JP2009031348A - 光スキャナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発生加速度を大きくすることなく、測定に用いる光を照射する時間の比率を高くし、無駄時間を少なくした光スキャナ装置を提供することである。
【解決手段】光学系駆動装置２５は、レンズ３４、３５、３６、３８と、該レンズ３４、３８を備えたホルダ６１と、該ホルダ６１をレンズ３４、３８の光軸に垂直方向に移動可能に支持するワイヤバネ１０８と、前記ホルダ６１をレンズ３４、３８の光軸に垂直方向に駆動する２軸アクチュエータ備えている。前記レンズ３８は、その光軸に垂直な第１の方向に移動したときにレンズ３８を通る光が該レンズ３８の移動方向と同一に走査する。前記レンズ３４は、前記第１の方向に移動したときにレンズ３４を通る光が該レンズ３４の移動方向と反対の向きに走査する。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、光学素子を動かす光スキャナ装置に関し、より詳細には、車載用測距装置等に設けられる光学素子を移動することによりレーザ光をスキャンする車両用光スキャナ装置に最適なものである。

近年、走行中の車両の前方を走査して障害物の存在をドライバに警告する赤外光スキャン方式の車載レーダ装置が実用化されている。

そして、下記特許文献１には、車載用レーダのレーザ光を走査するアクチュエータに於いて、走査用レンズを備えたレンズホルダを複数枚の板ばねで支持した装置が開示されている。走査用レンズを板ばねで支持することによって、装置を簡単にでき、低価格化を図ることができる。

図１７は、この装置を簡略化して示した図である。

図１７に於いて、走査用レンズ１を備えたレンズホルダ２を、板ばね３で支持している。板ばね３が、同図の左右に撓むことにより、レンズホルダ２及び走査用レンズ１は矢印Ａのように移動する。走査用レンズ１には、レーザダイオード４より光５が入射し、走査レンズ１によって光６が照射される。走査用レンズ１が凸レンズのとき、走査用レンズ１が紙面向かって左側に移動すると、光は図示矢印６₁ の方向に照射され、右側に移動すると、光は図示矢印６₂ の方向に照射される。このようにして、走査用レンズ１を図示矢印Ａのように移動することにより、走査用レンズ１から照射される光を、図示矢印７のように振り、走査することができる。

ところで、この装置では光の走査の仕方の詳細は記載されていない。この装置で、細かく走査する位置を制御できるようにしたとし、走査して照射する角度６ａと、時間の関係を簡単に示すと、図１８に示されるようになる。

図１８に於いて参照番号８のように紙面左から右に走査し、参照番号９のように右から左に戻すという動作を繰り返す。このとき、実際にレーザダイオードを発光して光を照射するのは、左から右に移動する往路８のときのみで、右から左へ移動する復路９は、走査用レンズを起点に戻すための移動となる。このようにすることで、ある位置に光が照射される時間間隔は、Ｔ１、Ｔ２のように等間隔となり、照射した光の反射光によって得られた情報を処理するのが容易となる。

往復の動作８、９の両方で光を照射すると、光を照射する時間は長くなるが、ある位置に光が照射される時間間隔は、Ｔ３、Ｔ４のように等間隔にならず、位置によってこの間隔が異なることになる。時間間隔が等間隔でないと、反射光によって得られた情報を処理する際に、この時間差を考慮して補正をする必要がある。処理の演算は非常に多く、時間差の補正演算までは間に合わないので、往復での照射は行わない。

光の照射時間は、長いほど多くの情報を密に得ることができる。往復での照射は行わないことから、往路の時間Ｔ５を長くし、復路の時間Ｔ６を短くし、照射時間の割合を大きくすることが望ましい。

尚、図１８では、振り角度の変化を鋸波状に往路と復路の変化点で角としているが、実際には変化させるときの加速度が有限なので、滑らかな曲線で往路から復路、復路から往路に変化する形となる。
特開２００３−１７７３４８号公報

ところで、レンズホルダ２を駆動する駆動系は、最大発生加速度が決まっている。加えて、最大発生加速度により復路の時間Ｔ６は制限を受け、ある値以上小さくすることができないという問題がある。ここで、発生加速度を大きくできるようにすると、駆動系が大きくなってしまい、装置が大型化、高価になるという問題が生じる。

本発明は前記実情に鑑みてなされたものであり、発生加速度を大きくすることなく、測定に用いる光を照射する時間の比率を高くし、無駄時間を少なくした光スキャナ装置を提供することを目的とする。

すなわち請求項１に記載の発明は、光学素子と、該光学素子を備えたホルダと、該ホルダを前記光学素子の光軸に垂直な方向に移動可能に支持する支持手段と、該支持手段を前記光学素子の光軸に垂直な方向に移動させる駆動手段と、発光素子とを少なくとも備え、該発光素子からの光を前記光学素子に通し、該光学素子を移動することによって、光を走査し、照射する光スキャナ装置に於いて、前記光学素子は、その光軸に垂直な第１の方向に移動したときに前記光学素子を通る光が前記光学素子を移動する向きと同一の向きに走査される第１の光学素子と、前記第１の方向に移動したときに前記光学素子を通る光が光学素子を移動する向きと反対の向きに走査される第２の光学素子と、を有することを特徴とする。

そして、請求項１に記載の発明によれば、測定に用いる光を照射する時間の比率を高くして、無駄時間を少なくすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、前記第１の方向の片側を正の向き、反対側を負の向きとした場合に、前記支持手段を第１の方向の正の向きに移動させるときは前記発光素子からの光を前記第１の光学素子に透過させ、前記支持手段を第１の方向の負の向きに移動させるときは前記発光素子からの光を前記第２の光学素子に透過させて走査することを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、測定に用いる光を照射する時間の比率を高くして、無駄時間を少なくすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１及び２の何れか１項に記載の発明に於いて、前記第１の光学素子と第２の光学素子は、前記第１及び第２の光学素子の光軸に垂直、且つ前記第１の方向に垂直な方向を第２の方向とした場合に、該第２の方向に並べて配置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、測定に用いる光を照射する時間の比率を高くして、無駄時間を少なくすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明に於いて、前記第１の光学素子を前記第２の方向に移動させたとき、前記第１の光学素子を通る光が当該光学素子を移動させる向きと同一の向きに走査され、前記第２の光学素子を前記第２の方向に移動させたとき、前記第２の光学素子を通る光が当該光学素子を移動させる向きと反対の向きに走査されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、低価格化を図ることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明に於いて、前記第１の光学素子及び第２の光学素子を前記第２の方向に移動させたときに当該光学素子を通る光が走査される向きと、前記第１の光学素子及び第２の光学素子の移動する向きの関係が、前記第１の光学素子と第２の光学素子で同一であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、制御を容易にすることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項３乃至５の何れか１項に記載の発明に於いて、前記ホルダは、前記第１の方向及び第２の方向に移動可能であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、低価格化を図ることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項３乃至５の何れか１項に記載の発明に於いて、前記ホルダは前記第１の方向にのみ移動可能であり、前記ホルダの外部に前記発光素子からの光を前記第２の方向に移動させる手段を更に具備することを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、高性能化を図ることができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れか１項に記載の発明に於いて、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子は、一体に形成されていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明によれば、低価格化を図ることができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至４及び６乃至８の何れか１項に記載の発明に於いて、前記第１の光学素子は凸レンズであり、前記第２の光学素子は凹レンズであることを特徴とする。

請求項９に記載の発明によれば、低価格化を図ることができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の発明に於いて、前記第１の光学素子は凸レンズであり、前記第２の光学素子は前記第１の方向に於いては負のパワーを有する凹レンズ、前記第２の方向に於いては正のパワーを有する凸レンズの形状の複合レンズで構成されていることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明によれば、低価格化を図ることができる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の発明に於いて、前記光スキャナ装置は、車両に搭載され、前記第１の方向は、地面に水平な向きであることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明によれば、よりよく効果を享受することができる。

請求項１２に記載の発明は、光を所定の範囲に渡り走査するスキャナ装置であって、対象物に向けて光を照射する発光素子と、前記発光素子からの光を走査させる光学素子と、前記光学素子を該光学素子の光軸と直交する方向に移動可能に支持する支持手段と、前記光学素子より照射された光の反射光を検知する受光素子と、を具備し、前記光学素子は第１の光学素子と第２の光学素子とを有し、前記支持手段は、前記第１の光学素子を、その光軸と直交する第１の方向に移動させたときに、該第１の光学素子を通る光を、当該第１の光学素子の移動方向と同一方向に移動させて走査し、前記第２の光学素子を、前記第１の方向に移動させたときに、該第２の光学素子を通る光を、当該第２の光学素子の移動する方向と反対方向に移動させて走査することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明によれば、測定に用いる光を照射する時間の比率を高くして、無駄時間を少なくすることができる。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明に於いて、前記第１の方向の片側を正の向き、反対側を負の向きとしたとき、前記支持手段は、前記光学素子を第１の方向の正の向きに移動させるときは前記発光素子からの光を前記第１の光学素子に透過させ、前記光学素子を第１の方向の負の向きに移動させるときは前記発光素子からの光を前記第２の光学素子に透過させて、光を走査することを特徴とする。

