JP2013104771A - Optical scanner and laser radar device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子を移動させることによりレーザ光をスキャンする光走査装置、及び該光走査装置を備えるレーザレーダ装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device that scans a laser beam by moving an optical element, and a laser radar device that includes the optical scanning device.
近年、走行中の車両の前方を監視して障害物の存在を運転者に警告する光線スキャン方式の車載レーダ装置が実用化されている。
レーダ装置は光走査装置を備え、例えば、光走査装置によりレーザ光等の光ビームを車両の周囲の所定の角度範囲の領域に走査して出射すると共に、出射した光ビームの反射波を受光し、光ビームの出射方向に存在する物体の位置や距離等を測距する。このようにレーダ装置により検知された先行車両や障害物の情報が運転者に告知され、さらに先行車両との車間距離を所定の距離に保つように自動的に車両の速度を制御するシステムが開発されている。
2. Description of the Related Art In recent years, an in-vehicle radar device using a light scanning system that monitors the front of a traveling vehicle and warns the driver of the presence of an obstacle has been put into practical use.
The radar device includes an optical scanning device. For example, the optical scanning device scans and emits a light beam such as a laser beam in a predetermined angular range around the vehicle, and receives a reflected wave of the emitted light beam. Measure the position, distance, etc. of an object existing in the light beam emission direction. In this way, information on the preceding vehicle and obstacles detected by the radar device is notified to the driver, and a system is developed that automatically controls the vehicle speed so that the distance between the preceding vehicle and the preceding vehicle is maintained at a predetermined distance. Has been.
光ビームを走査して物体を検出する装置としては、例えば、任意の位置に光ビームを走査させるため、アクチュエータが光学素子（レンズ）を駆動する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の装置の模式図を図１６に示す。図１６において、走査用レンズ２２２を備えたレンズホルダ２３４を支持するばね２３３が撓むことにより、レンズホルダ２３４及び走査用レンズ２２２は移動する。図外のレーザダイオードより走査用レンズに光が入射し照射される。走査用レンズを移動することにより、照射される光を走査することができる。照射される光の走査量は走査用レンズの移動量によって決まることは明らかであり、正確な走査量の制御のためには、精度の高い走査用レンズの移動量の検知が重要になる。
As an apparatus for detecting an object by scanning a light beam, for example, an apparatus in which an actuator drives an optical element (lens) in order to scan the light beam at an arbitrary position has been proposed (for example, see Patent Document 1). ).
The schematic diagram of the apparatus of patent document 1 is shown in FIG. In FIG. 16, the lens holder 234 and the scanning lens 222 move as the spring 233 supporting the lens holder 234 including the scanning lens 222 is bent. Light enters a scanning lens from a laser diode (not shown) and is irradiated. The irradiated light can be scanned by moving the scanning lens. Obviously, the amount of scanning of the irradiated light is determined by the amount of movement of the scanning lens, and for accurate control of the amount of scanning, it is important to detect the amount of movement of the scanning lens with high accuracy.
走査用レンズの精度の高い制御を実現するための駆動系を備えた装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２の装置の模式図を図１７に示す。図１７において、発光ダイオード（ＬＥＤ）７６ａ，７６ｂは、開口に発光部分が露出する状態で基板７０のレンズホルダ側に固定され、照射された光はホルダ８５側に射出される。ホルダ８５には、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、発光ダイオードからの光は、スリットを通り、レンズ１５６，１５５を経て、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に入射する。ポジションセンサ１５３ａ、１５３ｂは基板５６に半田付けされ、図示しない制御基板に接続されている。
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。これによりポジションセンサ１５３ａの出力値より走査用レンズ２２のＸ軸方向の位置を検出することができる。同様に、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。ここで、レンズ１５６，１５５，１５８，１５７は、レンズホルダ部組６０の移動量に対してポジションセンサ上の移動量を縮小する役割を有し、これによりポジションセンサを小型化している。
An apparatus provided with a drive system for realizing high-precision control of the scanning lens has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
The schematic diagram of the apparatus of patent document 2 is shown in FIG. In FIG. 17, the light emitting diodes (LEDs) 76a and 76b are fixed to the lens holder side of the substrate 70 in a state where the light emitting portions are exposed in the openings, and the irradiated light is emitted to the holder 85 side. The holder 85 is provided with slits 87a and 87b at positions corresponding to the light emitting diodes 76a and 76b. The light from the light emitting diode passes through the slits, passes through the lenses 156 and 155, and the output current changes depending on the position of the center of gravity of the light. Is incident on the position sensors 153a and 153b. The position sensors 153a and 153b are soldered to the board 56 and connected to a control board (not shown).
The position sensor 153a is a one-dimensional sensor that detects a position in one direction. In order to detect movement in the X-axis direction, the internal rectangular detection element is attached so that the longitudinal direction is the X-axis direction. Yes. Thereby, the position of the scanning lens 22 in the X-axis direction can be detected from the output value of the position sensor 153a. Similarly, since the position sensor 153b detects the movement in the Y-axis direction, the internal rectangular detection element is attached so that the longitudinal direction is the Y-axis direction. The light from the slit 87b moves in the Y-axis direction when the lens holder set 60 moves in the elevation direction, and the position is detected by the position sensor 153b. Here, the lenses 156, 155, 158, and 157 have a role of reducing the movement amount on the position sensor with respect to the movement amount of the lens holder unit set 60, thereby miniaturizing the position sensor.
