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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024037208
(43)【公開日】2024-03-19
(54)【発明の名称】揺動角検出装置
(51)【国際特許分類】
G02B 26/10 20060101AFI20240312BHJP
【ＦＩ】
G02B26/10 104Z
G02B26/10 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022141844
(22)【出願日】2022-09-07
(71)【出願人】
【識別番号】000004651
【氏名又は名称】日本信号株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100129425
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 護晃
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 純
(72)【発明者】
【氏名】山田 博隆
【テーマコード（参考）】
2H045
【Ｆターム（参考）】
2H045AB10
2H045AB13
2H045AB24
2H045AB44
2H045BA13
(57)【要約】
【課題】揺動体に設けたコイルの対辺部分に逆向きの磁界が作用するような構成でも該コイルを流れる誘導電流を基に揺動角を検出できる揺動角検出装置を提供する。
【解決手段】電磁アクチュエータ１は、揺動体４０の第１軸Ａ１周りに揺動する内側揺動部４１に設けた高速検出コイル６３を流れる誘導電流を基に内側揺動部４１の揺動角を検出する機能を備える。揺動体４０の内側揺動部４１は、同一平面上に第１軸Ａ１を挟んで配置された第１及び第２領域４１１，４１２を有し、該平面に沿う方向の第１磁界Ｈ１が第１領域４１１側に与えられ、第１磁界Ｈ１と反対方向の第２磁界Ｈ２が第２領域４１２側に与えられる。高速検出コイル６３は、第１及び第２領域４１１，４１２に設けた第１及び第２配線部６３１，６３２に発生する各誘導電流Ｉ１，Ｉ２が同方向となるように構成される。
【選択図】図１
【解決手段】電磁アクチュエータ１は、揺動体４０の第１軸Ａ１周りに揺動する内側揺動部４１に設けた高速検出コイル６３を流れる誘導電流を基に内側揺動部４１の揺動角を検出する機能を備える。揺動体４０の内側揺動部４１は、同一平面上に第１軸Ａ１を挟んで配置された第１及び第２領域４１１，４１２を有し、該平面に沿う方向の第１磁界Ｈ１が第１領域４１１側に与えられ、第１磁界Ｈ１と反対方向の第２磁界Ｈ２が第２領域４１２側に与えられる。高速検出コイル６３は、第１及び第２領域４１１，４１２に設けた第１及び第２配線部６３１，６３２に発生する各誘導電流Ｉ１，Ｉ２が同方向となるように構成される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１軸周りに揺動する揺動体に設けたコイルを流れる誘導電流を基に揺動角を検出する装置であって、
前記揺動体は、同一平面上に前記第１軸を挟んで配置された第１及び第２領域を有し、該平面に沿う方向の第１磁界が第１領域側に与えられ、第１磁界と反対方向の第２磁界が第２領域側に与えられ、
前記コイルは、前記第１及び第２領域に設けた第１及び第２配線部に発生する各誘導電流が同方向となるように構成される、揺動角検出装置。
前記揺動体は、同一平面上に前記第１軸を挟んで配置された第１及び第２領域を有し、該平面に沿う方向の第１磁界が第１領域側に与えられ、第１磁界と反対方向の第２磁界が第２領域側に与えられ、
前記コイルは、前記第１及び第２領域に設けた第１及び第２配線部に発生する各誘導電流が同方向となるように構成される、揺動角検出装置。
【請求項2】
前記揺動体は、前記第１及び第２領域の少なくとも一方に光を反射するミラーが形成されている、請求項１に記載の揺動角検出装置。
【請求項3】
前記揺動体は、内側揺動部と、外側揺動部とを有し、
前記内側揺動部は、前記外側揺動部によって前記第１軸周りに揺動可能に支持され、
前記外側揺動部は、前記外側揺動部の外側に配置された支持体によって前記第１軸と交差する第２軸周りに揺動可能に支持される、請求項１に記載の揺動角検出装置。
前記内側揺動部は、前記外側揺動部によって前記第１軸周りに揺動可能に支持され、
前記外側揺動部は、前記外側揺動部の外側に配置された支持体によって前記第１軸と交差する第２軸周りに揺動可能に支持される、請求項１に記載の揺動角検出装置。
【請求項4】
前記外側揺動部は、同一平面上に前記第１軸を挟んで配置された第３及び第４領域を有し、
前記コイルは、前記第３及び第４領域に設けた第３及び第４配線部に発生する各誘導電流が同方向となり、かつ、前記第１及び第２配線部に発生する各誘導電流と前記第３及び第４配線部に発生する各誘導電流とが逆方向となるように構成される、請求項３に記載の揺動角検出装置。
前記コイルは、前記第３及び第４領域に設けた第３及び第４配線部に発生する各誘導電流が同方向となり、かつ、前記第１及び第２配線部に発生する各誘導電流と前記第３及び第４配線部に発生する各誘導電流とが逆方向となるように構成される、請求項３に記載の揺動角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、揺動体に設けたコイルを流れる誘導電流を基に揺動角を検出する揺動角検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電磁アクチュエータを使用した光スキャナーなどでは、揺動可能に軸支された可動ミラー（揺動体）上にコイルを設け、該コイルを流れる誘導電流を基に可動ミラーの揺動角を検出するようにしたものが知られている。例えば、特許文献１には、揺動して光ビームを偏向する可動部の周縁部分に沿ってコイルを設け、可動部に対して反射面に沿った一方向の磁界を与えるようにした電磁アクチュエータが開示されている。この電磁アクチュエータでは、可動部の軸周りの揺動によって可動部上のコイル内側を貫く磁束が変化することで、可動部の角速度に比例した起電圧がコイルに発生し、該起電圧の値に基づいて可動部の振れ角（揺動角）が検出されている。
【0003】
また、上記のような光スキャナーなどに使用される電磁アクチュエータの駆動方式に関して、例えば、特許文献２には、第１回動体（揺動体）の外側に配置された第２回動体上において、第１及び第２回転軸により４分割された同一平面上の各領域に駆動用のコイルをそれぞれ設け、各コイルに対してコイル面に平行で内外の一方に向かう磁界を与え、駆動信号を各コイルに正相及び逆相で印加することにより、駆動効率が良く、大きな振り角を実現できるようにした技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第４２２３３２８号公報
【特許文献2】特開２０２１－８１４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のような特許文献２の駆動方式が適用された電磁アクチュエータに対して、特許文献１に開示されている技術を応用して揺動体の揺動角を検出しようとした場合、該揺動体に設けたコイルにおける軸方向に平行な対辺部分には、逆向きの磁界が作用することになる。この場合、揺動体の軸周りの揺動によってコイルの対辺部分にそれぞれ発生する起電圧が正負で打ち消し合うようになり、揺動体上のコイルから揺動角を検出するための信号を取り出すことができないという課題があった。
【0006】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、揺動体に設けたコイルの対辺部分に逆向きの磁界が作用するような構成でも該コイルを流れる誘導電流を基に揺動角を検出できる揺動角検出装置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】
上記の目的を達成するため本発明の一態様は、第１軸周りに揺動する揺動体に設けたコイルを流れる誘導電流を基に揺動角を検出する揺動角検出装置であって、前記揺動体は、同一平面上に前記第１軸を挟んで配置された第１及び第２領域を有し、該平面に沿う方向の第１磁界が第１領域側に与えられ、第１磁界と反対方向の第２磁界が第２領域側に与えられ、前記コイルは、前記第１及び第２領域に設けた第１及び第２配線部に発生する各誘導電流が同方向となるように構成される。
