JP2005337907A - Optical sensor and actuator using it - Google Patents

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哲夫 池亀
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical sensor which detects the two-dimensional moving position of a light beam extensively and with high precision. <P>SOLUTION: The optical sensor 38 comprises a light source 10 and a light receiving element 24 which receives a light beam from the light source 10 to detect the two dimensional moving position of an incident light beam on the basis of an output of the light receiving element 24. A light receiving area 30 of the light receiving element 24 is divided into a first area A and a second area B by a first division line 40 which is parallel to a first direction X. Either one of the first area A or the second area B is divided by a second division line 42 which is inclined with respect to the first division line 40. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば、光磁気ディスク、追記型ディスク、DVD等の光記録媒体に対して情報を記録および/または再生する情報記録再生装置に使用する対物レンズアクチュエータや、光通信用の光偏向機等の光学装置に使用するガルバノミラーや、リニアステージ等に使用する移動ステージ等、の可動部の位置および/または傾き等を検出するのに好適な光センサおよびそれを用いたアクチュエータに関するものである。   The present invention relates to an objective lens actuator used in an information recording / reproducing apparatus for recording and / or reproducing information with respect to an optical recording medium such as a magneto-optical disc, a write-once disc, and a DVD, and an optical deflector for optical communication. The present invention relates to an optical sensor suitable for detecting the position and / or inclination of a movable part, such as a galvano mirror used in an optical device, a moving stage used in a linear stage, etc., and an actuator using the same. .

情報記録再生装置等の対物レンズをフォーカス方向および/またはトラッキング方向に駆動する対物レンズアクチュエータや、ミラーを傾けて反射光を偏向制御するガルバノミラーや、移動ステージ等においては、可動部の位置や傾きを検出したり、あるいは可動部の駆動を制御したりするためにセンサが用いられており、そのセンサとして、高精度で非接触である光センサが多用されている。   In an objective lens actuator that drives an objective lens such as an information recording / reproducing device in the focus direction and / or tracking direction, a galvano mirror that tilts the mirror to control deflection of reflected light, a moving stage, etc., the position and tilt of the movable part A sensor is used to detect the light or to control the driving of the movable part, and a highly accurate and non-contact optical sensor is often used as the sensor.

その従来の光センサを用いたアクチュエータとしては、例えば、図19に示すようなチルトセンサ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   As an actuator using the conventional optical sensor, for example, a tilt sensor device as shown in FIG. 19 is known (see, for example, Patent Document 1).

このチルトセンサ装置は、光ディスク101をターンテーブル102に載置してスピンドルモータ103により回転させながら、記録または再生用のレーザビームを対物レンズ105により、光ディスク101の上側基板101aと下側基板101bとの間の信号面101cに集光して情報の記録または再生を行う光ピックアップにおいて、対物レンズ105の光軸に対する記録面101cの傾きを検出して、対物レンズ105の光軸の向きを調整するものである。   In this tilt sensor device, an optical disk 101 is placed on a turntable 102 and rotated by a spindle motor 103, and a laser beam for recording or reproduction is transmitted between an upper substrate 101a and a lower substrate 101b of the optical disk 101 by an objective lens 105. In an optical pickup that records or reproduces information by focusing on the signal surface 101c, the inclination of the recording surface 101c with respect to the optical axis of the objective lens 105 is detected and the direction of the optical axis of the objective lens 105 is adjusted. Is.

図19において、メインレーザ発光ダイオード111から出射された波長405nmの記録または再生用のメインレーザビームMLは、コリメータレンズ112により平行光にされた後、ハーフミラー113を透過し、さらにダイクロイックミラー114を透過して立ち上げミラー115で反射されて対物レンズ105により光ディスク101の記録面101cに集光される。   In FIG. 19, a main laser beam ML for recording or reproduction having a wavelength of 405 nm emitted from the main laser light emitting diode 111 is collimated by the collimator lens 112, then passes through the half mirror 113, and further passes through the dichroic mirror 114. The light is transmitted, reflected by the rising mirror 115, and condensed on the recording surface 101 c of the optical disk 101 by the objective lens 105.

対物レンズ105は、図示しないフォーカスアクチュエータ等によりフォーカス方向に駆動可能になっていると共に、チルトアクチュエータ120より光ディスク101のラジアル方向およびタンジェンシャル方向における光軸の傾きを調整するように駆動可能になっている。   The objective lens 105 can be driven in the focus direction by a focus actuator or the like (not shown), and can be driven by the tilt actuator 120 so as to adjust the inclination of the optical axis in the radial direction and the tangential direction of the optical disc 101. Yes.

光ディスク101の記録面101cで反射される戻りメインレーザビームML′は、対物レンズ105を経て立ち上げミラー115で反射された後、ダイクロイックミラー114を透過し、さらにハーフミラー113で反射されて集光レンズ121により分割フォトディテクタ122上に集光され、その出力に基づいてRF信号やフォーカスエラー信号等が検出される。   The return main laser beam ML ′ reflected by the recording surface 101 c of the optical disk 101 is reflected by the rising mirror 115 through the objective lens 105, then passes through the dichroic mirror 114, and is further reflected by the half mirror 113 to be condensed. The light is condensed on the divided photodetector 122 by the lens 121, and an RF signal, a focus error signal, and the like are detected based on the output.

一方、サブレーザ発光ダイオード125から出射された波長650nmのサブレーザビームSLは、コリメータレンズ126で平行光にされて、ハーフミラー127で反射された後、ダイクロイックミラー114で反射され、さらに立ち上げミラー115で反射されて対物レンズ105により光ディスク101の記録面101cにデフォーカス状態で集光される。   On the other hand, the sub laser beam SL having a wavelength of 650 nm emitted from the sub laser light emitting diode 125 is converted into parallel light by the collimator lens 126, reflected by the half mirror 127, reflected by the dichroic mirror 114, and further raised by the rising mirror 115. And is focused on the recording surface 101c of the optical disc 101 in a defocused state by the objective lens 105.

光ディスク101の記録面101cで反射される戻りサブレーザビームSL′は、対物レンズ105を経て立ち上げミラー115で反射された後、ダイクロイックミラー114で反射され、さらにハーフミラー126を透過して集光レンズ128により4分割フォトディテクタ129上に集光され、その出力に基づいて光ディスク傾き検出信号作成部130により、対物レンズ105の光軸に対する記録面101cのラジアル方向およびタンジェンシャル方向における傾きが検出され、それらの傾き信号に基づいてチルト制御部131によりチルトアクチュエータ120を介して対物レンズ105が駆動されて、光ディスク101のラジアル方向およびタンジェンシャル方向における対物レンズ105の光軸の傾きが調整されるようになっている。   The return sub-laser beam SL ′ reflected by the recording surface 101 c of the optical disk 101 is reflected by the rising mirror 115 through the objective lens 105, then reflected by the dichroic mirror 114, and further transmitted through the half mirror 126 and condensed. The light is condensed on the quadrant photodetector 129 by the lens 128, and based on the output, the optical disc tilt detection signal generator 130 detects the tilt in the radial direction and the tangential direction of the recording surface 101c with respect to the optical axis of the objective lens 105, Based on those tilt signals, the tilt control unit 131 drives the objective lens 105 via the tilt actuator 120 so that the tilt of the optical axis of the objective lens 105 in the radial direction and the tangential direction of the optical disc 101 is adjusted. Become That.

また、従来の光センサを用いたアクチュエータとして、例えば、図20に示すような位置検出器も知られている(例えば、特許文献2参照)。   As an actuator using a conventional optical sensor, for example, a position detector as shown in FIG. 20 is also known (see, for example, Patent Document 2).

この位置検出器は、光ピックアップ装置における対物レンズのトラッキング方向Trの位置を検出するもので、対物レンズ(図示せず)はフォーカスバネ141を介してフォーカス方向Foに変位可能に回動板142に支持されており、回動板142は回動軸143によりトラッキング方向Trに変位可能にアクチュエータベース(図示せず)に支持されている。   This position detector detects the position of the objective lens in the tracking direction Tr in the optical pickup device, and the objective lens (not shown) is displaceable in the focus direction Fo via the focus spring 141 on the rotating plate 142. The rotating plate 142 is supported by an actuator base (not shown) so as to be displaceable in the tracking direction Tr by a rotating shaft 143.

また、回動板142には発光素子144が取り付けられており、この発光素子144からの出射光145を受光するようにアクチュエータベースに受光素子146が取り付けられている。受光素子146は、発光素子144の出射光145の光軸がトラッキングにより移動する方向147に対して傾斜した分割線148で2分割された受光部149a,149bを有しており、これら受光部149a,149bの出力差に基づいて対物レンズのトラッキング方向Trの位置を検出するようにしている。
特開2002−334464号公報 特開平5−210863号公報
A light emitting element 144 is attached to the rotating plate 142, and a light receiving element 146 is attached to the actuator base so as to receive the emitted light 145 from the light emitting element 144. The light receiving element 146 includes light receiving portions 149a and 149b divided by a dividing line 148 inclined with respect to the direction 147 in which the optical axis of the emitted light 145 of the light emitting element 144 moves by tracking, and these light receiving portions 149a. , 149b based on the output difference, the position of the objective lens in the tracking direction Tr is detected.
JP 2002-334464 A Japanese Patent Laid-Open No. 5-210863

しかしながら、上記特許文献1に開示のチルトセンサ装置にあっては、対物レンズ105の光軸に対する記録面101cのラジアル方向およびタンジェンシャル方向における2方向の傾きは検出できても、その検出範囲が最大でも4分割フォトディテクタ129の受光面上における戻りサブレーザビームSL′の直径までとなる。   However, in the tilt sensor device disclosed in Patent Document 1, the detection range is maximum even though the tilt in the radial direction and the tangential direction of the recording surface 101c with respect to the optical axis of the objective lens 105 can be detected. However, the diameter is up to the diameter of the return sub-laser beam SL ′ on the light receiving surface of the quadrant photodetector 129.

このため、4分割フォトディテクタ129の受光面上における戻りサブレーザビームSL′の直径を小さくすると、検出範囲が狭くなって、広範囲に亘って傾きを検出できなくなり、また、逆に戻りサブレーザビームSL′の直径を大きくすると、検出範囲は広くできても、4分割フォトディテクタ129が大きくなって、結果として光ピックアップが大型化するという問題がある。   For this reason, if the diameter of the return sub-laser beam SL ′ on the light receiving surface of the four-divided photodetector 129 is reduced, the detection range becomes narrow, and the inclination cannot be detected over a wide range. When the diameter of ′ is increased, there is a problem that even if the detection range can be widened, the quadrant photodetector 129 is increased, resulting in an increase in the size of the optical pickup.

また、上記特許文献2に開示の位置検出器にあっては、受光素子146の分割線148を、トラッキングによる出射光145の光軸の移動方向147に対して傾斜させているので、この分割線148を上記移動方向147に対して直交させる場合と比較して、トラッキングによって発光素子144からの出射光145が分割線148と交わる範囲が広くなり、広範囲に亘って対物レンズのトラッキング方向Trの位置を検出することが可能となる。   In the position detector disclosed in Patent Document 2, the dividing line 148 of the light receiving element 146 is inclined with respect to the moving direction 147 of the optical axis of the emitted light 145 by tracking. Compared with the case where 148 is orthogonal to the moving direction 147, the range in which the emitted light 145 from the light emitting element 144 intersects the dividing line 148 is widened by tracking, and the position of the objective lens in the tracking direction Tr is extended over a wide range. Can be detected.

