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JP6634967B2 - Optical scanning device - Google Patents
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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 Patent Documents 1 and 2 are known.

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 Patent Document 1, a reflective material is provided on the inner surface of a cover glass that covers a mirror, a light receiving element is provided adjacent to the mirror, and laser light scanned by the mirror is reflected by the reflective material. Is detected by the light receiving element to estimate the scanning angle of the mirror.

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 Patent Document 2, the reflection type diffraction grating is provided on the reflection surface of the mirror, and the light receiving element array is disposed on the inner surface of the glass cover. Is detected by the light receiving element array, and the scanning angle of the mirror is estimated.

特開2015−148654号公報JP 2015-148654 A 特開2011−118178号公報JP 2011-118178 A

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 Patent Document 1, only the maximum scanning angle of the mirror can be detected. In addition, since the light receiving element is arranged adjacent to the mirror, there is a disadvantage that the configuration of the entire apparatus becomes large.

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 Patent Document 2, it is necessary to mount the light receiving element on the inner surface of the cover glass, so that a special mounting method such as a WLP (Wafer Level Package) has to be adopted, which complicates the manufacturing process. . Further, in the device of Patent Document 2, since the reflection type diffraction grating is used, the zero-order light is used for the scanning light and the primary light is used for estimating the scanning angle. Depending on the angle, the reflected light is reflected in an oblique direction. Therefore, it is necessary to dispose the light receiving element along the oblique direction. This increases the overall configuration of the device and the position at the time of forming the light receiving element and the reflective diffraction grating. There is a problem that the alignment becomes complicated.

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を受光する受光素子(6)と、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 claim 1 is a MEMS scanner (4) provided with a laser light source (24) for emitting laser light, a mirror (7) for reflecting the laser light and scanning the surface to be scanned, and the mirror ( a transmission type diffraction grating (8) provided on the reflecting surface 7), the laser beam is the transmissive diffraction grating (8) generated by Rukoto to transmit zero-order transmitted diffracted light and transmitting other than zero-order a light receiving element for receiving the diffracted light (6), before Symbol receiving the transmitted diffracted light of the non-zero-order relative to the receiving position of the 0-order transmission diffracted light output from the light receiving element (6) An angle estimating unit (28) for estimating the scanning angle of the laser beam based on a position .

第1実施形態を示す光走査装置の縦断面図Longitudinal sectional view of an optical scanning device showing a first embodiment. MEMSスキャナ、配線基板、受光素子の分解斜視図Exploded perspective view of MEMS scanner, wiring board, and light receiving element MEMSスキャナの上面図Top view of MEMS scanner 光走査装置のブロック図Block diagram of optical scanning device 走査角度の推定制御を説明する図FIG. 4 is a view for explaining scanning angle estimation control センサアドレスと走査角度の対応関係を説明する図Diagram for explaining the correspondence between sensor addresses and scanning angles 角度対応データテーブルの例を示す図Diagram showing an example of an angle correspondence data table 走査角度推定制御のフローチャートFlowchart of scanning angle estimation control イメージセンサを説明する図Diagram illustrating an image sensor 第2実施形態を示すもので、(a)はミラーの上面図、(b)はレーザ光の強度分布を説明する図FIG. 9 shows a second embodiment, in which (a) is a top view of a mirror, and (b) is a diagram illustrating an intensity distribution of a laser beam. 第3実施形態を示すレーザ光の出力強度検出制御のフローチャートFlowchart of laser light output intensity detection control showing a third embodiment 第4実施形態を示すもので、MEMSスキャナ、配線基板及び受光素子の縦断面図FIG. 9 shows a fourth embodiment, and is a longitudinal sectional view of a MEMS scanner, a wiring board, and a light receiving element. 第5実施形態を示すもので、MEMSスキャナ、配線基板及び受光素子の縦断面図FIG. 14 shows the fifth embodiment, and is a longitudinal sectional view of a MEMS scanner, a wiring board, and a light receiving element. 第6実施形態を示すもので、MEMSスキャナ、配線基板及び受光素子の縦断面図FIG. 13 shows the sixth embodiment, and is a longitudinal sectional view of a MEMS scanner, a wiring board, and a light receiving element. 第7実施形態を示すもので、MEMSスキャナ、配線基板及び受光素子の縦断面図FIG. 14 shows the seventh embodiment, and is a longitudinal sectional view of a MEMS scanner, a wiring board, and a light receiving element.

