JP5343903B2 - Optical deflection device - Google Patents
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Description
本発明は、電磁力によってミラーを揺動させることによって光ビームの反射方向を変化させる光偏向装置に関する。 The present invention relates to an optical deflecting device that changes a reflection direction of a light beam by swinging a mirror by electromagnetic force.
この種の光偏向装置は、基板と可撓梁と可動部を備えており、可動部が可撓梁によって基板に対して揺動可能に支持されている。可動部にはミラーが固定されており、可動部を基板に対して揺動させることによって、ミラーを所定の角度に傾けることができる。この種の光偏向装置には、基板に対する可動部の傾き角を検出するための傾き角検出センサを組み込んだものがある。 This type of optical deflection apparatus includes a substrate, a flexible beam, and a movable portion, and the movable portion is supported by the flexible beam so as to be swingable with respect to the substrate. A mirror is fixed to the movable part, and the mirror can be tilted to a predetermined angle by swinging the movable part with respect to the substrate. Some optical deflectors of this type incorporate a tilt angle detection sensor for detecting the tilt angle of the movable part with respect to the substrate.
特許文献１に、電磁力を利用する光偏向装置が開示されている。この光偏向装置では、基板上に一対の永久磁石を設置し、可動板に電磁石を設置している。電磁石に通電すると、永久磁石と電磁石の間に電磁力が作用し、可動板を揺動させることができる。この光偏向装置では、可動板にホール素子が設置されている。ホール素子は、一対の永久磁石の間に発生している磁束の可動板の厚み方向の成分を検出する。厚み方向の磁束密度成分は、可動板の傾き角によって変化する。ホール素子の出力電圧から可動板ないしミラーの傾き角を検出することができる。
特許文献１には電磁石に通電することで発生する磁束がホール素子の出力電圧に影響を及ぼすことを排除するために、電磁石を構成するコイル線の直上にホール素子を設置する技術を開示している。また、複数のホール素子を設置し、複数のホール素子の出力電圧の差分を得ることによって、光偏向装置の外部から作用する磁束の影響を相殺する技術が開示されている。
Patent Document 1 discloses an optical deflecting device that uses electromagnetic force. In this optical deflection apparatus, a pair of permanent magnets is installed on a substrate, and an electromagnet is installed on a movable plate. When the electromagnet is energized, an electromagnetic force acts between the permanent magnet and the electromagnet, and the movable plate can be swung. In this optical deflecting device, a Hall element is installed on the movable plate. The hall element detects a component of the magnetic flux generated between the pair of permanent magnets in the thickness direction of the movable plate. The magnetic flux density component in the thickness direction varies depending on the tilt angle of the movable plate. The tilt angle of the movable plate or mirror can be detected from the output voltage of the Hall element.
Patent Document 1 discloses a technique for installing a hall element directly above a coil wire constituting an electromagnet in order to eliminate the influence of magnetic flux generated by energizing an electromagnet on the output voltage of the hall element. Yes. Further, a technique is disclosed in which a plurality of Hall elements are installed and the influence of magnetic flux acting from the outside of the optical deflecting device is offset by obtaining a difference between output voltages of the plurality of Hall elements.
可動部に電磁石と磁気センサを配置すると、電磁石と磁気センサに接続する配線を可撓梁に沿って配設する必要が生じる。可撓梁は繰り返し変形する部材であり、従って、配線も繰り返しねじられる。可動部に電磁石と磁気センサを配置すると、配線が断線しやすくなり、光偏向装置の信頼性が低下する。
したがって、電磁石と磁気センサを基板側に配置し、永久磁石を可動部側に配置することが好ましい。永久磁石に対する配線は不要であり、可撓梁に沿って配線する必要をなくすことができる。
磁気センサを基板側に配置する場合、その磁気センサで可動部の傾き角を検出するためには、いくつかの方式が考えられる。一つの方式は、電磁石に対する通電量が大きいほど可動部の傾き角が大きくなる現象を利用し、電磁石が発生する磁束の大きさを磁気センサで検出することであろう。他の一つの方式は、可動部の傾き角に依存して磁気センサと永久磁石の位置関係が変わることを利用し、永久磁石が発生する磁束の大きさを磁気センサで検出することであろう。しかしながら、実際にはいずれの方式も、実現困難である。すなわち、可動部が傾いている状態では電磁石に通電しており、電磁石が発生する磁束と永久磁石が発生する磁束が相互に影響し合っている。電磁石が発生する磁束の大きさと、永久磁石が発生する磁束の大きさを分離して検出することが難しい。
When the electromagnet and the magnetic sensor are arranged on the movable part, it is necessary to arrange wirings connected to the electromagnet and the magnetic sensor along the flexible beam. The flexible beam is a member that repeatedly deforms, and therefore the wiring is also repeatedly twisted. If an electromagnet and a magnetic sensor are arranged in the movable part, the wiring is easily disconnected, and the reliability of the optical deflecting device is lowered.
Therefore, it is preferable that the electromagnet and the magnetic sensor are arranged on the substrate side, and the permanent magnet is arranged on the movable part side. Wiring to the permanent magnet is unnecessary, and it is possible to eliminate the need for wiring along the flexible beam.
When the magnetic sensor is arranged on the substrate side, several methods are conceivable for detecting the tilt angle of the movable part with the magnetic sensor. One method would be to detect the magnitude of the magnetic flux generated by the electromagnet using a magnetic sensor, utilizing the phenomenon that the tilt angle of the movable part increases as the amount of current supplied to the electromagnet increases. Another method would be to detect the magnitude of the magnetic flux generated by the permanent magnet by using the fact that the positional relationship between the magnetic sensor and the permanent magnet changes depending on the tilt angle of the movable part. . However, in practice, either method is difficult to realize. That is, when the movable part is tilted, the electromagnet is energized, and the magnetic flux generated by the electromagnet and the magnetic flux generated by the permanent magnet influence each other. It is difficult to detect separately the magnitude of the magnetic flux generated by the electromagnet and the magnitude of the magnetic flux generated by the permanent magnet.
特許文献１が開示するように、電磁石を構成するコイル線の直上に磁気センサを配置する等の工夫を導入することによって、磁気センサが電磁石による磁束を検出しないようすることは可能であろう。しかしながら、この方式によると、磁気センサの永久磁石による磁束の検出感度まで低下してしまう。それでは、可動部の傾き角に依存して磁気センサと永久磁石の位置関係が変わることを利用して傾き角を検出する感度が低下してしまう。
本発明は、下記の要求を満たすべく創作された。
１）電磁石と磁気センサを基板側に配置し、永久磁石を可動部側に配置することによって可撓梁に沿って配線する必要をなくし、
２）磁気センサの電磁石による磁束の検出感度を低くし、
３）磁気センサの永久磁石による磁束の検出感度を高くする。
As disclosed in Patent Document 1, it may be possible to prevent the magnetic sensor from detecting the magnetic flux by the electromagnet by introducing a device such as disposing the magnetic sensor directly above the coil wire constituting the electromagnet. However, according to this method, the sensitivity of detecting the magnetic flux by the permanent magnet of the magnetic sensor is lowered. Then, depending on the inclination angle of the movable part, the sensitivity for detecting the inclination angle is reduced by utilizing the change in the positional relationship between the magnetic sensor and the permanent magnet.
The present invention was created to satisfy the following requirements.
1) The electromagnet and the magnetic sensor are arranged on the substrate side, and the permanent magnet is arranged on the movable part side, thereby eliminating the need for wiring along the flexible beam.
2) Decrease the detection sensitivity of the magnetic flux by the electromagnet of the magnetic sensor,
3) Increasing the magnetic flux detection sensitivity by the permanent magnet of the magnetic sensor.
本出願で開示する第１の光偏向装置は、可撓梁によって基板に対して揺動可能に支持されている可動部と、可動部に固定されているミラーと、可動部に固定されている永久磁石と、電磁石と、磁気センサを備えている。
可動部の揺動軸に沿う方向を第１方向とし、第１方向に直交する第２方向としたときに、電磁石は、第２方向において永久磁石を挟んで対向している第１磁極と第２磁極を有している。第１方向と前記第２方向に直交する方向を第３方向としたときに、磁気センサは、電磁石に通電したときに発生する磁束の第３方向成分がゼロとなる位置において基板に固定されているとともに、第３方向の磁束密度成分を検出する。
A first optical deflecting device disclosed in the present application is fixed to a movable part, a movable part supported to be swingable with respect to a substrate by a flexible beam, a mirror fixed to the movable part, and the movable part. A permanent magnet, an electromagnet, and a magnetic sensor are provided.
When the direction along the swinging axis of the movable portion is the first direction and the second direction is orthogonal to the first direction, the electromagnet and the first magnetic pole facing each other across the permanent magnet in the second direction. Has two magnetic poles. When the direction perpendicular to the first direction and the second direction is the third direction, the magnetic sensor is fixed to the substrate at a position where the third direction component of the magnetic flux generated when the electromagnet is energized becomes zero. In addition, the magnetic flux density component in the third direction is detected.
上記の光偏向装置では、可動部が揺動すると、基板から可動部までの第３方向に沿った距離が変化する。磁気センサが磁束の第３方向成分を検出するものであるため、磁気センサの出力電圧は可動部の傾き角に依存して変化する。磁気センサの出力電圧から傾き角を検出することが可能である。
第１磁極と第２磁極とのギャップにおける電磁石に起因する磁束の密度と方向は場所によって変化する。実際に、電磁石に起因する磁束の第３方向成分がゼロである位置が存在する。
本発明では、この位置を選んで磁気センサを配置することから、電磁石から発生する磁束が検出結果に影響することを防止できる。磁気センサの出力電圧と傾き角の関係を安定させることができ、磁気センサの検出精度を向上させることができる。
In the above optical deflecting device, when the movable portion swings, the distance along the third direction from the substrate to the movable portion changes. Since the magnetic sensor detects the third direction component of the magnetic flux, the output voltage of the magnetic sensor changes depending on the tilt angle of the movable part. The tilt angle can be detected from the output voltage of the magnetic sensor.
The density and direction of the magnetic flux caused by the electromagnet in the gap between the first magnetic pole and the second magnetic pole varies depending on the location. Actually, there is a position where the third direction component of the magnetic flux caused by the electromagnet is zero.
In the present invention, since the magnetic sensor is arranged by selecting this position, it is possible to prevent the magnetic flux generated from the electromagnet from affecting the detection result. The relationship between the output voltage of the magnetic sensor and the tilt angle can be stabilized, and the detection accuracy of the magnetic sensor can be improved.
上記の光偏向装置では、電磁石の第１磁極と第２磁極とのギャップの第３方向の中央位置に磁気センサが固定されており、その中央位置からオフセットされた位置に永久磁石が配置されている構造とすることができる。
前記ギャップの第３方向の中央位置では、電磁石に起因する磁束の第３方向成分がゼロである。
In the above optical deflecting device, the magnetic sensor is fixed at the center position in the third direction of the gap between the first magnetic pole and the second magnetic pole of the electromagnet, and the permanent magnet is disposed at a position offset from the central position. It can be set as a structure.
At the center position of the gap in the third direction, the third direction component of the magnetic flux caused by the electromagnet is zero.
