JP3421151B2 - Variable optical axis direction photodetector - Google Patents

Variable optical axis direction photodetector

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JP3421151B2
JP3421151B2 JP31065794A JP31065794A JP3421151B2 JP 3421151 B2 JP3421151 B2 JP 3421151B2 JP 31065794 A JP31065794 A JP 31065794A JP 31065794 A JP31065794 A JP 31065794A JP 3421151 B2 JP3421151 B2 JP 3421151B2
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coil
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、道路,空港等、比較的
大きな対象を監視するのに好適な光検出装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photodetector suitable for monitoring relatively large objects such as roads and airports.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の装置としては、光検出装置を
モータで回動するもの、あるいは多数の光検出素子
を、各素子の光軸方向を相対的に広げて配置するものが
考えられる。
2. Description of the Related Art As a device of this type, a device in which a photodetector is rotated by a motor, or a device in which a large number of photodetector elements are arranged such that the optical axis direction of each element is relatively widened can be considered.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
のものは、装置が大型で高速操作ができず、コストの面
からも実用的ではないという問題がある。また前記の
ものは、各素子の特性のばらつきを補正する必要がある
という問題がある。
However, the above-mentioned devices have a problem that the device is large, cannot operate at high speed, and is not practical in terms of cost. Further, the above-mentioned one has a problem that it is necessary to correct the variation in the characteristics of each element.

【0004】本発明は、このような状況のもとでなされ
たもので、小型で高速走査ができ、量産によるコストダ
ウンが可能で、各素子の特性のばらつきを補正する必要
のない光検出装置を提供することを目的とするものであ
る。
The present invention has been made under such circumstances, and it is small in size, can perform high-speed scanning, can reduce the cost by mass production, and does not need to correct the characteristic variation of each element. It is intended to provide.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、光検出装置を次の(1)ないし(
)のとおりに構成する。 (1)半導体基板に一体形成した、可動板とこの可動板
を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支するトーション
バーと、前記可動板の周縁部に設けた駆動コイルと、こ
の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記可
動板に形成した光検出素子とを備え、前記駆動コイルに
電流を流すことにより発生する力により前記可動板を駆
動して前記光検出素子の光軸方向を可変する光軸方向可
変型光検出装置であって、前記駆動コイルと電磁結合す
る検出コイルを設けるとともに、前記駆動コイルに、駆
動電流に重畳して検出用電流を流す光軸方向可変型光検
出装置。)半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この
外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する
第1のトーションバーと、前記外側可動体の内側にある
内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し
揺動自在に軸支する、前記第1のトーションバーと軸方
向が直交する第2のトーションバーとを備え、また、
記外側可動板の周縁部に設けた第1の駆動コイルと、前
記内側可動板の周縁部に設けた第2の駆動コイルと、前
記第1の駆動コイルに静磁界を与える第1の磁界発生手
段と、前記第2の駆動コイルに静磁界を与える第2の磁
界発生手段と、前記内側可動板に形成した光検出素子と
を備え、前記第1の駆動コイル,第2の駆動コイルに電
流を流すことにより発生する力により前記外側可動板,
内側可動板を駆動して前記光検出素子の光軸方向を可変
る光軸方向可変型光検出装置であって、前記第1の駆
動コイル,前記第2の駆動コイルと夫々電磁結合する第
1の検出コイル,第2の検出コイルを設けるとともに、
前記第1,第2の駆動コイルに、駆動電流に重畳して検
出用電流を流す光軸方向可変型光検出装置。 (3)半導体基板に一体形成した、可動板とこの可動板
を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支するトーション
バーと、前記可動板の周縁部に設けた駆動コイ ルと、こ
の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記可
動板に形成した光検出素子とを備え、前記駆動コイルに
電流を流すことにより発生する力により前記可動板を駆
動して前記光検出素子の光軸方向を可変する光軸方向可
変型光検出装置であって、前記光検出素子の光軸変位角
を検出する変位角検出手段を設け、前記変位角検出手段
の出力をフィードバックして前記駆動コイルに流す電流
を制御し、前記変位角検出手段の出力から軸位置を算出
し、当該算出結果にもとづき画像フレームアドレスを算
出し、前記光検出素子の出力を前記画像フレームアドレ
スへ転送して記憶する処理を繰り返して監視対象につい
て所要の監視データを得る光軸方向可変型光検出装置。 (4)半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この
外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する
第1のトーションバーと、前記外側可動体の内側にある
内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し
揺動自在に軸支する、前記第1のトーションバーと軸方
向が直交する第2のトーションバーとを備え、また、前
記外側可動板の周縁部に設けた第1の駆動コイルと、前
記内側可動板の周縁部に設けた第2の駆動コイルと、前
記第1の駆動コイルに静磁界を与える第1の磁界発生手
段と、前記第2の駆動コイルに静磁界を与える第2の磁
界発生手段と、前記内側可動板に形成した光検出素子と
を備え、前記第1の駆動コイル,第2の駆動コイルに電
流を流すことにより発生する力により前記外側可動板,
内側可動板を駆動して前記光検出素子の光軸方向を可変
する光軸方向可変型光検出装置であって、前記光検出素
子の外側可動板にかかる光軸変位角を検出する第1の変
位角検出手段と、前記光検出素子の内側可動板にかかる
光軸変位角を検出する第2の変位角検出手段とを設け、
前記第1及び第2の変位角検出手段の出力をフィードバ
ックして前記第1及び第2の駆動コイルに流す電流を制
御し、前記第1の変位角検出手段及び第2の変位角検出
手段の出力から軸位置を算出し、当該算出結果に基づき
画像フレームアドレスを算出し、前記光検出素子の出力
を前記画像フレームアドレスへ転送して記憶する処理を
繰り返して監視対象に ついて所要の監視データを得る
軸方向可変型光検出装置。 (5)半導体基板に一体形成した、可動板とこの可動板
を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支するトーション
バーと、前記可動板の周縁部に設けた駆動コイルと、こ
の駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記可
動板に形成した光検出素子とを備え、かつ前記半導体基
板の上,下面にガラス基板を接合して3層構造とした光
軸方向可変型光検出装置であって、前記磁界発生手段
が、上側及び下側のガラス基板に設けられた、前記ト−
ションバーの軸方向と平行な可動板の対辺の平面コイル
部分に磁界を作用させる互いに対をなす永久磁石であ
り、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する力
により前記可動板を駆動して前記光検出素子の光軸方向
を可変する光軸方向可変型光検出装置。 (6)半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この
外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する
第1のトーションバーと、前記外側可動体の内側にある
内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し
揺動自在に軸支する、前記第1のトーションバーと軸方
向が直交する第2のトーションバーとを備え、また、前
記外側可動板の周縁部に設けた第1の駆動コイルと、前
記内側可動板の周縁部に設けた第2の駆動コイルと、前
記第1の駆動コイルに静磁界を与える第1の磁界発生手
段と、前記第2の駆動コイルに静磁界を与える第2の磁
界発生手段と、前記内側可動板に形成した光検出素子と
を備え、かつ前記半導体基板の上,下面にガラス基板を
接合して3層構造とした光軸方向可変型光検出装置であ
って、前記第1の磁界発生手段が、上側及び下側のガラ
ス基板に設けられた、前記第1のト−ションバーの軸方
向と平行な外側可動板の対辺の平面コイル部分に磁界を
作用させる互いに対をなす永久磁石であり、前記第2の
磁界発生手段が、上側及び下側のガラス基板に設けられ
た、前記第2のト−ションバーの軸方向と平行な内側可
動板の対辺の平面コイル部分に磁界を作用させる互いに
対をなす永久磁石であり、前記第1の駆動コイル,第2
の駆動コイルに電流を流すことにより発生する力 により
前記外側可動板,内側可動板を駆動して前記光検出素子
の光軸方向を可変する光軸方向可変型光検出装置。 (前記(1)ないし(6)のいずれかに記載の光軸
方向可変型光検出装置において、前記半導体基板は、中
間の半導体基板の上,下面に別の半導体基板を積層した
3層構造の基板である光軸方向可変型光検出装置。 (前記(5)または(6)に記載の光軸方向可変型
光検出装置において、前記半導体基板の上面に接合した
ガラス基板における、前記光検出素子に対向する箇所
に、開口部を設けたこ光軸方向可変型光検出装置。 (前記(5)または(6)に記載の光軸方向可変型
光検出装置において、前記半導体基板の上,下面に接合
したガラス基板の中央部に、前記可動板の揺動空間を確
保するための凹部を設けた光軸方向可変型光検出装置。 (10前記(5)または(6)に記載の光軸方向可変
型光検出装置において、前記半導体基板の上面に接合し
たガラス基板に反射防止膜を被覆した光軸方向可変型光
検出装置。 (11前記(5)または(6)に記載の光軸方向可変
型光検出装置において、前記可動板の揺動空間を、前記
半導体基板とその上,下面に接合したガラス基板とによ
って密閉するとともに真空状態とした光軸方向可変型光
検出装置。 (12前記(5)または(6)に記載の光軸方向可変
型光検出装置において、前記可動板の揺動空間を、前記
半導体基板とその上,下面に接合したガラス基板とによ
って密閉し、かつ前記揺動空間に不活性ガスを封入した
光軸方向可変型光検出装置。 (13前記(1)ないし(12)のいずれかに記載の
光軸方向可変型光検出装置において、光検出素子の前面
には入射光を収束するマイクロレンズを設けた光軸方向
可変型光検出装置。
In order to achieve the above object, in the present invention, a photodetector is provided with the following (1) to ( 1 )
3 ) Configure as follows. (1) A movable plate integrally formed on a semiconductor substrate, a torsion bar that pivotally supports the movable plate with respect to the semiconductor substrate, a drive coil provided on a peripheral portion of the movable plate, and a drive coil a magnetic field generating means for applying a static magnetic field, e Bei and a light detecting element which is formed on the movable plate, before Symbol light of the light detecting element by driving the movable plate by a force generated by supplying a current to the driving coil the axial an optical axis variable optical detector you variable, to electromagnetically coupled to said drive coil
And a drive coil for the drive coil.
Optical axis direction variable type optical detection that superimposes on the dynamic current and sends detection current
Output device. ( 2 ) An outer movable plate integrally formed with the semiconductor substrate, a first torsion bar that pivotally supports the outer movable plate with respect to the semiconductor substrate, and an inner movable plate inside the outer movable body. If, the inner movable plate to swingably supported relative to the outer movable plate, and a second torsion bar by the first torsion bar and the axially orthogonal, also the peripheral edge of the outer movable plate A first drive coil provided in a portion, a second drive coil provided in a peripheral portion of the inner movable plate, a first magnetic field generating means for applying a static magnetic field to the first drive coil, and the second Second magnetic field generating means for applying a static magnetic field to the drive coil and a photodetector element formed on the inner movable plate, and is generated by applying a current to the first drive coil and the second drive coil. The outer movable plate by force,
The optical axis of the light detecting element by driving the inner movable plate to an optical axis variable optical detector you variable <br/>, driving the first
Moving coil, and a second driving coil that is electromagnetically coupled to the second driving coil, respectively.
In addition to providing the first detection coil and the second detection coil,
The drive current is superimposed on the first and second drive coils for detection.
Optical axis direction variable type photo-detector for supplying output current. (3) Movable plate and this movable plate integrally formed on a semiconductor substrate
For swingably supporting the semiconductor substrate with respect to the semiconductor substrate
And a bar, and a drive coil provided on the periphery of the movable plate, this
Magnetic field generating means for applying a static magnetic field to the drive coil of
And a photodetector formed on the moving plate,
The movable plate is driven by the force generated by passing an electric current.
Moving the optical axis direction of the photodetector to change the optical axis direction
A modified photodetection device, wherein the optical axis displacement angle of the photodetection element
And a displacement angle detecting means for detecting
Current fed back to the drive coil by feeding back the output of
Control and calculate the shaft position from the output of the displacement angle detection means.
The image frame address is calculated based on the calculation result.
And output the output of the photodetector to the image frame address.
Repeat the process of transferring and storing the
An optical axis direction variable type photodetector that obtains the required monitoring data . (4) The outer movable plate integrally formed on the semiconductor substrate, and
An outer movable plate is pivotably supported on the semiconductor substrate.
First torsion bar and inside the outer movable body
The inner movable plate and the inner movable plate with respect to the outer movable plate
The first torsion bar and the axial direction that pivotally support
A second torsion bar whose directions are orthogonal to each other, and
A first drive coil provided on a peripheral portion of the outer movable plate;
A second drive coil provided on the peripheral portion of the inner movable plate;
A first magnetic field generator that applies a static magnetic field to the first drive coil.
And a second magnet for applying a static magnetic field to the second drive coil.
Field generating means, and a photodetector element formed on the inner movable plate
And a power supply to the first drive coil and the second drive coil.
The outer movable plate is generated by the force generated by the flow.
The inner movable plate is driven to change the optical axis direction of the photo detector.
An optical axis direction variable type photodetector, comprising:
The first variable for detecting the optical axis displacement angle applied to the outer movable plate of the child.
Position angle detection means and the movable plate inside the light detection element
And a second displacement angle detection means for detecting the displacement angle of the optical axis,
The outputs of the first and second displacement angle detecting means are fed back to each other.
Click to control the current flowing through the first and second drive coils.
However, the first displacement angle detection means and the second displacement angle detection
Calculate the axis position from the output of the means, and based on the calculation result
Calculates the image frame address and outputs the photodetector
Transfer to the image frame address and store
Repeated with the monitored obtain the required monitoring data optical axis variable optical detector. (5) Movable plate and this movable plate integrally formed on a semiconductor substrate
For swingably supporting the semiconductor substrate with respect to the semiconductor substrate
A bar, a drive coil provided on the periphery of the movable plate, and
Magnetic field generating means for applying a static magnetic field to the drive coil of
A photodetector formed on the moving plate, and the semiconductor substrate
Light with a three-layer structure by bonding glass substrates to the top and bottom of the plate
An axially variable photodetector, comprising the magnetic field generating means.
Are provided on the upper and lower glass substrates.
Planar coil on the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the motion bar
A pair of permanent magnets that exert a magnetic field on their parts.
Force generated by passing an electric current through the drive coil
The movable plate is driven by the optical axis direction of the photodetector.
Optical axis direction variable type photo-detecting device for changing the optical axis. (6) The outer movable plate integrally formed on the semiconductor substrate, and
An outer movable plate is pivotably supported on the semiconductor substrate.
First torsion bar and inside the outer movable body
The inner movable plate and the inner movable plate with respect to the outer movable plate
The first torsion bar and the axial direction that pivotally support
A second torsion bar whose directions are orthogonal to each other, and
A first drive coil provided on a peripheral portion of the outer movable plate;
A second drive coil provided on the peripheral portion of the inner movable plate;
A first magnetic field generator that applies a static magnetic field to the first drive coil.
And a second magnet for applying a static magnetic field to the second drive coil.
Field generating means, and a photodetector element formed on the inner movable plate
And glass substrates on the upper and lower surfaces of the semiconductor substrate.
An optical axis direction variable type photodetector having a three-layer structure by being joined.
Thus, the first magnetic field generating means is provided with the upper and lower rattles.
Axial direction of the first torsion bar provided on the substrate
The magnetic field is applied to the flat coil part on the opposite side of the outer movable plate parallel to the direction.
A pair of permanent magnets that act on each other, and
Magnetic field generating means are provided on the upper and lower glass substrates.
In addition, the inner side parallel to the axial direction of the second torsion bar
Applying magnetic fields to the flat coil parts on opposite sides of the moving plate
A pair of permanent magnets, the first drive coil, the second
Due to the force generated by passing an electric current through the drive coil of
The light detecting element is driven by driving the outer movable plate and the inner movable plate.
Optical axis variable optical detection device for varying the optical axis direction. ( 7 ) The optical axis according to any one of (1) to (6) above.
In the variable direction photodetection device, the semiconductor substrate is a variable optical axis direction photodetection device having a three-layer structure in which another semiconductor substrate is laminated on the upper and lower surfaces of an intermediate semiconductor substrate. ( 8 ) Optical axis direction variable type according to (5) or (6) above
In the photodetector, an optical axis direction variable photodetector having an opening provided at a position facing the photodetector on a glass substrate bonded to the upper surface of the semiconductor substrate. ( 9 ) Optical axis direction variable type as described in (5) or (6) above.
In the photodetector, an optical axis direction variable type photodetector in which a concave portion for securing a swing space of the movable plate is provided in a central portion of a glass substrate joined to upper and lower surfaces of the semiconductor substrate. ( 10 ) Variable optical axis direction according to the above (5) or (6)
Type photodetector, wherein the glass substrate bonded to the upper surface of the semiconductor substrate is coated with an antireflection film. ( 11 ) Variable optical axis direction according to (5) or (6) above.
In the type photodetector, the swinging space of the movable plate is hermetically sealed by the semiconductor substrate and a glass substrate bonded to the upper and lower surfaces of the movable plate, and the optical axis direction variable type photodetector is placed in a vacuum state. ( 12 ) Variable optical axis direction according to (5) or (6) above
Type photodetector, the swinging space of the movable plate is sealed by the semiconductor substrate and a glass substrate bonded to the upper and lower surfaces thereof, and an inert gas is sealed in the swinging space. Light detection device. ( 13 ) The method according to any one of (1) to (12) above.
In the optical axis direction variable type photodetector, the optical axis direction variable type photodetector is provided with a microlens for converging incident light on the front surface of the photodetector element.

