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JP7287864B2 - optical scanner - Google Patents

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JP7287864B2 JP2019147051A JP2019147051A JP7287864B2 JP 7287864 B2 JP7287864 B2 JP 7287864B2 JP 2019147051 A JP2019147051 A JP 2019147051A JP 2019147051 A JP2019147051 A JP 2019147051A JP 7287864 B2 JP7287864 B2 JP 7287864B2
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Description

本発明は、光偏向器を備える光走査装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device having an optical deflector.

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の光偏向器を用いて、走査光を生成する光走査装置が知られている。該光走査装置は、ミラー部を所定の回転軸の回りに往復回動させ、光源からの入射光をミラー部の反射面部で反射させて、走査光を生成する。 2. Description of the Related Art An optical scanning device that generates scanning light using an optical deflector of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) is known. The optical scanning device reciprocates a mirror portion about a predetermined rotation axis, and reflects incident light from a light source on a reflecting surface portion of the mirror portion to generate scanning light.

このような光走査装置では、例えば、回転軸の回りのミラー部の回動範囲が定格を確保していることを確認したり、走査光の出射方向を検出したりするために、回動角を検出する回動角検出部が必要になる。 In such an optical scanning device, for example, in order to confirm that the rotation range of the mirror portion around the rotation axis is rated, or to detect the emission direction of the scanning light, the rotation angle A rotation angle detector for detecting is required.

特許文献1の光走査装置では光偏向器のミラー部を厚み方向に貫通する貫通孔を直進して通過して来た入射光の光量を、ミラー部の背面側に配設したPDで検出している。そして、PDが検出した光量に基づいて回転軸の回りのミラー部の回動角が検出される。 In the optical scanning device of Patent Document 1, the amount of incident light that has passed straight through a through hole penetrating the mirror portion of the optical deflector in the thickness direction is detected by the PD provided on the back side of the mirror portion. ing. Then, the rotation angle of the mirror portion around the rotation axis is detected based on the amount of light detected by the PD.

特開2003-5124号公報JP-A-2003-5124

ミラー部の貫通孔を直進して通過する入射光の光量は、ミラー部の表面に対する入射光の入射角が0°になるときに最大となり、該入射角が増大するほど、低下する。一般的な光走査装置では、回転軸の回りのミラー部の回動角が回動範囲の一端又は他端にあるとき、該入射角が最大になる。 The amount of incident light that passes straight through the through-hole of the mirror portion is maximized when the incident angle of the incident light with respect to the surface of the mirror portion is 0°, and decreases as the incident angle increases. In a general optical scanning device, the incident angle is maximized when the rotation angle of the mirror portion about the rotation axis is at one end or the other end of the rotation range.

したがって、特許文献1の光走査装置では、回転軸の回りのミラー部の回動角が、定格回動範囲の一端又は他端にあるときに、回動角検出部が検出する光量が、最小(0を含む)となってしまい、検出精度が低下する。 Therefore, in the optical scanning device of Patent Document 1, when the rotation angle of the mirror section about the rotation axis is at one end or the other end of the rated rotation range, the amount of light detected by the rotation angle detection section is minimized. (including 0), and the detection accuracy decreases.

なお、ミラー部に形成する貫通孔を、ミラー部の厚み方向に平行ではなく、傾斜させる構成が考えられる。しかしながら、厚み方向に傾斜する貫通孔をミラー部に形成することは、MEMSの光偏向器の製造コストを増大させる。 It is possible to conceive a configuration in which the through-holes formed in the mirror section are not parallel to the thickness direction of the mirror section but are inclined. However, forming a through-hole inclined in the thickness direction in the mirror portion increases the manufacturing cost of the MEMS optical deflector.

本発明の目的は、傾斜した貫通孔を形成することなく、十分な光量でミラー部の回動角等を検出できるようにした光走査装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical scanning device capable of detecting the rotation angle of a mirror section with a sufficient amount of light without forming an inclined through hole.

本発明の光走査装置は、
表面が光源からの入射光を反射する反射面部であり、前記表面に対して垂直に貫通する貫通孔が設けられ、所定の回転軸の回りに往復回動するミラー部を有する光偏向器と、
前記ミラー部の所定の回動角範囲内では、前記入射光のうち前記貫通孔を直進して通過する直進通過光の光路外となり、前記入射光のうち前記貫通孔の内壁面で反射されて通過する反射通過光の光路内となる受光領域を有し、前記ミラー部の背面側に配設されて、前記反射通過光を受光する光検出部と、
前記光検出部の出力に基づいて前記ミラー部の回動角又は回動角範囲を検出する回動検出部と、
を備える。
The optical scanning device of the present invention is
an optical deflector having a mirror portion whose surface is a reflecting surface portion that reflects incident light from a light source, is provided with a through hole that penetrates perpendicularly to the surface, and reciprocates about a predetermined rotation axis;
Within the predetermined rotation angle range of the mirror portion, out of the incident light, the light passing straight through the through hole is out of the optical path, and the incident light is reflected by the inner wall surface of the through hole. a light detection section having a light receiving area within the optical path of the reflected passing light, disposed on the back side of the mirror section, and configured to receive the reflected passing light;
a rotation detection unit that detects the rotation angle or rotation angle range of the mirror unit based on the output of the light detection unit;
Prepare.

本発明によれば、貫通孔の通過光は、貫通孔の内壁面で反射してから通過する反射通過光と、残りの直進通過光とに分けられる。通過反射光は、所定の回転軸の回りのミラー部の回動に伴い、一定の方向に十分な光量で走査する。したがって、光検出部により反射通過光を検出することにより、ミラー部の厚み方向に傾斜する貫通孔を形成することなく、十分な光量でミラー部の回動角等(回動角又は回動角範囲)を検出することができる。 According to the present invention, the light passing through the through hole is divided into the reflected passing light that passes through after being reflected by the inner wall surface of the through hole, and the remaining straight passing light. The passing reflected light scans with a sufficient amount of light in a certain direction as the mirror section rotates about a predetermined rotation axis. Therefore, by detecting the reflected passing light with the photodetector, a sufficient amount of light can be applied to the rotation angle of the mirror section without forming a through hole inclined in the thickness direction of the mirror section. range) can be detected.

好ましくは、前記貫通孔の内壁面において前記反射通過光が反射する反射面部は、前記回転軸に対して平行な平面として形成されている。 Preferably, a reflecting surface portion on which the reflected passing light is reflected on the inner wall surface of the through hole is formed as a plane parallel to the rotating shaft.

この構成によれば、貫通孔の内壁面における通過光の反射面部は、回転軸に対して平行な平面として形成される。この結果、反射面部から出射する反射通過光は、径方向に広がることなく、径方向に十分に絞られたまま光検出部に到達する。これにより、回動角等の検出精度を高めることができる。 According to this configuration, the reflecting surface portion of the passing light on the inner wall surface of the through hole is formed as a plane parallel to the rotation axis. As a result, the reflected passing light emitted from the reflecting surface reaches the photodetector while being sufficiently constricted in the radial direction without spreading in the radial direction. As a result, it is possible to improve the detection accuracy of the rotation angle and the like.

好ましくは、前記貫通孔の前記内壁面において前記反射通過光が反射する反射面部は、金属面として形成されている。 Preferably, the reflecting surface portion on which the reflected passing light is reflected on the inner wall surface of the through hole is formed as a metal surface.

この構成によれば、貫通孔における反射通過光の反射面部は、金属面として形成される。これにより、反射率が高まるとともに、反射通過光(例:レーザ光)に因るミラー部における発熱量を抑制することができる。 According to this configuration, the reflecting surface portion of the through-hole for reflected and passing light is formed as a metal surface. As a result, the reflectance is increased, and the amount of heat generated in the mirror section due to reflected passing light (eg, laser light) can be suppressed.

好ましくは、前記貫通孔の前記反射面部の延長面が形成された隆起部が、前記ミラー部の背面側に形成されている。 Preferably, a protuberant portion formed with an extension surface of the reflective surface portion of the through hole is formed on the rear surface side of the mirror portion.

この構成によれば、光検出部に向かう光は、貫通孔内の反射面部で反射する通過反射光と、残部反射光のうち隆起部の延長面で反射する光とを合わせた光となる。これにより、光検出部により検出される反射光の光量を増大させて、回動角等の検出精度を高めることができる。 According to this configuration, the light directed toward the photodetector is a combination of the passing reflected light reflected by the reflecting surface portion in the through hole and the remaining reflected light reflected by the extended surface of the raised portion. As a result, it is possible to increase the amount of reflected light detected by the photodetector and improve the detection accuracy of the rotation angle and the like.

好ましくは、
前記ミラー部は、前記所定の回転軸である第1回転軸と、前記所定の回転軸とは別の回転軸であって前記ミラー部の中心において前記第1回転軸と直交する第2回転軸との回りに往復回動し、
前記貫通孔は、前記第2回転軸上に形成されている。
Preferably,
The mirror section has a first rotation axis that is the predetermined rotation axis, and a second rotation axis that is different from the predetermined rotation axis and perpendicular to the first rotation axis at the center of the mirror section. reciprocatingly rotates around
The through hole is formed on the second rotating shaft.

この構成によれば、貫通孔は、ミラー部において第2回転軸上に形成される。この結果、貫通孔に入射する入射光の光量は、第2回転軸の回りのミラー部の往復回動中の変動が抑制される。これにより、回動角等の検出精度を高めることができる。 According to this configuration, the through hole is formed on the second rotation axis in the mirror section. As a result, the amount of incident light entering the through hole is suppressed from fluctuating during reciprocating rotation of the mirror portion about the second rotation axis. As a result, it is possible to improve the detection accuracy of the rotation angle and the like.

好ましくは、前記ミラー部は、前記第1回転軸及び前記第2回転軸の回りをそれぞれ共振及び非共振で往復回動する。 Preferably, the mirror section reciprocates about the first rotation axis and the second rotation axis in resonance and non-resonance, respectively.

この構成によれば、ミラー部の共振軸の回りの往復回動の回動角等を、反射通過光を用いて高精度で検出することができる。 According to this configuration, the reciprocating rotation angle of the mirror portion about the resonance axis can be detected with high accuracy using the reflected passing light.

好ましくは、
前記光検出部は、前記反射通過光を受光する受光面を有し、該受光面上の受光位置に係る電気信号を出力し、
前記回動検出部は、前記電気信号に基づいて前記所定の回転軸の回りの前記ミラー部の回動角を検出する。
Preferably,
The light detection unit has a light receiving surface that receives the reflected passing light, and outputs an electrical signal related to a light receiving position on the light receiving surface,
The rotation detection section detects a rotation angle of the mirror section about the predetermined rotation axis based on the electrical signal.

この構成によれば、光検出部の受光面における反射通過光の受光位置を検出して、所定の回転軸の回りのミラー部の回動角を検出することができる。 According to this configuration, it is possible to detect the rotation angle of the mirror section about the predetermined rotation axis by detecting the light receiving position of the reflected and passing light on the light receiving surface of the light detection section.

好ましくは、前記光検出部は、PSDである。 Preferably, the photodetector is a PSD.

この構成によれば、受光面における反射通過光の受光位置を、PSDにより検出することができる。 According to this configuration, the light receiving position of the reflected passing light on the light receiving surface can be detected by the PSD.

好ましくは、
前記所定の回転軸の回りの前記ミラー部の回動角範囲の中心を中心回動角とし、
前記光検出部の前記受光面は、前記ミラー部が前記中心回動角にあるときの前記反射通過光の受光位置を境に、前記反射通過光の走査方向の一側の第1面部分と他側の第2面部分とを有し、
前記光検出部は、前記第1面部分を受光面とする第1PDと、前記第2面部分を受光面とする第2PDとを有し、
前記光検出部の出力は、前記第1PDの出力と前記第2PDの出力とを含む。
Preferably,
setting the center of the rotation angle range of the mirror unit around the predetermined rotation axis as the central rotation angle,
The light-receiving surface of the light detection section is a first surface portion on one side in the scanning direction of the reflected passing light with respect to the light-receiving position of the reflected passing light when the mirror section is at the central rotation angle. and a second surface portion on the other side,
the photodetector includes a first PD having a light receiving surface as the first surface portion and a second PD having a light receiving surface as the second surface portion;
The output of the photodetector includes the output of the first PD and the output of the second PD.

