(57)【要約】    【課題】  必要な偏向角が容易に得られると共に、光学設計の自由度を向上させたプレーナ型アクチュエータを提供する。    【解決手段】  固定部３に梁部６で可動自由に支持された可動部１と、該可動部１に駆動力を作用して駆動させる駆動手段４とを備え、前記可動部１を駆動して光ビームを偏向するプレーナ型アクチュエータであって、前記可動部１に、当該可動部１の一側から入射する光ビームを屈折して可動部１の他側に出射する凸レンズ７を設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部に梁部で可動自由に支持された可動部と、該可動部に駆動力を作用して駆動させる駆動手段とを備え、前記可動部を駆動して光ビームを偏向するプレーナ型アクチュエータであって、
前記可動部に、当該可動部の一側から入射する光ビームを屈折して可動部の他側に出射する屈折手段を設け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】
前記屈折手段は、レンズであ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】
前記駆動手段は、前記可動部を前記梁部の軸回りに回動させる駆動力を発生する構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記可動部の周縁部に沿って敷設したコイルと、前記梁部の軸方向に平行な可動部の対辺近傍のコイルに静磁界を作用させる静磁界発生手段とで構成し、前記コイルを流れる電流と前記静磁界との相互作用により可動部の前記対辺に互いに反対向きの電磁力を作用させるようにしたことを特徴とする請求項３に記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記梁部の軸方向に平行な可動部の対辺近傍に設けた上部電極と、該上部電極に対向して可動部の下方部位に配設した下部電極とで構成し、両電極間に静電引力を発生させるようにしたことを特徴とする請求項３に記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項６】
前記駆動手段は、前記可動部を水平方向に移動させる駆動力を発生する構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項７】
前記駆動手段は、前記可動部の周縁部に沿って敷設したコイルと、前記梁部の軸方向に平行な対辺近傍のコイルに対して上下方向で互いに反対向きの静磁界を作用させる静磁界発生手段とで構成し、前記コイルを流れる電流と前記静磁界との相互作用により可動部に水平方向の電磁力を作用させるようにしたことを特徴とする請求項６に記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項８】
前記駆動手段は、前記可動部の周縁部に沿って放射状に延設した第１櫛歯電極と、前記第１櫛歯電極と噛み合って、円周方向に複数にグループ分けして固定配設された第２櫛歯電極とで構成し、両電極間に静電引力を発生させるようにしたことを特徴とする請求項６に記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項９】
前記可動部の中心に対して放射状に設けた少なくとも３本の梁部で前記可動部を支持する構成としたことを特徴とする請求項８に記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項１０】
前記梁部は、略Ｓ字状に屈曲した形状に形成されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項１１】
前記可動部の一側に配設した固定基板に前記屈折手段に対向して光ビームを通過させる開口部を形成したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項１２】