このような小型化を実現するためのレイアウト性を高めたレーザレーダ装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特許文献３の装置の模式図を図３に示す。図３において、走査用レンズ３０７と受光用レンズ３０９を取り付けたレンズホルダ３０５は、変位用バネ３０２，３０４で支持されており、駆動用コイル３１１，３１４とマグネット３１３，３１６の間の磁力で変位する。走査光用のレーザダイオード３０６からの出射光は、走査用レンズ３０７により偏向され、対象物により反射した光は受光用レンズ３０９により偏向され、受光フォトダイオード３０８に入射する。この出射光と入射光より、対象物の方向や距離を算出する
There has also been proposed a laser radar apparatus with improved layout for realizing such a miniaturization (see, for example, Patent Document 3).
The schematic diagram of the apparatus of patent document 3 is shown in FIG. In FIG. 3, a lens holder 305 to which a scanning lens 307 and a light receiving lens 309 are attached is supported by displacement springs 302 and 304, and is displaced by the magnetic force between the drive coils 311 and 314 and the magnets 313 and 316. To do. Light emitted from the laser diode 306 for scanning light is deflected by the scanning lens 307, and light reflected by the object is deflected by the light receiving lens 309 and enters the light receiving photodiode 308. The direction and distance of the object are calculated from the emitted light and incident light.
特許文献１〜３の装置のように、光走査装置において光走査量を正確に検出するためには、レンズホルダ部に設置したスリットや、発光ダイオード、ポジショニングセンサなどの取り付けが必要となる。
また、発光ダイオードの光が走査光に混入しないように、また走査光がポジショニングセンサに入らないように、発光ダイオード、スリット、レンズ、及びポジショニングセンサを走査光学系から遮蔽するための構造が必要となる。このような構造を備えることにより、装置が大型化し、また高価になるという問題が生じる。同様に、そのような光走査装置を備えたレーザレーダ装置も、大型化し、高価なものになるという問題が生じる。
As in the devices of Patent Documents 1 to 3, in order to accurately detect the optical scanning amount in the optical scanning device, it is necessary to attach a slit, a light emitting diode, a positioning sensor, and the like installed in the lens holder unit.
In addition, a structure for shielding the light emitting diode, the slit, the lens, and the positioning sensor from the scanning optical system is required so that the light from the light emitting diode does not enter the scanning light and the scanning light does not enter the positioning sensor. Become. By providing such a structure, there arises a problem that the apparatus becomes large and expensive. Similarly, a laser radar device provided with such an optical scanning device also has a problem that it becomes large and expensive.
そこで、本発明は上記課題を鑑み、精度高く正確に走査光の走査量を測定することができるとともに、小型化が可能で、かつ安価な光走査装置、及び該光走査装置を備えたレーザレーダ装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention can measure the scanning light amount with high accuracy and accuracy, and can be downsized and inexpensive, and a laser radar including the optical scanning device. An object is to provide an apparatus.
上記課題を解決するために、本発明に係る光走査装置は、
光学素子と、該光学素子を保持するホルダと、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、前記ホルダ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、発光する波長が異なる複数の発光素子とを備え、
前記複数の発光素子のうち、一の発光素子からの光が前記光学素子を透過し、前記光学素子を移動させることにより、透過光を走査して照射する光走査装置であって、
前記複数の発光素子は、前記光学素子を透過する第１の波長の光を発光する第１発光素子、及び前記光学素子を透過しない第２の波長の光を発光する第２発光素子からなり、
前記ホルダの前記光学素子の出射面の反対側の面に、前記第２の波長の光を透過しない構造体からなるパターンが形成され、
前記第２の発光波長を感知するセンサをさらに備え、
前記センサは、前記第２発光素子から出射して前記光学素子及び前記ホルダで反射された光を受光可能な位置に配置され、かつ前記第１発光素子と、前記第２発光素子と、前記センサとが、相対的に固定された位置に配置されていることを特徴とする光走査装置である。
In order to solve the above problems, an optical scanning device according to the present invention includes:
An optical element, a holder for holding the optical element, support means for supporting the holder so as to be movable in a direction perpendicular to the optical axis of the optical element, and the holder in a direction perpendicular to the optical axis of the optical element. A driving means for moving, and a plurality of light emitting elements having different wavelengths of light emission,
Among the plurality of light emitting elements, an optical scanning device that scans and irradiates transmitted light by transmitting light from one light emitting element through the optical element and moving the optical element,
The plurality of light emitting elements include a first light emitting element that emits light of a first wavelength that passes through the optical element, and a second light emitting element that emits light of a second wavelength that does not pass through the optical element,
A pattern made of a structure that does not transmit light of the second wavelength is formed on the surface of the holder opposite to the exit surface of the optical element,
A sensor for sensing the second emission wavelength;
The sensor is disposed at a position capable of receiving light emitted from the second light emitting element and reflected by the optical element and the holder, and the first light emitting element, the second light emitting element, and the sensor Are arranged at relatively fixed positions.
上記課題を解決するために、本発明に係るレーザレーダ装置は、
本発明の光走査装置と、該光走査装置の第１発光素子からの第１の発光波長を感知するセンサをさらに備え、
前記第１発光素子が、探査領域に対して探査波を送信する探査送信手段を、前記第１の発光波長を感知するセンサが、前記探査領域内に存在する障害物からの反射波を受信する探査受信手段をそれぞれ構成し、
前記探査送信手段により前記探査波を送信した時刻と、前記探査受信手段により前記反射波を受信した時刻との時間差に基づいて、前記障害物との相対的位置関係を検知することを特徴とするレーザレーダ装置である。
In order to solve the above-described problem, a laser radar device according to the present invention includes:
The optical scanning device of the present invention, and a sensor for sensing the first emission wavelength from the first light emitting element of the optical scanning device,
The first light emitting element receives a search transmitting means for transmitting a search wave to the search area, and the sensor detecting the first emission wavelength receives a reflected wave from an obstacle existing in the search area. Configure each exploration receiving means,
A relative positional relationship with the obstacle is detected based on a time difference between a time when the exploration wave is transmitted by the exploration transmission unit and a time when the reflected wave is received by the exploration reception unit. This is a laser radar device.
