JP2016080899A - Optical scanner - Google Patents

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Tomomichi Tamura
朋通 田村
中村 憲治
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中村  憲治
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanner capable of making distortion in the scan range of light small even if the scan range is widened and achieving compactness and thinness of the scanner.SOLUTION: An optical scanner 10 includes: a movable frame rotating about a first axis a1; a movable section that is supported by the movable frame under a rotatable state about a second axis a2 to rotate; a mirror 14 disposed in the movable section; and an optical output section 11 for generating output light. The optical scanner is configured such that the mirror 14 includes a reflection surface slanted with respect to the second axis a2, an optical axis a0 along which output light enters into the reflection surface is oriented to a direction having a large direction component of the second axis a2, and the direction of radiation of the output light having reflected by the reflection surface changes into two directions by the rotation of the movable frame and that of the movable section.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光の照射先を2方向に移動させる光走査装置に関する。   The present invention relates to an optical scanning apparatus that moves an irradiation destination of light in two directions.

例えばレーザレーダ、或いは走査型プロジェクタにおいて、光の照射先を2方向に移動させる光走査装置が用いられる。一般的な光走査装置においては、レーザ光をミラーで反射して外部に照射し、ミラーの角度を変えることで光の照射先を移動させる構成が利用される(例えば特許文献1を参照)。以下、光の照射先が移動することを走査、光の照射先の移動範囲のことを走査範囲と呼ぶ。   For example, in a laser radar or a scanning projector, an optical scanning device that moves a light irradiation destination in two directions is used. In a general optical scanning device, a configuration is used in which laser light is reflected by a mirror and irradiated to the outside, and the irradiation destination of the light is moved by changing the angle of the mirror (see, for example, Patent Document 1). Hereinafter, the movement of the light irradiation destination is called scanning, and the movement range of the light irradiation destination is called a scanning range.

光走査装置においては、ミラーの回転角度を大きくして、光の走査範囲を広くしたときに、光の走査範囲に歪みが生じるという課題が生じることがある。すなわち、ミラーを水平方向に−90°〜+90°の角度範囲で回転し、光を水平方向に走査させる場合、ミラーが0°近傍にあるときと、ミラーが−90°の近傍又は+90°の近傍にあるときとで、光の照射先が鉛直方向にずれてしまい、同一高さの走査が行えなくなる場合がある。   In the optical scanning device, when the rotation angle of the mirror is increased to widen the light scanning range, there is a problem that the light scanning range is distorted. That is, when the mirror is rotated in the horizontal direction within an angle range of −90 ° to + 90 ° and the light is scanned in the horizontal direction, the mirror is in the vicinity of 0 ° and the mirror is in the vicinity of −90 ° or + 90 °. There is a case where the light irradiation destination is shifted in the vertical direction when it is in the vicinity, and scanning with the same height cannot be performed.

このような課題に対して、特許文献2には、反射面の角度と回転軸の角度との適宜に設定することで、光の走査範囲の歪みを低減する技術が開示されている。   To deal with such a problem, Patent Document 2 discloses a technique for reducing distortion in the scanning range of light by appropriately setting the angle of the reflecting surface and the angle of the rotation axis.

特開2012−154806号公報JP 2012-154806 A 特開2011−197575号公報JP 2011-197575 A

近年、光走査装置のコンパクト化、特に薄型化が求められている。例えば、車載用のレーザレーダでは、車両のフロンド部又はリア部の小さなスペースに配置されることが要求されるため、装置を前後方向に薄くする必要がある。   In recent years, there has been a demand for a compact, particularly thin, optical scanning device. For example, in-vehicle laser radar is required to be disposed in a small space in the front part or rear part of the vehicle, so that the apparatus needs to be thinned in the front-rear direction.

しかしながら、光の走査範囲を広くし、且つ、光の走査範囲の歪みを低減した上記従来の構成では、光出力部の配置を確保するために装置の前後方向の厚みが増すという課題がある。また、光の走査範囲を広くし、且つ、光の走査範囲の歪みを低減した上記従来の構成では、ミラーを回転させる機構が複雑且つ大型化して、装置全体が大型化するという課題がある。   However, in the above-described conventional configuration in which the light scanning range is widened and the distortion of the light scanning range is reduced, there is a problem that the thickness in the front-rear direction of the apparatus increases in order to ensure the arrangement of the light output unit. Further, in the above-described conventional configuration in which the light scanning range is widened and the distortion of the light scanning range is reduced, there is a problem that the mechanism for rotating the mirror is complicated and large, and the entire apparatus is large.

本発明の目的は、光の走査範囲を広くしても光の走査範囲の歪みを少なくでき、且つ、装置のコンパクト化および薄型化を図ることのできる光走査装置を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical scanning device that can reduce the distortion of the light scanning range even if the light scanning range is widened, and that can reduce the size and thickness of the device.