この構成によれば、受光面における反射通過光の受光位置を、PSDに比して十分に安価なPDからの出力により検出することができる。 According to this configuration, the light receiving position of the reflected passing light on the light receiving surface can be detected from the output from the PD, which is sufficiently inexpensive compared to the PSD.

好ましくは、
前記所定の回転軸の回りの前記ミラー部の回動角範囲の中心を中心回動角とし、
前記光検出部は、
前記反射通過光の走査方向に延在する受光面を有するPDと、
前記PDの前記受光面を被覆し、前記ミラー部が前記中心回動角にあるときの走査方向位置に対して一側及び他側に透過孔がそれぞれ形成された遮光板と、
を有する。
Preferably,
setting the center of the rotation angle range of the mirror unit around the predetermined rotation axis as the central rotation angle,
The photodetector is
a PD having a light receiving surface extending in the scanning direction of the reflected passing light;
a light-shielding plate covering the light-receiving surface of the PD and having transmission holes formed on one side and the other side with respect to the scanning direction position when the mirror portion is at the central rotation angle;
have

この構成によれば、反射通過光の走査位置が遮光板の透過孔に一致したときのみ、反射通過光は、遮光板の透過孔を通過して、PDの受光面に到達する。また、遮光板の透過孔の位置は、所定の回転軸の回りのミラー部の所定の回動角に対応する。これにより、PDの出力に基づいてミラー部の所定の回動角を検出することができる。 According to this configuration, the reflected passing light passes through the transmission hole of the light shielding plate and reaches the light receiving surface of the PD only when the scanning position of the reflected passing light coincides with the transmission hole of the light shielding plate. Also, the position of the transmission hole of the light shielding plate corresponds to a predetermined rotation angle of the mirror portion around the predetermined rotation axis. Thereby, the predetermined rotation angle of the mirror section can be detected based on the output of the PD.

好ましくは、前記遮光板における前記透過孔の位置は、前記ミラー部が、前記所定の回転軸の回りの前記ミラー部の定格回動範囲の両端の回動角にあるときの前記反射通過光の走査方向位置に設定されている。 Preferably, the position of the transmission hole in the light shielding plate is the position of the reflected passing light when the mirror portion is at the rotation angle at both ends of the rated rotation range of the mirror portion about the predetermined rotation axis. It is set to the scanning direction position.

この構成によれば、ミラー部が定格回動範囲の両端の回動角まで回動しているか否かを支障なく検出することができる。 According to this configuration, it is possible to detect whether or not the mirror portion has rotated to the rotation angles at both ends of the rated rotation range without any trouble.

好ましくは、
前記ミラー部の前記所定の回動角範囲の全体にわたり、前記入射光の入射方向が前記表面に対して垂直にならないように、該入射方向が設定されている。
Preferably,
The direction of incidence of the incident light is set so that the direction of incidence of the incident light is not perpendicular to the surface over the entire predetermined rotation angle range of the mirror section.

この構成によれば、貫通孔に進入する入射光の全量が直進通過光になってしまう事態が回避される。これにより、回転軸の回りのミラー部の回動角の検出精度を高めることができる。 According to this configuration, it is possible to avoid a situation in which all of the incident light entering the through hole becomes light passing straight through. As a result, it is possible to improve the detection accuracy of the rotation angle of the mirror portion about the rotation axis.

光走査装置の構成図である。1 is a configuration diagram of an optical scanning device; FIG. ミラー部が中立位置にあるとき、光検出部及びミラー部をミラー部の表面側(Z軸方向+側)から見た図である。FIG. 4 is a view of the photodetector and the mirror when the mirror is in a neutral position, viewed from the surface side (Z-axis direction + side) of the mirror; ミラー部が中立位置にあるとき、光検出部及びミラー部を上側(Y軸方向+側)から見た図である。FIG. 10 is a view of the photodetector and the mirror when the mirror is at a neutral position, viewed from above (+ side in the Y-axis direction); 光走査装置における各光の光路と光スポットとの関係の模式図である。3 is a schematic diagram of the relationship between optical paths of light beams and light spots in an optical scanning device; FIG. PSDの受光面に生成する光スポットの寸法についての説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of dimensions of a light spot generated on a light receiving surface of a PSD; ミラー部が回転軸Ayの回りに往復回動したときのミラー部の回動位置と光スポットSpの位置との対応関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a correspondence relationship between a rotational position of a mirror portion and a position of a light spot Sp when the mirror portion is reciprocatingly rotated around a rotation axis Ay; ミラー部の回動角αyとPSDの受光面における光度分布の重心位置との関係をシミュレーションで調べた図である。FIG. 10 is a diagram obtained by examining the relationship between the rotation angle αy of the mirror portion and the barycentric position of the light intensity distribution on the light receiving surface of the PSD by simulation. ミラー部の回動角βy及びPSDの受光量Qの時間の変化を示すグラフである。5 is a graph showing temporal changes in the rotation angle βy of the mirror portion and the amount of received light Q of the PSD. 光偏向器の内側圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの変化電圧分の変動幅と回転軸Ayの回りのミラー部の回動角範囲Wyとの関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the variation width of the variation voltage in the driving voltage of the inner piezoelectric actuator of the optical deflector and the rotation angle range Wy of the mirror portion around the rotation axis Ay. 図9の変動幅とPSDの2つの出力電圧の差分の変動幅との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the variation width of FIG. 9 and the variation width of the difference between the two output voltages of the PSD; 光走査装置の電源投入開始ごとに実施するミラー部の回動角範囲のキャリブレーションのフローチャートである。5 is a flow chart of calibration of the rotation angle range of the mirror unit which is performed each time the power of the optical scanning device is turned on. 第2実施形態の光走査装置の全体の構成図である。FIG. 10 is an overall configuration diagram of an optical scanning device according to a second embodiment; 第2実施形態において光走査装置をZ軸の+側から見た図である。It is the figure which looked at the optical scanning device from the + side of the Z-axis in 2nd Embodiment. 第2実施形態において光走査装置における各光の光路と光スポットSpとの関係の模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram of the relationship between the optical paths of the light beams and the light spots Sp in the optical scanning device in the second embodiment; 第2実施形態において回転軸Ayの回りのミラー部の回動角βyが0[°]にあるときの反射通過光等の光路及び光度分布Sdを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an optical path and light intensity distribution Sd of reflected passing light or the like when the rotation angle βy of the mirror portion around the rotation axis Ay is 0[°] in the second embodiment; 第2実施形態において回転軸Ayの回りのミラー部の回動角βyが-5[°]にあるときの反射通過光等の光路及び光度分布を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing optical paths and luminous intensity distributions of reflected passing light and the like when the rotation angle βy of the mirror portion about the rotation axis Ay is −5[°] in the second embodiment; 第2実施形態において回転軸Ayの回りのミラー部の回動角βyが+5[°]にあるときの反射通過光Lc等の光路及び光度分布を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing optical paths and light intensity distributions of reflected passing light Lc and the like when the rotation angle βy of the mirror portion about the rotation axis Ay is +5[°] in the second embodiment; 第2実施形態において回動角αyと出力電圧比との関係をシミュレーションで調べた図である。It is the figure which investigated the relationship between rotation angle (alpha)y and output voltage ratio by the simulation in 2nd Embodiment. 第3実施形態の光走査装置の全体の構成図である。FIG. 11 is a diagram of the overall configuration of an optical scanning device according to a third embodiment; 第3実施形態においてミラー部が中立位置にあるとき、光検出部及びミラー部をY軸方向+側から見た図である。FIG. 11 is a view of the photodetector and the mirror section viewed from the + side in the Y-axis direction when the mirror section is in a neutral position in the third embodiment; 第3実施形態において光走査装置における各光の光路と光スポットとの関係の模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram of the relationship between the optical paths of light beams and the light spots in the optical scanning device according to the third embodiment; 第3実施形態においてミラー部の回動角αyとPDの出力との関係をシミュレーションで調べた図である。FIG. 11 is a diagram obtained by examining the relationship between the rotation angle αy of the mirror section and the output of the PD by simulation in the third embodiment. 第3実施形態において光走査装置の電源投入開始ごとに実施するミラー部の回動角範囲のキャリブレーションのフローチャートである。10 is a flow chart of calibration of the rotation angle range of the mirror section performed each time the optical scanning device is powered on in the third embodiment. 反射面部の実質的な面積増大を図る主要部の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a main portion for substantially increasing the area of the reflective surface portion;

以下に、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。以下の説明において、実質的に同一又は等価な要素及び部分については、共通の参照符号を使用している。また、同一の構成を有する対又は群の要素については、数字が同一で、添字のアルファベットのみが異なる参照符号を使用している。さらに、添字のアルファベットのみが異なる参照符号を総称するときは、添え字のアルファベットを省略した参照符号を使用する。 Preferred embodiments of the present invention are described in detail below. In the following description, common reference numerals are used for substantially identical or equivalent elements and parts. Also, for elements of pairs or groups having the same configuration, reference numerals with the same numerals and different alphabetical subscripts are used. Furthermore, when referring to reference signs that differ only in alphabetical suffixes, reference numerals omitting the alphabetical suffixes are used.

(第1実施形態)
図1は、光走査装置10aの構成図である。光走査装置10aは、レーザ光源11、光偏向器12、制御装置13及び光検出部14を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of the optical scanning device 10a. The optical scanning device 10 a includes a laser light source 11 , an optical deflector 12 , a control device 13 and a photodetector 14 .

仮想スクリーン15は、光走査装置10aの構成要素には含まれない。仮想スクリーン15は、光走査装置10aからの走査光Lsの走査状態を説明するために、仮想的に配置したものである。光走査装置10aの実際の適用では、仮想スクリーン15は、壁、スクリーン又は走行路等に置き換えられる。なお、光走査装置10aは、画像生成装置や、自動車のADB(Adaptive Driving Beam)等に適用される。 The virtual screen 15 is not included in the components of the optical scanning device 10a. The virtual screen 15 is arranged virtually to explain the scanning state of the scanning light Ls from the optical scanning device 10a. In a practical application of the optical scanning device 10a, the virtual screen 15 is replaced by a wall, screen, track, or the like. The optical scanning device 10a is applied to an image generation device, an ADB (Adaptive Driving Beam) of a car, and the like.

光偏向器12は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)としてSOI(Silicon on Insulator)から製造される。光偏向器12は、主要要素としてミラー部31、トーションバー32a,32b、内側圧電アクチュエータ33a,33b、可動枠部34、外側圧電アクチュエータ35a,35b、及び固定枠部36を備えている。 The optical deflector 12 is manufactured from SOI (Silicon on Insulator) as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). The optical deflector 12 includes a mirror portion 31, torsion bars 32a and 32b, inner piezoelectric actuators 33a and 33b, a movable frame portion 34, outer piezoelectric actuators 35a and 35b, and a fixed frame portion 36 as main elements.

光偏向器12の構成の説明の便宜のために、三軸直交座標系を定義する。X軸及びY軸は、固定枠部36の長辺及び短辺に平行になっている。Z軸は、光偏向器12の厚みの方向に平行になっている。 For convenience of explanation of the configuration of the optical deflector 12, a three-axis orthogonal coordinate system is defined. The X-axis and Y-axis are parallel to the long sides and short sides of the fixed frame portion 36 . The Z-axis is parallel to the thickness direction of the optical deflector 12 .