しかしながら、この位置検出器は、受光素子146に入射する出射光145の一方向の移動位置しか検出できないため、2次元方向の位置を検出する場合には適用できないことになる。なお、入射光束の2次元方向の位置を検出するものとして、2次元PSD(位置検出素子)(例えば、浜松ホトニクス社製のS5990等)もあるが、この2次元PSDは1次元PSDに比べて受光面の位置検出の歪みが大きく、位置検出誤差が大きいため、高精度の位置検出は困難である。   However, since this position detector can detect only the moving position of the outgoing light 145 incident on the light receiving element 146 in one direction, it cannot be applied to the case of detecting the position in the two-dimensional direction. Note that there are two-dimensional PSDs (position detection elements) (for example, S5990 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) as a means for detecting the position of the incident light beam in the two-dimensional direction. This two-dimensional PSD is compared with the one-dimensional PSD. Since the position detection distortion of the light receiving surface is large and the position detection error is large, highly accurate position detection is difficult.

したがって、上述した事情に鑑みてなされた本発明の目的は、光ビームの2次元方向の移動位置を広範囲にかつ高精度で検出できる光センサおよびそれを用いたアクチュエータを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention made in view of the above circumstances is to provide an optical sensor capable of detecting a movement position of a light beam in a two-dimensional direction over a wide range and with high accuracy, and an actuator using the same.

上記目的を達成する請求項1に係る発明は、光源と、該光源からの光ビームを受光する受光素子とを有し、該受光素子の出力に基づいて入射する光ビームの2次元方向の移動位置を検出する光センサにおいて、
前記受光素子の受光領域は、第1の方向に平行な第1の分割線で分割された第1の領域および第2の領域を有し、前記第1の領域および前記第2の領域の少なくとも一方は前記第1の分割線に対して傾斜した第2の分割線で分割されていることを特徴とするものである。
The invention according to claim 1, which achieves the above object, includes a light source and a light receiving element that receives a light beam from the light source, and moves the incident light beam in a two-dimensional direction based on an output of the light receiving element. In the optical sensor that detects the position,
The light receiving region of the light receiving element includes a first region and a second region divided by a first dividing line parallel to a first direction, and at least of the first region and the second region One is divided by a second dividing line inclined with respect to the first dividing line.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の光センサにおいて、前記受光領域の出力に基づいて、前記第1の方向および該第1の方向に垂直な第2の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力することを特徴とするものである。   According to a second aspect of the present invention, in the optical sensor according to the first aspect, the position of the light beam in the first direction and a second direction perpendicular to the first direction based on the output of the light receiving region. It is characterized by outputting information related to.

請求項3に係る発明は、請求項2に記載の光センサにおいて、前記第2の分割線で分割された少なくとも2つの領域の出力差に基づいて前記第1の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力し、前記第1の領域と前記第2の領域との出力差に基づいて前記第2の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力することを特徴とするものである。   The invention according to claim 3 relates to the position of the light beam in the first direction based on an output difference between at least two regions divided by the second dividing line in the optical sensor according to claim 2. The information related to the position of the light beam in the second direction is output based on the output difference between the first region and the second region.

請求項4に係る発明は、光源と、該光源からの光ビームを受光する受光素子とを有し、該受光素子の出力に基づいて入射する光ビームの2次元方向の移動位置を検出する光センサにおいて、
前記受光素子の受光領域は、第1の方向に平行な2本の第1の分割線で分割された第1の領域、第2の領域および第3の領域を有すると共に、中央の前記第2の領域は、前記第1の分割線に対して傾斜した第2の分割線で分割されていることを特徴とするものである。
The invention according to claim 4 includes a light source and a light receiving element that receives a light beam from the light source, and detects the moving position of the incident light beam in a two-dimensional direction based on the output of the light receiving element. In the sensor
The light receiving area of the light receiving element includes a first area, a second area, and a third area divided by two first dividing lines parallel to the first direction, and the second area at the center. The region is divided by a second dividing line inclined with respect to the first dividing line.

請求項5に係る発明は、請求項4に記載の光センサにおいて、前記受光領域の出力に基づいて、前記第1の方向および該第1の方向に垂直な第2の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力することを特徴とするものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in the optical sensor according to the fourth aspect, the position of the light beam in the first direction and a second direction perpendicular to the first direction based on the output of the light receiving region. It is characterized by outputting information related to.

請求項6に係る発明は、請求項5に記載の光センサにおいて、前記第2の分割線で分割された前記第2の領域の少なくとも2つの領域の出力差に基づいて前記第1の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力し、前記第2の領域の両側に位置する前記第1の領域および前記第3の領域の出力差に基づいて前記第2の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力することを特徴とするものである。   According to a sixth aspect of the present invention, in the optical sensor according to the fifth aspect, in the first direction based on an output difference between at least two regions of the second region divided by the second dividing line. Outputs information related to the position of the light beam, and determines the position of the light beam in the second direction based on the output difference between the first area and the third area located on both sides of the second area. It is characterized by outputting related information.

請求項7に係る発明は、光源と、該光源からの光ビームを受光する受光素子とを有し、該受光素子の出力に基づいて入射する光ビームの2次元方向の移動位置を検出する光センサにおいて、
前記受光素子の受光領域は、第1の方向に平行な2本の第1の分割線で分割された第1の領域、第2の領域および第3の領域を有し、
前記第2の領域の両側に位置する前記第1の領域および前記第3の領域の出力に基づいて前記第1の方向とほぼ直交する第2の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力し、前記第2の領域の出力に基づいて前記第1の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力することを特徴とするものである。
The invention according to claim 7 is a light having a light source and a light receiving element that receives a light beam from the light source, and detecting a moving position in a two-dimensional direction of the incident light beam based on an output of the light receiving element. In the sensor
The light receiving region of the light receiving element includes a first region, a second region, and a third region divided by two first dividing lines parallel to the first direction,
Outputs information related to the position of the light beam in a second direction substantially orthogonal to the first direction based on the outputs of the first region and the third region located on both sides of the second region. Then, information related to the position of the light beam in the first direction is output based on the output of the second region.

請求項8に係る発明は、請求項7に記載の光センサにおいて、前記第2の領域は、位置検出素子からなることを特徴とするものである。   According to an eighth aspect of the present invention, in the optical sensor according to the seventh aspect, the second region includes a position detection element.

請求項9に係る発明は、請求項7または8に記載の光センサにおいて、前記第1の領域および前記第3の領域は、フォトダイオードからなることを特徴とするものである。   The invention according to claim 9 is the optical sensor according to claim 7 or 8, wherein the first region and the third region are formed of a photodiode.

請求項10に係る発明は、請求項2,3,5〜9のいずれか一項に記載の光センサにおいて、前記第1の方向における光ビームの位置検出範囲が、前記第2の方向における光ビームの位置検出範囲よりも大きいことを特徴とするものである。   The invention according to claim 10 is the optical sensor according to any one of claims 2, 3, 5 to 9, wherein the position detection range of the light beam in the first direction is light in the second direction. It is characterized by being larger than the position detection range of the beam.

請求項11に係る発明は、請求項2,3,5〜10のいずれか一項に記載の光センサにおいて、前記受光領域に入射する光ビームのスポットは、前記第1の方向よりも前記第2の方向が大きい形状であることを特徴とするものである。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the optical sensor according to any one of the second, third, and fifth to tenth aspects, the spot of the light beam incident on the light receiving region is the first direction than the first direction. The second direction is a large shape.

さらに、上記目的を達成する請求項12に係るアクチュエータの発明は、固定部に対して可動する可動部と、該可動部の位置および/または傾き量を検出する請求項1〜11のいずれか一項に記載の光センサとを有することを特徴とするものである。   Furthermore, the invention of an actuator according to a twelfth aspect that achieves the above object comprises a movable portion that is movable with respect to the fixed portion, and a position and / or an inclination amount of the movable portion. And an optical sensor described in the item.

請求項13に係る発明は、請求項12に記載のアクチュエータにおいて、前記可動部は、少なくとも光学素子を有することを特徴とするものである。   The invention according to claim 13 is the actuator according to claim 12, wherein the movable portion has at least an optical element.

請求項14に係る発明は、請求項13に記載のアクチュエータにおいて、前記光学素子は、ミラーであることを特徴とするものである。   The invention according to claim 14 is the actuator according to claim 13, wherein the optical element is a mirror.

請求項15に係る発明は、請求項13または14に記載のアクチュエータにおいて、前記光センサの一部が、前記可動部の重心に対して前記光学素子とは反対側において前記可動部に配置されていることを特徴とするものである。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in the actuator according to the thirteenth or fourteenth aspect, a part of the optical sensor is disposed on the movable portion on a side opposite to the optical element with respect to the center of gravity of the movable portion. It is characterized by being.

本発明によれば、光ビームの2次元方向の移動位置を広範囲にかつ高精度で検出できる光センサを提供できると共に、それを用いたアクチュエータを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to provide the optical sensor which can detect the movement position of the two-dimensional direction of a light beam in a wide range and with high precision, an actuator using it can be provided.

以下、本発明の実施の形態について、図1乃至図18を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

(第1実施の形態)
図1乃至図13は本発明の第1実施の形態を示すものである。本実施の形態は、2次元のレーザスキャナに用いられるアクチュエータとしてのガルバノミラー1を示すもので、図1はガルバノミラー1をミラー3の正面斜め上方から見た斜視図、図2はガルバノミラー1を背面側から見た斜視図、図3はガルバノミラー1の全体の分解斜視図、図4は可動部2の分解斜視図、図5はガルバノミラー1をミラー3の回転中心Gを通るX−Z平面で切った断面斜視図、図6は同じく回転中心Gを通るY−Z平面で切った断面平面図、図7は図5に示す状態から可動部2がY軸回りに回転した状態を示す断面平面図、図8は駆動手段を示す斜視図、図9(A),(B)は同じく駆動手段を示す平面図、図10はLEDユニット9の分解斜視図、図11は光センサ38を示す図、図12は受光素子24の受光領域30の構成を示す図、図13(A),(B)は光センサ38によるX方向位置SxおよびY方向位置Syの検出特性を示す図である。
(First embodiment)
1 to 13 show a first embodiment of the present invention. The present embodiment shows a galvanometer mirror 1 as an actuator used in a two-dimensional laser scanner. FIG. 1 is a perspective view of the galvanometer mirror 1 seen from the front obliquely above the mirror 3, and FIG. 3 is an exploded perspective view of the entire galvano mirror 1, FIG. 4 is an exploded perspective view of the movable portion 2, and FIG. 5 is an X− view through the rotation center G of the mirror 3. FIG. 6 is a cross-sectional perspective view taken along the YZ plane that also passes through the center of rotation G, and FIG. 7 is a state in which the movable portion 2 is rotated about the Y axis from the state shown in FIG. FIG. 8 is a perspective view showing the driving means, FIGS. 9A and 9B are plan views showing the driving means, FIG. 10 is an exploded perspective view of the LED unit 9, and FIG. FIG. 12 shows a light receiving region of the light receiving element 24. Diagram illustrating the configuration of a 0, FIGS. 13 (A), (B) is a diagram showing the detection characteristics of the X-direction position Sx and the Y-direction position Sy by the light sensor 38.

