JP2020201315A - Optical scanner and light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光偏向器を用いて光ビームを走査する光走査装置、及び光走査装置を含む光源装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device that scans a light beam using an optical deflector, and a light source device including an optical scanning device.
近年、発光ダイオードや半導体レーザ等の半導体光源と、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー、ＤＭＤ(Digital Mirror Device)等の小型光学偏向装置とを組み合せた光走査装置が、ピコプロジェクタやヘッドアップディスプレイ用に開発されている。 In recent years, optical scanning devices that combine semiconductor light sources such as light emitting diodes and semiconductor lasers with small optical deflectors such as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirrors and DMDs (Digital Mirror Devices) have been used for pico projectors and head-up displays. Has been developed in.
特に、ＭＥＭＳミラーを備える光偏向器では、ＭＥＭＳミラーを支持するトーションバーをねじることでＭＥＭＳミラーが回動するため、その振れ角を測定し、安定して動作しているかを検査する。 In particular, in an optical deflector provided with a MEMS mirror, since the MEMS mirror rotates by twisting the torsion bar supporting the MEMS mirror, the deflection angle thereof is measured and it is inspected whether the light deflector is operating stably.
例えば、下記の特許文献１の光偏向器は、支持基板に可動板と、可動板の一方の面に形成された反射面と、可動板を弾性的にねじれ振動自在に支持するねじりバネを備えている。また、可動板及び反射面の中心部には、可動板及び反射面を貫通する中空部分（貫通孔）が形成されている。 For example, the optical deflector of Patent Document 1 below includes a movable plate on a support substrate, a reflective surface formed on one surface of the movable plate, and a torsion spring that elastically twists and vibrates the movable plate. ing. Further, a hollow portion (through hole) penetrating the movable plate and the reflecting surface is formed in the central portion of the movable plate and the reflecting surface.
この貫通孔は、可動板が中立位置にある時に最大の透過光量が得られるように、側壁の母線が入射光の入射方向と同一方向になるように形成されている。そして、貫通孔を透過する光を受光することができる位置に光検出素子が配置されているので、当該光を可動板近傍で効果的に検出することができる（特許文献１／段落００３６，００６１、図２（ｂ），図３)。 The through hole is formed so that the generatrix of the side wall is in the same direction as the incident direction of the incident light so that the maximum amount of transmitted light can be obtained when the movable plate is in the neutral position. Since the photodetector is arranged at a position where the light transmitted through the through hole can be received, the light can be effectively detected in the vicinity of the movable plate (Patent Document 1 / paragraphs 0036, 0061). , FIG. 2 (b), FIG. 3).
しかしながら、特許文献１の光偏向器では、貫通孔の内壁が光を反射せず、むしろ吸収するため、可動板の温度が上昇してしまうという問題があった。また、貫通孔が可動板の略中央に位置しているため、主目的の光の利用効率を低下させていた。 However, the optical deflector of Patent Document 1 has a problem that the temperature of the movable plate rises because the inner wall of the through hole does not reflect light but rather absorbs it. In addition, since the through hole is located substantially in the center of the movable plate, the efficiency of light utilization, which is the main purpose, is reduced.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、光の利用効率を高めつつ、回動ミラーの動作を精度良く検出することができる光走査装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of accurately detecting the operation of a rotating mirror while improving the efficiency of light utilization.
本発明の光走査装置は、光ビームを反射し、回動によって前記光ビームを走査する回動ミラーを有し、前記回動ミラーの外周領域に前記光ビームが通過する少なくとも１つの孔部が設けられた光偏向器と、前記回動ミラーの反射面と反対側に配設され、前記回動ミラーの前記少なくとも１つの孔部を通過する光ビームを検出する受光部と、を備え、前記孔部は、前記回動ミラーが最大回動角未満の所定の角度だけ回動したとき、前記受光部で検出される光強度が最大となるように設けられていることを特徴とする。 The optical scanning apparatus of the present invention has a rotating mirror that reflects a light beam and scans the light beam by rotation, and at least one hole through which the light beam passes is formed in an outer peripheral region of the rotating mirror. The light deflector provided and a light receiving portion which is arranged on the side opposite to the reflecting surface of the rotating mirror and detects a light beam passing through the at least one hole of the rotating mirror. The hole portion is characterized in that the light intensity detected by the light receiving portion is maximized when the rotating mirror is rotated by a predetermined angle less than the maximum rotation angle.
本発明の光走査装置は、光偏向器の回動ミラーで光ビームを反射し、光ビームを走査して像を投影することができる。また、回動ミラーの外周領域には光ビームが通過する少なくとも１つの孔部が設けられている。 The optical scanning device of the present invention can reflect a light beam with a rotating mirror of an optical deflector, scan the light beam, and project an image. Further, at least one hole through which the light beam passes is provided in the outer peripheral region of the rotating mirror.
この孔部は、回動ミラーが最大回動角未満の所定の角度（０°以上）となったとき、受光部で最大の光強度が検出されるように設けられているので、最大回動角に到達する前後で信号パルスが検出される。これを利用すると、回動ミラーが安定動作しているかを精度良く検出することができる。また、孔部を通過し、受光部で検出される光は、光軸中心から離れた比較的弱い光であるため、光の利用効率を高めるとともに、回動ミラーの温度上昇を抑えることができる。 This hole is provided so that when the rotation mirror has a predetermined angle (0 ° or more) less than the maximum rotation angle, the maximum light intensity is detected by the light receiving portion, so that the maximum rotation is achieved. Signal pulses are detected before and after reaching the corner. By utilizing this, it is possible to accurately detect whether the rotating mirror is operating stably. Further, since the light passing through the hole and detected by the light receiving portion is relatively weak light away from the center of the optical axis, it is possible to improve the efficiency of light utilization and suppress the temperature rise of the rotating mirror. ..
本発明の光走査装置において、前記孔部は、前記回動ミラーの前記反射面に対して傾斜して設けられた貫通孔であることが好ましい。 In the optical scanning apparatus of the present invention, it is preferable that the hole is a through hole provided so as to be inclined with respect to the reflecting surface of the rotating mirror.
このような構成とすることにより、回動ミラーの静止状態（非作動時）には光ビームが孔部を通過しない。そして、回動ミラーの傾斜状態（作動時）に初めて受光部で光ビームが検出されるので、回動ミラーの動作を確認することができる。 With such a configuration, the light beam does not pass through the hole when the rotating mirror is stationary (when it is not operating). Then, since the light beam is detected by the light receiving unit for the first time when the rotating mirror is tilted (during operation), the operation of the rotating mirror can be confirmed.
また、本発明の光走査装置において、前記孔部は、前記回動ミラーの両面側から孔の中心をずらして前記ミラーの面に垂直に開けられた階段状の貫通孔であることが好ましい。 Further, in the optical scanning apparatus of the present invention, it is preferable that the hole portion is a stepped through hole formed perpendicularly to the surface of the mirror by shifting the center of the hole from both side surfaces of the rotating mirror.
前記孔部は、回動ミラーの両面側から開けられた垂直孔による階段状の貫通孔でもよい。回動ミラーの両面側から中心をずらして孔を開ける必要があるが、傾斜した貫通孔と比較して容易に孔部を形成することができる。 The hole may be a stepped through hole formed by a vertical hole formed from both sides of the rotating mirror. It is necessary to make a hole by shifting the center from both sides of the rotating mirror, but the hole can be easily formed as compared with the inclined through hole.
また、本発明の光走査装置において、前記回動ミラーを支持し、延伸方向を共振軸として前記回動ミラーを共振回動させるトーションバーと、前記トーションバーに垂直な方向を非共振軸として前記回動ミラーを非共振回動させるアクチュエータと、を有し、前記孔部は、前記非共振軸に対して対称な位置に２ｎ（ｎは自然数）個設けられていることが好ましい。 Further, in the optical scanning device of the present invention, the torsion bar that supports the rotating mirror and resonates and rotates the rotating mirror with the stretching direction as the resonance axis and the direction perpendicular to the torsion bar as the non-resonant axis. It is preferable that the rotating mirror has an actuator for non-resonant rotation, and 2n (n is a natural number) of the holes are provided at positions symmetrical with respect to the non-resonant axis.
