(57)【要約】【課題】アクチュエータ及び二次元スキャナを提供する。【解決手段】ベース板１００と、互いに直交する仮想の第１軸または第２軸のうち、少なくともいずれか一つを中心に回動する可動板３００と、第１軸の位置で最小の大きさを有し、第２軸に平行した方向に作用する磁力を形成する磁場形成部２００と、第１軸または第２軸のうち、いずれか一つと同軸に設けられ、ベース板１００及び可動板３００を連結し、可動板の回動軸になる支持部材と、第１軸と同軸に配置される同軸部、同軸部と第２軸方向に離隔される離隔部、及び同軸部４２０と離隔部４１０とを連結する連結部４３０を具備する駆動コイル部４００を備えるアクチュエータ及び二次元スキャナである。【選択図】図１６
2007312592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板と、
前記ベース板と連結される可動板と、
いずれか１つの磁石から他の１つの磁石に向かう方向に磁力を発生させる一対の磁石と、を備え、
前記可動板は、前記一対の磁石間に位置し、前記磁力と平行した仮想の軸を中心に回動することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記ベース板と可動板とを連結する支持部材をさらに備える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】
前記可動板は、駆動源としての駆動コイル部を備える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４】
前記駆動コイル部は、前記可動板の中心に対して点対称形状に配置されることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記磁力に垂直な方向に沿って延長されると共に、前記可動板の中心を通過する他の仮想の軸である追加軸が想定されるとき、前記駆動コイル部の一部分は、前記追加軸を基準に一側に配置され、前記駆動コイル部の他部分は、前記追加軸を基準に他側に配置されることにより、前記駆動コイル部が前記追加軸に対して非対称形状に配置されることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記支持部材は、前記磁力に平行した方向に沿って、前記可動板から延長され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】
前記支持部材は、前記可動板の回動時にねじり変形され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８】
前記可動板には、光を反射するミラー部が備えられる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９】
ベース板と、
回動可能な可動板と、
前記可動板から前記ベース板まで延長する支持部材と、
いずれか１つの磁石から他の１つの磁石に向かう方向に磁力を発生させる一対の磁石と、を備え、
前記可動板は、駆動源としての駆動コイル部を備え、
前記磁力に垂直な方向に沿って延長されると共に、前記可動板の中心を通過する仮想の第１軸、及び前記磁力に平行した方向に沿って延長する仮想の第２軸が想定されるとき、前記駆動コイル部の第１部分は、前記第１軸を基準に一側に配置され、前記駆動コイル部の第２部分は、前記第１軸を基準に他側に配置されることにより、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記第１軸に対して非対称形状に配置されることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１０】
前記支持部材は、前記可動板の一側及び他側に向かってそれぞれ延長する２個の部分からなる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】
前記駆動コイル部は、前記可動板の中心に対して点対称形状に配置される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】
前記支持部材は、前記磁力に垂直な方向に沿って、前記可動板から延長される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１３】
前記支持部材は、前記可動板の回動時にねじり変形される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１４】
第１振動数及び前記可動板の固有振動数と一致する第２振動数を重畳的に有する駆動電源が前記駆動コイル部に印加されることにより、前記可動板は、前記第１軸を中心に前記第１振動数で回動し、前記第２軸を中心に前記第２振動数で共振する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１５】
前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分の周囲に楕円状に配置される補助コイル部をさらに備える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１６】
前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記補助コイル部と同じストランドのコイルで形成されることを特徴とする請求項１５に記載のアクチュエータ。
【請求項１７】
前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記補助コイル部と互いに異なるストランドのコイルで形成されることを特徴とする請求項１５に記載のアクチュエータ。
【請求項１８】
前記可動板には、光を反射するミラー部が備えられる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１９】
ベース板と、
回動可能な可動板と、
前記可動板の外側に設けられるジンバルと、
前記ジンバルから前記ベース板まで延長する第１軸支持部材と、
前記可動板から前記ジンバルまで延長する第２軸支持部材と、を備え、
前記可動板は駆動源としての駆動コイル部を備え、前記ジンバルは補助コイル部を備え、前記第１軸支持部材と同軸に延長される仮想の第１軸及び前記第２軸支持部材と同軸に延長される仮想の第２軸を想定するとき、前記駆動コイル部の第１部分は、前記第１軸を基準に一側に配置され、前記駆動コイル部の第２部分は、前記第１軸を基準に他側に配置されることにより、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記第１軸に対して非対称形状に配置されることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２０】
いずれか１つの磁石から他の１つの磁石に向かう方向に磁力を発生させる一対の磁石をさらに備え、
前記可動板及び前記ジンバルは、前記一対の磁石間に配置されることを特徴とする請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項２１】
前記駆動コイル部は、前記可動板の中心に対して点対称形状に配置されることを特徴とする請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項２２】
前記第１軸支持部材は、前記磁力に垂直な方向に沿って、前記ジンバルから延長されることを特徴とする請求項２０に記載のアクチュエータ。
【請求項２３】
前記第２軸支持部材は、前記磁力に平行した方向に沿って、前記可動板から延長されることを特徴とする請求項２２に記載のアクチュエータ。
【請求項２４】
前記第１軸支持部材及び前記第２軸支持部材は、前記可動板及び前記ジンバルの回動時にねじり変形されることを特徴とする請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項２５】
第１振動数及び前記可動板の固有振動数と一致する第２振動数を重畳的に有する駆動電源が前記駆動コイル部及び補助コイル部に印加されることにより、前記可動板及び前記ジンバルは前記第１軸を中心に前記第１振動数で回動し、前記可動板は前記第２軸を中心に前記第２振動数で共振することを特徴とする請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項２６】
前記補助コイル部は、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分の周囲に楕円状に配置されることを特徴とする請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項２７】
前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記補助コイル部と同じストランドのコイルで形成されることを特徴とする請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項２８】
