(57)【要約】【課題】一対のトーションバーにより支持した可動部で二次元動作を可能とすると共に、大振幅化を可能としたプレーナー型アクチュエータを提供する。【解決手段】固定部１に一対のトーションバー２Ａ，２Ｂによって揺動可能に支持された可動部３と、該可動部３を駆動する駆動手段４と、を備え、前記トーションバー２Ａ，２Ｂを、前記可動部３の回りに渦巻状に形成した。【選択図】      図１
2004237400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部に一対のトーションバーによって揺動可能に支持された可動部と、
該可動部を駆動する駆動手段と、を備え、
前記トーションバーを、前記可動部の回りに渦巻状に形成したことを特徴とするプレーナー型アクチュエータ。
【請求項２】
前記トーションバーを、可動部の重心を中心に点対称に形成したことを特徴とする請求項１に記載のプレーナー型アクチュエータ。
【請求項３】
前記可動部に対して、前記可動部が有する二つの共振モードに相当する二つの共振周波数の振動を付与する構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載のプレーナー型アクチュエータ。
【請求項４】
前記可動部が、外側トーションバーにより前記固定部に揺動可能に支持する枠状の外側可動部と、内側トーションバーにより前記外側可動部に揺動可能に支持する内側可動部とからなり、前記内側及び外側トーションバーの少なくとも一方を渦巻状としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプレーナー型アクチュエータ。
【請求項５】
前記渦巻状の各トーションバーを、角状に折曲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ー型アクチュエータ。
【請求項６】
前記渦巻状の各トーションバーを、曲線状に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ー型アクチュエータ。
【請求項７】
前記可動部を、枠状の一つの固定部の内側に複数整列配置する構成としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のプレーナー型アクチュエータ。
【請求項８】
前記複数の可動部の各共振周波数が互いに異なるように構成したことを特徴とする請求項７に記載のプレーナー型アクチュエータ。
【請求項９】
前記駆動手段を、前記可動部の周縁部に敷設した駆動コイルと、該駆動コイルに静磁界を作用する静磁界発生手段と、を備え、駆動コイルに駆動電流を供給するよう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プレーナー型アクチュエータ。
【請求項１０】
前記駆動手段を、前記可動部に設けた薄膜磁石と、該薄膜磁石に磁界を作用するコイルと、を備え、該コイルに電流を供給するよう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プレーナー型アクチュエータ。
【請求項１１】
前記駆動手段を、前記可動部に設けた電極と、該電極に対向した部位に設けた他の電極と、を備え、該電極間に駆動電圧を印加するよう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プレーナー型アクチュエータ。
【請求項１２】
前記駆動手段を、前記固定部に設けた電極と、該電極に対向した部位に設けた他の電極と、を備え、該電極間に駆動電圧を印加するよう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プレーナー型アクチュエータ。
【請求項１３】
前記駆動手段を、前記固定部に圧電素子を備え、該圧電素子に駆動電圧を印加するよう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プレーナー型アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレーナー型アクチュエータに関し、特に、一対のトーションバーで二次元動作を可能にしたプレーナー型アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプレーナー型アクチュエータには、可動部を、固定部に一対の直線状のトーションバーで揺動可能に軸支し、トーションバーの軸方向に平行な可動部の対辺部分に駆動力を発生させ駆動するようにしたものがある。しかし、このような構成で可動部の大振幅駆動を実現しようとする場合には、トーションバーを長くする必要があり、アクチュエータが大型化する弊害があった。
【０００３】
