JP2004069896A

JP2004069896A - Optical scanner

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Publication number: JP2004069896A
Application number: JP2002227187A
Authority: JP
Inventors: Akira Asaoka; 浅岡　昭; Hiroyuki Fujita; 藤田　博之; Dubree Alexie; アレクシー・ドゥブレー; Philippe Gouy Jean; ジャン・フィリップ・グイ; Reyne Gilbert; ジルベール・レイヌ
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; University of Tokyo NUC
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; University of Tokyo NUC
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-05
Also published as: JP4105499B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a scan with light over a wide range by properly swinging a mirror at a large deflection angle without increasing the cost nor making a scanner itself large-sized. <P>SOLUTION: A magnetostrictive element 15 is formed on an elastic beam 14 supporting a mirror part 12 swingably on a frame part 13; and a 1st magnetic field generating coil 17 is arranged opposite the top surface of the elastic beam 14 and a 2nd magnetic field generating coil 14 is arranged opposite the reverse surface of the elastic beam 14 respectively. Then the magnetic field from the 1st magnetic field generating coil 17 and the magnetic field from the 2nd magnetic field generating coil 18 repel each other nearby the elastic beam 14. Consequently, magnetic flux traveling in a plane of the elastic beam 14 and the magnetostrictive element 15 formed on the elastic beam 14 is effectively driven. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を反射するミラー部を共振揺動させることによって、対象物に照射させる光を走査する光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光源からの光を２次元方向に走査して対象物に照射させる光走査装置が提案されており、例えば、車両用レーザレーダ等に利用されている。車両用レーザレーダは、光走査装置を用いて車両周囲の対象物にレーザ光を照射させ、この対象物からの反射レーザ光を検出して、光走査装置からの出射レーザ光と対象物からの反射レーザ光との関係に基づいて、対象物までの距離や水平方向及び垂直方向の角度等を検出するものである。
【０００３】
従来の光走査装置としては、例えば特開平７−１７５００５号公報にて開示されるプレーナー型ガルバノミラー等が知られている。この特開平７−１７５００５号公報にて開示されるプレーナー型ガルバノミラーは、半導体基板に可動板とこの可動板を揺動可能に軸支するトーションバーとを一体形成し、可動板上にミラー及び平面コイルを設けて、この平面コイルと固定部に配置した永久磁石との磁界の作用により可動板を揺動させて、ミラーで反射される光を走査するようにしたものである。
【０００４】
このような構造のプレーナー型ガルバノミラーは、半導体製造プロセスでの作製が可能であり、小型化を図る上で非常に有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光走査装置を車両用レーザレーダに用いる場合には、ミラーで反射されて対象物に照射されるレーザ光のパワーを十分確保するために、ミラーのサイズを大きくすることが望まれる。また、車両用レーザレーダでは、検出範囲の広さがミラーの振れ角に依存するので、広範囲での検出を実現するにはミラーの振れ角を大きく設定することが望まれる。
【０００６】
しかしながら、上述したプレーナー型ガルバノミラーでは、可動板上に平面コイルを配置すると共に固定部に永久磁石を配置して、これら平面コイルと永久磁石との電磁力によりミラーが形成された可動板を揺動させるようになっているため、ミラーのサイズを大型化し、この大型のミラーの振れ角、すなわち可動板の振れ角を大きく設定すると、可動板の揺動に伴う平面コイルの揺動方向における変位量が大きくなり、永久磁石に対する平面コイルの位置が大きく変動することになる。
【０００７】
平面コイルと永久磁石との間に作用する電磁力は、平面コイルと永久磁石との間の距離が大きくなると急激に低下するので、以上のような構造のプレーナー型ガルバノミラーで、可動板を大きな振れ角で適切に揺動させるためには、平面コイルに供給する電流の値を大きくする必要が生じ、その結果、平面コイルの大型化や電流アンプの大容量化等が要求されて、コストの増大を招くという問題がある。更に、平面コイルに大電流を供給したときの発熱に対する対策として、放熱機構を設けることが要求されて、更なるコストの増大や、装置自体の大型化等の問題も懸念される。
【０００８】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて創案されたものであって、コストの増大や装置自体の大型化等を招くことなく、ミラーを大きな振れ角で適切に揺動させて、光を広い範囲で走査させることが可能な光走査装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、光源からの光をミラー部で反射させて対象物に照射させると共に、前記ミラー部を揺動させることによって前記対象物に照射させる光を走査する光走査装置において、前記ミラー部を揺動可能に支持する弾性梁と、前記弾性梁上に形成された磁歪素子と、前記弾性梁の一方の主面部に対向して配設された第１の磁界発生コイルと、前記弾性梁の他方の主面部に対向して配設された第２の磁界発生コイルとを備え、前記第１の磁界発生コイルからの磁界と前記第２の磁界発生コイルからの磁界とを反発させて、前記磁歪素子に印加させることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光走査装置において、前記磁歪素子と前記第１の磁界発生コイル、及び前記磁歪素子と前記第２の磁界発生コイルとが、高透磁率材料よりなる導磁部材を介してそれぞれ磁気的に結合されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光走査装置において、前記ミラー部の裏面に前記磁歪素子と連続するミラー裏面磁歪素子が形成され、前記磁歪素子と前記ミラー裏面磁歪素子と前記第１の磁界発生コイル、及び前記磁歪素子と前記ミラー裏面磁歪素子と前記第２の磁界発生コイルとが、高透磁率材料よりなる第２の導磁部材を介してそれぞれ磁気的に結合されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の光走査装置において、前記第１の磁界発生コイル及び前記第２の磁界発生コイルが、高透磁率材料よりなる磁性プレート上にマイクロマシニング加工によって形成された平面コイルよりなることを特徴とするものである。