Oは、ミラー部31の中心である。中心Oは、光偏向器12の中心でもある。レーザ光源11からのレーザ光等の入射光Laは、横断面の光度分布のピーク点(光度分布の重心位置ともいう。)が、中心Oになるように、ミラー部31に入射する。 O is the center of the mirror section 31 . The center O is also the center of the optical deflector 12 . Incident light La such as laser light from the laser light source 11 is incident on the mirror section 31 so that the peak point of the light intensity distribution in the cross section (also referred to as the center of gravity of the light intensity distribution) is at the center O.

回転軸Ax及び回転軸Ayは、ミラー部31の2つの回転軸としてミラー部31の中心Oで直交する。ミラー部31の表面は、入射光Laの反射面部になっている。走査光Lbは、入射光Laがミラー部31の表面で反射した光である。 The rotation axis Ax and the rotation axis Ay are orthogonal to each other at the center O of the mirror section 31 as two rotation axes of the mirror section 31 . The surface of the mirror portion 31 serves as a reflecting surface portion for the incident light La. The scanning light Lb is light obtained by reflecting the incident light La on the surface of the mirror section 31 .

ここで、ミラー部31の中立位置を定義する。中立位置とは、ミラー部31が回転可能になっている回転軸の回りの回動角範囲の中心の回動位置になっているときのミラー部31の回動角をいうものとする。光偏向器12のミラー部31は、回転軸Ax及び回転軸Ayの2軸の回りに回動可能になっている。したがって、ミラー部31の中立位置には、回転軸Axの回りの中立位置と、回転軸Ayの回りの中立位置とが定義される。 Here, the neutral position of the mirror section 31 is defined. The neutral position refers to the rotation angle of the mirror section 31 when it is at the rotation position at the center of the rotation angle range around the rotation axis on which the mirror section 31 is rotatable. The mirror portion 31 of the optical deflector 12 is rotatable about two axes, the rotation axis Ax and the rotation axis Ay. Therefore, the neutral position of the mirror section 31 is defined as a neutral position around the rotation axis Ax and a neutral position around the rotation axis Ay.

回転軸Axの回りの中立位置を「中立位置x」と呼び、回転軸Ayの回りの中立位置を「中立位置y」と呼ぶことにする。また、ミラー部31が中立位置xでかつ中立位置yである中立位置を「中立位置xy」で表す。中立位置xyは、ミラー部31が光検出部14の真正面を向いたときのミラー部31の回動位置に相当する。 A neutral position about the rotation axis Ax is called "neutral position x", and a neutral position about the rotation axis Ay is called "neutral position y". Also, the neutral position where the mirror portion 31 is at the neutral position x and the neutral position y is represented by "neutral position xy". The neutral position xy corresponds to the rotational position of the mirror section 31 when the mirror section 31 faces directly in front of the light detection section 14 .

トーションバー32a,32bは、Y軸方向にミラー部31の両側から回転軸Ayに沿って伸び出ている。 The torsion bars 32a and 32b extend from both sides of the mirror portion 31 along the rotation axis Ay in the Y-axis direction.

内側圧電アクチュエータ33a,33bは、X軸方向にミラー部31の両側に配置され、Y軸方向の各端においてトーションバー32a,32bの中間部に結合する。内側圧電アクチュエータ33a,33bは、Y軸方向の両端部において相互に結合し、全体で環状形状となり、ミラー部31を包囲する。 The inner piezoelectric actuators 33a, 33b are arranged on both sides of the mirror section 31 in the X-axis direction, and are coupled to intermediate portions of the torsion bars 32a, 32b at each end in the Y-axis direction. The inner piezoelectric actuators 33 a and 33 b are coupled to each other at both ends in the Y-axis direction, and have an annular shape as a whole, surrounding the mirror section 31 .

可動枠部34は、内側圧電アクチュエータ33a,33bを包囲する。各トーションバー32は、ミラー部31とは反対側の端において可動枠部34の内周に結合している。各内側圧電アクチュエータ33は、半環形状の外周縁部の中間点において、可動枠部34の内周に結合している。内側圧電アクチュエータ33と可動枠部34との結合部は、中心Oを通り、かつX軸に平行な直線上に位置する。 The movable frame portion 34 surrounds the inner piezoelectric actuators 33a and 33b. Each torsion bar 32 is coupled to the inner periphery of the movable frame portion 34 at the end opposite to the mirror portion 31 . Each inner piezoelectric actuator 33 is coupled to the inner circumference of the movable frame 34 at the midpoint of the semi-ring-shaped outer circumference. The connecting portion between the inner piezoelectric actuator 33 and the movable frame portion 34 is located on a straight line passing through the center O and parallel to the X-axis.

外側圧電アクチュエータ35a,35bは、X軸方向にミラー部31の両側に配置されている。各外側圧電アクチュエータ35は、両端部において可動枠部34の外周と固定枠部36の内周とに結合している。各外側圧電アクチュエータ35は、ミアンダパターンで結合した複数のカンチレバー41を有している。 The outer piezoelectric actuators 35a and 35b are arranged on both sides of the mirror section 31 in the X-axis direction. Each outer piezoelectric actuator 35 is coupled to the outer periphery of the movable frame portion 34 and the inner periphery of the fixed frame portion 36 at both ends. Each outer piezoelectric actuator 35 has a plurality of cantilevers 41 connected in a meander pattern.

内側圧電アクチュエータ33及び外側圧電アクチュエータ35は、不図示の駆動装置からそれぞれ駆動電圧Vdi,Vdoの供給を受ける。内側圧電アクチュエータ33は、トーションバー32と可動枠部34との間に介在し、トーションバー32を回転軸Ayの回りに共振周波数でねじり振動させる。これにより、ミラー部31は、回転軸Ayの周りに共振周波数Fyで往復回動する。 The inner piezoelectric actuator 33 and the outer piezoelectric actuator 35 are supplied with drive voltages Vdi and Vdo, respectively, from a drive device (not shown). The inner piezoelectric actuator 33 is interposed between the torsion bar 32 and the movable frame portion 34 to torsionally vibrate the torsion bar 32 around the rotation axis Ay at the resonance frequency. As a result, the mirror section 31 reciprocates around the rotation axis Ay at the resonance frequency Fy.

各外側圧電アクチュエータ35が有する複数のカンチレバー41について、固定枠部36側から可動枠部34側に順番に、1番、2番、・・・と番号を付けたと仮定する。この場合、奇数番のカンチレバー41と偶数番のカンチレバー41とは、ピークツーピーク(電圧変動幅)が同一で、位相が反対の駆動電圧Vdoを制御装置13から受ける。 It is assumed that the plurality of cantilevers 41 of each outer piezoelectric actuator 35 are numbered sequentially from the fixed frame portion 36 side to the movable frame portion 34 side as No. 1, No. 2, . In this case, the odd-numbered cantilevers 41 and the even-numbered cantilevers 41 receive drive voltages Vdo having the same peak-to-peak (voltage variation width) and opposite phases from the control device 13 .

この結果、奇数番のカンチレバー41と偶数番のカンチレバー41とは、逆位相で湾曲するので、外側圧電アクチュエータ35の全体による回転軸Axの回りの可動枠部34の回動角範囲を増大することができる。ミラー部31は、回転軸Axの回りに非共振周波Fxの非共振で往復回動する。非共振周波Fx<共振周波数Fyである。 As a result, the odd-numbered cantilevers 41 and the even-numbered cantilevers 41 bend in opposite phases, so that the rotation angle range of the movable frame 34 around the rotation axis Ax by the outer piezoelectric actuator 35 as a whole can be increased. can be done. The mirror portion 31 reciprocates around the rotation axis Ax at a non-resonant frequency Fx. Non-resonant frequency Fx<resonant frequency Fy.

ここで、回動角αx,αyを定義する。回動角αxは、回転軸Axの回りのミラー部31の回動角である。回動角αyは、回転軸Ayの回りのミラー部31の回動角である。回動角αyは、光偏向器12の正面視で、ミラー部31がX軸方向の-側に大きく回動するときほど、増大する値として定義される(図7の横軸参照)。 Here, the rotation angles αx and αy are defined. The rotation angle αx is the rotation angle of the mirror section 31 around the rotation axis Ax. The rotation angle αy is the rotation angle of the mirror section 31 around the rotation axis Ay. The rotation angle αy is defined as a value that increases as the mirror portion 31 rotates more to the negative side in the X-axis direction when the optical deflector 12 is viewed from the front (see the horizontal axis in FIG. 7).

回動角αyは、別に、回転軸Ayの回りのミラー部31の回動角として回動角βyを定義する(図8の縦軸参照)。回動角βyは、ミラー部31が中立位置yにあるとき、0[°]で定義される。 As for the rotation angle αy, a rotation angle βy is separately defined as the rotation angle of the mirror portion 31 around the rotation axis Ay (see the vertical axis in FIG. 8). The rotation angle βy is defined as 0[°] when the mirror section 31 is at the neutral position y.

この例では、回動角βy=0[°]であるとき、回動角αy=22.5[°]として定義される。したがって、βy=αy-22.5の関係がある。 In this example, when the rotation angle βy=0[°], the rotation angle αy is defined as 22.5[°]. Therefore, there is a relationship of βy=αy−22.5.

制御装置13は、PSD制御回路19、ミラー制御用IC20及び制御用データメモリ21を備えている。光検出部14は、光偏向器12の裏面側に配置される。 The control device 13 includes a PSD control circuit 19 , a mirror control IC 20 and a control data memory 21 . The photodetector 14 is arranged on the back side of the optical deflector 12 .

光走査装置10aでは、光検出部14は、PSD28から構成される。PSD28の詳細は、図2で述べる。 In the optical scanning device 10a, the photodetector 14 is composed of a PSD28. Details of PSD 28 are described in FIG.

PSD制御回路19は、光検出部14の作動に必要な電圧を供給し、光検出部14から出力電圧を受ける。ミラー制御用IC20は、制御用ソフトウェア24を実装する。ミラー制御用IC20は、制御用データメモリ21のデータ及びPSD制御回路19からの入力に基づいて制御用ソフトウェア24のプログラムを実行する。該プログラムの実行によりレーザ光源11の光度及び光偏向器12のミラー部31の回動角αx,αyが制御される。 The PSD control circuit 19 supplies a voltage necessary for operating the photodetector 14 and receives an output voltage from the photodetector 14 . The mirror control IC 20 implements control software 24 . The mirror control IC 20 executes a control software 24 program based on the data in the control data memory 21 and the input from the PSD control circuit 19 . By executing the program, the luminous intensity of the laser light source 11 and the rotation angles αx and αy of the mirror portion 31 of the optical deflector 12 are controlled.

レーザ光源11は、入射光Laを可動枠部34の中心Oに向けて出射する。入射光Laは、可動枠部34において反射し、可動枠部34の回動角αx,αyに応じた方向に走査光Lbとなって出射する。走査光Lbは、仮想スクリーン15の上を縦(垂直方向)及び横(水平方向)に走査し、走査光Lbの走査跡が仮想スクリーン15上で映像や配光パターン像になる。 The laser light source 11 emits incident light La toward the center O of the movable frame 34 . The incident light La is reflected by the movable frame 34 and emitted as scanning light Lb in directions corresponding to the rotation angles αx and αy of the movable frame 34 . The scanning light Lb scans the virtual screen 15 vertically (vertically) and horizontally (horizontally), and the traces of the scanning light Lb form an image or a light distribution pattern image on the virtual screen 15 .

図2及び図3は、ミラー部31が中立位置にあるとき、光検出部14a及びミラー部31をそれぞれミラー部31の表面側(Z軸方向+側)及び上側(Y軸方向+側)から見た図である。 2 and 3, when the mirror portion 31 is in the neutral position, the photodetector portion 14a and the mirror portion 31 are detected from the surface side (Z-axis direction + side) and the upper side (Y-axis direction + side) of the mirror portion 31, respectively. It is a view.

