JP2007240685A - 車載用光ビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源装置から出射された光ビームを高い位置精度をもって走査機構に入射させることが可能な車載用光ビーム走査装置を提供すること。
【解決手段】車載用の光ビーム走査装置１には、外歯歯車７１を回転させることによりベース１１上で集光レンズの光軸方向の位置を調整する第１の位置調整機構７と、ネジ８０を回転させることによりベース１１を揺動させてベース１１上に構成された光源装置の位置を調整する第２の位置調整機構８とが構成されている。また、第１の位置調整機構７での調整を終えた後は、外歯歯車７１を本体フレーム４に溶着し、第２の位置調整機構８での調整を終えた後は、ベース１１を本体フレーム４に溶着する。
【選択図】図６

Description

本発明は、光ビームを所定の方向に走査して前走車両の存在や前走車両との距離の検出などに用いられる車載用光ビーム走査装置に関するものである。

近年、光ビーム走査装置は、車間距離測定装置や障害物の有無を監視する監視装置などとしての車両に搭載されている。このような車載用光ビーム走査装置は、光源および集光レンズを備えた光源装置と、この光源装置から出射された光ビームの反射方向を変えて当該光ビームを所定の角度範囲にわたって走査させる走査機構とが搭載されており、光ビームが前走車両などで反射した戻り光を光検出器で受光することにより、前走車両の存在や前走車両との距離を検出している（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３２６４９９号公報

このような車載用光走査装置は、事故の発生を未然に防止するなど、安全性に深く関与するため、高い信頼性が要求される。しかしながら、車載用光ビーム走査装置では、各種部材の搭載位置などのばらつきによって、光源装置から出射された光ビームが走査機構に所定の条件で入射しないことがあり、このような状態での使用は危険である。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光源装置から出射された光ビームを高い位置精度をもって走査機構に入射させることが可能な車載用光ビーム走査装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、光源および集光レンズを備えた光源装置と、該光源装置から出射された光ビームの透過方向あるいは反射方向を変えて当該光ビームを所定の角度範囲にわたって走査させる走査機構と、該走査機構および前記光源装置が搭載された本体フレームとを有する車載用光ビーム走査装置において、前記集光レンズの光軸方向の位置を調整する第１の位置調整機構と、前記光軸方向と直交する方向における前記光源装置の位置を調整する第２の位置調整機構とを有することを特徴とする。

本発明を適用した車載用光ビーム走査装置には、集光レンズの光軸方向の位置を調整する第１の位置調整機構と、光軸方向と直交する方向における光源装置の位置を調整する第２の位置調整機構とが構成されているため、製造工程で走査機構への光ビームの入射条件がばらついた場合でも、それを補正することができる。それ故、車載用として用いるのに十分な信頼性を確保することができる。

本発明において、前記第１の位置調整機構は、例えば、回転可能な回転部材と、該回転部材の回転を前記集光レンズが光軸方向に変位する動きに変換する変換機構とを備えている構成を採用することができる。回転部材を利用した場合には、検査段階でその一部でも露出していればそこを介して容易に回転させることができるので、製造工程の終盤での調整に適している。

本発明において、前記集光レンズは、当該集光レンズと一体に変位するホルダに保持され、前記回転部材は、前記集光レンズの光軸周りに回転可能な状態で前記ホルダに接しており、前記回転部材において前記ホルダに接する面は、光軸周りに沿って光軸方向の一方側に傾いていくテーパ面からなる駆動カム面を備え、前記ホルダにおいて前記駆動カム面と接する面には、光軸周りに沿って光軸方向の一方側に傾いていくテーパ面からなる従動カム面を備え、前記変換機構は、前記駆動カム面と、前記従動カム面と、前記駆動カム面と前記従動カム面とが接する方向に付勢する付勢部材と、前記ホルダの光軸周りの回転を阻止するストッパとを備えていることが好ましい。このように構成すると、回転部材とホルダが面接触しているので、調整後、安定した状態にある。

本発明において、前記回転部材は、その内側に前記光源が配置される穴を備えていることが好ましい。このように構成すると、回転部材が占有するスペースを有効に利用して光源を配置できるので、小型化でき、車載用に適している。

本発明において、前記回転部材は、前記集光レンズの光軸方向の位置を調整した後、前記本体フレームに対する直接、あるいは他の部材を介しての溶着あるいは螺着により回転が阻止されていることが好ましい。このような固定構造によれば、接着固定と比較して格段に耐振動性が高いので、車載用光ビーム走査装置の信頼性を向上することができる。

