JPWO1997046896A1 - Optical axis direction variable type photodetector - Google Patents

Optical axis direction variable type photodetector

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JPWO1997046896A1
JPWO1997046896A1 JP10-500396A JP50039698A JPWO1997046896A1 JP WO1997046896 A1 JPWO1997046896 A1 JP WO1997046896A1 JP 50039698 A JP50039698 A JP 50039698A JP WO1997046896 A1 JPWO1997046896 A1 JP WO1997046896A1
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規裕 浅田
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Abstract

(57)【要約】 シリコン基板2に、可動板5,トーションバー6を一体に形成する。可動片5の周縁部に平面コイル7を設け、中央部にホトダイオード8を設ける。可動板5の周縁部の上下に永久磁石10A,10B,11A,11Bを配置し、可動板5の下に可動板5の変位角を検出する検出コイル12A,12Bを設ける。平面コイル7に電流を流すと、永久磁石10A,10B,11A,11Bによる磁界との関係で力が発生し、可動板5はトーションバー6を軸として回動し、ホトダイオード8の光軸方向が変化する。この光軸方向の変位角は、平面コイル7と検出コイル12A,12B間の相互インダクタンスの変化すなわち、検出コイル12A,12Bの誘導電圧の変化で検出できる。 (57) [Abstract] A movable plate (5) and a torsion bar (6) are integrally formed on a silicon substrate (2). A planar coil (7) is provided on the periphery of the movable piece (5), and a photodiode (8) is provided in the center. Permanent magnets (10A, 10B, 11A, 11B) are arranged above and below the periphery of the movable plate (5), and detection coils (12A, 12B) are provided below the movable plate (5) to detect the displacement angle of the movable plate (5). When a current is passed through the planar coil (7), a force is generated in relation to the magnetic field generated by the permanent magnets (10A, 10B, 11A, 11B), causing the movable plate (5) to rotate around the torsion bar (6) as an axis, changing the optical axis direction of the photodiode (8). The displacement angle in the optical axis direction can be detected by a change in mutual inductance between the planar coil (7) and the detection coils (12A, 12B), i.e., a change in the induced voltage of the detection coils (12A, 12B).

Description

【発明の詳細な説明】 光軸方向可変型光検出装置 技術分野 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。[Detailed Description of the Invention] Variable Optical Axis Direction Photodetector Technical Field The present invention relates to a photodetector suitable for monitoring relatively large objects such as roads and airports.

背景技術 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。BACKGROUND ART This type of device may involve a motor-driven optical detector, or multiple optical detectors arranged with their optical axes relatively spaced apart.

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 methods have the drawbacks of being large, not being able to operate at high speed, and being impractical from a cost perspective. Additionally, the above-mentioned methods have the drawback of requiring correction for variations in the characteristics of each element.

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 was developed in response to these circumstances, and aims to provide a photodetector that is compact, capable of high-speed scanning, allows for cost reduction through mass production, and does not require correction for variations in the characteristics of each element.

発明の開示 (1)この目的を達成するため、この発明の光軸方向可変型光検出装置を、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 を可変する構成とした。DISCLOSURE OF THE INVENTION (1) To achieve this objective, the optical axis direction-variable photodetector of the present invention comprises a movable plate integrally formed on a semiconductor substrate, a torsion bar supporting the movable plate so that it can swing freely relative to the semiconductor substrate, a drive coil provided on the periphery of the movable plate, a magnetic field generating means for applying a static magnetic field to the drive coil, and a photodetector formed on the movable plate. The movable plate is driven by a force generated by passing a current through the drive coil, thereby varying the optical axis direction of the photodetector.

(2)光軸の変位角を検出するために、前記(1)の構成の駆動コイルと電磁結 合する検出コイルを設けた構成とした。(2) In order to detect the displacement angle of the optical axis, a detection coil is provided which is electromagnetically coupled to the drive coil of the configuration described in (1) above.

(3)前記(1)可動板の光検出素子を一次元に可動させるために、可動板は単 一の1個として構成した。(3) In order to move the photodetector element of the movable plate in one dimension, the movable plate is constructed as a single piece.