本発明の光走査装置によれば、精度高く正確に走査光の走査量を測定することができるとともに、小型化が可能で、かつ安価な光走査装置を提供することができる。
また、本発明のレーザレーダ装置によれば、精度高く正確に走査光の走査量を測定することができるとともに、小型化が可能で、かつ安価なレーザレーダ装置を提供することができる。
According to the optical scanning device of the present invention, it is possible to provide an optical scanning device that can measure the scanning amount of scanning light with high accuracy and that can be miniaturized and that is inexpensive.
Further, according to the laser radar apparatus of the present invention, it is possible to provide a laser radar apparatus that can measure the scanning amount of the scanning light with high accuracy and can be miniaturized and that is inexpensive.
以下、本発明に係る光走査装置及びレーザレーダ装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 Hereinafter, an optical scanning device and a laser radar device according to the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments of the examples shown below, and other embodiments, additions, modifications, deletions, and the like can be changed within a range that can be conceived by those skilled in the art. Any aspect is included in the scope of the present invention as long as the operations and effects of the present invention are exhibited.
本発明の光走査装置は、光学素子と、該光学素子を保持するホルダと、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、前記ホルダ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、発光する波長が異なる複数の発光素子とを備え、前記複数の発光素子のうち、一の発光素子からの光が前記光学素子を透過し、前記光学素子を移動させることにより、透過光を走査して照射する。
前記複数の発光素子は、前記光学素子を透過する第１の波長の光を発光する第１発光素子、及び前記光学素子を透過しない第２の波長の光を発光する第２発光素子からなり、前記ホルダの前記光学素子の出射面の反対側の面に、前記第２の波長の光を透過しない構造体からなるパターンが形成され、前記第２の発光波長を感知するセンサをさらに備え、前記センサは、前記第２発光素子から出射して前記光学素子及び前記ホルダで反射された光を受光可能な位置に配置され、かつ前記第１発光素子と、前記第２発光素子と、前記センサとが、相対的に固定された位置に配置されている。
なお、前記構造体は、光学素子とホルダが一体成型された態様等においては、光学素子の出射面ではない面に構造体が形成されていることと同義である。
The optical scanning device of the present invention includes an optical element, a holder that holds the optical element, a support unit that supports the holder so as to be movable in a direction perpendicular to the optical axis of the optical element, and the holder that holds the optical element. Driving means for moving in a direction perpendicular to the optical axis of the light source, and a plurality of light emitting elements having different wavelengths to emit light, of the plurality of light emitting elements, light from one light emitting element is transmitted through the optical element, The transmitted light is scanned and irradiated by moving the optical element.
The plurality of light emitting elements include a first light emitting element that emits light of a first wavelength that passes through the optical element, and a second light emitting element that emits light of a second wavelength that does not pass through the optical element, A pattern made of a structure that does not transmit light of the second wavelength is formed on the surface of the holder opposite to the exit surface of the optical element, and further includes a sensor that senses the second emission wavelength, The sensor is arranged at a position capable of receiving light emitted from the second light emitting element and reflected by the optical element and the holder, and the first light emitting element, the second light emitting element, and the sensor Is disposed at a relatively fixed position.
In addition, the structure is synonymous with a structure being formed on a surface that is not an emission surface of the optical element in an aspect in which the optical element and the holder are integrally formed.
〔第１の実施形態〕
本発明の光走査装置の第１の実施形態を図１〜７により説明する。
図１は、本実施形態の光走査装置の正面図である。
図１に示すように、光学素子１、光学素子１を保持するホルダ２を備え、ホルダ２を外枠８及び内枠７との間で光学素子１の光軸に垂直な方向に移動可能に支持する支持手段３，５としてのバネ、ホルダ２を光学素子１の光軸に垂直な方向に移動させる駆動手段４，６としての櫛歯型の静電アクチュエータを備える。
光学素子１としては、例えば、凸レンズ、凸型のフレネル形状レンズ等が挙げられる。本実施形態においては、片凸レンズの例として説明する。
ホルダ２は、駆動手段４により図中のＸ方向へ移動することができ、駆動手段６により図中のＹ方向に移動することができる。静電アクチュエータである駆動手段４，６に電圧を印加することにより、ホルダ２に保持された光学素子１をＸ方向及びＹ方向へ自在に遥動させることができる。
[First Embodiment]
A first embodiment of the optical scanning device of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a front view of the optical scanning device of the present embodiment.
As shown in FIG. 1, an optical element 1 and a holder 2 for holding the optical element 1 are provided, and the holder 2 can be moved between an outer frame 8 and an inner frame 7 in a direction perpendicular to the optical axis of the optical element 1. A spring as supporting means 3 and 5 for supporting, and a comb-shaped electrostatic actuator as driving means 4 and 6 for moving the holder 2 in a direction perpendicular to the optical axis of the optical element 1 are provided.
Examples of the optical element 1 include a convex lens and a convex Fresnel lens. This embodiment will be described as an example of a single convex lens.
The holder 2 can be moved in the X direction in the figure by the driving means 4, and can be moved in the Y direction in the figure by the driving means 6. By applying a voltage to the driving means 4 and 6 which are electrostatic actuators, the optical element 1 held by the holder 2 can be freely moved in the X direction and the Y direction.
図２は、図１に示した面と反対側の面（裏面）の正面図である。
図２に示すように、ホルダ２の光学素子１の出射面の反対側の面に、前記第２の波長の光を透過しない構造体からなるパターン９が形成されている。
前記構造体の配置は適宜選択することができ、例えば、ホルダ２のパターン９が形成された領域の単位面積当たりの前記構造体の底面積の和が、位置により異なるように前記構造体を配置することができる。具体的には、図２に示すように、ホルダ２の中心部から外周部へ向けて、前記構造体の底面積を小さくし、外周部に近い領域が中心部よりも単位面積当たりの構造体の底面積の和が小さくなるように配置することができる。
FIG. 2 is a front view of the surface (back surface) opposite to the surface shown in FIG.