【0006】[0006]

【0007】[0007]

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【実施例】以下本発明を実施例に基づいて説明する。EXAMPLES The present invention will be described below based on examples.

【0012】(実施例1)図1,図2は実施例1である
“光軸方向可変型光検出装置”の構成を示す図である。
本実施例は、後述の実施例2,実施例3と同様に、検流
計(ガルバノメータ)と同じ原理で動作するものであ
る。なお、図1,図2で判り易くするため大きさを誇張
して示している。後述の図3,図5,図6,図7,図8
についても同様である。
(Embodiment 1) FIGS. 1 and 2 are views showing the configuration of an "optical axis direction variable photodetector" which is Embodiment 1. In FIG.
This embodiment operates on the same principle as a galvanometer like Embodiments 2 and 3 described later. Note that the size is exaggerated in FIGS. 1 and 2 for easy understanding. 3, FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, and FIG.
Is also the same.

【0013】図1及び図2において、光軸方向可変型光
検出装置1は、半導体基板であるシリコン基板2の上下
面に、それぞれ例えばホウケイ酸ガラス等からなる上側
及び下側絶縁基板としての平板状の上側及び下側ガラス
基板3,4を接合した3層構造となっている。前記上側
ガラス基板3は、後述する可動板5上部分を開放するよ
うシリコン基板2の左右端(図1における)に積層され
ている。
In FIGS. 1 and 2, an optical axis direction variable type photodetector 1 includes flat plates as upper and lower insulating substrates made of, for example, borosilicate glass on upper and lower surfaces of a silicon substrate 2 which is a semiconductor substrate. It has a three-layer structure in which upper and lower glass substrates 3 and 4 are joined. The upper glass substrate 3 is laminated on the left and right ends (in FIG. 1) of the silicon substrate 2 so as to open the upper portion of the movable plate 5 described later.

【0014】前記シリコン基板2には、平板状の可動板
5と、この可動板5の中心位置でシリコン基板2に対し
て基板上下方向に揺動可能に可動板5を軸支するトーシ
ョンバー6とが半導体製造プロセスにおける異方性エッ
チングによって一体形成されている。従って、可動板5
及びトーションバー6もシリコン基板2と同一材料から
なっている。前記可動板5の上面周縁部には、可動板5
駆動用の駆動電流と、この駆動電流に重畳する変位角検
出用の検出用電流とを流すための銅薄膜からなる平面コ
イル7が、絶縁被膜で覆われて設けられている。前記検
出用電流は、下側ガラス基板4に後述するように設けら
れる検出コイル12A,12Bとの相互インダクタンス
に基づいて可動板5の変位を検出するためのものであ
る。
On the silicon substrate 2, a flat plate-shaped movable plate 5 and a torsion bar 6 that pivotally supports the movable plate 5 at the center position of the movable plate 5 so as to be swingable in the vertical direction of the silicon substrate 2. And are integrally formed by anisotropic etching in the semiconductor manufacturing process. Therefore, the movable plate 5
The torsion bar 6 is also made of the same material as the silicon substrate 2. The movable plate 5 is provided on the peripheral portion of the upper surface of the movable plate 5.
A plane coil 7 made of a copper thin film for supplying a driving current for driving and a detecting current for detecting a displacement angle superimposed on the driving current is provided by being covered with an insulating film. The detection current is for detecting the displacement of the movable plate 5 based on the mutual inductance with the detection coils 12A and 12B provided on the lower glass substrate 4 as described later.