前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記補助コイル部と互いに異なるストランドのコイルで形成されることを特徴とする請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項２９】
前記可動板には、光を反射するミラー部が備えられることを特徴とする請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項３０】
ベース板と、
回動可能な可動板と、
前記可動板の外側に設けられるジンバルと、
前記ジンバルから前記ベース板まで延長する第１軸支持部材と、
前記可動板から前記ジンバルまで延長する第２軸支持部材と、を備え、
前記ジンバルは、駆動源としての駆動コイル部を備え、
前記第１軸支持部材と同軸に延長される仮想の第１軸及び前記第２軸支持部材と同軸に延長される仮想の第２軸を想定するとき、前記駆動コイル部の第１部分は前記第１軸を基準に一側に配置され、前記駆動コイル部の第２部分は前記第１軸を基準に他側に配置されることにより、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記第１軸に対して非対称形状に配置されることを特徴とする二次元スキャナ。
【請求項３１】
いずれか１つの磁石から他の１つの磁石に向かう方向に磁力を発生させる一対の磁石をさらに備え、
前記可動板及び前記ジンバルは、前記一対の磁石間に配置されることを特徴とする請求項３０に記載の二次元スキャナ。
【請求項３２】
前記駆動コイル部は、前記可動板の中心に対して点対称形状に配置されることを特徴とする請求項３０に記載の二次元スキャナ。
【請求項３３】
前記第１軸支持部材は、前記磁力に垂直な方向に沿って、前記ジンバルから延長されることを特徴とする請求項３１に記載の二次元スキャナ。
【請求項３４】
前記第２軸支持部材は、前記磁力に平行した方向に沿って、前記可動板から延長されることを特徴とする請求項３３に記載の二次元スキャナ。
【請求項３５】
前記第１軸支持部材及び第２軸支持部材は、前記可動板及び前記ジンバルの回動時にねじり変形されることを特徴とする請求項３０に記載の二次元スキャナ。
【請求項３６】
第１振動数及び前記可動板の固有振動数と一致する第２振動数を重畳的に有する駆動電源が前記駆動コイル部に印加されることにより、前記可動板は前記第１軸を中心に前記第１振動数で回動し、前記第２軸を中心に前記第２振動数で共振することを特徴とする請求項３０に記載の二次元スキャナ。
【請求項３７】
前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分の周囲に楕円状に配置される補助コイル部をさらに具備することを特徴とする請求項３０に記載の二次元スキャナ。
【請求項３８】
前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記補助コイル部と同じストランドのコイルで形成されることを特徴とする請求項３７に記載の二次元スキャナ。
【請求項３９】
前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記補助コイル部と互いに異なるストランドのコイルで形成されることを特徴とする請求項３７に記載の二次元スキャナ。
【請求項４０】
前記ジンバル及び前記可動板間に設けられる振動を抑制する振動抑制板をさらに備え、
第１振動数及び前記可動板の固有振動数と一致する第２振動数を重畳的に有する駆動電源が前記駆動コイル部に印加されるとき、前記振動抑制板は、前記可動板に対して前記第２振動数の回動成分を抑制することを特徴とする請求項３０に記載の二次元スキャナ。
【請求項４１】
前記第２振動数は、前記第１振動数よりも大きいことを特徴とする請求項４０に記載の二次元スキャナ。
【請求項４２】
前記可動板には、光を反射するミラー部が備えられることを特徴とする請求項３０に記載の二次元スキャナ。
【請求項４３】
前記第２振動数は、前記可動板の固有振動数と一致し、
前記振動抑制板は、前記可動板の前記第１軸を中心にした前記第２振動数の回動成分を抑制することを特徴とする請求項４０に記載の二次元スキャナ。
【請求項４４】
前記可動板は、前記第２軸を中心に前記第２振動数で共振することを特徴とする請求項４０に記載の二次元スキャナ。
【請求項４５】
前記振動抑制板は、
前記第１軸を中心にした回動に対する固有振動数が前記第１振動数よりも大きく、前記第２振動数よりも小さな値を有することを特徴とする請求項４０に記載の二次元スキャナ。
【請求項４６】
前記振動抑制板は、
前記固有振動数が前記第２振動数の７０％以下である値を有することにより、前記第１軸を中心にした前記可動板の回動に対して低域通過フィルタとしての機能を備えることを特徴とする請求項４０に記載の二次元スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ及び二次元スキャナに係り、特に、磁石とコイルとの間に作用する電磁力によって作動するアクチュエータ及び二次元スキャナに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータ及び二次元スキャナは、バーコードのような一次元光信号、または動映像のような二次元光信号を可視画像にスキャンして出力するディスプレイ装置や、直線上に配列された一次元光信号、または平面上に配列された二次元光信号を読み込み、二進データ化するリーディング装置などさまざまな用途に用いられており、ビームプロジェクタ、携帯用プロジェクタ、光ジャイロスコープ、イメージリーダ機、その他ディスプレイ装置など多様な例を挙げることができる。
【０００３】
二次元ディスプレイ装置に用いられる例を挙げれば、アクチュエータ及び二次元スキャナは、光を反射するミラー部を備え、前記ミラー部を水平及び垂直の方向に回動させながら光信号をスキャンすることにより、任意の平面上にフレーム（ｆｒａｍｅ）単位の可視画像を生成する。前記ミラー部が水平周波数及び垂直周波数で回動しつつ、光信号を水平及び垂直の方向に走査すれば、複数の走査線（ここで、「複数の走査線」は、ミラー部の水平周波数に相応する回動で具現される）を有する単位フレームが（ここで、「単位フレーム」は、ミラー部の垂直方向の１周期回動で具現される）単位時間当たり複数個スキャンされながら、高解像度の動画像を（ここで、「動画像」は、ミラー部の水平及び垂直の周波数に相応する回動で具現される）具現できる。
【０００４】
図１は、二対の永久磁石４、５を具備した従来のアクチュエータを図示した斜視図である。図２は、図１のアクチュエータで、磁束が歪曲される状態を図示した平面図である。図１及び図２を参照すれば、水平軸に沿って対面する一対の磁石４、５、垂直軸に沿って対面する一対の磁石４’、５’、前記二対の磁石４、４’および５、５’間に位置して駆動電源が印加されるコイル部を具備するスキャナ本体１０、前記スキャナ本体１０に設けられて水平軸及び垂直軸を中心に回動しながら光を反射するミラー部１６が図示されている。
【０００５】
ミラー部１６は、互いに直交する水平軸及び垂直軸の方向にそれぞれ光を反射することにより、仮想の二次元平面に所望の光画像をスキャンするためのものである。互いに対面する二対の磁石４、４’、５、５’は、水平軸及び垂直軸それぞれに平行した磁場を形成し、スキャナ本体１０に設けられたコイル部に駆動電源が印加されることにより、水平軸及び垂直軸それぞれを中心にミラー部１６を回動させるモーメント力Ｍ１、Ｍ２が発生する。
【０００６】
しかし、４個の磁石４、４’、５、５’の配置のための空間と費用とが必要なので、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）工程により、半導体チップ状のマイクロスキャナ１として具現される場合、チップの小型化が困難であり、部品コストが上昇するという問題点が発生する。また、互いに直交するように配置された二対の磁石４、４’、５、５’によって磁場の相互干渉及び撹乱が発生し、これは、ミラー部１６を駆動させる電磁力に対してノイズ（ｎｏｉｓｅ）成分として作用するという問題点がある。
【０００７】
図３は、一対の永久磁石４、５と傾斜するように配置される従来のスキャナ本体１０を図示した斜視図である。図４は、図３のスキャナ本体１０に対する詳細図である。図５は、図４に係る、磁力とモーメントとの関係を図示した説明図である。図１及び図２の説明で言及された磁場の干渉及び撹乱問題を改善するために、図３ないし図５に図示されたスキャナ１は、一対の磁石４、５のみを具備し、磁力線に傾斜するように配置されたスキャナ本体１０を具備する。図３ないし図５に開示されたスキャナ１は、特許文献１に開示される。
【０００８】
図３を参照すれば、ＭＥＭＳ装置の一種として、半導体チップ状に設けられる二次元スキャナ１が図示されている。二次元スキャナ１は、絶縁板２と、絶縁板２上に回動可能に設けられ、光を反射して二次元画像をスキャンするスキャナ本体１０と、スキャナ本体１０と対角線方向に配置される一対の磁石４、５と、磁石４、５の周囲に設けられ、磁力線の漏れを防止する磁性体ヨーク３と、外部からスキャナ本体１０に駆動電源を入力する連結ピン６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと、スキャナ本体１０に設けられたコイル部１５Ａ及び１５Ｂ（図４参照）に駆動電源を供給するために、連結ピン６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄとコイル部とを連結するボンディングワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄと、ボンディングパッド７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄとを具備する。