前記可動部の一側に前記光ビームを発生する発光素子を一体に設けたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つ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、光ビームを偏向するプレーナ型アクチュエータに関し、特に、必要な偏向角が容易に得られると共に、光学設計の自由度を向上させたプレーナ型アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のプレーナ型アクチュエータには、一方の主面に光を反射させるミラー面を形成した可動部を固定部に梁部で回動可能に軸支し、可動部の周縁部に沿って敷設したコイルと、梁部の軸線に平行な対辺の側方に可動部を間にして互いに反対磁極を対向させて配置した永久磁石とで駆動手段を構成し、上記対辺近傍のコイルに互いに反対方向の電磁力を発生して可動部を回動し、ミラー面で光ビームを反射して偏向するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、駆動手段を可動部の他方の主面に形成した上部電極と、該上部電極に対向して固定部に形成した下部電極とで構成し、両電極間に電圧を印加することにより発生する静電引力によって可動部を回動させるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）
【特許文献１】特許第２７２２３１４号公報
【特許文献２】特開２００１−１３４４３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、このような従来のプレーナ型アクチュエータにおいては、光ビームを発する光源が可動部に対して光ビームの反射側と同じ側に配置されるため、光ビームの偏向領域が光源の存在により制限され、必要な偏向角が得られないことがあった。
【０００５】
また、図９に示すように反射光が光源側に戻らないようにするためには、静止状態において入射光をミラー面１ａに斜めに入射させなければならない。この場合、可動部１の振れ角を大きくして光ビームの偏向角を大きくしようとしたときには、反射光が可動部１の周辺に配置した例えば永久磁石２Ａ，２Ｂや固定部３又はその他の構成部材によりけられる虞がある。そのため、光偏向角を大きくすることができず、光学設計に制約を受ける場合があった。
【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、必要な偏向角が容易に得られると共に、光学設計の自由度を向上させた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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このために、請求項１の発明は、固定部に梁部で可動自由に支持された可動部と、該可動部に駆動力を作用して駆動させる駆動手段とを備え、前記可動部を駆動して光ビームを偏向するプレーナ型アクチュエータであって、前記可動部に、当該可動部の一側から入射する光ビームを屈折して可動部の他側に出射する屈折手段を設けた。
【０００８】
このような構成により、駆動手段で可動部に駆動力を作用して駆動し、可動部の一側から入射した光ビームを屈折手段で屈折して可動部の他側に出射する。
【０００９】
この場合、前記屈折手段は、請求項２のようにレンズであってもよい。
【００１０】
また、前記駆動手段は、請求項３のように前記可動部を前記梁部の軸回りに回動させる駆動力を発生する構成とするとよい。具体的には、請求項４のように、前記駆動手段は、前記可動部の周縁部に沿って敷設したコイルと、前記梁部の軸方向に平行な可動部の対辺近傍のコイルに静磁界を作用させる静磁界発生手段とで構成し、前記コイルを流れる電流と前記静磁界との相互作用により可動部の前記対辺に互いに反対向きの電磁力を作用させるようにしてもよく、請求項５のように前記梁部の軸方向に平行な可動部の対辺近傍に設けた上部電極と、該上部電極に対向して可動部の下方部位に配設した下部電極とで構成し、両電極間に静電引力を発生させるようにしてもよい。
【００１１】
または、前記駆動手段は、請求項６のように前記可動部を水平方向に移動させる駆動力を発生する構成としてもよい。具体的には、請求項７のように、前記駆動手段は、前記可動部の周縁部に沿って敷設したコイルと、前記梁部の軸方向に平行な対辺近傍のコイルに対して上下方向で互いに反対向きの静磁界を作用させる静磁界発生手段とで構成し、前記コイルを流れる電流と前記静磁界との相互作用により可動部に水平方向の電磁力を作用させるようにしてもよく、請求項８のように前記可動部の周縁部に沿って放射状に延設した第１櫛歯電極と、前記第１櫛歯電極と噛み合って、円周方向に複数にグループ分けして固定配設された第２櫛歯電極とで構成し、両電極間に静電引力を発生させるようにしてもよい。また、請求項８の場合は、請求項９のように前記可動部の中心に対して放射状に設けた少なくとも３本の梁部で前記可動部を支持する構成とするとよい。
【００１２】
さらに、前記梁部は、請求項１０のように略Ｓ字状に屈曲した形状に形成してもよい。
【００１３】
また、請求項１１の構成の場合においては、前記可動部の下方部位に配設した固定基板に前記屈折手段に対向して光ビームを通過させる開口部を形成した。
