JP3765251B2 - Optical scanner device and optical scanner device driving method - Google Patents

Optical scanner device and optical scanner device driving method Download PDF

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から照射された光を弾性変形部材を介して片持ち梁状に支持されたミラー部により反射して対象物に照射するとともに、前記ミラー部を振動させることによって前記対象物に照射する光を走査する光スキャナ装置、及びこのような光スキャナ装置の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光源から出射されたレーザ光を２次元方向に走査しながら対象物に照射させる光スキャナ装置が提案されており、例えば、車両用２次元レーザレーダに適用されている。車両用２次元レーザレーダは、光スキャナ装置を用いて車両周囲の対象物にレーザ光を照射させ、この対象物からの反射戻り光を検出して、光スキャナ装置からの出射レーザ光と対象物からの反射戻り光との関係に基づいて、対象物までの距離や水平方向及び水平方向の角度等を検出するものである。このような車両用２次元レーザレーダを車両に搭載すれば、車両周囲の状況を適切且つ確実に把握することができるので、車両の走行時における安全性を高める技術として注目を集めている。
【０００３】
従来の光スキャナ装置としては、例えば特開平９−１０１４７４号公報に開示されている構成が知られている。この従来例は、共振駆動による２次元光スキャナ装置に関するものであり、反射ミラーの周囲に互いに直交する２つの両持ち梁状の捩り振動梁が配設されている。そして、振動軸として機能するこれら２つの捩り振動梁の基底部に圧電アクチュエータを配設し、振動軸の曲げ及び捩りの共振周波数に応じた交流電圧を圧電アクチュエータに合成して印加することにより、曲げ及び捩りの振動を同時に反射ミラーに付与し、これによって２次元走査を可能としている。
【０００４】
また、この従来例は、捩り振動梁の基底部に圧電センサを配設した構成とされている。そして、この圧電センサによって反射ミラーの振れ角を応力信号として検出し、この応力信号を自励発振回路に印加して圧電アクチュエータに増幅して帰還することにより、圧電アクチュエータの発振周波数を各々の捩り振動梁の捩り固有振動数に一致させるとともに、発振振幅を一定の値に制御するようにしている。これにより、温度変化等によるダンピング係数や共振周波数の変化に対応して、反射ミラーを安定して振動させることができ、高精度の２次元走査を実現することが可能となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来例における光スキャナ装置は、曲げ及び捩りの２つの両持ち梁で反射ミラーを支持しており、これら２つの両持ち梁の捩れの振動を利用する構造とされている。このため、共振周波数の前後の周波数域において梁の振幅（すなわち振れ角）が均等に減衰し、良好な共振特性を得ることが容易である。したがって、梁の固有振動数に合わせた周波数を維持しながら反射ミラーの共振を継続させるに際して、自励発振回路等のような簡略な制御回路を用いることが可能である。
【０００６】
しかしながら、上述した従来例における光スキャナ装置は、反射ミラーを２つの両持ち梁で支持する構造とされていることから、装置構成が複雑であり、低コスト化を図ることに限界がある。
【０００７】
そこで、装置構成を簡素化して大幅な低コスト化を実現する方法として、例えば、反射ミラーを単独の片持ち梁で支持し、この片持ち梁を曲げ方向と捩り方向とにそれぞれ振動させることによって、２次元走査を行うようにする方法が考えられている。しかしながら、この場合には、広範囲の走査に対応して大きな捩れ振動を得ようとすると、図１６に示すように、いわゆるハードスプリング効果と称される現象が生じて、共振周波数の前後の周波数域において梁の振幅の減衰特性が非対称となり、極めて非線形性の強い振動形態となってしまうといった問題があった。このような非線形性の強い共振振動は、自励発振回路を用いた帰還制御により安定して動作させることが困難である。
【０００８】
したがって、従来例における光スキャナ装置は、高周波成分を含む振動などの外乱が生じた場合に、帰還制御系が発散してしまい、共振周波数よりも僅かでも高い周波数域で振動させるように制御回路が動作すると共振が停止してしまう虞があった。また、共振が停止した後に動作を再開させる場合に、帰還制御系の過度な応答により、不安定な共振形態となりがちである。
【０００９】
このため、従来例における光スキャナ装置は、例えば車両用２次元レーザレーダに適用した場合には、高周波成分を含む車両の振動などにより動作が不安定となり易く、また共振の停止が頻発するなどして、十分な信頼性を得ることが困難である。
【００１０】
一方、光スキャナ装置においては、例えば、反射ミラーを支持する梁を駆動するために、外部から印加される磁界に応じて変化する応力を発生する磁歪膜を梁の裏面に形成した構造とすることが考えられる。この場合には、図１７に示すように、磁歪膜に生じるヒステリシスによる影響が顕著となる。
【００１１】
具体的には、例えば、共振周波数よりも高い周波数域にずれて共振が停止した後で動作を再開するときに、本来の共振周波数よりも遙かに低い周波数から共振周波数まで反射ミラーを駆動する周波数を逐次スイープする手法、或いは直流磁界を印加することにより磁歪膜内部の磁気モーメントを共振が停止する前の状態に反転させた後に共振を再開する手法を採用することが必要となる。しかしながら、何れの手法によっても、一時的に反射ミラーの振動動作を停止させることとなってしまう。
【００１２】
したがって、このような光スキャナ装置は、車両の周囲の物体を常時検出することが要求される車両用２次元レーザレーダに適用することが困難となっている。
【００１３】
本発明は、上述した従来の実情に鑑みてなされたものであり、装置構成を簡略化して大幅な低コスト化を実現するとともに、安定した走査を継続して行うことが可能な光スキャナ装置、及びこのような光スキャナ装置の駆動方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、光源から照射された光を弾性変形部材を介して片持ち梁状に支持されたミラー部により反射して対象物に照射するとともに、前記ミラー部を振動させることによって前記対象物に照射する光を走査し、前記ミラー部の振動状態が最適となるように前記ミラー部の振動周波数及び振動振幅を検出して帰還制御を行う光スキャナ装置において、前記弾性変形部材を変形させて前記ミラー部を振動させる駆動手段と、前記駆動手段の動作を制御する駆動制御手段と、前記弾性変形部材の変形量を検出する変形量検出手段と、前記変形量検出手段から出力される信号を処理して、前記ミラー部の振動周波数を検出する周波数検出手段とを備え、前記駆動制御手段が、前記ミラー部の振動中に前記駆動手段の動作を一時的に停止させ、当該駆動手段の動作が一時的に停止されている間に前記周波数検出手段により検出される振動周波数に基づいて、前記駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光スキャナ装置において、前記駆動制御手段が、前記駆動手段の動作が一時的に停止されている間に前記周波数検出手段により検出される振動周波数の値から所定の値を減算し、減算された周波数の値に基づいて、前記駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光スキャナ装置において、少なくとも電源投入時において、前記駆動手段に対してパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段を更に備え、前記駆動制御手段が、前記パルス電圧印加手段によるパルス電圧の印加が行われたときは、前記駆動手段にパルス電圧が印加されてから所定時間経過後の時点で前記周波数検出手段により検出される振動周波数に基づいて前記駆動手段の動作周波数を決定し、その後、決定した動作周波数で前記駆動手段を動作させ、前記ミラー部の振動中に前記駆動手段の動作を一時的に停止させて、当該駆動手段の動作が一時的に停止されている間に前記周波数検出手段により検出される振動周波数に基づいて、前記駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光スキャナ装置において、前記駆動手段が、前記弾性変形部材を捩り方向に変形させる第１の駆動部と、前記弾性変形部材を曲げ方向に変形させる第２の駆動部とを備え、前記変形量検出手段が、前記弾性変形部材の捩り変形量を検出する捩り変形量検出部と、前記弾性変形部材の曲げ変形量を検出する曲げ変形量検出部とを備え、前記周波数検出手段が、前記捩り変形量検出部から出力される信号を処理して捩り振動周波数を検出する捩り周波数検出部と、前記曲げ変形量検出部から出力される信号を処理して曲げ振動周波数を検出する曲げ周波数検出部とを備え、前記駆動手段が前記弾性変形部材を捩り方向と曲げ方向とにそれぞれ変形させることにより、光源からの光を前記対象物に対して２次元走査することを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光スキャナ装置において、前記駆動制御手段が、前記ミラー部の振動中に前記第１の駆動部の動作を一時的に停止させ、当該第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に前記捩り周波数検出部により検出される捩り振動周波数に基づいて、前記第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定するとともに、自励発振回路により生成される信号に基づいて前記第２の駆動部の動作を制御することを特徴とするものである。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の光スキャナ装置において、前記駆動制御手段が、前記第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に前記捩り周波数検出部により検出される捩り振動周波数の値から所定の値を減算し、減算された周波数の値に基づいて、前記第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とするものである。
【００２０】
また、請求項７に記載の発明は、請求項４乃至６の何れかに記載の光スキャナ装置において、少なくとも電源投入時において、前記第１の駆動部に対してパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段を更に備え、前記駆動制御手段が、前記パルス電圧印加手段によるパルス電圧の印加が行われたときは、前記第１の駆動部にパルス電圧が印加されてから所定時間経過後の時点で前記捩り周波数検出部により検出される捩り振動周波数に基づいて前記第１の駆動部の動作周波数を決定し、その後、決定した動作周波数で前記第１の駆動部を動作させ、前記ミラー部の振動中に前記第１の駆動部の動作を一時的に停止させて、当該第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に前記捩り周波数検出部により検出される捩り振動周波数に基づいて、前記第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とするものである。
【００２１】
また、請求項８に記載の発明は、光源から照射された光を弾性変形部材を介して片持ち梁状に支持されたミラー部により反射して対象物に照射するとともに、駆動手段の動作により前記弾性変形部材を変形させて前記ミラー部を振動させることによって前記対象物に照射する光を走査し、前記ミラー部の振動状態が最適となるように前記ミラー部の振動周波数及び振動振幅を検出して帰還制御を行う光スキャナ装置の駆動方法において、前記ミラー部の振動中に前記駆動手段の動作を一時的に停止させ、当該駆動手段の動作が一時的に停止されている間に検出される前記ミラー部の振動周波数に基づいて、前記駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の光スキャナ装置の駆動方法において、前記駆動手段の動作が一時的に停止されている間に検出される前記ミラー部の振動周波数の値から所定の値を減算し、減算された周波数の値に基づいて、前記駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とするものである。
【００２３】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９に記載の光スキャナ装置の駆動方法において、少なくとも電源投入時において、前記駆動手段にパルス電圧を印加し、前記駆動手段にパルス電圧が印加されてから所定時間経過後の時点で検出される前記ミラー部の振動周波数に基づいて前記駆動手段の動作周波数を決定し、その後、決定した動作周波数で前記駆動手段を動作させ、前記ミラー部の振動中に前記駆動手段の動作を一時的に停止させて、当該駆動手段の動作が一時的に停止されている間に検出される前記ミラー部の振動周波数に基づいて、前記駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とするものである。
【００２４】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項８に記載の光スキャナ装置の駆動方法において、前記駆動手段が、前記弾性変形部材を捩り方向に変形させる第１の駆動部と、前記弾性変形部材を曲げ方向に変形させる第２の駆動部とを有し、前記ミラー部を２次元方向に振動させることで、光源からの光を前記対象物に対して２次元走査するとともに、前記弾性変形部材の捩り変形量と曲げ変形量とに基づいて、前記ミラー部の捩り振動周波数と曲げ振動周波数とをそれぞれ検出することを特徴とするものである。