本発明において、前記光源装置は、前記光源、前記集光レンズおよび前記第１の位置調整機構が搭載されたベースを備え、前記第２の位置調整機構は、前記本体フレームに対する所定位置を中心に前記光軸方向と直交する面で前記ベースを揺動可能に支持する回転支持部と、前記ベースにおいて前記ベースの揺動方向と交差する方向に長軸方向を向けた長穴と、前記長穴で回転可能な偏心軸部とを備えていることが好ましい。このように構成すると、外部からの調整作業を容易に行うことができる。

本発明において、前記ベースは、前記光源装置の前記光軸方向と直交する方向での位置を調整した後、前記本体フレームに対する直接、あるいは他の部材を介しての溶着あるいは螺着により揺動が阻止されていることが好ましい。このような固定構造によれば、接着固定と比較して格段に耐振動性が高いので、車載用光ビーム走査装置の信頼性を向上することができる。

本発明を適用した車載用光ビーム走査装置には、集光レンズの光軸方向の位置を調整する第１の位置調整機構と、光軸方向と直交する方向における光源装置の位置を調整する第２の位置調整機構とが構成されているため、製造工程で走査機構への光ビームの入射条件がばらついた場合でも、それを補正することができる。それ故、車載用として用いるのに十分な信頼性を確保することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いた図面においては、説明の便宜上、光偏向領域の数などを減らして図示している。

（全体構成）
図１および図２は、本発明を適用した光ビーム走査装置を斜め後方からみたときの斜視図および側面図である。

図１および図２に示す光ビーム走査装置１は、車間距離測定装置や監視装置などにおいて光ビームを所定の方向に走査させる車載用の光ビーム走査装置であり、共通の本体フレーム４の上に、光源装置１０と、この光源装置１０から出射された光ビームＬを走査方向Ｌ１１において所定の角度範囲にわたって走査させる走査機構２とを有している。また、光ビーム走査装置１は、光ビームＬの出射側に、本体フレーム４から起立する縦フレーム５１、５２を備えており、この縦フレーム５１、５２には、発散角調整レンズ用ホルダ６１が上下方向に移動可能に支持されている。この発散角調整レンズ用ホルダ６１には、発散角調整レンズ６０が押さえバネ６４により固定されている。さらに、本形態の光ビーム走査装置１は、発散角調整レンズ用ホルダ６１（発散角調整レンズ６０）の上下方向の位置を変化させることにより、光ビームＬの走査位置を走査方向Ｌ１１と直交する方向Ｌ１２で変化させる調整機構３とを備えている。

（走査機構２の構成）
図３および図４は各々、本発明を適用した光ビーム走査装置の走査機構の要部の概略構成を模式的に示す概略側面図、および光ビーム走査装置の走査動作の原理を示す説明図である。

図３および図４において、走査機構２は、光偏向素子としての透過型光偏向ディスク３０と、この透過型光偏向ディスク３０を軸線周りに回転させる同期モータ４０と、透過型光偏向ディスク３０から出射された光ビームＬを約９０°の方向に反射する全反射ミラー５０と、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ、トロイダルレンズなどからなる発散角調整レンズ６０とを備えており、発散角調整レンズ６０は走査方向と直交する方向にパワーを備えている。透過型光偏向ディスク３０は、中心に中心孔３１が形成されており、この中心孔３１が同期モータ４０の回転出力部に保持されている。従って、透過型光偏向ディスク３０は、同期モータ４０の軸（透過型光偏向ディスク３０の中心）を中心に回転駆動されるように構成されている。

走査機構２では、透過型光偏向ディスク３０を回転させた状態で、光源装置１０から透過型光偏向ディスク３０のディスク面に対して直交する方向に向けて出射された光ビームＬを透過型光偏向ディスク３０に入射させ、透過型光偏向ディスク３０で光ビームＬを屈折させることで、光ビームＬを所定の方向に走査するように構成されている。すなわち、透過型光偏向ディスク３０は、周方向における光ビームＬの入射位置により、光ビームＬが透過して出射する方向が変化するように構成されており、同期モータ４０は、透過型光偏向ディスク３０を回転駆動して光源装置１０から出射された光ビームＬの透過型偏向ディスク３０への入射位置を変化させる。ここで、同期モータ４０としてはステッピングモータが用いられている。なお、同期モータ４０としては、ステッピングモータなどの外部同期型のモータに限らず、ブラシレスモータ、直流整流子モータなどの内部同期型のモータを用いてもよい。さらに、同期モータ４０としては、ＡＣ電源を用いた同期モータや、ＡＣインダクタンス／コンデンサモータなどを用いてもよい。

