JP2005181576A - Two-dimensional optical scanner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2次元平面を走査する光スキャナーに関する。 The present invention relates to an optical scanner that scans a two-dimensional plane.
一方の面に鏡面部を形成するとともに、他方の面に磁石膜を形成した走査ミラーの両端を支持し、走査ミラーの磁石膜形成面と対向する側にコイルを配置して走査ミラーを1次元に駆動するようにした1次元光スキャナーが知られている(例えば、特許文献1参照)。 A mirror part is formed on one surface and both ends of a scanning mirror having a magnet film formed on the other surface are supported, and a coil is arranged on the side of the scanning mirror facing the magnet film forming surface to make the scanning mirror one-dimensional. There is known a one-dimensional optical scanner which is driven in a continuous manner (for example, see Patent Document 1).
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
しかしながら、上述した従来の光スキャナーは2次元平面上を走査するものではないため、例えば、車両前方の2次元方向にレーザー光または電波を放射し、車両前方に存在する物体からの反射光を受光して物体の大きさと物体までの距離を検出する車両用レーダー装置に用いることはできない。 However, since the conventional optical scanner described above does not scan a two-dimensional plane, for example, it emits laser light or radio waves in a two-dimensional direction in front of the vehicle and receives reflected light from an object existing in front of the vehicle. Thus, it cannot be used in a vehicle radar device that detects the size of an object and the distance to the object.
本発明は、支持枠の内側に設けられ、裏面に磁石面を形成した内枠と、内枠の両端を支持枠に支持する1対のトーションバネX1,X2と、内枠の内側に設けられ、表面に鏡面を形成するとともに裏面に磁石面を形成したミラー板と、1対のトーションバネX1,X2の並び方向と直交する方向に配置され、ミラー板の両端を内枠に支持する1対のトーションバネY1,Y2と、内枠およびミラー板の裏面に形成した磁石面に直交する磁界を生成する磁界生成手段とを備え、内枠とミラー板の裏面の磁石を、1対のトーションバネX1,X2の並び方向と1対のトーションバネY1,Y2の並び方向とから傾斜した方向に着磁し、1対のトーションバネX1,X2と1対のトーションバネY1,Y2とをねじり軸として、磁界生成手段の磁界によりミラー板を2次元方向に傾動させる。 The present invention is provided on the inner side of the support frame, provided on the inner frame with a magnet surface on the back surface, a pair of torsion springs X1 and X2 for supporting both ends of the inner frame on the support frame, and on the inner side of the inner frame. A pair of mirror plates having a mirror surface formed on the front surface and a magnet surface formed on the back surface and a pair of torsion springs X1 and X2 arranged in a direction orthogonal to the arrangement direction and supporting both ends of the mirror plate on the inner frame And torsion springs Y1 and Y2 and a magnetic field generating means for generating a magnetic field perpendicular to the magnet surface formed on the inner frame and the back surface of the mirror plate, and the magnets on the back surface of the inner frame and the mirror plate are connected to a pair of torsion springs Magnetized in a direction inclined from the alignment direction of X1 and X2 and the alignment direction of the pair of torsion springs Y1 and Y2, and using the pair of torsion springs X1 and X2 and the pair of torsion springs Y1 and Y2 as a torsion axis , Magnetic field of magnetic field generation means Tilting more to the mirror plate in a two-dimensional direction.
本発明によれば、小形で安価な2次元光スキャナーを提供することができる。 According to the present invention, a small and inexpensive two-dimensional optical scanner can be provided.
本願発明の2次元光スキャナーを、車両用レーザーレーダー装置に応用した一実施の形態を説明する。 An embodiment in which the two-dimensional optical scanner of the present invention is applied to a vehicle laser radar device will be described.