【０００９】
図４を参照すれば、一対の磁石４、５間に対角線方向に配置されたスキャナ本体１０が図示されている。スキャナ本体１０は、基板１１と、基板１１に連結される第１トーションバー１３Ａを中心に回動する外部可動板（ｏｕｔｅｒ  ｍｏｖａｂｌｅ  ｐｌａｔｅ）１２Ａと、第１トーションバー１３Ａと垂直の状態に外部可動板１２Ａに連結される第２トーションバー１３Ｂを中心に回動する内部可動板（ｉｎｎｅｒ  ｍｏｖａｂｌｅ  ｐｌａｔｅ）１２Ｂと、外部可動板１２Ａ上に設けられる外部コイル１５Ａと、内部可動板１２Ｂ上に設けられる内部コイル１５Ｂと、外部コイル１５Ａの両端部に設けられる外部コイル端子１４Ａと、内部コイル１５Ｂの両端部に設けられる内部コイル端子１４Ｂと、内部可動板１２Ｂに設けられて光を反射するミラー部１６とを具備する。
【００１０】
図５を参照すれば、外部コイル１５Ａへの電源印加時、第１トーションバー１３Ａを中心に外部可動板１２Ａを回動させるモーメント力Ｈ２及び内部コイル１５Ｂへの電源印加時、第２トーションバー１３Ｂを中心に内部可動板１２Ｂを回動させるモーメント力Ｈ１が図示されている。２つのモーメント力を同時に調節しながらその合力を制御すれば、磁力に垂直な方向及び平行した方向を中心にした内部可動板１２Ｂの回動を制御できる。
【００１１】
しかし、内部コイル１５Ｂ及び外部コイル１５Ａのうち、いずれか一つに印加される電源を独立的に制御するのではなく、内部コイル１５Ｂ及び外部コイル１５Ａに印加される電源を同時に制御してこそ、初めて内部可動板１２Ｂの１軸制御（例えば、磁力に平行した方向を中心にした内部可動板１２Ｂの回動制御）が可能なので、内部可動板１２Ｂを所望の振動数で回動させるための制御動作が複雑になるという問題がある。
【００１２】
２軸制御（磁力に平行及び垂直方向を中心にした内部可動板１２Ｂの回動制御）時に、その制御動作は、さらに複雑になるが、内部コイル１５Ｂ及び外部コイル１５Ａを同時に制御し、磁力に平行した方向を中心にしたモーメント力の合力を制御することはもとより、磁力に垂直な方向を中心にしたモーメント力の合力も独立的に制御しなければならない。
【００１３】
また、スキャナ本体１０の傾斜した配置は、チップの小型化を困難にし、磁石４、５とスキャナ本体１０との離隔距離が増大することにより、モーメント力の分力が浪費されるので、入力（内部コイル１５Ｂ及び外部コイル１５Ａに印加される電源）対比の出力（内部可動板１２Ｂの回動角）の効率が落ちるという問題点がある。
【特許文献１】米国特許第５９１２６０８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、前述の問題点を解決するために成されたものであり、磁場の漏れや撹乱が防止され、可動板の回動制御が容易であり、チップの小型化及び効率化に有利なアクチュエータ及び二次元スキャナ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】
【００１５】
前記目的を達成するための本発明に係るアクチュエータは、ベース板と、前記ベース板と連結される可動板と、いずれか１つの磁石から他の１つの磁石に向かう方向に磁力を発生させる一対の磁石とを備え、前記可動板は、前記一対の磁石間に位置し、前記磁力と平行した仮想の軸を中心に回動することを特徴とする。
【００１６】
一実施形態として、前記アクチュエータは、前記ベース板と可動板とを連結する支持部材をさらに備える。
【００１７】
一実施形態として、前記可動板は、駆動源としての駆動コイル部を具備する。
【００１８】
一実施形態として、前記駆動コイル部は、前記可動板の中心に対して点対称形状に配置される。
【００１９】
一実施形態として、前記磁力に垂直な方向に沿って延長しつつ、前記可動板の中心を通過する他の仮想の追加軸が想定されるとき、前記駆動コイル部の一部分は、前記追加軸を基準に一側に配置され、前記駆動コイル部の他部分は、前記追加軸を基準に他側に配置されることにより、前記駆動コイル部が前記追加軸に対して非対称形状に配置される。
【００２０】
一実施形態として、前記支持部材は、前記磁力に平行した方向に沿い、前記可動板から延長される。
【００２１】
一実施形態として、前記支持部材は、前記可動板の回動時にねじり変形される。
【００２２】
一実施形態として、ミラー部が前記可動板に設けられる。
【００２３】
一方、本発明のアクチュエータは、ベース板と、回動可能な可動板と、前記可動板から前記ベース板まで延長する支持部材と、いずれか１つの磁石から他の１つの磁石に向かう方向に磁力を発生させる一対の磁石とを備え、前記可動板は、駆動源としての駆動コイル部を具備し、前記磁力に垂直な方向に沿って延長しつつ、前記可動板の中心を通過する仮想の第１軸、及び前記磁力に平行した方向に沿って延長する仮想の第２軸が想定されるとき、前記駆動コイル部の第１部分は、前記第１軸を基準に一側に配置され、前記駆動コイル部の第２部分は、前記第１軸を基準に他側に配置されることにより、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記第１軸に対して非対称形状に配置されることを特徴とする。
【００２４】
一実施形態として、前記支持部材は、前記可動板の一側及び他側に向かってそれぞれ延長する２個の部分からなる。
【００２５】
一実施形態として、前記駆動コイル部は、前記可動板の中心に対して点対称形状に配置される。
【００２６】
一実施形態として、前記支持部材は、前記磁力に垂直な方向に沿い、前記可動板から延長される。
【００２７】
一実施形態として、前記支持部材は、前記可動板の回動時にねじり変形される。
【００２８】
一実施形態として、第１振動数及び前記可動板の固有振動数と一致する第２振動数を重畳的に有する駆動電源が前記駆動コイル部に印加されることにより、前記可動板は、前記第１軸を中心に前記第１振動数で回動し、前記第２軸を中心に前記第２振動数で共振する。
【００２９】
一実施形態として、前記アクチュエータは、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分の周囲に楕円状に配置される補助コイル部をさらに具備する。
【００３０】
一実施形態として、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記補助コイル部と同じストランドのコイルで設けられる。
【００３１】
一実施形態として、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記補助コイル部と互いに異なるストランドのコイルで設けられる。
【００３２】
一実施形態として、前記可動板には、光を反射するミラー部が設けられる。
【００３３】
一方、本発明のアクチュエータは、ベース板と、回動可能な可動板と、前記可動板の外側に設けられるジンバルと、前記ジンバルから前記ベース板まで延長する第１軸支持部材と、前記可動板から前記ジンバルまで延長する第２軸支持部材とを備え、前記可動板は、駆動源としての駆動コイル部を具備し、前記ジンバルは、補助コイル部を具備し、前記第１軸支持部材と同軸に延長する仮想の第１軸、及び前記第２軸支持部材と同軸に延長する仮想の第２軸を想定するとき、前記駆動コイル部の第１部分は、前記第１軸を基準に一側に配置され、前記駆動コイル部の第２部分は、前記第１軸を基準に他側に配置されることにより、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記第１軸に対して非対称形状に配置されることを特徴とする。
【００３４】
一実施形態として、前記アクチュエータは、いずれか１つの磁石から他の１つの磁石に向かう方向に磁力を発生させる一対の磁石とをさらに備え、前記可動板及びジンバルは、前記一対の磁石間に配置される。
【００３５】
一実施形態として、前記駆動コイル部は、前記可動板の中心に対して点対称形状に配置される。
【００３６】
一実施形態として、前記第１軸支持部材は、前記磁力に垂直な方向に沿い、前記ジンバルから延長される。
【００３７】
一実施形態として、前記第２軸支持部材は、前記磁力に平行した方向に沿い、前記可動板から延長される。
【００３８】
一実施形態として、前記第１軸支持部材及び第２軸支持部材は、前記可動板及びジンバルの回動時にねじり変形される。
【００３９】
一実施形態として、第１振動数及び前記可動板の固有振動数と一致する第２振動数を重畳的に有する駆動電源が前記駆動コイル部及び補助コイル部に印加されることにより、前記可動板及びジンバルは、前記第１軸を中心に前記第１振動数で回動し、前記可動板は、前記第２軸を中心に前記第２振動数で共振する。
【００４０】