そこで、この問題を解決し可動部の大振幅駆動と小型化を同時に実現するために、可動部を固定部に揺動可能に支持する一対のトーションバーをＳ字状に屈曲する形状に形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。このように構成することにより、可動部と固定部の間隔を大きくすることなく長いトーションバーを確保することができ、大振幅駆動する小型のプレーナー型アクチュエータの提供が可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２９２４２００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のプレーナー型アクチュエータは、各トーションバーの実質的な中心軸線が同一線上にあるため、二次元動作を実現しようとした場合には、内側可動部を内側Ｓ字状トーションバーで枠状の外側可動部に支持し、該外側可動部を外側Ｓ字状トーションバーで固定部に支持する構成とする必要があり、内側可動部と固定部間に外側可動部及び外側Ｓ字状トーションバーが介在し小型化が困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、一対のトーションバーにより支持した可動部で二次元動作を可能とすると共に、大振幅化を可能としたプレーナー型アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項１の発明は、固定部に一対のトーションバーによって揺動可能に支持された可動部と、該可動部を駆動する駆動手段と、を備え、前記トーションバーを、前記可動部の回りに渦巻状に形成した。
【０００８】
このような構成により、可動部の回りに設けられた渦巻状のトーションバーで可動部を固定部に揺動可能に支持し、駆動手段で可動部を駆動する。これにより、一対のトーションバーで支持された可動部に二次元動作をさせると共に、大振幅化を可能とする。
【０００９】
この場合、請求項２のように前記トーションバーを、可動部の重心を中心に点対称に形成するとよい。また、請求項３のように前記可動部に対して、前記可動部が有する二つの共振モードに相当する二つの共振周波数の振動を付与する構成とするとよい。
【００１０】
また、請求項４の構成の場合においては、前記可動部が、外側トーションバーにより前記固定部に揺動可能に支持する枠状の外側可動部と、内側トーションバーにより前記外側可動部に揺動可能に支持する内側可動部とからなり、前記内側及び外側トーションバーの少なくとも一方を渦巻状とした。
【００１１】
そして、請求項１〜４のいずれの場合においても、請求項５のように前記渦巻状の各トーションバーを、角状に折曲形成するとよい。または、請求項６のように曲線状に形成してもよい。
【００１２】
また、請求項７の構成の場合においては、前記可動部を、枠状の一つの固定部の内側に複数整列配置する構成とした。この場合、請求項８のように前記複数の可動部の各共振周波数が互いに異なるように構成してもよい。
【００１３】
そして、前記駆動手段を、請求項９のように前記駆動手段を、前記可動部の周縁部に敷設した駆動コイルと、該駆動コイルに静磁界を作用する静磁界発生手段と、を備え、駆動コイルに駆動電流を供給するよう構成するとよい。または、請求項１０のように前記駆動手段を、前記可動部に設けた薄膜磁石と、該薄膜磁石に磁界を作用するコイルと、を備え、該コイルに電流を供給するよう構成してもよい。さらには、請求項１１のように前記駆動手段を、前記可動部に設けた電極と、該電極に対向した部位に設けた他の電極と、を備え、該電極間に駆動電圧を印加するよう構成してもよく、または請求項１２のように前記固定部に設けた電極と、該電極に対向した部位に設けた他の電極と、を備え、該電極間に駆動電圧を印加するよう構成してもよい。また、請求項１３のように前記駆動手段を、前記固定部に圧電素子を備え、該圧電素子に駆動電圧を印加するよう構成してもよい。
【００１４】
【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、本発明に係るプレーナー型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実施形態のプレーナー型アクチュエータは、枠状の固定部１と、渦巻状の一対のトーションバー２Ａ，２Ｂと、矩形状の可動部３と、駆動手段４と、を備えて構成する。
【００１５】
上記可動部３は、固定部１に一対のトーションバー２Ａ，２Ｂによって揺動可能に支持されており、半導体基板をその厚み方向に異方性エッチングして固定部１及びトーションバー２Ａ，２Ｂと一体的に形成される。なお、半導体基板は、半導体微細加工技術を応用して加工するものであればよく、例えばシリコン基板やプラスチック基板などである。