請求項１３に記載の発明によれば、測定に用いる光を照射する時間の比率を高くして、無駄時間を少なくすることができる。

請求項１４に記載の発明は、請求項１２及び１３の何れか１項に記載の発明に於いて、前記第１の光学素子と第２の光学素子は、前記第１及び第２の光学素子の光軸に直交し、且つ前記第１の方向に直交する方向を第２の方向とした場合に、第２の方向に並べて配置されていることを特徴とする。

請求項１４に記載の発明によれば、測定に用いる光を照射する時間の比率を高くして、無駄時間を少なくすることができる。

請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の発明に於いて、前記第１の光学素子を前記第２の方向に移動させたとき、前記第１の光学素子を通る光が当該光学素子を移動する向きと同一の向きに走査され、前記第２の光学素子を第２の方向に移動させたとき、前記第２の光学素子を通る光が当該光学素子を移動する向きと反対の向きに走査されることを特徴とする。

請求項１５に記載の発明によれば、低価格化を図ることができる。

請求項１６に記載の発明は、請求項１４に記載の発明に於いて、前記第１の光学素子及び第２の光学素子を第２の方向に移動したときに、当該光学素子を通る光が走査される向きと、前記第１の光学素子及び第２の光学素子の移動する向きの関係が、第１の光学素子と第２の光学素子で同一方向であることを特徴とする。

請求項１６に記載の発明によれば、制御を容易にすることができる。

請求項１７に記載の発明は、請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の発明に於いて、前記支持手段は、前記第１の方向及び第２の方向に移動可能であることを特徴とする。

請求項１７に記載の発明によれば、低価格化を図ることができる。

請求項１８に記載の発明は、請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の発明に於いて、前記支持手段は前記第１の方向にのみ移動可能であり、前記支持手段の外部に前記発光素子からの光を前記第２の方向に移動させる移動手段を更に具備することを特徴とする。

請求項１８に記載の発明によれば、高性能化を図ることができる。

請求項１９に記載の発明は、請求項１２乃至１８の何れか１項に記載の発明に於いて、前記第１の光学素子と第２の光学素子は、一体に形成されていることを特徴とする。

請求項１９に記載の発明によれば、低価格化を図ることができる。

請求項２０に記載の発明は、請求項１２乃至１９の何れか１項に記載の発明に於いて、前記支持手段を少なくとも前記第１の方向に移動させるための移動手段を更に具備することを特徴とする。

請求項２０に記載の発明によれば、装置を簡単化することができる。

請求項２１に記載の発明は、請求項２０に記載の発明に於いて、前記移動手段は、前記支持手段に固定された複数のコイルと、前記支持手段を少なくとも前記第１の方向に移動可能に支持する弾性支持部材と、を有して構成されることを特徴とする。

請求項２１に記載の発明によれば、小型で給電部の抵抗値が小さい高性能な装置とすることができる。

請求項２２に記載の発明は、請求項１２乃至１４及び１６乃至１９の何れか１項に記載の発明に於いて、前記第１の光学素子は凸レンズであり、前記第２の光学素子は凹レンズであることを特徴とする。

請求項２２に記載の発明によれば、低価格化を図ることができる。

請求項２３に記載の発明は、請求項１９に記載の発明に於いて、前記第１の光学素子は凸レンズであり、前記第２の光学素子は前記第１の方向に於いては負のパワーを有する凹レンズ、前記第２の方向に於いては正のパワーを有する凸レンズの形状の複合レンズで構成されていることを特徴とする。

請求項２３に記載の発明によれば、低価格化を図ることができる。

請求項２４に記載の発明は、請求項１２乃至２３の何れか１項に記載の発明に於いて、前記光スキャナ装置は、車両に搭載され、前記第１の方向は、地面に水平な向きであることを特徴とする。

請求項２４に記載の発明によれば、よりよく効果を享受することができる。

本発明によれば、発生加速度を大きくすることなく、測定に用いる光を照射する時間の比率を高くし、無駄時間を少なくした光スキャナ装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１乃至図１５は本発明の第１の実施形態を示すもので、図１は本実施形態の光スキャナ装置の斜視図、図２は図１と反対側から見た本実施形態の光スキャナ装置の斜視図、図３はレーザダイオードのレーザ光の光軸上Ｙ−Ｚ平面で切った光スキャナ装置の断面斜視図、図４は位置検出用発光ダイオードの光の光軸上Ｙ−Ｚ平面で切った光スキャナ装置の断面斜視図、図５はレーザダイオードのレーザ光の光軸上Ｚ−Ｘ平面で切った光スキャナ装置の断面斜視図、図６は光スキャナ装置全体の一部分解斜視図、図７はヨークに固定されたレンズ部分の分解斜視図、図８は光スキャナ装置を構成する２軸アクチュエータのヨークを外した分解斜視図、図９は図８で外したヨークを除いた２軸アクチュエータの斜視図、図１０は図９の２軸アクチュエータより、更にレンズホルダ部組を外した分解斜視図、図１１はレンズホルダ部組の分解斜視図、図１２は本光スキャナ装置を車両用光スキャン装置に用いた場合の使用例の説明図である。また、図１３乃至図１５は、第１の実施形態に於ける光スキャナ装置の動作を説明するための図である。

図１に示されるように、本実施形態の光スキャナ装置２５は、その本体となるベース３０に、バネ受け３１と、ヨーク３２及び３３とから成る２軸アクチュエータ１２５と、レンズ３６を有したホルダ３７等が搭載されて構成されている。

先ず、図５及び図１１を参照して、レンズホルダ部組６０の構成について説明する。

ガラス入りのポリフェニレンサルファイド樹脂で製作されたレンズホルダ（支持手段）６１の中央部には、開口６２が形成されており、この開口６２に設けられた段状部に、レンズ３４、３８が接着固定されている。第２の光学素子であるレンズ３４は凹レンズ、第１の光学素子であるレンズ３８は凸レンズであり、これらはＹ軸方向に並べて配置されている。

図１１に於いて、前記レンズホルダ６１の開口６２の上下（Ｙ軸）方向及び左側の端部には、複数の凸部６３ａ〜６３ｃが形成されている。このうち、凸部６３ａ、６３ｂは、銅クラッドアルミ線で巻線された空芯コイルのエレベーションコイル（駆動手段）８１ａ、８１ｂの内側の開口部が嵌挿されて接着固定されている。同様に、前記凸部６３ｃには、銅クラッドアルミ線で巻線された空芯コイルのアジマスコイル（駆動手段）８０の内側の開口部が嵌挿されて、接着固定されている。

更に、前記凸部６３ａ及び６３ｂの左右両側には、それぞれ後述するワイヤバネ１０８ａ〜１０８ｅ、１０８ｆ〜１０８ｊ、１０８ｋ〜１０８ｏ、１０８ｐ〜１０８ｔを通すための開口６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄが、それぞれ設けられている。また、開口６２の周囲には、基板７０を介してホルダ８５を装着するための、円形断面を有する複数の柱部６５ａ〜６５ｄが設けられている。そして、図１１に於いて、レンズホルダ６１の右側、すなわち凸部６３ａ〜６３ｃが設けられていない側には、図５に示されるように溝１４０が設けられており、そこに真鍮製のバランサ６７が接着固定されている。これは、Ｘ軸方向の一方側に配されたアジマスコイル８０により、Ｘ軸方向の重心がずれるので、このバランサ６７によりバランスを取っている。したがって、レンズホルダ部組６０の重心は、Ｘ軸方向に於いてエレベーションコイル８１ａ、８１ｂの中心位置となるようにされている。

前記レンズホルダ６１には、基板７０も接着固定されている。レンズホルダ６１に設けられている複数の柱部６５ａ〜６５ｄに、前記基板７０に形成された穴７２ａ〜７２ｄが挿入されることにより、位置決めされている。但し、柱部６５ａ〜６５ｄと穴７２ａ〜７２ｄの全て大きさ、間隔を一致させるのは公差があり困難である。そこで、穴７２ｃは柱部６５ｃより僅かに大きな直径を有し、穴７２ｂは穴７２ｃ、７２ｂを結ぶ方向に平行な直線部を有する長穴とし、直線部の距離は柱部６５ｂより僅かに大きくされ、この２箇所でＸ軸、Ｙ軸方向に、基板７０がレンズホルダ６１に対して位置決めされている。穴７２ａ、７２ｄは位置決めには用いず、柱部６５ａ、６５ｄより大きめの穴となっている。基板７０の中央部には、レンズ３４、３８を避けるために、開口７１が設けられている。

