JP6634967B2 - Optical scanning device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光により被走査面を走査する光走査装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device that scans a surface to be scanned with a laser beam.
HUD(Head-Up Display)やLIDAR(Laser Imaging Detection and Ranging)には、光学デバイスとしてMEMS(Micro Electro Mechanical System)スキャナが使用されている。MEMSスキャナは、レーザ光を反射させるミラーを高速で揺動させることにより、レーザ光を偏向する、即ち、レーザ光により被走査面を走査する。ミラーの走査角を検出する装置としては、例えば特許文献1、2に記載された装置が知られている。
For HUD (Head-Up Display) and LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging), a MEMS (Micro Electro Mechanical System) scanner is used as an optical device. The MEMS scanner deflects the laser light by swinging a mirror that reflects the laser light at a high speed, that is, scans the surface to be scanned with the laser light. As a device for detecting a scanning angle of a mirror, for example, devices described in
特許文献1の装置では、ミラーを覆うカバーガラスの内面に反射材を設け、ミラーに隣接して受光素子を配設し、ミラーで走査されたレーザ光を上記反射材により反射させ、その反射光を上記受光素子で検出することにより、ミラーの走査角を推定している。
In the apparatus disclosed in
また、特許文献2の装置では、ミラーの反射面に反射型回折格子を設け、受光素子アレイをガラスカバーの内面に配設することにより、ミラーの走査角の変化による1次反射回折光の変化を受光素子アレイで検出し、ミラーの走査角を推定している。
Further, in the device disclosed in
しかし、特許文献1の装置の場合、ミラーの走査角の最大角度しか検出することができない。また、受光素子をミラーに隣接して配設する構成であるため、装置全体の構成が大型化するという不具合もある。
However, in the case of the device disclosed in
また、特許文献2の装置では、カバーガラスの内面に受光素子を実装する必要があるため、WLP(Wafer Level Package)等の特殊な実装方法を採用しなければならず、製造工程が複雑化する。また、特許文献2の装置では、反射型回折格子を用いているため、0次光を走査光に使用し、1次光を走査角の推定に使用しているが、1次光は、走査角によっては斜め方向に反射する反射光となるため、受光素子を斜め方向に沿って配設する必要があり、装置全体の構成が大型化したり、受光素子及び反射型回折格子の形成時の位置合わせが複雑になるという不具合がある。
Further, in the device of
本発明の目的は、最大角度以外のミラーの走査角度を検出することができ、製造工程が複雑になることを防止でき、また、装置全体の構成を小型化することができる等の効果が得られる光走査装置を提供することにある。 An object of the present invention is to be able to detect a scanning angle of a mirror other than the maximum angle, to prevent the manufacturing process from being complicated, and to obtain effects such as downsizing the configuration of the entire apparatus. An optical scanning device is provided.
請求項1の発明は、レーザ光を出射するレーザ光源(24)と、前記レーザ光を反射して被走査面を走査するミラー(7)が設けられたMEMSスキャナ(4)と、前記ミラー(7)の反射面に設けられた透過型回折格子(8)と、前記レーザ光が前記透過型回折格子(8)を透過することにより発生する0次の透過回折光と0次以外の透過回折光とを受光する受光素子(6)と、前記受光素子(6)から出力される前記0次の透過回析光の受光位置を基準とした前記0次以外の透過回析光の受光位置に基づいて前記レーザ光の走査角度を推定する角度推定部(28)とを備えた光走査装置である。
The invention according to
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について、図1ないし図9を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態の光走査装置の装置本体1は、矩形容器状のパッケージ2と、このパッケージ2の上面開口部を閉塞する透明なカバーガラス3とから構成されている。パッケージ2の内部には、MEMSスキャナ4と、配線基板5と、受光素子6とがこの順に上から下へ積層されて収容されている。