あるいは、電磁石の第１磁極と第２磁極とのギャップの第２方向の中央位置に磁気センサが固定されており、その中央位置からオフセットされた位置に永久磁石が配置されている構造とすることができる。
前記ギャップの第２方向の中央位置でも、電磁石に起因する磁束の第３方向成分がゼロとなる。
Alternatively, the magnetic sensor is fixed at the center position in the second direction of the gap between the first magnetic pole and the second magnetic pole of the electromagnet, and the permanent magnet is disposed at a position offset from the center position. Can do.
Even in the center position of the gap in the second direction, the third direction component of the magnetic flux caused by the electromagnet becomes zero.
１つの電磁石に対して配置する磁気センサの個数は特に制限されず、１個の磁気センサを配置してもよいし、複数の磁気センサを配置してもよい。 The number of magnetic sensors arranged with respect to one electromagnet is not particularly limited, and one magnetic sensor may be arranged, or a plurality of magnetic sensors may be arranged.
本願で開示する第２の光偏向装置も、可撓梁によって基板に対して揺動可能に支持されている可動部と、可動部に固定されているミラーと、可動部に固定されている永久磁石と、電磁石と、複数の磁気センサを備えている。可動部の揺動軸に沿う方向を第１方向とし、第１方向に直交する第２方向としたときに、電磁石は、第２方向において永久磁石を挟んで対向している第１磁極と第２磁極を有している。第１方向と前記第２方向に直交する方向を第３方向としたときに、複数の磁気センサは、電磁石に通電したときに発生する磁束の複数の磁気センサの存在位置における第３方向成分の総和がゼロとなる位置に配置されている。 The second light deflector disclosed in the present application is also provided with a movable part supported by a flexible beam so as to be swingable with respect to the substrate, a mirror fixed to the movable part, and a permanent part fixed to the movable part. A magnet, an electromagnet, and a plurality of magnetic sensors are provided. When the direction along the swinging axis of the movable portion is the first direction and the second direction is orthogonal to the first direction, the electromagnet and the first magnetic pole facing each other across the permanent magnet in the second direction. Has two magnetic poles. When the direction orthogonal to the first direction and the second direction is the third direction, the plurality of magnetic sensors have the third direction component of the magnetic flux generated when the electromagnet is energized at the positions of the plurality of magnetic sensors. It is placed at a position where the sum is zero.
上記の光偏向装置では、個々の磁気センサが検出する電磁石に起因する第３方向の磁束成分はゼロではないが、それらの総和を算出すると、ゼロである。このため、複数の磁気センサの検出信号の総和を算出することによって、電磁石が発生する磁束に由来して検出結果がずれてしまう現象の発生を防止することができる。すなわち、磁気センサの検出精度を向上させることが可能である。 In the above optical deflecting device, the magnetic flux components in the third direction caused by the electromagnets detected by the individual magnetic sensors are not zero, but are zero when their sum is calculated. For this reason, by calculating the sum of the detection signals of a plurality of magnetic sensors, it is possible to prevent the occurrence of a phenomenon that the detection result is shifted due to the magnetic flux generated by the electromagnet. That is, the detection accuracy of the magnetic sensor can be improved.
２つの磁気センサを用いる場合、その２つの磁気センサを、第１磁極と第２磁極とのギャップの第２方向の中央位置に対して対称となる位置に設置することができる。２つの磁気センサの存在位置における、電磁石に通電したときに発生する磁束の第３方向成分の総和がゼロとなる。 When two magnetic sensors are used, the two magnetic sensors can be installed at positions symmetrical with respect to the center position in the second direction of the gap between the first magnetic pole and the second magnetic pole. The sum of the third direction components of the magnetic flux generated when the electromagnet is energized at the position where the two magnetic sensors are present becomes zero.
第１と第２の光偏向装置では、１つの揺動軸に対して複数の電磁石が設置されていてもよい。この場合、１つの電磁石に対して少なくとも１つの永久磁石と少なくとも１つの磁気センサが設置されていればよい。 In the first and second optical deflecting devices, a plurality of electromagnets may be installed for one swing axis. In this case, it is sufficient that at least one permanent magnet and at least one magnetic sensor are installed for one electromagnet.
基板は、可撓梁と可動部と一体に形成されている部分を含んでいてもよい。この場合、磁気センサが基板の前記部分に設置されていてもよい。 The substrate may include a portion formed integrally with the flexible beam and the movable portion. In this case, a magnetic sensor may be installed on the portion of the substrate.
本発明によれば、可動部に永久磁石を配置することで可撓梁に配線する必要をなくすことができ、電磁石に起因する磁束の第３方向成分がゼロである位置に磁気センサを配置することから電磁石に対する通電によって検出結果がずれることがなく、可動部の傾き角を精度よく検出することが可能となる。長期にわたって信頼性が高く、傾き角の検出精度がよい光偏向装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to eliminate the need to wire the flexible beam by arranging the permanent magnet in the movable part, and the magnetic sensor is arranged at a position where the third direction component of the magnetic flux caused by the electromagnet is zero. Therefore, the detection result does not shift due to energization of the electromagnet, and the tilt angle of the movable part can be detected with high accuracy. It is possible to provide an optical deflecting device that has high reliability over a long period of time and good inclination angle detection accuracy.
下記に記載する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１）可動部に設置される永久磁石は、ネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）、サマリウムコバルト磁石（ＳｍＣｏ５（１−５系）、Ｓｍ２Ｃｏ１７（２−１７系）等）または、フェライト磁石である。
（特徴２）第１方向および第２方向は、可撓梁が捩れていない状態で基板に対して静止している場合の可動部およびミラーに平行な面内で直交している。
The main features of the embodiments described below are listed.
(Feature 1) Permanent magnets installed in the movable part are neodymium magnets (Nd 2 Fe 14 B), samarium cobalt magnets (SmCo 5 (1-5 system), Sm 2 Co 17 (2-17 system), etc.) or A ferrite magnet.
(Feature 2) The first direction and the second direction are orthogonal to each other in a plane parallel to the movable portion and the mirror when the flexible beam is not twisted and is stationary with respect to the substrate.
図１は、実施例１の光偏向装置１０の各構成要素の配置を概念的に示す斜視図である。図１に示すように、光偏向装置１０は、第１電磁石２０と、第２電磁石４０と、ミラー部３０とを備えている。尚、図１では、ミラー部３０の詳細な構造は図示を省略している。
FIG. 1 is a perspective view conceptually showing an arrangement of each component of the
図１に示すように、第１電磁石２０は、Ｃ字形状の鉄心２０１と、鉄心２０１に巻き付けられている第１コイル２０３ａ，２０３ｂを備えている。鉄心２０１は、ｘ軸方向においてミラー部３０を挟んで対向する第１磁極部２０１ａと第２磁極部２０１ｂとを備えている。第１磁極部２０１ａの面と第２磁極部２０１ｂの面とは同じ面積であり、ｙ軸に平行な２辺とｚ軸に平行な２辺によって囲まれた長方形状であり、ｘ軸方向に垂直である。
第２電磁石４０は、Ｃ字形状の鉄心４０１と、鉄心４０１に巻き付けられている第２コイル４０３ａ，４０３ｂを備えている。鉄心４０１は、ｙ軸方向においてミラー部３０を挟んで対向する第１磁極部４０１ａと第２磁極部４０１ｂとを備えている。第１磁極部４０１ａの面と第２磁極部４０１ｂの面とは同じ面積であり、ｘ軸に平行な２辺とｚ軸に平行な２辺によって囲まれた長方形状であり、ｙ軸方向に垂直である。
As shown in FIG. 1, the
The
第１電磁石２０の第１コイル２０３ａ，２０３ｂに電流を流すと、第１磁極部２０１ａと第２磁極部２０１ｂとの間に、主としてｘ軸方向に伸びる磁束が発生する。第２電磁石４０の第２コイル４０３ａ，４０３ｂに電流を流すと、第１磁極部４０１ａと第２磁極部４０１ｂとの間に、主としてｙ軸方向に伸びる磁束が発生する。
When a current is passed through the