一実施形態として、前記補助コイル部は、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分の周囲に楕円状に配置される。
【００４１】
一実施形態として、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記補助コイル部と同じストランドのコイルで設けられる。
【００４２】
一実施形態として、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記補助コイル部と互いに異なるストランドのコイルで設けられる。
【００４３】
一実施形態として、前記可動板には、光を反射するミラー部が設けられる。
【００４４】
一方、本発明の二次元スキャナは、ベース板と、回動可能な可動板と、前記可動板の外側に設けられるジンバルと、前記ジンバルから前記ベース板まで延長する第１軸支持部材と、前記可動板から前記ジンバルまで延長する第２軸支持部材とを備え、前記ジンバルは、駆動源としての駆動コイル部を具備し、前記第１軸支持部材と同軸に延長する仮想の第１軸、及び前記第２軸支持部材と同軸に延長する仮想の第２軸を想定するとき、前記駆動コイル部の第１部分は、前記第１軸を基準に一側に配置され、前記駆動コイル部の第２部分は、前記第１軸を基準に他側に配置されることにより、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記第１軸に対して非対称形状に配置されることを特徴とする。
【００４５】
一実施形態として、前記スキャナは、いずれか１つの磁石から他の１つの磁石に向かう方向に磁力を発生させる一対の磁石とをさらに備え、前記可動板及びジンバルは、前記一対の磁石間に配置される。
【００４６】
一実施形態として、前記駆動コイル部は、前記可動板の中心に対して点対称形状に配置される。
【００４７】
一実施形態として、前記第１軸支持部材は、前記磁力に垂直な方向に沿い、前記ジンバルから延長される。
【００４８】
一実施形態として、前記第２軸支持部材は、前記磁力に平行した方向に沿い、前記可動板から延長される。
【００４９】
一実施形態として、前記第１軸支持部材及び第２軸支持部材は、前記可動板及びジンバルの回動時にねじり変形される。
【００５０】
一実施形態として、第１振動数及び前記可動板の固有振動数と一致する第２振動数を重畳的に有する駆動電源が前記駆動コイル部に印加されることにより、前記可動板は、前記第１軸を中心に前記第１振動数で回動し、前記第２軸を中心に前記第２振動数で共振する。
【００５１】
一実施形態として、前記スキャナは、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分の周囲に楕円状に配置される補助コイル部をさらに具備する。
【００５２】
一実施形態として、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記補助コイル部と同じストランドのコイルで設けられる。
【００５３】
一実施形態として、前記駆動コイル部の第１部分及び第２部分は、前記補助コイル部と互いに異なるストランドのコイルで設けられる。
【００５４】
一実施形態として、前記スキャナは、前記ジンバル及び可動板間に設けられる振動抑制板をさらに備え、第１振動数及び前記可動板の固有振動数と一致する第２振動数を重畳的に有する駆動電源が前記駆動コイル部に印加されるとき、前記振動抑制板は、前記可動板に対して前記第２振動数の回動成分を抑制する。
【００５５】
一実施形態として、前記第２振動数は、前記第１振動数より大きい。
【００５６】
一実施形態として、前記可動板には、光を反射するミラー部が設けられる。
【００５７】
一実施形態として、前記第２振動数は、前記可動板の固有振動数と一致し、前記振動抑板は、前記可動板の前記第１軸を中心にした前記第２振動数の回動成分を抑制する。
【００５８】
一実施形態として、前記可動板は、前記第２軸を中心に前記第２振動数で共振する。
【００５９】
一実施形態として、前記振動抑制板は、前記第１軸を中心にした回動に対する固有振動数が前記第１振動数より大きく、前記第２振動数より小さな値を有する。
【００６０】
一実施形態として、前記振動抑制板は、前記固有振動数が前記第２振動数の７０％以下である値を有することにより、前記第１軸を中心にした前記可動板の回動に対して低域通過フィルタとなる。
【発明の効果】
【００６１】
本発明のアクチュエータ及び二次元スキャナによれば、一対の磁石及びヨークが設けられるので、磁場の漏れや撹乱が防止され、可動板の駆動源である駆動コイル部及び補助コイル部に周波数重畳された電源を印加したり、または互いに異なる周波数の独立的な駆動電源を印加したりすることにより、可動板の回動制御が容易になり、駆動コイル部の形状、ジンバル、可動板の配置が革新的に改善される。この結果、チップの小型化及び消費電力が減少し、振動抑制板によって可動板の第２振動数回動成分が抑制されることにより、スキャン品質が著しく改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について詳細に説明する。本発明の実施形態は、図面に示されたものに限定されず、本発明を逸脱しない範囲内で多様に変形可能であるということを明らかにしておく。
【００６３】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、本発明における二次元スキャニング法を図示した説明図である。図６Ａで、垂直軸は水平走査角、水平軸は時間を表す。後述の図１０を参照すれば、可動板３００の中央部には、ミラー部３２０が設けられて光信号を反射する。ここで、水平走査角は、第２軸を中心にした可動板３００（図１０）の回動角である。水平振動数は、第２軸を中心にした可動板３００の回転振動数であり、垂直振動数より高周波である。例えば、可動板３００は、水平走査角−１５゜〜＋１５゜の範囲で、水平振動数２５ｋＨｚで順方向及び逆方向に周期的に回動する。
【００６４】
図６Ｂで、垂直軸は垂直走査角、水平軸は時間を表す。ここで、垂直走査角は、第１軸を中心にした可動板３００の回動角である。垂直振動数は、第１軸を中心に可動板３００の回動周波数であり、水平振動数より低周波である。例えば、可動板３００（図１０）は、垂直走査角０〜７゜の範囲で、垂直振動数６０Ｈｚで順方向及び逆方向に周期的に回動する。
【００６５】
図６Ｃで、垂直軸は可動板の垂直走査角、水平軸は水平走査角を表す。可動板が水平走査角及び垂直走査角ほど同時に回動すれば、１フレームの可視画像が形成される。走査線の歪曲の激しいフレームのエッジは捨て、有効フレーム領域のみをディスプレイ領域として使用することが望ましい。水平振動数が２５ｋＨｚであり、垂直振動数が６０Ｈｚである場合、４００個ほど（すなわち、２５０００／６０個である）の走査線で構成される１つの有効フレームが１秒当たり６０個ディスプレイされることにより、高解像度の可視画像を表示できる。ここで、水平走査角、垂直走査角、水平振動数、及び垂直振動数に関する具体的な数値は、説明の便宜上、例示したものであり、本発明を限定するためのものではない。
【００６６】
図７は、本発明の磁場形成部２００を図示した平面図である。図８Ａは、本発明における磁力の大きさ勾配を数値解析的に求めたグラフである。図８Ｂは、図８Ａの結果を得るための磁石２１０ａ、２１０ｂの配置関係を図示した斜視図である。図７〜図８Ｂを共に参照すれば、磁場形成部２００は、一対の磁石２１０ａ、２１０ｂを具備する。磁場形成部２００は、磁石２１０ａ、２１０ｂの周辺を取り囲み、磁性体からなるヨーク２２０を共に具備することがさらに望ましい。図８Ｂには説明の便宜上、ヨークが図示されていない。以下、第１軸は、磁力線に垂直の方向（ｘ軸方向と一致）をいい、第１軸に直交する第２軸は、磁力線に平行した方向（ｙ軸方向と一致）と定義する。
【００６７】
磁場形成部２００は、第１軸位置で最小の大きさを有し、第２軸に平行した方向に作用する磁力を形成する。ヨーク２２０は、漏れる磁力を防止して磁力をｙ軸方向へ誘導する。図８Ａには、一対の磁石２１０ａ、２１０ｂが離隔される距離Ｄ及び着磁条件を異にする場合、磁力の大きさ勾配が示されている。図８Ａの水平軸は、第１軸及び第２軸の交点８０から第２軸に沿った距離を、垂直軸は、磁力の大きさを表す。磁力の大きさは、第１軸及び第２軸の交点８０位置から第１軸に沿って最小値Ｂｍｉｎを有し、第２軸に沿って磁石２１０ａ、２１０ｂに接近するほど増大し、磁石２１０ａ、２１０ｂの表面で最大値Ｂｍａｘを有する。
【００６８】
図１０は、本発明において、第２軸と同軸に位置する支持部材を具備したアクチュエータの主要部を図示した平面図である。ベース板１００、可動板３００、支持部材、磁石２１０ａ、２１０ｂ、駆動コイル部４００が図示されている。図１０以下では、説明の便宜上、磁石２１０ａ、２１０ｂの周囲に設けられるヨーク２２０が省略されている。ベース板１００は、アクチュエータ本体（図示せず）に固定される。ベース板１００には、駆動コイル部４００の末端が連結され、駆動信号が入出力され端子部１１０が設けられる。磁場形成部２００として、可動板３００の周囲に一対の磁石２１０ａ、２１０ｂが設けられ、第２軸に平行した方向の磁力を可動板３００に作用させる。磁力の大きさは、第１軸及び第２軸の交点８０で最小値を有し、磁石２１０ａ、２１０ｂの表面で最大値を有する。