（屈折型光偏向素子の構成）
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、図３および図４に示す光ビーム走査装置で用いられた透過型光偏向ディスクの平面図、ｘ−ｘ断面の断面図、ｙ−ｙ断面の断面図、およびｚ−ｚ断面の断面図である。

図３、図４および図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、透過型光偏向ディスク３０は、中心に中心孔３１を備える扁平な円盤状に形成されており、本形態では、透明な樹脂で形成されている。また、透過型光偏向ディスク３０は、中心孔３１を中心として円周方向に分割された複数の放射状の光偏向領域３２ａ、３２ｂ、・・・（以下、光偏向領域３２とする）を備えている。本形態において、光偏向領域３２は、中心孔３１を中心として、略等角度間隔で円周方向に分割された領域である。

光偏向領域３２の数は、走査点数によって決まるが、例えば、光偏向領域３２の数を２０１個とし、光ビームＬの走査範囲を±１０°とした場合には、光ビームＬの走査の分解能は０．１°となる。また、例えば、光ビームＬが透過する位置における透過型光偏向ディスク３０の径を４０ｍｍとすると、１つの光偏向領域３２の光ビームの透過位置での円周方向幅は、０．６３ｍｍになる。

光偏向領域３２のそれぞれには、入射された光ビームＬを屈折させる傾斜面３３ａ、３３ｂ、・・・（以下、傾斜面３３とする）が径方向に傾斜するように形成されている。本形態では、傾斜面３３は、透過型光偏向ディスク３０の出射側の面（上面）にのみ全周にわたって形成され、入射側の面は、同期モータ４０の軸に直交する平面状に形成されている。

傾斜面３３は、光偏向領域３２のそれぞれに、一定角度を持って形成されている。例えば、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、傾斜面３３は半径方向に傾斜しており、各光偏向領域３２の径方向の断面は楔形状に形成されている。

また、本形態では、傾斜面３３の傾斜角度をθｗ、透過型光偏向ディスク３０から出射される光ビームの走査角度をθｓ（図３参照）、透過型光偏向ディスク３０の屈折率をｎとしたとき、
ｓｉｎ（θｗ＋θｓ）＝ｎ・ｓｉｎθｗ
の関係を満足するように、傾斜面３３が形成されている。ここで、ｎは透過型光偏向ディスク３０を構成する材料の屈折角であり、例えば、ｎ＝１．５１８６２とすると、走査角度θｓを１０°とする場合には、傾斜角度θｗを１８．０２°とすればよい。

さらに、本形態では、隣接する光偏向領域３２の傾斜面３３の傾斜角度θｗは、次第に増加または減少するようになっている。例えば、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、隣接する光偏向領域３２ａ、３２ｂ、３２ｃのそれぞれの傾斜面３３ａ、３３ｂ、３３ｃの傾斜角度θｗａ、θｗｂ、θｗｃが次第に増加するようになっている。また、光偏向領域３２の傾斜面３３は、内周側から外周側に向けて下がっている面と、外周側から内周側に向けて下がっている面とが含まれており、ディスク面と平行な面も含まれていている。すなわち、θｗの符号が＋の面とθｗの符号が−の面とが含まれており、θｗが０°の面も含まれている。

このような透過型光偏向ディスク３０は、透明な樹脂を直接、切削などの超精密加工で製造しても良いし、製造コストを考慮して、金型を用いて製造しても良い。ここで、傾斜面３３が、透過型光偏向ディスク３０の出射側の面にのみ形成されており、入射側の面は平面状に形成されている。そのため、金型を用いて透過型光偏向ディスク３０を製造する場合には、金型の駒加工が１面のみで良いため、金型の製作が容易になる。なお、透過型光偏向ディスク３０には、薄膜あるいは微細構造などによって反射防止処理を施しておけば、光源装置１０の出力のばらつきの原因となる戻り光を少なくすることができる。また、透過率が向上するため、光源装置１０からの光量のロスを低減させることができる。

（光源装置１０の構成）
図３および図４に示すように、光源装置１０は、光源としてのレーザダイオード１３と、絞り１５と、集光レンズ１６とを備えており、集光レンズ１６と透過型光偏向ディスク３０の配置関係は、第１の方向Ｌ１および第２の方向Ｌ２のうち、第２の方向Ｌ２において透過型光偏向ディスク３０のディスク面あるいはその近傍で合焦する収束光となるように設定され、第１の方向Ｌ１では、透過型光偏向ディスク３０のディスク面から離れた位置で合焦する収束光あるいは発散光の状態で透過型光偏向ディスク３０のディスク面に到達するように設定されている。従って、光源装置１０から出射された光ビームＬは、透過型光偏向ディスク３０のディスク面に半径方向に延びた縦長のスポットを形成し、幅の狭い第２の方向Ｌ２については、透過型光偏向ディスク３０の周方向に設定されている。