図２は、図１に示す光偏向装置１０のミラー部３０の近傍を示す平面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図２〜図４に示すように、ミラー部３０は、上部基板３０１と、上部基板３０１から伸びている１対の第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂと、１対の第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂによって支持されている第１可動部３０５と、第１可動部３０５から伸びている１対の第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂと、１対の第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂによって支持されている第２可動部３１１と、第２可動部３１１の上面に固定されているミラー３１５とを備えている。図２に図示されているミラー部３０の構造は、例えば半導体基板を材料として、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術によって一体に形成することができる。ミラー部３０は、図１に示す第１電磁石２０および第２電磁石４０に対して、ミラー３１５の形成されている方向がｚ軸の正方向となるように配置される。ミラー部３０は、上部基板３０１に固定されている下部基板３０２と、下部基板３０２に設置されている第１磁気センサ５１０，第２磁気センサ５２０を備えている。下部基板３０２は、上下に配置された枠体部３０２ａ，３０２ｂと、枠体部３０２ａと枠体部３０２ｂとの間に挟みこむように固定された延在部３０２ｃとを備えている。上部基板３０１と延在部３０２ｃとは、同じ材料基板（例えば、シリコン基板等の半導体基板）によって形成されている。枠体部３０２ａ，３０２ａは同じ材料基板（例えばガラスエポキシ基板等の絶縁性の基板）によって形成されている。第１磁気センサ５１０，第２磁気センサ５２０は、延在部３０２ｃに設置されている。第１磁気センサ５１０，第２磁気センサ５２０は、ホール素子であり、その設置位置に発生するｚ軸方向の磁束密度成分Ｂｚを検出し、Ｂｚに比例する電圧を外部回路（図示しない）に出力する。第１磁気センサ５１０、第２磁気センサ５２０は、ＭＥＭＳ技術を用いて、延在部３０２ｃに形成したものであってもよい。
2 is a plan view showing the vicinity of the
図２に示すように、上部基板３０１と第１可撓梁３０３ａの接続点と、上部基板３０１と第１可撓梁３０３ｂの接続点を結ぶ線がｙ軸方向と一致し、第１可動部３０５と第２可撓梁３０９ａの接続点と，第１可動部３０５と第２可撓梁３０９ｂの接続点を結ぶ線がｘ軸方向と一致するように、設置されている。ｘｙ平面に直交する方向はｚ軸方向と一致しており、第２可動部３１１のｚ軸が正となる上面側にミラー３１５が設置されている。
第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂは、上部基板３０１からｙ軸方向に伸びているとともに、第１可動部３０５に連接している。第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂは、第１可動部３０５からｘ軸方向に伸びているとともに、第２可動部３１１に連接している。ｙ軸とｘ軸は基板に平行な面内で直交している。第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂおよび第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂが捩れていない状態であって、第１可動部３０５、第２可動部３１１、ミラー３１５が上部基板３０１および下部基板３０２に対して傾いていない場合に、ｙ軸とｘ軸が直交する面と、第１可動部３０５、第２可動部３１１、ミラー３１５とは平行となる。
As shown in FIG. 2, the connecting point between the
The first
第１可動部３０５は、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂによって、上部基板３０１に対してｙ軸（第１軸）を中心に揺動可能に支持されており、第２可動部３１１は、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂによって、第１可動部３０５に対してｘ軸（第２軸）を中心に揺動可能に支持されている。これによって、第２可動部３１１は、上部基板３０１に対して、ｙ軸（第１軸）とｘ軸（第２軸）の周りに独立に揺動することが可能となっている。
The first
第１可動部３０５には、ｘ軸について互いに対称となる位置に第１磁石３０７ａ，３０７ｂが固定されており、第２可動部３１１には、ｙ軸について互いに対称となる位置に第２磁石３１３ａ，３１３ｂが固定されている。第１磁石３０７ａ，３０７ｂ、第２磁石３１３ａ，３１３ｂは、ネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）等を材料とする永久磁石で構成されている。ネオジム磁石に代えて、サマリウムコバルト磁石（ＳｍＣｏ５（１−５系）、Ｓｍ２Ｃｏ１７（２−１７系）等）や、フェライト磁石を用いることもできる。第１磁石３０７ａと３０７ｂは、同一の大きさで、同一形状である。第２磁石３１３ａと３１３ｂは、同一の大きさで、同一形状である。第１磁石３０７ａ，３０７ｂおよび第１磁気センサ５１０は、第１電磁石２０の第１磁極部２０１ａと第２磁極部２０１ｂとの間に位置している。第２磁石３１３ａ，３１３ｂおよび第２磁気センサ５２０は、第２電磁石４０の第１磁極部４０１ａと第２磁極部４０１ｂとの間に位置している。
図３、図４に示すように、第１磁石３０７ａ，３０７ｂは、第１可動部３０５をｚ軸方向に貫通しており、第２磁石３１３ａ，３１３ｂは、第２可動部３１１をｚ軸方向に貫通している。図示しないが、第１磁石３０７ａ，３０７ｂの側面と第１可動部３０５との間には接着剤が塗布されており、接着剤の接着力によって、第１磁石３０７ａ，３０７ｂは第１可動部３０５に固定されている。同様に、第２磁石３１３ａ，３１３ｂは、接着剤によって第２可動部３１１に固定されている。第１磁石３０７ａ，３０７ｂおよび第２磁石３１３ａ，３１３ｂは、ｚ軸の正方向（ミラー３１５が設置されている側であり、上部基板３０１の上面側）がＮ極であり、ｚ軸の負方向（上部基板３０１の下面側）がＳ極となるように固定されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図１に示す第１電磁石２０の第１コイル２０３ａ，２０３ｂに電流を流すと、第１磁極部２０１ａと第２磁極部２０１ｂとの間に主としてｘ軸方向に伸びる磁界が発生し、この間に設置されているミラー部３０の第１磁石３０７ａ、３０７ｂに対して、電磁力が作用する。これによって、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂがｙ軸の周りに捩れる。
第１磁極部２０１ａと第２磁極部２０１ｂの間に発生するｘ軸方向の磁束は、第２磁石３１３ａ，３１３ｂにも、第２可動部３１１をｙ軸の周りに回転させるトルクを発生させる。第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂはｘ軸の周りには容易に捩れる一方で、ｙ軸周りに回転させるトルクに対しては変形しにくく設計されている。このため、第２可動部３１１に生じるトルクによって第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂが変形して第２可動部３１１が第１可動部３０５に対して傾くことがない。第１可動部３０５に生じるトルクと、第２可動部３１１に生じるトルクは同じ方向であるため、第１可動部３０５と第２可動部３１１の全体が一体となって、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂの周りに揺動する。第１可動部３０５と、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂと、第２可動部３１１と、ミラー３１５とが一体となってｙ軸の周りに揺動する。
When a current is passed through the
The magnetic flux in the x-axis direction generated between the first
例えば、第１磁極部２０１ａがＮ極、第２磁極部２０１ｂがＳ極となるように第１コイル２０３ａ，２０３ｂに電流を流すと、第１磁石３０７ａ，３０７ｂのＮ極は、第１磁極部２０１ａから斥力を受け、第２磁極部２０１ｂから引力を受ける。第１磁石３０７ａ，３０７ｂのＳ極は、第１磁極部２０１ａから引力を受け、第２磁極部２０１ｂから斥力を受ける。その結果、第１可撓梁３０３ａ、３０３ｂが捩れ、第１可動部３０５と、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂと、第２可動部３１１と、ミラー３１５は、第１磁極部２０１ａ側が上方に傾き、第２磁極部２０１ｂ側が下方に傾く。逆に、第１磁極部２０１ａがＳ極、第２磁極部２０１ｂがＮ極となるように第１コイル２０３ａ，２０３ｂに電流を流すと、第１可動部３０５と、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂと、第２可動部３１１と、ミラー３１５は、第１磁極部２０１ａ側が下方に傾き、第２磁極部２０１ｂ側が上方に傾く。
For example, when a current is passed through the
図１に示す第２電磁石４０の第２コイル４０３ａ，４０３ｂに電流を流すと、第１磁極部４０１ａと第２磁極部４０１ｂとの間に主としてｙ軸方向に伸びる磁束が発生し、この間に設置されている第２磁石３１３ａ、３１３ｂに対して、電磁力が作用する。これによって、第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂが捩れ、第２可動部３１１と、ミラー３１５とが一体となってｘ軸の周りに揺動する。
第１磁極部４０１ａと第２磁極部４０１ｂの間に発生するｙ軸方向の磁束は、第１磁石３０７ａ，３０７ｂにも、第１可動部３０５をｘ軸の周りに回転させるトルクを発生させる。第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂはｙ軸の周りには容易に捩れる一方で、ｘ軸周りに回転させるトルクに対しては変形しにくく設計されている。このため、第１可動部３０５に生じるトルクによって、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂが変形して第１可動部３０５が上部基板３０１にｘ軸の周りに傾くことはない。
When a current is passed through the
The magnetic flux in the y-axis direction generated between the first
例えば、第２電磁石４０の第１磁極部４０１ａがＮ極、第２磁極部４０１ｂがＳ極となるように第２コイル４０３ａ，４０３ｂに電流を流すと、第２磁石３１３ａ，３１３ｂのＮ極は、第１磁極部４０１ａから斥力を受け、第２磁極部４０１ｂから引力を受ける。その結果、第２可撓梁３０９ａ、３０９ｂが捩れ、第２可動部３１１と、ミラー３１５は、第１磁極部４０１ａの側が上方に傾き、第２磁極部４０１ｂの側が下方に傾く。逆に、第１磁極部４０１ａがＳ極、第２磁極部４０１ｂがＮ極となるように第２コイル４０３ａ，４０３ｂに電流を流すと、第２可動部３１１と、ミラー３１５とは、第１磁極部４０１ａの側が下方に傾き、第２磁極部４０１ｂの側が上方に傾く。
For example, when a current is passed through the
第１磁気センサ５１０および第２磁気センサ５２０は、ｚ軸方向の磁束密度を検出することができる位置および向きに設置されている。第１磁気センサ５１０、第２磁気センサ５２０には、ｘ軸方向の定電流が流れており、ｚ軸方向の磁界が作用すると、ｙ軸方向に電圧が発生する。ｙ軸方向に発生した電圧を検出することによって、ｚ軸方向の磁束密度を検出することができる。
The first
図５は、ホール素子の動作原理を説明する図である。ホール素子の厚さがｄＨであり、ホール素子をｘ軸方向に流れる定電流がＩｃである場合に、ホール素子の位置においてｚ軸方向の磁束密度成分がＢｚである磁束が発生すると、ホール素子のｙ軸方向の両端に、下記の式（１）に示すホール電圧ＶＨが発生する。 FIG. 5 is a diagram for explaining the operating principle of the Hall element. Has a thickness of d H of the Hall element, when the constant current flowing through the Hall element in the x-axis direction is I c, the magnetic flux magnetic flux density component of the z-axis direction is B z is generated in the position of the Hall element The Hall voltage V H shown in the following formula (1) is generated at both ends in the y-axis direction of the Hall element.
ここで、ＲＨはホール定数であり、電子の電荷ｅ、ホール素子のキャリア濃度ｎによって、ＲＨ＝１／（ｅｎ）と表すことができる。
Here, R H is a Hall constant, and can be expressed as R H = 1 / (en) by the electron charge e and the carrier concentration n of the Hall element.
