WO2024257739A1

WO2024257739A1 - 光偏向器および画像生成装置

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Publication number: WO2024257739A1
Application number: PCT/JP2024/021108
Authority: WO
Inventors: 真也中角; 雅春深草; 健介水原
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2023-06-14
Filing date: 2024-06-10
Publication date: 2024-12-19
Anticipated expiration: 2025-12-14

Abstract

第２光偏向器（１７）は、回動軸（Ｒ２）について回動する可動部（１０３）と、可動部（１０３）の上面に配置され、光を走査させるための第２ミラー（Ｍ２）（走査ミラー）と、可動部（１０３）の下面（１０３ａ）または第２ミラー（Ｍ２）の上面にモニタ光を投射する投射部（５００ａ）と、下面（１０３ａ）または第２ミラー（Ｍ２）の上面で反射されたモニタ光の反射光を受光する受光部（５００ｂ）と、を備える。受光部（５００ｂ）は、可動部（１０３）の回動により反射光が移動する方向に沿って並ぶ２つの受光面を有する２分割フォトダイオード（５０４）と、反射光を２つの受光面上に集光するミラー（５０３）（光学素子）と、を含んでいる。

Description

光偏向器および画像生成装置

　本発明は、光偏向器および当該光偏向器を備えた画像生成装置に関する。

　従来、映像信号により変調された光を走査させて画像を生成する画像生成装置が知られている。この装置では、たとえば、第１周期で光を水平方向に走査させつつ、第１周期より長い第２周期で光を垂直方向に走査させて、１フレーム分の画像が生成される。第１周期は映像信号の１ライン分の周期に対応し、第２周期は映像信号のフレーム周期に対応する。

　この種の画像生成装置では、ミラー回動方式の光偏向器を用いて、光の走査が行われる。たとえば、ＭＥＭＳ（Micro Electro MechanicalSystems）ミラーが、光偏向器として用いられる。さらに、光の走査位置、すなわち走査ミラーの回動位置をモニタするための構成が用いられる。

　以下の特許文献１に記載の構成では、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）を用いて走査ミラーの回動位置がモニタされる。具体的には、走査ミラーの裏面にモニタ用の光が照射され、その反射光がＰＳＤにより受光される。反射光の受光位置に応じた検出信号がＰＳＤから出力される。ミラーの回動に伴い、反射光の受光位置が移動する。ＰＳＤにおける反射光の受光位置から走査ミラーの回動位置が検出される。

特開２００４－１４４９２６号公報

　上述の画像生成装置では、より高精細な画像を描画するために、ミラー駆動の高速化が要求される。しかしながら、上記構成では、ＰＳＤの応答特性が比較的緩やかであるため、この応答特性を超える程度まで走査ミラーが高速駆動された場合に、正確な検出信号を得ることが困難である。したがって、この高速化の要求に対応可能なミラー回動位置の検出手法の検討が必要となる。

　かかる課題に鑑み、本発明は、走査ミラーを高速で駆動させた場合も、ミラーの回動位置に応じた検出信号を正確に得ることが可能な光偏向器および画像生成装置を提供することを目的とする。

　本発明の第１の態様は、光偏向器に関する。この態様に係る光偏向器は、回動軸について回動する可動部と、前記可動部の上面に配置され、光を走査させるための走査ミラーと、前記可動部の下面または前記走査ミラーの上面にモニタ光を投射する投射部と、前記下面または前記上面で反射された前記モニタ光の反射光を受光する受光部と、を備える。前記受光部は、前記可動部の回動により前記反射光が移動する方向に沿って並ぶ２つの受光面を有する２分割フォトダイオードと、前記反射光を前記２つの受光面上に集光する光学素子と、を含んでいる。前記可動部の回動を検出するための回動検出範囲において、前記反射光の集光スポットが、前記２つの受光面の両方に跨がり、且つ、何れの前記受光面からも少なくとも前記反射光が移動する方向にはみ出さないように、前記集光スポットのサイズと前記２つの受光面のサイズとが設定されている。

　本態様に係る光偏向器によれば、走査ミラーの回動に応じて、集光スポットが２つの受光面上をその並び方向に移動する。したがって、２つの受光面に対する集光スポットの掛かり具合のバランスは、走査ミラーの回動位置に応じたものとなる。このため、２分割フォトダイオードを構成する２つのセンサ部からは、走査ミラーの回動位置に応じた大きさのバランスで、受光信号がそれぞれ出力される。よって、これら２つの受光信号から、走査ミラーの回動位置に応じた検出信号を生成できる。

　また、フォトダイオードの応答特性は高いため、走査ミラーを高速で駆動させたとしても、各センサ部からは高レスポンスで受光信号が出力される。よって、走査ミラーを高速で駆動させた場合も、ミラーの回動位置に応じた検出信号を正確に得ることができる。

　本発明の第２の態様は、画像生成装置に関する。この態様に係る画像生成装置は、上記第１の態様に係る光偏向器と、前記２分割フォトダイオードからの出力に基づいて前記光偏向器を制御する制御部と、を備える。

　本態様に係る画像生成装置によれば、上記第１の態様に係る光検出器を備えるため、走査ミラーを高速で駆動させた場合も、検出信号を正確に取得できる。よって、この検出信号によって、光の走査位置を適正に制御できる。

　以上のとおり、本発明によれば、走査ミラーを高速で駆動させた場合も、ミラーの回動位置に応じた検出信号を正確に得ることが可能な光偏向器および画像生成装置を提供できる。

　本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１は、実施形態に係る、ＡＲグラスの構成を模式的に示す斜視図である。図２は、実施形態に係る、画像生成部の構成を模式的に示す図である。図３は、実施形態に係る、画像生成装置の回路部の構成を示す図である。図４は、実施形態に係る、第２光偏向器に含まれる光偏向素子の構成を示す平面図である。図５は、実施形態に係る、圧電アクチュエータに印加される駆動電圧の一例を示すグラフである。図６は、実施形態に係る、第２ミラーの回動位置を検出するための構成を含む第２光偏向器の平面図である。図７は、実施形態に係る、第２ミラーの回動位置を検出するための構成を含む第２光偏向器の断面図である。図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ実施形態に係る、投射部および受光部のミラーの反射面の形成方法を模式的に示す図である。図９（ａ）～（ｃ）は、それぞれ実施形態に係る、第２ミラーの回動に伴い集光スポットが２つの受光面上を移動する様子を模式的に示す図である。図１０は、実施形態に係る、第２ミラーおよび可動部の回動角度と検出信号との関係を模式的に示すグラフである。図１１は、変更例１に係る、投射部および受光部の構成を示す断面図である。図１２は、変更例２に係る、投射部および受光部の構成を示す断面図である。図１３は、変更例３に係る、投射部および受光部の構成を示す断面図である。図１４は、変更例４に係る、投射部および受光部の構成を示す断面図である。図１５は、変更例５に係る、投射部および受光部の構成を示す断面図である。図１６は、変更例６に係る、投射部および受光部の構成を示す断面図である。図１７は、他の実施形態に係る、第２ミラーの回動位置を検出するための構成を含む第２光偏向器の断面図である。図１８は、変更例７に係る、投射部および受光部の構成を示す断面図である。図１９は、変更例８に係る、投射部および受光部の構成を示す断面図である。図２０は、変更例８に係る、モニタ光を画像生成用の光に整合させるための光学系を示す図である。図２１は、変更例９に係る、投射部および受光部の構成を示す断面図である。図２２は、変更例１０に係る、投射部および受光部の構成を示す断面図である。

　ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

　以下の実施形態には、ＡＲグラスの画像生成装置に本発明を適用した例が示されている。ただし、以下の実施形態は、本発明の一実施形態あって、本発明は、以下の実施形態に何ら制限されるものではない。たとえば、本発明は、ＡＲグラスの画像生成装置に限らず、ＡＲゴーグル、ＶＲグラス、ＶＲゴーグル、車載のヘッドアップディスプレイなどの画像生成装置にも適用可能である。

　図１は、ＡＲグラス１の構成を模式的に示す斜視図である。図１には、ＡＲグラス１の前後左右上下方向が付記されている。

　ＡＲグラス１は、フレーム２と、一対の画像生成装置３と、を備える。一対の画像生成装置３は、左右方向に対称である。画像生成装置３は、画像生成部４と、ハーフミラー５と、検出部６と、を備える。ＡＲグラス１は、一般的な眼鏡と同様、使用者の頭部に装着される。

　フレーム２は、前面部２ａおよび一対の支持部２ｂにより構成される。一対の支持部２ｂは、前面部２ａの右端および左端から後方に延びている。フレーム２が使用者に装着されると、前面部２ａが使用者の一対の目Ｅの前方に位置付けられる。前面部２ａは、透明な材料（たとえば、樹脂等）により構成される。