【００２５】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の光スキャナ装置の駆動方法において、前記第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に検出される前記ミラー部の捩り振動周波数に基づいて、前記第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定するとともに、自励発振回路により生成される信号に基づいて、前記第２の駆動部の動作を制御することを特徴とするものである。
【００２６】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１１又は１２に記載の光スキャナ装置の駆動方法において、前記第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に検出される前記ミラー部の捩り振動周波数の値から所定の値を減算し、減算された周波数の値に基づいて、前記第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とするものである。
【００２７】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１１乃至１３の何れかに記載の光スキャナ装置の駆動方法において、少なくとも電源投入時において、前記第１の駆動部にパルス電圧を印加し、前記第１の駆動部にパルス電圧が印加されてから所定時間経過後の時点で検出される前記ミラー部の捩り振動周波数に基づいて前記第１の駆動部の動作周波数を決定し、その後、決定した動作周波数で前記第１の駆動部を動作させ、前記ミラー部の振動中に前記第１の駆動部の動作を一時的に停止させて、当該第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に検出される前記ミラー部の捩り振動周波数に基づいて、前記第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とするものである。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１に係る光スキャナ装置によれば、ミラー部の振動中に弾性変形部材を変形させる駆動手段の動作を一時的に停止させ、当該駆動手段の動作が一時的に停止されている間に検出されるミラー部の振動周波数に基づいて駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することにより、ミラー部を支持する弾性変形部材にハードスプリング効果が生じた場合であっても、例えばヒステリシスが比較的小さい磁歪膜を駆動手段として用いることで、温度変化に対応して常に安定した共振動作を維持することができる。また、ミラー部が片持ち梁状に支持された構造とされていることから、装置構成を簡略化して低コスト化を実現することができる。したがって、特に車両用レーザレーダに用いた場合に、車両の振動などに起因する走査動作の停止を有効に防止することができ、装置の信頼性を向上して、車両の走行時における安全性を十分に確保することができる。
【００２９】
また、請求項２に係る光スキャナ装置によれば、請求項１の効果に加えて、ヒステリシスが比較的小さい磁歪膜を駆動手段として用いることで急激な外乱振動が加わった場合であっても、駆動手段の動作が一時的に停止されている間に検出されるミラー部の振動周波数の値から所定の値を減算した周波数の値に基づいて駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することから、この外乱振動による影響を有効に抑制して、安定した共振動作を維持することができる。したがって、特に車両用レーザレーダに用いた場合において、車両の振動による影響を更に効果的に低減して、装置の動作が停止してしまう不都合を更に適切に防止することができる。
【００３０】
また、請求項３に係る光スキャナ装置によれば、請求項１又は２の効果に加えて、例えば装置の周辺の環境温度が極めて高い場合、或いは極めて低い場合などのような極端な動作環境下においても、電源投入時にミラー部の共振動作を確実且つ安定して行うことができる。したがって、例えば熱帯地域や寒冷地域などに提供される車両に搭載して用いられる場合であっても、装置の信頼性を十分に確保することができる。
【００３１】
また、請求項４に係る光スキャナ装置によれば、請求項１の効果に加えて、ミラー部を捩り方向と曲げ方向とにそれぞれ駆動制御することができ、光源からの光を対象物に対して２次元走査することができる。
【００３２】
また、請求項５に係る光スキャナ装置によれば、請求項４の効果に加えて、ハードスプリング効果及び磁気的なヒステリシスによる影響が顕著となる捩り振動に対してのみ、駆動手段の動作が一時的に停止されている間に検出されるミラー部の振動周波数に基づいた同調制御を行い、曲げ振動に対しては安価な自励発振回路による帰還制御を行うことができる。したがって、装置に搭載する回路規模を小さくすることができ、小型軽量化を図ることができるとともに、更なる低コスト化を実現することができる。
【００３３】
また、請求項６に係る光スキャナ装置によれば、請求項４又は５の効果に加えて、ヒステリシスが比較的小さい磁歪膜を駆動手段として用いることで急激な外乱振動が加わった場合であっても、弾性変形部材を捩り方向に変形させる第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に検出されるミラー部の捩り振動周波数の値から所定の値を減算した周波数の値に基づいて第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定することから、この外乱振動による影響を有効に抑制して、安定した共振動作を維持することができる。したがって、特に車両用２次元レーザレーダに用いた場合において、車両の振動による影響を効果的に低減して、装置の動作が停止してしまう不都合を更に適切に防止することができる。
【００３４】
また、請求項７に係る光スキャナ装置によれば、請求項４乃至６の何れかの効果に加えて、例えば装置の周辺の環境温度が極めて高い場合、或いは極めて低い場合などのような極端な動作環境下においても、電源投入時にミラー部の共振動作を確実且つ安定して行うことができる。したがって、例えば熱帯地域や寒冷地域などに提供される車両に搭載して用いる場合であっても、装置の信頼性を十分に確保することができる。
【００３５】
また、請求項８に係る光スキャナ装置の駆動方法によれば、ミラー部の振動中に弾性変形部材を変形させる駆動手段の動作を一時的に停止させ、当該駆動手段の動作が一時的に停止されている間に検出されるミラー部の振動周波数に基づいて駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することにより、ミラー部を支持する弾性変形部材にハードスプリング効果が生じた場合であっても、例えばヒステリシスが比較的小さい磁歪膜によりミラー部を駆動することで、温度変化に対応して常に安定した共振動作を維持することができる。また、ミラー部が片持ち梁状に支持された構造とされていることから、装置構成を簡略化して低コスト化を実現することができる。したがって、特に光スキャナ装置を車両用レーザレーダに用いた場合に、車両の振動などに起因する走査動作の停止を防止することができ、車両の走行時における光スキャナ装置の信頼性及び安全性を十分に確保することができる。
【００３６】
また、請求項９に係る光スキャナ装置の駆動方法によれば、請求項８の効果に加えて、ヒステリシスが比較的小さい磁歪膜によりミラー部を駆動することで急激な外乱振動が加わった場合であっても、駆動手段の動作が一時的に停止されている間に検出されるミラー部の振動周波数の値から所定の値を減算した周波数の値に基づいて駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することから、この外乱振動による影響を抑制して、安定した共振動作を維持することができる。したがって、特に光スキャナ装置を車両用レーザレーダに用いた場合において、車両の振動による影響を低減して、光スキャナ装置の動作が停止してしまう不都合を更に適切に防止することができる。
【００３７】
また、請求項１０に係る光スキャナ装置の駆動方法によれば、請求項８又は９の効果に加えて、例えば装置の周辺の環境温度が極めて高い場合、或いは極めて低い場合などのような極端な動作環境下においても、電源投入時にミラー部の共振動作を確実且つ安定して行うことができる。したがって、光スキャナ装置が例えば熱帯地域や寒冷地域などに提供される車両に搭載して用いられる場合であっても、光スキャナ装置の信頼性を十分に確保することができる。
【００３８】
また、請求項１１に係る光スキャナ装置の駆動方法によれば、請求項８の効果に加えて、ミラー部を捩り方向と曲げ方向とにそれぞれ駆動制御することができ、光源からの光を対象物に対して２次元走査することができる。
【００３９】
また、請求項１２に係る光スキャナ装置の駆動方法によれば、請求項１１の効果に加えて、ハードスプリング効果及び磁気的なヒステリシスによる影響が顕著となる捩れ振動に対してのみ、駆動手段の動作が一時的に停止されている間に検出されるミラー部の振動周波数に基づいた同調制御を行い、曲げ振動に対しては安価な自励発振回路による帰還制御を行うことができる。したがって、光スキャナ装置に搭載する回路規模を小さくすることができ、光スキャナ装置の小型軽量化を図ることができるとともに、さらなる低コスト化を実現することができる。
【００４０】
また、請求項１３に係る光スキャナ装置の駆動方法によれば、請求項１１又は１２の効果に加えて、ヒステリシスが比較的小さい磁歪膜によりミラー部を駆動することで急激な外乱振動が加わった場合であっても、弾性変形部材を捩り方向に変形させる第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に検出されるミラー部の捩り振動周波数の値から所定の値を減算した周波数の値に基づいて第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定することから、この外乱振動による影響を有効に抑制して、安定した共振動作を維持することができる。したがって、特に光スキャナ装置を車両用２次元レーザレーダに用いた場合において、車両の振動による影響を効果的に低減して、光スキャナ装置の動作が停止してしまう不都合を更に適切に防止することができる。
【００４１】
また、請求項１４に係る光スキャナ装置の駆動方法によれば、請求項１１乃至１３の何れかの効果に加えて、例えば光スキャナ装置の周辺の環境温度が極めて高い場合、或いは極めて低い場合などのような極端な動作環境下においても、電源投入時にミラー部の共振動作を確実且つ安定して行うことができる。したがって、例えば熱帯地域や寒冷地域などに提供される車両に搭載して用いる場合であっても、光スキャナ装置の信頼性を十分に確保することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下では、本発明を、車両用２次元レーザレーダ装置に適用した例について具体的に説明する。
【００４３】
（第１の実施形態）
第１の実施形態として示す２次元レーザレーダ装置は、図１に示すように、対象物１００に対して照射するレーザ光を出射するレーザダイオード１０と、このレーザダイオード１０を駆動するレーザダイオード駆動回路１１と、レーザダイオード駆動回路１１に対してレーザダイオード１０の発光タイミングを出力する制御回路１２とを備える。
【００４４】
また、この２次元レーザレーダ装置は、レーザダイオード１０から出射されたレーザ光が対象物１００により反射されて戻ってきた戻り光を受光するフォトディテクタ１３と、フォトディテクタ１３からの出力信号に対して各種信号処理を施す受光回路１４とを備える。受光回路１４は、フォトディテクタ１３からの出力信号に基づいて、所定の信号を制御回路１２に出力する。そして制御回路１２は、受光回路１４からの出力信号に応じて、レーザ光がレーザダイオード１０から出射されてから対象物１００に反射してフォトディテクタ１３によって検出されるまでの伝播遅延時間に基づいて、自車周囲に存在する対象物１００までの距離や水平方向及び垂直方向の角度等、対象物１００の位置情報を算出する。また、制御回路は、算出した対象物１００の位置情報に基づいて、レーザダイオード１０の発光タイミングをレーザダイオード駆動回路１１に出力する。
【００４５】
また、この２次元レーザレーダ装置は、レーザダイオード１０から出射されたレーザ光を水平方向及び垂直方向に反射して２次元状に走査するスキャナ部１５と、スキャナ部１５によって走査されたレーザ光を反射して、例えば車両の前方に照射する反射ミラー１６とを備える。
【００４６】
スキャナ部１５は、図１乃至図３に示すように、レーザ光を反射するミラー部２０と、このミラー部２０を捩り方向及び曲げ方向とに駆動する磁歪素子（図１乃至図３においては図示せず。）と、ミラー部２０の捩り変形量及び曲げ変形量をそれぞれ検出する第１のピエゾ抵抗素子２１ａ及び第２のピエゾ抵抗素子２１ｂと、磁歪素子に対して外部磁界を印加する磁界印加手段２２とを備える。
【００４７】
また、この２次元レーザレーダ装置は、第１のピエゾ抵抗素子２１ａ及び第２のピエゾ抵抗素子２１ｂからの出力信号に基づいてミラー部２０の捩り振動周波数及び曲げ振動周波数を検出し、この検出結果に応じて磁界印加手段２２により印加する外部磁界を制御する駆動制御回路２３を備えている。そして、この２次元レーザレーダ装置は、駆動制御回路２３が制御回路１２に接続されて、相互に各種信号の入出力を行うように構成されており、制御回路１２によって装置全体の動作が制御される構成とされている。
【００４８】
次に、スキャナ部１５の構成について、図２及び図３を参照しながら詳細に説明する。
【００４９】
スキャナ部１５は、図２及び図３に示すように、外形を略矩形平板状に形成されており、例えばシリコンウエハを各種マイクロマシニング加工技術によって加工することなどによりコ字状に形成されたスリット部３０によって分断されてなるミラー部２０と、このミラー部２０を囲むフレーム部３１とを備える。ミラー部２０は、一端部がフレーム部３１と一体に形成されており、フレーム部３１に対して片持ち梁状に支持されている。このミラー部２０とフレーム部３１との境界部（以下、片持ち梁部３２と称する。）は、捩り方向と曲げ方向とに弾性変形自在とされている。