回動ミラーが非共振振動したとき、受光部は、２ｎ個のそれぞれの孔部に入射する光ビームを検出する。非共振振動で回動する回動ミラーは共振振動と比べて低速で、回動角も小さい。しかしながら、本発明の構成により、回動ミラーの非共振の動作を容易かつ精度良く検出することができる。 When the rotating mirror vibrates non-resonantly, the light receiving unit detects light beams incident on each of the 2n holes. A rotating mirror that rotates with non-resonant vibration has a lower speed and a smaller rotation angle than resonant vibration. However, according to the configuration of the present invention, the non-resonant operation of the rotating mirror can be detected easily and accurately.
また、本発明の光走査装置において、前記孔部のうち前記非共振軸に対して互いに対称な位置にある孔部は、それぞれの孔の大きさが異なっていることが好ましい。 Further, in the optical scanning apparatus of the present invention, it is preferable that the holes of the holes located at positions symmetrical with respect to the non-resonant axis have different hole sizes.
非共振軸に対して互いに対称な位置にある孔部の大きさをそれぞれ異ならせた場合、大きな孔部と小さな孔部とで、光ビームの通過量が異なる。このため、受光部で検出される光強度の違いから回動ミラーがどちらの方向に回動しているか等の情報を取得することができる。 When the sizes of the holes symmetrical with respect to the non-resonant axis are different, the amount of light beam passing through is different between the large hole and the small hole. Therefore, it is possible to acquire information such as which direction the rotating mirror is rotating from the difference in light intensity detected by the light receiving unit.
また、本発明の光走査装置において、前記回動ミラーを支持し、延伸方向を共振軸として前記回動ミラーを共振回動させるトーションバーを有し、前記孔部は、前記共振軸に対して対称な位置に２ｎ（ｎは自然数）個設けられていることが好ましい。 Further, the optical scanning apparatus of the present invention has a torsion bar that supports the rotating mirror and resonates and rotates the rotating mirror with the stretching direction as the resonance axis, and the hole portion is provided with respect to the resonance axis. It is preferable that 2n (n is a natural number) are provided at symmetrical positions.
この構成によれば、受光部は、回動ミラーが共振振動したとき、２ｎ個の孔部に入射する光ビームを検出する。これにより、回動ミラーの共振の動作を精度良く検出することができる。 According to this configuration, the light receiving unit detects light beams incident on the 2n holes when the rotating mirror resonates and vibrates. As a result, the resonance operation of the rotating mirror can be detected with high accuracy.
また、本発明の光走査装置において、前記孔部のうち、前記共振軸に対して互いに対称な位置にある孔部は、それぞれの孔の大きさが異なっていることが好ましい。 Further, in the optical scanning apparatus of the present invention, among the holes, it is preferable that the holes located at positions symmetrical with respect to the resonance axis have different hole sizes.
共振軸に対して互いに対称な位置にある孔部の大きさをそれぞれ異ならせた場合、大きな孔部と小さな孔部とで、光ビームの通過量が異なる。このため、受光部で検出される光強度の違いから回動ミラーがどちらの方向に回動しているか等の情報を取得することができる。 When the sizes of the holes symmetrical with respect to the resonance axis are different, the amount of light beam passing through is different between the large hole and the small hole. Therefore, it is possible to acquire information such as which direction the rotating mirror is rotating from the difference in light intensity detected by the light receiving unit.
本発明の光源装置は、前記光ビームを出射する光源と、前記回動ミラーの反射面側に配設され、前記光ビームが透過する窓部を有するカバー部と、を備えていることを特徴とする。 The light source device of the present invention is characterized by including a light source that emits the light beam and a cover portion that is arranged on the reflecting surface side of the rotating mirror and has a window portion through which the light beam passes. And.
本発明の光源装置では、光源から出射された光ビームがカバー部の窓部を透過した後、回動ミラーに入射する。この光ビームは、光偏向器の回動ミラー（中央部）で反射されるので、光を走査し、映像の投影等をすることができる。また、回動ミラーの外周領域には、光ビームが通過する孔部が設けられており、孔部を通過した光ビームが受光部で検出される。これにより、回動ミラーが安定動作しているかを検査することができる。 In the light source device of the present invention, the light beam emitted from the light source passes through the window portion of the cover portion and then enters the rotating mirror. Since this light beam is reflected by the rotating mirror (central portion) of the light deflector, it is possible to scan the light and project an image or the like. Further, a hole through which the light beam passes is provided in the outer peripheral region of the rotating mirror, and the light beam passing through the hole is detected by the light receiving portion. This makes it possible to inspect whether the rotating mirror is operating stably.
以下、本発明の光源装置の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the light source device of the present invention will be described.
図１は、実施形態の光源装置１の全体構成を示す図である。図示するように、光源装置１は、主にＬＤ（Laser Diode）２と、集光レンズ３と、光走査装置５と、光走査装置５の上面側を覆うリッド部６とで構成されている。ここでは、説明のため、光走査装置５の開封状態を示している。 FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of the light source device 1 of the embodiment. As shown in the figure, the light source device 1 is mainly composed of an LD (Laser Diode) 2, a condenser lens 3, an optical scanning device 5, and a lid portion 6 that covers the upper surface side of the optical scanning device 5. .. Here, for the sake of explanation, the opened state of the optical scanning device 5 is shown.
また、光走査装置５は、主に基板８と、基板８（台座８ａ）上に載置された光偏向器９で構成されている。 Further, the optical scanning device 5 is mainly composed of a substrate 8 and an optical deflector 9 mounted on the substrate 8 (pedestal 8a).
ＬＤ２（本発明の「光源」）は、ＩｎＧａＮ系やＧａＮ系の半導体から構成され、図示しない電源から所定の電圧を印加することにより、紫外から青紫色（波長４２０〜４９０ｎｍ）の光ビームを出力する。 The LD2 (“light source” of the present invention) is composed of an InGaN-based or GaN-based semiconductor, and outputs a bluish-purple (wavelength 420 to 490 nm) light beam from ultraviolet rays by applying a predetermined voltage from a power source (not shown). To do.
ＬＤ２（半値全角３０．６°）から出射された光ビームは、まず、集光レンズ３に入射する。集光レンズ３はコリメートレンズ（焦点距離１．９６ｍｍ、直径２．６ｍｍ、軸上厚１．５ｍｍ）であり、光ビームが入射すると、ほぼ平行な平行光に変更してリッド部６（光偏向器９）の方向に導光する。 The light beam emitted from the LD2 (half-width full-width 30.6 °) first enters the condenser lens 3. The condenser lens 3 is a collimating lens (focal length 1.96 mm, diameter 2.6 mm, axial thickness 1.5 mm), and when a light beam is incident, it changes to almost parallel parallel light and the lid portion 6 (light deflection). Guide light in the direction of vessel 9).
リッド部６（本発明の「カバー部」）は天板と枠体からなり、天板に窓板７（本発明の「窓部」、厚み０．７ｍｍ）が設けられている。封止状態の光走査装置５では、平行光となった光ビームが窓板７を通じて光走査装置５の内部に到達するようになっている。 The lid portion 6 (“cover portion” of the present invention) is composed of a top plate and a frame body, and a window plate 7 (“window portion” of the present invention, thickness 0.7 mm) is provided on the top plate. In the sealed optical scanning device 5, a light beam that has become parallel light reaches the inside of the optical scanning device 5 through the window plate 7.
リッド部６の材料は金属であり、例えば、窓板７の材料（ホウケイ酸ガラス等）と広い温度範囲で熱膨張係数が一致するコバール合金（Ｆｅ５４％、Ｎｉ２８％、Ｃｏ１８％）が使用される。これにより、窓板７との接合時に熱膨張率の違いから生じる応力を低減させることができる。 The material of the lid portion 6 is a metal, and for example, a Kovar alloy (Fe 54%, Ni 28%, Co 18%) having a thermal expansion coefficient that matches the material of the window plate 7 (borosilicate glass or the like) over a wide temperature range is used. .. As a result, it is possible to reduce the stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion at the time of joining with the window plate 7.
また、リッド部６の枠体は、上面側が僅かに傾斜している。このような構造にしている理由は、窓板７で反射された光が光偏向器９（回動ミラー１０）で反射された光に混じって外部に出射されないようにするためである。 Further, the upper surface side of the frame body of the lid portion 6 is slightly inclined. The reason for having such a structure is to prevent the light reflected by the window plate 7 from being mixed with the light reflected by the light deflector 9 (rotating mirror 10) and emitted to the outside.