本実施の形態のガルバノミラー1は、1つのミラー3を有しており、その表面には平面状の反射面3aを有している。図1に示すように、ミラー3は水平方向であるX軸の回りのθx方向と、それと直交する垂直方向であるY軸の回りであるθy方向との2方向に傾き可能に構成されており、X軸およびY軸は、傾きの回転中心Gを通っている。なお、反射面3aに垂直な方向をZ軸とする。   The galvanometer mirror 1 of the present embodiment has one mirror 3, and has a planar reflecting surface 3a on the surface thereof. As shown in FIG. 1, the mirror 3 is configured to be tiltable in two directions: a θx direction around the X axis that is the horizontal direction, and a θy direction that is around the Y axis that is perpendicular to the horizontal direction. The X axis and the Y axis pass through the rotation center G of inclination. The direction perpendicular to the reflecting surface 3a is taken as the Z axis.

このガルバノミラー1は、外部の光源であるレーザ31から出射されてコリメータレンズ32で平行光にされた光34を、反射面3aで反射させて、その反射光34aを平面状のスクリーン33に投射するもので、反射面3aをθx方向に傾けて反射光34aをスクリーン33上で上下方向であるY2方向に移動させ、反射面3aをθy方向に傾けて反射光34aをスクリーン33上で左右方向であるX2方向に移動させることにより、反射光34aを2方向に傾き制御して、スクリーン33上に投射される光を2方向に移動制御するものである。   The galvanometer mirror 1 reflects light 34 emitted from a laser 31, which is an external light source, and converted into parallel light by a collimator lens 32, by the reflecting surface 3 a, and projects the reflected light 34 a onto a flat screen 33. The reflective surface 3a is tilted in the θx direction to move the reflected light 34a in the Y2 direction, which is the vertical direction on the screen 33, and the reflective surface 3a is tilted in the θy direction to cause the reflected light 34a to move in the horizontal direction on the screen 33. The reflected light 34a is controlled to be tilted in two directions by moving in the X2 direction, and the light projected on the screen 33 is controlled to move in two directions.

先ず、ガルバノミラー1の構成について、ほぼ組み立て順に従って説明する。   First, the configuration of the galvanometer mirror 1 will be described in the order of assembly.

ミラー3を保持するホルダ4は、高剛性で軽量化を図るため、マグネシウムダイキャスト製とされ、そのY方向両側には、ほぼX−Z面に平行なコイル固定面4bが形成されており、そのコイル固定面4bに四角い枠状に巻回されたELコイル7が、その内側を突起4cで位置決めされて接着固定される。また、ELコイル7上には、扇型の中心部をカットしたような形状に巻回されたAZコイル8が、その内側を突起4dで位置決めされて接着固定される。   The holder 4 for holding the mirror 3 is made of magnesium die cast in order to reduce the rigidity and weight, and coil fixing surfaces 4b substantially parallel to the XZ plane are formed on both sides in the Y direction. The EL coil 7 wound in the shape of a square frame on the coil fixing surface 4b is positioned and bonded and fixed inside by the projection 4c. On the EL coil 7, an AZ coil 8 wound in a shape in which a fan-shaped central portion is cut is positioned and bonded and fixed inside by the projection 4d.

ホルダ4には、Z(−)方向の中心部にピボット取り付け部4eが形成されており、このピボット取り付け部4eにピボット6の一端が接着固定される。ピボット6には、その中央部にほぼ鼓型の屈曲部6aが形成されていると共に、中心にはバネ用のステンレス製のワイヤ13が、両端をピボット6から突出して設けられ、そのZ(+)方向の一端13aが、ピボット6をピボット取り付け部4eに接着固定する際に、ホルダ4の穴4fに挿入されて接着される。このピボット6は、熱硬化型のシリコンゴムにより金型を用いて成型され、その成型の際にピボット6の中心に屈曲部6aの直径に対しほぼ1/10の直径のワイヤ13がインサート成型される。本実施の形態では、ピボット6の屈曲部6aの直径が1mmとなっており、ワイヤ13の直径は0.1mmとなっている。   The holder 4 is formed with a pivot mounting portion 4e at the center in the Z (−) direction, and one end of the pivot 6 is bonded and fixed to the pivot mounting portion 4e. The pivot 6 has a substantially drum-shaped bent portion 6a formed at the center thereof, and a stainless steel wire 13 for springs is provided at the center so as to protrude from the pivot 6 at its center. ) Direction one end 13a is inserted into the hole 4f of the holder 4 and bonded when the pivot 6 is bonded and fixed to the pivot mounting portion 4e. The pivot 6 is molded by thermosetting silicone rubber using a mold, and at the time of molding, a wire 13 having a diameter of approximately 1/10 of the diameter of the bent portion 6a is insert-molded at the center of the pivot 6. The In the present embodiment, the diameter of the bent portion 6a of the pivot 6 is 1 mm, and the diameter of the wire 13 is 0.1 mm.

ミラー3は、シリコンウェハの表面に反射面3aを構成する金または誘電多層膜の反射コートが施された後、長方形にカットされて形成され、ホルダ4のZ(+)側に形成された貼り付け面4aにシリコン系の接着剤にて接着固定される。   The mirror 3 is formed by applying a reflective coating of gold or a dielectric multilayer film constituting the reflective surface 3a on the surface of the silicon wafer, and then cutting it into a rectangular shape and attaching it to the Z (+) side of the holder 4 It is bonded and fixed to the attachment surface 4a with a silicon-based adhesive.

ホルダ4には、Z(−)方向の中央部にフレキ取り付け部4gが形成されており、このフレキ取り付け部4gにフレキシブル基板5の中央部に位置する四角い枠状の取り付け部5aが接着される。取り付け部5aには、図示しないハンダ付けランドが設けられており、そのハンダ付けランドに合計2個のELコイル7および合計4個のAZコイル8の端末がハンダ付けされる。フレキシブル基板5には、その両側に2個の固定部5cが形成されており、これら取り付け部5aと固定部5cとは、図4に示すような屈曲した形状の変形可能な4本の連結部5bで連結される。   The holder 4 is formed with a flexible attachment portion 4g at the central portion in the Z (−) direction, and a rectangular frame-shaped attachment portion 5a located at the central portion of the flexible substrate 5 is bonded to the flexible attachment portion 4g. . The mounting portion 5a is provided with a soldering land (not shown), and the terminals of a total of two EL coils 7 and a total of four AZ coils 8 are soldered to the soldering land. The flexible substrate 5 is formed with two fixing portions 5c on both sides thereof. The attachment portion 5a and the fixing portion 5c are four connecting portions having a bent shape as shown in FIG. Connected at 5b.

ホルダ4を支持する固定部であるベース21は、ホルダ4と同じマグネシウムダイキャスト製でほぼ四角い枠状に形成されている。ベース21には、そのY方向の両端内壁に鉄板からなる平板状のヨーク28が接着され、そのヨーク28の表面にマグネット27が接着される。   The base 21, which is a fixed portion that supports the holder 4, is made of the same magnesium die cast as the holder 4 and is formed in a substantially square frame shape. A flat yoke 28 made of an iron plate is bonded to the inner wall of both ends of the Y direction in the base 21, and a magnet 27 is bonded to the surface of the yoke 28.

マグネット27は、図3に示すように、その表面をZ方向に2分割して着磁されている。これらY方向に対向する2つのマグネット27は、異極面が向かい合い、かつ対応するAZコイル8と間隔を有して対向するように配置される。   As shown in FIG. 3, the magnet 27 is magnetized with its surface divided into two in the Z direction. The two magnets 27 that face each other in the Y direction are disposed so that the different polar surfaces face each other and face the corresponding AZ coil 8 with a gap.

ベース21には、その中央に、両側の壁を連結してバー21bが設けられ、このバー21bにホルダ4が組み付けられる。すなわち、ホルダ4のZ(−)方向に突出した4本の互いに離間したポスト4hの間にバー21bが位置するように、ホルダ4が組み付けられて、ピボット6のZ(−)方向の一端が、バー21bに形成したピボット取り付け部21cに接着固定され、その際にワイヤ13のZ(−)方向の一端13aも、バー21bに形成された穴21dに挿入されて接着される。また、フレキシブル基板5の固定部5cは、ベース21のフレキ固定部21eに接着固定される。   The base 21 is provided with a bar 21b at the center by connecting walls on both sides, and the holder 4 is assembled to the bar 21b. That is, the holder 4 is assembled so that the bar 21b is positioned between the four spaced apart posts 4h protruding in the Z (−) direction of the holder 4, and one end of the pivot 6 in the Z (−) direction is In this case, one end 13a in the Z (−) direction of the wire 13 is also inserted into and bonded to the hole 21d formed in the bar 21b. Further, the fixing portion 5 c of the flexible substrate 5 is bonded and fixed to the flexible fixing portion 21 e of the base 21.

ホルダ4の4本のポスト4hには、光センサ38を構成するLEDユニット9が保持される。LEDユニット9は、銅製のバランサ12を有しており、このバランサ12に4角がカットされた基板11が貼り付けられて、この基板11に光源である波長900nmの赤外の光ビームを出射するLED10がハンダ付けされる。また、バランサ12には、その中央部にLED10から放射される光ビームの断面形状を整形する絞り12aが形成されている。なお、絞り12aは、X方向に比べてY方向の寸法が2倍大きな楕円状となっている。また、基板11とフレキシブル基板5の取り付け部5aとは、図示しないリード線により電気的に接続される。   The LED unit 9 constituting the optical sensor 38 is held on the four posts 4 h of the holder 4. The LED unit 9 has a copper balancer 12, and a substrate 11 with four cut corners is attached to the balancer 12, and an infrared light beam having a wavelength of 900 nm, which is a light source, is emitted to the substrate 11. LED 10 to be soldered. In addition, the balancer 12 is formed with a stop 12a for shaping the cross-sectional shape of the light beam emitted from the LED 10 at the center thereof. The diaphragm 12a has an elliptical shape whose size in the Y direction is twice as large as that in the X direction. Moreover, the board | substrate 11 and the attaching part 5a of the flexible substrate 5 are electrically connected by the lead wire which is not shown in figure.

LEDユニット9は、バランサ12の四隅をホルダ4の4本のポスト4hに接着固定されて保持され、これによりベース21に設けたバー21bを、ホルダ4の4本のポスト4hとLEDユニット9とに囲まれた空間に隙間を持って位置される。   The LED unit 9 is held by adhering and fixing the four corners of the balancer 12 to the four posts 4 h of the holder 4, whereby the bar 21 b provided on the base 21 is connected to the four posts 4 h of the holder 4 and the LED unit 9. It is located with a gap in the space surrounded by.

上記のホルダ4、ミラー3、ELコイル7、AZコイル8、LEDユニット9、フレキシブル基板5の取り付け部5a、ピボット6の一端で可動部2が構成され、この可動部2がベース21に対して2方向に傾き移動される。   The holder 4, the mirror 3, the EL coil 7, the AZ coil 8, the LED unit 9, the attachment portion 5 a of the flexible substrate 5, and one end of the pivot 6 constitute the movable portion 2. Tilt is moved in two directions.

