JP2021026137A - ミラーアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化を図ることが可能であり、かつ広範囲に亘って所望の方向に光を反射させることが可能なミラーアクチュエータを提供する。【解決手段】回動軸の周りに回動可能な光反射面を有するミラー体と、ミラー体を回動軸の周りに回動させる回動機構と、ミラー体を回動軸に沿った方向に移動させるスライド機構と、を有し、光反射面は、回動軸に沿った方向において起伏する曲面形状を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ミラーを含む可動式のミラーアクチュエータに関する。

従来から、対象物の光走査を行い、当該対象物までの距離及び形状などに関する情報を得る走査装置が知られている。当該走査装置には、例えば、光の反射方向を変化させることで種々の方向に光を出射する可動式のミラーが設けられている。

例えば、特許文献１には、ミラー面を有する静電アクチュエータを含む光走査装置が開示されている。また、特許装置２には、往復直線運動を行うスキャナ面を有する光偏向器が開示されている。また、特許文献３には回転ミラーを含む光ビームスキャナが開示されている。

特開1994-337953号公報 特開2003-005121号公報 特開2013-083626号公報

可動ミラー及びそのミラーの移動機構を走査装置などの種々の装置に搭載する場合、ミラー及びその移動機構を配置するための領域並びに当該ミラーが移動する領域などの当該ミラーのために用意するスペースが大きくなりやすい。一方、当該ミラー用のスペースを小さくしようとする場合、光の出射方向の変化範囲が小さくなり、走査領域が狭くなりやすい。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、省スペース化を図ることが可能であり、かつ広範囲に亘って所望の方向に光を反射させることが可能なミラーアクチュエータを提供することを目的の１つとしている。

請求項１に記載の発明は、回動軸の周りに回動可能な光反射面を有するミラー体と、ミラー体を回動軸の周りに回動させる回動機構と、ミラー体を回動軸に沿った方向に移動させるスライド機構と、を有し、光反射面は、回動軸に沿った方向において起伏する曲面形状を有することを特徴とする。

実施例１に係るミラーアクチュエータを偏向素子として含む走査装置の全体構成を示す図である。 実施例１に係る偏向素子の斜視図である。 実施例１に係る偏向素子の斜視図である。 実施例１に係る偏向素子におけるシリンドリカルミラーの斜視図である。 実施例１に係る偏向素子におけるシリンドリカルミラーの断面図である。 実施例１に係る偏向素子におけるシリンドリカルミラーの断面図である。 実施例１に係る偏向素子の平面図である。 実施例１に係る偏向素子の平面図である。 実施例１に係る偏向素子を経た光の進路を示すである。 実施例１に係る偏向素子を経た光の進路を示すである。 実施例１に係る偏向素子の側面図である。 実施例１に係る偏向素子の側面図である。 実施例１に係る偏向素子を経た光の進路を示すである。 実施例１に係る偏向素子を経た光の進路を示すである。 実施例１に係る走査装置の走査面に照射される光の形状及び軌跡を示す図である。 実施例１の変形例に係る偏向素子におけるシリンドリカルミラーの斜視図である。 実施例２に係る走査装置の全体構成を示す図である。 実施例２に係る走査装置の動作説明図である。

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は、実施例１に係る走査装置１０の模式的な配置図である。本実施例においては、走査装置１０は、所定の領域（以下、走査領域と称する）Ｒ０の光走査を行い、走査領域Ｒ０内に存在する対象物ＯＢまでの距離を測定する測距装置である。図１を用いて、走査装置１０の構成について説明する。なお、図１には、走査領域Ｒ０及び対象物ＯＢを模式的に示している。

走査装置１０は、１次光Ｌ１として例えばパルス光を生成及び出射する光源１１を有する。本実施例においては、光源１１は、１次光Ｌ１として赤外領域にピーク波長を有するレーザ光を生成し、これを断続的に出射する。

走査装置１０は、光源１１から出射された１次光Ｌ１を走査領域Ｒ０に向けて方向可変に偏向しつつ出射する偏向素子１２を有する。偏向素子１２は、偏向した１次光Ｌ１を２次光Ｌ２として出射する。

本実施例においては、偏向素子１２は、基準軸ＡＸに沿ってスライドしかつ基準軸ＡＸの周りに回動する光反射面１２Ｍを有するミラーアクチュエータである。また、偏向素子１２の光反射面１２Ｍは、少なくとも１次光Ｌ１に対して反射性を有する。

偏向素子１２は、周期的に光反射面１２Ｓがスライド及び回動するように構成されている。従って、偏向素子１２から出射される２次光Ｌ２は、その出射方向が周期的に変化する。この２次光Ｌ２の出射方向の１つの変化周期内に２次光Ｌ２が照射される領域は、走査領域Ｒ０となる。走査領域Ｒ０は、２次光Ｌ２が出射される仮想の３次元空間である。図１においては、走査領域Ｒ０の外縁を破線で模式的に示した。

例えば、走査領域Ｒ０は、光反射面１２Ｍの回動方向である基準軸ＡＸの周方向に対応する高さ方向Ｄ１に沿った高さ方向範囲と、光反射面１２Ｍのスライド方向である基準軸ＡＸの軸方向に対応する幅方向Ｄ２に沿った幅方向範囲と、２次光Ｌ２の光軸の軸方向に対応する奥行方向に沿った奥行方向範囲と、を有する錐状の空間として定義されることができる。

