(57)【要約】【課題】本発明は、動部に接続された可動部を共振駆動させる共振駆動型アクチュエータに関し、共振駆動型アクチュエータの大振幅化と、この振幅に応じた高精度な振動制御を実現することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために、回動軸７を有する可動部１と、可動部１の対称位置に配置されるとともに回動軸７に沿って延出された捩れ梁２，３と、捩れ梁２，３に対して対称に配置された駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂと、駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに設けた駆動体８と、駆動体８のそれぞれを制御する制御回路１５を備え、制御回路１５は、基本信号１６と、この基本信号１６の高次周波数からなる補正信号１７を駆動体８に印加した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動軸を有する可動部と、前記可動部の対称位置に配置されるとともに前記回動軸に沿って延出された捩れ梁と、前記捩れ梁のそれぞれにおいて前記回動軸に対して対称に配置された駆動部と、前記駆動部のそれぞれに設けられた駆動体と、前記駆動体のそれぞれを制御する制御回路を備えた共振駆動型アクチュエータであって、
前記制御回路は、前記共振駆動型アクチュエータの固有共振周波数からなる基本信号と、
前記基本信号の高次周波数からなる補正信号を前記駆動体に印加することを特徴とした共振駆動型アクチュエータ。
【請求項２】
補正信号の周波数は、基本信号の周波数の３倍であることを特徴とする請求項１に記載の共振駆動型アクチュエータ。
【請求項３】
補正信号の位相を、基本信号の位相からπｄｅｄから２π／３ｄｅｇの範囲で遅延させたことを特徴とした請求項１に記載の共振駆動型アクチュエータ。
【請求項４】
駆動信号は、基本信号と補正信号を重畳した信号であることを特徴とした請求項１に記載の共振駆動型アクチュエータ。
【請求項５】
それぞれの駆動体を第一駆動体と第二駆動体に分割し、前記第一駆動体に基本信号を印加し、前記第二駆動体に補正信号を印加することを特徴とした請求項１に記載の共振駆動型アクチュエータ。
【請求項６】
第二駆動体を、可動部あるいは固定部に設けたことを特徴とする請求項５に記載の共振駆動型アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動部に接続された可動部を共振駆動させる共振駆動型アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の共振駆動型アクチュエータは、光スキャナや小型プロジェクタの光走査ミラーなどに用いられている。そして、この共振駆動型アクチュエータは、可動部と固定部を駆動部を介し、駆動部に設けた駆動体に駆動信号の印加により駆動部を振動させ、可動部を回動軸を中心として回動させる構成が知られている。そして、駆動信号の周波数を共振駆動型アクチュエータの固有共振周波数に設定することで駆動部の振動に共振現象が現れ、これにより可動部の振幅を最大化している。
【０００３】
また、共振駆動型アクチュエータを用いた装置の小型化や走査領域の拡大の検討が進められる中で、共振駆動型アクチュエータにはより大きな振幅と、この振幅に応じた高精度な振動制御が求められる。
【０００４】
この振動制御としては、駆動部にその振動状態を検出する検出体を設け、可動部の振動状態を検出し、その振動周波数と駆動信号の周波数との差から、駆動信号の周波数補正を行う。また、検出体からの出力信号の大きさから可動部の振幅を確認し駆動信号の増幅率を制御する振幅制御が知られている。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１や特許文献２が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１５００５５号公報
【特許文献２】特開２０１０−７２１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、共振駆動型アクチュエータの駆動体に駆動信号を印加した場合、駆動信号の周波数に応じて基本振動が励起されるとともに、この周波数の３倍、５倍、７倍といった奇数次の高次モードの振動が不要振動として励起される。この不要振動は、上述した周波数補正や振幅制御では対応できない振動であり、共振駆動型アクチュエータの振幅が大きくなるほどこの不要振動の影響が無視できないものとなる。
【０００８】
特に、可動部を支持する捩れ梁に対して駆動体が回転軸対象となるよう配置されていると、上述した高次モード振動により斜め振動などの不要振動が励起されてしまう。
【０００９】
そこで、本発明はこのような問題を解決し、共振駆動型アクチュエータの大振幅化と、この振幅に応じた高精度な振動制御を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そして、この目的を達成するために、本発明は、回動軸を有する可動部と、可動部の対称位置に配置されるとともに回動軸に沿って延出された捩れ梁と、捩れ梁のそれぞれにおいて回動軸に対して対称に配置された駆動部と、駆動部のそれぞれに設けられた駆動体と、駆動体のそれぞれを制御する制御回路を備えた共振駆動型アクチュエータにおいて、制御回路は、共振駆動型アクチュエータの固有共振周波数からなる基本信号と、基本信号の高次周波数からなる補正信号を前記駆動体に印加する構成とした。
