JP7437177B2 - 光走査装置 - Google Patents
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Description
光を出射する光源と、
表面側に前記光源から入射する入射光を走査反射光として出射する平坦反射部と、所定方向に延在する縦溝を有し、該縦溝は、前記表面側から裏面側に向かって溝幅が狭くなるように相互に向かい合う傾斜面の対を備え、前記入射光を各傾斜面で1回ずつ計2回反射して指標光として出射する溝型反射部とを含むミラー部と、前記縦溝の延在方向に平行な第1回転軸の回りに前記ミラー部を往復回動させる第1アクチュエータとを有する光偏向器と、
前記走査反射光の走査光スポットの走査軌跡上でかつ前記指標光の指標光スポットの受光位置に配置され、前記指標光スポットを前記走査反射光の走査方向に分割する分割線で第1及び第2光検出器に分割されている光検出部と、
前記第1及び前記第2光検出器の両出力の比較に基づいて前記第1回転軸の回りの前記ミラー部の振れ角としての第1振れ角を検出する振れ角検出部と、
を備える。
前記振れ角検出部は、前記第1及び前記第2光検出器の両出力の比較を、該両出力の差分に基づいて行う。
前記振れ角検出部は、前記第1及び前記第2光検出器の両出力の比較を、該両出力の比に基づいて行う。
前記振れ角検出部は、前記指標光の進行方向に対応付けられる前記ミラー部の振れ角を指標振れ角とし、前記第1回転軸の回りの前記ミラー部の振れ角が前記指標振れ角となったことを前記第1及び前記第2光検出器の両出力に基づいて検出する。
前記振れ角検出部は、前記第1及び前記第2光検出器の両出力の比較に基づく中間値を生成し、前記走査光スポットの非受光時の中間値を参照値とし、前記中間値を前記参照値で較正した較正値に基づいて前記第1振れ角を検出する。
前記振れ角検出部は、前記差分の符号反転タイミングの進行方向に対応付けられる前記ミラー部の振れ角を指標振れ角とし、前記差分の符号反転タイミングに基づいて前記ミラー部の振れ角が前記指標振れ角になったタイミングを検出することを特徴とする光走査装置。
前記中間値は、後述の(式1)で定義される規格化差分Evである。
前記光検出部は、前記走査光スポットの振れ角範囲の中心に対して両側にそれぞれ一方及び他方の光検出部として設けられ、
前記振れ角検出部は、前記一方の光検出部における符号反転タイミングと前記他方の光検出部における符号反転タイミングとの時間差に基づいて前記走査光スポットの前記振れ角の角度範囲を検出する。
前記対の傾斜面は、前記平坦反射部の平坦反射面に対して垂直な垂直平面に対して左右対称に形成されている。
前記平坦反射面に対する前記縦溝の傾斜面の傾斜角をαとするとき、2・αは、80°~120°の範囲内であることを特徴とする光走査装置。
前記ミラー部は、シリコンの結晶体層から成る共通の基板層の表面に前記平坦反射面及び前記溝型反射面を有し、
前記結晶体層の主面と前記縦溝の傾斜面とミラー指数は、それぞれ(100)及び(111)の一方及び他方である。
前記縦溝は、前記裏面側において少なくとも一部が開放されている。
前記縦溝の傾斜面は、前記縦溝を前記ミラー部の前記表面側で開口するV溝として前記平坦反射面に平行な分割平面で前記V溝の傾斜面を表面側傾斜面部分と裏面側傾斜面部分とに分割したときの前記表面側傾斜面部分から形成され、
前記V溝の横断面における前記表面側傾斜面部分及び前記裏面側傾斜面部分の長さをそれぞれDa,Dbとして、前記平坦反射面に対する前記縦溝の傾斜面の傾斜角をαとするとき、
Da:Db=|tan(2・α)|:|tan(α)|
に設定されている。
前記溝型反射部は、前記ミラー部の正面視で前記第1回転軸に重なるように配置されている。
前記溝型反射部は、前記ミラー部の中心部を占めている。
前記光偏向器は、前記ミラー部を前記第1回転軸と直交する第2回転軸の回りに往復回動させる第2アクチュエータを備え、
前記光検出部は、前記ミラー部が前記第2回転軸の回りに往復回動するときの前記指標光スポットの走査方向に長細い形状で形成されている。
前記溝型反射部は、前記縦溝を複数、有している。
前記複数の縦溝のピッチDdを後述の(式2)で設定する。
図1は、1軸(一次元)走査型の光走査装置1の構成図である。光走査装置1は、1軸走査型の光走査装置として、1軸走査型の光偏向器3を備える。光走査装置1は、光偏向器3の他に、制御部2、光検出部4a,4b、及び光源5を備えている。