【発明の効果】
【0008】
本発明に係る揺動角検出装置によれば、揺動体に設けたコイルの配線を工夫して、該コイルにおける揺動体の第１及び第２領域に設けた第１及び第２配線部に発生する各誘導電流が同方向となるようにしたことで、コイルの対辺部分に逆向きの磁界が作用するような構成でもコイルを流れる誘導電流を基に揺動角を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一実施形態に係る揺動角検出装置が適用された電磁アクチュエータの構成を示す概略図である。
【図2】電磁アクチュエータの駆動制御回路の機能構成を示すブロック図である。
【図3】電磁アクチュエータの第１系統の駆動コイルを拡大して示す平面図である。
【図4】電磁アクチュエータの第２系統の駆動コイルを拡大して示す平面図である。
【図5】電磁アクチュエータの高速検出コイルを拡大して示す平面図である。
【図6】電磁アクチュエータの低速検出コイルを拡大して示す平面図である。
【図7】低速駆動信号の供給による電磁作用を説明する図である。
【図8】高速駆動信号の供給による電磁作用を説明する図である。
【図9】電磁駆動された揺動体の状態を示す斜視図である。
【図10】内側揺動部の第１軸周りの揺動角検出動作を説明する図である。
【図11】外側揺動部の第２軸周りの揺動角検出動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る揺動角検出装置が適用された電磁アクチュエータの構成を示す概略図である。
図１において、電磁アクチュエータ１は、例えば、レーザ光等の光ビームを走査させる光スキャナーとして使用されるものであり、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などの光走査デバイス２と、駆動制御回路３とを備えて構成される。
図１は、本発明の一実施形態に係る揺動角検出装置が適用された電磁アクチュエータの構成を示す概略図である。
図１において、電磁アクチュエータ１は、例えば、レーザ光等の光ビームを走査させる光スキャナーとして使用されるものであり、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などの光走査デバイス２と、駆動制御回路３とを備えて構成される。
【0011】
光走査デバイス２は、例えば、外部から与えられる光ビームを２次元的に走査することが可能な平板状の可動部４と、可動部４の所定箇所に対して所定方向の磁界を形成する磁界形成部５と、可動部４上に設けられたコイル部６と、を備えている。
【0012】
可動部４は、内側揺動部４１及び外側揺動部４２を有する揺動体４０と、揺動体４０の外側に配置され、揺動体４０を軸支する支持体４３とを備えている。揺動体４０は、内側揺動部４１の外側を囲むように外側揺動部４２が配置されている。内側揺動部４１は、外側揺動部４２によって第１軸Ａ１周りに揺動可能に支持されている。外側揺動部４２は、支持体４３によって第１軸Ａ１と交差する第２軸Ａ２周りに揺動可能に支持されている。本実施形態では、第１軸Ａ１と第２軸Ａ２とが直交する一例について説明するが、これに限らず第１軸Ａ１と第２軸Ａ２とが任意の角度で交差していてもよい。
【0013】
揺動体４０（内側揺動部４１及び外側揺動部４２）と支持体４３とは、例えば、シリコン基板などの半導体基板を異方性エッチング加工することによって一体的に作製することが可能である。なお、揺動体４０及び支持体４３は、半導体基板の異方性エッチング加工に限らず、ベリリウム銅、ステンレスその他の金属のウエットエッチング加工、板金打ち抜き加工等によっても作製することができる。
【0014】
具体的に、内側揺動部４１は、平面視で、第１軸Ａ１に沿う方向に長い概ね長円形の形状を有している。内側揺動部４１の長手方向の両側部分には、第１軸Ａ１に沿って延びる第１トーションバーＴＢ１がそれぞれ形成されている。各第１トーションバーＴＢ１の内側端部は、内側揺動部４１の中央部分の近くまで延在している。各第１トーションバーＴＢ１の外側端部は、外側揺動部４２に接続されている。換言すると、内側揺動部４１の長手方向の両側部分には、第１軸Ａ１に沿って中央部分付近まで延びる切込み箇所がそれぞれ形成されており、各々の切込み箇所の底部（内側端部）と、該底部に対向する外側揺動部４２の部分とが第１トーションバーＴＢ１によって連結されている。
【0015】
また、内側揺動部４１の表面上には、第１軸Ａ１を挟んで第１領域４１１及び第２領域４１２が配置されている。図１の例においては、平面視で、第１軸Ａ１（第１トーションバーＴＢ１の延長線）を境界にして右側に第１領域４１１が配置され、左側に第２領域４１２が配置されている。さらに、内側揺動部４１の表面上の中央部分には、光ビームを反射するアルミニウム等で形成されたミラーＭが設けられている。本実施形態では、平面視で円形状のミラーＭが第１及び第２領域４１１，４１２の双方に亘る範囲、又は内側揺動部４１の表面全面に形成されている。なお、ミラーＭは、円形に限らず任意の形状とすることができ、第１及び第２領域４１１，４１２の少なくとも一方に形成されていればよい。内側揺動部４１の第１及び第２領域４１１，４１２におけるミラーＭの外側には、コイル部６の後述する高速検出コイル６３の一部が配線されている。
【0016】
外側揺動部４２は、平面視で、第２軸Ａ２に沿う方向に長い概ね矩形の外形を有している。具体的に、外側揺動部４２は、矩形枠状の中央環状部分４２Ａと、該中央環状部分４２Ａの外側に隣接する４つの周辺環状部分４２Ｂとから構成されている。４つの周辺環状部分４２Ｂのそれぞれは、中央環状部分４２Ａと同様に、矩形枠状の形状を有している。前述した内側揺動部４１は、外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａの開口内（枠の内側）に収まるように配置されており、第１トーションバーＴＢ１によって内側揺動部４１と外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａとが連結されている。つまり、内側揺動部４１は、外側揺動部４２により第１トーションバーＴＢ１を介して第１軸Ａ１周りに捩じり回転可能に支持されている。
【0017】
外側揺動部４２の長手方向の両側部分には、第２軸Ａ２に沿って延びる第２トーションバーＴＢ２がそれぞれ形成されている。各第２トーションバーＴＢ２の内側端部は中央環状部分４２Ａに接続され、各第２トーションバーＴＢ２の外側端部は支持体４３に接続されている。換言すると、各第２トーションバーＴＢ２は、外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａにおける第２軸Ａ２上に位置する箇所から第２軸Ａ２に沿って外側に延び、第２軸Ａ２を挟んで対向する周辺環状部分４２Ｂの間を通って、支持体４３における第２軸Ａ２上に位置する箇所に連結されている。つまり、外側揺動部４２は、支持体４３により第２トーションバーＴＢ２を介して第２軸Ａ２周りに捩じり回転可能に支持されている。
【0018】
また、外側揺動部４２における中央環状部分４２Ａの表面上には、第１軸Ａ１を挟んで第３領域４２３及び第４領域４２４が配置されている。図１の例においては、平面視で、第１軸Ａ１（第１トーションバーＴＢ１の延長線）を境界にして右側に第３領域４２３が配置され、左側に第４領域４２４が配置されている。中央環状部分４２Ａの第３及び第４領域４２３，４２４には、コイル部６の後述する高速検出コイル６３の一部が配線される。また、４つの周辺環状部分４２Ｂそれぞれの表面上には、コイル部６の後述する駆動コイル６１，６２の一部が配線される。
【0019】
支持体４３は、平面視で、矩形枠状の外形を有し、図示を省略した支持基板上に固定されている。前述した外側揺動部４２は、支持体４３の開口内（枠の内側）に収まるように配置されており、外側揺動部４２と支持体４３とが第２トーションバーＴＢ２によって連結されている。支持体４３は、第２トーションバーＴＢ２を介して外側揺動部４２を第２軸Ａ２周りに捩じり回転可能に支持している。つまり、本実施形態における可動部４は、支持体４３が外側揺動部４２を第２軸Ａ２周りに可動な状態で支持し、外側揺動部４２が内側揺動部４１を第１軸Ａ１周りに可動な状態で支持する。これにより、内側揺動部４１の表面上に形成されたミラーＭは、第１及び第２軸Ａ１，Ａ２それぞれの周りで揺動可能すなわち傾斜可能となり、該ミラーＭによる反射光を２次元的に走査することができる。