　画像生成部４は、支持部２ｂの内側面に設置される。画像生成部４は、対応するハーフミラー５に対して、映像信号により変調された光を投射する。

　ハーフミラー５は、前面部２ａの内側面に設置される。ハーフミラー５は、対応する画像生成部４から投射された光を使用者の目Ｅに反射するとともに、前後方向に進む光を透過する。ハーフミラー５により反射された画像生成部４からの光は、目Ｅ内の網膜の中心に位置する中心窩に照射される。これにより、使用者は、画像生成装置３により生成されたフレーム画像２０（図２参照）を視覚的に把握できる。また、使用者は、ハーフミラー５を介してＡＲグラス１の前方を見ることができるため、ＡＲグラス１の前方の状態と、画像生成装置３により生成されたフレーム画像２０とを重ねて視覚的に把握できる。

　一対の検出部６は、前面部２ａの内側面に設置され、一対のハーフミラー５の間に位置付けられている。検出部６は、使用者の視線を検出するために用いられる。使用者の視線検出については、追って図３を参照して説明する。

　図２は、画像生成部４の構成を模式的に示す図である。

　画像生成部４は、光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、コリメータレンズ１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、アパーチャ１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、ミラー１４ａと、ダイクロイックミラー１４ｂ、１４ｃと、第１光偏向器１５と、リレー光学系１６と、第２光偏向器１７と、を備える。

　光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、たとえば、半導体レーザである。光源１１ａは、６３５ｎｍ以上６４５ｎｍ以下の範囲に含まれる赤色波長のレーザ光を出射し、光源１１ｂは、５１０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の範囲に含まれる緑色波長のレーザ光を出射し、光源１１ｃは、４４０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲に含まれる青色波長のレーザ光を出射する。

　本実施形態では、後述するフレーム画像２０としてカラー画像が生成されるため、画像生成部４は、赤色、緑色および青色のレーザ光を出射可能な光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃを備える。フレーム画像２０として単色の画像を表示する場合、画像生成部４は、画像の色に対応する１つの光源のみを備えていてもよい。また、画像生成部４は、出射波長の異なる２つの光源を備える構成でもよい。

　光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃから出射された光は、それぞれ、コリメータレンズ１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって平行光に変換される。コリメータレンズ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを透過した光は、それぞれ、アパーチャ１３ａ、１３ｂ、１３ｃによって、ほぼ円形のビームに整形される。

　ミラー１４ａは、アパーチャ１３ａを通過した赤色光を略全反射する。ダイクロイックミラー１４ｂは、アパーチャ１３ｂを通過した緑色光を反射し、ミラー１４ａで反射された赤色光を透過する。ダイクロイックミラー１４ｃは、アパーチャ１３ｃを通過した青色光を反射し、ダイクロイックミラー１４ｂを経由した赤色光および緑色光を透過する。ミラー１４ａと２つのダイクロイックミラー１４ｂ、１４ｃは、光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃから出射された各色の光の光軸を整合させるように配置されている。

　第１光偏向器１５は、ダイクロイックミラー１４ｃを経由した光を反射する。第１光偏向器１５は、たとえば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーである。第１光偏向器１５は、ダイクロイックミラー１４ｃを経由した光が入射する第１ミラーＭ１（走査ミラー）を、駆動信号に応じて、上下方向に平行な回動軸Ｒ１の周りに回動させる構成を備える。第１ミラーＭ１が回動することにより、光の反射方向が変化する。これにより、第１ミラーＭ１によって反射された光は、目Ｅの網膜において左右方向（水平方向）に走査される。

　リレー光学系１６は、第１光偏向器１５によって反射された光を、第２光偏向器１７の第２ミラーＭ２（走査ミラー）の中心へと向かわせる。すなわち、第１光偏向器１５に入射する光は、第１ミラーＭ１によって所定の振り角で振られる。リレー光学系１６は、各振り角の光を、第２ミラーＭ２の中心へと向かわせる。リレー光学系１６は、複数のミラーを有し、第１光偏向器１５によって反射された光を複数のミラーによって反射させて、第２光偏向器１７に向かわせる。これにより、リレー光学系１６の内部に長い光路長を実現でき、第２ミラーＭ２から見たときの光の振り角を抑制できる。

　第２光偏向器１７は、リレー光学系１６を経由した光を反射する。第２光偏向器１７は、ＭＥＭＳミラーである。第２光偏向器１７は、リレー光学系１６を経由した光が入射する第２ミラーＭ２を、駆動信号に応じて、左右方向に平行な回動軸Ｒ２の周りに回動させる。第２ミラーＭ２が回動することにより、光の反射方向が変化する。これにより、目Ｅの網膜において、第１光偏向器１５によって左右方向（水平方向）に走査される光が、上下方向（垂直方向）にも走査される。

　なお、第２光偏向器１７の構成は、追って、図４、図６および図７を参照して説明する。

　第２光偏向器１７によって反射された光、すなわち、画像生成部４から出射された光は、ハーフミラー５によって反射され、目Ｅの網膜においてフレーム画像２０を形成する。すなわち、映像信号により変調された光（光源１１ａ～１１ｃから出射される光）が第１光偏向器１５および第２光偏向器１７により水平方向（左右方向）および垂直方向（上下方向）に走査されることで、１フレーム分のフレーム画像２０が、目Ｅの網膜に形成される。

　図３は、画像生成装置３の回路部の構成を示す図である。

　検出部６は、光源６１および撮像素子６２を備え、画像生成部４の制御部４１に接続されている。光源６１は、たとえば、赤外波長の光を出射するＬＥＤである。撮像素子６２は、たとえば、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサである。光源６１は、制御部４１の指示に応じて使用者の目Ｅに光を照射する。撮像素子６２は、制御部４１の指示に応じて使用者の目Ｅを撮像し、撮像した撮像画像を制御部４１に出力する。

　画像生成部４は、制御部４１と、第１ミラー駆動回路４２と、第２ミラー駆動回路４３と、レーザ駆動回路４４と、ミラー検出回路４５と、を備える。

　制御部４１は、ＣＰＵやＦＰＧＡなどの演算処理ユニットやメモリを備える。制御部４１は、外部装置からの映像信号を処理して、画像生成部４の各部を制御する。また、制御部４１は、検出部６からの撮像画像に基づいて、たとえば、暗瞳孔法、明瞳孔法、角膜反射法などにより、使用者の視線を検出する。制御部４１は、検出した使用者の視線に基づいて、使用者の網膜に形成されるフレーム画像２０における視点位置を取得する。

　第１ミラー駆動回路４２は、制御部４１からの駆動信号に応じて、第１光偏向器１５の第１ミラーＭ１を駆動させる。第２ミラー駆動回路４３は、制御部４１からの駆動信号に応じて、第２光偏向器１７の第２ミラーＭ２を駆動させる。

　ミラー検出回路４５は、第２光偏向器１７における第２ミラーＭ２の駆動状態、すなわち、垂直方向（上下方向）における光の走査位置に応じた検出信号を制御部４１に出力する。ミラー検出回路４５における検出信号の生成方法については、追って、図９および図１０を参照して説明する。

　制御部４１は、ミラー検出回路４５からの検出信号に基づいて、第２ミラーＭ２が所望の駆動波形で垂直方向（上下方向）に回動するよう、第２ミラー駆動回路４３に駆動信号を出力する。また、制御部４１は、検出部６により検出された使用者の視線と、ミラー検出回路４５からの検出信号とに基づいて、当該視線の位置にフレーム画像２０が描写されるよう、第２ミラー駆動回路４３を制御する。

　なお、画像生成装置３は、第１光偏向器１５における第１ミラーＭ１の駆動状態、すなわち、水平方向（左右方向）における光の走査位置を検出する検出回路を、さらに備えてよい。この場合、制御部４１は、この検出回路からの検出信号に基づいて、第１ミラーＭ１が所望の駆動波形で水平方向（左右方向）に回動するよう、第１ミラー駆動回路４２を制御する。

　図４は、第２光偏向器１７に含まれる光偏向素子１００の構成を示す平面図である。図４には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｘ軸正方向は、図１の右方向に対応する。

　図４に示すように、本実施形態では、第２光偏向器１７が、ミアンダ型のＭＥＭＳミラー（光偏向素子１００）を備えている。但し、光偏向素子１００は、ミアンダ型のＭＥＭＳミラーに限らず、他の構成の光偏向素子であってもよい。

　光偏向素子１００は、支持部１０１と、一対の駆動部１０２と、可動部１０３と、を備える。支持部１０１は、所定厚みの枠状の部材であり、たとえば、シリコン基板により構成される。平面視において、支持部１０１は、長方形の輪郭を有する。

　駆動部１０２は、一端が支持部１０１に繋がり他端が可動部１０３に繋がる基板１１０と、基板１１０の上面に形成された４つの圧電アクチュエータ１１１とを備える。基板１１０は、回動軸Ｒ２に垂直な方向に蛇行するミアンダ形状を有する。基板１１０の厚みは一定である。基板１１０は、支持部１０１と同様の材料によって支持部１０１と一体形成される。

　４つの圧電アクチュエータ１１１は、回動軸Ｒ２に垂直な方向（Ｙ軸方向）に延びる基板１１０の４つの領域１１０ａの上面にそれぞれ配置される。圧電アクチュエータ１１１は、一定厚みの圧電体が上部電極と下部電極とに挟まれた構成である。

　圧電体は、たとえば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）により形成される。上部電極および下部電極は、たとえば、白金により形成される。上部電極と下部電極との間に電圧（駆動信号）が印加されることにより、圧電アクチュエータ１１１（圧電体）が伸縮する。これにより、基板１１０が撓み、可動部１０３を駆動させるための駆動力が生じる。