（走査動作）
本形態の光ビーム走査装置１においては、図４に示すように、同期モータ４０によって、透過型光偏向ディスク３０が所定の回転数で等速回転する。この状態で、光源装置１０からレーザ光が出射され、この光ビームＬは、透過型光偏向ディスク３０の入射側の面に対して略直交するように入射する。より具体的には、１つの光偏向領域３２の周方向幅の中心位置に向かって入射する。

透過型光偏向ディスク３０の光偏向領域３２に入射した光ビームＬは、透過型光偏向ディスク３０を透過する際に、傾斜面３３で屈折されて出射される。例えば、図３に示すように、ある光偏向領域３２で走査角度θｓ１の方向に屈折されて出射される。ここで、上述のように、隣接する光偏向領域３２の傾斜面３３の傾斜角度θｗは、次第に増加または減少するようになっているため、隣接する光偏向領域３２では、例えば、走査角度θｓ１と０．１°の角度差がある走査角度θｓ２の方向に屈折されて出射される。従って、透過型光偏向ディスク３０の回転にともなって、例えば、０．１°間隔で、光ビームＬが順次出射される。

このようにして透過型光偏向ディスク３０から出射された光ビームＬは、全反射ミラー５０で反射した後、走査方向Ｌ１１の所定の角度範囲にわたって走査される。その際、光ビームＬは、発散角調整レンズ６０によって走査方向と直交する方向Ｌ１２における発散角が調整される。

（第１および第２の位置調整機構の構成）
図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した光ビーム走査装置を底面側からみたときの説明図、および底板を外した状態の説明図である。図７は、本発明を適用した光ビーム走査装置の第１の位置調整機構の説明図である。図８は、本発明を適用した光ビーム走査装置の第２の位置調整機構の説明図である。本形態の光走査装置１には、集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０の位置、および集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０と直交する方向における光源装置１０の位置を調整することを目的に、図６〜図８を参照して説明する以下の構成が採用されている。

まず、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、光走査装置１の底面側には、本体フレーム４の下面に、光源装置１０の板状のベース１１が重ねられ、このベース１１の下面には底板９が重ねられている。ここで、底板９およびベース１１の端縁には、互いに重なる位置に切り欠き９１、９２、１１１、１１２が形成されており、この切り欠き９１、９２、１１１、１１２からは、後述する外歯歯車１２１が部分的に露出している。

また、光源装置１０では、図７に示すように、レーザダイオード１３、図４に示す絞り１５を保持するホルダ１７、および集光レンズ１６が光軸に沿ってこの順に配置されている。ここで、集光レンズ１６は、円盤状の成形体の中央部分にシリンドリカルレンズ部分が形成された構造になっており、外周縁に形成された切り欠き１６７にホルダ１７の突起１７１が嵌っている。このため、集光レンズ１６は、ホルダ１７に対しては一体に回転可能な状態で保持されている。

このような構成の光源装置１０は、本体フレーム４に対して筒状に形成された光源装置収納部４０（図１および図２参照）の内側に配置される。ここで、光源装置収納部４０は、上端部にレーザ光を出射可能な窓が形成されている。

このような構成の光源装置１０に対して、本形態では、まず、集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０の位置を調整する第１の位置調整機構７が構成されており、この第１の位置調整機構７は、光軸周りに回転可能に配置された回転部材１２を備えている。本形態において、回転部材１２は、その下端側に位置する大径の外歯歯車１２１と、この外歯歯車１２１の上端面からレーザダイオード１３の上方まで屈曲しながら延びた延設部１２７と、この延設部から上方に延びた円筒部１２８とを備えており、この円筒部１２８の上端部は、ホルダ１７の下端面に接している。ここで、円筒部１２８の上端面は、光軸周りに沿って光軸方向Ｌ０の一方側に傾いていくテーパ面からなる駆動カム面１２９を備えている一方、ホルダ１７において回転部材１２の駆動カム面１２９と接する下面には、周方向に沿って光軸方向Ｌ０の一方側に傾いていくテーパ面からなる従動カム面１７９を備えている。