(4)前記(1)の可動板を内側二重の構成とし、これにより可動板の光検出素 子を二次元で作動できるようにしたもので、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 方向を可変する構成とした。(4) The movable plate of (1) has an inner double structure, thereby enabling two-dimensional operation of the photodetector element of the movable plate. The outer movable plate is integrally formed with a semiconductor substrate, and includes an outer movable plate, a first torsion bar pivotally supporting the outer movable plate relative to the semiconductor substrate, an inner movable plate located inside the outer movable body, and a second torsion bar pivotally supporting the inner movable plate relative to the outer movable plate, the axial direction of which is perpendicular to that of the first torsion bar. The optical axis direction of the photodetector element is changed by a force generated by passing a current through the first and second drive coils, which drives the outer and inner movable plates.

(5)光軸の変位角を検出するために、前記(4)の構成の第1の駆動コイル, 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 けた構成とした。(5) To detect the displacement angle of the optical axis, a first detection coil and a second detection coil are provided that are electromagnetically coupled to the first drive coil and the second drive coil, respectively, of the configuration described in (4).

図面の簡単な説明 第1図は、実施例1の構成を示す図、第2図は、図1のA−A断面図、第3図 は、実施例1の動作説明図、第4図は、実施例1における可 動板の変位角検出の説明図、第5図は、実施例2の構成を示す図、第6図は、実 施例3の構成を示す図、第7図は、図6のB−B断面図、第8図は、図6のC− C断面図、第9図は、ホトダイオードを用いる例のブロック図、第10図は、図 9の装置の動作を示すフローチャート、第11図は、ラインセンサを用いる例の ブロック図、第12図は、エリアセンサを用いる例のブロック図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows the configuration of Example 1, Figure 2 is a cross-sectional view taken along line A-A in Figure 1, Figure 3 is an explanatory diagram of the operation of Example 1, Figure 4 is an explanatory diagram of the detection of the displacement angle of the movable plate in Example 1, Figure 5 is a diagram showing the configuration of Example 2, Figure 6 is a diagram showing the configuration of Example 3, Figure 7 is a cross-sectional view taken along line B-B in Figure 6, Figure 8 is a cross-sectional view taken along line C-C in Figure 6, Figure 9 is a block diagram of an example using a photodiode, Figure 10 is a flowchart showing the operation of the device of Figure 9, Figure 11 is a block diagram of an example using a line sensor, and Figure 12 is a block diagram of an example using an area sensor.

発明を実施するための最良の形態 以下本発明を実施例に基づいて説明する。Best Mode for Carrying Out the Invention The present invention will now be described with reference to the following examples.

(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。(Example 1) Figures 1 and 2 show the configuration of Example 1, a "variable optical axis direction photodetector." This example, like Examples 2 and 3 described below, operates on the same principle as a galvanometer. Note that the dimensions in Figures 1 and 2 are exaggerated for clarity. The same applies to Figures 3, 5, 6, 7, and 8 described below.

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。1 and 2, variable optical axis direction photodetector 1 has a three-layer structure in which flat upper and lower glass substrates 3 and 4, which serve as upper and lower insulating substrates made of, for example, borosilicate glass, are bonded to the top and bottom surfaces of silicon substrate 2, which is a semiconductor substrate. Upper glass substrate 3 is laminated on the left and right ends (in FIG. 1) of silicon substrate 2 so as to leave the area above movable plate 5, which will be described later, open.

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。A planar movable plate 5 and a torsion bar 6, which supports the movable plate 5 at its center so that it can swing vertically relative to the silicon substrate 2, are integrally formed on the silicon substrate 2 by anisotropic etching during the semiconductor manufacturing process. Therefore, the movable plate 5 and the torsion bar 6 are made of the same material as the silicon substrate 2. A planar coil 7 made of thin copper film is provided around the periphery of the upper surface of the movable plate 5 and is covered with an insulating film. This coil carries a drive current for driving the movable plate 5 and a detection current for detecting the displacement angle that is superimposed on the drive current. The detection current detects the displacement of the movable plate 5 based on the mutual inductance with detection coils 12A and 12B, which are provided on the lower glass substrate 4 as described below.