窓板７の材料は薄く、不純物の少ない光学硬質ガラスである。窓板７が透明部材であることにより、ＬＤ２からリッド部６の内部へ入射する光ビームや、後述する光偏向器９（回動ミラー１０）で反射され、光走査装置５の外部へ出射される光の損失を小さくすることができる。例えば、光源装置１を車両用灯具として利用する場合、光偏向器９で反射された光が、車両前方の照射領域に配光パターンとして投影される。 The material of the window plate 7 is thin, optical hard glass with few impurities. Since the window plate 7 is a transparent member, the light beam incident on the inside of the lid portion 6 from the LD2 is reflected by the light deflector 9 (rotating mirror 10) described later, and is emitted to the outside of the light scanning device 5. The loss of light can be reduced. For example, when the light source device 1 is used as a vehicle lighting tool, the light reflected by the light deflector 9 is projected as a light distribution pattern on the irradiation region in front of the vehicle.
次に、基板８上の構成について説明すると、基板８には光偏向器９が載置され、光偏向器９の電極（電極パッド１５，１６）と接続する配線ピン２１，２２が設けられている。配線ピン２１，２２は端子形状を有し、基板８及び後述する台座８ａを貫通して形成された開口に設けられている。 Next, the configuration on the substrate 8 will be described. The optical deflector 9 is mounted on the substrate 8, and wiring pins 21 and 22 for connecting to the electrodes (electrode pads 15 and 16) of the optical deflector 9 are provided. There is. The wiring pins 21 and 22 have a terminal shape and are provided in an opening formed through the substrate 8 and the pedestal 8a described later.
また、配線ピン２１，２２は、他方の端が制御装置（図３参照）と接続されている。配線ピン２１，２２は、制御装置から送信される光偏向器９の駆動を制御するための電気信号を光偏向器９に送信する。 The other ends of the wiring pins 21 and 22 are connected to the control device (see FIG. 3). The wiring pins 21 and 22 transmit an electric signal for controlling the drive of the optical deflector 9 transmitted from the control device to the optical deflector 9.
なお、基板８の表面とリッド部６の下端の表面とは、抵抗溶接で接合される。具体的には、台座８ａの外側に予め突起を設けておき、リッド部６を基板８に載置して加圧したとき、突起部にて生じる抵抗熱により溶接する。 The surface of the substrate 8 and the surface of the lower end of the lid portion 6 are joined by resistance welding. Specifically, a protrusion is provided on the outside of the pedestal 8a in advance, and when the lid portion 6 is placed on the substrate 8 and pressurized, welding is performed by the resistance heat generated at the protrusion.
次に、図２を参照して、光偏向器９の詳細を説明する。 Next, the details of the light deflector 9 will be described with reference to FIG.
光偏向器９は、二次元的に傾倒可能な回動ミラー１０（直径１．６５ｍｍ、厚み０．０５ｍｍ）を備え、回動ミラー１０に入射した光の反射方向を自在に変えられるようになっている。本実施形態では、回動ミラー１０がＬＤ２から出射された光ビームを、光走査装置５の外側に設置した蛍光体スクリーン（図示省略）の方向に反射させ、蛍光体スクリーン上を走査させる。 The optical deflector 9 includes a rotating mirror 10 (diameter 1.65 mm, thickness 0.05 mm) that can be tilted two-dimensionally, and can freely change the direction of reflection of light incident on the rotating mirror 10. ing. In the present embodiment, the rotating mirror 10 reflects the light beam emitted from the LD2 in the direction of a phosphor screen (not shown) installed outside the optical scanning device 5 to scan on the phosphor screen.
光偏向器９は、固定枠１１ａ内に配置された回動ミラー１０、半環状圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂ、トーションバー１３ａ，１３ｂ、蛇腹型圧電アクチュエータ１４ａ，１４ｂ等で構成されている。 The optical deflector 9 is composed of a rotating mirror 10, semi-annular piezoelectric actuators 12a and 12b, torsion bars 13a and 13b, bellows-type piezoelectric actuators 14a and 14b and the like arranged in the fixed frame 11a.
また、制御装置（図３参照）は、電極パッド１５，１６から両アクチュエータに制御信号を送信する。制御信号により両アクチュエータが駆動し、これに伴ってトーションバー１３ａ，１３ｂがねじれることで、回動ミラー１０を回転させる。そして、ＬＤ２からリッド部６の内部に入射した光ビームは、回動ミラー１０の中央部（円領域Ｃ）で反射される。 Further, the control device (see FIG. 3) transmits a control signal from the electrode pads 15 and 16 to both actuators. Both actuators are driven by the control signal, and the torsion bars 13a and 13b are twisted accordingly to rotate the rotary mirror 10. Then, the light beam incident on the inside of the lid portion 6 from the LD 2 is reflected by the central portion (circular region C) of the rotating mirror 10.
回動ミラー１０は、初期状態において、中心Ｏを通り回動ミラー１０に垂直な法線をまっすぐ前方に向けている。また、回動ミラー１０は、Ｙ軸方向のトーションバー１３ａ，１３ｂに支持され、円形環状の可動枠１１ｂの中心に配設されている。回動ミラー１０の反射面はＡｕ、Ｐｔ、Ａｌ等の金属薄膜であり、例えば、スパッタ法や電子ビーム蒸着法により形成される。なお、回動ミラー１０の形状は円形に限られず、楕円形や矩形であってもよい。 In the initial state, the rotating mirror 10 passes through the center O and has a normal line perpendicular to the rotating mirror 10 directed straight forward. The rotating mirror 10 is supported by torsion bars 13a and 13b in the Y-axis direction, and is arranged at the center of a circular annular movable frame 11b. The reflective surface of the rotating mirror 10 is a metal thin film such as Au, Pt, Al, etc., and is formed by, for example, a sputtering method or an electron beam vapor deposition method. The shape of the rotating mirror 10 is not limited to a circle, but may be an ellipse or a rectangle.
トーションバー１３ａ，１３ｂは、それぞれ一端が回動ミラー１０、他端が半環状圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂと結合している。また、半環状圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂは、それぞれ可動枠１１ｂを介して蛇腹型圧電アクチュエータ１４ａ，１４ｂの一端と結合している。蛇腹型圧電アクチュエータ１４ａ，１４ｂの他端は、それぞれ固定枠１１ａと結合している。 The torsion bars 13a and 13b are coupled to a rotating mirror 10 at one end and a semi-annular piezoelectric actuator 12a and 12b at the other end, respectively. Further, the semi-annular piezoelectric actuators 12a and 12b are coupled to one end of the bellows type piezoelectric actuators 14a and 14b via a movable frame 11b, respectively. The other ends of the bellows type piezoelectric actuators 14a and 14b are respectively coupled to the fixed frame 11a.
半環状圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂは、回動ミラー１０を主走査方向の周り（Ｙ軸周り、共振軸周り）に回動させる（約±１０°の共振振動）。また、蛇腹型圧電アクチュエータ１４ａ，１４ｂは、回動ミラー１０を副走査方向の周り（Ｘ軸周り、非共振軸周り）に回動させる（約±３°の非共振振動）。 The semi-annular piezoelectric actuators 12a and 12b rotate the rotating mirror 10 around the main scanning direction (around the Y axis and around the resonance axis) (resonant vibration of about ± 10 °). Further, the bellows type piezoelectric actuators 14a and 14b rotate the rotation mirror 10 around the sub-scanning direction (around the X-axis and around the non-resonant axis) (non-resonant vibration of about ± 3 °).
また、図示するように、回動ミラー１０の外周領域（円領域Ｃの外側）には、孔部１０ａ（直径１〜３０μｍ）が開けられている。孔部１０ａは、回動ミラー１０の反射面に対して傾斜して設けられた貫通孔であり、回動ミラー１０の主走査方向（Ｘ軸上）に形成されている。孔部１０ａは、駆動時に回動ミラー１０の回動角を検出するために用いるが、少なくとも１つあればよい。 Further, as shown in the drawing, a hole 10a (diameter 1 to 30 μm) is formed in the outer peripheral region (outside the circular region C) of the rotary mirror 10. The hole portion 10a is a through hole provided so as to be inclined with respect to the reflecting surface of the rotating mirror 10, and is formed in the main scanning direction (on the X axis) of the rotating mirror 10. The hole portion 10a is used to detect the rotation angle of the rotation mirror 10 during driving, but at least one hole portion 10a may be used.
