JP2010203907A - Scanning control device - Google Patents

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Daisuke Itao
大助 板尾
Yosuke Amano
陽介 天野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning control device allowing scanning of a scanning object beyond a length of a permanent magnet. <P>SOLUTION: A coil 102 is supported by a flat spring 17, keeping a predetermined clearance from surfaces of permanent magnets 103A and 103B. In the coil 102, a current runs in a direction orthogonal to a magnetic field of the magnet 103A and the magnet 103B. If the current runs through the coil 102, an electromagnetic force is generated according to Fleming's law, allowing scanning of the coil 102. Now, if one end of the coil 102 deviates from either surface of the magnet 103A and the magnet 103B, a current supply is stopped. Then, the coil 102 moves by inertia and a resonance frequency of the flat spring 17 continues an amplitude motion, thus allowing scanning of the scanning object beyond the magnetic field of the permanent magnet. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、レーザ光等の電磁波を水平方向または垂直方向に走査する走査制御装置関する。   The present invention relates to a scanning control device that scans an electromagnetic wave such as a laser beam in a horizontal direction or a vertical direction.

従来、レーザ光を水平方向および垂直方向に走査する機構として、リニアモータを使用し、投光レンズおよび受光レンズを水平方向および垂直方向に走査する機構が提案されている(例えば特許文献1、2を参照)。   Conventionally, as a mechanism for scanning a laser beam in a horizontal direction and a vertical direction, a mechanism using a linear motor and scanning a light projecting lens and a light receiving lens in a horizontal direction and a vertical direction has been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2). See).

図1は、従来の走査機構を示した図である。走査機構2は、垂直走査機構21と水平走査機構22とを備えている。垂直走査機構21と水平走査機構22は、ホルダ23で連結されている。   FIG. 1 is a view showing a conventional scanning mechanism. The scanning mechanism 2 includes a vertical scanning mechanism 21 and a horizontal scanning mechanism 22. The vertical scanning mechanism 21 and the horizontal scanning mechanism 22 are connected by a holder 23.

垂直走査機構21は、ホルダ23の垂直方向(Z,−Z方向)の両端に接続される2つの板ばね31を備えている。2つの板ばね31は、ホルダ23を挟むように固定部材20に固定されている。ホルダ23の背面方向(−Y方向)には、コイル32が固定されている。固定部材20には、コイル32に対向するように磁石33が設けられている。   The vertical scanning mechanism 21 includes two leaf springs 31 connected to both ends of the holder 23 in the vertical direction (Z, −Z direction). The two leaf springs 31 are fixed to the fixing member 20 so as to sandwich the holder 23 therebetween. The coil 32 is fixed in the back direction (−Y direction) of the holder 23. The fixed member 20 is provided with a magnet 33 so as to face the coil 32.

垂直走査機構21は、コイル32に電流を流すことで磁石33の磁界により垂直方向に電磁力を生じさせる。これにより、ホルダ23は、発生した電磁力と板ばね31の反力が釣り合う位置まで移動する。垂直走査機構21は、コイル32に流す電流の方向を制御することで、任意の位置にホルダ23を移動させることができる。   The vertical scanning mechanism 21 generates an electromagnetic force in the vertical direction by the magnetic field of the magnet 33 by causing a current to flow through the coil 32. As a result, the holder 23 moves to a position where the generated electromagnetic force and the reaction force of the leaf spring 31 are balanced. The vertical scanning mechanism 21 can move the holder 23 to an arbitrary position by controlling the direction of the current flowing through the coil 32.

垂直方向位置検出部34は、一方の板ばね31に対向するように設けられ、板ばね31に光を照射し、板ばね31からの反射光を受光して、板ばね31の変位量を検出するフォトセンサである。   The vertical position detection unit 34 is provided so as to face one leaf spring 31, irradiates the leaf spring 31 with light, receives light reflected from the leaf spring 31, and detects a displacement amount of the leaf spring 31. Photo sensor.

また、水平走査機構22は、ホルダ23の水平方向(X,−X方向)の両端に接続される2つの板ばね25を備えている。2つの板ばね25の前面方向(Y方向)には、レンズホルダ24が接続されている。レンズホルダ25の前面方向には、コイル26が固定されている。固定部材20には、コイル26に対向するように磁石27が設けられている。   The horizontal scanning mechanism 22 includes two plate springs 25 connected to both ends of the holder 23 in the horizontal direction (X, −X direction). A lens holder 24 is connected to the front direction (Y direction) of the two leaf springs 25. A coil 26 is fixed in the front direction of the lens holder 25. The fixed member 20 is provided with a magnet 27 so as to face the coil 26.

水平走査機構22は、コイル26に電流を流すことで磁石27の磁界により水平方向に電磁力を生じさせる。これにより、レンズホルダ24は、発生した電磁力と板ばね25の反力が釣り合う位置まで移動する。水平走査機構22は、電流の方向を制御することで、任意の位置にレンズホルダ24を移動させることができる。   The horizontal scanning mechanism 22 generates an electromagnetic force in the horizontal direction by the magnetic field of the magnet 27 by causing a current to flow through the coil 26. Thereby, the lens holder 24 moves to a position where the generated electromagnetic force and the reaction force of the leaf spring 25 are balanced. The horizontal scanning mechanism 22 can move the lens holder 24 to an arbitrary position by controlling the direction of current.