【００１３】
以上のような本発明に係る光走査装置では、第１の磁界発生コイルと第２の磁界発生コイルとに駆動電流が供給されると、これら第１の磁界発生コイルと第２の磁界発生コイルとからそれぞれ磁界が発生する。第１の磁界発生コイルと第２の磁界発生コイルとは、弾性梁の一方の主面部に対向する位置と他方の主面部に対向する位置とにそれぞれ配設されているので、これら第１の磁界発生コイルからの磁界と第２の磁界発生コイルからの磁界とが反発すると、弾性梁の面内方向に沿う磁力線が形成されて、弾性梁に形成された磁歪素子に磁束が集中することになる。
【００１４】
そして、第１の磁界発生コイル及び第２の磁界発生コイルからの磁束が磁歪素子に集中することによって、この磁歪素子が効果的に駆動されて弾性梁が変形する。これにより、弾性梁に支持されたミラー部が揺動して、このミラー部で反射された光が走査されることになる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に係る光走査装置によれば、第１の磁界発生コイル及び第２の磁界発生コイルからの磁界を反発させることで弾性梁の面内方向に沿う磁力線が形成されて、弾性梁に形成された磁歪素子に磁束が集中するようになっており、弾性梁を変形させる磁歪素子が効果的に駆動されるので、ミラー部を小電流で適切に揺動させることができ、装置全体の小型化、コストの低減等を実現できる。
【００１６】
また、請求項２に係る光走査装置によれば、磁歪素子と第１の磁界発生コイル、磁歪素子と第２の磁界発生コイルとが導磁部材を介してそれぞれ磁気的に結合されているので、大気中への磁束の漏洩が低減されて、磁歪素子に更に効果的に磁束を集中させることができる。したがって、この光走査装置によれば、小電流でより効率的にミラー部を揺動させることができる。
【００１７】
また、請求項３に係る光走査装置によれば、磁歪素子とミラー裏面磁歪素子と第１の磁界発生コイル、磁歪素子とミラー裏面磁歪素子と第２の磁界発生コイルとが第２の導磁部材を介してそれぞれ磁気的に結合されているので、大気中への磁束の漏洩が更に低減されて、磁歪素子に更に効果的に磁束を集中させることができる。また、ミラー裏面にも磁歪素子が形成されていることで磁歪素子全体のボリュームが増大するので、弾性梁をより効果的に変形させることができる。したがって、この光走査装置によれば、小電流でより効率的にミラー部を揺動させることができる。
【００１８】
また、請求項４に係る光走査装置によれば、第１の磁界発生コイル及び第２の磁界発生コイルがそれぞれマイクロマシンニング加工によって形成されるので、大量生産を行う上で有利であり、コストの更なる低減を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下では、本発明を、車両用２次元レーザレーダ装置等に用いられる２次元スキャナに適用した例について具体的に説明する。
【００２０】
車両用２次元レーザレーダ装置の一例を図１に示す。この図１に示す車両用２次元レーザレーダ装置１は、レーザダイオード（以下、ＬＤと略称する。）２及びＬＤ駆動回路３を有する照射系と、フォトディテクタ（以下、ＰＤと略称する。）４及び受光回路５を有する受光系と、本発明を適用した２次元スキャナ１０、走査駆動部６、走査位置検出回路７及び反射ミラー８を有する走査系とを備えており、これらの各部が制御回路９による制御のもとで動作するようになっている。
【００２１】
制御回路９は、所定のタイミング毎に、ＬＤ駆動回路３にＬＤ２を発光させる旨の発光司令を出力する。ＬＤ駆動回路３は、この制御回路９からの発光司令を受けて、所定のタイミング毎にＬＤ２を発光させる。これにより、ＬＤ２からレーザ光が出射されることになる。そして、ＬＤ２から出射されたレーザ光が、２次元スキャナ１０及び反射ミラー８により順次反射されて、車両周囲の物体１００に照射されることになる。
【００２２】
２次元スキャナ１０は、走査駆動部６から供給される駆動電流に応じて駆動されて、水平方向及び垂直方向の互いに直交する２方向に同時に揺動し、ＬＤ２から出射されたレーザ光を車両周囲の路面に水平な方向と垂直な方向との２次元方向に走査させる。この２次元スキャナ１０によるレーザ光の走査位置は、走査位置検出回路７により検出されるようになっている。２次元スキャナ１０により２次元方向に走査されて車両周囲の物体１００に照射されたレーザ光は、この物体１００によって反射され、この物体１００からの反射レーザ光が、ＰＤ４により受光されることになる。
【００２３】
ＰＤ４は、受光した物体１００からの反射レーザ光を光電変換し、この反射レーザ光の光量に応じた電気信号を受光回路５に出力する。受光回路５は、ＰＤ４からの信号強度を所定の基準値と比較して、その比較結果を制御回路９に出力する。
【００２４】
制御回路９は、車両用２次元レーザレーダ装置１を構成する各部の動作を制御すると共に、これら各部からの出力に基づき、車両周囲の物体１００に関する各種情報を生成する。具体的には、制御回路９は、例えば、ＬＤ２によるレーザ光の発光からＰＤ４による反射レーザ光の受光までの時間、すなわち、ＬＤ２から出射され車両周囲の物体１００により反射されてＰＤ４に受光されるまでのレーザ光の伝播遅延時間に基づいて、車両周囲の物体１００までの距離を算出すると共に、この物体１００までの距離を時間的に連続して算出してその結果を比較することで、この物体１００の車両に対する相対速度を算出する。また、制御回路９は、走査位置検出回路７により検出されたレーザ光の走査位置に基づいて、物体１００が存在する方向を検出する。
【００２５】
ここで、以上のように構成される車両用２次元レーザレーダ装置１に用いられる本発明を適用した２次元スキャナ１０について、更に詳しく説明する。
【００２６】
２次元スキャナ１０は、図２及び図３に示すように、例えば、シリコンウエハを各種マイクロマシニング加工技術によって加工することで形成され、コ字状のスリット部１１によって分断されたミラー部１２及びフレーム部１３と、フレーム部１３に対してミラー部１２を揺動自在に支持する弾性梁１４とを備えている。なお、図２は２次元スキャナ１０を上方から見た平面図、図３は図２におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【００２７】
ミラー部１２は、一端部が弾性梁１４を介してフレーム部１３に連結されており、フレーム部１３に対して片持ち梁状に支持されている。そして、このミラー部１２には、例えばシリコンウエハの主面に対してアルミ蒸着等により高反射コーティングが施されることで反射面が形成されており、ＬＤ２から出射されたレーザ光を十分な反射率で反射ミラー８側へと反射するようになっている。
【００２８】
また、弾性梁１４は、曲げ方向と捩り方向とに弾性変形自在とされている。そして、この弾性梁１４が曲げ方向及び捩り方向に変形することにより、弾性梁１４に支持されたミラー部１２が２次元方向に揺動し、このミラー部１２で反射されたレーザ光が２次元方向に走査されるようになっている。
【００２９】
弾性梁１４の裏面、すなわち、ミラー部１２の反射面と反対側の面には、高磁歪率を有する磁歪素子１５が薄膜状に形成されている。この磁歪素子１５は、所定の磁場の下で形成されることにより、例えば図２中に示す矢印Ａ方向に対して概ね２２．５度の傾斜角を有する方向に磁化容易軸が設定されている。
【００３０】
また、弾性梁１４の表面には、当該弾性梁１４の曲げ方向及び捩り方向の変形量（周波数及び振幅）をそれぞれ検出するピエゾ抵抗素子１６が形成されている。このピエゾ抵抗素子１６からの出力信号は、走査位置検出回路７に供給されるようになっている。そして、走査位置検出回路７が、ピエゾ抵抗素子１６からの出力信号に基づいて、レーザ光の走査位置を検出するようになっている。
