JPH04192568A - 可動型受光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、受光方向を連続的に変化させることができる
可動型の受光素子に関する。

【背景技術】

従来より用いられている受光素子（フォトトランジスタ
）５１を第６図に示す。これは、シリコン基板に形成さ
れた受光素子チップ（図示せず）を素子本体であるリー
ドフレーム５２やステム上に実装し、樹脂でモールドし
てレンズ５３付きの樹脂ケース５４内に納めたり、窓付
きキャップでシールドしたものである。 第７図（ａ）は、受光素子５１の受光方向（指向角φ）
と受光感度（相対感度）との関係の一例を示している。 ここで、指向角φは、第７図（ｂ）に示すように受光素
子５１の中心を基準に定められた角度である。このよう
に、受光素子５１は、−般に指向性の強い受光感度を有
している。

【発明が解決しようとする課題】

受光素子は、上記のように一般に強い指向性を有してい
るため、広い範囲を検出させることができず、広い検出
範囲を得ようとすれば、複雑な光学系を追加し、この光
学系を透過させた光を受光素子へ入射させる必要があり
、全体としての形状が大型化し、また検出範囲の拡大に
も限度があった。あるいは、複数個の受光素子を方向を
異なら−せて配置してもよいが、その場合には受光感度
の低い部分（盲点）をなくそうとすれば、非常に多数の
受光素子が必要となり、全体の形状も大きくならざるを
得なかった。 さらに、受光感度が最大となる方向を検出させようとす
れば、受光素子を機械的な駆動装置の可動部に取付け、
当該駆動装置によって受光素子の受光方向をあらゆる方
向へ変化させなければならず、全体的な形状が大型にな
るという問題があった。 本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、指向性を有する受光素子
チップを用いて広い検出範囲を得ることができ、さらに
光強度の最も大きな方向を検出することができる小型の
受光素子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

本発明の可動型受光素子は、少なくとも２つの弾性変形
モードを有する弾性変形部と、弾性変形部の一端に設け
られた加振部と、前記弾性変形部の各弾性変形モードに
対する共振周波数の振動を加振部に付与するための駆動
源と、弾性変形部の他端に設けられ、加振部に振動が印
加された時に少なくともいずれかの弾性変形モードで弾
性変形部を弾性振動させるように配置され、弾性変形部
の弾性振動によって少なくとも２方向に回動できるよう
になったスキャン部と、スキャン部に設けられた受光素
子チップとからなることを特徴としている。

【作用】

弾性変形部の２つの弾性変形モードに対する共振周波数
の振動を加振部に加えると、弾性変形部が両弾性変形モ
ードで弾性振動し、スキャン部が２方向で同時に回動す
る。このため、スキャン部に設けられた受光素子チップ
の受光方向は、一定の角度（立体角）領域内で連続的に
変化し、指向性を有する１個の受光素子チップを用いて
も広い範囲の光を検出させることができる。さらに、指
向性を有する受光素子チップの方向を連続的に変化させ
ることにより、単体で光強度の最も大きな方向（受光感
度が最大となる方向）を検出することができる。 また、スキャン部、弾性変形部及び加振部は、プレート
状に形成することかでき、駆動源としては圧電振動子の
ような小型のアクチュエータを使用することができるの
で、上記のような機能を有する可動型受光素子を小形化
することができる。 さらに、駆動源によって加振部の振幅を変化させれば、
弾性変形部における弾性振動の振幅（スキャン部の回動
角）を変化させることができ、容易に受光領域ないし受
光範囲の大ぎさを調整することもできる。