【００１４】
そして、請求項１２の構成の場合においては、前記可動部の一側に前記光ビームを発生する発光素子を一体に設けた。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のプレーナ型アクチュエータによれば、可動部における透過光を屈折手段で屈折して出射し、可動部の駆動に伴って偏向するようにしたことにより、光ビームを発する光源配置位置と光ビームの偏向方向とが可動部を挟んで互いに反対側となるので偏向領域が光源の存在で制限されることがない。したがって、必要な偏向角を容易に得ることができる。
【００１６】
また、可動部の透過光を偏向するようにしているので、偏向角を大きくしても偏向光の一部が可動部の周辺に配置した構成部材にけられる虞がない。したがって、光学設計の自由度が向上する。
【００１７】
そして、可動部の一側に光ビームを発生する発光素子を一体に設ければ、発光素子を一体化した簡単な構造の光偏向用のプレーナ型アクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。なお、図９と同一の要素については、同一符号を用いて示す。
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、本第１実施形態のプレーナ型アクチュエータは、光ビームを偏向するものであり、可動部１と、駆動手段４と、固定基板５とを備えて構成する。なお、ここでは、光ビームを一次元方向に偏向するプレーナ型アクチュエータを例に説明する。
【００１９】
上記可動部１は、光ビームを透過すると共に回動して出射光を偏向するものであり、固定部３に一対の梁部６で回動可能に軸支されており、固定部３と梁部６と共に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る。また、可動部１は、中央部に設けた貫通孔１ｂに光ビームを屈折して出射する屈折手段としての例えば凸レンズ７を設け、周縁部に沿ってコイル８を敷設している。そして、コイル８は梁部６を介して固定部３側に引出されて固定部３上に設けた電極端子９に接続されている。
【００２０】
また、上記駆動手段４は、可動部１に駆動力を作用して回動させるものであり、上記コイル８と、上記梁部６の軸方向に平行な可動部１の対辺近傍のコイル４に静磁界を作用して互いに反対向きの電磁力を発生させる静磁界発生手段としての永久磁石２Ａ，２Ｂとで構成している。永久磁石２Ａ，２Ｂは、枠状のヨーク１０の内側に設けられており、可動部１を間にして互いに反対磁極を対向して固定部３の外側に配置されている。
【００２１】
そして、上記固定基板５は、上記固定部３及び永久磁石２Ａ，２Ｂ並びにヨーク１０を載置して保持するものであり、図２に示すように上記凸レンズ７の対向部位に開口部５ａを形成し、光ビームＬを下方から凸レンズ７に入射させることができるようにしている。
【００２２】
なお、凸レンズ７は個別に加工したものを可動部１の貫通孔１ｂに対応して貼り付けてもよく、可動部１の一方の面に透明樹脂を滴下して表面張力により凸レンズを形成し、可動部１のもう一方の面から貫通孔１ｂを形成してもよい。また、可動部１が光ビームの透過を妨げない材質である場合には、可動部１の貫通孔１ｂ相当部分に貫通孔を設けなくてもよい。
【００２３】
次に、本第１実施形態に係るプレーナ型アクチュエータの動作を説明する。
先ず、コイル８に対して外部から電極端子９を介して駆動電流を供給する。このとき、梁部６の軸線に平行な可動部１の対辺には、永久磁石２Ａ，２Ｂによる静磁界が作用している。そのため、可動部１の面に平行な静磁界成分と、上記対辺近傍のコイル８を流れる電流との相互作用により、可動部１の上記対辺には、互いに反対向きの電磁力が発生し、可動部１が梁部６を軸として図２中矢印Ａ又はＢ方向に回動する。
【００２４】
ここで、図２に示すように例えば凸レンズ７の光軸中心に沿って、アクチュエータの下方から固定基板５の開口部５ａを通してレーザ光のような光ビームＬを入射すると、光ビームＬは凸レンズ７により屈折して出射し、可動部１の回動に伴って同図中左右の一次元方向に偏向される。
【００２５】
このように構成された第１実施形態によれば、可動部１における透過光を凸レンズ７で屈折して出射し、可動部１の回動に伴って偏向するようにしたことにより、光ビームＬを発する光源の配置位置と光ビームの偏向方向とが可動部１を挟んで互いに反対側となるので偏向領域が光源の存在で制限されることがない。したがって、必要な偏向角を容易に得ることができる。
【００２６】