例えば、本実施例においては、偏向素子１２は、湾曲した光反射面１２Ｍを有する。従って、光反射面１２Ｍが移動することで、１次光Ｌ１が入射する光反射面１２Ｍの位置（以下、１次光Ｌ１の入射領域と称する場合がある）が変化する。また、当該１次光Ｌ１の入射領域における光反射面１２Ｍの法線ベクトルは、光反射面１２Ｍの移動に応じて周期的に変化する。

従って、例えば、走査領域Ｒ０の高さ方向範囲は、１次光Ｌ１の光軸及び１次光Ｌ１の入射領域における光反射面１２Ｍの法線ベクトルによって定まる２次光Ｌ２の光軸の軸方向における、基準軸ＡＸの軸方向の成分の変化範囲に対応する。また、走査領域Ｒ０の幅方向範囲は、当該２次光Ｌ２の軸方向における基準軸ＡＸの軸方向の成分の変化範囲に対応する。また、走査領域Ｒ０の奥行方向範囲は、２次光Ｌ２が所定の強度（走査装置１０が検出可能な強度）を維持できる距離の範囲に対応する。

また、走査領域Ｒ０内における偏向素子１２から所定の距離だけ離れた仮想の平面を走査面Ｒ１としたとき、走査面Ｒ１は、高さ方向Ｄ１及び幅方向Ｄ２に沿って広がる２次元的な領域として定義されることができる。２次光Ｌ２は、この走査面Ｒ１を走査するように、走査領域Ｒ０に向けて出射される。

また、図１に示すように、走査領域Ｒ０に対象物ＯＢ（すなわち２次光Ｌ２に対して反射性又は散乱性を有する物体又は物質）が存在する場合、２次光Ｌ２は、対象物ＯＢによって反射又は散乱される。対象物ＯＢによって反射された２次光Ｌ２は、その一部が、反射光（以下、３次光と称する場合がある）Ｌ３として、２次光Ｌ２とほぼ同一の光路を２次光Ｌ２とは反対の方向に向かって進み、偏向素子１２に戻って来る。

走査装置１０は、１次光Ｌ１の光路上に設けられて１次光Ｌ１及び３次光Ｌ３を分離する分離素子１３と、分離された３次光Ｌ３を受光する受光素子１４と、を有する。分離素子１３は、例えば、１次光Ｌ１を反射させ、３次光Ｌ３を透過させるビームスプリッタである。

本実施例においては、受光素子１４は、偏向素子１２を経て投光され、対象物ＯＢによって反射され、かつ偏向素子１２を経た光である３次光Ｌ３を受光する。また、受光素子１４は、３次光Ｌ３を検出し、３次光Ｌ３の検出結果、例えば３次光Ｌ３の強度値を示す電気信号を生成する少なくとも１つの検出素子を有する。走査装置１０は、受光素子１４によって生成された当該電気信号を走査領域Ｒ０の走査結果として生成する。

なお、図示していないが、走査装置１０は、例えば、光源１１と偏向素子１２との間の１次光Ｌ１の光路上に設けられて１次光Ｌ１を整形する光学系を有していてもよい。また、走査装置１０は、分離素子１３と受光素子１４との間の３次光Ｌ３の光路上に設けられて３次光Ｌ３を集光する光学系を有していてもよい。これらの光学系は、例えば、少なくとも１つのレンズを含み、フィルタを含んでいてもよい。

走査装置１０は、光源１１、偏向素子１２及び受光素子１４を駆動し、また、その制御を行う制御部１５を有する。制御部１５は、光源１１の駆動及び制御を行う光源制御部１５Ａと、偏光素子１２の駆動及び制御を行う偏向素子制御部１５Ａと、受光素子１４の駆動及び制御を行う受光素子制御部１５Ｃと、を有する。

また、制御部１５は、受光素子１５による３次光Ｌ３の受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部１５Ｄを有する。本実施例においては、測距部１５Ｄは、受光素子１４によって生成された電気信号から３次光Ｌ３を示すパルスを検出する。また、測距部１５Ｄは、２次光Ｌ２の出射タイミングと３次光Ｌ３の受光タイミングとの間の時間差に基づくタイムオブフライト法によって、対象物ＯＢ（又はその一部の表面領域）までの距離を測定する。また、測距部１５Ｄは、測定した距離情報を示すデータ（測距データ）を生成する。

また、本実施例においては、測距部１５Ｄは、走査領域Ｒ０（走査面Ｒ１）を複数の測距点（走査点）に区別し、当該複数の測距点の各々の測距結果（距離値）を画素として示す走査領域Ｒ０の画像（測距画像）を生成する。本実施例においては、測距部１５Ｄは、測距点と回動素子１２の側面１２Ｓの変位とを示す情報とを対応付け、走査領域Ｒ０の２次元マップ又は３次元マップを示す画像データを生成する。

また、測距部１５Ｄは、例えば、２次光Ｌ２の出射方向の変化周期を走査領域Ｒ０を走査する周期である走査周期とし、この走査周期毎に１つの測距画像を生成する。なお、測距部１５Ｄは、測距画像を表示する表示部（図示せず）に接続されていてもよく、当該表示部に当該測距画像を送信するように構成されていてもよい。

図２及び図３は、偏向素子１２の模式的な斜視図である。図３は、図２とは異なる方向から偏向素子１２を見たときの斜視図である。図２及び図３を用いて、偏向素子１２に全体構成について説明する。