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 suffers from Joule heat loss due to its resistance, and if highly resistive thin-film coils are densely packed as the planar coil 7, the heat generated will limit the driving force. Therefore, in this embodiment, the planar coil 7 is formed using the well-known electroplating coil method using electrolytic plating. The electroplating coil method forms a thin nickel layer on a substrate by sputtering, then forms a copper layer on top of this nickel layer by copper electroplating, and then removes the copper and nickel layers except for the portion corresponding to the coil, thereby forming a thin-film planar coil consisting of the copper and nickel layers. This method is characterized by its ability to pack thin-film coils with low resistance and high density, making it effective for miniaturizing and thinning micromagnetic devices.

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 。Additionally, a pn photodiode 8, which serves as a photodetector, is formed by a known method in the center of the top surface of the movable plate 5, surrounded by the planar coil 7. Furthermore, a pair of electrode terminals 9, 9 are provided on the upper surface of the silicon substrate 2, on the sides of the torsion bar 6, electrically connecting the planar coil 7 to the torsion bar 6 via the torsion bar 6. These electrode terminals 9, 9 are formed on the silicon substrate 2 at the same time as the planar coil 7 by electroforming.

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,10B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。Pairs of circular permanent magnets 10A, 10B and 11A, 11B are provided on the left and right sides (in FIG. 1) of the upper and lower glass substrates 3, 4. These magnets apply a magnetic field to the planar coil 7 on opposite sides of the movable plate 5 that are parallel to the axial direction of the torsion bar 6. The upper and lower pairs of three permanent magnets 10A, 10B are arranged so that the upper and lower polarities are the same, e.g., as shown in FIG. 2, the lower side has a north pole and the upper side has a south pole. The other pairs of three permanent magnets 11A, 11B are also arranged so that the upper and lower polarities are the same, e.g., as shown in FIG. 2, the lower side has a south pole and the upper side has a north pole. The permanent magnets 10A and 11A on the upper glass substrate 3 and the permanent magnets 10B and 11B on the lower glass substrate 4 are arranged so that the upper and lower polarities are opposite to each other, as can be seen in FIG. 2.

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。As mentioned above, a pair of coils 12A, 12B are patterned on the underside of the lower glass substrate 4, arranged to be electromagnetically coupled to the planar coil 7. Each end of the coils is electrically connected to a pair of electrode terminals 13, 14 (note that while shown schematically by a single dashed line in FIG. 1 , they actually have multiple windings). The detection coils 12A, 12B are arranged symmetrically with respect to the torsion bar 6 to detect the displacement angle of the movable plate 5. The mutual inductance between the planar coil 7 and the detection coils 12A, 12B, which is based on a detection current superimposed on the drive current flowing through the planar coil 7, changes with the angular displacement of the movable plate 5, increasing one coil as it approaches and decreasing the other coil as it moves away from the other coil. Therefore, the displacement angle of the movable plate 5 can be detected, for example, by differentially detecting the change in the voltage signal output based on the mutual inductance.

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

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11 A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, suppose one electrode terminal 9 is set as a positive pole and the other electrode terminal 9 as a positive pole and current is passed through planar coil 7. On both sides of movable plate 5, permanent magnets 10A and 10B and permanent magnets 11A and 11B generate a magnetic field in a direction that crosses planar coil 7 along the plane of movable plate 5, as indicated by arrow B in Figure 3. When current flows through planar coil 7 in this magnetic field, a force F acts on planar coil 7 (or, in other words, on both ends of movable plate 5) in a direction (indicated by arrow F in Figure 3) according to the current density and magnetic flux density in planar coil 7, according to Fleming's left-hand rule of current, magnetic flux density, and force. This force can be calculated from the Lorentz force.

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 can be calculated by the following equation (1), where i is the current density flowing through the planar coil 7 and B is the magnetic flux density due to the upper and lower permanent magnets.

F=i×B……(1) 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 (1) In practice, this depends on the number of turns n of the planar coil 7 and the coil length w (shown in Figure 3) on which the force F acts, and is expressed as equation (2) below.