(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 main body 1 of the optical scanning device according to the present embodiment includes a rectangular container-shaped package 2 and a transparent cover glass 3 that closes an opening on the upper surface of the package 2. Inside the package 2, the MEMS scanner 4, the wiring board 5, and the light receiving element 6 are stacked and accommodated in this order from top to bottom.

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 wiring board 5. As shown in FIG. 1, the mirror 7 has a first axis D1 and a second axis D2 orthogonal to each other with respect to the package 2 so that the reflection surface is located on the optical path of the laser beam A transmitted through the cover glass 3. It is supported so as to be swingable independently around it (see FIG. 3). The MEMS scanner 4 two-dimensionally deflects the laser light A incident on the mirror 7 by independently swinging the mirror 7 around the first axis D1 and the second axis D2. That is, the MEMS scanner 4 forms a scanning optical system that guides the laser light A from the laser light source 24 (see FIG. 4) to the surface to be scanned F (see FIG. 4).

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 type diffraction grating 8 is formed on a portion of the mirror 7 that reflects the laser beam A, that is, on a reflection surface. As shown in FIG. 1, the transmission diffraction grating 8 transmits a part of the laser beam A applied to the mirror 7 to the back side of the mirror 7 and generates transmission diffraction light B0, B ± 1,. . The transmitted diffracted light B0 is a 0th-order transmitted diffracted light (that is, n = 0 transmitted diffracted light), and the transmitted diffracted light B1 is a first-order transmitted diffracted light (that is, n = 1 transmitted diffracted light). The transmitted diffracted lights B2,... Are transmitted diffracted lights of the second and subsequent orders (that is, transmitted diffracted lights of n ≧ 2). The transmitted diffracted light B-1 is a −1st-order transmitted diffracted light (that is, n = −1 transmitted diffracted light), and the transmitted diffracted lights B-2,. , N ≦ −2).

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 package 2 is filled with an inert gas such as nitrogen, helium, argon, or neon, or is evacuated. The MEMS scanner 4 deflects (ie, scans) the laser light by mechanically swinging the small MEMS mirror 7 at high speed.

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 wiring board 5 has a function as a spacer for forming a space where the mirror 7 of the MEMS scanner 4 swings. The wiring board 5 has a rectangular opening 5a for forming a space in which the mirror 7 swings. The MEMS scanner 4 is mounted on the upper surface of the wiring substrate 5 by, for example, soldering, and the light receiving element 6 is mounted on the lower surface of the wiring substrate 5 by, for example, soldering. Various wiring patterns and control circuits (for example, at least a part of the control circuit 23 shown in FIG. 4) connected to the MEMS scanner 4 and the light receiving element 6 are formed on the upper or lower surface of the wiring board 5. The wiring pattern of the wiring board 5 and the wiring pattern (for example, land) of the MEMS scanner 4 are connected by, for example, through electrodes, wire bonding, bumps, and the like. The wiring pattern of the wiring board 5 and the wiring pattern (for example, land) of the light receiving element 6 are connected by, for example, through electrodes, wire bonding, bumps, and the like. Note that the wiring board 5 is composed of, for example, a silicon substrate, a ceramic substrate, a resin substrate, or the like.

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 wiring board 5, and these lead terminals 9 seal the side wall of the package 2. And is configured to protrude to the outside. The wiring board 5 is placed and fixed on a step 2 a provided around the inner bottom of the package 2 in the package 2.

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 element 6 is formed of a rectangular thin plate-shaped semiconductor chip (for example, a silicon chip). A light receiving sensor array 10 is provided below the mirror 7 of the MEMS scanner 4 on the upper surface of the light receiving element 6. The light receiving sensor array 10 is configured by arranging light receiving sensors such as photodiodes and phototransistors in, for example, a one-dimensional array or a two-dimensional array, and is configured by, for example, a line sensor or an image sensor. I have. In a portion of the light receiving element 6 where the light receiving sensor array 10 is not provided, a sensor circuit (not shown) (for example, a light receiving circuit for processing an output signal from the light receiving sensor array 10) and a control circuit (for example, FIG. It is preferable to provide at least a part of the control circuit 23 shown in FIG.

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 mirror 7 having a reflective surface on the + side of the Y axis and a mirror 7 that drives the mirror 7 around a first axis D1 (for example, the Z axis) orthogonal to the X axis. 1 includes a first driving unit 11 and a second driving unit 12 that drives the mirror 7 and the first driving unit 11 around a second axis D2 parallel to the X axis.