また、ベース21のZ(−)方向の面には、基板ユニット22が4本のビス35により固定される。基板ユニット22には基板23が設けられており、そのLEDユニット9と向かい合う面には、LEDユニット9とともに光センサ38を構成する受光素子24がハンダ付けされ、それと反対側の面には受光素子24のプリアンプやELコイル7、AZコイル8のドライブ回路、およびLED10のドライブ回路などの電気回路25と、コネクタ26とが配置される。また、基板23は、フレキシブル基板5の固定部5cと図示しないケーブルを介して電気的に接続される。なお、受光素子24は、その内部にシリコン基板上に分割された受光領域30を有するシリコンPINフォトダイオードをもって構成されている。   Further, the substrate unit 22 is fixed to the surface of the base 21 in the Z (−) direction by four screws 35. A substrate 23 is provided on the substrate unit 22, and a light receiving element 24 that constitutes a light sensor 38 together with the LED unit 9 is soldered to a surface facing the LED unit 9, and a light receiving element is disposed on the opposite surface thereof. Electrical circuits 25 such as 24 preamplifiers, drive circuits for the EL coil 7 and AZ coil 8, and drive circuits for the LEDs 10, and a connector 26 are arranged. The substrate 23 is electrically connected to the fixed portion 5c of the flexible substrate 5 via a cable (not shown). The light receiving element 24 includes a silicon PIN photodiode having a light receiving region 30 divided on a silicon substrate.

以下、可動部2について、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, the movable part 2 will be described in more detail.

上述したように、可動部2は、ピボット6および金属の細いワイヤ13により2方向に傾き可能にベース21に支持されている。ピボット6は、その中央部の屈曲部6aが鼓型で回転中心Gを中心にθx、θy方向に容易に傾き変形できるようになっており、ワイヤ13は、ピボット6の中心にインサートされている。また、可動部2の重心は、回転中心Gと一致させており、可動部2の慣性主軸は、X軸、Y軸に一致させてある。したがって、可動部2を傾き駆動したとき、不要な共振が発生しにくい構造となっている。   As described above, the movable portion 2 is supported by the base 21 so as to be tiltable in two directions by the pivot 6 and the thin metal wire 13. The pivot 6 has a bend 6a at the center of the pivot 6 so that it can be easily tilted and deformed in the θx and θy directions around the rotation center G, and the wire 13 is inserted in the center of the pivot 6. . The center of gravity of the movable part 2 is made to coincide with the rotation center G, and the inertia main axis of the movable part 2 is made to coincide with the X axis and the Y axis. Therefore, when the movable part 2 is driven to tilt, unnecessary resonance hardly occurs.

ここで、ピボット6の撓みのバネ定数は、断面二次モーメントとヤング率とに比例し、断面2次モーメントは、円形断面の半径の4乗に比例する。また、ピボット6が延在するZ方向のバネ定数は、ヤング率と断面積(円形断面の半径の2乗)とに比例する。本実施の形態では、ワイヤ13の直径を屈曲部6aの直径のほぼ1/10としているので、θx、θy方向のバネ定数の増加に比べて、Z方向の伸びのバネ定数を高くすることができる。したがって、可動部2がZ方向に振動する共振周波数を高くできるので、ガルバノミラー1に外部からZ方向の振動が加わった時の可動部2のZ方向振動量を小さくでき、安定した傾き制御特性を得ることができる。   Here, the spring constant of bending of the pivot 6 is proportional to the cross-sectional secondary moment and Young's modulus, and the cross-sectional secondary moment is proportional to the fourth power of the radius of the circular cross section. Further, the spring constant in the Z direction in which the pivot 6 extends is proportional to the Young's modulus and the cross-sectional area (the square of the radius of the circular cross section). In the present embodiment, since the diameter of the wire 13 is approximately 1/10 of the diameter of the bent portion 6a, the spring constant of elongation in the Z direction can be made higher than the increase of the spring constant in the θx and θy directions. it can. Accordingly, since the resonance frequency at which the movable part 2 vibrates in the Z direction can be increased, the amount of vibration in the Z direction of the movable part 2 when the vibration in the Z direction is applied to the galvano mirror 1 from the outside can be reduced, and stable tilt control characteristics can be achieved. Can be obtained.

マグネット27は、図8に示すようにZ方向に2分割された磁極面を有して、AZコイル8に間隔を有して対向配置されており、Y軸方向に対向する2つのマグネット27は異極面が向かい合うように配置されている。また、AZコイル8は、扇型の中心部をカットしたような形状に巻回されており、その斜めの2つの有効辺8aがマグネット27の2つの磁極にそれぞれ向かい合うように位置している。ELコイル7も、2つの有効辺7aがマグネット27の2つの磁極にそれぞれ向かい合うように位置している。   As shown in FIG. 8, the magnet 27 has a magnetic pole surface that is divided into two in the Z direction, and is disposed opposite to the AZ coil 8 with a gap therebetween. The two magnets 27 facing in the Y-axis direction are It is arranged so that different polar faces face each other. Further, the AZ coil 8 is wound in a shape in which a fan-shaped central portion is cut, and the two oblique effective sides 8 a thereof are positioned so as to face the two magnetic poles of the magnet 27, respectively. The EL coil 7 is also positioned so that the two effective sides 7 a face the two magnetic poles of the magnet 27.

合計4つのAZコイル8と2つのELコイル7には、ガルバノミラー1の外部の電源からコネクタ26、基板23、図示しないケーブル、フレキシブル基板5を経て、傾ける方向に応じて電流が供給される。例えば、図8に示すように、θx方向に可動部2を傾ける時には、2つのELコイル7の有効辺7aに力Fxが発生するように電流が供給される。また、θy方向に可動部2を傾ける時には、4つのAZコイル8の有効辺8aに力Fyが発生するように電流が供給される。上記のELコイル7、AZコイル8、マグネット27およびヨーク28により、可動部2を2方向に傾ける駆動手段が構成される。   A total of four AZ coils 8 and two EL coils 7 are supplied with current from the power supply outside the galvanomirror 1 through the connector 26, the substrate 23, a cable (not shown), and the flexible substrate 5 according to the tilting direction. For example, as shown in FIG. 8, when the movable part 2 is tilted in the θx direction, a current is supplied so that a force Fx is generated at the effective sides 7a of the two EL coils 7. Further, when the movable part 2 is tilted in the θy direction, a current is supplied so that a force Fy is generated at the effective sides 8a of the four AZ coils 8. The EL coil 7, the AZ coil 8, the magnet 27 and the yoke 28 constitute driving means for tilting the movable part 2 in two directions.

本実施の形態では、可動部2が傾く範囲を、θymaxで±20度、θxmaxで±5度とし、θxmaxに比べてθymaxを格段に大きくしている。   In the present embodiment, the range in which the movable part 2 tilts is ± 20 degrees in θymax and ± 5 degrees in θxmax, and θymax is remarkably larger than θxmax.

ここで、通常のガルバノミラーにおいては、駆動手段を可動部側と固定部側とに分けて、例えば可動部側にコイルを、固定部側にマグネットを配置してムービングコイル型としたり、逆に、可動部側にマグネットを、固定部側にコイルを配置してムービングマグネット型としたりしている。このため、コイルとマグネットとが干渉しないように、両者の間隔を大きくする必要があり、その結果、コイルに作用する磁界が低下して、可動部の駆動感度が低下すると共に、ガルバノミラーが大型化するという問題があった。   Here, in a normal galvanometer mirror, the driving means is divided into a movable part side and a fixed part side, for example, a coil is arranged on the movable part side and a magnet is arranged on the fixed part side, or a moving coil type is used. A moving magnet type is provided by arranging a magnet on the movable part side and a coil on the fixed part side. For this reason, it is necessary to increase the interval between the coil and the magnet so that they do not interfere with each other. As a result, the magnetic field acting on the coil decreases, the drive sensitivity of the movable part decreases, and the galvanometer mirror becomes large. There was a problem of becoming.

これに対して、本実施の形態では、可動部2の回転中心Gに対して、AZコイル8およびELコイル7を、2つの回転軸X軸、Y軸の一方の軸方向にのみ配置し、さらに傾き角度の大きな回転軸であるY軸の延在方向に離間して配置している。また、ELコイル7、AZコイル8、マグネット27は、いずれも扁平状とし、傾き角度の大きな回転軸であるY軸に垂直な平面であるX−Z平面にそれぞれ平行に配列している。したがって、可動部2が傾き角度の大きなY軸回りに傾いても、ELコイル7およびAZコイル8とマグネット27とのY軸方向の最小の間隔D(図6参照)は変わらないので、この間隔Dはθyの傾きのために広げる必要がない。また、ELコイル7およびAZコイル8が、マグネット27に対して平行な状態から非平行な状態になって、ELコイル7およびAZコイル8に発生する力が不均一になり、不要な共振を引き起こすこともない。   On the other hand, in the present embodiment, the AZ coil 8 and the EL coil 7 are arranged only in one axial direction of the two rotation axes X-axis and Y-axis with respect to the rotation center G of the movable portion 2. Further, they are arranged apart from each other in the extending direction of the Y axis, which is a rotation axis having a large tilt angle. The EL coil 7, the AZ coil 8, and the magnet 27 are all flat and are arranged in parallel with each other on an XZ plane that is a plane perpendicular to the Y axis that is a rotation axis having a large tilt angle. Therefore, even if the movable part 2 is tilted around the Y axis having a large tilt angle, the minimum distance D (see FIG. 6) in the Y axis direction between the EL coil 7 and the AZ coil 8 and the magnet 27 does not change. D need not be widened due to the slope of θy. Further, the EL coil 7 and the AZ coil 8 change from a state parallel to the magnet 27 to a non-parallel state, and the force generated in the EL coil 7 and the AZ coil 8 becomes non-uniform, causing unnecessary resonance. There is nothing.

なお、最小の間隔Dは、可動部2がX軸回りに傾いた時に増減するので、このθxの傾きのみを考慮して決定すれば良い。本実施の形態では、θxmaxをθymaxの1/4としたので、この最小間隔Dはそれほど大きくする必要がない。したがって、ELコイル7およびAZコイル8に作用する磁界を強くできるので、駆動感度を高くでき、ガルバノミラー1を小型にできる。   Since the minimum distance D increases and decreases when the movable part 2 is tilted around the X axis, it is sufficient to determine only the inclination of θx. In the present embodiment, since θxmax is set to ¼ of θymax, the minimum distance D does not need to be so large. Accordingly, since the magnetic field acting on the EL coil 7 and the AZ coil 8 can be increased, the driving sensitivity can be increased, and the galvanometer mirror 1 can be reduced in size.

また、AZコイル8は、図9(A)に詳細に示すように、扇形の中心部をカットしたような形状となっており、その有効辺8aは、回転中心Gを通るθymaxの斜めの直線P1に対して、その回転範囲の外側にD2だけ離れて位置している。したがって、図9(B)に示すように、可動部2がθymax傾いた場合でも、一方の有効辺8aがマグネット27の磁極の境目27bに平行で、逆の磁極面には位置しない。このように、AZコイル8の有効辺8aを可動部2の回転角度の最大値と同程度か、それよりも若干大きく斜めにすることで、有効辺8aに安定した磁界を作用させることができる。   Further, as shown in detail in FIG. 9A, the AZ coil 8 has a shape obtained by cutting the central part of the fan shape, and its effective side 8a is an oblique straight line of θymax passing through the rotation center G. It is located away from P1 by D2 outside the rotation range. Therefore, as shown in FIG. 9B, even when the movable part 2 is inclined by θymax, one effective side 8a is parallel to the magnetic pole boundary 27b of the magnet 27 and is not positioned on the opposite magnetic pole surface. Thus, by making the effective side 8a of the AZ coil 8 approximately equal to or slightly larger than the maximum value of the rotation angle of the movable part 2, a stable magnetic field can be applied to the effective side 8a. .