前記基板７０には、また、後述するワイヤバネ１０８ａ〜１０８ｅ、１０８ｆ〜１０８ｊ、１０８ｋ〜１０８ｏ、１０８ｐ〜１０８ｔを通すための複数の穴７３ａ〜７３ｅ、７３ｆ〜７３ｊ、７３ｋ〜７３ｏ、７３ｐ〜７３ｔが、それぞれ設けられている。更に、基板７０には、発光ダイオード（ＬＥＤ）７６ａ、７６ｂ及びサーミスタ７７が半田付けによって固定されている。発光ダイオード７６ａ、７６ｂは、基板７０に形成された開口７４ａ、７４ｂに発光部分が露出する状態で、基板７０のレンズホルダ６１側に固定されている。これら発光ダイオード７６ａ、７６ｂから照射された光は、図１１に於いてホルダ８５側に射出される。

また、サーミスタ７７は、基板７０のレンズホルダ６１側に固定されている。図９に示されるように、レンズホルダ６１の対応する部分に開口１１０が設けられており、サーミスタ７７はレンズホルダ６１周辺の温度を検出するようになっている。尚、図示されていないが、アジマスコイル８０、エレベーションコイル８１ａ、８１の端末は、基板７０に半田付けされている。

図１１に於いて、基板７０のレンズホルダ６１と反対側には、カーボン繊維入りの液晶ポリマで製作されているホルダ８５が接着固定されている。これらのレンズホルダ６１及びホルダ８５、基板７０等から成る部組をレンズホルダ部組６０と称する。ホルダ８５の中央部には開口８６が形成されており、更にこの開口８６の周囲には複数の穴８３ａ〜８３ｄが設けられている。これらの穴８３ａ〜８３ｄは、レンズホルダ６１に形成された柱部６５ａ〜６５ｄに通されている。穴８３ａ〜８３ｄと柱部６５ａ〜６５ｄの関係は、基板７０の穴７２ａ〜７２ｄとの関係と同様で、この部分で、ホルダ８５はレンズホルダ６１に位置決めされている。レンズ３４、３８及び基板７０は、レンズホルダ６１に接着固定されるだけでなく、レンズホルダ６１とホルダ８５に挟まれる形態となり、より強固に固定される。

また、レンズホルダ６１、ホルダ８５、基板７０とＺ軸方向に距離をおいてＸ−Ｙ平面に広がる面状の構造物が重なることで、レンズホルダ部組６０の剛性を軽量ながら高めることができる。また、ホルダ６１の柱部６５ａ〜６５ｄは、ホルダ８５まで貫通しているので、この部分でホルダ８５と接着固定することで、更に剛性を向上することができている。

ホルダ８５には、基板７０の発光ダイオード７６ａ、７６ｂに対応する位置に、スリット８７ａ、８７ｂが設けられており、それぞれの光を通すようになっている。スリット８７ａ、８７ｂの長手方向は、スリット８７ａはＹ軸方向に、スリット８７ｂはＸ軸方向となっている。

ホルダ８５の外縁部には、Ｘ軸方向にアジマス用凸部８８ａ〜８８ｄと、Ｙ軸方向にエレベーション用凸部８９ａ〜８９ｄが形成されている。これらは、後述するヨークと共同して、レンズホルダ部組６０の移動量ストッパを形成している。

次に、図２乃至図５及び図１０を参照して、バネ受け部組４１について説明する。

図４に示されるように、ガラス入りのポリフェニレンサルファイド樹脂で製作されたバネ受け３１の穴部１５０ａに、レンズ１５５、１５６が、そして穴部１５０ｂにレンズ１５７、１５８が、それぞれ接着固定されている。

図５、図１０に示されるように、磁石９２ａ、９３ａ、９３ｂが接着固定されたヨーク３２も、バネ受け３１に固定されている。ヨーク３２は、図２に示されるネジ１７０ａ〜１７０ｄにより、間にバネ受け３１を挟みこむ状態でネジ止めされている。ネジ１７０ａ〜１７０ｄは、ヨーク３２のネジ穴９５ａ〜９５ｄにねじ込まれる形態となっている。ヨーク３２は、ヨーク３２に設けられた穴９７と切り欠き９９と、バネ受け３１の凸部１４２ａ、１４２ｂによって位置決めされている。

ヨーク３２を固定するときに、ヨーク３２とバネ受け３１に挟まれる形態で、ポリフェニレンサルファイド樹脂で製作されたフード１０１ａ、１０１ｂも固定されている。

バネ受け３１には、図２に示されるように、基板１７１、１７５も、ネジ１８１ａ、１８１ｂによってネジ止めされている。ネジ１８１ａ、１８１ｂは、ヨーク３２のネジ穴９６ａ、９６ｂにねじ込まれる形態となっている。雌ネジ部をバネ受け３１に設けても良いが、バネ受け３１は樹脂製のため、雌ネジ部の耐久性等、長期にわたる信頼性が金属に比べ劣ってしまう。金属性の雌ネジ部材をインサート成型等によって埋め込むという方法もあるが、バネ受けが高価になってしまう。

そこで、本実施形態のように、磁気回路を形成するために金属でなくてはならないヨークを利用することにより、安価に信頼性の高い構造とすることができる。基板１７１、１７５は、各々に設けられた穴１７２ａ、１７２ｂ及び１７６ａ、１７６ｂと、バネ受け３１の凸部１７３ａ、１７３ｂ及び１７７ａ、１７７ｂで位置決めされている。

以上、バネ受け３１及びヨーク３２、基板１７１、１７５等から成る部組をバネ受け部組４１と称される。

図１０、図１１に示されるように、基板７０には、複数の穴７３ａ〜７３ｔが設けられている。これらの穴７３ａ〜７３ｔには、２０本のベリリウム銅製（金属製）のワイヤバネ（移動手段）１０８ａ〜１０８ｔが挿入され、端部が半田付けされている（但し、半田は図示されていない）。半田付け作業は、レンズホルダ６１に形成された穴６４ａ〜６４ｄより行われる。これにより、レンズホルダ部組６０が完成してから、ワイヤバネ１０８ａ〜１０８ｔの半田付けを行うことができる。

ワイヤバネ１０８ａ〜１０８ｔは、基板７０を介して、アジマスコイル８０、エレベーションコイル８１ａ、８１ｂ、発光ダイオード７６ａ、７６ｂ、サーミスタ７７と接続されている。エレベーションコイル８１ａ、８１ｂは基板７０で直列接続されており、発光ダイオード７６ａ、７６ｂのカソードは２つまとめて共通に配線されるので、基板７０から外部への配線は９本となる。

ワイヤバネ１０８ａ〜１０８ｔは２０本存在するので、各配線に対しワイヤバネを２本ずつ対応させ、２本のワイヤバネを並列接続する形式としてワイヤバネの抵抗値を低くしている。また、２本×９＝１８本で２本余るが、電流値が大きいアジマスコイル８０はワイヤバネ３本で配線し、更に、抵抗値が低くなるようにしている。ワイヤバネ１０８ａ〜１０８ｔのレンズホルダ部組６０に半田付けした反対側は、ヨーク３２の穴９４ａ〜９４ｄを通し、バネ受け３１の穴１０５ａ〜１０５ｄに挿入されている。

ここで、バネ受け３１の穴１０５ａ〜１０５ｄの内部を、穴１０５ｄで代表して、図４を参照して説明する。

穴１０５ｄは、基板１７５側に斜面１５２ａが設けられて、穴１５２ｂのように細い形状となる。図示されていないが、更に基板１７５側でワイヤバネ１０８ｐ〜１０８ｔより僅かに大きい径を有する細い５つの穴となっている。穴１５２ｂ、１０５ｄの部分は、５本のワイヤバネ１０８ｐ〜１０８ｔが挿入されているが、穴１５２ｂ、１０５ｄは５本で１つとなっている。穴１５２ｂには、紫外線硬化形のシリコンゲルが充填されている。この充填は、バネ受け３１が切り欠かれ、ヨーク３２との間に形成された隙間１５２ｃから行われる。

尚、穴１０５ｃ、１０５ｄの充填は、これらの隙間から行われるが、穴１０５ａ、１０５ｂ側にはバネ受け３１の切り欠き部がないので、穴１０５ｂでは、バネ受け３１に設けられた穴１５２ｄから充填が行われる。穴１０５ａについても、同様に穴が設けられている。

充填作業は、Ｚ＋側を上にして行われ、シリコンゲルは斜面１５２ａで、穴１５２ｂに誘導される。そして、穴１５２ｂがいっぱいになって、斜面１５２ａにはみ出てきたところで作業は終わりとなる。このとき、正確には、図示されていない穴１５２ｂの基板５４側の細い５つの穴にもシリコンゲルが流れていくが、シリコンゲルは硬化前でも粘度が高く、狭い隙間には流れにくい。