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 mirror 7, for example, aluminum, gold, silver or the like is formed. Further, on the reflection surface of the mirror 7, a transmission type diffraction grating 8 (see FIG. 2) is formed by forming a periodic slit in the metal thin film, for example. The transmission diffraction grating 8 has a function of transmitting a part of the laser light A incident on the mirror 7 and generating transmitted diffraction light B0, B ± 1,.

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 first driving unit 11 includes torsion bars 13a and 13b provided at both ends of the mirror 7 in the first axial direction, and an intermediate portion is connected to the other ends of the torsion bars 13a and 13b and extends in the second axial direction. It has beams 14a, 14b, a first rectangular frame 15 having inner edges continuous with both ends of the beams 14a, 14b, and first piezoelectric members 16, 17 provided on the beams 14a, 14b.

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 first driving unit 11, the mirror 7 is applied by applying (for example, simultaneously) opposite-phase sine-wave voltages to two piezoelectric members 16 and 17 provided separately on the two beams 13a and 14b, respectively. , Can be efficiently oscillated around the first axis D1 at the cycle of the sine wave voltage. For example, when the frequency of the sine wave voltage is set to about 20 kHz (resonance frequency of each torsion bar), the mirror 7 can be oscillated at about 20 kHz using mechanical resonance due to the torsion of each torsion bar. The maximum deflection angle of the mirror 7 from the center of vibration is about ± 30 degrees.

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 second drive unit 12 includes, for example, a meandering portion 19a including a plurality of beams 18a that are continuous at one end at a lower left corner of the first rectangular frame portion 15 and meander, and a first rectangular frame portion 15. A meandering portion 19b including a plurality of beams 18b, one end of which is continuous with the upper right corner of the meandering portion, and eight second piezoelectric members 20, 21 provided on the eight beams 18a of the meandering portion 19a. And eight second piezoelectric members 20, 21 provided on the eight beams 18b of the meandering portion 19b, and a second rectangular frame portion 22 having an inner edge continuous with the other ends of the two meandering portions 19a, 19b.

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 second driving section 12, the odd-numbered four second piezoelectric members 20 and the even-numbered four second piezoelectric members 21 of the eight second piezoelectric members provided in each meandering section are sawed. By applying the wave voltage and the reverse sawtooth voltage in parallel (for example, simultaneously), the two beams adjacent to the meandering portion are bent in opposite directions around the second axis D2, and the amount of bending of each beam is accumulated. Thus, the mirror 7 can be efficiently vibrated around the second axis D2 at the cycle of the sawtooth voltage (for example, at a low voltage and at a large deflection angle). Here, the “sawtooth voltage” means a voltage that gradually increases as time elapses, and rapidly decreases when reaching a peak. The “reverse sawtooth voltage” means a voltage that increases rapidly with time and gradually decreases when reaching a peak.

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 mirror 7 that vibrates around the first axis D1, the reflected light is scanned (deflection scan) around the first axis D1. When light is incident on the mirror 7 that oscillates around the second axis D2, the reflected light is scanned (deflection scan) around the second axis D2. Therefore, in order to increase the definition and uniformity of the image formed on the surface to be scanned F, light incident on the mirror 7 is linearly scanned around the first axis D1, and the scanning line is moved to the first axis D1. Scanning around the two axes D2, that is, raster scanning can be performed.

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 control circuit 23, a laser light source 24, a MEMS scanner 4, and a light receiving element 6. The control circuit 23 has a function of controlling the entire optical scanning device, and includes a laser control unit 25, a synchronization control unit 26, a scanner control unit 27, and an angle estimation unit 28.

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 synchronization control unit 26, and controls the drive of the laser light source 24 based on the received synchronization control signal. As a result, for example, pulsed laser light A is emitted from the laser light source 24 and is emitted to the mirror 7 of the MEMS scanner 4. The synchronization control unit 26 receives a drive control signal of the MEMS scanner 4 from the scanner control unit 27, and synchronizes the emission timing of the laser light A with the swing timing of the mirror 7 based on the received drive control signal. , And transmits the generated synchronization control signal to the laser control unit 25 and the scanner control unit 27.

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 synchronization control unit 26, and controls the driving of the first drive unit 11 and the second drive unit 12 of the MEMS scanner 4 based on the received synchronization control signal. As a result, the mirror 7 of the MEMS scanner 4 is swung, and the laser light A reflected by the swiveled reflecting surface of the mirror 7 is scanned on the surface to be scanned F.