《発明の第1の実施の形態》
図1は第1の実施の形態の構成を示すブロック図である。レーザーダイオード1は所定の拡がり角のレーザー光を発光する。レーザーダイオード駆動回路2はレーザーダイオード1を駆動し、制御回路3からの発光指令にしたがってレーザーダイオード1からレーザー光を発光させる。レーザーダイオード1から発光されたレーザー光はスキャナー部4へ入射し、スキャナー部4の傾動によりレーザー光を2次元平面上で走査させる。スキャナー部4のミラー部(詳細後述)で反射されたレーザー光は反射鏡5に入射し、反射鏡5で全反射されて光軸が車両前方に向けられる。
<< First Embodiment of the Invention >>
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment. The
フォトディテクター6は、車両前方の物体7で反射されたレーザー光を受光する。受光回路8は、フォトティテクター6から出力される受光信号を受光パルス信号に成形して制御回路3へ出力する。制御回路3は、レーザーダイオード1によるレーザー光の発光からフォトディテクター6による受光までの時間、すなわちレーザーダイオード1からレーザー光が発せられて物体7に到達し、物体7で反射されたレーザー光がフォトディテクター6に戻るまでの伝播遅延時間を計時し、伝播遅延時間とスキャナー部4のミラー部角度に基づいて物体7までの距離と方向を検出する。
The
増幅器9〜11は、スキャナー部4に設置される3台の角度検出器(詳細後述)からのねじれ角度信号および曲げ角度信号をそれぞれ増幅する。駆動回路12〜14は、スキャナー部4の3台の角度検出値からのねじれ角度および曲げ角度がそれぞれ制御回路3からの振れ角指令値に一致するようにフィードバック制御を行い、コイル15(詳細後述)に流すスキャナー駆動信号を出力する。増幅器16〜18は、駆動回路12〜14のスキャナー駆動信号を増幅してコイル15へ通電する。
The
図2はスキャナー部の形状を示す断面図である。スキャナー部4は、ベースプレート21の上にスペーサー22を介してシリコンプレート23が設置される。ベースプレート21とスペーサー22は中空になっており、この中空部にコイル15が内装されて図中のA方向、すなわちシリコンプレート23と直交する方向に磁界を発生する。なお、15a、15bはコイル15の電源端子である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the shape of the scanner unit. In the
図3はシリコンプレート23の構造を示す上面図である。シリコンプレート23は、マイクロマシニング加工によりスリットが形成され、同心状の3個の長方形に区分される。最も外枠は支持プレート31であり、図2に示すスキャナー部4のスペーサー22に取り付けられる。支持プレート31の内側にはスリット32、33を挟んでフレーム34が形成され、さらにフレーム34の内側にはスリット35、36を挟んでミラー部37が形成される。ミラー部37の表面は鏡面が形成される。
FIG. 3 is a top view showing the structure of the
支持プレート31とフレーム34とは左右方向の1対のトーションバネ38、39を介して連結され、またフレーム34とミラー部37とは上下方向の1対のトーションバネ40、41を介して連結されており、支持プレート31に対してフレーム34とミラー部37はそれぞれ独立に傾動可能に構成されている。1対のトーションバネ38、39の並び方向と1対のトーションバネ40、41の並び方向とは互いに直交しており、したがって、ミラー部37は、1対のトーションバネ38、39と1対のトーションバネ40、41とをねじり軸として支持プレート31に対して2次元方向に傾動可能である。
The
トーションバネ39の近傍にはトーションバネ39のねじれ角度、すなわち1対のトーションバネ38、39をねじり軸としたフレーム34の傾動角度を検出する角度検出器42が設置される。また、トーションバネ40の近傍にはトーションバネ40のねじれ角度、すなわち1対のトーションバネ40、41をねじり軸としたミラー部37の傾動角度を検出する角度検出器43が設置される。さらに、トーションバネ41の近傍にはトーションバネ41の曲げ角度、すなわち1対のトーションバネ38、39の並び方向を軸としたミラー部37の傾動角度を検出する角度検出器44が設置される。これらの角度検出器42〜44にはピエゾ抵抗素子が用いられる。角度検出器42〜44の角度信号は、フレーム34および支持プレート31の上面の配線パターン(不図示)を介して支持プレート31上のコンタクトパッド45へ導かれ、信号配線を介して対応する増幅器9〜11へ出力される。
In the vicinity of the
シリコンプレート23の裏面には、強磁性材料からなる磁性薄膜が形成されている。磁性薄膜は、例えば、サマリウムやテルビウムなどの強磁性材料と、鉄やニッケルなどの弱磁性材料との複合材料をスパッタなどの薄膜形成手法によって複数種積層して形成する。
On the back surface of the
磁性薄膜の磁極は、左右方向1対のトーションバネ38、39の並び方向と上下方向1対のトーションバネ40、41の並び方向とからそれぞれ45度傾いた図中矢印Cの方向に形成され、図示のようにN極とS極を有する。また、左右方向1対のトーションバネ38、39は250Hzのねじり共振周波数を有しており、上下方向1対のトーションバネ40、41は50Hzのねじり共振周波数を有している。さらに、上下方向1対のトーションバネ40、41は2kHzの曲げ共振周波数を有している。
