JP2020194151A - Actuator, light scanning apparatus and object detecting apparatus - Google Patents

Actuator, light scanning apparatus and object detecting apparatus Download PDF

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Abstract

To implement a scan in which a projection direction of a light beam periodically changes, with a configuration having low power consumption and high durability.SOLUTION: An actuator comprises: a column shaped permanent magnet 410 having an S-pole and an N-pole facing each other across a central axis, the movable magnet being supported by bearings 403, 405 rotatably around the central axis; a driving coil 420 disposed near the permanent magnet 410, the driving coil comprising a first portion 421 and a second portion 422 facing each other across the permanent magnet 410, the first portion including a wire bundle parallel to the central axis, the second portion including a wire bundle parallel to the central axis, where current flows in opposite directions in the first portion 421 and the second portion when powered on; a yoke 430 outside the driving coil 420, where the distance from the central axis to the yoke on a plane perpendicular to the central axis varies with a direction from the central axis; and a driving unit to apply a drive signal to the driving coil 420, the drive signal having a periodically varying voltage or current.SELECTED DRAWING: Figure 15

Description

この発明は、駆動対象を往復運動させるアクチュエータ、このようなアクチュエータを用いた光走査装置、および、このようなアクチュエータとレーザ光とを用いて該レーザ光の光路上の物体を検出する物体検出装置に関する。 The present invention includes an actuator that reciprocates a driven object, an optical scanning device that uses such an actuator, and an object detection device that detects an object on the optical path of the laser beam using such an actuator and a laser beam. Regarding.

従来から、レーザ光のパルスを外部へ照射し、物体により反射されて戻ってきたレーザ光を検出することにより、レーザ光の光路上にある物体及びその物体までの距離を検出する物体検出装置が知られている。このような物体検出装置は、ライダー(LiDAR:Light Detection and Ranging)と呼ばれる。
近年、ライダーは、自動車の自動運転の分野でも活用されるようになっている。外部の照明環境の影響を受けやすいカメラセンサーや、分解能が低いミリ波レーダーの欠点を補い、走行環境下の比較的小型の障害物を、精度よく検出するために、カメラセンサーやミリ波レーダーと併用する等である。
Conventionally, an object detection device that detects an object on the optical path of the laser light and the distance to the object by irradiating the pulse of the laser light to the outside and detecting the laser light reflected by the object and returned. Are known. Such an object detection device is called a lidar (LiDAR: Light Detection and Ranging).
In recent years, riders have also come to be used in the field of autonomous driving of automobiles. In order to make up for the shortcomings of camera sensors that are easily affected by the external lighting environment and millimeter-wave radar with low resolution, and to accurately detect relatively small obstacles in the driving environment, we use camera sensors and millimeter-wave radar. It is used together.

自動運転の分野に利用し得るライダーの例は、例えば特許文献1に記載されている。特許文献1に記載のライダーは、測定角度に合わせ、光源としての近赤外線レーザと受信機としての光検出素子がペアとして基板上に配置され、視野内の高分解能の距離情報を取り込むために、32セット又は64セットの光源−受信機ペアが用いられている。従って、装置が非常に大型かつ高コストになる。 Examples of riders that can be used in the field of autonomous driving are described in, for example, Patent Document 1. In the lidar described in Patent Document 1, a near-infrared laser as a light source and a photodetector as a receiver are arranged as a pair on a substrate according to a measurement angle, and in order to capture high-resolution distance information in the field of view. 32 or 64 sets of light source-receiver pairs are used. Therefore, the device is very large and expensive.

また、別のライダーの例は、非特許文献1に記載されている。非特許文献1に記載のライダーは、それぞれ傾き角の異なる3つの面を持つポリゴンミラーを回転させ、そのポリゴンミラーでレーザビームを偏向することにより、垂直方向4.5°の視野角の範囲内にレーザビームを投射しつつ、物体からの反射光を、ポリゴンミラーの投射時と同じ面で反射して光検出素子に導いて検出する。 An example of another rider is described in Non-Patent Document 1. The rider described in Non-Patent Document 1 rotates a polygon mirror having three surfaces having different tilt angles, and deflects the laser beam with the polygon mirror within a viewing angle of 4.5 ° in the vertical direction. While projecting a laser beam, the reflected light from the object is reflected on the same surface as when projected by the polygon mirror and guided to the light detection element for detection.

非特許文献1に記載のライダーでは、1つの受光素子で、垂直方向の複数の位置からの反射光を検出可能である。しかし、非特許文献1に記載のライダーでは、反射面毎に傾き角が異なるポリゴンミラーを用いることから、その重心の設計が難しく、この点でコストが高くなるという問題があった。
回転ミラーを用いたライダーについては非特許文献2にも記載があるが、この文献ではライダーの構成について詳細な説明はない。
In the lidar described in Non-Patent Document 1, one light receiving element can detect reflected light from a plurality of positions in the vertical direction. However, in the rider described in Non-Patent Document 1, since a polygon mirror having a different inclination angle for each reflecting surface is used, it is difficult to design the center of gravity thereof, and there is a problem that the cost is high in this respect.
A rider using a rotating mirror is also described in Non-Patent Document 2, but this document does not provide a detailed description of the rider configuration.

米国特許第8767190号明細書U.S. Pat. No. 8,767,190

Cristiano Niclass, et al.,“A100-m Range 10-Frame/s 340 × 96-Pixel Time-of-Flight DepthSensor in 0.18-μm CMOS”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATECIRCUITS, Institute of Electrical and Electronics Engineers, FEBRUARY 2013,VOL. 48, NO. 2, p. 559-572Cristiano Niclass, et al., “A100-m Range 10-Frame / s 340 × 96-Pixel Time-of-Flight DepthSensor in 0.18-μm CMOS”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Institute of Electrical and Electronics Engineers, FEBRUARY 2013, VOL. 48, NO. 2, p. 559-572 清水直茂、「レベル3実現に冗長系やLiDAR Audiが自動運転の先駆者に」、日経Automotive、株式会社日経BP、2017年9月、p.22−23Naoshige Shimizu, "Redundant systems and LiDAR Audi become pioneers of autonomous driving to realize Level 3", Nikkei Automotive, Nikkei BP Co., Ltd., September 2017, p. 22-23

ところで、ライダーにおいて物体の検出精度や検出感度を上げるためには、所定の視野範囲内をレーザ光により高速かつ高密度に走査することが望ましい。一方で、ライダーを一般に普及させることを考えた場合、消費電力の低減が重要である。特に重量の大きなバッテリーを設けることが難しい小型の移動体に搭載したり、メガネやヘルメットなどのウェアラブル装置に搭載しようとする場合には、消費電力の制約は顕著である。また、いずれの場合にも、耐久性が高いことがもちろん好ましい。
特許文献1、非特許文献1及び非特許文献2に記載の技術は、走査に関し、このような要求に十分に応えることができるものではなかった。
By the way, in order to improve the detection accuracy and detection sensitivity of an object in a rider, it is desirable to scan a predetermined field of view with a laser beam at high speed and high density. On the other hand, it is important to reduce power consumption when considering the popularization of riders. In particular, when it is mounted on a small moving body in which it is difficult to provide a heavy battery, or when it is mounted on a wearable device such as glasses or a helmet, the power consumption restriction is remarkable. Further, in any case, it is of course preferable that the durability is high.
The techniques described in Patent Document 1, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 have not been able to sufficiently meet such a demand regarding scanning.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、光ビームの投光方向を周期的に変動させる走査を、低消費電力かつ耐久性の高い構成で実現することを目的とする。なお、本発明は、ライダーのような物体検出装置に適用することが好適であるが、用途は物体検出に限られない。本発明は、他の用途の光走査にも適用可能であるし、本発明のアクチュエータを光走査以外の用途に用いることも妨げられない。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to realize scanning in which the projection direction of an optical beam is periodically changed with a configuration having low power consumption and high durability. The present invention is preferably applied to an object detection device such as a rider, but its application is not limited to object detection. The present invention can be applied to optical scanning for other purposes, and the use of the actuator of the present invention for applications other than optical scanning is not hindered.

以上の目的を達成するため、本発明のアクチュエータは、支持部材に固定されたねじりばねと、上記ねじりばねに固定され、上記ねじりばねの回転軸を跨いだ一方側にN極が、他方側にS極が位置する永久磁石と、上記永久磁石の上記ねじりばねと反対側に配置された駆動コイルと、上記駆動コイルに周期的に電圧又は電流が変化する駆動信号を印加する駆動部と、上記ねじりばねに固定され、上記磁石と反対側に配置されたミラーユニットであって、上記ねじりばねの中央付近に位置する第1反射面と、上記第1反射面の周囲に位置し上記第1反射面と平行な第2反射面とを備えるミラーユニットとを備え、上記第1反射面を含む平面よりも上記第2反射面を含む平面の方が上記ねじりばねの回転軸に近い位置にあり、上記ミラーユニットが、上記駆動信号の印加に応じて往復運動をするものである。 In order to achieve the above object, the actuator of the present invention has a torsion spring fixed to a support member and an N pole fixed to the torsion spring on one side straddling the rotation axis of the torsion spring and on the other side. A permanent magnet on which the S pole is located, a drive coil arranged on the side opposite to the torsion spring of the permanent magnet, a drive unit for applying a drive signal whose voltage or current changes periodically to the drive coil, and the above. A mirror unit fixed to a torsion spring and arranged on the opposite side of the magnet, the first reflection surface located near the center of the torsion spring and the first reflection surface located around the first reflection surface. A mirror unit having a second reflecting surface parallel to the surface is provided, and the plane including the second reflecting surface is located closer to the rotation axis of the torsion spring than the plane including the first reflecting surface. The mirror unit reciprocates in response to the application of the drive signal.

このようなアクチュエータにおいて、上記ミラーユニットの重心が、ほぼ上記ねじりばねの回転軸上にあるとよい。
さらに、上記ミラーユニットが、上記第1反射面を備える第1ミラーと、上記第2反射面を備える第2ミラーとを備えるとよい。
さらに、上記第2ミラーの重心が、上記第1ミラーの重心よりも、上記ねじりばねの回転軸に近い位置にあるとよい。
In such an actuator, it is preferable that the center of gravity of the mirror unit is substantially on the rotation axis of the torsion spring.
Further, the mirror unit may include a first mirror having the first reflecting surface and a second mirror having the second reflecting surface.
Further, it is preferable that the center of gravity of the second mirror is closer to the rotation axis of the torsion spring than the center of gravity of the first mirror.

さらに、上記ねじりばねと上記ミラーユニットと上記永久磁石とを含む可動子の重心が、ほぼ上記ねじりばねの回転軸上にあるとよい。
また、この発明の光走査装置は、上記のいずれかのアクチュエータを備え、光ビームを、上記ミラーユニットの第1反射面で反射した後で投光するものである。
Further, it is preferable that the center of gravity of the mover including the torsion spring, the mirror unit, and the permanent magnet is substantially on the rotation axis of the torsion spring.
Further, the optical scanning apparatus of the present invention includes any of the above actuators, and projects a light beam after being reflected by the first reflecting surface of the mirror unit.

また、この発明の物体検出装置は、上記のいずれかのアクチュエータと、レーザビームを出力するレーザ光源と、受光素子と、上記レーザビームを、上記ミラーユニットの上記第1反射面で反射した後で外部へ投光すると共に、その投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、上記受光素子へ導く光学系と、上記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、上記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、上記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備えるものである。
このような物体検出装置が、上記ミラーユニットの回転速度を検出する検出部と、上記検出部が検出した回転速度に応じて、上記レーザ光源の点滅周期を制御する周期制御部とを備えるとよい。
Further, in the object detection device of the present invention, after any of the above actuators, a laser light source for outputting a laser beam, a light receiving element, and the laser beam are reflected by the first reflecting surface of the mirror unit. An optical system that projects incident light to the outside and guides incident light incident from the outside on the same optical axis as the projected light to the light receiving element, the projection timing and projection direction of the laser beam, and the above. It is provided with an object detection unit that detects the distance of the laser beam to an object on the optical path and the direction of the object based on the timing of the light detection signal output by the light receiving element.
Such an object detection device may include a detection unit that detects the rotation speed of the mirror unit and a cycle control unit that controls the blinking cycle of the laser light source according to the rotation speed detected by the detection unit. ..

また、この発明の別のアクチュエータは、柱状の磁石であって、S極とN極が中心軸を挟んで対向する磁石と、上記磁石を上記中心軸を中心に回転可能に支持する支持部と、上記磁石の近傍に配置された駆動コイルであって、上記中心軸に平行な導線の束を含む第1部分と、上記中心軸に平行な導線の束を含み通電時に上記第1部分と逆向きに電流が流れる第2部分とが、上記磁石を挟んで向かい合う位置に配置されている駆動コイルと、上記コイルの外側に上記中心軸に沿って配置されたヨークであって、上記中心軸に垂直な平面上における上記中心軸から上記ヨークまでの距離が、上記中心軸からの方向によって異なるヨークと、上記駆動コイルに周期的に電圧又は電流が変化する駆動信号を印加する駆動部とを備えるものである。 Further, another actuator of the present invention is a columnar magnet, which includes a magnet in which an S pole and an N pole face each other with a central axis in between, and a support portion that rotatably supports the magnet around the central axis. , A drive coil arranged in the vicinity of the magnet, including a first portion containing a bundle of conductors parallel to the central axis and a bundle of conductors parallel to the central axis, which is opposite to the first portion when energized. The second portion through which the current flows in the direction is a drive coil arranged at a position facing each other across the magnet and a yoke arranged outside the coil along the central axis, and is located on the central axis. A yoke in which the distance from the central axis to the yoke on a vertical plane differs depending on the direction from the central axis, and a drive unit for applying a drive signal whose voltage or current changes periodically to the drive coil are provided. It is a thing.

このようなアクチュエータにおいて、上記磁石が角柱状か円柱状であるとよい。
さらに、上記駆動コイルに電圧が印加されていない場合に、上記磁石は特定の向きである中立位置に向かって移動し、上記駆動コイルの上記第1部分及び上記第2部分はそれぞれ、上記中立位置にある上記磁石の各磁極と対向する位置にあるとよい。
さらに、上記磁石の上記中立位置におけるN極側とS極側とで、上記中心軸から上記ヨークまでの距離が等しく、かつ、上記中立位置において、上記磁石のN極及びS極が、上記中心軸から上記ヨークまでの距離が最も近い方向を向くとよい。
In such an actuator, the magnet may be prismatic or columnar.
Further, when no voltage is applied to the drive coil, the magnet moves toward a neutral position in a specific direction, and the first portion and the second portion of the drive coil are in the neutral position, respectively. It is preferable that the magnet is located at a position facing each magnetic pole of the magnet.
Further, the distance from the central axis to the yoke is equal between the north pole side and the south pole side of the magnet at the neutral position, and the north pole and the south pole of the magnet are at the center at the neutral position. It is preferable that the distance from the shaft to the yoke is the closest.

さらに、上記駆動コイルは、導線が、上記第1部分の一端部から上記磁石の上記中心軸の周りを上記磁石の表面に沿って回り込むようにして上記第2部分の一端部に繋がり、上記第2部分の他端部から、上記磁石の上記中心軸の周りを上記磁石の表面に沿って回り込むようにして上記第1部分の他端部に繋がるように形成されているとよい。
さらに、上記磁石が、上記駆動信号の印加に応じて、上記駆動信号を印加していない状態での位置を中心とした範囲で往復回転運動するとよい。
さらに、上記磁石の長手方向端部に固定されたミラーを備え、上記ミラーが、上記駆動信号の印加に応じて、上記駆動信号を印加していない状態での位置を中心とした範囲で往復回転運動するとよい。
Further, the drive coil is connected to the one end portion of the second portion so that the lead wire wraps around the central axis of the magnet from one end portion of the first portion along the surface of the magnet. It is preferable that the magnet is formed so as to be connected to the other end of the first portion from the other end of the two portions so as to wrap around the central axis of the magnet along the surface of the magnet.
Further, it is preferable that the magnet reciprocates and rotates in a range centered on the position in the state where the drive signal is not applied in response to the application of the drive signal.
Further, a mirror fixed to the longitudinal end of the magnet is provided, and the mirror reciprocates in a range centered on the position in a state where the drive signal is not applied in response to the application of the drive signal. Exercise is good.

また、この発明の別の光走査装置は、上記のアクチュエータを備え、光ビームを、上記ミラーで反射した後で投光するものである。
また、この発明の別の物体検出装置は、上記のアクチュエータと、レーザビームを出力するレーザ光源と、受光素子と、上記レーザビームを、上記ミラーで反射した後で外部へ投光すると共に、外部から入射する入射光を導光し、上記受光素子へ導く光学系と、上記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、上記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、上記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備えるものである。
Further, another optical scanning device of the present invention includes the above-mentioned actuator, and projects a light beam after being reflected by the above-mentioned mirror.
In addition, another object detection device of the present invention reflects the above-mentioned actuator, the laser light source for outputting the laser beam, the light receiving element, and the above-mentioned laser beam by the above-mentioned mirror, and then projects the light to the outside, and also externally. The laser beam is based on an optical system that guides incident light incident from the light beam to the light receiving element, the projection timing and direction of the laser beam, and the timing of a light detection signal output by the light receiving element. It is provided with an object detection unit that detects the distance to an object on the optical path and a certain direction of the object.

このような物体検出装置において、上記ミラーの回転速度を検出する検出部と、上記検出部が検出した回転速度に応じて、上記レーザ光源の点滅周期を制御する周期制御部とを設けるとよい。
さらに、上記アクチュエータの上記ミラーが、上記磁石側以外の端部に、第2磁石を備え、上記検出部が、上記第2磁石と対向する位置に設けた磁気センサを備え、上記磁気センサが検出した磁気の変動に基づき上記ミラーの回転速度を検出するとよい。
さらに、上記磁気センサが、磁気抵抗素子により磁界の方向を検出する磁気抵抗センサであるとよい。
In such an object detection device, it is preferable to provide a detection unit that detects the rotation speed of the mirror and a cycle control unit that controls the blinking cycle of the laser light source according to the rotation speed detected by the detection unit.
Further, the mirror of the actuator is provided with a second magnet at an end other than the magnet side, and the detection unit is provided with a magnetic sensor provided at a position facing the second magnet, and the magnetic sensor detects. It is advisable to detect the rotation speed of the mirror based on the fluctuation of the magnetism.
Further, the magnetic sensor may be a magnetic resistance sensor that detects the direction of the magnetic field by the magnetic resistance element.

また、以上説明した各発明は、その説明した態様のみならず、装置、システム、方法、プログラム、プログラムを記録した記録媒体等、任意の態様で実施することができる。 Further, each of the above-described inventions can be carried out not only in the described modes but also in any mode such as an apparatus, a system, a method, a program, and a recording medium on which a program is recorded.

以上のような本発明によれば、光ビームの投光方向を周期的に変動させる走査を、低消費電力かつ耐久性の高い構成で実現することができる。 According to the present invention as described above, scanning in which the projection direction of the light beam is periodically changed can be realized with a configuration having low power consumption and high durability.

この発明の一実施形態である物体検出装置10の主な構成要素をその機能に注目して区分して示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main component of the object detection apparatus 10 which is one Embodiment of this invention by paying attention to the function. 物体検出装置10における物体検出の原理について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the object detection in the object detection apparatus 10. 物体検出装置10の主な構成要素の構造を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the structure of the main component of the object detection device 10. 物体検出装置10の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the appearance of the object detection apparatus 10. アクチュエータ300,380の概略の外観及び配置を示す図である。It is a figure which shows the schematic appearance and arrangement of the actuators 300, 380. アクチュエータ300を構成する部品の構造と、その組み立て工程の概略を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the structure of the component which comprises the actuator 300, and the outline of the assembly process. アクチュエータ300の可動子320を構成する部品の構造を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the structure of the component which comprises the mover 320 of the actuator 300. 可動子320の全体構成を示しミラーユニット301の機能について説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the whole structure of the mover 320 and explaining the function of the mirror unit 301. 図6の(d)に示したアクチュエータ300の一点鎖線で示す面における断面を、矢印M方向から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the cross section in the plane shown by the alternate long and short dash line of the actuator 300 shown in FIG. 可動子320全体の重心位置について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the position of the center of gravity of the whole mover 320. 可動子の比較例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the comparative example of a mover. ミラーユニットの変形例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the modification of the mirror unit. アクチュエータ300,380の概略の外観及び配置を示す図である。It is a figure which shows the schematic appearance and arrangement of the actuators 300, 380. アクチュエータ400の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the actuator 400. アクチュエータ400の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the actuator 400. アクチュエータ400の、図15よりも細かく分解した状態の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the actuator 400 in a state of being disassembled more finely than FIG. アクチュエータ400が行う往復回転運動の原理について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the reciprocating rotary motion performed by the actuator 400. アクチュエータ400が行う往復回転運動の原理について説明するための別の図である。It is another figure for demonstrating the principle of the reciprocating rotary motion performed by the actuator 400. アクチュエータ400′の構成を示す、図14と対応する斜視図である。It is a perspective view corresponding to FIG. 14 which shows the structure of the actuator 400'. アクチュエータ400′の構成を示す、図15と対応する分解斜視図である。It is an exploded perspective view corresponding to FIG. 15 which shows the structure of the actuator 400'. アクチュエータ400′の構成を示す、図16と対応する分解斜視図である。It is an exploded perspective view corresponding to FIG. 16 which shows the structure of the actuator 400'. アクチュエータ400′が行う往復回転運動の原理について説明するための、図18と対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 18 for demonstrating the principle of the reciprocating rotary motion performed by the actuator 400'. アクチュエータ400におけるヨークの変形例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the modification of the yoke in the actuator 400. アクチュエータ400におけるヨークの別の変形例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of another modification of the yoke in the actuator 400. アクチュエータ400におけるヨークのさらに別の変形例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of still another modification of the yoke in the actuator 400. アクチュエータ400′におけるヨークの変形例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the modification of the yoke in the actuator 400'. アクチュエータ400′におけるヨークの別の変形例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of another modification of the yoke in the actuator 400'. アクチュエータ400′におけるヨークのさらに別の変形例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of still another modification of the yoke in the actuator 400'. ミラーユニット301の走査角と走査角速度の絶対値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the scanning angle of the mirror unit 301, and the absolute value of the scanning angular velocity. LDモジュール21の駆動信号の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the drive signal of LD module 21. 図26の駆動信号を用いた場合に走査線上に形成される出射光L2によるスポットの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the spot by the emitted light L2 formed on the scanning line when the drive signal of FIG. 26 is used. LDモジュール21の駆動信号のパルスの間隔を制御するための制御回路の構成を、その周辺の回路と共に示す図である。It is a figure which shows the structure of the control circuit for controlling the pulse interval of the drive signal of the LD module 21 together with the circuit around it. 図28の回路にて生成されるLDモジュール21の駆動信号の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the drive signal of the LD module 21 generated by the circuit of FIG. 28. 図29の駆動信号を用いた場合に走査線上に形成される出射光L2によるスポットの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the spot by the emitted light L2 formed on the scanning line when the drive signal of FIG. 29 is used. アクチュエータ400″の構成を示す、図14と対応する斜視図である。It is a perspective view corresponding to FIG. 14 which shows the structure of the actuator 400 ″. アクチュエータ400″を用いる場合の、LDモジュール21の駆動信号のパルスの間隔を制御するための制御回路の構成を、その周辺の回路と共に示す図である。It is a figure which shows the structure of the control circuit for controlling the pulse interval of the drive signal of the LD module 21 when the actuator 400 ″ is used, together with the circuit around it.

