JP2021025938A - Angle detection device - Google Patents

Angle detection device Download PDF

Info

Publication number
JP2021025938A
JP2021025938A JP2019145411A JP2019145411A JP2021025938A JP 2021025938 A JP2021025938 A JP 2021025938A JP 2019145411 A JP2019145411 A JP 2019145411A JP 2019145411 A JP2019145411 A JP 2019145411A JP 2021025938 A JP2021025938 A JP 2021025938A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mirror
light
angle
photodetector
reference posture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019145411A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021025938A5 (en
JP7341782B2 (en
Inventor
高橋 宏和
Hirokazu Takahashi
宏和 高橋
新吾 岩崎
Shingo Iwasaki
新吾 岩崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pioneer Electronic Corp filed Critical Pioneer Electronic Corp
Priority to JP2019145411A priority Critical patent/JP7341782B2/en
Publication of JP2021025938A publication Critical patent/JP2021025938A/en
Publication of JP2021025938A5 publication Critical patent/JP2021025938A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7341782B2 publication Critical patent/JP7341782B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

To provide an angle detection device which is strong at change in surrounding environment and change with time and saves a space.SOLUTION: An angle detection device includes a mirror which has a first surface for reflecting light and a second surface located on a side opposite to the first surface and is configured to be rockable aound a rocking shaft from a reference attitude, a light source which emits laser light advancing in parallel to the second surface of the mirror in the reference attitude, a photodetector which is provided on the optical path of the laser light emitted from the light source and advanced, and an angle calculation part which calculates a rocking angle from the reference attitude on the basis of the light receiving result of the photodetector.SELECTED DRAWING: Figure 1B

Description

本発明は、角度検出装置に関し、特に、揺動軸周りに揺動するミラーの基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出装置に関する。 The present invention relates to an angle detection device, and more particularly to an angle calculation device for calculating a swing angle from a reference posture of a mirror swinging around a swing axis.

光を偏向しつつ所定の領域に向けて出射し、当該所定の領域から戻ってきた光を検出することによって、当該所定の領域内に位置する物体に関する種々の情報を得る走査装置が知られている。このような走査装置において、光を偏向する部分として、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラー等の可動式のミラーが設けられている。 There is known a scanning device that obtains various information about an object located in the predetermined region by emitting light toward a predetermined region while deflecting the light and detecting the light returned from the predetermined region. There is. In such a scanning device, a movable mirror such as a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror is provided as a portion for deflecting light.

このような可動式のミラーを有する走査装置では、ミラーの角度を変えて当該ミラーに対する光線の入射方向及び反射方向を変化させることにより、出射光の偏向を行っている。このため、出射光が所定の領域内のどこを照射しているのかを知るためには、基準姿勢に対するミラーの角度を検出する必要がある。 In a scanning device having such a movable mirror, the emitted light is deflected by changing the angle of the mirror to change the incident direction and the reflected direction of the light ray with respect to the mirror. Therefore, in order to know where the emitted light is illuminating in a predetermined region, it is necessary to detect the angle of the mirror with respect to the reference posture.

ミラーの角度を検出する方法としては、例えばミラーの可動部に設けられた歪センサによって当該可動部の一部の変形を歪の大きさとして検出し、ピエゾ抵抗効果や圧電効果を利用してミラーの角度を算出することが行われている。また、ミラーに対して光を照射し、ミラーによって反射された光の反射方向の変化を象限検出器によって検出することによりミラーの角度を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。 As a method of detecting the angle of the mirror, for example, a strain sensor provided on the movable part of the mirror detects a part of the deformation of the movable part as the magnitude of the strain, and the piezoresistive effect or the piezoelectric effect is used to detect the mirror. The angle of is calculated. Further, a method of irradiating a mirror with light and detecting a change in the reflection direction of the light reflected by the mirror with a quadrant detector to detect the angle of the mirror has been proposed (for example, Patent Document 1). ..

特開2012−198511号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-198511

上記のように歪センサの検出結果を用いてミラーの角度を算出する方法では、可動部等における材料の物性の変化を利用しているため、検出感度に温度依存性を有し、また繰り返し歪みが生じることによる材料の劣化により、検出感度に変化が生じる。このため、ミラーの角度を精度よく算出することができないという問題があった。 In the method of calculating the angle of the mirror using the detection result of the strain sensor as described above, since the change in the physical characteristics of the material in the moving part or the like is used, the detection sensitivity has temperature dependence and the repeated strain. Due to the deterioration of the material due to the occurrence of the above, the detection sensitivity changes. Therefore, there is a problem that the angle of the mirror cannot be calculated accurately.

また、上記先行技術文献のようにミラーによって反射された光の反射方向の変化を利用してミラーの角度を検出する方法では、ミラーに対して比較的角度をもって光を入射させる必要があるため、ミラーの光反射面に垂直な方向に相当の空間を必要とする。このため、ミラー周辺の必要体積が大きくなり、角度検出のための光を照射するレーザや検出器等の存在によって、走査装置による光の走査領域に制限が生じるという問題があった。 Further, in the method of detecting the angle of the mirror by utilizing the change in the reflection direction of the light reflected by the mirror as in the above prior art document, it is necessary to inject the light at a relatively angle with respect to the mirror. A considerable amount of space is required in the direction perpendicular to the light reflecting surface of the mirror. For this reason, there is a problem that the required volume around the mirror becomes large, and the scanning area of the light by the scanning device is limited by the presence of a laser, a detector, or the like that irradiates the light for angle detection.

このように、歪センサを用いたミラーの角度の検出では、温度依存性や材料の計時劣化のため精度のよい算出を行うことができないということが課題の一例として挙げられる。また、ミラーからの反射光の反射方向の変化に基づいてミラーの角度を検出する場合、検出器等を設けるための広いスペースが必要となり、走査装置の走査領域に制限が生じてしまうということが課題の一例として挙げられる。 As described above, in the detection of the angle of the mirror using the strain sensor, one example of the problem is that accurate calculation cannot be performed due to temperature dependence and timekeeping deterioration of the material. Further, when detecting the angle of the mirror based on the change in the reflection direction of the reflected light from the mirror, a large space for providing a detector or the like is required, which limits the scanning area of the scanning device. It is given as an example of the problem.

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、周辺環境の変化や経時変化に強く且つ省スペースな角度検出装置を提供することを目的の一つとしている。 The present invention has been made in view of the above points, and one of the objects of the present invention is to provide a space-saving angle detection device that is resistant to changes in the surrounding environment and changes over time.

請求項1に記載の発明は、光を反射する第1の面と、前記第1の面とは反対側に位置する第2の面と、を有し、基準姿勢から揺動軸周りに揺動可能に構成されたミラーと、前記基準姿勢における前記ミラーの前記第2の面に対し平行に進行するレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されて進行する前記レーザ光の光路上に設けられた光検出器と、前記光検出器の受光結果に基づいて前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、を有することを特徴とする。 The invention according to claim 1 has a first surface that reflects light and a second surface that is located on the side opposite to the first surface, and swings around a swing axis from a reference posture. On an optical path of a mirror configured to be movable, a light source that emits a laser beam that travels parallel to the second surface of the mirror in the reference posture, and a laser beam that travels from the light source. It is characterized by having a provided light detector and an angle calculation unit that calculates a swing angle from the reference posture based on a light receiving result of the light detector.

