JP7044498B2 - Actuator - Google Patents
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Description
本発明は、例えばMEMSデバイスを駆動させる際に適用可能なアクチュエータに関する。 The present invention relates to actuators applicable, for example, when driving a MEMS device.
MEMSデバイスを駆動させるためのアクチュエータとして、例えば、ミラー等の被駆動部を支持するベース部(枠)上にコイル部を配置し、当該コイル部を変形振動させることで、被駆動部をコイル部の回転軸とは異なる軸で回転させるものが知られている(特許文献1参照)。 As an actuator for driving a MEMS device, for example, a coil portion is arranged on a base portion (frame) that supports a driven portion such as a mirror, and the coil portion is deformed and vibrated to make the driven portion a coil portion. It is known that the coil is rotated on an axis different from the axis of rotation of the above (see Patent Document 1).
しかしながら、上記の場合、コイル部の回転に伴い、ベース部(枠)が力を受けて変形することで、被駆動部について所望とする回転動作を得ようとするものとなるため、ベース部において不必要な変形を生じてしまうと、被駆動部について、所望の動作をさせられなくなってしまう可能性がある。 However, in the above case, as the coil portion rotates, the base portion (frame) is deformed by receiving a force, so that a desired rotational operation of the driven portion can be obtained. If unnecessary deformation occurs, it may not be possible to perform the desired operation of the driven portion.
また、被駆動部について2軸駆動を行おうとすると、上記問題に加え、装置の大型化、電力消費の増大等の問題も生じ得る。 Further, when trying to drive the driven portion in two axes, problems such as an increase in size of the device and an increase in power consumption may occur in addition to the above problems.
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、ミラー等の被駆動部を支持する枠等のベース部の変形に関する問題を回避しつつ、装置の小型化、軽量化や省電力化を向上させた被駆動部の2軸駆動を行うことができるアクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and while avoiding problems related to deformation of a base portion such as a frame that supports a driven portion such as a mirror, the device can be made smaller, lighter, and power-saving. It is an object of the present invention to provide an actuator capable of performing an improved two-axis drive of a driven portion.
上記目的を達成するためのアクチュエータは、固定部に接続され、第1軸上にそれぞれ回転中心が配置されるように第1接続部により接続された駆動部とベース部とを備え、ベース部の内側に、被駆動部を、第1軸に垂直な第2軸の方向に延びる第2接続部により接続し、第1軸に対して非対称な構造を設けている。
The actuator for achieving the above object is connected to the fixed portion, and includes a drive portion and a base portion connected by the first connecting portion so that the rotation centers are arranged on the first axis, respectively, and the base portion of the base portion. Inside, the driven portion is connected by a second connecting portion extending in the direction of the second axis perpendicular to the first axis, and a structure asymmetrical with respect to the first axis is provided.
上記アクチュエータでは、駆動部とベース部とを、第1軸上にそれぞれ回転中心が配置されるように第1接続部により接続して配置することで、駆動部の回転に伴うベース部の変形の問題を回避できる。この上で、さらに、第1軸に対して非対称な構造を設けることで、駆動部において発生させる駆動について、第1軸の軸方向に関して若干のアンバランスな状態を作り出す、といったことができる。これにより、駆動部の第1軸周りの回転力によって、第2接続部によりベース部の内側に接続されている被駆動部の回転について、第1軸周りのみならず第1軸に垂直な第2軸周りについても駆動させることが可能となる。すなわち、コイル側の1軸周りの回転動作のみで、被駆動部について2軸駆動を行うことができる。したがって、駆動部を駆動させるための構造を簡易化でき、装置の小型化、軽量化や省電力化を図ることができる。 In the above actuator, the drive unit and the base unit are connected and arranged by the first connection unit so that the rotation center is arranged on the first axis, so that the deformation of the base unit due to the rotation of the drive unit is performed. You can avoid the problem. On top of this, by further providing an asymmetrical structure with respect to the first axis, it is possible to create a slightly unbalanced state with respect to the axial direction of the first axis for the drive generated in the drive unit. As a result, the rotational force around the first axis of the drive unit causes the rotation of the driven unit connected to the inside of the base unit by the second connection unit to be perpendicular to the first axis as well as around the first axis. It is possible to drive around two axes. That is, it is possible to drive the driven portion in two axes only by rotating the coil side around one axis. Therefore, the structure for driving the drive unit can be simplified, and the device can be made smaller, lighter, and power-saving.
本発明の具体的な側面では、駆動部から第1接続部までの間に、第1軸に対して非対称な構造を設けている。この場合、被駆動部から離れた駆動部から第1接続部までの間において、被駆動部について2軸駆動を行わせるための構造を設けることができる。 In a specific aspect of the present invention, a structure asymmetrical with respect to the first axis is provided between the drive portion and the first connection portion. In this case, it is possible to provide a structure for biaxially driving the driven portion between the driven portion separated from the driven portion and the first connecting portion.
本発明の別の側面では、第1接続部は、第1軸の位置からオフセットして配置されている。この場合、第1接続部を第1軸に対して非対称な構造とすることで、被駆動部について2軸駆動を行わせることができる。 In another aspect of the invention, the first connection is offset from the position of the first axis. In this case, by making the first connecting portion asymmetrical with respect to the first axis, it is possible to drive the driven portion in two axes.
本発明のさらに別の側面では、ベース部の中心は、第1軸の軸上にあり、第1接続部は、ベース部に対してオフセットして配置されている。この場合、第1軸の軸上に中心のあるベース部に対して、第1接続部によってオフセットした位置からトルクを与えることができるので、第1軸周りのみならず第2軸周りについても駆動させることが可能となる。 In yet another aspect of the invention, the center of the base is on the axis of the first axis and the first connection is offset with respect to the base. In this case, torque can be applied to the base portion centered on the axis of the first axis from a position offset by the first connection portion, so that the torque can be applied not only around the first axis but also around the second axis. It is possible to make it.
本発明のさらに別の側面では、駆動部は、重心位置を第1軸からシフトさせて配置した重りを有する。この場合、重りを有することで、駆動部を第1軸に対して非対称な構造とすることができる。 In yet another aspect of the present invention, the drive unit has a weight arranged with the position of the center of gravity shifted from the first axis. In this case, by having a weight, the drive unit can have a structure asymmetrical with respect to the first axis.
本発明のさらに別の側面では、駆動部において、第1軸周りの回転力に対応する駆動周波数の振動よりも高い駆動周波数の振動を発生させることにより、第2軸周りに被駆動部を駆動させる。この場合、相対的に低い駆動周波数の振動により被駆動部を第1軸周りに駆動させ、相対的に高い駆動周波数の振動により被駆動部を第2軸周りに駆動させることができる。 In yet another aspect of the present invention, in the drive unit, the driven unit is driven around the second axis by generating vibration with a drive frequency higher than the vibration of the drive frequency corresponding to the rotational force around the first axis. Let me. In this case, the driven portion can be driven around the first axis by the vibration of a relatively low drive frequency, and the driven portion can be driven around the second axis by the vibration of a relatively high drive frequency.
本発明のさらに別の側面では、駆動部及び第1接続部は、ベース部の一方側に配置されるものと、ベース部の他方側に配置されるものとの一対構成である。この場合、一対構成とすることで、被駆動部の動作をより安定させることができる。 In yet another aspect of the present invention, the drive unit and the first connection unit are in a pair configuration of one arranged on one side of the base portion and one arranged on the other side of the base portion. In this case, the paired configuration can make the operation of the driven unit more stable.
本発明のさらに別の側面では、一対構成の駆動部及び第1接続部について、ベース部の中心を基準にして一方側と他方側とが点対称に配置され、かつ、同期して駆動する。この場合、第1軸に対して非対称な構造を設けつつ、装置全体としては対称性を高めて、動作の安定性の向上や装置に掛かる負荷の偏りの抑制を図ることができる。 In yet another aspect of the present invention, one side and the other side of the paired drive unit and the first connection unit are arranged point-symmetrically with respect to the center of the base unit and are driven in synchronization with each other. In this case, while providing an asymmetrical structure with respect to the first axis, it is possible to improve the symmetry of the device as a whole, improve the stability of operation, and suppress the bias of the load applied to the device.