第１可動部３０５がｙ軸の周りに傾くと、第１磁石３０７ａ，３０７ｂと、第１磁気センサ５１０の位置関係が変化し、第１磁石３０７ａ，３０７ｂによって発生する第１磁気センサ５１０の存在位置におけるｚ軸方向の磁束密度成分Ｂｚが変化し、第１磁気センサ５１０の出力電圧が変化する。
第２可動部３１１がｘ軸の周りに傾くと、第２磁石３１３ａ，３１３ｂと、第２磁気センサ５２０の位置関係が変化し、第２磁石３１３ａ，３１３ｂによって発生する第２磁気センサ５２０の存在位置におけるｚ軸方向の磁束密度成分Ｂｚが変化し、第２磁気センサ５２０の出力電圧が変化する。
When the first
When the second
図６は、第１磁気センサ５１０と、第１磁石３０７ａと、第１電磁石２０との位置関係を示すために、図３の断面を模式的に示す図である。図６において、破線で示す領域が第１電磁石２０の第１ギャップ２２であり、ミラー部３０を挟んで対向する第１磁極部２０１ａの面と第２磁極部２０１ｂの面との間の領域である。ミラー部３０の第１磁石３０７ａおよび第１磁気センサ５１０は、第１ギャップ２２の内部に設置されている。図示していないが、第１磁石３０７ｂも同様に第１ギャップ２２の内部に設置されている。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a cross section of FIG. 3 in order to show the positional relationship among the first
第１ギャップ２２のｚ軸方向の中央位置の集合は、ｚ軸方向に垂直な平面となり、この平面は、図６に示す断面において、線分２２１として表される。線分２２１は、第１ギャップ２２のｚ軸方向の中央位置を示しており、その両端は、第１磁極部２０１ａと第２磁極部２０１ｂに達している。第１磁極部２０１ａおよび第２磁極部２０１ｂのｚ軸方向の長さをｄ１とすると、線分２２１の位置は第１ギャップ２２のｚ軸方向の上端および下端から距離ｄ１／２の位置である。また、第１ギャップ２２のｘ軸方向の中央位置の集合は、ｘ軸方向に垂直な平面となり、この平面は、図６に示す断面において、直線２２３として表される。直線２２３は、線分２２１の中点を通り、ｚ軸方向に延びる直線である。第１磁極部２０１ａと第２磁極部２０１ｂとの距離をｄ２とすると、線分２２１のｘ軸方向の長さは、ｄ２に等しい。直線２２３と、第１磁極部２０１ａまたは第２磁極部２０１ｂとの距離は、ｄ２／２である。
A set of central positions of the
図６に示すように、第１磁気センサ５１０は、線分２２１上であって、線分２２１の中央（線分２２１と直線２２３との交点）よりもｘ軸の正方向となる位置（第２磁極部２０１ｂに近い位置）に設置されている。第１磁石３０７ａは、直線２２３上であって、線分２２１よりもｚ軸の正方向となる位置に設置されている。第１磁気センサ５１０と第１磁石３０７ａとは、ｘ軸方向に離間している。
As shown in FIG. 6, the first
ギャップ２２内において、第１電磁石２０によって発生する磁束は主としてｘ軸方向に伸びるものの、ｚ軸方向成分がゼロではない。第１電磁石２０によって発生する磁束のｚ軸方向の密度成分は、ｚ軸方向の位置およびｘ軸方向の位置に依存して変化する。しかしながら、線分２２１上または直線２２３上では、第１電磁石２０によって発生する磁束のｚ軸方向の密度成分がゼロになる。第１磁気センサ５１０は、線分２２１上に設置されているため、第１電磁石２０によって発生する磁束のｚ軸方向の密度成分を検出することがない。第１磁気センサ５１０には、第１可動部３０５がｙ軸の周りに傾くと、第１磁石３０７ａ，３０７ｂが発生する第１磁気センサ５１０の存在位置におけるｚ軸方向の磁束密度成分Ｂｚが変化して第１磁気センサ５１０の出力電圧が変化する現象のみが生じる。
In the
また、第１磁気センサ５１０と第１磁石３０７ａとは、ｘ軸方向に離れて設置されているため、第１磁石３０７ａがｙ軸の周りに傾くと、第１磁気センサ５１０の存在位置におけるｚ軸方向の磁束密度成分が敏感に変化し、第１磁気センサ５１０の出力電圧が大きく変化する。第１磁気センサ５１０の検出感度が高い。
もしも第１磁気センサ５１０と第１磁石３０７ａがｘ軸方向において同一位置にあると、第１磁石３０７ａがｙ軸の周りに傾いたときに第１磁気センサ５１０の存在位置におけるｚ軸方向の磁束密度成分は鈍感に変化することになり、第１磁気センサ５１０の検出感度が低下してしまう。
Further, since the first
If the first
図７は、第２磁気センサ５２０と、第２磁石３１３ａと、第２電磁石４０との位置関係を示すために、図４の断面を模式的に示す図である。破線で示す領域が第２電磁石４０の第２ギャップ４２であり、ミラー部３０を挟んで対向する第１磁極部４０１ａの面と第２磁極部４０１ｂの面との間の領域である。第２ギャップ４２のｙ軸方向に垂直な断面は、第１磁極部４０１ａの面および第２磁極部４０１ｂの面と同一形状、同一面積の長方形となる。ミラー部３０の第２磁石３１３ａおよび第２磁気センサ５２０は、第２ギャップ４２の内部に設置されている。図示していないが、第２磁石３１３ｂも同様に第２ギャップ４２の内部に設置されている。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a cross section of FIG. 4 in order to show the positional relationship among the second
第２ギャップ４２のｚ軸方向の中央位置の集合は、ｚ軸方向に垂直な平面となり、この平面は、図７に示す断面において、線分４２１となる。線分４２１は、第２ギャップ４２のｚ軸方向の中央位置を示しており、その両端は、第１磁極部４０１ａと第２磁極部４０１ｂに達している。第１磁極部４０１ａおよび第２磁極部４０１ｂのｚ軸方向の長さをｄ３とすると、線分４２１は第２ギャップ４２のｚ軸方向の上端および下端から距離ｄ３／２の位置である。また、第２ギャップ４２のｙ軸方向の中央位置の集合は、ｙ軸方向に垂直な平面となり、この平面は、図７に示す断面において、直線４２３として現される。直線４２３は、線分４２１の中点を通り、ｚ軸方向に延びる直線である。第１磁極部４０１ａと第２磁極部４０１ｂとの距離をｄ４とすると、線分４２１のｙ軸方向の長さは、ｄ４に等しい。直線４２３と、第１磁極部４０１ａまたは第２磁極部４０１ｂとの距離は、ｄ４／２である。
A set of central positions of the
図７に示すように、第２磁気センサ５２０は、線分４２１上であって、線分４２１の中央（線分４２１と直線４２３との交点）よりもｙ軸の負方向となる位置（第２磁極部４０１ｂに近い位置）に設置されている。第２磁石３１３ａは、直線４２３上であって、線分４２１よりもｚ軸の正方向となる位置に設置されている。第２磁気センサ５２０と第２磁石３１３ａとは、ｙ軸方向に離間している。
As shown in FIG. 7, the second
ギャップ４２内において、第２電磁石４０によって発生する磁束は主としてｙ軸方向に伸びるものの、ｚ軸方向成分がゼロではない。第２電磁石４０によって発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分は、ｚ軸方向の位置およびｙ軸方向の位置に依存して変化する。しかしながら、線分４２１上または直線４２３上では、第２電磁石４０によって発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分がゼロになる。第２磁気センサ５２０は、線分４２１上に設置されているため、第２電磁石４０によって発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分を検出することがない。第２磁気センサ５２０には、第２可動部３１１がｘ軸の周りに傾くと、第２磁石３１３ａ，３１３ｂが発生する第２磁気センサ５２０の存在位置におけるｚ軸方向の磁束密度成分Ｂｚが変化して第２磁気センサ５２０の出力電圧が変化する現象のみが生じる。
実際には、線分２２１で現される面と、線分４２１で表される面は同一面である。そのため、第１磁気センサ５１０が、第２電磁石４０によって発生する磁束のｚ軸方向の密度成分を検出することもない。また、第２磁気センサ５２０が、第１電磁石２０によって発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分を検出することもない。
In the
Actually, the surface represented by the
また、第２磁気センサ５２０と第２磁石３１３ａとは、ｙ軸方向に離れて設置されているため、第２磁石３１３ａがｘ軸の周りに傾くと、第２磁気センサ５２０の存在位置のおけるｚ軸方向の磁束密度成分が敏感に変化し、第２磁気センサ５２０の出力電圧が大きく変化する。
Further, since the second
上記のとおり、実施例１の光偏向装置は、可撓梁によって基板に揺動可能に支持されている可動部と、可動部に設置されている永久磁石と、可動部の揺動軸に沿う方向を第１方向としたとき、第１方向に直交する第２方向において永久磁石を挟んで対向する第１磁極と第２磁極とを有する電磁石と、可動部の傾き角を検出するための磁気センサとを備えている。磁気センサは、電磁石に通電したときに発生する磁束の第３方向（第１方向と第２方向に直交する方向）の成分がゼロとなる位置において基板に固定されているとともに、第３方向の磁束密度成分を検出する。実施例１の光偏向装置は２軸の光偏向装置であることから、上記構造を２重に備えているということもできる。 As described above, the optical deflecting device according to the first embodiment is along the movable portion that is swingably supported on the substrate by the flexible beam, the permanent magnet installed in the movable portion, and the swing axis of the movable portion. When the direction is the first direction, an electromagnet having a first magnetic pole and a second magnetic pole facing each other across a permanent magnet in a second direction orthogonal to the first direction, and a magnetism for detecting the tilt angle of the movable part And a sensor. The magnetic sensor is fixed to the substrate at a position where the component in the third direction (direction orthogonal to the first direction and the second direction) of the magnetic flux generated when the electromagnet is energized is zero, and in the third direction. The magnetic flux density component is detected. Since the optical deflecting device of the first embodiment is a biaxial optical deflecting device, it can be said that the above structure is provided twice.
可動部の揺動軸に沿う方向である第１方向と、電磁石が発生させる磁界の方向であって、第１方向に直交する方向である第２方向と、第１方向および第２方向に直交する第３方向とは、可動部の揺動軸が複数である場合には、それぞれの揺動軸に対して設定される。 A first direction that is a direction along the swing axis of the movable part, a second direction that is a direction of the magnetic field generated by the electromagnet and that is orthogonal to the first direction, and orthogonal to the first direction and the second direction. The third direction is set with respect to each of the swing axes when there are a plurality of swing axes of the movable part.
第１可動部とその揺動軸（第１揺動軸）について説明すると、第１揺動軸の方向に沿う第１方向はｙ軸方向である。第１電磁石２０の第１磁極と第２磁極（第１磁極部２０１ａ，第２磁極部２０１ｂ）が第１磁石３０７ａ，３０７ｂを挟んで対向する第２方向はｘ軸方向であり、ｙ軸方向と直交している。ｙ軸方向およびｘ軸方向に直交する第３方向はｚ軸方向である。
The first movable portion and its swing axis (first swing axis) will be described. The first direction along the direction of the first swing axis is the y-axis direction. The second direction in which the first magnetic pole and the second magnetic pole (first
すなわち、光偏向装置１０は、第１可撓梁３０３ａ，３０３ｂによって基板（上部基板３０１，下部基板３０２）に揺動可能に支持されている第１可動部３０５と、第１可動部３０５に設置されている永久磁石である、第１磁石３０７ａ，３０７ｂと、第１方向（ｙ軸方向）に直交する第２方向（ｘ軸方向）において第１磁石３０７ａ，３０７ｂを挟んで対向する、第１磁極部２０１ａと第２磁極部２０１ｂとを有する第１電磁石２０と、第１可動部３０５の傾き角を検出するための第１磁気センサ５１０とを備えている。第１磁気センサ５１０は、第１電磁石２０に通電したときに発生する磁束の第３方向（ｚ軸方向）の成分がゼロとなる位置において基板に固定されているとともに、第３方向の磁束密度成分を検出する。
That is, the
第２可動部とその揺動軸（第２揺動軸）について説明すると、第２揺動軸の方向に沿う第１方向はｘ軸方向である。第２電磁石２０の第１磁極と第２磁極（第１磁極部４０１ａ，第２磁極部４０１ｂ）が第２磁石３１３ａ，３１３ｂを挟んで対向する第２方向はｙ軸方向であり、ｘ軸方向と直交している。ｘ軸方向およびｙ軸方向に直交する第３方向はｚ軸方向である。
The second movable part and its swing axis (second swing axis) will be described. The first direction along the direction of the second swing axis is the x-axis direction. The second direction in which the first magnetic pole and the second magnetic pole (first
すなわち、光偏向装置１０は、第２可撓梁３０９ａ，３０９ｂによって基板（上部基板３０１，下部基板３０２）に揺動可能に支持されている第２可動部３１１と、第２可動部３１１に設置されている永久磁石である、第２磁石３１３ａ，３１３ｂと、第１方向（ｘ軸方向）に直交する第２方向（ｙ軸方向）において第２磁石３１３ａ，３１３ｂを挟んで対向する第１磁極部４０１ａと第２磁極部４０１ｂとを有する第２電磁石４０と、第２可動部３１１の傾き角を検出するための第２磁気センサ５２０とを備えている。第２磁気センサ５２０は、第２電磁石４０に通電したときに発生する磁束の第３方向（第１方向と第２方向に直交するｚ軸方向）の成分がゼロとなる位置において基板に固定されているとともに、第３方向の磁束密度成分を検出する。
That is, the
前記したように、第１電磁石２０の第１磁極部２０１ａと第２磁極部２０１ｂと、第２電磁石４０の第１磁極部４０１ａと第２磁極部４０１ｂはｚ軸方向において同一面にあり、第１磁気センサ５１０と第２磁気センサ５２０は、いずれも、磁極部間のギャップのｚ軸方向の中心位置にあり、第１磁気センサ５１０が第２電磁石４０によって発生する磁束のｚ軸方向の密度成分を検出することもなければ、第２磁気センサ５２０が第１電磁石２０によって発生する磁束のｚ軸方向の密度成分を検出することもない。
As described above, the first
第１磁石３０７ａ，３０７ｂは、第１電磁石の第１磁極部２０１ａと第２磁極部２０１ｂとの第１ギャップ２２の第３方向（ｚ軸方向）の中央位置から第３方向にオフセットされた位置に配置されているのに対し、第１磁気センサ５１０は、第１ギャップ２２の第３方向（ｚ軸方向）の中央位置に配置されている。第２磁石３１３ａ，３１３ｂは、第２電磁石４０の第１磁極部４０１ａと第２磁極部４０１ｂとの第２ギャップ４２の第３方向（ｚ軸方向）の中央位置から第３方向にオフセットされた位置に配置されているのに対し、第２磁気センサ５２０は、第２ギャップ４２の第３方向（ｚ軸方向）の中央位置に配置されている。
The
また、実施例１に係る光偏向装置では、可動部には永久磁石が設置され、駆動用のコイルは設置されない。また、磁気センサは基板に設置されている。可動部に電流を流す必要がないから、細長く捩れ易い可撓梁に電流を流すための配線を設ける必要がない。このため、例えば、可撓梁が捩れることによって可撓梁の配線が断線して、駆動に必要な電流が可動部に供給されなくなるということがない。 In the optical deflecting device according to the first embodiment, a permanent magnet is installed in the movable portion, and no driving coil is installed. The magnetic sensor is installed on the substrate. Since there is no need to pass an electric current through the movable part, there is no need to provide wiring for passing an electric current through a long and flexible flexible beam. For this reason, for example, the wiring of the flexible beam is not disconnected by twisting the flexible beam, and the current necessary for driving is not supplied to the movable part.