(1st Embodiment)
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9. As shown in FIG. 1, an apparatus
MEMSスキャナ4は、図2にも示すように、矩形薄板状の半導体チップ(例えばシリコンチップ)で構成されている。MEMSスキャナ4は、ミラー7(例えばMEMSミラー)を含み、配線基板5の上面に実装されている。ミラー7は、図1に示すように、カバーガラス3を透過したレーザ光Aの光路上に反射面が位置するように、パッケージ2に対して、互いに直交する第1軸D1及び第2軸D2周りに独立に揺動可能に支持されている(図3参照)。MEMSスキャナ4は、ミラー7を第1軸D1及び第2軸D2周りに独立に揺動させることでミラー7に入射されたレーザ光Aを2次元的に偏向する。即ち、MEMSスキャナ4は、レーザ光源24(図4参照)からのレーザ光Aを被走査面F(図4参照)に導く走査光学系を構成する。
As shown in FIG. 2, the MEMS scanner 4 is formed of a rectangular thin semiconductor chip (for example, a silicon chip). The MEMS scanner 4 includes a mirror 7 (for example, a MEMS mirror) and is mounted on the upper surface of the
ミラー7におけるレーザ光Aを反射させる部分、即ち、反射面には、透過型回折格子8が形成されている。透過型回折格子8は、図1に示すように、ミラー7に照射されるレーザ光Aの一部をミラー7の裏面側へ透過させると共に、透過回折光B0、B±1、…を発生させる。透過回折光B0は、0次の透過回折光(即ち、n=0の透過回折光)であり、透過回折光B1は、1次の透過回折光(即ち、n=1の透過回折光)であり、透過回折光B2、…は、2次以降の透過回折光(即ち、n≧2以降の透過回折光)である。透過回折光B−1は、−1次の透過回折光(即ち、n=−1の透過回折光)であり、透過回折光B−2、…は、−2次以降の透過回折光(即ち、n≦−2以降の透過回折光)である。
A transmission
そして、MEMSスキャナ4は、パッケージ2(即ち、本体装置1)の密閉された内部空間に収容されて封止されており、ダストや湿気から保護されている。パッケージ2の内部空間は、例えば窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン等の不活性ガスが充填され、もしくは真空にされている。MEMSスキャナ4は、小型のMEMSミラー7を高速で機械的に揺動させることにより、レーザ光を偏向(即ち、走査)する。
The MEMS scanner 4 is housed and sealed in a sealed internal space of the package 2 (that is, the main body device 1), and is protected from dust and moisture. The internal space of the
配線基板5は、MEMSスキャナ4のミラー7が揺動する空間部を形成するためのスペーサとしての機能を有する。配線基板5には、ミラー7が揺動する空間部形成用の矩形状の開口部5aが形成されている。配線基板5の上面には、MEMSスキャナ4が例えば半田付けにより実装されており、配線基板5の下面には、受光素子6が例えば半田付けにより実装されている。配線基板5の上面または下面には、MEMSスキャナ4及び受光素子6に接続される種々の配線パターンや制御回路(例えば図4に示す制御回路23の少なくとも一部)等が形成されている。配線基板5の配線パターンとMEMSスキャナ4の配線パターン(例えばランド)との間は、例えば貫通電極、ワイヤボンディング、バンプ等で接続されている。そして、配線基板5の配線パターンと受光素子6の配線パターン(例えばランド)との間は、例えば貫通電極、ワイヤボンディング、バンプ等で接続されている。尚、配線基板5は、例えばシリコン基板、セラミック基板、樹脂基板等で構成されている。
The
そして、配線基板5の周縁部には、図1に示すように、上記種々の配線パターンに接続される複数のリード端子9が設けられており、これらリード端子9はパッケージ2の側壁部を気密に貫通して外部へ突出するように構成されている。また、配線基板5は、パッケージ2内において、パッケージ2の内底部の周囲部に設けられた段部2a上に載置されて固定されている。
As shown in FIG. 1, a plurality of lead terminals 9 connected to the above-described various wiring patterns are provided on the periphery of the
受光素子6は、矩形薄板状の半導体チップ(例えばシリコンチップ)で構成されている。受光素子6の上面におけるMEMSスキャナ4のミラー7の下方部分には、受光センサアレイ10が配設されている。受光センサアレイ10は、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光センサを例えば1次元アレイ状または2次元アレイ状に配設して構成されたものであり、例えばラインセンサやイメージセンサ等で構成されている。受光素子6のうちの受光センサアレイ10が配設されていない部分には、図示しないセンサ回路(例えば受光センサアレイ10からの出力信号を処理するための受光回路等)や制御回路(例えば図4に示す制御回路23の少なくとも一部)等を設けることが好ましい。