【００６９】
可動板３００は、第１軸または第２軸のうち、少なくともいずれか一つを中心に回動する。図１０に図示された可動板３００の場合、第２軸を中心に回動すれば、一次元アクチュエータになり、第１軸及び第２軸で同時に回動すれば、二次元アクチュエータになる。支持部材は、第１軸または第２軸のうち、いずれか一つと同軸に設けられ、ベース板１００及び可動板３００を連結して可動板３００の回動軸になる。図１０に図示された支持部材は、第２軸支持部材１５２として第２軸と同軸に設けられ、可動板３００の回動軸になる。可動板３００の回動方向により、曲げ変形またはねじり変形される支持部材は、弾性を有する材質により形成されることが望ましい。図示された第２軸支持部材１５２は、可動板３００の第１軸回動時に、曲げ変形（ｂｅｎｄｉｎｇ  ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）され、可動板３００の第２軸回動時に、ねじり変形（ｔｏｒｓｉｏｎａｌ  ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）される。
【００７０】
駆動コイル部４００は、同軸部４２０、離隔部４１０、及び連結部４３０を具備し、第１軸及び第２軸の交点８０に対して点対称形状を有するように可動板３００上に設けられる。駆動コイル部４００には、可動板３００の駆動電源が印加される。同軸部４２０は、第１軸と同軸に配置され、離隔部４１０は、同軸部４２０と第２軸方向に沿って所定距離離隔される。同軸部４２０と離隔部４１０は、互いに平行するように離隔された直線状であることが望ましい。連結部４３０は、同軸部４２０と離隔部４１０とを互いに連結する。連結部４３０は、同軸部４２０と離隔部４１０とを曲線状で連結し、特に、一定の曲率半径を有する円弧状であることが望ましい。
【００７１】
すなわち、離隔部４１０は、第１軸及び第２軸の交点８０から第２軸方向に離隔された位置から始まって第１軸に平行するように延び、連結部４３０は、離隔部４１０の末端から始まって第１軸に達するまで円弧状に延長され、同軸部４２０は、連結部４３０の末端から始まって第１軸及び第２軸の交点８０に向けて離隔部４１０と同じ長さほど直線状に延長されることが望ましい。駆動コイル部４００は、互いに連結される離隔部４１０、連結部４３０、及び同軸部４２０を複数に具備することにより、第１軸及び第２軸の交点８０に対して点対称をなす閉曲線状に配置されることが望ましい。
【００７２】
図９Ａ及び図９Ｂは、本発明において曲線状の連結部４３０に対する効果を説明するための図面である。図９Ａには、曲線状の連結部４３０を有するラウンド型コイル４０１を図示し、図９Ｂには、直角に曲がった連結部４３０’を有する四角形コイル４０１’を図示した。次の表１には、それらコイル４０１の性能に係る数値解析結果を表示した。
【００７３】
【表１】
2007312592.tif 000003
【００７４】
表１を参照すれば、図９Ａに図示された曲線型連結部４３０を有するラウンド型コイル４０１が、図９Ｂに図示された直角連結部４３０’を有する四角形コイル４０１’に比べ、モーメント同一条件で、電流消耗量、コイル長、消耗電力の側面で有利な効果（電流消費量及びコイル長で７％ほど、消費電力で１７％ほど）を有するということが分かる。
【００７５】
再び図１０を参照すれば、可動板３００は、フレミングの左手法則により、第１軸を中心に回動する。すなわち、磁力の方向及び電流の方向（図示されたところによれば、時計回り方向）が図示されたところのようであるとすれば、第１四分面Ｉ及び第２四分面ＩＩに位置した離隔部４１０及び連結部４３０には、ｘ−ｙ平面から突出する方向（ｚ軸の正方向）の電磁力４１１、４３１が発生し、負のｘ軸と同軸に位置した同軸部４２０には、ｘ−ｙ平面から突出する方向（ｚ軸の正方向）の電磁力が発生し、第３四分面III及び第４四分面ＩＶに位置した離隔部４１０及び連結部４３０には、ｘ−ｙ平面に向けて入っていく方向（ｚ軸の負方向）の電磁力が発生し、正のｘ軸と同軸に位置しる同軸部４２０には、ｘ−ｙ平面に向けて入っていく方向（ｚ軸の負方向）の電磁力４２１が発生する。
【００７６】
同軸部４２０で発生する電磁力は、第１軸を中心にしたモーメント力Ｔｘに影響を及ぼすことができない。離隔部４１０及び連結部４３０で発生する電磁力が第１軸に対して対称であるので、第１軸を中心にしたモーメント力Ｔｘが発生するのは、フレミングの左手法則によって明らかである。
【００７７】
以下では、第１四分面Ｉ及び第４四分面ＩＶに位置した離隔部４１０、同軸部４２０、連結部４３０を参照し、第２軸を中心にしたモーメント力Ｔｙについて述べる。可動板３００は、第２軸に沿った磁力の大きさ勾配及び駆動コイル部４００の配置形状によって発生する回転モーメントにより、第２軸を中心に回動する。
【００７８】
すなわち、同軸部４２０の位置で磁力の大きさが最小であるから、同軸部４２０で発生する電磁力は、離隔部４１０で発生する電磁力よりも小さい。第１四分面Ｉに位置した連結部４３０に作用する磁力勾配は、第４四分面ＩＶに位置した連結部４３０に作用する磁力勾配と実質的に同一なので、第１四分面Ｉ及び第４四分面ＩＶに位置した連結部４３０で類似した大きさの電磁力が発生する。しかし、第１四分面Ｉに位置した連結部４３０が第４四分面ＩＶに位置した連結部４３０より第２軸からさらに遠く離れている。従って、第１四分面Ｉ及び第４四分面ＩＶで発生する電磁力の合力は、ｘ−ｙ平面から突出する方向（ｚ軸の正方向）に作用し、第２四分面ＩＩ及び第３四分面IIIで発生する電磁力の合力は、これと対称であり、ｘ−ｙ平面に向けて入っていく方向（ｚ軸の負方向）に作用し、可動板３００は、第２軸を中心に右側から左側の方向に回動する。
【００７９】
第２軸を中心にしたモーメント力Ｔｙの大きさは、駆動コイル部４００の形状が図１０と同じであると仮定すれば、磁力の大きさ勾配によって変わる。表２は、磁力の大きさ勾配により、第１軸を中心にしたモーメント力Ｔｘと第２軸を中心にしたモーメント力Ｔｙとの大きさに対する数値解析結果を表す。
【００８０】
【表２】
2007312592.tif 000004
【００８１】
一実施形態として、可動板３００は、第１軸または第２軸のうち、いずれか一つを中心に共振によって回動することにより、第１軸及び第２軸を中心に互いに異なる振動数で回動する。駆動コイル部４００には、可動板３００の回動のための駆動電源が印加される。一実施形態として、第１振動数及び第２振動数（可動板３００の第２軸回動に対する固有振動数と一致）を重畳的に有する駆動電源が駆動コイル部４００に印加されることにより、可動板３００は、第１軸を中心に第１振動数で回動し、第２軸を中心に第２振動数で共振によって回動する。
【００８２】
単一ストランドのコイル４０１で形成される駆動コイル部４００に、単一周波数の駆動電源が入力されれば、可動板３００は、第１軸及び第２軸を中心に同じ振動数で回動する。駆動コイル部４００に、２個以上の周波数が重畳された駆動電源が入力されれば、可動板３００は、第１軸及び第２軸を中心に互いに異なる振動数で回動される。例えば、駆動電源に第１振動数及び第２振動数が重畳されており、可動板３００の第２軸回動に対する固有振動数が第２振動数と一致する場合、可動板３００は、第１軸を中心に第１振動数で回動し、第２軸を中心に第２振動数で共振によって回動する。もちろん、駆動電源の周波数重畳により、第１軸を中心にした第２振動数の回動成分が存在するが、相対的に高周波である第２振動数成分は、第１振動数に対するノイズとして無視され、第２軸を中心にした第１振動数の回動成分が存在するが、その振幅（順逆方向の回動角をいう）が第２軸を中心にした第２振動数の共振振幅に比べて小さいので、無視される。
【００８３】
なお、図示されたところに限定されず、駆動コイル部４００が２ストランドのコイル４０１で形成される場合、１つの駆動コイル部４００に第１振動数の駆動電源が入力され、残りの駆動コイル部４００に第２振動数の駆動電源が入力される実施形態も可能である。その場合にも、可動板３００の第１軸及び第２軸を中心にした駆動は、前述したものと同一である。
【００８４】
図１１は、本発明において、第１軸と同軸に位置する支持部材を具備したアクチュエータの主要部を図示した平面図である。なお、図１０と同じ参照符号は同じ構成要素を表し、同じ構成要素およびその作用についての説明は、重複記載を避けるため省略する。
【００８５】
図示された可動板３００の場合、第１軸を中心に回動すれば、一次元アクチュエータになり、第１軸及び第２軸で同時に回動すれば、二次元アクチュエータになる。図示された支持部材は、第１軸支持部材１５１として第１軸と同軸に設けられ、ベース板１００と可動板３００とを弾力的に連結し、可動板３００の回動軸になる。第１軸支持部材１５１は、可動板３００の第２軸回動時に曲げ変形され、可動板３００の第１軸回動時にねじり変形される。
【００８６】
図１２は、図１１の実施形態において、補助コイル部５００をさらに具備したアクチュエータの主要部を図示した平面図である。なお、図１１と同じ参照符号は同じ構成要素を表し、同じ構成要素およびその作用についての説明は、重複記載を避けるため省略する。
【００８７】