【００３１】
また、弾性梁１４の表面に対向する位置及び弾性梁１４の裏面に対向する位置には、走査駆動部６から供給される駆動電流に応じて交番磁界を発生する第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８がそれぞれ配設されている。これら第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８は、弾性梁１４の曲げ方向及び捩り方向のそれぞれの共振周波数の２成分が重なった交番磁界を発生する。そして、これら第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８により発生した交番磁界が磁歪素子１５に印加されることによって、弾性梁１４が図２中矢印Ｂで示す曲げ方向、及び図２中矢印Ｃで示す捩り方向（矢印Ａが捩り軸方向）に変形し、これに伴って、ミラー部１２が弾性梁１４を基点として２次元方向に揺動するようになっている。
【００３２】
ミラー部１２を揺動させる弾性梁１４は、曲げ変形の共振周波数が例えば２００Ｈｚとされ、捩り変形の共振周波数が例えば１ｋＨｚとされる。また、各々の共振周波数における変位角、すなわち、ミラー部１２のフレーム部１３に対する変位角度は、例えば、捩り方向に５度、曲げ方向に２０度とされる。なお、これら変位角度は、走査駆動部６から第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８に供給する駆動電流を可変とすることで自在に制御可能である。
【００３３】
また、以上の例では、磁歪素子１５の磁化容易軸の傾斜角を２２．５度としたが、この値に限定されるものではない。ただし、弾性梁１４の機械的特性から、捩り方向の変形に対しては、磁歪素子１５の磁化容易軸の傾斜角を４５度とすることが望ましく、曲げ方向の変形に対しては、傾斜角を０度とすることが望ましい。本例においては、弾性梁１４を捩り方向と曲げ方向との双方で変形させることから、０度と４５度との中間値である２２．５度付近を選択することが望ましい。
【００３４】
第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８は、図４及び図５に示すように、ニッケル合金等の高透磁率材料よりなる磁性プレート２１上にマイクロマシニング加工によって形成された平面コイルよりなる。なお、図４はこの平面コイルを上方から見た平面図、図５は図４におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【００３５】
磁性プレート２１上には、ポリイミド等の樹脂材料よりなる下部絶縁層２２ａ、中間絶縁層２２ｂ、上部絶縁層２２ｃがそれぞれ形成されている。そして、下部絶縁層２２ａに対してエッチングや蒸着等のマイクロマシニング加工が行われ、この下部絶縁層２２ａの所定の箇所に銅等の導電材料が埋設されることで、下層コイル線２３が形成されている。また、上部絶縁層２２ｃに対してエッチングや蒸着等のマイクロマシニング加工が行われ、この上部絶縁層２２ｃの所定の箇所に銅等の導電材料が埋設されることで、渦巻き状の上層コイル線２４が形成されている。そして、上部絶縁層２２ｃから下部絶縁層２２ａに亘って貫通するようにスルーホール２５が設けられ、このスルーホール２５内に導電材料が充填されて、この導電材料によって下層コイル線２３及び上層コイル線２４が電気的に接続されることで、平面コイルが構成されている。
【００３６】
以上のような平面コイルは、下層コイル線２３の端部と上層コイル線２４の端部とがそれぞれ外部に露出されて、走査駆動部６からの駆動電流を印加するための端子２６ａ，２６ｂとされている。そして、このような平面コイルよりなる第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８は、これら端子２６ａ，２６ｂが走査駆動部６に接続されて、端子２６ａから端子２６ｂに向かって走査駆動部６からの駆動電流が印加されることで、図５中矢印Ｄで示す向きの磁界が発生するようになっている。
【００３７】
以上のように構成される第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８は、弾性梁１４に向かって進行する磁界が得られるように、弾性梁１４の表面に対向する位置及び弾性梁１４の裏面に対向する位置にそれぞれ配設される。そして、図３に示したように、第１の磁界発生コイル１７は、ニッケル合金等の高透磁率材料よりなる上部導磁部材２７に支持されて、弾性梁１４の表面に対向する位置に固定される。また、第２の磁界発生コイル１８は、ニッケル合金等の高透磁率材料よりなる下部導磁部材２８に支持されて、弾性梁１４の裏面に対向する位置に固定される。なお、磁歪素子１５と上部導磁部材２７及び下部導磁部材２８との間に位置するフレーム部１３の一部は、上部導磁部材２７及び下部導磁部材２８と同様の高透磁率材料よりなる中間導磁部材２９とされている。
【００３８】
以上のような構造の２次元スキャナ１０では、第１の磁界発生コイル１７からの磁界が弾性梁１４の表面側から弾性梁１４に向かうと共に、第２の磁界発生コイル１８からの磁界が弾性梁１４の裏面側から弾性梁１４に向かうようになっているので、これらの磁界が弾性梁１４の近傍で互いに反発し、弾性梁１４の面内方向に沿う磁力線が形成されることになる。そして、弾性梁１４に形成された磁歪素子１５に磁束が集中することになる。
【００３９】
第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８からの磁束が磁歪素子１５に集中することによって、磁歪素子１５が高い磁歪効果を発揮して効果的に駆動され、弾性梁１４が曲げ方向及び捩り方向に効果的に変形することになる。これにより、弾性梁１４に支持されたミラー部１２が２次元方向に揺動して、このミラー部１２で反射されたレーザ光が２次元方向に走査されることになる。
【００４０】
以上のように、本発明を適用した２次元スキャナ１０では、第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８からの磁界を反発させることで、弾性梁１４の面内方向に沿う磁力線が形成されて、弾性梁１４に形成された磁歪素子１５に磁束が集中するようになっており、弾性梁１４を曲げ方向及び捩り方向に変形させる磁歪素子１５が効果的に駆動されるので、ミラー部１２を小電流で適切に２次元方向に揺動させることができ、装置全体の小型化、コストの低減等を実現できる。
【００４１】
また、この２次元スキャナ１０では、ミラー部１２やフレーム部１３、弾性梁１４等の各部が、半導体製造プロセスで一般的なマイクロマシニング加工によって作製されることに加えて、第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８が平面コイルで構成され、これら第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８もマイクロマシンニング加工によって作製できるので、大量生産を行う上で有利であり、コストの更なる低減を実現することができる。
【００４２】
なお、以上のような本発明の効果は、図６に示すように、第１の磁界発生コイル１７を弾性梁１４の表面に対向する位置に配設すると共に、第２の磁界発生コイル１８を弾性梁１４の裏面に対向する位置に配設し、これら第１の磁界発生コイル１７からの磁界と第２の磁界発生コイル１８からの磁界とを弾性梁１４の近傍で反発させるようにすることで実現できるが、第１の磁界発生コイル１７からの磁界と第２の磁界発生コイル１８からの磁界とをより効率的に利用する上では、図３に示したように、第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８をそれぞれ高透磁率材料よりなる上部導磁部材２７及び下部導磁部材２８に支持されるようにすることが望ましい。
【００４３】