The light receiving
次に、MEMSスキャナ4について、図3を参照して説明する。MEMSスキャナ4は、図3に示すように、Y軸の+側の面が反射面であるミラー7と、ミラー7をX軸に直交する第1軸D1(例えばZ軸)周りに駆動する第1駆動部11と、ミラー7及び第1駆動部11をX軸に平行な第2軸D2周りに駆動する第2駆動部12とを含む。
Next, the MEMS scanner 4 will be described with reference to FIG. As illustrated in FIG. 3, the MEMS scanner 4 includes a
MEMSスキャナ4では、一例として、MEMSプロセスによって、各構成部が一体的に形成されている。MEMSスキャナ4は、1枚のシリコン基板に切れ込みを入れて複数の可動部(弾性変形部)を形成し、各可動部に圧電部材を設けることで作成される。ミラー7の反射面には、例えばアルミニウム、金、銀等のが形成されている。更に、ミラー7の反射面には、例えば周期的なスリットを上記金属薄膜に形成することにより、透過型回折格子8(図2参照)が形成されている。この透過型回折格子8は、ミラー7に入射したレーザ光Aの一部を透過させ、透過回折光B0、B±1、…を発生させる機能を有する。
In the MEMS scanner 4, for example, each component is integrally formed by a MEMS process. The MEMS scanner 4 is created by making a cut in one silicon substrate to form a plurality of movable parts (elastic deformation parts), and providing a piezoelectric member in each movable part. On the reflection surface of the
第1駆動部11は、一例として、ミラー7の第1軸方向の両端に設けられたトーションバー13a、13bと、トーションバー13a、13bの他端に中間部が連続し第2軸方向に延びる梁14a、14bと、梁14a、14bの両端に内縁部が連続する第1矩形枠部15と、梁14a、14bに設けられた第1圧電部材16、17とを有する。
As an example, the
第1駆動部11においては、2つの梁13a、14bに個別に設けられた2つの圧電部材16、17に逆位相の正弦波電圧を並行して(例えば同時に)印加することで、ミラー7を、第1軸D1周りに該正弦波電圧の周期で効率良く振動させることができる。例えば、正弦波電圧の周波数を約20kHz(各トーションバーの共振周波数)に設定すると、各トーションバーのねじれによる機械的共振を利用して、ミラー7を約20kHzで振動させることができる。なお、ミラー7の振動中心からの最大振れ角は、±30度程度とされている。
In the
第2駆動部12は、一例として、第1矩形枠部15の左下の角部に一端が連続し、蛇行するように連続する複数の梁18aを含む蛇行部19aと、第1矩形枠部15の右上の角部に一端が連続し、蛇行するように連続する複数の梁18bを含む蛇行部19bと、蛇行部19aの8つの梁18aに設けられた8つの第2圧電部材20、21と、蛇行部19bの8つの梁18bに設けられた8つの第2圧電部材20、21と、2つの蛇行部19a、19bの他端に内縁部が連続する第2矩形枠部22とを有する。
The
第2駆動部12においては、各蛇行部に設けられた8つの第2圧電部材のうちの奇数番目の4つの第2圧電部材20と、偶数番目の4つの第2圧電部材21とに、鋸波電圧及び逆鋸波電圧を並行して(例えば同時に)印加することで、該蛇行部の隣り合う2つの梁を第2軸D2周りの反対方向に撓ませて各梁の撓み量を累積させることで、ミラー7を、第2軸D2周りに該鋸波電圧の周期で効率良く(例えば低電圧で大きい振れ角で)振動させることができる。ここで、「鋸波電圧」とは、時間の経過につれ、徐々に高くなり、ピークに達すると、急激に低くなる電圧を意味する。「逆鋸波電圧」とは、時間の経過につれ、急激に高くなり、ピークに達すると、徐々に低くなる電圧を意味する。
In the
尚、ここでは、圧電部材がシリコン基板の一面のみに設けられた場合を一例として説明したが、配線のレイアウトや圧電部材の作成上の自由度を向上させるため、シリコン基板の他面にのみ設けても良いし、シリコン基板の一面及び他面の双方に設けても良い。 Here, the case where the piezoelectric member is provided only on one surface of the silicon substrate has been described as an example. However, in order to improve the degree of freedom in wiring layout and creation of the piezoelectric member, the piezoelectric member is provided only on the other surface of the silicon substrate. It may be provided on both one surface and the other surface of the silicon substrate.