請求項9に記載の発明は、光を反射する第1の面と、前記第1の面とは反対側に位置する第2の面と、を有し、基準姿勢から揺動軸周りに揺動可能に構成されたミラーと、前記基準姿勢における前記ミラーの前記第1の面に垂直な方向から見て前記第2の面の直下に位置する領域の外側から当該領域を通過する方向にレーザ光を出射する光源と、前記領域を通過した前記レーザ光を受光する受光面を有し、前記ミラーの揺動によって前記受光面による前記レーザ光の受光量が変化するように配された光検出器と、前記光検出器の受光結果に基づいて前記ミラーの前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、を有することを特徴とする。 The invention according to claim 9 has a first surface that reflects light and a second surface that is located on the side opposite to the first surface, and swings around a swing axis from a reference posture. A mirror configured to be movable and a laser in a direction passing through the region from the outside of a region located directly below the second surface when viewed from a direction perpendicular to the first surface of the mirror in the reference posture. Light detection that has a light source that emits light and a light receiving surface that receives the laser light that has passed through the region, and is arranged so that the amount of the laser light received by the light receiving surface changes due to the swing of the mirror. It is characterized by having a device and an angle calculation unit that calculates the swing angle of the mirror from the reference posture based on the light reception result of the light detector.

本実施例の角度検出装置の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the angle detection apparatus of this Example. 本実施例の角度検出装置の断面図である。It is sectional drawing of the angle detection apparatus of this Example. ミラーの基準姿勢におけるレーザ光の照射の様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state of the laser light irradiation in the reference posture of a mirror. ミラーが第1光検出器側に傾いている場合のレーザ光の照射の様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state of irradiation of the laser beam when the mirror is tilted toward the 1st photodetector. ミラーがレーザ光出射部側に傾いている場合のレーザ光の照射の様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state of the laser light irradiation when the mirror is tilted toward the laser light emitting part side. ミラーが揺動する際に検出される光強度と時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the light intensity detected when a mirror swings, and time. 規格化光強度と振り角との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the standardized light intensity and a swing angle. ミラーで反射されたレーザ光が第1光検出器に入射する場合を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the case where the laser light reflected by the mirror is incident on the 1st photodetector. 変形例におけるレーザ光の照射の様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state of irradiation of the laser light in the modification. 駆動信号の波形とミラーの傾きとの位相差の関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the relationship of the phase difference between the waveform of a drive signal and the inclination of a mirror. 変形例においてレーザ光がミラーの裏面の一部を通過する様子を模式的に示す上面図である。It is a top view which shows typically the state that a laser beam passes a part of the back surface of a mirror in a modification. 変形例においてレーザ光がミラーの裏面の一部を通過する様子を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically how the laser beam passes a part of the back surface of a mirror in a modification. 変形例においてレーザ光を傾き検出用のミラーで反射させた反射光を検出器が受光する様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mode that the detector receives the reflected light which reflected the laser beam by the mirror for tilt detection in the modification. 変形例におけるミラー及び受光部の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape of the mirror and the light receiving part in the modification. 変形例におけるミラー及び受光部の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape of the mirror and the light receiving part in the modification. 変形例におけるミラー及び受光部の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape of the mirror and the light receiving part in the modification. 変形例におけるミラー及び受光部の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape of the mirror and the light receiving part in the modification. 変形例におけるミラー及び受光部の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape of the mirror and the light receiving part in the modification. 変形例におけるミラー及び受光部の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape of the mirror and the light receiving part in the modification.

以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付している。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below. In the description and the accompanying drawings in the following examples, substantially the same or equivalent parts are designated by the same reference numerals.

図1Aは、本実施例に係る角度検出装置10の全体構成を示す斜視図である。角度検出装置10は、揺動軸周りに揺動するミラーの基準姿勢からの揺動角(以下、振り角とも称する)を検出する装置である。 FIG. 1A is a perspective view showing the overall configuration of the angle detection device 10 according to the present embodiment. The angle detection device 10 is a device that detects a swing angle (hereinafter, also referred to as a swing angle) from a reference posture of a mirror swinging around a swing axis.

角度検出装置10は、光偏向を行うMEMSミラー10と、レーザ光を出射するレーザ光出射部21と、レーザ光を受光する第1光検出器22及び第2光検出器23と、第1光検出器22及び第2光検出器23の受光結果に基づいてMEMSミラー10の振り角を算出する角度算出部24と、を有する。 The angle detection device 10 includes a MEMS mirror 10 that performs light deflection, a laser light emitting unit 21 that emits laser light, a first photodetector 22 and a second photodetector 23 that receive the laser light, and a first light. It has an angle calculation unit 24 that calculates the swing angle of the MEMS mirror 10 based on the light reception results of the detector 22 and the second photodetector 23.

MEMSミラー10は、周期的に揺動することで光の偏向動作を行うミラーを含むMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーである。MEMSミラー10は、支持部11と、支持部11によって揺動可能に支持された可動部12と、を含む。支持部11は、図示せぬ筐体部に固定されている。 The MEMS mirror 10 is a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror including a mirror that deflects light by periodically swinging. The MEMS mirror 10 includes a support portion 11 and a movable portion 12 oscillatingly supported by the support portion 11. The support portion 11 is fixed to a housing portion (not shown).

可動部12は、揺動軸CAの周りに揺動可能な状態で支持部11に支持されたミラー部13を有する。ミラー部13は、揺動軸CAに沿って延びるトーションバー14によって支持部11に接続及び支持されている。なお、支持部11及び可動部12は、半導体材料からなり、例えば半導体ウェハを加工することで形成することができる。 The movable portion 12 has a mirror portion 13 supported by the support portion 11 in a swingable state around the swing shaft CA. The mirror portion 13 is connected to and supported by the support portion 11 by a torsion bar 14 extending along the swing shaft CA. The support portion 11 and the movable portion 12 are made of a semiconductor material, and can be formed by, for example, processing a semiconductor wafer.

ミラー部13の第1の主面上には光反射面が形成されている。一方、ミラー部13の当該第1の主面とは反対側の主面である第2の主面は、黒色を有し且つ微細な溝が設けられる等の反射防止の加工が施されている。また、ミラー部13の当該第2の主面上には永久磁石(図示せず)が設けられている。トーションバー14がその周方向にねじれるように永久磁石に磁界が印加されると、ミラー部13は、支持部11に支持されつつ揺動軸CAの周りに揺動する。 A light reflecting surface is formed on the first main surface of the mirror portion 13. On the other hand, the second main surface of the mirror portion 13, which is the main surface opposite to the first main surface, has a black color and is subjected to antireflection processing such as providing fine grooves. .. Further, a permanent magnet (not shown) is provided on the second main surface of the mirror portion 13. When a magnetic field is applied to the permanent magnet so that the torsion bar 14 is twisted in its circumferential direction, the mirror portion 13 swings around the swing shaft CA while being supported by the support portion 11.