As shown in FIG. 2, a pattern 9 made of a structure that does not transmit light of the second wavelength is formed on the surface of the holder 2 opposite to the exit surface of the optical element 1.
The arrangement of the structures can be selected as appropriate. For example, the structures are arranged such that the sum of the bottom areas of the structures per unit area of the region where the pattern 9 of the holder 2 is formed varies depending on the position. can do. Specifically, as shown in FIG. 2, the bottom area of the structure is reduced from the center to the outer periphery of the holder 2, and the region closer to the outer periphery is a structure per unit area than the center. It can arrange | position so that the sum of the bottom area of may become small.
本発明の光走査装置において、ホルダ２の少なくとも前記構造体が形成された領域の材質はシリコンであることが好ましい。また、第１の発光波長が１．１μｍ以上であり、第２の発光波長が１．１μｍ以下であることが好ましい。これにより、第１の発光波長の光は光学素子１を透過して移動する光学素子１により走査され、第２の発光波長の光源は光学素子１及びホルダ２で反射され、前記構造体との反射率の差による反射光の情報をセンサ１２で受信することが容易になる。
本実施形態において、光学素子１及びホルダ２の材質はシリコンであり、前記構造体の材質は酸化シリコンである。
第１発光素子からの第１の発光波長は１．５μｍ、第２発光素子からの第２の発光波長は０．９μｍである。
前記構造体の厚さｔは、その屈折率をｎ、第２の発光波長をλ、第２発光素子の光源とパターン９を形成しているホルダ２との角度をθとしたとき、2ntcosθ＝λ/２を満たす厚さとしている。
第１発光素子の光源としては、コリメートされたＬＤ光源を用いている。
In the optical scanning device of the present invention, it is preferable that the material of at least the region of the holder 2 where the structure is formed is silicon. The first emission wavelength is preferably 1.1 μm or more, and the second emission wavelength is preferably 1.1 μm or less. As a result, the light of the first emission wavelength is scanned by the optical element 1 that moves through the optical element 1, and the light source of the second emission wavelength is reflected by the optical element 1 and the holder 2. It becomes easy for the sensor 12 to receive information on the reflected light due to the difference in reflectance.
In this embodiment, the material of the optical element 1 and the holder 2 is silicon, and the material of the structure is silicon oxide.
The first emission wavelength from the first light emitting element is 1.5 μm, and the second emission wavelength from the second light emitting element is 0.9 μm.
The thickness t of the structure is 2 ntcos θ = where n is the refractive index, λ is the second emission wavelength, and θ is the angle between the light source of the second light emitting element and the holder 2 forming the pattern 9. The thickness satisfies λ / 2.
A collimated LD light source is used as the light source of the first light emitting element.
図３は、図１及び２に示した光走査装置の俯瞰図であり、図４（Ａ）及び（Ｂ）は、第１発光素子からの第１の発光波長の光の走査関係を示した模式図である。
図４（Ａ）に示すように、第１発光素子１０のＬＤ光源からの出射光２０ａが、光学素子１の中心付近に入射する場合、透過光２０ｂは、そのまま直進する。一方、図４（Ｂ）に示すように、ホルダ２とともに光学素子１が移動し、ＬＤからの出射光２０ａが光学素子１の中心から外れた外周付近に入射する場合には、透過光２０ｂは偏向される。このように、ホルダ２とともに光学素子１を移動させることにより、光の走査を行うことができる。
3 is a bird's-eye view of the optical scanning device shown in FIGS. 1 and 2, and FIGS. 4A and 4B show the scanning relationship of light having the first emission wavelength from the first light-emitting element. It is a schematic diagram.
As shown in FIG. 4A, when the emitted light 20a from the LD light source of the first light emitting element 10 enters the vicinity of the center of the optical element 1, the transmitted light 20b goes straight as it is. On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the optical element 1 moves together with the holder 2, and the emitted light 20a from the LD enters the vicinity of the outer periphery deviating from the center of the optical element 1, the transmitted light 20b is Deflected. Thus, by moving the optical element 1 together with the holder 2, light scanning can be performed.
図５は、第１発光素子１０と、第２発光素子１１と、センサ１２との位置関係の例を示す断面の模式図である。図８はその斜視図である。
本実施形態において、第２の発光波長の波長領域に感度を持ち、第２発光素子１１からの第２の発光波長を感知するセンサ１２として、第２の発光波長の光強度を検出するＰＤ（フォトダイオード）を用いている。このＰＤは、特定の領域の光量だけを測定できるようにした光学系を搭載している。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a positional relationship among the first light emitting element 10, the second light emitting element 11, and the sensor 12. FIG. 8 is a perspective view thereof.
In the present embodiment, as a sensor 12 that has sensitivity in the wavelength region of the second light emission wavelength and senses the second light emission wavelength from the second light emitting element 11, a PD that detects the light intensity of the second light emission wavelength ( Photodiode) is used. This PD is equipped with an optical system that can measure only the amount of light in a specific region.