　可動部１０３は、一対の駆動部１０２によって支持されている。可動部１０３は、駆動部１０２の基板１１０と同様の材料によって、基板１１０および支持部１０１と一体形成される。平面視において可動部１０３は、円形である。可動部１０３の形状が、正方形等の他の形状であってもよい。可動部１０３の厚みは、基板１１０と同様の厚みである。したがって、可動部１０３は、円板形状を有する。可動部１０３の上面に、上述の第２ミラーＭ２が形成される。可動部１０３上面の反射率が高い場合、可動部１０３の上面が第２ミラーＭ２となっていてもよい。

　可動部１０３側から奇数番目の圧電アクチュエータ１１１に同位相の駆動電圧が印加されると、これら圧電アクチュエータ１１１の圧電体が変形し、奇数番目の基板１１０（領域１１０ａ）が撓むように振動する。このとき、可動部１０３側から偶数番目の圧電アクチュエータ１１１に、奇数番目の圧電アクチュエータ１１１に印加する駆動電圧とは逆位相の駆動電圧が印加される。これにより、圧電アクチュエータ１１１内の圧電体が変形し、偶数番目の基板１１０（領域１１０ａ）が撓むように変形する。こうして、それぞれの基板１１０が変形することにより、可動部１０３が回動軸Ｒ２について回動する。

　図５は、圧電アクチュエータ１１１に印加される駆動電圧の一例を示すグラフである。

　上記のように、奇数番目の圧電アクチュエータ１１１に図５の駆動電圧が印加される場合、偶数番目の圧電アクチュエータ１１１には図５と逆相の駆動電圧が印加される。図５において、横軸は時間であり、縦軸は電圧である。縦軸および横軸は、それぞれ規格化されている。

　図５において、Ｔ０は、駆動電圧の１周期である。すなわち、この周期Ｔ０で、第２ミラーＭ２が反復回動する。この周期Ｔ０のうち、期間ΔＴが画像の描画期間である。すなわち、期間ΔＴにおいて、映像信号により変調された光を光源１１ａ～１１ｃが出射し、画像描画のための垂直走査が第２ミラーＭ２により行われる。

　図５の波形では、駆動電圧波形を急峻に変化させている。すなわち、部分的に第２ミラーＭ２の走査速度が変化されている。これにより、部分的に描画数が増減する。第２ミラーＭ２の走査速度が遅い期間において、第２ミラーＭ２の走査方向の描画数が増加する。この期間は、視線を含む走査範囲に対応する。したがって、フレーム画像２０は、視線を含む範囲の密度が高められ、使用者はより明瞭に画像を見ることができる。

　ところで、上記構成の画像生成装置３では、垂直方向における光の走査位置、すなわち、第２光偏向器１７における第２ミラーＭ２（走査ミラー）の回動位置をモニタするための構成が用いられる。これにより、適切な描画位置でミラーの走査速度を調整することができる。この場合、たとえば、可動部１０３の裏面（Ｚ軸負側の面）にモニタ用の光を照射し、その反射光をＰＳＤにより受光する構成を用いることができる。

　しかしながら、この構成では、ＰＳＤの応答特性が比較的緩やかであるため、この応答特性を超える高い周波数成分を含む駆動電圧波形で第２ミラーＭ２（走査ミラー）の急峻な速度制御を行った場合に、正確な検出信号を得ることが困難となる。たとえば、第２ミラーＭ２を１００ｋＨｚ程度の高い周波数成分を含む駆動電圧波形で制御した場合、図５に破線の丸で示す駆動電圧の切り替わりタイミングにおいて、ＰＳＤからの検出信号が丸みを帯びてしまう。上記構成の画像生成装置３では、より高精細な画像を描画するために、第２ミラーＭ２を急峻（たとえば、１００ｋＨｚ程度）に速度制御することが要求される。

　そこで、本実施形態では、この高速化の要求に対応可能な回動位置の検出手法が用いられる。

　図６は、第２ミラーＭ２の回動位置を検出するための構成を含む第２光偏向器１７の平面図である。また、図７は、図６の第２光偏向器１７をＡ－Ａ位置においてＹ－Ｚ平面に平行な平面で切断したときの断面図である。図７には、光源５０１から出射されたモニタ光の外縁が破線で示され、モニタ光の光軸が一点鎖線で示されている。

　図６および図７に示すように、光偏向素子１００は、枠部材２００に設置される。枠部材２００は、平面視においてＸ軸方向に長い長方形の形状を有し、光偏向素子１００が嵌まる長方形の凹部２０１を有する。枠部材２００の厚みは一定であり、凹部２０１の深さは一定である。凹部２０１には、平面視において光偏向素子１００の駆動部１０２および可動部１０３を囲む長方形の開口２０２が形成されている。光偏向素子１００は、接着剤等によって、凹部２０１に設置される。

　枠部材２００の下面に、回路基板３０１ａ、３０１ｂと、支持部材４００とが設置される。回路基板３０１ａには、モニタ光を出射するための光源５０１と、光源５０１を駆動するための駆動回路が配置されている。この駆動回路は、図３のミラー検出回路４５に含まれる。光源５０１は、たとえば発光ダイオードにより構成される。光源５０１が、半導体レーザであってもよい。光源５０１は、下方向（Ｚ軸負方向）にモニタ光を出射する。

　回路基板３０１ｂには、２分割フォトダイオード５０４と、２分割フォトダイオード５０４からの受光信号を処理する処理回路が配置されている。この処理回路は、図３のミラー検出回路４５に含まれる。２分割フォトダイオード５０４は、Ｙ軸方向に並ぶ２つの受光面を備える。すなわち、２分割フォトダイオード５０４の受光面は、Ｘ軸に平行な分割線によってＹ軸方向に２つに分割されている。２つの受光面は、下方向（Ｚ軸負方向）を向いている。

　２分割フォトダイオード５０４は、受光面ごとにセンサ部を有する。これら２つのセンサ部から、対応する受光面の受光光量に応じた大きさの受光信号が出力される。上述の処理回路は、これら受光信号を処理して、第２ミラーＭ２の回動位置に応じた検出信号を生成する。２分割フォトダイオード５０４の構成および検出信号の生成方法については、追って、図９（ａ）～（ｃ）および図１０を参照して説明する。

　支持部材４００は、上部が開放された箱形状を有する。支持部材４００は、ＳＵＳ等の遮光性かつ高剛性の材料から構成される。平面視において、支持部材４００の輪郭は、枠部材２００の輪郭と同じである。支持部材４００には、平面視において矩形の凹部４０１が形成されている。この凹部４０１に、ミラー５０２、５０３が設置されている。

　ミラー５０２の反射面５０２ａは、光源５０１から出射されたモニタ光を可動部１０３の下面１０３ａに合焦させる凹形状を有している。ミラー５０３の反射面５０３ａは、可動部１０３の下面１０３ａで反射されたモニタ光の反射光を集光スポットに集光させる凹形状を有している。光源５０１、ミラー５０２、５０３および２分割フォトダイオード５０４は、光偏向素子１００のＸ軸方向の中心を通り、回動軸Ｒ２に垂直な共通の平面上に位置づけられる。すなわち、光源５０１から２分割フォトダイオード５０４へと至るモニタ光の光軸がこの平面に含まれるように、光源５０１、ミラー５０２、５０３および２分割フォトダイオード５０４が配置される。

　なお、この配置は一例であり、たとえば、光源５０１、ミラー５０２、５０３および２分割フォトダイオード５０４は、第２ミラーＭ２の回動軸Ｒ２に平行な平面上に配置してもよい。この場合も、２分割フォトダイオード５０４は、２つの受光面がＹ軸方向に並ぶように配置される。この構成では、光偏向素子１００の長手方向に部品を配置できるため、全体のフットプリントを小さくできる。

　図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ミラー５０２、５０３の反射面５０２ａ、５０３ａの形成方法を模式的に示す図である。

　図８（ａ）に示すように、ミラー５０２の反射面５０２ａは、光源５０１の発光点Ｆ１１と、可動部１０３の下面１０３ａに設定されたモニタ光の焦点Ｆ１２とを長軸Ｌ１上に含む楕円Ｓ１を、長軸Ｌ１について回転させて形成される回転楕円面に沿った形状を有する。

　図８（ａ）に示すように、反射面５０２ａの１つの稜線が楕円Ｓ１の一部に沿う形状である場合、楕円Ｓ１の長軸Ｌ１上にある発光点Ｆ１１から発した光は、反射面５０２ａによって、長軸Ｌ１上の焦点Ｆ１２に合焦される。逆に、焦点Ｆ１２から発した光は、反射面５０２ａによって、発光点Ｆ１１に合焦される。

　ここで、楕円Ｓ１の長軸Ｌ１と短軸との比に応じて、反射面５０２ａから発光点Ｆ１１までの第１焦点距離と、反射面５０２ａから焦点Ｆ１２までの第２焦点距離とが変化する。換言すると、第１焦点距離と第２焦点距離の長さに応じて、長軸Ｌ１と短軸の比が変化し、楕円Ｓ１の形状も変化する。これに応じて、反射面５０２ａの稜線の形状も変化する。