本発明のさらに別の側面では、駆動部は、コイル部であり、コイル部に磁界を付与する磁界付与部をさらに備え、磁界付与部は、コイル部において発生させる第1軸周りの回転力に対応する一方向に磁界を発生させる。この場合、磁界付与部を簡易な構造にできる。 In yet another aspect of the present invention, the drive unit is a coil unit, further comprising a magnetic field applying unit that applies a magnetic field to the coil unit, and the magnetic field applying unit receives a rotational force around a first axis generated in the coil unit. Generates a magnetic field in the corresponding unidirectional direction. In this case, the magnetic field applying portion can have a simple structure.
〔第1実施形態〕
以下、図1を参照して、第1実施形態に係るアクチュエータについて一例を説明する。図1(A)は、本実施形態に係るアクチュエータの一例について説明するためのブロック図である。なお、本実施形態の一態様としてのアクチュエータ100は、例えばレーザパルス等によるパルス光を対象物に対して走査させることで対象物についての距離画像データを取得可能とする距離画像装置において、光走査を行うための装置として適用可能である。また、光走査に合わせタイミング良くパルス光を照射することでスクリーン上に画像を映し出す表示装置としても適用可能である。
[First Embodiment]
Hereinafter, an example of the actuator according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a block diagram for explaining an example of the actuator according to the present embodiment. The
図1(A)に示すように、アクチュエータ100は、回転動作をする駆動部であるコイル部10と、コイル部10に対して磁界を付与する磁界付与部20と、コイル部10に接続される枠体状のベース部(可動枠)30と、コイル部10とベース部30とを接続する第1接続部CN1と、枠体状のベース部30の内側に配置されてベース部30に接続される被駆動部40と、ベース部30と被駆動部40とを接続する第2接続部CN2と、コイル部10とベース部30とにそれぞれ接続し、装置全体を固定する枠体状の固定部50とを備える。
As shown in FIG. 1A, the
ここで、図1(A)において、平面状に示される装置全体のうち外枠である固定部50が形成する面を基準面(水平面)とし、基準面のうち、図1(A)での横方向をX方向とし、X方向に垂直な方向をY方向とする。なお、枠体状の固定部50は、X方向に延びる2つの辺とY方向に延びる2つの辺とによって矩形状となっている。さらに、X方向及びY方向の双方に垂直な方向すなわち基準面に垂直な方向をZ方向とする。
Here, in FIG. 1 (A), the surface formed by the
以上の構成を有することで、アクチュエータ100は、コイル部10側で発生させた加振力を被駆動部40側へ伝達させ、被駆動部40を、X方向に沿って延びる第1軸AX1とX方向に垂直なY方向に沿って延びる第2軸AX2との2軸に関して回転可能にしている。
With the above configuration, the
また、図示の例では、コイル部10とベース部30とは、第1軸AX1の軸上に沿って延びる一対の棒状の接続部材CP,CPを介して、固定部50にそれぞれ接続されている。また、コイル部10、ベース部30及び被駆動部40は、いずれも第1軸AX1を中心軸として対称な形状を有している。したがって、コイル部10およびベース部30は、第1軸AX1を軸として矢印R1に示す方向にそれぞれ軸回転可能(第1軸AX1の軸周りに回転可能)となっている。さらに、第1軸AX1の軸周りに回転可能なベース部30に接続されている被駆動部40も、併せて第1軸AX1の軸周りに回転可能となっている。さらに、被駆動部40は、枠体状のベース部30の内側に配置され、第2軸AX2上に沿って延びる一対の棒状の接続部材である第2接続部CN2,CN2を介して、ベース部30に接続されている。これにより、被駆動部40は、第2軸AX2を軸として矢印R2に示す方向にそれぞれ軸回転可能となっている。すなわち、第2軸AX2の軸周りに軸回転可能となっている。
Further, in the illustrated example, the
なお、コイル部10には、電源(図示略)から被駆動部40を回転させるための制御電流が供給される。制御電流については、被駆動部40の駆動周波数に対応した周波数の信号成分を含む交流電流となっている。
A control current for rotating the driven
以下、アクチュエータ100を構成する各部についてより具体的に説明する。
Hereinafter, each part constituting the
まず、コイル部10は、例えば金や銅等の比較的導電率の高い材料を用いた巻き線を矩形の形状の枠体に沿って設けたループ状の構成となっている。特に、矩形状の部分を構成する4つの辺のうち2つの辺が、X方向に沿って延びてこの方向について電流(交流電流)Iが流れることで、磁界付与部20において発生する磁界の向きを横切るようになっている。これにより、コイル部10は、磁界付与部20からローレンツ力を受け、被駆動部40において必要な走査範囲や速さ等に応じて適度に調整された振れ角や速度で軸回転する。特に、ここでは、コイル部10は、既述の通り、第1軸AX1を中心軸として対称な形状を有しており、固定部50と接続する接続部材CPを回転中心軸として安定的に回転動作をする。また、コイル部10は、既述のように、第1接続部CN1によってベース部30に接続されている。これにより、コイル部10は、発生した加振力に相当する回転駆動の力あるいは回転トルクを、第1接続部CN1を介してベース部30に伝達する。
First, the
磁界付与部20は、例えば複数の永久磁石MG,MG,…を組み合わせることで構成されており、コイル部10に対して磁界を付与する。また、永久磁石MG,MG,…の一部をヨークに代替することでも磁界を付与することが可能である。図示の例では、適宜永久磁石MG,MG,…を組み合わせて設置して磁界付与部20が形成され、-Y方向の向きに磁界Bを発生させている。コイル部10は、既述のように、Y方向に直交するX方向について電流Iが流れることで、Z方向についての力F(図1(B)参照)を受ける(フレミング左手の法則)。以上について、見方を変えると、磁界付与部20は、コイル部10を第1軸AX1の軸周りについて回転させる回転力に対応する一方向(-Y方向)に磁界Bを発生させている。
The magnetic
第1接続部CN1は、例えばシリコン、銅合金、鉄系合金、その他金属等を材料とするあるいは樹脂を材料として構成され、弾性を有する部材である。第1接続部CN1は、既述のように、また、図示のように、X方向に沿って延び、X方向に並んで配置されるコイル部10とベース部30とを接続している。ここでは特に、第1接続部CN1は、第1軸AX1の位置から+Y側にオフセットして配置されている。すなわち、第1接続部CN1は、第1軸AX1に対して非対称な構造を有している。本実施形態では、第1接続部CN1が非対称な構造を有することで、第1軸AX1の軸方向(X方向)の回転駆動に関して若干のアンバランスな状態を作り出すことができるようになっている。これにより、被駆動部40の回転について、第1軸AX1の周りのみならず第1軸AX1に垂直な第2軸AX2の周りについても駆動させることを可能にしている。
The first connection portion CN1 is a member having elasticity, for example, made of silicon, a copper alloy, an iron-based alloy, another metal or the like, or made of a resin. As described above, and as shown in the figure, the first connection portion CN1 extends along the X direction and connects the
ベース部30は、既述のように、内側に被駆動部40を有する枠体状の部材であり、図示の例では、X方向についてコイル部10と並列に並べられ相対的にコイル部10よりも-X側に配置され、+X側において、第1接続部CN1を介してコイル部10と接続されている。また、ベース部30は、既述のように第1軸AX1を中心軸として対称な形状を有しており、-X側において、第1軸AX1に沿って延びる接続部材CPを介して固定部50に接続されている。これにより、ベース部30は、コイル部10において発生した加振力に相当する回転駆動の力あるいは回転トルクを、第1接続部CN1を介して受け(伝達され)、第1軸AX1を回転中心軸として回転動作をする可動枠となっている。さらに、ベース部30は、第2接続部CN2,CN2を介して、被駆動部40に、回転駆動の力あるいは回転トルクを伝達可能としている。また、ベース部30は、第2軸AX2を中心軸として見た場合においてもこれに対称な形状を有している。