本発明の一態様に係る光走査装置は、第1軸を中心に回転可能に支持され、前記第1軸を中心に回転する可動フレームと、第2軸を中心に回転可能な状態で前記可動フレームに支持され、且つ、前記可動フレームよりも大きな回転角度で回転する可動部と、前記可動部に配置されるミラーと、出力光を生成する光出力部と、を備え、前記ミラーは前記第2軸に対して傾斜した反射面を有し、前記反射面に入射する前記出力光の光軸は、前記第1軸の方向成分、並びに、前記第1軸と前記第2軸との両方に垂直な方向成分よりも、前記第2軸の方向成分の大きな方向を向き、前記反射面を反射した前記出力光の照射方向が、前記可動フレームの回転と前記可動部の回転とにより2つの方向に変化する構成を採る。   An optical scanning device according to an aspect of the present invention is supported so as to be rotatable about a first axis, the movable frame that rotates about the first axis, and the movable in a state of being rotatable about a second axis. A movable part supported by a frame and rotating at a larger rotation angle than the movable frame, a mirror disposed on the movable part, and a light output part for generating output light, the mirror comprising the first The optical axis of the output light that has a reflecting surface inclined with respect to two axes, and is incident on the reflecting surface is a directional component of the first axis, and both the first axis and the second axis. The direction in which the direction component of the second axis is larger than the vertical direction component, and the irradiation direction of the output light reflected by the reflecting surface is divided into two directions by rotation of the movable frame and rotation of the movable portion. Adopt a configuration that changes.

本発明によれば、第2軸を中心とした回転方向に光の走査範囲を広くした場合でも、光の走査範囲の歪みを少なくでき、且つ、装置をコンパクト化および薄型化することができる。   According to the present invention, even when the light scanning range is widened in the rotation direction about the second axis, distortion of the light scanning range can be reduced, and the apparatus can be made compact and thin.

本発明の実施の形態1の光走査装置を示す構成図1 is a configuration diagram illustrating an optical scanning device according to a first embodiment of the present invention. ミラーとアクチュエータとを示す斜視図Perspective view showing mirror and actuator アクチュエータの内部を示す側方図Side view showing the inside of the actuator 実施の形態1の光走査装置の出射ビームの軌跡を示す図The figure which shows the locus | trajectory of the emitted beam of the optical scanning device of Embodiment 1. 本発明の実施の形態2の光走査装置を示す構成図Configuration diagram showing an optical scanning device according to a second embodiment of the present invention. 実施の形態2の光走査装置の出射ビームの軌跡を示す図The figure which shows the locus | trajectory of the emitted beam of the optical scanning device of Embodiment 2. 比較例の光走査装置を示す構成図Configuration diagram showing optical scanning device of comparative example 比較例の光走査装置の出射ビームの軌跡を示す図The figure which shows the locus | trajectory of the emitted beam of the optical scanning apparatus of a comparative example

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1の光走査装置を示す構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an optical scanning device according to a first embodiment of the present invention.

実施の形態1の光走査装置10は、レーザ光を外部に出力して走査を行い、戻ってきた反射光を検出して、周囲にある物体(例えば障害物)を検出するレーザレーダ装置である。光走査装置10は、光出力部11と、コリメートレンズ12と、ビームスプリッタ13と、ミラー14と、光フィルタ15と、集光レンズ16と、光センサ17と、モニタ用光センサ18と、アクチュエータ20とを備えている。   The optical scanning device 10 according to the first embodiment is a laser radar device that outputs laser light to the outside, performs scanning, detects reflected light that has returned, and detects surrounding objects (for example, obstacles). . The optical scanning device 10 includes a light output unit 11, a collimator lens 12, a beam splitter 13, a mirror 14, an optical filter 15, a condenser lens 16, an optical sensor 17, a monitoring optical sensor 18, and an actuator. 20.

なお、光走査装置10として必要な構成は、光出力部11と、コリメートレンズ12と、ミラー14と、アクチュエータ20とである。光走査装置10が光を走査するだけでよければ、他の構成を省略してもよいし、他の構成を別装置として併設してもよい。   Note that the components necessary for the optical scanning device 10 are a light output unit 11, a collimating lens 12, a mirror 14, and an actuator 20. If the optical scanning device 10 only needs to scan light, the other configuration may be omitted, or another configuration may be provided as a separate device.

光出力部11は、例えばレーザダイオードであり、出力光としてレーザ光を生成する。   The light output unit 11 is a laser diode, for example, and generates laser light as output light.

コリメートレンズ12は、光出力部11の出力光を平行光にする。   The collimating lens 12 makes the output light of the light output unit 11 parallel light.