外歯歯車１２１は、その中央に穴１２３が形成されており、この穴１２３内にレーザダイオード１３が配置されている。また、外歯歯車１２１では、穴１２３の周りに所定の角度範囲にわたって円弧状の溝１２２が形成されている一方、ベース１１には、溝１２２に嵌る円弧状のリブ１１８が形成されている。このため、回転部材１２は、外歯歯車１２１の溝１２２およびベース１１のリブ１１８に案内されて光軸周りに回転可能である。

また、光源装置１０を光源装置収納部４０の内側に配置する際、集光レンズ１６と光源装置収納部４０の上端部の間にはコイルバネ１８（付勢部材）が配置され、光源装置１０を光源装置収納部４０の内側に配置した状態で、コイルバネ１８は、圧縮される。従って、コイルバネ１８は、駆動カム面１２９と従動カム面１７９とが接する方向の付勢力を発揮する。また、光源装置収納部４０の内周側面では、集光レンズ１６の外周縁に形成された２つの切り欠き１６６に嵌るストッパ（図示せず）が光軸方向Ｌ０に延びており、このストッパは、ホルダ１７（集光レンズ１６）の光軸周りの回転を阻止するとともに、ホルダ１７（集光レンズ１６）を光軸方向にガイドする機能を担っている。なお、回転部材１２において延設部分１２７には、Ｕ字形状に折り曲げられた板バネ１９が保持されており、この板バネ１９は、先端部がホルダ１７および集光レンズ１６の側面に弾性をもって当接し、ホルダ１７および集光レンズの角度位置を固定する。

このように構成した第１の位置調整機構７において、駆動カム面１２９、従動カム面１７９、コイルバネ１８、および板バネ１９は、回転部材１２の回転を集光レンズ１６が光軸方向Ｌ０に変位する動きに変換する変換機構７０として機能する。すなわち、光走査装置１の組み立て工程の終盤において、集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０の位置を調整する際、図６（ｂ）に示す切り欠き１１１内で、外部から回転部材１２の外歯歯車１２１を回転駆動すると、回転部材１２が光軸周りに回転し、駆動カム面１２９と従動カム面１７９との相対位置が変化する結果、集光レンズ１６が光軸方向Ｌ０に変位する。従って、光源装置１０から出射されるレーザ光Ｌをモニターしながら、外歯歯車１２１の回転方向や回転量を調整すれば、集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０における位置を調整することができる。その際、ストッパは、回転部材１２の回転に対してホルダ１７（集光レンズ１６）が供回りするのを防止し、かつ、コイルバネ１８は、駆動カム面１２９と従動カム面１７９とが接する状態を維持する。また、板バネ１９は、調整したホルダ１７（集光レンズ１６）の位置を保持する。

このようにして、集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０における位置を調整した後は、図６（ｂ）に示す切り欠き１２２内で本体フレーム４と回転部材１２の外歯歯車１２１とを溶着すれば、その後、振動などが加わっても、集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０における位置がずれることがない。

また、本形態の光走査装置１では、図６（ｂ）および図８を参照して説明するように、集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０と直交する方向の光源装置１０の位置を調整する第２の位置調整機構８が構成されている。本形態では、第２の位置調整機構８を構成するにあたって、ベース１１は、矢印Ｘで示すように、本体フレーム４に対して穴１１６を中心に光軸方向Ｌ０と直交する面内で揺動可能である。すなわち、ベース１１の穴１１６には本体フレーム４から突出した軸部が嵌っており、この軸部を中心にしてベース１１は揺動可能である。また、ベース１１には、揺動方向と交差する方向に長軸方向を向けた長穴１１７が形成されている一方、ベース１１の下面から本体フレーム４に形成されたネジ穴（図示せず）には、ネジ８０が止められている。ここで、ネジ８０は、先端側のネジ軸部分とネジ頭部分との間が長穴１１７で回転可能な偏心軸部８６になっている。

従って、光源装置１０から出射されるレーザ光Ｌをモニターしながら、ネジ８０を回すと、偏心軸部８６が長穴１１７内で回転し、ベース１１が揺動する。その結果、ベース１１上に搭載された光源装置１０が集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０と直交する方向に変位するので、ネジ８０の回転量を調整すれば、集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０と直交する方向における光源装置１０の位置を調整することができる。

このようにして、集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０と直交する方向における光源装置１０の位置を調整した後、本体フレーム４とベース１１とを溶着すれば、その後、振動などが加わっても、集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０と直交する方向における光源装置１０の位置がずれることがない。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光ビーム走査装置１には、集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０の位置を調整する第１の位置調整機構７と、光軸方向Ｌ０と直交する方向における光源装置１０の位置を調整する第２の位置調整機構８とが構成されているため、製造工程で走査機構２への光ビームの入射条件がばらついた場合でも、それを補正することができる。それ故、車載用として用いるのに十分な信頼性を確保することができる。