図示されたアクチュエータは、補助コイル部５００をさらに具備する。補助コイル部５００は、駆動コイル部４００の周囲に配置され、第１軸及び第２軸の交点８０を中心に楕円状に配置される。補助コイル部５００に時計回り方向の電流が印加されるとすれば、第１軸を基準に一側の電磁力は、ｘ−ｙ平面から突出する方向（ｚ軸の正方向）に作用し、他側の電磁力は、これとｘ軸対称であり、ｘ−ｙ平面に向けて入っていく方向（ｚ軸の負方向）に作用し、可動板３００は、第１軸を中心に上方から下方に回動する。
【００８８】
一実施形態として、駆動コイル部４００及び補助コイル部５００が同じストランドのコイル４０１で形成される場合、駆動コイル部４００及び補助コイル部５００の末端は、同じ端子部１１０に連結される。また、第１振動数及び第２振動数（可動板３００の第２軸回動に対する固有振動数と一致）を重畳的に有する駆動電源が駆動コイル部４００及び補助コイル部５００に印加されることにより、可動板３００は、第１軸を中心に第１振動数で回動し、第２軸を中心に第２振動数で共振によって回動する。第１軸を中心にしたモーメント力Ｔｘは、駆動コイル部４００及び補助コイル部５００のそれぞれから発生するので、補助コイル部５００は、第１軸モーメント力Ｔｘを増大させる役割を果たす。第２軸を中心にしたモーメント力Ｔｙは、駆動コイル部４００によってのみ発生する。  図１３は、図１２の実施形態において、駆動コイル部４００及び補助コイル部５００が互いに異なるストランドのコイル４０１、４０２で設けられるアクチュエータの主要部を図示した平面図である。なお、図１２と同じ参照符号は同じ構成要素を表し、同じ構成要素およびその作用についての説明は、重複記載を避けるため省略する。
【００８９】
一実施形態として、駆動コイル部４００及び補助コイル部５００は、互いに異なるストランドのコイル４０１、４０２で設けられることにより、互いに異なる振動数の駆動電源を独立的に印加できる。
【００９０】
一実施形態として、第１振動数を有する駆動電源が補助コイル部５００に印加され、第２振動数（可動板３００の第２軸回動に対する固有振動数と一致）を有する駆動電源が駆動コイル部４００にそれぞれ印加されることにより、可動板３００は、第１軸を中心に第１振動数で回動し、第２軸を中心に第２振動数で共振によって回動する。
【００９１】
一実施形態として、ベース板１００には、駆動コイル部４００の両端部が連結される端子部１１０と、補助コイル部５００の両端部が連結される補助端子部１２０とが設けられる。
【００９２】
図１４は、本発明において、ジンバル６００を具備したアクチュエータの主要部を図示した平面図である。なお、図１３と同じ参照符号は同じ構成要素を表し、同じ構成要素およびその作用についての説明は、重複記載を避けるため省略する。
【００９３】
図示されたアクチュエータは、ベース板１００、一対の磁石２１０ａ、２１０ｂ、ジンバル６００、可動板３００、駆動コイル部４００、第１軸支持部材１５１を具備する。ジンバル６００は、第１軸支持部材１５１を中心に回動する。第１軸支持部材１５１は、ベース板１００とジンバル６００とを弾力的に連結し、ジンバル６００の回動軸になる。可動板３００は、ジンバル６００の内側に位置し、第２軸支持部材１５２を中心に回動する。第２軸支持部材１５２は、ジンバル６００と可動板３００とを弾力的に連結し、可動板３００の回動軸になる。図示された第１軸支持部材１５１及び第２軸支持部材１５２は、ジンバル６００及び可動板３００の回動方向によって曲げ変形されることもあるが、互いに独立的にねじり変形のみされることもある。すなわち、第１軸支持部材１５１及び第２軸支持部材１５２がいずれも設けられる場合、ジンバル６００及び可動板３００の第１軸回動時に、第１軸支持部材１５１がねじり変形され、ジンバル６００の第２軸回動は、第１軸支持部材１５１によって抑制され、可動板３００の第２軸回動時に、第２軸支持部材１５２がねじり変形されることが望ましい。
【００９４】
駆動コイル部４００は、可動板３００上に設けられ、同軸部４２０、離隔部４１０、連結部４３０を具備する。補助コイル部５００は、ジンバル６００上に設けられ、第１軸及び第２軸の交点８０を中心に楕円状に配置される。
【００９５】
可動板３００は、第２軸に沿った磁力の大きさ勾配及び駆動コイル部４００の配置形状によって発生する回転モーメントにより、第２軸を中心に回動する。ジンバル６００及び可動板３００は、駆動コイル部４００及び補助コイル部５００で発生する電磁力により、第１軸を中心に回動する。
【００９６】
一実施形態として、駆動コイル部４００及び補助コイル部５００は、同じストランドのコイル４０１で形成される。駆動コイル部４００及び補助コイル部５００に単一周波数の駆動電源が印加されれば、ジンバル６００及び可動板３００は、同じ振動数で回動する。第１振動数及び第２振動数（可動板３００の第２軸回動に対する固有振動数と一致）を重畳的に有する駆動電源が駆動コイル部４００及び補助コイル部５００に印加されることにより、ジンバル６００及び可動板３００は、第１軸を中心に第１振動数で回動し、可動板３００は、第２軸を中心に第２振動数で共振によって回動する。ベース板１００は、駆動コイル部４００に電源を印加する端子部１１０を具備する。
【００９７】
図示されていないが、駆動コイル部４００及び補助コイル部５００は、互いに異なるストランドのコイル４０１、４０２で形成されることにより、互いに異なる振動数の駆動電源を独立的に印加できる。一実施形態として、第１振動数を有する駆動電源が補助コイル部５００に印加され、可動板３００の固有振動数と一致する第２振動数を有する駆動電源が駆動コイル部４００にそれぞれ印加されることにより、ジンバル６００及び可動板３００は、第１軸を中心に第１振動数で回動し、可動板３００は、第２軸を中心に第２振動数で共振によって回動する。ベース板１００は、補助コイル部５００に電源を印加する補助端子部１２０をさらに具備できる。
【００９８】
可動板３００には、光を反射するミラー部３２０が備えることができる。例えば、ジンバル６００が垂直走査角０°〜７゜の範囲で、垂直振動数６０Ｈｚで順方向及び逆方向に周期的に回動する。垂直振動数は、第１振動数をいう。一方、可動板３００の第２軸中心回動に対する固有振動数は、２５ｋＨｚである。可動板３００は、水平走査角−１５゜〜＋１５゜の範囲で、水平振動数２５ｋＨｚで順方向及び逆方向に共振によって回動する。水平振動数は、第２振動数をいう。ジンバル６００及び可動板３００が垂直振動数で回動し、可動板３００が水平振動数で回動する。このとき、図６に図示されているように、４００個（すなわち、２５０００／６０個である）ほどの走査線により構成される１つの有効フレームが１秒当たり６０個ディスプレイされながら高解像度の可視画像をディスプレイできる。可動板３００は、前述のような二次元画像のスキャナ装置以外に、図示されていない多様な用途に使用することができる。  図１５は、本発明の二次元スキャナの主要部を図示した平面図である。なお、図１４と同じ参照符号は同じ構成要素を表し、同じ構成要素およびその作用についての説明は、重複記載を避けるため省略する。
【００９９】
本発明の二次元スキャナは、ベース板１００、一対の磁石２１０ａ、２１０ｂ、ジンバル６００、可動板３００、ジンバル６００上に設けられる駆動コイル部４００を具備する。
【０１００】
ジンバル６００は、第１軸と同軸にベース板１００に連結される第１軸支持部材１５１を中心に回動する。可動板３００は、ジンバル６００の内側に位置し、光を反射するミラー部３２０を具備し、第２軸と同軸にジンバル６００に連結される第２軸支持部材１５２を中心に回動する。駆動コイル部４００は、第１軸及び第２軸の交点８０に対して点対称形状に設けられ、第１軸と同軸に配置される同軸部４２０、同軸部４２０と第２軸方向に離隔される離隔部４１０、及び同軸部４２０と離隔部４１０とを連結する連結部４３０を具備する。駆動コイル部４００の周囲に配置され、前記第１軸及び第２軸の交点８０を中心に楕円状に配置される補助コイル部５００がさらに設けられることが望ましい。
【０１０１】
駆動コイル部４００及び補助コイル部５００についての構成及び作用は、すでに述べたところと同一である。垂直走査角及び垂直振動数と水平走査角及び水平振動数とに係る可動板３００の駆動も、すでに述べたところと同一である。駆動コイル部４００がジンバル６００上に設置されることが図１４の実施形態と区別され、かかる差異点により、可動板３００の大きさ及び回転慣性を減らすことができ、可動板３００の固有振動数を図１４に比べて増大させることができる。
【０１０２】
すでに述べた通り、駆動コイル部４００及び補助コイル部５００には、第１振動数及び第２振動数を重畳的に有する同じ駆動電源が入力されたり、または第１振動数及び第２振動数を有する独立的な駆動電源がそれぞれ入力されたりして、可動板３００は、第１軸及び第２軸を中心に互いに異なる振動数で回動される。
【０１０３】
例えば、可動板３００の第２軸回動に係る固有振動数が第２振動数と一致し、第１軸支持部材１５１及び第２軸支持部材１５２がねじり変形のみ可能である場合、ジンバル６００及び可動板３００は、第１軸を中心に第１振動数で回動し、第２軸を中心に第２振動数で共振によって回動する。もちろん、駆動電源の周波数重畳により、第１軸を中心にした第２振動数の回動成分が存在するが、相対的に高周波である第２振動数成分は、第１振動数に対するノイズとして無視され、第２軸を中心にした第１振動数の回動成分が存在するが、その振幅（順逆方向の回動角をいう）が第２振動数の共振振幅に比べて小さいので、無視されうる。