図2は、ミラー部30を中心Oを通り回転軸36に垂直な平面で溝型反射部39を切った横断面図である。なお、図2の図示のミラー部30の振れ角θは、0°となっている。なお、この実施形態では、振れ角θは、平坦反射部38の法線45がZ軸に平行である時を0°と定義している。図2において、Z軸の負側がミラー部30の表面側であり、Z軸の正側がミラー部30の裏面側である。
次に、図13は、3回反射光L3の防止対策についての説明図である。なお、3回反射光L3に対する対策を溝型反射部40(図12)について述べるが、溝型反射部39(図2)についても同一の対策を適用することができる。
(式3):Da:Db=Dc:Dd=De:Df=|tan(2・α)|:|tan(α)|
図15は、図12の溝型反射部40を採用したときの振れ角θと2回反射光L2の強度との関係を示している。縦溝41が複数存在するときは、複数の縦溝41からの複数の2回反射光L2同士が干渉する結果、図14のように、光検出部4における指標光スポット51の強度は、振れ角θに応じて変化する。
図19は、2軸(二次元)走査型の光偏向器103を備える光走査装置101の構成図である。2軸走査型の光走査装置として、2軸走査型の光偏向器103を備える。
図20は、第2回転軸137の回りのミラー部130の振れ角を検出可能になっている光走査装置161の構成図である。光走査装置161において、光走査装置101との相違点についてのみ説明する。
実施形態では、第1及び第2光検出器(例:4a,4b)の両出力(例:Va,Vb)に基づいて第1回転軸(例:回転軸36)の回りのミラー部30の振れ角θを検出する際には、差分としてのVa-Vb(前述の(式1)参照)を利用している。本発明では、差分の代わりに、両出力の対比(例:両出力の比としてのVa/Vb)に基づいて振れ角θを検出することもできる。
「A. D. Yalcinkaya, H. Urey, D. Brown, T. Montague, and R. Sprague, “Two-axis electromagnetic microscanner for high resolution displays,” J. Microelectromech. Syst., vol. 15, no. 4, pp. 786-794, Aug. 2006.」 また、上記静電式のアクチュエータの具体的な構造例は、次の文献に詳説されている。「H. Schenk, P. Durr, D. Kunze, H. Lakner, and H. Kuck, “A resonantly excited 2D-micro-scanning-mirror with large deflection,” Sens. Actuators A, Phys., vol. 89, no. 1, pp. 104-111, Mar. 2001.」
Claims (18)
- 光を出射する光源と、
表面側に前記光源から入射する入射光を走査反射光として出射する平坦反射部と、所定方向に延在する縦溝を有し、該縦溝は、前記表面側から裏面側に向かって溝幅が狭くなるように相互に向かい合う傾斜面の対を備え、前記入射光を各傾斜面で1回ずつ計2回反射して指標光として出射する溝型反射部とをもつミラー部と、前記縦溝の延在方向に平行な第1回転軸の回りに前記ミラー部を往復回動させる第1アクチュエータとを有する光偏向器と、
前記走査反射光の走査光スポットの走査軌跡上でかつ前記指標光の指標光スポットの受光位置に配置され、前記指標光スポットを前記走査反射光の走査方向に分割する分割線で第1及び第2光検出器に分割されている光検出部と、
前記第1及び前記第2光検出器の両出力の比較に基づいて前記第1回転軸の回りの前記ミラー部の振れ角としての第1振れ角を検出する振れ角検出部と、
を備えることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1に記載の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記第1及び前記第2光検出器の両出力の比較を、該両出力の差分に基づいて行うことを特徴とする光走査装置。 - 請求項1に記載の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記第1及び前記第2光検出器の両出力の比較を、該両出力の比に基づいて行うことを特徴とする光走査装置。