【0015】ここで、コイルは抵抗分によってジュール
熱損失があり、抵抗の大きな薄膜コイルを平面コイル7
として高密度に実装すると発熱により駆動力が制限され
ることから、本実施例では、公知の電解メッキによる電
鋳コイル法によって前記平面コイル7を形成してある。
電鋳コイル法は、基板上にスパッタで薄いニッケル層を
形成し、このニッケル層の上に銅電解めっきを行って銅
層を形成し、コイルに相当する部分を除いて銅層及びニ
ッケル層を除去することで、銅層とニッケル層からなる
薄膜の平面コイルを形成するもので、薄膜コイルを低抵
抗で高密度に実装できる特徴があり、マイクロ磁気デバ
イスの小型化・薄型化に有効である。
Here, the coil has a Joule heat loss due to the resistance component, and a thin film coil having a large resistance is used as the plane coil 7.
Since the driving force is limited due to heat generation when mounted in high density, the plane coil 7 is formed by the known electroformed coil method by electrolytic plating in this embodiment.
In the electroformed coil method, a thin nickel layer is formed on a substrate by sputtering, copper electroplating is performed on the nickel layer to form a copper layer, and the copper layer and the nickel layer are removed except for the portion corresponding to the coil. By removing it, a thin-film planar coil consisting of a copper layer and a nickel layer is formed. It has the characteristic that the thin-film coil can be mounted with low resistance and high density, and it is effective for downsizing and thinning of micro magnetic devices. .

【0016】また、可動板5の平面コイル7で囲まれた
上面中央部には、光検出素子であるpnホトダイオード
8が公知の手法で形成されている。更に、シリコン基板
2のトーションバー6の側方上面には、平面コイル7と
トーションバー6の部分を介して電気的に接続する一対
の電極端子9,9が設けられており、この電極端子9,
9は、シリコン基板2に電鋳コイル法による平面コイル
7と同時に形成される。
A pn photodiode 8, which is a photodetector, is formed by a known method in the central portion of the upper surface of the movable plate 5 surrounded by the plane coil 7. Further, a pair of electrode terminals 9, 9 electrically connected to the planar coil 7 via the portion of the torsion bar 6 are provided on the lateral upper surface of the torsion bar 6 of the silicon substrate 2. ,
9 is formed on the silicon substrate 2 at the same time as the plane coil 7 formed by the electroforming coil method.

【0017】上側及び下側ガラス基板3,4の左右側
(図1における)には、前記トーションバー6の軸方向
と平行な可動板5の対辺の平面コイル7部分に磁界を作
用させる、互いに対をなす円形状の永久磁石10A,1
0Bと11A,11Bが設けられている。上下の互いに
対をなす各3個づつの永久磁石10A,10Bは、上下
の極性が同じとなるよう、例えば図2に示すように、下
側がN極、上側がS極となるよう設けられている。ま
た、他方の各3個づつの永久磁石11A,11Bも、上
下の極性が同じとなるよう、例えば図2に示すように、
下側がS極、上側がN極となるよう設けられている。そ
して、上側ガラス基板3側の永久磁石10Aと11A及
び下側ガラス基板4側の永久磁石10Bと11Bは、図
2からも判るように、互いに上下の極性が反対となるよ
うに設けられる。
Magnetic fields are applied to the left and right sides (in FIG. 1) of the upper and lower glass substrates 3 and 4 (in FIG. 1) on the flat coil 7 portion on the opposite side of the movable plate 5 parallel to the axial direction of the torsion bar 6. Paired circular permanent magnets 10A, 1
0B, 11A, and 11B are provided. The upper and lower permanent magnets 10A and 10B, which are paired with each other, are provided so that the upper and lower polarities are the same, for example, as shown in FIG. 2, the lower side is the N pole and the upper side is the S pole. There is. In addition, the other three permanent magnets 11A and 11B each have the same upper and lower polarities, for example, as shown in FIG.
The lower side is an S pole and the upper side is an N pole. The permanent magnets 10A and 11A on the upper glass substrate 3 side and the permanent magnets 10B and 11B on the lower glass substrate 4 side are provided so that the upper and lower polarities thereof are opposite to each other.

【0018】また、前述したように、下側ガラス基板4
の下面には、平面コイル7と電磁結合可能に配置され各
端部がそれぞれ対をなす電極端子13,14に電気的に
接続された一対のコイル12A,12Bがパターニング
されて設けられている(なお、図1では、模式的に1本
の破線で示したが実際は複数巻回してある)。検出コイ
ル12A,12Bは、トーションバー6に対して対称位
置に配置されて可動板5の変位角を検出するもので、平
面コイル7に駆動電流に重畳して流す検出用電流に基づ
く平面コイル7と検出コイル12A,12Bとの相互イ
ンダクタンスが、可動板5の角度変位により一方が接近
して増加し他方が離間して減少するよう変化するので、
例えば相互インダクタンスに基づいて出力される電圧信
号の変化を差動で検出することにより可動板5の変位角
をが検出できる。
Further, as described above, the lower glass substrate 4
A pair of coils 12A and 12B, which are arranged so as to be electromagnetically coupled to the planar coil 7 and whose ends are electrically connected to the paired electrode terminals 13 and 14, respectively, are provided on the lower surface of (1) by patterning ( In addition, in FIG. 1, although it is schematically shown by one broken line, it is actually wound plural times). The detection coils 12A and 12B are arranged at symmetrical positions with respect to the torsion bar 6 to detect the displacement angle of the movable plate 5, and the flat coil 7 based on the detection current passed through the flat coil 7 in a manner superimposed on the drive current. Since the mutual inductance between the detecting coil 12A and the detecting coil 12A and 12B changes so that one of them approaches and increases and the other of them separates and decreases due to the angular displacement of the movable plate 5,
For example, the displacement angle of the movable plate 5 can be detected by differentially detecting the change in the voltage signal output based on the mutual inductance.

【0019】次に、動作について説明する。Next, the operation will be described.

【0020】例えば、一方の電極端子9を+極、他方の
電極端子9を一極として平面コイル7に電流を流す。可
動板5の両側では、永久磁石10Aと10B、永久磁石
11Aと11Bによって、図3の矢印Bで示すような可
動板5の平面に沿って平面コイル7を横切るような方向
に磁界が形成されており、この磁界中の平面コイル7に
電流が流れると、平面コイル7の電流密度と磁束密度に
応じて平面コイル7、言い換えれば可動板5の両端に、
電流・磁束密度・力のフレミングの左手の法則に従った
方向(図3の矢印Fで示す)に力Fが作用し、この力は
ローレンツ力から求められる。
For example, one electrode terminal 9 is used as a + pole and the other electrode terminal 9 is used as a pole, and a current is passed through the planar coil 7. A magnetic field is formed on both sides of the movable plate 5 by the permanent magnets 10A and 10B and the permanent magnets 11A and 11B in a direction crossing the plane coil 7 along the plane of the movable plate 5 as shown by the arrow B in FIG. Therefore, when a current flows through the plane coil 7 in the magnetic field, the plane coil 7, in other words, both ends of the movable plate 5, are moved in accordance with the current density and the magnetic flux density of the plane coil 7.
A force F acts in a direction (indicated by an arrow F in FIG. 3) according to the Fleming's left-hand rule of current, magnetic flux density, and force, and this force is obtained from the Lorentz force.

【0021】この力Fは、平面コイル7に流れる電流密
度をi、上下永久磁石による磁束密度をBとすると、下
記の(1)の式で求められる。
This force F is obtained by the following equation (1), where i is the current density flowing in the planar coil 7 and B is the magnetic flux density of the upper and lower permanent magnets.

【0022】F=i×B……(i) 実際には、平面コイル7の巻数nと、力Fが働くコイル
長w(図3中に示す)により異なり、下記の(2)の式
のようになる。
F = i × B (i) Actually, it depends on the number of turns n of the plane coil 7 and the coil length w (shown in FIG. 3) on which the force F acts. Like

【0023】F=nw(i×B)……(2) 一方、可動板5が回動することによりトーションバー6
が捩じられ、これによって発生するトーションバー6の
ばね反力F′と可動板5の変位角φの関係は、下記の
(3)式のようになる。
F = nw (i × B) (2) On the other hand, the rotation of the movable plate 5 causes the torsion bar 6 to rotate.
Is twisted, and the relation between the spring reaction force F ′ of the torsion bar 6 and the displacement angle φ of the movable plate 5 generated by this is as shown in the following expression (3).

【0024】 θ=(Mx/GIp)=F′L/8.5×1094 )×l1 ……(3) ここで、Mxは捩りモーメント、Gは横弾性係数、Ip
は極断面二次モーメントである。また、L、l1 、rは
それぞれ、トーションバーの中心軸から力点までの距
離、トーションバーの長さ、トーションバーの半径であ
り、図3に示してある。
Θ = (Mx / GIp) = F′L / 8.5 × 10 9 r 4 ) × 1 1 (3) where Mx is the torsional moment, G is the lateral elastic coefficient, and Ip
Is the polar moment of inertia. Further, L, l 1 , and r are the distance from the central axis of the torsion bar to the force point, the length of the torsion bar, and the radius of the torsion bar, respectively, which are shown in FIG.

【0025】そして、前記力Fとばね反力F′が釣り合
う位置まで可動板5が回動する。従って、(3)式の
F′に(2)式のFを代入することにより、可動板5の
変位角φは平面コイル7に流れる電流iに比例すること
が判る。
Then, the movable plate 5 is rotated to a position where the force F and the spring reaction force F'balance. Therefore, by substituting the F in the equation (2) into the F ′ in the equation (3), it is understood that the displacement angle φ of the movable plate 5 is proportional to the current i flowing in the plane coil 7.