The magnetic thin film magnetic poles are formed in the direction of the arrow C in the figure inclined 45 degrees from the direction in which the pair of torsion springs 38, 39 in the left-right direction and the direction in which the pair of torsion springs 40, 41 in the vertical direction are aligned, As shown, it has an N pole and an S pole. The pair of torsion springs 38 and 39 in the left and right direction has a torsional resonance frequency of 250 Hz, and the pair of
シリコンプレート23の背面に配置されるコイル15によって、シリコンプレート23と垂直な方向に250Hzの交番磁場が生成されると、左右方向1対のトーションバネ38、39は図示E方向にねじり共振振動を生じる。
When an alternating magnetic field of 250 Hz is generated in the direction perpendicular to the
説明を理解しやすくするために、シリコンプレート23の裏面(磁性薄膜形成面)側にN極、表面(鏡面形成面)側にS極の静止した磁場がコイル15により生成されている瞬間を考える。左右方向1対のトーションバネ38、39のねじり共振に着目すると、図中のa部とe部は、磁極Cの上下方向成分Cβの磁気モーメントによってS極に着磁されているため、コイル15の磁界に反発してシリコンプレート23の表面側(図3紙面の表側)に移動する。同様に、図中のb部とf部は、磁極Cの上下方向成分Cβの磁気モーメントによってN極に着磁されているため、コイル15の磁界に引かれてシリコンプレート23の裏面側(図3紙面の裏側)に移動する。したがって、フレーム34とミラー部37は左右方向の1対のトーションバネ38、39をねじり軸として図中矢印Eの方向に傾動する。
In order to make the explanation easier to understand, consider the moment when a
また、コイル15によってシリコンプレート23と垂直な方向に50Hzの交番磁場が生成されると、上下方向1対のトーションバネ40、41は図示D方向にねじり共振振動を生じる。
When a 50 Hz alternating magnetic field is generated by the
説明を理解しやすくするために、シリコンプレート23の裏面側にN極、表面側にS極の静止した磁場がコイル15により生成されている瞬間を考える。上下方向1対のトーションバネ40、41のねじり共振に着目すると、図中のc部は、磁極Cの左右方向成分Cαの磁気モーメントによってS極に着磁されているため、コイル15の磁界に反発してシリコンプレート23の表面側(図3紙面の表側)に移動する。同様に、図中のd部は、磁極Cの左右方向成分Cαの磁気モーメントによってN極に着磁されているため、コイル15の磁界に引かれてシリコンプレート23の裏面側(図3紙面の裏側)に移動する。したがって、ミラー部37は上下方向の1対のトーションバネ40、41をねじり軸として図中矢印Dの方向に傾動する。
In order to make the explanation easy to understand, let us consider a moment when a stationary magnetic field of N pole on the back side of the
さらに、コイル15によってシリコンプレート23と垂直な方向に2kHzの交番磁場が生成されると、上下方向1対のトーションバネ40、41は図示E方向に曲げ共振振動を生じる。
Further, when an alternating magnetic field of 2 kHz is generated by the
説明を理解しやすくするために、シリコンプレート23の裏面側にN極、表面側にS極の静止した磁場がコイル15により生成されている瞬間を考える。上下方向1対のトーションバネ40、41の曲げ共振に着目すると、図中のe部は、磁極Cの上下方向成分Cβの磁気モーメントによってS極に着磁されているため、コイル15の磁界と反発してシリコンプレート23の表面側(図3紙面の表側)に移動する。同様に、図中のf部は、磁極Cの上下方向成分Cβの磁気モーメントによってN極に着磁されているため、コイル15の磁界と反発してシリコンプレート23の裏面側(図3紙面の裏側)に移動する。したがって、ミラー部37の上下方向の中心を回転中心として、上下方向1対のトーションバネ40、41を図中矢印Eの方向に傾動する。
In order to make the explanation easy to understand, let us consider a moment when a stationary magnetic field of N pole on the back side of the