回動ミラー１０の裏面側には、受光センサ１８（本発明の「受光部」、１５．０ｍｍ角）が配設されており、孔部１０ａを通過した光ビームの強度を検出する。受光センサ１８は、例えば、受光面が分割された（又は分割されていない）フォトダイオードを採用することができる。 A light receiving sensor 18 (“light receiving portion” of the present invention, 15.0 mm square) is arranged on the back surface side of the rotating mirror 10 to detect the intensity of the light beam passing through the hole portion 10a. As the light receiving sensor 18, for example, a photodiode whose light receiving surface is divided (or not divided) can be adopted.
半環状圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂ及び蛇腹型圧電アクチュエータ１４ａ，１４ｂは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板上で成膜及びエッチング処理を行う半導体プロセスにより、チタン酸ジルコン酸鉛等からなるピエゾ圧電膜（ＰＺＴ）を下部電極及び上部電極で挟み込んだ構造となっている。下部電極、上部電極を介して圧電膜に電圧を印加することで、ＰＺＴを変形させるという仕組みである。 The semi-annular piezoelectric actuators 12a and 12b and the bellows-type piezoelectric actuators 14a and 14b are formed of a piezo piezoelectric film (PZT) made of lead zirconate titanate or the like by a semiconductor process in which a film is formed and etched on an SOI (Silicon On Insulator) substrate. ) Is sandwiched between the lower electrode and the upper electrode. The PZT is deformed by applying a voltage to the piezoelectric film via the lower electrode and the upper electrode.
また、固定枠１１ａの辺部表面には、電極パッド１５，１６（５個ずつ）が設けられている。電極パッド１５，１６は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）薄膜からなり、ワイヤにより後述する配線層に設けられた電極パッドにそれぞれ接続されている。これにより、光偏向器９の各アクチュエータを駆動させることができる。 Further, electrode pads 15 and 16 (five each) are provided on the side surface of the fixed frame 11a. The electrode pads 15 and 16 are made of, for example, an Al (aluminum) thin film, and are connected to electrode pads provided in a wiring layer described later by wires. As a result, each actuator of the optical deflector 9 can be driven.
次に、図３を参照して、光偏向器９を制御する制御装置１７のブロック図を説明する。 Next, a block diagram of the control device 17 that controls the optical deflector 9 will be described with reference to FIG.
制御装置１７は、ミラー制御部１７ａと、信号処理部１７ｂとで構成されている。ミラー制御部１７ａは、信号処理部１７ｂからの駆動信号に基づいて、回動ミラー１０が所望の回動角となるようにフィードバック制御する。具体的には、上述の各圧電アクチュエータに印加する電圧を制御する。 The control device 17 includes a mirror control unit 17a and a signal processing unit 17b. The mirror control unit 17a feedback-controls the rotation mirror 10 so that the rotation mirror 10 has a desired rotation angle based on the drive signal from the signal processing unit 17b. Specifically, the voltage applied to each of the above-mentioned piezoelectric actuators is controlled.
また、信号処理部１７ｂは、受光センサ１８からの入力信号（信号パルス）を解析して前記駆動信号を生成し、ミラー制御部１７ａに送信する。ここで、信号処理部１７ｂは、事前に検量しておいた回動ミラー１０の回動角と信号パルスの発生タイミングとの関係を用いて、今回取得した信号パルスの発生タイミングから回動ミラー１０の最大回動角を算出する。最大回動角の算出方法については、詳細を後述する。 Further, the signal processing unit 17b analyzes the input signal (signal pulse) from the light receiving sensor 18 to generate the drive signal, and transmits the drive signal to the mirror control unit 17a. Here, the signal processing unit 17b uses the relationship between the rotation angle of the rotation mirror 10 and the signal pulse generation timing, which have been calibrated in advance, from the signal pulse generation timing acquired this time to the rotation mirror 10 Calculate the maximum rotation angle of. The method of calculating the maximum rotation angle will be described in detail later.
次に、図４Ａを参照して、受光センサ１８の信号パルスから回動ミラー１０の最大回動角を算出する方法を説明する。なお、以下では、回動ミラー１０の主走査方向（Ｙ軸周り、Ｈ（垂直）駆動）の回動の例を示す。 Next, a method of calculating the maximum rotation angle of the rotation mirror 10 from the signal pulse of the light receiving sensor 18 will be described with reference to FIG. 4A. In the following, an example of rotation of the rotation mirror 10 in the main scanning direction (around the Y axis, driven by H (vertical)) will be shown.
回動ミラー１０の最大回動角（最大振幅）をＡ、回動ミラー１０の回動角をθ、角速度をω、時間をｔとしたとき、回動角θは時間に依存して変化するため、
θ＝Ａｓｉｎωｔ ・・・（式１）
の式で表せる。
When the maximum rotation angle (maximum amplitude) of the rotation mirror 10 is A, the rotation angle of the rotation mirror 10 is θ, the angular velocity is ω, and the time is t, the rotation angle θ changes depending on the time. For,
θ = Asinωt ・ ・ ・ (Equation 1)
Can be expressed by the formula of.
ここで、孔部１０ａの回動ミラー１０の反射面に対する傾斜角をθ１（図４Ｂ参照）、回動角θがθ１となるときの時間をｔθ１として、
Ａ＝θ１／ｓｉｎωｔθ１ ・・・（式２）
を得る。
Here, the inclination angle of the hole 10a with respect to the reflection surface of the rotation mirror 10 is θ1 (see FIG. 4B), and the time when the rotation angle θ is θ1 is t θ1 .
A = θ1 / sinωt θ1 ... (Equation 2)
To get.
また、図示するように、受光センサ１８で検出される光による信号パルス（破線）は、回動ミラー１０の回動角θが、孔部１０ａの傾斜角θ１と一致したとき光強度Ｉが最大となる。特に、本実施形態では、傾斜角θ１を回動ミラー１０の最大振幅Ａ未満の角度に設定しているので、最大振幅Ａとなる時刻を挟むように信号パルスが２つ発生する。 Further, as shown in the figure, the signal pulse (broken line) by the light detected by the light receiving sensor 18 has the maximum light intensity I when the rotation angle θ of the rotation mirror 10 coincides with the inclination angle θ1 of the hole portion 10a. It becomes. In particular, in the present embodiment, since the inclination angle θ1 is set to an angle smaller than the maximum amplitude A of the rotating mirror 10, two signal pulses are generated so as to sandwich the time when the maximum amplitude A is reached.
このとき、２つの信号パルスの幅をｔＷ、回動ミラー１０の回動の周期をＴとすると、
Ｔ／２＝２ｔθ１＋ｔＷ ・・・（式３）
の関係により、
ｔθ１＝｛（Ｔ／２）−ｔＷ｝／２ ・・・（式４）
を得る。
At this time, assuming that the widths of the two signal pulses are t W and the rotation cycle of the rotating mirror 10 is T.
T / 2 = 2t θ1 + t W ... (Equation 3)
Due to the relationship of
t θ1 = {(T / 2) -t W } / 2 ... (Equation 4)
To get.
このように、受光センサ１８で検出される光による２つの信号パルスから時間ｔθ１を算出することができる。制御装置１７（図３参照）は時間ｔｗを計測して最大振幅Ａを算出し、時間ｔＷが変化した場合には、元に戻すようにフィードバック制御する。また、最大振幅Ａが明らかに小さくなった場合には、ｔＷが減少した状態が続くため、回動ミラー１０の劣化と判断することもできる。 In this way, the time t θ1 can be calculated from the two signal pulses due to the light detected by the light receiving sensor 18. The control device 17 (see FIG. 3) measures the time t w to calculate the maximum amplitude A, and when the time t W changes, feedback control is performed so as to restore the time t w . Further, when the maximum amplitude A is clearly reduced, the t W continues to decrease, so that it can be determined that the rotating mirror 10 has deteriorated.