また、可動部１における透過光を偏向するようにしているので、偏向角を大きくしても偏向光の一部が可動部１の周辺に配置した永久磁石２Ａ，２Ｂ等の構成部材にけられる虞がない。したがって、光学設計の自由度が向上する。
【００２７】
そして、可動部１に直接駆動力を作用して回動させるようにしているので、応答速度が速く、また変位量を大きくすることが容易である。
【００２８】
なお、光ビームＬの入射方向は、プレーナ型アクチュエータの下方から上方に向かうものに限定されず、上方から下方に向けて入射させてもよい。
【００２９】
また、駆動手段４は、上記電磁駆動方式に限定されず、梁部６の軸方向に平行な可動部１の対辺近傍に設けた上部電極と、該上部電極に対向して可動部１の下方部位に配設した下部電極とで構成し、両電極間に静電引力を発生させるようにした静電駆動方式であってもよい。さらに、可動部１の主面に設けた薄膜永久磁石と、可動部１の下方部位に配設したコイルとで構成し、コイルによる上下方向の電磁界と薄膜永久磁石の静磁界との相互作用により可動部１を回動させるようにした薄膜磁石方式であってもよい。
【００３０】
次に、本発明のプレーナ型アクチュエータの第２実施形態を、図３及び図４を参照して説明する。ここでは、図１及び図２と同一の要素には同一の符号を付して示し、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図３に示す本第２実施形態は、可動部１を略Ｓ字状に屈曲した形状の一対の梁部１１で水平移動可能に固定部３に支持しており、可動部１には周縁部に沿ってコイル８を敷設し、梁部１１の可動部１側の接続部１１ａ，１１ａを結ぶ線に対して平行な可動部１の対辺の下方部位には永久磁石２Ａ，２Ｂを配置し、この永久磁石２Ａ，２Ｂと上記コイル８とで駆動手段４を構成している。そして、図４に示すように永久磁石２Ａ，２Ｂは、可動部１の上記対辺に対してそれぞれ反対磁極を対向し、上下方向に静磁界を作用させている。
【００３１】
次に、本第２実施形態の動作を、図５を参照して説明する。
先ず、コイル８に対して外部から電極端子９を介して駆動電流を供給する。このとき、可動部１の上記対辺には、永久磁石２Ａ，２Ｂによる互いに反対向きの静磁界が上下方向に作用している。そのため、可動部１の面に垂直な静磁界成分と、上記対辺近傍のコイル８を流れる電流との相互作用により、可動部１の上記対辺には、互いに同じ向きの水平方向の電磁力が発生し、可動部１が梁部１１に支持されて図３又は図４中Ｃ又はＤ方向に水平動作をする。
【００３２】
ここで、図４に示すように可動部１の凸レンズ７の光軸中心に沿って、アクチュエータの下方から固定基板５の開口部５ａを通して光ビームＬを入射すると、光ビームＬは凸レンズ７により屈折して出射する。このとき、可動部１が水平方向に移動すると、例えば図５に示すように凸レンズ７がＣ方向に移動した場合には、凸レンズ７に対する光ビームの入射点は、同図中破線で示す移動後の凸レンズ７の光軸中心から同図中右側にずれることになり、凸レンズ７の出射光は、移動後の凸レンズ７の焦点を通るように同図中左方向に屈折する。
【００３３】
また、凸レンズ７が図４中Ｄ方向に移動した場合には、上述と反対に光ビームＬは、同図中右方向に屈折して出射する。このようにして、凸レンズ７が水平方向に往復移動するのに伴って、光ビームＬは同図中左右の一次元方向に偏向される。
【００３４】
このように、本第２実施形態によれば、可動部１の透過光を偏向するようにしているので必要な偏向角を容易に得ることができ、また偏向光がアクチュエータの構成部材によってけられる虞がなく、光学設計の自由を向上することができる。
【００３５】
さらに、可動部１に直接駆動力を作用して可動させるようにしているので、応答速度が速く、また変位量を大きくすることが容易である。
【００３６】
次に、本発明プレーナ型アクチュエータの第３実施形態を、図６及び図７を参照して説明する。なお、ここでは、図１と同一の要素には同一符号を付して示す。
図６に示す本第３実施形態は、中央部に凸レンズ７を備えた円形状の可動部１を、可動部１の中心に対して放射状に設けた３本の略Ｓ字状に屈曲した梁部１１で固定部３に支持している。また、可動部１には、第１櫛歯電極１２を放射状に延設し、第１櫛歯電極１２の内側端部を互いに接続して上記梁部１１を介して固定部３側に引出し、固定部３上に設けた電極端子９に接続している。さらに、可動部１の下方部位に設けた固定基板５には、上記第１櫛歯電極１２と噛み合うように第２櫛歯電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃを円周方向に三つのグループに区分けして立設し、グループ毎にその外側端部を互いに接続して、それぞれ電極端子１４ａ，１４ｂ，１４ｃに接続している。そして、第１櫛歯電極１２と第２櫛歯電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃとで駆動手段４を構成し、両電極間に静電引力が発生するようにしている。