図4はスキャナー部ミラーの走査軌跡を示す図である。水平方向(図3に示すシリコンプレート23の左右方向)は振れ角20度、周波数50Hzの共振走査である。また、垂直方向(図3に示すシリコンプレート23の上下方向)は振れ角5度、周波数250Hzの共振走査である。水平と垂直の周波数比は5であるから、垂直方向に5回交番すると水平方向に1回交番する走査軌跡51を描く。なお、走査軌跡51が定在波となって同じ場所を通るために、レーザー光の照射欠損部52が生じる。
FIG. 4 is a diagram showing a scanning locus of the scanner unit mirror. The horizontal direction (left-right direction of the
図5は、図4のF部を拡大した図である。図4では走査軌跡51を細い線で描いたが、実際は上下方向の1対のトーションバネ40、41の曲げ共振によって、図5に示すように振れ角3度、周波数2kHzの共振走査が行われる。 FIG. 5 is an enlarged view of a portion F in FIG. In FIG. 4, the scanning trajectory 51 is drawn with a thin line. Actually, however, resonance scanning with a deflection angle of 3 degrees and a frequency of 2 kHz is performed by bending resonance of a pair of torsion springs 40 and 41 in the vertical direction as shown in FIG. .
この第1の実施の形態によれば、コイル15によって、1対のトーションバネ38、39のねじり共振周波数と、1対のトーションバネ40、41のねじり共振周波数とに加え、1対のトーションバネ40、41の曲げ共振周波数の成分を有する交番磁界を発生させるようにしたので、水平(左右)走査軸と垂直(上下)走査軸の固有共振周波数の比が整数比となっても、水平走査または垂直走査に加え、新たな走査を付加することが可能であり、レーザー光の照射が不能となる照射欠損部52(図4参照)が発生せず、レーザーレーダーに応用した場合には非検知領域が生じないからレーザーレーダーの性能を向上させることができる。
According to the first embodiment, in addition to the torsional resonance frequency of the pair of torsion springs 38 and 39 and the torsional resonance frequency of the pair of torsion springs 40 and 41, the
なお、上述した第1の実施の形態では、シリコンプレート23の裏面に形成する磁性薄膜の磁極方向を、左右方向1対のトーションバネ38、39および上下方向1対のトーションバネ40、41の並び方向からそれぞれ45度の傾きとした例を示したが、磁極方向の傾きは45度に限定されるものではなく、左右方向および上下方向の力の必要度合いに応じて任意に決定すればよい。例えば、左右方向の振れ角を20度、上下方向の振れ角を5度とする場合、すなわち上下方向に対し左右方向に4倍の力を必要とする場合にはtan−1(0.25)=14度とするのが望ましい。また、左右方向と上下方向の共振周波数が大きく異なる場合、あるいは、ミラー部37の形状が正方形から大きく異なる場合にも、単純な幾何演算により求められる所要力から磁極の最適傾斜角度を決定すればよい。なお、一般的には最適傾斜角度は20度から70度の範囲になることが多い。
In the first embodiment described above, the magnetic thin film formed on the back surface of the
また、第1の実施の形態では、左右方向1対のトーションバネ38、39と上下方向1対のトーションバネ40、41のねじれ共振の他に、上下方向1対のトーションバネ40、41の曲げ共振を用いた例を示したが、3つの共振は必ずしも必要ではない。例えば、走査欠損部の発生が問題とならない用途であれば、上下方向1対のトーションバネ40、41に曲げ共振を用いる必要はない。なお、左右方向1対のトーションバネ38、39と上下方向1対のトーションバネ40、41のねじれ共振の他に、左右方向1対のトーションバネ38、39の曲げ共振を用いてもよい。 In the first embodiment, in addition to the torsional resonance between the pair of torsion springs 38 and 39 in the left and right direction and the pair of torsion springs 40 and 41 in the up and down direction, bending of the pair of torsion springs 40 and 41 in the up and down direction is performed. Although an example using resonance is shown, three resonances are not necessarily required. For example, if there is an application in which occurrence of a scanning defect portion does not become a problem, it is not necessary to use bending resonance for the pair of torsion springs 40 and 41 in the vertical direction. In addition to the torsional resonance between the pair of torsion springs 38 and 39 in the left and right direction and the pair of torsion springs 40 and 41 in the up and down direction, bending resonance of the pair of torsion springs 38 and 39 in the left and right direction may be used.