また、水平方向位置検出部28は、一方の板ばね25に対向するように設けられ、板ばね25に光を照射し、板ばね25からの反射光を受光して、板ばね25の変位量を検出するフォトセンサである。   Further, the horizontal position detector 28 is provided so as to face one of the leaf springs 25, irradiates the leaf spring 25 with light, receives light reflected from the leaf spring 25, and the amount of displacement of the leaf spring 25. It is a photo sensor that detects

以上のように、従来の走査機構は、リニアモータを用いて投光レンズおよび受光レンズを、水平方向および垂直方向に走査するものである。自動車は路面を前後左右に走行するものであるため、上記のような走査機構を自動車用のレーダに用いて二次元走査を行う場合、水平方向には特に広い走査範囲が必要である。すなわち、レンズホルダ(走査対象物)の振幅を大きくする必要がある。   As described above, the conventional scanning mechanism scans the light projecting lens and the light receiving lens in the horizontal direction and the vertical direction using the linear motor. Since an automobile travels forward, backward, left and right on a road surface, when performing two-dimensional scanning using the above scanning mechanism for an automobile radar, a particularly wide scanning range is required in the horizontal direction. That is, it is necessary to increase the amplitude of the lens holder (scanning object).

レンズホルダの振幅を大きくするためには、磁石の長さが問題となる。すなわち、特許文献3(特に当該文献の図2)に示すように、各コイルはそれぞれ対向する磁石の磁界内でしか移動を制御することができない。磁石を長くすると走査範囲を広げることができるが、走査機構が大きくなるという問題が発生し、磁石を長くした分だけ製作費用もかかってしまう。   In order to increase the amplitude of the lens holder, the length of the magnet becomes a problem. That is, as shown in Patent Document 3 (particularly, FIG. 2 of this document), each coil can control movement only within the magnetic field of the opposing magnet. If the magnet is lengthened, the scanning range can be expanded, but the problem that the scanning mechanism becomes large occurs, and the manufacturing cost is increased by the length of the magnet.

また、特許文献4には、走査タイミングがレンズホルダの共振点付近の振動タイミングと一致するように、レンズホルダの重さやばね定数を調整することにより、小さい電流で大きな振幅が得られる走査機構が記載されている。ただし、この場合も磁石の長さ以上にレンズホルダを走査することができない。   Patent Document 4 discloses a scanning mechanism that can obtain a large amplitude with a small current by adjusting the weight of the lens holder and the spring constant so that the scanning timing coincides with the vibration timing near the resonance point of the lens holder. Are listed. In this case, however, the lens holder cannot be scanned beyond the length of the magnet.

特開2004−264062号公報JP 2004-240662 A 特開2003−177348号公報JP 2003-177348 A 特開平7−9178号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-9178 特開平10−123252号公報JP-A-10-123252

この発明は、永久磁石の長さ以上に走査対象物を走査させることができる走査制御装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the scanning control apparatus which can scan a scanning target object more than the length of a permanent magnet.

この発明の走査制御装置は、第1の永久磁石と、第2の永久磁石と、前記第1の永久磁石と前記第2の永久磁石の磁界に対して直交する方向に電流が流れるように配置されたコイルと、前記第1の永久磁石と前記第2の永久磁石の面から所定間隔空けて、それらに対して平行移動するように前記コイルを支持する弾性体と、前記コイルの位置を検出する位置検出手段と、前記コイルに供給する電流の向きおよび大きさを制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記コイルの一端がいずれか一方の永久磁石の面内から他方の永久磁石の面内に移動した場合に、前記コイルに供給する電流を停止することを特徴とする。   The scanning control device according to the present invention is arranged such that a current flows in a direction orthogonal to the magnetic fields of the first permanent magnet, the second permanent magnet, and the first permanent magnet and the second permanent magnet. A coil, an elastic body that supports the coil to move parallel to the first permanent magnet and the second permanent magnet at predetermined intervals, and detects the position of the coil And a control circuit for controlling the direction and magnitude of the current supplied to the coil, wherein the control circuit has one end of the coil from the surface of one of the permanent magnets to the other permanent magnet. When moving in the plane of the magnet, the current supplied to the coil is stopped.

このように、コイルの一端がいずれか一方の永久磁石の面内から他方の面内に移動する場合に電流を停止することで、走査対象物は慣性による移動を行う。そして、コイルを支持する弾性体(板ばね)の共振周波数で振幅運動が継続し、永久磁石の磁界を超えても走査対象物を走査することができる。   In this way, when one end of the coil moves from the surface of one of the permanent magnets to the other surface, the current is stopped, so that the scanning object moves by inertia. The amplitude motion continues at the resonance frequency of the elastic body (leaf spring) that supports the coil, and the scanning object can be scanned even if the magnetic field of the permanent magnet is exceeded.

この発明によれば、永久磁石の長さ以上に走査対象物を走査させることができる。   According to this invention, the scanning object can be scanned beyond the length of the permanent magnet.

従来の走査機構を示す図である。It is a figure which shows the conventional scanning mechanism. 本実施形態のレーザレーダの構成を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows the structure of the laser radar of this embodiment. 各構成部の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of each component. 水平方向の走査機構の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the scanning mechanism of a horizontal direction. レンズホルダの水平走査位置を示した図である。It is the figure which showed the horizontal scanning position of the lens holder. コイルの一端が、磁石の面から外れる状況を示した図である。It is the figure which showed the condition where the end of a coil remove | deviates from the surface of a magnet. コイルの位置と電流供給の時間関係を示した図である。It is the figure which showed the position of a coil and the time relationship of electric current supply. レーザレーダの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a laser radar. コイルの間隔が磁石の長さよりも短い場合を示した図である。It is the figure which showed the case where the space | interval of a coil is shorter than the length of a magnet. コイルの間隔が磁石の長さよりも短い場合を示した図である。It is the figure which showed the case where the space | interval of a coil is shorter than the length of a magnet. 走査範囲を示した図である。It is the figure which showed the scanning range.