【００５０】
ミラー部２０は、例えばシリコンウエハの主面に対してアルミ蒸着により高反射コーティングを施すことにより形成されており、照射されるレーザ光に対して十分な反射率を有している。
【００５１】
また、片持ち梁部３２に位置して、ミラー部２０が形成された面とは反対側の面には、図示を省略する磁歪素子が薄膜状に形成されている。この磁歪素子は、所定の磁場の下で形成されることにより、例えば図２中に示す矢印Ａ方向に対して概ね２２．５度の傾斜角を有する方向に磁化容易軸が設定されている。
【００５２】
また、片持ち梁部３２には、図２中に示す矢印Ｄ方向に対するミラー部２０の曲げ方向及び捩り方向の変位量をそれぞれ検出する第１のピエゾ抵抗素子２１ａ及び第２のピエゾ抵抗素子２１ｂが形成されている。これら第１及び第２のピエゾ抵抗素子２１ａ，２１ｂからの出力信号は、フレーム部３１の端部に形成された電極部３３を介して外部に出力される。
【００５３】
また、スキャナ部１５は、図３に示すように、フレーム部３１が外フレーム部３４に取り付けられた状態で、この外フレーム部３４の周囲に磁界印加手段２２が配設されてなる。なお、図３（ａ）は、スキャナ部１５が外フレーム部３４に取り付けられた状態における平面図であり、図３（ｂ）は、この状態における側面図である。
【００５４】
磁界印加手段２２は、駆動制御回路２３による制御に応じて、図２中に示す矢印Ｄ方向に対するミラー部２０における曲げ方向及び捩り方向のそれぞれの共振周波数の２成分が重なった交番磁界を磁歪素子に対して印加する。
【００５５】
以上のように構成されたスキャナ部１５は、磁界印加手段２２によって交番磁界を印加されることにより磁歪素子が駆動し、片持ち梁部３２が図２中の矢印Ｂに示す曲げ方向、及び図２中の矢印Ｃに示す捩り方向に変形する。これにより、ミラー部２０は、曲げ方向と捩り方向とに振動動作することとなる。また、ミラー部２０の振動は、片持ち梁部３２に形成された第１及び第２のピエゾ抵抗素子２１ａ，２１ｂによって検出され、駆動制御回路２３に出力される。
【００５６】
ここで、スキャナ部１５の具体的な一構成例について説明する。片持ち梁部３２によって片持ち梁状に支持されるミラー部２０の外形形状は、例えば、長さが１０ｍｍ、幅が５ｍｍ、厚さが約２０μｍとされる。また、このミラー部２０は、例えば、捩り共振周波数が２ｋＨｚとされ、曲げ共振周波数が２００Ｈｚとされる。また、各々の共振周波数におけるミラー部２０のフレーム部３１に対する変位角度は、例えば、捩り方向に５度、曲げ方向に２０度とされる。なお、これら変位角度は、磁界印加手段２２によって印加する交番磁界に応じて自在に制御可能である。
【００５７】
なお、上述の説明においては、磁歪素子の磁化容易軸の傾斜角を２２．５度としたが、この値に限定されるものではない。ただし、片持ち梁部３２の機械的特性から、捩り振動に対しては、磁歪素子の磁化容易軸の傾斜角を４５度とすることが望ましく、曲げ振動に対しては、傾斜角を０度とすることが望ましい。本例においては、ミラー部２０を捩り方向と曲げ方向との双方で振動させることから、０度と４５度との中間値である２２．５度を選択することが望ましい。
【００５８】
また、上述の説明においては、片持ち梁部３２に形成した磁歪素子と磁界発生手段２２とによりミラー部２０を振動させる構成としたが、ミラー部２０を振動駆動するに際しては、このような構成に限定されるものではなく、例えば、圧電素子を用いるようにしてもよいし、クーロン力などの各種駆動力を利用するようにしてもよい。
【００５９】
また、図３に示すようにしてスキャナ部１５を外フレーム部３４に取り付けるに際しては、所定の厚さの（例えば３ｍｍ）各種スペーサ等を配設することが望ましい。これにより、ミラー部２０が大きな振れ角で振動した場合であっても、このミラー部２０が外フレーム部３４や２次元レーザレーダ装置の他の各部材に干渉してしまうことを防止することができる。
【００６０】
また、上述した磁界印加手段２２としては、例えば、線径が０．１ｍｍのエナメル線が５００回巻回されてなるコイルなどを用いることができる。
【００６１】
次に、上述した駆動制御回路２３の具体的な回路構成の一例について以下に説明する。
【００６２】
駆動制御回路２３は、図４に示すように、スキャナ部１５に形成された第１及び第２のピエゾ抵抗素子２１ａ，２１ｂからの出力信号をそれぞれ増幅する第１及び第２のシグナルコンディショナ４１ａ，４１ｂと、これら第１及び第２のシグナルコンディショナ４１ａ，４１ｂによって増幅された信号がそれぞれ入力され、それぞれミラー部２０の曲げ振動周波数及び捩り振動周波数を検出する第１及び第２の周波数検出器４２ａ，４２ｂと、これら第１及び第２の周波数検出器４２ａ，４２ｂにより検出した振動周波数の値がそれぞれ入力端子ｃｈ１及び入力端子ｃｈ２に入力されるＣＰＵ４３とを備えている。ＣＰＵ４３には、後述する処理手順を示すプログラムが記憶されるメモリ部４４が接続されている。そして、ＣＰＵ４３は、メモリ部４４に記憶されたプログラムに従って、入力された振動周波数の値に応じて各種演算処理を行い、ミラー部２０の曲げ振動及び捩り振動を駆動する電圧値及び周波数値を、それぞれ出力端子ｃｈ３及び出力端子ｃｈ４から出力する。
【００６３】
また、駆動制御回路２３は、ＣＰＵ４３の出力端子ｃｈ３及び出力端子ｃｈ４から出力される電圧値及び周波数値がそれぞれ入力され、この入力信号に応じた正弦波をそれぞれ出力する第１及び第２の発振器４５ａ，４５ｂを備え、さらに、第１及び第２の断続器４６ａ，４６ｂと、第１及び第２の出力アンプ４７ａ，４７ｂと、加算器４８とを備えている。
【００６４】
第１及び第２の発振器４５ａ，４５ｂから出力された正弦波は、それぞれ第１及び第２の断続器４６ａ，４６ｂを介して第１及び第２の出力アンプ４７ａ，４７ｂに入力される。第１及び第２の出力アンプ４７ａ，４７ｂは、入力された正弦波をそれぞれ増幅して加算器４８に出力する。加算器４８は、第１及び第２の出力アンプ４７ａ，４７ｂから入力された正弦波を加算した後、磁界印加手段２２に出力する。これにより、光スキャナ装置においては、磁界印加手段２２から交番磁界が磁歪素子に対して印加され、ミラー部２０が曲げ方向と捩り方向とにそれぞれ振動することとなる。
【００６５】
一方、第１及び第２のシグナルコンディショナ４１ａ，４１ｂから出力される信号は、制御回路１２にも出力される。そして、制御回路１２は、入力された信号に基づいて、フォトディテクタ１３により検出された戻り光がどの方向や距離から反射されたものかを検出する。これにより、２次元レーザレーダ装置は、対象物１００までの距離や水平方向及び垂直方向の角度などのような対象物１００に関する位置情報を検出することが可能とされている。
【００６６】
また、第１及び第２の断続器４６ａ，４６ｂは、ＣＰＵ４３の出力端子ｃｈ５及び出力端子ｃｈ６から出力される信号がそれぞれ入力されており、このＣＰＵ４３からの制御に応じて、第１及び第２の発振器４５ａ，４５ｂから出力される正弦波の第１及び第２の出力アンプ４７ａ，４７ｂに対する出力を適宜遮断することが可能とされている。
【００６７】
ここで、以上のように構成された２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御回路２３による処理の一例について、図５及び図６を参照しながら具体的に説明する。
【００６８】
２次元レーザレーダ装置の電源が投入されて動作が開始されると、図５中のステップＳ１０において、ＣＰＵ４３の出力端子ｃｈ５から第１の断続器４６ａを遮断する信号を出力する。なお、この時点におけるミラー部２０の振動振幅を、図６中において時刻Ｔ１で示す。この時刻Ｔ１以降、磁界印加手段２２からはミラー部２０を捩り方向のみに励起する磁場が磁歪素子に対して印加されることとなるが、ミラー部２０は、残響共振による影響によって時刻Ｔ１以前の周波数から徐々に曲げ固有振動周波数に漸近させつつ振幅を弱めながら、振動を継続する。
【００６９】
次に、ステップＳ１１において、ＣＰＵ４３は、時刻Ｔ１から所定の時間（例えば２０ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断する。この結果、所定の時間が経過している場合には次のステップＳ１２に進み、経過していなかった場合には、ステップＳ１１の判断処理を繰り返す。
【００７０】
ここで、ステップＳ１１からステップＳ１２に移行するまでの経過時間を２０ｍｓｅｃに設定するのは、本発明者が実験により経験的に決定した最適値である。具体的には、約２００Ｈｚの曲げ共振周波数においてミラー部２０の変位角を２０度に設定した場合に、時刻Ｔ１において曲げ方向の駆動を遮断してから２０ｍｓｅｃ経過した時点でのミラー部の振動振幅は約１６度であった。このように曲げ方向の駆動を遮断したときに、１６度の曲げ角が得られれば、レーザ光の水平スキャン角度として３２度を確保することができ、車両用のレーザレーダ装置としては十分な水平スキャン角度を確保することができる。
【００７１】
一方、本例におけるステップＳ１１からステップＳ１２への移行時間を２０ｍｓｅｃよりも短く設定すると、ミラー部２０における曲げ固有振動周波数への移行が完了せず、次のステップＳ１２において誤った振動周波数を計測してしまうといった不具合が生じる。また、本例における移行時間を２０ｍｓｅｃよりも長く設定すると、残響振動によるミラー部２０の曲げ角度が小さくなりすぎてしまい、レーザ光の水平スキャン角度が十分に確保されず、対象物１００の検知機能が制約されてしまう。
【００７２】
以上のような理由から、本例においては、次のステップＳ１２におけるミラー部２０の曲げ固有振動周波数の検出を正確に計測するための最適な経過時間として、２０ｍｓｅｃを設定した。なお、本例におけるミラー部２０の振動減衰率は、２０％であった。
【００７３】
次に、ステップＳ１２において、第１のピエゾ抵抗素子２１ａからの出力信号に基づいて、第１の周波数検出器４２ａによりミラー部２０の曲げ固有振動周波数と振動振幅とを検出する。なお、この時点におけるミラー部２０の振動振幅を、図６中において時刻Ｔ２で示す。また、このとき検出された曲げ固有振動周波数及び振動振幅は、ＣＰＵ４３によってメモリ部４４に一時的に記憶される。
【００７４】
次に、ステップＳ１３において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ１２において検出された曲げ固有振動周波数及び振動振幅と、予めメモリ部４４に記録された初期値とを比較して差を算出し、この差に基づいて調整した最適振幅値を得る。
【００７５】
次に、ステップＳ１４において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ１２で検出した曲げ固有振動周波数とステップＳ１３で得た最適振幅値とを出力端子ｃｈ３を介して第１の発振器４５ａに出力する。この時点では、ミラー部２０は磁界印加手段２２によって印加される磁界によって捩り方向のみの振動をしている。
【００７６】
次に、ステップＳ１５において、ＣＰＵ４３は、出力端子ｃｈ５を介して第１の断続器４６ａを接続する要求を出力する。これにより、磁界印加手段２２からは、捩り振動とともに曲げ振動に対応した交番磁界が磁歪素子に印加されることとなり、ミラー部２０は、捩り方向と曲げ方向との２方向に振動する。なお、この時点におけるミラー部２０の振動振幅を図６中において時刻Ｔ３で示す。
【００７７】
次に、ステップＳ１６において、ＣＰＵ４３は、出力端子ｃｈ６から第２の断続器４６ｂを遮断する信号を出力する。なお、以降で説明する第２の断続器４６ｂを遮断する動作においては、ミラー部２０の振動振幅の変化が、上述したようにして第１の断続器４６ａを遮断した場合と略々同等であることから、このステップＳ１６の時点におけるミラー部２０の振動振幅を便宜的に、図６中において上述の説明で用いた時刻Ｔ１で示す。この時刻Ｔ１以降、磁界印加手段２２からはミラー部２０を曲げ方向のみに励起する磁場が磁歪素子に対して印加されることとなるが、ミラー部２０は、残響共振による影響によって時刻Ｔ１以前の周波数から徐々に捩り固有振動周波数に漸近させつつ振幅を弱めながら、振動を継続する。
【００７８】
次に、ステップＳ１７において、ＣＰＵ４３は、時刻Ｔ１から所定の時間（例えば１０ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断する。この結果、所定の時間が経過している場合には次のステップＳ１８に進み、経過していなかった場合には、ステップＳ１７における判断を繰り返す。
【００７９】
ここで、ステップＳ１７からステップＳ１８に移行するまでの経過時間を１０ｍｓｅｃに設定するのは、本発明者が実験により経験的に決定した最適値である。具体的には、本例における外形形状とされたミラー部２０の捩り変位角が５度であり、時刻Ｔ１において捩り方向の駆動を遮断してから１０ｍｓｅｃ経過した時点でのミラー部の振動振幅は約４度であった。このように捩り方向の駆動を遮断したときに、４度の捩り角が得られれば、レーザ光のスキャン角度として垂直方向に８度を確保することができ、車両用のレーザレーダ装置としては十分な垂直スキャン角度を確保することができる。
【００８０】
一方、本例におけるステップＳ１７からステップＳ１８への移行時間を１０ｍｓｅｃよりも短く設定すると、ミラー部２０における捩り固有振動周波数への移行が完了せず、次のステップＳ１８において誤った振動周波数を計測してしまうといった不具合が生じる。また、本例における移行時間を１０ｍｓｅｃよりも長く設定すると、残響振動によるミラー部２０の捩り角度が小さくなりすぎてしまい、レーザ光の垂直スキャン角度が十分に確保されず、対象物１００の検知機能が制約されてしまう。
【００８１】
以上のような理由から、本例においては、次のステップＳ１７におけるミラー部２０の捩り固有振動周波数の検出を正確に計測するための最適な経過時間として、１０ｍｓｅｃを設定した。なお、本例におけるミラー部２０の振動減衰率は、２０％であった。
【００８２】
次に、ステップＳ１８において、第２のピエゾ抵抗素子２１ｂからの出力信号に基づいて、第２の周波数検出器４２ｂによりミラー部２０の捩り固有振動周波数と振動振幅とを検出する。なお、この時点におけるミラー部２０の振動振幅を、図６中において時刻Ｔ２で示す。このとき検出された捩り固有振動周波数及び振動振幅は、ＣＰＵ４３によってメモリ部４４に一時的に記憶される。