このように、第１の磁界発生コイル１７が上部導磁部材２７によって支持されるようにすれば、磁歪素子１５と第１の磁界発生コイル１７とが中間導磁部材２９及び上部導磁部材２７を介して磁気的に結合され、これらの間で磁気回路が形成されることになる。また、第２の磁界発生コイル１８が下部導磁部材２８によって支持されるようにすれば、磁歪素子１５と第２の磁界発生コイル１８とが中間導磁部材２９及び下部導磁部材２８を介して磁気的に結合され、これらの間で磁気回路が形成されることになる。これにより、磁気抵抗が大きい大気中への磁束の漏洩が低減されて、第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８からの磁束の大半が、これらの磁気回路内を流れることになる。したがって、磁歪素子１５に更に効果的に磁束を集中させることができ、小電流でより効率的にミラー部１２を揺動させることが可能となる。
【００４４】
なお、以上は、本発明を適用した２次元スキャナ１０の一例について具体的に説明したが、本発明は、以上の例に限定されるものではなく、要求される仕様や設計条件等に応じて、様々な変更が可能である。
【００４５】
例えば、以上の例では、弾性梁１４の裏面にのみ磁歪素子１５が形成されているが、図７及び図８に示すように、ミラー部１２の裏面にも磁歪素子１５に連続する磁歪素子（ミラー裏面磁歪素子３１）を形成し、これら磁歪素子１５及びミラー裏面磁歪素子３１と第１の磁界発生コイル１７とが、スリット１１よりなる狭小エアギャップ、高透磁率材料よりなる第２の中間導磁部材３２及び第２の上部導磁部材３３を介して磁気的に結合され、磁歪素子１５及びミラー裏面磁歪素子３１と第２の磁界発生コイル１８とが、スリット１１よりなる狭小エアギャップ、高透磁率材料よりなる第２の中間導磁部材３２及び第２の下部導磁部材３４を介して磁気的に結合されるようにしてもよい。なお、図７は本例の２次元スキャナ３０を上方から見た平面図、図８は図７におけるＺ−Ｚ線断面図である。
【００４６】
本例の２次元スキャナ３０では、第１の上部導磁部材２７及び第２の上部導磁部材３３、第１の下部導磁部材２８及び第２の下部導磁部材３４は、ミラー部１２の適切な揺動を妨げることがないように、それぞれミラー部１２の外周側を囲む形状に成形されていることが望ましい。また、第１の上部導磁部材２７及び第２の上部導磁部材３３、第１の下部導磁部材２８及び第２の下部導磁部材３４は、便宜上それぞれ別部材として説明しているが、これらは一体の部材として構成されていてもよい。更に、磁歪素子１５及びミラー裏面磁歪素子３１も、一体の膜として同時に薄膜形成されるようになっていてもよい。
【００４７】
以上のような２次元スキャナ３０では、第１の磁界発生コイル１７から磁歪素子１５、中間導磁部材２９、上部導磁部材２７を通って第１の磁界発生コイル１７へと戻る磁気回路に加えて、第１の磁界発生コイル１７から磁歪素子１５、ミラー裏面磁歪素子３１、第２の中間導磁部材３２、第２の上部導磁部材３３を通って第１の磁界発生コイル１７へと戻る磁気回路も形成されることになる。同様に、第２の磁界発生コイル１８から磁歪素子１５、中間導磁部材２９、下部導磁部材２８を通って第２の磁界発生コイル１８へと戻る磁気回路に加えて、第２の磁界発生コイル１８から磁歪素子１５、ミラー裏面磁歪素子３１、第２の中間導磁部材３２、第２の下部導磁部材３４を通って第２の磁界発生コイル１８へと戻る磁気回路も形成されることになる。
【００４８】
このように、本例の２次元スキャナ３０では、第１の磁界発生コイル１７側と第２の磁界発生コイル１８側とにそれぞれ２系統の磁気回路が形成され、第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８からの磁束が、これら２系統の磁気回路内を流れるようになっているので、大気中への磁束の漏洩を更に有効に低減させて、第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８からの磁束をより効果的に磁歪素子１５に集中させることができる。
【００４９】
また、この２次元スキャナ３０では、弾性梁１４の裏面に加えてミラー部１２の裏面にも磁歪素子（ミラー裏面磁歪素子３１）が形成され、磁歪素子全体のボリュームが増加されているので、より大きな磁歪効果が発揮されることになる。したがって、この２次元スキャナ３０では、弾性梁１５をより効果的に変形させて、ミラー部１２を更に効率的に２次元方向に揺動させることができる。
【００５０】
なお、この２次元スキャナ３０において、スペース上の制約から第１の磁界発生コイル１７側と第２の磁界発生コイル１８側とにそれぞれ２系統の磁気回路を形成することが困難な場合には、上部導磁部材２７や下部導磁部材２８を省略して、第１の磁界発生コイル１７側と第２の磁界発生コイル１８側とでそれぞれ１つの磁気回路が形成されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】２次元レーザレーダ装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】前記２次元レーザレーダ装置が備える２次元スキャナを模式的に示す平面図である。
【図３】図２におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】前記２次元スキャナが備える磁界発生コイルを模式的に示す平面図である。
【図５】図４におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【図６】前記２次元スキャナの他の例を模式的に示す断面図である。
【図７】前記２次元スキャナの更に他の例を模式的に示す平面図である。
【図８】図７におけるＺ−Ｚ線断面図である。
【符号の説明】
１　２次元レーザレーダ
１０　２次元スキャナ
１２　ミラー部
１４　弾性梁
１５　磁歪素子
１７　第１の磁界発生コイル
１８　第２の磁界発生コイル
２７　上部導磁部材
２８　下部導磁部材
２９　中間導磁部材
３０　２次元スキャナ
３１　ミラー裏面磁歪素子
３２　第２の中間導磁部材
３３　第２の上部導磁部材
３４　第２の下部導磁部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning device that scans light to irradiate an object by resonatingly swinging a mirror portion that reflects light from a light source.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical scanning device that scans light from a light source in a two-dimensional direction and irradiates an object with the light has been proposed, and is used in, for example, a laser radar for a vehicle. A laser radar for a vehicle irradiates an object around the vehicle with laser light using an optical scanning device, detects reflected laser light from the object, and outputs laser light emitted from the optical scanning device and light emitted from the object. Based on the relationship with the reflected laser light, the distance to the object, the horizontal and vertical angles, and the like are detected.