この発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
〔1.物体検出装置の全体構成(図1乃至図4)〕
まず、この発明の一実施形態である物体検出装置の全体構成について、図1及び図2を用い、主な構成要素をその機能に注目して区分して説明する。図1は、物体検出装置の主な構成要素をその機能に注目して区分して示すブロック図である。図2は、物体検出装置における物体検出の原理について説明するための図である。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1. Overall configuration of the object detection device (FIGS. 1 to 4)]
First, the overall configuration of the object detection device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 by classifying the main components by paying attention to their functions. FIG. 1 is a block diagram showing the main components of the object detection device by focusing on their functions. FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of object detection in the object detection device.

この発明の一実施形態である物体検出装置10は、レーザビームを外部へ投光すると共に、外部の物体で反射されて戻ってくるレーザビームを検出し、その投光タイミングと反射光の検出タイミングとの差に基づき、レーザビームの光路上にある物体までの距離及びその物体がある方向を検出する装置である。この物体検出装置10は、図1に示すように、投光部20、走査部30、受光部40、フロントエンド回路51、TDC(時間−デジタル変換器:Time-to-Digital Converter)52、プロセッサ53、入出力部54を備える。 The object detection device 10 according to an embodiment of the present invention projects a laser beam to the outside, detects a laser beam reflected by an external object and returns, and the projection timing and the detection timing of the reflected light. It is a device that detects the distance to an object on the optical path of the laser beam and the direction of the object based on the difference between the laser beam and the laser beam. As shown in FIG. 1, the object detection device 10 includes a light projecting unit 20, a scanning unit 30, a light receiving unit 40, a front-end circuit 51, a TDC (time-to-digital converter) 52, and a processor. 53, an input / output unit 54 is provided.

これらのうち投光部20は、レーザビームを外部へ投光するためのモジュールであり、LD(レーザダイオード)モジュール21、レーザ駆動回路22、投光光学系23を備える。
LDモジュール21は、レーザ駆動回路22から印加される駆動信号に応じてレーザ光を出力するレーザ光源である。ここでは、複数の発光点を備えるものを用い、出力の強度を高めているが、発光点は1つであってもよい。レーザ光の波長に特に制約はないが、たとえば近赤外光のレーザ光を用いることが考えられる。レーザ光は、光ビームの一例である。
レーザ駆動回路22は、プロセッサ53から供給されるパラメータに従ったタイミングでLDモジュール21を点灯させるための駆動信号を生成し、LDモジュール21に印加するための回路である。LDモジュール21の点灯は、パルス波により間欠的に行う。
Of these, the light projecting unit 20 is a module for projecting a laser beam to the outside, and includes an LD (laser diode) module 21, a laser drive circuit 22, and a light projecting optical system 23.
The LD module 21 is a laser light source that outputs laser light according to a drive signal applied from the laser drive circuit 22. Here, the one provided with a plurality of light emitting points is used to increase the intensity of the output, but the number of light emitting points may be one. The wavelength of the laser light is not particularly limited, but for example, it is conceivable to use a laser light of near infrared light. Laser light is an example of a light beam.
The laser drive circuit 22 is a circuit for generating a drive signal for lighting the LD module 21 at a timing according to a parameter supplied from the processor 53 and applying the drive signal to the LD module 21. The LD module 21 is turned on intermittently by a pulse wave.

投光光学系23は、LDモジュール21が出力するレーザ光を平行光のビームにするための光学系であり、この実施形態では、LDモジュール21が備える複数の発光点の中心に焦点が位置する凸レンズによるコリメートレンズを用いている。
なお、投光光学系23により形成されたレーザビームL1は、受光部のミラー41の透孔41aを通過し、走査部30のミラー31により反射されて、出射光L2として物体検出装置10の外部へ出力される。
The projection optical system 23 is an optical system for converting the laser light output by the LD module 21 into a beam of parallel light. In this embodiment, the focal point is located at the center of a plurality of light emitting points included in the LD module 21. A collimated lens with a convex lens is used.
The laser beam L1 formed by the light projecting optical system 23 passes through the through hole 41a of the mirror 41 of the light receiving unit, is reflected by the mirror 31 of the scanning unit 30, and is used as the emitted light L2 outside the object detection device 10. Is output to.

次に、走査部30は、投光部20により出力されるレーザビームを偏向して、所定の視野(FOV:Field of View)70内を走査させるためのモジュールであり、ミラー31を有するアクチュエータ32を備える。アクチュエータ32は、レーザビームの光路上に設けたミラー31の向きを周期的に変動させることにより、レーザビームの投光方向を周期的に変動させる。 Next, the scanning unit 30 is a module for deflecting the laser beam output by the light projecting unit 20 to scan in a predetermined field of view (FOV) 70, and is an actuator 32 having a mirror 31. To be equipped. The actuator 32 periodically changes the projection direction of the laser beam by periodically changing the direction of the mirror 31 provided on the optical path of the laser beam.

また、図1ではアクチュエータ32を1つしか示していないが、実際にはアクチュエータ32は図5に示すようにそれぞれ異なる軸を中心にミラーを揺動させる2つのアクチュエータ300,400で構成される。そして、アクチュエータ300は、主走査方向の走査を担当して主走査方向(Horizontal)走査線71aを形成し、アクチュエータ400は、主走査方向の走査の端部においてミラーの向きを変化させ、副走査方向(Vertical)走査線71bを形成すると共に、副走査方向の走査位置を調整する。
なお、LDモジュール21は間欠的に点灯するので、実際には走査線71は連続した線ではなくビームスポットの集合となる。
以上の投光部20及び走査部30が、光走査装置を構成する。
Further, although only one actuator 32 is shown in FIG. 1, the actuator 32 is actually composed of two actuators 300 and 400 that swing the mirror around different axes as shown in FIG. Then, the actuator 300 is in charge of scanning in the main scanning direction to form the main scanning direction (Horizontal) scanning line 71a, and the actuator 400 changes the direction of the mirror at the end of scanning in the main scanning direction to perform sub-scanning. Along with forming the vertical scanning line 71b, the scanning position in the sub-scanning direction is adjusted.
Since the LD module 21 lights up intermittently, the scanning lines 71 are actually a set of beam spots rather than continuous lines.
The above-mentioned light projecting unit 20 and scanning unit 30 constitute an optical scanning device.

次に、受光部40は、物体検出装置10の外部から入射する光を検出するためのモジュールであり、ミラー41、集光レンズ42、受光素子43、アパーチャー44を備える。この受光部40により検出したい光は、物体検出装置10から投光され外部の物体により反射されて戻ってくるレーザビームである。レーザビームは、物体面において乱反射されるが、そのうち投光時の光路と逆向きに反射された成分のみが、戻り光L3として物体検出装置10に戻る。この戻り光L3は、出射光L2とほぼ同じ経路を逆向きに進み、戻り光L4としてミラー41に到達する。 Next, the light receiving unit 40 is a module for detecting light incident from the outside of the object detection device 10, and includes a mirror 41, a condenser lens 42, a light receiving element 43, and an aperture 44. The light to be detected by the light receiving unit 40 is a laser beam that is projected from the object detection device 10 and reflected by an external object and returned. The laser beam is diffusely reflected on the object surface, but only the component reflected in the direction opposite to the optical path at the time of projection returns to the object detection device 10 as return light L3. The return light L3 travels in the opposite direction along a path substantially the same as the emitted light L2, and reaches the mirror 41 as the return light L4.

ミラー41は、投光部20から出力されるレーザビームを通過させるための透孔41aを備えると共に、戻り光L4を受光素子43へ導くための固定のミラーである。ミラー41の位置において、戻り光L4はレーザビームL1に比べると広がりが大きいため、透孔41aよりも広い範囲でミラー41に当たり、透孔41a以外の位置に当たる成分が、受光素子43へ向けて反射される。 The mirror 41 is a fixed mirror provided with a through hole 41a for passing the laser beam output from the light projecting unit 20 and for guiding the return light L4 to the light receiving element 43. At the position of the mirror 41, the return light L4 has a larger spread than the laser beam L1, so that it hits the mirror 41 in a wider range than the through hole 41a, and the component corresponding to the position other than the through hole 41a is reflected toward the light receiving element 43. Will be done.

集光レンズ42は、ミラー41で反射された戻り光L4を集光して所定の焦点面上に結像させるレンズである。
受光素子43は、所定の受光面上に当たった光の強度に応じた検出信号を出力する光検出素子である。この実施形態では、受光素子としてシリコンフォトマルチプライヤー(SiPM)を用いている。この点については後に詳述する。
アパーチャー44は、集光レンズ42の焦点面上に配置され、開口部以外の光を遮光することにより、外乱光が受光素子43に入射することを防止する。
以上のうちミラー41、集光レンズ42及びアパーチャー44が、受光光学系を構成する。
The condenser lens 42 is a lens that collects the return light L4 reflected by the mirror 41 and forms an image on a predetermined focal plane.
The light receiving element 43 is a photodetecting element that outputs a detection signal according to the intensity of light that hits a predetermined light receiving surface. In this embodiment, a silicon photomultiplier (SiPM) is used as the light receiving element. This point will be described in detail later.
The aperture 44 is arranged on the focal plane of the condenser lens 42 and blocks light other than the aperture to prevent ambient light from entering the light receiving element 43.
Of the above, the mirror 41, the condenser lens 42, and the aperture 44 constitute a light receiving optical system.

次に、フロントエンド回路51は、受光素子43が出力する検出信号を、TDC52でのタイミング検出に適した波形に整形する回路である。
TDC52は、レーザ駆動回路22から供給される駆動信号と、フロントエンド回路51から供給される整形後の検出信号とに基づき、出射光となるレーザビームL1の点灯パルスのタイミングt0と、これと対応する戻り光L4のパルスのタイミングt1との時間差を示すデジタル出力を形成する回路である。
Next, the front-end circuit 51 is a circuit that shapes the detection signal output by the light receiving element 43 into a waveform suitable for timing detection by the TDC 52.
The TDC 52 corresponds to the timing t0 of the lighting pulse of the laser beam L1 which is the emitted light based on the drive signal supplied from the laser drive circuit 22 and the detected detection signal after shaping supplied from the front end circuit 51. This is a circuit for forming a digital output indicating a time difference between the pulse timing t1 of the return light L4 and the return light L4.

出射光のパルスと、戻り光のパルスでは、光が光路上の物体に到達して戻ってくるのに要する時間だけの時間差があるので、その時間差Δtに基づき、図2に示すように物体検出装置10から物体までの距離sを、s=c(Δt)/2として求めることができる。cは光速である。なお、上記sは、正確には物体から受光素子43までの光路長である。 Since there is a time difference between the pulse of the emitted light and the pulse of the return light, which is the time required for the light to reach and return to the object on the optical path, the object is detected as shown in FIG. 2 based on the time difference Δt. The distance s from the device 10 to the object can be obtained as s = c (Δt) / 2. c is the speed of light. To be exact, the above s is the optical path length from the object to the light receiving element 43.

プロセッサ53は、図1に示した各部の動作を制御する制御部である。CPU、ROM、RAM等を備え、ソフトウエアを実行する汎用のコンピュータにより構成してもよいし、専用のハードウエアにより構成してもよいし、それらの組み合わせであってもよい。プロセッサ53は例えば、TDC52からの出力信号に基づく物体までの距離の算出、戻り光の検出時点での走査部30による走査のタイミング(出射光L2の投光方向)に基づく物体のある方向の算出を行う。また、後に詳述するが、走査部30におけるミラー31の向きに応じたLDモジュール21の点灯間隔の制御も行う。 The processor 53 is a control unit that controls the operation of each unit shown in FIG. It may be configured by a general-purpose computer having a CPU, ROM, RAM, etc. and executing software, may be configured by dedicated hardware, or may be a combination thereof. For example, the processor 53 calculates the distance to the object based on the output signal from the TDC 52, and calculates the direction of the object based on the scanning timing (the projection direction of the emitted light L2) by the scanning unit 30 at the time of detecting the return light. I do. Further, as will be described in detail later, the lighting interval of the LD module 21 is also controlled according to the orientation of the mirror 31 in the scanning unit 30.

入出力部54は、外部との間の情報の入出力を行うモジュールである。ここでいう情報の入出力には、外部の装置との間での有線あるいは無線による通信、ボタンやタッチパネル等を用いたユーザからの操作の受け付け、ディスプレイ、ランプ、スピーカ、バイブレータ等を用いたユーザへの情報の提示を含む。入出力部54が外部へ出力すべき情報としては、例えば、検出した物体に関する情報(距離や方向の生データでも、それらに基づき所定のサイズ、位置、移動速度等の物体を検出したことを示す情報でもよい)、物体検出装置10の動作状態や設定状態に関する情報が考えられる。入出力部54が外部から入力を受け付けるべき情報としては、例えば、物体検出装置10の動作の設定に関する情報が考えられる。 The input / output unit 54 is a module that inputs / outputs information to / from the outside. Information input / output here includes wired or wireless communication with external devices, acceptance of operations from users using buttons, touch panels, etc., and users using displays, lamps, speakers, vibrators, etc. Includes presentation of information to. As the information to be output to the outside by the input / output unit 54, for example, it indicates that the information about the detected object (even the raw data of the distance and the direction has detected the object of a predetermined size, position, moving speed, etc. based on them). Information may be used), and information on the operating state and setting state of the object detection device 10 can be considered. As the information that the input / output unit 54 should receive the input from the outside, for example, the information related to the operation setting of the object detection device 10 can be considered.

入出力部54による通信の相手としては、例えば自動運転システムを備えた自動車やドローンなどの移動体が考えられる。物体検出装置10が検出した物体の情報を自動運転システムに供給すれば、自動運転システムは、その情報を参照し、検出した物体を回避するような走行ルートを計画することができる。
なお、この発明を、物体検出装置10と、その通信相手の自動車やドローン、航空機等の装置とを含むシステムとして実施することも考えられる。
As a communication partner by the input / output unit 54, for example, a mobile body such as a car or a drone equipped with an automatic driving system can be considered. If the information on the object detected by the object detection device 10 is supplied to the automatic driving system, the automatic driving system can refer to the information and plan a traveling route for avoiding the detected object.
It is also conceivable to implement the present invention as a system including the object detection device 10 and devices such as an automobile, a drone, and an aircraft with which the communication partner is communicated.

次に、物体検出装置10の概略の構造について、図3及び図4を用いて説明する。図3は、物体検出装置の主な構成要素の構造を示す分解斜視図、図4は、物体検出装置の外観を示す斜視図である。
物体検出装置10は、図3及び図4に示すように、トップカバー61とリアカバー62を、2つのカバークリップ63,63により結合した外装を備える。また、トップカバー61は、出射光L2を通過させるための窓を備え、その窓には塵の侵入を防ぐための、出射光L2の波長において透明な保護材64が嵌められている。
Next, the schematic structure of the object detection device 10 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is an exploded perspective view showing the structure of the main components of the object detection device, and FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of the object detection device.
As shown in FIGS. 3 and 4, the object detection device 10 includes an exterior in which the top cover 61 and the rear cover 62 are connected by two cover clips 63 and 63. Further, the top cover 61 is provided with a window for passing the emitted light L2, and the window is fitted with a protective material 64 transparent at the wavelength of the emitted light L2 to prevent dust from entering.

これらの筐体の内側に、図1に示した各構成要素が格納されている。なお、図1に示したアクチュエータ32は、主走査方向の走査を担当するアクチュエータ300と、副走査方向の走査を担当するアクチュエータ380との、2つのアクチュエータとして示している。ミラーユニット301は、アクチュエータ300が備えるミラーである。
また、ミラー48は、図1には示していないが、ミラー41と集光レンズ42の間にあって戻り光L4の向きを変えるための光学素子である。破線65は、物体検出装置10の視野(出射光L2による走査範囲)を示し、図1の視野70と対応する。レーザ駆動回路22、プロセッサ53等の回路やモジュール間の配線は、図を見やすくするため図3では図示を省略している。
以上で全体構成の説明を終え、以下、物体検出装置10のいくつかの構成要素について個別に説明する。
Each component shown in FIG. 1 is stored inside these housings. The actuator 32 shown in FIG. 1 is shown as two actuators, an actuator 300 that is in charge of scanning in the main scanning direction and an actuator 380 that is in charge of scanning in the sub-scanning direction. The mirror unit 301 is a mirror included in the actuator 300.
Further, although not shown in FIG. 1, the mirror 48 is an optical element located between the mirror 41 and the condenser lens 42 for changing the direction of the return light L4. The broken line 65 indicates the field of view of the object detection device 10 (scanning range by the emitted light L2) and corresponds to the field of view 70 in FIG. Wiring between circuits such as the laser drive circuit 22 and the processor 53 and modules is not shown in FIG. 3 for the sake of easy viewing.
This completes the description of the overall configuration, and hereinafter, some components of the object detection device 10 will be described individually.

〔2.走査部30及びアクチュエータ300の構成(図5乃至図11)〕
走査部30が、アクチュエータ300と380を備えることは既に述べたが、これらのうちアクチュエータ300は特徴的な構成を備えるので、次にこの点について説明する。
図5に、アクチュエータ300,380の概略の外観及び配置を、図3よりも拡大して示す。
[2. Configuration of scanning unit 30 and actuator 300 (FIGS. 5 to 11)]
Although it has already been described that the scanning unit 30 includes the actuators 300 and 380, since the actuator 300 has a characteristic configuration among these, this point will be described next.
FIG. 5 shows the schematic appearance and arrangement of the actuators 300 and 380 in an enlarged manner as compared with FIG.

図5に示すように、アクチュエータ300とアクチュエータ380は、その構成が大きく異なる。
アクチュエータ380は、出射光L2の副走査方向の偏向のために用いるので、さほど高速な運動は要求されないことから、物理的な軸を中心にミラーを回転運動させるタイプのアクチュエータを用いている。このアクチュエータ380は、ミラー381を軸382に固定し、軸382をホルダ383に差し込んで回転可能に取り付けて構成されている。そして、ミラー381の裏側に配置された永久磁石及びコイルの作用により、コイルに印加された電圧に応じて、ミラー381が軸382の中心を回転軸384として回転し、所定の角度範囲を往復運動する。電圧の強度を調整することにより、ミラーを運動範囲内の所望の角度で停止させることも可能である。
As shown in FIG. 5, the actuator 300 and the actuator 380 have very different configurations.
Since the actuator 380 is used for deflecting the emitted light L2 in the sub-scanning direction, a very high-speed motion is not required. Therefore, an actuator of a type that rotates the mirror around a physical axis is used. The actuator 380 is configured by fixing the mirror 381 to the shaft 382, inserting the shaft 382 into the holder 383, and rotatably attaching the shaft 382. Then, due to the action of the permanent magnet and the coil arranged on the back side of the mirror 381, the mirror 381 rotates with the center of the shaft 382 as the rotation shaft 384 according to the voltage applied to the coil, and reciprocates within a predetermined angle range. To do. It is also possible to stop the mirror at a desired angle within the range of motion by adjusting the intensity of the voltage.

このようなアクチュエータは、ガルバノミラーと呼ばれる。一般には、軸の一端に力を加えることにより軸の他端に取り付けられたミラーを回転させる構成が広く用いられているが、アクチュエータ380のように、軸に力を加える位置とミラーの取り付け位置が、軸の長手方向について同じ位置であっても、同様な原理での駆動が可能である。 Such an actuator is called a galvanometer mirror. Generally, a configuration in which a mirror attached to the other end of the shaft is rotated by applying a force to one end of the shaft is widely used, but a position where a force is applied to the shaft and a mounting position of the mirror like the actuator 380 are widely used. However, even if they are at the same position in the longitudinal direction of the shaft, they can be driven by the same principle.