以下、図面を参照してこの発明の走査制御装置を備えたレーザレーダについて説明する。本実施形態のレーザレーダは、自動車の車両に取り付けられ、道路面に対して水平に取り付けられるものである。図2は、レーザレーダの構成を示す外観斜視図である。図3は、レーザレーダの各構成部を分解した分解斜視図である。なお、以下の説明においては、レーザ光照射方向をレーザレーダの正面方向(Y方向)とする。   A laser radar equipped with a scanning control device of the present invention will be described below with reference to the drawings. The laser radar of this embodiment is attached to a vehicle of an automobile and is attached horizontally to the road surface. FIG. 2 is an external perspective view showing the configuration of the laser radar. FIG. 3 is an exploded perspective view in which each component of the laser radar is disassembled. In the following description, the laser beam irradiation direction is the front direction (Y direction) of the laser radar.

図2(A)および図2(B)に示すように、レーザレーダ1は、固定台5に載せられたリニアモータ11、光ビームパルスを受光する受光部12、光ビームパルスを投光する投光部13、受光部12の前面に設けられた受光レンズ14、投光部13の前面に設けられた投光レンズ15、ステッピングモータ16、板ばね(弾性体)17、およびホルダ19を備えている。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the laser radar 1 includes a linear motor 11 mounted on a fixed base 5, a light receiving unit 12 that receives a light beam pulse, and a projector that projects the light beam pulse. The light unit 13 includes a light receiving lens 14 provided on the front surface of the light receiving unit 12, a light projecting lens 15 provided on the front surface of the light projecting unit 13, a stepping motor 16, a leaf spring (elastic body) 17, and a holder 19. Yes.

固定台5の上面には、リニアモータ11、受光部12、投光部13、およびステッピングモータ16が固定されている。   A linear motor 11, a light receiving unit 12, a light projecting unit 13, and a stepping motor 16 are fixed on the upper surface of the fixed base 5.

リニアモータ11およびステッピングモータ16は、固定台5の中央に固定されている。リニアモータ11が正面側、ステッピングモータ16が背面側に固定されている。ステッピングモータ16の右方向(X方向)には受光部12が固定されており、左方向(−X方向)には投光部13が取り付けられている。なお、受光部12が左方向、投光部13が右方向であってもよい。   The linear motor 11 and the stepping motor 16 are fixed to the center of the fixed base 5. The linear motor 11 is fixed to the front side, and the stepping motor 16 is fixed to the back side. The light receiving unit 12 is fixed in the right direction (X direction) of the stepping motor 16, and the light projecting unit 13 is attached in the left direction (−X direction). The light receiving unit 12 may be in the left direction and the light projecting unit 13 may be in the right direction.

投光部13が投光した光ビームパルスは、投光レンズ15で集光されてレーザレーダ1の正面方向に投光される。受光レンズ14は、レーザレーダの前面に存在する対象物から反射した光ビームパルスを集光し、受光部12に導く。受光レンズ14および投光レンズ15を水平方向に移動させると、投光される光ビームパルスが水平方向に走査される。同様に、受光レンズ14および投光レンズ15を垂直方向に移動させると、受光される光ビームパルスが垂直方向に走査される。   The light beam pulse projected by the light projecting unit 13 is condensed by the light projecting lens 15 and projected in the front direction of the laser radar 1. The light receiving lens 14 collects the light beam pulse reflected from the object existing in front of the laser radar and guides it to the light receiving unit 12. When the light receiving lens 14 and the light projecting lens 15 are moved in the horizontal direction, the projected light beam pulse is scanned in the horizontal direction. Similarly, when the light receiving lens 14 and the light projecting lens 15 are moved in the vertical direction, the received light beam pulse is scanned in the vertical direction.

すなわち、レーザレーダ1は、所定時間間隔毎に投光部13から光ビームパルスを対象物に投光して光ビームパルスを所定方向に走査し、対象物から反射した光ビームパルスを受光部12で受光する。レーザレーダ1は、光ビームパルスを投光してから受光するまでの時間、および走査方向に基づいて、対象物の有無を検出するものである。   That is, the laser radar 1 projects a light beam pulse from the light projecting unit 13 onto the object at predetermined time intervals, scans the light beam pulse in a predetermined direction, and receives the light beam pulse reflected from the object. Receive light at. The laser radar 1 detects the presence / absence of an object based on the time from projecting a light beam pulse to receiving it and the scanning direction.

本実施形態のレーザレーダ1は、リニアモータ11で水平方向の走査を行い、ステッピングモータ16で垂直方向の走査を行うものである。なお、垂直方向もリニアモータで走査してもよい。   The laser radar 1 of the present embodiment performs horizontal scanning with a linear motor 11 and vertical scanning with a stepping motor 16. The vertical direction may also be scanned with a linear motor.

ステッピングモータ16は、上面方向(Z方向)の端部に取り付けられたジョイント166を介して、背面方向(−Y方向)にホルダ19が取り付けられている。ステッピングモータ16が回転すると、図示しない回転ギアによりジョイント166が上下動し、ホルダ19が上下動する。   The stepping motor 16 has a holder 19 attached in the back direction (−Y direction) via a joint 166 attached to an end portion in the top surface direction (Z direction). When the stepping motor 16 rotates, the joint 166 moves up and down by a rotation gear (not shown), and the holder 19 moves up and down.