ミラー部31は、表面が、入射光Laの反射面部45になっている。貫通孔46は、ミラー部31の厚み方向(Z軸方向)に平行にミラー部31を貫通している。この例では、貫通孔46は、正方形の横断面で形成され、貫通孔46の内壁面55(図5)の各側面は、回転軸Ax又はAyに平行な平面になっている。 The surface of the mirror portion 31 serves as a reflecting surface portion 45 for the incident light La. The through hole 46 penetrates the mirror section 31 in parallel with the thickness direction (Z-axis direction) of the mirror section 31 . In this example, the through hole 46 is formed with a square cross section, and each side surface of the inner wall surface 55 (FIG. 5) of the through hole 46 is a plane parallel to the rotation axis Ax or Ay.

光検出部14は、ミラー部31の裏面側に配設されている。光検出部14は、例えばPSD(Position Sencitive Detctor)28から成り、光走査装置10の光検出部を構成する。PSD28は、具体的には、PINフォトダイオードの表面のP層を抵抗層として使用し、該抵抗層の長さ方向の両端電圧から該表面における光スポットの位置を検出する構造になっている。 The light detection section 14 is arranged on the rear surface side of the mirror section 31 . The photodetector 14 is composed of, for example, a PSD (Position Sensitive Detector) 28 and constitutes the photodetector of the optical scanning device 10 . Specifically, the PSD 28 has a structure in which the P layer on the surface of the PIN photodiode is used as a resistance layer, and the position of the light spot on the surface is detected from the voltage across the resistance layer in the longitudinal direction.

光検出部14は、ミラー部31側に受光面49を有する。受光面49は、正方形であり、各辺は、それぞれX軸及びY軸に平行に揃えられている。貫通孔46は、ミラー部31において、中心Oを通りかつX軸に平行な直線上に位置する。 The light detection section 14 has a light receiving surface 49 on the mirror section 31 side. The light-receiving surface 49 is square, and each side is aligned parallel to the X-axis and the Y-axis. The through hole 46 is located on a straight line passing through the center O and parallel to the X axis in the mirror portion 31 .

図2において、中心Odは、PSD28の受光面49の中心である。図3において、平面Coは、中心Oを通りかつY軸に平行な直線である。平面Chは、貫通孔46の中心を通りかつY軸に平行な直線である。平面Caは、中心Od(図2)を通りかつY軸に平行な直線である。 In FIG. 2, the center Od is the center of the light receiving surface 49 of the PSD28. In FIG. 3, the plane Co is a straight line passing through the center O and parallel to the Y-axis. A plane Ch is a straight line passing through the center of the through-hole 46 and parallel to the Y-axis. Plane Ca is a straight line passing through center Od (FIG. 2) and parallel to the Y axis.

図2及び図3において、Da1~Da7の定義は、次のとおりである。
Da1:ミラー部31の直径
Da2:貫通孔46のY軸方向の長さ
Da3:貫通孔46のX軸方向の長さ
Da4:平面Co-平面Ca間の距離
Da5:平面Co-平面Ch間の距離
Da6:ミラー部31の厚み
Da7:ミラー部31の裏面と受光面49との間のZ軸方向の距離
In FIGS. 2 and 3, the definitions of Da1 to Da7 are as follows.
Da1: Diameter of mirror portion 31 Da2: Length of through-hole 46 in the Y-axis direction Da3: Length of through-hole 46 in the X-axis direction Da4: Distance between plane Co and plane Ca Da5: Between plane Co and plane Ch Distance Da6: Thickness of mirror portion 31 Da7: Distance in the Z-axis direction between the rear surface of mirror portion 31 and light receiving surface 49

Da1~Da7及び回動角αyの値を例示すると、次のとおりである。
Da1=2.0mmφ
Da2,Da3=50μm
Da4=1.175mm
Da5=1.0mm
Da6=50μm
Da7=1.2mm
Examples of the values of Da1 to Da7 and the rotation angle αy are as follows.
Da1=2.0mmφ
Da2, Da3=50 μm
Da4=1.175mm
Da5=1.0mm
Da6=50 μm
Da7=1.2mm

図4は、光走査装置10aにおける各光の光路と光スポットSpとの関係の模式図である。入射光Laのうち、大部分は、反射面部45で反射して、走査光Lbとなる。 FIG. 4 is a schematic diagram of the relationship between the optical path of each light and the light spot Sp in the optical scanning device 10a. Most of the incident light La is reflected by the reflecting surface portion 45 to become the scanning light Lb.

入射光Laのうちの一部が貫通孔46内に進入する。貫通孔46内に進入した入射光Laは、貫通孔46の内壁面55で反射してから、ミラー部31の裏面側に出射する反射通過光Lcと、内壁面55で反射することなく、直進のまま貫通孔46を通過する直進通過光Ldとに分かれる。 Part of the incident light La enters the through hole 46 . The incident light La entering the through-hole 46 is reflected by the inner wall surface 55 of the through-hole 46 and then travels straight without being reflected by the inner wall surface 55 with the reflected passing light Lc emitted to the rear surface side of the mirror portion 31 . It is divided into straight passing light Ld that passes through the through hole 46 as it is.

PSD28は、回転軸Ayの回りのミラー部31の所定の回動角範囲では、直進通過光Ldの光路外でかつ反射通過光Lc光路内に配置されている。なお、この例では、所定の回動角範囲とは、(22.5-5)[°]≦αy≦(22.5+5)[°]である。 The PSD 28 is arranged outside the optical path of the straight passing light Ld and within the optical path of the reflected passing light Lc within a predetermined rotation angle range of the mirror portion 31 about the rotation axis Ay. In this example, the predetermined rotation angle range is (22.5-5)[°]≤αy≤(22.5+5)[°].

図5は、PSD28の受光面49に生成する光スポットSpの寸法についての説明図である。ミラー部31は、図5の位置では、中立位置xyにある。図5では、貫通孔46の構成が詳細に示されている。貫通孔46は、ミラー部31の表面及び裏面にそれぞれ表面側開口53及び裏面側開口54において開口しているとともに、内壁面55を有している。 FIG. 5 is an explanatory diagram of the dimensions of the light spot Sp generated on the light receiving surface 49 of the PSD 28. As shown in FIG. The mirror section 31 is at the neutral position xy in the position shown in FIG. FIG. 5 shows the configuration of the through holes 46 in detail. The through-hole 46 has an inner wall surface 55 and opens at a front side opening 53 and a back side opening 54 on the front side and the back side of the mirror section 31 .

内壁面55は、正方形の横断面である。内壁面55の4つの側面のうち、最も回転軸Ay寄りになっている側面は、反射面部57を形成する。反射面部57は、回転軸Ayに対して平行な平面として形成されている。内壁面55は、金属面となっている。すなわち、ミラー部31は、MEMSにおいてSOIのSi層からなるが、内壁面55は、全面にわたり金属層で被覆されている。 The inner wall surface 55 is of square cross-section. Of the four side surfaces of the inner wall surface 55 , the side surface closest to the rotation axis Ay forms a reflecting surface portion 57 . The reflecting surface portion 57 is formed as a plane parallel to the rotation axis Ay. The inner wall surface 55 is a metal surface. That is, the mirror section 31 is made of an SOI Si layer in the MEMS, but the inner wall surface 55 is entirely covered with a metal layer.

したがって、当然に反射面部57も金属面となっている。反射面部57が金属面となっていることにより、入射光Laの反射率が高まり、反射通過光Lcの光度を高めることができる。また、ミラー部31のSi層の発熱を抑制することができる。 Therefore, naturally, the reflecting surface portion 57 is also a metal surface. Since the reflective surface portion 57 is a metal surface, the reflectance of the incident light La is increased, and the luminous intensity of the reflected passing light Lc can be increased. Moreover, heat generation of the Si layer of the mirror section 31 can be suppressed.

図5では、図3に対して符号が追加されている。追加された各符号の定義は、次のとおりである。
Ci:反射面部57を含む平面
Cr:光スポットSpの周縁上で回転軸Ayに最も近い位置(図5では、光スポットSpの右端)を通り受光面49に対して垂直な平面
Cl:光スポットSpの周縁上で回転軸Ayに最も遠い位置(図5では、光スポットSpの左端)を通り受光面49に対して垂直な平面
θ:ミラー部31の反射面部45に対する入射光Laの傾斜角
θ’:平面Ciに対する入射光Laの傾斜角
Dr:平面Ci-平面Cr間の距離
Dl:平面Ci-平面Cl間の距離
In FIG. 5, reference numerals are added with respect to FIG. The definition of each added code is as follows.
Ci: plane including reflective surface portion 57 Cr: plane Cl perpendicular to light receiving surface 49 passing through the position closest to rotation axis Ay on the periphery of light spot Sp (the right end of light spot Sp in FIG. 5): light spot Plane θ perpendicular to the light receiving surface 49 passing through the farthest position from the rotation axis Ay on the periphery of Sp (the left end of the light spot Sp in FIG. 5): inclination angle of the incident light La with respect to the reflecting surface portion 45 of the mirror portion 31 θ′: inclination angle of incident light La with respect to plane Ci Dr: distance between plane Ci and plane Cr Dl: distance between plane Ci and plane Cl

なお、θ+θ’=90[°]であり、θは、回動角αyに応じて変化する。また、図5のDa3,Da6は、図3で定義したとおりである。さらに、θ’=βyである。 Note that θ+θ'=90[°], and θ changes according to the rotation angle αy. Also, Da3 and Da6 in FIG. 5 are as defined in FIG. Furthermore, θ'=βy.

式(1):tanθ’ ≦ Da3/Da6
式(2):Dl=(L+Da6)sinθ’
式(3):Dr=L・sinθ’
Formula (1): tan θ' ≤ Da3/Da6
Formula (2): Dl = (L + Da6) sin θ'
Formula (3): Dr=L·sin θ′

ただし、L=Da7である。式(1)~(3)において、Da3=Da6=0.050mmとすると、式(1)より、tanθ’=1となる。θ’≦45[°]を満たすように、ミラー部31の回動角αyが、22.5[°]を中心(ミラー部31が真正面を向いたときの回動角αy)に±5[°]の範囲で変動する状態を想定する。 However, L=Da7. If Da3=Da6=0.050 mm in formulas (1) to (3), tan θ′=1 from formula (1). In order to satisfy θ′≦45[°], the rotation angle αy of the mirror unit 31 is ±5[ °] is assumed.

θ’=17.5[°](=22.5-5)のとき、Dr=0.394mm、Dl=0.378mmとなる。θ’=22.5[°]のとき、Dr=0.518mm、Dl=0.497mmとなる。θ’=27.5[°](=22.5+5)のとき、Dr=0.651mm、Dl=0.625mmとなる。 When θ′=17.5[°] (=22.5−5), Dr=0.394 mm and Dl=0.378 mm. When θ′=22.5[°], Dr=0.518 mm and Dl=0.497 mm. When θ′=27.5[°] (=22.5+5), Dr=0.651 mm and Dl=0.625 mm.

光スポットSpは、回転軸Ayの回りのミラー部31の回動角αyに応じて受光面49上をX軸方向に走査する。しかしながら、光スポットSpは、回動角αyの変化する回動角範囲において、所望の寸法が確保される。このことは、所定の回動角範囲において受光面49上には十分な光量の光スポットSpが生成されることを意味する。 The light spot Sp scans the light receiving surface 49 in the X-axis direction according to the rotation angle αy of the mirror section 31 about the rotation axis Ay. However, the desired dimension of the light spot Sp is ensured in the rotation angle range in which the rotation angle αy changes. This means that a light spot Sp having a sufficient amount of light is generated on the light receiving surface 49 within a predetermined rotation angle range.