【００８３】
次に、ステップＳ１９において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ１８において検出された捩り固有振動周波数及び振動振幅と、予めメモリ部４４に記録された初期値とを比較して差を算出し、この差に基づいて調整した最適振幅値を得る。
【００８４】
次に、ステップＳ２０において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ１８で検出した曲げ固有振動周波数とステップＳ１９で得た最適振幅値とを出力端子ｃｈ４を介して第２の発振器４５ｂに出力する。この時点では、ミラー部２０は磁界印加手段２２によって印加される磁界によって曲げ方向のみの振動をしている。
【００８５】
次に、ステップＳ２１において、ＣＰＵ４３は、出力端子ｃｈ６を介して第２の断続器４６ｂを接続する要求を出力する。これにより、磁界印加手段２２からは、曲げ振動とともに捩り振動に対応した交番磁界が磁歪素子に印加されることとなり、ミラー部２０は、曲げ方向と捩り方向との２方向に振動する。なお、この時点におけるミラー部２０の振動振幅を図６中において時刻Ｔ３で示す。
【００８６】
次に、ステップＳ２２において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ２１の処理から所定の時間（例えば１００ｓｅｃ）が経過したか否かを判断する。この結果、所定の時間が経過している場合には処理をステップＳ１０に戻して、ミラー部２０の曲げ方向及び捩り方向の振動制御を繰り返す。なお、このようにして再び上述した処理を繰り返したときに、上述した時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に相当する時刻を、図６中においてそれぞれ時刻Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’として示す。また、判断の結果、所定の時間が経過していなかった場合には、ステップＳ２２における判断を繰り返す。
【００８７】
本例の２次元レーザレーダ装置は、駆動制御回路２３において以上のような処理が行われることにより、ミラー部２０における曲げ振動と捩り振動との共振状態を独立して検出し、検出結果に基づいてミラー部２０を曲げ方向と捩り方向とで双方に最適な振動制御を行うことが可能とされている。これにより、ミラー部２０を支持する弾性変形部材としての片持ち梁部３２ににハードスプリング効果が生じた場合であっても、例えばヒステリシスが比較的小さい磁歪膜を用いることにより、温度変化に対応して常に安定した共振動作を維持することができる。また、ミラー部２０が片持ち梁状に支持された構造とされていることから、装置構成を簡略化して低コスト化を実現することができる。したがって、特に車両に搭載して用いる場合に、車両の振動などに起因する走査動作の停止を防止することができ、装置の信頼性を向上して、走行時の安全性を十分に確保することができる。
【００８８】
なお、以上の例では、ミラー部２０が曲げ及び捩りの２方向に振動駆動される構成として、レーザ光を２次元状に走査する場合について説明したが、本発明は、以上の例に限定されるものではなく、各種の光スキャナ装置に広く適用することができる。例えば、レーザ光を直線状に走査する１次元光スキャナ装置に本発明を適用してもよい。
【００８９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態として、第１及び／又は第２の周波数検出器４２ａ，４２ｂによって検出される振動周波数の値から所定の値を減算した周波数の値に基づいてミラー部２０の振動状態を制御する構成とされた２次元レーザレーダ装置について説明する。
【００９０】
本例に係る２次元レーザレーダ装置は、例えば、図４に示した駆動制御回路２３における第１及び／又は第２の周波数検出器４２ａ，４２ｂとＣＰＵ４３との間に、それぞれ例えば各種電子回路等により構成した減算回路を配設することにより実現することができる。また、ＣＰＵ４３における演算処理の中で、第１及び第２の周波数検出器４２ａ，４２ｂから入力される周波数の値から、ソフトウエア的に減算処理を行うことによっても実現することができる。なお、減算する値は、例えば、減算回路を構成する電子素子等を組み合わせることにより設定されていてもよいし、ＣＰＵ４３の処理手順を示すプログラム中に記述されていてもよい。
【００９１】
ここで、ソフトウエア的に減算処理を行う構成とされた第２の実施形態の２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御回路２３における処理の一例について、図７を参照しながら具体的に説明する。なお、この駆動制御回路２３における処理が上述した第１の実施形態で説明した処理と異なる点は、減算処理を行う点のみであるので、第１の実施形態で説明した処理と同様の処理については、ここでは詳細な説明は省略する。
【００９２】
この駆動制御回路２３による処理では、図７に示すように、ステップＳ１４の前段で、ステップＳ１２で検出した曲げ振動周波数から、ＣＰＵ４３によって所定の値（例えば３Ｈｚ）を減算処理するステップＳ３０を有する。そして、このステップＳ３０で減算した後の曲げ振動周波数を、ステップＳ１４において第１の発振器４５ａに出力する。また、ステップＳ２０の前段で、ステップＳ１８で検出した捩り振動周波数から、ＣＰＵ４３によって所定の値（例えば３０Ｈｚ）を減算処理するステップＳ３１を有する。そして、このステップＳ３１で減算した後の捩り振動周波数を、ステップＳ２０において第２の発振器４５ｂに出力する。
【００９３】
このようにして減算する値は、予めメモリ部４４に記憶しておくようにしてもよいし、また、ＣＰＵ４３の処理手順を示すプログラム中で適宜算出するようにしてもよい。
【００９４】
第２の実施形態の２次元レーザレーダでは、以上のようにして、ミラー部２０における振動周波数の検出値から所定の値を減算処理した周波数値に基づいて、このミラー部２０の振動制御を行う構成とされている。これにより、ミラー部２０の曲げ方向及び捩り方向の固有振動周波数よりも高い周波数の振動が外乱として印加された場合であっても、この外乱振動による影響を抑制して、安定した共振動作を維持することができる。したがって、特に車両に搭載して用いる場合において、車両の振動による影響を低減して、装置の動作が停止してしまうことを十分に防止することができる。
【００９５】
なお、上述の説明で挙げた減算値の具体例（３Ｈｚ及び３０Ｈｚ）は、搭載する車両に生じる振動などに基づいて、本発明者により実験的に求められた最適値である。すなわち、減算を行う値は、予め適宜設定しておけばよい。
【００９６】
また、ステップＳ３０及びステップＳ３１における減算処理は、常に行うようにしなくてもよく、例えば、第１及び第２のシグナルコンディショナ４１ａ，４１ｂからの出力信号をＣＰＵ４３によって監視し、この出力信号が所定の値を下回った場合についてのみ行うようにしてもよい。また、例えば、過度の外乱振動によって、ミラー部２０の共振動作が停止してしまった後で、この共振動作を再開する場合について行うようにしてもよい。
【００９７】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態として、ミラー部２０を捩り方向のみについて上述と同様の振動制御を行い、曲げ方向については自励発振器による比較的簡略な帰還制御を行う構成とされた２次元レーザレーダ装置について、図８及び図９を参照しながら説明する。なお、この第３の実施形態の２次元レーザレーダ装置が、上述した第１の実施形態に係る２次元レーザレーダ装置と異なる点は、曲げ方向の振動制御のみであるので、第１の実施形態と同様な部分については、図中同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００９８】
この２次元レーザレーダ装置では、図８に示すように、駆動制御回路２３において、第１のシグナルコンディショナ４１ａからの出力信号が自励発振器５０に入力されており、第１の発振器４５ａ及び第１の断続器４６ｂが省略されている。そして、この２次元レーザレーダ装置は、ミラー部２０の曲げ方向の振動について、自励発振器５０による比較的単純な帰還制御が行われ、図９に示す駆動制御回路２３における処理手順のとおり、ミラー部２０の捩り方向の振動についてのみ第１のピエゾ抵抗素子２１ａにより検出した周波数に基づいて振動制御が行われる。
【００９９】
以上のように構成された２次元レーザレーダ装置では、ハードスプリング効果及び磁気的なヒステリシスによる影響が顕著となる捩れ振動に対して、検出した振動周波数に基づいた同調制御を行いことができるとともに、ハードスプリング効果及び磁気的なヒステリシスによる影響が比較的小さい曲げ振動に対しては安価な自励発振器５０による帰還制御を行うことができる。したがって、装置に搭載する回路規模を小さくすることができ、小型軽量化を図ることができるとともに、装置構成を簡略化して、さらなる低コスト化を実現することができる。
【０１００】
なお、この２次元レーザレーダ装置は、例えば、第１の周波数検出器４２ａや、ＣＰＵ４３における入出力端子ｃｈ１，ｃｈ５，ｃｈ３などをさらに省略することもでき、これによって、より一層の低コスト化・小型軽量化を達成することができる。
【０１０１】
また、この２次元レーザレーダ装置においては、図１０に示すように、第２の実施形態と同様にして、ステップＳ２０の前段で、ステップＳ１８で検出した捩り振動周波数から、ＣＰＵ４３によって所定の値（例えば３０Ｈｚ）を減算処理するステップＳ３１を有し、このステップＳ３１で減算した後の捩り振動周波数を、ステップＳ２０において第２の発振器４５ｂに出力するようにしてもよい。これにより、ミラー部２０に対する捩り方向の振動制御を行うに際して、外乱振動による影響を抑制して、安定した共振動作を維持することができる。
【０１０２】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態として、駆動制御回路２３が、磁界印加手段２２に対してパルス電圧を印加するパルスジェネレータを備える構成とされた２次元レーザレーダ装置について、図１１及び図１２を参照しながら説明する。なお、この第４の実施形態の２次元レーザレーダ装置が、上述した第１の実施形態に係る２次元レーザレーダ装置と異なる点は、駆動制御回路２３にパルスジェネレータを備えた点のみであるので、第１の実施形態と同様な部分については、図中同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【０１０３】
この２次元レーザレーダ装置では、図１１に示すように、駆動制御回路２３に、所定のパルス電圧をそれぞれ出力する第１及び第２のパルスジェネレータ６０ａ，６０ｂが設けられている。これら第１及び第２のパルスジェネレータ６０ａ，６０ｂは、ＣＰＵ４３の出力端子ｃｈ７，ｃｈ８から出力されるタイミング信号がそれぞれ入力される構成とされており、このタイミング信号が入力されたときに、所定のパルス電圧をそれぞれ第１及び第２の出力アンプ４７ａ，４７ｂに出力する。
【０１０４】
また、この２次元レーザレーダ装置では、例えば、図１２に示すように、電源が投入されて動作が開始された直後に、駆動制御回路２３において一連のパルス駆動処理を行ってミラー部２０の振動駆動を安定させ、この後に、第１の実施形態と同様な処理を行うように構成されている。
【０１０５】
すなわち、この２次元レーザレーダ装置では、図１２に示すステップＳ４０において電源が投入されると、ステップＳ４１において、駆動制御回路２３のＣＰＵ４３の出力端子ｃｈ７から第１のパルスジェネレータ６０ａに対してパルス電圧を印加する要求が出力される。
【０１０６】
次に、ステップＳ４２において、第１のパルスジェネレータ６０ａは、例えばメモリ部４４に予め記憶されている初期振幅値の５倍程度の電圧値で、５ｍｓｅｃ程度のパルス幅を有する矩形波状のパルス電圧を第１の出力アンプ４７ａに出力する。ここで、パルス電圧の電圧値を初期振幅値の５倍とし、パルス幅を５ｍｓｅｃとした理由は、ミラー部２０の曲げ方向の共振周波数が２００Ｈｚであることから、パルス幅を共振周期の１周期分の長さに相当する５ｍｓｅｃに設定し、このパルス幅のパルス電圧で通常の曲げ方向の振れ角をミラー部２０に発生させる電圧値として、初期振幅値の５倍を設定した。
【０１０７】
なお、第１及び第２のパルスジェネレータ６０ａ，６０ｂから出力するパルス電圧の電圧値やパルス幅は、ミラー部２０の共振特性などに応じて適宜設定すればよい。また、このステップＳ４２の時点でのミラー部２０の振動振幅を、図１３において時刻Ｔ４で示す。
【０１０８】
次に、ステップＳ４３において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ４２でパルス電圧を出力してから所定の時間（例えば２０ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断する。この結果、経過している場合には次のステップＳ４４に進み、経過していない場合にはステップＳ４３の判断を繰り返す。
【０１０９】
次に、ステップＳ４４において、第１のピエゾ抵抗素子２１ａからの出力信号に基づいて、第１の周波数検出器４２ａによりミラー部２０の曲げ固有振動周波数検出する。なお、この時点におけるミラー部２０の振動振幅を、図１３において時刻Ｔ５で示す。また、このとき検出された曲げ固有振動周波数は、ＣＰＵ４３によってメモリ部４４に一時的に記憶される。
【０１１０】
次に、ステップＳ４５において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ４４において検出された曲げ固有振動周波数と、予めメモリ部４４に記録された初期振幅値とに基づき、出力端子ｃｈ３を介して所定の波形信号を第１の発振器４５ａに出力する。
【０１１１】
次に、ステップＳ４６において、ＣＰＵ４３は、出力端子ｃｈ８から第２のパルスジェネレータ６０ｂに対してパルス電圧を印加する要求を出力する。
【０１１２】