ホルダ19には、水平方向(X方向および−X方向)の両端に2つの板ばね17が取り付けられている。2つの板ばね17は、それぞれ水平方向に薄く、正面方向に長い長方形状の板ばねである。2つの板ばね17は、それぞれ背面側の端部がホルダ19に取り付けられ、正面側の端部がレンズホルダ104に取り付けられている。   Two leaf springs 17 are attached to the holder 19 at both ends in the horizontal direction (X direction and -X direction). The two leaf springs 17 are rectangular leaf springs that are thin in the horizontal direction and long in the front direction. Each of the two leaf springs 17 has a rear side end attached to the holder 19 and a front side end attached to the lens holder 104.

レンズホルダ104は、受光レンズ14および投光レンズ15がはめこまれる長方形状の枠体である。レンズホルダ104の水平方向両端に2つの板ばね17がそれぞれ取り付けられて支持されている。レンズホルダ104によって、受光レンズ14が受光部12の前面に位置し、投光レンズ15が投光部13に前面に位置する。レンズホルダ104の中央部分にはリニアモータ11が設けられている。   The lens holder 104 is a rectangular frame in which the light receiving lens 14 and the light projecting lens 15 are fitted. Two leaf springs 17 are attached and supported at both ends of the lens holder 104 in the horizontal direction. With the lens holder 104, the light receiving lens 14 is positioned in front of the light receiving unit 12, and the light projecting lens 15 is positioned in front of the light projecting unit 13. A linear motor 11 is provided at the center of the lens holder 104.

よって、回転モータであるステッピングモータ16を回転させると、レンズホルダ104が上下動するため、走査対象物であるレンズホルダ104を垂直方向に走査することができる。   Therefore, when the stepping motor 16 that is a rotation motor is rotated, the lens holder 104 moves up and down, so that the lens holder 104 that is a scanning object can be scanned in the vertical direction.

次に、水平走査機構について説明する。図3(A)および図3(B)に示すように、水平走査機構10は、リニアモータ11、レンズホルダ104、および2つの板ばね17から構成される。   Next, the horizontal scanning mechanism will be described. As shown in FIGS. 3A and 3B, the horizontal scanning mechanism 10 includes a linear motor 11, a lens holder 104, and two leaf springs 17.

リニアモータ11は、側面から見て中空構造となっている鉄心101と、レンズホルダ104の中央部分に取り付けられているコイル102と、鉄心101に取り付けられている永久磁石である磁石103と、からなる。鉄心101は、正面側の鉄心101Aと背面側の鉄心101Bとに分かれている。鉄心101Aおよび鉄心101Bによりレンズホルダ104の中央部分が囲われている。   The linear motor 11 includes an iron core 101 having a hollow structure when viewed from the side, a coil 102 attached to a central portion of the lens holder 104, and a magnet 103 which is a permanent magnet attached to the iron core 101. Become. The iron core 101 is divided into a front iron core 101A and a back iron core 101B. The central portion of the lens holder 104 is surrounded by the iron core 101A and the iron core 101B.

コイル102は、レンズホルダ104の背面側に取り付けられている。磁石103は、鉄心101Bの正面側に取り付けられている。磁石103は、上面から見て左側方向の磁石103Aと右側方向の磁石103Bとに分かれている(図4参照)。磁石103Aまたは磁石103Bのいずれか一方が本発明の第1の永久磁石となり、他方が第2の永久磁石となる。磁石103Aと磁石103Bは、同図のように中央部分で隣接していてもよいし、離れていてもよい。同図の例では、コイル102の左側が磁石103Aに対向し、コイル102の右側が磁石103Bに対向するように配置されている。   The coil 102 is attached to the back side of the lens holder 104. The magnet 103 is attached to the front side of the iron core 101B. The magnet 103 is divided into a left side magnet 103A and a right side magnet 103B when viewed from above (see FIG. 4). One of the magnet 103A and the magnet 103B is the first permanent magnet of the present invention, and the other is the second permanent magnet. The magnet 103A and the magnet 103B may be adjacent to each other at the center as shown in the figure, or may be separated from each other. In the example of the figure, the coil 102 is arranged so that the left side faces the magnet 103A and the right side of the coil 102 faces the magnet 103B.

図4(A)は、リニアモータ11を上面から見た断面図であり、コイル102に電流が流れていない場合を示す図である。同図(B)は、コイル102および磁石103をレーザレーダの正面方向から見た図である。同図(A)および同図(B)では、コイル102の間隔が磁石103の長さと同じである場合の例を示している。   FIG. 4A is a cross-sectional view of the linear motor 11 as viewed from above, and shows a case where no current flows through the coil 102. FIG. 5B is a view of the coil 102 and the magnet 103 as seen from the front direction of the laser radar. FIGS. 2A and 2B show an example in which the distance between the coils 102 is the same as the length of the magnet 103.

同図(A)および同図(B)に示すように、コイル102は、磁石103Aおよび磁石103Bの表面から所定間隔空けて平行移動するように板ばね17によって支持されている。また、コイル102は、磁石103Aおよび磁石103Bの磁界に対して直交する方向に電流が流れるように支持されている。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the coil 102 is supported by a leaf spring 17 so as to move in parallel with a predetermined distance from the surfaces of the magnet 103A and the magnet 103B. The coil 102 is supported so that a current flows in a direction orthogonal to the magnetic fields of the magnets 103A and 103B.