[0003]
As a conventional optical scanning device, for example, a planar galvanomirror disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-17005 is known. The planar galvanomirror disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-175005 has a movable plate and a torsion bar for pivotally supporting the movable plate integrally formed on a semiconductor substrate. A planar coil is provided, and a movable plate is swung by the action of a magnetic field between the planar coil and a permanent magnet disposed on a fixed portion to scan light reflected by a mirror.
[0004]
The planar galvanomirror having such a structure can be manufactured in a semiconductor manufacturing process, and is very advantageous for miniaturization.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the optical scanning device is used in a laser radar for a vehicle, it is desired to increase the size of the mirror in order to sufficiently secure the power of the laser light reflected by the mirror and irradiated to the object. Further, in a laser radar for a vehicle, since the width of the detection range depends on the deflection angle of the mirror, it is desirable to set the deflection angle of the mirror to be large in order to realize detection over a wide range.
[0006]
However, in the above-mentioned planar type galvanometer mirror, a plane coil is arranged on a movable plate and a permanent magnet is arranged on a fixed portion, and the movable plate on which the mirror is formed is oscillated by the electromagnetic force of the plane coil and the permanent magnet. Since the size of the mirror is enlarged and the deflection angle of the large mirror, that is, the deflection angle of the movable plate is set to be large, the displacement in the swing direction of the plane coil accompanying the swing of the movable plate is set. And the position of the planar coil relative to the permanent magnet will vary greatly.
[0007]
Since the electromagnetic force acting between the planar coil and the permanent magnet rapidly decreases when the distance between the planar coil and the permanent magnet increases, the planar type galvanomirror having the above structure makes the movable plate large. It is necessary to increase the value of the current supplied to the planar coil in order to oscillate properly at the deflection angle, and as a result, it is required to increase the size of the planar coil and the capacity of the current amplifier. There is a problem that it causes an increase. Furthermore, as a countermeasure against heat generation when a large current is supplied to the planar coil, it is required to provide a heat radiating mechanism, and there is a concern about further increase in cost and increase in size of the device itself.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and appropriately swings the mirror at a large deflection angle without increasing the cost or increasing the size of the apparatus itself. It is an object of the present invention to provide an optical scanning device capable of scanning light in a wide range.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is an optical scanning device that reflects light from a light source at a mirror unit to irradiate the object with the light, and swings the mirror unit to scan the light to irradiate the object. An elastic beam for swingably supporting the mirror portion, a magnetostrictive element formed on the elastic beam, and a first magnetic field generating coil disposed opposite to one main surface of the elastic beam. A second magnetic field generating coil disposed opposite to the other main surface of the elastic beam, wherein a magnetic field from the first magnetic field generating coil and a magnetic field from the second magnetic field generating coil are provided. It is characterized by being repelled and applied to the magnetostrictive element.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the first aspect, the magnetostrictive element and the first magnetic field generating coil, and the magnetostrictive element and the second magnetic field generating coil, It is characterized by being magnetically coupled to each other via a magnetic conductive member made of a magnetic permeability material.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the first or second aspect, a mirror backside magnetostrictive element that is continuous with the magnetostrictive element is formed on a backside of the mirror unit, and the magnetostrictive element and the mirror are arranged. The backside magnetostrictive element and the first magnetic field generating coil, and the magnetostrictive element, the mirror backside magnetostrictive element, and the second magnetic field generating coil are magnetically coupled via a second magnetically conductive member made of a high magnetic permeability material. It is characterized by the fact that it is combined.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the first to third aspects, the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil are made of a material having a high magnetic permeability. It is characterized by comprising a planar coil formed on a magnetic plate by micromachining.
[0013]
In the optical scanning device according to the present invention as described above, when a drive current is supplied to the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil, the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil Respectively, a magnetic field is generated. Since the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil are provided at a position facing one main surface of the elastic beam and a position facing the other main surface, respectively, When the magnetic field from the magnetic field generating coil and the magnetic field from the second magnetic field generating coil repel, magnetic lines of force are formed along the in-plane direction of the elastic beam, and the magnetic flux concentrates on the magnetostrictive element formed on the elastic beam. Become.
[0014]
When the magnetic flux from the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil concentrates on the magnetostrictive element, the magnetostrictive element is effectively driven to deform the elastic beam. Accordingly, the mirror section supported by the elastic beam swings, and the light reflected by the mirror section is scanned.
[0015]
【The invention's effect】
According to the optical scanning device of the first aspect, the lines of magnetic force along the in-plane direction of the elastic beam are formed by repelling the magnetic fields from the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil, and the elastic beam is formed on the elastic beam. The magnetic flux is concentrated on the formed magnetostrictive element, and the magnetostrictive element for deforming the elastic beam is effectively driven, so that the mirror portion can be appropriately swung with a small current, and the entire device can be swung. Downsizing, cost reduction, etc. can be realized.
[0016]
According to the optical scanning device of the second aspect, the magnetostrictive element and the first magnetic field generating coil, and the magnetostrictive element and the second magnetic field generating coil are magnetically coupled via the magnetically conductive member. In addition, the leakage of the magnetic flux into the atmosphere is reduced, and the magnetic flux can be more effectively concentrated on the magnetostrictive element. Therefore, according to this optical scanning device, it is possible to swing the mirror section more efficiently with a small current.
[0017]
According to the optical scanning device of the third aspect, the magnetostrictive element, the mirror backside magnetostrictive element and the first magnetic field generating coil, and the magnetostrictive element, the mirror backside magnetostrictive element and the second magnetic field generating coil include the second magnetic conducting element. Since the magnetic flux is magnetically coupled via the members, the leakage of the magnetic flux into the atmosphere is further reduced, and the magnetic flux can be more effectively concentrated on the magnetostrictive element. Further, since the magnetostrictive element is also formed on the back surface of the mirror, the volume of the entire magnetostrictive element increases, so that the elastic beam can be more effectively deformed. Therefore, according to this optical scanning device, it is possible to swing the mirror section more efficiently with a small current.
[0018]
Further, according to the optical scanning device of the fourth aspect, since the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil are formed by micromachining, respectively, it is advantageous for mass production and cost reduction. Further reduction can be realized.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, an example in which the present invention is applied to a two-dimensional scanner used in a two-dimensional laser radar device for a vehicle or the like will be specifically described.