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 mirror 7 passes through the transmission type diffraction grating 8 provided on the reflection surface of the mirror 7, so that the transmission diffraction light B0, B ± 1,. appear. The light receiving sensor array 10 of the light receiving element 6 receives the transmitted diffraction light B0, B ± 1,... And transmits a light receiving signal (for example, data of a detection value of a sensor address) to the angle estimating unit 28. The angle estimating unit 28 receives a light receiving signal from the light receiving element 6 and estimates a scan angle of the mirror 7 of the MEMS scanner 4, that is, a scan angle based on the input light receiving signal. Then, the angle estimating unit 28 transmits information on the estimated scanning angle to the scanner control unit 27. The scanner control unit 27 is configured to perform feedback control of the MEMS scanner 4 based on information on the estimated scanning angle from the angle estimation unit 28.

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 angle estimation unit 28 will be described with reference to FIGS. In the following description, the processing for estimating the scanning angle of the mirror 7 when the mirror 7 is swung about the first axis D1 is described. However, when the mirror 7 is swung about the second axis D2. The scanning angle of the mirror 7 can be similarly estimated.

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 mirror 7 is θm, the incident angle of the laser beam A is θin, and the angle of the nth-order transmitted diffracted light Bn is θout-n, the following equation is established.
θout−n = sin −1 (nλ / d−sin (90−θin−θm)) − θm
Note that d is the slit width of the transmission diffraction grating 8, λ is the wavelength of the laser light A, and n is the order of the transmitted diffraction light. The straight line V is a straight line orthogonal to the reflection surface of the mirror 7.

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 type diffraction grating 8 decreases. Therefore, for example, if the angle θout-1 or θout-(-1) of the transmitted diffracted light of n = 1 or n = -1 is detected, the scanning angle is determined based on the detected angle θout-1 or θout-(-1). θm can be estimated.

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 sensor array 10 of the light receiving element 6 detects the n-th order diffracted light Bn of n = 1 or n = −1, the detected position is used as the detection data of the sensor address. Then, for example, when the optical scanning device is shipped from the factory, the MEMS scanner 4 is actually operated to measure the scanning angle of the mirror 7, and the sensor address of the light receiving element 6 at the time of the measurement is detected. An angle correspondence data table 29 as shown in FIG. 7 is created in association with the detected data of the detected sensor address, and stored in a memory (for example, a non-volatile memory) in the control circuit 23.

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 mirror 7 is 30 degrees, the detection data of the sensor address is (0), and as shown in FIG. If the measurement result of the scan angle is -30 degrees and the detection data of the sensor address is (60), the angle correspondence data table 29 shown in FIG. 7 can be created.

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 light receiving element 6 and the angle estimation unit 28 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step S10 of FIG. 8, for example, the primary transmitted diffracted light B1 is received by the light receiving sensor array 10 of the light receiving element 6, the sensor address is detected, and the detection data is sent to the angle estimating unit 28 of the scanner control unit 27. Send. Subsequently, the process proceeds to step S20, in which the angle estimating unit 28 receives (ie, acquires) the light receiving position of the diffracted light, that is, the detection data of the sensor address from the light receiving element 6. Next, proceeding to step S30, the angle estimating unit 28 estimates the scanning angle based on the received detection data of the sensor address and the angle correspondence data table 29 shown in FIG. Then, the angle estimating unit 28 transmits the estimated scanning angle to the scanner control unit 27.

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 mirror 7 around the first axis D1. As the light receiving sensor array 10 of the light receiving element 6, a one-dimensional sensor such as a line sensor is used. Using a sensor.

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 image sensor 30 as shown in FIG. 9 is used as the light receiving sensor array 10 of the light receiving element 6, the scanning angles of the mirror 7 around the first axis D1 and the second axis D2 can be changed. Can be estimated. In this case, the horizontal detection position of the two-dimensional sensor 30 in FIG. 9 corresponds to the scanning angle around the first axis D1, and the vertical detection position of the two-dimensional sensor 30 in FIG. This corresponds to a scan angle around D2. In the case of this configuration, a two-dimensional angle correspondence data table in which the two-dimensional detection positions of the two-dimensional sensor 30 are associated with the respective scanning angles around the first axis D1 and the second axis D2 of the mirror 7 is created. Then, it is preferable that the created two-dimensional angle correspondence data table is stored in the memory of the control circuit 23.