ミラー部13は、第1の主面及び第2の主面が水平となるように支持された状態を基本姿勢として、揺動軸CAの周りを揺動する。本実施例では、ミラー部13は、基準姿勢を中心として所定角度の範囲を周期的に揺動する。例えば、ミラー部13は、基本姿勢にある状態の第1の主面の法線方向から時計回りの方向を+方向、反時計回りの方向を−方向とすると、第1の主面の法線と基準姿勢における当該法線とのなす角AGがAG≦±θmax(例えば、±15°)の範囲で周期的に揺動する。以下の説明では、振り角の限界を示す最大角度θmaxを最大振り角とも称する。 The mirror portion 13 swings around the swing shaft CA in a basic posture in which the first main surface and the second main surface are supported so as to be horizontal. In this embodiment, the mirror unit 13 periodically swings in a range of a predetermined angle about the reference posture. For example, if the clockwise direction is the + direction and the counterclockwise direction is the − direction from the normal direction of the first main surface in the basic posture, the mirror unit 13 is the normal direction of the first main surface. The angle AG formed by the normal and the normal in the reference posture swings periodically in the range of AG ≦ ± θmax (for example, ± 15 °). In the following description, the maximum angle θmax indicating the limit of the swing angle is also referred to as the maximum swing angle.

レーザ光出射部21は、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面側に設けられている。レーザ光出射部21は、例えばMEMSミラー10の外側(すなわち、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面に平行な方向において、ミラー部13の中心からの距離がMEMSミラー10の外縁よりも遠い位置)から、ミラー部13の第2の主面上を通過するようにレーザ光を出射する。 The laser light emitting unit 21 is provided on the second main surface side of the mirror unit 13 in the reference posture. The laser beam emitting unit 21 is, for example, located outside the MEMS mirror 10 (that is, in a direction parallel to the second main surface of the mirror unit 13 in the reference posture, the distance from the center of the mirror unit 13 is larger than the outer edge of the MEMS mirror 10. From a distant position), the laser beam is emitted so as to pass over the second main surface of the mirror portion 13.

第1光検出器22は、APD(Avalanche PhotoDiode)等のフォトダイオードから構成されている。第1光検出器22は、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光がミラー部13の第2の主面上を通過して進行する光路上に設けられている。例えば、第1光検出器22は、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面側であって、MEMSミラー10の載置領域(すなわち、基準姿勢におけるミラー部13の第1の主面側を「上」、第2の主面側を「下」とした場合のMEMSミラー10の真下の領域)を挟んでレーザ光出射部21と対向する位置に設けられている。 The first photodetector 22 is composed of a photodiode such as an APD (Avalanche PhotoDiode). The first photodetector 22 is provided on an optical path in which the laser light emitted from the laser light emitting unit 21 passes over the second main surface of the mirror unit 13 and travels. For example, the first photodetector 22 is the second main surface side of the mirror portion 13 in the reference posture, and is the mounting region of the MEMS mirror 10 (that is, the first main surface side of the mirror portion 13 in the reference posture). Is "upper" and the second main surface side is "lower"), and is provided at a position facing the laser beam emitting portion 21 with a region directly below the MEMS mirror 10).

第2光検出器23は、第1光検出器22と同様、フォトダイオードから構成されている。第2光検出器23は、ミラー部13が一の方向に揺動した際にはミラー部13の端部で反射されたレーザ光が入射し、ミラー部13が他の方向に揺動した際にはレーザ光が入射しない位置に設けられている。例えば、第2光検出器23は、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面側で且つレーザ光出射部21に近い位置に配置されている。 Like the first photodetector 22, the second photodetector 23 is composed of a photodiode. In the second light detector 23, when the mirror portion 13 swings in one direction, the laser beam reflected by the end portion of the mirror portion 13 is incident, and when the mirror portion 13 swings in the other direction. Is provided at a position where the laser beam is not incident. For example, the second photodetector 23 is arranged on the second main surface side of the mirror unit 13 in the reference posture and at a position close to the laser light emitting unit 21.

角度算出部24は、第1光検出器22の受光結果に基づいて、基準姿勢に対するミラー部13の角度を算出する。また、角度算出部24は、第2光検出器23の受光結果に基づいて、ミラー部13が基準姿勢からどちらの方向に傾いているかを検出する。 The angle calculation unit 24 calculates the angle of the mirror unit 13 with respect to the reference posture based on the light reception result of the first photodetector 22. Further, the angle calculation unit 24 detects in which direction the mirror unit 13 is tilted from the reference posture based on the light receiving result of the second photodetector 23.

図1Bは、角度算出装置100のXX線に沿った断面図である。ここでは、ミラー部13が基準姿勢にある場合の各部の位置関係を示している。 FIG. 1B is a cross-sectional view of the angle calculation device 100 along the XX line. Here, the positional relationship of each portion when the mirror portion 13 is in the reference posture is shown.

レーザ光出射部21は、ミラー部13の第2の主面S2側において、MEMSミラー10の外縁部の外側からミラー部13の中心部に向かってレーザ光が出射されるように、当該中心部の方向に出射口を向けて配置されている。レーザ光出射部21の出射口の前側(すなわち、ミラー部13の中央部に向かう方向側)に近接して、レンズ25が設けられている。 The laser beam emitting unit 21 emits laser light from the outside of the outer edge portion of the MEMS mirror 10 toward the center portion of the mirror portion 13 on the second main surface S2 side of the mirror portion 13 so that the center portion thereof is emitted. It is arranged so that the outlet faces in the direction of. The lens 25 is provided in the vicinity of the front side of the emission port of the laser beam emission unit 21 (that is, the side toward the center of the mirror unit 13).

第1光検出器22は、レーザ光出射部21から出射されてミラー部13の第2の主面上を通過したレーザ光を受光するように、ミラー部13の中心部の方向に受光面を向けて配置されている。 The first photodetector 22 has a light receiving surface in the direction of the central portion of the mirror unit 13 so as to receive the laser light emitted from the laser light emitting unit 21 and passed over the second main surface of the mirror unit 13. It is placed facing.

第2光検出器23は、レーザ光出射部21から出射されてミラー部13の側端部で反射されたレーザ光を受光するように、ミラー部13の第2の主面S2に対向する方向に受光面を向けて配置されている。 The second photodetector 23 faces the second main surface S2 of the mirror unit 13 so as to receive the laser light emitted from the laser light emitting unit 21 and reflected by the side end of the mirror unit 13. It is arranged with the light receiving surface facing.

次に、本実施例の角度検出装置100が実行する角度検出動作について図2A、図2B、図2C、図3A及び図3Bを参照して説明する。 Next, the angle detection operation executed by the angle detection device 100 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 2A, 2B, 2C, 3A and 3B.

図2Aは、ミラー部13が基準姿勢である場合のレーザ光の出射及び受光の様子を模式的に示す図である。ここでは、ミラー部13の第1の主面S1及び第2の主面S2に垂直な方向を法線NLとして示している。レーザ光出射部21から出射されたレーザ光LL(図2Aに破線で示す)は、レンズ25を通過してミラー部13の第2の主面S2上を平行に横切るように進行し、第1光検出器22に入射する。第1光検出器22に入射するレーザ光LLの光量は、ミラー部13が揺動した状態と比べて最も大きくなる。すなわち、この状態において、第1光検出器22によって検出される光強度は最大となる。 FIG. 2A is a diagram schematically showing the state of emitting and receiving laser light when the mirror unit 13 is in the reference posture. Here, the direction perpendicular to the first main surface S1 and the second main surface S2 of the mirror portion 13 is shown as a normal NL. The laser light LL emitted from the laser light emitting unit 21 (shown by a broken line in FIG. 2A) passes through the lens 25 and travels in parallel on the second main surface S2 of the mirror unit 13, and the first It is incident on the photodetector 22. The amount of light of the laser beam LL incident on the first photodetector 22 is the largest as compared with the state in which the mirror portion 13 is swung. That is, in this state, the light intensity detected by the first photodetector 22 is maximized.