そこで、手早く作業を行い、紫外線により硬化させることで、穴１５２ｂの基板５４側の細い５つの穴へのシリコンゲルの流れ込みを防ぐことができる。このシリコンゲルにより、ワイヤバネ１０８ａ〜１０８ｊの振動のダンピングが取られている。ワイヤバネ１０８ｐ〜１０８ｔは、図２に示されるように、Ｚ−方向にバネ受け３１より突出し、基板１７１、１７５の穴１８０ｐ〜１８０ｔに挿入され、半田付けされている。基板１７１、１７５は、図２には示されない制御基板４５に接続されている。

アジマスコイル８０、エレベーションコイル８１ａ、８１ｂ、発光ダイオード７６ａ、７６ｂ、サーミスタ７７は、ワイヤバネ１０８ｐ〜１０８ｔを介して、制御基板４５に接続されていることになる。レンズホルダ部組６０は、ワイヤバネ１０８ｐ〜１０８ｔによりＸ方向及びＹ方向に移動可能に支持されていることになる。ここで、レンズホルダ部組６０を単純にＸ方向及びＹ方向に移動可能に支持するだけであれば、ワイヤバネは４本で十分である。本実施形態で２０本となっているのは、前述したように、アジマスコイル８０、エレベーションコイル８１ａ、８１ｂ、発光ダイオード７６ａ、７６ｂ、サーミスタ７７の配線をするためである。更に、ワイヤバネ２本並列として、抵抗値を下げるために本数が多くなっている。

次に、図８に示されるように、磁石９２ｂ、９３ｃ、９３ｄが接着された鉄製のヨーク３３が、図７に示されるように、Ｚ＋方向からレンズホルダ部組６０を覆うような形態で、バネ受け部組４１に固定される。ヨーク３３は、磁石９２ｂ、９３ｃ、９３ｄの吸引力により、ヨーク３２に吸い付くように付き、ヨーク３３の面１１３ａ〜１１３ｄが、ヨーク３２の凸部１０３ａ〜１０３ｄに当てつく形態となる。

また、図示されていないが、バネ受け３１のベース３０側の面には、Ｘ軸方向に離れた凸部が２つ設けられており、その間にヨーク３３のベース３０側の折り曲げ部１１４ａが入る形態で位置決めされる。ヨーク３３は、磁石９２ｂ、９３ｃ、９３ｄの吸引力だけでもヨーク３２に吸着されるが、振動等で外れることがないように、図８に示されるように、ネジ１２０ａ、１２０ｂによって、バネ受け３１にネジ止めされている。ネジ１２０ａ、１２０ｂは、バネ受け３１に設けられた穴に挿入され、ヨーク３３に形成されたネジ穴１１７ａ、１１７ｂに締め付けられている。

ヨーク３３には、また、折り曲げ部１１５ａ〜１１５ｄが設けられている。レンズホルダ部組６０のＸ軸方向の動きをアジマス方向の動きと称する。アジマス方向に大きく移動したとき、ホルダ８５に設けられたアジマス用凸部８８ａ〜８８ｄが、折り曲げ部１１５ａ〜１１５ｄと衝突する。それ以上はレンズホルダ部組６０が移動できず、これらが、アジマス方向のストッパとなっている。

一方、レンズホルダ部組６０のＹ軸方向の動きをエレベーション方向の動きと称する。エレベーション方向に大きく移動したとき、ホルダ８５に設けられたエレベーション用凸部８９ａ〜８９ｄが折り曲げ部１１４ａ、１１４ｂと衝突する。それ以上はレンズホルダ部組６０が移動できず、これらがエレベーション方向のストッパとなっている。

ヨーク３３のアジマス方向のストッパ部分は、ストッパとしての役割のみを持つ折り曲げ部１１５ａ〜１１５であったが、エレベーション方向では、ヨーク３２の折り曲げ部１１４ａ、１１４ｂは、ストッパとバネ受け部組４１に固定するための構造部を兼ねている。

尚、ストッパまでの移動量は、アジマス方向の方がエレベーション方向より大きくなっている。これは、後述するように、レンズ３４、３８を動かすことで走査する光の主たる移動方向がアジマス方向であるためである。

以上のように構成されたレンズホルダ部組６０を移動可能にバネ受け部組４１に支持し、移動させるための駆動手段として、磁石９２ａ、９２ｂ、９３ａ〜９３ｄ等を備えた部組を、２軸アクチュエータ１２５と称する。

図４、図６に示されるように、バネ受け部組４１には、基板５６が、ネジ５７ａ、５７ｂによってネジ止めされている。ネジ５７ａ、５７ｂは、ヨーク３２のネジ穴９８ａ、９８ｂ（ネジ穴９８ａは陰になっているため図示されない）にねじ込まれている。基板５６には、光の重心位置により出力電流が変化するポジションセンサ１５３ａ、１５３ｂが半田付けされている。図示されていないが、基板５６は電線を介して制御基板４５に接続されており、ポジションセンサ１５３ａ、１５３ｂは制御基板４５に接続されている。

図４で明らかなように、発光ダイオード７６ａからの光は、スリット８７ａを通り、レンズ１５６、１５５を経て、ポジションセンサ１５３ａに入射する。ポジションセンサ１５３ａは、１方向の位置を検出する１次元のセンサであり、Ｘ軸方向の動きを検出するため、内部の長方形状の検出素子は長手方向がＸ軸方向となるように取り付けられている。

スリット８７ａからの光は、レンズホルダ部組６０がアジマス方向に移動するとＸ軸方向に移動するが、レンズ１５６、１５５は、このＸ軸方向の移動量が小さくなるように縮小する役割を有している。Ｙ軸方向については、レンズ作用は有していない。レンズホルダ部組６０のアジマス方向の移動量は大きく、スリット８７ａからの光を直接ポジションセンサ１５３ａに入射させると、検出範囲の長いポジションセンサが必要となる。ポジションセンサの価格は検出範囲の長さが長いほど高く、一般に長さに比例でなく、それ以上の割合で価格が上昇する。

レンズ１５６、１５５によって、移動量を小さくすることで、安価な検出範囲の短いポジションセンサを使用することが可能となる。

前述したように、検出範囲が長くなると価格は大きく上昇するので、レンズ１５６、１５５や固定部分を作成する費用が追加となっても、移動量を縮小する光学系を使ったほうが、低価格となる。発光ダイオード７６ｂからの光は、スリット８７ｂを通り、レンズ１５８、１５７を経てポジションセンサ１５３ｂに入射する。ポジションセンサ１５３ｂは、Ｙ軸方向の動きを検出するため、内部の長方形状の検出素子は長手方向がＹ軸方向となるように取り付けられている。スリット８７ｂからの光は、レンズホルダ部組６０がエレベーション方向に移動するとＹ軸方向に移動し、ポジションセンサ１５３ｂで位置が検出される。

一方、レンズホルダ部組６０がアジマス方向に移動すると、スリット８７ｂからの光は、ポジションセンサ１５３ｂでＸ方向に移動する。ポジションセンサ１５３ｂ内の検出素子は、Ｘ軸方向の長さは短い長方形状で、Ｘ軸方向に大きく動くと光が検出素子から外れ、位置が検出できなくなってしまう。

これを防ぐには、スリット８７ｂのＸ方向の長さを長くすれば良いが、発光ダイオード７６ｂからの光はある角度で広がる。したがって、スリット８７ｂのＸ軸方向の長さを長くすると、発光ダイオード７６ｂとスリット８７ｂの距離を大きくしなくてはならず、レンズホルダ部組６０が大型化してしまう。

そこで、レンズ１５８はスリット８７ｂのＸ軸方向の位置にかかわらず、Ｘ軸方向にポジションセンサ１５３ｂの中心付近に集光する役割を有している。これによって、レンズホルダ部組６０がアジマス方向に大きく移動しても、ポジションセンサ１５３ｂに光が当たるようになっている。Ｙ軸方向については、レンズ作用は有していない。

ところで、このままではスリット８７ｂを通した発光ダイオード７６ｂが広がってしまい、ポジションセンサ１５３ｂ部分では広がった光が移動するだけで、精度の良い位置検出ができなくなってしまう。そのため、レンズ１５７でＹ軸方向に広がった光を集光し、ポジションセンサ１５３ｂに適切なサイズのスリット８７ｂの像が投影されるようにされている。レンズ１５７はＹ軸方向にのみレンズ作用を持ち、Ｘ軸方向についてはレンズ作用を有していない。