【００３７】
次に、本第３実施形態の動作を、図７を参照して説明する。
例えば図７に示すように、直流電源Ｅにより第１櫛歯電極１２に負の電圧を供給し、第２櫛歯電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃに正の電圧を供給する。この場合、第２櫛歯電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃに供給する電圧値をグループ毎に変化させると、可動部１は、第１櫛歯電極１２と三グループの第２櫛歯電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃとの静電引力の違いにより水平のＸＹ平面内で二次元方向に移動する。したがって、アクチュエータの下方から固定基板５の開口部５ａを通して凸レンズ７に光ビームＬを入射すると、光ビームＬは凸レンズ７により屈折して出射し、可動部１の二次元移動に伴って二次元方向に偏向される。
【００３８】
このように、本第３実施形態によれば、第２実施形態の効果に加えて、駆動手段４が静電駆動方式であるため電磁駆動方式のようなコイルや永久磁石を必要とせず小型軽量のアクチュエータを実現することができる。
【００３９】
次に、本発明のプレーナ型アクチュエータの第４実施形態を、図８を参照して説明する。なお、ここでは、図１と同一の要素には同一符号を付して示し、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図８に示す本第４実施形態は、第１実施形態におけるように外部から光ビームＬを与えるのではなく、可動部１の下方部位に配設した固定基板５に凸レンズ７に対向して発光素子１５を設け、この発光素子１５から発した光ビームＬを凸レンズ７に入射させるように構成している。
【００４０】
このように構成したことにより、本第４実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて発光素子１５を一体化した簡単な構成の光偏向用プレーナ型アクチュエータを提供することができる。
【００４１】
なお、本第４実施形態では、第１実施形態のプレーナ型アクチュエータに発光素子１５を一体化した構成のものを示したが、これに限られず、第２又は第３実施形態のプレーナ型アクチュエータにも適用することができる。
【００４２】
また、屈折手段は、凸レンズ７に限られず、凹レンズやプリズムまたは光を屈折する平板な部材のいずれであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明によるプレーナ型アクチュエータの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＹ−Ｙ線断面図である。
【図３】本発明によるプレーナ型アクチュエータの第２実施形態を示す平面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ線断面図である。
【図５】第２実施形態の光偏向の動作を示す説明図である。
【図６】本発明によるプレーナ型アクチュエータの第３実施形態を示す平面図である。
【図７】図６のＹ−Ｙ線断面図である。
【図８】本発明によるプレーナ型アクチュエータの第４実施形態を示す断面図である。
【図９】従来技術における光偏向を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…固定部
２…可動部
３Ａ，３Ｂ…永久磁石
４…駆動手段
５…固定基板
６，１１…梁部
７…屈折手段
８…コイル
１２…第１櫛歯電極
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…第２櫛歯電極
１５…発光素子
【図１】
2005195639.tif 000003
【図２】
2005195639.tif 000004
【図３】
2005195639.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005195639.tif 000007
【図６】
2005195639.tif 000008
【図７】
2005195639.tif 000009
【図８】
2005195639.tif 000010
【図９】
2005195639.tif 000011