同図(A)に示す状態の場合、磁石103Aおよび磁石103Bによる磁界によって発生する力(電磁力)は存在せず、コイル102は中立位置となる。   In the state shown in FIG. 6A, there is no force (electromagnetic force) generated by the magnetic field generated by the magnet 103A and the magnet 103B, and the coil 102 is in the neutral position.

ここで、コイル102に電流を流すと、同図(C)に示すような電磁力が発生する。すなわち、左側のコイル102においては、磁石103Aが発生する正面方向の磁界と、紙面手前から奥に(上面側から下面側に)向かって流れる電流により、フレミングの法則に従った電磁力が右方向に発生する。同時に、右側のコイル102においては、磁石103Bが発生する背面方向の磁界と、紙面奥から手前に(下面側から上面側に)向かって流れる電流により、フレミングの法則に従った電磁力が右方向に発生する。   Here, when a current is passed through the coil 102, an electromagnetic force as shown in FIG. That is, in the left coil 102, the electromagnetic force in accordance with Fleming's law is generated in the right direction by the front magnetic field generated by the magnet 103A and the current flowing from the front side to the back side (from the upper surface side to the lower surface side). Occurs. At the same time, in the right coil 102, the electromagnetic force in accordance with Fleming's law is applied in the right direction by the magnetic field in the back direction generated by the magnet 103B and the current flowing from the back to the front of the paper (from the lower surface side to the upper surface side). Occurs.

よって、図5(A)に示すように、コイル102(走査対象物であるレンズホルダ104)が右方向に移動し、発生した電磁力と板ばね17の反力が釣り合う位置まで移動する。一方で、電流の向きを反対にすると、左方向の電磁力が発生するため、同図(B)に示すように、レンズホルダ104が左方向に移動する。   Therefore, as shown in FIG. 5A, the coil 102 (the lens holder 104 that is the scanning object) moves to the right, and moves to a position where the generated electromagnetic force and the reaction force of the leaf spring 17 are balanced. On the other hand, when the direction of the current is reversed, an electromagnetic force in the left direction is generated, so that the lens holder 104 moves in the left direction as shown in FIG.

このようにして、水平走査機構であるリニアモータ11は、コイル102に流す電流を制御することで、コイル102(走査対象物であるレンズホルダ104)を走査させることができる。   In this way, the linear motor 11 that is a horizontal scanning mechanism can scan the coil 102 (the lens holder 104 that is the scanning object) by controlling the current that flows through the coil 102.

ここで、磁石103Aおよび磁石103Bの長さが短く、電磁力と板ばね17の反力が釣り合う位置が、磁石103Aおよび磁石103Bの面から外れる位置に存在する場合、図6(A)に示すように、コイル102が、磁石103Aおよび磁石103Bの面から外れることになる。   Here, when the length of the magnet 103A and the magnet 103B is short, and the position where the electromagnetic force and the reaction force of the leaf spring 17 are balanced exists at a position deviating from the surfaces of the magnet 103A and the magnet 103B, it is shown in FIG. Thus, the coil 102 comes off from the surfaces of the magnet 103A and the magnet 103B.

この状態においてコイル102に電流を流し続けると、右側の磁石103Bによる磁界と左側のコイル102に流れる紙面手前から奥(上面側から下面側)の電流により、走査方向とは逆の電磁力が発生することになる。   In this state, if a current is continuously supplied to the coil 102, an electromagnetic force opposite to the scanning direction is generated by the magnetic field generated by the right magnet 103B and the current flowing from the front side to the back side (from the upper surface side to the lower surface side) of the left coil 102. Will do.

そこで、本実施形態のレーザレーダでは、コイルが磁石の面を外れる場合、同図(B)に示すように、電流の供給を停止する構成としている。すなわち、コイル102の左側が磁石103Aの面内に、コイル102の右側が磁石103Bの面内に位置する場合は電流供給を制御し(制御範囲とし)、それぞれ磁石103Aおよび磁石103Bの面から外れる場合は電流供給を停止する(無制御範囲とする)。すると、コイル102は、磁石103Aおよび磁石103Bの面から外れた場合に、慣性による移動を行い、板ばね17の共振周波数で振幅運動が継続する。よって、同図(C)に示すように、磁石103Aおよび磁石103Bの磁界を超えても走査対象物であるレンズホルダ104を走査することができる。   Therefore, in the laser radar of the present embodiment, when the coil deviates from the surface of the magnet, the supply of current is stopped as shown in FIG. That is, when the left side of the coil 102 is located in the plane of the magnet 103A and the right side of the coil 102 is located in the plane of the magnet 103B, the current supply is controlled (within a control range), and the magnets 103A and 103B are out of the plane. In such a case, the current supply is stopped (with no control range). Then, when the coil 102 deviates from the surfaces of the magnets 103 </ b> A and 103 </ b> B, the coil 102 moves due to inertia, and the amplitude motion continues at the resonance frequency of the leaf spring 17. Therefore, as shown in FIG. 3C, the lens holder 104 that is the object to be scanned can be scanned even if the magnetic fields of the magnet 103A and the magnet 103B are exceeded.