孔部１０ａの傾斜角θ１は、回動ミラー１０の反射面に対して１〜１５°が好ましい。また、回動ミラー１０の回動角（約±１０°の共振振動）を考慮すると、それより小さい傾斜角である３〜５°がさらに好ましい。 The inclination angle θ1 of the hole portion 10a is preferably 1 to 15 ° with respect to the reflecting surface of the rotating mirror 10. Further, considering the rotation angle of the rotation mirror 10 (resonant vibration of about ± 10 °), an inclination angle of 3 to 5 °, which is smaller than that, is more preferable.
なお、孔部１０ａは、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）-ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いたドライエッチング加工、クラスタビームエッチング加工、レーザ加工等により形成することができる。 The hole portion 10a can be formed by dry etching processing, cluster beam etching processing, laser processing, or the like using an ICP (Inductively Coupled Plasma) -RIE (Reactive Ion Etching) apparatus.
孔部１０ａは、回動ミラー１０の中心からできる限り離れた位置に設けることが好ましい。これにより、受光センサ１８で検出される光は光軸中心から離れた比較的弱い光となり、光の利用効率を高めることができる。孔部１０ａの上方から見た形状は円形や楕円形でもよいし、多角形でもよい。 It is preferable that the hole portion 10a is provided at a position as far as possible from the center of the rotating mirror 10. As a result, the light detected by the light receiving sensor 18 becomes relatively weak light away from the center of the optical axis, and the light utilization efficiency can be improved. The shape of the hole 10a seen from above may be circular, elliptical, or polygonal.
次に、図５、図６を参照して、光源装置１の詳細について説明する。 Next, the details of the light source device 1 will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
まず、図５に、光偏向器９の回動ミラー１０が回動していない状態、すなわち、静止状態の光源装置１の断面図を示す。ＬＤ２から出射された光ビームは、集光レンズ３で平行光に変換される。 First, FIG. 5 shows a cross-sectional view of the light source device 1 in a state in which the rotating mirror 10 of the optical deflector 9 is not rotating, that is, in a stationary state. The light beam emitted from the LD 2 is converted into parallel light by the condenser lens 3.
平行光となった光ビームは、映像用に用いられるメイン光Ｍとなる。なお、集光レンズ３と窓板７（外側）の距離は１０．３ｍｍとした。 The light beam that becomes parallel light becomes the main light M used for video. The distance between the condenser lens 3 and the window plate 7 (outside) was 10.3 mm.
メイン光Ｍは、リッド部６に設けられた窓板７を透過して、回動ミラー１０の中央部（図２の円領域Ｃ）に入射する。メイン光Ｍは、半値全角が３０．６°の光ビームの±１７．０°の光である。回動ミラー１０の中央部は、反射率が９９％以上あるため、回動ミラー１０の温度上昇には寄与しない。 The main light M passes through the window plate 7 provided in the lid portion 6 and is incident on the central portion (circular region C in FIG. 2) of the rotating mirror 10. The main light M is ± 17.0 ° light of a light beam having a half-width full angle of 30.6 °. Since the central portion of the rotating mirror 10 has a reflectance of 99% or more, it does not contribute to the temperature rise of the rotating mirror 10.
また、図５の左側に領域Ｒ１の拡大図を示す。図示するように、メイン光Ｍは孔部１０ａの内面を照射するが、回動ミラー１０の静止状態において、光ビームが孔部１０ａを完全に通過することはなく、受光センサ１８で光が検出されない。 An enlarged view of the region R1 is shown on the left side of FIG. As shown in the figure, the main light M irradiates the inner surface of the hole 10a, but the light beam does not completely pass through the hole 10a in the stationary state of the rotating mirror 10, and the light is detected by the light receiving sensor 18. Not done.
そして、孔部１０ａの内面を照射する光は比較的弱光であるため、回動ミラー１０が光ビームを吸収しても温度上昇にはつながらない。なお、窓板７（内側）と回動ミラー１０（反射面）の距離を１．４７７ｍｍとし、回動ミラー１０（裏面）と受光センサ１８の距離を０．５５ｍｍとした。 Since the light that irradiates the inner surface of the hole 10a is relatively weak, even if the rotating mirror 10 absorbs the light beam, it does not lead to an increase in temperature. The distance between the window plate 7 (inside) and the rotating mirror 10 (reflecting surface) was 1.477 mm, and the distance between the rotating mirror 10 (back surface) and the light receiving sensor 18 was 0.55 mm.
次に、図６に、光偏向器９の回動ミラー１０が回動した状態、すなわち、傾斜状態の光源装置１の断面図を示す。図示するように、回動ミラー１０が回動している状態では、メイン光Ｍが孔部１０ａを通過する。 Next, FIG. 6 shows a cross-sectional view of the light source device 1 in a state in which the rotation mirror 10 of the light deflector 9 is rotated, that is, in an inclined state. As shown in the figure, when the rotating mirror 10 is rotating, the main light M passes through the hole portion 10a.
また、図６の左側に領域Ｒ２の拡大図を示す。回動ミラー１０の回動角に応じて、受光センサ１８で検出される光強度が変化するため、回動ミラー１０が安定動作しているかを検査することができる。回動ミラー１０の回動角は最大で約±１０°であるが、±５°でも±３°でもよい。 An enlarged view of the region R2 is shown on the left side of FIG. Since the light intensity detected by the light receiving sensor 18 changes according to the rotation angle of the rotation mirror 10, it is possible to inspect whether the rotation mirror 10 is operating stably. The maximum rotation angle of the rotation mirror 10 is about ± 10 °, but it may be ± 5 ° or ± 3 °.
次に、図７Ａ、図７Ｂを参照して、回動ミラーの回動角（Ｈ駆動）の測定方法について説明する。 Next, a method of measuring the rotation angle (H drive) of the rotation mirror will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.
まず、図７Ａに、光偏向器９の回動ミラー１０の拡大図を示す。ここでは、回動ミラー１０をＨ軸（Ｙ軸）周りに周波数２１ｋＨｚ（周期４８μｓ）、最大回動角１５°で回動させる。 First, FIG. 7A shows an enlarged view of the rotating mirror 10 of the optical deflector 9. Here, the rotation mirror 10 is rotated around the H axis (Y axis) at a frequency of 21 kHz (period 48 μs) and a maximum rotation angle of 15 °.
光ビームは、紙面垂直方向から回動ミラー１０に入射する。例えば、孔部１０ａの傾斜角が回動ミラー１０の反射面に対して５°である場合、回動ミラー１０が５°傾斜したとき光ビームの通過量が最大となり、受光センサ１８での受光量（光強度Ｉ）が最大となる。 The light beam is incident on the rotating mirror 10 from the direction perpendicular to the paper surface. For example, when the inclination angle of the hole 10a is 5 ° with respect to the reflection surface of the rotating mirror 10, the amount of light beam passing through is maximized when the rotating mirror 10 is inclined by 5 °, and the light receiving sensor 18 receives light. The amount (light intensity I) is maximized.
図７Ｂは、回動ミラー１０の回動角θと受光センサ１８で検出される光強度Ｉの関係を示している。図示するように、回動角θの変位はサインカーブを描き、回動ミラー１０の回動角θが孔部１０ａの傾斜角（図中の「孔部の傾斜角」）と一致したとき、受光センサ１８で検出される光強度Ｉが最大となる。 FIG. 7B shows the relationship between the rotation angle θ of the rotation mirror 10 and the light intensity I detected by the light receiving sensor 18. As shown in the figure, when the displacement of the rotation angle θ draws a sine curve and the rotation angle θ of the rotation mirror 10 coincides with the inclination angle of the hole portion 10a (“inclination angle of the hole portion” in the figure), The light intensity I detected by the light receiving sensor 18 is maximized.
孔部１０ａの傾斜角は、回動ミラー１０の最大回動角（最大振幅Ａ）未満の角度（０°以上）とする。これにより、最大振幅Ａを挟むように信号パルスが２つ発生するので、その間隔である時間ｔＷを計測することができる。また、周期Ｔも分かっているため（Ｔ＝４８μｓ）、回動ミラー１０の最大振幅Ａを算出することができる。なお、光強度Ｉは、ＬＤ２の強度、孔部１０ａの大きさ、受光センサ１８の感度にも依存する。 The inclination angle of the hole portion 10a is set to an angle (0 ° or more) less than the maximum rotation angle (maximum amplitude A) of the rotation mirror 10. As a result, two signal pulses are generated so as to sandwich the maximum amplitude A, so that the time t W , which is the interval between the two signal pulses, can be measured. Further, since the period T is also known (T = 48 μs), the maximum amplitude A of the rotating mirror 10 can be calculated. The light intensity I also depends on the intensity of the LD2, the size of the hole 10a, and the sensitivity of the light receiving sensor 18.