また、実施例１の磁気センサは、電磁石のギャップの第３方向での中央位置にあればよく、第１方向と第２方向の設置位置を調整することができる。例えば、可動部に設置されている永久磁石と基板に設置されている磁気センサとの第１方向と第２方向の位置関係を調整して、可動部が所定の傾き角で基板に対して傾いた場合に、磁気センサの出力信号の絶対値が最大となるように調整し、検出感度を向上させることができる。尚、実施例１では、永久磁石を電磁石のギャップの第２方向の中央に配置したが、第２方向の中央でなくともよい。例えば、図６に示す線分２２１と直線２２３との交点に、第３方向（ｚ軸方向）の磁束密度成分を検出する第１磁気センサを設置して、第１磁石は直線２２３よりも第１磁極部２０１ａもしくは第２磁極部２０１ｂ側にオフセットした位置に設置してもよい。
Moreover, the magnetic sensor of Example 1 should just be in the center position in the 3rd direction of the gap of an electromagnet, and can adjust the installation position of a 1st direction and a 2nd direction. For example, by adjusting the positional relationship between the first direction and the second direction between the permanent magnet installed on the movable part and the magnetic sensor installed on the substrate, the movable unit is inclined with respect to the substrate at a predetermined inclination angle. In this case, it is possible to improve the detection sensitivity by adjusting so that the absolute value of the output signal of the magnetic sensor is maximized. In the first embodiment, the permanent magnet is arranged at the center in the second direction of the gap of the electromagnet. However, it may not be at the center in the second direction. For example, a first magnetic sensor that detects a magnetic flux density component in the third direction (z-axis direction) is installed at the intersection of the
また、実施例１に係る光偏向装置では、可動部の第１揺動軸、第２揺動軸に対して、可動部を揺動させるための電磁石がそれぞれ１つずつ（第１電磁石、第２電磁石）備えられている。さらに、第１電磁石、第２電磁石に対して、それぞれ１つずつ磁気センサ（第１磁気センサ、第２磁気センサ）が設置されている。１つの揺動軸に対して、１つの磁気センサを設置するだけで、可動部を揺動させるための電磁石に由来するノイズの影響を除去することができる。 In the optical deflecting device according to the first embodiment, each of the electromagnets for oscillating the movable portion with respect to the first oscillating shaft and the second oscillating shaft of the movable portion (the first electromagnet, the first electromagnet, 2 electromagnets). Further, one magnetic sensor (first magnetic sensor, second magnetic sensor) is provided for each of the first electromagnet and the second electromagnet. The influence of noise derived from the electromagnet for oscillating the movable part can be eliminated simply by installing one magnetic sensor for one oscillating shaft.
尚、実施例１に係る光偏向装置において、第１電磁石の第１コイルに流す電流の周波数と、第２電磁石に流す電流の周波数とが異なる場合には、１つの磁気センサを用いて、２つの揺動軸についての可動部の傾き角をそれぞれ検出することも可能である。例えば、第１コイルに１０００〜２０００Ｈｚ程度の電流を流し、第２コイルに１０〜１００Ｈｚ程度の電流を流す場合には、１つの磁気センサで２つの揺動軸についての可動部の傾き角を検知可能である。 In the optical deflecting device according to the first embodiment, when the frequency of the current flowing through the first coil of the first electromagnet is different from the frequency of the current flowing through the second electromagnet, one magnetic sensor is used. It is also possible to detect the inclination angle of the movable part for each of the two swing axes. For example, when a current of about 1000 to 2000 Hz is supplied to the first coil and a current of about 10 to 100 Hz is supplied to the second coil, the tilt angle of the movable part about two swing axes is detected by one magnetic sensor. Is possible.
（変形例）
実施例１においては、１つの電磁石に対して１つの磁気センサを設置したが、これに限定されない。例えば、図８に示すように、１つの電磁石に対して、２つの磁気センサが設置されていてもよい。この場合、２つの磁気センサは、第２方向において可動部に設置された永久磁石に対して対称となる位置に設置されていることが好ましい。
(Modification)
In the first embodiment, one magnetic sensor is installed for one electromagnet, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 8, two magnetic sensors may be installed for one electromagnet. In this case, it is preferable that the two magnetic sensors are installed at positions that are symmetrical with respect to the permanent magnet installed on the movable part in the second direction.
図８は、図６と同様の断面を模式的に示す図であって、光偏向装置の第１電磁石２０と第１磁石３０７ａに対して、第３方向（ｚ軸方向）の磁束密度成分を検出する２つの第１磁気センサ５１１ａ，５１１ｂを設置した場合を示している。第１磁気センサ５１１ａ，５１１ｂは、同一の特性を有するホール素子であり、同一の磁束によって、同一のホール電圧が得られる。第１磁気センサ５１１ａ，５１１ｂは、線分２２１上であって、直線２２３について対称となる位置に設置されている。直線２２３上には第１磁石３０７ａが存在しており、第１磁気センサ５１１ａと第１磁気センサ５１１ｂとは、第１磁石３０７ａについて対象となる位置に、同一方向の磁束密度成分を検知して同一方向のホール電圧を得るように、同一の向きで設置されており、同一の定電流が流れている。このため、第１磁気センサ５１１ａの検出信号と第１磁気センサ５１２ａの検出信号とは絶対値がほぼ同じで符号が逆である。第１磁気センサ５１１ａの検出信号と第２磁気センサ５１１ｂの検出信号との差分を得れば、電磁石によって磁束が発生しない状態でも発生する光偏向装置の外部ノイズ等を除去するとともに、検出信号を２倍にすることができる。第１可動部が所定の傾き角で基板に対して傾いた場合に、２つの第１磁気センサの出力信号の絶対値が最大となるように調整し、検出感度を向上させることができる。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a cross section similar to FIG. 6, and the magnetic flux density component in the third direction (z-axis direction) is expressed with respect to the
また、２つの第１磁気センサの出力の比をとり、温度の影響を受けることなく、可動部の傾き角を検知するようにしてもよい。以下、図１７および図１８を参照しながら、詳細に説明する。 Further, the ratio of the outputs of the two first magnetic sensors may be taken to detect the tilt angle of the movable part without being affected by the temperature. Hereinafter, a detailed description will be given with reference to FIGS. 17 and 18.
図１７および図１８は、ｚ軸の正方向に磁化された永久磁石３３３（ｘ軸方向の長さ：ａ、ｙ軸方向の長さ；ｂ、ｚ軸方向の長さ：ｃ）についてｘｏｙｏｚｏ座標軸を設定した図である。ｘｏ軸はｘ軸と平行であり、ｙｏ軸はｙ軸と平行であり、ｚｏ軸はｚ軸と平行である。永久磁石３３３のＮ極側の面の中心がｘｏｙｏｚｏ座標軸の原点Ｏであり、Ｓ極側の面のｚｏ座標は−ｃとなっている。永久磁石３３３が座標（ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ）の位置に発生させるｚｏ軸方向の磁束密度成分は、下記の式（２）によって表すことができる。
17 and 18 show x o for a
ここで、ｆ（ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ）は下記の式（３）に示す関数である。ｆ（ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ）は、座標（ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ）と、永久磁石３３３の大きさにのみ依存する関数であり、温度に依存しない。Ｂｒは永久磁石３３３の残留磁束密度であり、温度に依存する。μ０は永久磁石３３３の周囲の領域の透磁率であり、温度に依存する。
Here, f (x o , y o , z o ) is a function shown in the following equation (3). f (x o , y o , z o ) is a function that depends only on the coordinates (x o , y o , z o ) and the size of the
図１７および図１８と同様に、第２磁石３１３ａについてのｘｏｙｏｚｏ座標軸を設定し、第２磁気センサ５１１ａの座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）をとする。また同様に、第２磁石３１３ｂについてのｘｏｙｏｚｏ座標軸を設定し、第２磁気センサ５１２ａの座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とする。この場合、式（１）〜（３）を用いると、第２磁気センサ５１１ａの出力信号ＶＨ１と、第２磁気センサ５１２ａの出力信号ＶＨ２とは、下記の式（４）（５）によって表すことができる。但し、ｆ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）は、式（３）で（ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ）を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）に置き換えたものであり、ｆ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）は、式（３）で（ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ）を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）に置き換えたものである。
Similarly to FIGS. 17 and 18, the x o y o z o coordinate axis for the
式（４）および式（５）より、ＶＨ１とＶＨ２とを除算することによって、温度に依存して変化するＢｒおよびＲＨを消去することが可能となることがわかる。例えば、ＶＨ１／ＶＨ２＝ｆ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）／ｆ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）となり、磁気センサの検知値から温度に依存する項を消去することができる。第２磁石３１３ａに対する第２磁気センサ５１１ａの位置は、第２磁石３１３ｂに対する第２磁気センサ５１２ａの位置と逆方向であるから、ＶＨ１／ＶＨ２の値は、第２可動部３１１の傾き角に応じて変化する。
From equations (4) and (5), it can be seen that by dividing V H1 and V H2 , it is possible to eliminate Br and R H that change depending on the temperature. For example, V H1 / V H2 = f (x 1 , y 1 , z 1 ) / f (x 2 , y 2 , z 2 ), and the temperature-dependent term can be eliminated from the detected value of the magnetic sensor. . Since the position of the second
上記の実施例１の変形例では、磁気センサは、電磁石が発生させる磁束の第３方向の磁束密度成分がゼロとなる位置に設置されているため、可動部の傾き角の検出信号から電磁石に由来するノイズの影響を除去することができる。さらに、同一の特性を有する磁気センサを用いることによって、それぞれの磁気センサの検知値の比は、可動部の傾き角に応じて変化するように配置することができるため、この磁気センサの検知値の比を用いて、温度に影響を受けることなく、可動部の傾き角を検知することが可能となる。 In the modification of the first embodiment described above, the magnetic sensor is installed at a position where the magnetic flux density component in the third direction of the magnetic flux generated by the electromagnet becomes zero. The influence of the derived noise can be removed. Further, by using magnetic sensors having the same characteristics, the ratio of the detection values of the respective magnetic sensors can be arranged so as to change according to the tilt angle of the movable part. Using this ratio, it is possible to detect the tilt angle of the movable part without being affected by the temperature.
