、第５実施形態によれば、発光部１と走査用光源１９とを一つの光源で兼用でき、また検出部４で角度検出と測長の両方を行うことができので、使用部品数を減らして安価な側長用アクチュエータを構成することができる。なお、図１６においては、説明の便宜から走査用光源１９、可動部２及び検出部４を離れた位置に配置して示しているが、実際には、これらは一つのユニット内に納められる。
【００４５】
図１７は、本発明に係るアクチュエータの第６実施形態の概略構成図である。
ここでは、第１実施形態と同一の要素は同一の符号で示し、異なる部分についてのみ説明する。
図１７に示す第６実施形態のアクチュエータは、可動部２の特定の振れ角範囲を検出できるようにしたものであり、同図（ａ）に示すように、可動部２の回動中、半周期につき２つのパルス信号を発生するように、例えば光吸収部６を特定の振れ角、例えば、正負の最大振れ角に相当する可動部２の表面２ａの２箇所の位置に配置して符号化手段３を形成したものである。
【００４６】
これにより、同図（ｂ）に示すように、半周期中に検出部４で検出される２つのパルス信号ｔ１，ｔ２により特定の振れ角範囲を知ることができ、可動部２の振れ角を該振れ角範囲に制御することができる。
【００４７】
図１８は、本発明に係るアクチュエータの第７実施形態の概略構成図である。ここでは、第１実施形態と同一の要素は同一の符号で示し、異なる部分についてのみ説明する。
図１８に示す第７実施形態のアクチュエータは、同図（ａ）に示すように、可動部２の表面２ａの光走査面の３箇所に幅の広い例えば光吸収部６を配置し、該光吸収部６に挟まれて２箇所に光反射部５を設けて符号化手段３を形成しており、特定の振れ角に相当する２箇所の位置に上記光反射部５が位置付けられている。
【００４８】
これにより、図１７と同様に、図１８（ｂ）に示すように、半周期中に検出部４で検出される２つのパルス信号ｔ１、ｔ２により特定の振れ角範囲を知ることができ、可動部２の振れ角を該振れ角範囲に制御することができる。
【００４９】
図１９は、本発明に係るアクチュエータの第８実施形態の概略構成図である。ここでは、第１実施形態と同一の要素は同一の符号で示し、異なる部分についてのみ説明する。
図１９に示す第８実施形態のアクチュエータは、同図（ａ）に示すように、可動部２の表面２ａの光走査面の２箇所に幅の広い例えば光吸収部６を形成しており、該光吸収部６の内側辺部が特定の振れ角に相当するように配置し、２つの光吸収部６に挟まれて光反射部５を設けて符号化手段３を形成している。
【００５０】
この場合、例えば、可動部２が図１９中左上がりの状態から左下がりの状態まで回動するとき、光ビームは、同図中左の光吸収部６から光反射部５を経て右側の光吸収部６まで走査する。このとき検出部４で検出される変調信号に基づくパルス信号は、同図（ｂ）に示すように、パルス幅の広い１つの立上りパルス信号である。
【００５１】
これにより、該パルス信号の立上り部ｔ１及び立下り部ｔ２を検出することにより特定の振れ角範囲を知ることができ、可動部２の振れ角を該振れ角範囲に制御することができる。
【００５２】
図２０は、本発明に係るアクチュエータの第９実施形態の概略構成図である。ここでは、第１実施形態と同一の要素は同一の符号で示し、異なる部分についてのみ説明する。
図２０に示す第９実施形態のアクチュエータは、同図（ａ）に示すように、可動部２の表面２ａの光走査面に幅の広い例えば光吸収部６を一つだけ、その両端部が特定の振れ角に相当する位置となるように配置し、該光吸収部６の両側部に光反射部５を設けて符号化手段３を形成したものである。
【００５３】
この場合、例えば、可動部２が図２０中左上がりの状態から左下がりの状態まで回動するとき、光ビームは、同図中左の光反射部５から光吸収部６を経て右側の光反射部５まで走査する。このとき検出部４で検出される変調信号に基づくパルス信号は、同図（ｂ）に示すように、パルス幅の広い１つの立下りパルス信号である。
【００５４】
これにより、該パルス信号の立下り部ｔ１及び立上り部ｔ２を検出することにより特定の振れ角範囲を知ることができ、可動部２の振れ角を該振れ角範囲に制御することができる。
【００５５】
なお、第６〜９実施形態について、符号化手段３は光反射部５と光吸収部６との組み合わせに限らず、光反射部５と光乱反射部７との組み合わせであっても、貫通孔８を配列したものであってもよい。ただし、貫通孔８の場合には、検出部４は、可動部２を間に発光部１と反対側に配置される。
【００５６】