ビームスプリッタ13は、出力光と戻り光とを分離する。戻り光とは、距離等を測定する対象物において出力光が反射して戻ってきた光を示す。ビームスプリッタ13は、光出力部11の出力光を透過させてミラー14へ送る一方、外部からミラー14を経て戻ってくる戻り光を反射して光センサ17へ送る。ビームスプリッタ13は、具体的には、光出力部11の光ビームが通過する部分に透過部(例えば透過窓など)を有し、その他の範囲がミラーとなった構成を適用すればよい。   The beam splitter 13 separates output light and return light. The return light refers to the light returned from the output light reflected by the object whose distance or the like is to be measured. The beam splitter 13 transmits the output light of the light output unit 11 and sends it to the mirror 14, while reflecting the return light returning from the outside via the mirror 14 and sending it to the optical sensor 17. Specifically, the beam splitter 13 may have a configuration in which a transmission portion (for example, a transmission window) is provided in a portion where the light beam of the light output portion 11 passes and the other range is a mirror.

ミラー14は、光出力部11の出力光を反射して、装置外部へ照射する。ミラー14は、アクチュエータ20により、2軸を中心とした2つの回転方向に回転し、出力光を照射する方向を2つの方向に変化させる。ミラー14の傾斜角度と光出力部11の光軸の方向とについては後述する。   The mirror 14 reflects the output light of the light output unit 11 and irradiates it outside the apparatus. The mirror 14 is rotated in two rotation directions around two axes by the actuator 20 to change the direction in which the output light is irradiated in two directions. The inclination angle of the mirror 14 and the direction of the optical axis of the light output unit 11 will be described later.

光フィルタ15は、光出力部11の出力光(例えば赤外光)を透過させ、他の波長(例えば可視光波長)の光を吸収する。   The optical filter 15 transmits the output light (for example, infrared light) of the light output unit 11 and absorbs light of other wavelengths (for example, visible light wavelength).

集光レンズ16は、ビームスプリッタ13により分離された戻り光を集光する。   The condensing lens 16 condenses the return light separated by the beam splitter 13.

光センサ17は、例えばフォトダイオードであり、集光レンズ16により集光された光の強度を検出する。   The optical sensor 17 is, for example, a photodiode, and detects the intensity of the light collected by the condenser lens 16.

モニタ用光センサ18は、光出力部11の出力強度を調整するために、光出力部11の出力光の強度をモニタする。モニタ用光センサ18は、例えばフォトダイオードであり、光出力部11の漏れ光が当たる位置に設けられる。   The monitoring optical sensor 18 monitors the intensity of the output light from the light output unit 11 in order to adjust the output intensity of the light output unit 11. The monitoring optical sensor 18 is, for example, a photodiode, and is provided at a position where light leaked from the light output unit 11 strikes.

図2は、ミラーとアクチュエータとを示す斜視図である。図3は、アクチュエータの内部を示す側方図である。   FIG. 2 is a perspective view showing a mirror and an actuator. FIG. 3 is a side view showing the inside of the actuator.

アクチュエータ20は、電磁力を利用して、ミラー14を2つの回転方向に駆動する装置である。アクチュエータ20は、可動部23と、可動フレーム21と、1対2組の線状バネ22、22、24、24と、一対の磁石27a、27aと、1個の磁石27bと、電磁石28、29とを備えている。   The actuator 20 is a device that drives the mirror 14 in two rotational directions using electromagnetic force. The actuator 20 includes a movable portion 23, a movable frame 21, a pair of linear springs 22, 22, 24, 24, a pair of magnets 27a, 27a, a single magnet 27b, and electromagnets 28, 29. And.

可動フレーム21は、線状バネ22によりアクチュエータ20の機枠に支持され、線状バネ22がねじれることで、第1軸a1を中心に回転する。可動フレーム21が回転する角度範囲は、比較的に小さく、具体的には、−30°〜+30°より狭く、さらに具体的には、−20°〜+20°より狭く、且つ、−15°〜+15°より広い角度範囲に設定されている。   The movable frame 21 is supported by the machine frame of the actuator 20 by a linear spring 22, and rotates about the first axis a1 when the linear spring 22 is twisted. The angle range in which the movable frame 21 rotates is relatively small, specifically narrower than −30 ° to + 30 °, more specifically narrower than −20 ° to + 20 °, and −15 ° to The angle range is set wider than + 15 °.

可動部23は、線状バネ24により可動フレーム21に接続され、線状バネ24がねじれることで、線状バネ24に沿った第2軸a2を中心に回転する。可動部23が回転する角度範囲は、可動フレーム21の回転角度範囲よりも大きく、具体的には、−70°〜+70°より広く、且つ、−90°〜+90°より狭い角度範囲に設定されている。   The movable portion 23 is connected to the movable frame 21 by a linear spring 24, and rotates about the second axis a2 along the linear spring 24 when the linear spring 24 is twisted. The angle range in which the movable portion 23 rotates is set to be larger than the rotation angle range of the movable frame 21, specifically, an angle range wider than −70 ° to + 70 ° and narrower than −90 ° to + 90 °. ing.