【００１６】
ここで、上記渦巻状のトーションバー２Ａ，２Ｂは、角状に折曲した形状を有して可動部３の重心Ｇを中心に点対称に可動部３の回りに形成されており、トーションバー２Ａ（または２Ｂ）の外側支持部２Ａ１（または２Ｂ１）を、対応する内側支部２Ａ２（または２Ｂ２）と可動部３の重心Ｇを結ぶ線Ｘに対して平面視で可動部３の重心Ｇを原点として角度θだけずらして設けている。これにより、可動部３には、図１に示す二つの動作軸Ａ，Ｂの下に揺動する二つの共振モードが現れる。なお、トーションバー２Ａ，２Ｂが、可動部３の重心Ｇを中心に点対称に設けられていなくても、可動部３は、所定の共振周波数で二次元動作する。しかし、上述のようにトーションバー２Ａ，２Ｂを可動部３の重心Ｇを中心に点対称に設ければ可動部３を動作軸Ａ，Ｂに対して対称に動作させることが容易となる。
【００１７】
一方、上記駆動手段４は、駆動コイル５と静磁界発生手段６Ａ，６Ｂとを備えてなる。
上記駆動コイル５は、可動部３の周縁部に敷設されており、その両端部は、トーションバー２Ａ，２Ｂを介して固定部１側に引出され、固定部１上に設けられた電極端子部７に接続している。そして、図示省略の制御装置に接続して駆動電流を供給できるようになっている。
【００１８】
また、静磁界発生手段６Ａ，６Ｂは、上記駆動コイル５に流れる駆動電流に静磁界を作用してローレンツ力を発生させ、可動部３を揺動させるものであり、例えばトーションバー２Ａ，２Ｂの二つの内側支持部２Ａ２，２Ｂ２を結ぶ線に直交する方向で固定部１の外側に可動部３を間にして互いに反対磁極を対向して配置している。そして、例えば永久磁石からなる。
【００１９】
次に、本第１実施形態の動作を説明する。
先ず、図１に示す可動部３に敷設した駆動コイル５に対して、図示省略の制御装置から電極端子部７を介して可動部３が有する二つの共振モードに相当する二つの共振周波数の駆動電流を重畳して供給する。一方、駆動コイル５には、静磁界発生手段６Ａ，６Ｂから静磁界が付与されている。したがって、可動部３は、上記駆動コイル５を流れる駆動電流と可動部３の駆動コイル形成面に平行な静磁界成分との相互作用により発生するローレンツ力をその対辺部に得て揺動する。
【００２０】
この場合、一対のトーションバー２Ａ，２Ｂは、可動部３の回りに折曲した渦巻状に形成し、且つ可動部３の重心Ｇに対して点対称の位置で可動部３を支持しているので、可動部３には、上記トーションバー２Ａ，２Ｂのたわみと捩じりの複合動作により、例えば、図１に示すような二つの動作軸Ａ，Ｂを有する二つの共振モードが発生する。これにより、可動部３は、上記二つの動作軸Ａ，Ｂの下に対称な二次元の共振動作をすることになる。この場合、トーションバー２Ａ，２Ｂが、従来の直線状のものよりも長いので、可動部３を大振幅で駆動できる。
【００２１】
なお、上述のような二次元駆動する場合には、静磁界発生手段６Ａ，６Ｂは、図１に示すような一対だけに限られず、可動部３を間にしてトーションバー２Ａ，２Ｂの二つの内側支持部２Ａ２，２Ｂ２を結ぶ線方向に、さらに一対設けてもよい。この場合、可動部３の動作効率がより向上する。
【００２２】
また、上記二つの共振モードの内いずれか一方の共振モードに相当する一つの共振周波数の駆動電流を駆動コイル５に供給すると、可動部３は、該共振周波数に相当する共振モードの動作軸ＡまたはＢのみによって一次元動作することになる。この場合、トーションバー２Ａ，２Ｂが従来の直線状のものより長いので、可動部３を大振幅で駆動できる。
【００２３】
なお、静磁界発生手段６Ａ，６Ｂの配置位置は、前述のようなトーションバー２Ａ，２Ｂの二つの内側支持部２Ａ２，２Ｂ２を結ぶ線に直交する方向またはそれに沿う方向に限定されず、外側駆動コイル５に対して可動部３の駆動コイル形成面に平行な静磁界成分を作用させることができれば、可動部３の外側のいずれの部位に配置してもよい。
【００２４】
このように、本第１実施形態によれば、一対のトーションバー２Ａ，２Ｂを渦巻状に形成し、該トーションバー２Ａ，２Ｂによって可動部３の重心Ｇに対して点対称の位置で可動部３を支持する構成としているので、可動部３に二つの動作軸Ａ，Ｂを有する二つの共振モードが現れ、一対のトーションバー２Ａ，２Ｂでもって可動部３に二次元の共振動作をさせることができる。これにより、二次元動作を可能とするプレーナー型アクチュエータの小型化を図ることができる。
【００２５】
また、一対のトーションバー２Ａ，２Ｂを渦巻状に形成することにより、可動部３と固定部１の間隔を変えることなくトーションバー２Ａ，２Ｂの長さを長くすることができる。これにより、プレーナー型アクチュエータの形状を大きくすることなく可動部３の大振幅化を実現することができる。
【００２６】