【0026】従って、平面コイル7に流す電流を制御す
ることにより、可動板5の変位角φを制御するとができ
るので、例えば、トーションバー6の軸に対して垂直な
面内において光検出素子8の光軸方向を自由に制御で
き、連続的にその変位角を変化させれば、監視対象を1
次元に走査できる。
Therefore, since the displacement angle φ of the movable plate 5 can be controlled by controlling the current flowing through the plane coil 7, for example, the photodetector 8 in the plane perpendicular to the axis of the torsion bar 6. The optical axis direction of can be freely controlled, and if the displacement angle is changed continuously,
You can scan in dimensions.

【0027】この光検出素子8の光軸の変位角φを制御
する際に、平面コイル7に、駆動電流に重畳して駆動電
流周波数に比べて少なくとも100倍以上の周波数で変
位角検出用の検出用電流を流す。すると、この検出用電
流に基づいて、平面コイル7と下側ガラス基板5に設け
た検出コイル12A,12Bとの間の相互インダクタン
スによる誘導電圧がそれぞれの検出コイル12A,12
Bに発生する。検出コイル12A,12Bに発生する各
誘導電圧は、可動板5、いい換えれば、光検出素子8が
水平位置にある時には、検出コイル12A,12Bと対
応する平面コイル7との距離が等しいことから等しくな
りその差は零である。可動板5が前述の駆動力でトーシ
ョンバー6を支軸として回動すると、一方の検出コイル
12A(または12B)では接近して相互インダクタン
スの増加により誘導電圧は増大し、他方の検出コイル1
2B(又は12A)では離間して相互インダクタンスの
減少により誘導電圧は低下する。従って、検出コイル1
2A,12Bに発生する誘導電圧は光検出素子8の変位
に応じて変化し、この誘導電圧を検出することで、光検
出素子8の光軸変位角φを検出することができる。
When controlling the displacement angle φ of the optical axis of the photo-detecting element 8, the displacement angle is detected at a frequency at least 100 times higher than the driving current frequency by superimposing it on the plane coil 7 on the driving current. Apply the detection current. Then, based on this detection current, the induced voltage due to the mutual inductance between the plane coil 7 and the detection coils 12A and 12B provided on the lower glass substrate 5 is changed to the respective detection coils 12A and 12B.
It occurs in B. The induced voltages generated in the detection coils 12A and 12B are equal in distance between the detection coils 12A and 12B and the corresponding planar coil 7 when the movable plate 5, in other words, the photodetection element 8 is in the horizontal position. They are equal and the difference is zero. When the movable plate 5 is rotated about the torsion bar 6 by the driving force described above, the one detection coil 12A (or 12B) approaches and the induced voltage increases due to an increase in mutual inductance, and the other detection coil 1 moves.
In 2B (or 12A), the induced voltage is lowered due to the reduction of mutual inductance. Therefore, the detection coil 1
The induced voltage generated in 2A and 12B changes according to the displacement of the photodetecting element 8, and the optical axis displacement angle φ of the photodetecting element 8 can be detected by detecting this induced voltage.

【0028】そして、例えば、図4に示すように、検出
コイル12A,12Bの他に2つの抵抗を設けて構成し
たブリッジ回路に電源を接続し、検出コイル12Aと検
出コイル12Bとの中点と2つの抵抗の中点との電圧を
入力とする差動増幅器を設けて構成した回路を用い、前
記両中点の電圧差に応じた差動増幅器の出力を、可動板
5の駆動系にフィートバックし、駆動電流を制御するよ
うにすれば、光検出素子8の光軸変位角φを精度良く制
御するとが可能である。
Then, for example, as shown in FIG. 4, a power source is connected to a bridge circuit constituted by providing two resistors in addition to the detection coils 12A and 12B, and the middle point between the detection coil 12A and the detection coil 12B is connected to the bridge circuit. The output of the differential amplifier according to the voltage difference between the two midpoints is fed to the drive system of the movable plate 5 by using a circuit configured by providing a differential amplifier having a voltage between the midpoint of the two resistors as an input. By backing up and controlling the drive current, it is possible to accurately control the optical axis displacement angle φ of the photodetecting element 8.

【0029】以上説明したように、本実施例では、光検
出素子を含む可動部を小型,軽量にできるので、光検出
素子の光軸方向を高速で可変でき、監視対象を高速走査
できる。また要部である可動板,トーションバー,ホト
ダイオードを同一半導体基板から半導体素子製造プロセ
スを利用して形成できるので、量産によるコストダウン
が期待できる。また1個のホトダイオードで監視対象を
走査するので、各素子の特性のばらつきを補正する必要
もない。
As described above, in this embodiment, the movable portion including the photodetector can be made small and lightweight, so that the optical axis direction of the photodetector can be changed at high speed and the object to be monitored can be scanned at high speed. Further, since the movable plate, the torsion bar, and the photodiode, which are the main parts, can be formed from the same semiconductor substrate by utilizing the semiconductor element manufacturing process, cost reduction due to mass production can be expected. Further, since the monitoring target is scanned by one photodiode, it is not necessary to correct the characteristic variation of each element.

【0030】(実施例2)図5は実施例2である“光軸
方向可変型光検出装置”の構成を示す図である。
(Embodiment 2) FIG. 5 is a diagram showing the configuration of an "optical axis direction variable photodetector" which is Embodiment 2. In FIG.

【0031】前述した実施例1は、光軸方向を1次元で
振るものであるが、この本実施例は、2次元で振ること
ができるように、トーションバーを互いに直交させて2
つ設けた2軸の光検出装置の例である。なお実施例1と
同一の要素には同一符号を付し説明を省略する。
In the first embodiment described above, the optical axis direction is shaken in one dimension, but in this embodiment, the torsion bars are orthogonal to each other so that they can be shaken in two dimensions.
It is an example of a two-axis photodetector provided. The same elements as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0032】図5において、本実施例の光軸方向可変型
光検出装置21は、半導体基板であるシリコン基板2の
上下面に、それぞれホウケイ酸ガラス等からなる上側及
び下側絶縁基板としての上側及び下側ガラス基板3,4
を、矢印で示すように重ねて接合した3層構造とする。
上側及び下側ガラス基板3,4は、図に示すように、そ
れぞれ中央部に例えば超音波加工によって形成した方形
状の凹部3A,4Aを設けた構造であり、シリコン基板
2に接合する場合、上側ガラス基板3では、凹部3Aを
下側にしてシリコン基板2側に位置するようにして接合
し、下側ガラス基板4では、凹部4Aを上側にして同じ
くシリコン基板2側に位置するようにして接合する。こ
れにより、後述する光検出素子8を設ける可動板5の揺
動空間を確保すると共に密閉する構成としている。
In FIG. 5, an optical axis direction variable type photodetector 21 of the present embodiment has an upper side and a lower side made of borosilicate glass or the like on the upper and lower surfaces of a silicon substrate 2 which is a semiconductor substrate. And lower glass substrates 3 and 4
Has a three-layer structure in which they are stacked and joined as shown by the arrow.
As shown in the figure, the upper and lower glass substrates 3 and 4 each have a structure in which rectangular recesses 3A and 4A formed by, for example, ultrasonic processing are provided in the central portions, and when bonded to the silicon substrate 2, In the upper glass substrate 3, the recessed portion 3A is located on the silicon substrate 2 side with the recessed portion on the lower side, and in the lower glass substrate 4, the recessed portion 4A is located on the silicon substrate 2 side in the same manner. To join. Thereby, the swinging space of the movable plate 5 on which the photo-detecting element 8 described later is provided is secured and hermetically sealed.

【0033】前記シリコン基板2には、枠状に形成され
た外側可動板5Aと、この外側可動板5Aの内側に軸支
される内側可動板5Bとからなる平板状の可動板5が設
けられている。前記外側可動板5Aは、第1のトーショ
ンバー6A,6Aによってシリコン基板2に軸支され、
前記内側可動板5Bは、前記第1のトーションバー6
A,6Aとは軸方向が直交する第2のトーションバー6
B,6Bで外側可動板5Aの内側に軸支されている。可
動板5A,5Bと第1及び第2の各トーションバー6
A,6Bは、シリコン基板2に異方性エッチングによる
一体形成されており、シリコン基板2と同一材料からな
っている。
The silicon substrate 2 is provided with a flat movable plate 5 composed of an outer movable plate 5A formed in a frame shape and an inner movable plate 5B axially supported inside the outer movable plate 5A. ing. The outer movable plate 5A is pivotally supported on the silicon substrate 2 by the first torsion bars 6A and 6A,
The inner movable plate 5B includes the first torsion bar 6
The second torsion bar 6 whose axial direction is orthogonal to A and 6A
B and 6B are pivotally supported inside the outer movable plate 5A. Movable plates 5A, 5B and first and second torsion bars 6
A and 6B are integrally formed on the silicon substrate 2 by anisotropic etching, and are made of the same material as the silicon substrate 2.

【0034】また、外側可動板5Aの上面には、シリコ
ン基板2上面に形成した一対の外側電極端子9A,9A
に一方の第1のトーションバー6Aの部分を介して両端
がそれぞれ電気的に接続する平面コイル7A(図では模
式的に1本線で示すが可動板5A上では複数の巻数とな
っている)が絶縁層で被覆されて設けられている。ま
た、内側可動板5Bの上面には、シリコン基板2に形成
された一対の内側電極端子9B,9Bに、一方の第2の
トーションバー6Bから外側可動板5A部分を通り、第
1のトーションバー6Aの他方側を介してそれぞれ電気
的に接続する平面コイル7B(図では模式的に1本線で
示すが外側可動板5Aと同様に内側可動板5B上では複
数の巻数となっている)が絶縁層で被覆されて設けられ
ている。これら平面コイル7A,7Bは実施例1と同様
に、前述した公知の電解めっきによる電鋳コイル法によ
って形成してある。なお、前記外側及び内側電極端子9
A,9Bは、シリコン基板2上に電鋳コイル法により平
面コイル7A,7Bと同時に形成される。平面コイル7
Bで囲まれた内側可動板5Bの中央部には、公知の手法
で光検出素子であるホトダイオード8が形成されてい
る。
On the upper surface of the outer movable plate 5A, a pair of outer electrode terminals 9A, 9A formed on the upper surface of the silicon substrate 2 are formed.
A flat coil 7A (both of which has a plurality of turns on the movable plate 5A is schematically shown by a single line in the drawing) whose both ends are electrically connected to each other through one of the first torsion bars 6A It is provided so as to be covered with an insulating layer. Further, on the upper surface of the inner movable plate 5B, a pair of inner electrode terminals 9B, 9B formed on the silicon substrate 2 is passed from the one second torsion bar 6B through the outer movable plate 5A portion to the first torsion bar. The flat coil 7B (which is schematically shown by a single line in the drawing, but has a plurality of turns on the inner movable plate 5B as well as the outer movable plate 5A) electrically connected to each other via the other side of 6A is insulated. It is provided covered with a layer. Similar to the first embodiment, the plane coils 7A and 7B are formed by the above-mentioned known electroplating coil method by electrolytic plating. The outer and inner electrode terminals 9
A and 9B are formed on the silicon substrate 2 at the same time as the plane coils 7A and 7B by the electroformed coil method. Plane coil 7
At the center of the inner movable plate 5B surrounded by B, a photodiode 8 which is a photodetecting element is formed by a known method.