次に、図８Ａ、図８Ｂを参照して、回動ミラーの回動角（Ｖ駆動）の測定方法について説明する。 Next, a method of measuring the rotation angle (V drive) of the rotation mirror will be described with reference to FIGS. 8A and 8B.
まず、図８Ａに、光偏向器９のＹ軸（共振軸）上に孔部２０ａが設けられた回動ミラー２０を示す。ここでは、回動ミラー１０をＸ軸（Ｖ軸）周りに周波数１２０Ｈｚ（周期８ｍｓ）、最大回動角４°で回動させる。 First, FIG. 8A shows a rotating mirror 20 in which a hole 20a is provided on the Y-axis (resonance axis) of the optical deflector 9. Here, the rotation mirror 10 is rotated around the X axis (V axis) at a frequency of 120 Hz (period 8 ms) and a maximum rotation angle of 4 °.
ここでも、紙面垂直方向から光ビームが回動ミラー２０に入射する。例えば、孔部２０ａの傾斜角が回動ミラー２０の反射面に対して５°である場合、回動ミラー２０が５°傾いたとき光ビームの通過量が最大となり、光強度Ｉが最大となる。 Here, too, the light beam is incident on the rotating mirror 20 from the direction perpendicular to the paper surface. For example, when the inclination angle of the hole 20a is 5 ° with respect to the reflection surface of the rotating mirror 20, when the rotating mirror 20 is tilted by 5 °, the amount of light beam passing through is maximized and the light intensity I is maximum. Become.
図８Ｂは、回動ミラー２０の回動角θと受光センサ１８で検出される光強度Ｉの関係を示している。図示するように、回動ミラー２０の回動角θが孔部２０ａの傾斜角（図中の「孔部の傾斜角」）と一致したとき、受光センサ１８で検出される光強度Ｉが最大となる。 FIG. 8B shows the relationship between the rotation angle θ of the rotation mirror 20 and the light intensity I detected by the light receiving sensor 18. As shown in the figure, when the rotation angle θ of the rotation mirror 20 matches the inclination angle of the hole 20a (“inclination angle of the hole” in the figure), the light intensity I detected by the light receiving sensor 18 is maximum. It becomes.
ここでも、孔部２０ａの傾斜角は、回動ミラー２０の最大回動角（最大振幅Ａ）未満の角度（０°以上）とする。これにより、最大振幅Ａを挟むように光強度Ｉの信号パルスが２つ発生するので、その間隔である時間ｔＷを計測することができる。 Here, too, the inclination angle of the hole portion 20a is set to an angle (0 ° or more) less than the maximum rotation angle (maximum amplitude A) of the rotation mirror 20. As a result, two signal pulses of light intensity I are generated so as to sandwich the maximum amplitude A, so that the time t W , which is the interval between them, can be measured.
具体的には、波形がノコギリ波であるため、回動ミラー２０が最大振幅（−Ａ）から最大振幅（＋Ａ）に回動する際に孔部の傾斜角と一致する時間ｔａと、回動ミラー２０が最大振幅（＋Ａ）から最大振幅（−Ａ）に回動する際に孔部の傾斜角と一致する時間ｔｂとの差（ｔｗ＝ｔｂ−ｔａ）から時間ｔＷが算出される。また、周期ＴＡも分かっているため（ＴＡ＝８ｍｓ）、回動ミラー２０の最大振幅Ａを算出することができる。 Specifically, since the waveform is a sawtooth wave, and time t a which rotates the mirror 20 coincides with the inclination angle of the hole when rotated to the maximum amplitude (+ A) from the maximum amplitude (-A), times Time t W from the difference (t w = t b − t a ) from the time t b that coincides with the inclination angle of the hole when the moving mirror 20 rotates from the maximum amplitude (+ A) to the maximum amplitude (−A). Is calculated. Moreover, since known also the period T A (T A = 8ms) , it is possible to calculate the maximum amplitude A of the rotating mirror 20.
次に、図９Ａ、図９Ｂを参照して、回動ミラー３０の回動角（Ｈ駆動）の測定方法（変更例１）について説明する。 Next, a method of measuring the rotation angle (H drive) of the rotation mirror 30 (modification example 1) will be described with reference to FIGS. 9A and 9B.
まず、図９Ａに、光偏向器９のＸ軸（非共振軸）上、かつＹ軸（共振軸）に対して対称な位置に孔部３０ａ，３０ｂが設けられた回動ミラー３０を示す。回動ミラー３０をＹ軸（Ｈ軸）周りに周波数２１ｋＨｚ（周期４８μｓ）、最大回動角１５°で回動させる。 First, FIG. 9A shows a rotating mirror 30 in which holes 30a and 30b are provided on the X-axis (non-resonant axis) of the optical deflector 9 and at positions symmetrical with respect to the Y-axis (resonant axis). The rotation mirror 30 is rotated around the Y axis (H axis) at a frequency of 21 kHz (period 48 μs) and a maximum rotation angle of 15 °.
ここでも、紙面垂直方向から光ビームが回動ミラー３０に入射する。例えば、孔部３０ａ，３０ｂの傾斜角が回動ミラー３０の反射面に対して５°である場合、回動ミラー３０が５°傾いたとき光ビームの通過量が最大となり、光強度Ｉが最大となる。 Here, too, the light beam is incident on the rotating mirror 30 from the direction perpendicular to the paper surface. For example, when the inclination angles of the holes 30a and 30b are 5 ° with respect to the reflecting surface of the rotating mirror 30, when the rotating mirror 30 is tilted by 5 °, the amount of light beam passing through is maximized and the light intensity I is increased. It becomes the maximum.
図９Ｂは、回動ミラー３０の回動角θと受光センサ１８で検出される光強度Ｉの関係を示している。図示するように、回動角θの変位はサインカーブを描き、回動ミラー３０の回動角θが孔部３０ａ，３０ｂの傾斜角（図中の「孔１の傾斜角」、「孔２の傾斜角」）と一致したとき、受光センサ１８で検出される光強度Ｉが最大となる。光強度Ｉの最大値は１つの孔部に対して２つあるため、周期ＴＢの期間に４つ生じ、孔１（孔部３０ａ）の信号パルス間の時間がｔＷ１、孔２（孔部３０ｂ）の信号パルス間の時間がｔＷ２となる。 FIG. 9B shows the relationship between the rotation angle θ of the rotation mirror 30 and the light intensity I detected by the light receiving sensor 18. As shown in the figure, the displacement of the rotation angle θ draws a sine curve, and the rotation angle θ of the rotation mirror 30 is the inclination angle of the holes 30a and 30b (“inclination angle of hole 1” and “hole 2” in the drawing. When it matches the inclination angle of "), the light intensity I detected by the light receiving sensor 18 becomes maximum. Because the maximum value of the light intensity I have a two to one hole, resulting four during the period T B, holes 1 time t W1 between signal pulses (hole 30a), the hole 2 (hole The time between the signal pulses of part 30b) is t W2 .
ここでも、孔部３０ａの傾斜角を回動ミラー３０の最大回動角（最大振幅Ａ）未満の角度（０°以上）とする。これにより、最大振幅Ａを挟むように光強度Ｉの信号パルスが２つ発生するので、時間ｔＷ１、時間ｔＷ２を計測することができる。また、周期ＴＢも分かっているため（ＴＢ＝４８μｓ）、それぞれの孔部から回動ミラー３０の最大振幅Ａを算出することができる。なお、得られた最大振幅Ａの平均値を算出すれば、最大振幅Ａの精度がより向上する。 Here, too, the inclination angle of the hole portion 30a is set to an angle (0 ° or more) less than the maximum rotation angle (maximum amplitude A) of the rotation mirror 30. As a result, two signal pulses of light intensity I are generated so as to sandwich the maximum amplitude A, so that the time t W1 and the time t W2 can be measured. Moreover, since known also the period T B (T B = 48μs) , it is possible to calculate the maximum amplitude A of the rotary mirror 30 from the respective hole. If the average value of the obtained maximum amplitude A is calculated, the accuracy of the maximum amplitude A is further improved.