図6は、ミラー部31が回転軸Ayの回りに往復回動したときのミラー部31の回動位置と光スポットSpの位置との対応関係を示している。回動位置Pc,Pr,Pl共に、ミラー部31は中立位置xにある。回動位置Pcは、さらに、ミラー部31の中立位置yでもある。回動位置Prは、正面視におけるミラー部31の右端がZ軸方向に最も+側に来たときに対応する。回動位置Plは、正面視におけるミラー部31の左端がZ軸方向に最も+側に来たときに対応する。 FIG. 6 shows the correspondence between the rotation position of the mirror section 31 and the position of the light spot Sp when the mirror section 31 reciprocates about the rotation axis Ay. The mirror portion 31 is at the neutral position x at all of the rotational positions Pc, Pr, and Pl. The rotational position Pc is also the neutral position y of the mirror section 31 . The rotational position Pr corresponds to when the right end of the mirror portion 31 in front view is most on the + side in the Z-axis direction. The rotational position Pl corresponds to when the left end of the mirror portion 31 in the front view comes to the most + side in the Z-axis direction.

回動位置Pr,Pc,Plの回動角αyは、それぞれ17.5[°](=22.5-5)、22.5[°]、27.5[°](=22.5+5)である。 The rotation angles αy of the rotation positions Pr, Pc, and Pl are 17.5[°] (=22.5−5), 22.5[°], and 27.5[°] (=22.5+5), respectively. is.

図3で示した寸法で、ミラー部31を回動位置Pr-回動位置Pl間で回転軸Ayの回りに往復回動させると、回動位置Plの光スポットSpの中心と回動位置Prの光スポットSpの中心との間の距離は、約0.25mmとなる。一方、回動位置Pl,Po,Prにおける光スポットのSpの径のうち、最大径は、回動位置Plの径の0.026mmとなり、最小径は、回動位置Prの0.016mmとなる。 With the dimensions shown in FIG. 3, when the mirror portion 31 is reciprocally rotated around the rotation axis Ay between the rotation position Pr and the rotation position Pl, the center of the light spot Sp at the rotation position Pl and the rotation position Pr is about 0.25 mm from the center of the light spot Sp. On the other hand, among the diameters Sp of the light spots at the rotational positions Pl, Po, and Pr, the maximum diameter is 0.026 mm at the rotational position Pl, and the minimum diameter is 0.016 mm at the rotational position Pr. .

以上から、光スポットSpの径の変化は、光スポットSpの変位に対して十分に小さい。これにより、PSD28の受光面49における光スポットSpの受光量を十分に確保しつつ、光スポットSpの受光位置からミラー部31の回動角αyを検出することができる。 From the above, the change in the diameter of the light spot Sp is sufficiently small with respect to the displacement of the light spot Sp. As a result, the rotation angle αy of the mirror section 31 can be detected from the light receiving position of the light spot Sp while ensuring a sufficient amount of light received by the light receiving surface 49 of the PSD 28 .

図7は、ミラー部31の回動角αyとPSD28の受光面49における光度分布Sd(図16参照)の重心位置との関係をシミュレーションで調べた図である。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the rotation angle αy of the mirror section 31 and the barycentric position of the luminous intensity distribution Sd (see FIG. 16) on the light receiving surface 49 of the PSD 28, which was examined by simulation.

入射光Laが内壁面55で反射することにより生成される反射通過光Lcは、散乱が大きく、実際には、光度分布Sdの強度となる。図7のシミュレーションでは、光スポットSpの中心は、光度分布Sdのσ=0.15で、散乱割合が1である強度分布の重心として計算したものになっている。 The reflected passing light Lc generated by reflecting the incident light La on the inner wall surface 55 is highly scattered, and actually has the intensity of the luminous intensity distribution Sd. In the simulation of FIG. 7, the center of the light spot Sp is calculated as the center of gravity of the intensity distribution with σ=0.15 and a scattering ratio of 1 in the luminous intensity distribution Sd.

図8は、ミラー部31の回動角βy(=αy-22.5)及びPSD28の受光量Qの時間(1周期T)の変化を示すグラフである。横軸の数値は、時間の経過を示す単なる目盛りであり、単位は秒とは異なる。次の図9で説明するように、ミラー部31の駆動電圧Vdiは、正弦波成分を有し、該正弦波成分の変化電圧分をVisで表すことにする。回動角βyの波形は、変化電圧分Visに同期した波形となる。 FIG. 8 is a graph showing changes in the rotation angle βy (=αy−22.5) of the mirror section 31 and the amount of light received Q of the PSD 28 over time (one cycle T). The numerical value on the horizontal axis is simply a scale indicating the passage of time, and the unit is different from seconds. As will be described with reference to FIG. 9, the drive voltage Vdi for the mirror section 31 has a sine wave component, and the change voltage component of the sine wave component is represented by Vis. The waveform of the rotation angle βy becomes a waveform synchronized with the change voltage Vis.

図9は、光偏向器12の内側圧電アクチュエータ33の駆動電圧Vdiのうちの変化電圧分Visの変動幅Viwと回転軸Ayの回りのミラー部31の回動角範囲Wy(αyの変動幅)との関係を示すグラフである。図9から回動角範囲Wy≧10[°]を確保するためには、Viw≧8.2[V]にする必要がある。 FIG. 9 shows the fluctuation width Viw of the change voltage Vis of the drive voltage Vdi of the inner piezoelectric actuator 33 of the optical deflector 12 and the rotation angle range Wy (variation width of αy) of the mirror section 31 around the rotation axis Ay. is a graph showing the relationship between From FIG. 9, it is necessary to satisfy Viw≧8.2 [V] in order to secure the rotation angle range Wy≧10[°].

図10は、図9の変動幅ViwとPSD28の2つの出力電圧の差分の変動幅Vpwとの関係を示している。PSD28は、2つの出力電圧をPSD制御回路19に出力し、制御用ソフトウェア24は、両出力電圧の差分又は比率からPSD28の40における光スポットSpの位置、すなわち光スポットSpの走査方向の光スポットSpの位置を検出する。したがって、図10における縦軸の変動幅Vpwは、ミラー部31のαyの回動角範囲Wyと等価である。 FIG. 10 shows the relationship between the variation width Viw in FIG. 9 and the variation width Vpw of the difference between the two output voltages of the PSD 28. In FIG. The PSD 28 outputs two output voltages to the PSD control circuit 19, and the control software 24 determines the position of the light spot Sp at 40 of the PSD 28, that is, the light spot in the scanning direction of the light spot Sp from the difference or ratio between the two output voltages. Detect the position of Sp. Therefore, the variation width Vpw on the vertical axis in FIG. 10 is equivalent to the rotation angle range Wy of αy of the mirror section 31 .

図10から、変動幅Viw=8.2[V]であるとき、変動幅Vpw=2.8[V]であることが分かる。換言すると、PSD28の変動幅Vpw≧2.8[V]が得られれば、回動角範囲Wy≧10[°]が確保されたことになる。 From FIG. 10, it can be seen that when the fluctuation width Viw=8.2 [V], the fluctuation width Vpw=2.8 [V]. In other words, if the variation width Vpw≧2.8 [V] of the PSD 28 is obtained, the rotation angle range Wy≧10 [°] is ensured.

図11は、光走査装置10aの電源投入開始ごとに実施するミラー部31の回動角範囲Wyのキャリブレーションのフローチャートである。光走査装置10の光偏向器12の圧電素子は、使用が長くなるに連れて劣化するので、同一の駆動電圧値に対しする変形量は、徐々に減少する。これに対し、この光走査装置10aでは、光検出部14は、ミラー部31の回動角範囲Wyを10[°]以上保証しなければならない。 FIG. 11 is a flowchart of calibration of the rotation angle range Wy of the mirror section 31 that is performed each time the optical scanning device 10a is turned on. Since the piezoelectric element of the optical deflector 12 of the optical scanning device 10 deteriorates as it is used for a long time, the amount of deformation for the same drive voltage value gradually decreases. On the other hand, in the optical scanning device 10a, the photodetector section 14 must ensure the rotation angle range Wy of the mirror section 31 to be 10[°] or more.

図11のキャリブレーションは、光偏向器12の内側圧電アクチュエータ33の圧電素子の劣化に応じて、内側圧電アクチュエータ33の駆動電圧Vdiを増大させ、これにより、光走査装置10aの使用中、ミラー部31のαyの回動角範囲Wyを10[°]以上に維持するものである。なお、回転軸Ay,Axの回りのミラー部31の往復回動は、それぞれ共振及び非共振となっている。したがって、「共振正弦波電圧」及び「非共振正弦波電圧」とは、それぞれ駆動電圧Vdiの変化電圧分Vis及び駆動電圧Vdoの変化電圧分Vosを意味する。 In the calibration of FIG. 11, the driving voltage Vdi of the inner piezoelectric actuator 33 is increased according to the deterioration of the piezoelectric element of the inner piezoelectric actuator 33 of the optical deflector 12, so that the mirror portion is The rotation angle range Wy of αy of 31 is maintained at 10[°] or more. Note that the reciprocating rotation of the mirror portion 31 about the rotation axes Ay and Ax is resonant and non-resonant, respectively. Therefore, the terms "resonant sine wave voltage" and "non-resonant sine wave voltage" mean the change voltage portion Vis of the drive voltage Vdi and the change voltage portion Vos of the drive voltage Vdo, respectively.

共振正弦波電圧は、図8のミラー部31の回動角βyの変化特性(図8の実線)に対応する。回動角βyでは、縦軸の単位が[°]になっているのに対し、共振正弦波電圧を図8に表すと、縦軸の単位が[V]に代わるだけである。 The resonant sine wave voltage corresponds to the change characteristic of the rotation angle βy of the mirror section 31 in FIG. 8 (solid line in FIG. 8). In the rotation angle βy, the unit of the vertical axis is [°], but when the resonant sine wave voltage is shown in FIG. 8, the unit of the vertical axis is changed to [V].

STEP101において、制御装置13aは、光源(レーザ光源11)を点灯する。 In STEP 101, the control device 13a turns on the light source (laser light source 11).

STEP102において、制御装置13aは、共振正弦波電圧の変動幅(Viw)を所定量Δ、増大する。STEP102~STEP104は、ループになっている。したがって、1回目のSTEP102の実行において、設定後の共振正弦波電圧は、制御装置13aが制御用データメモリ21から読み込んだ初期値とされる。 In STEP 102, the controller 13a increases the variation width (Viw) of the resonant sine wave voltage by a predetermined amount Δ. STEP102 to STEP104 form a loop. Therefore, in the first execution of STEP 102, the resonant sine wave voltage after setting is the initial value read from the control data memory 21 by the controller 13a.

共振正弦波電圧の初期値は、光操作装置10aの製造工場の検査員が、光走査装置10aを工場から出荷する際に各光走査装置10aの光偏向器12に対してミラー部31の回動角範囲Wyが10[°]以上になる最小の変化電圧分Visの値を検査して確認した該値である。該値は、該検査員が、各光走査装置10aごとに変化電圧分Visの初期値として制御用データメモリ21に記録する。 The initial value of the resonant sine wave voltage is set by an inspector at the manufacturing factory of the optical manipulating device 10a when the optical scanning devices 10a are shipped from the factory. This is the value confirmed by inspecting the value of the minimum change voltage component Vis at which the dynamic angle range Wy becomes 10[°] or more. This value is recorded in the control data memory 21 by the inspector as an initial value of the change voltage Vis for each optical scanning device 10a.

STEP103では、制御装置13aは、駆動電圧Vdi≦定格値(共振正弦波電圧の上限値)であるか否かを判定する。そして、判定結果が肯定的であるときには、処理をSTEP104に進める。判定結果が否定的であるときには、処理をSTEP106に進める。 In STEP 103, the controller 13a determines whether or not the drive voltage Vdi≦the rated value (the upper limit of the resonant sine wave voltage). Then, when the determination result is affirmative, the process proceeds to STEP104. If the determination result is negative, the process proceeds to STEP106.