As described above, the
なお、上記したベース部30及び第1接続部CN1について、見方を変えると、ベース部30の中心は、第1軸AX1の軸上にあるのに対して、第1接続部CN1は、ベース部30からオフセットして配置されている、と捉えることもできる。
Looking at the
第2接続部CN2は、弾性を有する部材であり、特に、第1接続部CN1に比べて相対的に高い周波数についての振動にも応答し得るように構成されている。第2接続部CN2は、既述のように、第2軸AX2上に沿って延びる一対の棒状の部材であり、被駆動部40のY方向の端部にそれぞれ接続している。
The second connecting portion CN2 is a member having elasticity, and is particularly configured to be able to respond to vibration at a frequency relatively higher than that of the first connecting portion CN1. As described above, the second connecting portion CN2 is a pair of rod-shaped members extending along the second axis AX2, and is connected to each end of the driven
被駆動部40は、平面部分(図示の場合、楕円形状の面部分)を有する部材であり、例えば平面部分あるいはその一部を可動するミラー面(光反射面)として形成し、これを回転駆動させることで、光を入反射させつつ光走査を行うことが可能となる。被駆動部40は、既述のように、枠体状のベース部30の内側に配置されるとともに、一対の第2接続部CN2,CN2を介して、ベース部30に接続されている。
The driven
被駆動部40は、ベース部30に接続していることで、ベース部30とともにコイル部10側からの回転駆動の力あるいは回転トルクを受けて第1軸AX1を回転中心軸とする回転動作をする。さらに、本実施形態では、第1接続部CN1が第1軸AX1に対して非対称な構造を有する(あるいはベース部30の中心に対して第1接続部CN1がオフセットしている)ことで、第1軸AX1の軸方向(X方向)の回転駆動に関して若干のアンバランスな状態を作り出している。このため、コイル部10側で発生する回転駆動の力あるいは回転トルクについて、第1軸AX1の周りの成分のみならず第1軸AX1に垂直な第2軸AX2の周りの成分についても含まれた状態となっており、この状態でコイル部10側から被駆動部40側に伝達されている。本実施形態では、発生した第2軸AX2の周りの成分を利用して、被駆動部40が共振駆動するようにしている。これにより、被駆動部40は、第2接続部CN2に支持されつつ、第2軸AX2を回転中心軸とする回転動作を可能にしている。
Since the driven
以上のような構成において、アクチュエータ100のうち、コイル部10から第1接続部CN1まで、すなわち、コイル部10、磁界付与部20及び第1接続部CN1は、回転駆動の駆動源となる力を生み出す回転駆動源部DSであり、ベース部30から被駆動部40まで、すなわち、ベース部30、第2接続部CN2及び被駆動部40は、回転駆動源部DSからの力を受けて所望の回転動作をする動作部REであると捉えることもできる。すなわち、駆動源となるコイル部10を含む側を、回転駆動させる対象であるベース部30(可動枠)や被駆動部40側から分離して(離間して)配置する構造となっている。これにより、コイル部10の回転に伴うベース部30の変形の問題を回避可能としている。
In the above configuration, of the
以下、回転駆動源部DS側から動作部REへの作用の観点から、被駆動部40の回転駆動について説明する。図1(A)に例示しているように、回転駆動源部DSにおいて、-X方向に流れる電流Iと-Y方向に発生する磁界Bとの関係から、図1(B)において概念的に示すように、接続部材CPを中心CTとしてこれから等距離にある偶力となる反対向きの力Fが±Z方向に発生する。従って、回転駆動源部DSのコイル部10は、中心CTについて回転する。この際、動作部REを構成するベース部30に対しては、第1接続部CN1の位置すなわち中心CTから+Y側へシフトした位置から力Faが作用することになる。本実施形態では、このように、回転駆動源部DSがわから作用する力Faの位置がずれて(シフトして)アンバランスな状態となっている。このため、第1軸AX1周りの振動作用だけでなく第2軸AX2周りの振動作用(微振動)が生じ、コイル部10側すなわち回転駆動源部DS側においては、1軸周り(X方向に沿って延びる第1軸AX1周り)の回転動作のみを生じさせているにもかかわらず、力を受ける被駆動部40側において2軸周り(X方向に沿って延びる第1軸AX1周り及びY方向に沿って延びる第2軸AX2周り)の回転動作すなわち2軸駆動を行うことができるようになっている。
Hereinafter, the rotational drive of the driven
以下、アクチュエータ100における被駆動部40の回転駆動の動作の一例について説明する。ここでは、コイル部10へ供給する制御電流において、被駆動部40の駆動周波数に対応した2つの周波数の信号成分(低速駆動側の駆動信号と高速駆動側の駆動信号)を含むものとする。X方向に沿って延びる第1軸AX1周りについては、低速駆動(例えば周波数60Hz)となっており、Y方向に沿って延びる第2軸AX2周りについて、高速駆動(例えば周波数30kHz)となっている。つまり、ここでは、第1軸AX1の周りの回転力に対応する駆動周波数の振動よりも高い駆動周波数の振動を発生させることにより、第2軸AX2の周りに被駆動部40を駆動させるものとなっている。
Hereinafter, an example of the operation of rotationally driving the driven
被駆動部40に固有の固有周波数(共振周波数)に対して、低速駆動用の信号の周波数については、非共振駆動(強制駆動)あるいは共振駆動であるものになっており、高速駆動用の信号の周波数については、共振駆動であるものになっている。これらの駆動用の信号すなわち低速駆動側の駆動信号及び高速駆動側の駆動信号によって振動の印加を行うことで、アクチュエータ100は、被駆動部40の回転駆動をさせる。
The frequency of the low-speed drive signal is non-resonant drive (forced drive) or resonance drive with respect to the natural frequency (resonance frequency) inherent in the driven
まず、X方向に沿って延びる第1軸AX1周りの動作について説明する。低速駆動(60Hz)での回転の動きに対して、第1接続部CN1は、追従可能である、すなわち剛体を保ちつつ、コイル部10から受けた回転力による動作をベース部30延いては被駆動部40に伝達してこれらを回転させる。つまり、第1接続部CN1をトーションバー(回転用のばね)としつつ、ミラーとしての被駆動部40がX方向に沿って延びる第1軸AX1周りに回転する。なお、第1軸AX1周りについては、コイル部10とベース部30とについて、回転力の中心と回転中心が一致していることにより安定動作となっている。
First, the operation around the first axis AX1 extending along the X direction will be described. The first connection portion CN1 is capable of following the rotational movement at low speed drive (60 Hz), that is, while maintaining a rigid body, the operation due to the rotational force received from the
次に、Y方向に沿って延びる第2軸AX2周りの動作について説明する。既述のように、本実施形態では、コイル部10とベース部30とを接続する第1接続部CN1が第1軸AX1に関してオフセットして配置されている。このため、第1軸AX1を中心軸として対称な枠体状のベース部30のうち図1(A)の場合で右上(+X側かつ+Y側)の箇所からコイル部10での回転に起因する力Faを加振力として受けることになる。この加振力に伴い、ベース部30にはX方向とY方向との成分を含む斜めの回転トルクが発生する。この回転トルクの周期が被駆動部40に固有の共振周波数に対応していることで、被駆動部40を共振回転させる。特に、この回転トルクのうちのY方向の成分が第2軸AX2周りの回転動作を生じさせる。言い換えると、被駆動部40を共振駆動させるのに適した周波数を高速駆動(例えば周波数30kHz)として採用することで、被駆動部40を第2軸AX2周りについて回転させることが可能となる。なお、この際の高速駆動側の駆動信号については、低速駆動側の駆動信号と比べて大きく異なった数値となっており、高速駆動側の駆動信号の低速駆動側における動作への影響は無視できる。例えば、第1接続部CN1の弾性を第2接続部CN2の弾性とは異なる態様としておくことで、第1接続部CN1は、低速駆動(例えば周波数60Hz)での動きに対しては、追従可能であるものとしつつ、高速駆動(例えば周波数30kHz)での動き(微振動)に対しては、追従不可能であるようになっており、第2接続部CN2が、高速駆動側の駆動信号に基づく回転動作に追従してトーションバー(回転用のばね)として機能させるようになっている、といった場合が考えられる。