ここで、第1軸D1周りに振動するミラー7に光が入射されると、反射光が第1軸D1周りにスキャン(偏向走査)される。また、第2軸D2周りに振動するミラー7に光が入射されると、反射光が第2軸D2周りにスキャン(偏向走査)される。そこで、被走査面Fに形成される画像の高精細化、面内均一化を図るために、ミラー7に入射される光を第1軸D1周りに直線的にスキャンし、その走査線を第2軸D2周りにスキャンすること、すなわちラスタスキャンを行うことができる。
Here, when light is incident on the
また、図4に示すように、本実施形態の光走査装置は、制御回路23と、レーザ光源24と、MEMSスキャナ4と、受光素子6とを備えている。制御回路23は、光走査装置全体を制御する機能を有しており、レーザ制御部25と、同期制御部26と、スキャナ制御部27と、角度推定部28とを備えている。
As shown in FIG. 4, the optical scanning device of the present embodiment includes a
レーザ制御部25は、同期制御部26から同期制御信号を受信し、受信した同期制御信号に基づいてレーザ光源24を駆動制御する。これにより、レーザ光源24から例えばパルス状のレーザ光Aが発光され、MEMSスキャナ4のミラー7に照射される。同期制御部26は、スキャナ制御部27からMEMSスキャナ4の駆動制御信号を受信し、受信した駆動制御信号に基づいてレーザ光Aの発光のタイミングとミラー7の揺動のタイミングの同期をとるための同期制御信号を生成し、生成した同期制御信号をレーザ制御部25及びスキャナ制御部27へ送信する。
The laser control unit 25 receives the synchronization control signal from the
スキャナ制御部27は、同期制御部26から同期制御信号を受信し、受信した同期制御信号に基づいてMEMSスキャナ4の第1駆動部11及び第2駆動部12を駆動制御する。これにより、MEMSスキャナ4のミラー7が揺動され、揺動されたミラー7の反射面によって反射されたレーザ光Aが被走査面F上において走査されるようになる。
The scanner control unit 27 receives the synchronization control signal from the
そして、ミラー7の反射面に照射されたレーザ光Aの一部が、ミラー7の反射面に設けられた透過型回折格子8を通過することにより、透過回折光B0、B±1、…が発生する。受光素子6の受光センサアレイ10は、上記透過回折光B0、B±1、…を受光し、受光信号(例えばセンサアドレスの検出値のデータ)を角度推定部28へ送信する。角度推定部28は、受光素子6からの受光信号を入力し、入力した受光信号に基づいて、MEMSスキャナ4のミラー7のスキャン角度、即ち、走査角度を推定する。そして、角度推定部28は、推定した走査角度の情報をスキャナ制御部27へ送信する。スキャナ制御部27は、角度推定部28からの推定した走査角度の情報に基づいてMEMSスキャナ4をフィードバック制御するように構成されている。
Then, a part of the laser beam A applied to the reflection surface of the
次に、角度推定部28の走査角度の推定機能について、図5ないし図8を参照して説明する。尚、以下の説明では、ミラー7を第1軸D1周りに揺動させるときのミラー7の走査角度を推定する処理について説明しているが、ミラー7を第2軸D2周りに揺動させるときのミラー7の走査角度についても、同様にして推定することができる。
Next, the scanning angle estimation function of the
図5に示すように、ミラー7の走査角度をθmとし、レーザ光Aの入射角度をθinとし、n次の透過回折光Bnの角度をθout-nとすると、次の式が成立する。
θout-n=sin−1(nλ/d−sin(90−θin−θm))−θm
尚、dは透過型回折格子8のスリット幅、λはレーザ光Aの波長、nは透過回折光の次数である。直線Vは、ミラー7の反射面に直交する直線である。
As shown in FIG. 5, when the scanning angle of the
θout−n = sin −1 (nλ / d−sin (90−θin−θm)) − θm
Note that d is the slit width of the
n=0、即ち、0次の透過回折光B0の角度θout-0は、走査角度θmの大きさに関係なく一定値となる。
n≠0のn次透過回折光Bnの角度θout-nは、走査角度θmが大きくなるほど、大きくなる。また、n次透過回折光Bnの間隔は、透過型回折格子8のスリット幅dが小さくなるほど、大きくなる。従って、例えばn=1またはn=−1の透過回折光の角度θout-1またはθout-(-1)を検出すれば、検出した角度θout-1またはθout-(-1)に基づいて走査角度θmを推定することができる。
n = 0, that is, the angle θout-0 of the 0th-order transmitted diffracted light B0 has a constant value regardless of the magnitude of the scanning angle θm.