[0020]
FIG. 1 shows an example of a two-dimensional laser radar device for a vehicle. The vehicle two-dimensional laser radar device 1 shown in FIG. 1 includes an irradiation system having a laser diode (hereinafter abbreviated as LD) 2 and an LD drive circuit 3, a photodetector (hereinafter abbreviated as PD) 4 and A light receiving system having a light receiving circuit 5 and a scanning system having a two-dimensional scanner 10, a scanning driving unit 6, a scanning position detecting circuit 7, and a reflecting mirror 8 to which the present invention is applied are provided. It is designed to operate under the control of.
[0021]
The control circuit 9 outputs a light emission command for causing the LD drive circuit 3 to emit light at every predetermined timing. The LD driving circuit 3 receives the light emission command from the control circuit 9 and causes the LD 2 to emit light at a predetermined timing. Thereby, the laser light is emitted from the LD 2. Then, the laser light emitted from the LD 2 is sequentially reflected by the two-dimensional scanner 10 and the reflection mirror 8, and is irradiated on the object 100 around the vehicle.
[0022]
The two-dimensional scanner 10 is driven in accordance with a drive current supplied from the scanning drive unit 6 and simultaneously oscillates in two directions orthogonal to each other in the horizontal direction and the vertical direction, and transmits the laser light emitted from the LD 2 to the vicinity of the vehicle. Are scanned in two-dimensional directions, that is, a horizontal direction and a vertical direction on the road surface. The scanning position of the laser beam by the two-dimensional scanner 10 is detected by a scanning position detection circuit 7. Laser light that has been scanned in the two-dimensional direction by the two-dimensional scanner 10 and applied to the object 100 around the vehicle is reflected by the object 100, and the reflected laser light from the object 100 is received by the PD 4. .
[0023]
The PD 4 photoelectrically converts the received reflected laser light from the object 100 and outputs an electric signal corresponding to the amount of the reflected laser light to the light receiving circuit 5. The light receiving circuit 5 compares the signal intensity from the PD 4 with a predetermined reference value, and outputs the comparison result to the control circuit 9.
[0024]
The control circuit 9 controls the operation of each unit constituting the two-dimensional laser radar device 1 for a vehicle, and generates various kinds of information about the object 100 around the vehicle based on the output from each unit. More specifically, the control circuit 9 determines, for example, the time from the emission of the laser light by the LD 2 to the reception of the reflected laser light by the PD 4, that is, the light emitted from the LD 2, reflected by the object 100 around the vehicle, and received by the PD 4. By calculating the distance to the object 100 around the vehicle based on the propagation delay time of the laser light up to and calculating the distance to the object 100 continuously in time and comparing the results, The relative speed of the object 100 to the vehicle is calculated. Further, the control circuit 9 detects the direction in which the object 100 exists based on the scanning position of the laser beam detected by the scanning position detection circuit 7.
[0025]
Here, the two-dimensional scanner 10 to which the present invention is applied, which is used in the vehicle two-dimensional laser radar device 1 configured as described above, will be described in more detail.
[0026]
As shown in FIGS. 2 and 3, the two-dimensional scanner 10 is formed, for example, by processing a silicon wafer by various micromachining techniques, and is divided by a U-shaped slit section 11 into a mirror section 12 and a frame. The frame 13 includes a portion 13 and an elastic beam 14 that supports the mirror portion 12 so as to swing with respect to the frame portion 13. 2 is a plan view of the two-dimensional scanner 10 as viewed from above, and FIG. 3 is a sectional view taken along line XX in FIG.
[0027]
One end of the mirror section 12 is connected to the frame section 13 via an elastic beam 14 and is supported in a cantilever manner with respect to the frame section 13. The mirror portion 12 has a reflection surface formed by applying a high-reflection coating to the main surface of a silicon wafer by, for example, aluminum evaporation or the like, and sufficiently reflects the laser light emitted from the LD 2. The light is reflected toward the reflection mirror 8 at a predetermined rate.
[0028]
The elastic beam 14 is elastically deformable in a bending direction and a torsion direction. When the elastic beam 14 is deformed in the bending direction and the torsional direction, the mirror 12 supported by the elastic beam 14 swings in a two-dimensional direction, and the laser light reflected by the mirror 12 is two-dimensionally reflected. The scanning is performed in the direction.
[0029]
A magnetostrictive element 15 having a high magnetostriction is formed in a thin film on the back surface of the elastic beam 14, that is, on the surface opposite to the reflection surface of the mirror portion 12. The magnetostrictive element 15 is formed under a predetermined magnetic field, so that the axis of easy magnetization is set, for example, in a direction having an inclination angle of about 22.5 degrees with respect to the direction of arrow A shown in FIG. .
[0030]
A piezoresistive element 16 is formed on the surface of the elastic beam 14 to detect the amount of deformation (frequency and amplitude) of the elastic beam 14 in the bending direction and the torsion direction, respectively. The output signal from the piezoresistive element 16 is supplied to the scanning position detecting circuit 7. Then, the scanning position detection circuit 7 detects the scanning position of the laser beam based on the output signal from the piezoresistive element 16.
[0031]
A first magnetic field generating coil 17 for generating an alternating magnetic field in accordance with a driving current supplied from the scanning drive unit 6 is provided at a position facing the front surface of the elastic beam 14 and a position facing the back surface of the elastic beam 14. Second magnetic field generating coils 18 are provided, respectively. The first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 generate an alternating magnetic field in which two components of the respective resonance frequencies of the elastic beam 14 in the bending direction and the torsion direction are overlapped. When the alternating magnetic field generated by the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 is applied to the magnetostrictive element 15, the elastic beam 14 bends in the bending direction indicated by the arrow B in FIG. 2, the mirror portion 12 is deformed in the torsional direction indicated by the arrow C (arrow A is the direction of the torsional axis), and accordingly, the mirror portion 12 swings two-dimensionally with the elastic beam 14 as a base point.
[0032]
The elastic beam 14 that oscillates the mirror section 12 has a resonance frequency of bending deformation of, for example, 200 Hz and a resonance frequency of torsional deformation of, for example, 1 kHz. The displacement angle at each resonance frequency, that is, the displacement angle of the mirror section 12 with respect to the frame section 13 is, for example, 5 degrees in the torsional direction and 20 degrees in the bending direction. These displacement angles can be freely controlled by making the drive current supplied from the scanning drive unit 6 to the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 variable.
[0033]
Further, in the above example, the inclination angle of the easy axis of the magnetostrictive element 15 is 22.5 degrees, but is not limited to this value. However, from the mechanical characteristics of the elastic beam 14, it is desirable to set the inclination angle of the axis of easy magnetization of the magnetostrictive element 15 to 45 degrees for the deformation in the torsional direction, and to set the inclination angle for the deformation in the bending direction. Is desirably 0 degrees. In this example, since the elastic beam 14 is deformed in both the torsional direction and the bending direction, it is desirable to select around 22.5 degrees which is an intermediate value between 0 degree and 45 degrees.