Next, the operation around the second axis AX2 extending along the Y direction will be described. As described above, in the present embodiment, the first connection portion CN1 connecting the
以上のように、本実施形態では、アクチュエータ100において、コイル部10とベース部30とを、第1軸AX1上にそれぞれ回転中心が配置されるように第1接続部CN1により接続して配置することで、コイル部10の回転に伴うベース部30の変形の問題を回避できる。この上で、さらに、第1軸AX1に対して非対称な構造を第1接続部CN1において設けることで、コイル部10において発生させる駆動について、第1軸AX1の軸方向に関して若干のアンバランスな状態を作り出すことができる。これにより、コイル部10の第1軸AX1の周りの回転力によって、第2接続部CN2により被駆動部40の回転について、第1軸AX1の周りのみならず第1軸AX1に垂直な第2軸AX2の周りについても駆動させることが可能となる。すなわち、コイル部10側の1軸周りの回転動作のみで、被駆動部40について2軸駆動を行うことができる。したがって、コイル部10を駆動させるための構造を簡易化でき、従来の構成例の1つである2軸駆動を個別に行うものと比べて、装置の小型化、軽量化や省電力化を図ることができる。さらに、磁界付与部20についても、付与する磁界は、Y軸方向のみの単純なもので良いため、磁気回路がシンプルになり、磁界付与部20及びその周辺機構の小型化が可能となる、延いては装置全体の小型化が可能となる。また、磁界付与部20における磁束密度も高くしやすくなるため、低消費電力な構成にできる。
As described above, in the present embodiment, in the
以下、図2を参照して、本実施形態の一変形例について説明する。本変形例のアクチュエータ200では、回転駆動源部が一対構成である、すなわち回転駆動源部DSとして、1つの動作部REの左右に配置される一対構成の第1及び第2回転駆動源部DSa,DSbを有している。この点が、図1に例示したアクチュエータ100とは異なっている。なお、各回転駆動源部DSa,DSbは、図1の場合の回転駆動源部DSと同様、駆動部であるコイル部10(10a,10b)、磁界付与部20(20a,20b)及び第1接続部CN1(CN1a,CN10b)でそれぞれ構成されている。
Hereinafter, a modified example of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the
図示の場合、中央に位置する動作部REは、動作部REを構成するベース部30の右側(+X側、一方側)に配置される第1回転駆動源部DSaの第1接続部CN1aと、ベース部30の左側(-X側、他方側)に配置される第2回転駆動源部DSbの第1接続部CN1bとにそれぞれ接続されている。さらに、各回転駆動源部DSa,DSbは、第1軸AX1の軸上に沿って延びる一対の棒状の接続部材CP,CPを介して、固定部50にそれぞれ接続されている。
In the figure, the operation unit RE located at the center includes the first connection portion CN1a of the first rotation drive source unit DSa arranged on the right side (+ X side, one side) of the
また、図示のように、第1及び第2回転駆動源部DSa,DSbを構成する各部材は、ベース部30(あるいは被駆動部40)の中心(第1軸AX1と第2軸AX2との交点XX)を基準にして、一方側と他方側とが点対称に配置され、かつ、第1及び第2回転駆動源部DSa,DSbは、同期して駆動すべく、電流Iの制御や磁界Bの向きが適宜調整されている。これにより、第1軸AX1に対して非対称な構造を有する第1接続部CN1(CN1a,CN1b)を設けつつ、アクチュエータ200の装置全体としては対称性を高めて、動作の安定性の向上や装置に掛かる負荷の偏りの抑制を図ることができる。
Further, as shown in the figure, each member constituting the first and second rotation drive source portions DSa and DSb has the center (the first axis AX1 and the second axis AX2) of the base portion 30 (or the driven portion 40). One side and the other side are arranged point-symmetrically with respect to the intersection point XX), and the first and second rotation drive source units DSa and DSb are controlled by the current I and the magnetic field so as to be driven in synchronization. The orientation of B is adjusted as appropriate. As a result, while providing the first connection portion CN1 (CN1a, CN1b) having a structure asymmetrical with respect to the first axis AX1, the symmetry of the
〔第2実施形態〕
以下、図3を参照して、第2実施形態に係るアクチュエータについて一例を説明する。図3(A)は、本実施形態に係るアクチュエータの一例について説明するためのブロック図である。なお、本実施形態に係るアクチュエータは、第1実施形態のアクチュエータ100の変形例であり、非対称な構造の設け方の違いを除き、共通する構成要素を有するため、共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, an example of the actuator according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a block diagram for explaining an example of the actuator according to the present embodiment. The actuator according to the present embodiment is a modification of the
図3(A)に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ300は、回転駆動源部DSのうち、駆動部であるコイル部310において非対称な構造を有している点で、第1実施形態の場合と異なっている。具体的に説明すると、コイル部310は、重心位置を第1軸AX1の位置からシフトさせて配置した重りWGを有している。また、重りWGは、駆動部であるコイル部310の下面に貼付する補強材などの重量バランスを非対称とすることで構成しても良い。すなわち、コイル部310あるいは回転駆動源部DSにおいて、X方向に沿った第1軸AX1の周りに質量の非対称をもたせ、重心位置を中心からシフトさせている。
As shown in FIG. 3A, the
図示の例では、コイル部310のうち第1軸AX1の位置から+Y側に偏った位置に一対の重りWG,WGを設けている。この場合、図3(B)に示すように、回転の中心CT(接続部材CP)の位置に対して、コイル部310の重心CTaの位置が+Y側にずれる(シフトする)ことになる。
In the illustrated example, a pair of weights WG and WG are provided at positions of the
一方、第1接続部CN1については、シフトすることなく第1軸AX1の軸上に沿ってX方向に延びるように配置されている。この場合、第1軸AX1周りの動作について接続部材CPのみならず、第1接続部CN1も回転中心軸となり、安定的に回転動作をする。 On the other hand, the first connection portion CN1 is arranged so as to extend in the X direction along the axis of the first axis AX1 without shifting. In this case, not only the connecting member CP but also the first connecting portion CN1 serves as the rotation center axis for the operation around the first axis AX1, and the rotation operation is stable.