さらに、図２（ａ）に示すように、直線状の一対のトーションバー２Ａ，２Ｂで可動部３を軸支した従来のプレーナー型アクチュエータにおいては、図中左右方向からの外力がトーションバー２Ａ，２Ｂを介して直接可動部３に作用することになるが、本第１実施形態によれば、一対のトーションバー２Ａ，２Ｂを渦巻状に形成しているので、同図（ｂ）に示すように図中左右または上下方向の外力は、トーションバー２Ａ，２Ｂのたわみによって緩和され直接可動部３に作用せず、可動部３に対する外力の影響を低減することができる。
【００２７】
なお、一般に、従来の直線状の一対のトーションバーで揺動可能に軸支された可動部においても、トーションバーの捩じりの動作軸と、該動作軸に直交するトーションバーのたわみの動作軸とに基づく二つの共振モードが存在する。しかし、この場合、トーションバーの軸方向に直交するたわみの動作軸の共振モードは、トーションバーが短いためにたわみ動作が規制されて現れ難い。したがって、従来の場合、共振駆動したときは、可動部は、主にトーションバーの軸と一致する捩じりの動作軸に基づく共振モードで一次元動作し、二次元動作が抑制される。
【００２８】
図３は、第１実施形態の変形例を示すものである。
図３に示すように、トーションバー２Ａ，２Ｂは、可動部３の対角線方向に引出し、可動部３の回りに略半周して設けてもよく（同図（ａ）参照）、また可動部３の対角方向の隅部から対辺に直交する方向に引出し、可動部３の回りに略半周して設けてもよく（同図（ｂ）参照）、さらに可動部３の対辺部で対辺中心部から辺部に沿って互いに反対方向に同距離だけずれた位置で可動部３を支持し、可動部３の回りに略半周して設けてもよい（同図（ｃ）参照）。
【００２９】
また、図４は、図１に示す矩形状の可動部３と角状に折曲した形状のトーションバー２Ａ，２Ｂとに替えて、可動部３を円形状とし、トーションバー２Ａ，２Ｂを可動部３の回りに曲線状に形成した第１実施形態の別の変形例を示すものである。この場合、トーションバー２Ａ（または２Ｂ）の外側支持部２Ａ１（または２Ｂ１）を、対応する内側支部２Ａ２（または２Ｂ２）と可動部３の重心Ｇを結ぶ線Ｘに対して二つの共振モードが現れるように十分な角度θだけずらして可動部３の重心Ｇを原点として設ける。同図（ａ）はθ＝π／２に設定した例、同図（ｂ）はθ＝πに設定した例、同図（ｃ）はθ＝２πに設定した例、同図（ｄ）はθ＝７π／４に設定した例をそれぞれ示す。このようにずらし角度θは、二つの共振モードが現れるに十分な角度であれば任意であり、この角度θを大きくすることによってトーションバー２Ａ，２Ｂを長くすることができ、より大振幅化を実現することができる。なお、可動部３の形状は、矩形状または円形状に限定されず、楕円状等いかなる形状であってもよい。
【００３０】
次に、本発明に係るプレーナー型アクチュエータの第２実施形態を、図５を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第１実施形態と異なる部分について説明する。
【００３１】
図５に示す第２実施形態は、可動部３を、外側トーションバー１０Ａ，１０Ｂにより固定部１に揺動可能に支持する円形枠状の外側可動部８と、内側トーションバー１１Ａ，１１Ｂにより外側可動部８に揺動可能に支持する円形状の内側可動部９とからなるよう構成した。そして、内側トーションバー１１Ａ，１１Ｂを曲線状の渦巻状に形成して内側可動部９の重心Ｇ１を中心に点対称に設け、また外側トーションバー１０Ａ，１０Ｂを曲線状の渦巻状に形成して外側可動部８の重心Ｇ２（通常、Ｇ１に略一致）を中心に点対称に設けた。
【００３２】
この場合、上記一対の内側トーションバー１１Ａ（または１１Ｂ）の外側支持部１１Ａ１（または１１Ｂ１）を、対応する内側支部１１Ａ２（または１１Ｂ２）と内側可動部重心Ｇ１を結ぶ線Ｘに対して内側可動部重心Ｇ１を原点として平面視で所定の角度θ１（図５ではπ／２）だけずらして設けると共に、上記一対の外側トーションバー１０Ａ（または１０Ｂ）の外側支持部１０Ａ１（または１０Ｂ１）を、対応する内側支部１０Ａ２（または１０Ｂ２）と外側可動部重心Ｇ２を結ぶ線Ｙに対して外側可動部重心Ｇ２を原点として平面視で所定の角度θ２（図５ではπ／２）だけずらして設ける。
【００３３】
そして、駆動手段を、上記外側及び内側可動部８，９の双方に各可動部の周縁部に敷設した図示省略の駆動コイルと、外側トーションバー１０Ａ，１０Ｂの二つの内側支持部１０Ａ２，１０Ｂ２を結ぶ線に直交する方向及び内側トーションバー１１Ａ，１１Ｂの二つの内側支持部１１Ａ２，１１Ｂ２を結ぶ線に直交する方向で固定部１の外側にそれぞれ可動部３を間にして互いに反対磁極を対向して配置した静磁界発生手段１２Ａ，１２Ｂ及び１３Ａ，１３Ｂと、を備えて構成する。なお、静磁界発生手段１２Ａ，１２Ｂ及び１３Ａ，１３Ｂは、駆動コイルに対して可動部３の駆動コイル形成面に平行な静磁界成分を作用させることができれば、可動部３の外側のいずれの部位に配置してもよい。