まず、図２を参照すると、本実施例においては、偏向素子１２は、矩形の（断面が矩形の）枠状体（以下、外側枠体と称する）２１を有する。外側枠体２１は、４つの内側面（以下、第１、第２、第３及び第４の内側面とそれぞれ称する）Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４を有する。第１の内側面Ｓ１及び第２の内側面Ｓ２は、互いに対向して配置された外側枠体２１の内壁面である。また、第３の内側面Ｓ３及び第４の内側面Ｓ４は、互いに対向して配置された外側枠体２１の内壁面である。

以下においては、第１及び第２の内側面Ｓ１及びＳ２が対向する方向をｘ軸方向（第１の方向）と称する。また、本実施例においては、第３及び第４の内側面Ｓ３及びＳ４が対向する方向は、外側枠体２１の面内においてｘ軸方向に直交する方向であり、以下においてはｙ軸方向（第２の方向）と称する。また、以下においては、ｘ軸方向及びｙ軸方向の各々に直交する方向をｚ軸方向（第３の方向）と称する。なお、本実施例においては、ｘ軸方向は、基準軸ＡＸの軸方向に対応する。また、本実施例においては、ｚ軸方向は、１次光Ｌ１の光軸の軸方向に対応する。

偏向素子１２は、外側枠体２１におけるｘ軸方向において互いに対向する第１及び第２の内側面Ｓ１及びＳ２にそれぞれ設けられ、各々がｘ軸方向に沿って蛇腹状に折り重ねられた第１及び第２の板ばね２２Ａ及び２２Ｂからなる弾性体部２２を有する。第１及び第２の板ばね２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれ、その一端が第１及び第２の内側面Ｓ１及びＳ２に固定されている。

偏向素子１２は、外側枠体２１におけるｙ軸方向において互いに対向する第３及び第４の内側面Ｓ３及びＳ４にそれぞれ設けられた第１及び第２の永久磁石２３Ａ及び２３Ｂからなる磁性体部２３を有する。第１及び第２の永久磁石２３Ａ及び２３Ｂは、両者の間で磁界を生成する。例えば、外側枠体２１の内側においては、ｙ軸方向に沿った方向の磁界が生成される。

偏向素子１２は、外側枠体２１の内周部において第１及び第２の板ばね２２Ａ及び２２Ｂによってｘ軸方向に沿って移動可能に支持された矩形の（断面が矩形の）枠状体（以下、内側枠体と称する）２４を有する。内側枠体２４は、第１及び第２の板ばね２２Ａ及び２２Ｂによってｘ軸方向の移動を付勢された状態で、第１及び第２の板ばね２２Ａ及び２２Ｂの他端に固定されている。換言すれば、弾性体部２２は、外側枠体２１の内側において内側枠体２４を移動可能なように弾性的に支持する。

本実施例においては、内側枠体２４は、外側枠体２１の第１〜第４の内側面Ｓ１〜Ｓ４にそれぞれ対向する４つの外側面を有する。第１及び第２の板ばね２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれ、内側枠体２４における外側枠体２１の第１及び第２の内側面Ｓ１及びＳ２に対向する外側面に固定されている。

偏向素子１２は、ｘ軸方向を回動軸とし、ｘ軸方向の周りに回動するように内側枠体２４の内側において内側枠体２４に支持された板状体（以下、回動板と称する）２５を有する。回動板２５は、互いに反対側を向いた互いに平行な板面（１の板面及び他の板面、以下、ミラー支持面及び裏面と称する）２５Ａ及び２５Ｂを有する。なお、図２は、回動板２５のミラー支持面２５を見たときの偏向素子１２の斜視図である。また、図３は、回動板２５の裏面２５Ｂを見たときの偏向素子１２の斜視図である。

偏向素子１２は、回動板２５をｘ軸方向の周りに回動するように内側枠体２４に対して回動板２５を結合するヒンジ部２６を有する。ヒンジ部２６は、各々がｘ軸方向に沿って延びかつ回動板２５の外周部において回動板２５に固定された一対のシャフトと、内側枠体２４に設けられて当該一対のシャフトを回動可能なように支持するシャフトベースと、を含む。

すなわち、内側枠体２４は、外側枠体２１の内周部において第１及び第２の板ばね２２Ａ及び２２Ｂによってｘ軸方向に沿って移動可能に支持され、かつ回動板２５を回動可能に支持している。

偏向素子１２は、回動板２５のミラー支持面２５Ａに設けられ、かつｙ軸方向を軸方向とする凸面のシリンドリカルミラー２７を有する。本実施例においては、シリンドリカルミラー２７は、ミラー支持面２５Ａに対して傾斜しつつｙ軸方向に沿って延びる円筒面を有する。シリンドリカルミラー２７の円筒面は、ｘ軸方向において起伏する。シリンドリカルミラー２７の円筒面は、偏向素子１２における光反射面１２Ｍとして機能する。

図３を参照すると、偏向素子１２は、ｙ軸方向において回動板２５を挟むように内側枠体２４の外周部に固定された第１のコイル部２８を有する。第１のコイル部２８は、回動板２５と磁性体部２３との間に設けられている。

第１のコイル部２８は、第１の永久磁石２３Ａに対向する内側枠体２４の外側面に固定され、ｘ軸方向に沿って柱状に延びる第１のコア２８Ａと、第１のコア２８Ａに螺旋状に巻き付けられた第１のコイルと２８Ｂと、を有する。また、第１のコイル部２８は、第２の永久磁石２３Ｂに対向する内側枠体２４の外側面に固定され、ｘ軸方向に沿って柱状に延びる第２のコア２８Ｃと、第２のコア２８Ｃに螺旋状に巻き付けられた第２のコイル２８Ｄと、を有する。