The angle θout-n of the nth-order transmitted diffracted light Bn where n ≠ 0 increases as the scanning angle θm increases. Further, the interval between the n-th order transmitted diffracted lights Bn increases as the slit width d of the transmission
具体的には、n=1またはn=−1のn次透過回折光Bnを受光素子6の受光センサアレイ10により検出したとき、その検出位置を、センサアドレスの検出データとする。そして、例えば光走査装置の工場出荷時に、MEMSスキャナ4を実際に動作させて、ミラー7の走査角度を計測すると共に、その計測時の受光素子6のセンサアドレスを検出し、計測した走査角度と検出したセンサアドレスの検出データとを対応付けて、図7に示すような角度対応データテーブル29を作成し、制御回路23内のメモリ(例えば不揮発性メモリ)に記憶しておく。
Specifically, when the light receiving
例えば、図6(a)に示すように、ミラー7の走査角度の計測結果が30度のとき、センサアドレスの検出データが(0)であり、図6(b)に示すように、ミラー7の走査角度の計測結果が−30度のとき、センサアドレスの検出データが(60)であったとすると、図7に示す角度対応データテーブル29を作成することができる。
For example, as shown in FIG. 6A, when the measurement result of the scanning angle of the
ここで、受光素子6及び角度推定部28による走査角度推定制御の一例を、図8のフローチャートに従って説明する。まず、図8のステップS10においては、受光素子6の受光センサアレイ10により例えば1次の透過回折光B1を受光し、センサアドレスを検出し、検出データをスキャナ制御部27の角度推定部28へ送信する。続いて、ステップS20へ進み、角度推定部28は、受光素子6から回折光の受光位置、即ち、センサアドレスの検出データを受信(即ち、取得)する。次いで、ステップS30へ進み、角度推定部28は、受信したセンサアドレスの検出データと図7に示す角度対応データテーブル29とに基づいて、走査角度を推定する。そして、角度推定部28は、推定した走査角度をスキャナ制御部27へ送信する。
Here, an example of the scanning angle estimation control by the
尚、図7に示す角度対応データテーブル29は、ミラー7の第1軸D1周りの走査角度を推定するためのデータテーブルであり、受光素子6の受光センサアレイ10としては、1次元センサ例えばラインセンサを用いている。
The angle correspondence data table 29 shown in FIG. 7 is a data table for estimating the scanning angle of the
これに対して、受光素子6の受光センサアレイ10として、図9に示すような2次元センサ例えばイメージセンサ30を用いると、ミラー7の第1軸D1周り及び第2軸D2周りの走査角度を推定することができる。この場合、2次元センサ30の図9中の左右方向の検出位置が、第1軸D1周りの走査角度に対応し、2次元センサ30の図9中の上下方向の検出位置が、第2軸D2周りの走査角度に対応する。この構成の場合、2次元センサ30による2次元の各検出位置と、ミラー7の第1軸D1周り及び第2軸D2周りの各走査角度とを対応付けた2次元の角度対応データテーブルを作成し、作成した2次元の角度対応データテーブルを制御回路23のメモリに記憶しておくように構成することが好ましい。
On the other hand, when a two-dimensional sensor such as an
このような構成の本実施形態の光走査装置は、レーザ光を出射するレーザ光源24と、レーザ光Aを反射して被走査面Fを走査するミラー7が設けられたMEMSスキャナ4と、ミラー7の反射面に設けられた透過型回折格子8と、レーザ光Aが透過型回折格子8を通ることにより発生する0次以外の透過回折光を受光する受光素子6と、受光素子6から出力される受光信号に基づいてレーザ光Aの走査角度を推定する角度推定部28とを備えるように構成した。この構成によれば、最大角度以外のミラー7、即ち、レーザ光Aの走査角度を検出することができると共に、製造工程が複雑になることを防止できる。また、上記構成においては、ミラー7の近くで受光センサアレイ10により回折光を受光する構成としたので、回折光の広がりを抑えられることから、受光センサアレイ10を小型化でき、また、光走査装置の横方向への面積増加を抑えることができる。
The optical scanning device according to the present embodiment having such a configuration includes a
また、上記実施形態においては、MEMSスキャナ4、配線基板5及び受光素子6を上下方向に積層する構成としたので、光走査装置の上下方向の体積増加を抑えることができる。また、上記実施形態においては、0次透過回折光B0は、常に同じ位置を照射す構成ろなるので、その位置を基準にして受光素子6の受光センサアレイ10を走査方向と平行に配置すれば良いことから、位置合わせ作業が容易になる。
Further, in the above embodiment, since the MEMS scanner 4, the
また、上記実施形態では、MEMSスキャナ4と受光素子6との間に、スペーサとして配線基板5を設けたので、MEMSスキャナ4のミラー7が揺動する空間部を確実に形成することができる。そして、配線基板5にMEMSスキャナ4及び受光素子6を例えば半田付けにより実装するように構成したので、実装の作業性を向上でき、電気的接続を簡素化できる。
In the above embodiment, since the
また、上記実施形態では、MEMSスキャナ4をシリコン基板で構成し、受光素子6をシリコン基板で構成し、配線基板5をシリコン基板で構成する構成としたので、3つの部材の熱膨張係数を同じに設定することができる。また、上記実施形態では、ミラー7を第1軸D1の周りに揺動するように設けると共に、ミラー7を第1軸D1に直交する第2軸D2の周りに揺動するように設け、角度推定部28は、受光素子6のイメージセンサ30から出力される受光信号に基づいて、レーザ光Aの第1軸D1の周りの走査角度とレーザ光Aの第2軸D2の周りの走査角度とを推定する構成とした。この構成によれば、レーザ光Aの第1軸D1の周りの走査角度とレーザ光Aの第2軸D2の周りの走査角度とを、容易且つ正確に推定することができる。
In the above embodiment, the MEMS scanner 4 is formed of a silicon substrate, the
また、上記実施形態では、受光素子6が設けられた半導体チップ(半導体基板)に、光走査装置を制御する制御回路23の少なくとも一部を設けたので、半導体チップの回路の集積度を高くすることができ、耐ノイズ性や製造作業性を向上させることができる。
In the above embodiment, at least a part of the
(第2実施形態)
図10は、第2実施形態を示すものである。尚、第1実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第1実施形態では、透過型回折格子8をミラー7の反射面上に設けるに際して、配設位置については、特に限定しておらず、レーザ光Aが照射される部分であればどこでも良いという構成となっている。
(2nd Embodiment)