尚、レンズ１５６、１５８とスリット８７ａ、８７ｂの間にフード１０１ａ、１０１ｂが取り付けられているが、これらは、発光ダイオード７６ａ、７６ｂの光を、なるべく外に漏らさないようにするためと、逆にレーザダイオード５５からの光等、発光ダイオード７６ａ、７６ｂ以外の光をポジションセンサ１５３ａ、１５３ｂに入射させないためである。そのため、光路はバネ受け３１に設けられた穴１５０ａ、１５０ｂ、１５１を通し、外部の遮断も行っている。

また、スリット８７ａ、８７ｂの光が干渉しないように、途中、穴１５０ａと１５０ｂ、フード１０１ａと１０１ｂと２つの光路も別空間としている。レンズホルダ部組６０に搭載されるレンズ３４、３８を移動させることにより、レーザダイオード５５からの光の照射位置を移動させるが、照射位置がレーザダイオード５５の光軸に対して傾きが０度の位置になる等の所望の位置となったときに、ポジションセンサ１５３ａ、１５３ｂの出力が０位置を示す出力となるように、基板５６はＸ−Ｙ平面内での位置調整がなされ、固定されている。このため、基板５６に於いてネジ５７ａ、５７ｂが通る部分は、調整代分を見て大きめとなっている。

図１、図３、図５及び図７に示されるように、ヨーク３３には、レンズ３５が接着されたガラス入りのポリフェニレンサルファイド樹脂で製作されたホルダ１３５が、ネジ１３６ａ、１３６ｂによって固定されている。ネジ１３６ａ、１３６ｂは、ホルダ１３５に形成された穴を通され、ヨーク３３のネジ穴１３１ａ、１３１ｄにねじ込まれている。ホルダ１３５には、図５に示されるように、凸部１４１ａ、１４１ｂが設けられており、ヨーク３３の穴１３２ａ、１３２ｂに嵌挿する形態で位置決めされている。

ヨーク３３には、更に、レンズ３４、３８が接着されたガラス入りのポリフェニレンサルファイド樹脂で製作されたホルダ３７が、ネジ１３８ａ、１３８ｂによって固定されている。ネジ１３８ａ、１３８ｂは、ホルダ３７及びホルダ１３５に設けられた穴を通され、ヨーク３３のネジ穴１３１ｂ、１３１ｃにねじ込まれている。ホルダ３７は、ホルダ１３５を挟んで、ヨーク３３に固定する形態となっている。更に、ホルダ３７には、図示されないが凸部が設けられており、ヨーク３３の穴１３３ａ、１３３ｂに嵌挿される形態で位置決めされている。

図２、図３及び図６に示されるように、バネ受け部組４１には、レーザ部組５０がネジ５３ａ、５３ｂで固定されている。ネジ５３ａ、５３ｂは、ガラス入りのポリフェニレンサルファイド樹脂で製作されたホルダ５２に形成された穴を通され、ヨーク３３のネジ穴９７ａ、９７ｂにねじ込まれている。

次に、レーザ部組５０について詳細に説明する。

レーザダイオード５５は、アルミ製のホルダ５１に軽圧入されて固定されている。ホルダ５１には基板５４も固定されており、レーザダイオード５５が接続されている。尚、基板５４は、ここでは模式化して外形が示されているだけであるが、実際は基板とその上に装着される部品から成っている。ホルダ５１は、更にホルダ５２に挿入されている。ホルダ５１のネジ穴１６０には、ホルダ５２の穴を介してネジ１６１がねじ込まれ、ホルダ５１は、いわゆる引きビスでホルダ５２に固定されている。

このホルダ５２に形成された穴はＺ軸方向に長穴形状となっていて、ホルダ５１はホルダ５２に対しＺ軸方向にスライドし、レーザダイオード５５はＺ軸方向に位置調整可能となっている。また、レーザ部組５０をバネ受け部組４１に固定する際には、ホルダ５２の穴が大きめとなっており、Ｘ−Ｙ平面内で位置調整可能となっている。すなわち、レーザダイオード５５は、ＸＹＺ軸に位置調整可能となっている。

レーザダイオード５５のＺ軸方向の位置を変えると、本装置より照射される光のスポットの大きさが変化する。そこで、ホルダ５１をＺ軸方向に移動させ、スポットの大きさが所定の大きさとなるように調整される。レーザダイオード５５のＸ−Ｙ平面内での位置調整は、レーザダイオード５５とレンズ３５、３６の光軸が一致するようにして行われる。このとき、レンズ３４、３８は、調整機によって基準位置に機械的に移動される。レーザダイオード５５の位置調整を行うのは、レーザダイオード５５のパッケージの外形と内部の発光点の製造上のばらつきを吸収するためである。

図３及び図５に示されるように、レーザダイオード５５から発射されたレーザ光は、レンズ３４またはレンズ３８と、レンズ３５、レンズ３６を通り、外部へ照射される。尚、レーザダイオード５５の波長は８７０ｎｍと赤外線であり、実際にはその光を目視することはできない。図６に於いてヨーク３３の下側方向には、アルミダイカスト製のベース３０が固定されている。ヨーク３３とベース３０は、該ベース３０に形成された凸部３０ａ、３０ｂが、図８に示されるヨーク３３の切り欠き１２２と穴１２３に嵌挿される形態で位置決めされる。

また、ヨーク３３は、Ｚ軸方向に、ベース３０に設けられた３点の台座４２ａ〜４２ｃで接するようにされ、ベース３０の精度を、これらの台座４２ａ〜４２ｃ部分のみ出せばよいようにされている。更に、ヨーク３３は、そのネジ穴１１８ａ〜１１８ｃにベース３０の穴を介して、ネジ４３ａ〜４３ｃをねじ込むことによって、ベース３０に固定されている。

ベース３０の内部には、制御基板４５がネジ４６ａ〜４６ｄによって固定されている。このとき、制御基板４５の発熱の大きい電気素子は、熱伝導性の良いゲル状シートを介してベース３０に接するようにされ、ベース３０に放熱するようにされている。尚、ベース３０には、本装置を取り付けるための穴４４ａ〜４４ｄが設けられている。

次に、以上のように構成された第１の実施形態の光スキャナ装置の動作について説明する。

図１２は、本発明の第１の実施形態の光スキャナ装置を車両用光スキャン装置に用いた車両用測距装置を簡略に示した図である。

図１２（ａ）に示されるように、レーザダイオード５５より出射されたレーザ光は、ワイヤバネ（ここでは代表的に１０８として記す）１０８に支持されたレンズホルダ６１のレンズ３８が、図示左右方向に移動されることにより、左右方向に振られる。ここで、レンズ３８は凸レンズであるので、レンズ３８が図示矢印２００のように右方向に移動されることにより、光も図示２０１のように、同じ向きの右方向に振られる。

更に、光はレンズ３５、３６によって振れ幅が図示矢印２０２のように拡大されて、照射される。照射された光２０３が障害物（対象物）２０５に当たって反射した光２０６は、受光レンズ２０７を介してフォトデイテクタ２０８に至り、図示されない電気回路により障害物２０５までの距離が計算される。

次に、図１２（ｂ）に示されるように、レンズ３４に光が通された場合について説明する。レーザダイオード５５より出射されたレーザ光は、ワイヤバネ１０８に支持されたレンズホルダ６１のレンズ３４が、図示左右方向に移動されることにより、左右方向に振られる。ここで、レンズ３４は凹レンズであるので、レンズ３４が図示矢印２１０のように左方向に移動されることにより、光は図示矢印２１１のように逆向きの右方向に振られる。

更に、光はレンズ３５、３６によって振れ幅が図示矢印２１２のように拡大されて、照射される。照射された光２０３が障害物に当たるところから先は、前述したレンズ３８を通る光の場合と同じであるので説明は省略する。

尚、実際には、ホルダ６１は左右方向だけではなく、上下方向にも振られ、光が上下方向にも振られたり、レンズ３４、レンズ３８の何れにレーザダイオード５５より出射したレーザ光を通すかの選択が行われたりする。

ここで、レンズホルダ部組６０を上下左右方向に移動させる仕組みについて、更に詳細に説明する。

図５に示されるように、アジマスコイル８０は、ヨーク３２に固定された磁石９２ａとヨーク３３に固定された磁石９２ｂに挟まれている。磁石９２ａ、９２ｂの極性は、図５に示される通りである。尚、磁極の境は分かりやすいように破線で示している。実際の磁石で境の部分は、幅０．２〜０．４ｍｍの磁極の無いニュートラル領域となる。

アジマスコイル８０の辺１４３ａ、１４３ｂには、図示矢印１４４ａ、１４４ｂの向きの磁界が及ぶ。図示矢印１４４ａのように磁石９２ａから出た磁束は、磁石９２ｂに入り、ヨーク３３内を図示矢印１４５ｂのように進む。そして、再び磁石９２ｂに入り、図示矢印１４４ｂのように磁石９２ｂから出て、磁石９２ａに至る。更に、ヨーク３２内を図示矢印１４５ａのように進んで、磁石９２ａの元の部分に戻る。