また、偏向素子１２は、回動板２５の裏面２５Ｂに設けられた第２のコイル部２９を有する。第２のコイル部２９は、に設けられ、回動板２５の裏面２５Ｂに垂直な方向（非駆動時においてはｚ軸方向に対応する方向）に沿って柱状に延びる第３のコア２９Ａと、第３のコア２９Ａに螺旋状に巻き付けられた第３のコイル２９Ｂと、を有する。第２のコイル部２９は、外側枠体２１の内側において、第１の永久磁石２３Ａと第２の永久磁石２３Ｂとの間に配置されている。

制御部１５における偏向素子制御部１５Ｂは、第１のコイル２８Ｂ、第２のコイル２８Ｄ及び第３のコイル２９Ｂの各々に対し、電流を印加し、またその印加する電流を変化させる。本実施例においては、偏向素子制御部１５Ｂは、第１のコイル２８Ｂ、第２のコイル２８Ｄ及び第３のコイル２９Ｂの各々に対し、交流電流を印加する。偏向素子制御部１５Ｂは、偏向素子１２を駆動する駆動回路として機能する。

図４は、シリンドリカルミラー２７の斜視図である。図４においては、ヒンジ部２６及び第２のコイル部２９を省略している。図４に示すように、シリンドリカルミラー２７は、回動板２５のミラー支持面２５Ａに対して傾斜する方向でありかつｙ軸方向に沿った方向に延びる円筒面２７Ａを有する。

図５Ａ及び図５Ｂの各々は、シリンドリカルミラー２７の断面図である。図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、図４の５Ａ−５Ａ線及び５Ｂ−５Ｂ線に沿った断面図である。また、図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、シリンドリカルミラー２７をｚｘ平面及びｙｚ平面に沿って切断した場合の断面図である。

図５Ａに示すように、シリンドリカルミラー２７の円筒面２７Ａは、ｚ軸方向において回動板２５から離れる方向に凸の面形状を有する。換言すれば、円筒面２７Ａは、ｘ軸方向において連続的に起伏した曲面形状を有する。一方、図５Ｂに示すように、シリンドリカルミラー２７の円筒面２７Ａは、ｙ軸方向においては平坦な面形状を有し、本実施例においてはミラー支持面２５Ａに対してｚ軸方向に傾斜している。

次に、図６及び図７を用いて、偏向素子１２のスライド動作について説明する。本実施例においては、第１及び第２の永久磁石２３Ａ及び２３Ｂは、互いに反対の磁極を構成する。

例えば、第１の永久磁石２３ＡはＮ極を構成し、第２の永久磁石２３Ｂは、Ｓ極を構成する。この場合、図６に示すように、第１及び第２の永久磁石２３Ａ及び２３Ｂ間には、駆動時及び非駆動時に関わらず、第１の永久磁石２３Ａから第２の永久磁石２３Ｂに向かうｙ軸方向（＋ｙ方向）の磁界ＭＧが発生する。なお、非駆動時におけるシリンドリカルミラー２７の円筒面２７Ａの頂部のｘ軸方向における位置を基準位置Ｘ０とし、図に破線で示した。

また、本実施例においては、第１及び第２のコイル２８Ｂ及び２８Ｄは、ｘ軸方向において互いに同一の方向に向かって（例えば＋ｘ方向に向かって）同一の巻き方向で螺旋状に巻き付けられている。また、本実施例においては、偏向素子制御部１５Ｂは、第１及び第２のコイル２８Ｂ及び２８Ｄに対し、互いに反対方向の電流を印加する。

例えば、駆動中のあるタイミングにおいては、図７に示すように、第１及び第２のコイル２８Ｂ及び２８Ｄには、その第１及び第２の永久磁石２３Ａ及び２３Ｂに対向するコイル部分にｚ軸方向の同一方向（例えば＋ｚ方向）に電流が流れるように、電流ＣＲが印加される。

このタイミングにおいては、図７に示すように、内側枠体２４に対して−ｘ方向に力が発生し、内側枠体２４が第１及び第２の板ばね２２Ａ及び２２Ｂに支持されながら、−ｘ方向にスライドする。従って、シリンドリカルミラー２７の円筒面２７の頂部は、基準位置Ｘ０から−ｘ方向にスライドする。

また、同様に、第１及び第２のコイル２８Ｂ及び２８Ｄに反対の方向の電流が印加される場合には、内側枠体２４は、反対の方向（＋ｘ方向）にスライドする。このようにして、内側枠体２４及び内側枠体２４に支持された回動板２５は、ｘ軸方向においてスライド移動を行う。これによって、シリンドリカルミラー２７は、基準軸ＡＸの軸方向においてスライド移動を行う。

換言すれば、本実施例においては、弾性体部２２（第１及び第２の板ばね２２Ａ及び２３Ｂ）、磁性体部２３（第１及び第２の永久磁石２３Ａ及び２３Ｂ）、第１のコイル部２８（第１及び第２のコイル２８Ｂ及び２８Ｄ）、及び内側枠体２５は、回動板２５及びシリンドリカルミラー２７（光反射面１２Ｍ）を基準軸ＡＸに沿った方向にスライド移動させるスライド機構として機能する。

図８及び図９は、シリンドリカルミラー２７によって反射された１次光Ｌ１である２次光Ｌ２の出射方向について説明する図である。図８及び図９は、シリンドリカルミラー２７の模式的な上面図である。