可動部23には、ミラー14が設けられている。可動部23とミラー14とは一体的に形成された構成としてもよいし、別体の構成を接着或いは機械的に接続した構成としてもよい。   The movable part 23 is provided with a mirror 14. The movable part 23 and the mirror 14 may be formed integrally, or a separate structure may be bonded or mechanically connected.

磁石27aは、駆動力を発生するための永久磁石であり、可動フレーム21に固定されている。磁石27aは、可動フレーム21の回転軸(第1軸a1)の後方(図3の左方)に突出して固定されている。   The magnet 27 a is a permanent magnet for generating a driving force, and is fixed to the movable frame 21. The magnet 27a protrudes and is fixed behind the rotation axis (first axis a1) of the movable frame 21 (left side in FIG. 3).

磁石27bは、駆動力を発生するための永久磁石であり、可動部23に固定されている。磁石27bは、可動部23の回転軸(第2軸a2)から離れた位置に固定されている。   The magnet 27 b is a permanent magnet for generating a driving force, and is fixed to the movable portion 23. The magnet 27b is fixed at a position away from the rotation axis (second axis a2) of the movable portion 23.

電磁石28は、ヨークと電磁コイルとを有し、磁石27aに電磁力を及ぼす。電磁石28は、回転軸(第1軸a1)を中心に、可動フレーム21を所定の角度範囲で回転させる。電磁石28は、可動フレーム21を、右巻の回転と左巻の回転とをほぼ一定の周期で交互に繰り返すように回転させることができる。   The electromagnet 28 has a yoke and an electromagnetic coil, and applies an electromagnetic force to the magnet 27a. The electromagnet 28 rotates the movable frame 21 within a predetermined angle range around the rotation axis (first axis a1). The electromagnet 28 can rotate the movable frame 21 so that the clockwise rotation and the counterclockwise rotation are alternately repeated at a substantially constant cycle.

電磁石29は、ヨークと電磁コイルとを有し、磁石27bに電磁力を及ぼす。電磁石29は、回転軸(第2軸a2)を中心に、可動部23を所定の角度範囲で回転させる。電磁石29は、可動部23を、右巻の回転と左巻の回転とをほぼ一定の周期で交互に繰り返すように回転させることができる。   The electromagnet 29 has a yoke and an electromagnetic coil, and applies an electromagnetic force to the magnet 27b. The electromagnet 29 rotates the movable portion 23 within a predetermined angle range around the rotation axis (second axis a2). The electromagnet 29 can rotate the movable portion 23 so as to alternately repeat the right-handed rotation and the left-handed rotation at a substantially constant cycle.

<ミラー等の傾斜角>
続いて、ミラー14の反射面の傾斜角、アクチュエータ20の駆動方向、および、出力光の光軸方向の関係について説明する。以下では、可動フレーム21が可動フレーム21の回転範囲の中央の位置にあるとき、すなわち、−20°〜+20°の範囲で回転するのであれば、0°の位置にあるときを、アクチュエータ20の基準状態と呼ぶ。
<Inclination angle of mirrors, etc.>
Next, the relationship among the inclination angle of the reflecting surface of the mirror 14, the driving direction of the actuator 20, and the optical axis direction of the output light will be described. Hereinafter, when the movable frame 21 is at the center position of the rotation range of the movable frame 21, that is, when the movable frame 21 is rotated within a range of −20 ° to + 20 °, the actuator 20 is Called the reference state.

ミラー14の反射面は、アクチュエータ20が基準状態のときに、第2軸a2に対して45°傾斜するように設定されている。さらに、ミラー14の反射面は、第1軸a1に平行となるように設定されている。   The reflecting surface of the mirror 14 is set to be inclined by 45 ° with respect to the second axis a2 when the actuator 20 is in the reference state. Furthermore, the reflecting surface of the mirror 14 is set to be parallel to the first axis a1.

なお、ミラー14の反射面の第2軸a2に対する傾斜および第1軸a1に対する向きは、誤差として±15°を含んでいてもよい。この程度の誤差が含まれていても、本実施の形態の作用効果が同様に奏される。   The inclination of the reflecting surface of the mirror 14 with respect to the second axis a2 and the direction with respect to the first axis a1 may include ± 15 ° as an error. Even if this level of error is included, the operational effects of the present embodiment are similarly obtained.

アクチュエータ20は、基準状態で、第1軸a1がほぼ水平に配置され、第2軸a2がほぼ鉛直に配置される。ほぼ水平とは、完全に水平な向きから±15°の範囲を含むものとする。また、ほぼ鉛直とは、完全に鉛直な向きから±15°の範囲を含むものとする。   In the reference state, the actuator 20 has the first axis a1 arranged substantially horizontally and the second axis a2 arranged substantially vertically. “Substantially horizontal” includes a range of ± 15 ° from a completely horizontal orientation. Further, “substantially vertical” includes a range of ± 15 ° from a completely vertical direction.