【０１０４】
図１６は、本発明において、振動抑制板７００を具備した二次元スキャナの主要部を図示した平面図である。図示された振動抑制板７００は、ジンバル６００の内側に位置し、第１軸と同軸であってジンバル６００に連結される中間支持部材１５３を中心に回動する。可動板３００は、振動抑制板７００の内側に位置し、光を反射するミラー部３２０を具備し、第２軸と同軸であって振動抑制板７００に連結される第２軸支持部材１５２を中心に回動する。駆動コイル部４００は、ジンバル６００上に設けられる。
【０１０５】
図１５以前の実施形態では、第１振動数（図６の垂直振動数であり、例えば、６０Ｈｚ）及び第２振動数（図６の水平振動数であり、例えば、２５ｋＨｚ）の駆動電源がいずれも印加される場合、第１軸を中心にした第２振動数（２５ｋＨｚ）の回動成分が存在するが、相対的に高周波である第２振動数成分は、第１振動数に対するノイズとして無視されるといえる。
【０１０６】
しかし、第１軸を中心にした第２振動数の回動成分がジンバル６００に作用することは無視できるが、可動板３００に作用する成分は、除去されることが望ましい。光信号の垂直振動数に影響を与えるのは、ジンバル６００の回動ではなく、可動板３００の回動であり、可動板３００が第１軸を中心に第１振動数（例えば、６０Ｈｚ）及び第２振動数（例えば、２５ｋＨｚ）で回動する場合、垂直振動数に重畳された２５ｋＨｚの成分を振動抑制板７００によって除去すれば、スキャン品質を大きく改善できる。すなわち、第１軸を中心に第１振動数及び第２振動数が重畳された状態で回動する可動板３００に対し、振動抑制板７００は、第２振動数の回動成分を抑制する。
【０１０７】
図１７Ａ及び図１７Ｂは本発明において、可動板３００及びジンバル６００の振動モデルを図示した説明図である。第１軸支持部材１５１を中心にしたジンバル６００の回動角は、参照符号θ２と図示されている。第１軸に対する回転体であるジンバル６００及び可動板３００の質量慣性モーメント（ｍａｓｓ  ｍｏｍｅｎｔ  ｏｆ  ｉｎｅｒｔｉａ）はＪ２、第１軸支持部材１５１のねじり弾性係数（ｔｏｒｓｉｏｎａｌ  ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）はＫ２、ダンピング係数（ｄａｍｐｉｎｇ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）はＢ２、駆動コイル部４００で発生したモーメント力はＴ２と表示される。Ｊ２、Ｋ２、Ｂ２は一定の定数であり、θ２及びＴ２は時間の関数であって変数である。前記振動モデルの動的方程式（ｄｙｎａｍｉｃ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）は、次の通り表現される。
【０１０８】
【数１】
2007312592.tif 000005
【０１０９】
Ｔ２（ｔ）を入力変数、θ２（ｔ）を出力変数とし、伝達関数（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を求めるために、θ２（ｔ）に対する初期条件を０とおく。そして、数式１をラプラス変換して伝達関数Ｍ２（ｓ）を求めるならば、次の通りである。
【０１１０】
【数２】
2007312592.tif 000006
【０１１１】
Ｗｎは固有振動数であり、ξは減衰比（ｄａｍｐｉｎｇ  ｒａｔｉｏ）を表す。伝達関数Ｍ２（ｓ）に対する周波数応答（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）Ｍ２（ｊｗ）を求めるために、数式２にｓ＝ｊｗを代入する。説明の便宜上、利得成分である１／Ｋ２の影響を除去するために、周波数応答の大きさである｜Ｍ２（ｊｗ）｜を正規化する。正規化された（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）周波数応答の大きさである｜ｍ２（ｊｗ）｜は、次の通りである。
【０１１２】
【数３】
2007312592.tif 000007
【０１１３】
図１９は、図１７Ａ及び図１７Ｂに図示された可動板３００及びジンバル６００の振動モデルについての周波数応答を図示したグラフである。ｘ軸は振動数を表し、ｙ軸は正規化された周波数応答の大きさ｜ｍ２（ｊｗ）｜を表す。固有振動数が定数である場合に、減衰比ξの変化が周波数応答の大きさ｜ｍ２（ｊｗ）｜に与える影響が図示される。ほとんどのシステムは、１より小さな減衰比を有する不足減衰システム（ｕｎｄｅｒ  ｄａｍｐｅｄ  ｓｙｓｔｅｍ）である。減衰比を増大させれば、周波数応答の大きさ｜ｍ２（ｊｗ）｜を減少させることができる。しかし、ダンピング装置をアクチュエータまたは二次元スキャナに設けることは、材質選択及び費用側面で見るとき、本発明で追求するところではない。
【０１１４】
本発明のアクチュエータまたは二次元スキャナは、非常に小さなダンピングを有する。図１９を参照すれば、減衰比ξが０に接近するとき、周波数応答の大きさ｜ｍ２（ｊｗ）｜が１になる振動数（説明の便宜上、これを臨界振動数と呼ぶ）は、（２１／２）Ｗｎである。これは、数式２から、容易に誘導される。一般的な振動システムで加振周波数が前記臨界振動数よりも大きい場合、周波数応答の大きさが１よりも小さくなるので、振動抑制効果を期待することができる。本発明では、可動板３００及びジンバル６００に振動抑制板７００を追加した全体システムの臨界振動数を加振周波数よりも小さな値にすることが目的である。以下では、これについて具体的に説明する。
【０１１５】
図１８Ａ及び図１８Ｂは、本発明において、可動板３００、振動抑制板７００、及びジンバル６００の振動モデルを図示した説明図である。第１軸支持部材１５１を中心にしたジンバル６００の回動角は、参照符号θ２で図示されている。ジンバル６００の質量慣性モーメントはＪ２、第１軸支持部材１５１のねじり弾性係数はＫ２、ジンバル６００のダンピング係数はＢ２、駆動コイル部４００で発生してジンバル６００に作用するモーメント力はＴ２と表示される。Ｊ２、Ｋ２、Ｂ２は一定の定数であり、θ２及びＴ２は、時間の関数として変数である。
【０１１６】
中間支持部材１５３を中心にした振動抑制板７００及び可動板３００の回動角はθ１、中間支持部材１５３を中心にした振動抑制板７００及び可動板３００の質量慣性モーメントはＪ１、中間支持部材１５３のねじり弾性係数はＫ１、振動抑制板７００及び可動板３００のダンピング係数はＢ１、振動抑制板７００及び可動板３００に作用するモーメント力はＴ１と表示される。Ｊ１、Ｋ１、Ｂ１は一定の定数であり、θ１及びＴ１は時間の関数であり、変数である。第１軸と同軸である中間支持部材１５３を中心にした振動抑制板７００及び可動板３００の回動に関心があるので、入力はＴ１であり、出力はθ１である。第１振動数及び第２振動数の加振力を含んだ入力Ｔ１を考慮する条件で、θ１に対する周波数応答を求めたものを、図２０に示す。
【０１１７】
図２０は、図１８Ａ及び図１８Ｂに図示された可動板３００、ジンバル６００、及び振動抑制板７００の振動モデルに対する周波数応答を数値解析的に求めたグラフである。ｘ軸は振動数を表し、ｙ軸は周波数応答の大きさを表す。図１９は、伝達関数（θ２／Ｔ２）の周波数応答であり、インパルス入力に対する周波数応答を図示したグラフであるのに対し、図２０は、入力Ｔ１を具体的に考慮し、θ１の周波数応答を図示したグラフである。
【０１１８】
中間支持部材１５３は、第１軸と同軸に設けられるので、第１のピーク値は、第１振動数である６０Ｈｚで発生する。第２のピーク値は、振動抑制板７００の固有振動数（中間支持部材１５３を中心にした回動に対するもの）である８ｋＨｚで発生する。第３のピーク値は、第２振動数である２５ｋＨｚで発生する。それ以外にも異なるピーク値が存在しうるが、大きく見れば、前記３つのピーク値が代表的である。
【０１１９】
すなわち、振動抑制板７００は、第１軸を中心にした回動に対する固有振動数が第１振動数より大きく、第２振動数より小さな値を有することが望ましい。ここで、振動抑制板７００は、第１軸を中心にした回動に対する固有振動数が第２振動数の７０％（すなわち、２（-1／２））以下である値を有することが望ましい。
【０１２０】
その理由は、加振周波数である第２振動数で、周波数応答大きさを１よりも小さな値に抑制しようとする場合、前述のように、振動抑制板７００を追加した全体システムの臨界振動数を第２振動数よりも小さな値にしなければならないからである。これは、可動板３００の質量慣性モーメントなどを無視すれば、振動抑制板７００の固有振動数（前記臨界振動数の７０％に近似）が第２振動数の７０％以下である値を有することと等価である。そして、振動抑制板７００の固有振動数が第１振動数より大きいのは、第１振動数で、可動板３００の周波数応答が減衰されることを防止するためである。
【０１２１】
図２０に示すように、振動抑制板７００の固有振動数は、８ｋＨｚであり、第１振動数である６０Ｈｚよりも大きく、第２振動数である２５ｋＨｚの７０％以下である値である。従って、振動抑制板７００は、第１軸を中心にした可動板３００の回動に対し、第１振動数帯域の振動は通過させ、第２振動数帯域の振動は抑制する低域通過フィルタとなる。