一方、アクチュエータ300は、出射光L2の主走査方向の偏向のために用いるので、高速な運動が要求され、またその高速な運動を長時間継続できる耐久性も求められる。そこで、アクチュエータ300としては、このような目的に合った新規なアクチュエータを用いている。 On the other hand, since the actuator 300 is used for deflecting the emitted light L2 in the main scanning direction, high-speed motion is required, and durability capable of continuing the high-speed motion for a long time is also required. Therefore, as the actuator 300, a new actuator suitable for such a purpose is used.

その具体的な構成は図6乃至図10を用いて詳述するが、概略としては、アクチュエータ300は、ミラーユニット301を、直線状の突起部を有するねじりばね302の一方の面に、突起部を跨ぐように固定し、ねじりばね302の端部を支持部材としてのトップヨーク314に固定して構成されている。そして、ねじりばね302の他方の面側に配置された永久磁石及びコイルの作用により、コイルに印加された電圧に応じて、ねじりばね302及びミラーユニット301が、ねじりばね302の突起部の略中心に位置する回転軸304を中心に回転し、所定の角度範囲を往復運動する。 The specific configuration will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 10, but in general, the actuator 300 has a mirror unit 301 having a protrusion on one surface of a torsion spring 302 having a linear protrusion. Is fixed so as to straddle the above, and the end portion of the torsion spring 302 is fixed to the top yoke 314 as a support member. Then, due to the action of the permanent magnet and the coil arranged on the other surface side of the torsion spring 302, the torsion spring 302 and the mirror unit 301 are substantially centered on the protrusion of the torsion spring 302 according to the voltage applied to the coil. It rotates around the rotation axis 304 located at, and reciprocates in a predetermined angle range.

走査部30は、以上のアクチュエータ300,380によりそれぞれ駆動されるミラーユニット301及びミラー381によりレーザビームL1を反射し、偏向することにより、図1に示した走査線71上を走査する出射光L2を、外部へ投光することができる。
なお、副走査方向の偏向走査を行うアクチュエータとして、アクチュエータ300と同じ構造のものを用いることも、もちろん妨げられない。
The scanning unit 30 reflects the laser beam L1 by the mirror unit 301 and the mirror 381 driven by the actuators 300 and 380, respectively, and deflects the laser beam L1 to scan the emitted light L2 on the scanning line 71 shown in FIG. Can be projected to the outside.
Of course, it is not hindered to use an actuator having the same structure as the actuator 300 as the actuator that performs the deflection scanning in the sub-scanning direction.

次に、図6乃至図12を用いて、アクチュエータ300の構造と動作原理についてより詳細に説明する。
図6は、アクチュエータ300を構成する部品の構造と、その組み立て工程の概略を示す分解斜視図であり、その最終工程において完成したアクチュエータ300の斜視図も含む。図7は、アクチュエータ300の可動子320を構成する部品の構造を示す分解斜視図である。図8は、可動子320の全体構成を示しミラーユニット301の機能について説明するための斜視図である。図9は、図6の(d)に示したアクチュエータ300の一点鎖線で示す面における断面(平面部302bの中央付近を通り、突起部302cの長手方向に垂直な平面での断面)を、矢印M方向から見た断面図である。ただし、図を見やすくするため、図9においてコイルアッセンブリ313の図示は省略し、コイルの巻き方を模式的に示している。図10は、可動子320全体の重心位置について説明するための図である。図11は比較例、図12は変形例の構成を示し、詳細は後述する。
Next, the structure and operating principle of the actuator 300 will be described in more detail with reference to FIGS. 6 to 12.
FIG. 6 is an exploded perspective view showing the structure of the parts constituting the actuator 300 and the outline of the assembly process thereof, and also includes a perspective view of the actuator 300 completed in the final process. FIG. 7 is an exploded perspective view showing the structure of the parts constituting the mover 320 of the actuator 300. FIG. 8 is a perspective view for showing the overall configuration of the mover 320 and explaining the function of the mirror unit 301. FIG. 9 shows a cross section (a cross section in a plane passing near the center of the plane portion 302b and perpendicular to the longitudinal direction of the protrusion 302c) in the plane indicated by the alternate long and short dash line of the actuator 300 shown in FIG. 6 (d). It is sectional drawing seen from the M direction. However, in order to make the figure easier to see, the coil assembly 313 is not shown in FIG. 9, and the coil winding method is schematically shown. FIG. 10 is a diagram for explaining the position of the center of gravity of the entire mover 320. FIG. 11 shows a comparative example, FIG. 12 shows a configuration of a modified example, and details will be described later.

アクチュエータ300は、図6の(a)に示すように、コアヨーク311、枠ヨーク312、コイルアッセンブリ313、トップヨーク314、可動子320を備える。
これらのうち枠ヨーク312とトップヨーク314は、コイルを囲む磁性体による外装を形成する。枠ヨーク312とトップヨーク314は、4組のねじ孔312b,314bを貫通する4本のねじ315により、内部にコイルアッセンブリ313を保持するように固定される。
As shown in FIG. 6A, the actuator 300 includes a core yoke 311, a frame yoke 312, a coil assembly 313, a top yoke 314, and a mover 320.
Of these, the frame yoke 312 and the top yoke 314 form an exterior made of a magnetic material surrounding the coil. The frame yoke 312 and the top yoke 314 are fixed so as to hold the coil assembly 313 inside by four screws 315 penetrating the four sets of screw holes 312b and 314b.

コイルアッセンブリ313は、非磁性体によるボビン313aに、図9に示す駆動コイル316及びセンシングコイル317の2本のコイルを巻き、その外側を保護カバー313cで覆ったものである。ボビン313aの内部には、コア部311aを通すための挿通孔313bが設けられている。また、保護カバー313cは、外装に覆われない位置に、駆動コイル316へ駆動信号を印加するための端子と、センシングコイル317に発生する信号を出力するための端子とを備える。
コアヨーク311は、駆動コイル316及びセンシングコイル317のコアとなる、強磁性体によるコア部311aを備える。
In the coil assembly 313, two coils of the drive coil 316 and the sensing coil 317 shown in FIG. 9 are wound around a bobbin 313a made of a non-magnetic material, and the outside thereof is covered with a protective cover 313c. Inside the bobbin 313a, an insertion hole 313b for passing the core portion 311a is provided. Further, the protective cover 313c includes a terminal for applying a drive signal to the drive coil 316 and a terminal for outputting a signal generated in the sensing coil 317 at a position not covered by the exterior.
The core yoke 311 includes a core portion 311a made of a ferromagnet, which is a core of the drive coil 316 and the sensing coil 317.

これらの各部品は、図6の(b)に示すようにコアヨーク311のコア部311aを枠ヨーク312の挿通孔312aに挿入し、その後(c)に示すようにコイルアッセンブリ313の挿通孔313bにコア部311aを挿入してコイルアッセンブリ313の位置決めを行い、その後(d)に示すようにトップヨーク314と枠ヨーク312とをねじ315により固定して、一体化される。 For each of these parts, the core portion 311a of the core yoke 311 is inserted into the insertion hole 312a of the frame yoke 312 as shown in (b) of FIG. 6, and then into the insertion hole 313b of the coil assembly 313 as shown in (c). The core portion 311a is inserted to position the coil assembly 313, and then the top yoke 314 and the frame yoke 312 are fixed by screws 315 and integrated as shown in (d).

このとき、(a)から(b)の工程で、コア部311aを枠ヨーク312に固定し、(b)から(c)の工程で、コイルアッセンブリ313をコア部311a(及び枠ヨーク312)に固定する。この固定は、不図示のねじや溶接、または接着を用いて行ったり、挿入側の部材を受け入れ側のスペースよりも若干大きくして受け入れ位置へ圧入することにより行ったり、これらの組み合わせで行ったりすることが考えられる。
なお、図6の(b)及び(c)では、スペースの都合上、可動子320の図示は省略している。
At this time, the core portion 311a is fixed to the frame yoke 312 in the steps (a) to (b), and the coil assembly 313 is attached to the core portion 311a (and the frame yoke 312) in the steps (b) to (c). Fix it. This fixing can be done by using screws, welding, or gluing (not shown), by making the insertion side member slightly larger than the space on the receiving side and press-fitting it into the receiving position, or by combining these. It is conceivable to do.
In addition, in (b) and (c) of FIG. 6, the movable element 320 is not shown due to space limitations.

また、可動子320は、図7に示すように、ミラーユニット301及びねじりばね302の他、永久磁石321を備える。
これらのうちねじりばね302は、金属板をプレス加工又は折り加工等により折り曲げて形成したばねであり、その折れ目によって、V字型の断面を有する直線状の突起部302cを備える。また、突起部302cの中央付近には、突起部302cを跨ぐように両側に突出する平面部302bを備え、突起部302cの両端にはそれぞれ、突起部302cを跨ぐように両側に突出する平面部302aを備える。これらの突起部302cと平面部302a,302bは、全て一体であり、一枚の板状部材を折り曲げてこれらの各部を形成することにより、十分な強度を持ったねじりばね302を、低コストで形成することができる。
Further, as shown in FIG. 7, the mover 320 includes a mirror unit 301, a torsion spring 302, and a permanent magnet 321.
Of these, the torsion spring 302 is a spring formed by bending a metal plate by press working, folding, or the like, and is provided with a linear protrusion 302c having a V-shaped cross section by the fold. Further, near the center of the protrusion 302c, a flat surface portion 302b is provided on both sides so as to straddle the protrusion 302c, and a flat surface portion projecting on both sides so as to straddle the protrusion 302c is provided at both ends of the protrusion 302c. It includes 302a. These protrusions 302c and the flat surfaces 302a and 302b are all integrated, and by bending one plate-shaped member to form each of these parts, a torsion spring 302 having sufficient strength can be obtained at low cost. Can be formed.

また、両端の平面部302aと平面部302bとは、自然状態では全て同一平面上に位置する。しかし、両端の平面部302aを同一平面上に固定した状態で平面部302bに対して突起部302cを中心に回転する力を加えると、突起部302cがねじれ、平面部302bは突起部302cを中心に回転移動する。力をかけるのをやめると、ばねの復元力により突起部302cのねじれが解消し、平面部302bは平面部302aと同一平面上に戻る。
また、永久磁石321は、平面部302bの、突起部302cと反対側の面に、突起部を跨いた一方側にN極321nが、他方側にS極321sが位置するように固定される。N極321nとS極321sの位置は、図と逆でも問題ない。永久磁石321と平面部302bとの間の固定は、接着や溶接など、任意の方法で行うことができる。
Further, the flat surface portions 302a and the flat surface portions 302b at both ends are all located on the same plane in the natural state. However, when a force that rotates around the protrusion 302c is applied to the flat portion 302b while the flat portions 302a at both ends are fixed on the same plane, the protrusion 302c is twisted and the flat portion 302b is centered on the protrusion 302c. Rotate and move to. When the force is stopped, the restoring force of the spring eliminates the twist of the protrusion 302c, and the flat surface 302b returns to the same plane as the flat surface 302a.
Further, the permanent magnet 321 is fixed to the surface of the flat surface portion 302b opposite to the protrusion 302c so that the N pole 321n is located on one side straddling the protrusion and the S pole 321s is located on the other side. The positions of the N pole 321n and the S pole 321s may be opposite to those shown in the figure. The fixing between the permanent magnet 321 and the flat surface portion 302b can be performed by any method such as adhesion or welding.

ミラーユニット301は、1枚の第1ミラー301aと2枚の第2ミラー301bとを、図7に示すように一部重ねて接着することにより構成したものであり、2枚の第2ミラー301bを、突起部302cの両側の平面部302bの、突起部302c側の面に接着することにより、ねじりばね302に固定されている。これらの接着に用いる接着剤は任意のものでよいが、硬化収縮の少ないものが望ましい。 The mirror unit 301 is configured by partially overlapping and adhering one first mirror 301a and two second mirrors 301b as shown in FIG. 7, and two second mirrors 301b. Is fixed to the torsion spring 302 by adhering to the surfaces of the flat surfaces 302b on both sides of the protrusion 302c on the side of the protrusion 302c. The adhesive used for these adhesions may be any one, but one having less curing shrinkage is desirable.

なお、図9に示すように、第1ミラー301aと突起部302cの先端とは接しておらず、若干の隙間がある。すなわち、第1ミラー301aは第2ミラー301bにのみ固定され、第2ミラー301bがスペーサとなっている。このようにしているのは、突起部302cは、ねじりばね302がねじれる際に若干変形するため、変形が起こっても周辺の部材と干渉しないよう、突起部302cの周りにはある程度の空間を確保することが好ましいためである。 As shown in FIG. 9, the first mirror 301a and the tip of the protrusion 302c are not in contact with each other, and there is a slight gap. That is, the first mirror 301a is fixed only to the second mirror 301b, and the second mirror 301b serves as a spacer. This is because the protrusion 302c is slightly deformed when the torsion spring 302 is twisted, so that a certain amount of space is secured around the protrusion 302c so that the protrusion 302c does not interfere with the surrounding members even if the deformation occurs. This is because it is preferable to do so.

以上の可動子320は、図7に示した各部材を予め組み立てた後で、図6の(c)と(d)の間の工程で、トップヨーク314の可動子保持部314aに対して固定する。この固定は、可動子保持部314aに対して平面部302aを不図示のねじによりねじ止めして行ったり、平面部302aと可動子保持部314aとを接着あるいは溶接することにより行ったり、平面部302aを可動子保持部314aに設けたスリットに挿入して行ったり等、任意の方法で行うことができる。 The above mover 320 is fixed to the mover holding portion 314a of the top yoke 314 in the step between (c) and (d) of FIG. 6 after assembling each member shown in FIG. 7 in advance. To do. This fixing is performed by screwing the flat surface portion 302a to the movable element holding portion 314a with a screw (not shown), or by adhering or welding the flat surface portion 302a and the movable element holding portion 314a, or the flat surface portion. It can be performed by any method such as inserting the 302a into the slit provided in the mover holding portion 314a.

可動子320がトップヨーク314に固定された状態では、ねじりばね302の平面部302b及び永久磁石321は、トップヨーク314の開口部314cを通してコイルアッセンブリ313と対向する。より具体的には、図9に示すように、コイルアッセンブリ313内に設けられた駆動コイル316の軸の一端が、永久磁石321のN極321nとS極321sの中間点と対向する。永久磁石321から見ると、ねじりばね302と反対側に駆動コイル316が配置されていることになる。 In a state where the mover 320 is fixed to the top yoke 314, the flat surface portion 302b of the torsion spring 302 and the permanent magnet 321 face the coil assembly 313 through the opening 314c of the top yoke 314. More specifically, as shown in FIG. 9, one end of the shaft of the drive coil 316 provided in the coil assembly 313 faces the intermediate point between the N pole 321n and the S pole 321s of the permanent magnet 321. Seen from the permanent magnet 321, the drive coil 316 is arranged on the side opposite to the torsion spring 302.

この状態で駆動コイル316に通電し、例えば永久磁石321と対向する側の端部がN極となると、永久磁石321のS極321sは駆動コイル316に引き寄せられ、N極321nは駆動コイル316と反発し、永久磁石321には、図9で見て時計回りに回転しようとする力が働く。その力はねじりばね302の平面部302bに伝わり、ねじりばね302は、突起部302cの断面の中心付近にある仮想的な回転軸304を中心に時計回りに回転してねじれる。これにつれて、平面部302bに固定されたミラーユニット301も、回転軸304を中心に時計回りに回転する。
そして、駆動コイル316と永久磁石321の間に生じる磁力と、ねじりばね302の復元力とが釣り合う位置で回転が止まる。駆動コイル316に流す電流の強さを変えることにより、この回転の速さと停止位置を調整可能である。
When the drive coil 316 is energized in this state and, for example, the end of the permanent magnet 321 facing the permanent magnet 321 becomes an N pole, the S pole 321s of the permanent magnet 321 is attracted to the drive coil 316, and the N pole 321n becomes the drive coil 316. The repulsive force acts on the permanent magnet 321 to rotate it clockwise as seen in FIG. The force is transmitted to the flat surface portion 302b of the torsion spring 302, and the torsion spring 302 rotates clockwise around a virtual rotation axis 304 near the center of the cross section of the protrusion 302c and twists. Along with this, the mirror unit 301 fixed to the flat surface portion 302b also rotates clockwise around the rotation axis 304.
Then, the rotation stops at a position where the magnetic force generated between the drive coil 316 and the permanent magnet 321 and the restoring force of the torsion spring 302 are balanced. By changing the strength of the current flowing through the drive coil 316, the speed of rotation and the stop position can be adjusted.

次に、永久磁石321及びミラーユニット301が適当な位置まで時計回りに回転した状態で、駆動コイル316への通電方向を逆向きにすると、永久磁石321と対向する側の端部がS極となり、今度は永久磁石321のN極321nが駆動コイル316に引き寄せられ、S極321sが駆動コイル316と反発し、永久磁石321には、図9で見て反時計回りに回転しようとする力が働く。その力は時計回りの場合と同様にねじりばね302の平面部302bに伝わり、ねじりばね302は回転軸304を中心に反時計回りに回転して先ほどと逆向きにねじれる。これにつれて、平面部302bに固定されたミラーユニット301も、回転軸304を中心に反時計回りに回転する。 Next, when the permanent magnet 321 and the mirror unit 301 are rotated clockwise to appropriate positions and the direction of energization of the drive coil 316 is reversed, the end on the side facing the permanent magnet 321 becomes the S pole. This time, the N pole 321n of the permanent magnet 321 is attracted to the drive coil 316, the S pole 321s repels the drive coil 316, and the permanent magnet 321 has a force to rotate counterclockwise as seen in FIG. work. The force is transmitted to the flat surface portion 302b of the torsion spring 302 as in the case of clockwise rotation, and the torsion spring 302 rotates counterclockwise around the rotation shaft 304 and twists in the opposite direction to the previous one. Along with this, the mirror unit 301 fixed to the flat surface portion 302b also rotates counterclockwise around the rotation axis 304.

駆動コイル316に印加する駆動信号の電圧又は電流の向きを定期的に反転させることにより、図9に矢印Vで示すようにミラーユニット301に上記の時計回り及び反時計回りの回転を交互に行わせ、回転軸304の廻りを所定の角度範囲で回転する往復運動をさせることができる。すなわち、ミラーユニット301を、所定の移動経路上で揺動させることができる。そして、このことにより、図1を用いて説明した、主走査方向の走査に必要なレーザビームL1の周期的な偏向を実現することができる。 By periodically reversing the direction of the voltage or current of the drive signal applied to the drive coil 316, the mirror unit 301 is alternately rotated clockwise and counterclockwise as shown by the arrow V in FIG. It is possible to make a reciprocating motion that rotates around the rotation shaft 304 within a predetermined angle range. That is, the mirror unit 301 can be swung on a predetermined movement path. As a result, the periodic deflection of the laser beam L1 required for scanning in the main scanning direction described with reference to FIG. 1 can be realized.

なお、ねじりばね302の寿命を考えると、揺動の範囲は自然状態に対して対称であることが望ましい。しかしこれは必須ではない。例えば、駆動コイル316に印加する電圧のオンオフを周期的に切り換えることにより、自然状態付近の位置を一端とする所定範囲での揺動を行うこともできる。駆動コイル316に印加する電圧又は電流を、適宜な範囲で周期的に変化させることにより、ねじりばね302の可動範囲内の任意の揺動範囲で、ミラーユニット301を揺動させることができる。 Considering the life of the torsion spring 302, it is desirable that the range of swing is symmetrical with respect to the natural state. But this is not mandatory. For example, by periodically switching the voltage applied to the drive coil 316 on and off, it is possible to swing within a predetermined range with a position near the natural state as one end. By periodically changing the voltage or current applied to the drive coil 316 within an appropriate range, the mirror unit 301 can be swung within an arbitrary swing range within the movable range of the torsion spring 302.

ところで、図8に示すように、可動子320においてミラーユニット301は、第1ミラー301aの反射面(第1反射面)にて、投光光学系23により形成されたレーザビームL1を反射して適宜に偏向して出射光L2を形成する。一方、第1ミラー301aの反射面と第2ミラー301bの反射面(第2反射面)の両方で、外部からの戻り光L3を反射して、レーザビームL1と同一光軸で受光部40へ導くべき戻り光L4を形成する。 By the way, as shown in FIG. 8, in the mover 320, the mirror unit 301 reflects the laser beam L1 formed by the projection optical system 23 on the reflection surface (first reflection surface) of the first mirror 301a. The emitted light L2 is formed by appropriately deflecting the light. On the other hand, both the reflecting surface of the first mirror 301a and the reflecting surface (second reflecting surface) of the second mirror 301b reflect the return light L3 from the outside to the light receiving unit 40 on the same optical axis as the laser beam L1. It forms a return light L4 to be guided.

これらのうち出射光L2に関しては、レーザビームL1のスポットは比較的小さいため、第1ミラー301aのサイズは小さくてよく、ミラーユニット301の考えられる回転範囲の全体で、レーザビームL1を第1反射面内に収められる程度のサイズがあればよい。 Of these, with respect to the emitted light L2, since the spot of the laser beam L1 is relatively small, the size of the first mirror 301a may be small, and the laser beam L1 is first reflected over the entire conceivable rotation range of the mirror unit 301. The size should be large enough to fit in the plane.

一方、戻り光L4に関しては、検出対象物にて反射され乱反射された出射光L2の一部であるから、なるべく広い範囲の戻り光L4を受光部40に導くことが、検出感度向上の観点から好ましい。このため、第1ミラー301aと第2ミラー301bの合計サイズは、なるべく大きいことが好ましい。 On the other hand, since the return light L4 is a part of the emitted light L2 reflected and diffusely reflected by the detection object, guiding the return light L4 in as wide a range as possible to the light receiving unit 40 is from the viewpoint of improving the detection sensitivity. preferable. Therefore, the total size of the first mirror 301a and the second mirror 301b is preferably as large as possible.