アジマスコイル８０の辺１４３ａ、１４３ｂに流れる電流の向きは逆であり、及ぶ磁界の向き１４４ａ、１４４ｂも逆であるので、発生する力の向きは同じである。力の向きは、電流の向きと磁界の向きに垂直なＸ軸方向となる。アジマスコイル８０の残りの辺には、Ｙ軸方向の力が発生するが、図示矢印１４４ａと矢印１４４ｂの磁界から受ける力の向きが逆向きとなりキャンセルするので、Ｙ軸方向に動くことはない。

以上のように、アジマスコイル８０に電流を流すことで、レンズホルダ部組６０及びそれに取り付けられたレンズ３４、３８をアジマス方向（Ｘ方向）に移動させることができる。

尚、エレベーションコイル８１ａ、８１ｂについては、Ｙ方向の力が発生するように、カを発生する辺の方向が９０度変わり、磁石９３ａ〜９３ｄの磁極も対応して９０度変わっただけで、基本は同一である。エレベーションコイル８１ａ、８１ｂで発生するＹ方向の力が同じ向きになるように直列接続される。これにより、エレベーションコイル８１ａ、８１ｂに電流を流すことで、レンズホルダ部組６０及びそれに取り付けられたレンズ３４、３８をエレベーション方向（Ｙ方向）に移動させることができる。

レンズホルダ部組６０の位置は、既に述べたように、レンズホルダ部組６０のスリット８７ａ、８７ｂを通った光を、ポジションセンサ１５３ａ、１５３ｂで受光して検出される。そして、その検出された位置情報を基にして、レンズホルダ部組６０の移動が行われる。

本装置を車両に搭載する際には、Ｘ方向（先の左右方向）が地面に対して水平方向、Ｙ方向（先の上下方向）が地面に対して垂直方向になるように搭載する。このとき、主たる光の走査は、地面に対して水平なＸ方向となる。すなわち、Ｘ方向に光を走査するのを基本とし、１回Ｘ方向に光を走査して障害物の検出を行った後にＹ方向の位置を変え、そこで再びＸ方向に光を走査して障害物の検出を行う。Ｙ方向の動作は、Ｘ方向の走査位置をずらすためであり、Ｙ方向に光を走査して障害物を検出するような動作は行わない。Ｘ方向には広い範囲を検出する必要があるため、レンズ３４、３８もＸ方向に大きく移動できるようになっている。

本実施形態では、レンズ３８は、図１２（ａ）に於いてＸ軸方向で右側（Ｘ＋方向）に移動することで光をＸ＋向きに走査、レンズ３４は、図１２（ｂ）に於いてＸ軸方向で左側（Ｘ−方向）に移動することで光をＸ＋向きに走査することができる。そこで、レンズ３４、３８を備えたホルダ６１は、図１３に示されるように移動させる。

先ず、レンズ３８に光を通し、図示２１５のようにＸ＋方向に移動する。光はホルダ６１の移動と同様に２１５のように走査される。次に、ホルダ６１をＹ軸方向に移動し、レンズ３４に光を通す。このとき、ホルダ６１はＸ軸方向には移動しないので、図１３に於いては、この移動は２１６のように表される。

次に、レンズ３４に光が通った状態で、２１７のようにＸ−方向に移動する。光はホルダ６１の動きと逆で、図示２１９のように走査される。走査が終わったら、ホルダ６１をＹ軸方向に移動し（図示２１８）、レンズ３４に光を通すようにし、Ｘ軸方向の動きは元に戻る。これが繰り返される。

光の動きは、図示２１５、２１９、２２０のように、ある角度に光が照射される時の間隔Ｔ１１、Ｔ１２を同じにすることができ、照射された光から得られる情報の処理に不都合が生じない。レンズ３８とレンズ３４に交互に光を通すことにより、Ｘ軸方向の往復動作両方で光を走査することができる。往路の時間Ｔ１３と復路の時間Ｔ１５を測定に用いる光を照射できる有効な時間とすることができ、光を照射できない無駄時間は、１往復で、レンズ３８、レンズ３４をＹ軸方向に移動するＴ１４、Ｔ１６だけとすることができる。

通常の往路だけで光を照射する場合、無駄時間を短くするには復路の時間を短くしなくてはならないが、Ｘ軸方向の移動量は大きいので、時間短縮には発生加速度を大きくする必要があり、装置も大型で高価なものとなる。一方、Ｙ軸方向の移動量はＸ軸方向に比べて小さいため、そのようなことはなく、本実施形態では発生加速度を大きくすることなく、測定に用いる光を照射する時間の比率を高くし、無駄時間を少なくすることができる。加えて、装置の小型化、低価格化も図ることができる。

尚、図１３では、振り角度の変化を変化点で角としているが、実際には変化させるときの加速度が有限なので、滑らかな曲線で変化する形となる。

次に、図１４及び図１５を参照して、レンズ３４、３８のＹ軸方向の移動について説明する。

図１４は、レンズ３４、３８の中心をＹ−Ｚ平面で切った断面図である。また、図１５は走査される光を示したもので、図中２３５はレンズ３４、３８を移動させることで照射する光を移動させることができる範囲を示している。レンズ３４、３８が止まっているときに照射される光の大きさは２３６となる。

図１３に示される動き２１５で、レンズ３８によって、光を２３７より２３８まで、図示矢印２４２のように走査する。次に、光をレンズ３４に通し、光を２４０より２４１まで図示矢印２４３のように走査する。これによって、図示２４４の範囲に光を走査することができる。

図示Ｙ軸方向には、２３５の範囲のように、更に広く移動可能であるが、地面に水平なＸ軸方向は障害物検出のために広く走査する必要がある。地面に垂直なＹ軸方向は、車両が進んで行くことでもＹ軸方向に見る位置を変える効果があり、必要以上に広い範囲を見なくてよい。広い範囲に移動可能になっているのは、例えば車両の速度が変わった場合に、走査範囲の距離（車両からどの程度先を見るか）を変える等のときに、図示２４４から２４５や２４６等に走査範囲に変えるためである。尚、２４５や２４６の範囲内の光の走査方法は、前述した２４４と同じである。

前述したように、レンズ３８は凸レンズであり、Ｘ軸方向だけでなく、Ｙ軸方向についてもレンズ３８を移動した向きと同じ向きに光は曲げられる。図１４に示される中心２２３に光を通したときに対し、レンズ３８を上側（Ｙ＋側）に動かし２２４に光を通すと、光は図１４に於いて上側（Ｙ＋側）に、逆に２２５に光を通すと光は下側（Ｙ−側）に曲がる。

レンズ３４は凹レンズであり、Ｘ軸方向だけでなく、Ｙ軸方向についてもレンズ３４を移動した向きと逆向きに光は曲げられる。中心２２７に光を通したときに対し、レンズ３４を下側（Ｙ−側）に動かし２２９に光を通すと光は上側（Ｙ＋側）に、逆に２２８に光を通すと光は下側（Ｙ−側）に曲がる。

レンズ３８、３４の中心２２３、２２７を光が通ったときに、光がＹ軸方向に曲がらずに直進するようにレンズ３５、３６が調整されているとき（通常はこのように調整される）、図１５の２４４の範囲を走査している場合、図１３に示される２１６、２１８でレンズ３８、３４をＹ軸方向に移動させるときの移動距離は、図１４に示される２３１となる（正確には、往復でＹ軸方向の位置をずらしている２４７、２４８の分だけずれる）。

図１５の２４６のようにＹ＋側をＸ軸方向に光を走査している場合、移動距離は前述した２３１より短い２３２となる。２４５のようにＹ−側をＸ軸方向に光を走査している場合、移動距離は２３１より長い２３３となる。

本実施形態によると、走査するＹ軸方向の位置によって、レンズ３４、３８のＹ軸方向の移動量が変わるが、レンズ３８、３４が単純な凸レンズ、凹レンズで良く、レンズの製作性が良く、低価格化も図りやすい。また、Ｙ＋側を走査する場合に移動距離が小さくなることを生かして、通常、よく走査する側がＹ＋側となるように、オフセットして装置を搭載したり、レンズをオフセットしてホルダに固定したりしても良い。

また、ここでは、Ｙ軸方向の位置をずらしてＸ軸方向に２回光を走査するのを１組としているが、Ｙ軸方向の位置をずらさずに同じ位置をＸ軸方向に走査したり、Ｙ軸方向の位置を各々ずらしてＸ軸方向に３回走査したり、走査するパターンはいろいろ考えられる。Ｘ軸方向の振り幅を小さくして、Ｙ軸方向のように中心の位置をずらすようなことも考えられる。それらでも、レンズ３４、３８のＸ軸方向往復の動きどちらでも光を走査することができ、前述したように、測定に用いる光を照射する時間の比率を高くし、無駄時間を少なくすることができる。