次に、上記電流制御を行うためのレーザレーダの各種構成および動作について説明する。図7(A)は、レーザレーダの構成を示すブロック図である。同図において、レーザレーダ1は、CPU51、LD駆動回路52、LD53、受光レンズ14、投光レンズ15、受光素子54、増幅回路55、A/D変換器56、水平走査位置検出部18、水平走査機構(リニアモータ)11、垂直走査機構(ステッピングモータ)16、およびCPU51を備えている。   Next, various configurations and operations of the laser radar for performing the current control will be described. FIG. 7A is a block diagram showing the configuration of the laser radar. In the figure, a laser radar 1 includes a CPU 51, an LD drive circuit 52, an LD 53, a light receiving lens 14, a light projecting lens 15, a light receiving element 54, an amplifier circuit 55, an A / D converter 56, a horizontal scanning position detecting unit 18, a horizontal scanning position detector 18. A scanning mechanism (linear motor) 11, a vertical scanning mechanism (stepping motor) 16, and a CPU 51 are provided.

LD駆動回路52は、CPU51の指示に基づいてLD53の発光を制御する。LD駆動回路52およびLD53により投光部13が構成される。LD53により投光された光ビームパルスは、投光レンズ15を介して自車の前方に投光される。光ビームパルスが対象物から反射して戻ってきた反射光は、受光レンズ14により集光され、受光素子54によって受光される。受光素子54は、受光量に応じたアナログ信号を出力する。受光素子54が出力したアナログ信号は、増幅回路55で増幅された後、A/D変換器56でデジタル信号に変換され、CPU51に入力される。   The LD drive circuit 52 controls the light emission of the LD 53 based on an instruction from the CPU 51. The light projecting unit 13 is configured by the LD driving circuit 52 and the LD 53. The light beam pulse projected by the LD 53 is projected forward of the host vehicle via the projection lens 15. The reflected light returned from the object reflected by the light beam pulse is collected by the light receiving lens 14 and received by the light receiving element 54. The light receiving element 54 outputs an analog signal corresponding to the amount of received light. The analog signal output from the light receiving element 54 is amplified by the amplifier circuit 55, converted into a digital signal by the A / D converter 56, and input to the CPU 51.

CPU51は、光ビームパルスの投光を指示してから上記デジタル信号が入力されるまでの時間を測定する時間計測部として機能する。CPU51は、投光から受光までの時間を計測することで対象物までの距離を算出することができる。   The CPU 51 functions as a time measurement unit that measures the time from when the light beam pulse is projected to when the digital signal is input. The CPU 51 can calculate the distance to the object by measuring the time from light projection to light reception.

一方、CPU51は、リニアモータ11に上記コイル102に流す電流を制御する制御信号を出力し、光ビームパルスを水平方向に走査させる。また、ステッピングモータ16のパルス入力を制御して光ビームパルスを垂直方向に走査させる。水平方向の走査位置は、水平走査位置検出部18から入力される。垂直方向の走査位置は、入力したパルス数によって検知される。   On the other hand, the CPU 51 outputs a control signal for controlling the current flowing through the coil 102 to the linear motor 11 to scan the light beam pulse in the horizontal direction. Further, the pulse input of the stepping motor 16 is controlled to scan the light beam pulse in the vertical direction. The horizontal scanning position is input from the horizontal scanning position detector 18. The vertical scanning position is detected by the number of input pulses.

CPU51は、計測した投光から受光までの時間、水平走査位置検出部18から得た水平方向の走査位置、および入力したパルス数により検知される垂直方向の走査位置に基づいて、対象物の有無を検出する。   The CPU 51 determines the presence / absence of an object based on the measured time from light projection to light reception, the horizontal scanning position obtained from the horizontal scanning position detection unit 18, and the vertical scanning position detected by the number of input pulses. Is detected.

同図(B)は、CPU51がリニアモータ11の電流制御を行うための各構成(水平走査位置検出部18、CPU51、およびリニアモータ11)の詳細なブロック図である。なお、同図に示す比較判定器511、演算器512、および切替器513は、ソフトウェアによってCPU51が機能的に実現するものである。   FIG. 5B is a detailed block diagram of each configuration (horizontal scanning position detection unit 18, CPU 51, and linear motor 11) for the CPU 51 to control the current of the linear motor 11. It should be noted that the comparison / determination unit 511, the arithmetic unit 512, and the switching unit 513 shown in the figure are functionally realized by the CPU 51 by software.

水平走査位置検出部18は、図3に示したように、いずれか一方の板ばね17に対向するように固定されている。水平走査位置検出部18の投光素子181は、板ばね17に対して光を照射し、板ばね17からの反射光を受光素子182により受光する。受光素子181の出力値は、アンプ183で増幅された後、A/D変換器184を経てデジタル値としてCPU51の比較判定器511に入力される。   As shown in FIG. 3, the horizontal scanning position detector 18 is fixed so as to face either one of the leaf springs 17. The light projecting element 181 of the horizontal scanning position detection unit 18 irradiates the leaf spring 17 with light, and the light receiving element 182 receives the reflected light from the leaf spring 17. The output value of the light receiving element 181 is amplified by the amplifier 183 and then input to the comparison / determination unit 511 of the CPU 51 as a digital value through the A / D converter 184.

比較判定器511は、入力された水平走査位置検出部18の出力値でデータベース501を参照し、板ばね17の変位量を算出する。データベース501は、受光素子181の出力値と変位量を予め規定したテーブルが記憶されている。そのため、比較判定器511は、水平走査位置検出部18の出力値から板ばね17の変位量、すなわちコイル102の走査位置を算出することができる。算出された走査位置は、演算器512および切替器513に入力される。演算器512は、コイル102の走査位置に応じて駆動回路111がコイル102に供給する電流を制御する。切替器513は、コイル102の走査位置に応じて演算器512が出力する制御信号の供給、遮断を切り替え、駆動回路111がコイル102に供給する電流の停止タイミングを制御する。   The comparison / determination unit 511 calculates the amount of displacement of the leaf spring 17 by referring to the database 501 with the input output value of the horizontal scanning position detector 18. The database 501 stores a table in which output values and displacement amounts of the light receiving elements 181 are defined in advance. Therefore, the comparison / determination unit 511 can calculate the displacement amount of the leaf spring 17, that is, the scanning position of the coil 102 from the output value of the horizontal scanning position detection unit 18. The calculated scanning position is input to the calculator 512 and the switch 513. The calculator 512 controls the current supplied to the coil 102 by the drive circuit 111 in accordance with the scanning position of the coil 102. The switch 513 switches between supply and cutoff of the control signal output from the computing unit 512 according to the scanning position of the coil 102, and controls the stop timing of the current supplied to the coil 102 by the drive circuit 111.