【0020】
上記のような可動部４の構成において、揺動体４０は第１及び第２軸Ａ１，Ａ２に関して対称な形状を有している。つまり、揺動体４０の内側揺動部４１は、第１及び第２軸Ａ１，Ａ２に関して対称的な形状を有している。また、揺動体４０の外側揺動部４２における中央環状部分４２Ａは、第１及び第２軸Ａ１，Ａ２に関して対称的な形状を有している。さらに、揺動体４０の外側揺動部４２における４つの周辺環状部分４２Ｂは、互いに等しい大きさを有し、かつ、第１及び第２軸Ａ１，Ａ２に関して対称的に配置されている。ただし、内側揺動部４１及び外側揺動部４２の各形状が第１及び第２軸Ａ１，Ａ２に関して対称的であることは必須の事項ではない。つまり、内側揺動部４１及び外側揺動部４２の各形状は、第１及び第２軸Ａ１，Ａ２に関して非対称であってもよく、この場合も揺動体４０に所期の揺動動作を行わせることが可能である。
【0021】
磁界形成部５は、揺動体４０の外側揺動部４２における４つの周辺環状部分４２Ｂにそれぞれ対応させて設けられた４つの磁界形成器５０を備えている。各磁界形成器５０は、第１磁石５１と、第２磁石５２とを有している。第１磁石５１は、対応する周辺環状部分４２Ｂの開口内（枠の内側）に収まるように配置されている。第２磁石５２は、対応する周辺環状部分４２Ｂの外側であって、外側揺動部４２と支持体４３との間に形成された隙間部分に配置されている。第２磁石５２は、平面視で略Ｌ字型の形状を有している。
【0022】
第１及び第２磁石５１，５２は、前述した支持基板（図示省略）上に固定されており、各々の上端部分が、上下方向において、外側揺動部４２の周辺環状部分４２Ｂの表面付近に位置している。第１及び第２磁石５１，５２の各上端部は、互いに異なる磁極を持ち、図１の例では、第１磁石５１の上端部がＳ極、第２磁石５２の上端部がＮ極となっている。ただし、第１及び第２磁石５１，５２の磁極の関係は逆であってもよい。
【0023】
コイル部６は、揺動体４０の内側揺動部４１及び外側揺動部４２を電磁駆動するための２つの系統の駆動コイル６１，６２と、内側揺動部４１の揺動角を検出するための高速検出コイル６３と、外側揺動部４２の揺動角を検出するための低速検出コイル６４とを備えている。本実施形態では、高速検出コイル６３が本発明の揺動角検出装置における「コイル」に相当する。
【0024】
２つの系統の駆動コイル６１，６２は、それぞれ、揺動体４０の外側揺動部４２及び第２トーションバーＴＢ２の各表面上に設けられている。第１系統の駆動コイル６１は、外側揺動部４２の４つの周辺環状部分４２Ｂのうちで対角配置された２つの周辺環状部分４２Ｂ（図１の例では、右上の周辺環状部分４２Ｂと左下の周辺環状部分４２Ｂ）を通るように配線されている。第２系統の駆動コイル６２は、４つの周辺環状部分４２Ｂのうちで対角配置された残りの２つの周辺環状部分４２Ｂ（図１の例では、右下の周辺環状部分４２Ｂと左上の周辺環状部分４２Ｂ）を通るように配線されている。なお、２つの系統の駆動コイル６１，６２の具体的な配線パターンについては後述する。
【0025】
高速検出コイル６３は、揺動体４０の内側揺動部４１における第１領域４１１及び第２領域４１２、揺動体４０の外側揺動部４２における中央環状部分４２Ａの第３領域４２３及び第４領域４２４、並びに、第１及び第２トーションバーＴＢ１，ＴＢ２の各表面上に設けられている。高速検出コイル６３は、前述した内側揺動部４１の第１領域４１１に設けられている第１配線部６３１と、内側揺動部４１の第２領域４１２に設けられている第２配線部６３２と、外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａの第３領域４２３に設けられている第３配線部６３３と、中央環状部分４２Ａの第４領域４２４に設けられている第４配線部６３４とを含んでいる。
【0026】
高速検出コイル６３は、揺動体４０が電磁駆動された際、第１配線部６３１に発生する起電圧によって該第１配線部６３１を流れる誘導電流と、第２配線部６３２に発生する起電圧によって該第２配線部６３２を流れる誘導電流とが同方向となるように配線パターンが設計されている。また、高速検出コイル６３は、揺動体４０が電磁駆動された際、第３配線部６３３に発生する起電圧によって該第３配線部６３３を流れる誘導電流と、第４配線部６３４に発生する起電圧によって該第４配線部６３４を流れる誘導電流とが同方向となり、かつ、上記第１及び第２配線部６３１，６３２を流れる各誘導電流と、上記第３及び第４配線部６３３，６３４を流れる各誘導電流とが逆方向となるように配線パターンが設計されている。なお、高速検出コイル６３の具体的な配線パターンについても後述する。
【0027】
低速検出コイル６４は、揺動体４０の外側揺動部４２及び第２トーションバーＴＢ２の各表面上に設けられている。低速検出コイル６４は、外側揺動部４２の外縁部分を通るように配線されている。なお、低速検出コイル６４の具体的な配線パターンについても後述する。
【0028】
上記のようなコイル部６に備えられた２つの系統の駆動コイル６１，６２、高速検出コイル６３及び低速検出コイル６４のそれぞれには、駆動制御回路３が電気的に接続されている。駆動制御回路３は、可動部４の揺動体４０を電磁駆動するための駆動信号を生成してコイル部６の各駆動コイル６１，６２にそれぞれ供給する。また、駆動制御回路３は、揺動体４０が電磁駆動された際に、コイル部６の高速検出コイル６３及び低速検出コイル６４に発生する各起電圧よって各々のコイルを流れる誘導電流を基に、揺動体４０の内側揺動部４１及び外側揺動部４２それぞれの揺動角を検出し、該検出結果に基づき各駆動コイル６１，６２に印加する駆動信号をフィードバック制御する。
【0029】
図２は、本実施形態における駆動制御回路３の構成例を示すブロック図である。
図２において、駆動制御回路３は、駆動部３１と、高速制御部３２Ｈ及び低速制御部３２Ｌとを含んでいる。
駆動部３１は、高周波側及び低周波側の２つの系統にそれぞれ対応させて設けられている、駆動信号生成回路３１１Ｈ，３１１Ｌ、ダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）３１２Ｈ，３１２Ｌ、パルス密度変調器（ＰＤＭ）３１３Ｈ，３１３Ｌ、及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１４Ｈ，３１４Ｌと、高周波側及び低周波側に共通に設けられている、加算回路３１５及び減算回路３１６とを有している。
図２において、駆動制御回路３は、駆動部３１と、高速制御部３２Ｈ及び低速制御部３２Ｌとを含んでいる。
駆動部３１は、高周波側及び低周波側の２つの系統にそれぞれ対応させて設けられている、駆動信号生成回路３１１Ｈ，３１１Ｌ、ダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）３１２Ｈ，３１２Ｌ、パルス密度変調器（ＰＤＭ）３１３Ｈ，３１３Ｌ、及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１４Ｈ，３１４Ｌと、高周波側及び低周波側に共通に設けられている、加算回路３１５及び減算回路３１６とを有している。
【0030】
駆動信号生成回路３１１Ｈ，３１１Ｌは、ダイレクト・デジタル・シンセサイザ３１２Ｈ，３１２Ｌなどの波形生成手段を利用して、所要の周波数及び波形を有する駆動信号を生成する。本実施形態では、高周波側の駆動信号生成回路３１１Ｈにおいて、周波数ｆｈ（例えば、２ｋＨｚ等）で正弦波の波形を有する駆動信号が生成され、低周波側の駆動信号生成回路３１１Ｌにおいて、周波数ｆｌ（例えば、４２０Ｈｚ等）で正弦波の波形を有する駆動信号が生成される。ただし、駆動信号生成回路３１１Ｈ，３１１Ｌで生成される駆動信号の周波数及び波形は上記の一例に限定されない。高周波側の駆動信号生成回路３１１Ｈで生成された駆動信号は高周波側のパルス密度変調器３１３Ｈに出力され、低周波側の駆動信号生成回路３１１Ｌで生成された駆動信号は低周波側のパルス密度変調器３１３Ｌに出力される。
【0031】
パルス密度変調器３１３Ｈ，３１３Ｌは、駆動信号生成回路３１１Ｈ，３１１Ｌで生成された正弦波の駆動信号を、正弦波情報を含んだ２値のデジタル信号に変換する。高周波側のパルス密度変調器３１３Ｈでデジタル化された周波数ｆｈの正弦波情報を含む駆動信号は高周波側のローパスフィルタ３１４Ｈに与えられ、低周波側のパルス密度変調器３１３Ｌでデジタル化された周波数ｆｌの正弦波情報を含む駆動信号は低周波側のローパスフィルタ３１４Ｌに与えられる。