【0035】上側及び下側ガラス基板3,4には、2個
づつ対となったそれぞれ8個づつの円板状の永久磁石1
0A〜13A,10B〜13Bが、図示のように配置さ
れている。上側ガラス基板3の互いに向かい合う永久磁
石10A,11Aは、下側ガラス基板4の永久磁石10
B,11Bとで外側可動板5Aの平面コイル7Aに磁界
を作用して平面コイル7Aに流す駆動電流との相互作用
によって外側可動板5Aを回動駆動させるためのもので
あり、また、上側ガラス基板3の互いに向かい合う永久
磁石12Aと13Aは、下側ガラス基板4の永久磁石1
2B,13Bとで内側可動板5Bの平面コイル7Bに磁
界を作用させて平面コイル7Bに流す駆動電流との相互
作用によって内側可動板5Bを回動駆動させるためのも
のである。そして、互いに向き合った永久磁石10Aと
11Aは上下の極性が互いに反対、例えば永久磁石10
Aの上面がS極の時は永久磁石11Aの上面はN極とな
るように設けられ、しかも、その磁束が可動板5の平面
コイル部分に対して平行に横切るよう配置されている。
その他の互いに向き合っている永久磁石12Aと13
A、永久磁石10Bと11B及び永久磁石12Bと13
Bも同様である。更に、上下方向で対応する永久磁石1
0Aと10Bとの間の関係は、上下の極性は同じ、例え
ば永久磁石10Aの上面がS極の時は永久磁石10Bの
上面もS極となるように設ける。その他の上下で対応し
ている永久磁石11Aと11B、永久磁石12Aと12
B及び永久磁石13Aと13Bも同様であり、これによ
り、可動体5の両端部で互いに相反する方向に力が作用
するようになる。
On the upper and lower glass substrates 3 and 4, eight disk-shaped permanent magnets 1 each consisting of two pairs are provided.
0A to 13A and 10B to 13B are arranged as illustrated. The permanent magnets 10A and 11A facing each other on the upper glass substrate 3 are the permanent magnets 10 on the lower glass substrate 4.
B and 11B act on the plane coil 7A of the outer movable plate 5A by a magnetic field to drive the outer movable plate 5A by interaction with a drive current flowing in the plane coil 7A. The permanent magnets 12A and 13A facing each other on the substrate 3 are the permanent magnets 1 on the lower glass substrate 4.
2B and 13B are for rotating the inner movable plate 5B by interacting with a driving current flowing through the planar coil 7B by applying a magnetic field to the planar coil 7B of the inner movable plate 5B. The upper and lower polarities of the permanent magnets 10A and 11A facing each other are opposite to each other.
When the upper surface of A is the S pole, the upper surface of the permanent magnet 11A is provided so as to be the N pole, and the magnetic flux thereof is arranged so as to cross the plane coil portion of the movable plate 5 in parallel.
Other permanent magnets 12A and 13 facing each other
A, permanent magnets 10B and 11B and permanent magnets 12B and 13
The same applies to B. Furthermore, the corresponding permanent magnets 1 in the vertical direction
The relationship between 0A and 10B is such that the upper and lower polarities are the same, for example, when the upper surface of the permanent magnet 10A is the S pole, the upper surface of the permanent magnet 10B is also the S pole. Other upper and lower corresponding permanent magnets 11A and 11B, permanent magnets 12A and 12
The same applies to B and the permanent magnets 13A and 13B, whereby the forces act in opposite directions at both ends of the movable body 5.

【0036】そして、下側ガラス基板4の下面には、前
述した平面コイル7A,7Bとそれぞれ電磁結合可能に
配置された検出コイル15A,15Bと16A,16B
がパターニングされて設けられている。検出コイル15
A,15Bは、第1のトーションバー6Aに対して対称
位置に設けられ、検出コイル16A,16Bは第2のト
ーションバー6Bに対して対称位置に設けられそれぞれ
対をなしている。そして、一対の検出コイル15A,1
5Bは、外側可動板5Aの変位角を検出するもので、平
面コイル7Aに駆動電流に重畳して流す検出用電流に基
づく平面コイル7Aと検出コイル15A,15Bとの相
互インダクタンスが、外側可動板5Aの角度変位により
変化し、この変化に応じた電気信号を出力する。この電
気信号によって外側可動板5Aの変位角が検出できる。
一対の検出コイル16A,16Bは同様にして内側可動
板5Bの変位角を検出するものである。
Then, on the lower surface of the lower glass substrate 4, the detection coils 15A, 15B and 16A, 16B arranged so as to be electromagnetically coupled with the above-mentioned plane coils 7A, 7B, respectively.
Are patterned and provided. Detection coil 15
A and 15B are provided at symmetrical positions with respect to the first torsion bar 6A, and the detection coils 16A and 16B are provided at symmetrical positions with respect to the second torsion bar 6B and are paired with each other. Then, the pair of detection coils 15A, 1
Reference numeral 5B is for detecting the displacement angle of the outer movable plate 5A, and the mutual inductance between the flat coil 7A and the detection coils 15A and 15B based on the detection current which is superposed on the drive current in the flat coil 7A is detected by the outer movable plate. It is changed by the angular displacement of 5 A, and an electric signal corresponding to this change is output. The displacement angle of the outer movable plate 5A can be detected by this electric signal.
The pair of detection coils 16A and 16B similarly detect the displacement angle of the inner movable plate 5B.

【0037】次に動作を説明する。Next, the operation will be described.

【0038】外側可動板5Aの平面コイル7Aに駆動電
流を流せば、第1のトーションバー6A,6Aを支点と
して外側可動板5Aが電流方向に応じて回動し、この際
に内側可動板5Bも外側可動板5Aと一体に回動する。
この場合、ホトダイオード8は、実施例1と同様の動き
となる。一方、内側可動板5Bの平面コイル7Bに駆動
電流を流せば、外側可動板5Aの回動方向と直角方向
に、外側可動板5Aに対して内側可動板5Bが第2のト
ーションバー6B,6Bを支点として回動する。
When a drive current is applied to the flat coil 7A of the outer movable plate 5A, the outer movable plate 5A rotates in accordance with the direction of the current with the first torsion bars 6A and 6A as fulcrums, and at this time, the inner movable plate 5B. Also rotates integrally with the outer movable plate 5A.
In this case, the photodiode 8 operates similarly to the first embodiment. On the other hand, when a drive current is applied to the plane coil 7B of the inner movable plate 5B, the inner movable plate 5B is moved to the second movable torsion bar 6B, 6B relative to the outer movable plate 5A in the direction perpendicular to the rotating direction of the outer movable plate 5A. Rotate around as a fulcrum.

【0039】従って、例えば平面コイル7Aの駆動電流
を制御して、外側可動板5Aを1周期回動操作した後、
平面コイル7Bの駆動電流を制御し内側可動板5Bを一
定角度変位させるようにし、この操作を周期的に繰り返
せばホトダイオード8の光軸を2次元に振ることがで
き、監視対象を2次元に走査できる。
Therefore, for example, after controlling the drive current of the plane coil 7A to rotate the outer movable plate 5A for one cycle,
By controlling the drive current of the plane coil 7B so as to displace the inner movable plate 5B by a certain angle, and repeating this operation periodically, the optical axis of the photodiode 8 can be swung two-dimensionally, and the monitored object is scanned two-dimensionally. it can.

【0040】なお、本実施例のように、ホトダイオード
8の上方にガラスが存在する場合にはこのガラス面に反
射防止膜等を被覆しておくと良い。
When glass is present above the photodiode 8 as in this embodiment, it is advisable to coat the glass surface with an antireflection film or the like.

【0041】一方、平面コイル7A及び平面コイル7B
に流す各駆動電流に重畳させて、検出用電流を流せば、
検出コイル15A,15Bと平面コイル7A間及び検出
コイル16A,16Bと平面コイル7Bの相互インダク
タンスにより実施例1と同様の原理で、外側可動板5A
の変位は例えば図4と同様の回路を介して検出コイル1
5A,15Bの差動出力によって検出することができ、
内側可動板5Bの変位検出コイル16A,16Bの差動
出力によって検出することができ、この差動出力を外側
可動板5A及び内側可動板5Bの各駆動系にフィードバ
ックさせれば、外側可動板5A及び内側可動板5Bの変
位を精度よく制御することが可能となる。なお、言うま
でもないが、本実施例の2軸の光検出装置の場合は、図
4と同様の回路を、外側可動板変位検出用と内側可動板
変位検出用として2つ設けるものである。
On the other hand, the plane coil 7A and the plane coil 7B
If the detection current is passed by superimposing it on each drive current flowing in
The outer movable plate 5A has the same principle as that of the first embodiment due to the mutual inductance between the detection coils 15A and 15B and the plane coil 7A and between the detection coils 16A and 16B and the plane coil 7B.
The displacement of the detection coil 1 is, for example, through a circuit similar to that of FIG.
It can be detected by the differential output of 5A and 15B,
This can be detected by the differential output of the displacement detection coils 16A and 16B of the inner movable plate 5B. If this differential output is fed back to each drive system of the outer movable plate 5A and the inner movable plate 5B, the outer movable plate 5A can be detected. Also, the displacement of the inner movable plate 5B can be controlled with high precision. Needless to say, in the case of the biaxial photodetector of this embodiment, two circuits similar to those shown in FIG. 4 are provided for detecting the outer movable plate displacement and for detecting the inner movable plate displacement.