以下、アクチュエータ300における被駆動部40の回転駆動の動作の一例について説明する。
Hereinafter, an example of the operation of rotationally driving the driven
まず、X方向に沿って延びる第1軸AX1周りの動作について説明する。低速駆動(60Hz)での回転の動きに対して、第1接続部CN1は、追従可能である、すなわち剛体を保ちつつ、コイル部10から受けた回転力による動作をベース部30延いては被駆動部40に伝達してこれらを回転させる。つまり、第1接続部CN1や接続部材CPをトーションバー(回転用のばね)としつつ、ミラーとしての被駆動部40がX方向に沿って延びる第1軸AX1周りに回転する。なお、第1軸AX1周りについては、回転力の中心と第1接続部CN1や接続部材CPをトーションバーとする回転中心が一致していることにより安定動作となっている。
First, the operation around the first axis AX1 extending along the X direction will be described. The first connection portion CN1 is capable of following the rotational movement at low speed drive (60 Hz), that is, while maintaining a rigid body, the operation due to the rotational force received from the
次に、Y方向に沿って延びる第2軸AX2周りの動作について説明する。既述のように、本実施形態では、コイル部310に重りWGを設けることで、図3(B)に示すように、コイル部310の重心CTaが回転の位置である中心CTからシフトしている。このように、コイル部310の重心と回転の中心CTとが一致していないため、コイル部310にはY方向に沿って延びる第2軸AX2周りについて微振動(回転トルク)が被駆動部40において発生する。具体的には、この微振動(回転トルク)の周期が被駆動部40に固有の共振周波数に対応していることで、被駆動部40を、第2軸AX2周りについて共振回転させる。言い換えると、被駆動部40を共振駆動させるのに適した周波数を高速駆動(例えば周波数30kHz)として採用することで、被駆動部40を第2軸AX2周りについて回転させることが可能となる。なお、この際の高速駆動側の駆動信号については、低速駆動側の駆動信号と比べて大きく異なった数値となっており、高速駆動側の駆動信号の低速駆動側における動作への影響は無視できる。例えば、第1接続部CN1の弾性を第2接続部CN2の弾性とは異なる態様としておくことで、第1接続部CN1は、低速駆動(例えば周波数60Hz)での動きに対しては、追従可能であるものとしつつ、高速駆動(例えば周波数30kHz)での動き(微振動)に対しては、追従不可能であるようになっている一方、第2接続部CN2については、高速駆動側の駆動信号に基づく回転動作に追従してトーションバー(回転用のばね)として機能させるようになっている、といった場合が考えられる。
Next, the operation around the second axis AX2 extending along the Y direction will be described. As described above, in the present embodiment, by providing the weight WG in the
以下、図4を参照して、本実施形態の一変形例について説明する。本変形例のアクチュエータ400では、回転駆動源部が一対構成である、すなわち、1つの動作部REの左右に配置される一対構成の第1及び第2回転駆動源部DSa,DSbを有している。この点が、図3に例示したアクチュエータ200とは異なっている。なお、各回転駆動源部DSa,DSbは、図3に示す回転駆動源部DSと同様、駆動部であるコイル部310(310a,310b)、磁界付与部20(20a,20b)及び第1接続部CN1(CN1a,CN1b)でそれぞれ構成されている。
Hereinafter, a modified example of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the
また、図示のように、第1及び第2回転駆動源部DSa,DSbを構成する各部材は、ベース部30(あるいは被駆動部40)の中心(第1軸AX1と第2軸AX2との交点XX)を基準にして、一方側と他方側とが点対称に配置され、かつ、第1及び第2回転駆動源部DSa,DSbは、同期して駆動すべく、電流Iの制御や磁界Bの向きが適宜調整されている。 Further, as shown in the figure, each member constituting the first and second rotation drive source portions DSa and DSb has the center (the first axis AX1 and the second axis AX2) of the base portion 30 (or the driven portion 40). One side and the other side are arranged point-symmetrically with respect to the intersection point XX), and the first and second rotation drive source units DSa and DSb are controlled by the current I and the magnetic field so as to be driven in synchronization. The orientation of B is adjusted as appropriate.
以上のように、本実施形態においても、アクチュエータにおいて、コイル部とベース部とを、第1軸上にそれぞれ回転中心が配置されるように第1接続部により接続して配置することで、コイル部の回転に伴うベース部の変形の問題を回避できる。この上で、さらに、第1軸に対する非対称な構造としてコイル部において重りを設けることで、コイル部において発生させる駆動について、第1軸の軸方向に関して若干のアンバランスな状態を作り出すことができる。これにより、被駆動部の回転について、コイル部の第1軸の周りの回転力によって、第1軸周りのみならず第1軸に垂直な第2軸周りについても駆動させる2軸駆動を行うことができる。 As described above, also in the present embodiment, in the actuator, the coil portion and the base portion are connected and arranged by the first connecting portion so that the rotation center is arranged on the first axis, respectively. It is possible to avoid the problem of deformation of the base part due to the rotation of the part. Further, by providing a weight in the coil portion as an asymmetrical structure with respect to the first axis, it is possible to create a slightly unbalanced state in the axial direction of the first axis for the drive generated in the coil portion. As a result, with respect to the rotation of the driven portion, a two-axis drive is performed in which the rotational force around the first axis of the coil portion drives not only around the first axis but also around the second axis perpendicular to the first axis. Can be done.
この発明は、上記の第1及び第2実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。 The present invention is not limited to the first and second embodiments described above, and can be carried out in various embodiments without departing from the gist thereof.
まず、上記第1及び第2実施形態では、コイル部から第1接続部までの間に、第1軸に対して非対称な構造を設ける構成の例として、第1接続部をオフセットするものやコイル部に重りを設けるものを示したが、2軸駆動を行う上で必要に足る非対称な構造を設けることができれば、上記以外の方法を採用してもよい。また、シフトの度合いや重りの位置(配置)、質量、大きさ、形状、個数等についても適宜調整可能である。さらに、コイル部から第1接続部までの間に限らず、例えばベース部において、第1軸に対して非対称な構造を設けることも考えられる。 First, in the first and second embodiments, as an example of a configuration in which a structure asymmetrical with respect to the first axis is provided between the coil portion and the first connection portion, a coil or a coil that offsets the first connection portion. Although a weight is provided in the portion, a method other than the above may be adopted as long as an asymmetrical structure necessary for performing the two-axis drive can be provided. Further, the degree of shift, the position (arrangement) of the weight, the mass, the size, the shape, the number, and the like can be appropriately adjusted. Further, it is conceivable to provide a structure asymmetrical with respect to the first axis not only between the coil portion and the first connection portion but also in the base portion, for example.
また、第1実施形態では、第1接続部をオフセットするものとし、第2実施形態では、コイル部に重りを設けるものとしているが、例えばこれらを組み合わせた構成とすることも考えられる。 Further, in the first embodiment, the first connection portion is offset, and in the second embodiment, the coil portion is provided with a weight. However, for example, a configuration in which these are combined can be considered.
また、第1及び第2実施形態では、ベース部や固定部の形状について、枠体状としているが、部材の支持等の必要な機能が維持できれば、これに限らず、種々の形状とすることができる。 Further, in the first and second embodiments, the shape of the base portion and the fixed portion is a frame shape, but the shape is not limited to this as long as the necessary functions such as support of the members can be maintained. Can be done.
また、第1及び第2実施形態に示した電流Iの制御や磁界Bの向きについては、例示であり、各部の形状や配置を含め、適宜変更可能である。 Further, the control of the current I and the direction of the magnetic field B shown in the first and second embodiments are examples, and can be appropriately changed including the shape and arrangement of each part.
〔第3実施形態〕
以下、図5を参照して、第3実施形態に係るアクチュエータについて一例を説明する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, an example of the actuator according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
アクチュエータの被駆動部において2軸駆動を行うために、例えば従来のように、低速駆動用と、高速駆動用との2つの駆動源を備えた場合、磁気回路が大型化することになる可能性がある。一例をあげれば、仮に、高速駆動側について十な駆動力を得ようとすると、2つの駆動源のうち高速駆動側の磁気回路の大型化が必要となる、といったことが考えられる。本実施形態では、上記のようなことを踏まえたものであり、先の各実施形態と同様、ミラー等の被駆動部を支持する枠等のベース部の変形に関する問題を回避しつつ、さらに、装置の小型化、軽量化や省電力化を向上させた被駆動部の2軸駆動を行うことができるアクチュエータを提供するに際して、低速駆動用と高速駆動用との2つの駆動源を備えた場合における磁気回路等の駆動源側の大型化を抑制する、延いては装置全体の大型化を抑制することを可能にするものとなっている。 In order to perform two-axis drive in the driven portion of the actuator, for example, when two drive sources, one for low-speed drive and the other for high-speed drive, are provided as in the conventional case, the magnetic circuit may become large in size. There is. For example, if it is attempted to obtain ten driving forces on the high-speed drive side, it is conceivable that the magnetic circuit on the high-speed drive side of the two drive sources needs to be increased in size. This embodiment is based on the above, and as in each of the previous embodiments, while avoiding the problem of deformation of the base portion such as the frame that supports the driven portion such as the mirror, further. When providing an actuator capable of performing 2-axis drive of a driven unit with improved miniaturization, weight reduction, and power saving of the device, when two drive sources, one for low-speed drive and the other for high-speed drive, are provided. It is possible to suppress the increase in size of the drive source side of the magnetic circuit and the like in the above, and eventually to suppress the increase in size of the entire device.