このように、上述した第1の実施の形態によれば、支持プレート31枠の内側に設けられ、裏面に磁石面を形成したフレーム34と、フレーム34の両端を支持プレート31に支持する1対のトーションバネ38、39と、フレーム34の内側に設けられ、表面に鏡面を形成するとともに裏面に磁石面を形成したミラー部37と、1対のトーションバネ38、39の並び方向と直交する方向に配置され、ミラー部37の両端をフレーム34に支持する1対のトーションバネ40、41と、フレーム34およびミラー部37の裏面に形成した磁石面に直交する磁界を生成するコイル15とを備え、フレーム34とミラー部37の裏面の磁石を、1対のトーションバネ38、39の並び方向と1対のトーションバネ40、41の並び方向とから傾斜した方向に着磁し、1対のトーションバネ38、39と1対のトーションバネ40、41とをねじり軸として、コイル15の磁界によりミラー部37を2次元方向に傾動させるようにしたので、少ないエネルギーで2次元方向の走査を行うことができ、小形で安価な2次元光スキャナーを提供することができる。
As described above, according to the first embodiment described above, the pair of the
《発明の第2の実施の形態》
トーションバネ38〜41の部分のみ、磁性薄膜を形成しないようにした第2の実施の形態を説明する。図6は、第2の実施の形態のシリコンプレート23を裏面から見た図である。なお、図3に示す部材と同様な部材に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。また、シリコンプレート裏面の磁性薄膜の形成以外の構成については上述した第1の実施の形態と同様であり、それらの図示と説明を省略する。
<< Second Embodiment of the Invention >>
A second embodiment in which the magnetic thin film is not formed only in the portions of the torsion springs 38 to 41 will be described. FIG. 6 is a view of the
シリコンプレート23にスリット加工をした後、裏面全体に磁性薄膜をスパッタなどの手法で付着させるときに、トーションバネ38〜41の部分にマスク53を貼り付け、トーションバネ38〜41の部分のみ、磁性薄膜を形成しないようにする。
After slitting the
トーションバネ38〜41の部分に磁性薄膜を付着させないため、磁性薄膜が有する磁歪効果が発生しない。特に、トーションバネ38〜41の部分は振れ角を増大させるためにねじれ弾性を下げる、すなわち細く薄く加工されるのが一般的である。そのため、このトーションバネ38〜41の部位に磁性薄膜による磁歪効果が発生すると、トーションバネ38〜41に不要な応力が働いてトーションバネ38〜41の共振を妨げてしまう。この第2の実施の形態によれば、トーションバネ38〜41の部分にはねじれ共振および曲げ共振を妨げるような磁歪力は発生しない。 Since the magnetic thin film is not attached to the portions of the torsion springs 38 to 41, the magnetostrictive effect of the magnetic thin film does not occur. In particular, the torsion springs 38 to 41 are generally processed to be thin and thin to reduce torsional elasticity in order to increase the deflection angle. Therefore, when a magnetostriction effect due to the magnetic thin film is generated in the portions of the torsion springs 38 to 41, unnecessary stress acts on the torsion springs 38 to 41, thereby preventing resonance of the torsion springs 38 to 41. According to the second embodiment, no magnetostrictive force is generated in the torsion springs 38 to 41 so as to prevent torsional resonance and bending resonance.