STEP104において、制御装置13aは、PSD28の出力電圧の変動幅(Vpw)≧閾値(図10の2.8V)であるか否かを判定する。そして、判定結果が肯定的であるときには、処理をSTEP105に進める。判定結果が否定的であるときには、処理をSTEP102に戻す。 In STEP 104, the control device 13a determines whether or not the variation width (Vpw) of the output voltage of the PSD 28≧the threshold value (2.8 V in FIG. 10). Then, when the determination result is affirmative, the process proceeds to STEP105. If the determination result is negative, the process returns to STEP102.

STEP105では、制御装置13aは、光偏向器12について合格と判断する。STEP106では、制御装置13aは、光偏向器12について不合格と判断する。 In STEP 105, the controller 13a determines that the optical deflector 12 is accepted. In STEP 106, the control device 13a determines that the optical deflector 12 is rejected.

STEP107では、制御装置13aは、光源(レーザ光源11)を消灯する。 In STEP 107, the control device 13a turns off the light source (laser light source 11).

(第2実施形態)
図12は、第2実施形態の光走査装置10bの全体の構成図である。光走査装置10aとの相違点のみ説明する。光走査装置10bでは、光走査装置10aの制御装置13a及び光検出部14aに代えてそれぞれ制御装置13b及び光検出部14bが装備される。制御装置13bは、制御装置13aのPSD制御回路19に代えてTIA(トランスインピーダンスアンプ)67を備える。光検出部14bの出力電圧は、TIA67を経てミラー制御用IC20に入力される。
(Second embodiment)
FIG. 12 is an overall configuration diagram of the optical scanning device 10b of the second embodiment. Only differences from the optical scanning device 10a will be described. The optical scanning device 10b is equipped with a control device 13b and a photodetector 14b, respectively, in place of the control device 13a and the photodetector 14a of the optical scanning device 10a. The control device 13b includes a TIA (transimpedance amplifier) 67 in place of the PSD control circuit 19 of the control device 13a. The output voltage of the photodetector 14b is input to the mirror control IC 20 via the TIA 67. FIG.

図13は、光走査装置10bをZ軸の+側から見た図である。前述の図3の構成との相違点についてのみ説明する。 FIG. 13 is a diagram of the optical scanning device 10b viewed from the + side of the Z axis. Only differences from the configuration of FIG. 3 described above will be described.

光検出部14bは、境界63を境にX軸方向-側のPD61lと+側のPD61rとに分かれる。PD61l,61rは、独立しており、受光面62l,62rに生成される光度分布Sd(図15)の受光量を個々に検出して、出力する。受光面62l,62rは、境界63によりX軸方向に分離しているものの、光スポットSp(図14)の走査方向に連続する1つの連続平面を形成する。光スポットSpは、光度分布Sdにおいて光度が所定の閾値以上の領域を光度分布Sdから抽出したものに相当する。したがって、PD61l,61rの受光量の和(PD61l,61rの出力電圧の和でもある。)は、光スポットSpの走査方向位置に関係なく、ほぼ一定値を維持する。 The photodetector 14b is divided by the boundary 63 into a PD 61l on the negative side in the X-axis direction and a PD 61r on the positive side. The PDs 61l and 61r are independent, and individually detect and output the amount of light received in the light intensity distribution Sd (FIG. 15) generated on the light receiving surfaces 62l and 62r. The light receiving surfaces 62l and 62r are separated in the X-axis direction by the boundary 63, but form one continuous plane continuous in the scanning direction of the light spot Sp (FIG. 14). The light spot Sp corresponds to an area extracted from the luminous intensity distribution Sd where the luminous intensity is equal to or greater than a predetermined threshold value. Therefore, the sum of the amounts of light received by the PDs 61l and 61r (also the sum of the output voltages of the PDs 61l and 61r) maintains a substantially constant value regardless of the position of the light spot Sp in the scanning direction.

図13における各符号の定義は、次のとおりである。
Cb:境界63を通りかつZ軸に平行な平面
Db1:ミラー部31の直径
Db2:Y軸方向の貫通孔46の辺長
Db3:X軸方向の貫通孔46の辺長
Db4:X軸方向の中心O-平面Cb間の距離
Db5:X軸方向の中心O-平面Ch間の距離
Db6:ミラー部31の厚み
Db7:Z軸方向のミラー部31の裏面と受光面49との間の距離
The definition of each code|symbol in FIG. 13 is as follows.
Cb: plane passing through boundary 63 and parallel to Z-axis Db1: diameter of mirror portion 31 Db2: side length of through-hole 46 in Y-axis direction Db3: side length of through-hole 46 in X-axis direction Db4: X-axis direction Distance Db5 between the center O and the plane Cb: Distance Db6 between the center O and the plane Ch in the X-axis direction: Thickness of the mirror section 31 Db7: Distance between the back surface of the mirror section 31 and the light receiving surface 49 in the Z-axis direction

Db1~Db7及び回動角αyの値を例示すると、次のとおりである。
Db1=2.0mmφ
Db2=50μm
Db3=50μm
Db4=0.895mm
Db5=0.7mm
Db6=50μm
Db7=0.5mm
回動角αy=22.5[°]
Examples of the values of Db1 to Db7 and the rotation angle αy are as follows.
Db1=2.0mmφ
Db2=50 μm
Db3=50 μm
Db4 = 0.895mm
Db5=0.7mm
Db6=50 μm
Db7=0.5mm
Rotating angle αy=22.5 [°]

図14は、光走査装置10bにおける各光の光路と光スポットSpとの関係の模式図である。各光の光路を示している。図4との相違点についてのみ説明する。 FIG. 14 is a schematic diagram of the relationship between the optical path of each light and the light spot Sp in the optical scanning device 10b. The optical path of each light is shown. Only differences from FIG. 4 will be described.

光スポットSpは、回転軸Ayの回りのミラー部31の往復回動に伴いX軸方向に境界63を越えてPD61lの受光面62lとPD61rの受光面62rとを行き来する。 The light spot Sp moves back and forth between the light receiving surface 62l of the PD 61l and the light receiving surface 62r of the PD 61r across the boundary 63 in the X-axis direction as the mirror portion 31 reciprocates about the rotation axis Ay.

図15-図17は、回転軸Ayの回りのミラー部31の回動角βyがそれぞれ0[°]、-5[°]、+5[°]にあるときの反射通過光Lc等の光路及び光度分布Sdを示している。光度分布Sdのうち閾値以上の光度領域が光スポットSpとなる。さらに、光度分布Sdのピークが光度分布Sdの最大光度になる。 15 to 17 show the optical paths of the reflected passing light Lc and the like when the rotation angles βy of the mirror section 31 about the rotation axis Ay are 0 [°], -5 [°], and +5 [°], respectively. A luminous intensity distribution Sd is shown. A region of the light intensity distribution Sd having a light intensity equal to or higher than the threshold becomes the light spot Sp. Furthermore, the peak of the luminous intensity distribution Sd becomes the maximum luminous intensity of the luminous intensity distribution Sd.

トーションバー32の回動角βyに応じて光度分布Sdの走査方向位置が変化する。この変化は、受光面62l,62rの出力電圧vl,vrの変化となる。
この結果、光スポットSpのX軸方向の位置Pxは、次式から算出することができる。
式(4):Px=k・(vl-vr)/(vl+vr)
ただし、kは、定数。Px=0は、境界63のX軸方向の位置である。
The position of the light intensity distribution Sd in the scanning direction changes according to the rotation angle βy of the torsion bar 32 . This change results in changes in the output voltages vl and vr of the light receiving surfaces 62l and 62r.
As a result, the position Px of the light spot Sp in the X-axis direction can be calculated from the following equation.
Formula (4): Px=k (vl-vr)/(vl+vr)
However, k is a constant. Px=0 is the position of the boundary 63 in the X-axis direction.

図18は、回動角αy(=βy+22.5)と出力電圧比との関係をシミュレーションで調べたグラフである。なお、出力電圧比とは、(vl-vr)/(vl+vr)を意味する。また、光度分布Sdは、σ=0.15及び散乱割合=1としている。回動角αy(=βy+22.5)と(vl-vr)/(vl+vr)とは、一義的な関係を有していることが分かる。 FIG. 18 is a graph showing the relationship between the rotation angle αy (=βy+22.5) and the output voltage ratio examined by simulation. The output voltage ratio means (vl-vr)/(vl+vr). The luminous intensity distribution Sd is set to σ=0.15 and scattering ratio=1. It can be seen that the rotation angle αy (=βy+22.5) and (vl-vr)/(vl+vr) have a unique relationship.

(第3実施形態)
図19は、第3実施形態の光走査装置10cの全体の構成図である。光走査装置10bとの相違点のみ説明する。光走査装置10cでは、制御装置13b及び光検出部14bの代わりに制御装置13c及び光検出部14cを備えている。制御装置13cは、制御装置13bの制御用データメモリ21を省略している。
(Third embodiment)
FIG. 19 is an overall configuration diagram of an optical scanning device 10c according to the third embodiment. Only differences from the optical scanning device 10b will be described. The optical scanning device 10c includes a controller 13c and a photodetector 14c instead of the controller 13b and the photodetector 14b. The control device 13c omits the control data memory 21 of the control device 13b.

図20は、ミラー部31が中立位置にあるとき、光検出部14c及びミラー部31をY軸方向+側から見た図である。 FIG. 20 is a diagram of the photodetector 14c and the mirror 31 viewed from the + side in the Y-axis direction when the mirror 31 is in the neutral position.

光検出部14cは、PD70と遮光板75とを備える。PD70は、光スポットSpの走査位置の変化全体にわたる長さの受光面71を有している。図20において、平面Ccは、図13の平面Cbと同一平面である。遮光板75は、PD70の受光面71に対して平行にかつ受光面71を覆うように配設されている。遮光板75は、平面Ccに対してX軸方向に-側及び+側に透孔76l,76rを有している。この結果、受光面71は、反射通過光Lcが透孔76l,76rを通過する時に反射通過光Lcを受光する。 The photodetector 14 c includes a PD 70 and a light shielding plate 75 . The PD 70 has a light-receiving surface 71 whose length covers the entire change in scanning position of the light spot Sp. In FIG. 20, plane Cc is the same plane as plane Cb in FIG. The light shielding plate 75 is arranged parallel to the light receiving surface 71 of the PD 70 so as to cover the light receiving surface 71 . The light shielding plate 75 has through holes 76l and 76r on the - side and the + side in the X-axis direction with respect to the plane Cc. As a result, the light receiving surface 71 receives the reflected passing light Lc when the reflected passing light Lc passes through the through holes 76l and 76r.