ミラー14の反射面に入射する出力光の光軸a0は、第2軸a2と平行になるように設定されている。   The optical axis a0 of the output light incident on the reflecting surface of the mirror 14 is set to be parallel to the second axis a2.

光軸a0の角度は、誤差として±5°を含んでいてもよい。この程度の誤差が含まれていても、本実施の形態の作用効果が同様に奏される。   The angle of the optical axis a0 may include ± 5 ° as an error. Even if this level of error is included, the operational effects of the present embodiment are similarly obtained.

以上の構成により、光走査装置10では、アクチュエータ20を、前後方向(図1の左右方向)に薄型にできる。また、光走査装置10によれば、光出力部11を、アクチュエータ20から第2軸a2の方向(例えば図1の上方)に離して配置することで、光出力部11をアクチュエータ20の前方(図1の右方)に大きく離す必要がない。よって、実施の形態1の光走査装置10は、前後方向(図1の左右方向)に薄いコンパクトな構成とすることができる。   With the above configuration, in the optical scanning device 10, the actuator 20 can be thinned in the front-rear direction (left-right direction in FIG. 1). Further, according to the optical scanning device 10, the light output unit 11 is arranged in the direction of the second axis a <b> 2 (e.g., upward in FIG. 1) from the actuator 20, so that the light output unit 11 is positioned in front of the actuator 20 ( There is no need to greatly separate (to the right in FIG. 1). Therefore, the optical scanning device 10 according to the first embodiment can have a compact configuration that is thin in the front-rear direction (left-right direction in FIG. 1).

<走査範囲>
図4は、実施の形態1の光走査装置の出射ビームの軌跡を示す図である。
<Scanning range>
FIG. 4 is a diagram illustrating the locus of the outgoing beam of the optical scanning device according to the first embodiment.

光走査装置10は、第1軸a1を中心にミラー14を−17°〜+17°に傾斜させ、第2軸a2を中心にミラー14を−80°〜80°の範囲で回転させた場合に、図4の実線に示すような出力光の走査範囲が得られる。図4の破線は、可動フレーム21と可動部23との回転範囲を示す。図4に示すように、光走査装置10の走査範囲は、水平方向の回転角度が大きいときに、走査範囲に鉛直方向の縮小が僅かに見られるが、全体的に歪みの少ない走査範囲となる。   The optical scanning device 10 tilts the mirror 14 about −17 ° to + 17 ° about the first axis a1 and rotates the mirror 14 about −2 ° to 80 ° about the second axis a2. A scanning range of the output light as shown by the solid line in FIG. 4 is obtained. A broken line in FIG. 4 indicates a rotation range of the movable frame 21 and the movable portion 23. As shown in FIG. 4, when the horizontal rotation angle is large, the scanning range of the optical scanning device 10 is slightly reduced in the vertical direction in the scanning range, but becomes a scanning range with less distortion as a whole. .

<比較例>
図7は、比較例の光走査装置を示す構成図である。図8は、比較例の光走査装置の出射ビームの軌跡を示す図である。
<Comparative example>
FIG. 7 is a configuration diagram illustrating an optical scanning device of a comparative example. FIG. 8 is a diagram illustrating the locus of the outgoing beam of the optical scanning device of the comparative example.

比較例の光走査装置110は、アクチュエータ120の第2軸a2に対して、反射面を傾斜させずにミラー114を配置した例である。   The optical scanning device 110 of the comparative example is an example in which the mirror 114 is disposed without tilting the reflection surface with respect to the second axis a2 of the actuator 120.

比較例の光走査装置110において、光出力部111と、コリメートレンズ112と、ビームスプリッタ113と、ミラー114と、光フィルタ115と、集光レンズ116と、光センサ117と、モニタ用光センサ118と、アクチュエータ120とは、実施の形態1の対応する構成と同様のものであり、配置および向きのみが異なる。比較例の光走査装置110は、装置の奥行を小さくするために、ミラー119を加えて、光出力部111の出力光の折り返しを1段増やしている。   In the optical scanning device 110 of the comparative example, the light output unit 111, the collimating lens 112, the beam splitter 113, the mirror 114, the optical filter 115, the condensing lens 116, the optical sensor 117, and the monitoring optical sensor 118. The actuator 120 is the same as the corresponding configuration in the first embodiment, and only the arrangement and orientation are different. In the optical scanning device 110 of the comparative example, in order to reduce the depth of the device, a mirror 119 is added to increase the return of the output light of the light output unit 111 by one stage.