まず、例えば、本実施例においては、光源１１及び分離素子１３は、偏向素子１２のシリンドリカルミラー２７に対し、１次光Ｌ１がｚ軸方向のみの成分を持った状態で入射するように構成及び配置されている。そして、シリンドリカル２７がスライドすることで、１次光Ｌ１のシリンドリカルミラー２７による反射方向は、少なくともｘ軸方向において周期的に変化する。

例えば、シリンドリカルミラー２７の円筒面２７Ａにおける頂部の法線ベクトルは、ほとんどｘ軸方向の成分を持たない。従って、シリンドリカルミラー２７の円筒面２７Ａの頂部に１次光Ｌ１が入射するタイミングにおいては、１次光Ｌ１は、ｙ軸方向及びｚ軸方向の成分のみを持った方向に反射される。従って、このタイミングにおいては、２次光Ｌ２は、図８に示すように、ｘ軸方向の成分を持たない方向に出射する。

一方、シリンドリカルミラー２７の円筒面２７Ａにおける他の部分の法線ベクトルは、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の成分を持つ。従って、当該円筒面２７Ａの他の部分に１次光Ｌ１が入射するタイミングにおいては、１次光Ｌ１は、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の成分を持った方向に反射される。従って、このタイミングにおいては、２次光Ｌ２は、例えば図９に示すように、図８に示すタイミングに比べ、ｘ軸方向の成分が変化した方向（例えば＋ｘ方向に変化した方向）に出射する。

このように、シリンドリカルミラー２７をｘ軸方向（基準軸ＡＸに沿った方向）においてスライド移動させることによって、２次光Ｌ２の出射方向を、ｘ軸方向において変化させることができる。すなわち、偏向素子１２は、シリンドリカルミラー２７のスライドによって１次光Ｌ１の偏向方向をｘ軸方向において変化させる。

図１０及び図１１を用いて、偏向素子１２の回動動作について説明する。本実施例においては、偏向素子制御部１５Ｂは、第３のコイル２９Ｂに対し、交流電流を印加する。また、図１０に示すように、例えば、第１及び第２の永久磁石２３Ａ及び２３Ｂ間には、第１の永久磁石２３Ａから第２の永久磁石２３Ｂに向かうｙ軸方向（＋ｙ方向）の磁界ＭＧが発生する。例えば、非駆動時における回動板２５及びシリンドリカルミラー２７の回動角を基準角Ａ０とする。

そして、例えば、駆動中のあるタイミングにおいては、図１１に示すように、第３のコイル２９Ｂには、その第１の永久磁石２３Ａに対向するコイル部分にｘ軸方向における一方の方向（例えば＋ｘ方向）の電流が流れ、その第２の永久磁石２３Ｂに対向するコイル部分にｘ軸方向における他の方向（例えば−ｘ方向）に電流が流れるように、電流ＣＲが印加される。

このタイミングにおいては、図１１に示すように、回動板２５の第１の永久磁石２３Ａに対向する部分においては−ｚ方向の力が発生し、回動板２５の第２の永久磁石２３Ｂに対向する部分においては＋ｚ方向の力が発生する。従って、このタイミングにおいては、回動板２５及びシリンドリカルミラー２７は、ヒンジ部２６によって内側枠体２４に支持されながら、基準角Ａ０とは異なる角度Ａ１まで、ｘ軸（基準軸ＡＸ）の周方向（図では時計回り）に回動する。

また、同様に、第３のコイル２９Ｂに反対の方向の電流が印加される場合には、回動板２５は、反対の方向（図では反時計回り）に回動する。このようにして、回動板２５及びシリンドリカルミラー２７は、基準軸ＡＸの周りに回動する。

換言すれば、本実施例においては、磁性体部２３（第１及び第２の永久磁石２３Ａ及び２３Ｂ）、第２のコイル部２９（第３のコイル２９Ｂ）、内側枠体２４及びヒンジ部２６は、回動板２５及びシリンドリカルミラー２７（光反射面１２Ｍ）を基準軸ＡＸの周りに回動させる回動機構として機能する。

図１２及び図１３は、シリンドリカルミラー２７によって反射された１次光Ｌ１である２次光Ｌ２の出射方向について説明する図である。図１２及び図１３は、シリンドリカルミラー２７の模式的な側面図である。

シリンドリカル２７は、回動することで、その円筒面２７Ａの法線ベクトルを少なくともｚ軸方向に変化させる。従って、１次光Ｌ１のシリンドリカルミラー２７による反射方向は、少なくともｚ軸方向において周期的に変化する。

例えば、図１２に示すように、駆動中のあるタイミングにおいては、１次光Ｌ１は、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向において所定の成分を持った方向に反射される。従って、このタイミングにおいては、２次光Ｌ２は、図１２に示すように、当該所定の成分を持った方向に出射する。一方、図１３に示すように、駆動中の他のあるタイミングにおいては、１次光Ｌ１は、図１２に示すタイミングに比べ、ｚ軸方向の成分が変化した方向に出射する。

このように、シリンドリカルミラー２７をｘ軸方向（基準軸ＡＸに沿った方向）の周りに回動させることによって、２次光Ｌ２の出射方向を、ｚ軸方向において変化させることができる。すなわち、偏向素子１２は、シリンドリカルミラー２７の回動によって１次光Ｌ１の偏向方向をｚ軸方向において変化させる。