尚、Ｘ軸方向に良く走査するのがＹ軸方向のある位置付近のみで、その他のＹ軸方向の位置はあまり使用しない場合、レンズ３８のＹ軸方向は大きいまま、レンズ３４のＹ軸方向寸法を小さくし、レンズ３５については、Ｙ軸方向のある位置付近のみに対応する大きさとしても良い。

良く走査するＹ軸方向のある位置付近での場合は、レンズ３４、３８を用い、レンズ３４、３８のＸ軸方向往復の動きの両方で光を走査することで、測定に用いる光を照射する時間の比率を高くする。Ｙ軸方向の位置を変えた場合は、レンズ３４は小さくしたことで対応しないので、レンズ３８のみで光をＸ軸方向に走査する。このときは、Ｘ軸方向の動きの片道のみで光を走査することになり、測定に用いる光を照射する時間の比率を低くなり性能は落ちる。あまり利用しない位置なので、性能劣化が許容できれば、レンズ３４が小さくなる分、装置の小型化、低価格化ができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図１６は本発明の第２の実施の形態を示すもので、図１４に相当する要部説明図であって、（ａ）は図１４と同様にレンズのＹ−Ｚ平面での断面図、（ｂ）はレンズの斜視図である。

尚、以下に述べる第２の実施形態に於いて、光スキャナ装置の基本的な構成については、前述した第１の実施形態と同じであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

本第２の実施形態では、前述した第１の実施形態とはレンズホルダ６１に搭載されたレンズ３４が異なっている。第１の実施形態では第２の光学素子であるレンズ３４は凹レンズであったが、本第２の実施形態ではレンズ３４に替えてトーリックレンズ２５１で構成している。トーリックレンズ２５１は、図１６（ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向に於いては負のパワーを有する凹レンズ、Ｙ軸方向に於いては正のパワーを有する凸レンズの形状で構成されている。レンズ３８は、前述した第１の実施形態と同じ凸レンズである。また、その他の構成も第１の実施形態と同じである。

Ｘ軸方向に於いては、レンズ３８が凸レンズ、トーリックレンズ２５１が凹レンズで構成され、前述した第１の実施形態と同じで、Ｘ軸方向への移動の往復で光を走査する仕組みも同じである。

本第２の実施形態では、Ｙ軸方向の移動が第１の実施形態と異なる。すなわち、第２の実施形態によれば、Ｙ軸方向に於いては、レンズ３８、トーリックレンズ２５１共に凸レンズとなっている。レンズ３８では、移動した向きと同じ向きに光は曲がり、中心２２３に光を通したときに対し、２２４に光を通すと光はＹ＋側に、２２５に光を通すと光はＹ−側に曲がる。トーリックレンズ２５１もＹ軸方向では凸レンズであり、中心２２７に光を通したときに対し、２５２に光を通すと光はＹ＋側に、２５３に光を通すと光はＹ−側に曲がる。

レンズ３８、トーリックレンズ２５１の中心２２３、２２７を光が通ったときに光がＹ軸方向に曲がらずに直進するようにレンズ３５、３６が調整されているとき（通常はこのように調整される）、第１の実施形態で示した図１５の２４４の範囲を走査している場合、図１３の２１６、２１８でレンズ３８、トーリックレンズ２５１をＹ軸方向に移動させるときの移動距離は、図１６に示される２３１のようになる（正確には、往復でＹ軸方向の位置をずらしている２４７、２４８分ずれる）。

図１５に示される２４６のように、Ｙ＋側をＸ軸方向に光の走査をしている場合の移動距離は２５４となり、前述した２３１と同じである。一方、２４５のようにＹ−側をＸ軸方向に光の走査をしている場合も、移動距離は２５５となり、前述した２３１と同じである。

本実施形態によると、走査するＹ軸方向の位置によって、レンズ３８、トーリックレンズ２５１のＹ軸方向の移動量が変わらないので、制御を容易に行うことができる。

以上、本発明は前述した実施形態に制限されることなく、種々変形が可能である。

例えば、レンズはレンズホルダに２つのレンズを固定していたが、合成樹脂で２つのレンズを一体化したレンズを製作し、固定するようにしても良い。これにより、組み立てを容易にし、低価格化を図ることができる。

また、光学素子はレンズとしたが、回折格子やフレネルレンズのようなものでも良い。これにより、一般的なレンズのように厚くならず、可動部分の軽量化を図ることができる。

更には、移動させる駆動機構や支持機構もさまざまなものが考えられる。磁石とコイルの配置は、前述した実施形態では、アジマスコイル、エレベーションコイルが磁石に挟まれる構成となっているが、片側のみに磁石を配し、反対側はヨークのみの構成としても良い。

レンズホルダ部組はワイヤバネで支持していたが、ワイヤバネでなく、軸と軸受で支持するような構成であっても良い。

また、レンズホルダ部組を板バネで支持し、Ｘ軸方向にのみ移動可能にし、レンズホルダ部組はＸ軸方向にのみ駆動して、レーザ部組をＹ軸方向に移動する機構に取り付け、これによって、レーザ光をＹ軸方向に移動させ、Ｙ軸方向の位置を変えるようにしても良い。Ｘ軸方向とＹ軸方向の移動させる機構を独立させることで、設計の自由度が高まり、Ｘ軸方向の移動量を大きくする等、性能を高めることが容易となる。

一方、前述した実施形態のように、レンズホルダをＸ軸方向、Ｙ軸方向の両方向に移動させるようにした場合は、低価格化を図ることができる。

第１の実施形態では、レンズ３４、３８については、各レンズの移動する向きと通る光の移動する向きの関係のみ異なるような特性となるような形状のレンズで構成され、レンズ３５、３６については、レンズ３４、３８を通る光に対して共通で用いる形となっている。

レーザ光をＹ軸方向に移動させる場合は、レンズ３８を通る光とレンズ３４を通る光が、レンズ３５、３６を通る部分を分けることが容易である。したがって、これを利用して、レンズ３５、３６についても、レンズ３４、３８に対応して各々２つのレンズに分け、最適化を図ることができる。レンズ３４、３８のみで、各レンズの移動する向きと通る光の移動する向きの関係のみ変え、他の特性を同じとするよりも、レンズの設計を容易にし、より良い特性とすることができる。

また、レンズ３５、３６は固定部に取り付けられているので、この部分で個別に位置の微調整を行い、レンズ３４、３８の取り付け誤差による特性のずれの補正も可能となる。

更に、光学系についても、前述した実施形態の構成に限ったことではなく、さまざまな光学系に適用が可能である。レンズから出射したレーザ光は、出射したレンズと異なる別のレンズで受光されるとしたが、再び同じレンズで受光し、受光した光を、例えば、光路分割素子で分離して検出するような光学系の光スキャナ装置と受光装置を兼ねた装置にも適用可能である。

尚、前述した実施形態では、スキャナ装置を車両に搭載する場合について述べたが、車両に限らず、光を走査するスキャナ装置全般に適応可能であることはいうまでもない。但し、車両に搭載するスキャナ装置で測定に用いる光を照射する時間の比率を高くする需要が多く、効果を享受しやすい。その場合、Ｘ軸方向を地面に水平な方向とすると良い。

更に、前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の光スキャナ装置の第１の実施形態の構成を示すもので、該光スキャナ装置の斜視図である。 本発明の光スキャナ装置の第１の実施形態の構成を示すもので、図１と反対側から見た光スキャナ装置の斜視図である。 本発明の光スキャナ装置の第１の実施形態の構成を示すもので、レーザダイオードのレーザ光の光軸上Ｙ−Ｚ平面で切った光スキャナ装置の断面斜視図である。 本発明の光スキャナ装置の第１の実施形態の構成を示すもので、位置検出用発光ダイオードのレーザ光の光軸上Ｙ−Ｚ平面で切った光スキャナ装置の断面斜視図である。 本発明の光スキャナ装置の第１の実施形態の構成を示すもので、レーザダイオードのレーザ光の光軸上Ｚ−Ｘ平面で切った光スキャナ装置の断面斜視図である。 本発明の光スキャナ装置の第１の実施形態の構成を示すもので、該光スキャナ装置全体の一部分解斜視図である。 本発明の光スキャナ装置の第１の実施形態の構成を示すもので、ヨークに固定されたレンズ部分の分解斜視図である。 本発明の光スキャナ装置の第１の実施形態の構成を示すもので、光スキャナ装置を構成する２軸アクチュエータのヨークを外した分解斜視図である。 本発明の光スキャナ装置の第１の実施形態の構成を示すもので、図８で外したヨークを除いた２軸アクチュエータの斜視図である。 本発明の光スキャナ装置の第１の実施形態の構成を示すもので、図９の２軸アクチュエータより、更にレンズホルダ部組を外した分解斜視図である。 本発明の光スキャナ装置の第１の実施形態の構成を示すもので、レンズホルダ部組の分解斜視図である。 本発明の光スキャナ装置の第１の実施形態を示すもので、該光スキャナ装置の使用例の説明図である。 本発明の第１の実施形態に於ける光スキャナ装置の動作を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に於ける光スキャナ装置の動作を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に於ける光スキャナ装置の動作を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態を示すもので、図１４に相当する要部説明図であって、（ａ）は図１４と同様にレンズのＹ−Ｚ平面での断面図、（ｂ）はレンズの斜視図である。 従来の車載用レーダのレーザ光を走査するアクチュエータを説明するための図である。 図１７のアクチュエータに於いて走査して照射する角度７ａと時間の関係を説明するための図である。