ミラーユニット301において、第1ミラー301aと第2ミラー301bに分けて設けているのは、大きな反射面積を確保しつつ、ミラーユニット301の回転のエネルギー効率を高めると共に、高速な回転を可能とするためである。すなわち、低消費電力で高速な走査を行えるようにするためである。この点についてさらに説明する。 In the mirror unit 301, the first mirror 301a and the second mirror 301b are separately provided to increase the energy efficiency of rotation of the mirror unit 301 while ensuring a large reflection area, and to enable high-speed rotation. Because. That is, this is to enable high-speed scanning with low power consumption. This point will be further described.

まず、図11に示す比較例のように、十分な大きさの1枚のミラー501を、突起部302cの先端付近を跨ぐように設ける場合を考える。この場合、ねじりばね302の平面部302b上でミラー501を支えるスペーサも必要となるが、その図示は省略した。
このような構成にすると、ねじりばね302の突起部302c側において、回転軸304から離れた位置にミラー501の大きな質量が位置することになり、回転軸304を中心とした回転運動に関する可動子320の慣性モーメントが大きくなってしまう。
First, consider a case where one mirror 501 having a sufficient size is provided so as to straddle the vicinity of the tip of the protrusion 302c as in the comparative example shown in FIG. In this case, a spacer that supports the mirror 501 on the flat surface portion 302b of the torsion spring 302 is also required, but the illustration thereof is omitted.
With such a configuration, a large mass of the mirror 501 is located at a position away from the rotation shaft 304 on the protrusion 302c side of the torsion spring 302, and the mover 320 related to the rotational movement around the rotation shaft 304. The moment of inertia of is large.

このことを避け、慣性モーメントを低減するためには、ミラー501を突起部302c上に設けることを避け、平面部302b上に設けて、全体的に回転軸304に近づけることが考えられる。すなわち、第2ミラー301bの位置に設けることが考えられる。しかし、この場合、ミラーは突起部302cを避けて設けなければならないため、単純にミラー501を2つに分けたサイズのミラーを第2ミラー301bの位置に設けると、ミラーの端部は、ミラー501の場合よりも回転軸304から遠い場所に配置されてしまい、慣性モーメントが却って増加してしまうことが考えられる。 In order to avoid this and reduce the moment of inertia, it is conceivable to avoid providing the mirror 501 on the protrusion 302c and provide it on the flat surface 302b so as to approach the rotation shaft 304 as a whole. That is, it is conceivable to provide it at the position of the second mirror 301b. However, in this case, since the mirror must be provided so as to avoid the protrusion 302c, if a mirror having a size obtained by simply dividing the mirror 501 into two is provided at the position of the second mirror 301b, the end of the mirror will be a mirror. It is conceivable that it will be arranged at a place farther from the rotation shaft 304 than in the case of 501, and the moment of inertia will rather increase.

ミラーユニット301は、このような問題を解消するため、突起部302cを跨ぐ第1ミラー301aと、平面部302b上に配置する第2ミラー301bとに分けて設け、その合計により、十分な面積を確保しつつ、ミラーの位置を全体的に回転軸304に近づけたものである。 In order to solve such a problem, the mirror unit 301 is separately provided as a first mirror 301a straddling the protrusion 302c and a second mirror 301b arranged on the flat surface portion 302b, and a sufficient area is provided by the total. While ensuring, the position of the mirror is brought closer to the rotation axis 304 as a whole.

この配置にすれば、サイズの大きい第2ミラー301bを回転軸304に近づけることができ、図11の配置に比べ、回転軸304を中心とした回転運動に関する慣性モーメントを小さくすることができる。
すなわち、第1ミラー301aを設けた分、第2ミラー301bのサイズを小さくすることができ、回転軸304から第2ミラー301bの端部までの距離が長くなりすぎないようにすることができる。また、第1ミラー301aは、突起部302を回避するため、回転軸304からある程度離れた位置に設けざるを得ないが、突起部302を跨ぎ、第2ミラー301bに固定できる程度のサイズで十分であるので、回転軸304から第1ミラー301aの端部までの距離は、さほど大きくならないようにすることができる。従って、回転軸304から遠い場所に大きな質量を置くことを避け、慣性モーメントを小さくすることができる。
With this arrangement, the large-sized second mirror 301b can be brought closer to the rotation axis 304, and the moment of inertia related to the rotational movement about the rotation axis 304 can be made smaller than the arrangement shown in FIG.
That is, the size of the second mirror 301b can be reduced by the amount of the first mirror 301a, and the distance from the rotation shaft 304 to the end of the second mirror 301b can be prevented from becoming too long. Further, the first mirror 301a must be provided at a position some distance from the rotation shaft 304 in order to avoid the protrusion 302, but a size sufficient to straddle the protrusion 302 and be fixed to the second mirror 301b is sufficient. Therefore, the distance from the rotation shaft 304 to the end of the first mirror 301a can be prevented from becoming so large. Therefore, it is possible to avoid placing a large mass at a place far from the rotation shaft 304 and reduce the moment of inertia.

そして、このことにより、ねじりばね302をねじってミラーを回転させるために必要なエネルギーを低く抑えることができる。また、ねじり振動系において、共振周波数は、ばねのねじり剛性Kを慣性モーメントIで割った値の1/2乗に比例するので、慣性モーメントを小さくすれば、可動子320の共振周波数を高めることができ、走査の高速化にも資する。
第1ミラー301aと第2ミラー301bをそれぞれ、長手方向が回転軸304に沿う長方形状としているのも、慣性モーメントを低減するためである。
As a result, the energy required to twist the torsion spring 302 to rotate the mirror can be suppressed to a low level. Further, in the torsional vibration system, the resonance frequency is proportional to the 1/2 power of the value obtained by dividing the torsional rigidity K of the spring by the moment of inertia I. Therefore, if the moment of inertia is reduced, the resonance frequency of the mover 320 can be increased. It also contributes to speeding up scanning.
The reason why the first mirror 301a and the second mirror 301b are rectangular in the longitudinal direction along the rotation axis 304 is to reduce the moment of inertia.

なお、可動子320の共振周波数を高めるためには、ねじりばね302としてばね定数の大きいばねを用いることも考えられる。しかし、よりばね定数の大きいばねを作るためには、より厚い金属板を用いる必要があり、厚さが増すにつれて、製造誤差が大きくなってしまう。そこで、以上説明したような形状のミラーユニット301を採用して共振周波数を高めることが有効である。 In order to increase the resonance frequency of the mover 320, it is conceivable to use a spring having a large spring constant as the torsion spring 302. However, in order to make a spring having a larger spring constant, it is necessary to use a thicker metal plate, and as the thickness increases, the manufacturing error increases. Therefore, it is effective to increase the resonance frequency by adopting the mirror unit 301 having the shape as described above.

なお、上記の効果を得るために、ミラーユニット301を、平面状の第1ミラー301aと第2ミラー301bとに分けて構成すると、製造が容易である。しかし、このように構成することは必須ではない。第1ミラー301aと第2ミラー301bを一体にした、第1反射面と第2反射面との間に段差がある1枚のミラーを用いてもよい。さらには、図12に示すような断面を有する、第1反射面301a1と第2反射面301b1とが滑らかにつながっている1枚のミラー301′を用いてもよい。
いずれにせよ、第1反射面を含む平面よりも第2反射面を含む平面の方がねじりばね302の回転軸304に近い位置に来るようにすることにより、図6乃至図10に示した例の場合と同様、慣性モーメントを低減すると共に、共振周波数を高めることができる。
In order to obtain the above effect, if the mirror unit 301 is divided into a flat first mirror 301a and a second mirror 301b, it is easy to manufacture. However, it is not essential to configure it in this way. A single mirror in which the first mirror 301a and the second mirror 301b are integrated and has a step between the first reflecting surface and the second reflecting surface may be used. Further, one mirror 301'having a cross section as shown in FIG. 12 and in which the first reflecting surface 301a1 and the second reflecting surface 301b1 are smoothly connected may be used.
In any case, the example shown in FIGS. 6 to 10 is obtained by making the plane including the second reflecting surface closer to the rotation axis 304 of the torsion spring 302 than the plane including the first reflecting surface. As in the case of, the moment of inertia can be reduced and the resonance frequency can be increased.

また、以上に加え、可動子320において、第2ミラー301bの重心は概ね回転軸304上に位置するので、残りの第1ミラー301a、永久磁石321及びねじりばね302の部分の重心も回転軸304上に位置するように各部のサイズや重量を調整することにより、図10に示すように、可動子320全体の重心305を、回転軸304上に置くことができる。 Further, in addition to the above, in the mover 320, the center of gravity of the second mirror 301b is generally located on the rotation axis 304, so that the center of gravity of the remaining first mirror 301a, the permanent magnet 321 and the torsion spring 302 is also the rotation axis 304. By adjusting the size and weight of each part so as to be located above, the center of gravity 305 of the entire mover 320 can be placed on the rotation shaft 304 as shown in FIG.

このように、可動子320の重心を概ね回転軸304上に置くことにより、ねじりばね302のねじれに伴うミラーユニット301の回動時に余計な振動が発生しないようにして、共振周波数をさらに高めることができる。
なお、可動子320の重心が正確に回転軸304上になくても、重心のずれによる振動が無視できる程度であれば、回転軸304上にある場合と同視できる。また、可動子320において、大きな重量を占めるのはミラーユニット301であるため、ミラーユニット301の部分のみの重心が回転軸304上にあるか、又は、永久磁石321と反対側に若干ずれた位置にあれば、可動子320の重心を概ね回転軸304上に置くことができる。
In this way, by placing the center of gravity of the mover 320 substantially on the rotation shaft 304, it is possible to further increase the resonance frequency by preventing unnecessary vibration from being generated when the mirror unit 301 rotates due to the twist of the torsion spring 302. Can be done.
Even if the center of gravity of the mover 320 is not exactly on the rotation shaft 304, if the vibration due to the deviation of the center of gravity can be ignored, it can be regarded as the case where it is on the rotation shaft 304. Further, in the mover 320, since it is the mirror unit 301 that occupies a large weight, the center of gravity of only the part of the mirror unit 301 is on the rotation axis 304, or the position is slightly deviated from the permanent magnet 321. The center of gravity of the mover 320 can be approximately placed on the rotation axis 304.

また、回転軸304上の全ての点で、当該点を含み回転軸304に垂直な平面での可動子320の断面の重心が、回転軸304上にあると、共振周波数を高める効果が特に大きい。しかし、可動子320全体の重心が、回転軸304上のどこかにあるだけでも、十分有意義な効果を得ることができる。 Further, when the center of gravity of the cross section of the mover 320 in a plane perpendicular to the rotation axis 304 including the point is on the rotation axis 304 at all points on the rotation axis 304, the effect of increasing the resonance frequency is particularly large. .. However, even if the center of gravity of the entire mover 320 is somewhere on the rotation axis 304, a sufficiently meaningful effect can be obtained.

また、アクチュエータ300では、可動子320はその端部がトップヨーク314に固定されているが、実際に移動する平面部302b付近の部分は空中に浮いているため、揺動時に部品間の摩擦が発生せず、長時間連続で使用しても、発熱や摩耗が生じにくい。従って、高い耐久性を得ることができる。
また、コイルアッセンブリ313を磁性体のトップヨーク314及び枠ヨーク312で囲んでいるため、駆動コイル316に生じる磁力の漏れを防止し、高い駆動効率を得ることができる。ただし、このような磁性体の囲みを設けることは、必須ではない。
Further, in the actuator 300, the end portion of the mover 320 is fixed to the top yoke 314, but the portion near the flat surface portion 302b that actually moves is floating in the air, so that friction between parts occurs during swinging. It does not occur, and even if it is used continuously for a long time, heat generation and wear are unlikely to occur. Therefore, high durability can be obtained.
Further, since the coil assembly 313 is surrounded by the magnetic top yoke 314 and the frame yoke 312, leakage of the magnetic force generated in the drive coil 316 can be prevented and high drive efficiency can be obtained. However, it is not essential to provide such a magnetic material enclosure.

また、ねじりばね302の材質は、例えばステンレスや、りん青銅とすることが考えられるが、その他、弾性ばねを形成可能な任意の材質を採用することができる。また、突起部302cの断面をV字型にしているのは、発明者らのシミュレーションにより、大きなばね定数が得られ、このことによりねじりばね302の共振周波数を高められることが見出されたためである。
しかし、断面の形状はV字型に限られることはなく、ねじりばねとして機能し得るのであれば、断面が角張ったn字型やU字型、またはM字型、W字型、開口部のない空芯薄壁閉断面など、他の形状であってもよい。
Further, the material of the torsion spring 302 may be, for example, stainless steel or phosphor bronze, but any other material capable of forming an elastic spring can be adopted. In addition, the reason why the cross section of the protrusion 302c is V-shaped is that a large spring constant was obtained by the simulations of the inventors, and it was found that the resonance frequency of the torsion spring 302 could be increased by this. is there.
However, the shape of the cross section is not limited to the V shape, and if it can function as a torsion spring, the cross section is angular n-shaped or U-shaped, or M-shaped, W-shaped, or an opening. Other shapes may be used, such as no air core thin wall closed cross section.

なお、こうした直線状の突起部302cを有する構造は、平面構造のねじりばねに比べ、回転軸に直交する方向の剛性を高くすることができる。この剛性は、自動車内のような、常時振動する環境で安定した走査を行い、また揺動部の耐久性を確保する上で非常に有用である。
また、突起部302cを有するねじりばねは、立体形状であり、全体としての厚みが大きい。このため、板材を折り曲げて形成することは容易であるが、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の技術を利用したウエーハープロセスで、十分な高さの突起部302cを有するねじりばねを形成することは、困難である。
It should be noted that the structure having such a linear protrusion 302c can have higher rigidity in the direction orthogonal to the rotation axis than the torsion spring having a planar structure. This rigidity is very useful for performing stable scanning in an environment that constantly vibrates, such as in an automobile, and for ensuring the durability of the rocking portion.
Further, the torsion spring having the protrusion 302c has a three-dimensional shape and has a large thickness as a whole. For this reason, it is easy to bend the plate material to form it, but it is not possible to form a torsion spring having a sufficiently high protrusion 302c by a waher process using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. ,Have difficulty.

また、駆動コイル316は、図9の例では自然状態で平面部302bに対して垂直な向きに配置しているが、軸の一端が、永久磁石321のN極321nとS極321sの中間点と対向していれば、向きは図9に示したものに限られない。例えば、軸を突起部302cと平行に配置しても、図9の構成の場合と同様なミラーユニット301の揺動が可能である。 Further, in the example of FIG. 9, the drive coil 316 is arranged in a direction perpendicular to the flat surface portion 302b in the natural state, but one end of the shaft is an intermediate point between the N pole 321n and the S pole 321s of the permanent magnet 321. The orientation is not limited to that shown in FIG. 9 as long as it faces. For example, even if the shaft is arranged in parallel with the protrusion 302c, the mirror unit 301 can swing as in the case of the configuration of FIG.

また、駆動コイル316を、コイルアッセンブリ313に収納したり、ボビンに巻いたりすることも必須ではなく、コア部311aに直接巻くことも妨げられない。
また、センシングコイル317は、図25乃至図30を用いて後述するレーザビームL1の点灯タイミング調整を行うために設けたものであり、この調整を行わないのであれば、不要である。
Further, it is not essential that the drive coil 316 is housed in the coil assembly 313 or wound around the bobbin, and the direct winding around the core portion 311a is not hindered.
Further, the sensing coil 317 is provided for adjusting the lighting timing of the laser beam L1 described later using FIGS. 25 to 30, and is unnecessary if this adjustment is not performed.

また、以上の他、永久磁石321に代えて、ミラーの駆動時に通電される電磁石を用いることも妨げられない。ただし、永久磁石321の方が、構造が単純で組み付け誤差が発生しにくく、余計なノイズを発生しない点で好ましい。 In addition to the above, it is not hindered to use an electromagnet that is energized when the mirror is driven, instead of the permanent magnet 321. However, the permanent magnet 321 is preferable because it has a simple structure, is less likely to cause an assembly error, and does not generate extra noise.

〔3.アクチュエータの別の構成例(図13乃至図23C)〕
走査部30に設けるアクチュエータとしては、以上説明してきたアクチュエータ300に代え、全く動作原理の異なるアクチュエータを採用することもできる。次に、このような別のアクチュエータの例として、アクチュエータ400について説明する。
まず図13に、アクチュエータ300に代えてアクチュエータ400を設けた場合の、アクチュエータ400,380の概略の外観及び配置を、図5と同様に示す。
[3. Another configuration example of the actuator (FIGS. 13 to 23C)]
As the actuator provided in the scanning unit 30, instead of the actuator 300 described above, an actuator having a completely different operating principle can be adopted. Next, the actuator 400 will be described as an example of such another actuator.
First, FIG. 13 shows the schematic appearance and arrangement of the actuators 400 and 380 when the actuator 400 is provided instead of the actuator 300, in the same manner as in FIG.

概略としては、アクチュエータ400は、ミラー401を、永久磁石410に固定し、永久磁石410をベアリング403,405により保持して構成されている。そして、永久磁石410の磁力と、永久磁石410の周りに配置されたヨーク430と、永久磁石410とヨーク430との間に配置された駆動コイル420(図14参照)を流れる電流との相互作用により、コイルに印加された電圧に応じて、永久磁石410とミラー401とが一体として、永久磁石410の中心を通る回転軸404を中心に回転し、所定の角度範囲を往復運動する。 As a general rule, the actuator 400 is configured by fixing a mirror 401 to a permanent magnet 410 and holding the permanent magnet 410 by bearings 403 and 405. Then, the interaction between the magnetic force of the permanent magnet 410 and the yoke 430 arranged around the permanent magnet 410 and the current flowing through the drive coil 420 (see FIG. 14) arranged between the permanent magnet 410 and the yoke 430. As a result, the permanent magnet 410 and the mirror 401 integrally rotate around the rotation axis 404 passing through the center of the permanent magnet 410 according to the voltage applied to the coil, and reciprocate within a predetermined angle range.

走査部30は、以上のアクチュエータ400により駆動されるミラー401と、図5に示したものと同じアクチュエータ380により駆動されるミラー381とによりレーザビームL1を反射し、偏向することにより、図1に示した走査線71上を走査する出射光L2を、外部へ投光することができる。
なお、副走査方向の偏向走査を行うアクチュエータとして、アクチュエータ400と同じ構造のものを用いることも、もちろん妨げられない。
The scanning unit 30 reflects and deflects the laser beam L1 by the mirror 401 driven by the above actuator 400 and the mirror 381 driven by the same actuator 380 as shown in FIG. 5, so that FIG. 1 shows. The emitted light L2 that scans on the indicated scanning line 71 can be projected to the outside.
Of course, it is not hindered to use an actuator having the same structure as the actuator 400 as the actuator that performs the deflection scanning in the sub-scanning direction.

次に、図14乃至図16を用いて、アクチュエータ400の構造についてより詳細に説明する。
図14は、アクチュエータ400の構成を示す斜視図である。図15及び図16はそれぞれアクチュエータの400の分解斜視図である。図16は、図15に比べ、永久磁石410周りの部品も分解した状態を示している。
アクチュエータ400は、図14乃至図16に示すように、ミラー401、ミラーホルダ402、ベアリング403、ベアリング405、磁石ホルダ406、永久磁石410、駆動コイル420、ヨーク430を備える。
Next, the structure of the actuator 400 will be described in more detail with reference to FIGS. 14 to 16.
FIG. 14 is a perspective view showing the configuration of the actuator 400. 15 and 16 are exploded perspective views of the actuator 400, respectively. FIG. 16 shows a state in which the parts around the permanent magnet 410 are also disassembled as compared with FIG.
As shown in FIGS. 14 to 16, the actuator 400 includes a mirror 401, a mirror holder 402, a bearing 403, a bearing 405, a magnet holder 406, a permanent magnet 410, a drive coil 420, and a yoke 430.

これらのうちミラー401は、レーザビームL1及び戻り光L4を反射するための反射面を有する平面状のミラーである。
ミラーホルダ402は、ベアリング403に対し、ミラー401を、その重心が永久磁石410の中心軸(回転中心)上に来るように、かつ永久磁石410の回転に伴って回転するように固定する。
Of these, the mirror 401 is a planar mirror having a reflecting surface for reflecting the laser beam L1 and the return light L4.
The mirror holder 402 fixes the mirror 401 to the bearing 403 so that its center of gravity is on the central axis (center of rotation) of the permanent magnet 410 and rotates with the rotation of the permanent magnet 410.

図14の例では、永久磁石410が嵌まるように薄肉に形成した薄肉部402b内に、円柱状の永久磁石410の上端を押し込むことにより、ミラーホルダ402を永久磁石410に対して固定する。その後、ミラー保持部402aを図で下側から上側へベアリング403の内輪403aに通して、そのままミラーホルダ402を、内輪403aに押し込むことにより、ミラーホルダ402を内輪403aに嵌め込んで固定する。ミラー401は、ミラー保持部402aに対して接着する。 In the example of FIG. 14, the mirror holder 402 is fixed to the permanent magnet 410 by pushing the upper end of the columnar permanent magnet 410 into the thin-walled portion 402b formed so that the permanent magnet 410 fits. After that, the mirror holding portion 402a is passed through the inner ring 403a of the bearing 403 from the lower side to the upper side in the drawing, and the mirror holder 402 is pushed into the inner ring 403a as it is, so that the mirror holder 402 is fitted into the inner ring 403a and fixed. The mirror 401 is adhered to the mirror holding portion 402a.