孔部を、Ｙ軸（共振軸）に対称な位置にそれぞれｎ個（ｎは自然数）、合計２ｎ個設けてもよい。２ｎ個の孔部に入射する光ビームの光強度を利用することで、最大振幅Ａをさらに精度良く検出することができる。 N holes (n is a natural number) may be provided at positions symmetrical to the Y axis (resonance axis), for a total of 2 n holes. By utilizing the light intensity of the light beam incident on the 2n holes, the maximum amplitude A can be detected more accurately.
次に、図１０Ａ、図１０Ｂを参照して、回動ミラー４０の回動角（Ｈ駆動）の測定方法（変更例２）について説明する。 Next, a method of measuring the rotation angle (H drive) of the rotation mirror 40 (modification example 2) will be described with reference to FIGS. 10A and 10B.
まず、図１０Ａに、光偏向器９のＸ軸上（非共振軸）上、かつＹ軸（共振軸）に対して対称な位置に孔部４０ａ，４０ｂが設けられた回動ミラー４０を示す。図示するように、孔部４０ａは、孔部４０ｂの約２倍の大きさを有している。回動ミラー４０をＹ軸（Ｈ軸）周りに周波数２１ｋＨｚ（周期４８μｓ）、最大回動角１５°で回動させる。 First, FIG. 10A shows a rotating mirror 40 in which holes 40a and 40b are provided on the X-axis (non-resonant axis) of the optical deflector 9 and at positions symmetrical with respect to the Y-axis (resonant axis). .. As shown in the figure, the hole 40a has about twice the size of the hole 40b. The rotation mirror 40 is rotated around the Y axis (H axis) at a frequency of 21 kHz (period 48 μs) and a maximum rotation angle of 15 °.
ここでも、紙面垂直方向から光ビームが回動ミラー４０に入射する。例えば、孔部４０ａ，４０ｂの傾斜角が回動ミラー４０の反射面に対して５°である場合、回動ミラー４０が５°傾いたとき光ビームの通過量が最大となり、光強度Ｉが最大となる。 Here, too, the light beam is incident on the rotating mirror 40 from the direction perpendicular to the paper surface. For example, when the inclination angles of the holes 40a and 40b are 5 ° with respect to the reflecting surface of the rotating mirror 40, when the rotating mirror 40 is tilted by 5 °, the amount of light beam passing through is maximized and the light intensity I becomes high. It becomes the maximum.
図１０Ｂは、回動ミラー４０の回動角θと受光センサ１８で検出される透過光強度の関係を示している。図示するように、回動角θの変位はサインカーブを描き、回動ミラー４０の回動角θが孔部４０ａ，４０ｂの傾斜角（図中の「孔３の傾斜角」、「孔４の傾斜角」）と一致したとき、受光センサ１８で検出される透過光強度が最大となる。光強度Ｉの最大値は、１つの孔部に対して２つあるため、周期ＴＣの期間に４つ生じ、孔３（孔部４０ａ）のパルス信号間の時間がｔＷ３、孔２（孔部４０ｂ）のパルス信号間の時間がｔＷ４となる。 FIG. 10B shows the relationship between the rotation angle θ of the rotation mirror 40 and the transmitted light intensity detected by the light receiving sensor 18. As shown in the figure, the displacement of the rotation angle θ draws a sine curve, and the rotation angle θ of the rotation mirror 40 is the inclination angle of the holes 40a and 40b (“inclination angle of hole 3” and “hole 4” in the drawing. When it matches the inclination angle of "), the transmitted light intensity detected by the light receiving sensor 18 becomes maximum. Maximum value of the light intensity I, two is because for one of the holes, resulting four during the period T C, the hole 3 times t W3 between the pulse signal (hole 40a), the hole 2 ( The time between the pulse signals of the hole 40b) is t W4 .
ここでも、孔部４０ａの傾斜角を回動ミラー４０の最大回動角（最大振幅Ａ）未満の角度（０°以上）とする。これにより、最大回動角（最大振幅Ａ）を挟むように、光強度Ｉの信号パルスが２つ発生するので、時間ｔＷ３、時間ｔＷ４を、それぞれ光強度Ｉの異なる信号パルスにより、同様に計測することができる。さらに、光強度Ｉの違いから回動ミラー４０がどちらの方向に回動しているか等の情報を取得することができる。また、周期ＴＣも分かっているため（ＴＣ＝４８μｓ）、それぞれの孔部から回動ミラー４０の最大振幅Ａを算出することができる。これにより、孔部のサイズが同じ場合よりも、信号を区別し易くなる。 Here, too, the inclination angle of the hole portion 40a is set to an angle (0 ° or more) less than the maximum rotation angle (maximum amplitude A) of the rotation mirror 40. As a result, two signal pulses of light intensity I are generated so as to sandwich the maximum rotation angle (maximum amplitude A). Therefore, the time t W3 and the time t W4 are similarly set by the signal pulses having different light intensities I. Can be measured. Further, it is possible to acquire information such as which direction the rotating mirror 40 is rotating from the difference in light intensity I. Moreover, since known also the period T C (T C = 48μs) , it is possible to calculate the maximum amplitude A of the rotary mirror 40 from the respective hole. This makes it easier to distinguish signals than if the holes had the same size.
次に、図１１Ａ、図１１Ｂを参照して、回動ミラーの検査処理を説明する。 Next, the inspection process of the rotating mirror will be described with reference to FIGS. 11A and 11B.
まず、図１１Ａに、光源装置１（光走査装置５）の電源投入時の検査処理のフローチャートを示す。 First, FIG. 11A shows a flowchart of the inspection process when the power of the light source device 1 (optical scanning device 5) is turned on.
電源投入してから、回動ミラーのＶ軸、Ｈ軸をそれぞれ駆動させる（ステップＳ０１）。これは、回動ミラー１０のテスト駆動であり、回動ミラー１０が駆動するか、経時劣化等によって回動角が小さくなっていないかを検査する。その後、ステップＳ０２に進む。 After the power is turned on, the V-axis and the H-axis of the rotating mirror are driven, respectively (step S01). This is a test drive of the rotating mirror 10, and inspects whether the rotating mirror 10 is driven and whether the rotation angle is reduced due to deterioration over time or the like. After that, the process proceeds to step S02.
ステップＳ０２では、ＬＤを駆動させる。これにより、ＬＤ２から光ビームが出射され、光ビームが駆動中の回動ミラー１０に照射されるようになる。その後、ステップＳ０３に進む。 In step S02, the LD is driven. As a result, a light beam is emitted from the LD2, and the light beam is applied to the rotating mirror 10 being driven. After that, the process proceeds to step S03.
ステップＳ０３では、信号パルスから回動ミラーの最大回動角を算出する。具体的には、図４で説明した算出方法で最大回動角（最大振幅Ａ）が算出される。その後、ステップＳ０４に進む。 In step S03, the maximum rotation angle of the rotation mirror is calculated from the signal pulse. Specifically, the maximum rotation angle (maximum amplitude A) is calculated by the calculation method described with reference to FIG. After that, the process proceeds to step S04.
ステップＳ０４では、圧電アクチュエータへの印加電圧を変更する。これにより、回動ミラー１０の最大回動角を修正する。その後、検査処理を終了し、光源装置１は通常動作に移行する。 In step S04, the voltage applied to the piezoelectric actuator is changed. As a result, the maximum rotation angle of the rotation mirror 10 is corrected. After that, the inspection process is completed, and the light source device 1 shifts to the normal operation.
次に、図１１Ｂに、光源装置１（光走査装置５）の通常動作中の検査処理のフローチャートを示す。 Next, FIG. 11B shows a flowchart of the inspection process during the normal operation of the light source device 1 (optical scanning device 5).
ここでは、定期的に信号パルスから回動ミラーの最大回動角を算出する（ステップＳ１１）。具体的には、図４で説明した算出方法で最大回動角が算出される。その後、ステップＳ１２に進む。 Here, the maximum rotation angle of the rotation mirror is periodically calculated from the signal pulse (step S11). Specifically, the maximum rotation angle is calculated by the calculation method described with reference to FIG. After that, the process proceeds to step S12.