　ここでは、発光点Ｆ１１に光源５０１の発光点が設定され、焦点Ｆ１２が可動部１０３の下面１０３ａに設定される。これにより、光源５０１から出射されたモニタ光は、ミラー５０２の反射面５０２ａにより反射および集光されて、可動部１０３の下面１０３ａに合焦される。モニタ光の焦点Ｆ１２は、たとえば、可動部１０３の下面１０３ａの中心に設定される。

　図８（ｂ）に示すように、ミラー５０３の反射面５０３ａは、可動部１０３の下面１０３ａに設定された上述の焦点Ｆ１２と、モニタ光の焦点Ｆ１３とを長軸Ｌ２上に含む楕円Ｓ２を、長軸Ｌ２について回転させて形成される回転楕円面に沿った形状を有する。これにより、上記と同様の原理により、可動部１０３の下面１０３ａで反射されたモニタ光の反射光は、ミラー５０３の反射面５０３ａにより反射および集光されて、焦点Ｆ１３に合焦される。

　ここで、反射光の焦点Ｆ１３は、２分割フォトダイオード５０４の２つの受光面に対して、これら受光面に垂直な方向に外れた位置に位置づけられる。図８（ｂ）の例では、２分割フォトダイオード５０４の受光面に対して反射光の進行方向の奥側に、焦点Ｆ１３が位置づけられている。２分割フォトダイオード５０４の受光面に対して反射光の進行方向の手前側に、焦点Ｆ１３が位置づけられてもよい。すなわち、モニタ光の反射光は、オフフォーカスの状態で２分割フォトダイオード５０４の受光面に集光される。これにより、焦点より大き目の反射光の集光スポットが、２つの受光面上に位置づけられる。

　図７の構成では、光源５０１およびミラー５０２が、可動部１０３の下面１０３ａにモニタ光を投射する投射部５００ａを構成し、ミラー５０３および２分割フォトダイオード５０４が、可動部１０３の下面１０３ａで反射されたモニタ光の反射光を受光する受光部５００ｂを構成する。また、ミラー５０２は、光源５０１から出射されたモニタ光を可動部１０３の下面１０３ａに合焦させる光学素子に共用され、ミラー５０３は、可動部１０３の下面１０３ａで反射されたモニタ光の反射光を２分割フォトダイオード５０４の２つの受光面上に集光する光学素子に共用されている。

　なお、図７の構成において、可動部１０３の下面１０３ａは、２分割フォトダイオード５０４の受光面に十分な光量の反射光を導き得る程度の反射率を有することが想定されている。これに対し、２分割フォトダイオード５０４の受光面に十分な光量の反射光を導き得えない場合は、モニタ光が照射される下面１０３ａの領域に鏡面仕上げが施され、あるいは、別途、反射膜が形成されてもよい。

　図７の構成において、可動部１０３とともに第２ミラーＭ２が回動軸Ｒ２について回動すると、２分割フォトダイオード５０４の受光面上に集光された反射光の集光スポットが、Ｙ軸方向、すなわち、２つの受光面の並び方向に移動する。したがって、第２ミラーＭ２の回動位置に応じて、２つの受光面に対する集光スポットの掛かり具合が変化する。

　図９（ａ）～（ｃ）は、第２ミラーＭ２の回動に伴い集光スポットＳＰ１が受光面Ｄａ、Ｄｂ上を移動する様子を模式的に示す図である。図９（ａ）～（ｃ）の上段には、２分割フォトダイオード５０４を側方から見た図が示され、図９（ａ）～（ｃ）の下段には、２分割フォトダイオード５０４を平面視した図が示されている。

　図９（ａ）は、第２ミラーＭ２が、回動検出範囲の一方の境界付近にあるときの状態を示し、図９（ｃ）は、第２ミラーＭ２が、回動検出範囲の他方の境界付近にあるときの状態を示している。図９（ｃ）は、第２ミラーＭ２が中立位置（図７の位置）にあるときの状態を示している。

　ここで、回動検出範囲とは、第２ミラーＭ２および可動部１０３の回動を検出するための範囲のことである。回動検出範囲は、図５の周期Ｔ０において第２ミラーＭ２および可動部１０３が回動する理想の回動範囲よりやや広めに設定され得る。

　図９（ａ）～（ｃ）に示すように、２分割フォトダイオード５０４は、Ｙ軸方向に並ぶ２つの受光面Ｄａ、Ｄｂを有する。２分割フォトダイオード５０４は、２つの受光面Ｄａ、Ｄｂをそれぞれ有する２つのセンサ部５０４ａ、５０４ｂを備えている。受光面Ｄａ、Ｄｂの形状およびサイズは、互いに等しい。受光面Ｄａ、Ｄｂの分割線は、Ｘ軸方向に平行である。反射光Ｂ１の集光スポットＳＰ１は、第２ミラーＭ２および可動部１０３の回動に応じて、受光面Ｄａ、Ｄｂの並び方向（Ｙ軸方向）に移動する。

　上述の回動検出範囲において、反射光Ｂ１の集光スポットＳＰ１が、２つの受光面Ｄａ、Ｄｂの両方に跨がり、且つ、何れの受光面Ｄａ、Ｄｂから少なくともＹ軸方向にはみ出さないように、集光スポットＳＰ１のサイズと２つの受光面Ｄａ、Ｄｂのサイズとが設定されている。図９（ａ）～（ｃ）の例では、上述の回動検出範囲において、Ｙ軸方向のみならずＸ軸方向にも、集光スポットＳＰ１が受光面Ｄａ、Ｄｂからはみ出さないように、集光スポットＳＰ１のサイズと２つの受光面Ｄａ、Ｄｂのサイズとが設定されている。

　図９（ａ）の状態では、第２ミラーＭ２および可動部１０３が一方向に大きく回動しているため、反射光Ｂ１の集光スポットＳＰ１は、その大部分が受光面Ｄａに含まれるように、受光面Ｄａ、Ｄｂに跨がる。図９（ｃ）の状態では、第２ミラーＭ２および可動部１０３が他方向に大きく回動しているため、反射光Ｂ１の集光スポットＳＰ１は、その大部分が受光面Ｄｂに含まれるように、受光面Ｄａ、Ｄｂに跨がる。図９（ｂ）の状態では、第２ミラーＭ２および可動部１０３が中立位置にあるため、反射光Ｂ１の集光スポットＳＰ１は、その半分が受光面Ｄａ、Ｄｂにそれぞれ含まれるように、受光面Ｄａ、Ｄｂに均等に跨がる。

　２分割フォトダイオード５０４は、第２ミラーＭ２および可動部１０３が中立位置にあるときに、集光スポットＳＰ１が受光面Ｄａ、Ｄｂに均等に掛かるように、位置調整されている。

　このように、第２ミラーＭ２および可動部１０３の回動位置に応じて、２つの受光面Ｄａ、Ｄｂに対する集光スポットＳＰ１の掛かり具合が変化する。したがって、２つの受光面Ｄａ、Ｄｂに対する集光スポットＳＰ１の掛かり具合、すなわち、２つのセンサ部５０４ａ、５０４ｂから出力される受光信号の大きさのバランスにより、第２ミラーＭ２および可動部１０３の回動位置を検出できる。

　図１０は、第２ミラーＭ２および可動部１０３の回動角度と検出信号との関係を模式的に示すグラフである。

　ここでは、検出信号が、以下の式により算出される。

　　検出信号＝（ＰＤ_Ａ－ＰＤ_Ｂ）／（ＰＤ_Ａ＋ＰＤ_Ｂ）　…（１）

　式（１）において、ＰＤ_Ａは、一方のセンサ部５０４ａから出力される受光信号の大きさであり、ＰＤ_Ｂは、他方のセンサ部５０４ｂから出力される受光信号の大きさである。ここでは、受光信号ＰＤ_Ａ、ＰＤ_Ｂの差分が、受光信号ＰＤ_Ａ、ＰＤ_Ｂの合計で除算されて、検出信号が算出される。これにより、反射光Ｂ１の強度ばらつきにより検出信号がばらつくことを抑制できる。

　図１０において、角度ゼロは、第２ミラーＭ２および可動部１０３が中立位置にあることを示し、角度が正負の範囲は、第２ミラーＭ２および可動部１０３が中立位置から一方向および他方向に回動する範囲である。検出信号が角度の軸に平行である角度範囲は、集光スポットＳＰ１が２つの受光面Ｄａ、Ｄｂの何れか一方のみに含まれるときの角度範囲に対応する。

　図１０に示すように、検出信号は、最小角度θｍｉｎから最大角度θｍａｘまでの回動検出範囲において、第２ミラーＭ２および可動部１０３の回動角度の変化に伴い、ほぼリニアに変化する。よって、回動検出範囲において、検出信号から第２ミラーＭ２および可動部１０３の回動位置を検出できる。