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 laser light source 24 that emits a laser beam, a MEMS scanner 4 provided with a mirror 7 that reflects a laser beam A and scans a scanned surface F, 7, a transmission diffraction grating 8 provided on the reflection surface, a light-receiving element 6 for receiving transmission diffraction light other than the 0th order generated by the laser beam A passing through the transmission diffraction grating 8, and an output from the light-receiving element 6. And an angle estimating unit 28 for estimating the scanning angle of the laser beam A based on the received light signal. According to this configuration, the mirror 7 other than the maximum angle, that is, the scanning angle of the laser beam A can be detected, and the manufacturing process can be prevented from being complicated. Further, in the above configuration, since the diffracted light is received by the light receiving sensor array 10 near the mirror 7, the spread of the diffracted light can be suppressed, so that the light receiving sensor array 10 can be reduced in size and the optical scanning can be performed. An increase in the area of the device in the lateral direction can be suppressed.

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 wiring substrate 5, and the light receiving element 6 are vertically stacked, an increase in the volume of the optical scanning device in the vertical direction can be suppressed. Further, in the above embodiment, since the 0th-order transmitted diffracted light B0 always irradiates the same position, if the light receiving sensor array 10 of the light receiving element 6 is arranged in parallel with the scanning direction based on the position. Good things make the alignment work easier.

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 wiring board 5 is provided as a spacer between the MEMS scanner 4 and the light receiving element 6, a space in which the mirror 7 of the MEMS scanner 4 swings can be reliably formed. Since the MEMS scanner 4 and the light receiving element 6 are mounted on the wiring board 5 by, for example, soldering, the workability of mounting can be improved and the electrical connection can be simplified.

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 light receiving element 6 is formed of a silicon substrate, and the wiring substrate 5 is formed of a silicon substrate. Can be set to In the above-described embodiment, the mirror 7 is provided so as to swing around the first axis D1, and the mirror 7 is provided so as to swing around a second axis D2 orthogonal to the first axis D1. The estimating unit 28 calculates a scanning angle of the laser light A around the first axis D1 and a scanning angle of the laser light A around the second axis D2 based on the light receiving signal output from the image sensor 30 of the light receiving element 6. Was estimated. According to this configuration, the scanning angle of the laser beam A around the first axis D1 and the scanning angle of the laser beam A around the second axis D2 can be easily and accurately estimated.

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 control circuit 23 for controlling the optical scanning device is provided on the semiconductor chip (semiconductor substrate) provided with the light receiving element 6, so that the degree of integration of the semiconductor chip circuit is increased. Therefore, noise resistance and manufacturing workability can be improved.

(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 transmission diffraction grating 8 is provided on the reflection surface of the mirror 7, the arrangement position is not particularly limited, and may be any location where the laser beam A is irradiated. It has become.

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 mirror 7, the irradiation portion 31 irradiated with the laser light A, for example, the irradiation portion 31 indicated by a broken-line circle is formed. A transmission diffraction grating 8 was provided on the inner peripheral portion. Since the intensity distribution of the laser light is close to a normal distribution as shown in FIG. 10B, the intensity of the laser light is high near the center of the irradiated portion 31 and the peripheral edge of the irradiated portion 31 is Low strength. For this reason, if the transmission diffraction grating 8 is arranged near the center of the irradiation part 31 on the reflection surface of the mirror 7, the intensity of the laser light reflected by the mirror 7 becomes small, that is, the intensity of the laser light used for scanning is reduced. Since the intensity is reduced, a problem that scanning efficiency is deteriorated occurs.

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 type diffraction grating 8 is provided at the peripheral edge of the laser light irradiation portion 31 on the reflection surface of the mirror 7, so that the laser used for scanning is not used. The transmission diffraction grating 8 can generate the transmitted diffraction light B0, B ± 1,... Without reducing the light intensity as much as possible, that is, without deteriorating the scanning efficiency as much as possible.

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 type diffraction grating 8 is provided on the peripheral portion of the laser light irradiation portion 31 on the reflection surface of the mirror 7, so that the scanning efficiency can be prevented from being deteriorated as much as possible. it can.

(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 sensor array 10 of the light receiving element 6, the intensity of the 0th-order transmitted diffraction light B0 is detected, and the detected 0th-order transmitted diffraction light B0 is detected. The configuration is such that the intensity of the laser beam is detected based on the intensity of the transmitted diffraction light B0.