図2Bは、図2Aに示す基準姿勢の状態から第1光検出器22の位置する方向にミラー部13の第1の主面S1が傾いた状態、すなわち法線NLが図2AのA方向に変化するようにミラー部13が傾いた状態を示している。この状態では、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光LLのうちの一部がミラー部13の第2の主面S2に照射され、その進行が妨げられる。このため、第1光検出器22に入射するレーザ光LLの光量は、ミラー部13が基準姿勢にある状態と比べて小さくなる。 2B shows a state in which the first main surface S1 of the mirror portion 13 is tilted in the direction in which the first photodetector 22 is located from the state of the reference posture shown in FIG. 2A, that is, the normal line NL is in the direction A in FIG. 2A. It shows a state in which the mirror portion 13 is tilted so as to change. In this state, a part of the laser light LL emitted from the laser light emitting unit 21 irradiates the second main surface S2 of the mirror unit 13, and its progress is hindered. Therefore, the amount of light of the laser beam LL incident on the first photodetector 22 is smaller than that in the state where the mirror portion 13 is in the reference posture.

図2Cは、図2Aに示す基準姿勢の状態からレーザ光出射部21の位置する方向にミラー部13の第1の主面S1が傾いた状態、すなわち法線NLが図2AのB方向に変化するようにミラー部13が傾いた状態を示している。この状態では、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光LLのうちの一部がミラー部13の第1の主面S1又は側端部に照射され、その進行が妨げられる。このため、第1光検出器22に入射するレーザ光LLの光量は、ミラー部13が基準姿勢にある状態と比べて小さくなる。また、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光LLのうち、ミラー部13のレーザ光出射部21側の側端部で反射されたレーザ光は、第2光検出器23に入射する。 FIG. 2C shows a state in which the first main surface S1 of the mirror unit 13 is tilted in the direction in which the laser beam emitting unit 21 is located from the state of the reference posture shown in FIG. 2A, that is, the normal NL changes in the B direction of FIG. 2A. The mirror portion 13 is tilted so as to be tilted. In this state, a part of the laser light LL emitted from the laser light emitting unit 21 irradiates the first main surface S1 or the side end portion of the mirror unit 13, and its progress is hindered. Therefore, the amount of light of the laser beam LL incident on the first photodetector 22 is smaller than that in the state where the mirror portion 13 is in the reference posture. Further, among the laser light LL emitted from the laser light emitting unit 21, the laser light reflected at the side end portion of the mirror unit 13 on the laser light emitting unit 21 side is incident on the second light detector 23.

次に、図1に示す角度算出部24が、第1光検出器22の受光結果及び第2光検出器23の受光結果に基づいてミラー部13の振り角を算出する方法について説明する。 Next, a method in which the angle calculation unit 24 shown in FIG. 1 calculates the swing angle of the mirror unit 13 based on the light reception result of the first photodetector 22 and the light reception result of the second photodetector 23 will be described.

図3は、ミラー部13の振り角と第1光検出器22及び第2光検出器23で検出されるレーザ光の光強度と時間との関係を示すグラフである。ここでは、第1光検出器22で検出されるレーザ光の光強度をD1、第2光検出器23で検出されるレーザ光の光強度をD2として示している。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the swing angle of the mirror unit 13 and the light intensity and time of the laser light detected by the first photodetector 22 and the second photodetector 23. Here, the light intensity of the laser light detected by the first photodetector 22 is shown as D1, and the light intensity of the laser light detected by the second photodetector 23 is shown as D2.

ミラー部13が基準姿勢にある状態(振り角SA=0として示す)では、第1光検出器22で検出されるレーザ光の光強度は最大となる。一方、ミラー部13の振り角が最大、すなわちミラー部13の第1の主面SLの法線NLと基準姿勢における第1の主面S1の法線NL方向とのなす角が最大振り角である状態(振り角SA=maxとして示す)では、第1光検出器22で検出されるレーザ光の光強度は最小となる。このように、振り角に応じて検出される光強度の値が変化するため、角度算出部24は光強度の大きさに基づいて振り角を算出することができる。 When the mirror unit 13 is in the reference posture (indicated as a swing angle SA = 0), the light intensity of the laser light detected by the first photodetector 22 is maximized. On the other hand, the swing angle of the mirror portion 13 is the maximum, that is, the angle formed by the normal NL of the first main surface SL of the mirror portion 13 and the normal NL direction of the first main surface S1 in the reference posture is the maximum swing angle. In a certain state (shown as swing angle SA = max), the light intensity of the laser beam detected by the first photodetector 22 becomes the minimum. In this way, since the value of the detected light intensity changes according to the swing angle, the angle calculation unit 24 can calculate the swing angle based on the magnitude of the light intensity.

また、ミラー部13が図2Aに示すA方向に傾いた状態では第2光検出器23にレーザ光が入射せず、ミラー部13が図2Aに示すB方向に傾いた状態では第2光検出器23にレーザ光が入射する。図3AにD2として示すように、一方の方向に傾いている状態でのみ第2光検出器23でレーザ光の光強度が検出される。従って、角度算出部24は、第2光検出器23でレーザ光の光強度が検出されたか否かに基づいて、ミラー部13の傾きの方向を判定することができる。 Further, when the mirror portion 13 is tilted in the A direction shown in FIG. 2A, the laser beam is not incident on the second photodetector 23, and when the mirror portion 13 is tilted in the B direction shown in FIG. 2A, the second light detection is performed. Laser light is incident on the vessel 23. As shown as D2 in FIG. 3A, the light intensity of the laser beam is detected by the second photodetector 23 only when it is tilted in one direction. Therefore, the angle calculation unit 24 can determine the direction of inclination of the mirror unit 13 based on whether or not the light intensity of the laser light is detected by the second photodetector 23.

角度算出部24は、第1光検出器22で検出されるレーザ光の光強度の最大値に基づいて規格化した光強度を規格化光強度として、予め取得した規格化光強度と振り角との関係からミラー部13の振り角を算出する。 The angle calculation unit 24 sets the light intensity standardized based on the maximum value of the light intensity of the laser light detected by the first light detector 22 as the standardized light intensity, and sets the standardized light intensity and the swing angle acquired in advance. The swing angle of the mirror unit 13 is calculated from the above relationship.

次に、規格化光強度の算出式について説明する。ここでは、ミラー部13の振り角の最大値が15度であり、当該振り角が最大の状態において、レーザ光出射部21から第1光検出器22の方向を見た場合に第1光検出器22の受光部の下端にミラー部13の外縁が接する状態となる場合を例として説明を行う。 Next, the formula for calculating the standardized light intensity will be described. Here, the maximum value of the swing angle of the mirror unit 13 is 15 degrees, and the first light is detected when the direction of the first photodetector 22 is viewed from the laser light emitting unit 21 in the state where the swing angle is maximum. The case where the outer edge of the mirror portion 13 is in contact with the lower end of the light receiving portion of the device 22 will be described as an example.