　図３のミラー検出回路４５は、２分割フォトダイオード５０４の２つのセンサ部５０４ａ、５０４ｂからそれぞれ出力される受光信号ＰＤ_Ａ、ＰＤ_Ｂに対して、増幅およびノイズ除去の処理を施す。ミラー検出回路４５は、この処理を施した後の受光信号ＰＤ_Ａ、ＰＤ_Ｂを、所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換し、変換後のデジタル信号を用いて、上記式（１）の演算を行う。こうして、ミラー検出回路４５は、サンプリングタイミングごとに、順次、デジタルの検出信号を制御部４１に出力する。

　制御部４１は、受信した検出信号から、図１０のグラフに基づき、第２ミラーＭ２および可動部１０３の実際の回動位置をモニタし、実際の回動位置が図５の理想波形に沿うように、第２ミラー駆動回路４３を制御する。回動位置の取得は、図１０のグラフに基づく演算処理により行われてよく、あるいは、角度と検出信号の大きさとを予め対応づけたテーブルを用いて行われてもよい。こうして、第２ミラーＭ２および可動部１０３が、理想の回動状態で回動する。

　なお、図３の構成では、ミラー検出回路４５により検出信号が生成されたが、検出信号の生成が制御部４１において行われてもよい。この場合、ミラー検出回路４５は、２分割フォトダイオード５０４の２つのセンサ部５０４ａ、５０４ｂからそれぞれ出力される受光信号ＰＤ_Ａ、ＰＤ_Ｂに対して、増幅およびノイズ除去と、Ａ／Ｄ変換とを施す処理回路に置き換えられる。制御部４１は、処理回路から順次入力されるデジタルの受光信号ＰＤ_Ａ、ＰＤ_Ｂから、上記式（１）の演算により、検出信号を生成する。そして、制御部４１は、この制御信号を用いて、第２ミラー駆動回路４３に対する上述の制御を行う。

　＜実施形態の効果＞
　上記実施形態によれば、以下の効果が奏される。

　図９（ａ）～（ｃ）に示したように、第２ミラーＭ２（走査ミラー）の回動に応じて、集光スポットＳＰ１が２つの受光面Ｄａ、Ｄｂ上をその並び方向に移動する。したがって、２つの受光面Ｄａ、Ｄｂに対する集光スポットＳＰ１の掛かり具合のバランスは、第２ミラーＭ２（走査ミラー）の回動位置に応じたものとなる。このため、２分割フォトダイオード５０４を構成する２つのセンサ部５０４ａ、５０４ｂからは、第２ミラーＭ２（走査ミラー）の回動位置に応じた大きさのバランスで、受光信号がそれぞれ出力される。よって、これら２つの受光信号から、上記式（１）により、第２ミラーＭ２（走査ミラー）の回動位置に応じた検出信号を生成できる。

　また、２分割フォトダイオード５０４の応答特性は高いため、第２ミラーＭ２（走査ミラー）を高速で駆動させたとしても、各センサ部５０４ａ、５０４ｂからは高レスポンスで受光信号が出力される。よって、第２ミラーＭ２（走査ミラー）を高速で駆動させた場合も、第２ミラーＭ２（走査ミラー）の回動位置に応じた検出信号を正確に取得できる。

　図７に示したように、受光部５００ｂは、モニタ光の反射光を反射して２分割フォトダイオード５０４へと向かわせるミラー５０３を備える。このように、モニタ光の反射光をミラー５０３で折り返して２分割フォトダイオード５０４に導くことにより、受光部５００ｂを高さ方向に小型化できる。よって、第２光偏向器１７（光偏向器）の形状をコンパクトにできる。

　図７に示したように、ミラー５０３の反射面５０３ａは、モニタ光の反射光を集光スポットＳＰ１に集光させる凹形状を有し、ミラー５０３は、モニタ光の反射光を２つの受光面Ｄａ、Ｄｂ上に集光する光学素子として共用される。これにより、受光部５００ｂの部品点数を削減でき、第２光偏向器１７（光偏向器）の構成を簡素化できる。

　図７に示したように、投射部５００ａは、モニタ光を可動部１０３の下面１０３ａに合焦させるミラー５０２（他の光学素子）を含み、受光部５００ｂ側のミラー５０３の反射面５０３ａは、図８（ｂ）に示したように、モニタ光の焦点Ｆ１２を長軸Ｌ２上に含む楕円Ｓ２を長軸Ｌ２について回転させて形成される回転楕円面に沿った形状を有し、長軸Ｌ２上に含まれる反射光の焦点Ｆ１３が、２分割フォトダイオード５０４の２つの受光面に対して、これら受光面に垂直な方向に外れた位置に位置づけられる。これにより、可動部１０３の下面１０３ａで反射されたモニタ光の反射光を反射面５０３ａにより２分割フォトダイオード５０４の受光面Ｄａ、Ｄｂに適正に集光させることができる。

　図７に示したように、投射部５００ａは、モニタ光を出射する光源５０１と、光源５０１から出射されたモニタ光を可動部１０３の下面１０３ａに合焦させるミラー５０２（他の光学素子）と、を含む。これにより、モニタ光が照射される下面１０３ａの領域を顕著に小さくでき、光偏向素子１００の設計の自由度を高めることができる。

　図７に示したように、投射部５００ａは、光源５０１から出射されたモニタ光を反射して可動部１０３の下面１０３ａに向かわせるミラー５０２を備える。このように、モニタ光をミラー５０２で折り返して可動部１０３の下面１０３ａに導くことにより、投射部５００ａを高さ方向に小型化できる。よって、第２光偏向器１７（光偏向器）の形状をコンパクトにできる。

　図７に示したように、ミラー５０２の反射面５０２ａは、モニタ光を可動部１０３の下面１０３ａに合焦させる凹形状を有し、ミラー５０２は、モニタ光を可動部１０３の下面１０３ａに合焦させる他の光学素子として共用される。これにより、投射部５００ａの部品点数を削減でき、第２光偏向器１７（光偏向器）の構成の簡素化できる。

　図８（ａ）に示したように、ミラー５０２の反射面５０２ａは、光源５０１の発光点Ｆ１１とモニタ光の焦点Ｆ１２とを長軸Ｌ１上に含む楕円Ｓ１を長軸Ｌ１について回転させて形成される回転楕円面に沿った形状を有する。これにより、光源５０１から出射されたモニタ光を可動部１０３の下面１０３ａに適正に集光させることができる。

　図６および図７に示したように、投射部５００ａおよび受光部５００ｂは、遮光性の材料から構成された支持部材４００の凹部４０１に設置され、周囲が支持部材４００によって囲まれる。このため、迷光が２分割フォトダイオード５０４に入射しにくくなり、第２ミラーＭ２の回転位置に応じた検出信号を精度良く取得できる。

　＜変更例１＞
　投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、種々の変更が可能である。

　図１１は、変更例１に係る、投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成を示す断面図である。

　便宜上、図１１では、投射部５００ａおよび受光部５００ｂを構成する部材には、ハッチングが省略され、支持部材４００の図示が省略されている。支持部材４００の凹部４０１は、投射部５００ａおよび受光部５００ｂの各光学部材を支持可能に構成されればよい。これらの点は、変更例２以降においても同様である。

　変更例１では、光源５０１から出射されたモニタ光は、集光されることなく可動部１０３の下面１０３ａに照射される。可動部１０３の下面１０３ａで反射されたモニタ光の反射光は、レンズ５１１によって、２分割フォトダイオード５０４の受光面Ｄａ、Ｄｂ上に集光される。反射光の焦点Ｆ２１は、受光面Ｄａ、Ｄｂに対して反射光の進行方向の奥側に位置づけられる。光源５０１から２分割フォトダイオード５０４へと至るモニタ光の光軸は、Ｙ－Ｚ平面に平行な共通の平面に含まれる。２つの受光面Ｄａ、Ｄｂは、可動部１０３の回動により集光スポットＳＰ１が移動する方向に並んでいる。可動部１０３が中立位置にあるとき、反射光の光軸は、図９（ｂ）の場合と同様、受光面Ｄａ、Ｄｂを含む平面に垂直に、受光面Ｄａ、Ｄｂの分割線を貫く。

　この構成によっても、図９（ａ）～（ｃ）と同様、第２ミラーＭ２および可動部１０３の回動に応じて、集光スポットＳＰ１が、２つの受光面Ｄａ、Ｄｂ上を移動し、２つの受光面Ｄａ、Ｄｂに対する集光スポットＳＰ１の掛かり具合が変化する。よって、上記実施形態と同様、２分割フォトダイオード５０４から出力される受光信号に基づいて、第２ミラーＭ２の回動位置を検出することができる。

　＜変更例２＞
　図１２は、変更例２に係る、投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成を示す断面図である。

　変更例２では、変更例１の構成にミラー５１２が追加されている。ミラー５１２のミラー面５１２ａは、平面である。上記実施形態と同様、光源５０１は、回路基板３０１ａに配置されて、下向きにモニタ光を出射する。

　この構成によっても、変更例１と同様の効果が奏される。さらに、この構成では、モニタ光がミラー５１２で折り返されて可動部１０３の下面１０３ａに導かれるため、変更例１の構成に比べて、投射部５００ａを高さ方向に小型化でき、第２光偏向器１７（光偏向器）の形状をコンパクトにできる。

　＜変更例３＞
　図１３は、変更例３に係る、投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成を示す断面図である。