図９は、実施例２に係る光偏向装置１２のミラー部３２の近傍を示す平面図であり、図１０は、図９のＸ−Ｘ線断面図であり、図１１は、図９のＸＩ−ＸＩ線断面図である。尚、図１０、図１１には、実施例１に係る図７，８において説明した、第１電磁石２０のギャップ２２のｚ軸方向の中央を示す線分２２１およびギャップ２２のｘ軸方向の中央を示す直線２２３と、第２電磁石４０のギャップ４２の断面の中央を示す線分４２１およびギャップ４２のｘ軸方向の中央を示す直線４２３とをそれぞれ記載している。
9 is a plan view showing the vicinity of the
光偏向装置１２は、第１電磁石２０、第２電磁石４０とミラー部３２との位置関係において、実施例１に係る光偏向装置１０と異なっている。ミラー部３２は、第１電磁石２０の第１磁極部２０１ａとの距離が小さく、第２磁極部２０１ｂとの距離が大きい。同様に、ミラー部３２は、第２電磁石４０の第１磁極部４０１ａとの距離が小さく、第２磁極部４０１ｂとの距離が大きい。ミラー部３２の各構成については、ミラー部３０と同様であるため、図２等と同一の参照番号を付して、重複説明を省略する。
The
光偏向装置１２では、第１磁石３０７ａ，３０７ｂは、第１電磁石２０の第１磁極部２０１ａ、第２磁極部２０１ｂとの第１ギャップ２２のｚ軸方向の中央を示す線分２２１上に設置されている。ｚ軸方向の磁束密度成分を検出する第１磁気センサ５１０は、第１ギャップ２２のｘ軸方向の中央を示す直線２２３上であって、ｚ軸の負方向に線分２２１と離れた位置に設置されている。第１電磁石２０によって発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分は、第１磁気センサ５１０が設置されている直線２２３上ではゼロである。第１磁気センサ５１０を上部基板３０１に対する第１可動部３０５の傾き角を検出する傾き角検出センサとして用いれば、電磁石によって発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分の影響を受けることなく傾き角を検出することができ、検出信号のノイズを低減することができる。
In the
第２磁石３１３ａ，３１３ｂは、第２電磁石４０の第１磁極部４０１ａ、第２磁極部４０１ｂとの第２ギャップ４２のｚ軸方向の中央を示す線分４２１上に設置されている。ｚ軸方向の磁束密度成分を検出する第２磁気センサ５２０は、第２ギャップ４２のｙ軸方向の中央を示す直線４２３上であって、ｚ軸の負方向に線分４２１と離れた位置に設置されている。第１電磁石４０によって発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分は、第２磁気センサ５２０が設置されている直線４２３上ではゼロである。第２磁気センサ５２０を上部基板３０１に対する第２可動部３１１の傾き角を検出する傾き角検出センサとして用いれば、第２電磁石によって発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分の影響を受けることなく傾き角を検出することができ、検出信号のノイズを低減することができる。
The
上記のとおり、実施例２に係る光偏向装置では、第１磁石は、第１電磁石の第１磁極と第２磁極との間の第１ギャップのｘ軸方向の中央から、ｘ軸方向に離れた位置で第１可動部に設置されている。ｚ軸方向の磁束密度成分を検出する第１磁気センサは、第１磁石とｘ軸方向に離間した位置に設置されている。また、第１磁気センサは、第１電磁石から発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分がゼロとなる位置に設置されている。より具体的には、第１磁気センサは、第１ギャップのｘ軸方向の中央に設置されている。第１磁気センサは、第１可動部の傾き角を検出するために用いられる。第１磁気センサの設置位置では、第１電磁石から発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分がゼロとなるため、第１磁気センサの検出信号から、第１電磁石から発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分に由来するノイズの影響を除去することができる。第１磁気センサによれば、第１可動部の傾き角を検出する検出感度を向上させることができる。尚、このような第１電磁石と第１磁気センサの位置関係では、第１磁気センサの設置位置における第２電磁石から発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分はゼロにならないため、第１磁気センサの検出信号には、第２電磁石からのノイズが入る。しかし、光偏向装置の第１揺動軸方向の駆動周波数と、第２揺動方向の駆動周波数が異なっていれば、出力信号の中から、周波数フィルタ回路などを用いて第１揺動軸方向の駆動周波数と同じ周波数の信号のみを検出することができる。 As described above, in the optical deflecting device according to Example 2, the first magnet is separated in the x-axis direction from the center in the x-axis direction of the first gap between the first magnetic pole and the second magnetic pole of the first electromagnet. It is installed in the 1st movable part in the position. The first magnetic sensor for detecting the magnetic flux density component in the z-axis direction is installed at a position separated from the first magnet in the x-axis direction. The first magnetic sensor is installed at a position where the magnetic flux density component in the z-axis direction of the magnetic flux generated from the first electromagnet becomes zero. More specifically, the first magnetic sensor is installed at the center of the first gap in the x-axis direction. The first magnetic sensor is used to detect the tilt angle of the first movable part. Since the magnetic flux density component in the z-axis direction of the magnetic flux generated from the first electromagnet becomes zero at the installation position of the first magnetic sensor, the z-axis direction of the magnetic flux generated from the first electromagnet from the detection signal of the first magnetic sensor. It is possible to eliminate the influence of noise derived from the magnetic flux density component. According to the first magnetic sensor, the detection sensitivity for detecting the tilt angle of the first movable part can be improved. In such a positional relationship between the first electromagnet and the first magnetic sensor, the magnetic flux density component in the z-axis direction of the magnetic flux generated from the second electromagnet at the installation position of the first magnetic sensor does not become zero. Noise from the second electromagnet enters the detection signal of the sensor. However, if the drive frequency in the first swing axis direction of the optical deflector is different from the drive frequency in the second swing direction, the first swing axis direction can be selected from the output signal using a frequency filter circuit or the like. Only a signal having the same frequency as the driving frequency can be detected.
また、第２磁石は、第２磁石の第１磁極と第２磁極との間の第２ギャップのｙ軸方向の中央から、ｙ軸方向に離れた位置で第２可動部に設置されている。ｚ軸方向の磁束密度成分を検出する第２磁気センサは、第２磁石とｘ軸方向に離間した位置に設置されている。また、第２磁気センサは、第２電磁石から発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分がゼロとなる位置に設置されている。より具体的には、第２磁気センサは、第２ギャップのｙ軸方向の中央に設置されている。第２磁気センサは、第２可動部の傾き角を検出するために用いられる。第２磁気センサの設置位置では、第２電磁石から発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分がゼロとなるため、第２磁気センサの検出信号から、第２電磁石から発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分に由来するノイズの影響を除去することができる。第２磁気センサによれば、第２可動部の傾き角を検出する検出感度を向上させることができる。実施例１と同様に、１つの揺動軸に対して、１つの磁気センサを設置するだけで、可動部を揺動させるための電磁石に由来するノイズの影響を除去することができる。尚、このような第２電磁石と第２磁気センサの位置関係では、第２磁気センサの設置位置における第１電磁石から発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分はゼロにならないため、第２磁気センサの検出信号には、第２電磁石からのノイズが入る。しかし、光偏向装置の第１揺動軸方向の駆動周波数と、第２揺動方向の駆動周波数が異なっていれば、出力信号の中から、周波数フィルタ回路などを用いて第１揺動軸方向の駆動周波数と同じ周波数の信号のみを検出することができる。 The second magnet is installed in the second movable portion at a position away from the center of the second gap between the first magnetic pole and the second magnetic pole of the second magnet in the y-axis direction. . The second magnetic sensor for detecting the magnetic flux density component in the z-axis direction is installed at a position separated from the second magnet in the x-axis direction. The second magnetic sensor is installed at a position where the magnetic flux density component in the z-axis direction of the magnetic flux generated from the second electromagnet becomes zero. More specifically, the second magnetic sensor is installed at the center of the second gap in the y-axis direction. The second magnetic sensor is used to detect the tilt angle of the second movable part. Since the magnetic flux density component in the z-axis direction of the magnetic flux generated from the second electromagnet becomes zero at the installation position of the second magnetic sensor, the z-axis direction of the magnetic flux generated from the second electromagnet from the detection signal of the second magnetic sensor. It is possible to eliminate the influence of noise derived from the magnetic flux density component. According to the second magnetic sensor, the detection sensitivity for detecting the tilt angle of the second movable part can be improved. Similar to the first embodiment, it is possible to remove the influence of noise derived from the electromagnet for swinging the movable portion only by installing one magnetic sensor for one swing shaft. In such a positional relationship between the second electromagnet and the second magnetic sensor, the magnetic flux density component in the z-axis direction of the magnetic flux generated from the first electromagnet at the installation position of the second magnetic sensor does not become zero. Noise from the second electromagnet enters the detection signal of the sensor. However, if the drive frequency in the first swing axis direction of the optical deflector is different from the drive frequency in the second swing direction, the first swing axis direction can be selected from the output signal using a frequency filter circuit or the like. Only a signal having the same frequency as the driving frequency can be detected.
また、実施例２に係る、可動部に設置する磁石は、電磁石のギャップの第２方向の中央となる位置で第１方向、第３方向の設置位置を調整することができる。例えば、磁石の設置位置を変えて可動部に設置されている磁石と磁気センサとの位置関係を調整して、可動部が所定の傾き角で基板に対して傾いた場合に、磁気センサの出力信号の絶対値が最大となるように調整し、検出感度を向上させることができる。 Moreover, the magnet installed in a movable part based on Example 2 can adjust the installation position of a 1st direction and a 3rd direction in the position used as the center of the 2nd direction of the gap of an electromagnet. For example, if the position of the magnet is changed to adjust the positional relationship between the magnet installed on the movable part and the magnetic sensor, and the movable part is tilted with respect to the substrate at a predetermined tilt angle, the output of the magnetic sensor The detection sensitivity can be improved by adjusting the absolute value of the signal to be maximum.
また、実施例２に係る、可動部に設置する磁石は電磁石のギャップの第３方向の中央となる位置で、第１方向、第２方向の設置位置を調整することができる。例えば、磁石の設置位置を変えて可動部に設置されている磁石と磁気センサとの位置関係を調整して、可動部を所望の角度に傾けるための電圧が最小になる位置に設置することが可能となる。 Moreover, the magnet installed in a movable part based on Example 2 can adjust the installation position of a 1st direction and a 2nd direction in the position used as the center of the 3rd direction of the gap of an electromagnet. For example, it is possible to change the installation position of the magnet and adjust the positional relationship between the magnet and the magnetic sensor installed in the movable part, and install it at a position where the voltage for tilting the movable part to a desired angle is minimized. It becomes possible.