また、基準角度のみを知る場合には、基準角度に相当する変位に光反射部５または光吸収部６若しくは光乱反射部７または貫通孔８を一つだけ設けてもよい。なお、例えばトーションバーで回動可能に軸支した可動部２側に駆動用の平面コイルを設け、この駆動コイルに静磁界を作用させ、平面コイルに電流を流すことにより発生するローレンツ力により可動部２を回動するような電磁アクチュエータの場合、可動部２の周縁部に沿って敷設された駆動用の平面コイル部分を符号化手段３として使用しても良い。また、光スキャナーのような光走査面を備えるアクチュエータの場合、可動部２に設けられた光走査面の端部を符号化手段３として使用しても良い。これらの場合、平面コイルの面または光走査面が高出射部として、これら以外の部位が低出射部として機能する。この場合、可動部の特定の振れ角位置でパルスが発生するように光ビームを入射させるとよい。さらに、上述の各実施形態で示したアクチュエータに限らず、往復回動するものであればいかなるアクチュエータであってもよいし、符号化手段３を設ける変位検出対象物は、上述のような往復回動するものに限られず、往復の直線動作するものであってもよい。この場合、符号化手段３は、変位検出対象物の上下表面だけでなく側面にも設けることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のアクチュエータによれば、可動部に設けた符号化手段により発光部より発射された光ビームを可動部の変位に応じて強度変調を与えて出射し、検出部によりこの強度変調された光ビームの変調信号を検出して可動部の変位検出を行うようにしたので、可動部の変位を該変位に応じた光ビームの変調信号に基づいて直接検出することができ、変位検出を可動部の変位速度変動及び変位変動の影響を受けることなく高精度に行うことができる。
【００５８】
また、検出部には、受光素子としてＰＤを使用することができるので、可動部の変位検出を高速度で行える変位検出機能を備えた安価なアクチュエータを提供することができる。
【００５９】
さらに、符号化手段を、マイクロマシニング技術を使用してアクチュエータを形成する際同時に形成することができるので高精度に形成することができる。したがって、可動部の変位の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアクチュエータの第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】第１実施形態の符号化手段の一構成例を示す断面図である。
【図３】第１実施形態の符号化手段の他の構成例を示す断面図である。
【図４】図２の符号化手段の一形成方法を示す工程図である。
【図５】図３の符号化手段の一形成方法を示す工程図である。
【図６】検出部の一回路構成を示すブロック図である。
【図７】第１実施形態の変位検出方法を示す説明図である。
【図８】検出部の他の回路構成を示すブロック図である。
【図９】図２の符号化手段の他の構成例を示す断面図である。
【図１０】図９の符号化手段を用いた場合の検出部の回路構成を示すブロック図である。
【図１１】図２の符号化手段の更に他の構成例を示す断面図である。
【図１２】本発明によるアクチュエータの第２実施形態を示す概略構成図である。
【図１３】本発明によるアクチュエータの第３実施形態を示す概略構成図である。
【図１４】第３実施形態の符号化手段の一構成例を示す断面図である。
【図１５】本発明によるアクチュエータの第４実施形態を示す概略構成図である。
【図１６】本発明によるアクチュエータの第５実施形態を示す概略構成図である。
【図１７】本発明によるアクチュエータの第６実施形態を示す概略構成図である。
【図１８】本発明によるアクチュエータの第７実施形態を示す概略構成図である。
【図１９】本発明によるアクチュエータの第８実施形態を示す概略構成図である。
【図２０】本発明によるアクチュエータの第９実施形態を示す概略構成図である。
【図２１】従来技術に成る角度検出方法を示す説明図である。
【図２２】従来技術に成る他の角度検出方法を示す説明図である。
【図２３】従来技術に成る更に他の角度検出方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１…発光部
２…可動部
２ａ…表面
３…符号化手段
４…検出部
５…光反射部
６…光吸収部
７…光乱反射部
８…貫通孔
１１…受光素子
１２…集光レンズ
１３…波形整形回路
１４…カウンタ
１５…演算部
１６…変位検出回路部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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