JPWO1997046896A1 - 光軸方向可変型光検出装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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 。

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。

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。

次に、動作について説明する。

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。

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。

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＝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。

φ＝（Ｍｘ／ＧＩｐ）＝Ｆ′（Ｌ／８．５×１０⁹ｒ⁴）×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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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 。

次に動作を説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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 。

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。

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。

図１２は、光検出素子にＣＣＤエリアセンサを用い、２軸駆動する例である。

この場合、エリアセンサ２９の光軸を振って監視対象をＸ軸，Ｙ軸両方向に走査 すると共に、エリアセンサ２９の各画素の信号を順次取り出し監視対象を更に詳 細に走査する。

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。

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。

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。

───────────────────────────────────────────────────── （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。

Claims (1)

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。