図20における各符号の定義は、次のとおりである。
Cl:透孔76lの中心を通り、平面Ccに平行な平面
Cr:透孔76rの中心を通り、平面Ccに平行な平面
Dc1:ミラー部31の直径
Dc3:正方形の貫通孔46の辺の長さ
Dc4:中心O-平面Cb間の距離
Dc5:中心O-平面Ch間の距離
Dc6:ミラー部31の厚み
Dc7:ミラー部31の裏面と受光面71との間の距離
Dc8:受光面71と遮光板75の裏面との間の距離
Dl:平面Ccと平面Clとの間の距離
Dr:平面Ccと平面Crとの間の距離
The definition of each symbol in FIG. 20 is as follows.
Cl: a plane passing through the center of the through hole 76l and parallel to the plane Cc Cr: a plane passing through the center of the through hole 76r and parallel to the plane Cc Dc1: the diameter of the mirror portion 31 Dc3: the side length of the square through hole 46 Dc4: distance between center O and plane Cb Dc5: distance between center O and plane Ch Dc6: thickness of mirror section 31 Dc7: distance between back surface of mirror section 31 and light receiving surface 71 Dc8: distance between light receiving surface 71 and Distance Dl from the rear surface of light shielding plate 75: Distance Dr between plane Cc and plane Cl: Distance between plane Cc and plane Cr

Dc1~Dc10の値を例示すると、次のとおりである。
Dc1=2.0mmφ
Dc2,Dc3=50μm
Dc4=1.175mm
Dc5=0.7mm
Dc6=50μm
Dc7=1.2mm
Dc8=0.075mm
Dl=0.26mm
Dr=0.27mm
Examples of values of Dc1 to Dc10 are as follows.
Dc1=2.0mmφ
Dc2, Dc3=50 μm
DC4=1.175mm
Dc5=0.7mm
Dc6=50 μm
DC7=1.2mm
DC8=0.075mm
Dl=0.26 mm
Dr=0.27mm

図21は、光走査装置10cにおける各光の光路と光スポットSpとの関係の模式図である。図4との相違点についてのみ説明する。光走査装置10cでは、PD70は、遮光板75の透孔76l,76rを通過した反射通過光Lcのみを受光面71に受光する。 FIG. 21 is a schematic diagram of the relationship between the optical path of each light and the light spot Sp in the optical scanning device 10c. Only differences from FIG. 4 will be described. In the optical scanning device 10 c , the PD 70 receives only the reflected light Lc that has passed through the through holes 76 l and 76 r of the light shielding plate 75 on the light receiving surface 71 .

図22は、ミラー部31の回動角αyとPD70の出力([W])との関係を示している。PD70の出力は、回動角αy=22.5±5[°]のときのみ出現し、その他の回動角αyでは、無出力となる。 FIG. 22 shows the relationship between the rotation angle αy of the mirror section 31 and the output ([W]) of the PD 70. As shown in FIG. The output of the PD 70 appears only when the rotation angle αy=22.5±5[°], and no output occurs at other rotation angles αy.

図23は、光走査装置10cの電源投入開始ごとに実施するミラー部31の回動角範囲Wyのキャリブレーションのフローチャートである。図23のフローチャートにおいて、共振正弦波電圧とは、図11のフローチャートを説明したときと同一に定義される。 FIG. 23 is a flowchart of calibration of the rotation angle range Wy of the mirror section 31 that is performed each time the optical scanning device 10c is powered on. In the flow chart of FIG. 23, the resonant sinusoidal voltage is defined in the same way as when the flow chart of FIG. 11 was explained.

STEP201において、制御装置13cは、光源(レーザ光源11)を点灯する。 In STEP 201, the control device 13c turns on the light source (laser light source 11).

STEP202において、制御装置13cは、共振正弦波電圧の変動幅Viwを所定量Δ、増大する。 In STEP 202, the controller 13c increases the fluctuation width Viw of the resonant sine wave voltage by a predetermined amount Δ.

STEP203では、制御装置13cは、駆動電圧Vdi≦定格値であるか否かを判定する。そして、判定結果が肯定的であるときには、処理をSTEP204に進める。判定結果が否定的であるときには、処理をSTEP204に進める。 In STEP203, the control device 13c determines whether or not the drive voltage Vdi≦the rated value. Then, when the determination result is affirmative, the process proceeds to STEP204. If the determination result is negative, the process proceeds to STEP204.

STEP204において、制御装置13cは、共振正弦波電圧が-側半部から+側半部に切り替わったか否かを判定する。共振正弦波電圧の-側半部及び+側半部は、それぞれ図8の回動角βy(実線)における<0[°]及び>0[°]の領域に対応する。 In STEP 204, the control device 13c determines whether or not the resonant sine wave voltage has switched from the negative half to the positive half. The negative and positive halves of the resonant sine wave voltage respectively correspond to <0[°] and >0[°] regions in the rotation angle βy (solid line) in FIG.

制御装置13cは、STEP204の判定が肯定的となるまで、該判定を繰り返し、肯定的となりしだい、処理をSTEP205に進める。 The control device 13c repeats the determination until the determination in STEP204 becomes affirmative, and advances the process to STEP205 as soon as the determination becomes affirmative.

STEP205では、制御装置13cは、フラグをクリアする。 In STEP205, the control device 13c clears the flag.

STEP206では、制御装置13cは、共振正弦波電圧が+側半部であるか否かを判定する。そして、判定が肯定的であれば、処理をSTEP207に進める。判定が否定的であれば、処理をSTEP211に進める。 In STEP 206, the control device 13c determines whether or not the resonant sine wave voltage is on the + side. Then, if the determination is affirmative, the process proceeds to STEP207. If the determination is negative, the process proceeds to STEP211.

STEP207では、制御装置13cは、PD70の出力電圧≧閾値(例:図22の0.0002[W]に対応する出力電圧)であるか否かを判定する。そして、判定結果が肯定的であるときには、処理をSTEP208に進める。判定結果が否定的であるときには、処理をSTEP206に戻す。 In STEP 207, the control device 13c determines whether or not the output voltage of the PD 70≧threshold (eg, the output voltage corresponding to 0.0002 [W] in FIG. 22). Then, when the determination result is affirmative, the process proceeds to STEP208. If the determination result is negative, the process returns to STEP206.

STEP208では、制御装置13cは、フラグをセットする。その後、制御装置13cは、処理をSTEP206に戻す。 In STEP208, the control device 13c sets a flag. After that, the control device 13c returns the process to STEP206.

STEP211では、制御装置13cは、フラグがセットされているか否かを判定する。そして、判定結果が肯定的であるときには、処理をSTEP212に進める。判定結果が否定的であるときには、処理をSTEP202に戻す。 In STEP211, the control device 13c determines whether the flag is set. Then, when the determination result is affirmative, the process proceeds to STEP212. If the determination result is negative, the process returns to STEP202.

STEP212では、制御装置13cは、共振正弦波電圧が-側半部であるか否かを判定する。そして、判定が肯定的であれば、処理をSTEP213に進める。判定が否定的であれば、処理をSTEP201に戻す。 In STEP212, the control device 13c determines whether or not the resonant sine wave voltage is in the negative half. Then, if the determination is affirmative, the process proceeds to STEP213. If the determination is negative, the process returns to STEP201.

STEP213では、制御装置13cは、PD70の出力電圧≧閾値(例:図22の0.0002[W]に対応する出力電圧)であるか否かを判定する。そして、判定結果が肯定的であるときには、処理をSTEP214に進める。判定結果が否定的であるときには、処理をSTEP212に戻す。 In STEP 213, the control device 13c determines whether or not the output voltage of the PD 70≧threshold (eg, the output voltage corresponding to 0.0002 [W] in FIG. 22). Then, when the determination result is affirmative, the process proceeds to STEP214. If the determination result is negative, the process returns to STEP212.

STEP214では、制御装置13cは、光偏向器12について合格と判定する。STEP220では、制御装置13cは、光偏向器12について不合格と判断する。制御装置13cは、STEP214又はSTEP220の後、処理をSTEP215に進める。 In STEP 214, the controller 13c determines that the optical deflector 12 is accepted. In STEP 220, the controller 13c determines that the optical deflector 12 has failed. After STEP214 or STEP220, the control device 13c advances the process to STEP215.

STEP215において、制御装置13cは、光源(レーザ光源11)を消灯する。 In STEP215, the control device 13c turns off the light source (laser light source 11).

(延長反射面部)
図24は、反射面部57の実質的な面積増大を図る主要部の構成図である。図24では、該変形例を光走査装置10aのミラー部31に適用した構成が示されているが、該変形例の構成は、光検出部14b~14dにも適用可能である。
(extended reflective surface)
FIG. 24 is a configuration diagram of a main portion for substantially increasing the area of the reflecting surface portion 57. As shown in FIG. FIG. 24 shows a configuration in which the modification is applied to the mirror section 31 of the optical scanning device 10a, but the configuration of the modification can also be applied to the photodetectors 14b to 14d.

ミラー部31は、背面側にリブ80l,80rを有する。リブ80l,80rは、ミラー部31を補強するものであり、回転軸Ayに対して対称の位置に形成されている。リブ80lの貫通孔46側の側面は、貫通孔46の反射面部57に連続する延長反射面部81になっている。 The mirror section 31 has ribs 80l and 80r on the rear side. The ribs 80l and 80r reinforce the mirror portion 31 and are formed at symmetrical positions with respect to the rotation axis Ay. A side surface of the rib 80 l on the through hole 46 side is an extended reflecting surface portion 81 that is continuous with the reflecting surface portion 57 of the through hole 46 .

延長反射面部81は、反射面部57に連続する平面であり、これにより、反射面部57と延長反射面部81とは、1つの平面を形成し、延長反射面部81は、反射面部57の延長面反射面部となる。この結果、光検出部14aの受光面49は、反射面部57からの反射通過光Lcの他に、本来は、直進通過光Ldとなっていたにもかかわらず、延長反射面部81における反射より反射通過光Lcと平行に受光面49に向かう光を入射光として受光する。これにより、光検出部14aの出力が増大し、光スポットSpの位置の検出精度(=αyの検出精度)が向上する。 The extended reflective surface portion 81 is a plane that is continuous with the reflective surface portion 57 , so that the reflective surface portion 57 and the extended reflective surface portion 81 form one plane, and the extended reflective surface portion 81 is the extended surface reflection of the reflective surface portion 57 . becomes the face. As a result, the light-receiving surface 49 of the photodetecting portion 14a reflects the reflected passing light Lc from the reflecting surface portion 57 as well as the straight passing light Ld instead of the reflection on the extended reflecting surface portion 81. Light traveling toward the light receiving surface 49 in parallel with the passing light Lc is received as incident light. This increases the output of the photodetector 14a and improves the detection accuracy of the position of the light spot Sp (=detection accuracy of αy).

(変形例)
実施形態では、貫通孔46は、正方形の横断面になっているが、長方形の横断面にしてもよい。
(Modification)
In the embodiment, through hole 46 has a square cross-section, but may have a rectangular cross-section.

実施形態では、貫通孔46は、回転軸Ax上に形成されているが、回転軸Axから回転軸Ay方向に外した位置に形成してもよい。 Although the through hole 46 is formed on the rotation axis Ax in the embodiment, it may be formed at a position removed from the rotation axis Ax in the direction of the rotation axis Ay.

実施形態では、貫通孔46は、回転軸Ax上に形成されているが、回転軸Ay上の中心Oから外れた位置に形成することもできる。この場合は、反射面部57は、回転軸Axに対して平行な平面として形成される。そして、該反射面部57からの反射通過光Lcにより回転軸Axの回りのミラー部31の回動角αxを検出することができる。なお、この場合、反射通過光Lcの光路及び走査方向に応じて光検出部の位置が変更される。 Although the through hole 46 is formed on the rotation axis Ax in the embodiment, it can also be formed at a position off the center O on the rotation axis Ay. In this case, the reflecting surface portion 57 is formed as a plane parallel to the rotation axis Ax. Then, the rotation angle αx of the mirror portion 31 about the rotation axis Ax can be detected from the reflected passing light Lc from the reflecting surface portion 57 . In this case, the position of the photodetector is changed according to the optical path and scanning direction of the reflected passing light Lc.

実施形態では、ミラー部31の背面側における反射面部57の延長面としての延長反射面部81は、隆起部としてのリブ80lの平面の側面を利用して形成されている。延長反射面部81は、リブ80lの側面全体ではなく、該側面の貫通孔46側の端(リブ80lの根元端)のみに限定してもよい。 In the embodiment, the extended reflective surface portion 81 as the extended surface of the reflective surface portion 57 on the back side of the mirror portion 31 is formed using the flat side surface of the rib 80l as the raised portion. The extended reflective surface portion 81 may be limited to only the end of the side surface on the through hole 46 side (root end of the rib 80l) instead of the entire side surface of the rib 80l.