【0042】かかる実施例2の構成によれば、実施例1
と同様の効果に加えて、監視対象の走査が2次元的に行
え、走査領域を実施例1の1軸の場合に比べて増大させ
ることができる。また、可動板5の揺動空間を、上下の
ガラス基板3,4と周囲のシリコン基板2とによって密
閉するので、この密閉空間を真空状態とすることによ
り、可動板5の回動動作に対する空気抵抗がなくなり、
可動板5A,5Bの応答性が向上するという効果を有す
る。
According to the configuration of the second embodiment, the first embodiment
In addition to the same effect as above, the scanning of the monitored object can be performed two-dimensionally, and the scanning area can be increased as compared with the case of the single axis of the first embodiment. Further, since the swinging space of the movable plate 5 is sealed by the upper and lower glass substrates 3 and 4 and the surrounding silicon substrate 2, the sealed space is brought into a vacuum state, so that the air with respect to the rotating operation of the movable plate 5 is closed. There is no resistance,
This has the effect of improving the responsiveness of the movable plates 5A and 5B.

【0043】更に、平面コイル7A,7Bに流す駆動電
流を大きくして可動板5A,5Bの変位量を大きく設定
する場合には、密閉した可動板揺動空間内を真空とせ
ず、ヘリウム,アルゴン等の不活性ガスを封入するのが
望ましく、特に熱伝導性の良いヘリウムが好ましい。こ
れは、平面コイル7に流す電流量を大きくすると平面コ
イル7からの発熱量が多くなり、可動板5A,5B周囲
が真空状態では可動板からの放熱が悪くなるので、不活
性ガスを封入することによって可動板5A,5Bからの
放熱性を真空状態に比べて高め熱影響を低減させること
ができる。なお、不活性ガスを封入することで、可動板
5A,5Bの応答性に関しては、真空状態に比べて多少
低下することになる。
Further, in the case where the displacement amount of the movable plates 5A and 5B is set to be large by increasing the drive current flowing through the plane coils 7A and 7B, the sealed movable plate swing space is not made to be a vacuum, but helium and argon are used. It is desirable to enclose an inert gas such as helium, and helium having particularly good thermal conductivity is preferable. This is because when the amount of current flowing through the planar coil 7 is increased, the amount of heat generated from the planar coil 7 increases, and heat radiation from the movable plate deteriorates when the movable plates 5A and 5B are in a vacuum state. As a result, the heat radiation from the movable plates 5A and 5B can be enhanced as compared with the vacuum state, and the heat effect can be reduced. By filling the inert gas, the responsiveness of the movable plates 5A and 5B will be slightly lower than that in the vacuum state.

【0044】なお、前述の実施例1の上下のガラス基板
を、実施例2と同様の凹部を設ける構造として可動板部
分を密閉構造としてもよいことは言うまでもない。
It is needless to say that the upper and lower glass substrates of the first embodiment described above may have a structure similar to that of the second embodiment, in which the movable plate portions are hermetically sealed.

【0045】(実施例3)図6,図7,図8は、実施例
3である“光軸方向可変型光検出装置”の構成を示す図
である。
(Embodiment 3) FIG. 6, FIG. 7 and FIG. 8 are views showing the configuration of an “optical axis direction variable photodetector” which is Embodiment 3.

【0046】本実施例は、実施例2と同様の2軸の例で
ある。なお、実施例2と同一要素には同一符号を付して
説明を省略する。
The present embodiment is a biaxial example similar to the second embodiment. The same elements as those in the second embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0047】本実施例の2軸の光軸方向可変型光検出装
置、31は、前述した実施例2と略同様の構成である
が、本実施例では、図6〜図8に示すように、上下のガ
ラス基板3,4が、実施例2のものとは異なり、凹部3
A,4Aのない平板状なっている。そして、上側ガラス
基板3には、可動板5上方部分に可動板5の形状に応じ
て角状の開口部3aを設け、ホトダイオード8上方の部
分を開放状態として検出光が直接ホトダイオード8に入
射できるようにしてある。そして、上下のガラス基板
3,4が平板状としてあるため、中間のシリコン基板2
を上下に別のシリコン基板を積層して3層構造とし、そ
の中間層に可動板5を形成することで可動板5の回動ス
ペースを確保するようにしてある。
The biaxial optical axis direction variable type photodetector 31 of this embodiment has substantially the same structure as that of the above-mentioned Embodiment 2, but in this embodiment, as shown in FIGS. The upper and lower glass substrates 3 and 4 are different from those of the second embodiment in that
It has a flat plate shape without A and 4A. The upper glass substrate 3 is provided with a rectangular opening 3a in the upper portion of the movable plate 5 depending on the shape of the movable plate 5, and the detection light can directly enter the photodiode 8 with the portion above the photodiode 8 being in an open state. Is done. Since the upper and lower glass substrates 3 and 4 are flat, the intermediate silicon substrate 2
Another silicon substrate is laminated on the upper and lower sides to form a three-layer structure, and the movable plate 5 is formed in the intermediate layer so that a rotation space for the movable plate 5 is secured.

【0048】また、図6に破線で示すように、下側ガラ
ス基板4の下面に、外側可動板5Aの変位検出用の検出
コイル15A,15B及び内側可動板5Bの変位検出用
の検出コイル16A,16Bが、対応する平面コイル7
A,7Bと電磁結合可能な位置にパターニングされて設
けられている。
Further, as shown by a broken line in FIG. 6, on the lower surface of the lower glass substrate 4, the detection coils 15A and 15B for detecting the displacement of the outer movable plate 5A and the detection coil 16A for detecting the displacement of the inner movable plate 5B. , 16B is the corresponding planar coil 7
A and 7B are patterned and provided at positions where electromagnetic coupling is possible.

【0049】かかる構成の本実施例の動作,効果は、実
施例2と同様であり、説明を省略する。
The operation and effect of this embodiment having such a configuration are the same as those of the second embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0050】(変形)以上の各実施例では、光検出素子
としてホトダイオードを形成しているが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、複数のホトダイオードから
なるラインセンサ、あるいはエリアセンサを形成する形
で実施することができる。また光検出素子としてホトト
ランジスタ,ホトコンダクタ,CCD等を用いる形で実
施することができる。なお必要に応じてこれらの光検出
素子の前面には入射光を収束するマイクロレンズを設け
る。
(Modification) In each of the above embodiments, the photodiode is formed as the light detecting element. However, the present invention is not limited to this, and a line sensor or an area sensor including a plurality of photodiodes is formed. Can be implemented in the form of Further, it can be implemented by using a phototransistor, a photoconductor, a CCD or the like as the photodetector. If necessary, a microlens for converging incident light is provided on the front surface of these photodetecting elements.

【0051】また実施例2では直線的に走査している
が、対象によっては同心円状にあるいはらせん状に走査
する形で実施することができる。
In the second embodiment, the scanning is performed linearly, but the scanning may be performed concentrically or spirally depending on the object.

【0052】また、各実施例では、可動板の中央部をト
ーションバーで軸支しているが、これに限らず、可動板
の端部たとえば図1における可動板5の右辺部を軸支す
る形で実施することができ、この場合、左辺側に1個の
検出コイルを設けて変位角を検出することになる。
In each of the embodiments, the central portion of the movable plate is pivotally supported by the torsion bar, but the present invention is not limited to this, and the end portion of the movable plate, for example, the right side portion of the movable plate 5 in FIG. 1 is pivotally supported. In this case, one detection coil is provided on the left side to detect the displacement angle.

【0053】また各実施例では、可動板に設けた平面コ
イルに駆動電流と検出用電流を流しているが、駆動電流
の周波数が数キロヘルツと高いときは駆動用電流を検出
用電流に兼用し、検出用電流を重畳しない形で実施する
ことができる。
In each embodiment, the drive current and the detection current are passed through the plane coil provided on the movable plate. However, when the frequency of the drive current is as high as several kilohertz, the drive current is also used as the detection current. , Can be implemented without superimposing detection currents.

【0054】また各実施例では、2個の検出コイルの出
力の差により変位角を検出しているが、1個の検出コイ
ルを設けその出力により変位角を検出する形で実施する
ことができる。
Further, in each of the embodiments, the displacement angle is detected by the difference between the outputs of the two detection coils, but it can be implemented by providing one detection coil and detecting the displacement angle by its output. .

【0055】(使用例)以上説明した光軸方向可変型光
検出装置の使用例を図9〜図12により説明する。
(Example of Use) An example of use of the optical axis direction variable type photodetector described above will be described with reference to FIGS.

【0056】図9は光検出素子にホトダイオードPDを
用い、2軸駆動する例のブロック図である。この例は前
記実施例2,実施例3の装置を用いる例である。実施例
1の装置を用いる例は、この例において一つの軸たとえ
ばY軸のないものに相当する。
FIG. 9 is a block diagram of an example in which a photodiode PD is used as a photodetector and biaxial driving is performed. This example is an example of using the apparatus of the second and third embodiments. The example using the apparatus of Example 1 corresponds to the one without one axis, eg the Y-axis, in this example.

【0057】図10を参照し、動作を説明する。S1
(ステップS1)において、X軸の検出コイルを含むX
軸変位角検出器25の出力をA−Dコンバータ26でデ
ジタルデータに変換してマイコン23に入力し、S2で
前記デジタルデータにもとづきX軸テーブルを検索し、
その検索結果に基づきS3でX軸位置を算出する。S4
でY軸の検出コイルを含むY軸変位角検出器27の出力
をA−Dコンバータ26でデジタルデータに変換してマ
イコン23に入力し、S2で前記Y軸のデジタルデータ
にもとづきY軸テーブルを検索し、その検索結果に基づ
きS6でY軸位置を算出する。S3,S6の算出結果に
基づきS7で画像フレームアドレスを算出する。S8で
ホトダイオード20の出力を増幅し、A−Dコンバータ
22でデジタルデータに変換してマイコン23に入力す
る。S9で前述のホトダイオードのデジタルデータを、
メモリ24における前記画像フレームアドレへ転送し記
憶する。この動作をすべての画像フレームアドレスにつ
いて繰り返し監視対象についての所要の監視データを得
る。
The operation will be described with reference to FIG. S1
In (Step S1), X including the X-axis detection coil
The output of the shaft displacement angle detector 25 is converted into digital data by the A / D converter 26 and input to the microcomputer 23, and the X-axis table is searched based on the digital data in S2.
Based on the search result, the X-axis position is calculated in S3. S4
Then, the output of the Y-axis displacement angle detector 27 including the Y-axis detection coil is converted into digital data by the AD converter 26 and input to the microcomputer 23. At S2, the Y-axis table is obtained based on the Y-axis digital data. A search is performed, and the Y-axis position is calculated in S6 based on the search result. The image frame address is calculated in S7 based on the calculation results of S3 and S6. The output of the photodiode 20 is amplified in S8, converted into digital data by the AD converter 22, and input to the microcomputer 23. In S9, the digital data of the photodiode described above is
It is transferred to the image frame address in the memory 24 and stored. This operation is repeated for all image frame addresses to obtain the required monitoring data for the monitoring target.