FIG. 10 shows a second embodiment. The same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. In the first embodiment, when the
これに対して、第2実施形態では、図10(a)に示すように、ミラー7の反射面上において、レーザ光Aが照射される照射部分31、例えば破線の円で示す照射部分31の中の周縁部に透過型回折格子8を設けた。レーザ光の強度分布は、図10(b)に示すように、正規分布に近い分布であるため、照射部分31の中心付近はレーザ光の強度が強く、照射部分31の周縁部はレーザ光の強度が弱い。このため、透過型回折格子8をミラー7の反射面上における照射部分31の中心付近に配設すると、ミラー7により反射されるレーザ光の強度が小さくなる、即ち、走査に使用するレーザ光の強度が小さくなるので、走査の効率が悪くなるという不具合が発生する。
On the other hand, in the second embodiment, as shown in FIG. 10A, on the reflection surface of the
このような不具合を解消するために、第2実施形態では、透過型回折格子8をミラー7の反射面上におけるレーザ光の照射部分31の中の周縁部に設けたので、走査に使用するレーザ光の強度を極力小さくすることなく、即ち、走査の効率を極力悪化させることなく、透過型回折格子8によって透過回折光B0、B±1、…を発生させることができる。
In order to solve such a problem, in the second embodiment, the transmission
尚、上述した以外の第2実施形態の構成は、第1実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第2実施形態においても、第1実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第2実施形態によれば、透過型回折格子8をミラー7の反射面上におけるレーザ光の照射部分31の中の周縁部に設けたので、走査の効率の悪化を極力防止することができる。
The configuration of the second embodiment other than that described above is the same as the configuration of the first embodiment. Therefore, also in the second embodiment, substantially the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained. In particular, according to the second embodiment, the transmission
(第3実施形態)
図11は、第3実施形態を示すものである。尚、第1実施形態と同一構成には、同一符号を付している。0次透過回折光B0は、走査角度が変化しても固定位置に照射される。そして、レーザ光の強度と、0次透過回折光B0の強度は、比例関係にある。そこで、第3実施形態においては、0次透過回折光B0を、受光素子6の受光センサアレイ10で受光するときに、0次透過回折光B0については、その強度を検出し、検出した0次透過回折光B0の強度に基づいてレーザ光の強度を検出するように構成した。
(Third embodiment)
FIG. 11 shows a third embodiment. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The zero-order transmitted diffraction light B0 is applied to a fixed position even when the scanning angle changes. The intensity of the laser beam and the intensity of the zero-order transmitted diffracted light B0 are in a proportional relationship. Therefore, in the third embodiment, when the 0th-order transmitted diffraction light B0 is received by the light receiving
具体的には、受光素子6の受光センサアレイ10により0次透過回折光B0を検出したときに出力される受光出力信号の出力レベル、例えば受光出力信号をA/D変換したA/D変換出力信号を制御回路23へ送信するように構成した。そして、制御回路23は、受信した0次透過回折光B0のA/D変換出力信号と、制御回路23のメモリ内に予め記憶している強度対応データテーブル(図示しない)に基づいてレーザ光の強度を判定(即ち、検出)する。制御回路23は、強度推定部としての機能を有する。
Specifically, the output level of a light reception output signal output when the 0th-order transmitted diffracted light B0 is detected by the light
尚、光走査装置の工場出荷時に、光走査装置を実際に動作させて、レーザ光Aの出力強度を変更させながらその出力強度を計測し、その計測時の0次透過回折光B0のA/D変換出力信号を取得し、計測したレーザ光Aの強度と取得した0次透過回折光B0のA/D変換出力信号の出力電圧レベルのデータとを対応付けて、上記強度対応データテーブルを作成し、制御回路23内のメモリ(例えば不揮発性メモリ)に記憶しておくことが好ましい。
When the optical scanning device is shipped from the factory, the optical scanning device is actually operated to measure the output intensity while changing the output intensity of the laser beam A, and the A / of the zero-order transmitted diffraction light B0 at the time of the measurement is measured. The D-converted output signal is acquired, and the intensity-corresponding data table is created by associating the measured intensity of the laser light A with the output voltage level data of the acquired A / D-converted output signal of the zero-order transmitted diffracted light B0. However, it is preferable that the information is stored in a memory (for example, a non-volatile memory) in the
ここで、受光素子6及び制御回路23による強度検出制御の一例を、図11のフローチャートに従って説明する。まず、図11のステップS110においては、受光素子6の受光センサアレイ10により透過回折光を受光する。続いて、ステップS120へ進み、受光素子6においては、受光センサアレイ10により例えば0次透過回折光を受光し、受光出力信号の出力レベル(即ち、受光出力レベル)、例えば受光出力信号をA/D変換したA/D変換出力信号を制御回路23へ送信する。そして、ステップS130へ進み、制御回路23は、受信した0次透過回折光B0のA/D変換出力信号と、制御回路23のメモリ内に記憶している強度対応データテーブルに基づいてレーザ光の出力強度を判定(即ち、検出)する。尚、検出したレーザ光の出力強度は、制御回路23において、レーザ光源24の駆動制御等のフィードバック制御に用いることができる。