ベアリング403及びベアリング405はそれぞれ、永久磁石410を、その中心軸を中心として回転可能なように保持する。
永久磁石410のベアリング403への固定は、上記のようにミラーホルダ402を介して行う。永久磁石410のベアリング405への固定は、永久磁石410が嵌まるように形成された磁石ホルダ406の磁石保持部406aに対して端部を押し込んで永久磁石410と磁石ホルダ406とを一体化した上で、磁石ホルダ406のベアリング接続部406bを、ベアリング405の内輪405aに対して嵌め込んで行う。
以上により、永久磁石410とミラー401とが一体として、内輪403a及び内輪405aと共に回転可能なように、ベアリング403,405によって保持される。
Bearings 403 and 405 each hold a permanent magnet 410 so that it can rotate about its central axis.
The permanent magnet 410 is fixed to the bearing 403 via the mirror holder 402 as described above. To fix the permanent magnet 410 to the bearing 405, the end of the magnet holder 406 formed so as to fit the permanent magnet 410 was pushed against the magnet holding portion 406a to integrate the permanent magnet 410 and the magnet holder 406. Above, the bearing connection portion 406b of the magnet holder 406 is fitted into the inner ring 405a of the bearing 405.
As described above, the permanent magnet 410 and the mirror 401 are held by the bearings 403 and 405 so as to be integrally rotatable together with the inner ring 403a and the inner ring 405a.

また、駆動コイル420は、ヨーク430の内側に接着や溶接などで固定され、ヨーク430は、ベアリング403及びベアリング405に対して、内輪403a,405aの回転を妨げないように、接着や溶接などで固定されている。
以上に挙げた、嵌め込み、接着、溶接などの固定方法は一例であり、他の方法を用いることももちろん可能である。
Further, the drive coil 420 is fixed to the inside of the yoke 430 by adhesion or welding, and the yoke 430 is adhered or welded to the bearings 403 and 405 so as not to interfere with the rotation of the inner rings 403a and 405a. It is fixed.
The fixing methods such as fitting, bonding, and welding described above are examples, and it is of course possible to use other methods.

アクチュエータ400において、永久磁石410は円柱状であり、円柱を径方向に2つに区分した領域の一方側がN極410n、他方側がS極410sとなっている(図17、図18参照)。長手方向の両端部がそれぞれN極とS極となっている構成ではない。 In the actuator 400, the permanent magnet 410 is a cylinder, and one side of the region in which the cylinder is divided into two in the radial direction is the N pole 410n and the other side is the S pole 410s (see FIGS. 17 and 18). It is not a configuration in which both ends in the longitudinal direction are N poles and S poles, respectively.

また、駆動コイル420には、永久磁石410(の中心)に平行な導線の束を含む第1部分421と、永久磁石410に平行な導線の束を含み通電時に第1部分421と逆向きに電流が流れる第2部分422とが、永久磁石410を挟んで向かい合うように配置されている。第1部分421と第2部分422とは、それぞれ永久磁石410の端部付近に永久磁石410の表面に沿って回り込むように配置される第1接続部423及び第2接続部424により接続される。 Further, the drive coil 420 includes a first portion 421 containing a bundle of conductors parallel to (the center of) the permanent magnet 410, and a bundle of conductors parallel to the permanent magnet 410, which is opposite to the first portion 421 when energized. The second portion 422 through which the electric current flows is arranged so as to face each other with the permanent magnet 410 interposed therebetween. The first portion 421 and the second portion 422 are connected by a first connection portion 423 and a second connection portion 424 arranged so as to wrap around the surface of the permanent magnet 410 near the end of the permanent magnet 410, respectively. ..

駆動コイル420の一巻きは、例えば、第1部分421を永久磁石410に沿って図14で下から上に上がり、永久磁石410の上端部付近で第1接続部423に入って、永久磁石410の表面に沿って図14で上側から見て時計回りに回り込み、その後第2部分422に入って、永久磁石410に沿って図14で上から下に下がり、永久磁石410の下端部付近で第2接続部424に入って、永久磁石410の表面に沿って図14で上側から見て反時計回りに回り込み、次の周回の第1部分421に繋がる、というものである。永久磁石410の長手方向端面と対向する位置には、導線は配置されていない。 One turn of the drive coil 420, for example, raises the first portion 421 along the permanent magnet 410 from the bottom to the top in FIG. 14, enters the first connection portion 423 near the upper end of the permanent magnet 410, and enters the permanent magnet 410. Along the surface of FIG. 14, it wraps clockwise when viewed from above in FIG. 14, then enters the second portion 422, descends from top to bottom in FIG. 14 along the permanent magnet 410, and near the lower end of the permanent magnet 410. It enters the two connection portions 424, wraps around the surface of the permanent magnet 410 counterclockwise when viewed from above in FIG. 14, and is connected to the first portion 421 of the next lap. No lead wire is arranged at a position facing the end face in the longitudinal direction of the permanent magnet 410.

この構成の駆動コイル420を用いることにより、ひとつのコイルだけで、後述するように、N極410n側とS極410s側とに異なる向きの電流を流し、N極410n側とS極410s側とに、トルクを同時に発生させることができる。また、第1接続部423と第2接続部424には、電流を流しても、永久磁石410に対してトルクを発生させることはないが、長さが短いため、導線の抵抗によるエネルギー損失は少なくて済む。これらの理由により、駆動コイル420によれば、高いエネルギー効率で、永久磁石410に対するトルクを発生させることができる。
また、上記構成の駆動コイル420は、平面シングル空芯コイルをU字型に折り曲げるだけで形成できるため、製造が容易である。
By using the drive coil 420 having this configuration, as will be described later, currents in different directions can flow through the N pole 410n side and the S pole 410s side with only one coil, and the N pole 410n side and the S pole 410s side. In addition, torque can be generated at the same time. Further, even if an electric current is passed through the first connection portion 423 and the second connection portion 424, no torque is generated for the permanent magnet 410, but since the length is short, the energy loss due to the resistance of the lead wire is large. It's less. For these reasons, the drive coil 420 can generate torque on the permanent magnet 410 with high energy efficiency.
Further, since the drive coil 420 having the above configuration can be formed only by bending the flat single air core coil into a U shape, it is easy to manufacture.

なお、図示は省略したが、アクチュエータ400は、駆動コイル420に駆動信号を印加するための端子および配線を備えており、駆動コイル420は永久磁石410には接触しないように設ける。
ヨーク430は、駆動コイル420の外側に配置される磁性体であり、それぞれ平板の、連続した第1部分431、第2部分432及び第3部分433からなり、断面は概ね、一辺が欠けた正方形の残り3辺の形状である。
Although not shown, the actuator 400 is provided with terminals and wiring for applying a drive signal to the drive coil 420, and the drive coil 420 is provided so as not to come into contact with the permanent magnet 410.
The yoke 430 is a magnetic material arranged on the outside of the drive coil 420, and is composed of a continuous first portion 431, second portion 432, and third portion 433, respectively, of a flat plate, and the cross section is generally a square lacking one side. It is the shape of the remaining three sides of.

以上のような構成のアクチュエータ400においては、永久磁石410の中心に垂直な平面上における、永久磁石410の中心からヨーク430までの距離が、永久磁石410の中心から見た方向によって異なるように、ヨーク430が設けられている。すなわち、永久磁石410から見た方向によって、永久磁石410からヨーク430までが近い箇所と、遠い箇所とがある。ヨーク430がない、正方形の欠けた一辺の方角は、永久磁石410からヨーク430までの距離が無限であると考えることができる。 In the actuator 400 having the above configuration, the distance from the center of the permanent magnet 410 to the yoke 430 on the plane perpendicular to the center of the permanent magnet 410 differs depending on the direction viewed from the center of the permanent magnet 410. A yoke 430 is provided. That is, depending on the direction viewed from the permanent magnet 410, the permanent magnet 410 to the yoke 430 may be near or far from each other. In the direction of the missing side of the square without the yoke 430, the distance from the permanent magnet 410 to the yoke 430 can be considered to be infinite.

ヨーク430をこのように設けると、駆動コイル420に電圧を印加していない状態では、永久磁石410のN極410nとS極410sが、磁力によりそれぞれヨーク430までの距離が最も近い向きを向いて止まる。両極が共に「最も近い向き」を向けない場合には、適宜なつり合い位置を向いて止まる。 When the yoke 430 is provided in this way, when no voltage is applied to the drive coil 420, the N pole 410n and the S pole 410s of the permanent magnet 410 face each other in the direction in which the distance to the yoke 430 is the shortest due to the magnetic force. Stop. If both poles do not face the "closest direction", they will stop at the appropriate equilibrium position.

図14の例では、N極410nとS極410sの一方が第1部分431の中心付近を、他方が第2部分432の中心付近を向いて止まる。このような位置を、「中立位置」と呼ぶことにする。そして、駆動コイル420への電圧印加により永久磁石410がこの位置から多少回転しても、電圧の印加をやめれば、永久磁石410は中立位置に戻る。この意味で、アクチュエータ400には、永久磁石410を中立位置に戻す復元力が働いている、ということができる。すなわち、ヨーク430との組み合わせにより、永久磁石410は、中立位置が自然状態であるばねのように振る舞う、ということができる。 In the example of FIG. 14, one of the north pole 410n and the south pole 410s faces the vicinity of the center of the first portion 431, and the other faces the vicinity of the center of the second portion 432 and stops. Such a position will be referred to as a "neutral position". Then, even if the permanent magnet 410 rotates slightly from this position due to the voltage application to the drive coil 420, the permanent magnet 410 returns to the neutral position when the voltage application is stopped. In this sense, it can be said that the actuator 400 has a restoring force that returns the permanent magnet 410 to the neutral position. That is, it can be said that the permanent magnet 410 behaves like a spring whose neutral position is in the natural state in combination with the yoke 430.

アクチュエータ400は、この復元力を利用して永久磁石410及びミラー401に往復回転運動をさせることにより、復元力の発生しない構成の、通常のガルバノミラーと比べ、特定の駆動周波数で駆動すれば、例えば、アクチュエータの可動部の共振周波数またはその近い周波数で駆動すれば、低消費電力で高速な走査を可能としている。
なお、永久磁石410から第3部分433までの距離は、第1部分431あるいは第2部分432までの距離より遠いことが好ましい。永久磁石410から第3部分433までの距離が近くても、一方の極が第3部分433側を向くと、他方の極に対向するヨークがないため、この向きは中立位置とはならないが、局所的に、永久磁石410の向きと復元力の強さとの関係に大きな乱れが発生し得るためである。
When the actuator 400 is driven at a specific drive frequency as compared with a normal galvano mirror having a configuration in which a restoring force is not generated by causing the permanent magnet 410 and the mirror 401 to reciprocate and rotate using this restoring force, For example, if the actuator is driven at or near the resonance frequency of the moving part of the actuator, low power consumption and high-speed scanning are possible.
The distance from the permanent magnet 410 to the third portion 433 is preferably longer than the distance to the first portion 431 or the second portion 432. Even if the distance from the permanent magnet 410 to the third portion 433 is short, if one pole faces the third portion 433 side, there is no yoke facing the other pole, so this orientation is not in the neutral position. This is because a large disturbance may occur locally in the relationship between the orientation of the permanent magnet 410 and the strength of the restoring force.

次に、図17及び図18の説明図を用いて、アクチュエータ400が行う往復回転運動の原理について説明する。
図17及び図18は、永久磁石410に垂直な平面での、永久磁石410、駆動コイル420及びヨーク430の断面をミラー401側から見た状態を、模式的に示している。ただし、断面のハッチングは省略し、ヨーク430は、中立位置の形成に関与する第1部分431及び第2部分432のみを示している。また、符号B及びB′の矢印は、各状態で永久磁石410が発生させる磁力線の向きの代表を示す。符号F及びF′の矢印は、各状態で永久磁石410に与えられる力の向きを示す。いずれも、矢印の長さは必ずしも力の大きさとは対応しない。
Next, the principle of the reciprocating rotary motion performed by the actuator 400 will be described with reference to the explanatory views of FIGS. 17 and 18.
17 and 18 schematically show a state in which the cross sections of the permanent magnet 410, the drive coil 420, and the yoke 430 are viewed from the mirror 401 side in a plane perpendicular to the permanent magnet 410. However, cross-sectional hatching is omitted, and the yoke 430 shows only the first portion 431 and the second portion 432 that are involved in the formation of the neutral position. The arrows B and B'indicate the directions of the magnetic field lines generated by the permanent magnet 410 in each state. The arrows of the symbols F and F'indicate the direction of the force applied to the permanent magnet 410 in each state. In each case, the length of the arrow does not necessarily correspond to the magnitude of the force.

アクチュエータ400において、駆動コイル420に電圧を印加していない状態でしばらくおくと、永久磁石410は、図17(a)及び図18(a)に示す中立位置まで回転して停止する。なお、N極410nとS極410sの位置が図17(a)及び図18(a)の状態と反対の、N極410nが第1部分431と対向する位置も中立位置であり、こちらの場合でも同様な往復回転運動が可能であるが、ここでは、図17(a)の位置が中立位置であるとして説明を進める。 When the actuator 400 is left in a state where no voltage is applied to the drive coil 420 for a while, the permanent magnet 410 rotates to the neutral position shown in FIGS. 17A and 18A and stops. The positions of the north pole 410n and the south pole 410s are opposite to those in FIGS. 17 (a) and 18 (a), and the position where the north pole 410n faces the first portion 431 is also a neutral position. However, the same reciprocating rotary motion is possible, but here, the description will proceed assuming that the position shown in FIG. 17A is the neutral position.

図17(a)の状態から駆動コイル420に電圧を印加し、図17(b)に示すように、第1部分421に、紙面の手前から奥に向かう電流iを、第2部分422に、これと反対の奥から手前に向かう電流−iを、それぞれ流した状態を考える。
この状態では、第1部分421の周囲には時計回りの、第2部分422の周囲には反時計回りの磁界が形成され、永久磁石410の付近には、磁力線が図で下から上へ向かう磁界が形成される。永久磁石410は、この磁界からN極410nが上を向く方向への力を受け、時計回りに回転する。この力は、永久磁石410が発生させる磁界内で駆動コイル420に電流を流したことにより生じるローレンツ力の反作用であると考えることができる。
そして、ある程度回転した図17(c)の状態で駆動コイル420への電圧印加を停止すると、永久磁石410は、各極とヨーク430との間に発生する磁力により、図17(a)の自然状態に戻る。
A voltage is applied to the drive coil 420 from the state of FIG. 17 (a), and as shown in FIG. 17 (b), the current i from the front to the back of the paper surface is applied to the first portion 421, and the current i is applied to the second portion 422. Consider the state in which the opposite current-i from the back to the front is passed.
In this state, a clockwise magnetic field is formed around the first portion 421 and a counterclockwise magnetic field is formed around the second portion 422, and magnetic field lines are directed from the bottom to the top in the vicinity of the permanent magnet 410. A magnetic field is formed. The permanent magnet 410 receives a force from this magnetic field in the direction in which the N pole 410n faces upward, and rotates clockwise. This force can be considered to be a reaction of the Lorentz force generated by passing a current through the drive coil 420 in the magnetic field generated by the permanent magnet 410.
Then, when the voltage application to the drive coil 420 is stopped in the state of FIG. 17 (c) rotated to some extent, the permanent magnet 410 is caused by the magnetic force generated between each pole and the yoke 430 to be natural in FIG. 17 (a). Return to the state.

また、図18(b)のように、駆動コイル420に対し、図17(b)の場合と反対向きの電圧を印加し、反対向きに電流を流すと、永久磁石410の付近には、磁力線が図で上から下へ向かう磁界が形成される。永久磁石410は、この磁界からN極410nが下を向く方向への力を受け、反時計回りに回転する。
ある程度回転した図18(c)の状態で駆動コイル420への電圧印加を停止すると、永久磁石410は、各極とヨーク430との間に発生する磁力により、図18(a)の自然状態(図17(a)と同じ状態)に戻る。
Further, as shown in FIG. 18 (b), when a voltage in the opposite direction to that in the case of FIG. 17 (b) is applied to the drive coil 420 and a current is passed in the opposite direction, magnetic field lines are generated in the vicinity of the permanent magnet 410. In the figure, a magnetic field is formed from top to bottom. The permanent magnet 410 receives a force from this magnetic field in the direction in which the N pole 410n faces downward, and rotates counterclockwise.
When the voltage application to the drive coil 420 is stopped in the state of FIG. 18 (c) rotated to some extent, the permanent magnet 410 is in the natural state of FIG. 18 (a) due to the magnetic force generated between each pole and the yoke 430. Return to the same state as in FIG. 17 (a)).

駆動コイル420に対して周期的に電圧又は電流が変化する駆動信号を印加して、以上の過程を繰り返すことにより、アクチュエータ400は、永久磁石410及びミラー401に往復回転運動(揺動)をさせることができる。
回転運動の範囲は自然状態に対して対称であってもよいし、対称でなくてもよい。例えば、駆動コイル420に印加する電圧のオンオフを周期的に切り換えることにより、中立位置付近の位置を一端とする所定範囲での揺動を行うこともできる。駆動コイル420に印加する電圧又は電流を、適宜な範囲で周期的に変化させることにより、任意の揺動範囲で、ミラー401を揺動させることができる。
By applying a drive signal whose voltage or current changes periodically to the drive coil 420 and repeating the above process, the actuator 400 causes the permanent magnet 410 and the mirror 401 to reciprocate (swing). be able to.
The range of rotational motion may or may not be symmetrical with respect to the natural state. For example, by periodically switching the voltage applied to the drive coil 420 on and off, it is possible to swing within a predetermined range with a position near the neutral position as one end. By periodically changing the voltage or current applied to the drive coil 420 within an appropriate range, the mirror 401 can be swung within an arbitrary swing range.

この場合において、揺動範囲の端部で永久磁石410を停止させる際には、エネルギーを投じてブレーキをかける必要がなく、単に駆動コイル420への電圧印加を止めるだけでよい。また、そこから永久磁石410を揺動範囲の端部から中立位置へ戻す際にも、電圧を印加する必要がない。その分、永久磁石410を中立位置から揺動範囲の端部まで回転させる際には、中立位置への復元力に抗するだけの電圧を駆動コイル420に印加する必要があるが、この点を加味しても、アクチュエータ400は、復元力がないガルバノミラーに比べ、少ない消費電力で永久磁石410及びミラー401を揺動させることができる。 In this case, when stopping the permanent magnet 410 at the end of the swing range, it is not necessary to apply energy to apply the brake, and it is sufficient to simply stop the voltage application to the drive coil 420. Further, it is not necessary to apply a voltage when returning the permanent magnet 410 from the end of the swing range to the neutral position. Therefore, when rotating the permanent magnet 410 from the neutral position to the end of the swing range, it is necessary to apply a voltage to the drive coil 420 that resists the restoring force to the neutral position. Even when added, the actuator 400 can swing the permanent magnet 410 and the mirror 401 with less power consumption than the galvano mirror having no restoring force.

なお、揺動に際して永久磁石410の回転角が大きくなりすぎると、電圧印加を停止した際に、永久磁石410が元の中立位置に戻らず、N極410nとS極410sが入れ替わった中立位置に移行してしまう可能性がある。従って、揺動範囲はあまり大きくしないことが好ましい。図17及び図18の例では、初めの中立位置から±90°以上回転させるべきではない。 If the rotation angle of the permanent magnet 410 becomes too large during swinging, the permanent magnet 410 does not return to the original neutral position when the voltage application is stopped, and the N pole 410n and the S pole 410s are switched to the neutral position. There is a possibility of migration. Therefore, it is preferable that the swing range is not so large. In the examples of FIGS. 17 and 18, rotation should not be more than ± 90 ° from the initial neutral position.

また、自然状態からの変位が大きくなると、それにつれてエネルギー効率が低下するという問題もある。これは、変位が大きくなると、各極が、自然状態で対向していた導線だけでなく、反対側の導線からの影響も受けるようになるためである。反対側の導線には、自然状態で対向していた導線とは逆向きの電流が流れているため、この影響は回転に対するブレーキになる。
これらの観点から、回転運動の範囲が自然状態に対して対称であると、揺動範囲を広く取りつつ、高いエネルギー効率が得られ、好ましい。
There is also a problem that the energy efficiency decreases as the displacement from the natural state increases. This is because as the displacement increases, each pole is affected not only by the conducting wires that were naturally opposed to each other, but also by the conducting wires on the opposite side. This effect acts as a brake on rotation because a current flows through the opposite wire in the opposite direction to the naturally opposed wire.
From these viewpoints, it is preferable that the range of rotational motion is symmetrical with respect to the natural state because high energy efficiency can be obtained while widening the swing range.

以上説明してきたアクチュエータ400において、永久磁石410を円柱状としていたが、永久磁石の形状はこれに限られない。円柱状であると、対称性が高いため、回転の安定性を高めることができるが、ベアリングやホルダ等を適切な形状として回転可能に保持できるのであれば、円柱状である必要はない。例えば、角柱状であってもよい。また、円柱や角柱といった場合にも、底面のサイズに比べて高さが大きい棒状だけでなく、例えば高さよりも底面の直径が大きい、円盤状の形状も取り得る。また、高さ方向の位置によって断面積が異なる、例えば中央部付近の断面積が大きい樽状の形状や、逆に端部付近の断面積が大きい形状であることも、妨げられない。 In the actuator 400 described above, the permanent magnet 410 is cylindrical, but the shape of the permanent magnet is not limited to this. Since the columnar shape has high symmetry, the stability of rotation can be improved, but it is not necessary to have a columnar shape as long as the bearing, holder, or the like can be rotatably held in an appropriate shape. For example, it may be prismatic. Further, in the case of a cylinder or a prism, not only a rod shape having a height larger than the size of the bottom surface but also a disk shape having a diameter of the bottom surface larger than the height can be taken. Further, it is not hindered that the cross-sectional area differs depending on the position in the height direction, for example, a barrel-shaped shape having a large cross-sectional area near the central portion or a shape having a large cross-sectional area near the end portion.