【実施例】

以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。 第１図（ａ）（ｂ）に本発明の一実施例を示す。この可
動型受光素子７は、薄板状のプレート１と、圧電振動子
や磁歪振動子等の微小振動を発生する小形の駆動源６と
、フォトダイオードチップ等の受光素子チップ４とから
構成されている。プレート１は、長い細幅の弾性変形部
２の下端に、駆動源６から振動を印加させるための加振
部５が一体に設けられ、弾性変形部２の上端にスキャン
部３が一体に設けられている。ここで、弾性変形部２は
、第１図（ａ）に示すように軸心Ｐの回りにねじれ変形
するねじれ変形モードと、第１図（ｂ）に示すように軸
心Ｐに沿って曲げ変形する曲げ変形モードが可能になっ
ており、ねじれ変形モードの弾性振動についてはｆＴの
共振周波数を有し、曲げ変形モードの弾性振動について
はｆａの共振周波数を有している。スキャン部３は、弾
性変形部２の軸心Ｐに関してアンバランスな形状に形成
されており、弾性変形部２の軸心Ｐから離れた部分にウ
ェイト部８が形成されている。したがって、スキャン部
３の重心は、弾性変形部２の軸心Ｐから外れた位置にあ
り、さらに、弾性変形部２の上端よりも上方に位置して
いる。また、スキャン部３の表面には、指向性の強い１
個の受光素子チップ４が取り付けられている。加振部５
は、圧電振動子等の駆動源６に接着もしくは接合されて
駆動源６に固定されており、スキャン部３は弾性変形部
２によってフリーに支持されている。 加振部５へ高周波振動（例えば、数１００　Ｈｚ）を加
える圧電振動子等の駆動源６は、駆動回路によって制御
されており、ねじれ変形モードの共振周波数ｆ７及び曲
げ変形モードの共振周波数ｆａの振動を励起される。第
３図に示すものは、この駆動回路９の一例であり、ねじ
れ変形モードの共振周波数ｆアと一致する周波数の電圧
信号を出力し続けている発振器ｌＯと、発振器１０から
出力されている電圧信号を増幅する増幅器１１と、曲げ
変形モードの共振周波数ｆ’ａと一致する周波数の電圧
信号を出力し続けている発振器１２と、この発振器１２
から出力されている電圧信号を増幅する増幅器１３と、
両増幅器１１．１３から出力された周波数ｆＴの電圧信
号と周波数ｆａの電圧信号を重畳させて出力するミキシ
ング回路１４とから構成されている。 しかして、本発明に係る可動型受光素子７は、上述のよ
うに構成されているので、駆動回路９番こよって駆動源
６を振動させ、この振動を加振部５に印加させて往復振
動させると、スキャン部３に慣性力が作用し、この慣性
力によって弾性変形部２は、慣性力の加わった方向に弾
性変形し振動する。しかも、加振部５に印加される駆動
周波数ｆの成分が、弾性変形部２のばね剛性や慣性モー
メントの値、プレート７の形状等から決まるねじれ変形
モードの共振周波数ｆＴまたは曲げ変形モードの共振周
波数ｆ８に一致すると、当該モードの弾性振動が弾性変
形部２で増幅され、スキャン部３が大きな回動角で駆動
される。すなわち、駆動周波数ｆ（成分）とスキャン部
３のねじれ変形モードの回動角θ７または曲げ変形モー
ドの回動角θ８との関係は、例えば第２図に示すように
なる。 第２図は、２つの共振周波数がｆｉ＜ｆｏの場合におけ
る、駆動源６の駆動周波数ｆとスキャン部３の回動角と
の関係を示しており、横軸が駆動周波数ｆ、縦軸がスキ
ャン部３のねじれ変形モードの回動角θアまたは曲げ変
形モードの回動角θ８を示している。このようにねじれ
変形モードにおける回動角θ７は、駆動周波数ｆがｆＴ
に等しい時に最大となり、その両側では急激に減衰する
。一方、曲げ変形モードにおける回動角θ８は、駆動周
波数ｆがｆａに等しい時に最大となり、その両側で急激
に減衰する。したがって、圧電振動子のように微小振動
しか行なえないような駆動源６であっても、各弾性変形
モードの共振周波数と等しい周波数で駆動させることに
より、スキャン部３を大きな角度で回動させることがで
きる。 よって、加振部５に印加される電圧にねじれ変形モード
の共振周波数ｆｔが含まれていると、弾性変形部２でね
じれ変形モードの振動が増幅され、スキャン部３は第１
図（ａ）に示すようにθ１の回動角で軸心Ｐの回りに回
動させられる。したがって、受光素子チップ４の受光方
向はＸ方向にスキャンされる。 また、加振部５に印加される電圧に曲げ変形モードの共
振周波数ｆＢか含まれていると、弾性変形部２で曲げ変
形モードの振動が増幅され、スキャン部３は第１図（ｂ
）に示すようにθ８の回動角で軸心Ｐと直交する方向Ｑ
の回りに回動させられる。 したがって、受光素子チップ４の受光方向はＸ方向にス
キャンされる。 従って、駆動源６により、ねじれ変形モードの共振周波
数ｆ、をもつ振動と曲げ変形モードの共振周波数ｆ。を
もつ振動とを重ね合わせた振動モードで加振部５を振動
させると、弾性変形部２でねしれ変形モードと曲げ変形
モードの両振動が増幅され、スキャン部３では軸心２回
りの回動角θ、の振動とＱ方向の回りの回動角θ、の振
動とが合成される。この結果、受光素子チップ４の受光
方向は、角錐状をした一定の立体角の空間内でスキャン
され、指向性の強い１個の受光素子チップ４を用いて広
い範囲にわたって光を受光ないし検出させることができ
る。さらに、この受光素子チップ４からの出力信号を信
号処理装置（図示せず）へ入力させることにより、最も
光強度の大きな方向（受光感度か最大の方向）を知るこ