【発明の効果】
【００１１】
この構成により、共振駆動型アクチュエータの大振幅化と、この振幅に応じた高精度な振動制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における共振駆動型アクチュエータの上面図
【図２】同共振駆動型アクチュエータにおける駆動体を含む駆動部の断面図
【図３】同共振駆動型アクチュエータの断面図
【図４】同共振駆動型アクチュエータの駆動信号を生成する基本信号と補正信号の関係を示す図
【図５】実施の形態１の共振駆動型アクチュエータ変形例を示す上面図
【図６】実施の形態２の共振駆動型アクチュエータの上面図
【図７】実施の形態３の共振駆動型アクチュエータの上面図
【図８】実施の形態４の共振駆動型アクチュエータの上面図
【図９】実施の形態５の共振駆動型アクチュエータの上面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の１実施の形態について図を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は共振駆動型アクチュエータを示したものである。この共振駆動型アクチュエータは、可動部１と捩れ梁２，３と固定部４と駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを備えている。捩れ梁２，３は可動部１の対称位置に接続されており、一対の捩れ梁２，３はそれぞれ回動軸７に沿って延出されている。駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂはそれぞれの捩れ梁２，３に対して対称に接続されている。それぞれの駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂは、回動軸７と直交する方向に延出されている。固定部４は、可動部１、捩れ梁２，３、駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの外側を囲む枠形状であり、捩れ梁２，３の端部が接続されている。
【００１５】
また、駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの上には、駆動体８が配置されている。駆動体８は、図２に示すように、上部電極９と下部電極１０との間に圧電体層１１を配置した積層構造体である。そして、上部電極９と下部電極１０の間に駆動信号１２を印加することで、圧電体層１１の逆圧電効果により駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを積層方向に撓振動させる。
【００１６】
そして、回動軸７の反対側に設けられた駆動部５ａ，５ｂの駆動体８に印加する駆動信号１２と、駆動部６ａ，６ｂの駆動体８に印加する駆動信号１２を逆位相として、これらを逆方向に撓ませるように駆動制御することで、可動部１が回動軸７を中心として回動する。したがって、この共振駆動型アクチュエータの可動部１の表面を反射面とすることで、この反射面に入射された光線の反射角を制御し光線の走査させることができる。
【００１７】
なお、この共振駆動型アクチュエータは、図３に示すよう、可動部１の振動空間を確保するため開口部１３を有する支持台１４の上に配置され、固定部４が支持台１４の上端面に実装されて、可動部１、駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ、捩れ梁２，３が開口部の上で懸架されている。また、開口部１３の内部には制御回路１５が実装されており、特に図示していないがボンディングワイアや内部配線等を介して図１に示す駆動体８と電気接続することで可動部１の回動を制御している。
【００１８】
そして、制御回路１５は、図４に示すように、共振駆動型アクチュエータの固有共振周波数の基本信号１６と、この基本信号１６の高次周波数からなる補正信号１７を重畳した信号を生成し、この重畳した信号を駆動信号１２として駆動体８に印加する構成としており、これにより共振駆動型アクチュエータの不要振動を抑制している。
【００１９】
すなわち、共振駆動型アクチュエータに生じる不要振動は、上述したように、駆動体８に基本信号１６を印加した場合でも、駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに励起された振動に３次、５次、７次といった奇数次の高次モード振動が自然発生することによるものである。よって、この自然発生する高次モードの不要振動を減衰させるための振動を、予め補正信号１７として駆動体８に印加させることで、先に述べた不要振動を減衰させることができるのである。
【００２０】
なお、この一実施形態において、補正信号１７の周波数は基本信号１６の周波数の３倍の周波数に設定している。これは、高次モードの不要振動において次数が低いほど影響が大きく次数が高くなるほど影響が小さくなるためである。
【００２１】
また、破線１８で示すように、補正信号１７の位相を基本信号１６の位相からずらせることで、不要振動の抑制効果が高められる。具体的な位相のずれ量としては補正信号１７の周期におけるπｄｅｄから３π／２ｄｅｇの範囲とすることが好ましい。
【００２２】