図１４は、走査面Ｒ１上における２次光Ｌ２の被照射位置を模式的に示す図である。図１４においては、走査面Ｒ１上における２次光Ｌ２の照射軌跡ＴＲを破線で示している。本実施例においては、走査装置１０は、幅方向Ｄ２に沿って２次光Ｌ２を偏向しつつ順次出射して走査線を取得し、これを高さ方向Ｄ１に沿って複数回行う態様で、走査面Ｒ１（走査領域Ｒ０）を走査する。

より具体的には、例えば、本実施例においては、偏向素子制御部１５Ｂは、シリンドリカルミラー２７のスライド周期が回動周期よりも早くなるように、偏向素子１２を制御する。従って、シリンドリカルミラー２７は、相対的に高速で基準軸ＡＸに沿ってスライドし、相対的に低速で基準軸ＡＸの周りに回動する。従って、偏向素子１２から出射する２次光Ｌ２は、幅方向Ｄ２には高速に偏向され、高さ方向Ｄ１には低速で偏向される。

換言すれば、走査装置１０は、走査領域Ｒ０に対し、基準軸ＡＸの軸方向に対応する幅方向Ｄ２に沿った走査線を高さ方向Ｄ１に沿って複数本得るようなラスタ走査を行う。また、走査装置１０は、当該ラスタ走査を周期的に行うような動作を行う。

上記したように、走査装置１０は、スライド動作及び回動動作を行うシリンドリカルミラー２７を含む偏光素子１２に１次光Ｌ１を反射させることで、走査領域Ｒ０に向けて走査用の光である２次光Ｌ２を出射する。また、この偏向素子１２は、２次光Ｌ２の出射方向を広範囲に亘って変化させることが可能であり、また、ｚ軸方向において大幅に小型化された構造を有する。

より具体的には、偏向素子１２は、基準軸ＡＸに沿った方向（すなわちｘｙ平面上における１の方向範囲）シリンドリカルミラー２７をスライドさせるスライド機構と、シリンドリカルミラー２７を基準軸ＡＸの周りに回動させる回動機構と、を組み合わせた構造を有する。

従って、例えば、ｘｙ平面上において２つの軸に沿ってシリンドリカルミラー２７を移動させる機構に比べ、ｚ軸方向の装置サイズが大幅に小さくなる。また、磁性体部２３は、スライド機構及び回動機構に共通の要素として使用される。従って、部品点数が少なくなり、また装置サイズが小さくなることにもつながる。

また、偏向素子１２は、シリンドリカルミラー２７のように基準軸ＡＸ（スライド軸）において連続的に面形状が変化する光反射面１２Ｍを有するミラー体を有する。このミラー体の平面形状は、ミラー体のスライド量に無関係に構成することができる。

従って、例えば、シリンドリカルミラー２７の曲率を比較的大きくすることで、シリンドリカルミラー２７のスライド量が小さくても、２次光Ｌ２の出射方向の変化量（本実施例においては基準軸ＡＸに沿った方向の変化量）を大きくすることができる。

また、例えば、スライド機構及び回動機構は、互いの動作に影響を与えることがほとんどない。従って、例えば、シリンドリカルミラー２７の動作が安定する。また、シリンドリカルミラー２７のスライド量及び回動角についても、それぞれの駆動情報を取得することなどによって、正確にかつ安定して監視することができる。

従って、偏向素子１２は、省スペース化を図ることが可能であり、かつ広範囲に亘って所望の方向に光を反射させることが可能な構造を有する。また、偏向素子１２を含むことで、走査装置１０は、広範囲に亘って正確に２次光Ｌ２を出射することで、正確な３次光Ｌ３の処理を行うことができ、また、正確な走査情報を得ることが可能となる。

なお、本実施例においては、シリンドリカルミラー２７が回動板２５に固定され、また、その円筒面２７Ａが回動板２５のミラー支持面２５Ａに対して傾斜しつつｙ軸方向に沿った方向に延びるように構成されている場合について説明した。しかし、シリンドリカルミラー２７の構成はこれに限定されない。例えば、シリンドリカルミラー２７の円筒面２７Ａはミラー支持面２５Ａに平行な方向に延びていてもよい。

図１５は、実施例１の変形例に係る走査装置１０Ａにおける偏向素子１２Ａの一部の斜視図である。走査装置１０Ａは、偏向素子１２の構成を除いては、走査装置１０と同様の構成を有する。また、偏向素子１２Ａは、シリンドリカルミラー２７Ｍの構成を除いては、偏向素子１２と同様の構成を有する。

本変形例においては、偏向素子１２Ａは、回動板２５のミラー支持面２５Ａに平行でかつｙ軸方向に沿った方向に延びる円筒面２７Ａを有するシリンドリカルミラー２７Ｍを有する。すなわち、シリンドリカルミラー２７Ｍの円筒面２７Ａは、ｙ軸方向においては、ミラー面２５Ａに平行な平坦な面形状を有する。

偏向素子１２Ａのように、回動板２５上には、ミラー支持面２５Ａに平行な方向を軸方向とする円筒面２７Ａを有するシリンドリカルミラー２７Ｍが設けられていてもよい。この場合でも、回動板２５を回動させ、かつスライドさせることで、２次光Ｌ２の出射方向を広範囲に亘って安定して変化させることができる。

なお、ｘｙ平面内の素子サイズを小さくすることを考慮すると、偏向素子１２のように、ミラー支持面２５Ａに対して傾斜する円筒面２７Ａのシリンドリカルミラー２７を有することが好ましい。これによって、回動板２５のｙ軸方向のサイズを小さくすることができ、偏向素子１２のｙ軸方向のサイズを小さくすることができる。