まず、ミラー部13が直径dmmの円形のミラーであるとすると、ミラー部13の第1の主面S1の下側半分(すなわち、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光が入射する可能性がある部分)の面積は、S=(d/8)πとなる。 First, assuming that the mirror portion 13 is a circular mirror having a diameter of d mm, there is a possibility that the laser light emitted from the laser light emitting portion 21 is incident on the lower half of the first main surface S1 of the mirror portion 13. area of a portion) becomes S = (d 2/8) π.

ミラー部13が揺動して傾いた状態において、第1の主面S1の法線方向と基準姿勢における当該法線方向とのなす角をθとすると、ミラー部13が傾いた状態においてレーザ光を遮る部分の面積は、S(θ)=(d/8)πsinθと表される。 When the mirror portion 13 swings and tilts, and the angle formed by the normal direction of the first main surface S1 and the normal direction in the reference posture is θ, the laser beam is emitted when the mirror portion 13 is tilted. the area of the portion that blocks is expressed as S (θ) = (d 2 /8) πsinθ.

仮に、θ=15°のときにレーザ光がミラー部13の第1の主面S1に入射したとすると、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光のうちミラー部13によって遮られなかった部分の光量I(θ)は、次の数式1(数1)で表される。 Assuming that the laser light is incident on the first main surface S1 of the mirror unit 13 when θ = 15 °, the portion of the laser light emitted from the laser light emitting unit 21 that is not blocked by the mirror unit 13. The amount of light I (θ) of is expressed by the following mathematical formula 1 (Equation 1).

Figure 2021025938
Figure 2021025938

ここで、Iとはミラー部13が基準姿勢の状態において第1光検出器22に入射するレーザ光の光量である。この光量I(θ)をIで割ることにより、次の数式2(数2)で表されるような規格化光強度「規I(θ)」が得られる。 Here, I 0 is the amount of laser light incident on the first photodetector 22 when the mirror unit 13 is in the reference posture. By dividing this light intensity I (θ) by I 0 , a normalized light intensity “regulation I (θ)” as represented by the following equation 2 (Equation 2) can be obtained.

Figure 2021025938
Figure 2021025938

図3Bは、規格化光強度と振り角との関係を示すグラフである。振り角が±15°の範囲において、規格化光強度の値は、振り角の変化に応じて一次関数的に変化する。 FIG. 3B is a graph showing the relationship between the normalized light intensity and the swing angle. In the range of the swing angle of ± 15 °, the value of the normalized light intensity changes linearly according to the change of the swing angle.

角度算出部24は、第1光検出器22により検出されたレーザ光の光強度に基づいて規格化光強度を算出し、上記の数2で示される関係式に基づいて、振り角を算出する。上記のような規格化光強度の算出式を用いることにより、最大の光強度の値(すなわち、ミラー部13が基準姿勢である場合の光強度)に関わらず、ミラー部13の振り角を安定して算出することができる。 The angle calculation unit 24 calculates the normalized light intensity based on the light intensity of the laser light detected by the first photodetector 22, and calculates the swing angle based on the relational expression shown by the above equation 2. .. By using the standardized light intensity calculation formula as described above, the swing angle of the mirror unit 13 is stabilized regardless of the maximum light intensity value (that is, the light intensity when the mirror unit 13 is in the reference posture). Can be calculated.

以上のように、本実施例の角度検出装置100において、角度算出部24は、第1光検出器22が検出したレーザ光の光強度に基づいて、ミラー部13の振り角を算出する。また、角度算出部24は、第2光検出器23において所定値以上の光強度が検出されたか否かに基づいて、ミラー部13がどちらの方向に傾いているかを判定する。 As described above, in the angle detection device 100 of this embodiment, the angle calculation unit 24 calculates the swing angle of the mirror unit 13 based on the light intensity of the laser beam detected by the first photodetector 22. Further, the angle calculation unit 24 determines in which direction the mirror unit 13 is tilted, based on whether or not a light intensity equal to or higher than a predetermined value is detected by the second photodetector 23.

かかる構成によれば、歪センサを用いて角度を算出する場合とは異なり、温度依存性や材料の経時的な劣化の影響を受けずに角度をミラー部13の振り角を算出することができる。従って、安定して精度の高い振り角の算出を行うことが可能となる。 According to this configuration, unlike the case where the angle is calculated using the strain sensor, the swing angle of the mirror unit 13 can be calculated without being affected by the temperature dependence and the deterioration of the material over time. .. Therefore, it is possible to stably calculate the swing angle with high accuracy.

また、レーザ光出射部21、第1光検出器22及び第2光検出器23は、ミラー10の光反射面とは反対側(すなわち、ミラー部13の第2の主面側)に設けられ、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面に平行な方向でレーザ光の出射及び受光を行う。従って、ミラー10の光反射面に垂直な方向にはあまり空間を必要としないため、省スペースで角度検出装置を構成することができる。 Further, the laser light emitting unit 21, the first light detector 22, and the second light detector 23 are provided on the side opposite to the light reflecting surface of the mirror 10 (that is, the second main surface side of the mirror unit 13). , The laser beam is emitted and received in a direction parallel to the second main surface of the mirror portion 13 in the reference posture. Therefore, since much space is not required in the direction perpendicular to the light reflecting surface of the mirror 10, the angle detection device can be configured in a space-saving manner.

すなわち、本実施例の角度検出装置によれば、省スペースで且つ周辺環境の変化や経時変化に強い(すなわち、ロバストな)角度検出を実現することが可能となる。 That is, according to the angle detection device of the present embodiment, it is possible to realize angle detection that is space-saving and resistant to changes in the surrounding environment and changes over time (that is, robust).

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施例では、ミラー部13の第2の主面でのレーザ光の反射を防止するため、ミラー部13の第2の主面が黒色を有し且つ微細な溝が設けられている例について説明した。しかし、これに限られず、ミラー部13の第2の主面に反射防止の構造が形成されていればよい。例えば、第2の主面上に微細な突起を形成してもよく、反射率の低い塗料を塗布してもよい。また、これとは逆に、ミラー部13自体を反射率の低い材料で形成し、第1の主面にのみ反射性を持たせる加工を施してもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, in order to prevent the reflection of the laser light on the second main surface of the mirror portion 13, the second main surface of the mirror portion 13 has a black color and a fine groove is provided. An example was explained. However, the present invention is not limited to this, and an antireflection structure may be formed on the second main surface of the mirror portion 13. For example, fine protrusions may be formed on the second main surface, or a paint having low reflectance may be applied. Further, on the contrary, the mirror portion 13 itself may be formed of a material having a low reflectance, and the first main surface may be processed to have the reflectivity only.

また、上記のような反射防止の加工に加えて、ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光が第1光検出器22に入射するのを抑制する構成をさらに備えていても良い。 Further, in addition to the antireflection processing as described above, even if it is further provided with a configuration for suppressing the laser light reflected by the second main surface of the mirror portion 13 from being incident on the first photodetector 22. good.

図4Aは、ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光が第1光検出器22に入射する様子を模式的に示す図である。このように、ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光が第1光検出器22に入射すると、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光が第1光検出器22に直接入射する分の光強度に、ミラー部13の第2の主面で反射して第1光検出器22入射する分の光強度が加算されるため、角度の算出を行うことができない虞がある。 FIG. 4A is a diagram schematically showing how the laser light reflected by the second main surface of the mirror unit 13 is incident on the first photodetector 22. In this way, when the laser light reflected by the second main surface of the mirror unit 13 is incident on the first light detector 22, the laser light emitted from the laser light emitting unit 21 is directly directed to the first light detector 22. Since the light intensity of the incident portion is added to the light intensity of the incident portion reflected by the second main surface of the mirror unit 13 and the first light detector 22 is incident, the angle may not be calculated. ..