図5(A)は、本実施形態に係るアクチュエータの一例について説明するためのブロック図である。なお、本実施形態の一態様としてのアクチュエータ500は、例えばレーザパルス等によるパルス光を対象物に対して走査させることで対象物についての距離画像データを取得可能とする距離画像装置において、光走査を行うための装置として適用可能である。
FIG. 5A is a block diagram for explaining an example of the actuator according to the present embodiment. The
まず、図5(A)に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ500は、回転駆動の駆動源となる力を生み出す一対構成の第1及び第2回転駆動源部DSa,DSbと、回転駆動源部DSからの力を受けて所望の回転動作をする動作部REと、装置全体を固定する枠体状の固定部550とを備える。ここでは一例として、第1回転駆動源部DSaは、主としてX方向に沿って延びる第1軸AX1の周りについての回転動作に寄与するものであり、第1軸AX1の周りについて回転動作は、低速駆動(例えば周波数60Hz)となっているものとする。一方、第2回転駆動源部DSbは、専らY方向に沿って延びる第2軸AX2の周りについての回転動作に寄与するものであり、第2軸AX2の周りについて回転動作は、高速駆動(例えば周波数30kHz)となっているものとする。
First, as shown in FIG. 5A, the
第1及び第2回転駆動源部DSa,DSbのうち、動作部REの-X側に位置する第1回転駆動源部DSaは、回転動作をする駆動部であるコイル部510aと、コイル部510aに対して磁界を付与する磁界付与部520aと、コイル部510aを動作部RE側に接続する第1接続部CN1aとを備える。
Of the first and second rotation drive source units DSa and DSb, the first rotation drive source unit DSa located on the −X side of the operation unit RE is a
第1及び第2回転駆動源部DSa,DSbのうち、動作部REの+X側に位置する第2回転駆動源部DSbは、第1回転駆動源部DSaと同様に、駆動部であるコイル部510bと、磁界付与部520bと、第1接続部CN1bとを備える。ただし、磁界の向きや流す電流の制御等が異なっていることに伴い、各部の配置等については異なっている。
Of the first and second rotation drive source units DSa and DSb, the second rotation drive source unit DSb located on the + X side of the operation unit RE is a coil unit that is a drive unit, like the first rotation drive source unit DSa. It includes 510b, a magnetic
動作部REは、第1接続部CN1a,CN1bを介してコイル部510a,510bにそれぞれ接続される枠体状のベース部(可動枠)30と、枠体状のベース部30の内側に配置されてベース部30に接続される被駆動部40と、ベース部30と被駆動部40とを接続する一対構成の第2接続部CN2,CN2とを備える。
The operating portion RE is arranged inside the frame-shaped base portion (movable frame) 30 connected to the
ここで、図5(A)において、平面状に示される装置全体のうち外枠である固定部550が形成する面を基準面(水平面)とし、基準面のうち、図5(A)での横方向をX方向とし、X方向に垂直な方向をY方向とする。なお、枠体状の固定部550は、X方向に延びる2つの辺とY方向に延びる2つの辺とによって矩形状となっている。さらに、X方向及びY方向の双方に垂直な方向すなわち基準面に垂直な方向をZ方向とする。 Here, in FIG. 5A, the surface formed by the fixed portion 550, which is the outer frame, of the entire device shown in a plane is defined as a reference surface (horizontal plane), and the reference surface in FIG. 5A. The horizontal direction is the X direction, and the direction perpendicular to the X direction is the Y direction. The frame-shaped fixing portion 550 has a rectangular shape due to two sides extending in the X direction and two sides extending in the Y direction. Further, the direction perpendicular to both the X direction and the Y direction, that is, the direction perpendicular to the reference plane is defined as the Z direction.
以上の構成を有することで、アクチュエータ500は、第1及び第2回転駆動源部DSa,DSb側で発生させた加振力を被駆動部40を有する動作部RE側へ伝達させ、被駆動部40を、X方向に沿って延びる第1軸AX1とX方向に垂直なY方向に沿って延びる第2軸AX2との2軸に関して回転可能にしている。
With the above configuration, the
また、図示の例では、第1及び第2回転駆動源部DSa,DSbは、第1軸AX1の軸上に沿って延びる一対の棒状の接続部材CP,CPを介して、固定部550にそれぞれ接続されている。また、第1軸AX1を中心軸として対称な形状を有しており、第1軸AX1を軸として矢印R1に示す方向にそれぞれ軸回転可能(第1軸AX1の軸周りに回転可能)となっている。さらに、被駆動部40は、枠体状のベース部30の内側に配置され、第2軸AX2上に沿って延びる一対の棒状の接続部材である第2接続部CN2,CN2を介して、ベース部30に接続されている。これにより、被駆動部40は、第2軸AX2を軸として矢印R2に示す方向にそれぞれ軸回転可能となっている。すなわち、第2軸AX2の軸周りに軸回転可能となっている。
Further, in the illustrated example, the first and second rotation drive source portions DSa and DSb are attached to the fixing portion 550 via a pair of rod-shaped connecting members CP and CP extending along the axis of the first axis AX1, respectively. It is connected. Further, it has a symmetrical shape with the first axis AX1 as the central axis, and can rotate about each axis in the direction indicated by the arrow R1 with the first axis AX1 as the axis (rotatable around the axis of the first axis AX1). ing. Further, the driven
なお、コイル部10には、電源(図示略)から被駆動部40を回転させるための制御電流が供給される。制御電流については、被駆動部40の駆動周波数に対応した周波数の信号成分を含む交流電流となっており、ここでは、既述のように、また、図5(B)に概念的に示すように、低速駆動(例えば周波数60Hz)用の第1駆動信号SG1と、高速駆動(例えば周波数30kHz)用の第2駆動信号SG2とが供給される。特に、本実施形態では、低速駆動用の第1駆動信号SG1は、第1回転駆動源部DSaのコイル部510aに対してのみ送信(印加)されるが、高速駆動用の第2駆動信号SG2は、第2回転駆動源部DSbのコイル部510bに対してのみならず、第1回転駆動源部DSaのコイル部510aに対しても送信(印加)されるものとなっている。
A control current for rotating the driven
ここで、被駆動部40に固有の固有周波数(共振周波数)に対して、第1駆動信号SG1の周波数については、非共振駆動(強制駆動)あるいは共振駆動であるものになっており、第2駆動信号SG2の周波数については、共振駆動であるものになっている。これらの駆動信号によって振動の印加を行うことで、アクチュエータ500は、被駆動部40の回転駆動をさせる。
Here, the frequency of the first drive signal SG1 is non-resonant drive (forced drive) or resonance drive with respect to the natural frequency (resonance frequency) peculiar to the driven
以下、本実施形態に係るアクチュエータ500を構成する各部についてより具体的に説明する。
Hereinafter, each part constituting the
まず、第1回転駆動源部DSaの構成について説明する。第1回転駆動源部DSaのうち、コイル部510aは、例えば金や銅等の比較的導電率の高い材料を用いた巻き線を矩形の形状の枠体に沿って設けたループ状の構成となっている。特に、矩形状の部分を構成する4つの辺のうち2つの辺が、X方向に沿って延びてこの方向について電流(交流電流)Iが流れることで、磁界付与部520aにおいて発生する磁界の向きを横切るようになっている。これにより、コイル部510aは、磁界付与部520aからローレンツ力を受け、被駆動部40において必要な走査範囲や速さ等に応じて適度に調整された振れ角や速度で軸回転する。特に、ここでは、コイル部510aは、第1軸AX1を中心軸として対称な形状を有しており、固定部550と接続する接続部材CP及びベース部30と接続する第1接続部CN1aをトーションバー(回転用のばね)として安定的に回転動作をする。
First, the configuration of the first rotation drive source unit DSa will be described. Of the first rotation drive source unit DSa, the
磁界付与部520aは、例えば複数の永久磁石MG,MG,…を組み合わせることで構成されており、コイル部510aに対して磁界を付与する。図示の例では、適宜永久磁石MG,MG,…を組み合わせて設置して磁界付与部520aが形成され、-Y方向の向きに磁界Bを発生させている。コイル部510aは、既述のように、Y方向に直交するX方向について電流Iが流れることで、Z方向についての力を受ける(フレミング左手の法則)。すなわち、コイル部510aのうち、X方向に沿って延び2つの辺において等距離にある偶力となる反対向きの力が±Z方向に発生する。従って、コイル部510aは、X方向に沿って延びる第1軸AX1を回転中心軸として回転する。
The magnetic