　変更例３では、変更例２の構成にミラー５１３が追加されている。ミラー５１３のミラー面５１３ａは、平面である。上記実施形態と同様、２分割フォトダイオード５０４は、回路基板３０１ｂに下向きに配置されている。集光スポットＳＰ１と受光面Ｄａ、Ｄｂとの関係は、図９（ａ）～（ｃ）と同様である。

　この構成によっても、変更例１、２と同様の効果が奏される。さらに、この構成では、可動部１０３の下面１０３ａで反射されたモニタ光の反射光がミラー５１３で折り返されて２分割フォトダイオード５０４に導かれるため、変更例１、２の構成に比べて、受光部５００ｂを高さ方向に小型化でき、第２光偏向器１７（光偏向器）の形状をコンパクトにできる。

　＜変更例４＞
　図１４は、変更例４に係る、投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成を示す断面図である。

　変更例４では、変更例２の構成にレンズ５１４が追加されている。レンズ５１４は、光源５０１から出射されたモニタ光を、可動部１０３の下面１０３ａに合焦させる。

　この構成によっても、変更例１、２と同様の効果が奏される。さらに、この構成では、光源５０１から出射されたモニタ光が可動部１０３の下面１０３ａに合焦されるため、モニタ光が照射される下面１０３ａの領域を顕著に小さくできる。よって、光偏向素子１００の設計の自由度を高めることができる。

　なお、図１４の構成では、下面１０３ａに設定されたモニタ光の焦点からモニタ光の反射光が生じる。このため、レンズ５１１を省略して、２分割フォトダイオード５０４をこの焦点に接近させることにより、比較的小さな集光スポットＳＰ１を２分割フォトダイオード５０４の受光面Ｄａ、Ｄｂに導くことができる。これにより、上記実施形態と同様、２分割フォトダイオード５０４からの受光信号から、第２ミラーＭ２の回動位置に応じた検出信号を正確に生成できる。この場合、投射部５００ａのレンズ５１４が、モニタ光の反射光を２つの受光面Ｄａ、Ｄｂ上に集光する受光部５００ｂ側の光学素子として共用されることになる。

　また、図１４の構成からレンズ５１１を省略し、投射部５００ａのレンズ５１４が、モニタ光を下面１０３ａではなく、焦点Ｆ１２に合焦させるように構成されてもよい。この場合、モニタ光は、オフフォーカスの状態で可動部１０３の下面１０３ａに照射される。この構成によっても、２分割フォトダイオード５０４からの受光信号から、第２ミラーＭ２の回動位置に応じた検出信号を正確に生成できる。また、この場合も、投射部５００ａのレンズ５１４が、モニタ光の反射光を２つの受光面Ｄａ、Ｄｂ上に集光する受光部５００ｂ側の光学素子として共用されることになる。

　＜変更例５＞
　図１５は、変更例５に係る、投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成を示す断面図である。

　変更例５では、図７の構成に比べて、受光部５００ｂの構成が変更されている。すなわち、図１５の構成では、可動部１０３の下面１０３ａで反射されたモニタ光の反射光は、レンズ５１１によって、２分割フォトダイオード５０４の受光面Ｄａ、Ｄｂに集光される。反射光の焦点Ｆ２１は、受光面Ｄａ、Ｄｂに対して、反射光の進行方向の奥側に位置づけられる。

　この構成によっても、上記実施形態と同様、２分割フォトダイオード５０４からの受光信号に基づいて、第２ミラーＭ２の回動状態を正確に検出できる。また、この構成においても、図１４の構成の場合と同様、レンズ５１１を省略して、モニタ光の反射光を直接、受光面Ｄａ、Ｄｂに導くようにしてもよい。

　＜変更例６＞
　図１６は、変更例６に係る、投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成を示す断面図である。

　変更例６では、図７の構成に比べて、投射部５００ａの構成が変更されている。すなわち、図１６の構成では、光源５０１から出射されたモニタ光は、レンズ５１４によって、可動部１０３の下面１０３ａに合焦される。この構成によっても、上記実施形態と同様、２分割フォトダイオード５０４からの受光信号に基づいて、第２ミラーＭ２の回動状態を正確に検出できる。

　＜他の実施形態＞
　上記実施形態では、投射部５００ａが可動部１０３の下面１０３ａにモニタ光を投射したが、モニタ光が第２ミラーＭ２の上面に投射されてもよい。

　図１７は、他の実施形態に係る、第２光偏向器１７の構成を示す断面図である。

　図１７に示すように、第２光偏向器１７は、第２ミラーＭ２の上面にモニタ光Ｌ１１を投射する投射部５００ａと、第２ミラーＭ２の上面で反射されたモニタ光Ｌ１１の反射光を受光する受光部５００ｂとを備える。上記実施形態と同様、投射部５００ａは、光源５０１とミラー５０２とを備え、受光部５００ｂは、ミラー５０３と２分割フォトダイオード５０４とを備える。

　投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成は、モニタ光Ｌ１１の投射対象（モニタ光Ｌ１１の反射対象）が第２ミラーＭ２の上面であることを除いて、上記実施形態と同様である。上記実施形態と同様、ミラー５０２、５０３の反射面５０２ａ、５０３ａは、それぞれの回転楕円面に沿った形状である。ミラー５０２、５０３は、光源５０１から出射されたモニタ光Ｌ１１を第２ミラーＭ２の上面の中心付近に集光させる。ミラー５０３は、第２ミラーＭ２で反射されたモニタ光Ｌ１１を、２分割フォトダイオード５０４の２つの受光面に対して、これら受光面に垂直な方向に外れた位置に集光させる。

　光源５０１および２分割フォトダイオード５０４は、回路基板３００の上面に設置されている。回路基板３００には、光源５０１および２分割フォトダイオード５０４を駆動するための駆動回路が実装されている。ミラー５０２、５０３は、支持部材４００に設置されたガラス基板６００の下面に設置されている。映像信号により変調された画像生成用の光Ｌ１０は、ガラス基板６００を透過して、第２ミラ－Ｍ２に入射する。ガラス基板６００の下面には、光Ｌ１０が透過する領域以外の領域に、遮光手段６０１が設けられている。

　図１７の構成によっても、上記実施形態と同様、第２ミラーＭ２（走査ミラー）の回動に応じて、集光スポットＳＰ１が２つの受光面Ｄａ、Ｄｂ上をその並び方向に移動する。したがって、２つの受光面Ｄａ、Ｄｂに対する集光スポットＳＰ１の掛かり具合のバランスは、第２ミラーＭ２（走査ミラー）の回動位置に応じたものとなる。このため、２分割フォトダイオード５０４を構成する２つのセンサ部５０４ａ、５０４ｂからは、第２ミラーＭ２（走査ミラー）の回動位置に応じた大きさのバランスで、受光信号がそれぞれ出力される。よって、これら２つの受光信号から、上記式（１）により、第２ミラーＭ２（走査ミラー）の回動位置に応じた検出信号を生成できる。

　＜変更例７＞
　上記他の実施形態において、投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成は、上記の構成に限られるものではなく、種々の変更が可能である。

　図１８は、変更例７に係る、投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成を示す断面図である。

　変更例７では、光源５０１から出射されたモニタ光Ｌ１１は、集光されることなく第２ミラーＭ２の上面に照射される。第２ミラーＭ２で反射されたモニタ光Ｌ１１の反射光は、レンズ５１１によって、２分割フォトダイオード５０４の受光面Ｄａ、Ｄｂ上に集光される。反射光の焦点Ｆ２１は、受光面Ｄａ、Ｄｂに対して反射光の進行方向の奥側に位置づけられる。光源５０１から２分割フォトダイオード５０４へと至るモニタ光Ｌ１１の光軸は、Ｙ－Ｚ平面に平行な共通の平面に含まれる。２つの受光面Ｄａ、Ｄｂは、可動部１０３の回動により集光スポットＳＰ１が移動する方向に並んでいる。可動部１０３が中立位置にあるとき、反射光の光軸は、図９（ｂ）の場合と同様、受光面Ｄａ、Ｄｂを含む平面に垂直に、受光面Ｄａ、Ｄｂの分割線を貫く。

　＜変更例８＞
　図１９は、変更例８に係る、投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成を示す断面図である。

　変更例８では、変更例７に比べて、光源５０１が省略されている。ここでは、モニタ光Ｌ１１が、画像生成用の光Ｌ１０とともに、図３の画像生成部４から出射される。

　すなわち、図２０に示すように、モニタ光Ｌ１１を出射するための光源１１ｄと、光源１１ｄから出射されたモニタ光Ｌ１１の平行光化およびビーム整形のためのコリメータレンズ１２ｄおよびアパーチャ１３ｄと、モニタ光Ｌ１１の光軸を、光源１１ａ～１１ｃからの光Ｌ１０の光軸に整合させるためのダイクロイックミラー１４ｄとが、図３の構成に追加される。光源１１ｄは、赤外の波長帯のレーザ光を出射する。ダイクロイックミラー１４ｄは、光源１１ｄからのモニタ光Ｌ１１を反射し、光源１１ａ～１１ｃからの光Ｌ１０を透過する。