実施形態では、入射光Laは、中立位置xyのミラー部31に対して22.5[°]の方向から入射しているが、その他の角度で入射することも可能である。 In the embodiment, the incident light La is incident on the mirror section 31 at the neutral position xy from the direction of 22.5[°], but it can also be incident at other angles.

10a~10d・・・光走査装置、11・・・レーザ光源、12・・・光偏向器、13a~13c・・・制御装置、14a~14c・・・光検出部、28・・・PSD、31・・・ミラー部、33・・・内側圧電アクチュエータ、35・・・外側圧電アクチュエータ、45・・・反射面部、46・・・貫通孔、49,49l,49r・・・受光面、55・・・内壁面、57・・・反射面部、61l,61r,70・・・PD、62,71・・・受光面、75・・・遮光板、76・・・透孔、80・・・リブ、81・・・延長反射面部(延長面)。 10a to 10d optical scanner 11 laser light source 12 optical deflector 13a to 13c controller 14a to 14c photodetector 28 PSD 31...mirror section, 33...inside piezoelectric actuator, 35...outside piezoelectric actuator, 45...reflective surface portion, 46...through hole, 49, 49l, 49r...light receiving surface, 55. Inner wall surface 57 Reflective surface portion 61l, 61r, 70 PD 62, 71 Light receiving surface 75 Light shielding plate 76 Through hole 80 Rib , 81 . . . extended reflecting surface portion (extended surface).

Claims (12)

表面が光源からの入射光を反射する反射面部であり、前記表面に対して垂直に貫通する貫通孔が設けられ、所定の回転軸の回りに往復回動するミラー部を有する光偏向器と、
前記ミラー部の所定の回動角範囲内では、前記入射光のうち前記貫通孔を直進して通過する直進通過光の光路外となり、前記入射光のうち前記貫通孔の内壁面で反射されて通過する反射通過光の光路内となる受光領域を有し、前記ミラー部の背面側に配設されて、前記反射通過光を受光する光検出部と、
前記光検出部の出力に基づいて前記ミラー部の回動角又は回動角範囲を検出する回動検出部と、
を備え
前記貫通孔の内壁面において前記反射通過光が反射する反射面部は、前記回転軸に対して平行な平面として形成されており、
前記ミラー部の背面側には、隆起部が形成され、
前記隆起部は、前記直進通過光を前記光検出部に向かうように反射する平面を有することを特徴とする光走査装置。
an optical deflector having a mirror portion whose surface is a reflecting surface portion that reflects incident light from a light source, is provided with a through hole that penetrates perpendicularly to the surface, and reciprocates about a predetermined rotation axis;
Within the predetermined rotation angle range of the mirror portion, out of the incident light, the light passing straight through the through hole is out of the optical path, and the incident light is reflected by the inner wall surface of the through hole. a light detection section having a light receiving area within the optical path of the reflected passing light, disposed on the back side of the mirror section, and configured to receive the reflected passing light;
a rotation detection unit that detects the rotation angle or rotation angle range of the mirror unit based on the output of the light detection unit;
with
A reflecting surface portion on which the reflected passing light is reflected on the inner wall surface of the through hole is formed as a plane parallel to the rotation axis,
A raised portion is formed on the back side of the mirror portion,
The optical scanning device , wherein the raised portion has a flat surface that reflects the rectilinear passing light toward the photodetector .
請求項記載の光走査装置において、
前記貫通孔の前記内壁面において前記反射通過光が反射する反射面部は、金属面として形成されていることを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to claim 1 , wherein
The optical scanning device according to claim 1, wherein a reflecting surface portion on which the reflected passing light is reflected on the inner wall surface of the through hole is formed as a metal surface.
表面が光源からの入射光を反射する反射面部であり、前記表面に対して垂直に貫通する貫通孔が設けられ、所定の回転軸の回りに往復回動するミラー部を有する光偏向器と、
前記ミラー部の所定の回動角範囲内では、前記入射光のうち前記貫通孔を直進して通過する直進通過光の光路外となり、前記入射光のうち前記貫通孔の内壁面で反射されて通過する反射通過光の光路内となる受光領域を有し、前記ミラー部の背面側に配設されて、前記反射通過光を受光する光検出部と、
前記光検出部の出力に基づいて前記ミラー部の回動角又は回動角範囲を検出する回動検出部と、
を備え,
前記貫通孔の前記内壁面において前記反射通過光が反射する反射面部は、金属面として形成され、
前記ミラー部の背面側には、隆起部が形成され、
前記隆起部は、前記直進通過光を前記光検出部に向かうように反射する平面を有することを特徴とする光走査装置。
an optical deflector having a mirror portion whose surface is a reflecting surface portion that reflects incident light from a light source, is provided with a through hole that penetrates perpendicularly to the surface, and reciprocates about a predetermined rotation axis;
Within the predetermined rotation angle range of the mirror portion, out of the incident light, the light passing straight through the through hole is out of the optical path, and the incident light is reflected by the inner wall surface of the through hole. a light detection section having a light receiving area within the optical path of the reflected passing light, disposed on the back side of the mirror section, and configured to receive the reflected passing light;
a rotation detection unit that detects the rotation angle or rotation angle range of the mirror unit based on the output of the light detection unit;
provided with,
a reflecting surface portion on which the reflected passing light is reflected on the inner wall surface of the through hole is formed as a metal surface;
A raised portion is formed on the back side of the mirror portion,
The optical scanning device , wherein the raised portion has a flat surface that reflects the rectilinear passing light toward the photodetector .
請求項1又は3に記載の光走査装置において、The optical scanning device according to claim 1 or 3,
前記隆起部には、前記貫通孔の前記反射面部の延長面が形成されていることを特徴とする光走査装置。 An optical scanning device according to claim 1, wherein the raised portion is formed with an extension surface of the reflecting surface portion of the through hole.
請求項1~4のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記ミラー部は、前記所定の回転軸である第1回転軸と、前記所定の回転軸とは別の回転軸であって前記ミラー部の中心において前記第1回転軸と直交する第2回転軸との回りに往復回動し、
前記貫通孔は、前記第2回転軸上に形成されていることを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to any one of claims 1 to 4,
The mirror section has a first rotation axis that is the predetermined rotation axis, and a second rotation axis that is different from the predetermined rotation axis and perpendicular to the first rotation axis at the center of the mirror section. reciprocatingly rotates around
The optical scanning device, wherein the through hole is formed on the second rotating shaft.
請求項5に記載の光走査装置において、
前記ミラー部は、前記第1回転軸及び前記第2回転軸の回りをそれぞれ共振及び非共振で往復回動することを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to claim 5,
The optical scanning device, wherein the mirror section reciprocally rotates about the first rotation axis and the second rotation axis in resonance and non-resonance, respectively.
請求項1~6のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記光検出部は、前記反射通過光を受光する受光面を有し、該受光面上の受光位置に係る電気信号を出力し、
前記回動検出部は、前記電気信号に基づいて前記所定の回転軸の回りの前記ミラー部の回動角を検出することを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to any one of claims 1 to 6,
The light detection unit has a light receiving surface that receives the reflected passing light, and outputs an electrical signal related to a light receiving position on the light receiving surface,
The optical scanning device, wherein the rotation detection section detects a rotation angle of the mirror section about the predetermined rotation axis based on the electrical signal.
請求項7に記載の光走査装置において、
前記光検出部は、PSDであることを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to claim 7,
The optical scanning device, wherein the photodetector is a PSD.
請求項7に記載の光走査装置において、
前記所定の回転軸の回りの前記ミラー部の回動角範囲の中心を中心回動角とし、
前記光検出部の前記受光面は、前記ミラー部が前記中心回動角にあるときの前記反射通過光の受光位置を境に、前記反射通過光の走査方向の一側の第1面部分と他側の第2面部分とを有し、
前記光検出部は、前記第1面部分を受光面とする第1PDと、前記第2面部分を受光面とする第2PDとを有し、
前記光検出部の出力は、前記第1PDの出力と前記第2PDの出力とを含むことを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to claim 7,
setting the center of the rotation angle range of the mirror unit around the predetermined rotation axis as the central rotation angle,
The light-receiving surface of the light detection section is a first surface portion on one side in the scanning direction of the reflected passing light with respect to the light-receiving position of the reflected passing light when the mirror section is at the central rotation angle. and a second surface portion on the other side,
the photodetector includes a first PD having a light receiving surface as the first surface portion and a second PD having a light receiving surface as the second surface portion;
The optical scanning device, wherein the output of the photodetector includes the output of the first PD and the output of the second PD.
表面が光源からの入射光を反射する反射面部であり、前記表面に対して垂直に貫通する貫通孔が設けられ、所定の回転軸の回りに往復回動するミラー部を有する光偏向器と、
前記ミラー部の所定の回動角範囲内では、前記入射光のうち前記貫通孔を直進して通過する直進通過光の光路外となり、前記入射光のうち前記貫通孔の内壁面で反射されて通過する反射通過光の光路内となる受光領域を有し、前記ミラー部の背面側に配設されて、前記反射通過光を受光する光検出部と、
前記光検出部の出力に基づいて前記ミラー部の回動角又は回動角範囲を検出する回動検出部と、
を備え、
前記光検出部は、前記反射通過光を受光する受光面を有し、該受光面上の受光位置に係る電気信号を出力し、
前記回動検出部は、前記電気信号に基づいて前記所定の回転軸の回りの前記ミラー部の回動角を検出し、
前記所定の回転軸の回りの前記ミラー部の回動角範囲の中心を中心回動角とし、
前記光検出部は、
前記反射通過光の走査方向に延在する受光面を有するPDと、
前記PDの前記受光面を被覆し、前記ミラー部が前記中心回動角にあるときの走査方向位置に対して一側及び他側に透過孔がそれぞれ形成された遮光板と、
を有することを特徴とする光走査装置。
an optical deflector having a mirror portion whose surface is a reflecting surface portion that reflects incident light from a light source, is provided with a through hole that penetrates perpendicularly to the surface, and reciprocates about a predetermined rotation axis;
Within the predetermined rotation angle range of the mirror portion, out of the incident light, the light passing straight through the through hole is out of the optical path, and the incident light is reflected by the inner wall surface of the through hole. a light detection section having a light receiving area within the optical path of the reflected passing light, disposed on the back side of the mirror section, and configured to receive the reflected passing light;
a rotation detection unit that detects the rotation angle or rotation angle range of the mirror unit based on the output of the light detection unit;
with
The light detection unit has a light receiving surface that receives the reflected passing light, and outputs an electrical signal related to a light receiving position on the light receiving surface,
the rotation detection unit detects a rotation angle of the mirror unit about the predetermined rotation axis based on the electrical signal;
setting the center of the rotation angle range of the mirror unit around the predetermined rotation axis as the central rotation angle,
The photodetector is
a PD having a light receiving surface extending in the scanning direction of the reflected passing light;
a light-shielding plate covering the light-receiving surface of the PD and having transmission holes formed on one side and the other side with respect to the scanning direction position when the mirror portion is at the central rotation angle;
An optical scanning device comprising:
請求項10に記載の光走査装置において、
前記遮光板における前記透過孔の位置は、前記ミラー部が、前記所定の回転軸の回りの前記ミラー部の定格回動範囲の両端の回動角にあるときの前記反射通過光の走査方向位置に設定されていることを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to claim 10, wherein
The position of the transmission hole in the light shielding plate is the scanning direction position of the reflected passing light when the mirror section is at the rotation angle at both ends of the rated rotation range of the mirror section about the predetermined rotation axis. An optical scanning device characterized by being set to .
請求項1~11のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記ミラー部の前記所定の回動角範囲の全体にわたり、前記入射光の入射方向が前記表面に対して垂直にならないように、該入射方向が設定されていることを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to any one of claims 1 to 11,
An optical scanning device, wherein the incident direction of the incident light is set so as not to be perpendicular to the surface over the entire predetermined rotation angle range of the mirror section.
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