図７は、第２発光素子１１とセンサ１２（ＰＤ）との位置関係を示す図である。
第２発光素子１１の光源としては、広い範囲を照明できるようにしたＬＥＤ光源を用いている。ＬＥＤからの出射光１９ａは、ホルダ２の複数の構造体からなるパターン９が形成された領域付近を照明する。
センサ１２は、第２発光素子１１から出射して光学素子１及びホルダ２で反射された光１９ｂを受光可能な位置に固定して配置され、パターン９が形成された領域付近の限定された領域からの反射光１９ｂの光量を測定する。そのため、光学素子１及びホルダ２が移動すると、センサ１２の測定対象となる領域が変化し、反射する対象の構造体が変化する。前述のように、前記構造体は、前記構造体の底面積の和が、位置により異なるように配置されているため、照射する位置により反射光１９ｂの強度も変化する。このため、センサ１２により反射光量の変化を測定することで、ホルダ２の位置の変化を検出することができる。
FIG. 7 is a diagram illustrating a positional relationship between the second light emitting element 11 and the sensor 12 (PD).
As the light source of the second light emitting element 11, an LED light source capable of illuminating a wide range is used. The emitted light 19a from the LED illuminates the vicinity of the region where the pattern 9 composed of a plurality of structures of the holder 2 is formed.
The sensor 12 is fixedly disposed at a position where the light 19b emitted from the second light emitting element 11 and reflected by the optical element 1 and the holder 2 can be received, and is limited in the vicinity of the area where the pattern 9 is formed. The amount of reflected light 19b from the light is measured. Therefore, when the optical element 1 and the holder 2 are moved, the region to be measured by the sensor 12 is changed, and the structure to be reflected is changed. As described above, since the structure is arranged such that the sum of the bottom areas of the structures varies depending on the position, the intensity of the reflected light 19b also varies depending on the irradiation position. For this reason, the change in the position of the holder 2 can be detected by measuring the change in the amount of reflected light by the sensor 12.
ホルダ２の位置を検出することにより、ホルダ２に保持された光学素子１の位置を推定することができるので、走査量読取装置を備えることにより、光学素子１を透過して照射される第１の発光波長の光の走査量を算出することができる。
すなわち、前記走査量読取装置は、第２の発光波長を感知するセンサ１２で受光した信号により、第２の発光波長を感知するセンサ１２と第２発光素子１１との位置関係を算出し、第２の発光波長を感知するセンサ１２と第２発光素子１１との位置関係から、光学素子１と第１発光素子１０との位置関係を算出して、前記照射光の走査量を算出することができる。
By detecting the position of the holder 2, the position of the optical element 1 held by the holder 2 can be estimated. Therefore, by providing a scanning amount reading device, the first light that is transmitted through the optical element 1 and irradiated. It is possible to calculate the scanning amount of the light having the emission wavelength.
That is, the scanning amount reading device calculates the positional relationship between the sensor 12 that senses the second emission wavelength and the second light emitting element 11 based on the signal received by the sensor 12 that senses the second emission wavelength. The positional relationship between the optical element 1 and the first light emitting element 10 is calculated from the positional relationship between the sensor 12 that senses the emission wavelength of 2 and the second light emitting element 11, and the scanning amount of the irradiation light is calculated. it can.
さらに、前記走査量読取装置の出力値から、駆動手段４，６の駆動量を算出し、該駆動量に基づき、前記照射光の走査量を制御することができる。すなわち、算出された照射光の走査量をもとに、ホルダ２とともに光学素子１を移動させる駆動手段であるアクチュエータに印加する電圧を変えることにより、第１の発光波長の光の走査量を正確に制御することができる。 Furthermore, the driving amount of the driving means 4 and 6 can be calculated from the output value of the scanning amount reading device, and the scanning amount of the irradiation light can be controlled based on the driving amount. That is, based on the calculated scanning amount of the irradiation light, the scanning amount of the light having the first emission wavelength can be accurately determined by changing the voltage applied to the actuator which is the driving means for moving the optical element 1 together with the holder 2. Can be controlled.
上述のように、本実施形態によれば、光学素子１を移動させることにより第１発光素子からの透過光を走査して照射する際に、照射光の走査量を容易に検出でき、また容易に制御することができる。 As described above, according to the present embodiment, when the transmitted light from the first light emitting element is scanned and irradiated by moving the optical element 1, the scanning amount of the irradiated light can be easily detected and easily Can be controlled.
〔第２の実施形態〕
本発明の光走査装置の第２の実施形態を図８〜１０により説明する。
図８は、本実施形態の光走査装置の正面図であり、図１０はその斜視図である。
図８に示すように、光学素子１として片凸レンズ、光学素子１を保持するホルダ２を備えている。また、ホルダ２がＸ方向及びＹ方向に揺動できるように、外枠８との間を移動可能に支持する支持手段３，５としてのバネを備えている。
また、ホルダ２には、永久磁石１３が取り付けられており、外枠８の外部には電磁石１４，１５が取り付けられている。電磁石に電流を流すことにより、レンズ１が保持されたホルダ２をＸ、Ｙ方向に自在に遥動させることができる。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the optical scanning device of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 is a front view of the optical scanning device of the present embodiment, and FIG. 10 is a perspective view thereof.
As shown in FIG. 8, the optical element 1 includes a single convex lens and a holder 2 that holds the optical element 1. In addition, springs are provided as support means 3 and 5 for supporting the holder 2 so as to be movable between the outer frame 8 so that the holder 2 can swing in the X and Y directions.
A permanent magnet 13 is attached to the holder 2, and electromagnets 14 and 15 are attached to the outside of the outer frame 8. By passing a current through the electromagnet, the holder 2 holding the lens 1 can be freely moved in the X and Y directions.
図９は、図８に示した面と反対側の面（裏面）の正面図である。
図９に示すように、ホルダ２の光学素子１が形成されている面と反対の面には、複数の構造体からなるパターン１６が形成されている。
パターン１６は、ホルダ２の位置によって異なる形状の前記構造体が配置されている。
第２の発光波長を感知するセンサ１２として、形状の情報を取得できるＣＣＤなどの撮像素子を用いることにより、パターン１６を読み取ることにより、移動したホルダ２の位置を検出することができる。
FIG. 9 is a front view of a surface (back surface) opposite to the surface shown in FIG.