　図１９に戻って、投射部５００ａは、ダイクロイックミラー５１５と、ミラー５１６と、レンズ５１４とを備える。ダイクロイックミラー５１５は、図２０の光学系により光軸が整合された光Ｌ１０およびモニタ光Ｌ１１のうち、モニタ光Ｌ１１を反射し、光Ｌ１０を透過させる。ダイクロイックミラー５１５を透過したＬ０は、第２ミラーＭ２のＹ軸方向の中心付近に入射する。ダイクロイックミラー５１５で反射されたモニタ光Ｌ１１は、ミラー５１６で反射された後、レンズ５１４で第２ミラーＭ２のＹ軸方向の中心付近に集光される。受光部５００ｂの構成は、図１８の変更例７と同様である。

　変更例８の構成によれば、第２光偏向器１７から光源５０１と、その駆動回路を省略できる。よって、第２光偏向器１７の構成を簡素にできる。

　なお、変更例８の構成では、第１光偏向器１５によってモニタ光Ｌ１１も走査される。しかし、その走査方向は、図９（ａ）～（ｃ）における受光面Ｄａ、Ｄｂの分割線に平行な方向となる。したがって、第１光偏向器１５によってモニタ光Ｌ１１が走査されても、第２ミラーＭ２および可動部１０３の回動に応じて、集光スポットＳＰ１が、２つの受光面Ｄａ、Ｄｂ上を移動し、２つの受光面Ｄａ、Ｄｂに対する集光スポットＳＰ１の掛かり具合が変化する。よって、上記実施形態と同様、２分割フォトダイオード５０４から出力される受光信号に基づいて、第２ミラーＭ２の回動位置を検出することができる。この点は、以下の変更例９についても同様である。

　＜変更例９＞
　図２１は、変更例９に係る、投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成を示す断面図である。

　変更例９では、変更例８に比べて、投射部５００ａが省略され、受光部５００ｂにダイクロイックミラー５１５が追加されている。モニタ光Ｌ１１を第２ミラーＭ２の上面に投射する投射部は、図２０に示した光源１１ｄ、コリメータレンズ１２ｄ、アパーチャ１３ｄおよびダイクロイックミラー１４ｄにより構成される。図２０の光学系により光軸が整合された光Ｌ１０およびモニタ光Ｌ１１は、第２ミラーＭ２の中央付近に入射し、第２ミラーＭ２で反射される。ダイクロイックミラー５１５は、第２ミラーＭ２で反射された光Ｌ１０およびモニタ光Ｌ１１のうち、モニタ光Ｌ１１を反射し、光Ｌ１０を透過させる。

　ダイクロイックミラー５１５で反射されたモニタ光Ｌ１１は、レンズ５１１によって２分割フォトダイオード５０４の受光面に集光される。２分割フォトダイオード５０４に対するモニタ光Ｌ１１の集光状態は、上記変更例７と同様である。

　変更例９の構成によれば、変更例８の構成に比べて、さらに、投射部５００ａを省略できる。よって、第２光偏向器１７の構成をさらに簡素にできる。

　＜変更例１０＞
　図２２は、変更例１０に係る、投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成を示す断面図である。

　変更例１０では、図１８の変更例１８の構成に、１／２波長板５１７と、偏光ビームスプリッタ５１８ａ、５１８ｂとが追加されている。偏光ビームスプリッタ５１８ａ、５１８ｂは、画像生成用の光Ｌ１０の光路に配置され、光源５０１から出射されたモニタ光Ｌ１１を、光Ｌ１０に統合および分離させる。１／２波長板５１７は、光源５０１から出射されたモニタ光Ｌ１１（レーザ光）の偏光方向を、偏光ビームスプリッタ５１８ａに対してＳ偏光となるよう調整する。光Ｌ１０の偏光方向は、偏光ビームスプリッタ５１８ａに対してＰ偏光となっている。偏光ビームスプリッタ５１８ａは、反射したモニタ光Ｌ１１の光軸を、透過した光Ｌ１０の光軸に整合させる。

　偏光ビームスプリッタ５１８ａによって光軸が整合された光Ｌ１０およびモニタ光Ｌ１１は、第２ミラーＭ２のＹ軸方向の中心付近に入射し、第２ミラーＭ２で反射される。第２ミラーＭ２で反射された光Ｌ１０およびモニタ光Ｌ１１のうち、光Ｌ１０は、偏光ビームスプリッタ５１８ｂを透過し、モニタ光Ｌ１１は、偏光ビームスプリッタ５１８ｂで反射される。その後、モニタ光Ｌ１１は、レンズ５１１によって２分割フォトダイオード５０４の受光面に集光される。２分割フォトダイオード５０４に対するモニタ光Ｌ１１の集光状態は、上記変更例７と同様である。

　＜その他の変更例＞
　上記実施形態では、光源５０１から出射されたモニタ光を可動部１０３の下面１０３ａに合焦させたが、必ずしも、モニタ光を下面１０３ａに厳密に合焦させなくてもよく、モニタ光を下面１０３ａ付近に合焦させてもよい。たとえば、モニタ光の焦点を、下面１０３ａに対して下面１０３ａに垂直な方向にややずれた位置に設定し、オフフォーカスの状態でモニタ光を可動部１０３の下面１０３ａに照射してもよい。このことは、変更例４～６においても同様である。また、他の実施形態および変更例７～１０についても同様に、モニタ光を第２ミラーＭ２の上面に厳密に合焦させなくてもよく、モニタ光を第２ミラーＭ２の上面付近に合焦させてもよい。

　また、上記実施形態および変更例１～６では、可動部１０３の下面１０３ａは一様な平面であったが、可動部１０３の回動時にモニタ光が適正に反射されて２分割フォトダイオード５０４に受光される限り、可動部１０３の下面１０３ａが一様な平面でなくてもよく、たとえば、可動部１０３の下面１０３ａの外周付近にリブが設けられてもよい。下面１０３ａにリブが設けられる場合は、上記実施形態および変更例４～６のように、モニタ光を可動部１０３の下面１０３ａに集光させて、モニタ光が照射される下面１０３ａの領域をなるべく小さく制限することが好ましい。これにより、リブによりモニタ光が遮光されることを抑制でき、光偏向素子１００の設計の自由度を高めることができる。

　また、上記実施形態では、図９（ａ）～（ｃ）に示すように、受光面Ｄａ、ＤｂのＸ軸方向の幅が集光スポットＳＰ１のＸ福方向のサイズより広かったが、図１０の回動検出範囲において回動角に応じて一方向に変化する検出信号が得られれば、受光面Ｄａ、ＤｂのＸ軸方向の幅が集光スポットＳＰ１のＸ軸方向のサイズより小さくてもよい。受光面Ｄａ、Ｄｂの形状も図９（ａ）～（ｃ）に示した形状に限られない。この点は、上記他の実施形態においても同様である。

　また、上記実施形態では、垂直方向における光の走査位置の検出のために本発明の構成が用いられたが、水平方向における光の走査位置の検出のために本発明の構成が用いられてもよい。この場合、第１光偏向器１５に対して、投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成が適用される。この点は、上記他の実施形態においても同様である。

　また、上記実施形態では、ＡＲグラス１に搭載される画像生成装置３に本発明を適用した例を示したが、本発明が適用される画像生成装置は、これに限られるものではない。本発明は、光走査用のミラーの回動位置を検出する限りにおいて、種々の装置に用いられ得る。本発明に係る投射部５００ａおよび受光部５００ｂの構成も、上記実施形態、変更例１～６、他の実施形態および変更例７～１０に示した構成に限られるものではなく、さらに他の変更が可能である。検出信号を算出するための算出式も、上記式（１）に限られるものではない。

　本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

　（付記）
　以上の実施形態の記載により、下記の技術が開示される。

　（技術１）
　回動軸について回動する可動部と、
　前記可動部の上面に配置され、光を走査させるための走査ミラーと、
　前記可動部の下面または前記走査ミラーの上面にモニタ光を投射する投射部と、
　前記下面または前記上面で反射された前記モニタ光の反射光を受光する受光部と、を備え、
　前記受光部は、
　　前記可動部の回動により前記反射光が移動する方向に沿って並ぶ２つの受光面を有する２分割フォトダイオードと、
　　前記反射光を前記２つの受光面上に集光する光学素子と、を含み、
　前記可動部の回動を検出するための回動検出範囲において、前記反射光の集光スポットが、前記２つの受光面の両方に跨がり、且つ、何れの前記受光面からも少なくとも前記反射光が移動する方向にはみ出さないように、前記集光スポットのサイズと前記２つの受光面のサイズとが設定されている、
ことを特徴とする光偏向器。

　この技術によれば、走査ミラーの回動に応じて、集光スポットが２つの受光面上をその並び方向に移動する。したがって、２つの受光面に対する集光スポットの掛かり具合のバランスは、走査ミラーの回動位置に応じたものとなる。このため、２分割フォトダイオードを構成する２つのセンサ部からは、走査ミラーの回動位置に応じた大きさのバランスで、受光信号がそれぞれ出力される。よって、これら２つの受光信号から、走査ミラーの回動位置に応じた検出信号を生成できる。また、フォトダイオードの応答特性は高いため、走査ミラーを高速で駆動させたとしても、各センサ部からは高レスポンスで受光信号が出力される。よって、走査ミラーを高速で駆動させた場合も、ミラーの回動位置に応じた検出信号を正確に得ることができる。