第1接続部CN1aは、例えばシリコン、銅合金、鉄系合金、その他金属等を材料とするあるいは樹脂を材料として構成され、弾性を有する部材である。第1接続部CN1aは、図示のように、第1軸AX1上をX方向に沿って延び、X方向に並んで配置されるコイル部510aとベース部30とを接続している。第1接続部CN1aは、既述のように、第1軸AX1の軸上に沿って配置されており、第1軸AX1周りの動作について、同じく第1軸AX1の軸上に沿って配置されている接続部材CPとともに、回転中心軸となり、安定的に回転動作をする。
The first connection portion CN1a is an elastic member made of, for example, silicon, a copper alloy, an iron-based alloy, or another metal, or made of a resin. As shown in the figure, the first connection portion CN1a extends along the X direction on the first axis AX1 and connects the
以上のような構成により、第1回転駆動源部DSaは、コイル部510aにおいて発生する加振力に相当する回転駆動の力あるいは回転トルクを、第1接続部CN1aを介してベース部30に伝達する。この場合、第1接続部CN1aは、第1軸AX1周りの振動作用をベース部30に対して生じることになる。ただし、コイル部510aに対しては、上記のような駆動(低速駆動)を行うための第1駆動信号SG1のみならず、高速駆動用の第2駆動信号SG2についても供給されるものとなっている(図5(B)参照)。
With the above configuration, the first rotational drive source unit DSa transmits the rotational drive force or rotational torque corresponding to the exciting force generated in the
次に、第2回転駆動源部DSbの構成について説明する。第2回転駆動源部DSbのうち、コイル部510bは、例えば金や銅等の比較的導電率の高い材料を用いた巻き線を矩形の形状の枠体に沿って設けたループ状の構成となっている。特に、矩形状の部分を構成する4つの辺のうち2つの辺が、Y方向に沿って延びてこの方向について電流(交流電流)Iが流れることで、磁界付与部520bにおいて発生する磁界の向きを横切るようになっている。これにより、コイル部510bは、磁界付与部520bからローレンツ力を受け、被駆動部40において必要な走査範囲や速さ等に応じて適度に調整された振れ角や速度で軸回転する。
Next, the configuration of the second rotation drive source unit DSb will be described. Of the second rotation drive source unit DSb, the
磁界付与部520bは、例えば複数の永久磁石MG,MG,…を組み合わせることで構成されており、コイル部510bに対して磁界を付与する。図示の例では、適宜永久磁石MG,MG,…を組み合わせて設置して磁界付与部520bが形成され、-X方向の向きに磁界Bを発生させている。コイル部510bは、既述のように、Y方向に直交するX方向について電流Iが流れることで、Z方向についての力を受ける(フレミング左手の法則)。すなわち、コイル部510bのうち、Y方向に沿って延び2つの辺において等距離にある偶力となる反対向きの力が±Z方向に発生する。従って、コイル部510bは、Y方向に沿って延びる自身の中心軸である第3軸AX3を回転中心軸として矢印R3の方向について回転(微振動)する。
The magnetic
第1接続部CN1bは、例えばシリコン、銅合金、鉄系合金、その他金属等を材料とするあるいは樹脂を材料として構成され、弾性を有する部材である。第1接続部CN1bは、図示のように、第1軸AX1上をX方向に沿って延び、X方向に並んで配置されるコイル部510bとベース部30とを接続している。第1接続部CN1bは、第1軸AX1の軸上に沿って配置されている。なお、コイル部510bは、第1接続部CN1bと同じく第1軸AX1の軸上に沿って配置されている接続部材CPにより固定部550に接続されている。
The first connection portion CN1b is an elastic member made of, for example, silicon, a copper alloy, an iron-based alloy, or another metal, or made of a resin. As shown in the figure, the first connection portion CN1b extends along the X direction on the first axis AX1 and connects the
以上のような構成により、第2回転駆動源部DSbは、コイル部510bにおいて発生する加振力に相当する回転駆動の力あるいは回転トルクを、第1接続部CN1bを介してベース部30に伝達する。この場合、第1接続部CN1bは、第2軸AX2周りの振動作用をベース部30に対して生じることになる。ただし、コイル部510bに対しては、上記のような駆動(高速駆動)を行うための第2駆動信号SG2のみ供給され、低速駆動用の第1駆動信号SG1については供給されない(図5(B)参照)。
With the above configuration, the second rotational drive source unit DSb transmits the rotational drive force or rotational torque corresponding to the exciting force generated in the
最後に、動作部REの構成について説明する。動作部REのうち、ベース部30は、第1軸AX1を中心軸として対称な形状を有しており、内側に被駆動部40を有する枠体状の部材である。さらに、図示の例では、ベース部30は、X方向について-X側において第1回転駆動源部DSaの第1接続部CN1aに接続され、+X側において第2回転駆動源部DSbの第1接続部CN1bに接続されている。これにより、ベース部30は、各コイル部510a,510bにおいて発生した加振力に相当する回転駆動の力あるいは回転トルクを、第1接続部CN1a,CN1bを介して受け(伝達され)る。ただし、ベース部30は、自身の回転作用の影響については、コイル部510a側からの影響のみ受け、第1軸AX1を回転中心軸として回転動作をする可動枠となっている。一方、ベース部30は、第2接続部CN2,CN2を介した被駆動部40への回転駆動の力あるいは回転トルクを伝達については、コイル部510a側からのもののみならず、コイル部510b側からのものについても伝達する。例えば、第1接続部CN1a,CN1bの弾性を適宜調整しておくことで、第1接続部CN1aは、低速駆動(例えば周波数60Hz)での動きに対しては、追従可能であるものとしつつ、第1接続部CN1a,CN1bは、高速駆動(例えば周波数30kHz)での動き(微振動)に対しては、追従不可能であるようになっており、高速駆動用の第2駆動信号SG2の伝達のみに寄与し、これに伴う回転動作は行わないようになっており、その一方で、第2接続部CN2については、高速駆動側の駆動信号に基づく回転動作に追従してトーションバー(回転用のばね)として機能させるようになっている、といった場合が考えられる。
Finally, the configuration of the operating unit RE will be described. Of the moving portions RE, the
第2接続部CN2は、弾性を有する部材であり、既述のように、例えば第1接続部CN1a,CN1bに比べて相対的に高い周波数についての振動にも応答し得るように構成されている。第2接続部CN2は、第2軸AX2上に沿って延びる一対の棒状の部材であり、被駆動部40のY方向の端部にそれぞれ接続している。
The second connection portion CN2 is an elastic member, and as described above, is configured to be able to respond to vibrations at frequencies relatively higher than, for example, the first connection portions CN1a and CN1b. .. The second connecting portion CN2 is a pair of rod-shaped members extending along the second axis AX2, and is connected to each end of the driven
被駆動部40は、平面部分(図示の場合、楕円形状の面部分)を有する部材であり、例えば平面部分あるいはその一部を可動するミラー面(光反射面)として形成し、これを回転駆動させることで、光を入反射させつつ光走査を行うことが可能となる。被駆動部40は、既述のように、枠体状のベース部30の内側に配置されるとともに、一対の第2接続部CN2,CN2を介して、ベース部30に接続されている。
The driven
被駆動部40は、ベース部30に接続していることで、ベース部30とともに、低速駆動用の第1駆動信号SG1に基づくコイル部510a側からの回転駆動の力あるいは回転トルクを受けて第1軸AX1を回転中心軸とする回転動作をする。さらに、被駆動部40は、高速駆動用の第2駆動信号SG2に基づくコイル部510b側からの回転駆動の力あるいは回転トルクを受けて第2軸AX2を回転中心軸とする回転動作をする。本実施形態では、さらに、高速駆動用の第2駆動信号SG2が、低速駆動用の第1回転駆動源部DSaを構成するコイル部510a側にも送信されている。これにより、被駆動部40は、第1回転駆動源部DSaからの影響を受けて、高速駆動用の第2回転駆動源部DSbの構成を大型化することなく、高速側の振り角を増大させることができる。
Since the driven
以下、アクチュエータ500における被駆動部40の回転駆動の動作の一例について説明する。ここでは、既述のように、X方向に沿って延びる第1軸AX1周りについては、低速駆動(例えば周波数60Hz)となっており、Y方向に沿って延びる第2軸AX2周りについて、高速駆動(例えば周波数30kHz)となっている。つまり、ここでは、第1軸AX1の周りの回転力に対応する駆動周波数の振動よりも高い駆動周波数の振動を発生させることにより、第2軸AX2の周りに被駆動部40を駆動させるものとなっている。すなわち、この場合、被駆動部40の回転について、第1軸AX1周りのみならず第1軸AX1に垂直な第2軸AX2周りについても駆動させる2軸駆動を行うものになっている。
Hereinafter, an example of the operation of rotationally driving the driven
低速駆動用のコイル部510aへ供給する(印加する)制御電流については、被駆動部40の駆動周波数に対応した2つの周波数の信号成分(低速駆動側の駆動信号と高速駆動側の駆動信号)の双方を含みうるものとする。一方、高速駆動用のコイル部510bへ供給する制御電流については、被駆動部40の駆動周波数に対応した2つの周波数のうち、高速駆動側の駆動信号のみを含むものとする。図5(B)で見ると、低速駆動側の駆動信号である第1駆動信号SG1は、コイル部510aに対してのみ送信され、高速駆動側の駆動信号である第2駆動信号SG2は、コイル部510aと、コイル部510bとの双方に対して送信されるものとなっている。