とができる。 また、駆動源６に印加する電圧を調整することにより加
振部５の振幅を変化させると、スキャン部３の回動角θ
７もしくはθ３を制御することかできる。すなわち、第
２図の破線で示した曲線は、実線で示した曲線よりも大
きな振幅で加振部５を振動させた場合であり、加振部５
の振幅が大きくなると、スキャン部３の回動角θ７．θ
８も増大する。従って、受光素子チップ４の受光範囲も
印加電圧によって変化させることができる。 なお、上述の説明では、Ｐ軸回りの回動運動とＱ軸回り
の回動運動を同時に行わせる場合について説明したが、
駆動回路によってＰ軸回り又はＱ軸回りの一方の回動運
動だけを行わせてもよい。 第４図（ａ）　（ｂ）に示すものは本発明の別な実施例
であって、上記可動型受光素子７を用いて検出面１５の
角度を検出できるようにしたものである。 すなわち、検圧面１５に半導体レーザや発光ダイオード
等の投光素子１６を固定し、投光素子１６から検出面１
５に垂直な方向へ光を出射させ、スキャン部３及び受光
素子チップ４の角度θと受光素子チップ４の検出信号と
を同期させてあり、受光素子チップ４の受光強度が最大
となった時の角度θから検出面１５の角度を知るもので
ある。具体的にいうと、第５図（ａ）は第４図（ａ）に
示すようにθ７の回動角でスキャン部３がＰ軸の回りに
回動運動している時のスキャン部３の角度θを表わして
おり（スキャン部３の非駆動時の方向をθ−〇としてい
る。）、第５図（１））はスキャン部３の角度変化と同
期させて検出されている受光素子チップ４の検出信号の
強度Ｗの変化を示している。 受光素子チップ４の受光信号の強度Ｗが最大値Ｗｍａｘ
の時、受光素子チップ４は投光素子１６の方向（あるい
は、検出面１５と垂直な方向）を向いているから、強度
Ｗか最大値Ｗｍａｘの時のスキャン部３の角度θｍを知
れば、検出面１５の角度を知ることができる。同様にし
て、第４図（ｂ）のようにＱ軸のまわりで回転している
検出面１５の角度も知ることができる。 なお、上記のような方法ではスキャン部３の非駆動時の
方向に誤差が含まれる恐れがある場合には、基準方向を
向けて検出面１５を配置し、その時検出信号の強度Ｗが
最大となるスキャン部角度を測定しておけば、当該方向
を基準として検出面１５の角度な知ることができ、検出
面１５の測定精度を向上させることができる。 なお、本発明の可動型受光素子は、上記実施例に限定さ
れるものでなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲に
おいて種々の設計変更が可能である。例えば、駆動源と
しては、圧電振動子や磁歪振動子等以外にも、高速で微
小振動可能なアクチュエータであればよく、例えば静電
力を用いて微小振動を発生させるアクチュエータを用い
てもよい。また、図示したプレートの形状は一例であっ
て、２種以上の弾性変形モードを得ることができる形状
であれば図示の形状に限らない。 【発明の効果〕 本発明によれば、圧電振動子のような駆動源の振動を弾
性変形部によってスキャン部における少なくとも２方向
の回動運動に変換させることができ、受光素子チップの
受光方向を広い空間領域にわたってスキャニングさせる
ことができる。従って、指向性を有する受光素子チップ
を用いて、複雑な光学系を用いることなく、広い範囲に
おいて光を検出することができる。また、指向性を有す
る単体の受光素子チップを用いて受光感度の最も高い方
向を検出することがでとる。 しかも、本発明によれば、上記のような機能を備えた受
光素子を小型化することができる。 さらに、加振部の振幅を調整することにより、スキャン
部の各スキャン角を変化させることができ、１個の受光
素子によって受光方向を任意の空間領域で走査させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂ）は本発明の一実施例であって、第
１図（ａ）はそのねじれ変形モードを示す斜視図、第１
図（ｂ）はその曲げ変形モードを示す斜視図、第２図は
駆動周波数とスキャン部の回動角との関係を示す図、第
３図は同上の駆動源を駆動させるための駆動回路を示す
ブロック図、第４図（ａ）（ｂ）は本発明の別な実施例
であって、第４図（ａ）はそのねじれ変形モードを示す
斜視図、第４図（ｂ）はその曲げ変形モードを示す斜視
図、第５図はスキャン部の角度の変化と受光素子チップ
の検出信号の強度の変化のようすを示す図、第６図は従
来例の概略斜視図、第７図（ａ）は同上の受光素子の受
光方向（指向角）と受光感度との関係を示す図、第７図
（ｂ）は第７図（ａ）の指向角の説明図である。 ２・・・弾性変形部 ３・・・スキャン部 ４・・・受光素子チップ ５・・・加振部 ６・・・駆動源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも２つの弾性変形モードを有する弾性変
   形部と、 弾性変形部の一端に設けられた加振部と、 前記弾性変形部の各弾性変形モードに対する共振周波数
   の振動を加振部に付与するための駆動源と、 弾性変形部の他端に設けられ、加振部に振動が印加され
   た時に少なくともいずれかの弾性変形モードで弾性変形
   部を弾性振動させるように配置され、弾性変形部の弾性
   振動によって少なくとも２方向に回動できるようになっ
   たスキャン部と、スキャン部に設けられた受光素子チッ
   プとからなることを特徴とする可動型受光素子。