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) Meanwhile, as the movable plate 5 rotates, the torsion bar 6 is twisted. The relationship between the resulting spring reaction force F' of the torsion bar 6 and the displacement angle φ of the movable plate 5 is expressed as follows: Equation (3)

φ=(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。 φ=(Mx/GIp)=F'(L/8.5×109r4) x l1 ……(3) Here, Mx is the torsional moment, G is the modulus of transverse elasticity, and Ip is the polar moment of inertia. Also, L and l1, r are the distance from the central axis of the torsion bar to the point of force, the length of the torsion bar, and the radius of the torsion bar, respectively, as shown in FIG. 3.

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。The movable plate 5 then rotates to a position where the force F and the spring reaction force F' are balanced. Therefore, by substituting F in equation (2) for F' in equation (3), it is found that the displacement angle φ of the movable plate 5 is proportional to the current i flowing through the planar coil 7.

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, by controlling the current flowing through the planar coil 7, the displacement angle φ of the movable plate 5 can be controlled. For example, the optical axis direction of the photodetector element 8 can be freely controlled within a plane perpendicular to the axis of the torsion bar 6. Continuously changing the displacement angle allows for one-dimensional scanning of the monitored object.

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,12B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12B(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12A,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ψを検出することができる。When controlling the displacement angle φ of the optical axis of the photodetector element 8, a detection current for detecting the displacement angle is superimposed on the drive current and flows through the planar coil 7 at a frequency at least 100 times greater than the drive current frequency. This detection current generates induced voltages in the detection coils 12A and 12B due to the mutual inductance between the planar coil 7 and the detection coils 12A and 12B provided on the lower glass substrate 5. When the movable plate 5, i.e., the photodetector element 8, is in a horizontal position, the distances between the detection coils 12A and 12B and the corresponding planar coil 7 are equal, and the difference between the induced voltages is zero. When the movable plate 5 rotates around the torsion bar 6 due to the driving force described above, the induced voltage increases in one of the detection coils 12A (or 12B) due to increased mutual inductance, while the induced voltage decreases in the other detection coil 12B (or 12A) due to decreased mutual inductance. Therefore, the induced voltage generated in the detection coils 12A and 12B changes in response to the displacement of the photodetector element 8, and by detecting this induced voltage, the optical axis displacement angle ψ of the photodetector element 8 can be detected.

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ことが可能である。For example, as shown in FIG. 4, a power supply is connected to a bridge circuit configured with two resistors in addition to the detection coils 12A and 12B, and a differential amplifier is provided to which the voltage between the midpoint between the detection coils 12A and 12B and the midpoint between the two resistors is input. The output of the differential amplifier, which corresponds to the voltage difference between the two midpoints, is fed back to the drive system of the movable plate 5 to control the drive current, thereby enabling precise control of the optical axis displacement angle φ of the photodetector element 8.

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 element can be made small and lightweight, allowing the optical axis direction of the photodetector element to be adjusted at high speed, enabling high-speed scanning of the monitored object. Furthermore, the key components, such as the movable plate, torsion bar, and photodiode, can be formed on the same semiconductor substrate using semiconductor device manufacturing processes, which can lead to cost reductions through mass production. Furthermore, because the monitored object is scanned with a single photodiode, there is no need to compensate for variations in the characteristics of each element.

(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。(Example 2) Figure 5 shows the configuration of an "optical axis direction variable photodetector" according to Example 2.

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。While the first embodiment described above oscillates one-dimensionally along the optical axis, this embodiment is an example of a two-axis photodetector in which two torsion bars are provided perpendicular to each other so that the optical axis can oscillate two-dimensionally. Note that elements that are the same as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and will not be described again.

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 Figure 5, the variable optical axis direction photodetector 21 of this embodiment has a three-layer structure in which upper and lower glass substrates 3 and 4, each made of borosilicate glass or the like, are stacked and bonded to the top and bottom surfaces of a semiconductor silicon substrate 2, as indicated by the arrows. As shown in the figure, the upper and lower glass substrates 3 and 4 each have a rectangular recess 3A or 4A formed in their center, for example, by ultrasonic machining. When bonded to the silicon substrate 2, the upper glass substrate 3 is bonded with the recess 3A facing downward and positioned toward the silicon substrate 2, while the lower glass substrate 4 is bonded with the recess 4A facing upward and positioned toward the silicon substrate 2. This configuration ensures and seals the oscillation space of the movable plate 5 on which the photodetector element 8, described below, is mounted.