次に、ステップＳ４７において、第２のパルスジェネレータ６０ｂは、例えばメモリ部４４に予め記憶されている初期振幅値の２倍程度の電圧値で、２ｍｓｅｃ程度のパルス幅を有する矩形波状のパルス電圧を第２の出力アンプ４７ｂに出力する。ここで、パルス電圧の電圧値を初期振幅値の２倍とし、パルス幅を２ｍｓｅｃとした理由は、ミラー部２０の捩り方向の共振周波数が２ｋＨｚであることから、パルス幅を共振周期の１周期分の長さ（０．５ｍｓｅｃ）と、第２のパルスジェネレータ６０ｂを構成する回路の応答性とを考慮して、２ｍｓｅｃに設定した。また、このパルス幅のパルス電圧で通常の捩り方向の振れ角をミラー部２０に発生させる電圧値として、初期振幅値の２倍を設定した。なお、このステップＳ４７の時点でのミラー部２０の振動振幅を、図１３において便宜的に時刻Ｔ４で示す。
【０１１３】
次に、ステップＳ４８において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ４７でパルス電圧を出力してから所定の時間（例えば１０ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断する。この結果、経過している場合には次のステップＳ４９に進み、経過していない場合にはステップＳ４８の判断を繰り返す。
【０１１４】
次に、ステップＳ４９において、第２のピエゾ抵抗素子２１ｂからの出力信号に基づいて、第２の周波数検出器４２ｂによりミラー部２０の捩り固有振動周波数検出する。なお、この時点におけるミラー部２０の振動振幅を、図１３において時刻Ｔ５で示す。また、このとき検出された捩り固有振動周波数は、ＣＰＵ４３によってメモリ部４４に一時的に記憶される。
【０１１５】
次に、ステップＳ５０において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ４９において検出された捩り固有振動周波数と、予めメモリ部４４に記録された初期振幅値とに基づき、出力端子ｃｈ４を介して所定の波形信号を第１の発振器４５ａに出力する。
【０１１６】
このステップＳ５０以降は、図１２に示すように、上述した第２の実施形態と同様な処理であるので、ここでは説明を省略する。
【０１１７】
以上のような２次元レーザレーダ装置では、少なくとも電源投入時において、磁界印加手段２２に対してパルス電圧を印加し、このパルス電圧を印加してから所定時間経過後の時点でミラー部２０の振動周波数を検出して、この検出結果に基づいてミラー部２０に対する振動制御を行う。このため、例えば装置の周辺の環境温度が極めて高い場合、或いは極めて低い場合などのような極端な動作環境下においても、電源投入時にミラー部２０の共振動作を確実且つ安定して行うことができる。したがって、例えば熱帯地域や寒冷地域などに提供される車両に搭載して用いる場合であっても、装置の信頼性を十分に確保することができる。
【０１１８】
なお、この２次元レーザレーダ装置においては、例えば、図１２に示すステップＳ３０やステップＳ３１を省略するようにしてもよい。ただし、第２の実施形態で説明したように、ステップＳ３０やステップＳ３１において減算処理を行うようにした場合には、外乱振動による影響を抑制して、より安定して共振動作を維持することができる。
【０１１９】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態として、ミラー部２０を捩り方向のみについて上述と同様の振動制御を行い、曲げ方向については自励発振器による比較的簡略な帰還制御を行うとともに、駆動制御回路２３が、磁界印加手段２２に対してパルス電圧を印加するパルスジェネレータを備える構成とされた２次元レーザレーダ装置について、図１４及び図１５を参照しながら説明する。なお、この第５の実施形態の２次元レーザレーダ装置は、上述した第３の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせた場合に相当するものであるので、第３の実施形態及び第４の実施形態と同様な部分については、図中同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【０１２０】
この２次元レーザレーダ装置では、図１４に示すように、駆動制御回路２３において、第１のシグナルコンディショナ４１ａからの出力信号が自励発振器５０に入力されており、第１の発振器４５ａ及び第１の断続器４６ｂが省略されている。そして、この２次元レーザレーダ装置は、ミラー部２０の曲げ方向の振動について、自励発振器５０による比較的単純な帰還制御が行われ、図１５に示す駆動制御回路２３における処理手順のとおり、ミラー部２０の捩り方向の振動についてのみ第１のピエゾ抵抗素子２１ａにより検出した周波数に基づいて振動制御が行われる。また、この２次元レーザレーダ装置では、駆動制御回路２３に、ＣＰＵ４３の出力端子ｃｈ８から出力される要求に応じて、所定のパルス電圧を第２の出力アンプ４７ｂに出力する第２のパルスジェネレータ６０ｂが設けられている。
【０１２１】
そして、この２次元レーザレーダ装置では、図１５に示すように、ステップＳ４０において電源が投入されると、駆動制御回路２３において、ステップＳ４６乃至ステップＳ５０の一連のパルス駆動処理を、ミラー部２０の捩り方向のみについて行う。そして、この一連のパルス駆動処理が終了して、ミラー部２０が安定した振動動作を行うようになると、第３の実施形態と同様にして、ミラー部２０の曲げ方向の振動について、自励発振器５０による比較的単純な帰還制御を行うとともに、図１５に示す処理手順のとおり、ミラー部２０の捩り方向の振動についてのみ第１のピエゾ抵抗素子２１ａにより検出した周波数に基づいた振動制御を行う。
【０１２２】
以上のような２次元レーザレーダ装置では、少なくとも電源投入時において、磁界印加手段２２に対してパルス電圧を印加し、このパルス電圧を印加してから所定時間経過後の時点でミラー部２０の振動周波数を検出して、この検出結果に基づいてミラー部２０に対する振動制御を行う。このため、例えば装置の周辺の環境温度が極めて高い場合、或いは極めて低い場合などのような極端な動作環境下においても、電源投入時にミラー部２０の共振動作を確実且つ安定して行うことができる。したがって、例えば熱帯地域や寒冷地域などに提供される車両に搭載して用いる場合であっても、装置の信頼性を十分に確保することができる。
【０１２３】
また、ハードスプリング効果及び磁気的なヒステリシスによる影響が顕著となる捩れ振動に対して、検出した振動周波数に基づいた同調制御を行いことができるとともに、ハードスプリング効果及び磁気的なヒステリシスによる影響が比較的小さい曲げ振動に対しては安価な自励発振器５０による帰還制御を行うことができる。したがって、装置に搭載する回路規模を小さくすることができ、小型軽量化を図ることができるとともに、装置構成を簡略化して、さらなる低コスト化を実現することができる。
【０１２４】
したがって、この２次元レーザレーダ装置は、これらの相乗効果により、より安定して高精度にレーザ光を走査することが可能となるだけでなく、装置全体の低コスト化を一層進めるとともに、信頼性を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の２次元レーザレーダ装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】前記２次元レーザレーダ装置が備えるスキャナ部を模式的に示す平面図である。
【図３】前記２次元レーザレーダ装置が備えるスキャナ部を示す図であり、（ａ）はミラー部が形成された側からみた平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図４】前記２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御回路を示す回路構成図である。
【図５】前記２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御回路における処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】前記駆動制御回路により制御されるミラー部の振動振幅と経過時間との関係を示す模式図である。
【図７】第２の実施形態の２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御回路における処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】第３の実施形態の２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御回路を示す回路構成図である。
【図９】第３の実施形態の２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御回路における処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】第３の実施形態の２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御回路における処理の他の例を示すフローチャートである。
【図１１】第４の実施形態の２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御回路を示す回路構成図である。
【図１２】第４の実施形態の２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御回路における処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】第４の実施形態の２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御回路により制御されるミラー部の振動振幅と経過時間との関係を示す模式図である。
【図１４】第５の実施形態の２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御回路を示す回路構成図である。
【図１５】第５の実施形態の２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御回路における処理の一例を示すフローチャートである。
【図１６】従来の光スキャナ装置において問題となる、反射ミラーに生じるハードスプリング効果を説明する図であり、反射ミラーの振動周波数と振動振幅との関係を示す模式図である。
【図１７】従来の光スキャナ装置において問題となる、反射ミラーを駆動するための磁歪膜に生じるヒステリシスを説明する図であり、反射ミラーの振動周波数と振動振幅との関係を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ レーザダイオード
１１ レーザダイオード駆動回路
１２ 制御回路
１３ フォトディテクタ
１４ 受光回路
１５ スキャナ部
１６ 反射ミラー
２０ ミラー部
２１ ピエゾ抵抗素子
２２ 磁界印加手段
２３ 駆動制御回路
３０ スリット部
３１ フレーム部
３２ 片持ち梁部
３３ 電極部
３４ 外フレーム部
４１ シグナルコンディショナ
４２ 周波数検出器
４３ ＣＰＵ
４４ メモリ部
４５ 発振器
４６ 断続器
４７ 出力アンプ
４８ 加算器
５０ 自励発振回路
６０ パルスジェネレータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, the light irradiated from the light source is reflected by the mirror part supported in a cantilever shape via the elastic deformation member and irradiated to the object, and the object is obtained by vibrating the mirror part. The present invention relates to an optical scanner device that scans irradiated light and a driving method of such an optical scanner device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed an optical scanner device that irradiates an object while scanning laser light emitted from a light source in a two-dimensional direction, and is applied to, for example, a two-dimensional laser radar for vehicles. The two-dimensional laser radar for a vehicle uses an optical scanner device to irradiate an object around the vehicle with laser light, detects reflected return light from the object, and outputs laser light and the object from the optical scanner device. The distance to the object, the horizontal direction, the angle in the horizontal direction, and the like are detected based on the relationship with the reflected return light from. If such a two-dimensional laser radar for a vehicle is mounted on a vehicle, the situation around the vehicle can be grasped appropriately and reliably, and thus has been attracting attention as a technique for improving safety when the vehicle is traveling.