さらに、ベース21には、そのX方向の両方の璧に回転中心Gに達する大きな切り欠き21fが形成されているので、可動部2がθy方向に大きく傾いた場合でも、可動部2や反射面3aに対する入射光あるいは反射光が、ベース21のX方向の壁に干渉することはない。また、ELコイル7、AZコイル8、マグネット27、ヨーク28で構成される可動部2の駆動手段は、可動部2に対して大きく傾くX方向には配置せず、傾きの小さなY方向に配置されている。したがって、駆動手段を、可動部2およびベース21等に固定されている部品や、反射面3aに対する入射光あるいは反射光と干渉しないように容易に構成することができる。   Further, since the base 21 is formed with large notches 21f that reach the rotation center G on both walls in the X direction, even when the movable part 2 is greatly inclined in the θy direction, the movable part 2 and the reflecting surface Incident light or reflected light with respect to 3 a does not interfere with the X-direction wall of the base 21. Further, the driving means of the movable part 2 composed of the EL coil 7, the AZ coil 8, the magnet 27, and the yoke 28 is not arranged in the X direction that is largely inclined with respect to the movable part 2, but is arranged in the Y direction with a small inclination. Has been. Therefore, the driving means can be easily configured so as not to interfere with the components fixed to the movable portion 2 and the base 21 and the incident light or reflected light with respect to the reflecting surface 3a.

また、LEDユニット9は、回転中心Gに対してミラー3とは反対側に配置しているので、このLEDユニット9をミラー3のカウンターバランスとして用いることができる。したがって、バランスを取るための別の部品を付加することなく、可動部2の重心を回転中心Gに容易に一致させることができるので、構成の簡略化が図れると共に、回転の慣性モーメントを小さくでき、駆動感度を高めることができる。   Further, since the LED unit 9 is disposed on the side opposite to the mirror 3 with respect to the rotation center G, the LED unit 9 can be used as a counter balance of the mirror 3. Therefore, the center of gravity of the movable part 2 can be easily matched with the rotation center G without adding another part for balancing, so that the configuration can be simplified and the moment of inertia of rotation can be reduced. , Driving sensitivity can be increased.

次に、光センサ38について、さらに詳細に説明する。   Next, the optical sensor 38 will be described in more detail.

上述したように、光センサ38は、可動部2に保持されたLEDユニット9と、固定側の基板23に配置された受光素子24とにより構成されている。LEDユニット9のLED10には、ガルバノミラー1の外部の電源からコネクタ26、基板23、図示しないケーブル、フレキシブル基板5、図示しないリード線を経由して電流が供給され、このLED10から出射された光ビームは、楕円形状の絞り12aにて楕円の光ビームに整形されて、受光素子24の受光領域30に楕円のスポット29として投射される。   As described above, the optical sensor 38 includes the LED unit 9 held by the movable portion 2 and the light receiving element 24 arranged on the fixed-side substrate 23. The LED 10 of the LED unit 9 is supplied with a current from a power supply external to the galvano mirror 1 via the connector 26, the substrate 23, a cable (not shown), the flexible substrate 5, and a lead wire (not shown), and the light emitted from the LED 10 The beam is shaped into an elliptical light beam by the elliptical aperture 12 a and projected as an elliptical spot 29 onto the light receiving region 30 of the light receiving element 24.

受光領域30は、図12に詳細に示すように、Y方向に楔状に8つに分割されており、Y−側よりB4,B3,B2,B1,A1,A2,A3,A4の8つの領域を有している。言い換えると、受光領域30は、Y方向にA1,A2,A3およびA4で構成される第1の領域AとB4,B3,B2およびB1で構成される第2の領域Bとが、X方向に平行な第1の分割線40で2分割されてY方向に配列され、さらに第1の領域Aと第2の領域Bとはそれぞれ、X方向に平行な分割線41でそれぞれ2分割され、さらにそれらの領域はX方向およびY方向に対して斜めの第2の分割線42により合計8つの領域に分割されている。   As shown in detail in FIG. 12, the light receiving region 30 is divided into eight wedges in the Y direction, and eight regions B4, B3, B2, B1, A1, A2, A3, and A4 from the Y-side. have. In other words, the light receiving region 30 includes a first region A composed of A1, A2, A3 and A4 in the Y direction and a second region B composed of B4, B3, B2 and B1 in the X direction. The first area A and the second area B are each divided into two by a dividing line 41 parallel to the X direction, and further divided into two by a parallel first dividing line 40 and arranged in the Y direction. These regions are divided into a total of eight regions by a second dividing line 42 oblique to the X and Y directions.

本実施の形態では、受光領域30を、X方向が9mm、Y方向が全長4mmとして、3本の分割線40,41,41により1mmの長さに分割している。また、楕円のスポット29は、Y方向が2mm、X方向が1mmとしている。したがって、スポット29は、受光領域30上でX方向に±4mm、Y方向に±1mm移動しても、受光領域30をはみ出すことはない。   In the present embodiment, the light receiving region 30 is divided into a length of 1 mm by three dividing lines 40, 41, 41 with the X direction being 9 mm and the Y direction being 4 mm in total length. The elliptical spot 29 is 2 mm in the Y direction and 1 mm in the X direction. Therefore, even if the spot 29 moves ± 4 mm in the X direction and ± 1 mm in the Y direction on the light receiving area 30, the spot 29 does not protrude from the light receiving area 30.

図7は、可動部2が図5に示す状態から、回転中心Gを中心としてY軸回りにθy傾いた状態を示している。この際、LEDユニット9もY軸回りに傾き、かつX方向に移動するので、受光領域30上のスポット29もX方向に平行に移動する。同様に、可動部2が回転中心Gを中心としてX軸回りにθx傾いた場合には、LEDユニット9もX軸回りに傾き、かつY方向に移動するので、受光領域30上のスポット29もY方向に平行に移動する。   FIG. 7 shows a state in which the movable portion 2 is inclined by θy about the rotation center G around the Y axis from the state shown in FIG. At this time, since the LED unit 9 also tilts around the Y axis and moves in the X direction, the spot 29 on the light receiving region 30 also moves parallel to the X direction. Similarly, when the movable portion 2 is tilted by θx around the rotation center G around the X axis, the LED unit 9 is also tilted around the X axis and moved in the Y direction. Move parallel to Y direction.

図12には、受光領域30の中央にスポット29aが位置する場合と、中央位置からY方向に1mm移動してスポット29bが位置する場合と、中央位置からX方向に4mm移動してスポット29cが位置する場合と、中央位置からX方向に4mm、かつY方向に1mm移動してスポット29dが位置する場合とを示している。なお、実際には、可動部2が傾くと、LEDユニット9と受光領域30との距離が増加して、受光領域30には光が斜めに投射されるので、スポット29b、29c、29dは、スポット29aに比べて長軸および/または短軸が大きくなって歪みを生じるが、図では単純化して示している。   In FIG. 12, when the spot 29a is located at the center of the light receiving region 30, when the spot 29b is moved by 1 mm from the central position in the Y direction, and when the spot 29c is moved by 4 mm from the central position in the X direction. It shows a case where the spot 29d is located by moving 4 mm in the X direction and 1 mm in the Y direction from the center position. Actually, when the movable part 2 is tilted, the distance between the LED unit 9 and the light receiving region 30 is increased, and light is projected obliquely to the light receiving region 30, so the spots 29b, 29c, 29d are Although the major axis and / or the minor axis become larger than the spot 29a and cause distortion, it is simplified in the figure.

受光領域30の8つの分割領域から出力される電流は、プリアンプでI/V変換し、その電圧に基づいて下記の演算を行うことにより、受光領域30に対するスポット29の正規化されたX方向の位置SxおよびY方向の位置Sy、すなわち可動部2の2方向の傾き角度に関係した情報を得ることができる。   The current output from the eight divided regions of the light receiving region 30 is I / V converted by a preamplifier, and the following calculation is performed based on the voltage, thereby normalizing the spot 29 with respect to the light receiving region 30 in the X direction. Information related to the position Sx and the position Sy in the Y direction, that is, the inclination angle of the movable part 2 in two directions can be obtained.

Sx=((A3+A1+B2+B4)−(A4+A2+B1+B3))/(A1+A2+A3+A4十B1+B2+B3+B4)
Sy=((A1+A2+A3+A4)−(B1+B2+B3+B4))/(A1十A2+A3+A4+B1+B2+B3+B4)
Sx = ((A3 + A1 + B2 + B4) − (A4 + A2 + B1 + B3)) / (A1 + A2 + A3 + A4 + B1 + B2 + B3 + B4)
Sy = ((A1 + A2 + A3 + A4) − (B1 + B2 + B3 + B4)) / (A1 + A2 + A3 + A4 + B1 + B2 + B3 + B4)

図13(A)は、Y=0mmの位置でスポット29がX方向に移動した時のSxの一例を示しており、図13(B)は、X=0およびX=4mmの位置でスポット29がY方向に移動した時のSyの一例を示している。図13(A)から、X=4mmまで直線性の良好な位置情報信号Sxが得られることがわかる。また、図13(B)から、Y=2mmまで、直線性がほぼ良好な位置情報信号Syが得られることがわかる。   FIG. 13A shows an example of Sx when the spot 29 moves in the X direction at the position Y = 0 mm, and FIG. 13B shows the spot 29 at the positions X = 0 and X = 4 mm. Shows an example of Sy when is moved in the Y direction. From FIG. 13A, it can be seen that a position information signal Sx with good linearity can be obtained up to X = 4 mm. In addition, it can be seen from FIG. 13B that a position information signal Sy with substantially good linearity can be obtained up to Y = 2 mm.

上記のように受光領域30を構成することで、Y方向の検出範囲±1mmに対して、X方向の検出範囲を±4mmと格段に大きくても、X方向の位置Sxを、X方向に平行な第1の分割線40および分割線41,41と、X方向およびY方向に対して斜めの第2の分割線42とで分割された領域の差分で検出することができ、Y方向の位置Syを、第1の分割線40でY方向に2分割される第1の領域Aと第2の領域Bとの差分で検出することができる。したがって、例えば受光領域を単純な2分割領域として、±4mmの検出範囲を得る場合には、光スポットの直径を8mm、受光領域の長さを16mmとする必要があるが、本実施の形態では約半分の9mmとすることができるので、受光素子24を小型にできると共に、可動部2が傾いたときに受光領域30に投射される光スポットの歪みも小さくできる。   By configuring the light receiving region 30 as described above, the position Sx in the X direction is parallel to the X direction even if the detection range in the X direction is significantly larger than ± 4 mm with respect to the detection range in the Y direction ± 1 mm. It can be detected by the difference between the areas divided by the first dividing line 40 and the dividing lines 41 and 41 and the second dividing line 42 oblique to the X direction and the Y direction. Sy can be detected by the difference between the first region A and the second region B that are divided in the Y direction by the first dividing line 40. Therefore, for example, when the light receiving area is a simple two-divided area and a detection range of ± 4 mm is obtained, the diameter of the light spot needs to be 8 mm and the length of the light receiving area is 16 mm. Since it can be about half of 9 mm, the light receiving element 24 can be reduced in size, and the distortion of the light spot projected on the light receiving region 30 when the movable portion 2 is tilted can be reduced.