【0032】
ローパスフィルタ３１４Ｈ，３１４Ｌは、予め設定された共通のカットオフ周波数ｆｃ（例えば、１０ｋＨｚ等）を有し、デジタルの入力信号に含まれるカットオフ周波数Ｆｃ以下の信号成分を抽出してアナログ波形の信号を出力する。したがって、高周波側のローパスフィルタ３１４Ｈからは周波数ｆｈを有する正弦波のアナログ信号（以下、「高速駆動信号」とする）が出力され、低周波側のローパスフィルタ３１４Ｌからは周波数ｆｌを有する正弦波のアナログ信号（以下、「低速駆動信号」とする）が出力される。高周波側及び低周波側のローパスフィルタ３１４Ｈ，３１４Ｌの各出力信号は、加算回路３１５及び減算回路３１６の双方に与えられる。
【0033】
加算回路３１５は、高周波側のローパスフィルタ３１４Ｈから出力される高速駆動信号と、低周波側のローパスフィルタ３１４Ｌから出力される低速駆動信号とを重畳（加算）したアナログの第１駆動信号を生成する。加算回路３１５で生成された第１駆動信号は、コイル部６の第１系統の駆動コイル６１に印加される。つまり、第１系統の駆動コイル６１には、高速駆動信号及び低速駆動信号がそれぞれ正相で供給される。
【0034】
減算回路３１６は、高周波側のローパスフィルタ３１４Ｈから出力される高速駆動信号の位相を反転させた信号と、低周波側のローパスフィルタ３１４Ｌから出力される低速駆動信号とを重畳（減算）したアナログの第２駆動信号を生成する。減算回路３１６で生成された第２駆動信号は、コイル部６の第２系統の駆動コイル６２に印加される。つまり、第２系統の駆動コイル６２には、高速駆動信号が逆相で供給され、低速駆動信号が正相で供給される。
【0035】
駆動制御回路３の高速制御部３２Ｈは、増幅回路（ＡＭＰ）３２１Ｈと、アナログ－デジタル変換回路（ＡＤＣ）３２２Ｈと、ピーク検出回路３２３Ｈと、タイミング検出回路３２４Ｈとを有している。増幅回路３２１Ｈは、コイル部６の高速検出コイル６３で得られるモニタ信号（誘導起電圧又は誘導電流）を所要の利得で増幅してアナログ－デジタル変換回路３２２Ｈに出力する。アナログ－デジタル変換回路３２２Ｈは、増幅回路３２１Ｈで増幅された高速側のモニタ信号をアナログからデジタルに変換する。アナログ－デジタル変換回路３２２Ｈでデジタル化された高速側のモニタ信号は、ピーク検出回路３２３Ｈ及びタイミング検出回路３２４Ｈにそれぞれ与えられる。
【0036】
ピーク検出回路３２３Ｈは、高速側のモニタ信号（正弦波）における振幅のピーク値を検出して、揺動体４０の内側揺動部４１における第１軸Ａ１周りの揺動角（振れ角）情報を取得する。タイミング検出回路３２４Ｈは、高速側のモニタ信号（正弦波）におけるゼロクロスタイミングを検出して、内側揺動部４１の揺動動作における位相情報を取得する。ピーク検出回路３２３Ｈ及びタイミング検出回路３２４Ｈで取得された内側揺動部４１の揺動角情報及び位相情報は、高周波側の駆動信号生成回路３１１Ｈにフィードバックされる。なお、本実施形態では、コイル部６の高速検出コイル６３、並びに、高速制御部３２Ｈの増幅回路３２１Ｈ、アナログ－デジタル変換回路３２２Ｈ、ピーク検出回路３２３Ｈ及びタイミング検出回路３２４Ｈを組み合わせた構成が、本発明の「揺動角検出装置」に相当している。
【0037】
高周波側の駆動信号生成回路３１１Ｈは、ピーク検出回路３２３Ｈからの揺動角情報を受けて、内側揺動部４１の揺動動作が所望の振幅で一定に保たれるように、周波数ｆｈを有する正弦波の駆動信号における振幅を最適化する。また、駆動信号生成回路３１１Ｈは、タイミング検出回路３２４Ｈからの位相情報を受けて、内側揺動部４１の揺動動作が所望の位相（タイミング）で一定に保たれるように、周波数ｆｈを有する正弦波の駆動信号における位相を最適化する。
【0038】
駆動制御回路３の低速制御部３２Ｌは、上記の高速制御部３２Ｈと同様に、増幅回路（ＡＭＰ）３２１Ｌと、アナログ－デジタル変換回路（ＡＤＣ）３２２Ｌと、ピーク検出回路３２３Ｌと、タイミング検出回路３２４Ｌとを有している。増幅回路３２１Ｌは、コイル部６の低速検出コイル６４で得られるモニタ信号（誘導起電圧又は誘導電流）を所要の利得で増幅してアナログ－デジタル変換回路３２２Ｌに出力する。アナログ－デジタル変換回路３２２Ｌは、増幅回路３２１Ｌで増幅された低速側のモニタ信号をアナログからデジタルに変換する。アナログ－デジタル変換回路３２２Ｌでデジタル化された低速側のモニタ信号は、ピーク検出回路３２３Ｌ及びタイミング検出回路３２４Ｌにそれぞれ与えられる。
【0039】
ピーク検出回路３２３Ｌは、低速側のモニタ信号（正弦波）における振幅のピーク値を検出して、揺動体４０の外側揺動部４２における第２軸Ａ２周りの揺動角（振れ角）情報を取得する。タイミング検出回路３２４Ｌは、低速側のモニタ信号（正弦波）におけるゼロクロスタイミングを検出して、外側揺動部４２の揺動動作における位相情報を取得する。ピーク検出回路３２３Ｌ及びタイミング検出回路３２４Ｌで取得された外側揺動部４２の揺動角情報及び位相情報は、低周波側の駆動信号生成回路３１１Ｌにフィードバックされる。
【0040】
低周波側の駆動信号生成回路３１１Ｌは、ピーク検出回路３２３Ｌからの揺動角情報を受けて、外側揺動部４２の揺動動作が所望の振幅で一定に保たれるように、周波数ｆｌを有する正弦波の駆動信号における振幅を最適化する。また、駆動信号生成回路３１１Ｌは、タイミング検出回路３２４Ｌからの位相情報を受けて、外側揺動部４２の揺動動作が所望の位相（タイミング）で一定に保たれるように、周波数ｆｌを有する正弦波の駆動信号における位相を最適化する。
【0041】
【0042】
図３は、第１系統の駆動コイル６１を拡大して示す平面図である。
図３に示すように、第１系統の駆動コイル６１は、右側の第２トーションバーＴＢ２、外側揺動部４２の右上の周辺環状部分４２Ｂ、左下の周辺環状部分４２Ｂ、及び左側の第２トーションバーＴＢ２を順に通る１本の配線パターンによって形成されている。具体的に、第１系統の駆動コイル６１の配線パターンは、右側引出部６１Ａと、右上コイル部６１Ｂと、接続部６１Ｃと、左下コイル部６１Ｄと、左側引出部６１Ｅとを有している。
図３に示すように、第１系統の駆動コイル６１は、右側の第２トーションバーＴＢ２、外側揺動部４２の右上の周辺環状部分４２Ｂ、左下の周辺環状部分４２Ｂ、及び左側の第２トーションバーＴＢ２を順に通る１本の配線パターンによって形成されている。具体的に、第１系統の駆動コイル６１の配線パターンは、右側引出部６１Ａと、右上コイル部６１Ｂと、接続部６１Ｃと、左下コイル部６１Ｄと、左側引出部６１Ｅとを有している。
【0043】
右側引出部６１Ａは、右側の第２トーションバーＴＢ２の表面上を外側から内側に向かって延び、外側揺動部４２における中央環状部分４２Ａの表面上で屈曲して上側に延びている。右側引出部６１Ａに続く右上コイル部６１Ｂは、外側揺動部４２における右上の周辺環状部分４２Ｂの表面上で開口の外側を囲むように一方向（反時計回り）に巻かれている。接続部６１Ｃは、右上コイル部６１Ｂの終端部分に接続され、外側揺動部４２における中央環状部分４２Ａの上辺及び左辺の表面上を通って左下の周辺環状部分４２Ｂまで延びている。
【0044】
接続部６１Ｃに続く左下コイル部６１Ｄは、外側揺動部４２における左下の周辺環状部分４２Ｂの表面上で開口の外側を囲むように、右上コイル部６１Ｂの巻き方向とは反対方向（時計回り）に巻かれている。左側引出部６１Ｅは、左下コイル部６１Ｄの終端部分に接続され、外側揺動部４２における中央環状部分４２Ａの表面上を上側に延びた後に屈曲して、左側の第２トーションバーＴＢ２の表面上を内側から外側に向かって延びている。
【0045】
図４は、第２系統の駆動コイル６２を拡大して示す平面図である。
図４に示すように、第２系統の駆動コイル６２は、右側の第２トーションバーＴＢ２、外側揺動部４２の右下の周辺環状部分４２Ｂ、左上の周辺環状部分４２Ｂ、及び左側の第２トーションバーＴＢ２を順に通る１本の配線パターンによって形成されている。具体的に、第２系統の駆動コイル６２の配線パターンは、右側引出部６２Ａと、右下コイル部６２Ｂと、接続部６２Ｃと、左上コイル部６２Ｄと、左側引出部６２Ｅとを有している。