[0003]
As a conventional optical scanner device, for example, a configuration disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-101474 is known. This conventional example relates to a two-dimensional optical scanner device by resonance driving, and two doubly-supported torsional vibration beams orthogonal to each other are arranged around a reflection mirror. And by arranging a piezoelectric actuator at the base of these two torsional vibration beams functioning as a vibration axis, and applying an alternating voltage according to the resonance frequency of bending and torsion of the vibration axis to the piezoelectric actuator, Bending and torsional vibrations are simultaneously applied to the reflecting mirror, thereby enabling two-dimensional scanning.
[0004]
In this conventional example, a piezoelectric sensor is provided at the base of the torsional vibration beam. The piezoelectric sensor detects the deflection angle of the reflecting mirror as a stress signal, applies the stress signal to the self-excited oscillation circuit, amplifies it to the piezoelectric actuator, and feeds back the oscillation frequency of the piezoelectric actuator. While matching with the torsional natural frequency of the vibrating beam, the oscillation amplitude is controlled to a constant value. Thereby, the reflecting mirror can be stably oscillated in response to changes in the damping coefficient and resonance frequency due to temperature changes and the like, and high-precision two-dimensional scanning can be realized.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the optical scanner device in the above-described conventional example has a structure in which the reflection mirror is supported by two both-end supported beams of bending and torsion, and the torsional vibration of these two end-supported beams is used. For this reason, the amplitude (that is, the deflection angle) of the beam is uniformly attenuated in the frequency region before and after the resonance frequency, and it is easy to obtain good resonance characteristics. Therefore, a simple control circuit such as a self-excited oscillation circuit can be used when the resonance of the reflection mirror is continued while maintaining the frequency according to the natural frequency of the beam.
[0006]
However, since the optical scanner device in the above-described conventional example has a structure in which the reflection mirror is supported by two doubly-supported beams, the device configuration is complicated and there is a limit to reducing the cost.
[0007]
Therefore, as a method of simplifying the device configuration and realizing significant cost reduction, for example, by supporting the reflecting mirror with a single cantilever and vibrating the cantilever in the bending direction and the torsional direction, respectively. A method of performing two-dimensional scanning is considered. However, in this case, when a large torsional vibration is obtained in response to a wide range of scanning, a phenomenon called a so-called hard spring effect occurs as shown in FIG. However, there is a problem that the attenuation characteristic of the amplitude of the beam becomes asymmetric and the vibration form is extremely nonlinear. Such resonance vibration with strong nonlinearity is difficult to operate stably by feedback control using a self-excited oscillation circuit.
[0008]
Therefore, in the optical scanner device in the conventional example, when a disturbance such as vibration including a high frequency component occurs, the feedback control system diverges, and the control circuit is configured to vibrate in a frequency range slightly higher than the resonance frequency. When operating, there is a possibility that resonance stops. Also, when the operation is resumed after the resonance stops, an unstable resonance form tends to occur due to an excessive response of the feedback control system.
[0009]
For this reason, when the optical scanner device in the conventional example is applied to, for example, a two-dimensional laser radar for a vehicle, the operation is likely to be unstable due to the vibration of the vehicle including a high frequency component, and resonance stops frequently. Therefore, it is difficult to obtain sufficient reliability.
[0010]
On the other hand, in the optical scanner device, for example, in order to drive the beam that supports the reflecting mirror, a magnetostrictive film that generates a stress that changes according to a magnetic field applied from the outside is formed on the back surface of the beam. Can be considered. In this case, as shown in FIG. 17, the effect of hysteresis generated in the magnetostrictive film becomes significant.
[0011]
Specifically, for example, when the operation is resumed after the resonance stops after shifting to a higher frequency range than the resonance frequency, the reflection mirror is driven from a frequency much lower than the original resonance frequency to the resonance frequency. It is necessary to employ a method of sequentially sweeping the frequency or a method of reversing the resonance after reversing the magnetic moment in the magnetostrictive film to a state before the resonance stops by applying a DC magnetic field. However, either method temporarily stops the vibration operation of the reflecting mirror.
[0012]
Therefore, it is difficult to apply such an optical scanner device to a vehicular two-dimensional laser radar that is required to constantly detect objects around the vehicle.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and an optical scanner device capable of continuously performing stable scanning while simplifying the device configuration and realizing significant cost reduction, And it aims at providing the drive method of such an optical scanner apparatus.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the light irradiated from the light source is reflected by the mirror part supported in a cantilever shape via the elastic deformation member and irradiated to the object, and the mirror part is vibrated. In the optical scanner apparatus that scans the light applied to the object by the above-described method, detects the vibration frequency and vibration amplitude of the mirror section so that the vibration state of the mirror section is optimal, and performs feedback control, the elastic deformation member The drive means for deforming the mirror portion to vibrate, the drive control means for controlling the operation of the drive means, the deformation amount detection means for detecting the deformation amount of the elastic deformation member, and the output from the deformation amount detection means Frequency detecting means for detecting the vibration frequency of the mirror section, and the drive control means temporarily stops the operation of the driving means during the vibration of the mirror section. And determining the operating frequency for resuming the operation of the driving means based on the vibration frequency detected by the frequency detecting means while the operation of the driving means is temporarily stopped. To do.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the optical scanner device according to the first aspect, the drive control means is detected by the frequency detection means while the operation of the drive means is temporarily stopped. A predetermined value is subtracted from the value of the vibration frequency to be determined, and an operating frequency for restarting the operation of the driving means is determined based on the subtracted frequency value.
[0016]
The invention according to claim 3 is the optical scanner device according to claim 1 or 2, further comprising pulse voltage application means for applying a pulse voltage to the drive means at least when the power is turned on. When the pulse voltage is applied by the pulse voltage applying means, the drive control means detects the vibration frequency detected by the frequency detecting means after a predetermined time has elapsed since the pulse voltage was applied to the driving means. And determining the operating frequency of the driving means, and then operating the driving means at the determined operating frequency, temporarily stopping the operation of the driving means during vibration of the mirror unit, and the driving means The operation cycle for resuming the operation of the driving means based on the vibration frequency detected by the frequency detecting means while the operation of the driving means is temporarily stopped. It is characterized in determining the number.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical scanner device according to the first aspect, the driving means bends the first elastically deforming member in the torsional direction and the elastically deforming member. A second drive unit that deforms in a direction, and the deformation amount detecting means detects a torsional deformation amount of the elastically deformable member, and a bending that detects a bending deformation amount of the elastically deformable member. A deformation amount detection unit, wherein the frequency detection unit processes a signal output from the torsional deformation amount detection unit to detect a torsional vibration frequency, and is output from the bending deformation amount detection unit. A bending frequency detection unit that detects a bending vibration frequency by processing a signal to be transmitted, and the driving means deforms the elastic deformation member in a twisting direction and a bending direction, respectively, so that light from a light source is converted into the object. In It is characterized in that to the two-dimensional scanning.
[0018]
Further, the invention according to claim 5 is the optical scanner device according to claim 4, wherein the drive control means temporarily stops the operation of the first drive unit during vibration of the mirror unit, Based on the torsional vibration frequency detected by the torsional frequency detection unit while the operation of the first driving unit is temporarily stopped, the operating frequency when restarting the operation of the first driving unit is set. In addition, the operation of the second drive unit is controlled based on the signal generated by the self-excited oscillation circuit.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, in the optical scanner device according to the fourth or fifth aspect, the drive control means causes the twisting while the operation of the first drive unit is temporarily stopped. Subtracting a predetermined value from the value of the torsional vibration frequency detected by the frequency detector, and determining an operating frequency for resuming the operation of the first drive unit based on the subtracted frequency value. It is a feature.
[0020]
According to a seventh aspect of the present invention, in the optical scanner device according to any one of the fourth to sixth aspects, a pulse voltage application that applies a pulse voltage to the first drive unit at least when the power is turned on. And when the pulse voltage is applied by the pulse voltage applying unit, the drive control unit is configured to perform the operation after a predetermined time has elapsed since the pulse voltage was applied to the first drive unit. An operating frequency of the first driving unit is determined based on a torsional vibration frequency detected by a torsion frequency detecting unit, and then the first driving unit is operated at the determined operating frequency, and the mirror unit is vibrating. Based on the torsional vibration frequency detected by the torsion frequency detection unit while the operation of the first drive unit is temporarily stopped. It is characterized in determining the operating frequency when resuming the operation of said first drive unit.
[0021]
According to the eighth aspect of the present invention, the light irradiated from the light source is reflected by the mirror portion supported in a cantilever shape via the elastic deformation member and irradiated to the object, and the operation of the driving means is performed. The elastic deformation member is deformed and the mirror portion is vibrated to scan the light applied to the object, and the vibration frequency and vibration amplitude of the mirror portion are detected so that the vibration state of the mirror portion is optimized. In the driving method of the optical scanner device that performs feedback control, the operation of the driving unit is temporarily stopped during the vibration of the mirror unit, and the operation is detected while the operation of the driving unit is temporarily stopped. The operating frequency for restarting the operation of the driving means is determined based on the vibration frequency of the mirror section.
[0022]
According to a ninth aspect of the present invention, in the method for driving the optical scanner device according to the eighth aspect, the vibration frequency of the mirror portion detected while the operation of the driving means is temporarily stopped. A predetermined value is subtracted from the value, and an operating frequency for resuming the operation of the driving means is determined based on the subtracted frequency value.
[0023]
The invention according to claim 10 is the method for driving the optical scanner device according to claim 8 or 9, wherein a pulse voltage is applied to the driving means at least when the power is turned on, and the pulse voltage is applied to the driving means. An operating frequency of the driving unit is determined based on a vibration frequency of the mirror unit detected at a time after a predetermined time has elapsed since the application, and then the driving unit is operated at the determined operating frequency, and the mirror unit The operation of the driving unit is temporarily stopped during the vibration of the mirror, and the operation of the driving unit is performed based on the vibration frequency of the mirror portion detected while the operation of the driving unit is temporarily stopped. The operating frequency for restarting the operation is determined.