図8は、コイルの位置と電流供給の時間関係を示した図である。同図に示すように、演算器512は、コイル102の共振周波数(板ばね17の共振周波数)に合わせて電流(駆動電流)を制御する。すなわち、板ばね17の共振周波数と同じ周波数の交流電流がコイル102に流れるように駆動回路111を制御する。ただし、コイル102に電流が流れてから実際にレンズホルダ104が移動を開始するまでの時間ずれを考慮して電流制御を行う。   FIG. 8 is a diagram showing the time relationship between the coil position and the current supply. As shown in the figure, the calculator 512 controls the current (drive current) in accordance with the resonance frequency of the coil 102 (resonance frequency of the leaf spring 17). That is, the drive circuit 111 is controlled so that an alternating current having the same frequency as the resonance frequency of the leaf spring 17 flows through the coil 102. However, current control is performed in consideration of a time lag from when the current flows through the coil 102 until the lens holder 104 actually starts moving.

ここで、切替器513は、コイル102の走査位置が磁石103Aおよび磁石103Bの面を外れる位置において制御信号の供給、遮断を切り替える。すなわち、切替器513は、コイル102の走査位置が磁石103Aおよび磁石103Bの面内から外に移動しようとする場合に、コイル102に供給する電流を停止する。一方で、切替器513は、コイル102の走査位置が磁石103Aおよび103Bの面外から面内に移動しようとする場合に、再びコイル102に電流を供給する。   Here, the switch 513 switches between supplying and shutting off the control signal at a position where the scanning position of the coil 102 deviates from the surfaces of the magnets 103A and 103B. That is, the switch 513 stops the current supplied to the coil 102 when the scanning position of the coil 102 is about to move out of the surfaces of the magnets 103A and 103B. On the other hand, the switch 513 supplies current to the coil 102 again when the scanning position of the coil 102 is about to move from the outside of the magnets 103A and 103B to the in-plane.

以上のような制御を行うと、コイルが永久磁石の面から外れた場合であっても慣性による移動を行い、板ばねの共振周波数で振幅運動が継続する。よって、永久磁石の磁界を超えても走査対象物を走査することができ、永久磁石の長さが短くとも水平方向に広い走査範囲を確保することができる。   When the control as described above is performed, even if the coil is detached from the surface of the permanent magnet, it is moved by inertia, and the amplitude motion is continued at the resonance frequency of the leaf spring. Therefore, the scanning object can be scanned even when the magnetic field of the permanent magnet is exceeded, and a wide scanning range can be secured in the horizontal direction even if the length of the permanent magnet is short.

次に、図9は、コイル102の間隔が磁石103A(または磁石103B)の長さよりも短い場合の例を示している。同図(A)は、コイル102および磁石103をレーザレーダの正面方向から見た図である。同図(B)は、リニアモータ11を上面から見た断面図である。同図(A)および同図(B)は、コイル102が中立位置の場合を示す図である。   Next, FIG. 9 shows an example in which the interval between the coils 102 is shorter than the length of the magnet 103A (or the magnet 103B). FIG. 3A is a view of the coil 102 and the magnet 103 as seen from the front direction of the laser radar. FIG. 2B is a cross-sectional view of the linear motor 11 as viewed from above. FIGS. 6A and 6B are diagrams showing a case where the coil 102 is in a neutral position.

ここで、同図(B)のように左側のコイル102において紙面手前から奥に(上面側から下面側に)向かって電流を流し、右側のコイル102において紙面奥から手前に(下面側から上面側に)向かって電流を流すと、フレミングの法則に従った電磁力が右方向に発生する。   Here, as shown in FIG. 5B, a current flows from the front side to the back side of the paper in the left coil 102 (from the upper surface side to the lower surface side), and from the back side of the paper surface to the front side (from the lower surface side to the upper surface). When an electric current is applied toward the side), an electromagnetic force according to Fleming's law is generated in the right direction.

ここで、コイル102に電流を流し続けると、図10(A)に示すように、コイル102の左側が磁石103Aの面から外れることとなる。ただし、コイル102の間隔が磁石103A(または磁石103B)の長さよりも短いため、右側のコイル102は、磁石103Bの面内に存在することとなる。   Here, if a current is continuously supplied to the coil 102, the left side of the coil 102 is disengaged from the surface of the magnet 103A as shown in FIG. However, since the distance between the coils 102 is shorter than the length of the magnet 103A (or the magnet 103B), the right coil 102 exists in the plane of the magnet 103B.