また、偏向素子１２は、シリンドリカルミラー２７を有していなくてもよい。例えば、偏向素子１２は、回動板２５の一部に光反射面１２Ｍとして機能する表面領域が設けられていればよい。この場合、回動板２５がミラー体として機能する。例えば、当該ミラー体の光反射面１２Ｍは、ｙ軸方向（基準軸ＡＸに垂直な方向）に沿った方向を軸方向とするシリンドリカル形状を有していればよい。また、光反射面１２Ｍは、基準軸ＡＸに沿って円筒面が連なるようなシリンドリカル形状を有していてもよい。

また、光反射面１２Ｍは、シリンドリカル形状を有する場合に限定されない。例えば、光反射面１２Ｍは、回動軸である基準軸ＡＸに沿った方向において起伏する曲面形状を有していればよい。例えば、光反射面１２Ｍは、波状の形状を有していてもよいし、球状の形状を有していてもよい。

なお、偏向素子１２を走査装置１０に搭載する場合において、例えば高さ方向Ｄ１における２次光Ｌ２の出射方向を安定して変化させることを考慮すると、光反射面１２Ｍは、例えば、円筒面２７Ａのように、ｙ軸方向、すなわち基準軸ＡＸに直交する方向においては平坦な形状を有することが好ましい。

また、本実施例においては、磁性体部２３、第１及び第２のコイル部２８及び２９、並びにヒンジ部２６などが回動板２５のスライド機構及び回動機構として機能する場合について説明した。しかし、回動板２５は、種々の機構によってスライド及び回動されるように構成されていればよい。例えば、電磁気的に回動板２５を動作させるのではなく、機械的、圧電的、電気的又は熱的に回動板２５を動作させるような機構が設けられていてもよい。

例えば、偏向素子１２は、回動機構及び前記スライド機構を構成し、回動板２５（ミラー体）を囲んで回動板２５を基準軸ＡＸの周りに回動可能なように支持し、かつ種々の態様で基準軸ＡＸに沿って移動可能な内側枠体２４を有していればよい。

また、例えば、本実施例においては、回動機構が磁性体部２３及び第２のコイル部２９（第３のコア２９Ａ及び第３のコイル２９Ｂ）を含む場合について説明した。しかし、回動機構は、例えば回動板２５を機械的に回動させるように構成されていてもよい。

また、本実施例においては、スライド機構が弾性体部２２、磁性体部２３及び第１のコイル部２８（第１及び第２のコア２８Ａ及び２８Ｃ並びに第１及び第２のコイル２８Ｂ及び２８Ｄ）を含む場合について説明した。しかし、スライド機構の構成はこれに限定されない。

例えば、スライド機構は、内側枠体２４を囲む矩形の外側枠体２１と、外側枠体２１の内側において内側枠体２４を移動可能なように弾性的に支持する弾性体部２２と、を有していればよい。

また、本実施例においては、弾性体部２２は、外側枠体２１における基準軸ＡＸ（回動軸）に沿ったｘ軸方向（第１の方向）において互いに対向する第１及び第２の内側面Ｓ１及びＳ２にそれぞれ設けられ、各々がｘ軸方向に沿って蛇腹状に折り重ねられた第１及び第２の板ばね２２Ａ及び２２Ｂを含む場合について説明した。しかし、弾性体部２２は、上記したように、弾性的に内側枠体２４を支持するように構成されていればよく、例えばコイルばねによって構成されていてもよい。

換言すれば、例えば、偏向素子１２は、回動軸（基準軸ＡＸ）の周りに回動可能な光反射面１２Ｍを有するミラー体（例えば回動板２５及びシリンドリカルミラー２７）と、当該ミラー体を当該回動軸の周りに回動させる回動機構と、当該ミラー体を当該回動軸に沿った方向に移動させるスライド機構と、を有していればよい。また、当該光反射面１２Ｍは、当該回動軸に沿った方向において起伏する曲面形状を有していればよい。これによって、省スペース化を図ることが可能であり、かつ広範囲に亘って所望の方向に光を反射させることが可能な走査装置１０を提供することができる。

また、偏向素子１２は、走査装置１０に搭載されることで１次光Ｌ１を方向可変に偏向させる光学素子として機能する。しかし、偏向素子１２は、走査装置１０以外の装置、すなわち走査用途以外の用途に用いられることができる。この場合、偏向素子１２は、種々の用途に用いることが可能なミラーアクチュエータとなる。従って、偏向素子１２は、例えば上記した構成を有することで、省スペース化を図ることが可能であり、かつ広範囲に亘って所望の方向に光を反射させることが可能なミラーアクチュエータとなる。

図１６は、実施例２に係る走査装置３０の全体構成を示す図である。走査装置３０は、光源３１、集光光学系３２、及び制御部３３の構成を除いては、走査装置１０と同様の構成を有する。本実施例においては、光源３１は、偏向素子１２の基準軸ＡＸを第１の基準軸とし、第１の基準軸ＡＸに垂直な方向を軸方向とする軸である第２の基準軸ＡＹに沿ってスライド可能な構成を有する。

例えば、光源３１は、例えばレーザ素子などの発光素子と、当該発光素子を第２の基準軸ＡＹに沿ってスライドさせるスライド機構を含む。制御部３３は、光源３１における発光素子の発光動作と、当該スライド機構を制御する光源制御部３３Ａを有する。