[0024]
The invention according to claim 11 is the method for driving the optical scanner device according to claim 8, wherein the drive means deforms the elastic deformation member in a twist direction, and the elastic deformation. A second driving unit that deforms the member in a bending direction, and the mirror unit is vibrated in a two-dimensional direction, whereby the light from the light source is two-dimensionally scanned with respect to the object and the elastic deformation is performed. The torsional vibration frequency and the bending vibration frequency of the mirror portion are detected based on the torsional deformation amount and the bending deformation amount of the member, respectively.
[0025]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the method for driving the optical scanner device according to the eleventh aspect, the mirror unit detected while the operation of the first driving unit is temporarily stopped. Based on the torsional vibration frequency, the operation frequency for restarting the operation of the first drive unit is determined, and the operation of the second drive unit is controlled based on the signal generated by the self-excited oscillation circuit. It is characterized by doing.
[0026]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the method for driving the optical scanner device according to the eleventh or twelfth aspect, the mirror detected while the operation of the first driving unit is temporarily stopped. A predetermined value is subtracted from the value of the torsional vibration frequency of the unit, and an operating frequency for restarting the operation of the first driving unit is determined based on the subtracted frequency value. is there.
[0027]
The invention according to claim 14 is the method for driving the optical scanner device according to any one of claims 11 to 13, wherein a pulse voltage is applied to the first drive unit at least when the power is turned on. The operating frequency of the first driving unit is determined based on the torsional vibration frequency of the mirror unit detected after a predetermined time has elapsed after the pulse voltage is applied to the first driving unit, and then determined. The first driving unit is operated at an operating frequency, the operation of the first driving unit is temporarily stopped during the vibration of the mirror unit, and the operation of the first driving unit is temporarily stopped. Based on the torsional vibration frequency of the mirror portion detected during the operation, the operating frequency for resuming the operation of the first drive portion is determined.
[0028]
【The invention's effect】
According to the optical scanner device of the first aspect, the operation of the driving unit that deforms the elastically deforming member during the vibration of the mirror unit is temporarily stopped, and the operation of the driving unit is temporarily stopped. Even if a hard spring effect occurs in the elastic deformation member that supports the mirror unit by determining the operating frequency when resuming the operation of the driving unit based on the detected vibration frequency of the mirror unit, for example, By using a magnetostrictive film having a relatively small hysteresis as a driving means, it is possible to always maintain a stable resonance operation corresponding to a temperature change. In addition, since the mirror portion is supported in a cantilever shape, the apparatus configuration can be simplified and the cost can be reduced. Therefore, particularly when used in a vehicle laser radar, it is possible to effectively prevent the stop of the scanning operation due to the vibration of the vehicle, improve the reliability of the device, and improve the safety when the vehicle is running. It can be secured sufficiently.
[0029]
Further, according to the optical scanner device of the second aspect, in addition to the effect of the first aspect, even when a sudden disturbance vibration is applied by using a magnetostrictive film having a relatively small hysteresis as a driving unit, Based on the frequency value obtained by subtracting a predetermined value from the vibration frequency value of the mirror portion detected while the operation of the drive means is temporarily stopped, the operation frequency for restarting the operation of the drive means is determined. Therefore, it is possible to effectively suppress the influence of the disturbance vibration and maintain a stable resonance operation. Therefore, particularly when used in a vehicle laser radar, it is possible to further effectively prevent the inconvenience that the operation of the apparatus stops by further effectively reducing the influence of the vibration of the vehicle.
[0030]
Further, according to the optical scanner device of the third aspect, in addition to the effect of the first or second aspect, in an extreme operating environment such as when the ambient temperature around the device is extremely high or extremely low, for example. In this case, the resonance operation of the mirror portion can be reliably and stably performed when the power is turned on. Therefore, for example, even when used in a vehicle provided in a tropical region or a cold region, the reliability of the device can be sufficiently ensured.
[0031]
According to the optical scanner device of the fourth aspect, in addition to the effect of the first aspect, the mirror unit can be driven and controlled in the twisting direction and the bending direction, respectively, and the light from the light source is applied to the object. Can be two-dimensionally scanned.
[0032]
Further, according to the optical scanner device of the fifth aspect, in addition to the effect of the fourth aspect, the operation of the driving means is temporarily performed only for torsional vibration in which the influence of the hard spring effect and magnetic hysteresis becomes significant. Thus, tuning control based on the vibration frequency of the mirror portion detected while the motor is stopped can be performed, and feedback control using an inexpensive self-excited oscillation circuit can be performed for bending vibration. Therefore, the circuit scale mounted on the apparatus can be reduced, the size and weight can be reduced, and further cost reduction can be realized.
[0033]
According to the optical scanner device of the sixth aspect, in addition to the effect of the fourth or fifth aspect, a sudden disturbance vibration is applied by using a magnetostrictive film having a relatively small hysteresis as a driving means. Also, a value obtained by subtracting a predetermined value from the value of the torsional vibration frequency of the mirror unit detected while the operation of the first drive unit that deforms the elastically deforming member in the torsional direction is temporarily stopped. Since the operating frequency for restarting the operation of the first drive unit is determined based on this, it is possible to effectively suppress the influence of this disturbance vibration and maintain a stable resonance operation. Therefore, particularly when used in a two-dimensional laser radar for a vehicle, it is possible to effectively reduce the influence of the vibration of the vehicle, and more appropriately prevent the inconvenience that the operation of the apparatus stops.
[0034]
Further, according to the optical scanner device of the seventh aspect, in addition to the effect of any one of the fourth to sixth aspects, an extreme case such as when the ambient temperature around the device is extremely high or extremely low is used. Even in the operating environment, the resonance operation of the mirror portion can be performed reliably and stably when the power is turned on. Therefore, for example, the reliability of the apparatus can be sufficiently ensured even when mounted on a vehicle provided in a tropical region or a cold region.
[0035]
According to the driving method of the optical scanner device according to the eighth aspect, the operation of the driving means for deforming the elastically deforming member during the vibration of the mirror portion is temporarily stopped, and the operation of the driving means is temporarily stopped. By determining the operating frequency when resuming the operation of the driving means based on the vibration frequency of the mirror portion detected during the operation, a hard spring effect occurs in the elastically deformable member that supports the mirror portion. Even in this case, for example, by driving the mirror portion with a magnetostrictive film having a relatively small hysteresis, it is possible to always maintain a stable resonance operation corresponding to a temperature change. In addition, since the mirror portion is supported in a cantilever shape, the apparatus configuration can be simplified and the cost can be reduced. Therefore, particularly when the optical scanner device is used in a vehicle laser radar, it is possible to prevent the scanning operation from being stopped due to the vibration of the vehicle, and to improve the reliability and safety of the optical scanner device when the vehicle is traveling. It can be secured sufficiently.
[0036]
Further, according to the driving method of the optical scanner device according to the ninth aspect, in addition to the effect of the eighth aspect, when a sudden disturbance vibration is applied by driving the mirror portion with a magnetostrictive film having a relatively small hysteresis. Even when the operation of the drive unit is resumed based on the frequency value obtained by subtracting a predetermined value from the vibration frequency value of the mirror portion detected while the operation of the drive unit is temporarily stopped. Since the operating frequency is determined, the influence of this disturbance vibration can be suppressed and stable resonance operation can be maintained. Therefore, particularly when the optical scanner device is used for a vehicle laser radar, it is possible to reduce the influence of the vibration of the vehicle and more appropriately prevent the inconvenience that the operation of the optical scanner device stops.
[0037]
Further, according to the driving method of the optical scanner device according to the tenth aspect, in addition to the effect of the eighth or ninth aspect, an extreme case such as when the ambient temperature around the device is extremely high or extremely low is used. Even in the operating environment, the resonance operation of the mirror portion can be performed reliably and stably when the power is turned on. Therefore, even when the optical scanner device is used in a vehicle provided in, for example, a tropical region or a cold region, the reliability of the optical scanner device can be sufficiently ensured.
[0038]
Further, according to the driving method of the optical scanner device according to the eleventh aspect, in addition to the effect of the eighth aspect, the mirror part can be driven and controlled in the twisting direction and the bending direction, respectively. An object can be scanned two-dimensionally.
[0039]
Further, according to the driving method of the optical scanner device of the twelfth aspect, in addition to the effect of the eleventh aspect, only the torsional vibration in which the influence by the hard spring effect and the magnetic hysteresis becomes significant is obtained. Tuning control based on the vibration frequency of the mirror portion detected while the operation is temporarily stopped can be performed, and feedback control by an inexpensive self-excited oscillation circuit can be performed for bending vibration. Therefore, the circuit scale mounted on the optical scanner device can be reduced, the optical scanner device can be reduced in size and weight, and further cost reduction can be realized.
[0040]
According to the driving method of the optical scanner device of the thirteenth aspect, in addition to the effect of the eleventh or twelfth aspect, a sudden disturbance vibration is applied by driving the mirror portion with a magnetostrictive film having a relatively small hysteresis. Even in such a case, a predetermined value is subtracted from the value of the torsional vibration frequency of the mirror portion detected while the operation of the first drive portion that deforms the elastically deforming member in the torsional direction is temporarily stopped. Since the operating frequency for restarting the operation of the first drive unit is determined based on the frequency value, it is possible to effectively suppress the influence of this disturbance vibration and maintain a stable resonance operation. Therefore, particularly when the optical scanner device is used for a two-dimensional laser radar for a vehicle, it is possible to effectively reduce the influence of the vibration of the vehicle and more appropriately prevent the inconvenience that the operation of the optical scanner device stops. Can do.
[0041]
Further, according to the driving method of the optical scanner device of the fourteenth aspect, in addition to the effect of any one of the eleventh to thirteenth aspects, for example, when the ambient temperature around the optical scanner device is extremely high or extremely low, etc. Even in such an extreme operating environment, the mirror section can be reliably and stably resonated when the power is turned on. Therefore, for example, even when mounted on a vehicle provided in a tropical region or a cold region, the reliability of the optical scanner device can be sufficiently ensured.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Below, the example which applied this invention to the two-dimensional laser radar apparatus for vehicles is demonstrated concretely.
[0043]
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the two-dimensional laser radar device shown as the first embodiment includes a laser diode 10 that emits a laser beam that irradiates an object 100, and a laser diode drive circuit that drives the laser diode 10. 11 and a control circuit 12 that outputs the light emission timing of the laser diode 10 to the laser diode drive circuit 11.
[0044]
Further, the two-dimensional laser radar device receives the return light returned from the laser beam emitted from the laser diode 10 and reflected by the object 100, and various signals for the output signal from the photodetector 13. And a light receiving circuit 14 that performs processing. The light receiving circuit 14 outputs a predetermined signal to the control circuit 12 based on the output signal from the photodetector 13. Then, in accordance with the output signal from the light receiving circuit 14, the control circuit 12 is based on the propagation delay time from when the laser light is emitted from the laser diode 10 until it is reflected by the object 100 and detected by the photodetector 13. The position information of the target object 100 such as the distance to the target object 100 existing around the host vehicle and the horizontal and vertical angles is calculated. Further, the control circuit outputs the light emission timing of the laser diode 10 to the laser diode drive circuit 11 based on the calculated position information of the object 100.
[0045]
The two-dimensional laser radar device also reflects a laser beam emitted from the laser diode 10 in a horizontal direction and a vertical direction to scan two-dimensionally, and a laser beam scanned by the scanner unit 15. The reflection mirror 16 which reflects and irradiates the front of a vehicle, for example is provided.
[0046]
As shown in FIGS. 1 to 3, the scanner unit 15 includes a mirror unit 20 that reflects laser light, and a magnetostrictive element that drives the mirror unit 20 in a twisting direction and a bending direction (in FIG. 1 to FIG. (Not shown), a first piezoresistive element 21a and a second piezoresistive element 21b for detecting the torsional deformation amount and the bending deformation amount of the mirror section 20, respectively, and a magnetic field application for applying an external magnetic field to the magnetostrictive element Means 22.