図４に示すように、第２系統の駆動コイル６２は、右側の第２トーションバーＴＢ２、外側揺動部４２の右下の周辺環状部分４２Ｂ、左上の周辺環状部分４２Ｂ、及び左側の第２トーションバーＴＢ２を順に通る１本の配線パターンによって形成されている。具体的に、第２系統の駆動コイル６２の配線パターンは、右側引出部６２Ａと、右下コイル部６２Ｂと、接続部６２Ｃと、左上コイル部６２Ｄと、左側引出部６２Ｅとを有している。
【0046】
右側引出部６２Ａは、右側の第２トーションバーＴＢ２の表面上を外側から内側に向かって延び、外側揺動部４２における中央環状部分４２Ａの表面上で屈曲して下側に延びている。右側引出部６２Ａに続く右下コイル部６２Ｂは、外側揺動部４２における右下の周辺環状部分４２Ｂの表面上で開口の外側を囲むように一方向（時計回り）に巻かれている。接続部６２Ｃは、右下コイル部６２Ｂの終端部分に接続され、外側揺動部４２における中央環状部分４２Ａの下辺及び左辺の表面上を通って左上の周辺環状部分４２Ｂまで延びている。
【0047】
接続部６２Ｃに続く左上コイル部６２Ｄは、外側揺動部４２における左上の周辺環状部分４２Ｂの表面上で開口の外側を囲むように、右下コイル部６２Ｂの巻き方向とは反対方向（反時計回り）に巻かれている。左側引出部６２Ｅは、左上コイル部６２Ｄの終端部分に接続され、外側揺動部４２における中央環状部分４２Ａの表面上を下側に延びた後に屈曲して、左側の第２トーションバーＴＢ２の表面上を内側から外側に向かって延びている。
【0048】
図５は、高速検出コイル６３を拡大して示す平面図である。
図５に示すように、高速検出コイル６３は、右側の第２トーションバーＴＢ２、外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａにおける第３領域４２３の上部、上側の第１トーションバーＴＢ１、内側揺動部４１の第１領域４１１、及び下側の第１トーションバーＴＢ１を順に通り、更に続けて、外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａにおける第４領域４２４、上側の第１トーションバーＴＢ１、内側揺動部４１の第２領域４１２、下側の第１トーションバーＴＢ１、外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａにおける第３領域４２３の下部、及び右側の第２トーションバーＴＢ２を順に通る１本の配線パターンによって形成されている。
図５に示すように、高速検出コイル６３は、右側の第２トーションバーＴＢ２、外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａにおける第３領域４２３の上部、上側の第１トーションバーＴＢ１、内側揺動部４１の第１領域４１１、及び下側の第１トーションバーＴＢ１を順に通り、更に続けて、外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａにおける第４領域４２４、上側の第１トーションバーＴＢ１、内側揺動部４１の第２領域４１２、下側の第１トーションバーＴＢ１、外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａにおける第３領域４２３の下部、及び右側の第２トーションバーＴＢ２を順に通る１本の配線パターンによって形成されている。
【0049】
具体的に、高速検出コイル６３の配線パターンは、上側引出部６３Ａと、右上外側配線部６３Ｂと、右上接続部６３Ｃと、右内側配線部６３Ｄと、左下接続部６３Ｅと、左外側配線部６３Ｆと、左上接続部６３Ｇと、左内側配線部６３Ｈと、右下接続部６３Ｉと、右下外側配線部６３Ｊと、下側引出部６３Ｋとを有している。
【0050】
上側引出部６３Ａは、右側の第２トーションバーＴＢ２の表面上を外側から内側に向かって延びている。上側引出部６３Ａに続く右上外側配線部６３Ｂは、外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａにおける右辺の表面上で屈曲して上側に延びている。右上接続部６３Ｃは、右上外側配線部６３Ｂの上端部分に接続され、中央環状部分４２Ａにおける上辺の表面上を内側（左側）に延びた後に上側の第１トーションバーＴＢ１付近で屈曲して、該第１トーションバーＴＢ１の表面上を内側揺動部４１まで延びている。
【0051】
右上接続部６３Ｃに続く右内側配線部６３Ｄは、上側の第１トーションバーＴＢ１の下端部分から、内側揺動部４１における第１領域４１１の外縁部分に沿って、下側の第１トーションバーＴＢ１の上端部分まで延びている。左下接続部６３Ｅは、右内側配線部６３Ｄの終端部分に接続され、下側の第１トーションバーＴＢ１の表面上を外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａまで延びた後に屈曲し、中央環状部分４２Ａにおける下辺の表面上を外側（左側）に延びている。
【0052】
左下接続部６３Ｅに続く左外側配線部６３Ｆは、中央環状部分４２Ａにおける左辺の表面上を上側に延びている。左上接続部６３Ｇは、左外側配線部６３Ｆの上端部分に接続され、中央環状部分４２Ａにおける上辺の表面上を内側（右側）に延びた後に上側の第１トーションバーＴＢ１付近で屈曲して、該第１トーションバーＴＢ１の表面上を内側揺動部４１まで延びている。
【0053】
左上接続部６３Ｇに続く左内側配線部６３Ｈは、上側の第１トーションバーＴＢ１の下端部分から、内側揺動部４１における第２領域４１２の外縁部分に沿って、下側の第１トーションバーＴＢ１の上端部分まで延びている。右下接続部６３Ｉは、左内側配線部６３Ｈの終端部分に接続され、下側の第１トーションバーＴＢ１の表面上を外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａまで延びた後に屈曲し、中央環状部分４２Ａにおける下辺の表面上を外側（右側）に延びている。なお、前述した左下接続部６３Ｅと右下接続部６３Ｉとが交差する部分については、立体的な配線パターンによって左下接続部６３Ｅと右下接続部６３Ｉとの間の絶縁が保たれている。
【0054】
右下接続部６３Ｉに続く右下外側配線部６３Ｊは、外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａにおける右辺の表面上を上側に向けて右側の第２トーションバーＴＢ２付近まで延びている。下側引出部６３Ｋは、右下外側配線部６３Ｊの上端部分に接続され、右側の第２トーションバーＴＢ２の表面上を外側に延びている。
【0055】
上記のように高速検出コイル６３は、揺動体４０の表面上において、内側揺動部４１と外側揺動部４２との間に形成された隙間部分の周りを一筆書きで囲むように配線が施されている。なお、図５に示した高速検出コイル６３の配線パターンの一例では、右内側配線部６３Ｄが前述の図１に示した第１配線部６３１に対応し、左内側配線部６３Ｈが前述の図１に示した第２配線部６３２に対応する。また、右上外側配線部６３Ｂ及び右下外側配線部６３Ｊが前述の図１に示した第３配線部６３３に対応し、左外側配線部６３Ｆが前述の図１に示した第４配線部６３４に対応する。
【0056】
図６は、低速検出コイル６４を拡大して示す平面図である。
図６に示すように、低速検出コイル６４は、揺動体４０における外側揺動部４２の外縁部分を周回する配線パターンによって形成されている。具体的に、低速検出コイル６４の配線パターンは、右側引出部６４Ａと、上側配線部６４Ｂと、下側配線部６４Ｃと、左側引出部６４Ｄとを有している。
図６に示すように、低速検出コイル６４は、揺動体４０における外側揺動部４２の外縁部分を周回する配線パターンによって形成されている。具体的に、低速検出コイル６４の配線パターンは、右側引出部６４Ａと、上側配線部６４Ｂと、下側配線部６４Ｃと、左側引出部６４Ｄとを有している。
【0057】
右側引出部６４Ａは、右側の第２トーションバーＴＢ２の表面上を外側から内側に向かって延びている。右側引出部６４Ａの内側端部分には、上側配線部６４Ｂの一端部分と、下側配線部６４Ｃの一端部分とがそれぞれ接続されている。
【0058】
上側配線部６４Ｂは、右側引出部６４Ａの内側端部分から、外側揺動部４２における中央環状部分４２Ａの右辺の表面上を上側に延びた後に屈曲し、右上の周辺環状部分４２Ｂにおける下辺、右辺及び上辺の各表面上を外縁部分に沿って延びている。さらに、上側配線部６４Ｂは、外側揺動部４２における中央環状部分４２Ａの上辺の表面上を右側から左側に向けて延びた後に、左上の周辺環状部分４２Ｂにおける上辺、左辺及び下辺の各表面上を外縁部分に沿って延びている。