Here, an example of intensity detection control by the
尚、上述した以外の第3実施形態の構成は、第1実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第3実施形態においても、第1実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第3実施形態によれば、0次透過回折光B0の受光出力信号に基づいてレーザ光の出力強度を検出することができる。 The configuration of the third embodiment other than that described above is the same as the configuration of the first embodiment. Therefore, also in the third embodiment, substantially the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained. In particular, according to the third embodiment, the output intensity of the laser beam can be detected based on the received light output signal of the zero-order transmitted diffracted light B0.
(第4実施形態)
図12は、第4実施形態を示すものである。尚、第1実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第4実施形態では、n=−1の透過回折光B−1を受光する構成において、図12中の右側に、受光センサアレイ10を設けた受光素子6の半導体チップ32を配設し、図12中の左側に、制御回路33を設けた半導体チップ34を配設するように構成した。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 shows a fourth embodiment. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. In the fourth embodiment, the
尚、上述した以外の第4実施形態の構成は、第1実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第4実施形態においても、第1実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。 The configuration of the fourth embodiment other than the above is the same as the configuration of the first embodiment. Therefore, also in the fourth embodiment, substantially the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained.
(第5実施形態)
図13は、第5実施形態を示すものである。尚、第1実施形態または第4実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第5実施形態では、n=−1の透過回折光B(−1)を受光する構成において、図13に示すように、受光センサアレイ10を設けた受光素子6の半導体チップ35における左半部に、制御回路36を設けるように構成した。
(Fifth embodiment)
FIG. 13 shows a fifth embodiment. The same components as those in the first embodiment or the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals. In the fifth embodiment, in the configuration for receiving the transmitted diffracted light B (−1) of n = −1, as shown in FIG. 13, the left half of the
尚、上述した以外の第5実施形態の構成は、第1実施形態または第4実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第5実施形態においても、第1実施形態または第4実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。 The configuration of the fifth embodiment other than that described above is the same as the configuration of the first embodiment or the fourth embodiment. Therefore, also in the fifth embodiment, it is possible to obtain substantially the same operation and effect as in the first embodiment or the fourth embodiment.
(第6実施形態)
図14は、第6実施形態を示すものである。尚、第1実施形態または第4実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第6実施形態では、n=1の透過回折光B1を受光する構成において、図14中の左側に、受光センサアレイ10を設けた受光素子6の半導体チップ37を配設し、図14中の右側に、制御回路38を設けた半導体チップ39を配設するように構成した。
(Sixth embodiment)
FIG. 14 shows a sixth embodiment. The same components as those in the first embodiment or the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals. In the sixth embodiment, the
尚、上述した以外の第6実施形態の構成は、第1実施形態または第4実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第6実施形態においても、第1実施形態または第4実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。 The configuration of the sixth embodiment other than that described above is the same as the configuration of the first embodiment or the fourth embodiment. Therefore, also in the sixth embodiment, it is possible to obtain substantially the same operation and effect as in the first embodiment or the fourth embodiment.