比較例の光走査装置110では、アクチュエータ120の駆動により、第1軸a1を中心にミラー114を−17°〜+17°に傾斜させ、第2軸a2を中心にミラー114を−80°〜80°に回転させた場合、図8の実線に示すような出力光の走査範囲が得られる。この走査範囲は、第2軸a2を中心とする回転角度が大きいときに、光の走査位置が低い方に大きく歪んだ走査範囲となる。図8の破線は、可動フレーム21と可動部23との回転範囲を示す。比較例の走査範囲では、水平方向の回転角度が大きいときに、実際の光の走査範囲(図8の実線)がミラーの回転範囲(図8の波線)よりも低くなってしまう。   In the optical scanning device 110 of the comparative example, the mirror 114 is tilted from −17 ° to + 17 ° around the first axis a1 and the mirror 114 is moved from −80 ° to 80 around the second axis a2 by driving the actuator 120. When rotated to 0 °, a scanning range of output light as shown by the solid line in FIG. 8 is obtained. This scanning range is a scanning range in which the scanning position of light is greatly distorted when the rotation angle about the second axis a2 is large. A broken line in FIG. 8 indicates a rotation range of the movable frame 21 and the movable portion 23. In the scanning range of the comparative example, when the horizontal rotation angle is large, the actual light scanning range (solid line in FIG. 8) is lower than the mirror rotation range (dashed line in FIG. 8).

また、比較例の光走査装置110では、水平方向に出力光を照射させるために、アクチュエータ120の回転軸(第2軸a2)を傾斜して配置し、光出力部111もアクチュエータ120より前方(図7の右方)に離して配置しなければならない。よって、光走査装置110が大型化し、特に前後方向(図7の左右方向)の薄型化を図ることができない。   Further, in the optical scanning device 110 of the comparative example, in order to irradiate the output light in the horizontal direction, the rotation axis (second axis a2) of the actuator 120 is inclined and the light output unit 111 is also in front of the actuator 120 ( They must be placed apart (to the right in FIG. 7). Therefore, the optical scanning device 110 is increased in size, and in particular, it cannot be thinned in the front-rear direction (left-right direction in FIG. 7).

以上のように、実施の形態1の光走査装置10によれば、比較例との対比から分かるように、出力光の走査範囲を水平な回転方向に大きくしても、光の走査範囲の歪みを小さくできる。さらに、上述したように、光走査装置10のコンパクト化、および、光走査装置10の薄型化を図ることができる。   As described above, according to the optical scanning device 10 of the first embodiment, as can be seen from the comparison with the comparative example, even if the scanning range of the output light is increased in the horizontal rotation direction, the distortion of the scanning range of the light is Can be reduced. Furthermore, as described above, the optical scanning device 10 can be made compact and the optical scanning device 10 can be made thin.

(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2の光走査装置を示す構成図である。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a block diagram showing an optical scanning device according to the second embodiment of the present invention.

実施の形態2の光走査装置10Aは、アクチュエータ20を実施の形態1と異なる向きに配置した例であり、その他の構成は、実施の形態1と同様である。実施の形態1において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。   The optical scanning device 10A of the second embodiment is an example in which the actuator 20 is arranged in a different direction from that of the first embodiment, and the other configurations are the same as those of the first embodiment. In the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

アクチュエータ20は、標準状態における第2軸a2の向きが、ミラー14の反射面へ入射する出力光の光軸a0に対して、+10°傾斜している。傾斜方向は、ミラー14の反射面が出力光の光軸a0に対して垂直に近づく方向を、プラスの方向としている。   In the actuator 20, the orientation of the second axis a2 in the standard state is inclined + 10 ° with respect to the optical axis a0 of the output light incident on the reflecting surface of the mirror 14. In the tilt direction, the direction in which the reflecting surface of the mirror 14 approaches perpendicular to the optical axis a0 of the output light is defined as a positive direction.

光軸a0に対する第2軸a2の傾斜角は、誤差として±5°を含んでいてもよい。この程度の誤差が含まれていても、本実施の形態の作用効果が同様に奏される。   The inclination angle of the second axis a2 with respect to the optical axis a0 may include ± 5 ° as an error. Even if this level of error is included, the operational effects of the present embodiment are similarly obtained.

図6は、実施の形態2の光走査装置の出射ビームの軌跡を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating a locus of an outgoing beam of the optical scanning device according to the second embodiment.