【0059】
下側配線部６４Ｃは、右側引出部６４Ａの内側端部分から、外側揺動部４２における中央環状部分４２Ａの右辺の表面上を下側に延びた後に屈曲し、右下の周辺環状部分４２Ｂにおける上辺、右辺及び下辺の各表面上を外縁部分に沿って延びている。さらに、下側配線部６４Ｃは、外側揺動部４２における中央環状部分４２Ａの下辺の表面上を右側から左側に向けて延びた後に、左下の周辺環状部分４２Ｂにおける下辺、左辺及び上辺の各表面上を外縁部分に沿って延びている。
【0060】
上側配線部６４Ｂの先端（他端）部分、及び下側配線部６４Ｃの先端（他端）部分のそれぞれには、左側引出部６４Ｄの内側端部分が接続されている。左側引出部６４Ｄは、上側配線部６４Ｂ及び下側配線部６４Ｃとの接続箇所から、左側の第２トーションバーＴＢ２の表面上を外側に向かって延びている。上記のように低速検出コイル６４は、右側引出部６４Ａと左側引出部６４Ｄとの間に、上側配線部６４Ｂ及び下側配線部６４Ｃを並列的に接続した配線パターンを有している。
【0061】
次に、本実施形態による電磁アクチュエータ１の動作について説明する。
まず、電磁アクチュエータ１の駆動側の動作について簡単に説明する。上述したような構成の電磁アクチュエータ１では、駆動制御回路３の駆動部３１における高周波側及び低周波側の駆動信号生成回路３１１Ｈ，３１１Ｌにより、周波数ｆｈを有する正弦波の駆動信号と、周波数ｆｌ（＜ｆｈ）を有する正弦波の駆動信号とが生成される。
まず、電磁アクチュエータ１の駆動側の動作について簡単に説明する。上述したような構成の電磁アクチュエータ１では、駆動制御回路３の駆動部３１における高周波側及び低周波側の駆動信号生成回路３１１Ｈ，３１１Ｌにより、周波数ｆｈを有する正弦波の駆動信号と、周波数ｆｌ（＜ｆｈ）を有する正弦波の駆動信号とが生成される。
【0062】
これらの高周波側及び低周波側の駆動信号は、パルス密度変調器３１３Ｈ，３１３Ｌ及びローパスフィルタ３１４Ｈ，３１４Ｌを介して加算回路３１５と減算回路３１６にそれぞれ与えられる。そして、加算回路３１５の出力信号がコイル部６の第１系統の駆動コイル６１に印加され、減算回路３１６の出力信号がコイル部６の第２系統の駆動コイル６２に印加される。これにより、第１系統の駆動コイル６１には、高速駆動信号及び低速駆動信号がそれぞれ正相で供給される一方、第２系統の駆動コイル６２には、高速駆動信号が逆相で供給され、低速駆動信号が正相で供給される。
【0063】
低速駆動信号が第１及び第２駆動コイル６１，６２の双方に対して正相の信号として供給されることにより、例えば図７に示すように、第１系統の駆動コイル６１における右上コイル部６１Ｂに反時計回りの電流Ｉｌが流れ、左下コイル部６１Ｄに時計回りの電流Ｉｌが流れるとともに、第２系統の駆動コイル６２における右下コイル部６２Ｂに時計回りの電流Ｉｌが流れ、左上コイル部６２Ｄに反時計回りの電流Ｉｌが流れる。
【0064】
これらの電流Ｉｌと磁界形成部５の４つの磁界形成器５０により形成される固定的な磁界Ｈとの電磁作用によって、第１系統の駆動コイル６１の右上コイル部６１Ｂ、及び第２系統の駆動コイル６２の左上コイル部６２Ｄには、各々のコイル面に対して上向きのローレンツ力Ｆが発生するとともに、第１系統の駆動コイル６１の左下コイル部６１Ｄ、及び第２系統の駆動コイル６２の右下コイル部６２Ｂには、各々のコイル面に対して下向きのローレンツ力Ｆが発生する。また、図示を省略するが第１及び第２系統の駆動コイル６１，６２を流れる電流の向きが逆転すると、電磁作用によるローレンツ力Ｆの向きも反転する。
【0065】
これにより、揺動体４０の外側揺動部４２は、低速駆動信号の周波数ｆｌに従って第２軸Ａ２周りに周期的に揺動する。また、外側揺動部４２に第１トーションバーＴＢ１を介して支持されている内側揺動部４１も、外側揺動部４２と一体となって第２軸Ａ２周りに周期的に揺動するようになる。このような内側揺動部４１及び外側揺動部４２の第２軸Ａ２周りの低速な揺動動作は、内側揺動部４１の表面上に形成されているミラーＭによる光ビームの副走査に用いられる。光ビームの副走査は、後述する主走査による光ビームの変位方向に対して直交する方向に光ビームを変位させる動作となる。
【0066】
一方、高速駆動信号が第１系統の駆動コイル６１に対して正相の信号として供給され、第２系統の駆動コイル６２に対して逆相の信号として供給されることにより、例えば図８に示すように、第１系統の駆動コイル６１における右上コイル部６１Ｂに反時計回りの電流Ｉｈが流れ、左下コイル部６１Ｄに時計回りの電流Ｉｈが流れるとともに、第２系統の駆動コイル６２における右下コイル部６２Ｂに反時計回りの電流Ｉｈが流れ、左上コイル部６２Ｄに時計回りの電流Ｉｈが流れる。
【0067】
これらの電流Ｉｈと磁界形成部５の４つの磁界形成器５０により形成される固定的な磁界Ｈとの電磁作用によって、第１系統の駆動コイル６１の右上コイル部６１Ｂ、及び第２系統の駆動コイル６２の右下コイル部６２Ｂには、各々のコイル面に対して上向きのローレンツ力Ｆが発生するとともに、第１系統の駆動コイル６１の左下コイル部６１Ｄ、及び第２系統の駆動コイル６２の左上コイル部６２Ｄには、各々のコイル面に対して下向きのローレンツ力Ｆが発生する。また、図示を省略するが第１及び第２系統の駆動コイル６１，６２を流れる電流の向きが逆転すると、電磁作用によるローレンツ力Ｆの向きも反転する。
【0068】
これにより、揺動体４０の外側揺動部４２は、第２トーションバーＴＢ２の存在により大きくは変位しないものの、第１軸Ａ１の周りで僅かな周期的なねじり回転（つまり変位角の周期的な変動）を与えられる。この僅かな周期的なねじり回転は、外側揺動部４２から第１トーションバーＴＢ１を介して内側揺動部４１に伝わり、内側揺動部４１を第１軸Ａ１周りに揺動させる。このような第１軸Ａ１周りの揺動が共振条件を満たす場合、内側揺動部４１は、高速駆動信号の周波数ｆｈに従って第１軸Ａ１周りに比較的大きな振幅で周期的に揺動するようになる。このような内側揺動部４１の第１軸Ａ１周りの高速な揺動動作は、内側揺動部４１の表面上に形成されているミラーＭによる光ビームの前述した主走査に用いられる。本実施形態では、ミラーＭで反射された光ビームが、主走査によって周波数ｆｈに対応した周期で第２軸Ａ２に沿う方向へ高速移動すると同時に、副走査によって周波数ｆｌに対応した周期で第１軸Ａ１に沿う方向へ低速移動することで、最終的に面走査を行うことが可能になる。
【0069】
図９は、電磁駆動された揺動体４０の状態を示す斜視図である。
上記のようにして駆動制御回路３の駆動部３１で生成された低速駆動信号及び高速駆動信号がコイル部６の２つの系統の駆動コイル６１，６２に供給されることで可動部４の揺動体４０が電磁駆動されると、該揺動体４０の内側揺動部４１及び外側揺動部４２は、図９に示すように、主走査に対応した周波数ｆｈで第１軸Ａ１周りに揺動するとともに、副走査に対応した周波数ｆｌで第２軸Ａ２周りに揺動する。
上記のようにして駆動制御回路３の駆動部３１で生成された低速駆動信号及び高速駆動信号がコイル部６の２つの系統の駆動コイル６１，６２に供給されることで可動部４の揺動体４０が電磁駆動されると、該揺動体４０の内側揺動部４１及び外側揺動部４２は、図９に示すように、主走査に対応した周波数ｆｈで第１軸Ａ１周りに揺動するとともに、副走査に対応した周波数ｆｌで第２軸Ａ２周りに揺動する。
【0070】
このとき、内側揺動部４１の第１軸Ａ１周りの揺動と外側揺動部４２の第１軸Ａ１周りの揺動とは相反する方向、すなわち、内側揺動部４１及び外側揺動部４２が第１軸Ａ１周りに互い違いに揺動する。図９に例示した状態では、内側揺動部４１における第１軸Ａ１の右側の第１領域４１１が基準面よりも下方に変位（第１軸Ａ１の左側の第２領域４１２が基準面よりも上方に変位）しているのに対して、外側揺動部４２における第１軸Ａ１の右側の第３領域４２３が基準面よりも上方に変位（第１軸Ａ１の左側の第４領域４２４が基準面よりも下方に変位）している。外側揺動部４２の第１軸Ａ１周りの変位は、第２トーションバーＴＢ２により制限される。このため、外側揺動部４２の揺動角（基準面に対する変位角）は、内側揺動部４１の第１軸Ａ１周りの揺動角よりも小さくなっている。なお、基準面は、第１軸Ａ１及び第２軸Ａ２に平行な平面である。
【0071】