図4Bは、ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光が第1光検出器22に入射するのを抑制する構成を模式的に示す図である。ミラー部13の第1光検出器22に近い側端部と第1光検出器22との間には、第2のレンズ26が設けられている。また、第2のレンズ26と第1光検出器22との間には、開口部(アパーチャ)を有する遮蔽体27が設けられている。 FIG. 4B is a diagram schematically showing a configuration for suppressing the laser light reflected by the second main surface of the mirror unit 13 from entering the first photodetector 22. A second lens 26 is provided between the side end portion of the mirror portion 13 near the first photodetector 22 and the first photodetector 22. Further, a shield 27 having an opening (aperture) is provided between the second lens 26 and the first photodetector 22.

ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光は、第2のレンズ26によって、遮蔽体27の開口部とは異なる位置に集光される。このため、当該レーザ光は、遮蔽体27の開口部を通過せず、第1光検出器22に入射しない。一方、ミラー部13の第2の主面による反射を経ず、レーザ光出射部21から出射されてミラー部13の基準姿勢における第2の主面に平行な方向に進行したレーザ光(以下、平行光と称する)は、第2のレンズ26によって、遮蔽体27の開口部の位置に集光される。このため、当該レーザ光は第1光検出器22に入射する。かかる構成によれば、ミラー部13の第2の主面で反射したレーザ光の第1光検出器22への入射を制限し、平行光のみを第1光検出器22に入射させることができるため、角度の検出を正確に行うことが可能となる。 The laser beam reflected by the second main surface of the mirror portion 13 is focused by the second lens 26 at a position different from the opening of the shield 27. Therefore, the laser beam does not pass through the opening of the shield 27 and does not enter the first photodetector 22. On the other hand, the laser light emitted from the laser light emitting unit 21 and traveling in the direction parallel to the second main surface in the reference posture of the mirror unit 13 without being reflected by the second main surface of the mirror unit 13 (hereinafter, The parallel light) is focused by the second lens 26 at the position of the opening of the shield 27. Therefore, the laser beam is incident on the first photodetector 22. According to such a configuration, the incident of the laser light reflected by the second main surface of the mirror portion 13 on the first light detector 22 can be restricted, and only the parallel light can be incident on the first light detector 22. Therefore, it is possible to accurately detect the angle.

また、上記実施例では、ミラー部13がどちら側に傾いているかを判定するため、第2光検出器23の受光結果を用いる例について説明した。しかし、これとは異なり、例えば可動部12に歪みセンサを設け、ピエゾ抵抗効果等を利用して傾きの方法を判定する構成としてもよい。歪みセンサのセンサ結果には温度依存性や材料の経時劣化の影響があるが、ミラー部13がどちら側に傾いているかという2者択一の判定には角度算出のような正確さは必要ではないため、歪みセンサを用いて判定を行うことができる。 Further, in the above embodiment, an example in which the light receiving result of the second photodetector 23 is used to determine which side the mirror portion 13 is tilted to has been described. However, unlike this, for example, a strain sensor may be provided in the movable portion 12, and the method of tilting may be determined by utilizing the piezoresistive effect or the like. The sensor result of the strain sensor is affected by temperature dependence and deterioration of the material over time, but accuracy such as angle calculation is not necessary to determine which side the mirror unit 13 is tilted to. Therefore, the determination can be made using a distortion sensor.

また、MEMSミラー10に直接回転トルクを与え、ミラー部13を共振や非共振で揺動しているような場合(例えば、ミラー部13の第2の主面に永久磁石を接着し、外部からの磁界でミラーを揺動するような場合)には、駆動電圧又は駆動電流の波形に基づいてミラー部13の傾きの方向を判定することが可能である。 Further, when a rotational torque is directly applied to the MEMS mirror 10 and the mirror portion 13 is oscillating in resonance or non-resonance (for example, a permanent magnet is adhered to the second main surface of the mirror portion 13 from the outside. In the case of swinging the mirror with the magnetic field of (1), it is possible to determine the direction of inclination of the mirror unit 13 based on the waveform of the drive voltage or the drive current.

図5は、駆動信号の波形とミラー部13の揺動との関係を示す図である。例えば、直接駆動型共振動作の場合、ミラー部13は、共振周波数を含む駆動信号の印加を受けた磁界発生源から当該駆動信号に応じた磁界が発生し、当該磁界が永久磁石に作用することによりミラー部13が共振状態で揺動する。かかる揺動動作において、ミラー部13の揺動は、図5に示すように、駆動信号の波形と比べて位相が90°遅れた波形となる。従って、位相が90°遅れていることを前提に、駆動信号に基づいてミラー部13の傾きの方向を判定することが可能である。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the waveform of the drive signal and the swing of the mirror unit 13. For example, in the case of the direct drive type resonance operation, the mirror unit 13 generates a magnetic field corresponding to the drive signal from the magnetic field generation source to which the drive signal including the resonance frequency is applied, and the magnetic field acts on the permanent magnet. As a result, the mirror portion 13 swings in a resonant state. In such a swing operation, the swing of the mirror unit 13 has a waveform whose phase is delayed by 90 ° from the waveform of the drive signal, as shown in FIG. Therefore, it is possible to determine the direction of inclination of the mirror unit 13 based on the drive signal on the assumption that the phase is delayed by 90 °.

また、上記実施例の角度検出装置によるミラー部13の振り角の検出は、ミラー部13の第2の主面の全面を利用しなくても行うことができる。図6Aは、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光がミラー部13の第2の主面の一部に沿って進行する様子を模式的に示す上面図であり、図6Bはその断面図である。このように、ミラー部13の第2の主面の一部を通過したレーザ光を用いて角度を算出するようにレーザ光出射部や第1光検出器を配置することにより、ミラー部13の第2の主面に永久磁石30が固定されている場合にも、その影響を受けずに角度の算出を行うことが可能となる。 Further, the angle detection device of the above embodiment can detect the swing angle of the mirror unit 13 without using the entire surface of the second main surface of the mirror unit 13. FIG. 6A is a top view schematically showing how the laser light emitted from the laser light emitting unit 21 travels along a part of the second main surface of the mirror unit 13, and FIG. 6B is a cross-sectional view thereof. Is. In this way, by arranging the laser light emitting unit and the first photodetector so as to calculate the angle using the laser light that has passed through a part of the second main surface of the mirror unit 13, the mirror unit 13 Even when the permanent magnet 30 is fixed to the second main surface, it is possible to calculate the angle without being affected by the permanent magnet 30.