【０１２２】
図２１及び図２２は、振動抑制板７００の振動抑制効果に係る数値解析結果を図示したグラフである。水平軸は時間を、垂直軸は垂直走査角を表す。図２１は、第１軸支持部材１５１を中心にしたジンバル６００の回動角であるθ２に関する第１振動数（垂直周波数であって６０Ｈｚ）及びこれに重畳された第２振動数（水平周波数であって２５ｋＨｚ）の成分を図示する。図２２は、中間支持部材１５３を中心にした振動抑制板７００及び可動板３００の回動角であるθ１に関する第１振動数（垂直周波数であって６０Ｈｚ）を図示する。θ１において、第２振動数（水平周波数であって２５ｋＨｚ）成分が大きく抑制されるということが分かる。
【０１２３】
以上、具体的な数値を使用して振動抑制板７００の作用について述べたが、それらは説明の便宜のためであるだけであり、本発明の範囲を限定するためのものでない。添付図面には、説明の便宜のために、本発明の実施形態が大きく拡大されて図示されているが、本発明のアクチュエータと二次元スキャナは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）工程により、半導体チップ状のマイクロスキャナとして具現されるのに非常に適した構造である。
【０１２４】
図２３は、本発明によるスキャナの動作を図示した斜視図である。一実施形態として、本発明の二次元スキャナは、マイクロ光学装置７１２、レーザモジュレータ７０８、アクチュエータ７０４を具備する。マイクロ光学装置７１２にＲＧＢ色相の光７１０を走査するレーザモジュレータ７０８が設けられる。光７１０は、マイクロ光学装置７１２によって組み合わされてアクチュエータ７０４に向かう。アクチュエータ７０４は、本発明の実施形態に基づいて作動され、スクリーン７２０に光７１０をスキャニングする。
【０１２５】
本発明は、図面に図示された実施形態を参考として説明されたが、それらは例示的なものに過ぎず、当技術が属する分野で当業者ならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって定められる。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明のアクチュエータ及び二次元スキャナは、例えば、光信号関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】二対の永久磁石を具備した従来のアクチュエータを図示した斜視図である。
【図２】図１のアクチュエータで、磁束が歪曲される状態を図示した平面図である。
【図３】一対の永久磁石と傾斜するように配置される従来のスキャナ本体を図示した斜視図である。
【図４】図３のスキャナ本体に対する詳細図である。
【図５】図４について磁力とモーメントとの関係を図示した説明図である。
【図６Ａ】本発明における二次元スキャニング法を図示した説明図である。
【図６Ｂ】本発明における二次元スキャニング法を図示した説明図である。
【図６Ｃ】本発明における二次元スキャニング法を図示した説明図である。
【図７】本発明の磁場形成部を図示した平面図である。
【図８Ａ】本発明において、磁力の大きさ勾配を数値解析的に求めたグラフである。
【図８Ｂ】図８Ａの結果を得るための磁石の配置関係を図示した斜視図である。
【図９Ａ】本発明において、曲線状の連結部についての効果を説明するための図面である。
【図９Ｂ】本発明において、曲線状の連結部についての効果を説明するための図面である。
【図１０】本発明において、第２軸と同軸に位置する支持部材を具備したアクチュエータの主要部を図示した平面図である。
【図１１】本発明において、第１軸と同軸に位置する支持部材を具備したアクチュエータの主要部を図示した平面図である。
【図１２】図１１の実施形態において、補助コイル部をさらに具備したアクチュエータの主要部を図示した平面図である。
【図１３】図１２の実施形態において、駆動コイル部及び補助コイル部が互いに異なるストランドのコイルで設けられるアクチュエータの主要部を図示した平面図である。
【図１４】本発明において、ジンバルを具備したアクチュエータの主要部を図示した平面図である。
【図１５】本発明の二次元スキャナの主要部を図示した平面図である。
【図１６】本発明において、振動抑制板を具備した二次元スキャナの主要部を図示した平面図である。
【図１７Ａ】本発明における可動板及びジンバルの振動モデルを図示した説明図である。
【図１７Ｂ】本発明における可動板及びジンバルの振動モデルを図示した説明図である。
【図１８Ａ】本発明における可動板、振動抑制板、及びジンバルの振動モデルを図示した説明図である。
【図１８Ｂ】本発明における可動板、振動抑制板、及びジンバルの振動モデルを図示した説明図である。
【図１９】図１７Ａ及び図１７Ｂの振動モデルについての周波数応答を図示したグラフである。
【図２０】図１８Ａ及び図１８Ｂの振動モデルについての周波数応答を図示したグラフである。
【図２１】本発明において、振動抑制板の振動抑制効果に関する数値解析結果を図示したグラフである。
【図２２】本発明において、振動抑制板の振動抑制効果に関する数値解析結果を図示したグラフである。
【図２３】本発明によるスキャナの動作を図示した斜視図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１    マイクロスキャナ、
２    絶縁板、
３    磁性体ヨーク、
４、４’、５、５’、２１０ａ、２１０ｂ    永久磁石、
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ    連結ピン、
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ    ボンディングパッド、
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ    ボンディングワイヤ、
１０    スキャナ本体、
１１    シリコン基板、
１２Ａ    外部可動板、
１２Ｂ    内部可動板、
１３Ａ    第１トーションバー、
１３Ｂ    第２トーションバー、
１４Ａ        外部コイル端子、
１４Ｂ    内部コイル端子、
１５Ａ    外部コイル、
１５Ｂ    内部コイル、
１６、３２０    ミラー部、
８０    第１軸と第２軸との交点、
１００    ベース板、
１１０    端子部、
１２０    補助端子部、
１５１    第１軸支持部材、
１５２    第２軸支持部材、
１５３    中間支持部材、
２００    磁場形成部、
２２０    ヨーク、
３００    可動板、
４００    駆動コイル部、
４０１、４０２    コイル、
４０１’    四角形コイル、
４１０    離隔部、
４１１、４２１、４３１    電磁力、
４２０    同軸部、
４３０    曲線状の連結部、
４３０’    直角に曲がった連結部、
５００    補助コイル部、
６００    ジンバル、
７００    振動抑制板、
７０４    アクチュエータ、
７０８    レーザモジュレータ、
７１０    光、
７１２    マイクロ光学装置、
７２０    スクリーン、
Ｈ１、Ｈ２、Ｍ１、Ｍ２、Ｔｘ、Ｔｙ    モーメント力。
【図１】
2007312592.tif 000008
【図２】
2007312592.tif 000009
【図３】
2007312592.tif 000010
【図４】
2007312592.tif 000011
【図５】
2007312592.tif 000012
【図６Ａ】
2007312592.tif 000013
【図６Ｂ】
2007312592.tif 000014
【図６Ｃ】
2007312592.tif 000015
【図７】
2007312592.tif 000016
【図８Ａ】
2007312592.tif 000017
【図８Ｂ】
2007312592.tif 000018
【図９Ａ】
2007312592.tif 000019
【図９Ｂ】
2007312592.tif 000020
【図１０】
2007312592.tif 000021
【図１１】
2007312592.tif 000022
【図１２】
2007312592.tif 000023
【図１３】
2007312592.tif 000024
【図１４】
2007312592.tif 000025
【図１５】
2007312592.tif 000026
【図１６】
2007312592.tif 000027
【図１７Ａ】
2007312592.tif 000028
【図１７Ｂ】
2007312592.tif 000029
【図１８Ａ】
2007312592.tif 000030
【図１８Ｂ】
2007312592.tif 000031
【図１９】
2007312592.tif 000032
【図２０】
2007312592.tif 000033
【図２１】
2007312592.tif 000034
【図２２】
2007312592.tif 000035
【図２３】
2007312592.tif 000036