第２軸Ａ２周りについては、内側揺動部４１及び外側揺動部４２が一体となって同じ方向に揺動する。図９に例示した状態では、僅かではあるが第２軸Ａ２よりも手前側の領域が基準面よりも上方に変位（第２軸Ａ２よりも奥側の領域が基準面よりも下方に変位）している。上記のような揺動体４０の第１及び第２軸Ａ１，Ａ２周りの周期的な揺動によって、内側揺動部４１の表面上に形成されているミラーＭによる光ビームの２次元的な走査、すなわち、主走査および副走査の組み合わせによる面走査が可能になっている。
【0072】
次に、本実施形態による電磁アクチュエータ１における揺動角の検出動作を説明する。
まず、揺動体４０の内側揺動部４１における第１軸Ａ１周りの揺動角検出動作について図１０を参照しながら詳しく説明する。
前述したように駆動制御回路３から２つの系統の駆動コイル６１，６２への駆動信号の供給により揺動体４０が電磁駆動され、揺動体４０の内側揺動部４１が第１軸Ａ１周りに揺動すると、内側揺動部４１の表面上に形成されている高速検出コイル６３の第１配線部６３１（右内側配線部６３Ｄ）、及び第２配線部６３２（左内側配線部６３Ｈ）が、磁界形成部５により形成される固定的な磁界内を移動する。これにより、第１配線部６３１（６３Ｄ）及び第２配線部６３２（６３Ｈ）のそれぞれに起電圧が発生して誘導電流が流れる。
まず、揺動体４０の内側揺動部４１における第１軸Ａ１周りの揺動角検出動作について図１０を参照しながら詳しく説明する。
前述したように駆動制御回路３から２つの系統の駆動コイル６１，６２への駆動信号の供給により揺動体４０が電磁駆動され、揺動体４０の内側揺動部４１が第１軸Ａ１周りに揺動すると、内側揺動部４１の表面上に形成されている高速検出コイル６３の第１配線部６３１（右内側配線部６３Ｄ）、及び第２配線部６３２（左内側配線部６３Ｈ）が、磁界形成部５により形成される固定的な磁界内を移動する。これにより、第１配線部６３１（６３Ｄ）及び第２配線部６３２（６３Ｈ）のそれぞれに起電圧が発生して誘導電流が流れる。
【0073】
具体的に、内側揺動部４１の第１領域４１１に形成されている高速検出コイル６３の第１配線部６３１（６３Ｄ）には、図１０の白抜き矢印に示すような内側揺動部４１の表面に沿って第１軸Ａ１から離れる方向（右方向）の第１磁界Ｈ１が与えられている。この第１磁界Ｈ１は、磁界形成部５の４つの磁界形成器５０（図１）のうち、右上及び右下に配置されている各磁界形成器５０によって形成される固定的な漏れ磁界である。また、内側揺動部４１の第２領域４１２に形成されている高速検出コイル６３の第２配線部６３２（６３Ｈ）には、上記第１磁界Ｈ１とは反対方向（左方向）の第２磁界Ｈ２が磁界形成部５により与えられている。この第２磁界Ｈ２は、磁界形成部５の４つの磁界形成器５０（図１）のうち、左上及び左下に配置されている各磁界形成器５０によって形成される固定的な漏れ磁界である。
【0074】
上記のような第１及び第２磁界Ｈ１，Ｈ２が与えられている揺動体４０の内側揺動部４１が、前述の図９に例示した状態、すなわち、内側揺動部４１における第１軸Ａ１の右側の第１領域４１１が基準面よりも下方に変位（第１軸Ａ１の左側の第２領域４１２が基準面よりも上方に変位）した状態では、高速検出コイル６３の第１配線部６３１（６３Ｄ）に、図１０の太線矢印に示すような下向きの誘導電流Ｉ１が発生するとともに、第２配線部６３２（６３Ｈ）に下向きの誘導電流Ｉ２が発生する。つまり、高速検出コイル６３の第１及び第２配線部６３１（６３Ｄ），６３２（６３Ｈ）には同方向の誘導電流Ｉ１，Ｉ２が発生する。高速検出コイル６３の第１配線部６３１（６３Ｄ）と第２配線部６３２（６３Ｈ）とは、左下接続部６３Ｅ、左外側配線部６３Ｆ及び左上接続部６３Ｇを介して直列的に接続されているので、第１及び第２配線部６３１（６３Ｄ），６３２（６３Ｈ）で発生する各誘導電流Ｉ１，Ｉ２は、高速検出コイル６３の全体において共通の方向に流れることになる。
【0075】
また、上記のような内側揺動部４１の揺動と互い違いに外側揺動部４２が第１軸Ａ１周りに揺動すると、外側揺動部４２の中央環状部分４２Ａの表面上に形成されている高速検出コイル６３の第３配線部６３３（右上外側配線部６３Ｂと右下外側配線部６３Ｊ）、及び第４配線部６３４（左外側配線部６３Ｆ）が、磁界形成部５により形成される固定的な磁界内を移動する。これにより、第３配線部６３３（６３Ｂ，６３Ｊ）及び第４配線部６３４（６３Ｆ）のそれぞれに起電圧が発生して誘導電流が流れる。
【0076】
具体的に、高速検出コイル６３の第３配線部６３３（６３Ｂ，６３Ｊ）には前述した第１磁界Ｈ１が与えられ、高速検出コイル６３の第４配線部６３４（６３Ｆ）には前述した第２磁界Ｈ２が与えられている（図１０の白抜き矢印）。このような第１及び第２磁界Ｈ１，Ｈ２が与えられている揺動体４０の外側揺動部４２が、前述の図９に例示した状態、すなわち、外側揺動部４２における第１軸Ａ１の右側の第３領域４２３が基準面よりも上方に変位（第１軸Ａ１の左側の第４領域４１４が基準面よりも下方に変位）した状態では、高速検出コイル６３の第３配線部６３３（６３Ｂ，６３Ｊ）に、上向きの誘導電流Ｉ３が発生するとともに、第４配線部６３４（６３Ｆ）に上向きの誘導電流Ｉ４が発生する（図１０の太線矢印）。つまり、高速検出コイル６３の第３及び第４配線部６３３（６３Ｂ，６３Ｊ），６３４（６３Ｆ）には同方向の誘導電流Ｉ３，Ｉ４が発生する。
【0077】
したがって、内側揺動部４１と外側揺動部４２とが第１軸Ａ１周りに互い違いに揺動することによって、第１軸Ａ１の一方側（右側）で対向配置されている、高速検出コイル６３の第１配線部６３１（６３Ｄ）と第３配線部６３３（６３Ｂ，６３Ｊ）とには、逆方向の誘導電流Ｉ１，Ｉ３が発生する。これと同様に、第１軸Ａ１の他方側（左側）で対向配置されている、高速検出コイル６３の第２配線部６３２（６３Ｈ）と第４配線部６３４（６３Ｆ）とにも、逆方向の誘導電流Ｉ２，Ｉ４が発生する。
【0078】
前述したように高速検出コイル６３は、内側揺動部４１と外側揺動部４２との間に形成された隙間部分の周りを一筆書きで囲むように配線が施されており、第１～第４配線部６３１～６３４が直列的に接続されているので、第１～第４配線部６３１～６３４で発生する各誘導電流Ｉ１～Ｉ４は、高速検出コイル６３の全体において共通の方向に流れることになる。
【0079】
上記のように揺動体４０の内側揺動部４１及び外側揺動部４２が第１軸Ａ１周りに揺動することによって、高速検出コイル６３には、第１～第４配線部６３１～６３４で発生する各誘導電流Ｉ１～Ｉ４を足し合わせた大きな誘導電流が流れるようになり、該誘導電流が高速側のモニタ信号として駆動制御回路３の高速制御部３２Ｈに与えられる。高速制御部３２Ｈでは、高速検出コイル６３からのモニタ信号が増幅回路３２１Ｈで増幅された後にアナログ－デジタル変換回路３２２Ｈでデジタル化されて、ピーク検出回路３２３Ｈ及びタイミング検出回路３２４Ｈにそれぞれ与えられる。
【0080】
ピーク検出回路３２３Ｈでは、高速側のモニタ信号における振幅のピーク値が検出されることにより、揺動体４０の内側揺動部４１における第１軸Ａ１周りの揺動角（振れ角）情報が取得される。また、タイミング検出回路３２４Ｈでは、高速側のモニタ信号におけるゼロクロスタイミングが検出されることにより、内側揺動部４１の揺動動作における位相情報が取得される。ピーク検出回路３２３Ｈ及びタイミング検出回路３２４Ｈで取得された内側揺動部４１の揺動角情報及び位相情報は、高周波側の駆動信号生成回路３１１Ｈに与えられる。
【0081】
駆動信号生成回路３１１Ｈでは、ピーク検出回路３２３Ｈからの揺動角情報に基づいて高速駆動信号の振幅がフィードバック制御されるとともに、タイミング検出回路３２４Ｈからの位相情報に基づいて高速駆動信号の位相がフィードバック制御される。これにより、内側揺動部４１の第１軸Ａ１周りの揺動動作が所望の振幅及び位相（タイミング）で一定に保たれるようになる。
【0082】
続いて、揺動体４０の外側揺動部４２における第２軸Ａ２周りの揺動角検出動作について図１１を参照しながら詳しく説明する。
前述したように駆動制御回路３から２つの系統の駆動コイル６１，６２への駆動信号の供給により揺動体４０が電磁駆動され、揺動体４０の外側揺動部４２が第２軸Ａ２周りに揺動すると、外側揺動部４２の表面上の外縁部分を周回するように形成されている低速検出コイル６４の上側配線部６４Ｂ及び下側配線部６４Ｃが、磁界形成部５により形成される固定的な磁界内を移動する。これにより、上側配線部６４Ｂ及び下側配線部６４Ｃのそれぞれに起電圧が発生して誘導電流が流れる。