【００３４】
次に、本第２実施形態の動作を説明する。
先ず、上記外側可動部８及び内側可動部９が有するそれぞれ二つの共振モードに相当する共振周波数のうち二つの共振周波数が選択され、この二つの共振周波数の駆動電流が上記各可動部に敷設した図示省略の駆動コイルに対して供給される。一方、上記各駆動コイルには、静磁界発生手段１２Ａ，１２Ｂ及び１３Ａ，１３Ｂから静磁界が付与されている。したがって、上記各可動部は、上記各駆動コイルを流れる駆動電流と可動部３の駆動コイル形成面に平行な静磁界成分との相互作用により発生するローレンツ力を得て振動する。そして、外側トーションバー１０Ａ，１０Ｂまたは内側トーションバー１１Ａ，１１Ｂのたわみと捩じりの複合動作により二つの動作軸の下に二次元の共振動作をする。
【００３５】
ここで、図６を参照して、第２実施形態の動作をより具体的に説明する。なお、図６では、内側可動部９に反射ミラーを設けて光を走査する場合を例に説明する。
図６（ａ）は、例えば内側可動部９が有する二つの共振モードの動作軸Ａ１，Ｂ１を表しており、矢印Ｍは、内側可動部９の動作軸Ａ１回りの揺動による光走査方向を示し、矢印Ｎは、内側可動部９の動作軸Ｂ１回りの揺動による光走査方向を示す。この場合、動作軸Ａ１の共振モードに相当する共振周波数をＦ１１とし、動作軸Ｂ１の共振モードに相当する共振周波数をＦ１２とする。また、同様に、同図（ｂ）は、例えば外側可動部８が有する二つの共振モードの動作軸Ａ２，Ｂ２を表しており、矢印Ｏは、外側可動部８の動作軸Ａ２回りの揺動による光走査方向を示し、矢印Ｐは、外側可動部８の動作軸Ｂ２回りの揺動による光走査方向を示す。またこの場合も同様に、動作軸Ａ２の共振モードに相当する共振周波数をＦ２１とし、動作軸Ｂ２の共振モードに相当する共振周波数をＦ２２とする。なお、各矢印の大きさは、それぞれ振幅の大きさを表している。
【００３６】
ここで、例えば、動作軸Ａ１とＡ２及び動作軸Ｂ１とＢ２とが互いに一致するように外側トーションバー１０Ａ，１０Ｂ及び内側トーションバー１１Ａ，１１Ｂの長さ（外側支持部位置）または断面積等が調整されている場合に、共振周波数Ｆ１１とＦ２２を選択して内側可動部９の駆動コイルに共振周波数Ｆ１１の駆動電流を、また外側可動部８の駆動コイルに共振周波数Ｆ２２の駆動電流を供給すると、内側可動部９が動作軸Ａ１回りに揺動し、外側可動部８が動作軸Ｂ２回りに揺動する。その結果、内側可動部９の光走査により、図６（ｃ）に示すような方形範囲の二次元動作像が描かれる。
【００３７】
一方、共振周波数Ｆ１２とＦ２１を選択し、内側可動部９の駆動コイルに共振周波数Ｆ１２の駆動電流を、また外側可動部８の駆動コイルに共振周波数Ｆ２１の駆動電流を供給すると、内側可動部９が動作軸Ｂ１回りに揺動し、外側可動部８が動作軸Ａ２回りに揺動する。その結果、内側可動部９の光走査により、図６（ｄ）に示すような方形範囲の二次元動作像が描かれる。
【００３８】
さらに、図示しないが、共振周波数Ｆ１１とＦ１２を選択すれば、内側可動部９のみが二次元動作し、矢印Ｍ，Ｎの振幅に基づく二次元動作像が、また共振周波数Ｆ２１とＦ２２を選択すれば、内側可動部９が外側可動部８と一体的に二次元動作し、矢印Ｏ，Ｐの振幅に基づく二次元動作像が描かれることになる。
【００３９】
そして、共振周波数Ｆ１１とＦ２１とを選択したときは、内側可動部９は動作軸Ａ１回りに揺動し、外側可動部８は動作軸Ａ２回りに揺動する。その結果、各可動部の揺動方向が互いに一致することになり、図６（ｅ）に示すように各可動部の揺動振幅（矢印Ｍ，Ｏ）が加算されてより大振幅の一次元動作像が描かれる。またこの場合、共振周波数Ｆ１２とＦ２２とを選択したときは、内側可動部９は動作軸Ｂ１回りに揺動し、外側可動部８は動作軸Ｂ２回りに揺動する。その結果、各可動部の揺動方向が互いに一致することになり、同図（ｆ）に示すように（ｅ）に示す方向と直交方向に各可動部の揺動振幅（矢印Ｎ，Ｐ）が加算されてより大振幅の一次元動作像が描かれる。
【００４０】
また、例えば外側可動部８及び内側可動部９の各二つの共振モードが完全に一致するように外側トーションバー１０Ａ，１０Ｂ及び内側トーションバー１１Ａ，１１Ｂの長さ及び断面積等を調整して形成した場合には、動作軸Ａ１とＡ２及び動作軸Ｂ１とＢ２とが互いに一致し、且つ共振周波数Ｆ１１とＦ２１及びＦ１２とＦ２２とが一致することになる。この場合、内側可動部９の駆動コイルに共振周波数Ｆ１１，Ｆ１２の駆動電流を重畳し、同時に外側可動部８の駆動コイルに共振周波数Ｆ２１，Ｆ２２の駆動電流を重畳して供給すると、より大振幅の二次元動作像を描くことができる。
【００４１】