さらに、本実施の形態では、受光領域30上のスポット29を、検出範囲の大きいX方向をY方向に比べて小さくしたので、さらに受光領域30の大きさを小さくすることができる。すなわち、Y方向の位置Syについては、スポット29が移動する方向に垂直な第1の分割線40で分割される第1の領域Aおよび第2の領域Bの2分割領域の差で検出しているので、スポット29のY方向の長さは検出範囲よりも小さくできないが、X方向の位置Sxに関しては、斜めの第2の分割線42で分割された領域を用いて検出しているので、検出範囲よりも短くできる。   Furthermore, in this embodiment, since the spot 29 on the light receiving region 30 is made smaller in the X direction where the detection range is large compared to the Y direction, the size of the light receiving region 30 can be further reduced. In other words, the position Sy in the Y direction is detected by the difference between the two divided areas of the first area A and the second area B divided by the first dividing line 40 perpendicular to the direction in which the spot 29 moves. Therefore, the length in the Y direction of the spot 29 cannot be made smaller than the detection range, but the position Sx in the X direction is detected using the region divided by the oblique second dividing line 42. It can be shorter than the detection range.

なお、本実施の形態では、受光領域30をX方向に平行な第1の分割線40および分割線41,41によりY方向に4つの領域に分割し、さらに斜めの第2の分割線42で各々2つに分割したが、分割方法はこれに限定されない。例えば、X方向に平行な分割線によりY方向に2つの領域に分割しても良いし、6つ以上の領域に分割しても良い。また、全ての領域を第2の分割線42で分割する必要はなく、例えば、A3とA4、B3とB4は分割せず、X方向の位置Sxを、中央の斜めに分割された領域A1,A2,B1,B2のみ使用して、
Sx=((A1+B2)−(A2+B1))/(A1+A2+B1+B2)
により検出することもできる。
In the present embodiment, the light receiving region 30 is divided into four regions in the Y direction by the first dividing line 40 and the dividing lines 41 and 41 parallel to the X direction, and further, the oblique second dividing line 42 is used. Although each of them is divided into two, the dividing method is not limited to this. For example, it may be divided into two regions in the Y direction by a dividing line parallel to the X direction, or may be divided into six or more regions. Further, it is not necessary to divide all the regions by the second dividing line 42. For example, A3 and A4, B3 and B4 are not divided, and the position Sx in the X direction is divided into the diagonally divided regions A1 and A1. Use only A2, B1, B2,
Sx = ((A1 + B2) − (A2 + B1)) / (A1 + A2 + B1 + B2)
Can also be detected.

(第2実施の形態)
図14は、本発明の第2実施の形態の要部を示す概略斜視図である。
(Second Embodiment)
FIG. 14 is a schematic perspective view showing the main part of the second embodiment of the present invention.

本実施の形態は、アクチュエータとしての1軸のリニアステージ50を示すものである。この1軸のリニアステージ50は、固定部51に対して可動部52がX方向に移動可能にクロスローラガイド等のリニアガイドに支持されており、図示しないサーボモータおよび送りネジ等によりX方向に駆動されるようになっている。   This embodiment shows a uniaxial linear stage 50 as an actuator. The uniaxial linear stage 50 is supported by a linear guide such as a cross roller guide so that the movable portion 52 can move in the X direction with respect to the fixed portion 51, and in the X direction by a servo motor and a feed screw (not shown). It is designed to be driven.

可動部52の側面には、第1実施の形態に示したLEDユニット9が取り付けられ、固定部51側には、第1実施の形態に示した受光領域30を有する受光素子24が配置されて、LEDユニット9から受光領域30にスポット29が投射され、その受光領域30の出力は第1実施の形態と同様に演算処理される。   The LED unit 9 shown in the first embodiment is attached to the side surface of the movable portion 52, and the light receiving element 24 having the light receiving region 30 shown in the first embodiment is arranged on the fixed portion 51 side. The spot 29 is projected from the LED unit 9 to the light receiving area 30, and the output of the light receiving area 30 is processed in the same manner as in the first embodiment.

したがって、本実施の形態によれば、可動部52がX方向に直線移動したときのX方向位置を検出できると共に、可動部52がリニアガイドのうねり等によってY方向に移動または傾いた量に関係した値を得ることができる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to detect the position in the X direction when the movable portion 52 linearly moves in the X direction, and to relate to the amount that the movable portion 52 has moved or inclined in the Y direction due to the swell of the linear guide or the like. Value can be obtained.

(第3実施の形態)
図15は、本発明の第3実施の形態に係るガルバノミラー60の要部を示す概略斜視図である。
(Third embodiment)
FIG. 15 is a schematic perspective view showing a main part of a galvanometer mirror 60 according to the third embodiment of the present invention.

このガルバノミラー60は、第1実施の形態に示したガルバノミラー1を変形したもので、第1実施の形態と同機能部位には同一番号を付与し、説明部以外は第1実施の形態と同様であるので、簡略化して図示している。   This galvanometer mirror 60 is a modification of the galvanometer mirror 1 shown in the first embodiment, and the same functional parts as those in the first embodiment are given the same numbers, and the parts other than the description are the same as those in the first embodiment. Since they are similar, they are shown in a simplified manner.

すなわち、本実施の形態では、可動部2に第1実施の形態のLEDユニット9に代えて、ミラー3と回転中心Gを挟んで光センサの一部であるセンサミラー63が配置されている。また、ベース21に取り付ける基板23には、受光領域30を有する受光素子24とともに、LED61およびコリメータレンズ62が配置されており、LED61から放射された光ビームがコリメータレンズ62で平行光にされてセンサミラー63に投射され、その反射光が受光領域30にスポット29として入射するようになっている。   That is, in the present embodiment, instead of the LED unit 9 of the first embodiment, a sensor mirror 63 that is a part of an optical sensor is disposed on the movable unit 2 with the mirror 3 and the rotation center G interposed therebetween. An LED 61 and a collimator lens 62 are disposed on the substrate 23 attached to the base 21 together with the light receiving element 24 having the light receiving region 30, and the light beam emitted from the LED 61 is converted into parallel light by the collimator lens 62 to be sensor. The light is projected onto the mirror 63 and the reflected light enters the light receiving region 30 as a spot 29.

したがって、可動部2がθx方向に傾くと、センサミラー63での反射光はY方向に傾いて受光領域30上のスポット29もY方向に移動し、可動部2がθy方向に傾くと、センサミラー63での反射光はX方向に傾いて受光領域30上のスポット29もX方向に移動するので、第1実施の形態と同様にして、可動部2の2方向の傾き量に関係した出力を得ることができる。   Therefore, when the movable part 2 is tilted in the θx direction, the reflected light from the sensor mirror 63 is tilted in the Y direction, and the spot 29 on the light receiving region 30 is also moved in the Y direction, and when the movable part 2 is tilted in the θy direction, the sensor The reflected light from the mirror 63 is tilted in the X direction, and the spot 29 on the light receiving region 30 is also moved in the X direction. Therefore, as in the first embodiment, the output related to the tilt amount in the two directions of the movable portion 2. Can be obtained.

本実施の形態によれば、LED61を可動部2ではなく、ベース21側の基板23に配置し、可動部2にはセンサミラー63を配置するので、可動部2へのLEDの電流供給が不要となり、給電が容易になると共に、可動部2の構成も単純化できる。   According to the present embodiment, the LED 61 is disposed not on the movable portion 2 but on the base 21 side substrate 23 and the sensor mirror 63 is disposed on the movable portion 2, so that it is not necessary to supply LED current to the movable portion 2. Thus, power feeding is facilitated and the configuration of the movable part 2 can be simplified.

また、LED61からの光ビームを、Y−Z面に平行でセンサミラー63に対して傾けて入射させている。ここで、Y−Z面は傾き角度の大きな回転軸であるY軸を含んでいるので、可動部2がY軸回りにθy回転した場合には、反射光はθyの2倍より小さな角度で反射することになる。例えば、センサミラー63への入射角度が45度の場合には、θyの21/2倍となる。これに対し、可動部2がX軸回りにθx回転した場合には、センサミラー63での反射光はθxの2倍傾くことになる。このように、本実施の形態では、センサミラー63での反射光の傾き倍率が小さい方向を回転角度の大きなθy方向としているので、受光領域30の回転角度の大きな方向の長さを短くすることができ、受光素子24の小型化が図れる。 In addition, the light beam from the LED 61 is incident on the sensor mirror 63 at an angle parallel to the YZ plane. Here, since the YZ plane includes the Y axis, which is a rotation axis having a large tilt angle, when the movable portion 2 rotates θy around the Y axis, the reflected light is at an angle smaller than twice θy. Will be reflected. For example, when the incident angle to the sensor mirror 63 is 45 degrees, it is times θy. On the other hand, when the movable part 2 rotates by θx around the X axis, the reflected light from the sensor mirror 63 is inclined twice as much as θx. As described above, in the present embodiment, the direction in which the tilt magnification of the reflected light from the sensor mirror 63 is small is the θy direction having a large rotation angle, and therefore the length of the light receiving region 30 in the large rotation angle direction is shortened. The light receiving element 24 can be downsized.

図16(A)〜(C)は、第1〜3実施の形態に示した受光素子24における受光領域30の3つの変形例を示すものである。   FIGS. 16A to 16C show three modifications of the light receiving region 30 in the light receiving element 24 shown in the first to third embodiments.

図16(A)に示す受光領域30は、X方向両端を長くして、上記実施の形態に示した領域A2と領域A4、領域A1と領域A3、領域B1と領域B3、領域B2と領域B4とをそれぞれX方向の端部で連結して、新たに合計4つの領域A2,A1,B1,B2に分割したものである。すなわち、第1の分割線40で第1の領域Aおよび第2の領域Bに分割し、さらに第1の領域AはX方向と平行な分割線41およびX方向に対して傾斜した2本の第2の分割線42,42で領域A2,A1に分割し、同様に、第2の領域BもX方向と平行な分割線41およびX方向に対して傾斜した2本の第2の分割線42,42で領域B1,B2に分割したものである。   In the light receiving region 30 shown in FIG. 16A, both ends in the X direction are lengthened, and the region A2 and the region A4, the region A1 and the region A3, the region B1 and the region B3, and the region B2 and the region B4 described in the above embodiment are used. Are respectively connected at the ends in the X direction and newly divided into a total of four regions A2, A1, B1, and B2. That is, the first dividing line 40 is divided into the first area A and the second area B, and the first area A is divided into the dividing line 41 parallel to the X direction and the two inclined with respect to the X direction. The second dividing lines 42 and 42 are divided into areas A2 and A1, and similarly, the second area B is also divided into a dividing line 41 parallel to the X direction and two second dividing lines inclined with respect to the X direction. 42 and 42 are divided into areas B1 and B2.

このように、X方向位置SxおよびY方向位置Syの算出時に出力が加算される領域を連結すれば、受光素子24に対する配線を容易にできる。   In this way, wiring to the light receiving element 24 can be facilitated by connecting regions to which outputs are added when calculating the X direction position Sx and the Y direction position Sy.