また、第１の位置調整機構７では、回転部材１２の回転を変換機構７０によって集光レンズ１６が光軸方向Ｌ０に変位する動きに変換する。このため、回転部材１２が検査段階でその一部でも露出していればそこを介して容易に回転させることができるので、製造工程の終盤での調整に適している。また、変換機構７０を構成するにあたって、回転部材１２の駆動カム面１２９と、ホルダ１７の従動カム面１７９とを利用したので、回転部材１２とホルダ１７が面接触している。それ故、調整後、集光レンズ１６が安定した状態にあるので、車載用であるが故に求められる高い耐振性能に対応することができる。しかも、回転部材１２は、集光レンズ１６の光軸方向Ｌ０の位置を調整した後、本体フレーム４に対する溶着により回転が阻止されているので、接着固定と比較して格段に優れた耐振動性を発揮し、車載用の光ビーム走査装置１としての信頼性を向上することができる。

また、回転部材１２の穴１２２内にレーザダイオード１３を配置したので、回転部材１２が占有するスペースを有効に利用してレーザダイオード１３を配置できる。それ故、光走査装置１の小型化を図ることができ、車載用に適している。

また、光軸方向Ｌ０と直交する方向への光源装置１０の位置を調整するのにベース１１の揺動を利用したため、外部からの調整作業を容易に行うことができる。しかも、ベース１１は、光源装置１０の光軸方向Ｌ０と直交する方向での位置を調整した後、本体フレーム４に対する溶着により揺動が阻止されているため、接着固定と比較して格段に優れた耐振動性を発揮し、車載用の光ビーム走査装置１としての信頼性を向上することができる。

さらに、本形態の光ビーム走査装置１では、同期モータ４０を回転させた状態で、光源装置１０から出射したレーザ光を透過型光偏向ディスク３０に入射させ、透過型光偏向ディスク３０で光ビームＬを屈折させて、光ビームＬを走査方向Ｌ１１に走査している。すなわち、透過型光偏向ディスク３０は、円周方向に分割された複数の放射状の光偏向領域３２から構成され、光偏向領域３２のそれぞれに、入射された光ビームＬを屈折させる傾斜面３３が形成されているため、簡易な構成で光走査を行うことのできる透過型光偏向ディスク３０を形成することができる。また、屈折角が互いに異なる傾斜面３３を円周方向に多数形成することで、透過型光偏向ディスク３０を１回転させれば、所定の走査範囲を走査することができる。すなわち、１つの走査角度へ光ビームを出射させるために１つの屈折角度θｗを有する傾斜面３３を透過型光偏向ディスク３０に形成すればよく、回折機能を備えた偏向ディスクのように１つの走査角度へ光ビームを出射させるために複数の格子溝を設ける必要がない。従って、光ビームの走査の分解能を上げていった場合であっても、透過型光偏向ディスク３０の径を小さくすることができ、その結果、光ビーム走査装置１の小型化を図ることができる。

また、透過型光偏向ディスク３０は扁平な円盤状であるため、光ビーム走査装置１の薄型化を図ることが可能である。しかも、本形態では、透過型光偏向ディスク３０は樹脂で形成されているため、透過型光偏向ディスク３０生産性に優れ、また、光ビーム走査装置１の軽量化、低コスト化が可能である。さらに、例えば±５０℃程度の温度変動があっても、走査角度θｓの変動率がわずかであるため、走査性能への影響はほとんどない。

また、透過型光偏向ディスク３０において、光偏向領域３３に形成されている傾斜面３２は、半径方向に向かって傾斜している。しかも、隣接する光偏向領域３２の傾斜面３３の傾斜角度θｗは、次第に増加または減少するようになっている。そのため、簡易な構成で、各走査角度θｓに順次、光ビームＬを出射することができる。また、透過型光偏向ディスク３０が等速回転している場合でも、光源装置１０から出射された光ビームＬが同一の光偏向領域３３に位置している間、透過型光偏向ディスク３０から出射される光ビームＬは同一方向に出射される。従って、透過型光偏向ディスク３０の回転を停止しなくても、同一の方向に所定の期間、光ビームＬを出射できる。さらに、光源装置１０から出射された光ビームが隣接する光偏向領域３３に移ると、透過型光偏向ディスク３０から出射される方向が即座に切り換わり、過度期間がほとんどないので、無駄な時間が発生しない。