【0058】図11は光検出素子にCCDライセンサを
用い1軸駆動する例である。この場合、ラインセンサ2
8の光軸を振って監視対象をY軸方向に走査すると共
に、ラインセンサ28の各画素の信号を順次取り出し監
視対象をX軸方向に走査する。
FIG. 11 shows an example of uniaxial driving using a CCD licensor as a photodetector. In this case, the line sensor 2
The optical axis 8 is swung to scan the monitoring target in the Y-axis direction, and the signals of each pixel of the line sensor 28 are sequentially taken out to scan the monitoring target in the X-axis direction.

【0059】図12は、光検出素子にCCDエリアセン
サを用い、2軸駆動する例である。この場合、エリアセ
ンサ29の光軸を振って監視対象をX軸,Y軸両方向に
走査すると共に、エリアセンサ29の各画素の信号を順
次取り出し監視対象を更に詳細に走査する。
FIG. 12 shows an example in which a CCD area sensor is used as a light detecting element and biaxial driving is performed. In this case, the optical axis of the area sensor 29 is swung to scan the monitoring target in both X-axis and Y-axis directions, and the signals of each pixel of the area sensor 29 are sequentially taken out to scan the monitoring target in more detail.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小型で高速走査ができ、量産によるコストダウンが可能
な光検出装置を提供することができる。さらに、請求項
3,4に係る発明によれば、監視対象についての所要の
監視データを得ることができる。
As described above, according to the present invention,
Compact size, high-speed scanning, and cost reduction by mass production
It is possible to provide a an optical detector. Further claims
According to the inventions of 3 and 4, the required items for the monitoring target are
Monitoring data can be obtained.

【0061】更に、請求項3記載の発明によれば、2次
元の走査ができ、請求項2,請求項4の発明によれば、
光軸の変位角が検出でき、またフィードバックを利用し
て光軸の変位角を精度良く制御できる。
Further, according to the invention of claim 3, two-dimensional scanning can be performed, and according to the invention of claims 2 and 4,
The displacement angle of the optical axis can be detected, and the displacement angle of the optical axis can be accurately controlled by using feedback.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 実施例1の構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment.

【図2】 図1のA−A断面図2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】 実施例1の動作説明図FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the first embodiment.

【図4】 実施例1における可動板の変位角検出の説明
FIG. 4 is an explanatory diagram for detecting a displacement angle of the movable plate according to the first embodiment.

【図5】 実施例2の構成を示す図FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a second embodiment.

【図6】 実施例3の構成を示す図FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a third embodiment.

【図7】 図6のB−B断面図7 is a sectional view taken along line BB of FIG.

【図8】 図6のC−C断面図FIG. 8 is a sectional view taken along line CC of FIG.

【図9】 ホトダイオードを用いる例のブロック図FIG. 9 is a block diagram of an example using a photodiode.

【図10】 図9の装置の動作を示すフローチャート10 is a flowchart showing the operation of the apparatus of FIG.

【図11】 ラインセンサを用いる例のブロック図FIG. 11 is a block diagram of an example using a line sensor.

【図12】 エリアセンサを用いる例のブロック図FIG. 12 is a block diagram of an example using an area sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光軸方向可変型光検出装置 2 シリコン基板 5 可動板 6 トーションバー 7 平面コイル 10A,10B,11A,11B 永久磁石 12A,12B 検出コイル 1 Optical axis direction variable type photodetector 2 Silicon substrate 5 movable plate 6 torsion bar 7 plane coil 10A, 10B, 11A, 11B Permanent magnet 12A, 12B detection coil

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 1/00 - 1/60 G02B 26/00 - 26/10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01J 1/00-1/60 G02B 26/00-26/10