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6B,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6A,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 consisting of a frame-shaped outer movable plate 5A and an inner movable plate 5B pivotally supported inside the outer movable plate 5A. The outer movable plate 5A is pivotally supported on the silicon substrate 2 by first torsion bars 6A, 6A, and the inner movable plate 5B is pivotally supported inside the outer movable plate 5A by second torsion bars 6B, 6B whose axial direction is perpendicular to that of the first torsion bars 6A, 6A. The movable plates 5A, 5B and the first and second torsion bars 6A, 6B are integrally formed on the silicon substrate 2 by anisotropic etching and are made of the same material as the silicon substrate 2.

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9A, 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7B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。Additionally, on the upper surface of the outer movable plate 5A, a planar coil 7A (schematically shown by a single line in the figure, but having multiple turns on the movable plate 5A) is provided, coated with an insulating layer. Both ends of the planar coil 7A are electrically connected to a pair of outer electrode terminals 9A, 9A formed on the upper surface of the silicon substrate 2 via one of the first torsion bars 6A. On the upper surface of the inner movable plate 5B, a planar coil 7B (schematically shown by a single line in the figure, but having multiple turns on the inner movable plate 5B, similar to the outer movable plate 5A) is provided, coated with an insulating layer. The planar coil 7B is electrically connected to a pair of inner electrode terminals 9B, 9B formed on the silicon substrate 2 via one of the second torsion bars 6B, passing through the outer movable plate 5A, and the other side of the first torsion bar 6A. As in Example 1, these planar coils 7A, 7B are formed by the electroforming coil method using electrolytic plating, as described above. The outer and inner electrode terminals 9A, 9B are formed on the silicon substrate 2 simultaneously with the planar coils 7A, 7B by electroforming. A photodiode 8, which is a light-detecting element, is formed in the center of the inner movable plate 5B, surrounded by the planar coil 7B, by a known method.

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10A〜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10B,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5 A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13 Aは、下側ガラス基板4の永久磁石12B,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10A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13A、永久磁石10Bと1 1B及び永久磁石12Bと13Bも同様である。更に、上下方向で対応する永久 磁石10A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12B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。Eight disk-shaped permanent magnets 10A-13A and 10B-13B are arranged in pairs on the upper and lower glass substrates 3 and 4, respectively, as shown in the figure. The opposing permanent magnets 10A and 11A on the upper glass substrate 3, together with the permanent magnets 10B and 11B on the lower glass substrate 4, apply a magnetic field to the planar coil 7A of the outer movable plate 5A, thereby rotating the outer movable plate 5A through interaction with the drive current flowing through the planar coil 7A. The opposing permanent magnets 12A and 13A on the upper glass substrate 3, together with the permanent magnets 12B and 13B on the lower glass substrate 4, apply a magnetic field to the planar coil 7B of the inner movable plate 5B, thereby rotating the inner movable plate 5B through interaction with the drive current flowing through the planar coil 7B. The opposing permanent magnets 10A and 11A are arranged so that their upper and lower polarities are opposite to each other. For example, when the upper surface of permanent magnet 10A is a south pole, the upper surface of permanent magnet 11A is a north pole. Furthermore, they are arranged so that their magnetic flux crosses parallel to the planar coil portion of the movable plate 5. The same is true for the other opposing permanent magnets 12A and 13A, permanent magnets 10B and 11B, and permanent magnets 12B and 13B. Furthermore, the upper and lower polarities of the corresponding permanent magnets 10A and 10B are the same. For example, when the upper surface of permanent magnet 10A is a south pole, the upper surface of permanent magnet 10B is also a south pole. The same is true for the other opposing permanent magnets 11A and 11B, permanent magnets 12A and 12B, and permanent magnets 13A and 13B. As a result, forces act in opposite directions at both ends of the movable plate 5.