ここで、永久磁石を角柱状としたアクチュエータ400′の構成を、図19乃至図21に示す。図19乃至図21はそれぞれ、アクチュエータ400の構成を示す、図14乃至16と対応する斜視図又は分解斜視図である。図19乃至図21において、アクチュエータ400と同じ部分には、図14乃至図16と同じ符号を付している。
このアクチュエータ400′では、永久磁石410′は四角柱であり、回転軸に垂直な平面での断面形状が長方形である(図22参照)。また、これに対応して、永久磁石410′を嵌め込むミラーホルダ402′の薄肉部402b′及び磁石ホルダ406′の磁石保持部406a′の形状も、断面を長方形状としている。他の部分は、アクチュエータ400と同じである。ミラーホルダ402′のミラー保持部402a及び磁石ホルダ406′のベアリング接続部406bも、アクチュエータ400の場合と同じ形状である。
Here, the configuration of the actuator 400'in which the permanent magnet is a prismatic shape is shown in FIGS. 19 to 21. 19 to 21 are perspective views or exploded perspective views corresponding to FIGS. 14 to 16 showing the configuration of the actuator 400, respectively. In FIGS. 19 to 21, the same parts as the actuator 400 are designated by the same reference numerals as those in FIGS. 14 to 16.
In the actuator 400', the permanent magnet 410' is a quadrangular prism and has a rectangular cross-sectional shape on a plane perpendicular to the rotation axis (see FIG. 22). Correspondingly, the shape of the thin portion 402b'of the mirror holder 402'in which the permanent magnet 410'is fitted and the magnet holding portion 406a' of the magnet holder 406' also have a rectangular cross section. Other parts are the same as the actuator 400. The mirror holding portion 402a of the mirror holder 402'and the bearing connecting portion 406b of the magnet holder 406' also have the same shape as that of the actuator 400.

以上のように断面が長方形状の永久磁石410′でも、アクチュエータ400の永久磁石410の場合と同様、N極410n′及びS極401s′とヨーク430との間に発生する磁力により、中立位置を持つことができる。また、永久磁石410′は、駆動コイル420に流れる電流により生じる磁界により、回転する方向の力を受け、駆動コイル420に流れる電流がなくなると、中立位置に戻る点も、アクチュエータ400の場合と同様。図22に、図18と対応する例を用いて、アクチュエータ400′において永久磁石410′が受ける力を示す。 As described above, even if the permanent magnet 410'has a rectangular cross section, the neutral position is set by the magnetic force generated between the N pole 410n'and the S pole 401s' and the yoke 430, as in the case of the permanent magnet 410 of the actuator 400. Can have. Further, the permanent magnet 410'receives a force in the rotating direction due to the magnetic field generated by the current flowing through the drive coil 420, and returns to the neutral position when the current flowing through the drive coil 420 disappears, as in the case of the actuator 400. .. FIG. 22 shows the force received by the permanent magnet 410'in the actuator 400', using the example corresponding to FIG.

次に、ヨーク430の形状の変形例について説明する。
ヨーク430の形状も、図13及び図14に示したものに限られない。例えば、アクチュエータ400において、図23A乃至図23Cに示す形状も採用可能である。図23A乃至図23Cでは、永久磁石410に垂直な平面でのヨークの断面形状を、永久磁石410及び、駆動コイル420の第1部分421及び第2部分422の断面形状と合わせて模式的に示している。
なお、アクチュエータ400′においても同様な形状を採用可能であり、この場合の構成例を図24A乃至図24Cに示す。しかし、各形状のヨークの機能は、アクチュエータ400の場合と同様であるので、代表として図23A乃至図23Cを参照しつつ説明する。
Next, a modified example of the shape of the yoke 430 will be described.
The shape of the yoke 430 is also not limited to that shown in FIGS. 13 and 14. For example, in the actuator 400, the shapes shown in FIGS. 23A to 23C can also be adopted. 23A to 23C schematically show the cross-sectional shape of the yoke in a plane perpendicular to the permanent magnet 410 together with the cross-sectional shapes of the permanent magnet 410 and the first portion 421 and the second portion 422 of the drive coil 420. ing.
A similar shape can be adopted for the actuator 400', and configuration examples in this case are shown in FIGS. 24A to 24C. However, since the function of the yoke of each shape is the same as that of the actuator 400, it will be described as a representative with reference to FIGS. 23A to 23C.

図23Aに示すヨーク440は、ヨーク430と同様に一方側が空いた形状であるが、ヨーク430と異なり、第2部分432に当たる図で下側の部分が曲面状の曲面部443になっている。ヨークはこのように曲面を含む形状であってもよい。
図23Bに示すヨーク450は、断面が長方形状で、永久磁石410の全周を覆う形状である(ただし長手方向端部を覆う必要はない)。このように全周を覆ったとしても、ヨーク450に、永久磁石410の中心から近い部分(第1部分451及び第2部分452)と、遠い部分(その他の部分)とを作り、当該近い部分同士が対向する配置にすれば、永久磁石410の両磁極がそれぞれ当該近い部分を向く位置が中立位置となり、図13乃至図18を用いて説明したものと同様な永久磁石410の往復回転運動が可能である。
The yoke 440 shown in FIG. 23A has a shape in which one side is open like the yoke 430, but unlike the yoke 430, the lower portion is a curved curved surface portion 443 in the figure corresponding to the second portion 432. The yoke may have a shape including a curved surface in this way.
The yoke 450 shown in FIG. 23B has a rectangular cross section and has a shape that covers the entire circumference of the permanent magnet 410 (however, it is not necessary to cover the end portion in the longitudinal direction). Even if the entire circumference is covered in this way, a portion near the center of the permanent magnet 410 (first portion 451 and second portion 452) and a portion far from the center (other portions) are formed on the yoke 450, and the portion close to the center. If the permanent magnets 410 are arranged so as to face each other, the positions where the magnetic poles of the permanent magnets 410 face the close portions are the neutral positions, and the reciprocating rotational motion of the permanent magnets 410 similar to that described with reference to FIGS. 13 to 18 is performed. It is possible.

図23Cに示すヨーク460も、断面が楕円形状で、永久磁石410の全周を覆う形状である。このように、ヨーク460の全体が連続する曲面で構成されていても、永久磁石410の中心から近い部分(符号461,462で示す部分)と遠い部分(その他の部分)とを作り、当該近い部分同士が対向する配置にすれば、図23Bの場合と同様に、永久磁石410の往復回転運動が可能である。ただし、駆動コイル420をヨーク430に固定する工程の容易さの観点からは、ヨーク450のように平面部分に駆動コイル420を固定できる配置の方が好ましい。 The yoke 460 shown in FIG. 23C also has an elliptical cross section and has a shape that covers the entire circumference of the permanent magnet 410. In this way, even if the entire yoke 460 is composed of a continuous curved surface, a portion near the center of the permanent magnet 410 (a portion indicated by reference numerals 461 and 462) and a portion far from the center (other portions) are formed and the portions are close to each other. If the portions are arranged so as to face each other, the permanent magnet 410 can reciprocate and rotate as in the case of FIG. 23B. However, from the viewpoint of ease of the process of fixing the drive coil 420 to the yoke 430, an arrangement in which the drive coil 420 can be fixed to a flat surface portion like the yoke 450 is preferable.

なお、最低限、図17の第1部分431と第2部分432だけあれば、永久磁石410の中立位置を形成し、図13乃至図18を用いて説明したものと同様な永久磁石410の往復回転運動が可能である。第1部分431と第2部分432の幅は狭いものでも構わない。しかし、永久磁石410の周囲をなるべく広く覆った方が、閉磁路を形成して永久磁石410の磁力を効率よく回転運動に利用する観点からは好ましい。ヨーク450及びヨーク460は、この観点から、永久磁石410の全周を覆う形状としたものである。
しかし、永久磁石410の全周を覆ってしまうと、永久磁石410の磁極は、全ての方向に引き寄せられるため、中立位置に向かう復元力が弱くなってしまう。この観点からは、ヨーク430やヨーク440のように1方向を空けた構成の方が、中立位置への復元力を強くすることができ、好ましいといえる。
It should be noted that at least the first portion 431 and the second portion 432 of FIG. 17 form the neutral position of the permanent magnet 410, and the permanent magnet 410 reciprocates in the same manner as described with reference to FIGS. 13 to 18. Rotational movement is possible. The width of the first portion 431 and the second portion 432 may be narrow. However, it is preferable to cover the circumference of the permanent magnet 410 as widely as possible from the viewpoint of forming a closed magnetic path and efficiently using the magnetic force of the permanent magnet 410 for rotational motion. From this point of view, the yoke 450 and the yoke 460 have a shape that covers the entire circumference of the permanent magnet 410.
However, if the entire circumference of the permanent magnet 410 is covered, the magnetic poles of the permanent magnet 410 are attracted in all directions, so that the restoring force toward the neutral position is weakened. From this point of view, it can be said that a configuration in which one direction is open, such as the yoke 430 and the yoke 440, is preferable because the restoring force to the neutral position can be strengthened.

なお、例えば、図23Bにおいて、永久磁石410の中心からヨーク450の第1部分451までの距離と第2部分452までの距離とが異なっていても、永久磁石410の中立位置が定まるのであれば、図13乃至図18を用いて説明したものと同様な永久磁石410の往復回転運動は可能である。
また、図23Aにおいて、永久磁石410の中心からヨーク440の第1部分441及び第2部分442までの距離よりも、曲面部443までの距離の方が近かったとしても、曲面部443の反対側にヨークがないため、全体として、永久磁石410の両磁極がそれぞれ第1部分441及び第2部分442を向く方向で安定し、その位置が中立位置となることも考えられる。このように、中立位置において、永久磁石410の磁極が、ヨーク440と最も近い側を向かないケースでも、安定した中立位置があれば、図13乃至図18を用いて説明したものと同様な永久磁石410の往復回転運動は可能である。
For example, in FIG. 23B, even if the distance from the center of the permanent magnet 410 to the first portion 451 of the yoke 450 and the distance to the second portion 452 are different, if the neutral position of the permanent magnet 410 is determined. , The reciprocating rotational movement of the permanent magnet 410 similar to that described with reference to FIGS. 13 to 18 is possible.
Further, in FIG. 23A, even if the distance to the curved surface portion 443 is closer than the distance from the center of the permanent magnet 410 to the first portion 441 and the second portion 442 of the yoke 440, the opposite side of the curved surface portion 443. Since there is no yoke in the magnet, it is conceivable that both magnetic poles of the permanent magnet 410 are stable in the directions facing the first portion 441 and the second portion 442, respectively, and the positions are in the neutral position. As described above, even in the case where the magnetic pole of the permanent magnet 410 does not face the side closest to the yoke 440 in the neutral position, if there is a stable neutral position, the permanent magnet is the same as that described with reference to FIGS. 13 to 18. The reciprocating rotational movement of the magnet 410 is possible.

しかし、中立位置において、永久磁石410の中心からヨークまでの距離が、N極410n側とS極410s側とで等しく、かつ、両磁極が、永久磁石410の中心からヨークまでの距離が最も近い向きを向くようにヨーク440の形状及び配置を定めると、永久磁石410の回転運動の途中で、永久磁石410の向きと復元力の強さとの関係に大きな乱れが生じてしまうことがなく、永久磁石410の回転の安定性の観点から好ましい。 However, in the neutral position, the distance from the center of the permanent magnet 410 to the yoke is equal on the N pole 410n side and the S pole 410s side, and both magnetic poles have the shortest distance from the center of the permanent magnet 410 to the yoke. If the shape and arrangement of the yoke 440 are determined so as to face the direction, the relationship between the direction of the permanent magnet 410 and the strength of the restoring force will not be greatly disturbed during the rotational movement of the permanent magnet 410, and will be permanent. This is preferable from the viewpoint of the rotational stability of the magnet 410.

また、中立位置に関し、1つの中立位置があったときに、その位置から永久磁石410を180°回転させた、N極とS極が入れ替わった位置も、中立位置となる。しかし、それら2つ以外にも中立位置があることは、望ましくない。一の中立位置から、他の中立位置に近い位置まで永久磁石410を回転させてしまうと、永久磁石410が元の中立位置に戻らないため、中立位置が2組以上あると、往復回転運動の範囲を大きく取れないためである。例えば、ヨークの断面が正方形状であり、その中心が永久磁石410の中心と一致していると、90°毎に4つの中立位置が生じることになる。このような構成でも、±45°未満の往復回転運動であれば、図13乃至図18を用いて説明したものと同様に可能であるが、中立位置が2つのみである場合と比べ、運動可能な範囲は狭くなってしまう。 Further, regarding the neutral position, when there is one neutral position, the position where the N pole and the S pole are exchanged by rotating the permanent magnet 410 by 180 ° from that position is also the neutral position. However, it is not desirable to have a neutral position other than those two. If the permanent magnet 410 is rotated from one neutral position to a position close to the other neutral position, the permanent magnet 410 will not return to the original neutral position. Therefore, if there are two or more sets of neutral positions, the reciprocating rotary motion will occur. This is because the range cannot be taken large. For example, if the cross section of the yoke is square and its center coincides with the center of the permanent magnet 410, four neutral positions will occur every 90 °. Even with such a configuration, if the reciprocating rotary motion is less than ± 45 °, it is possible in the same manner as that described with reference to FIGS. 13 to 18, but the motion is as compared with the case where there are only two neutral positions. The possible range becomes narrower.

また、駆動コイル420に関し、第1部分421と第2部分422は、中立位置において永久磁石410の磁極からなるべく近い位置にあることが好ましい。これらの部分に流れる電流による磁界の影響を、永久磁石410に強く及ぼすためである。そうすると、第1部分421と第2部分422は、永久磁石410から見て背後にヨークがある位置に配置することになり、この配置は、駆動コイル420をヨークに強固に固定することにも資する。 Further, regarding the drive coil 420, it is preferable that the first portion 421 and the second portion 422 are located as close as possible to the magnetic poles of the permanent magnet 410 in the neutral position. This is because the influence of the magnetic field due to the current flowing through these parts is strongly exerted on the permanent magnet 410. Then, the first portion 421 and the second portion 422 are arranged at a position where the yoke is behind the permanent magnet 410, and this arrangement also contributes to firmly fixing the drive coil 420 to the yoke. ..

〔5.主走査方向の走査位置に応じたビームの点灯間隔の制御(図25乃至図30)〕
次に、出射光L2の主走査方向の走査位置に応じた、ビームの点灯間隔の制御について説明する。
ここで説明する制御は、走査部30にアクチュエータ300を用いた場合に適用する制御である。この場合、主走査方向の走査位置は、アクチュエータ300におけるミラーユニット301(特にそのうち第1ミラー301a)の向きと対応するので、ここで説明する制御は、ミラーユニット301の向きに応じた制御でもある。
[5. Control of beam lighting interval according to scanning position in main scanning direction (FIGS. 25 to 30)]
Next, control of the beam lighting interval according to the scanning position of the emitted light L2 in the main scanning direction will be described.
The control described here is a control applied when the actuator 300 is used for the scanning unit 30. In this case, since the scanning position in the main scanning direction corresponds to the orientation of the mirror unit 301 (particularly the first mirror 301a) in the actuator 300, the control described here is also a control according to the orientation of the mirror unit 301. ..

まず、アクチュエータ300によるミラーユニット301の揺動動作の特徴について、図25乃至図27を用いて説明する。
図25は、ミラーユニット301の走査角と走査角速度の絶対値との関係を示すグラフ、図26は、LDモジュール21の駆動信号の例を示す図、図27は、走査線上に形成される出射光L2によるスポットの例を示す図である。
First, the characteristics of the swinging operation of the mirror unit 301 by the actuator 300 will be described with reference to FIGS. 25 to 27.
FIG. 25 is a graph showing the relationship between the scanning angle of the mirror unit 301 and the absolute value of the scanning angular velocity, FIG. 26 is a diagram showing an example of a drive signal of the LD module 21, and FIG. 27 is an output formed on a scanning line. It is a figure which shows the example of the spot by the light emission L2.

発明者らの実験により、アクチュエータ300により揺動されるミラーユニット301の移動速度は一定ではないことがわかっている。ミラーユニット301は揺動経路の端部では停止し、他の部分では動いているので、移動速度に変動があるのは明らかだが、その速度は、図25に示すように、概ね揺動経路の端部に行くほど遅く、中央部に行くほど速くなっている。反時計回りに回転する際も時計回りに回転する際も、移動の向きが異なるのみで、同じ位置であれば速さはほぼ等しい。 Experiments by the inventors have shown that the moving speed of the mirror unit 301 swung by the actuator 300 is not constant. Since the mirror unit 301 stops at the end of the swing path and moves at other parts, it is clear that the moving speed fluctuates, but the speed is generally that of the swing path, as shown in FIG. It is slower toward the edges and faster toward the center. When rotating counterclockwise or clockwise, only the direction of movement is different, and the speeds are almost the same if they are in the same position.

そこで、図25では、揺動経路上の位置(回転角により表現し、「走査角」と呼ぶことにする)を横軸に、その位置での角速度の絶対値を縦軸に取って速度の変化を図示している。
このようにミラーユニット301の回転速度に変動があるため、図26に示すような等間隔のパルスを有する駆動信号drv1によりLDモジュール21を駆動すると、走査線71上には、図27に示すような出射光L2のスポット72が形成されることになる。すなわち、主走査方向の中央部では粗く、端部では細かく分布するスポットが形成される。このため、物体の検出分解能も、中央部では端部よりも粗くなってしまう。
Therefore, in FIG. 25, the position on the swing path (expressed by the angle of rotation and referred to as “scanning angle”) is taken on the horizontal axis, and the absolute value of the angular velocity at that position is taken on the vertical axis. The change is illustrated.
Since the rotation speed of the mirror unit 301 fluctuates in this way, when the LD module 21 is driven by the drive signal drv1 having pulses at equal intervals as shown in FIG. 26, the scanning line 71 is shown in FIG. 27. A spot 72 of the emitted light L2 is formed. That is, spots that are coarse at the center in the main scanning direction and finely distributed at the edges are formed. Therefore, the detection resolution of the object is also coarser at the central portion than at the edge portion.

物体検出装置10の用途として障害物の検出を考えた場合、視野の中央付近の重要度が最も高いと考えられるため、この状態は好ましくない。
そこで、物体検出装置10には、ミラーユニット301の走査角に応じてLDモジュール21の駆動信号のパルスの間隔を制御するための制御回路を設けている。
When considering the detection of obstacles as an application of the object detection device 10, this state is not preferable because it is considered that the vicinity of the center of the visual field is the most important.
Therefore, the object detection device 10 is provided with a control circuit for controlling the pulse interval of the drive signal of the LD module 21 according to the scanning angle of the mirror unit 301.

図28に、その制御回路の構成を示す。
図28に示す制御回路351は、周期制御部に該当し、大きく分けて、駆動コイル316の駆動制御、ミラーユニット301の回転速度の検出、及びLDモジュール21の点灯間隔の制御に関する動作を行う。
FIG. 28 shows the configuration of the control circuit.
The control circuit 351 shown in FIG. 28 corresponds to a periodic control unit, and is roughly divided into operations related to drive control of the drive coil 316, detection of the rotation speed of the mirror unit 301, and control of the lighting interval of the LD module 21.

まず、駆動コイル316の駆動制御については、制御回路351は、駆動コイル316へ印加する駆動信号353を生成する駆動信号生成回路352に対し、アクチュエータ300に実行させる走査の範囲や周期の値を設定する。駆動信号生成回路352は、その設定された値に従い、適当な周期で変動する電圧の、適当なレベルの駆動信号353を生成してアクチュエータ300の駆動コイル316に印加する。このことにより、図9等を用いて説明したように、アクチュエータ300にミラーユニット301を揺動させることができる。 First, regarding the drive control of the drive coil 316, the control circuit 351 sets the scan range and the period value to be executed by the actuator 300 with respect to the drive signal generation circuit 352 that generates the drive signal 353 applied to the drive coil 316. To do. The drive signal generation circuit 352 generates a drive signal 353 of an appropriate level having a voltage fluctuating at an appropriate cycle according to the set value and applies it to the drive coil 316 of the actuator 300. As a result, the mirror unit 301 can be swung by the actuator 300 as described with reference to FIG. 9 and the like.

次に、ミラーユニット301の回転速度の検出については、検出回路354が、アクチュエータ300のセンシングコイル317に生じる誘導電圧を検出し、ADC(アナログデジタルコンバータ)355がリアルタイムでその電圧をデジタル値に変換し、その値を差分算出部357によって補正して制御回路351に供給する。制御回路351は、その電圧値に基づき、ミラーユニット301の回転速度を算出する。センシングコイル317の巻数は、駆動コイル316と同じで、駆動コイル316と逆巻きにするとよいが、これに限られることはない。 Next, regarding the detection of the rotation speed of the mirror unit 301, the detection circuit 354 detects the induced voltage generated in the sensing coil 317 of the actuator 300, and the ADC (analog-digital converter) 355 converts the voltage into a digital value in real time. Then, the value is corrected by the difference calculation unit 357 and supplied to the control circuit 351. The control circuit 351 calculates the rotation speed of the mirror unit 301 based on the voltage value. The number of turns of the sensing coil 317 is the same as that of the drive coil 316, and may be reversed from that of the drive coil 316, but the number of turns is not limited to this.