また、上記実施例では、第1光検出器22がレーザ光出射部21から出射されたレーザ光を直接受光する例について説明した。しかし、当該レーザ光をミラー等によりいったん反射させた光を第1光検出器22が受光するように構成してもよい。図7は、このような構成の角度検出装置を示す図である。MEMSミラー10の載置領域を挟んでレーザ光出射部21と対向する位置には、傾き検出用ミラー21が設けられている。光検出器32は、傾き検出用ミラー21によって反射されたレーザ光が入射する位置に設けられている。かかる構成の角度検出装置においても、上記実施例と同様に光検出器32が検出したレーザ光の光強度に基づいて、ミラー部13の振り角を算出することが可能である。 Further, in the above-described embodiment, an example in which the first photodetector 22 directly receives the laser light emitted from the laser light emitting unit 21 has been described. However, the first photodetector 22 may be configured to receive the light that is once reflected by the mirror or the like. FIG. 7 is a diagram showing an angle detection device having such a configuration. A tilt detection mirror 21 is provided at a position facing the laser beam emitting portion 21 with the mounting region of the MEMS mirror 10 interposed therebetween. The photodetector 32 is provided at a position where the laser beam reflected by the tilt detection mirror 21 is incident. Also in the angle detection device having such a configuration, it is possible to calculate the swing angle of the mirror unit 13 based on the light intensity of the laser light detected by the photodetector 32 as in the above embodiment.

また、上記実施例では、ミラー部13が円形である場合を例として説明したが、ミラー部13の形状はこれに限られない。例えば、ミラー部13は正方形や長方形等の四角い形状であってもよい。 Further, in the above embodiment, the case where the mirror portion 13 is circular has been described as an example, but the shape of the mirror portion 13 is not limited to this. For example, the mirror portion 13 may have a square shape such as a square or a rectangle.

図8(A)〜(F)は、レーザ光出射部21から見た第1光検出器22の受光面とミラー部13によってレーザ光が遮られる部分との関係を模式的に示す図である。 8 (A) to 8 (F) are diagrams schematically showing the relationship between the light receiving surface of the first photodetector 22 seen from the laser light emitting unit 21 and the portion where the laser light is blocked by the mirror unit 13. ..

図8(A)は上記実施例のように、ミラー部13が円形であり、且つミラー部13が最も傾いた状態(すなわち、振り角が最大である状態)で、ミラー部のエッジが第1光検出器22の受光面の下辺に接するような状態となる場合を示している。前述した規格化光強度の算出式は、このようにミラー部13が円形である場合を想定している。しかし、これとは異なる規格化強度の算出式を用いることにより、例えばミラー部13が四角い形状である場合にも、ミラー部13の振り角を算出することが可能である。 FIG. 8A shows a state in which the mirror portion 13 is circular and the mirror portion 13 is most tilted (that is, a state in which the swing angle is maximum) as in the above embodiment, and the edge of the mirror portion is first. It shows a case where it comes into contact with the lower side of the light receiving surface of the photodetector 22. The above-mentioned standardized light intensity calculation formula assumes a case where the mirror portion 13 is circular in this way. However, by using a standardized strength calculation formula different from this, it is possible to calculate the swing angle of the mirror portion 13 even when the mirror portion 13 has a square shape, for example.

ミラー部13が四角い形状である場合、図8(B)のようにミラー部13がレーザ光の一部の進行を遮るような状態では、ミラー部13の振り角に応じて第1光検出部22に入射するレーザ光の光量が変化するため、光強度の変化に基づいてミラー部13の振り角を算出することができる。しかし、図8(C)に示すようにミラー部13がレーザ光の進行をほぼ全面的に遮り、さらに図8(D)に示すようにミラー部13が第1光検出器22の受光面からはみ出すような状態に至ると、第1光検出器22に入射するレーザ光の光量が変化しないため、光強度に基づいてミラー部13の振り角を算出することができなくなる。そこで、図8(E)に示すように、第1光検出器22の受光面を大きくして、ミラー部13が最も傾いた状態でも第1光検出器22を全面的に覆わないようにすることにより、ミラー部13の形状が四角い場合でも振り角の算出を十分に行うことが可能となる。また、レンズ等を用いてレーザ光の照射領域の面積を大きくすることにより、レーザ光の進行がミラー部13によって全面的に遮断されないようにしてもよい。また、図8(F)に示すように、ミラー部13が円形の場合にも第1光検出器22の受光面を大きくして、レーザ光の進行がミラー部13によって遮られる領域が少なくなるようにしてもよい。 When the mirror unit 13 has a square shape and the mirror unit 13 blocks the progress of a part of the laser beam as shown in FIG. 8B, the first light detection unit according to the swing angle of the mirror unit 13 Since the amount of laser light incident on 22 changes, the swing angle of the mirror unit 13 can be calculated based on the change in light intensity. However, as shown in FIG. 8C, the mirror unit 13 blocks the progress of the laser beam almost entirely, and as shown in FIG. 8D, the mirror unit 13 is from the light receiving surface of the first photodetector 22. When the state of protrusion is reached, the amount of laser light incident on the first photodetector 22 does not change, so that the swing angle of the mirror unit 13 cannot be calculated based on the light intensity. Therefore, as shown in FIG. 8E, the light receiving surface of the first photodetector 22 is enlarged so that the first photodetector 22 is not completely covered even when the mirror portion 13 is most tilted. This makes it possible to sufficiently calculate the swing angle even when the shape of the mirror portion 13 is square. Further, by increasing the area of the laser beam irradiation region by using a lens or the like, the progress of the laser beam may not be completely blocked by the mirror portion 13. Further, as shown in FIG. 8 (F), even when the mirror portion 13 is circular, the light receiving surface of the first photodetector 22 is enlarged to reduce the region where the progress of the laser beam is blocked by the mirror portion 13. You may do so.

また、上記実施例で説明した一連の処理は、例えばROMなどの記録媒体に格納されたプログラムに従ったコンピュータ処理により行うことができる。 Further, the series of processes described in the above embodiment can be performed by computer processing according to a program stored in a recording medium such as a ROM.

100 角度検出装置
10 MEMSミラー
11 支持部
12 可動部
13 ミラー部
14 トーションバー
21 レーザ光出射部
22 第1光検出器
23 第2光検出器
24 角度算出部
25 レンズ
30 永久磁石
31 傾き検出用ミラー
32 光検出器
100 Angle detection device 10 MEMS mirror 11 Support part 12 Movable part 13 Mirror part 14 Torsion bar 21 Laser light emission part 22 First photodetector 23 Second photodetector 24 Angle calculation part 25 Lens 30 Permanent magnet 31 Mirror for tilt detection 32 Photodetector

Claims (9)