このように、第2の実施の形態によれば、支持プレート31、フレーム34、ミラー部37、1対のトーションバネ38、39および1対のトーションバネ40、41を、1枚のシリコン薄板から加工した一体成型部材とし、この一体成型部材の裏面に、1対のトーションバネ38、39と1対のトーションバネ40、41の部分をマスクして磁性薄膜を形成し、1対のトーションバネ38、39の並び方向と1対のトーションバネ40、41の並び方向とから傾斜した方向に着磁するようにしたので、第1の実施の形態の上述した効果に加え、トーションバネ38〜41の部分にはねじれ共振および曲げ共振を妨げるような磁歪力が発生せず、2次元方向の正確な走査が可能になる。
Thus, according to the second embodiment, the
《発明の第3の実施の形態》
トーションバネ38〜41の部分にも磁性薄膜を形成させるが、トーションバネ38〜41の部分のみ、ねじれ共振および曲げ共振を妨げるような磁歪力が発生しない方向に着磁するようにした第3の実施の形態を説明する。図7は第3の実施の形態のシリコンプレート23を裏面から見た図である。なお、図3に示す部材と同様な部材に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。また、シリコンプレート裏面の磁性薄膜の形成以外の構成については上述した第1の実施の形態と同様であり、それらの図示と説明を省略する。
<< Third Embodiment of the Invention >>
A magnetic thin film is also formed on the portions of the torsion springs 38 to 41. However, only the portion of the torsion springs 38 to 41 is magnetized in a direction in which no magnetostrictive force that prevents torsional resonance and bending resonance is generated. An embodiment will be described. FIG. 7 is a view of the
シリコンプレート23にスリット加工をした後、裏面全体に磁性薄膜をスパッタなどの手法で付着させる。このとき、図中に示す矢印Cの方向に強磁場を印加しながらスパッタ工程を行うことによって、シリコンプレート23の裏面にC方向の磁極が形成される。次に、トーションバネ38〜41近傍の部分54〜57に対してのみ、シリコンプレート23に垂直に強磁場を印加することによって、トーションバネ部分54〜57の磁性薄膜をシリコンプレート23に垂直な磁極方向に着磁する。このとき、すべてのトーションバネ38〜41において、シリコンプレート裏面側がN極になるように磁極を揃える。
After slitting the
これにより、トーションバネ部分54〜57の磁性薄膜の磁極はコイル15による磁極と同一となり、磁歪効果による応力はシリコンプレート23と垂直な方向に働くが、この応力はフレーム34およびミラー部37を傾動させるような力にはならない。上述したように、トーションバネ38〜41の部分は振れ角を増大させるためにねじれ弾性を下げる、すなわち細く薄く加工されるのが一般的である。そのため、このトーションバネ部分54〜57に磁性薄膜による磁歪効果が発生すると、トーションバネ38〜41に不要な応力が働いてトーションバネ38〜41の共振を妨げてしまう。この第3の実施の形態によれば、トーションバネ部分54〜57にはねじれ共振および曲げ共振を妨げるような磁歪力は発生しない。
As a result, the magnetic thin film magnetic poles of the
このように、第3の実施の形態によれば、支持プレート31、フレーム34、ミラー部37、1対のトーションバネ38、39および1対のトーションバネ40、41を、1枚のシリコン薄板から加工した一体成型部材とし、この一体成型部材の裏面に磁性薄膜を形成し、1対のトーションバネ38、39と1対のトーションバネ40、41の部分のみ、一体成形部材と垂直な方向に着磁するとともに、1対のトーションバネ38、39と1対のトーションバネ40、41の部分以外を、1対のトーションバネ38、39の並び方向と1対のトーションバネ40、41の並び方向とから傾斜した方向に着磁するようにしたので、第1の実施の形態の上述した効果に加え、トーションバネ38〜41の部分にはねじれ共振および曲げ共振を妨げるような磁歪力が発生せず、2次元方向の正確な走査が可能になる上に、マスク部材などが不要になるために工程の簡素化が図れ、コストを低減することができる。
Thus, according to the third embodiment, the
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、支持プレート31が支持枠を、フレーム34が内枠を、ミラー部37がミラー板を、左右方向1対のトーションバネ38、39が1対のトーションバネX1,X2を、上下方向1対のトーションバネ40、41が1対のトーションバネY1,Y2を、コイル15が磁界生成手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
The correspondence between the constituent elements of the claims and the constituent elements of the embodiment is as follows. That is, the