ここで、ミラーユニット301を揺動させる際、センシングコイル317には、2種類の要因による誘導起電力が発生する。
1つめの要因は、駆動コイル316に印加される駆動信号の電圧変動によって駆動コイル316が発生する磁界の強さ及び向きが変動することによる誘導起電力である。
2つ目の要因は、永久磁石321が揺動することによって生じる磁界の強さの変動による誘導起電力である。永久磁石321が図9等を用いて説明したように揺動する場合、それによってセンシングコイル317内に生じる磁界の強さの変動速度は、概ね永久磁石321の回転角速度に比例すると考えることができる。永久磁石321の回転角速度は、すなわちミラーユニット301の回転角速度でもあるので、2つめの要因で生じる誘導起電力の強さは、ミラーユニット301の回転角速度に比例すると考えることができる。
Here, when the mirror unit 301 is swung, an induced electromotive force is generated in the sensing coil 317 due to two kinds of factors.
The first factor is the induced electromotive force due to fluctuations in the strength and direction of the magnetic field generated by the drive coil 316 due to voltage fluctuations in the drive signal applied to the drive coil 316.
The second factor is the induced electromotive force due to the fluctuation of the strength of the magnetic field caused by the swing of the permanent magnet 321. When the permanent magnet 321 swings as described with reference to FIG. 9 and the like, the fluctuation speed of the magnetic field strength generated in the sensing coil 317 can be considered to be substantially proportional to the rotation angular velocity of the permanent magnet 321. .. Since the rotational angular velocity of the permanent magnet 321 is also the rotational angular velocity of the mirror unit 301, it can be considered that the strength of the induced electromotive force generated by the second factor is proportional to the rotational angular velocity of the mirror unit 301.

相互誘導電圧パターン記憶部356及び差分算出部357は、以上のうち1つめの要因による誘導起電力分の値をADC355の出力から差し引くために設けたものである。
すなわち、相互誘導電圧パターン記憶部356は、アクチュエータ300において、永久磁石321を取り外した状態で駆動信号を駆動コイル316に印加した場合に相互誘導によりセンシングコイル317に生じる誘導電圧の電圧値の推移を、駆動信号の1周期分、駆動信号の位相と対応付けて記憶している。そして、駆動信号生成回路352は、ミラーユニット301を揺動させるために駆動信号を駆動コイル316に印加する際、相互誘導電圧パターン記憶部356に対し、駆動信号の位相を示すタイミング信号を供給する。相互誘導電圧パターン記憶部356は、このタイミング信号に基づき、現在のタイミングと対応する電圧値を、差分算出部357へ供給する。
The mutual induction voltage pattern storage unit 356 and the difference calculation unit 357 are provided to subtract the value of the induced electromotive force due to the first factor from the output of the ADC 355.
That is, the mutual induction voltage pattern storage unit 356 changes the voltage value of the induction voltage generated in the sensing coil 317 by mutual induction when the drive signal is applied to the drive coil 316 with the permanent magnet 321 removed in the actuator 300. , One cycle of the drive signal is stored in association with the phase of the drive signal. Then, when the drive signal generation circuit 352 applies the drive signal to the drive coil 316 in order to swing the mirror unit 301, the drive signal generation circuit 352 supplies a timing signal indicating the phase of the drive signal to the mutual induction voltage pattern storage unit 356. .. Based on this timing signal, the mutual induction voltage pattern storage unit 356 supplies the voltage value corresponding to the current timing to the difference calculation unit 357.

差分算出部357は、ADC355から供給される、実際にセンシングコイル317に生じている誘導電圧の値から、相互誘導電圧パターン記憶部356から供給される電圧値を、相互誘導の寄与分として減算し、その結果の差分を制御回路351へ供給する。
以上により、制御回路351へ、ミラーユニット301の回転角速度に比例した誘導電圧の値を供給することができる。制御回路351へ供給される誘導電圧の変化を、ミラーユニット301の揺動範囲の一端から他端まで半周期分の時間を横軸に取ってプロットすると、グラフ361に示すように、図25に示した回転角速度のグラフと概ね同様な形状になると考えられる。
The difference calculation unit 357 subtracts the voltage value supplied from the mutual induction voltage pattern storage unit 356 from the value of the induced voltage actually generated in the sensing coil 317 supplied from the ADC 355 as the contribution of mutual induction. , The resulting difference is supplied to the control circuit 351.
As described above, the value of the induced voltage proportional to the rotational angular velocity of the mirror unit 301 can be supplied to the control circuit 351. When the change in the induced voltage supplied to the control circuit 351 is plotted with the time for half a cycle from one end to the other end of the swing range of the mirror unit 301 on the horizontal axis, it is shown in FIG. 25 as shown in Graph 361. It is considered that the shape is almost the same as the graph of the rotational angular velocity shown.

制御回路351は、時刻tにおいて差分算出部357から供給される電圧値VR(t)に、予め求めて設定された比例定数Kを乗じて、ミラーユニット301の角速度ω(t)を、ω(t)=K×VR(t)により求める。
Kの値は、例えば、半周期分のミラーユニット301の回転角を他の手段で計測した値と、半周期分の電圧値VR(t)の積分値とを比較することにより求められる。
The control circuit 351 multiplies the voltage value VR (t) supplied from the difference calculation unit 357 at time t by the proportionality constant K obtained and set in advance to obtain the angular velocity ω (t) of the mirror unit 301. It is calculated by t) = K × VR (t).
The value of K is obtained, for example, by comparing the value obtained by measuring the rotation angle of the mirror unit 301 for half a cycle by another means with the integrated value of the voltage value VR (t) for half a cycle.

また、制御回路351は、ω(t)を用いて、主走査方向の走査線71a上で所望の分解能が得られるようにLDモジュール21を点灯させるための点灯間隔Tを求めることができる。分解能をψ度とすると、T=π・(ψ/180)/ω(t)である。
制御回路351は、LDモジュール21の点灯間隔の制御を行うため、差分算出部357からの電圧値VR(t)の供給に応じて、リアルタイムで点灯間隔Tを求め、そのTの値を示すパルス幅変調信号をパルス発生器358へ供給する。
Further, the control circuit 351 can use ω (t) to determine the lighting interval T for lighting the LD module 21 so that a desired resolution can be obtained on the scanning line 71a in the main scanning direction. Assuming that the resolution is ψ degree, T = π · (ψ / 180) / ω (t).
In order to control the lighting interval of the LD module 21, the control circuit 351 obtains the lighting interval T in real time according to the supply of the voltage value VR (t) from the difference calculation unit 357, and a pulse indicating the value of T. The width modulation signal is supplied to the pulse generator 358.

パルス発生器358は、そのパルス幅変調信号に従ってパルス幅変調を行い、間隔Tのパルスを有するタイミング信号を生成してレーザ駆動回路22に供給する。レーザ駆動回路22は、パルス発生器358から供給されるタイミング信号に含まれるパルスのタイミングでLDモジュール21を点灯させる駆動信号を生成して、LDモジュール21へ供給する。 The pulse generator 358 performs pulse width modulation according to the pulse width modulation signal, generates a timing signal having a pulse of interval T, and supplies the timing signal to the laser drive circuit 22. The laser drive circuit 22 generates a drive signal for lighting the LD module 21 at the timing of the pulse included in the timing signal supplied from the pulse generator 358, and supplies the drive signal to the LD module 21.

制御回路351がパルス発生器358へ供給するパルス間隔を、グラフ361と同様に時間を横軸に取ってミラーユニット301の揺動範囲の一端から他端までの期間について示すと、グラフ362のようになる。すなわち、制御回路351は、センシングコイル317に発生する誘導電圧に応じて、ミラーユニット301が揺動経路の中央付近にあってその誘導電圧が高いレベル(第1レベル)である場合に、ミラーユニット301が揺動経路の端部付近にあってその誘導電圧が低いレベル(第2レベル)である場合に比べて、LDモジュール21の点滅周期を短くするような制御を行っていることになる。 Graph 362 shows the pulse interval supplied by the control circuit 351 to the pulse generator 358 from one end to the other end of the swing range of the mirror unit 301 with the time on the horizontal axis as in graph 361. become. That is, the control circuit 351 is a mirror unit when the mirror unit 301 is near the center of the swing path and the induced voltage is at a high level (first level) according to the induced voltage generated in the sensing coil 317. The control is performed so as to shorten the blinking cycle of the LD module 21 as compared with the case where 301 is near the end of the swing path and its induced voltage is at a low level (second level).

その結果、レーザ駆動回路22が生成するLDモジュール21の駆動信号は、図29に示すdrv2のように、ミラーユニット301の移動速度に応じて異なるパルス間隔のものになる。そして、このように点灯制御されたレーザビームL1をミラーユニット301で偏向して得られるビームスポット72は、図30に示すように、主走査方向の走査線71a上に、その全長に亘って概ね等間隔で配列されることになる。そして、このことにより、物体検出装置10は、物体の検出を、その視野70内において概ね均等な分解能で行うことができる。
副走査方向については、主走査方向の1ライン分の走査を行う間ミラー381を静止させているため、上述のような問題は起こらず、点灯間隔の調整は不要である。
As a result, the drive signal of the LD module 21 generated by the laser drive circuit 22 has a different pulse interval depending on the moving speed of the mirror unit 301, as shown in drv2 shown in FIG. Then, as shown in FIG. 30, the beam spot 72 obtained by deflecting the laser beam L1 whose lighting is controlled by the mirror unit 301 is approximately over the entire length of the scanning line 71a in the main scanning direction. It will be arranged at equal intervals. As a result, the object detection device 10 can detect the object within the field of view 70 with substantially uniform resolution.
As for the sub-scanning direction, since the mirror 381 is stationary while scanning one line in the main scanning direction, the above-mentioned problems do not occur and the lighting interval does not need to be adjusted.

なお、上述した制御回路351は、プロセッサ53の一部として設けても、プロセッサ53と別に設けてもよい。また、制御回路351の機能は、専用のハードウエアによって実現しても、汎用のプロセッサにソフトウエアを実行させることにより実現しても、それらの組み合わせでもよい。
また、図28では、センシングコイル317に生じる誘導電圧の電圧値に基づき制御を行う例について説明したが、誘導電流の電流値を用いても、同様な制御が可能である。
The control circuit 351 described above may be provided as a part of the processor 53 or may be provided separately from the processor 53. Further, the function of the control circuit 351 may be realized by dedicated hardware, by causing a general-purpose processor to execute software, or a combination thereof.
Further, in FIG. 28, an example in which control is performed based on the voltage value of the induced voltage generated in the sensing coil 317 has been described, but the same control can be performed by using the current value of the induced current.

〔6.主走査方向の走査位置に応じたビームの点灯間隔の制御の別例(図31及び図32)〕
次に、出射光L2の主走査方向の走査位置に応じた、ビームの点灯間隔の制御の別の例について説明する。
ここで説明する制御は、走査部30にアクチュエータ400を用いた場合に適用する制御である。アクチュエータ400′を用いた場合にも同様な制御を適用可能である。この制御は、基本的な考え方は図25乃至図30を用いて説明した制御と同じであり、ミラー401の走査位置あるいは角度を検出する方法が主に異なるので、この点を中心に説明する。
[6. Another example of controlling the lighting interval of the beam according to the scanning position in the main scanning direction (FIGS. 31 and 32)]
Next, another example of controlling the lighting interval of the beam according to the scanning position of the emitted light L2 in the main scanning direction will be described.
The control described here is a control applied when the actuator 400 is used for the scanning unit 30. Similar control can be applied when the actuator 400'is used. The basic concept of this control is the same as the control described with reference to FIGS. 25 to 30, and the method of detecting the scanning position or angle of the mirror 401 is mainly different. Therefore, this control will be mainly described.

図31は、ビームの点灯間隔の制御を行う場合の、アクチュエータ400の変形例であるアクチュエータ400″の構成を示す、図14と対応する斜視図である。
アクチュエータ400″においては、ミラー401″の先端側(永久磁石410と反対側)端部の中央付近に切り欠き部を設け、ここに検知用磁石481を固定している。検知用磁石481は、ミラー401″の回転軸404がその中心を通るように配置している。
FIG. 31 is a perspective view corresponding to FIG. 14 showing the configuration of the actuator 400 ″, which is a modification of the actuator 400 when controlling the lighting interval of the beam.
In the actuator 400 ", a notch is provided near the center of the tip end side (opposite side of the permanent magnet 410) of the mirror 401", and the detection magnet 481 is fixed there. The detection magnet 481 is arranged so that the rotation axis 404 of the mirror 401 ″ passes through the center thereof.

また、アクチュエータ400″は、検知用磁石481と対向する位置に、磁気センサ482を備える。磁気センサ482は、周囲の磁界の方向により抵抗値が変化する磁気抵抗素子を備え、周囲の磁界の方向に応じた電流又は電圧の信号を出力する磁気抵抗センサ(MRセンサ)である。この磁気センサ482を検知用磁石481の近くに配置することにより、検知用磁石481が発生させる磁界の向き、すなわち検知用磁石481の向きに応じた電流又は電圧の信号を出力することができる。 Further, the actuator 400 ″ includes a magnetic sensor 482 at a position facing the detection magnet 481. The magnetic sensor 482 includes a magnetic resistance element whose resistance value changes depending on the direction of the surrounding magnetic field, and the direction of the surrounding magnetic field. It is a magnetic resistance sensor (MR sensor) that outputs a current or voltage signal according to the above. By arranging this magnetic sensor 482 near the detection magnet 481, the direction of the magnetic field generated by the detection magnet 481, that is, It is possible to output a current or voltage signal according to the orientation of the detection magnet 481.

磁気抵抗素子(MR素子)としては、異方性磁気抵抗素子(AMR素子)、巨大磁気抵抗素子(GMR素子)、トンネル磁気抵抗素子(TMR素子)など、種々のものを用いることができる。これらのMR素子は、磁界の強さに依存せずに磁界の向きを高精度に検出でき、ミラー401″の回転速度の検出に適している。この磁気センサ482は、ホルダ等を用いてアクチュエータ400″に固定してもよいが、アクチュエータ400″との間で位置決めして走査部30の構造体に固定したり、物体検出装置10の構造体に固定したりすることも考えられる。 As the magnetoresistive element (MR element), various elements such as an anisotropic magnetoresistive element (AMR element), a giant magnetoresistive element (GMR element), and a tunnel magnetoresistive element (TMR element) can be used. These MR elements can detect the direction of the magnetic field with high accuracy without depending on the strength of the magnetic field, and are suitable for detecting the rotation speed of the mirror 401 ″. This magnetic sensor 482 is an actuator using a holder or the like. It may be fixed to 400 ", but it is also conceivable to position it with the actuator 400" and fix it to the structure of the scanning unit 30, or to fix it to the structure of the object detection device 10.

図32は、ビームの点灯間隔の制御を行う制御回路の構成を示す図である。図28と共通する部分には同じ符号を用いた。
図32に示す制御回路471は、周期制御部に該当し、大きく分けて、駆動コイル420の駆動制御、ミラー401″の回転速度の検出、及びLDモジュール21の点灯間隔の制御に関する動作を行う。
FIG. 32 is a diagram showing a configuration of a control circuit that controls the lighting interval of the beam. The same reference numerals were used for the parts common to FIG. 28.
The control circuit 471 shown in FIG. 32 corresponds to a periodic control unit, and is roughly divided into operations related to drive control of the drive coil 420, detection of the rotation speed of the mirror 401 ″, and control of the lighting interval of the LD module 21.

まず、駆動コイル420の駆動制御については、制御回路471は、駆動コイル420へ印加する駆動信号473を生成する駆動信号生成回路472に対し、アクチュエータ400″に実行させる走査の範囲や周期の値を設定する。駆動信号生成回路472は、その設定された値に従い、適当な周期で変動する電圧の、適当なレベルの駆動信号473を生成してアクチュエータ400″の駆動コイル420に印加する。このことにより、図17及び図18等を用いて説明したように、永久磁石410を回転させ、アクチュエータ400″にミラー401″を揺動させることができる。このとき、検知用磁石481もミラー401″と共に揺動する。 First, regarding the drive control of the drive coil 420, the control circuit 471 sets the scan range and period values to be executed by the actuator 400 ″ to the drive signal generation circuit 472 that generates the drive signal 473 to be applied to the drive coil 420. The drive signal generation circuit 472 generates a drive signal 473 of an appropriate level having a voltage fluctuating at an appropriate cycle according to the set value and applies it to the drive coil 420 of the actuator 400 ″. As a result, as described with reference to FIGS. 17 and 18, the permanent magnet 410 can be rotated and the mirror 401 ″ can be swung by the actuator 400 ″. At this time, the detection magnet 481 also swings together with the mirror 401 ″.

次に、ミラー401″の回転速度の検出については、磁気センサ482が検知用磁石481の向きをリアルタイムで検出し、その向きに応じた電流又は電圧の信号を出力する。ADC(アナログデジタルコンバータ)483は、磁気センサ482が出力する信号をリアルタイムでデジタル値に変換し、走査速度演算回路484に供給する。走査速度演算回路484は、予め格納しておいた、磁気センサ482の信号レベルと検知用磁石481との角度との対応関係に基づき、ADC483から供給される信号を検知用磁石481の角度に換算した上で、その時間変化から、検知用磁石481の回転角速度、すなわちミラー401″の回転角速度(走査速度)を求め、制御回路471へ供給する。
制御回路471へ供給される走査速度の変化を、ミラー401″の揺動範囲の一端から他端まで半周期分の時間を横軸に取ってプロットすると、グラフ491に示すように、図25に示した回転角速度のグラフと概ね同様な形状になると考えられる。
Next, regarding the detection of the rotation speed of the mirror 401 ″, the magnetic sensor 482 detects the direction of the detection magnet 481 in real time and outputs a current or voltage signal according to the direction. ADC (Analog Digital Converter) The 483 converts the signal output by the magnetic sensor 482 into a digital value in real time and supplies it to the scanning speed calculation circuit 484. The scanning speed calculation circuit 484 detects the signal level of the magnetic sensor 482 stored in advance. Based on the correspondence with the angle with the magnet 481, the signal supplied from the ADC 483 is converted into the angle of the detection magnet 481, and from the time change, the rotational speed of the detection magnet 481, that is, the mirror 401 ″ The rotation angle speed (scanning speed) is obtained and supplied to the control circuit 471.
When the change in scanning speed supplied to the control circuit 471 is plotted with the time for half a cycle from one end to the other end of the swing range of the mirror 401 ″ on the horizontal axis, FIG. 25 shows, as shown in Graph 491. It is considered that the shape is almost the same as the graph of the rotational angular velocity shown.

制御回路471は、ADC483から供給される各時刻tのミラー401″の角速度ω(t)を用いて、主走査方向の走査線71a上で所望の分解能が得られるようにLDモジュール21を点灯させるための点灯間隔Tを求める。分解能をψ度とすると、T=π・(ψ/180)/ω(t)である。例えばψ=0.1とすることが考えられる。
制御回路471は、LDモジュール21の点灯間隔の制御を行うため、ADC483からの角速度ω(t)の供給に応じて、リアルタイムで点灯間隔Tを求め、そのTの値を示すパルス幅変調信号をパルス発生器358へ供給する。
The control circuit 471 uses the angular velocity ω (t) of the mirror 401 ″ at each time t supplied from the ADC 483 to light the LD module 21 so that a desired resolution can be obtained on the scanning line 71a in the main scanning direction. If the resolution is ψ degrees, then T = π · (ψ / 180) / ω (t). For example, ψ = 0.1 can be considered.
In order to control the lighting interval of the LD module 21, the control circuit 471 obtains the lighting interval T in real time according to the supply of the angular velocity ω (t) from the ADC 483, and obtains a pulse width modulation signal indicating the value of the T. It is supplied to the pulse generator 358.

パルス発生器358の機能は、図28の場合と同じである。また、制御回路471がパルス発生器358へ供給するパルス間隔も、図28の場合と同様、グラフ362のようになる。これは、アクチュエータ400″も、アクチュエータ300と同様、中立位置への復元力を有する系を用いてミラーを往復回転運動させていることから、走査位置と走査速度との関係がアクチュエータ300の場合と似ているためである。
従って、図31及び図32の構成によっても、図28の場合と同様、ビームスポット72を、主走査方向の走査線71a上に、その全長に亘って概ね等間隔で配列することができる。
The function of the pulse generator 358 is the same as in the case of FIG. 28. Further, the pulse interval supplied by the control circuit 471 to the pulse generator 358 is also as shown in Graph 362, as in the case of FIG. 28. This is because the actuator 400 ″ also reciprocates and rotates the mirror using a system having a restoring force to the neutral position like the actuator 300, so that the relationship between the scanning position and the scanning speed is the same as that of the actuator 300. Because they are similar.
Therefore, according to the configurations of FIGS. 31 and 32, the beam spots 72 can be arranged on the scanning line 71a in the main scanning direction at substantially equal intervals over the entire length thereof, as in the case of FIG. 28.

なお、磁気センサ482としては、センシングコイルやホール素子を用いることもできる。また、検出用磁石481を、ミラー401″の端部中央付近に設けることも必須ではなく、磁気センサ482で磁力の変化を検出可能な位置であれば、任意の位置に設けることができる。ただし、検出精度を高めるためには、磁石410側でないことが好ましい。
また、磁気センサ482に代えて、ミラー401″あるいはミラー401″上に設けたマーカの位置を光学的に検出することにより、ミラー401″の角度を検出することも考えられる。この場合、検出用磁石481は不要である。
As the magnetic sensor 482, a sensing coil or a Hall element can also be used. Further, it is not essential to provide the detection magnet 481 near the center of the end of the mirror 401 ", and it can be provided at any position as long as the change in magnetic force can be detected by the magnetic sensor 482. In order to improve the detection accuracy, it is preferable that the magnet 410 side is not used.
Further, instead of the magnetic sensor 482, it is also conceivable to detect the angle of the mirror 401 ″ by optically detecting the position of the marker provided on the mirror 401 ″ or the mirror 401 ″. In this case, for detection. The magnet 481 is unnecessary.