光を反射する第1の面と、前記第1の面とは反対側に位置する第2の面と、を有し、基準姿勢から揺動軸周りに揺動可能に構成されたミラーと、
前記基準姿勢における前記ミラーの前記第2の面に対し平行に進行するレーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射されて進行する前記レーザ光の光路上に設けられた光検出器と、
前記光検出器の受光結果に基づいて前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、
を有することを特徴とする角度検出装置。
A mirror having a first surface that reflects light and a second surface that is located on the opposite side of the first surface and is configured to swing around a swing axis from a reference posture.
A light source that emits a laser beam that travels parallel to the second surface of the mirror in the reference posture.
A photodetector provided on the optical path of the laser beam emitted from the light source and traveling.
An angle calculation unit that calculates the swing angle from the reference posture based on the light reception result of the photodetector,
An angle detection device characterized by having.
前記角度算出部は、前記光検出器の受光結果を前記ミラーが前記基準姿勢にある場合の受光結果と比較することにより、前記基準姿勢からの揺動角を算出することを特徴とする請求項1に記載の角度検出装置。 The angle calculation unit is characterized in that it calculates a swing angle from the reference posture by comparing the light reception result of the photodetector with the light reception result when the mirror is in the reference posture. The angle detection device according to 1. 前記角度算出部は、前記光検出器により検出された前記レーザ光の光強度を、前記ミラーが前記基準姿勢にある場合に前記光検出器により検出される光強度を用いて規格化し、当該規格化された光強度である規格化光強度に基づいて、前記基準姿勢からの揺動角を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の角度検出装置。 The angle calculation unit standardizes the light intensity of the laser beam detected by the photodetector using the light intensity detected by the photodetector when the mirror is in the reference posture, and standardizes the standard. The angle detection device according to claim 1 or 2, wherein the swing angle from the reference posture is calculated based on the standardized light intensity, which is the standardized light intensity. 前記ミラーが前記基準姿勢から一の方向に揺動した際に前記レーザ光が入射し、他の方向に揺動した際には前記レーザ光が入射しない位置に設けられた第2の光検出器を有し、
前記角度算出部は、前記第2の検出器の受光結果に基づいて、前記ミラーの前記基準姿勢からの揺動方向を判定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の角度検出装置。
A second light detector provided at a position where the laser beam is incident when the mirror swings in one direction from the reference posture and the laser beam is not incident when the mirror swings in the other direction. Have,
The angle calculation unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the angle calculation unit determines the swing direction of the mirror from the reference posture based on the light receiving result of the second detector. Angle detector.
前記ミラーは、前記第2の面に固定された永久磁石を有し、駆動信号の印加を受けて動作する磁力発生源によって発生された磁界によって共振するように揺動し、
前記角度算出部は、前記駆動信号の信号波形に基づいて、前記ミラーの前記基準姿勢からの揺動方向を判定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の角度検出装置。
The mirror has a permanent magnet fixed to the second surface and swings so as to resonate with a magnetic field generated by a magnetic field source that operates in response to the application of a drive signal.
The angle detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the angle calculation unit determines the swing direction of the mirror from the reference posture based on the signal waveform of the drive signal. ..
前記ミラーの前記第2の面に反射防止構造が形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1に記載の角度検出装置。 The angle detection device according to any one of claims 1 to 5, wherein an antireflection structure is formed on the second surface of the mirror. 前記光源と前記光検出器との間に配され、前記ミラーの前記第2の面で反射されたレーザ光と前記第2の面での反射を経ずに進行したレーザ光とを異なる位置に集光するレンズと、
前記光検出器の受光面に近接して設けられ、前記ミラーの前記第2の面で反射され前記レンズによって集光されたレーザ光の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽部を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1に記載の角度検出装置。
A laser beam arranged between the light source and the light detector and reflected by the second surface of the mirror and a laser beam traveling without being reflected by the second surface are placed at different positions. With a focusing lens
It is characterized by having a shielding portion which is provided close to a light receiving surface of the photodetector and shields at least a part of laser light reflected by the second surface of the mirror and collected by the lens. The angle detection device according to any one of claims 1 to 6.
前記ミラーの前記第2の面上を通過したレーザ光を反射させる第2のミラーを有し、
前記検出器は、前記第2のミラーによって反射されたレーザ光を受光可能な位置に配されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1に記載の角度検出装置。
It has a second mirror that reflects laser light that has passed over the second surface of the mirror.
The angle detection device according to any one of claims 1 to 7, wherein the detector is arranged at a position where it can receive a laser beam reflected by the second mirror.
光を反射する第1の面と、前記第1の面とは反対側に位置する第2の面と、を有し、基準姿勢から揺動軸周りに揺動可能に構成されたミラーと、
前記基準姿勢における前記ミラーの前記第1の面に垂直な方向から見て前記第2の面の直下に位置する領域の外側から当該領域を通過する方向にレーザ光を出射する光源と、
前記領域を通過した前記レーザ光を受光する受光面を有し、前記ミラーの揺動によって前記受光面による前記レーザ光の受光量が変化するように配された光検出器と、
前記光検出器の受光結果に基づいて前記ミラーの前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、
を有することを特徴とする角度検出装置。
A mirror having a first surface that reflects light and a second surface that is located on the opposite side of the first surface and is configured to swing around a swing axis from a reference posture.
A light source that emits laser light in a direction that passes through the region from the outside of a region located directly below the second surface when viewed from a direction perpendicular to the first surface of the mirror in the reference posture.
A photodetector having a light receiving surface that receives the laser light that has passed through the region and arranged so that the amount of the laser light received by the light receiving surface changes due to the swing of the mirror.
An angle calculation unit that calculates the swing angle of the mirror from the reference posture based on the light reception result of the photodetector.
An angle detection device characterized by having.
JP2019145411A 2019-08-07 2019-08-07 Angle detection device Active JP7341782B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019145411A JP7341782B2 (en) 2019-08-07 2019-08-07 Angle detection device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019145411A JP7341782B2 (en) 2019-08-07 2019-08-07 Angle detection device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2021025938A true JP2021025938A (en) 2021-02-22
JP2021025938A5 JP2021025938A5 (en) 2022-08-09
JP7341782B2 JP7341782B2 (en) 2023-09-11

Family

ID=74663050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019145411A Active JP7341782B2 (en) 2019-08-07 2019-08-07 Angle detection device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7341782B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005331679A (en) * 2004-05-19 2005-12-02 Nippon Signal Co Ltd:The Planar type actuator
JP2006078186A (en) * 2004-09-07 2006-03-23 Y E Data Inc Flat surface measuring method of mirror
JP2006337251A (en) * 2005-06-03 2006-12-14 Victor Co Of Japan Ltd Photodetection device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005331679A (en) * 2004-05-19 2005-12-02 Nippon Signal Co Ltd:The Planar type actuator
JP2006078186A (en) * 2004-09-07 2006-03-23 Y E Data Inc Flat surface measuring method of mirror
JP2006337251A (en) * 2005-06-03 2006-12-14 Victor Co Of Japan Ltd Photodetection device

Also Published As

Publication number Publication date
JP7341782B2 (en) 2023-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11275157B2 (en) Object detecting apparatus, object detecting method, and design method of object detecting apparatus
EP2940489B1 (en) Object detection device and sensing apparatus
US11914075B2 (en) Distance measurement apparatus
EP3190428B1 (en) Electronic distance measuring instrument
JP6724663B2 (en) Scanner mirror
US7538310B2 (en) Laser beam irradiation device with error position detection
KR102452341B1 (en) LiDAR sensor for object detection
JPH10239051A (en) Tilt angle measuring device
KR20190128068A (en) Laser sensor module for particle detection with offset beam
JP2021025938A (en) Angle detection device
EP3410170B1 (en) Optical scanning device
CN111948804A (en) Optical scanning unit and optical apparatus
JP2020020703A (en) Scanner, method for controlling scanner, program, recording medium, and distance measuring device
US11209527B2 (en) Optical scanning device
WO2021117527A1 (en) Electromagnetic motor, optical deflection device, and ranging device
US20210141062A1 (en) Distance measurement device
JP2022022390A (en) Ranging device
JP7170251B2 (en) distance measuring device
JP6989354B2 (en) Optical scanning device and ranging device
JP2003344553A (en) Object detector
CN213690109U (en) Structured light control device
WO2023053840A1 (en) Optical scanning device
WO2022196360A1 (en) Light-receiving element and measurement device
US20230131002A1 (en) Sensor device
US20210156967A1 (en) Method and system for detecting fiber position in a fiber scanning projector

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220715

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220801

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230327

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230404

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230530

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230801

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230830

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7341782

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150