符号の説明

２５…光学系駆動装置、３０…ベース、３１…バネ受け、３２、３３…ヨーク、３４、３５、３６、３８、１５５、１５６、１５７…レンズ、３７、５１、５２、８５、１３５…ホルダ、４１…バネ受け部組、５０…レーザ部組、５４、５６、７０…基板、５５…レーザダイオード、６０…レンズホルダ部組、６１…レンズホルダ、７６ａ、７６ｂ…発光ダイオード（ＬＥＤ）、７７…サーミスタ、８０…アジマスコイル、８１ａ、８１ｂ…エレベーションコイル、９１ａ、９１ｂ、２２０、２２１…銅板、９２ａ、９２ｂ…磁石、１０８、１０８ａ〜１０８ｔ…ワイヤバネ、１２５…２軸アクチュエータ、１５３ａ、１５３ｂ…ポジションセンサ、２２０ａ、２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄ…折り曲げ部。

Claims (24)

1. 光学素子と、該光学素子を備えたホルダと、該ホルダを前記光学素子の光軸に垂直な方向に移動可能に支持する支持手段と、該支持手段を前記光学素子の光軸に垂直な方向に移動させる駆動手段と、発光素子とを少なくとも備え、該発光素子からの光を前記光学素子に通し、該光学素子を移動することによって、光を走査し、照射する光スキャナ装置に於いて、
   前記光学素子は、その光軸に垂直な第１の方向に移動したときに前記光学素子を通る光が前記光学素子を移動する向きと同一の向きに走査される第１の光学素子と、前記第１の方向に移動したときに前記光学素子を通る光が光学素子を移動する向きと反対の向きに走査される第２の光学素子と、を有することを特徴とする光スキャナ装置。
2. 前記第１の方向の片側を正の向き、反対側を負の向きとした場合に、前記支持手段を第１の方向の正の向きに移動させるときは前記発光素子からの光を前記第１の光学素子に透過させ、前記支持手段を第１の方向の負の向きに移動させるときは前記発光素子からの光を前記第２の光学素子に透過させて走査することを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ装置。
3. 前記第１の光学素子と第２の光学素子は、前記第１及び第２の光学素子の光軸に垂直、且つ前記第１の方向に垂直な方向を第２の方向とした場合に、該第２の方向に並べて配置されていることを特徴とする請求項１及び２の何れか１項に記載の光スキャナ装置。
4. 前記第１の光学素子を前記第２の方向に移動させたとき、前記第１の光学素子を通る光が当該光学素子を移動させる向きと同一の向きに走査され、前記第２の光学素子を前記第２の方向に移動させたとき、前記第２の光学素子を通る光が当該光学素子を移動させる向きと反対の向きに走査されることを特徴とする請求項３に記載の光スキャナ装置。
5. 前記第１の光学素子及び第２の光学素子を前記第２の方向に移動させたときに当該光学素子を通る光が走査される向きと、前記第１の光学素子及び第２の光学素子の移動する向きの関係が、前記第１の光学素子と第２の光学素子で同一であることを特徴とする請求項３に記載の光スキャナ装置。
6. 前記ホルダは、前記第１の方向及び第２の方向に移動可能であることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の光スキャナ装置。
7. 前記ホルダは前記第１の方向にのみ移動可能であり、
   前記ホルダの外部に前記発光素子からの光を前記第２の方向に移動させる手段を更に具備することを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の光スキャナ装置。
8. 前記第１の光学素子と前記第２の光学素子は、一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の光スキャナ装置。
9. 前記第１の光学素子は凸レンズであり、前記第２の光学素子は凹レンズであることを特徴とする請求項１乃至４及び６乃至８の何れか１項に記載の光スキャナ装置。
10. 前記第１の光学素子は凸レンズであり、前記第２の光学素子は前記第１の方向に於いては負のパワーを有する凹レンズ、前記第２の方向に於いては正のパワーを有する凸レンズの形状の複合レンズで構成されていることを特徴とする請求項８に記載の光スキャナ装置。
11. 前記光スキャナ装置は、車両に搭載され、前記第１の方向は、地面に水平な向きであることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光スキャナ装置。
12. 光を所定の範囲に渡り走査するスキャナ装置であって、
    対象物に向けて光を照射する発光素子と、
    前記発光素子からの光を走査させる光学素子と、
    前記光学素子を該光学素子の光軸と直交する方向に移動可能に支持する支持手段と、
    前記光学素子より照射された光の反射光を検知する受光素子と、
    を具備し、
    前記光学素子は第１の光学素子と第２の光学素子とを有し、
    前記支持手段は、前記第１の光学素子を、その光軸と直交する第１の方向に移動させたときに、該第１の光学素子を通る光を、当該第１の光学素子の移動方向と同一方向に移動させて走査し、前記第２の光学素子を、前記第１の方向に移動させたときに、該第２の光学素子を通る光を、当該第２の光学素子の移動する方向と反対方向に移動させて走査することを特徴とする光スキャナ装置。
13. 前記第１の方向の片側を正の向き、反対側を負の向きとしたとき、前記支持手段は、前記光学素子を第１の方向の正の向きに移動させるときは前記発光素子からの光を前記第１の光学素子に透過させ、前記光学素子を第１の方向の負の向きに移動させるときは前記発光素子からの光を前記第２の光学素子に透過させて、光を走査することを特徴とする請求項１２に記載の光スキャナ装置。
14. 前記第１の光学素子と第２の光学素子は、前記第１及び第２の光学素子の光軸に直交し、且つ前記第１の方向に直交する方向を第２の方向とした場合に、第２の方向に並設されていることを特徴とする請求項１２及び１３の何れか１項に記載の光スキャナ装置。
15. 前記第１の光学素子を前記第２の方向に移動させたとき、前記第１の光学素子を通る光が当該光学素子を移動する向きと同一の向きに走査され、前記第２の光学素子を第２の方向に移動させたとき、前記第２の光学素子を通る光が当該光学素子を移動する向きと反対の向きに走査されることを特徴とする請求項１４に記載の光スキャナ装置。
16. 前記第１の光学素子及び第２の光学素子を第２の方向に移動したときに、当該光学素子を通る光が走査される向きと、前記第１の光学素子及び第２の光学素子の移動する向きの関係が、第１の光学素子と第２の光学素子で同一方向であることを特徴とする請求項１４に記載の光スキャナ装置。
17. 前記支持手段は、前記第１の方向及び第２の方向に移動可能であることを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の光スキャナ装置。
18. 前記支持手段は前記第１の方向にのみ移動可能であり、
    前記支持手段の外部に前記発光素子からの光を前記第２の方向に移動させる移動手段を更に具備することを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の光スキャナ装置。
19. 前記第１の光学素子と第２の光学素子は、一体に形成されていることを特徴とする請求項１２乃至１８の何れか１項に記載の光スキャナ装置。
20. 前記支持手段を少なくとも前記第１の方向に移動させるための移動手段を更に具備することを特徴とする請求項１２乃至１９の何れか１項に記載の光スキャナ装置。
21. 前記移動手段は、前記支持手段に固定された複数のコイルと、前記支持手段を少なくとも前記第１の方向に移動可能に支持する弾性支持部材と、を有して構成されることを特徴とする請求項２０に記載の光スキャナ装置。
22. 前記第１の光学素子は凸レンズであり、前記第２の光学素子は凹レンズであることを特徴とする請求項１２乃至１４及び１６乃至１９の何れか１項に記載の光スキャナ装置。
23. 前記第１の光学素子は凸レンズであり、前記第２の光学素子は前記第１の方向に於いては負のパワーを有する凹レンズ、前記第２の方向に於いては正のパワーを有する凸レンズの形状の複合レンズで構成されていることを特徴とする請求項１９に記載の光スキャナ装置。
24. 前記光スキャナ装置は、車両に搭載され、前記第１の方向は、地面に水平な向きであることを特徴とする請求項１２乃至２３の何れか１項に記載の光スキャナ装置。

Images