ステップＳ１２では、圧電アクチュエータへの印加電圧を変更する。これにより、回動ミラー１０の最大回動角を修正する。その後、検査処理を終了し、光源装置１は通常動作に戻る。 In step S12, the voltage applied to the piezoelectric actuator is changed. As a result, the maximum rotation angle of the rotation mirror 10 is corrected. After that, the inspection process is completed, and the light source device 1 returns to the normal operation.
最後に、図１２を参照して、回動ミラーの孔部の変更例を説明する Finally, an example of changing the hole portion of the rotating mirror will be described with reference to FIG.
回動ミラーの反射面に対して傾斜した孔部を加工するには、特殊なエッチング加工が必要となる。このため、図１２（ａ）に示すような回動ミラー５０の両面側から垂直な孔部５０ａを開けて、階段状の貫通孔を形成してもよい。具体的には、孔の中心を少しずらして垂直孔を開ける。このような加工であれば、特殊なエッチング加工を用いず、容易に貫通孔を形成することができる。 A special etching process is required to process a hole that is inclined with respect to the reflecting surface of the rotating mirror. Therefore, a vertical hole 50a may be opened from both sides of the rotating mirror 50 as shown in FIG. 12A to form a stepped through hole. Specifically, a vertical hole is made by slightly shifting the center of the hole. With such processing, through holes can be easily formed without using special etching processing.
図１２（ａ）に示すように、回動ミラー５０は、静止状態において光ビームが孔部５０ａを透過しないように、垂直孔の外周同士が接触する位置関係が好ましい。 As shown in FIG. 12A, the rotating mirror 50 preferably has a positional relationship in which the outer circumferences of the vertical holes are in contact with each other so that the light beam does not pass through the hole portion 50a in a stationary state.
図１２（ｂ）に示すように、回動ミラー５０は、傾斜状態において光ビームが孔部５０ａを透過する。すなわち、回動ミラー５０は、回動ミラー１０に設けられた傾斜した孔部１０ａと同様の作用効果を有する。 As shown in FIG. 12B, in the rotating mirror 50, a light beam passes through the hole 50a in an inclined state. That is, the rotating mirror 50 has the same function and effect as the inclined hole portion 10a provided in the rotating mirror 10.
以上、本発明の実施形態に係る光源装置１、光走査装置５について説明したが、本発明は、これまで説明した実施形態に限られない。 Although the light source device 1 and the optical scanning device 5 according to the embodiment of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the embodiments described so far.
上述の図５の例では、集光レンズ３を通過した光ビームは、回動ミラー１０に対して垂直に入射したが、多少傾斜していてもよい。傾斜した入射の場合、孔部１０ａの傾斜角と回動ミラー１０の回動角が一致しないが、事前に検量しておくことで、上述の算出方法により最大振幅Ａを取得することができる。 In the example of FIG. 5 described above, the light beam that has passed through the condenser lens 3 is vertically incident on the rotating mirror 10, but may be slightly inclined. In the case of an inclined incident, the inclination angle of the hole 10a and the rotation angle of the rotation mirror 10 do not match, but the maximum amplitude A can be obtained by the above-mentioned calculation method by calibrating in advance.
上述の図９Ａ、図９Ｂの例では、２つの孔部を光偏向器９のＸ軸上に設けたが、Ｙ軸上に２つの孔部を設けてもよい。また、孔部を、Ｘ軸（非共振軸）に対称な位置にそれぞれｎ個（ｎは自然数）、合計２ｎ個設けてもよい。２ｎ個の孔部に入射する光ビームの光強度を利用することで、最大振幅Ａをさらに精度良く検出することができる。複数の孔部については、図１０Ａ、図１０Ｂの例のように、Ｘ軸に対して互いに対称な位置で孔部の大きさを変更してもよい。 In the examples of FIGS. 9A and 9B described above, the two holes are provided on the X-axis of the optical deflector 9, but the two holes may be provided on the Y-axis. Further, n holes (n is a natural number) may be provided at positions symmetrical to the X axis (non-resonant axis), for a total of 2 n holes. By utilizing the light intensity of the light beam incident on the 2n holes, the maximum amplitude A can be detected more accurately. For the plurality of holes, the size of the holes may be changed at positions symmetrical with respect to the X-axis as in the examples of FIGS. 10A and 10B.
本発明の光源装置１は、照明装置、プロジェクタの他、車両用の灯具（ヘッドライト）、距離測定装置等、様々な目的で利用することができる。 The light source device 1 of the present invention can be used for various purposes such as a lighting device, a projector, a lighting tool (headlight) for a vehicle, a distance measuring device, and the like.
１…光源装置、２…ＬＤ、３…集光レンズ、５…光走査装置、６…リッド部、７…窓板、８…基板、９…光偏向器、１０，２０，３０，４０，５０…回動ミラー、１０ａ，２０ａ，３０ａ,３０ｂ，４０ａ，４０ｂ，５０ａ…孔部、１１ａ…固定枠、１１ｂ…可動枠、１２ａ，１２ｂ…半環状圧電アクチュエータ、１３ａ，１３ｂ…トーションバー、１４ａ，１４ｂ…蛇腹型圧電アクチュエータ、１５，１６…電極パッド、１７・・・制御装置、１８…受光センサ、２１，２２…配線ピン。 1 ... Light source device, 2 ... LD, 3 ... Condensing lens, 5 ... Optical scanning device, 6 ... Lid section, 7 ... Window plate, 8 ... Substrate, 9 ... Light deflector, 10, 20, 30, 40, 50 ... Rotating mirror, 10a, 20a, 30a, 30b, 40a, 40b, 50a ... Hole, 11a ... Fixed frame, 11b ... Movable frame, 12a, 12b ... Semi-annular piezoelectric actuator, 13a, 13b ... Torsion bar, 14a, 14b ... Bellows-type piezoelectric actuator, 15, 16 ... Electrode pad, 17 ... Control device, 18 ... Light receiving sensor, 21, 22, ... Wiring pin.
Claims (8)
前記回動ミラーの反射面と反対側に配設され、前記回動ミラーの前記少なくとも１つの孔部を通過する光ビームを検出する受光部と、を備え、
前記孔部は、前記回動ミラーが最大回動角未満の所定の角度だけ回動したとき、前記受光部で検出される光強度が最大となるように設けられていることを特徴とする光走査装置。 An optical deflector having a rotating mirror that reflects a light beam and scans the light beam by rotation, and provided with at least one hole through which the light beam passes in an outer peripheral region of the rotating mirror.
A light receiving unit which is arranged on the side opposite to the reflecting surface of the rotating mirror and detects a light beam passing through the at least one hole of the rotating mirror is provided.
The hole portion is provided so that the light intensity detected by the light receiving portion is maximized when the rotating mirror is rotated by a predetermined angle less than the maximum rotation angle. Scanning device.
前記トーションバーに垂直な方向を非共振軸として前記回動ミラーを非共振回動させるアクチュエータと、を有し、
前記孔部は、前記非共振軸に対して対称な位置に２ｎ（ｎは自然数）個設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光走査装置。 A torsion bar that supports the rotating mirror and resonates the rotating mirror with the stretching direction as the resonance axis.
It has an actuator that non-resonantly rotates the rotating mirror with a direction perpendicular to the torsion bar as a non-resonant axis.
The optical scanning apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein 2n (n is a natural number) of the holes are provided at positions symmetrical with respect to the non-resonant axis.
前記孔部は、前記共振軸に対して対称な位置に２ｎ（ｎは自然数）個設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光走査装置。 It has a torsion bar that supports the rotating mirror and resonates and rotates the rotating mirror with the stretching direction as the resonance axis.
The optical scanning apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein 2n (n is a natural number) of holes are provided at positions symmetrical with respect to the resonance axis.
前記光ビームを出射する光源と、
前記回動ミラーの反射面側に配設され、前記光ビームが透過する窓部を有するカバー部と、を備えていることを特徴とする光源装置。 The optical scanning apparatus according to any one of claims 1 to 7.
A light source that emits the light beam and
A light source device that is disposed on the reflecting surface side of the rotating mirror and includes a cover portion having a window portion through which the light beam is transmitted.
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