なお、共振周波数Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ２１，Ｆ２２から三つを選択してもよい。この場合も、上述と異なる二次元動作像を得ることができる。
【００４２】
また、内側可動部９の二つの動作軸と外側可動部８の二つの動作軸を異ならせてもよい。この場合、各可動部の動作に伴って、内側可動部９の光走査により描かれる二次元動作像は菱形状となる。また、選択した二つの共振周波数の駆動電流は、外側可動部８または内側可動部９のいずれか一方の駆動コイルのみに重畳して供給してもよい。この場合も、各可動部に上記共振周波数に相当する共振モードの動作を行わせることができる。
【００４３】
このように、本第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、外側トーションバー１０Ａ，１０Ｂ及び内側トーションバー１１Ａ，１１Ｂをそれぞれ外側可動部８及び内側可動部９の回りに渦巻状に形成しているので、内側可動部９と外側可動部８及び外側可動部８と固定部１の各間隔を狭くすることができ、二つの可動部を有する従来の二次元動作のプレーナー型アクチュエータと同様の構成でありながらより小型化を図ることができる。
【００４４】
また、外側可動部８及び内側可動部９の有する各二つの共振モードに相当する共振周波数から少なくとも二つの共振周波数を選択して該共振周波数の駆動電流を供給するようにしているので、二つの共振周波数を選択すれば６通りの組合せが、また三つを選択すれば４通りの組合せが、さらに四つを選択すれば１通りの組合せができ、これにより駆動電流の周波数組合せを選択するだけでプレーナー型アクチュエータの構成を変更することなく可動部３に１１通りの動作を行わせることができる。
【００４５】
さらに、外側トーションバー１０Ａ，１０Ｂ及び内側トーションバー１１Ａ，１１Ｂの長さ及び断面積等を調整し、外側及び内側可動部８，９の二つの共振モードを完全に一致させた場合には、各可動部のそれぞれ二つの動作軸に基づく揺動振幅が加算されてより大振幅の二次元動作を行わせることができる。
【００４６】
さらにまた、外側可動部８と内側可動部９の共振周波数比が大きくなるように外側及び内側トーションバー１０Ａ，１０Ｂ及び１１Ａ，１１Ｂの長さ及び断面積等を調整して形成した場合には、可動部３に緻密なラスタースキャンの動作を行わせることができる。この場合、外側トーションバー１０Ａ，１０Ｂと内側トーションバー１１Ａ，１１Ｂのうち少なくとも一方を従来と同じ直線状のトーションバーで形成し、他方を渦巻状とすると共振周波数比をより大きくすることができる。
【００４７】
そして、外側または内側可動部８，９の駆動コイルのいずれか一方に直流電流を供給した場合には、外側または内側可動部８，９のいずれか一方の可動部を任意の角度で停止させることもできる。
【００４８】
次に、本発明に係るプレーナー型アクチュエータの第３実施形態を、図７を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第１実施形態と異なる部分について説明する。
【００４９】
図７の第３実施形態は、図１に示す第１実施形態の可動部３を、例えば３個、整列配置し、それぞれ角状に折曲して渦巻状としたトーションバー２Ａ，２Ｂで枠状の一つの固定部１に支持する構成とし、アレイ状のプレーナー型アクチュエータを構成している。
【００５０】
駆動手段は、トーションバー２Ａ，２Ｂを介して各可動部３に敷設した図示省略の駆動コイルと、トーションバー２Ａ，２Ｂの二つの内側支持部２Ａ２，２Ｂ２を結ぶ線に直行方向で固定部１の外側の部位に配置され、３個の可動部３に共通する静磁界発生手段６Ａ，６Ｂと、を備えて構成し、静磁界発生手段６Ａ，６Ｂの互いに対向する磁極と反対側の磁極を枠状のヨーク部材１４で磁気的に接続している。
【００５１】
このような構成において、各可動部３の図示省略の駆動コイルに各可動部３が有する二つの共振モードに相当する共振周波数の駆動電流を重畳して供給すると、静磁界発生手段６Ａ，６Ｂによる静磁界と上記駆動電流とが相互作用して各可動部３がそれぞれ上記二つの共振モードに基づく二次元の共振動作をする。
【００５２】
なお、トーションバー２Ａ，２Ｂの長さまたは断面積等を調整して、上記複数の可動部３の共振モードをそれぞれ異なるようにしてもよい。また、上記各可動部３の駆動コイルを互いに接続して一つの制御装置から駆動電流を供給するようにしてもよい。この場合、各可動部３の共振モードが異なるときは、各共振モードに相当する複数の共振周波数の駆動電流を重畳して上記駆動コイルに供給するとよい。
【００５３】