図16(B)に示す受光領域30は、第2の分割線42の一部の方向を逆にして、分割領域を8つから6つに少なくし、これによりスポット29に位置する分割線の数を、上記実施の形態の場合の最大4本から最大3本となるようにしたものである。すなわち、第1の分割線40で第1の領域Aおよび第2の領域Bに分割し、さらに第1の領域Aは傾斜方向が逆の2本の第2の分割線42,42で3分割し、同様に、第2の領域Bも傾斜方向が逆の2本の第2の分割線42,42で3分割したものである。   In the light receiving region 30 shown in FIG. 16B, the direction of a part of the second dividing line 42 is reversed to reduce the dividing region from eight to six. The number is changed from a maximum of 4 to a maximum of 3 in the above embodiment. That is, the first dividing line 40 is divided into a first area A and a second area B, and the first area A is further divided into three parts by two second dividing lines 42 and 42 having opposite inclination directions. Similarly, the second region B is also divided into three by two second dividing lines 42 and 42 having opposite inclination directions.

ここで、分割線は受光感度を有しておらず、その幅は、例えばシリコンからなる受光領域にマスクをして形成する場合には、数ミクロンから数十ミクロンとなる。したがって、図16(B)のように、分割線を少なくすれば、その分、受光面積を増やすことができるので、高振幅・低ノイズの出力が得られ、位置検出精度を高めることができる。   Here, the dividing line does not have light receiving sensitivity, and its width is several microns to several tens of microns when it is formed by masking a light receiving region made of, for example, silicon. Therefore, as shown in FIG. 16B, if the number of dividing lines is reduced, the light receiving area can be increased correspondingly, so that an output with high amplitude and low noise can be obtained and position detection accuracy can be improved.

図16(C)に示す受光領域30は、広い検出範囲が必要なX方向に平行な第1の分割線40でY方向に第1の領域Aおよび第2の領域Bに2分割し、さらに第1の領域Aおよび第2の領域BをX方向に対して傾斜した第2の分割線42でそれぞれ2分割して、合計4つの領域に分割したものである。   The light receiving region 30 shown in FIG. 16C is divided into two in the Y direction by a first dividing line 40 parallel to the X direction that requires a wide detection range, and further to the second region B. The first region A and the second region B are each divided into two by a second dividing line 42 inclined with respect to the X direction, and divided into a total of four regions.

このように、受光領域30を4分割としても、X方向位置の検出範囲が広く、さらにX方向と直交するY方向位置も検出できる光センサを構成することができる。   Thus, even if the light receiving region 30 is divided into four, it is possible to configure an optical sensor that has a wide detection range of the X direction position and can also detect the Y direction position orthogonal to the X direction.

なお、第1〜3実施の形態では、受光領域30を8つの領域に分割したが、領域の分割数は、分割線の幅の影響や、クロストーク等の影響等に応じて適宜増減すれば良い。   In the first to third embodiments, the light receiving region 30 is divided into eight regions. However, the number of divided regions may be appropriately increased or decreased according to the influence of the width of the dividing line, the influence of crosstalk, and the like. good.

(第4実施の形態)
図17は、本発明の第4実施の形態に係る光センサの要部の構成を示すものである。
(Fourth embodiment)
FIG. 17 shows a configuration of a main part of an optical sensor according to the fourth embodiment of the present invention.

本実施の形態では、上述した実施の形態において、光センサを構成する受光素子の受光領域30を、広い検出範囲が必要なX方向に平行な2本の第1の分割線44,44でY方向に第1の領域A、第2の領域Bおよび第3の領域Cに3分割すると共に、中央の第2の領域BをX方向に対して斜めの第2の分割線43で2つの領域B1,B2に分割したものである。   In the present embodiment, in the above-described embodiment, the light receiving region 30 of the light receiving element that constitutes the optical sensor is represented by two first dividing lines 44 and 44 parallel to the X direction that require a wide detection range. The first area A, the second area B, and the third area C are divided into three areas in the direction, and the second area B in the center is divided into two areas by a second dividing line 43 oblique to the X direction. It is divided into B1 and B2.

この場合、受光領域30に対するスポット29のX方向位置Sxは、
Sx=(B2−B1)/(B1+B2)
により求めることができ、Y方向位置Syは、
Sy=(A−C))/(A+C)
により求めることができる。
In this case, the X-direction position Sx of the spot 29 with respect to the light receiving region 30 is
Sx = (B2-B1) / (B1 + B2)
The Y-direction position Sy is
Sy = (A−C)) / (A + C)
It can ask for.

このように、X方向およびY方向の位置を検出するための領域を兼用せず、専用にすることで、演算を簡単にできる。   In this way, the calculation can be simplified by dedicating the area without using the area for detecting the position in the X direction and the Y direction.

(第5実施の形態)
図18は、本発明の第5実施の形態に係る光センサの要部の構成を示すものである。
(Fifth embodiment)
FIG. 18 shows a configuration of a main part of an optical sensor according to the fifth embodiment of the present invention.

本実施の形態では、上述した実施の形態において、光センサを構成する受光素子の受光領域70を、広い検出範囲が必要なX方向に平行な2本の第1の分割線74,74でY方向に分割した第1の領域A、第2の領域Bおよび第3の領域Cをもって構成すると共に、両端の第1の領域Aおよび第3の領域CはシリコンPINフォトダイオードとし、中央の第2の領域Bは、例えば浜松ホトニクス社製のS5629と同等のX方向のみの光量重心位置に関連した信号を出力する位置検出素子とする。また、受光領域70に投射するスポット29は、Y方向に長い長方形とする。   In the present embodiment, in the above-described embodiment, the light receiving region 70 of the light receiving element that constitutes the optical sensor is represented by two first dividing lines 74 and 74 parallel to the X direction that require a wide detection range. The first region A, the second region B, and the third region C divided in the direction are configured with the first region A and the third region C at both ends being silicon PIN photodiodes, and the second region at the center. The region B is a position detection element that outputs a signal related to the center of gravity of the light quantity only in the X direction, which is equivalent to S5629 manufactured by Hamamatsu Photonics, for example. The spot 29 projected to the light receiving area 70 is a rectangle that is long in the Y direction.

したがって、中央の第2の領域Bから、スポット29のX方向の光量重心位置に関連した出力を得ることができるので、これによりスポット29のX方向の位置を検出することができる。しかも、スポット29は、Y方向に長い長方形となっているので、スポット29がY方向に移動しても、第2の領域Bでのスポット29の外形は変化しない。したがって、スポット29がY方向に移動した際のX方向の位置検出誤差を小さくできる。また、Y方向位置Syは、第1の領域Aおよび第3の領域Cの出力から、Sy=(A−C)/(A+C)、により求めることができる。   Therefore, since an output related to the center of gravity of the light quantity in the X direction of the spot 29 can be obtained from the second region B at the center, the position of the spot 29 in the X direction can be detected. In addition, since the spot 29 is a rectangle that is long in the Y direction, the outer shape of the spot 29 in the second region B does not change even if the spot 29 moves in the Y direction. Therefore, the position detection error in the X direction when the spot 29 moves in the Y direction can be reduced. The Y-direction position Sy can be obtained from the outputs of the first area A and the third area C by Sy = (A−C) / (A + C).

このように、受光領域70をY方向に3分割して、中央の第2の領域Bを位置検出素子とすることにより、検出範囲の広いX方向位置を、受光領域70をX方向に分割することなく第2の領域Bの出力から検出することができる。しかも、第2の領域Bには、長方形のスポット29の中央部を入射させることから、特にY方向の強度変化を少なくできるので、スポット29がY方向に変位した際のX方向の位置検出誤差を小さくできる。また、受光領域70のY方向両端の第1の領域Aおよび第3の領域Cを高感度のシリコンPINフォトダイオードとして、その出力の作動によりY方向位置を検出することにより、検出範囲の狭いY方向位置を高精度で検出することができる。   In this way, the light receiving region 70 is divided into three in the Y direction, and the second region B in the center is used as a position detection element, so that the light receiving region 70 is divided in the X direction at a wide X direction position. Without being detected from the output of the second region B. In addition, since the central portion of the rectangular spot 29 is incident on the second region B, the intensity change in the Y direction can be particularly reduced. Therefore, the position detection error in the X direction when the spot 29 is displaced in the Y direction. Can be reduced. Further, the first region A and the third region C at both ends in the Y direction of the light receiving region 70 are used as high-sensitivity silicon PIN photodiodes, and the position in the Y direction is detected by the operation of the output. The direction position can be detected with high accuracy.

なお、本発明は、上記実施の形態および変形例に限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、本発明は、ガルバノミラーの傾き検出やリニアステージの位置検出に限らず、CD等の光記録装置における対物レンズの位置検出や、ボイスコイルモータ等の移動体の位置検出等にも適用可能である。また、例えば第1実施の形態では、光源であるLED10を可動部2に配置したが、LED2を固定部であるステージ21側に、受光素子24を可動部2に配置することもできる。さらに、上記実施の形態や変形例に示した受光領域の分割方法や、反射ミラーを使用した例などを適宜組み合わせて使用することもできる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment and modification, Many modifications or changes are possible. For example, the present invention is not limited to detecting the tilt of a galvanometer mirror or detecting the position of a linear stage, but can also be applied to detecting the position of an objective lens in an optical recording apparatus such as a CD, or detecting the position of a moving body such as a voice coil motor. It is. Further, for example, in the first embodiment, the LED 10 that is a light source is disposed on the movable portion 2, but the LED 2 can be disposed on the stage 21 side that is a fixed portion, and the light receiving element 24 can be disposed on the movable portion 2. Furthermore, it is possible to use a combination of the light receiving region dividing method described in the above embodiment and the modified examples, an example using a reflecting mirror, and the like as appropriate.

また、受光領域は、連続した受光領域を分割線で分割して構成する場合に限らず、独立した小さな受光素子を組み合わせて構成することもできると共に、シリコンPINフォトダイオードや位置検出素子に限らず、光感度を有するアバランシェフォトダイオードやシンチレータ等を用いることもできる。さらに、受光領域に投射するスポット形状は、楕円や長方形に限らず、円形等の他の形状に適宜選定することができると共に、投射する光ビームも、波長900nmの赤外光に限らず、可視光、紫外光、X線等の広義の光とすることができる。また、上記実施の形態においては、受光領域上における光の位置および傾きを検出したが、この信号を微分することにより、速度、加速度、角速度、角加速度に関係する信号を生成し、これらの信号を用いて光学素子等を有する可動部を駆動制御したり、この可動部に関連した他の装置を制御したりすることもできる。例えば、光ディスクの記録再生装置においては、対物レンズ駆動装置における対物レンズのトラッキング方向の速度を検出し、その信号を対物レンズ駆動装置を搭載する粗アクセス駆動装置の駆動制御に用いることが可能となる。   In addition, the light receiving area is not limited to the case where the continuous light receiving area is divided by the dividing line, and can be configured by combining independent small light receiving elements, and is not limited to the silicon PIN photodiode or the position detecting element. An avalanche photodiode or scintillator having photosensitivity can also be used. Furthermore, the spot shape projected on the light receiving region is not limited to an ellipse or a rectangle, but can be appropriately selected as another shape such as a circle. The light beam to be projected is not limited to infrared light with a wavelength of 900 nm, and is visible. Light in the broad sense such as light, ultraviolet light, and X-rays can be used. In the above embodiment, the position and inclination of light on the light receiving area are detected. By differentiating this signal, signals related to speed, acceleration, angular velocity, angular acceleration are generated, and these signals are generated. Can be used to drive and control a movable part having an optical element or the like, or to control other devices related to the movable part. For example, in an optical disk recording / reproducing apparatus, the speed in the tracking direction of the objective lens in the objective lens driving apparatus can be detected, and the signal can be used for driving control of a coarse access driving apparatus equipped with the objective lens driving apparatus. .