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15A,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,15B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 。The lower surface of the lower glass substrate 4 is patterned with detection coils 15A, 15B and 16A, 16B, which are arranged to be electromagnetically coupled to the aforementioned planar coils 7A, 7B, respectively. The detection coils 15A, 15B are arranged symmetrically with respect to the first torsion bar 6A, and the detection coils 16A, 16B are arranged symmetrically with respect to the second torsion bar 6B, forming a pair. The pair of detection coils 15A, 15B detects the displacement angle of the outer movable plate 5A. The mutual inductance between the planar coil 7A and the detection coils 15A, 15B, which is based on a detection current superimposed on the drive current flowing through the planar coil 7A, changes with the angular displacement of the outer movable plate 5A, and outputs an electrical signal corresponding to this change. This electrical signal allows the displacement angle of the outer movable plate 5A to be detected. A pair of detection coils 16A and 16B similarly detect the displacement angle of the inner movable plate 5B.

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

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 planar 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, 6A serving as a fulcrum. At this time, the inner movable plate 5B also rotates integrally with the outer movable plate 5A. In this case, the photodiode 8 moves in the same manner as in Example 1. On the other hand, when a drive current is applied to the planar coil 7B of the inner movable plate 5B, the inner movable plate 5B rotates relative to the outer movable plate 5A, with the second torsion bars 6B, 6B serving as a fulcrum, in a direction perpendicular to the rotation direction of the outer movable plate 5A.

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, by controlling the drive current of planar coil 7A to rotate outer movable plate 5A once, and then controlling the drive current of planar coil 7B to displace inner movable plate 5B by a fixed angle, and by repeating this operation periodically, the optical axis of photodiode 8 can be swung two-dimensionally, thereby enabling two-dimensional scanning of the monitored object.

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。In addition, if there is glass above the photodiode 8 as in this embodiment, it is advisable to coat this glass surface with an anti-reflection film or the like.

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 15A,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。On the other hand, if a detection current is superimposed on the drive currents passed through the planar coils 7A and 7B, the displacement of the outer movable plate 5A can be detected by the differential output of the detection coils 15A and 15B via a circuit similar to that shown in FIG. 4, for example, based on the mutual inductance between the detection coils 15A and 15B and the planar coil 7A, and between the detection coils 16A and 16B and the planar coil 7B, using the same principle as in Example 1. The displacement of the inner movable plate 5B can be detected by the differential output of the detection coils 16A and 16B. If this differential output is fed back to the drive systems of the outer movable plate 5A and the inner movable plate 5B, the displacement of the outer movable plate 5A and the inner movable plate 5B can be accurately controlled.

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。Needless to say, in the case of the two-axis photodetector of this embodiment, two circuits similar to that shown in FIG. 4 are provided, one for detecting the displacement of the outer movable plate and one for detecting the displacement of the inner movable plate.

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 Example 2, in addition to the same effects as Example 1, scanning of the monitored object can be performed two-dimensionally, thereby increasing the scanning area compared to the uniaxial scanning of Example 1. Furthermore, the oscillation space of movable plate 5 is sealed by upper and lower glass substrates 3 and 4 and the surrounding silicon substrate 2, and by creating a vacuum in this sealed space, air resistance to the rotational movement of movable plate 5 is eliminated, thereby improving the responsiveness of movable plates 5A and 5B.

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。Furthermore, when increasing the drive current flowing through the planar coils 7A and 7B to increase the displacement of the movable plates 5A and 5B, it is preferable to fill the sealed movable plate oscillation space with an inert gas such as helium or argon rather than creating a vacuum. Helium, which has particularly good thermal conductivity, is preferred. This is because increasing the current flowing through the planar coil 7 increases the amount of heat generated by the planar coil 7, and a vacuum around the movable plates 5A and 5B reduces heat dissipation from the movable plates. Therefore, by filling the space with an inert gas, heat dissipation from the movable plates 5A and 5B can be improved compared to a vacuum state, thereby reducing thermal effects. However, filling the space with an inert gas will result in a slight decrease in the responsiveness of the movable plates 5A and 5B compared to a vacuum state.

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 goes without saying that the upper and lower glass substrates of the first embodiment may be provided with a recess similar to that of the second embodiment, thereby sealing the movable plate portion.