また、集光光学系３２は、１次光Ｌ１を偏光素子１２に向けて集光するように構成されている。例えば、集光光学系３２は、１次光Ｌ１を偏光素子１２の同一の位置に入射させるように構成されている。例えば、集光光学系３２は、放物面鏡を含む。

図１７は、走査装置３０の動作説明図である。走査装置３０は、制御部３３によって光源３１及び偏向素子１２を動作させることで、２次光Ｌ２を生成して２次光Ｌ２を走査領域Ｒ０に向けて出射する。

まず、光源３１は、第２の基準軸ＡＹに沿って１次光Ｌ１の出射位置を周期的に変化させる。従って、光源３１は、例えば実線及び破線で示すように、第２の基準軸ＡＹにおいて周期的に出射方向を変化させつつ、互いに同一の方向に１次光Ｌ１を出射する。

集光光学系３２は、偏向素子１２の光反射面１２Ｍに対し、常に同じ位置に１次光Ｌ１が入射するように、１次光Ｌ１の光路を調節する。例えば、放物面鏡で集光光学系３２を構成する場合、１次光Ｌ１の放物面鏡への入射位置に応じて、異なる方向に１次光Ｌ１が反射される。

従って、偏向素子１２の配置を調節することで、１次光Ｌ１は、光反射面１２Ｍに対し、互いに異なる入射方向でかつ互いに同一の位置に入射する。これによって、偏向素子１２の光反射面１２Ｍにおける１次光Ｌ１の反射方向は、例えば、ｚ軸方向において周期的に変化する。

また、偏向素子１２における光反射面１２Ｍのスライド動作によって、１次光Ｌ１の反射方向は、ｘ軸方向において周期的に変化する。従って、走査装置３０においても、走査領域Ｒ０に対して広範囲に光を出射することが可能となる。また、本実施例においては、偏向素子１２は、回動機構を有する必要が無い。従って、偏向素子１２をさらに省スペース化することができ、小型かつ高性能なミラーアクチュエータを提供することができる。

また、例えば、走査装置３０は、第１の軸（第２の基準軸ＡＹ）に沿って異なる位置から１次光Ｌ１を出射する光源３１と、第１の軸に直交する第２の軸（第１の基準軸ＡＸ）に沿ってスライド可能な光反射面１２Ｍを有するミラー体（例えば回動板２５及びシリンドリカルミラー２７）と、を有する。これによって、小型かつ高性能な走査装置を提供することができる。

１０、１０Ａ、３０ 走査装置
１２、１２Ａ 偏向素子（ミラーアクチュエータ）

Claims (9)

1. 回動軸の周りに回動可能な光反射面を有するミラー体と、
   前記ミラー体を前記回動軸の周りに回動させる回動機構と、
   前記ミラー体を前記回動軸に沿った方向に移動させるスライド機構と、を有し、
   前記光反射面は、前記回動軸に沿った方向において起伏する曲面形状を有することを特徴とするミラーアクチュエータ。
2. 前記ミラー体の前記光反射面は、前記回動軸に垂直な方向において平坦な面形状を有することを特徴とするミラーアクチュエータ。
3. 前記ミラー体の前記光反射面は、前記回動軸に垂直な方向に沿った方向を軸方向とするシリンドリカル形状を有することを特徴とする請求項２に記載のミラーアクチュエータ。
4. 前記回動機構及び前記スライド機構を構成し、前記ミラー体を囲んで前記ミラー体を回動可能なように支持し、かつ前記回動軸に沿って移動可能な内側枠体を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のミラーアクチュエータ。
5. 前記スライド機構は、前記内側枠体を囲む矩形の外側枠体と、前記外側枠体の内側において前記内側枠体を移動可能なように弾性的に支持する弾性体部と、を有することを特徴とする請求項４に記載のミラーアクチュエータ。
6. 前記弾性体部は、前記外側枠体における前記回動軸に沿った第１の方向において互いに対向する第１及び第２の内側面にそれぞれ設けられ、各々が前記第１の方向に沿って蛇腹状に折り重ねられた第１及び第２の板ばねを含むことを特徴とする請求項５に記載のミラーアクチュエータ。
7. 前記スライド機構は、
   前記外側枠体における前記第２の方向に垂直な第２の方向において互いに対向する第３及び第４の内側面にそれぞれ設けられた第１及び第２の永久磁石と、
   前記第２の方向において前記ミラー体を挟むように前記内側枠体の外周部にそれぞれ設けられ、各々が前記第１の方向に沿って柱状に延びる第１及び第２のコアと、
   前記第１及び第２のコアにそれぞれ螺旋状に巻き付けられた第１及び第２のコイルと、を有することを特徴とする請求項６に記載のミラーアクチュエータ。
8. 前記ミラー体は、前記回動軸の周りに回動可能なように前記内側枠体の内側において前記内側枠体に支持された回動板と、前記回動板の１の板面に設けられかつ前記１の板面に対して傾斜しつつ前記回動軸に垂直な方向に沿って延びる円筒面を有するシリンドリカルミラーと、を有することを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１つに記載のミラーアクチュエータ。
9. 前記回動機構は、前記回動板の前記１の板面とは反対の他の板面に設けられ、前記他の板面に垂直な方向に沿って柱状に延びる第３のコアと、前記第３のコアに螺旋状に巻き付けられた第３のコイルと、を有することを特徴とする請求項８に記載のミラーアクチュエータ。