[0034]
As shown in FIGS. 4 and 5, the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 are formed on a magnetic plate 21 made of a high magnetic permeability material such as a nickel alloy by a micromachining process. Consists of coils. 4 is a plan view of the planar coil as viewed from above, and FIG. 5 is a sectional view taken along line YY in FIG.
[0035]
On the magnetic plate 21, a lower insulating layer 22a, an intermediate insulating layer 22b, and an upper insulating layer 22c made of a resin material such as polyimide are respectively formed. Then, micromachining such as etching or vapor deposition is performed on the lower insulating layer 22a, and a conductive material such as copper is buried in a predetermined portion of the lower insulating layer 22a, whereby the lower coil wire 23 is formed. ing. The upper insulating layer 22c is subjected to micromachining such as etching and vapor deposition, and a conductive material such as copper is buried in a predetermined portion of the upper insulating layer 22c. Is formed. Then, a through hole 25 is provided so as to penetrate from the upper insulating layer 22c to the lower insulating layer 22a. The through hole 25 is filled with a conductive material, and the lower coil wire 23 and the upper coil wire are filled with the conductive material. 24 are electrically connected to form a planar coil.
[0036]
In the planar coil as described above, the ends of the lower coil wire 23 and the ends of the upper coil wire 24 are respectively exposed to the outside, and terminals 26a and 26b for applying a drive current from the scan driver 6 are provided. Have been. The first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 made of such a planar coil have their terminals 26a and 26b connected to the scanning drive unit 6 and scan from the terminal 26a to the terminal 26b. The application of the drive current from the drive section 6 generates a magnetic field in the direction indicated by the arrow D in FIG.
[0037]
The first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 configured as described above are arranged at positions opposing the surface of the elastic beam 14 and elastically so that a magnetic field traveling toward the elastic beam 14 is obtained. It is arranged at a position facing the back surface of the beam 14, respectively. Then, as shown in FIG. 3, the first magnetic field generating coil 17 is supported by an upper magnetic conducting member 27 made of a high magnetic permeability material such as a nickel alloy and fixed at a position facing the surface of the elastic beam 14. Is done. Further, the second magnetic field generating coil 18 is supported by a lower magnetic conductive member 28 made of a high magnetic permeability material such as a nickel alloy and fixed at a position facing the back surface of the elastic beam 14. A part of the frame portion 13 located between the magnetostrictive element 15 and the upper and lower magnetic conductive members 27 and 28 is made of the same high magnetic permeability material as the upper and lower magnetic conductive members 27 and 28. The intermediate magnetic member 29 is formed as follows.
[0038]
In the two-dimensional scanner 10 having the above structure, the magnetic field from the first magnetic field generating coil 17 travels from the surface of the elastic beam 14 to the elastic beam 14 and the magnetic field from the second magnetic field generating coil 18 is Since the rear side of the elastic beam 14 is directed toward the elastic beam 14, these magnetic fields repel each other near the elastic beam 14, and magnetic lines of force are formed along the in-plane direction of the elastic beam 14. Then, the magnetic flux concentrates on the magnetostrictive element 15 formed on the elastic beam 14.
[0039]
The magnetic flux from the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 is concentrated on the magnetostrictive element 15, so that the magnetostrictive element 15 exerts a high magnetostrictive effect and is effectively driven, and the elastic beam 14 is bent. It will be effectively deformed in the direction and the torsional direction. As a result, the mirror 12 supported by the elastic beam 14 swings two-dimensionally, and the laser light reflected by the mirror 12 is scanned two-dimensionally.
[0040]
As described above, in the two-dimensional scanner 10 to which the present invention is applied, by repelling the magnetic fields from the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18, the lines of magnetic force along the in-plane direction of the elastic beam 14 are obtained. Is formed so that the magnetic flux concentrates on the magnetostrictive element 15 formed on the elastic beam 14, and the magnetostrictive element 15 that deforms the elastic beam 14 in the bending direction and the torsional direction is effectively driven. The mirror section 12 can be appropriately swung in a two-dimensional direction with a small current, so that a reduction in the size of the entire apparatus and a reduction in cost can be realized.
[0041]
In addition, in the two-dimensional scanner 10, the mirror 12, the frame 13, the elastic beam 14, and other components are manufactured by a general micromachining process in a semiconductor manufacturing process. Since the first and second magnetic field generating coils 17 and 18 are formed by planar coils, and the first and second magnetic field generating coils 17 and 18 can also be manufactured by micromachining, it is advantageous in mass production. Further, the cost can be further reduced.
[0042]
The effect of the present invention as described above is achieved by disposing the first magnetic field generating coil 17 at a position facing the surface of the elastic beam 14 and the second magnetic field generating coil 18 as shown in FIG. It is arranged at a position facing the back surface of the elastic beam 14 so that the magnetic field from the first magnetic field generating coil 17 and the magnetic field from the second magnetic field generating coil 18 are repelled near the elastic beam 14. However, in order to use the magnetic field from the first magnetic field generating coil 17 and the magnetic field from the second magnetic field generating coil 18 more efficiently, as shown in FIG. It is desirable that the coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 be supported by an upper magnetic conductive member 27 and a lower magnetic conductive member 28 made of a material having a high magnetic permeability, respectively.
[0043]
As described above, if the first magnetic field generating coil 17 is supported by the upper magnetic conducting member 27, the magnetostrictive element 15 and the first magnetic field generating coil 17 are separated from each other by the intermediate magnetic conducting member 29 and the upper magnetic conducting member 27. And a magnetic circuit is formed between them. Further, if the second magnetic field generating coil 18 is supported by the lower magnetic conducting member 28, the magnetostrictive element 15 and the second magnetic field generating coil 18 are connected via the intermediate magnetic conducting member 29 and the lower magnetic conducting member 28. Magnetically coupled to form a magnetic circuit between them. As a result, the leakage of the magnetic flux into the atmosphere having a large magnetic resistance is reduced, and most of the magnetic flux from the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 flows through these magnetic circuits. Become. Therefore, the magnetic flux can be more effectively concentrated on the magnetostrictive element 15, and the mirror section 12 can be more efficiently swung with a small current.
[0044]
In the above, an example of the two-dimensional scanner 10 to which the present invention is applied has been specifically described. However, the present invention is not limited to the above-described example, and may be modified according to required specifications and design conditions. Various changes are possible.