実施の形態2の光走査装置10Aは、第1軸a1を中心にミラー14を−17°〜+17°に傾斜させ、第2軸a2を中心にミラー14を−80°〜80°に回転させた場合に、図6の実線に示すような出力光の走査範囲が得られる。図6の破線は、可動フレーム21と可動部23との回転範囲を示す。実施の形態2の走査範囲は、水平方向の回転角度が大きいときに、走査範囲が鉛直方向に低くなる歪みが生じる。しかし、実施の形態2では、水平方向の回転角度が大きいときでも、実際の光の走査範囲(図6の実線)が、ミラー14の回転範囲(図6の破線)から外れることはない。   In the optical scanning device 10A according to the second embodiment, the mirror 14 is tilted from −17 ° to + 17 ° around the first axis a1, and the mirror 14 is rotated from −80 ° to 80 ° around the second axis a2. In this case, a scanning range of the output light as shown by the solid line in FIG. 6 is obtained. A broken line in FIG. 6 indicates a rotation range of the movable frame 21 and the movable portion 23. In the scanning range of the second embodiment, when the rotation angle in the horizontal direction is large, the scanning range is distorted in the vertical direction. However, in the second embodiment, even when the horizontal rotation angle is large, the actual light scanning range (solid line in FIG. 6) does not deviate from the rotation range of the mirror 14 (broken line in FIG. 6).

以上のように、実施の形態2の光走査装置10Aによれば、実施の形態1とほぼ同様に、アクチュエータ20を、前後方向(図5の左右方向)に薄型にできる。また、光走査装置10Aによれば、光出力部11を、アクチュエータ20から第2軸a2の方向に離して配置することで、光出力部11をアクチュエータ20の前方に大きく離す必要がない。よって、光走査装置10Aを、実施の形態1とほぼ同様に、前後方向に薄いコンパクトな構成とすることができる。   As described above, according to the optical scanning device 10A of the second embodiment, the actuator 20 can be thinned in the front-rear direction (the left-right direction in FIG. 5), as in the first embodiment. Further, according to the optical scanning device 10 </ b> A, the light output unit 11 is arranged away from the actuator 20 in the direction of the second axis a <b> 2, so that it is not necessary to largely separate the light output unit 11 in front of the actuator 20. Therefore, the optical scanning device 10A can have a compact configuration that is thin in the front-rear direction, as in the first embodiment.

また、実施の形態2の光走査装置10Aによれば、出力光の走査範囲を、第2軸a2を中心とする回転方向に大きくしても、光の走査範囲の歪みを許容できる範囲に収めることができる。   Further, according to the optical scanning device 10A of the second embodiment, even if the scanning range of the output light is enlarged in the rotation direction around the second axis a2, the distortion of the scanning range of the light is within an allowable range. be able to.

以上、本発明の各実施の形態について説明した。   The embodiments of the present invention have been described above.

なお、上記実施の形態では、光出力部11の出力光をミラー14の反射面に直接に入射する構成を一例として説明した。しかしながら、光出力部11の出力光を別のミラー等の光学素子で方向を変えてからミラー14に入射する構成としてもよい。このような構成により、光出力部11の配置を前後左右にずらすことができ、また、光出力部11からの光の出射方向を様々な方向に変更することができる。   In the above embodiment, the configuration in which the output light of the light output unit 11 is directly incident on the reflection surface of the mirror 14 has been described as an example. However, the configuration may be such that the output light of the light output unit 11 is incident on the mirror 14 after the direction is changed by another optical element such as a mirror. With such a configuration, the arrangement of the light output unit 11 can be shifted from front to back and left and right, and the light emission direction from the light output unit 11 can be changed in various directions.

また、上記実施の形態では、ミラー14の反射面を、上方から入射する出射光を水平方向へ反射するように傾斜させているが、下方から入射する出射光を水平方向へ反射するように傾斜させてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the reflective surface of the mirror 14 is inclined so that the emitted light which injects from upper direction may be reflected in a horizontal direction, it is inclined so that the emitted light which injects from the lower part may be reflected in a horizontal direction You may let them.

また、上記実施の形態では、アクチュエータの可動枠と可動部とを線状バネにより支持する構成を一例として説明したが、回転軸により支持する構成を採用してもよい。また、アクチュエータは、可動枠および可動部の何れか又は両方に電磁コイルを設けたムービングコイル方式のアクチュエータとしてもよい。また、電磁力でなく、モータ等の駆動力を利用して、可動枠と可動部とを回転させるようにしてもよい。   In the above embodiment, the configuration in which the movable frame and the movable portion of the actuator are supported by the linear spring has been described as an example. However, a configuration in which the movable frame and the movable portion are supported by the rotating shaft may be employed. The actuator may be a moving coil type actuator in which an electromagnetic coil is provided on either or both of the movable frame and the movable portion. Moreover, you may make it rotate a movable frame and a movable part using driving force, such as a motor, instead of electromagnetic force.

本発明は、レーザレーダ、走査型プロジェクタ装置、レーザプリンタ等の光走査装置に利用できる。   The present invention can be used for an optical scanning device such as a laser radar, a scanning projector device, or a laser printer.