本発明の第1実施の形態に係るガルバノミラー1をミラー3の正面斜め上方から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the galvanometer mirror 1 which concerns on 1st Embodiment of this invention from the front diagonally upward of the mirror 3. FIG. 同じく、ガルバノミラー1を背面側から見た斜視図である。Similarly, it is the perspective view which looked at the galvanometer mirror 1 from the back side. ガルバノミラー1の全体の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of the entire galvanometer mirror 1. ガルバノミラー1の可動部2の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of a movable part 2 of a galvanometer mirror 1. ガルバノミラー1をミラー3の回転中心Gを通るX−Z平面で切った断面斜視図である。2 is a cross-sectional perspective view of the galvanometer mirror 1 cut along an XZ plane passing through the rotation center G of the mirror 3. FIG. 同じく、回転中心Gを通るY−Z平面で切った断面平面図である。Similarly, it is a cross-sectional plan view cut along a YZ plane passing through the rotation center G. 図5に示す状態から可動部2がY軸回りに回転した状態を示す断面平面図である。FIG. 6 is a cross-sectional plan view showing a state where the movable part 2 is rotated about the Y axis from the state shown in FIG. 5. ガルバノミラー1の駆動手段を示す斜視図である。2 is a perspective view showing a driving means of the galvanometer mirror 1. FIG. 同じく、駆動手段を示す平面図である。Similarly, it is a top view which shows a drive means. LEDユニット9の分解斜視図である。4 is an exploded perspective view of the LED unit 9. FIG. 光センサ38を示す図である。It is a figure which shows the optical sensor. 受光素子24の受光領域30の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a light receiving region 30 of a light receiving element 24. 光センサ38によるX方向位置SxおよびY方向位置Syの検出特性を示す図である。It is a figure which shows the detection characteristic of the X direction position Sx by the optical sensor 38, and the Y direction position Sy. 本発明の第2実施の形態に係る1軸のリニアステージ50の要部を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the principal part of the uniaxial linear stage 50 which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施の形態に係るガルバノミラー60の要部を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the principal part of the galvanometer mirror 60 which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 第1〜3実施の形態に示した受光素子24における受光領域30の3つの変形例を示す図である。It is a figure which shows the three modifications of the light reception area | region 30 in the light receiving element 24 shown to 1st-3rd embodiment. 本発明の第4実施の形態に係る光センサの要部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the principal part of the optical sensor which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施の形態に係る光センサの要部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the principal part of the optical sensor which concerns on 5th Embodiment of this invention. 従来の光センサを用いたアクチュエータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the actuator using the conventional optical sensor. 同じく、他の例を示す図である。Similarly, it is a figure which shows another example.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガルバノミラー
2 可動部
3 ミラー
4 ホルダ
4h ポスト
5 フレキシブル基板
6 ピボット
7 ELコイル
8 AZコイル
9 LEDユニット
10 LED
11 基板
12 バランサ
12a 絞り
13 ワイヤ
21 ベース
21b バー
22 基板ユニット
23 基板
24 受光素子
27 マグネット
28 ヨーク
29 スポット
30 受光領域
38 光センサ
40 第1の分割線
41 分割線
42 第2の分割線
44 第1の分割線
50 リニアステージ
51 固定部
52 可動部
60 ガルバノミラー
61 LED
62 コリメータレンズ
63 センサミラー
70 受光領域
74 第1の分割線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Galvano mirror 2 Movable part 3 Mirror 4 Holder 4h Post 5 Flexible substrate 6 Pivot 7 EL coil 8 AZ coil 9 LED unit 10 LED
11 Substrate 12 Balancer 12a Aperture 13 Wire 21 Base 21b Bar 22 Substrate Unit 23 Substrate 24 Light-Receiving Element 27 Magnet 28 Yoke 29 Spot 30 Light-Receiving Area 38 Photosensor 40 First Dividing Line 41 Dividing Line 42 Second Dividing Line 44 First Dividing line 50 Linear stage 51 Fixed part 52 Movable part 60 Galvano mirror 61 LED
62 collimator lens 63 sensor mirror 70 light receiving area 74 first dividing line

Claims (15)

光源と、該光源からの光ビームを受光する受光素子とを有し、該受光素子の出力に基づいて入射する光ビームの2次元方向の移動位置を検出する光センサにおいて、
前記受光素子の受光領域は、第1の方向に平行な第1の分割線で分割された第1の領域および第2の領域を有し、前記第1の領域および前記第2の領域の少なくとも一方は前記第1の分割線に対して傾斜した第2の分割線で分割されていることを特徴とする光センサ。
In an optical sensor that includes a light source and a light receiving element that receives a light beam from the light source, and detects a movement position in a two-dimensional direction of the incident light beam based on an output of the light receiving element.
The light receiving region of the light receiving element includes a first region and a second region divided by a first dividing line parallel to a first direction, and at least of the first region and the second region One is divided by a second dividing line inclined with respect to the first dividing line.
前記受光領域の出力に基づいて、前記第1の方向および該第1の方向に垂直な第2の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力することを特徴とする請求項1に記載の光センサ。   The information related to the position of the light beam in the first direction and a second direction perpendicular to the first direction is output based on the output of the light receiving region. Optical sensor. 前記第2の分割線で分割された少なくとも2つの領域の出力差に基づいて前記第1の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力し、前記第1の領域と前記第2の領域との出力差に基づいて前記第2の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力することを特徴とする請求項2に記載の光センサ。   Outputs information related to the position of the light beam in the first direction based on an output difference between at least two regions divided by the second dividing line, and the first region, the second region, 3. The optical sensor according to claim 2, wherein information related to a position of the light beam in the second direction is output based on the output difference between the two. 光源と、該光源からの光ビームを受光する受光素子とを有し、該受光素子の出力に基づいて入射する光ビームの2次元方向の移動位置を検出する光センサにおいて、
前記受光素子の受光領域は、第1の方向に平行な2本の第1の分割線で分割された第1の領域、第2の領域および第3の領域を有すると共に、中央の前記第2の領域は、前記第1の分割線に対して傾斜した第2の分割線で分割されていることを特徴とする光センサ。
In an optical sensor that includes a light source and a light receiving element that receives a light beam from the light source, and detects a movement position in a two-dimensional direction of the incident light beam based on an output of the light receiving element.
The light receiving area of the light receiving element includes a first area, a second area, and a third area divided by two first dividing lines parallel to the first direction, and the second area at the center. The region is divided by a second dividing line inclined with respect to the first dividing line.
前記受光領域の出力に基づいて、前記第1の方向および該第1の方向に垂直な第2の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力することを特徴とする請求項4に記載の光センサ。   The information related to the position of the light beam in the first direction and a second direction perpendicular to the first direction is output based on the output of the light receiving region. Optical sensor. 前記第2の分割線で分割された前記第2の領域の少なくとも2つの領域の出力差に基づいて前記第1の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力し、前記第2の領域の両側に位置する前記第1の領域および前記第3の領域の出力差に基づいて前記第2の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力することを特徴とする請求項5に記載の光センサ。   Outputting information related to the position of the light beam in the first direction based on an output difference between at least two regions of the second region divided by the second dividing line; 6. The light according to claim 5, wherein information relating to the position of the light beam in the second direction is output based on an output difference between the first region and the third region located on both sides. Sensor. 光源と、該光源からの光ビームを受光する受光素子とを有し、該受光素子の出力に基づいて入射する光ビームの2次元方向の移動位置を検出する光センサにおいて、
前記受光素子の受光領域は、第1の方向に平行な2本の第1の分割線で分割された第1の領域、第2の領域および第3の領域を有し、
前記第2の領域の両側に位置する前記第1の領域および前記第3の領域の出力に基づいて前記第1の方向とほぼ直交する第2の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力し、前記第2の領域の出力に基づいて前記第1の方向における光ビームの位置に関連する情報を出力することを特徴とする光センサ。
In an optical sensor that includes a light source and a light receiving element that receives a light beam from the light source, and detects a movement position in a two-dimensional direction of the incident light beam based on an output of the light receiving element.
The light receiving region of the light receiving element includes a first region, a second region, and a third region divided by two first dividing lines parallel to the first direction,
Outputs information related to the position of the light beam in a second direction substantially orthogonal to the first direction based on the outputs of the first region and the third region located on both sides of the second region. And outputting information related to the position of the light beam in the first direction based on the output of the second region.
前記第2の領域は、位置検出素子からなることを特徴とする請求項7に記載の光センサ。   The optical sensor according to claim 7, wherein the second region includes a position detection element. 前記第1の領域および前記第3の領域は、フォトダイオードからなることを特徴とする請求項7または8に記載の光センサ。   The optical sensor according to claim 7, wherein the first region and the third region are formed of a photodiode. 前記第1の方向における光ビームの位置検出範囲が、前記第2の方向における光ビームの位置検出範囲よりも大きいことを特徴とする請求項2,3,5〜9のいずれか一項に記載の光センサ。   10. The position detection range of the light beam in the first direction is larger than the position detection range of the light beam in the second direction. 10. Light sensor. 前記受光領域に入射する光ビームのスポットは、前記第1の方向よりも前記第2の方向が大きい形状であることを特徴とする請求項2,3,5〜10のいずれか一項に記載の光センサ。   11. The spot of the light beam incident on the light receiving region has a shape in which the second direction is larger than the first direction. 11. Light sensor. 固定部に対して可動する可動部と、該可動部の位置および/または傾き量を検出する請求項1〜11のいずれか一項に記載の光センサとを有することを特徴とするアクチュエータ。   An actuator comprising: a movable part movable with respect to a fixed part; and the optical sensor according to any one of claims 1 to 11 that detects a position and / or an inclination amount of the movable part. 前記可動部は、少なくとも光学素子を有することを特徴とする請求項12に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 12, wherein the movable part includes at least an optical element. 前記光学素子は、ミラーであることを特徴とする請求項13に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 13, wherein the optical element is a mirror. 前記光センサの一部が、前記可動部の重心に対して前記光学素子とは反対側において前記可動部に配置されていることを特徴とする請求項13または14に記載のアクチュエータ。   15. The actuator according to claim 13, wherein a part of the optical sensor is disposed on the movable part on a side opposite to the optical element with respect to a center of gravity of the movable part.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63169504A (en) * 1987-01-08 1988-07-13 Fujitsu Ltd Optical two-dimensional position sensor
JPS63229306A (en) * 1987-03-19 1988-09-26 N T T Gijutsu Iten Kk Linear light receiving device
JPH05210863A (en) * 1990-12-18 1993-08-20 Ricoh Co Ltd Optical pickup device and position detector used therefor
JP2003279337A (en) * 2002-03-20 2003-10-02 Olympus Optical Co Ltd Apparatus and method for detection of deflection angle, system and method for switching of light signal and information recording and reproducing system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63169504A (en) * 1987-01-08 1988-07-13 Fujitsu Ltd Optical two-dimensional position sensor
JPS63229306A (en) * 1987-03-19 1988-09-26 N T T Gijutsu Iten Kk Linear light receiving device
JPH05210863A (en) * 1990-12-18 1993-08-20 Ricoh Co Ltd Optical pickup device and position detector used therefor
JP2003279337A (en) * 2002-03-20 2003-10-02 Olympus Optical Co Ltd Apparatus and method for detection of deflection angle, system and method for switching of light signal and information recording and reproducing system

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