図８（ａ）〜（ｄ）は、第３実施形態のプレーナー型アクチュエータの変形例を示している。例えば、（ａ）は、トーションバー２Ａ，２Ｂを可動部３の回りに略３／４周して形成したものであり、可動部３の揺動振幅の拡大を図ったものである。また、（ｂ）は、トーションバー２Ａ，２Ｂの二つの内側支持部２Ａ２，２Ｂ２を結ぶ線を静磁界発生手段６Ａ，６Ｂの対向方向に対して傾けて設けると共に、該静磁界発生手段６Ａ，６Ｂの対向方向に直交する方向に、可動部３を、例えば３個配列したものである。これにより、同図（ｂ）に示すように隣接するトーションバー２Ａ，２Ｂの一部が重なるように可動部３を配列することができ、隣接する可動部３をより近接配置することができる。さらに、同図（ｃ）は（ａ）に示すアレイ状のプレーナー型アクチュエータを静磁界発生手段６Ａ，６Ｂの対向方向に二列配置し、固定部１の内側の部分を共通化して一つの固定部１を構成したものである。これによりマルチアレイのプレーナー型アクチュエータを構成している。そして、同図（ｄ）は、トーションバー２Ａ，２Ｂを可動部３の回りに略１／２周して形成し、可動部３を、トーションバー２Ａ，２Ｂの二つの内側支持部２Ａ２，２Ｂ２を結ぶ線に直交する方向に、例えば３個、２列状態に配列したものであり、可動部３の配列方向の両側で固定部１の外側に静磁界発生手段６Ａ，６Ｂを対向配置してマルチアレイのプレーナー型アクチュエータを構成している。これにより、トーションバー２Ａ，２Ｂの長さをより長くして同図（ｃ）に示すマルチアレイのプレーナー型アクチュエータよりも大振幅化を図っている。この場合、配列中央部の可動部３は、他の可動部３に比べ静磁界発生手段６Ａ，６Ｂからの距離が遠くなるため該可動部３に敷設した駆動コイルに作用する静磁界強度が弱くなる。そこで、各可動部３の振幅を揃える場合には、配列中央部の可動部３に敷設する駆動コイルの巻回数を増すなり駆動電流を増加する等の手段により行う。
【００５４】
このように、本第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、一つの枠状の固定部１の内側に複数の可動部３を整列配置した構成としているので、アレイ状のプレーナー型アクチュエータの小型化を実現することができる。
【００５５】
次に、本発明に係るプレーナー型アクチュエータの第４実施形態を、図９を参照して説明する。なお、第２実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第２実施形態と異なる部分について説明する。
【００５６】
図９の第４実施形態は、図５に示す第２実施形態の可動部３を、例えば３個、整列配置し、それぞれ角状に折曲して渦巻状とした外側トーションバー１０Ａ，１０Ｂで一つの枠状の固定部１に支持する構成とし、アレイ状のプレーナー型アクチュエータを構成している。
【００５７】
駆動手段は、各可動部３に敷設した駆動コイルと、可動部３の配列方向の両側、及び配列方向に直交する方向の両側で固定部１の外側にそれぞれ配置した静磁界発生手段１２Ａ，１２Ｂ及び１３Ａ，１３Ｂとを備えて構成している。そして、静磁界発生手段１２Ａ，１２Ｂ及び１３Ａ，１３Ｂの互いに対向する磁極と反対側の磁極を枠状のヨーク部材１４で磁気的に接続している。
【００５８】
このような構成において、各可動部３の図示省略の駆動コイルに各可動部３が有する四つの共振モードに相当する共振周波数から二つの共振周波数を選択し、該共振周波数の駆動電流を重畳して供給すると、静磁界発生手段６Ａ，６Ｂによる静磁界と上記駆動電流とが相互作用して各可動部３がそれぞれ上記二つの共振周波数の共振モードに基づく二次元の共振動作をする。なお、各可動部３の駆動コイルを互いに接続して一つの制御装置から上記駆動電流を供給するようにしてもよい。また、上記複数の可動部３の共振モードをそれぞれ異ならせ、各可動部３について選択した二つの共振モードに相当する共振周波数の駆動電流をそれぞれ重畳して上記駆動コイルに供給してもよい。
【００５９】
図１０は、第４実施形態のプレーナー型アクチュエータの変形例を示したものであり、図９のアレイ状のプレーナー型アクチュエータを共通する一つのヨーク部材１４の内側に２列状態に配置してマルチアレイ構造としている。
【００６０】
このように、本第４実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果に加えて、一つの枠状の固定部１の内側に複数の可動部３を整列配置した構成としているので、アレイ状のプレーナー型アクチュエータの小型化を実現することができる。
【００６１】
なお、第３及び第４実施形態において、可動部の配列数は３個に限られず、それ以上であってもよい。また、マルチアレイ構造とする場合は、２列に限られずそれ以上であってもよい。また、可動部３の形状は、矩形形状に限られず、円形または楕円形状等いずれの形状でもよい。
【００６２】