[0045]
For example, in the above example, the magnetostrictive element 15 is formed only on the back surface of the elastic beam 14, but as shown in FIGS. 7 and 8, the magnetostrictive element ( A mirror backside magnetostrictive element 31) is formed, and the magnetostrictive element 15 and the mirror backside magnetostrictive element 31 and the first magnetic field generating coil 17 are connected to each other by a small air gap formed by the slit 11 and a second intermediate conductor made of a high magnetic permeability material. The magnetic member 32 and the second upper magnetically conductive member 33 are magnetically coupled, and the magnetostrictive element 15, the mirror backside magnetostrictive element 31, and the second magnetic field generating coil 18 form a narrow air gap formed by the slit 11, The magnetic coupling may be performed via a second intermediate magnetic member 32 and a second lower magnetic member 34 made of a magnetic permeability material. 7 is a plan view of the two-dimensional scanner 30 of the present example as viewed from above, and FIG. 8 is a sectional view taken along the line ZZ in FIG.
[0046]
In the two-dimensional scanner 30 of this example, the first upper magnetic member 27 and the second upper magnetic member 33, the first lower magnetic member 28, and the second lower magnetic member 34 It is desirable that each of the mirror portions 12 is formed in a shape surrounding the outer peripheral side thereof so as not to hinder appropriate swing. Further, the first upper magnetic conducting member 27 and the second upper magnetic conducting member 33, the first lower magnetic conducting member 28, and the second lower magnetic conducting member 34 are described as separate members for convenience. These may be configured as an integral member. Furthermore, the magnetostrictive element 15 and the mirror backside magnetostrictive element 31 may be formed as a single film at the same time.
[0047]
In the two-dimensional scanner 30 as described above, in addition to the magnetic circuit that returns from the first magnetic field generating coil 17 to the first magnetic field generating coil 17 through the magnetostrictive element 15, the intermediate magnetic member 29, and the upper magnetic member 27. Then, the first magnetic field generating coil 17 returns to the first magnetic field generating coil 17 through the magnetostrictive element 15, the mirror backside magnetostrictive element 31, the second intermediate magnetic conductive member 32, and the second upper magnetic conductive member 33. A magnetic circuit will also be formed. Similarly, in addition to the magnetic circuit returning from the second magnetic field generating coil 18 to the second magnetic field generating coil 18 through the magnetostrictive element 15, the intermediate magnetic member 29 and the lower magnetic member 28, the second magnetic field generation A magnetic circuit returning from the coil 18 to the second magnetic field generating coil 18 through the magnetostrictive element 15, the mirror backside magnetostrictive element 31, the second intermediate magnetically conductive member 32, and the second lower magnetically conductive member 34 is also formed. become.
[0048]
Thus, in the two-dimensional scanner 30 of the present example, two magnetic circuits are formed on the first magnetic field generating coil 17 side and the second magnetic field generating coil 18 side, respectively. Since the magnetic flux from the second magnetic field generating coil 18 flows through these two magnetic circuits, the leakage of the magnetic flux into the atmosphere is reduced more effectively, and the first magnetic field generating coil 17 In addition, the magnetic flux from the second magnetic field generating coil 18 can be more effectively concentrated on the magnetostrictive element 15.
[0049]
In the two-dimensional scanner 30, a magnetostrictive element (mirror backside magnetostrictive element 31) is formed on the backside of the mirror section 12 in addition to the backside of the elastic beam 14, and the volume of the entire magnetostrictive element is increased. A large magnetostrictive effect will be exhibited. Therefore, in the two-dimensional scanner 30, the elastic beam 15 can be more effectively deformed, and the mirror portion 12 can be more efficiently swung in the two-dimensional direction.
[0050]
In this two-dimensional scanner 30, when it is difficult to form two magnetic circuits on the first magnetic field generating coil 17 side and the second magnetic field generating coil 18 side, respectively, due to space restrictions, The upper magnetic conducting member 27 and the lower magnetic conducting member 28 may be omitted, and one magnetic circuit may be formed on each of the first magnetic field generating coil 17 side and the second magnetic field generating coil 18 side.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a two-dimensional laser radar device.
FIG. 2 is a plan view schematically showing a two-dimensional scanner provided in the two-dimensional laser radar device.
FIG. 3 is a sectional view taken along line XX in FIG. 2;
FIG. 4 is a plan view schematically showing a magnetic field generating coil provided in the two-dimensional scanner.
FIG. 5 is a sectional view taken along line YY in FIG. 4;
FIG. 6 is a sectional view schematically showing another example of the two-dimensional scanner.
FIG. 7 is a plan view schematically showing still another example of the two-dimensional scanner.
FIG. 8 is a sectional view taken along line ZZ in FIG. 7;
[Explanation of symbols]
1 Two-dimensional laser radar
10 2D scanner
12 Mirror section
14 Elastic beam
15 Magnetostrictive element
17 First magnetic field generating coil
18. Second magnetic field generating coil
27 Upper magnetic conducting member
28 Lower magnetic conduction member
29 Intermediate magnetic conducting member
30 2D scanner
31 Mirror backside magnetostrictive element
32 Second intermediate magnetically conductive member
33. Second Upper Magnetic Conducting Member
34 Second Lower Magnetic Conducting Member

Claims

In the optical scanning device that scans the light to be irradiated on the object by reflecting light from the light source on the mirror and irradiating the object with the mirror, and oscillating the mirror.
An elastic beam that swingably supports the mirror unit,
A magnetostrictive element formed on the elastic beam,
A first magnetic field generating coil disposed opposite to one main surface of the elastic beam;
A second magnetic field generating coil disposed opposite to the other main surface of the elastic beam;
An optical scanning device, wherein a magnetic field from the first magnetic field generating coil and a magnetic field from the second magnetic field generating coil are repelled and applied to the magnetostrictive element.

The magnetostrictive element and the first magnetic field generating coil, and the magnetostrictive element and the second magnetic field generating coil are magnetically coupled to each other via a magnetically conductive member made of a material having a high magnetic permeability. The optical scanning device according to claim 1.

A mirror back surface magnetostrictive element continuous with the magnetostrictive element is formed on the back surface of the mirror unit,
A second magnetic conducting member, wherein the magnetostrictive element, the mirror backside magnetostrictive element and the first magnetic field generating coil, and the magnetostrictive element, the mirror backside magnetostrictive element and the second magnetic field generating coil are made of a material having a high magnetic permeability; The optical scanning device according to claim 1, wherein the optical scanning device is magnetically coupled via members.

4. The method according to claim 1, wherein the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil are planar coils formed by micromachining on a magnetic plate made of a high magnetic permeability material. An optical scanning device according to any one of the above.