(第7実施形態)
図15は、第7実施形態を示すものである。尚、第6実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第7実施形態では、n=1の透過回折光B1を受光する構成において、図15に示すように、受光センサアレイ10を設けた受光素子6の半導体チップ37を2つの半導体チップ40、41に分割し、一方(右方)の半導体チップ40に受光センサアレイ10を設け、他方(左方)の半導体チップ41に制御回路42を設けた。
(Seventh embodiment)
FIG. 15 shows a seventh embodiment. The same components as those in the sixth embodiment are denoted by the same reference numerals. In the seventh embodiment, as shown in FIG. 15, the
尚、上述した以外の第7実施形態の構成は、第6実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第7実施形態においても、第6実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。 The configuration of the seventh embodiment other than that described above is the same as the configuration of the sixth embodiment. Therefore, also in the seventh embodiment, substantially the same operation and effect as in the sixth embodiment can be obtained.
また、上記各実施形態においては、配線基板5にMEMSスキャナ4及び受光素子6を実装するように構成したが、これに限られるものではなく、配線基板5を無くし、MEMSスキャナ4に受光素子6を実装するように構成しても良い。このように構成する場合、ミラー7が揺動する空間部を形成するために、MEMSスキャナ4と受光素子6の間にスペーサを設けることが好ましい。また、上記構成の場合、MEMSスキャナ4の配線パターン(例えばランド)と受光素子6の配線パターン(例えばランド)との間は、例えば貫通電極、ワイヤボンディング、バンプ等で接続することが好ましい。また、上記構成の場合、貫通電極やバンプにスペーサとしての機能を持たせるように構成すれば、スペーサを別途設ける必要がなくなる。
Further, in each of the above embodiments, the MEMS scanner 4 and the
図面中、1は装置本体、2はパッケージ、3はカバーガラス、4はMEMSスキャナ、5は配線基板、6は受光素子、7はミラー、8は透過型回折格子、10は受光センサアレイ、23は制御回路、24はレーザ光源、27はスキャナ制御部、28は角度推定部、29は角度対応データテーブル、30はイメージセンサである。
In the drawings,
Claims (6)
前記レーザ光を反射して被走査面を走査するミラー(7)が設けられたMEMSスキャナ(4)と、
前記ミラー(7)の反射面に設けられた透過型回折格子(8)と、
前記レーザ光が前記透過型回折格子(8)を透過することにより発生する0次の透過回折光と0次以外の透過回折光とを受光する受光素子(6)と、
前記受光素子(6)から出力される前記0次の透過回析光の受光位置を基準とした前記0次以外の透過回析光の受光位置に基づいて前記レーザ光の走査角度を推定する角度推定部(28)と
を備えた光走査装置。 A laser light source (24) for emitting laser light;
A MEMS scanner (4) provided with a mirror (7) for reflecting the laser light and scanning the surface to be scanned;
A transmission diffraction grating (8) provided on a reflection surface of the mirror (7);
A light receiving element (6) in which the laser light is received and said transmission diffraction grating (8) generated by Rukoto be transmitted zero-order transmitted diffracted light and 0-order non-transmitted diffracted light,
An angle for estimating a scanning angle of the laser beam based on a light receiving position of the transmitted diffraction light other than the zeroth order with reference to a light receiving position of the zeroth transmitted diffraction light output from the light receiving element (6). An optical scanning device comprising an estimation unit (28).
前記受光素子(6)は、シリコン基板で構成され、
前記配線基板(5)は、シリコン基板で構成されていることを特徴とする請求項2記載の光走査装置。 The MEMS scanner (4) is constituted by a silicon substrate,
The light receiving element (6) is formed of a silicon substrate,
The optical scanning device according to claim 2, wherein the wiring substrate (5) is formed of a silicon substrate.
前記角度推定部(28)は、前記受光素子(6)から出力される受光信号に基づいて、前記レーザ光の前記第1軸の周りの走査角度と前記レーザ光の前記第2軸の周りの走査角度とを推定することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の光走査装置。 The mirror (7) is provided so as to swing around a first axis, and is provided so as to swing around a second axis orthogonal to the first axis.
The angle estimating unit (28) is configured to scan the laser light around the first axis and the laser light around the second axis based on a light receiving signal output from the light receiving element (6). The optical scanning device according to claim 1, wherein the scanning angle is estimated.
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