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板に一体形成した、可動板とこ
の可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支するト
ーションバーと、前記可動板の周縁部に設けた駆動コイ
ルと、この駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段
と、前記可動板に形成した光検出素子とを備え、前記駆
動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記
可動板を駆動して前記光検出素子の光軸方向を可変す
軸方向可変型光検出装置であって、 前記駆動コイルと電磁結合する検出コイルを設けるとと
もに、前記駆動コイルに、駆動電流に重畳して検出用電
流を流すことを特徴とする光軸方向可変型光検出装置。
1. A movable plate integrally formed on a semiconductor substrate, a torsion bar that pivotally supports the movable plate with respect to the semiconductor substrate, a drive coil provided at a peripheral portion of the movable plate, and a drive coil for driving the movable plate. a magnetic field generating means for applying a static magnetic field to the coil, the example Bei a light-detecting device formed on the movable plate, before Symbol the light detecting element by driving the movable plate by a force generated by supplying a current to the driving coil It varies the direction of the optical axis
An optical axis direction variable type photodetector , wherein a detection coil electromagnetically coupled to the drive coil is provided.
In addition, the drive coil is superimposed on the drive current and the detection current is applied to the drive coil.
An optical axis direction variable type photodetector characterized by flowing a flow.
【請求項2】 半導体基板に一体形成した、外側可動板
と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に
軸支する第1のトーションバーと、前記外側可動体の内
側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動
板に対し揺動自在に軸支する、前記第1のトーションバ
ーと軸方向が直交する第2のトーションバーとを備え、また、 前記外側可動板の周縁部に設けた第1の駆動コイ
ルと、前記内側可動板の周縁部に設けた第2の駆動コイ
ルと、前記第1の駆動コイルに静磁界を与える第1の磁
界発生手段と、前記第2の駆動コイルに静磁界を与える
第2の磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光検
出素子とを備え、 前記第1の駆動コイル,第2の駆動コイルに電流を流す
ことにより発生する力により前記外側可動板,内側可動
板を駆動して前記光検出素子の光軸方向を可変する光
方向可変型光検出装置であって、 前記第1の駆動コイル,前記第2の駆動コイルと夫々電
磁結合する第1の検出コイル,第2の検出コイルを設け
るとともに、前記第1,第2の駆動コイルに、駆動電流
に重畳して検出用電流を流すことを特徴とする光軸方向
可変型光検出装置。
2. An outer movable plate integrally formed with a semiconductor substrate, a first torsion bar that pivotally supports the outer movable plate with respect to the semiconductor substrate, and an inner side inside the outer movable body. A movable plate; and a second torsion bar axially orthogonal to the first torsion bar, which pivotally supports the inner movable plate with respect to the outer movable plate , and the outer movable plate. A first drive coil provided on the peripheral edge of the first movable coil, a second drive coil provided on the peripheral edge of the inner movable plate, a first magnetic field generating means for applying a static magnetic field to the first drive coil, and A second magnetic field generating means for applying a static magnetic field to the second drive coil; and a photo-detecting element formed on the inner movable plate, wherein a current is passed through the first drive coil and the second drive coil. The outer movable plate, the inner movable by the force generated A the driving direction of the optical axis variable optical detector you vary the optical axis direction of the light detection element, the first drive coil, said second drive coil and each electrostatic
Providing a first detection coil and a second detection coil that are magnetically coupled
And a drive current is applied to the first and second drive coils.
The direction of the optical axis is characterized in that the current for detection is superposed on
Variable photodetector.
【請求項3】 半導体基板に一体形成した、可動板とこ
の可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支するト
ーションバーと、前記可動板の周縁部に設けた駆動コイ
ルと、この駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段
と、前記可動板 に形成した光検出素子とを備え、 前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する力によ
り前記可動板を駆動して前記光検出素子の光軸方向を可
変する光軸方向可変型光検出装置であって、 前記光検出素子の光軸変位角を検出する変位角検出手段
を設け、前記変位角検出手段の出力をフィードバックし
て前記駆動コイルに流す電流を制御し、 前記変位角検出手段の出力から軸位置を算出し、当該算
出結果にもとづき画像フレームアドレスを算出し、前記
光検出素子の出力を前記画像フレームアドレスへ転送し
て記憶する処理を繰り返して監視対象について所要の監
視データを得る ことを特徴とする光軸方向可変型光検出
装置。
3. A movable plate integrally formed on a semiconductor substrate.
Of the movable plate of FIG.
Partition bar and a drive coil provided on the periphery of the movable plate.
And a magnetic field generating means for applying a static magnetic field to this drive coil.
And a photodetection element formed on the movable plate , the force generated by applying a current to the drive coil.
Drive the movable plate to change the direction of the optical axis of the photodetector.
A variable optical axis direction variable type photodetector, which is a displacement angle detection means for detecting an optical axis displacement angle of the photodetection element.
Is provided to feed back the output of the displacement angle detection means.
Control the current flowing through the drive coil, calculate the shaft position from the output of the displacement angle detection means, and
Calculate the image frame address based on the result,
Transfers the output of the photodetector to the image frame address
Repeat the process of storing the
An optical axis direction variable type photodetector characterized by obtaining visual data .
【請求項4】 半導体基板に一体形成した、外側可動板
と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に
軸支する第1のトーションバーと、前記外側可動体の内
側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動
板に対し揺動自在に軸支する、前記第1のトーションバ
ーと軸方向が直交する第2のトーションバーとを備え、 また、前記外側可動板の周縁部に設けた第1の駆動コイ
ルと、前記内側可動板の周縁部に設けた第2の駆動コイ
ルと、前記第1の駆動コイルに静磁界を与える第1の磁
界発生手段と、前記第2の駆動コイルに静磁界を与える
第2の磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光検
出素子とを備え、 前記第1の駆動コイル,第2の駆動コイルに電流を流す
ことにより発生する力により前記外側可動板,内側可動
板を駆動して前記光検出素子の光軸方向を可変する光軸
方向可変型光検出装置であって、 前記光検出素子の外側可動板にかかる光軸変位角を検出
する第1の変位角検出手段と、前記光検出素子の内側可
動板にかかる光軸変位角を検出する第2の変位角検出手
段とを設け、前記第1及び第2の変位角検出手段の出力
をフィードバックして前記第1及び第2の駆動コイルに
流す電流を制御し、 前記第1の変位角検出手段及び第2の変位角検出手段の
出力から軸位置を算出し、当該算出結果に基づき画像フ
レームアドレスを算出し、前記光検出素子の出力を前記
画像フレームアドレスへ転送して記憶する処理を繰り返
して監視対象について所要の監視データを得る ことを特
徴とする光軸方向可変型光検出装置。
4. An outer movable plate integrally formed with a semiconductor substrate.
And this outer movable plate can swing freely with respect to the semiconductor substrate.
The first torsion bar that supports the shaft and the inside of the outer movable body.
The inner movable plate on the side and this inner movable plate can be moved outside.
The first torsion bar that pivotally supports the plate.
And a second torsion bar whose axial direction is orthogonal to each other, and a first drive coil provided on a peripheral portion of the outer movable plate.
And a second drive coil provided on the peripheral portion of the inner movable plate.
And a first magnet for applying a static magnetic field to the first drive coil.
A static magnetic field is applied to the field generating means and the second drive coil.
Second magnetic field generating means and an optical detector formed on the inner movable plate.
An output element, and a current is passed through the first drive coil and the second drive coil.
The outer movable plate, the inner movable by the force generated by
An optical axis that drives a plate to change the optical axis direction of the photodetector
A variable direction photodetector for detecting an optical axis displacement angle applied to an outer movable plate of the photodetector
The first displacement angle detecting means and the inner side of the light detecting element.
Second displacement angle detection hand for detecting the optical axis displacement angle applied to the moving plate
And a step, and outputs of the first and second displacement angle detection means
Feedback to the first and second drive coils
The current flowing is controlled to control the first displacement angle detecting means and the second displacement angle detecting means.
The axis position is calculated from the output, and the image frame is calculated based on the calculation result.
The frame address is calculated and the output of the photodetector is calculated as
Repeat the process of transferring to the image frame address and storing
An optical axis direction variable type photodetector characterized in that it obtains required monitoring data for a monitoring target .
【請求項5】 半導体基板に一体形成した、可動板とこ
の可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支するト
ーションバーと、前記可動板の周縁部に設けた駆動コイ
ルと、この駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段
と、前記可動板に形成した光検出素子とを備え、かつ前
記半導体基板の上,下面にガラス基板を接合して3層構
造とした光軸方向可変型光検出装置であって、 前記磁界発生手段が、上側及び下側のガラス基板に設け
られた、前記ト−ションバーの軸方向と平行な可動板の
対辺の平面コイル部分に磁界を作用させる互いに対をな
す永久磁石であり、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する力によ
り前記可動板を駆動して前記光検出素子の光軸方向を可
変する ことを特徴とする光軸方向可変型光検出装置。
5. A movable plate and a member integrally formed on a semiconductor substrate.
Of the movable plate of FIG.
Partition bar and a drive coil provided on the periphery of the movable plate.
And a magnetic field generating means for applying a static magnetic field to this drive coil.
And a light detection element formed on the movable plate, and
A glass substrate is bonded to the upper and lower surfaces of the semiconductor substrate to form a three-layer structure.
A variable optical axis direction type photodetector having a structure, wherein the magnetic field generating means is provided on the upper and lower glass substrates, and is a flat surface opposite to a movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar. It is a pair of permanent magnets that exert a magnetic field on the coil part, and is made by a force generated by applying a current to the drive coil.
Drive the movable plate to change the direction of the optical axis of the photodetector.
An optical axis direction variable type photodetector characterized in that it changes .
【請求項6】 半導体基板に一体形成した、外側可動板
と、この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に
軸支する第1のトーションバーと、前記外側可動体の内
側にある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動
板に対し揺動自在に軸支する、前記第1のトーションバ
ーと軸方向が直交する第2のトーションバーとを備え、 また、前記外側可動板の周縁部に設けた第1の駆動コイ
ルと、前記内側可動板の周縁部に設けた第2の駆動コイ
ルと、前記第1の駆動コイルに静磁界を与える第1の磁
界発生手段と、前記第2の駆動コイルに静磁界を与える
第2の磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光検
出素子とを備え、 かつ前記半導体基板の上,下面にガラス基板を接合して
3層構造とした光軸方向可変型光検出装置であって、 前記第1の磁界発生手段が、上側及び下側のガラス基板
に設けられた、前記第1のト−ションバーの軸方向と平
行な外側可動板の対辺の平面コイル部分に磁界を作用さ
せる互いに対をなす永久磁石であり、前記第2の磁界発
生手段が、上側及び下側のガラス基板に設けられた、前
記第2のト−ションバーの軸方向と平行な内側可動板の
対辺の平面コイル部分に磁界を作用させる互いに対をな
す永久磁石であり、 前記第1の駆動コイル,第2の駆動コイルに電流を流す
ことにより発生する力 により前記外側可動板,内側可動
板を駆動して前記光検出素子の光軸方向を可変 すること
を特徴とする光軸方向可変型光検出装置。
6. An outer movable plate integrally formed with a semiconductor substrate.
And this outer movable plate can swing freely with respect to the semiconductor substrate.
The first torsion bar that supports the shaft and the inside of the outer movable body.
The inner movable plate on the side and this inner movable plate can be moved outside.
The first torsion bar that pivotally supports the plate.
And a second torsion bar whose axial direction is orthogonal to each other, and a first drive coil provided on a peripheral portion of the outer movable plate.
And a second drive coil provided on the peripheral portion of the inner movable plate.
And a first magnet for applying a static magnetic field to the first drive coil.
A static magnetic field is applied to the field generating means and the second drive coil.
Second magnetic field generating means and an optical detector formed on the inner movable plate.
And a glass substrate bonded to the upper and lower surfaces of the semiconductor substrate.
An optical axis direction variable type photodetector having a three-layer structure, wherein the first magnetic field generating means includes upper and lower glass substrates.
The axial direction of the first torsion bar provided on the
The magnetic field is applied to the flat coil part on the opposite side of the outer movable plate.
A pair of permanent magnets, which generate the second magnetic field.
Raw means are provided on the upper and lower glass substrates.
The inner movable plate parallel to the axial direction of the second torsion bar
Apply a magnetic field to the flat coil part on the opposite side to form a pair.
It is a permanent magnet, and a current is passed through the first drive coil and the second drive coil.
The outer movable plate, the inner movable by the force generated by
An optical axis direction variable type photodetector, characterized in that a plate is driven to change the optical axis direction of the photodetection element .
【請求項7】 請求項1ないし6のいずれかに記載の光
軸方向可変型光検出装置において、 前記半導体基板は、中間の半導体基板の上,下面に別の
半導体基板を積層した3層構造の基板であることを特徴
とする光軸方向可変型光検出装置。
7. The light according to any one of claims 1 to 6.
Axially variable optical detection device, the semiconductor substrate on the intermediate semiconductor substrate, the optical axis variable light detection you being a substrate for 3-layer structure of another semiconductor substrate to the lower surface apparatus.
【請求項8】 請求項5または6に記載の光軸方向可変
型光検出装置において、 前記半導体基板の上面に接合したガラス基板における、
前記光検出素子に対向する箇所に、開口部を設けたこと
を特徴とする光軸方向可変型光検出装置。
8. The optical axis direction variable according to claim 5 or 6.
Type photodetector, in the glass substrate bonded to the upper surface of the semiconductor substrate,
At a location opposite to the light detecting element, the optical axis variable optical detector you characterized in that an opening is provided.
【請求項9】 請求項5または6に記載の光軸方向可変
型光検出装置において、 前記半導体基板の上,下面に接合したガラス基板の中央
部に、前記可動板の揺動空間を確保するための凹部を設
けたことを特徴とする光軸方向可変型光検出装置。
9. The optical axis direction variable according to claim 5 or 6.
In type light detecting device, the top of the semiconductor substrate, in the central portion of the glass substrate joined to a lower surface, the optical axis variable characterized in that a recess for securing the swinging space of the movable plate Light detection device.
【請求項10】 請求項5または6に記載の光軸方向可
変型光検出装置において、 前記半導体基板の上面に接合したガラス基板に反射防止
膜を被覆したことを特徴とする光軸方向可変型光検出装
置。
10. The optical axis direction according to claim 5 or 6
In a variant light detecting device, the semiconductor substrate optical axis variable optical detector you wherein the coated antireflection film on a glass substrate joined to the upper surface of the.
【請求項11】 請求項5または6に記載の光軸方向可
変型光検出装置において、 前記可動板の揺動空間を、前記半導体基板とその上,下
面に接合したガラス基板とによって密閉するとともに真
空状態としたことを特徴とする光軸方向可変型光検出装
置。
11. The optical axis direction according to claim 5 or 6
In a variant light detecting device, the swinging space for the movable plate, the semiconductor substrate and thereon, the optical axis variable light detection you characterized in that a vacuum state as well as sealed by a glass substrate joined to a lower surface apparatus.
【請求項12】 請求項5または6に記載の光軸方向可
変型光検出装置において、 前記可動板の揺動空間を、前記半導体基板とその上,下
面に接合したガラス基板とによって密閉し、かつ前記揺
動空間に不活性ガスを封入したことを特徴とする光軸方
向可変型光検出装置。
12. The optical axis direction according to claim 5 or 6
In the modified photodetector, the swing space of the movable plate is sealed by the semiconductor substrate and a glass substrate bonded to the upper and lower surfaces thereof, and an inert gas is filled in the swing space. Optical axis direction variable type photo detector.
【請求項13】 請求項1ないし12のいずれかに記載
の光軸方向可変型光検出装置において、 光検出素子の前面には入射光を収束するマイクロレンズ
を設けたことを特徴とする光軸方向可変型光検出装置。
13. The method according to any one of claims 1 to 12.
Of the optical axis variable optical detection device, the optical axis variable optical detector you characterized in that a micro lens for converging incident light in front of the light detecting element.
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