(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。(Example 3) Figures 6, 7, and 8 show the configuration of Example 3, a "variable optical axis direction photodetector."

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。This embodiment is a two-axis example similar to the second embodiment. Elements identical to those in the second embodiment are designated by the same reference numerals and will not be described further.

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3A,4Aのない平板状になってい 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 two-axis variable optical axis direction photodetector 31 of this embodiment has a configuration similar to that of the second embodiment. However, as shown in FIGS. 6-8, the upper and lower glass substrates 3, 4 are flat, without recesses 3A, 4A, unlike those of the second embodiment. The upper glass substrate 3 has an angular opening 3a formed above the movable plate 5 in accordance with the shape of the movable plate 5, leaving the portion above the photodiode 8 open so that detection light can directly enter the photodiode 8. Because the upper and lower glass substrates 3, 4 are flat, the intermediate silicon substrate 2 is formed with two silicon substrates stacked above and below it to form a three-layer structure, and the movable plate 5 is formed in the middle layer to provide space for the movable plate 5 to rotate.

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7A,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。As shown by the dashed lines in FIG. 6 , detection coils 15A and 15B for detecting the displacement of the outer movable plate 5A and detection coils 16A and 16B for detecting the displacement of the inner movable plate 5B are patterned and provided on the lower surface of the lower glass substrate 4 at positions that allow electromagnetic coupling with the corresponding planar coils 7A and 7B.

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 effects of this embodiment having such a configuration are similar to those of the second embodiment, and therefore a description thereof will be omitted.

(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。(Variations) In the above embodiments, photodiodes are used as the light-detecting elements, but the present invention is not limited to this. Line sensors or area sensors made up of multiple photodiodes can also be used. Phototransistors, photoconductors, CCDs, etc. can also be used as light-detecting elements. If necessary, microlenses can be provided in front of these light-detecting elements to focus incident light.

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。Although linear scanning is performed in Example 2, scanning can be performed concentrically or spirally depending on the object.

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。Furthermore, in each embodiment, the center of the movable plate is pivotally supported by a torsion bar, but this is not limiting and the movable plate may be pivotally supported at its end, such as the right side of movable plate 5 in FIG. 1. In this case, a single detection coil would be provided on the left side to detect the displacement angle.

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, a drive current and a detection current are passed through the planar coil provided on the movable plate. However, when the frequency of the drive current is as high as several kilohertz, the drive current can also be used as the detection current, and the detection current can be implemented without being superimposed.

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。In each embodiment, the displacement angle is detected by the difference in the outputs of two detection coils, but it is also possible to provide a single detection coil and detect the displacement angle by its output.

(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) Examples of use of the variable optical axis direction photodetector described above are explained with reference to Figures 9 through 12.

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 。Figure 9 is a block diagram of an example of two-axis drive using photodiodes PD as light detection elements. This example uses the devices described in Examples 2 and 3. An example using the device described in Example 1 corresponds to the absence of one axis, such as the Y-axis, in this example.

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. 10. In step S1, the output of the X-axis displacement angle detector 25, which includes an X-axis detection coil, is converted to digital data by the A-D converter 26 and input to the microcomputer 23. In step S2, the X table is searched based on the digital data, and in step S3, the X-axis position is calculated based on the search results. In step S4, the output of the Y-axis displacement angle detector 27, which includes a Y-axis detection coil, is converted to digital data by the A-D converter 26 and input to the microcomputer 23. In step S2, the Y-axis table is searched based on the Y-axis digital data, and in step S6, the Y-axis position is calculated based on the search results. In step S7, an image frame address is calculated based on the results of calculations in steps S3 and S6. In step S8, the output of the photodiode 20 is amplified and converted to digital data by the A-D converter 22 and input to the microcomputer 23. In step S9, the digital data from the photodiode is transferred to the image frame address in memory 24 and stored therein. This operation is repeated for all image frame addresses to obtain the required monitoring data for the monitoring target.

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28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。11 shows an example in which a CCD line sensor is used as the light detecting element and driven in one axis. In this case, the optical axis of the line sensor 28 is swung to scan the monitored object in the Y-axis direction, and the signals from each pixel of the line sensor 28 are sequentially extracted to scan the monitored object in the X-axis direction.