また、光偏向領域３２は、中心孔３１を中心として、略等角度間隔で円周方向に分割された領域であるため、同期モータ４０の回転数が一定であれば、光源装置１０から一定間隔でパルス状の光ビームＬを出射するだけでも、各走査角度θｓに順次、光ビームＬを出射することができる。

さらに、透過型光偏向ディスク３０を、ポリゴンミラーほど高速回転させる必要がないので、ステッピングモータなど、安価な同期モータ４０を用いることができる。

また、光源装置１０では、集光レンズ１６が、レーザダイオード１３から出射された光ビームＬを、光軸方向に直交する第１の方向Ｌ１（垂直方向）および第２の方向Ｌ２（水平方向）のうち、第２の方向Ｌ２では透過型光偏向ディスク３０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導く。従って、光源装置１０から出射された光ビームは、透過型光偏向ディスク３０の光偏向領域３２に対して半径方向に延びるスポットとして照射され、透過型光偏向ディスク３０の光偏向領域３２の周方向においては光ビームの幅が狭い。従って、小型の透過型光偏向ディスク３０であっても多数の光偏向領域３２を形成することができるので、透過型光偏向ディスク３０の小型化を図ることができる。そのため、透過型光偏向ディスク３０を駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、透過型光偏向ディスク３０を駆動する同期モータ４０などについてもその小型化を図ることができる。それ故、光ビーム走査装置１の大幅な小型化を図ることができる。

また、本形態で用いた透過型光偏向ディスク３０では、その屈折作用を利用しており、屈折角は、入射する光ビームの波長の影響をほとんど受けない。そのため、透過型光偏向ディスク３０を用いた本形態の光ビーム走査装置１では、安定した強度の光ビームを走査することができる。さらに、透過型光偏向ディスク３０は温度変動があっても、温度変動による透過率の変動は、回折効率の変動に比してわずかである。従って、温度変動の影響をあまり受けることなく安定した強度の光ビームを走査することができる。

本形態では、光源装置１０から出射された光ビームが透過型光偏向ディスク３０を透過するように構成されている。そのため、同期モータ４０で回転させた透過型光偏向ディスク３０に回転ぶれや面ぶれが生じても屈折角はほとんど変化しない。そのため、光ビームの走査ジッタが良好になる。

さらに、本形態の光ビーム走査装置１において、レーザダイオード１３と集光レンズ１６の距離、および集光レンズ１６と透過型光偏向ディスク３０との距離は、あくまで、光源装置１０から出射された光ビームＬが第２の方向Ｌ２において透過型光偏向ディスク３０の上面あるいはその近傍で合焦するように設定されている。このため、方向Ｌ１２では、透過型光偏向ディスク３０から出射される光ビームＬの発散角を所望の角度に設定できないという制約があるが、本形態では、透過型光偏向ディスク３０の後段には、発散角調整レンズ６０が配置されており、発散角調整レンズ６０は、透過型光偏向ディスク３０による走査方向Ｌ１１に対して直交する方向Ｌ１２において、透過型光偏向ディスク３０から出射された光ビームＬの発散角を所望の角度に設定する。それ故、本形態の光ビーム走査装置１によれば、方向Ｌ１２の発散角が所定条件の光ビームＬを走査することができる。

上記形態では、透過型光偏向ディスク３０を樹脂で形成したが、透過型光偏向ディスク３０をガラスで形成しても良い。この場合には、温度変動の影響をほとんど受けないため、温度特性が安定するとともに、高温環境下でも光ビーム走査装置１の使用が可能となる。また、上記形態では、傾斜面３３が透過型光偏向ディスク３０の出射面に形成されていたが、入射面、あるいは出射面および射面の両面に傾斜面が形成されても良い。

さらにまた、上述した形態では、光源装置１０から出射された光ビームが透過型光偏向ディスク３０を透過するように構成されていたが、光源装置１０から出射された光ビームが、反射型光偏向ディスクで反射することにより、走査されるように構成しても良い。この場合には、図３および図４を参照して説明した光偏向ディスクの上面あるいは下面を反射面とし、かつ、光偏向ディスクの上面に向けて、光源装置から光ビームを照射すればよい。

［他の実施の形態］
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形可能である。例えば、偏向ディスクに代えて、ポリゴンミラーによって光ビームを走査方向Ｌ１１に走査する光ビーム走査装置１に本発明を適用してもよい。