As shown in FIG. 9, a pattern 16 made of a plurality of structures is formed on the surface of the holder 2 opposite to the surface on which the optical element 1 is formed.
In the pattern 16, the structures having different shapes are arranged depending on the position of the holder 2.
The position of the moved holder 2 can be detected by reading the pattern 16 by using an image sensor such as a CCD that can acquire shape information as the sensor 12 that senses the second emission wavelength.
検出されたホルダ２の移動量に基づき、上述の実施形態１と同様に、前記走査量読取装置は、第２の発光波長を感知するセンサ１２と第２発光素子１１との位置関係を算出し、第２の発光波長を感知するセンサ１２と第２発光素子１１との位置関係から、光学素子１と第１発光素子１０との位置関係を算出して、前記照射光の走査量を算出することができる。 Based on the detected movement amount of the holder 2, the scanning amount reading device calculates the positional relationship between the sensor 12 that senses the second emission wavelength and the second light emitting element 11, as in the first embodiment. The positional relationship between the optical element 1 and the first light emitting element 10 is calculated from the positional relationship between the sensor 12 that senses the second emission wavelength and the second light emitting element 11, and the scanning amount of the irradiation light is calculated. be able to.
さらに、前記走査量読取装置の出力値から、算出された照射光の走査量をもとに、ホルダ２とともに光学素子１を移動させる駆動手段である電磁石に流す電流量を変えることにより、第１の発光波長の光の走査量を正確に制御することができる。 Further, by changing the amount of current flowing through the electromagnet, which is a driving means for moving the optical element 1 together with the holder 2, based on the calculated scanning amount of the irradiation light from the output value of the scanning amount reading device, the first The scanning amount of the light having the emission wavelength can be accurately controlled.
上述のように本実施形態によれば、センサ１２で前記構造体の形状を読み取ることにより容易に照射光の走査量を容易に検出することができ、また容易に照射光の走査量を制御することができる。 As described above, according to the present embodiment, the scanning amount of the irradiation light can be easily detected by reading the shape of the structure by the sensor 12, and the scanning amount of the irradiation light can be easily controlled. be able to.
〔第３の実施形態〕
本発明の光走査装置の第３の実施形態を図１１により説明する。
図１１は、本実施形態の光走査装置の光学素子１の出射面の反対の面の正面図である。
本実施形態は、駆動手段４，６として、第１の実施形態と同様の静電櫛歯型のアクチュエータを使用した光走査装置である。
本実施形態において、ホルダ２に形成されたパターンは、ホルダ２の移動方向に、同じ形状の構造体が繰り返し配置されている。すなわち、図に示す内枠７のＸ方向に沿って、等間隔に同一形状の構造体１７が整列して配置されている。また、外枠８のＹ方向に沿って、同じく等間隔に同一形状の構造体１８が整列して配置されている。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the optical scanning device of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a front view of the surface opposite to the exit surface of the optical element 1 of the optical scanning device of the present embodiment.
The present embodiment is an optical scanning device that uses the same electrostatic comb-type actuator as that of the first embodiment as the driving means 4 and 6.
In the present embodiment, in the pattern formed on the holder 2, structures having the same shape are repeatedly arranged in the movement direction of the holder 2. That is, the structures 17 having the same shape are arranged at equal intervals along the X direction of the inner frame 7 shown in the drawing. In addition, along the Y direction of the outer frame 8, the structures 18 having the same shape are arranged and arranged at equal intervals.
第２の発光波長を感知するセンサ１２としては、実施形態１で用いたセンサよりも狭い範囲の光量を測定可能に調整されたＰＤを、Ｘ方向の構造体１７及びＹ方向の構造体１８を各々測定できるように複数搭載する。これにより、静電櫛歯アクチュエータ４，６に電圧を印加してレンズをＸ方向及びＹ方向に遥動させたとき、ホルダ２の移動に伴って、センサ１２には構造体１７，１８の繰り返しによる明暗が測定されるため、移動したホルダ２の位置を検出することができる。 As the sensor 12 that senses the second emission wavelength, a PD that is adjusted to measure a light amount in a narrower range than the sensor used in the first embodiment is used, and the X-direction structure 17 and the Y-direction structure 18 are used. A plurality is mounted so that each can be measured. Thus, when the voltage is applied to the electrostatic comb actuators 4 and 6 and the lens is swayed in the X direction and the Y direction, the structure 12 is repeatedly applied to the sensor 12 as the holder 2 moves. Therefore, the position of the moved holder 2 can be detected.
検出されたホルダ２の移動量に基づき、上述の実施形態１と同様に、前記走査量読取装置は、第２の発光波長を感知するセンサ１２と第２発光素子１１との位置関係を算出し、第２の発光波長を感知するセンサ１２と第２発光素子１１との位置関係から、光学素子１と第１発光素子１０との位置関係を算出して、前記照射光の走査量を算出することができる。 Based on the detected movement amount of the holder 2, the scanning amount reading device calculates the positional relationship between the sensor 12 that senses the second emission wavelength and the second light emitting element 11, as in the first embodiment. The positional relationship between the optical element 1 and the first light emitting element 10 is calculated from the positional relationship between the sensor 12 that senses the second emission wavelength and the second light emitting element 11, and the scanning amount of the irradiation light is calculated. be able to.