10、10A 光走査装置
11 光出力部
12 コリメートレンズ
13 ビームスプリッタ
14 ミラー
15 光フィルタ
16 集光レンズ
17 光センサ
18 モニタ用光センサ
20 アクチュエータ
21 可動フレーム
22、24 線状バネ
23 可動部
27a、27b 磁石
28、29 電磁石
a0 光軸
a1 第1軸
a2 第2軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10A Optical scanning device 11 Optical output part 12 Collimating lens 13 Beam splitter 14 Mirror 15 Optical filter 16 Condensing lens 17 Optical sensor 18 Optical sensor for monitoring 20 Actuator 21 Movable frame 22, 24 Linear spring 23 Movable part 27a, 27b Magnet 28, 29 Electromagnet a0 Optical axis a1 First axis a2 Second axis

Claims (5)

第1軸を中心に回転可能に支持され、前記第1軸を中心に回転する可動フレームと、
第2軸を中心に回転可能な状態で前記可動フレームに支持され、且つ、前記可動フレームよりも大きな回転角度で回転する可動部と、
前記可動部に配置されるミラーと、
出力光を生成する光出力部と、
を備え、
前記ミラーは前記第2軸に対して傾斜した反射面を有し、
前記反射面に入射する前記出力光の光軸は、前記第1軸の方向成分、並びに、前記第1軸と前記第2軸との両方に垂直な方向成分よりも、前記第2軸の方向成分の大きな方向を向き、
前記反射面を反射した前記出力光の照射方向が、前記可動フレームの回転と前記可動部の回転とにより2つの方向に変化する、
光走査装置。
A movable frame that is supported rotatably about a first axis and rotates about the first axis;
A movable part that is supported by the movable frame in a state of being rotatable around a second axis and that rotates at a larger rotation angle than the movable frame;
A mirror disposed on the movable part;
A light output unit for generating output light;
With
The mirror has a reflecting surface inclined with respect to the second axis;
The optical axis of the output light incident on the reflecting surface has a direction component of the first axis that is higher than a direction component of the first axis and a direction component perpendicular to both the first axis and the second axis. Facing the big direction of the ingredients,
The irradiation direction of the output light reflected from the reflecting surface changes in two directions by rotation of the movable frame and rotation of the movable part.
Optical scanning device.
前記反射面は、前記第2軸に対して45°±15°の傾斜を有する、
請求項1記載の光走査装置。
The reflective surface has an inclination of 45 ° ± 15 ° with respect to the second axis;
The optical scanning device according to claim 1.
前記反射面に入射する前記出力光の光軸に対して、前記反射面が垂直に近づく方向をプラス方向、垂直から離れる方向をマイナス方向として、
前記第2軸の向きは、前記光軸に対して+15°から−5°の範囲に含まれる、
請求項1または2記載の光走査装置。
With respect to the optical axis of the output light incident on the reflection surface, the direction in which the reflection surface approaches perpendicular is defined as a positive direction, and the direction away from vertical is defined as a negative direction.
The direction of the second axis is included in a range of + 15 ° to −5 ° with respect to the optical axis.
The optical scanning device according to claim 1 or 2.
前記第1軸の向きは、水平方向±15°の範囲に含まれ、
前記第2軸の向きは、鉛直方向±15°の範囲に含まれる、
請求項1〜3の何れか1項に記載の光走査装置。
The direction of the first axis is included in a range of ± 15 ° in the horizontal direction,
The direction of the second axis is included in a range of ± 15 ° in the vertical direction.
The optical scanning device according to claim 1.
前記可動フレームは、第1線状バネにより支持され、前記第1線状バネがねじれることで前記第1軸を中心に回転するように構成され、
前記可動部は、第2線状バネにより前記可動フレームと接続され、前記第2線状バネがねじれることで前記第2軸を中心に回転するように構成され、
前記光走査装置は、
電磁力により前記可動フレームにモーメントを与えて前記可動フレームを回転させる第1駆動部と、
電磁力により前記可動部にモーメントを与えて前記可動部を回転させる第2駆動部と、
を備える、
請求項1記載の光走査装置。
The movable frame is supported by a first linear spring, and is configured to rotate around the first axis by twisting the first linear spring.
The movable portion is connected to the movable frame by a second linear spring, and is configured to rotate around the second axis by twisting the second linear spring.
The optical scanning device includes:
A first drive unit that applies a moment to the movable frame by electromagnetic force to rotate the movable frame;
A second drive unit that applies a moment to the movable unit by electromagnetic force to rotate the movable unit;
Comprising
The optical scanning device according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106291510A (en) * 2016-10-28 2017-01-04 深圳市镭神智能系统有限公司 A kind of laser radar optical system based on time flight method
JP2019159059A (en) * 2018-03-12 2019-09-19 オムロン株式会社 Optical deflector and lidar device
JP2020509412A (en) * 2017-02-28 2020-03-26 ヴァレオ・シャルター・ウント・ゼンゾーレン・ゲーエムベーハー Optical element for light emitting unit of optical acquisition device, light emitting unit, optical acquisition device, motor vehicle, and method

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