〔7.その他の変形例〕
以上で実施形態の説明を終了するが、この発明において、装置の具体的な構成、具体的な動作の手順、部品の具体的な形状等は、実施形態で説明したものに限るものではない。
また、以上の各項目において説明した特徴は、それぞれ独立して装置やシステムに適用し得るものである。特に、アクチュエータ300、アクチュエータ400、可動子320等は、単独で部品としても流通し得るものである。また、その用途も、物体検出装置に限られない。
また、上述した物体検出装置10は、人の手のひらに載る程度のサイズで構成可能であり、自動車やドローンなどの移動体に搭載して、自動運転のための障害物検出装置として用いるために好適なものであるが、その利用目的はこれに限られない。柱や壁等に固定して、定点観測に用いることもできる。
[7. Other variants]
Although the description of the embodiment is completed above, in the present invention, the specific configuration of the device, the specific operation procedure, the specific shape of the component, and the like are not limited to those described in the embodiment.
Further, the features described in the above items can be independently applied to the device or system. In particular, the actuator 300, the actuator 400, the mover 320 and the like can be distributed as individual parts. Moreover, the application is not limited to the object detection device.
Further, the above-mentioned object detection device 10 can be configured to have a size that fits in the palm of a person, and is suitable for being mounted on a moving body such as an automobile or a drone and used as an obstacle detection device for automatic driving. However, its purpose of use is not limited to this. It can also be fixed to a pillar or wall and used for fixed point observation.

また、この発明のプログラムの実施形態は、1のコンピュータに、あるいは複数のコンピュータを協働させて、所要のハードウエアを制御させ、上述した実施形態における物体検出装置10における、LDモジュール21の発光タイミング調整機能を含む機能を実現させ、あるいは上述した実施形態にて説明した処理を実行させるためのプログラムである。 Further, in the embodiment of the program of the present invention, one computer or a plurality of computers are made to cooperate to control the required hardware, and the light emission of the LD module 21 in the object detection device 10 in the above-described embodiment. It is a program for realizing a function including a timing adjustment function or executing the process described in the above-described embodiment.

このようなプログラムは、はじめからコンピュータに備えるROMや他の不揮発性記憶媒体(フラッシュメモリ,EEPROM等)などに格納しておいてもよい。メモリカード、CD、DVD、ブルーレイディスク等の任意の不揮発性記録媒体に記録して提供することもできる。さらに、ネットワークに接続された外部装置からダウンロードし、コンピュータにインストールして実行させることも可能である。 Such a program may be stored in a ROM provided in the computer or another non-volatile storage medium (flash memory, EEPROM, etc.) from the beginning. It can also be recorded and provided on any non-volatile recording medium such as a memory card, a CD, a DVD, or a Blu-ray disc. Furthermore, it is also possible to download it from an external device connected to the network, install it on a computer, and execute it.

また、以上説明してきた実施形態及び変形例の構成が、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて実施可能であり、また、一部のみを取り出して実施することができることは、勿論である。 Further, it goes without saying that the configurations of the embodiments and the modifications described above can be arbitrarily combined and implemented as long as they do not contradict each other, and only a part of them can be taken out and implemented.

10…物体検出装置、20…投光部、21…LDモジュール、22…レーザ駆動回路、23…投光光学系、30…走査部、31…ミラー、32…アクチュエータ、40…受光部、41,48…ミラー、42…集光レンズ、43…受光素子、44…アパーチャー、51…フロントエンド回路、52…TDC、53…プロセッサ、54…入出力部、61…トップカバー、62…リアカバー、63…カバークリップ、64…保護材、70…視野、71…走査線、72…スポット、300,380,400,400′,400″…アクチュエータ、301…ミラーユニット、301a…第1ミラー、301b…第2ミラー、301a1…第1反射面、301b1…第2反射面、302…ねじりばね、304,384,404…回転軸、311…コアヨーク、312…枠ヨーク、313…コイルアッセンブリ、314…トップヨーク、315…ねじ、316…駆動コイル、317…センシングコイル、320…可動子、321…永久磁石、321s…S極、321n…N極、381,401,401″…ミラー、382…軸、383…ホルダ、402,402′…ミラーホルダ、403,405…ベアリング、406,406′…磁石ホルダ、410,410′…永久磁石、410s…S極、410n…N極、420…駆動コイル、421,422…駆動コイルの第1,第2部分、423,424…駆動コイルの第1,第2接続部、430,440,450,460…ヨーク、431〜433…ヨーク430の第1〜第3部分、441〜442…ヨーク440の第1〜第2部分、451〜452…ヨーク450の第1〜第2部分、481…検知用磁石、482…磁気センサ、L1…レーザビーム、L2…出射光、L3,L4…戻り光 10 ... object detection device, 20 ... light projecting unit, 21 ... LD module, 22 ... laser drive circuit, 23 ... light projecting optical system, 30 ... scanning unit, 31 ... mirror, 32 ... actuator, 40 ... light receiving unit, 41, 48 ... Mirror, 42 ... Condensing lens, 43 ... Light receiving element, 44 ... Aperture, 51 ... Front end circuit, 52 ... TDC, 53 ... Processor, 54 ... Input / output unit, 61 ... Top cover, 62 ... Rear cover, 63 ... Cover clip, 64 ... protective material, 70 ... field of view, 71 ... scanning line, 72 ... spot, 300, 380, 400, 400', 400 "... actuator, 301 ... mirror unit, 301a ... first mirror, 301b ... second Mirror, 301a1 ... 1st reflecting surface, 301b1 ... 2nd reflecting surface, 302 ... Twisting spring, 304,384,404 ... Rotating shaft, 311 ... Core yoke, 312 ... Frame yoke, 313 ... Coil assembly, 314 ... Top yoke, 315 ... Screw, 316 ... Drive coil, 317 ... Sensing coil, 320 ... Movable, 321 ... Permanent magnet, 321s ... S pole, 321n ... N pole, 381, 401, 401 "... Mirror, 382 ... Axis, 383 ... Holder, 402,402'... Mirror holder, 403,405 ... Bearing, 406,406' ... Magnet holder, 410,410' ... Permanent magnet, 410s ... S pole, 410n ... N pole, 420 ... Drive coil, 421,422 ... Drive 1st and 2nd parts of the coil, 423,424 ... 1st and 2nd connection parts of the drive coil, 430, 440, 450, 460 ... Yoke, 431-433 ... 1st to 3rd parts of the yoke 430, 441 442 ... First and second parts of yoke 440, 451-452 ... First and second parts of yoke 450, 481 ... Detection magnet, 482 ... Magnetic sensor, L1 ... Laser beam, L2 ... Emission light, L3, L4 … Return light

また、この発明の別のアクチュエータは、柱状の磁石であって、S極とN極が中心軸を挟んで対向する磁石と、上記磁石を上記中心軸を中心に回転可能に支持する支持部と、上記磁石の近傍に配置された駆動コイルであって、上記中心軸に平行な導線の束を含む第1部分と、上記中心軸に平行な導線の束を含み通電時に上記第1部分と逆向きに電流が流れる第2部分とが、上記磁石を挟んで向かい合う位置に配置されている駆動コイルと、上記コイルの外側に上記中心軸に沿って配置されたヨークであって、上記中心軸に垂直な平面上における上記中心軸から上記ヨークまでの距離が、上記中心軸からの方向によって異なるヨークと、上記駆動コイルに周期的に電圧又は電流が変化する駆動信号を印加する駆動部とを備え、上記磁石が、上記駆動信号の印加に応じて往復回転運動するものである。 Further, another actuator of the present invention is a columnar magnet, which includes a magnet in which an S pole and an N pole face each other with a central axis in between, and a support portion that rotatably supports the magnet around the central axis. , A drive coil arranged in the vicinity of the magnet, including a first portion containing a bundle of conductors parallel to the central axis and a bundle of conductors parallel to the central axis, which is opposite to the first portion when energized. The second portion through which the current flows in the direction is a drive coil arranged at a position facing each other across the magnet and a yoke arranged outside the coil along the central axis, and is located on the central axis. A yoke in which the distance from the central axis to the yoke on a vertical plane differs depending on the direction from the central axis, and a drive unit for applying a drive signal whose voltage or current changes periodically to the drive coil are provided. , The magnet reciprocates and rotates in response to the application of the drive signal .

さらに、上記駆動コイルは、導線が、上記第1部分の一端部から上記磁石の上記中心軸の周りを上記磁石の表面に沿って回り込むようにして上記第2部分の一端部に繋がり、上記第2部分の他端部から、上記磁石の上記中心軸の周りを上記磁石の表面に沿って回り込むようにして上記第1部分の他端部に繋がるように形成されているとよい。
さらに、上記磁石が、上記駆動信号の印加に応じて、上記駆動信号を印加していない状態での位置を中心とした範囲で上記往復回転運動するとよい。
さらに、上記磁石の長手方向端部に固定されたミラーを備え、上記ミラーが、上記駆動信号の印加に応じて、上記駆動信号を印加していない状態での位置を中心とした範囲で往復回転運動するとよい。
Further, the drive coil is connected to the one end portion of the second portion so that the lead wire wraps around the central axis of the magnet from one end portion of the first portion along the surface of the magnet. It is preferable that the magnet is formed so as to be connected to the other end of the first portion from the other end of the two portions so as to wrap around the central axis of the magnet along the surface of the magnet.
Furthermore, the magnets, depending on the application of the drive signal, whereupon good the reciprocating rotational motion in a range around the position in a state that does not apply the above driving signal.
Further, a mirror fixed to the longitudinal end of the magnet is provided, and the mirror reciprocates in a range centered on the position in a state where the drive signal is not applied in response to the application of the drive signal. Exercise is good.

Claims (22)

支持部材に固定されたねじりばねと、
前記ねじりばねに固定され、前記ねじりばねの回転軸を跨いだ一方側にN極が、他方側にS極が位置する永久磁石と、
前記永久磁石の前記ねじりばねと反対側に配置された駆動コイルと、
前記駆動コイルに周期的に電圧又は電流が変化する駆動信号を印加する駆動部と、
前記ねじりばねに固定され、前記磁石と反対側に配置されたミラーユニットであって、前記ねじりばねの中央付近に位置する第1反射面と、前記第1反射面の周囲に位置し前記第1反射面と平行な第2反射面とを備えるミラーユニットとを備え、
前記第1反射面を含む平面よりも前記第2反射面を含む平面の方が前記ねじりばねの回転軸に近い位置にあり、
前記ミラーユニットが、前記駆動信号の印加に応じて往復運動をすることを特徴とするアクチュエータ。
A torsion spring fixed to the support member,
A permanent magnet fixed to the torsion spring and having an N pole on one side and an S pole on the other side across the rotation axis of the torsion spring.
A drive coil arranged on the opposite side of the permanent magnet to the torsion spring,
A drive unit that applies a drive signal whose voltage or current changes periodically to the drive coil, and
A mirror unit fixed to the torsion spring and arranged on the opposite side of the magnet, the first reflecting surface located near the center of the torsion spring and the first reflecting surface located around the first reflecting surface. A mirror unit having a second reflecting surface parallel to the reflecting surface is provided.
The plane including the second reflecting surface is closer to the rotation axis of the torsion spring than the plane including the first reflecting surface.
An actuator characterized in that the mirror unit reciprocates in response to the application of the drive signal.
請求項1に記載のアクチュエータであって、
前記ミラーユニットの重心が、ほぼ前記ねじりばねの回転軸上にあることを特徴とするアクチュエータ。
The actuator according to claim 1.
An actuator characterized in that the center of gravity of the mirror unit is substantially on the rotation axis of the torsion spring.
請求項1又は2に記載のアクチュエータであって、
前記ミラーユニットが、前記第1反射面を備える第1ミラーと、前記第2反射面を備える第2ミラーとを備えることを特徴とするアクチュエータ。
The actuator according to claim 1 or 2.
An actuator characterized in that the mirror unit includes a first mirror including the first reflecting surface and a second mirror including the second reflecting surface.
請求項3に記載のアクチュエータであって、
前記第2ミラーの重心は、前記第1ミラーの重心よりも、前記ねじりばねの回転軸に近い位置にあることを特徴とするアクチュエータ。
The actuator according to claim 3.
An actuator characterized in that the center of gravity of the second mirror is located closer to the rotation axis of the torsion spring than the center of gravity of the first mirror.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のアクチュエータであって、
前記ねじりばねと前記ミラーユニットと前記永久磁石とを含む可動子の重心が、ほぼ前記ねじりばねの回転軸上にあることを特徴とするアクチュエータ。
The actuator according to any one of claims 1 to 4.
An actuator characterized in that the center of gravity of a mover including the torsion spring, the mirror unit, and the permanent magnet is substantially on the rotation axis of the torsion spring.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のアクチュエータを備え、
光ビームを、前記ミラーユニットの第1反射面で反射した後で投光することを特徴とする光走査装置。
The actuator according to any one of claims 1 to 5 is provided.
An optical scanning device characterized in that a light beam is reflected by a first reflecting surface of the mirror unit and then projected.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のアクチュエータと、
レーザビームを出力するレーザ光源と、
受光素子と、
前記レーザビームを、前記ミラーユニットの前記第1反射面で反射した後で外部へ投光すると共に、該投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、前記受光素子へ導く光学系と、
前記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備えることを特徴とする物体検出装置。
The actuator according to any one of claims 1 to 5.
A laser light source that outputs a laser beam and
With the light receiving element
The laser beam is reflected by the first reflecting surface of the mirror unit and then projected to the outside, and incident light incident from the outside is guided to the light receiving element on the same optical axis as the projected light. The guiding optical system and
Object detection that detects the distance of the laser beam to an object on the optical path and the direction of the object based on the light projection timing and projection direction of the laser beam and the timing of the light detection signal output by the light receiving element. An object detection device including a unit.
請求項7に記載の物体検出装置であって、
前記ミラーユニットの回転速度を検出する検出部と、
前記検出部が検出した回転速度に応じて、前記レーザ光源の点滅周期を制御する周期制御部とを備えることを特徴とする物体検出装置。
The object detection device according to claim 7.
A detection unit that detects the rotation speed of the mirror unit and
An object detection device including a cycle control unit that controls a blinking cycle of the laser light source according to a rotation speed detected by the detection unit.
柱状の磁石であって、S極とN極が中心軸を挟んで対向する磁石と、
前記磁石を前記中心軸を中心に回転可能に支持する支持部と、
前記磁石の近傍に配置された駆動コイルであって、前記中心軸に平行な導線の束を含む第1部分と、前記中心軸に平行な導線の束を含み通電時に前記第1部分と逆向きに電流が流れる第2部分とが、前記磁石を挟んで向かい合う位置に配置されている駆動コイルと、
前記駆動コイルの外側に前記中心軸に沿って配置されたヨークであって、前記中心軸に垂直な平面上における前記中心軸から前記ヨークまでの距離が、前記中心軸からの方向によって異なるヨークと、
前記駆動コイルに周期的に電圧又は電流が変化する駆動信号を印加する駆動部とを備えることを特徴とするアクチュエータ。
A columnar magnet with S and N poles facing each other across the central axis.
A support portion that rotatably supports the magnet around the central axis,
A drive coil arranged in the vicinity of the magnet, the first portion including a bundle of conductors parallel to the central axis and the first portion including a bundle of conductors parallel to the central axis and facing in the opposite direction to the first portion when energized. The second part through which the current flows is the drive coil arranged at a position facing each other across the magnet.
A yoke arranged on the outside of the drive coil along the central axis, wherein the distance from the central axis to the yoke on a plane perpendicular to the central axis differs depending on the direction from the central axis. ,
An actuator comprising a drive unit for applying a drive signal whose voltage or current changes periodically to the drive coil.
請求項9に記載のアクチュエータであって、
前記磁石が円柱状であることを特徴とするアクチュエータ。
The actuator according to claim 9.
An actuator characterized in that the magnet is cylindrical.
請求項10に記載のアクチュエータであって、
前記磁石が角柱状であることを特徴とするアクチュエータ。
The actuator according to claim 10.
An actuator characterized in that the magnet is prismatic.
請求項9乃至11のいずれか一項に記載のアクチュエータであって、
前記駆動コイルに電圧が印加されていない場合に、前記磁石は特定の向きである中立位置に向かって移動し、
前記駆動コイルの前記第1部分及び前記第2部分はそれぞれ、前記中立位置にある前記磁石の各磁極と対向する位置にあることを特徴とするアクチュエータ。
The actuator according to any one of claims 9 to 11.
When no voltage is applied to the drive coil, the magnet moves towards a neutral position in a particular orientation.
An actuator characterized in that the first portion and the second portion of the drive coil are located at positions facing each magnetic pole of the magnet at the neutral position, respectively.
請求項9乃至12のいずれか一項に記載のアクチュエータであって、
前記駆動コイルに電圧が印加されていない場合に、前記磁石は特定の向きである中立位置に向かって移動し、
前記磁石の前記中立位置におけるN極側とS極側とで、前記中心軸から前記ヨークまでの距離が等しく、かつ、前記中立位置において、前記磁石のN極及びS極が、前記中心軸から前記ヨークまでの距離が最も近い方向を向くことを特徴とするアクチュエータ。
The actuator according to any one of claims 9 to 12.
When no voltage is applied to the drive coil, the magnet moves towards a neutral position in a particular orientation.
The distance from the central axis to the yoke is equal between the north pole side and the south pole side of the magnet in the neutral position, and the north pole and the south pole of the magnet are from the central axis in the neutral position. An actuator characterized in that the distance to the yoke faces the closest direction.
請求項9乃至13のいずれか一項に記載のアクチュエータであって、
前記駆動コイルは、導線が、前記第1部分の一端部から前記磁石の前記中心軸の周りを前記磁石の表面に沿って回り込むようにして前記第2部分の一端部に繋がり、前記第2部分の他端部から、前記磁石の前記中心軸の周りを前記磁石の表面に沿って回り込むようにして前記第1部分の他端部に繋がるように形成されていることを特徴とするアクチュエータ。
The actuator according to any one of claims 9 to 13.
The drive coil is connected to one end of the second portion so that a lead wire wraps around the central axis of the magnet from one end of the first portion along the surface of the magnet, and the second portion. The actuator is formed so as to be connected to the other end portion of the first portion so as to wrap around the central axis of the magnet along the surface of the magnet from the other end portion of the magnet.
請求項9乃至14のいずれか一項に記載のアクチュエータであって、
前記磁石が、前記駆動信号の印加に応じて、前記駆動信号を印加していない状態での位置を中心とした範囲で往復回転運動することを特徴とするアクチュエータ。
The actuator according to any one of claims 9 to 14.
An actuator characterized in that the magnet reciprocates and rotates in a range centered on a position in a state where the drive signal is not applied in response to the application of the drive signal.
請求項9乃至15のいずれか一項に記載のアクチュエータであって、
前記磁石の長手方向端部に固定されたミラーを備え、
前記ミラーが、前記駆動信号の印加に応じて、前記駆動信号を印加していない状態での位置を中心とした範囲で往復回転運動することを特徴とするアクチュエータ。
The actuator according to any one of claims 9 to 15.
A mirror fixed to the longitudinal end of the magnet
An actuator characterized in that the mirror reciprocates and rotates in a range centered on a position in a state where the drive signal is not applied in response to the application of the drive signal.
請求項16に記載のアクチュエータであって、
前記ミラーの、前記磁石側以外の端部に、第2磁石を設けたことを特徴とするアクチュエータ。
The actuator according to claim 16.
An actuator characterized in that a second magnet is provided at an end of the mirror other than the magnet side.
請求項16又は17に記載のアクチュエータを備え、
光ビームを、前記ミラーで反射した後で投光することを特徴とする光走査装置。
The actuator according to claim 16 or 17 is provided.
An optical scanning device characterized in that a light beam is reflected by the mirror and then projected.
請求項16又は17に記載のアクチュエータと、
レーザビームを出力するレーザ光源と、
受光素子と、
前記レーザビームを、前記ミラーで反射した後で外部へ投光すると共に、外部から入射する入射光を導光し、前記受光素子へ導く光学系と、
前記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備えることを特徴とする物体検出装置。
The actuator according to claim 16 or 17,
A laser light source that outputs a laser beam and
With the light receiving element
An optical system that projects the laser beam to the outside after being reflected by the mirror, guides incident light incident from the outside, and guides it to the light receiving element.
Object detection that detects the distance of the laser beam to an object on the optical path and the direction of the object based on the light projection timing and projection direction of the laser beam and the timing of the light detection signal output by the light receiving element. An object detection device including a unit.
請求項19に記載の物体検出装置であって、
前記ミラーの回転速度を検出する検出部と、
前記検出部が検出した回転速度に応じて、前記レーザ光源の点滅周期を制御する周期制御部とを備えることを特徴とする物体検出装置。
The object detection device according to claim 19.
A detection unit that detects the rotation speed of the mirror,
An object detection device including a cycle control unit that controls a blinking cycle of the laser light source according to a rotation speed detected by the detection unit.
請求項20に記載の物体検出装置であって、
前記アクチュエータの前記ミラーは、前記磁石側以外の端部に、第2磁石を備え、
前記検出部は、前記第2磁石と対向する位置に設けた磁気センサを備え、前記磁気センサが検出した磁気の変動に基づき前記ミラーの回転速度を検出することを特徴とする物体検出装置。
The object detection device according to claim 20.
The mirror of the actuator includes a second magnet at an end other than the magnet side.
The detection unit includes a magnetic sensor provided at a position facing the second magnet, and detects the rotation speed of the mirror based on the magnetic fluctuation detected by the magnetic sensor.
請求項21に記載の物体検出装置であって、
前記磁気センサは、磁気抵抗素子により磁界の方向を検出する磁気抵抗センサであることを特徴とする物体検出装置。
The object detection device according to claim 21.
The magnetic sensor is an object detection device characterized in that it is a magnetic resistance sensor that detects the direction of a magnetic field by a magnetic resistance element.
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