さらに、前記走査量読取装置の出力値から、駆動手段４，６の駆動量を算出し、該駆動量に基づき、前記照射光の走査量を制御することができる。すなわち、算出された照射光の走査量をもとに、ホルダ２とともに光学素子１を移動させる駆動手段であるアクチュエータに印加する電圧を変えることにより、第１の発光波長の光の走査量を正確に制御することができる。 Furthermore, the driving amount of the driving means 4 and 6 can be calculated from the output value of the scanning amount reading device, and the scanning amount of the irradiation light can be controlled based on the driving amount. That is, based on the calculated scanning amount of the irradiation light, the scanning amount of the light having the first emission wavelength can be accurately determined by changing the voltage applied to the actuator which is the driving means for moving the optical element 1 together with the holder 2. Can be controlled.
上述のように本実施形態によれば、センサ１２の光量が構造体１７，１８の繰り返しのピッチで強弱を繰り返す変化をするので、強弱をカウントすることにより、ホルダ２の移動量が容易に計測でき、実施形態１と同様に、照射光の走査量を容易に検出でき、また容易に制御することができる。 As described above, according to the present embodiment, the amount of light of the sensor 12 changes repeatedly at the repeated pitches of the structures 17 and 18, so that the amount of movement of the holder 2 can be easily measured by counting the strength. As in the first embodiment, the scanning amount of the irradiation light can be easily detected and can be controlled easily.
〔第４の実施形態：レーザレーダ装置〕
本発明の光走査装置の第４の実施形態として、レーザレーダ装置に用いられる態様を図１２〜１５により説明する。
本発明のレーザレーダ装置は、本発明の光走査装置と、該光走査装置の第１発光素子１０ａからの第１の発光波長を感知するセンサ１０ｂをさらに備え、第１発光素子１０ａが、探査領域に対して探査波を送信する探査送信手段を、第１の発光波長を感知するセンサ１０ｂが、前記探査領域内に存在する障害物からの反射波を受信する探査受信手段をそれぞれ構成し、前記探査送信手段により前記探査波を送信した時刻と、前記探査受信手段により前記反射波を受信した時刻との時間差に基づいて、前記障害物との相対的位置関係を検知する。
[Fourth Embodiment: Laser Radar Device]
As a fourth embodiment of the optical scanning device of the present invention, an aspect used in a laser radar device will be described with reference to FIGS.
The laser radar device of the present invention further includes the optical scanning device of the present invention and a sensor 10b that senses the first emission wavelength from the first light emitting element 10a of the optical scanning device, and the first light emitting element 10a A search transmitting means for transmitting a search wave to the area, and a sensor 10b for detecting the first emission wavelength constitutes a search receiving means for receiving a reflected wave from an obstacle existing in the search area, A relative positional relationship with the obstacle is detected based on a time difference between a time when the exploration wave is transmitted by the exploration transmission unit and a time when the reflected wave is received by the exploration reception unit.
また、本発明のレーザレーダ装置は、光学素子１を複数備え、前記探査送信手段を構成する第１光学素子１ａ、及び探査受信手段を構成する第２光学素子１ｂがホルダ２に保持されてなり、前記構造体からなるパターン９が、ホルダ２の第１光学素子１ａが保持された領域の出射面の反対側の面に形成されている。 The laser radar apparatus of the present invention includes a plurality of optical elements 1, and a holder 2 holds a first optical element 1 a constituting the exploration transmitting means and a second optical element 1 b constituting the exploration receiving means. The pattern 9 made of the structure is formed on the surface of the holder 2 opposite to the exit surface in the region where the first optical element 1a is held.
本実施形態の光走査装置において、駆動手段は、第１の実施形態と同様に静電櫛歯型のアクチュエータを使用している。
第１の発光波長の光源である第１発光素子１０ａは、レーザレーダ装置の投光用の光源として用いる。さらにレーザレーダ装置の受光用のセンサ１０ｂとしては、第１の発光波長の波長領域に感度を持ち、第１の発光波長を感知するセンサであるＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）等が用いられる。
In the optical scanning device according to the present embodiment, the driving means uses an electrostatic comb-shaped actuator as in the first embodiment.
The first light emitting element 10a, which is a light source having a first emission wavelength, is used as a light source for light projection of a laser radar device. Further, as the light receiving sensor 10b of the laser radar device, an APD (avalanche photodiode) that is sensitive to the wavelength region of the first emission wavelength and senses the first emission wavelength is used.
前記探査送信手段として、第１の発光波長の投光用の光源の集光と偏向のための第１光学素子１ａ、及び探査受信手段として、第１発光波長の光のセンサ１０ｂの受光のための第２光学素子１ｂがホルダ２に保持されている。 As the exploration transmission means, the first optical element 1a for condensing and deflecting the light source for light emission of the first emission wavelength, and as the exploration reception means, for receiving light by the sensor 10b with the light of the first emission wavelength. The second optical element 1 b is held by the holder 2.
図１５に、第１の発光波長の光源１０ａ、第２の発光波長の光源１１、第１の発光波長の光を感知するセンサ１０ｂ、第２の発光波長の光を感知するセンサ１２の構成を示している。実施形態１と同様に、センサ１２としてＰＤが、第２発光素子１１から出射して反射された光を受光可能な位置に固定して配置されている。
ホルダ２の第１光学素子１ａが保持された領域の出射面の反対側の面に形成された構造体からなるパターン９が第２の発光波長の光源１１で照射され、レーザレーダを走査するためレンズ１ａ及び１ｂが搭載されたホルダ２が遥動すると、その反射光の変化をセンサ１２で受光することにより、レーザレーダの走査量を検出することができる。
FIG. 15 shows a configuration of a light source 10a having a first emission wavelength, a light source 11 having a second emission wavelength, a sensor 10b that senses light having a first emission wavelength, and a sensor 12 that senses light having a second emission wavelength. Show. Similar to the first embodiment, the PD as the sensor 12 is fixedly arranged at a position where the light emitted from the second light emitting element 11 and reflected can be received.