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記指標光の進行方向に対応付けられる前記ミラー部の振れ角を指標振れ角とし、前記第1回転軸の回りの前記ミラー部の振れ角が前記指標振れ角となったことを前記第1及び前記第2光検出器の両出力の比較に基づいて検出することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記第1及び前記第2光検出器の両出力の比較に基づく中間値を生成し、前記走査光スポットの非受光時の中間値を参照値とし、前記中間値を前記参照値で較正した較正値に基づいて前記第1振れ角を検出することを特徴とする光走査装置。 - 請求項2に記載の光走査装置において、
前記振れ角検出部は、前記差分の符号反転タイミングの進行方向に対応付けられる前記ミラー部の振れ角を指標振れ角とし、前記差分の符号反転タイミングに基づいて前記ミラー部の振れ角が前記指標振れ角になったタイミングを検出することを特徴とする光走査装置。 - 請求項5に記載の光走査装置において、
前記中間値は、下記の(式1)で定義される規格化差分Evであることを特徴とする光走査装置。
- 請求項5に記載の光走査装置において、
前記光検出部は、前記走査光スポットの振れ角範囲の中心に対して両側にそれぞれ一方及び他方の光検出部として設けられ、
前記振れ角検出部は、前記一方の光検出部における符号反転タイミングと前記他方の光検出部における符号反転タイミングとの時間差に基づいて前記走査光スポットの前記振れ角の角度範囲を検出することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1~8のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記対の傾斜面は、前記平坦反射部の平坦反射面に対して垂直な垂直平面に対して左右対称に形成されていることを特徴とする光走査装置。 - 請求項9に記載の光走査装置において、
前記平坦反射面に対する前記縦溝の傾斜面の傾斜角をαとするとき、2・αは、80°~120°の範囲内であることを特徴とする光走査装置。 - 請求項10に記載の光走査装置において、
前記ミラー部は、シリコンの結晶体層から成る共通の基板層の表面に前記平坦反射面及び前記縦溝を有し、
前記結晶体層の主面と前記縦溝の傾斜面のミラー指数は、それぞれ(100)及び(111)の一方及び他方であることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記縦溝の少なくとも一部は、前記裏面側において開放されていることを特徴とする光走査装置。 - 請求項12に記載の光走査装置において、
前記縦溝の傾斜面は、前記縦溝を前記ミラー部の前記表面側で開口するV溝として前記平坦反射部の平坦反射面に平行な分割平面で前記V溝の傾斜面を表面側傾斜面部分と裏面側傾斜面部分とに分割したときの前記表面側傾斜面部分から形成され、
前記V溝の横断面における前記表面側傾斜面部分及び前記裏面側傾斜面部分の長さをそれぞれDa,Dbとして、前記平坦反射面に対する前記縦溝の傾斜面の傾斜角をαとするとき、
Da:Db=|tan(2・α)|:|tan(α)|
に設定されていることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1~13のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記溝型反射部は、前記ミラー部の正面視で前記第1回転軸に重なるように配置されていることを特徴とする光走査装置。 - 請求項14に記載の光走査装置において、
前記溝型反射部は、前記ミラー部の中心部を占めていることを特徴とする光走査装置。 - 請求項15に記載の光走査装置において、
前記光偏向器は、前記ミラー部を前記第1回転軸と直交する第2回転軸の回りに往復回動させる第2アクチュエータを備え、
前記光検出部は、前記ミラー部が前記第2回転軸の回りに往復回動するときの前記指標光スポットの走査方向に長細い形状で形成されていることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1~16のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記溝型反射部は、前記縦溝を複数、有していることを特徴とする光走査装置。
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