上述した一実施の形態では、本願発明の2次元光スキャナーを、車両用レーザーレーダー装置に応用した例を説明したが、本願発明の2次元光スキャナーは車両用レーザーレーダー装置に限定されず、レーザー光や電波を2次元方向に放射するあらゆる装置に応用することができる。 In the above-described embodiment, an example in which the two-dimensional optical scanner of the present invention is applied to a vehicle laser radar apparatus has been described. However, the two-dimensional optical scanner of the present invention is not limited to a vehicle laser radar apparatus, and a laser It can be applied to any device that emits light and radio waves in a two-dimensional direction.
1 レーザーダイオード
2 レーザーダイオード駆動回路
3 制御回路
4 スキャナー部
5 反射鏡
6 フォトディテクター
8 受光回路
9〜11、16〜18 増幅回路
12〜14 駆動回路
15 コイル
15a、15b 電源端子
21 ベースプレート
22 スペーサー
23 シリコンプレート
31 支持プレート
32、33、35、36 スリット
34 フレーム
37 ミラー部
38、39、40、41 トーションバネ
42、43、44 角度検出器
45 コンタクトパッド
51 走査軌跡
52 レーザー光照射欠損部
53 マスク
54〜57 トーションバネ部分
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記内枠の両端を前記支持枠に支持する1対のトーションバネX1,X2と、
前記内枠の内側に設けられ、表面に鏡面を形成するとともに裏面に磁石面を形成したミラー板と、
前記1対のトーションバネX1,X2の並び方向と直交する方向に配置され、前記ミラー板の両端を前記内枠に支持する1対のトーションバネY1,Y2と、
前記内枠および前記ミラー板の裏面に形成した磁石面に直交する磁界を生成する磁界生成手段とを備え、
前記内枠と前記ミラー板の裏面の磁石を、前記1対のトーションバネX1,X2の並び方向と前記1対のトーションバネY1,Y2の並び方向とから傾斜した方向に着磁し、
前記1対のトーションバネX1,X2と前記1対のトーションバネY1,Y2とをねじり軸として、前記磁界生成手段の磁界により前記ミラー板を2次元方向に傾動させることを特徴とする2次元スキャナー。 An inner frame provided inside the support frame and having a magnet surface formed on the back surface;
A pair of torsion springs X1, X2 for supporting both ends of the inner frame on the support frame;
A mirror plate provided inside the inner frame, forming a mirror surface on the front surface and forming a magnet surface on the back surface;
A pair of torsion springs Y1, Y2 disposed in a direction perpendicular to the direction in which the pair of torsion springs X1, X2 are arranged, and supporting both ends of the mirror plate on the inner frame;
Magnetic field generating means for generating a magnetic field orthogonal to the magnet surface formed on the inner frame and the back surface of the mirror plate,
Magnetizing the inner frame and the magnet on the back surface of the mirror plate in a direction inclined from the arrangement direction of the pair of torsion springs X1 and X2 and the arrangement direction of the pair of torsion springs Y1 and Y2,
A two-dimensional scanner characterized in that the mirror plate is tilted in a two-dimensional direction by a magnetic field of the magnetic field generating means with the pair of torsion springs X1, X2 and the pair of torsion springs Y1, Y2 as torsion axes. .