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。FIG. 12 shows an example in which a CCD area sensor is used as the light detection element and is driven in two axes.

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。In this case, the optical axis of the area sensor 29 is swung to scan the monitored object in both the X-axis and Y-axis directions, and signals from each pixel of the area sensor 29 are sequentially extracted to scan the monitored object in more detail.

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できる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a photodetector that is small, capable of high-speed scanning, and capable of reducing costs through mass production.

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。Furthermore, according to the invention described in claim 3, two-dimensional scanning is possible, and according to the inventions described in claims 2 and 4, the displacement angle of the optical axis can be detected and the displacement angle of the optical axis can be controlled with high precision by utilizing feedback.

産業上の利用可能性 以上のようになるので、本発明は、バーコードスキャナーCD−ROMドライ ブ、自動改札の各種機器のセンサーに利用でき、しかもきわめ て精度よく制御できる。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention can be used as a sensor for various devices, such as barcode scanners, CD-ROM drives, and automatic ticket gates, and can be controlled with extremely high precision.

───────────────────────────────────────────────────── (注)この公表は、国際事務局(WIPO)により国際公開された公報を基に作 成したものである。 なおこの公表に係る日本語特許出願(日本語実用新案登録出願)の国際公開の 効果は、特許法第184条の10第1項(実用新案法第48条の13第2項)に より生ずるものであり、本掲載とは関係ありません。───────────────────────────────────────────────────── (Note) This publication is based on the publication published internationally by the International Bureau of Patents (WIPO). The effect of the international publication of the Japanese patent application (Japanese utility model registration application) related to this publication arises pursuant to Article 184-10, Paragraph 1 of the Patent Act (Article 48-13, Paragraph 2 of the Utility Model Act) and is unrelated to this publication.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 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ことを特徴とする光軸 方向可変型光検出装置。 2 駆動コイルと電磁結合する検出コイルを設けたことを特徴とする請求項1 記載の光軸可変型光検出装置。 3 可動板は単一の1個として構成したことを特徴とする請求項1記載の光軸 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ことを特徴とする光軸 方向可変型光検出装置。 5 第1の駆動コイル,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たことを特徴とする請求項4記載 の光軸方向可変型光検出装置。[Claims] 1. A variable optical axis direction photodetector comprising: a movable plate integrally formed on a semiconductor substrate; a torsion bar supporting the movable plate relative to the semiconductor substrate so that the movable plate can swing freely; a drive coil provided on the periphery of the movable plate; magnetic field generating means for applying a static magnetic field to the drive coil; and a photodetector formed on the movable plate, wherein the movable plate is driven by a force generated by passing a current through the drive coil, thereby varying the optical axis direction of the photodetector. 2. The variable optical axis direction photodetector of claim 1, further comprising a detection coil electromagnetically coupled to the drive coil. 3. The variable optical axis direction photodetector of claim 1, further comprising a single movable plate. 4. A variable optical axis direction photodetector comprising an outer movable plate integrally formed on a semiconductor substrate, a first torsion bar pivotally supporting the outer movable plate relative to the semiconductor substrate, an inner movable plate inside the outer movable body, and a second torsion bar pivotally supporting the inner movable plate relative to the outer movable plate, the second torsion bar having an axial direction perpendicular to that of the first torsion bar, a first drive coil provided on the periphery of the outer movable plate, a second drive coil provided on the periphery of the inner movable plate, a first magnetic field generating means for applying a static magnetic field to the first drive coil, a second magnetic field generating means for applying a static magnetic field to the second drive coil, and a photodetector formed on the inner movable plate, wherein the optical axis direction of the photodetector is varied by driving the outer movable plate and inner movable plate with a force generated by passing a current through the first drive coil and second drive coil. 5. The optical axis direction variable type photodetector according to claim 4, further comprising a first detection coil and a second detection coil electromagnetically coupled to the first drive coil and the second drive coil, respectively.
JP10-500396A 1996-06-07 Optical axis direction variable type photodetector Pending JPWO1997046896A1 (en)

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JPWO1997046896A1 true JPWO1997046896A1 (en) 1998-10-20

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