この状態においてもコイル102に電流を流し続けると、右側の磁石103Bによる磁界と左側のコイル102に流れる紙面手前から奥(上面側から下面側)の電流により、走査方向とは逆の電磁力が発生することになる。よって、図10(B)に示すように、コイル102の一端がいずれか一方の磁石の面内を外れ、他方の磁石の面内に移動する場合、電流の供給を停止する構成とする。   In this state, if a current is continuously supplied to the coil 102, an electromagnetic force opposite to the scanning direction is generated by a magnetic field generated by the right magnet 103B and a current flowing from the front side to the back (upper surface side to lower surface side) of the left coil 102. Will occur. Therefore, as shown in FIG. 10B, when one end of the coil 102 is out of the plane of one of the magnets and moves into the plane of the other magnet, the supply of current is stopped.

なお、コイル102の間隔が磁石103A(または磁石103B)の長さよりも長い場合、図9および図10に示した例とは逆に、コイル102の一端(例えば右側)が磁石の面内から外れた場合であっても、他方の端(例えば左側)が磁石の面内から外れることがない。この場合、電流供給を停止して慣性による走査を行ってもよいし、依然として磁石の面内に位置する側のコイルには電流を供給し、発生する電磁力を用いて走査を行ってもよい。   When the interval between the coils 102 is longer than the length of the magnet 103A (or magnet 103B), one end (for example, the right side) of the coil 102 is disengaged from the in-plane of the magnet, contrary to the examples shown in FIGS. Even in this case, the other end (for example, the left side) does not come out of the plane of the magnet. In this case, the current supply may be stopped and scanning by inertia may be performed, or current may be supplied to the coil on the side still in the plane of the magnet, and scanning may be performed using the generated electromagnetic force. .

また、磁石103Aと磁石103Bの設置間隔が離れている場合においても、上記と同様に、コイル102のいずれか一端(例えば右側)が磁石の面内から外れた場合であっても、他方の端(例えば左側)が磁石の面内から外れる場合がある。この場合においても、電流供給を停止して慣性による走査を行ってもよいし、磁石の面内に位置する側のコイルには電流を供給し、発生する電磁力を用いて走査を行ってもよい。   Further, even when the magnet 103A and the magnet 103B are spaced apart from each other, similarly to the above, even if one end (for example, the right side) of the coil 102 is out of the plane of the magnet, the other end (For example, the left side) may be out of the plane of the magnet. Even in this case, the current supply may be stopped and scanning may be performed by inertia, or the current may be supplied to the coil located in the plane of the magnet and the generated electromagnetic force may be used for scanning. Good.

次に、図11は、レーザレーダの走査範囲を示した図である。自動車は、路面を前後左右に走行するものであり、二次元走査を行う場合、水平方向には高速かつ広い走査範囲が必要である。よって、例えば図11に示すように、自車前方を走行する先行車を対象物として検知するために、水平方向には30度、垂直方向には10度程度の二次元走査範囲を設定している。本発明では、走査機構としてリニアモータを用い、コイルの一端が何れか一方の永久磁石の面内を外れ、他方の永久磁石の面内に移動する場合に電流を停止し、永久磁石の長さを超えても走査対象物を走査することができる。したがって、永久磁石を小型化し、レーザレーダを小型化したとしても、水平方向に広い走査範囲を確保することができる。   Next, FIG. 11 is a diagram showing a scanning range of the laser radar. The automobile travels on the road surface in the front-rear and left-right directions, and when performing two-dimensional scanning, a high-speed and wide scanning range is required in the horizontal direction. Therefore, for example, as shown in FIG. 11, a two-dimensional scanning range of about 30 degrees in the horizontal direction and about 10 degrees in the vertical direction is set in order to detect the preceding vehicle traveling in front of the host vehicle as an object. Yes. In the present invention, a linear motor is used as a scanning mechanism. When one end of the coil moves out of the plane of one of the permanent magnets and moves into the plane of the other permanent magnet, the current is stopped and the length of the permanent magnet is reduced. The object to be scanned can be scanned even if the value exceeds. Therefore, even if the permanent magnet is downsized and the laser radar is downsized, a wide scanning range can be secured in the horizontal direction.

1−レーザレーダ
10−水平走査機構
11−リニアモータ
12−受光部
13−投光部
14−受光レンズ
15−投光レンズ
16−ステッピングモータ
17−板ばね
18−水平走査位置検出部
19−ホルダ
1-laser radar 10-horizontal scanning mechanism 11-linear motor 12-light receiving unit 13-light projecting unit 14-light receiving lens 15-light projecting lens 16-stepping motor 17-plate spring 18-horizontal scanning position detecting unit 19-holder

Claims (1)

第1の永久磁石と、
第2の永久磁石と、
前記第1の永久磁石と前記第2の永久磁石の磁界に対して直交する方向に電流が流れるように配置されたコイルと、
前記第1の永久磁石と前記第2の永久磁石の面から所定間隔空けて、それらに対して平行移動するように前記コイルを支持する弾性体と、
前記コイルの位置を検出する位置検出手段と、
前記コイルに供給する電流の向きおよび大きさを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記コイルの一端がいずれか一方の永久磁石の面内から他方の永久磁石の面内に移動した場合に、前記コイルに供給する電流を停止することを特徴とする走査制御装置。
A first permanent magnet;
A second permanent magnet;
A coil disposed so that a current flows in a direction orthogonal to the magnetic fields of the first permanent magnet and the second permanent magnet;
An elastic body that supports the coil so as to move parallel to the first permanent magnet and the surface of the second permanent magnet at a predetermined interval from each other;
Position detecting means for detecting the position of the coil;
A control circuit for controlling the direction and magnitude of the current supplied to the coil;
With
The control circuit stops the current supplied to the coil when one end of the coil moves from the surface of one of the permanent magnets to the surface of the other permanent magnet. .
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