また、この共振駆動型アクチュエータの変形例を図５に示す。この変形例では、駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに、駆動体８と同様に上部電極９と下部電極１０との間に圧電体層１１を配置した積層構造体からなる検出体１９を配置し、この検出体１９により、駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの振動周波数や振幅情報を検出信号２０として制御回路１５にフィードバックさせることで、上述した不要振動対策に加え周波数補正や振幅制御をあわせて実施することができる。
なお、上述した実施の形態１の共振駆動型アクチュエータは、圧電体層１１を有する駆動体８に駆動信号１２の印加する圧電駆動方式を例に挙げて説明したが、本発明は圧電駆動方式に限らず、静電駆動型や電磁駆動型などの駆動方式を用いても同様の効果が得られる。ただし、静電駆動型を用いる場合、静電気を制御する一対の電極の内、一方の電極を支持台１４に配置し、他方の電極を駆動体８として駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの上に配置することで実現することができる。また、電磁駆動型を用いる場合、電磁力を制御する一対のコイル電極の内、一方のコイル電極を支持台１４に配置し、他方のコイル電極を駆動体８として駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの上に配置することで実現することができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図６にに実施の形態２の共振駆動型アクチュエータを示す。この共振駆動型アクチュエータと上述した図１に示す共振駆動型アクチュエータとの違いは、各駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに設けた駆動体８を第一駆動体８ａと第二駆動体８ｂの分割構造とした点にある。そして、制御回路１５からは、図４に示す基本信号１６と補正信号１７を個別に出力するもので、基本信号１６は第一駆動体８ａに印加し、補正信号１７は第二駆動体８ｂに印加する。なお、第二駆動体８ｂは可動部１や固定部４に設けることもできるが、駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの上に配置するほうが、不要振動の抑制効果が得やすい。その他の点においては実施の形態１と同様である。
【００２４】
（実施の形態３）
図７に実施の形態３の共振駆動型アクチュエータを示す。この共振駆動型アクチュエータと上述した図１に示す共振駆動型アクチュエータと違いは、駆動部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの形状が直線状でないところである。この図７に示す駆動部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは、Ｌ状に屈曲しており、支点となる捩れ梁２，３との接続点から力点となる駆動体８の間隔が大きくなり、大きな撓み幅を確保できる。その他の点においては実施の形態１と同様である。なお、制御回路１５と駆動信号１２は図示していない。
【００２５】
（実施の形態４）
図８に実施の形態４の共振駆動型アクチュエータを示す。この共振駆動型アクチュエータと上述した図１の共振駆動型アクチュエータの違いは、捩れ梁２，３が固定部４に直接接続されていないところである。図８に示す共振駆動型アクチュエータは、捩れ梁２３，２４の先端に駆動部２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂが配置され、この駆動部２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂの端部を固定部４に接続した構造である。その他の点においては実施の形態１と同様である。なお、制御回路１５と駆動信号１２は図示していない。
【００２６】
（実施の形態５）
図９に実施の形態５の共振駆動型アクチュエータを示す。この共振駆動型アクチュエータと上述した図８の共振駆動型アクチュエータの違いは、駆動部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂの形状が直線状でないところである。図９における駆動部２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂはＳ状であり直線状のものに比べ延伸距離が長くなり、大きな撓み幅を確保できるのである。その他の点においては実施の形態４と同様である。なお、制御回路１５と駆動信号１２は図示していない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、走査領域に対する不要光の入射を防止した小型の光走査デバイスにおいて生産性を高めるという効果を有し、特に駆動手段の劣化抑制や防塵・防水手段が必要となるため光学反射素子を箱体の内部に配置する車載用途において有効となる。
【符号の説明】
【００２８】
１  可動部
２，３，２３，２４  捩れ梁
４  固定部
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ  駆動部
７  回動軸
８  駆動体
８ａ  第一駆動体
８ｂ  第二駆動体
９  上部電極
１０  下部電極
１１  圧電体層
１２  駆動信号
１５  制御回路
１６  基本信号
１７  補正信号
１９  検出体
【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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