Regarding the control current supplied (applied) to the
なお、図5(B)に示す各駆動信号の送信のための3つの引出し線L1,L2,L3に対して、印加する信号を適宜調整することにより、上記のように第2駆動信号SG2をコイル部510aとコイル部510bとの双方に送信する態様のほか、例えば第2駆動信号SG2をコイル部510bに対してのみ送信する態様としたり、第2駆動信号SG2を送信せず第1駆動信号SG1をコイル部510aに対してのみ送信する態様としたりすることも可能である。
The second drive signal SG2 is generated as described above by appropriately adjusting the signals to be applied to the three leader lines L1, L2, and L3 for transmitting each drive signal shown in FIG. 5 (B). In addition to the mode of transmitting to both the
以上のように、本実施形態では、被駆動部40を第1軸AX1上の周りに駆動させるための低速駆動用信号(第1駆動信号SG1)が印加される低速用コイル部であるコイル部510aと、被駆動部40を第2軸AX2上の周りに駆動させるための高速駆動用信号(第2駆動信号SG2)が印加される高速用コイル部であるコイル部510bとを備え、低速用コイル部であるコイル部510aが、低速駆動用信号(第1駆動信号SG1)に加え高速駆動用信号(第2駆動信号SG2)についても印加可能となっている。すなわち、高速駆動に際して、高速用コイルに加え、低速用コイルにも速駆動用信号を印可することで、高速用コイルに印可された速駆動用信号のみならず低速用コイルに印可された速駆動用信号までもが微振動となり被駆動部40に伝達され、高速側(第2軸AX2周り)についての被駆動部40の振り角を高速用の駆動源を増設することなく増大させることができる。見方を変えると、駆動源の増設を回避することで装置の小型化を図ることができる。
As described above, in the present embodiment, the coil unit is a low-speed coil unit to which a low-speed drive signal (first drive signal SG1) for driving the driven
また、本実施形態においても、アクチュエータにおいて、コイル部とベース部とを、第1軸上にそれぞれ回転中心が配置されるように第1接続部により接続して配置することで、コイル部の回転に伴うベース部の変形の問題を回避できる。 Further, also in the present embodiment, in the actuator, the coil portion and the base portion are connected and arranged by the first connecting portion so that the rotation center is arranged on the first axis, thereby rotating the coil portion. It is possible to avoid the problem of deformation of the base portion due to the above.
この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various embodiments without departing from the gist thereof.
まず、上記実施形態では、ベース部や固定部の形状について、枠体状としているが、部材の支持等の必要な機能が維持できれば、これに限らず、種々の形状とすることができる。 First, in the above embodiment, the shape of the base portion and the fixed portion is a frame shape, but the shape is not limited to this as long as the necessary functions such as support of the member can be maintained, and various shapes can be used.
また、上記実施形態に示した電流Iの制御や磁界Bの向きについては、例示であり、適宜変更可能である。 Further, the control of the current I and the direction of the magnetic field B shown in the above embodiment are examples and can be changed as appropriate.
さらに、上記実施形態では、駆動部をコイル部として記載したが、圧電素子等の駆動力が与えられる機構であれば駆動部として良い。 Further, in the above embodiment, the drive unit is described as a coil unit, but any mechanism such as a piezoelectric element to which a drive force is applied may be used as the drive unit.
10,10a,10b…コイル部、20,20a,20b…磁界付与部、30…ベース部、40…被駆動部、50…固定部、100,200,300,400,500…アクチュエータ、310,310a,310b…コイル部、510a,510b…コイル部、520a,520b…磁界付与部、550…固定部、AX1…第1軸、AX2…第2軸、AX3…第3軸、B…磁界、CN1,CN1a,CN1b…第1接続部、CN2…接続部、CP…接続部材、CT…中心、CTa…重心、DS…回転駆動源部、DSa…第1回転駆動源部、DSb…第2回転駆動源部、F,Fa…力、I…電流、L1,L2,L3…引出し線、MG…永久磁石、R1,R2,R3…矢印、RE…動作部、SG1…第1駆動信号、SG2…第2駆動信号、XX…交点 10,10a,10b ... Coil part, 20,20a, 20b ... Magnetic field applying part, 30 ... Base part, 40 ... Driven part, 50 ... Fixed part, 100,200,300,400,500 ... Actuator, 310,310a , 310b ... Coil part, 510a, 510b ... Coil part, 520a, 520b ... Magnetic field applying part, 550 ... Fixed part, AX1 ... 1st axis, AX2 ... 2nd axis, AX3 ... 3rd axis, B ... Magnetic field, CN1, CN1a, CN1b ... 1st connection part, CN2 ... connection part, CP ... connection member, CT ... center, CTa ... center of gravity, DS ... rotation drive source part, DSa ... first rotation drive source part, DSb ... second rotation drive source Unit, F, Fa ... force, I ... current, L1, L2, L3 ... leader wire, MG ... permanent magnet, R1, R2, R3 ... arrow, RE ... moving unit, SG1 ... first drive signal, SG2 ... second Drive signal, XX ... intersection
Claims (9)
前記ベース部の内側において、被駆動部を、前記第1軸に垂直な第2軸の方向に延びる第2接続部により接続し、
前記第1軸に対して前記回転動作部から前記第1接続部までに非対称となる構造を設け、前記第1軸についての回転駆動に関してアンバランスな状態を作る、アクチュエータ。 The rotational operation part and the base part of the drive part are both arranged symmetrically with respect to the first axis with the rotation center on the first axis, and are connected by the first connection part.
Inside the base portion , the driven portion is connected by a second connecting portion extending in the direction of the second axis perpendicular to the first axis.
An actuator that is provided with a structure that is asymmetrical from the rotational operation portion to the first connection portion with respect to the first axis, and creates an unbalanced state with respect to the rotational drive of the first axis.
前記第1接続部は、前記ベース部に対してオフセットして配置されている、請求項2に記載のアクチュエータ。 The center of the base portion is on the axis of the first axis.
The actuator according to claim 2, wherein the first connection portion is arranged offset with respect to the base portion.
前記コイル部に磁界を付与する磁界付与部をさらに備え、
前記磁界付与部は、前記コイル部において発生させる前記第1軸周りの回転力に対応する一方向に磁界を発生させる、請求項1~8のいずれか一項に記載のアクチュエータ。 The rotary operation unit of the drive unit is a coil unit, and is a coil unit.
A magnetic field applying portion that applies a magnetic field to the coil portion is further provided.
The actuator according to any one of claims 1 to 8, wherein the magnetic field applying portion generates a magnetic field in one direction corresponding to a rotational force around the first axis generated in the coil portion.
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