また、上述した各実施形態において、上記駆動手段は、可動部３に敷設した駆動コイルと可動部３の外側に配置した静磁界発生手段とを備えてなる電磁駆動方式に限定されず、可動部３に設けた薄膜磁石と、該薄膜磁石に磁界を作用するコイルと、を備える構成とし、上記コイルに対し前述の二つの共振周波数の電流を重畳して供給するようにしてもよい。
【００６３】
さらに、駆動手段を、可動部３裏面と該可動部３の法線方向の部位に互いに対向して電極を設け、該電極間に駆動電圧を印加して静電吸引力を発生させる構成とし、上記電極に対し前述の二つの共振周波数の駆動電圧を重畳して供給するようにしてもよい。または固定部１裏面と該固定部１の法線方向の部位に互いに対向して電極を設け上記二つの共振周波数の駆動電圧を重畳して供給し、固定部１に対し振動を付与するようにしてもよい。この場合も、可動部３は、上記二つの共振周波数の共振モードに基づく二次元の共振動作をする。
【００６４】
さらにまた、駆動手段４を、上記固定部１のいずれかの部位に設けた圧電素子で構成し、該圧電素子に対し前述の二つの共振周波数の駆動電圧を重畳して供給するようにしてもよい。この場合も、可動部３は、上記二つの共振周波数の共振モードに基づく二次元の共振動作をする。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のプレーナー型アクチュエータによれば、可動部を揺動可能に支持する一対のトーションバーを可動部の回りに渦巻状に形成したので、可動部に二つの共振モードが現れるようになり、一対のトーションバーで支持された可動部を二次元動作させることができる。したがって、二次元動作を可能としたプレーナー型アクチュエータの小型化ができる。そして、上記一対のトーションバーを可動部の重心を中心とした点対称に形成すれば、可動部の動作軸に対する対称動作を容易にさせることができる。
【００６６】
また、一対のトーションバーを渦巻状に形成することにより、可動部と固定部の間隔を変えることなくトーションバーの長さを長くすることができる。したがって、プレーナー型アクチュエータの形状を大きくすることなく可動部の揺動の大振幅化を実現することができる。
【００６７】
さらに、内側可動部を渦巻状の内側トーションバーで枠状の外側可動部に揺動可能に支持し、外側可動部を渦巻状の外側トーションバーで固定部に揺動可能に支持しているので、内側可動部と外側可動部及び外側可動部と固定部の各間隔を狭くすることができ、二つの可動部を有する構成でありながらより小型化を図ることができる。
【００６８】
また、内側可動部及び外側可動部を備えたプレーナー型アクチュエータにおいては、内側可動部と外側可動部の共振周波数比が大きくなるように内側及び外側トーションバーの長さまたは断面積等を調整することにより、アクチュエータの形状を大きくすることなく可動部に緻密なラスタースキャンの動作を行わせることができる。
【００６９】
そして、一つの枠状固定部の内側に渦巻状のトーションバーに揺動可能に支持された可動部を複数整列配置することにより、大振幅で二次元動作が可能な小型のアレイ状プレーナー型アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプレーナー型アクチュエータの第１実施形態の概略構成図である。
【図２】従来技術と本発明における外力の影響の相違を示す説明図である。
【図３】上記第１実施形態の変形例を示す平面図である。
【図４】上記第１実施形態の別の変形例を示す平面図である。
【図５】本発明によるプレーナー型アクチュエータの第２実施形態の概略構成図である。
【図６】上記第２実施形態について四つの共振周波数から選択した二つの共振周波数の組合わせ例と、その動作像を示す説明図である。
【図７】本発明によるプレーナー型アクチュエータの第３実施形態の概略構成図である。
【図８】上記第３実施形態の変形例を示す平面図である。
【図９】本発明によるプレーナー型アクチュエータの第４実施形態の概略構成図である。
【図１０】上記第４実施形態の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…固定部
２Ａ，２Ｂ…トーションバー
２Ａ１，２Ｂ１，１０Ａ１，１０Ｂ１，１１Ａ１，１１Ｂ１…外側支持部
２Ａ２，２Ｂ２，１０Ａ２，１０Ｂ２，１１Ａ２，１１Ｂ２…内側支持部
３…可動部
４…駆動手段
５…駆動コイル
６Ａ，６Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ…静磁界発生手段
８…外側可動部
９…内側可動部
１０Ａ，１０Ｂ…外側トーションバー
１１Ａ，１１Ｂ…内側トーションバー
【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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