　（技術２）
　技術１に記載の光偏向器において、
　前記光学素子は、レンズである、
ことを特徴とする光偏向器。

　この技術によれば、簡易な構成により、モニタ光の反射光を２分割フォトダイオードの受光面に集光させることができる。

　（技術３）
　技術１に記載の光偏向器において、
　前記受光部は、前記反射光を反射して前記２分割フォトダイオードへと向かわせるミラーをさらに備える、
ことを特徴とする光偏向器。

　この技術によれば、モニタ光の反射光がミラーで折り返されて２分割フォトダイオードに導かれるため、受光部を高さ方向に小型化でき、光偏向器の形状をコンパクトにできる。

　（技術４）
　技術３に記載の光偏向器において、
　前記ミラーの反射面は、前記反射光を前記集光スポットに集光させる凹形状を有し、
　前記ミラーは、前記光学素子として共用される、
ことを特徴とする光偏向器。

　この技術によれば、受光部の部品点数を削減できるため、光偏向器の構成を簡素化できる。

　（技術５）
　技術４に記載の光偏向器において、
　前記投射部は、前記モニタ光を前記可動部の下面付近または前記走査ミラーの上面付近に合焦させる他の光学素子を含み、
　前記ミラーの反射面は、前記モニタ光の焦点を長軸上に含む楕円を前記長軸について回転させて形成される回転楕円面に沿った形状を有し、
　前記長軸上に含まれる前記反射光の焦点が、前記２つの受光面に対して、これら受光面に垂直な方向に外れた位置に位置づけられる、
ことを特徴とする光偏向器。

　この技術によれば、可動部の下面で反射されたモニタ光の反射光を、ミラーの反射面により、２分割フォトダイオードの受光面に適正に集光させることができる。

　（技術６）
　技術１ないし５の何れかに記載の光偏向器において、
　前記投射部は、
　　前記モニタ光を出射する光源と、
　　前記光源から出射された前記モニタ光を前記可動部の下面付近または前記走査ミラーの上面付近に合焦させる他の光学素子と、を含む、
ことを特徴とする光偏向器。

　この技術によれば、モニタ光が照射される可動部の下面の領域を顕著に小さくでき、光偏向器の設計の自由度を高めることができる。

　（技術７）
　技術６に記載の光偏向器において、
　前記投射部の前記光学素子は、レンズである、
ことを特徴とする光偏向器。

　この技術によれば、簡易な構成により、モニタ光を可動部の下面付近に合焦させることができる。

　（技術８）
　技術６に記載の光偏向器において、
　前記投射部は、前記光源から出射された前記モニタ光を反射して前記可動部の下面または前記走査ミラーの上面に向かわせるミラーをさらに備える、
ことを特徴とする光偏向器。

　この技術によれば、光源から出射されたモニタ光が、投射部のミラーで折り返されて可動部の下面に導かれるため、投射部を高さ方向に小型化でき、光偏向器の形状をコンパクトにできる。

　（技術９）
　技術８に記載の光偏向器において、
　前記ミラーの反射面は、前記モニタ光を前記可動部の下面付近または前記走査ミラーの上面付近に合焦させる凹形状を有し、
　前記ミラーは、前記他の光学素子として共用される、
ことを特徴とする光偏向器。

　この技術によれば、投射部の部品点数を削減できるため、光偏向器の構成の簡素化できる。

　（技術１０）
　技術９に記載の光偏向器において、
　前記ミラーの反射面は、前記光源の発光点と前記モニタ光の焦点とを長軸上に含む楕円を前記長軸について回転させて形成される回転楕円面に沿った形状を有する、
ことを特徴とする光偏向器。

　この技術によれば、光源から出射されたモニタ光を可動部の下面付近に適正に合焦させることができる。

　（技術１１）
　技術１に記載の光偏向器において、
　前記投射部は、前記可動部の下面にモニタ光を投射し、
　前記受光部は、前記下面で反射された前記モニタ光の反射光を受光する、
ことを特徴とする光偏向器。

　（技術１２）
　技術１ないし１１の何れか１つに記載の光偏向器と、
　前記２分割フォトダイオードからの出力に基づいて前記光偏向器を制御する制御部と、を備える、
ことを特徴とする画像生成装置。

　この技術によれば、画像生成装置が上述の光偏向器を備えるため、走査ミラーを高速で駆動させた場合も、検出信号を正確に取得できる。よって、この検出信号によって、光の走査位置を適正に制御できる。

　３　画像生成装置
　１１ｄ　光源
　１７　第２光偏向器
　４１　制御部
　１０３　可動部
　１０３ａ　下面
　５００ａ　投射部
　５００ｂ　受光部
　５０１　光源
　５０２　ミラー（他の光学素子）
　５０２ａ　反射面
　５０３　ミラー（光学素子）
　５０３ａ　反射面
　５０４　２分割フォトダイオード
　５０４ａ、５０４ｂ　センサ部
　５１１　レンズ（光学素子）
　５１２、５１３　ミラー
　５１４　レンズ（他の光学素子）
　Ｍ２　第２ミラー（走査ミラー）
　Ｄａ、Ｄｂ　受光面
　Ｌ１、Ｌ２　長軸
　Ｓ１、Ｓ２　楕円
　Ｆ１１　発光点
　Ｆ１２、Ｆ１３　焦点
　Ｂ１　反射光
　ＳＰ１　集光スポット

Claims

　回動軸について回動する可動部と、
　前記可動部の上面に配置され、光を走査させるための走査ミラーと、
　前記可動部の下面または前記走査ミラーの上面にモニタ光を投射する投射部と、
　前記下面または前記上面で反射された前記モニタ光の反射光を受光する受光部と、を備え、
　前記受光部は、
　　前記可動部の回動により前記反射光が移動する方向に沿って並ぶ２つの受光面を有する２分割フォトダイオードと、
　　前記反射光を前記２つの受光面上に集光する光学素子と、を含み、
　前記可動部の回動を検出するための回動検出範囲において、前記反射光の集光スポットが、前記２つの受光面の両方に跨がり、且つ、何れの前記受光面からも少なくとも前記反射光が移動する方向にはみ出さないように、前記集光スポットのサイズと前記２つの受光面のサイズとが設定されている、
ことを特徴とする光偏向器。
　請求項１に記載の光偏向器において、
　前記光学素子は、レンズである、
ことを特徴とする光偏向器。
　請求項１に記載の光偏向器において、
　前記受光部は、前記反射光を反射して前記２分割フォトダイオードへと向かわせるミラーをさらに備える、
ことを特徴とする光偏向器。
　請求項３に記載の光偏向器において、
　前記ミラーの反射面は、前記反射光を前記集光スポットに集光させる凹形状を有し、
　前記ミラーは、前記光学素子として共用される、
ことを特徴とする光偏向器。
　請求項４に記載の光偏向器において、
　前記投射部は、前記モニタ光を前記可動部の下面付近または前記走査ミラーの上面付近に合焦させる他の光学素子を含み、
　前記ミラーの反射面は、前記モニタ光の焦点を長軸上に含む楕円を前記長軸について回転させて形成される回転楕円面に沿った形状を有し、
　前記長軸上に含まれる前記反射光の焦点が、前記２つの受光面に対して、これら受光面に垂直な方向に外れた位置に位置づけられる、
ことを特徴とする光偏向器。
　請求項１に記載の光偏向器において、
　前記投射部は、
　　前記モニタ光を出射する光源と、
　　前記光源から出射された前記モニタ光を前記可動部の下面付近または前記走査ミラーの上面付近に合焦させる他の光学素子と、を含む、
ことを特徴とする光偏向器。
　請求項６に記載の光偏向器において、
　前記投射部の前記光学素子は、レンズである、
ことを特徴とする光偏向器。
　請求項６に記載の光偏向器において、
　前記投射部は、前記光源から出射された前記モニタ光を反射して前記可動部の下面または前記走査ミラーの上面に向かわせるミラーをさらに備える、
ことを特徴とする光偏向器。
　請求項８に記載の光偏向器において、
　前記ミラーの反射面は、前記モニタ光を前記可動部の下面付近または前記走査ミラーの上面付近に合焦させる凹形状を有し、
　前記ミラーは、前記他の光学素子として共用される、
ことを特徴とする光偏向器。
　請求項９に記載の光偏向器において、
　前記ミラーの反射面は、前記光源の発光点と前記モニタ光の焦点とを長軸上に含む楕円を前記長軸について回転させて形成される回転楕円面に沿った形状を有する、
ことを特徴とする光偏向器。
　請求１に記載の光偏向器において、
　前記投射部は、前記可動部の下面にモニタ光を投射し、
　前記受光部は、前記下面で反射された前記モニタ光の反射光を受光する、
ことを特徴とする光偏向器。
　請求項１ないし１１の何れか一項に記載の光偏向器と、
　前記２分割フォトダイオードからの出力に基づいて前記光偏向器を制御する制御部と、を備える、
ことを特徴とする画像生成装置。