また、上記形態では、外歯歯車７１を直接、本体フレーム４に溶着したが、ベース１１に溶着し、間接的に本体フレーム４に固定した構造を採用してもよい。また、上記形態では、ベース１１を直接、本体フレーム４に溶着したが、底板９に溶着し、間接的に本体フレーム４に固定した構造を採用してもよい。また、固定方法としては、溶着の他、ネジを用いた螺着構造を採用してもよく、この場合も、接着固定よりは優れた耐振性能を得ることができる。

本発明を適用した光ビーム走査装置を斜め後方からみたときの斜視図である。 本発明を適用した光ビーム走査装置の側面図である。 本発明を適用した光ビーム走査装置の走査機構の要部の概略構成を模式的に示す概略側面図である。 本発明を適用した光ビーム走査装置の走査機構の走査動作の原理を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、本発明を適用した光ビーム走査装置１で用いられた透過型光偏向ディスクの平面図、ｘ−ｘ断面の断面図、ｙ−ｙ断面の断面図、およびｚ−ｚ断面の断面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した光ビーム走査装置を底面側からみたときの説明図、および底板を外した状態の説明図である。 本発明を適用した光ビーム走査装置の第１の位置調整機構の説明図である。 本発明を適用した光ビーム走査装置の第２の位置調整機構の説明図である。

符号の説明

１ 車載用の光ビーム走査装置
２ 走査機構
４ 本体フレーム
７ 第１の位置調整機構
８ 第２の位置調整機構
１０ 光源装置
１１ ベース
１２ 回転部材
１３ レーザダイオード（光源）
１６ 集光レンズ
１７ ホルダ
１８ コイルバネ（付勢部材）
３０ 透過型光偏向ディスク
７０ 変換機構
８６ 偏心軸部
１２１ 外歯歯車
１２９ 駆動カム面
１７９ 従動カム面
１１７ 長穴

Claims (7)

1. 光源および集光レンズを備えた光源装置と、該光源装置から出射された光ビームの透過方向あるいは反射方向を変えて当該光ビームを所定の角度範囲にわたって走査させる走査機構と、該走査機構および前記光源装置が搭載された本体フレームとを有する車載用光ビーム走査装置において、
   前記集光レンズの光軸方向の位置を調整する第１の位置調整機構と、前記光軸方向と直交する方向における前記光源装置の位置を調整する第２の位置調整機構とを有することを特徴とする車載用光ビーム走査装置。
2. 請求項１において、前記第１の位置調整機構は、回転可能な回転部材と、該回転部材の回転を前記集光レンズが光軸方向に変位する動きに変換する変換機構とを備えていることを特徴とする車載用光ビーム走査装置。
3. 請求項２において、前記集光レンズは、当該集光レンズと一体に変位するホルダに保持され、
   前記回転部材は、前記集光レンズの光軸周りに回転可能な状態で前記ホルダに接しており、
   前記回転部材において前記ホルダに接する面は、光軸周りに沿って光軸方向の一方側に傾いていくテーパ面からなる駆動カム面を備え、
   前記ホルダにおいて前記駆動カム面と接する面には、光軸周りに沿って光軸方向の一方側に傾いていくテーパ面からなる従動カム面を備え、
   前記変換機構は、前記駆動カム面と、前記従動カム面と、前記駆動カム面と前記従動カム面とが接する方向に付勢する付勢部材と、前記ホルダの光軸周りの回転を阻止するストッパとを備えていることを特徴とする車載用光ビーム走査装置。
4. 請求項３において、前記回転部材は、その内側に前記光源が配置される穴を備えていることを特徴とする車載用光ビーム走査装置。
5. 請求項３または４において、前記回転部材は、前記集光レンズの光軸方向の位置を調整した後、前記本体フレームに対する直接、あるいは他の部材を介しての溶着あるいは螺着により回転が阻止されていることを特徴とする車載用光ビーム走査装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記光源装置は、前記光源、前記集光レンズおよび前記第１の位置調整機構が搭載されたベースを備え、
   前記第２の位置調整機構は、前記本体フレームに対する所定位置を中心に前記光軸方向と直交する面で前記ベースを揺動可能に支持する回転支持部と、前記ベースにおいて前記ベースの揺動方向と交差する方向に長軸方向を向けた長穴と、前記長穴で回転可能な偏心軸部とを備えていることを特徴とする車載用光ビーム走査装置。
7. 請求項６において、前記ベースは、前記光源装置の前記光軸方向と直交する方向での位置を調整した後、前記本体フレームに対する直接、あるいは他の部材を介しての溶着あるいは螺着により揺動が阻止されていることを特徴とする車載用光ビーム走査装置。

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