前述したように駆動制御回路３から２つの系統の駆動コイル６１，６２への駆動信号の供給により揺動体４０が電磁駆動され、揺動体４０の外側揺動部４２が第２軸Ａ２周りに揺動すると、外側揺動部４２の表面上の外縁部分を周回するように形成されている低速検出コイル６４の上側配線部６４Ｂ及び下側配線部６４Ｃが、磁界形成部５により形成される固定的な磁界内を移動する。これにより、上側配線部６４Ｂ及び下側配線部６４Ｃのそれぞれに起電圧が発生して誘導電流が流れる。
【0083】
具体的に、低速検出コイル６４の上側配線部６４Ｂには、図１１の白抜き矢印に示すように、磁界形成部５の４つの磁界形成器５０（図１）のうち、右上及び左上に配置されている各磁界形成器５０によって形成される固定的な磁界Ｈが与えられている。このような磁界Ｈが与えられている揺動体４０の外側揺動部４２が、前述の図９に例示した状態、すなわち、外側揺動部４２における第２軸Ａ２よりも手前側の領域が基準面よりも上方に変位（第２軸Ａ２よりも奥側の領域が基準面よりも下方に変位）した状態では、低速検出コイル６４の上側配線部６４Ｂに、図１１の太線矢印に示すような反時計回りの誘導電流Ｉｕが発生する。また、低速検出コイル６４の下側配線部６４Ｃには、時計回りの誘導電流Ｉｄが発生する。
【0084】
低速検出コイル６４の上側配線部６４Ｂ及び下側配線部６４Ｃは、右側引出部６４Ａと左側引出部６４Ｄとの間で並列的に接続されている。このため、低速検出コイル６４の全体では、上側配線部６４Ｂで発生する誘導電流Ｉｕと下側配線部６４Ｃで発生する誘導電流Ｉｄとを足し合わせた誘導電流が流れるようになり、該誘導電流が低速側のモニタ信号として駆動制御回路３の低速制御部３２Ｌに与えられる。低速制御部３２Ｌでは、低速検出コイル６４からのモニタ信号が増幅回路３２１Ｌで増幅された後にアナログ－デジタル変換回路３２２Ｌでデジタル化されて、ピーク検出回路３２３Ｌ及びタイミング検出回路３２４Ｌにそれぞれ与えられる。
【0085】
ピーク検出回路３２３Ｌでは、低速側のモニタ信号における振幅のピーク値が検出されることにより、揺動体４０の外側揺動部４２における第２軸Ａ２周りの揺動角（振れ角）情報が取得される。また、タイミング検出回路３２４Ｌでは、低速側のモニタ信号におけるゼロクロスタイミングが検出されることにより、外側揺動部４２の揺動動作における位相情報が取得される。ピーク検出回路３２３Ｌ及びタイミング検出回路３２４Ｌで取得された外側揺動部４２の揺動角情報及び位相情報は、低周波側の駆動信号生成回路３１１Ｌに与えられる。
【0086】
駆動信号生成回路３１１Ｌでは、ピーク検出回路３２３Ｌからの揺動角情報に基づいて低速駆動信号の振幅がフィードバック制御されるとともに、タイミング検出回路３２４Ｌからの位相情報に基づいて低速駆動信号の位相がフィードバック制御される。これにより、外側揺動部４２の第２軸Ａ２周りの揺動動作が所望の振幅及び位相（タイミング）で一定に保たれるようになる。
【0087】
以上説明したように本実施形態では、電磁アクチュエータ１の可動部４を構成する揺動体４０の内側揺動部４１が第１軸Ａ１周りに揺動可能であり、内側揺動部４１の表面上に設けた高速検出コイル６３を流れる誘導電流を基に内側揺動部４１の揺動角の検出が行われる。このとき、内側揺動部４１の第１軸Ａ１を挟んだ第１及び第２領域４１１，４１２に対して、内側揺動部４１の表面に沿った逆向きの第１及び第２磁界Ｈ１，Ｈ２が与えられていても、高速検出コイル６３における内側揺動部４１の第１及び第２領域４１１，４１２に設けた第１及び第２配線部６３１，６３２に発生する各誘導電流Ｉ１，Ｉ２が同方向となるように高速検出コイル６３の配線パターンを工夫することによって、誘導電流Ｉ１，Ｉ２を加算した大きな誘導電流が高速検出コイル６３を流れるようになるので、該誘導電流を基に内側揺動部４１の揺動角を検出することが可能になる。
【0088】
上記のような高速検出コイル６３を流れる誘導電流を基に検出した揺動角に関する情報を利用して、揺動体４０の内側揺動部４１を電磁駆動するための高速駆動信号のフィードバック制御を行うことにより、内側揺動部４１の第１軸Ａ１周りの揺動を高い精度で制御することができる。本実施形態では、内側揺動部４１の第１及び第２領域４１１，４１２に光を反射するミラーＭが形成されているので、ミラーＭによる反射光を第１軸Ａ１に直交する方向に精度良く走査することが可能になる。
【0089】
また、本実施形態では、揺動体４０の内側揺動部４１が外側揺動部４２によって第１軸Ａ１周りに揺動可能に支持されており、外側揺動部４２がその外側に配置された支持体４３によって第１軸Ａ１と交差する第２軸Ａ２周りに揺動可能に支持されている。このような構成においては、内側揺動部４１及びその表面に形成されたミラーＭによる反射光が２次元的に走査されるようになる。このとき、高速検出コイル６３を流れる誘導電流を基にして、２次元的に走査される内側揺動部４１における第１軸Ａ１周りの揺動角を検出することができる。
【0090】
さらに、本実施形態における高速検出コイル６３には、外側揺動部４２の第１軸Ａ１を挟んだ第３及び第４領域４１３，４１４に第３及び第４配線部６３３，６３４が設けられており、それらの第３及び第４配線部６３３，６３４に発生する各誘導電流Ｉ３，Ｉ４が同方向となり、かつ、第１及び第２配線部６３１，６３２に発生する各誘導電流Ｉ１，Ｉ２と第３及び第４配線部６３３，６３４に発生する各誘導電流Ｉ３，Ｉ４とが逆方向となるように、高速検出コイル６３の配線パターンが工夫されている。これにより、各々の誘導電流Ｉ１～Ｉ４を加算した更に大きな誘導電流が高速検出コイル６３を流れるようになるので、該誘導電流を基に内側揺動部４１の第１軸Ａ１周りの揺動角を確実に検出することが可能になる。
【0091】
上記のような高速検出コイル６３を流れる誘導電流を基に検出した揺動角に関する情報を利用して高速駆動信号のフィードバック制御を行うことにより、２次元的に走査される内側揺動部４１の第１軸Ａ１周りの揺動状態を高い精度で制御することができる。特に、外側揺動部４２の表面上に低速検出コイル６４を設け、低速検出コイル６４の上側配線部６４Ｂ及び下側配線部６４Ｃが、外側揺動部４２の外縁部分を周回するように形成されるようにすれば、低速検出コイル６４を流れる誘導電流を基に内側揺動部４１及び外側揺動部４２の第２軸Ａ２周りの揺動角を検出することもできる。これにより、内側揺動部４１及びその表面に形成されたミラーＭによる反射光の２次元的な走査を精度良く制御することが可能になる。
【0092】
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、揺動体４０が内側揺動部４１及び外側揺動部４２を有し、第１及び第２軸Ａ１，Ａ２の周りに揺動可能に軸支されている一例を説明したが、単一の軸周りに揺動可能に軸支された揺動体であっても、該揺動体の単一軸周りの揺動角を本発明によって検出することが可能である。
【0093】
また、上述した実施形態では、ミラーＭが内側揺動部４１の第１及び第２領域４１１，４１２の両方に形成されている一例を示したが、第１及び第２領域４１１，４１２のいずれか一方にミラーＭが形成されていてもよい。また、揺動体の表面だけでなく裏面にもミラーが設けられていても構わない。或いは、ミラーが設けられていない揺動体の揺動角検出にも本発明は有効である。ミラーが設けられていない揺動体の具体的な一例としては、揺動体の変位に応じて揺れや加速度を検知する地震計などのセンサがある。
【符号の説明】
【0094】
１…電磁アクチュエータ、２…光走査デバイス、３…駆動制御回路、４…可動部、５…磁界形成部、６…コイル部、３１…駆動部、３２Ｈ…高速制御部、３２Ｌ…低速制御部、４０…揺動体、４１…内側揺動部、４１１…第１領域、４１２…第２領域、４２…外側揺動部、４２Ａ…中央環状部分、４２Ｂ…周辺環状部分、４２３…第３領域、４２４…第４領域、４３…支持体、５０…磁界形成器、５１…第１磁石、５２…第２磁石、６１，６２…駆動コイル、６３…高速検出コイル、６３１…第１配線部、６３２…第２配線部、６３３…第３配線部、６３４…第４配線部、６４…低速検出コイル、Ａ１…第１軸、Ａ２…第２軸、Ｈ１…第１磁界、Ｈ２…第２磁界、Ｉ１～Ｉ４…誘導電流、ＴＢ１…第１トーションバー、ＴＢ２…第２トーションバー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