前記支持枠、前記内枠、前記ミラー板、前記1対のトーションバネX1,X2および前記1対のトーションバネY1,Y2は、1枚のシリコン薄板から加工した一体成型部材であり、
前記一体成型部材の裏面に、前記1対のトーションバネX1,X2と前記1対のトーションバネY1,Y2の部分をマスクして磁性薄膜を形成し、前記1対のトーションバネX1,X2の並び方向と前記1対のトーションバネY1,Y2の並び方向とから傾斜した方向に着磁することを特徴とする2次元スキャナー。 The two-dimensional scanner according to claim 1.
The support frame, the inner frame, the mirror plate, the pair of torsion springs X1 and X2 and the pair of torsion springs Y1 and Y2 are integrally molded members processed from a single silicon thin plate,
A magnetic thin film is formed on the back surface of the integrally molded member by masking the portions of the pair of torsion springs X1 and X2 and the pair of torsion springs Y1 and Y2, and the pair of torsion springs X1 and X2 are arranged. A two-dimensional scanner characterized by magnetizing in a direction inclined from a direction and an arrangement direction of the pair of torsion springs Y1, Y2.
前記支持枠、前記内枠、前記ミラー板、前記1対のトーションバネX1,X2および前記1対のトーションバネY1,Y2は、1枚のシリコン薄板から加工した一体成型部材であり、
前記一体成型部材の裏面に磁性薄膜を形成し、前記1対のトーションバネX1,X2と前記1対のトーションバネY1,Y2の部分のみ、前記一体成形部材と垂直な方向に着磁するとともに、前記1対のトーションバネX1,X2と前記1対のトーションバネY1,Y2の部分以外を、前記1対のトーションバネX1,X2の並び方向と前記1対のトーションバネY1,Y2の並び方向とから傾斜した方向に着磁することを特徴とする2次元スキャナー。 The two-dimensional scanner according to claim 1.
The support frame, the inner frame, the mirror plate, the pair of torsion springs X1 and X2 and the pair of torsion springs Y1 and Y2 are integrally molded members processed from a single silicon thin plate,
A magnetic thin film is formed on the back surface of the integrally molded member, and only the portions of the pair of torsion springs X1 and X2 and the pair of torsion springs Y1 and Y2 are magnetized in a direction perpendicular to the integrally molded member, Except for the portions of the pair of torsion springs X1 and X2 and the pair of torsion springs Y1 and Y2, the alignment direction of the pair of torsion springs X1 and X2 and the alignment direction of the pair of torsion springs Y1 and Y2 A two-dimensional scanner characterized in that it is magnetized in a direction inclined from the side.
前記磁界生成手段は、前記1対のトーションバネX1,X2のねじり共振周波数と、前記1対のトーションバネY1,Y2のねじり共振周波数とに加え、前記1対のトーションバネX1,X2の曲げ共振周波数または前記1対のトーションバネY1,Y2の曲げ共振周波数の成分を有する交番磁界を発生させることを特徴とする2次元スキャナー。 The two-dimensional scanner according to any one of claims 1 to 3,
In addition to the torsional resonance frequency of the pair of torsion springs X1 and X2 and the torsional resonance frequency of the pair of torsion springs Y1 and Y2, the magnetic field generation means includes bending resonance of the pair of torsion springs X1 and X2. A two-dimensional scanner that generates an alternating magnetic field having a frequency or a component of a bending resonance frequency of the pair of torsion springs Y1 and Y2.
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