A pattern 9 made of a structure formed on the surface of the holder 2 where the first optical element 1a is held opposite to the exit surface is irradiated with the light source 11 of the second emission wavelength to scan the laser radar. When the holder 2 on which the lenses 1 a and 1 b are mounted is moved, the change in the reflected light is received by the sensor 12 so that the scanning amount of the laser radar can be detected.
上述のように、本実施形態によれば、簡易で小型かつ安価な構造の光走査装置で光の走査ができ、簡易な構成で探査波送信用の送信用光学素子と探査波受信用の受信用光学素子を同時に走査できるようになる。 As described above, according to the present embodiment, light can be scanned with an optical scanning device having a simple, small, and inexpensive structure, and a transmission optical element for transmitting a search wave and a reception for receiving a search wave can be obtained with a simple configuration. The optical element can be scanned simultaneously.
１ 光学素子
２ ホルダ
３，５ 支持手段
４，６ 駆動手段
７ 内枠
８ 外枠
９ パターン
１０ 第１発光素子
１１ 第２発光素子
１２ センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical element 2 Holder 3, 5 Support means 4, 6 Drive means 7 Inner frame 8 Outer frame 9 Pattern 10 1st light emitting element 11 2nd light emitting element 12 Sensor
Claims (10)
前記複数の発光素子のうち、一の発光素子からの光が前記光学素子を透過し、前記光学素子を移動させることにより、透過光を走査して照射する光走査装置であって、
前記複数の発光素子は、前記光学素子を透過する第１の波長の光を発光する第１発光素子、及び前記光学素子を透過しない第２の波長の光を発光する第２発光素子からなり、
前記ホルダの前記光学素子の出射面の反対側の面に、前記第２の波長の光を透過しない構造体からなるパターンが形成され、
前記第２の発光波長を感知するセンサをさらに備え、
前記センサは、前記第２発光素子から出射して前記光学素子及び前記ホルダで反射された光を受光可能な位置に配置され、かつ前記第１発光素子と、前記第２発光素子と、前記センサとが、相対的に固定された位置に配置されていることを特徴とする光走査装置。 An optical element, a holder for holding the optical element, support means for supporting the holder so as to be movable in a direction perpendicular to the optical axis of the optical element, and the holder in a direction perpendicular to the optical axis of the optical element. A driving means for moving, and a plurality of light emitting elements having different wavelengths of light emission,
Among the plurality of light emitting elements, an optical scanning device that scans and irradiates transmitted light by transmitting light from one light emitting element through the optical element and moving the optical element,
The plurality of light emitting elements include a first light emitting element that emits light of a first wavelength that passes through the optical element, and a second light emitting element that emits light of a second wavelength that does not pass through the optical element,
A pattern made of a structure that does not transmit light of the second wavelength is formed on the surface of the holder opposite to the exit surface of the optical element,
A sensor for sensing the second emission wavelength;
The sensor is disposed at a position capable of receiving light emitted from the second light emitting element and reflected by the optical element and the holder, and the first light emitting element, the second light emitting element, and the sensor Is arranged at a relatively fixed position.
前記走査量読取装置が、前記第２の発光波長を感知するセンサで受光した信号により、前記第２の発光波長を感知するセンサと前記第２発光素子との位置関係を算出し、前記第２の発光波長を感知するセンサと前記第２発光素子との位置関係から、前記光学素子と前記第１発光素子との位置関係を算出して、前記照射光の走査量を算出することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。 A scanning amount reading device that calculates the scanning amount of the irradiation light irradiated through the optical element;
The scanning amount reading device calculates a positional relationship between the sensor for detecting the second emission wavelength and the second light emitting element based on a signal received by the sensor for detecting the second emission wavelength, and the second light emitting element. A positional relationship between the optical element and the first light emitting element is calculated from a positional relationship between the sensor that senses the emission wavelength of the second light emitting element, and a scanning amount of the irradiation light is calculated. The optical scanning device according to claim 1.
前記第１の発光波長が１．１μｍ以上であり、前記第２の発光波長が１．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光走査装置。 The material of at least the region where the structure is formed of the holder is silicon, the first emission wavelength is 1.1 μm or more, and the second emission wavelength is 1.1 μm or less. The optical scanning device according to claim 1.
前記第１発光素子が、探査領域に対して探査波を送信する探査送信手段を、前記第１の発光波長を感知するセンサが、前記探査領域内に存在する障害物からの反射波を受信する探査受信手段をそれぞれ構成し、
前記探査送信手段により前記探査波を送信した時刻と、前記探査受信手段により前記反射波を受信した時刻との時間差に基づいて、前記障害物との相対的位置関係を検知することを特徴とするレーザレーダ装置。 The optical scanning device according to any one of claims 1 to 8, and a sensor for sensing a first emission wavelength from a first light emitting element of the optical scanning device,
The first light emitting element receives a search transmitting means for transmitting a search wave to the search area, and the sensor detecting the first emission wavelength receives a reflected wave from an obstacle existing in the search area. Configure each exploration receiving means,
A relative positional relationship with the obstacle is detected based on a time difference between a time when the exploration wave is transmitted by the exploration transmission unit and a time when the reflected wave is received by the exploration reception unit. Laser radar device.
前記探査送信手段を構成する第１光学素子、及び探査受信手段を構成する第２光学素子が、前記ホルダに保持されてなり、
前記構造体からなるパターンが、前記ホルダの前記第１光学素子が保持された領域の出射面の反対側の面に形成されていることを特徴とする請求項９に記載のレーザレーダ装置。
A plurality of the optical elements;
The first optical element constituting the exploration transmission means and the second optical element constituting the exploration reception means are held by the holder,
10. The laser radar device according to claim 9, wherein the pattern made of the structure is formed on a surface of the holder opposite to the emission surface in a region where the first optical element is held.
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