実施例３に係る光偏向装置１４は、磁気センサの個数および設置位置について実施例２に係る光偏向装置１２と異なっている。図１２および図１３は、実施例３に係る光偏向装置１４のミラー部３４の近傍を示す断面図である。図１２は、実施例２に係る図１０と同じ位置での断面を示しており、図１３は、実施例２に係る図１１と同じ位置での断面を示している。図１０、図１１と同様に、図１２と図１３にも、第１電磁石２０の第１ギャップ２２のｚ軸方向の中央を示す線分２２１および第１ギャップ２２のｘ軸方向の中央を示す直線２２３と、第２電磁石４０の第２ギャップ４２のｚ軸方向の中央を示す線分４２１および第２ギャップ４２のｘ軸方向の中央を示す直線４２３とを記載している。
The
光偏向装置１４では、ｚ軸方向の磁束密度成分を検出する２つの第１磁気センサ５１３ａ，５１４ａがギャップ２２の中央を示す線分２２３について対称となる位置に設置されており、同一の定電流が流れている。２つの第１磁気センサ５１３ａ，５１４ａは、同一の特性を有するホール素子であり、同一の磁束によって、同一のホール電圧が得られる。２つの第１磁気センサ５１３ａ，５１４ａは、同一方向の磁束密度成分を検知して同一方向のホール電圧を得るように、同一の向きで設置されており、同一の定電流が流れている。その他のミラー部３４の各構成については、ミラー部３２と同様であるため、図１０等と同一の参照番号を付して、重複説明を省略する。
In the
第１磁気センサ５１３ａ，５１４ａは、線分２２１上にも直線２２３上にも設置されていないため、第１電磁石２０が第１磁気センサ５１３ａ，５１４ａの位置に発生させる磁束のｚ軸方向の磁束密度成分は、正または負の値であって、ゼロではない。さらに、第１磁気センサ５１３ａと第１磁気センサ５１４ａとは、線分２２３について対称となる位置に設置されているため、第１電磁石２０が第１磁気センサ５１３ａの位置に発生させる磁束のｚ軸方向の磁束密度成分と、第１電磁石２０が第１磁気センサ５１４ａの位置に発生させる磁束のｚ軸方向の磁束密度成分とは、絶対値が同じで向きが逆である。２つの第１磁気センサ５１３ａ，５１４ａは、同一方向の磁束密度成分を検知して同一方向のホール電圧を得るように、同一の向きで設置されており、同一の定電流が流れているため、第１電磁石２０による第１磁気センサ５１３ａの検出信号の第１電磁石２０に由来するノイズと第１磁気センサ５１４ａの検出信号の第１電磁石２０に由来するノイズとは、絶対値が同じで符号が逆である。第１磁気センサ５１３ａの検出信号と第１磁気センサ５１４ａの検出信号との和を用いれば、検出信号から第１電磁石２０に由来するノイズを除去することができる。
Since the first
また、第１磁石３０７ａのｘ軸方向の中心線である直線２２５は、直線２２３とｘ軸方向に離れている。第１磁気センサ５１３ａと、第１磁気センサ５１４ａとは、直線２２５に対して、ｘ軸方向に同じ側となるように設置されている。このため、第１磁気センサ５１３ａの検出信号と第１磁気センサ５１４ａの検出信号とは同じ符号である。第１磁気センサ５１３ａの検出信号と第１磁気センサ５１４ａの検出信号との和を用いることによって、検出信号を大きくすることができる。第１可動部が所定の傾き角で基板に対して傾いた場合に、２つの第１磁気センサの出力信号の絶対値が最大となるように、第１磁気センサの配置を調整し、検出感度を向上させることができる。
The
同様に、第２磁気センサ５２３ａと第２磁気センサ５２４ａとは、線分４２３について対称となる位置に設置されているため、第２電磁石４０による第２磁気センサ５２３ａの検出信号の第２電磁石４０に由来するノイズと第２磁気センサ５２４ａの検出信号の第２電磁石４０に由来するノイズとは、絶対値が同じで符号が逆である。第２磁気センサ５２３ａの検出信号と第２磁気センサ５２４ａの検出信号との和を用いれば、検出信号から第２電磁石４０に由来するノイズを除去することができる。
Similarly, since the second
また、第２磁石３１３ａのｙ軸方向の中心線である直線４２５は、直線４２３とｙ軸方向に離れている。第２磁気センサ５２３ａと、第２磁気センサ５２４ａとは、直線４２５に対して、ｙ軸方向に同じ側となるように設置されている。このため、第２磁気センサ５２３ａの検出信号と第２磁気センサ５２４ａの検出信号とは同じ符号であり、第２磁気センサ５２３ａの検出信号と第２磁気センサ５２４ａの検出信号との和を用いることによって、検出信号を大きくすることができる。第２可動部が所定の傾き角で基板に対して傾いた場合に、２つの第２磁気センサの出力信号の絶対値が最大となるように調整し、検出感度を向上させることができる。
The
上記のとおり、実施例３に係る光偏向装置では、第３方向（ｚ軸方向）の可動部の傾き角を検出するための複数の磁気センサが、電磁石から発生する磁束の第３方向の磁束密度成分が正または負である位置で基板に対して固定されている。この光偏向装置では、第１可動部の傾き角を検知するために設置された複数の磁気センサが受ける第２電磁石が発生する磁束の第３方向の磁束密度成分の総和はゼロである。同様に、第２可動部の傾き角を検知するために設置された複数の磁気センサが受ける第１電磁石が発生する磁束の第３方向の磁束密度成分の総和はゼロである。より具体的には、第１可動部に対して設置された２つの同一特性の磁気センサは、第１ギャップの第２方向の中央について対称となる位置に設置されており、第２可動部に対して設置された２つの同一特性の磁気センサは、第２ギャップの第２方向の中央について対称となる位置に設置されている。 As described above, in the optical deflecting device according to the third embodiment, the plurality of magnetic sensors for detecting the tilt angle of the movable part in the third direction (z-axis direction) includes the magnetic flux in the third direction of the magnetic flux generated from the electromagnet. It is fixed with respect to the substrate at a position where the density component is positive or negative. In this optical deflecting device, the sum of the magnetic flux density components in the third direction of the magnetic flux generated by the second electromagnet received by the plurality of magnetic sensors installed to detect the tilt angle of the first movable part is zero. Similarly, the sum total of the magnetic flux density components in the third direction of the magnetic flux generated by the first electromagnet received by the plurality of magnetic sensors installed to detect the tilt angle of the second movable part is zero. More specifically, the two magnetic sensors having the same characteristics installed with respect to the first movable part are installed at positions that are symmetric with respect to the center of the first gap in the second direction. The two magnetic sensors having the same characteristics installed on the opposite side are installed at positions symmetrical with respect to the center of the second gap in the second direction.
尚、実施例３では、第３方向（ｚ軸方向）の可動部の傾き角を検出するための複数の磁気センサを２つ設置した場合を例示して説明したが、設置する磁気センサの個数は、３つ以上であってもよい。 In the third embodiment, the case where two magnetic sensors for detecting the tilt angle of the movable part in the third direction (z-axis direction) are described as an example. However, the number of magnetic sensors to be installed is described. May be three or more.
図１４は、実施例４に係る光偏向装置１６のミラー部３６の近傍を示す平面図であり、図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ線断面図であり、図１６は、図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。実施例４に係る光偏向装置１６は、２つの第２電磁石４１，４３が設置されている。第２可動部３１１を第２揺動軸であるｙ軸を中心に揺動させるために、２つの第２電磁石４１，４３が設置されている。
FIG. 14 is a plan view showing the vicinity of the
光偏向装置１６の第１磁石、第１電磁石、第１磁気センサの形態については、実施例１に係る光偏向装置１０と同様であるため、重複説明を省略し、図１４〜図１６に示されるこれらの構成については、図２等と同一の参照番号を付している。
Since the forms of the first magnet, the first electromagnet, and the first magnetic sensor of the
図１４〜図１６に示すように、光偏向装置１６は、２つの第２電磁石４１、４３を備えている。第２電磁石４１と第２電磁石４３とは同一の形状、大きさ、材料およびコイル巻き数を有する、同一の電磁石である。ｙ軸方向の磁界を発生させる第２電磁石４１，４３は、ｚ軸方向の位置は同じであり、ｘ軸方向およびｙ軸方向の位置が異なっている。第２電磁石４１は、第２電磁石４３に対してｘ軸方向に負の方向かつｙ軸方向に負の方向に設置されている。第２電磁石４１は、Ｃ字形状の鉄心４１１と、鉄心４１１に巻き付けられている第２コイル４１３ａ，４１３ｂを備えており、鉄心４１１の第１磁極部４１１ａと第２磁極部４１１ｂは、ｙ軸方向にミラー部３６を挟んで対向している。第２電磁石４３は、Ｃ字形状の鉄心４３１と、鉄心４３１に巻き付けられている第２コイル４３３ａ，４３３ｂを備えており、鉄心４３１の第１磁極部４３１ａと第２磁極部４３１ｂは、ｙ軸方向にミラー部３６を挟んで対向している。第１磁極部４１１ａ，４３１ａおよび第２磁極部４１１ｂ，４３１ｂの面は同じ面積であり、ｘ軸に平行な２辺とｚ軸に平行な２辺によって囲まれた長方形状であり、ｙ軸方向に垂直である。
As shown in FIGS. 14 to 16, the
第２電磁石４１の第２ギャップ４５内には、第２磁石３１３ａと第２磁気センサ５２５が設置されている。第２磁石３１３ａは、第２ギャップ４５のｚ軸方向の中央を示す線分４５１上であって、第２ギャップ４５のｙ軸方向の中央を示す直線４５３よりもｙ軸の正方向となる位置に設置されている。第２磁気センサ５２５は、線分４５１よりもｚ軸の負方向となる位置であって、直線４５３上に設置されている。このため、実施例２と同様に、第２磁気センサ５２５の設置位置では、第２電磁石４１から発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分がゼロとなり、第２磁気センサ５２５の検出信号から、第２電磁石４１から発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分に由来するノイズの影響を除去することができる。
In the
第２電磁石４３の第２ギャップ４７内には、第２磁石３１３ｂと第２磁気センサ５２７が設置されている。第２磁石３１３ｂは、第２ギャップ４７のｚ軸方向の中央を示す線分４７１上であって、第２ギャップのｙ軸方向の中心を示す直線４７３よりもｙ軸の負方向となる位置に設置されている。第２磁気センサ５２７は、線分４７１よりもｚ軸の負方向となる位置であって、直線４７３上に設置されている。このため、実施例２と同様に、第２磁気センサ５２７の設置位置では、第２電磁石４３から発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分がゼロとなり、第２磁気センサ５２５の検出信号から、第２電磁石４１から発生する磁束のｚ軸方向の磁束密度成分に由来するノイズの影響を除去することができる。
In the
第２磁気センサ５２５，５２７は、同一の特性を有するホール素子であり、同一の磁束によって、同一のホール電圧が得られる。第２磁気センサ５２５，５２７は、同一方向の磁束密度成分を検知して同一方向のホール電圧を得るように、それぞれの設置位置において同一の向きで設置されており、同一の定電流が流れている。
The second
第２磁石３１３ａと第２磁石３１３ｂは、ｙ軸方向の位置が同じであり、そのｙ軸方向の中心は、第２揺動軸であるｘ軸と一致している。直線４５３は、直線４７３よりもｙ軸の負方向に位置しており、第２磁気センサ５２５と第２磁気センサ５２７のｙ軸方向の位置は、第２揺動軸であるｘ軸について対称である。第２磁気センサ５２５は、第２磁石３１３ａよりもｙ軸の負方向に位置しており、第２磁気センサ５２７は、第２磁石３１３ｂよりもｙ軸の正方向に位置している。このため、第２可動部３１１が傾いた場合に、２つの第２磁気センサ５２５，５２７が検出するｚ軸方向の磁束密度成分は、互いに相違する。このため、実施例１の変形例と同様に、実施例４に係る光偏向装置１６においても、検出信号から、温度に依存して変化するＢｒおよびＲＨの影響をなくすことができる。
The
第２磁石３１３ａについてのｘｏｙｏｚｏ座標軸を設定し、第２磁気センサ５２５の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とすれば、式（４）によって、第２磁気センサ５２５が検出するホール電圧ＶＨ１を計算することができる。同様に、第２磁石３１３ｂについてのｘｏｙｏｚｏ座標軸を設定し、第２磁気センサ５２７の座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）すれば、式（５）によって、第２磁気センサ５２７が検出するホール電圧ＶＨ２を計算することができる。ＶＨ１とＶＨ２とを除算することによって、温度に依存して変化するＢｒおよびＲＨを消去することが可能となる。ＶＨ１／ＶＨ２＝ｆ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）／ｆ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）となり、磁気センサの検知値から温度に依存する項を消去することができる。第２磁石３１３ａに対する第２磁気センサ５２５の位置は、第２磁石３１３ｂに対する第２磁気センサ５２７の位置と逆方向であるから、ＶＨ１／ＶＨ２の値は、第２可動部３１１の傾き角に応じて変化する。
If the x o y o z o coordinate axis for the