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 reception sensor array 10 of the light reception element 6, for example, an A / D conversion output obtained by A / D conversion of the light reception output signal. The signal is transmitted to the control circuit 23. Then, the control circuit 23 generates the laser light based on the received A / D conversion output signal of the 0th-order transmitted diffracted light B0 and the intensity correspondence data table (not shown) stored in the memory of the control circuit 23 in advance. The intensity is determined (ie, detected). The control circuit 23 has a function as an intensity estimating unit.

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 control circuit 23.

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 light receiving element 6 and the control circuit 23 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step S110 of FIG. 11, transmitted light is received by the light receiving sensor array 10 of the light receiving element 6. Subsequently, the process proceeds to step S120, where the light receiving element 6 receives, for example, the 0th-order transmitted diffracted light by the light receiving sensor array 10, and outputs the output level of the received light output signal (that is, the received light output level), for example, A / A. The D / A converted output signal is transmitted to the control circuit 23. Then, the process proceeds to step S130, where the control circuit 23 determines whether or not the laser light has been converted based on the received A / D conversion output signal of the 0th-order transmitted diffracted light B0 and the intensity correspondence data table stored in the memory of the control circuit 23. The output intensity is determined (ie, detected). The detected output intensity of the laser light can be used in the control circuit 23 for feedback control such as drive control of the laser light source 24.

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 semiconductor chip 32 of the light receiving element 6 provided with the light receiving sensor array 10 is provided on the right side in FIG. The semiconductor chip 34 provided with the control circuit 33 is arranged on the left side of the block 12.

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 semiconductor chip 35 of the light receiving element 6 provided with the light receiving sensor array 10 , A control circuit 36 is provided.

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 semiconductor chip 37 of the light-receiving element 6 provided with the light-receiving sensor array 10 is provided on the left side in FIG. On the right side, a semiconductor chip 39 provided with a control circuit 38 is provided.

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 semiconductor chip 37 of the light receiving element 6 provided with the light receiving sensor array 10 is divided into two semiconductor chips 40 and 41 in a configuration for receiving the transmitted diffracted light B1 of n = 1. The light receiving sensor array 10 was provided on one (right) semiconductor chip 40, and the control circuit 42 was provided on the other (left) semiconductor chip 41.

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 light receiving element 6 are configured to be mounted on the wiring board 5, but the present invention is not limited to this. May be implemented. In such a configuration, it is preferable to provide a spacer between the MEMS scanner 4 and the light receiving element 6 in order to form a space in which the mirror 7 swings. In the case of the above configuration, it is preferable that the wiring pattern (for example, land) of the MEMS scanner 4 and the wiring pattern (for example, land) of the light receiving element 6 are connected by, for example, through electrodes, wire bonding, bumps, or the like. In addition, in the case of the above configuration, if the through electrode or the bump is configured to have a function as a spacer, it is not necessary to separately provide a spacer.

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, reference numeral 1 denotes an apparatus main body, 2 denotes a package, 3 denotes a cover glass, 4 denotes a MEMS scanner, 5 denotes a wiring board, 6 denotes a light receiving element, 7 denotes a mirror, 8 denotes a transmission type diffraction grating, 10 denotes a light receiving sensor array, and 23 Is a control circuit, 24 is a laser light source, 27 is a scanner control unit, 28 is an angle estimating unit, 29 is an angle correspondence data table, and 30 is an image sensor.

Claims (6)

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MEMSスキャナ(4)と前記受光素子(6)との間に、スペーサとして配線基板(5)を設けたことを特徴とする請求項1記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 1, wherein a wiring board (5) is provided as a spacer between the MEMS scanner (4) and the light receiving element (6). 前記MEMSスキャナ(4)は、シリコン基板で構成され、
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.
前記ミラー(7)は、第1軸の周りに揺動するように設けられていると共に、前記第1軸に直交する第2軸の周りに揺動するように設けられており、
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.
記受光素子から出力される0次の透過回析光の受光強度に基づいて前記レーザ光の強度を推定する強度推定部(23)を備えたことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の光走査装置。 One of claims 1, characterized in that with a pre-Symbol intensity estimating unit that estimates an intensity of the laser light based on the received light intensity of 0 order transmitted diffracted light output from the light receiving element (23) 4 The optical scanning device according to claim 1. 前記受光素子(6)が設けられた半導体基板に、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ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の光走査装置。   The light according to any one of claims 1 to 5, wherein at least a part of a control circuit (23) for controlling an optical scanning device is provided on the semiconductor substrate provided with the light receiving element (6). Scanning device.
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