上記の実施例４では、可動部の１つの揺動軸に対して、電磁石が２つ設置されており、磁石と磁気センサは、１つの電磁石に対して１つずつ設置されている。より具体的には、磁石は、可動部の１つの揺動軸（ｘ軸）上に沿って設置されており、第２方向（ｙ軸方向）の設置位置が同じである。磁気センサは、対応する電磁石のギャップの第２方向の中央、すなわち、対応する電磁石が発生させる磁束の第３方向（磁気センサが検出する磁束密度成分の方向）の磁束密度成分がゼロとなる位置に設置されているため、可動部の傾き角の検出信号から電磁石に由来するノイズの影響を除去することができる。さらに、それぞれの電磁石に対して同一の磁石、同一の特性を有する磁気センサを用いることによって、それぞれ磁気センサの検知値の比が温度に依存しないようにすることができる。２つの電磁石のギャップの第２方向の中央が、その１つの揺動軸について第２方向に互いに逆となるように、２つの電磁石は、第２方向に異なる位置に設置されている。これによって、可動部がその１つの揺動軸の周りに傾いた場合に、２つの磁気センサの検出値を相違させることが可能となる。この場合、磁気センサの検知値の比は、可動部の傾き角に応じて変化するため、この磁気センサの検知値の比を用いて、温度に影響を受けることなく、可動部の傾き角を検知することが可能となる。このように、１つの揺動軸について、２つの電磁石を設置すれば、電磁石のギャップの位置を調整することが可能となるので、対応する磁石と磁気センサとを好ましい位置関係に設置することが可能となる。 In Example 4 described above, two electromagnets are installed on one swing shaft of the movable part, and one magnet and one magnetic sensor are installed on each electromagnet. More specifically, the magnet is installed along one swing axis (x axis) of the movable part, and the installation position in the second direction (y axis direction) is the same. In the magnetic sensor, the center of the gap of the corresponding electromagnet in the second direction, that is, the position where the magnetic flux density component in the third direction of the magnetic flux generated by the corresponding electromagnet (the direction of the magnetic flux density component detected by the magnetic sensor) becomes zero. Therefore, the influence of noise derived from the electromagnet can be removed from the detection signal of the tilt angle of the movable part. Further, by using a magnetic sensor having the same magnet and the same characteristics for each electromagnet, the ratio of detection values of the magnetic sensors can be made independent of temperature. The two electromagnets are installed at different positions in the second direction so that the center in the second direction of the gap between the two electromagnets is opposite to the other in the second direction with respect to the one swing axis. This makes it possible to make the detection values of the two magnetic sensors different when the movable part is tilted around the one swing axis. In this case, since the ratio of the detection values of the magnetic sensor changes according to the tilt angle of the movable part, the ratio of the detection values of the magnetic sensor is used to change the tilt angle of the movable part without being affected by the temperature. It becomes possible to detect. As described above, if two electromagnets are installed on one swing shaft, the gap position of the electromagnet can be adjusted, so that the corresponding magnet and the magnetic sensor can be installed in a preferable positional relationship. It becomes possible.
尚、実施例１〜４および変形例では、可動部の揺動軸が２つである光偏向装置について説明したが、可動部の揺動軸が１つである光偏向装置であってもよい。１軸駆動型の光学装置においても、実施例１〜４および変形例において説明した、電磁石、磁石、磁気センサの位置関係を適用することによって、同様の作用効果を得ることができる。 In the first to fourth embodiments and the modified examples, the optical deflecting device having two swinging axes of the movable portion has been described. However, an optical deflecting device having one swinging shaft of the movable portion may be used. . Even in the uniaxial drive type optical device, the same effect can be obtained by applying the positional relationship of the electromagnet, the magnet, and the magnetic sensor described in the first to fourth embodiments and the modified examples.
また、磁石と磁気センサとは、第３方向（ｚ軸方向）に離間して設置されてなくともよい。例えば、ミラー部の上部基板（基板のうち、可撓梁と可動部と一体に形成されている部分）に磁気センサが設置されていてもよい。上部基板、可撓梁、可動部等の構造を、ＭＥＭＳ技術を用いて半導体基板（例えばシリコン基板）に一体に形成する際に、ホール素子等の磁気センサを併せて形成することが可能となる。 Moreover, the magnet and the magnetic sensor do not need to be separated from each other in the third direction (z-axis direction). For example, a magnetic sensor may be installed on the upper substrate of the mirror portion (a portion of the substrate that is formed integrally with the flexible beam and the movable portion). When a structure such as an upper substrate, a flexible beam, or a movable portion is integrally formed on a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) using the MEMS technology, a magnetic sensor such as a Hall element can be formed together. .
尚、実施例１〜４および変形例では、磁気センサの一例としてホール素子を例示して説明したが、これに限定されない。例えば、磁気抵抗素子等のホール素子以外の磁気センサを用いることも可能である。 In the first to fourth embodiments and the modifications, the Hall element is illustrated as an example of the magnetic sensor, but the present invention is not limited to this. For example, a magnetic sensor other than a Hall element such as a magnetoresistive element can be used.
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
１０，１２，１４，１６ 光偏向装置
２０ 第１電磁石
２２ 第１ギャップ
３０，３２，３４，３６ ミラー部
４０，４１，４３ 第２電磁石
４２，４５，４７ 第２ギャップ
２０１，４０１，４１１，４３１ 鉄心
２０１ａ 第１電磁石の第１磁極部
２０１ｂ 第１電磁石の第２磁極部
２０３ａ，２０３ｂ コイル
２２１，４２１，４５１，４７１ 線分
２２３，４２３，４５３，４７３ 直線
２２５，４２５ 直線
３０１ 上部基板
３０２ 下部基板
３０２ａ，３０２ｂ 枠体部
３０２ｃ 延在部
３０３ａ，３０３ｂ 第１可撓梁
３０５ 第１可動部
３０７ａ，３０７ｂ 第１磁石
３０９ａ，３０９ｂ 第２可撓梁
３１１ 第２可動部
３１３ａ，３１３ｂ 第２磁石
３１５ ミラー
３３３ 永久磁石
４０１，４１１，４３１ 鉄心
４０１ａ，４１１ａ，４３１ａ 第２電磁石の第１磁極部
４０１ｂ，４１１ｂ，４３１ｂ 第２電磁石の第２磁極部
４０３ａ，４０３ｂ、４１３ａ，４１３ｂ，４３３ａ，４３３ｂ 第２コイル
５１０，５１１ａ，５１１ｂ，５１２ａ，５１３ａ，５１４ａ 第１磁気センサ
５２０，５２３ａ，５２４ａ，５２５，５２７ 第２磁気センサ
10, 12, 14, 16
Claims (9)
前記可動部に固定されているミラーと、
前記可動部に固定されている永久磁石と、
前記可動部の揺動軸に沿う方向を第１方向としたときに、第１方向に直交する第２方向において前記永久磁石を挟んで対向している第１磁極と第２磁極を有している電磁石と、
前記第１方向と前記第２方向に直交する方向を第３方向としたときに、前記電磁石に通電したときに発生する磁束の第３方向成分がゼロとなる位置の前記基板に固定されているとともに、第３方向の磁束密度成分を検出する磁気センサと、
を備えている光偏向装置。 A movable part supported by a flexible beam so as to be swingable with respect to the substrate;
A mirror fixed to the movable part;
A permanent magnet fixed to the movable part;
A first magnetic pole and a second magnetic pole facing each other across the permanent magnet in a second direction orthogonal to the first direction when the direction along the swing axis of the movable portion is the first direction; An electromagnet,
When the direction orthogonal to the first direction and the second direction is the third direction, the third direction component of the magnetic flux generated when the electromagnet is energized is fixed to the substrate at a position where it becomes zero. And a magnetic sensor for detecting a magnetic flux density component in the third direction;
An optical deflection device comprising:
前記可動部に固定されているミラーと、
前記可動部に固定されている永久磁石と、
前記可動部の揺動軸に沿う方向を第１方向としたときに、第１方向に直交する第２方向において前記永久磁石を挟んで対向している第１磁極と第２磁極を有している電磁石と、
前記基板に対して固定されているとともに、第３方向の磁束密度成分を検出する複数の磁気センサと、を備えており、
前記第１方向と前記第２方向に直交する方向を第３方向としたときに、前記複数の磁気センサに存在位置における、前記電磁石に通電したときに発生する磁束の第３方向成分の総和がゼロである、光偏向装置。 A movable part supported by a flexible beam so as to be swingable with respect to the substrate;
A mirror fixed to the movable part;
A permanent magnet fixed to the movable part;
A first magnetic pole and a second magnetic pole facing each other across the permanent magnet in a second direction orthogonal to the first direction when the direction along the swing axis of the movable portion is the first direction; An electromagnet,
A plurality of magnetic sensors fixed to the substrate and detecting a magnetic flux density component in the third direction,
When the direction orthogonal to the first direction and the second direction is the third direction, the sum of the third direction components of the magnetic flux generated when the electromagnet is energized at the position where the plurality of magnetic sensors are present is An optical deflection device that is zero.
前記２つの磁気センサが、前記第１磁極と前記第２磁極とのギャップの前記第２方向の中央位置に関して対称となる位置に設置されている、請求項６に記載の光偏向装置。 Two magnetic sensors are installed for one electromagnet,
The light deflection apparatus according to claim 6, wherein the two magnetic sensors are installed at positions that are symmetric with respect to a central position in the second direction of a gap between the first magnetic pole and the second magnetic pole.
１つの電磁石に対して少なくとも１つの永久磁石と少なくとも１つの磁気センサが設置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光偏向装置。 A plurality of electromagnets are installed for one swing axis.
The light deflection apparatus according to claim 1, wherein at least one permanent magnet and at least one magnetic sensor are installed for one electromagnet.
前記磁気センサが前記基板の前記部分に設置されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光偏向装置。 The substrate includes a portion formed integrally with the flexible beam and the movable portion;
The light deflection apparatus according to claim 1, wherein the magnetic sensor is installed in the portion of the substrate.
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