[0047]
Further, the two-dimensional laser radar device detects the torsional vibration frequency and the bending vibration frequency of the mirror unit 20 based on the output signals from the first piezoresistive element 21a and the second piezoresistive element 21b, and the detection result. Accordingly, a drive control circuit 23 for controlling the external magnetic field applied by the magnetic field applying means 22 is provided. The two-dimensional laser radar apparatus is configured such that the drive control circuit 23 is connected to the control circuit 12 and inputs / outputs various signals to / from each other. The operation of the entire apparatus is controlled by the control circuit 12. It is set as the structure.
[0048]
Next, the configuration of the scanner unit 15 will be described in detail with reference to FIGS.
[0049]
As shown in FIGS. 2 and 3, the scanner unit 15 has an outer shape formed in a substantially rectangular flat plate shape. For example, a slit formed in a U-shape by processing a silicon wafer by various micromachining techniques. The mirror part 20 divided by the part 30 and a frame part 31 surrounding the mirror part 20 are provided. One end of the mirror part 20 is formed integrally with the frame part 31 and is supported in a cantilever shape with respect to the frame part 31. A boundary portion (hereinafter referred to as a cantilever portion 32) between the mirror portion 20 and the frame portion 31 is elastically deformable in a twisting direction and a bending direction.
[0050]
The mirror unit 20 is formed, for example, by applying a highly reflective coating to the main surface of a silicon wafer by aluminum vapor deposition, and has a sufficient reflectivity with respect to the irradiated laser light.
[0051]
Further, a magnetostrictive element (not shown) is formed in a thin film on the surface opposite to the surface on which the mirror portion 20 is formed, which is located in the cantilever portion 32. By forming this magnetostrictive element under a predetermined magnetic field, for example, an easy magnetization axis is set in a direction having an inclination angle of approximately 22.5 degrees with respect to the arrow A direction shown in FIG.
[0052]
In addition, the cantilever portion 32 includes a first piezoresistive element 21a and a second piezoresistive element 21b that detect displacement amounts in the bending direction and the torsional direction of the mirror portion 20 with respect to the arrow D direction shown in FIG. Is formed. Output signals from the first and second piezoresistive elements 21 a and 21 b are output to the outside through the electrode portion 33 formed at the end of the frame portion 31.
[0053]
As shown in FIG. 3, the scanner unit 15 includes a magnetic field applying unit 22 around the outer frame unit 34 with the frame unit 31 attached to the outer frame unit 34. 3A is a plan view in a state where the scanner unit 15 is attached to the outer frame unit 34, and FIG. 3B is a side view in this state.
[0054]
The magnetic field applying means 22 applies an alternating magnetic field in which two components of the resonance frequency in the bending direction and the twisting direction in the mirror portion 20 with respect to the direction of arrow D shown in FIG. Apply to.
[0055]
In the scanner unit 15 configured as described above, the magnetostrictive element is driven by applying an alternating magnetic field by the magnetic field applying unit 22, and the cantilever part 32 is bent in the direction indicated by the arrow B in FIG. 2 in the torsional direction indicated by arrow C in FIG. Thereby, the mirror part 20 will vibrate in a bending direction and a twist direction. Further, the vibration of the mirror unit 20 is detected by the first and second piezoresistive elements 21 a and 21 b formed in the cantilever part 32 and is output to the drive control circuit 23.
[0056]
Here, a specific configuration example of the scanner unit 15 will be described. The outer shape of the mirror portion 20 supported in a cantilever shape by the cantilever portion 32 is, for example, 10 mm in length, 5 mm in width, and about 20 μm in thickness. Further, the mirror unit 20 has, for example, a torsional resonance frequency of 2 kHz and a bending resonance frequency of 200 Hz. Further, the displacement angle of the mirror part 20 with respect to the frame part 31 at each resonance frequency is, for example, 5 degrees in the twisting direction and 20 degrees in the bending direction. These displacement angles can be freely controlled according to the alternating magnetic field applied by the magnetic field applying means 22.
[0057]
In the above description, the inclination angle of the easy axis of magnetization of the magnetostrictive element is 22.5 degrees, but the value is not limited to this value. However, from the mechanical characteristics of the cantilever portion 32, it is desirable to set the tilt angle of the easy axis of the magnetostrictive element to 45 degrees for torsional vibrations, and to 0 degree for bending vibrations. Is desirable. In this example, since the mirror unit 20 is vibrated in both the twisting direction and the bending direction, it is desirable to select 22.5 degrees, which is an intermediate value between 0 degrees and 45 degrees.
[0058]
In the above description, the mirror unit 20 is vibrated by the magnetostrictive element formed in the cantilever part 32 and the magnetic field generating unit 22. However, when the mirror unit 20 is driven to vibrate, such a configuration is used. For example, a piezoelectric element may be used, or various driving forces such as a Coulomb force may be used.
[0059]
Further, when the scanner unit 15 is attached to the outer frame unit 34 as shown in FIG. 3, it is desirable to arrange various spacers having a predetermined thickness (for example, 3 mm). This prevents the mirror unit 20 from interfering with the outer frame unit 34 and other members of the two-dimensional laser radar device even when the mirror unit 20 vibrates with a large deflection angle. it can.
[0060]
Moreover, as the magnetic field application means 22 described above, for example, a coil in which an enameled wire having a wire diameter of 0.1 mm is wound 500 times can be used.
[0061]
Next, an example of a specific circuit configuration of the drive control circuit 23 described above will be described below.
[0062]
As shown in FIG. 4, the drive control circuit 23 includes first and second signal conditioners 41a that amplify output signals from the first and second piezoresistive elements 21a and 21b formed in the scanner unit 15, respectively. 41b and signals amplified by the first and second signal conditioners 41a and 41b are input, respectively, and first and second frequency detections for detecting the bending vibration frequency and the torsional vibration frequency of the mirror unit 20, respectively. 42a and 42b, and a CPU 43 in which the vibration frequency values detected by the first and second frequency detectors 42a and 42b are input to the input terminal ch1 and the input terminal ch2, respectively. The CPU 43 is connected to a memory unit 44 in which a program indicating a processing procedure to be described later is stored. And CPU43 performs various arithmetic processing according to the value of the inputted vibration frequency according to the program memorized by memory part 44, and sets the voltage value and frequency value which drive the bending vibration and torsional vibration of mirror part 20, Output from the output terminal ch3 and the output terminal ch4, respectively.
[0063]
The drive control circuit 23 receives the voltage value and the frequency value output from the output terminal ch3 and the output terminal ch4 of the CPU 43, respectively, and outputs a sine wave corresponding to the input signal, respectively. 45a and 45b, and further includes first and second interrupters 46a and 46b, first and second output amplifiers 47a and 47b, and an adder 48.
[0064]
The sine waves output from the first and second oscillators 45a and 45b are input to the first and second output amplifiers 47a and 47b via the first and second interrupters 46a and 46b, respectively. The first and second output amplifiers 47 a and 47 b amplify the input sine wave and output the amplified sine wave to the adder 48. The adder 48 adds the sine waves input from the first and second output amplifiers 47 a and 47 b and then outputs the sine wave to the magnetic field applying unit 22. Thereby, in the optical scanner device, an alternating magnetic field is applied from the magnetic field applying means 22 to the magnetostrictive element, and the mirror unit 20 vibrates in the bending direction and the twisting direction.
[0065]
On the other hand, the signals output from the first and second signal conditioners 41 a and 41 b are also output to the control circuit 12. Then, the control circuit 12 detects from which direction and distance the return light detected by the photodetector 13 is reflected based on the input signal. As a result, the two-dimensional laser radar apparatus can detect position information related to the object 100 such as the distance to the object 100 and the horizontal and vertical angles.
[0066]
The first and second interrupters 46a and 46b receive signals output from the output terminal ch5 and the output terminal ch6 of the CPU 43, respectively, and the first and second interrupters 46a and 46b are controlled by the CPU 43, respectively. The sine wave output from the oscillators 45a and 45b to the first and second output amplifiers 47a and 47b can be appropriately cut off.
[0067]
Here, an example of processing by the drive control circuit 23 provided in the two-dimensional laser radar device configured as described above will be specifically described with reference to FIGS. 5 and 6.
[0068]
When the operation of the two-dimensional laser radar apparatus is turned on and the operation is started, a signal for cutting off the first interrupter 46a is output from the output terminal ch5 of the CPU 43 in step S10 in FIG. In addition, the vibration amplitude of the mirror part 20 at this time is shown by time T1 in FIG. After this time T1, the magnetic field applying means 22 applies a magnetic field that excites the mirror unit 20 only in the twisting direction to the magnetostrictive element. However, the mirror unit 20 is affected by reverberation resonance before the time T1. The vibration is continued while gradually reducing the amplitude while gradually approaching the bending natural vibration frequency from the frequency.
[0069]
Next, in step S11, the CPU 43 determines whether or not a predetermined time (for example, 20 msec) has elapsed from time T1. As a result, if the predetermined time has elapsed, the process proceeds to the next step S12. If not, the determination process in step S11 is repeated.
[0070]
Here, setting the elapsed time from step S11 to step S12 to 20 msec is an optimal value determined experimentally by the present inventor. Specifically, when the displacement angle of the mirror portion 20 is set to 20 degrees at a bending resonance frequency of about 200 Hz, the vibration amplitude of the mirror portion at the time when 20 msec has elapsed since the drive in the bending direction was cut off at time T1. Was about 16 degrees. If the bending angle of 16 degrees is obtained when the driving in the bending direction is cut off in this way, a horizontal scanning angle of the laser beam of 32 degrees can be secured, which is sufficient as a vehicle laser radar device. A scan angle can be secured.
[0071]
On the other hand, if the transition time from step S11 to step S12 in this example is set to be shorter than 20 msec, the transition to the bending natural vibration frequency in the mirror unit 20 is not completed, and an erroneous vibration frequency is measured in the next step S12. The problem that it ends up occurs. Moreover, if the transition time in this example is set longer than 20 msec, the bending angle of the mirror part 20 by reverberation vibration will become too small, the horizontal scanning angle of a laser beam will not be ensured enough, and the target 100 detection function Will be constrained.
[0072]
For the reasons described above, in this example, 20 msec is set as the optimum elapsed time for accurately measuring the bending natural vibration frequency of the mirror unit 20 in the next step S12. In addition, the vibration attenuation rate of the mirror part 20 in this example was 20%.
[0073]
Next, in step S12, the bending natural vibration frequency and vibration amplitude of the mirror unit 20 are detected by the first frequency detector 42a based on the output signal from the first piezoresistive element 21a. In addition, the vibration amplitude of the mirror part 20 at this time is shown by time T2 in FIG. Further, the bending natural vibration frequency and vibration amplitude detected at this time are temporarily stored in the memory unit 44 by the CPU 43.
[0074]
Next, in step S13, the CPU 43 calculates a difference by comparing the natural bending vibration frequency and vibration amplitude detected in step S12 with the initial values recorded in the memory unit 44 in advance, and based on this difference. The adjusted optimum amplitude value is obtained.
[0075]
Next, in step S14, the CPU 43 outputs the bending natural vibration frequency detected in step S12 and the optimum amplitude value obtained in step S13 to the first oscillator 45a via the output terminal ch3. At this time, the mirror unit 20 vibrates only in the torsional direction due to the magnetic field applied by the magnetic field applying unit 22.
[0076]
Next, in step S15, the CPU 43 outputs a request for connecting the first interrupter 46a via the output terminal ch5. As a result, an alternating magnetic field corresponding to bending vibration is applied to the magnetostrictive element together with torsional vibration from the magnetic field applying means 22, and the mirror unit 20 vibrates in two directions, that is, the twisting direction and the bending direction. In addition, the vibration amplitude of the mirror part 20 at this time is shown by time T3 in FIG.
[0077]
Next, in step S16, the CPU 43 outputs a signal for cutting off the second interrupter 46b from the output terminal ch6. In the operation of shutting off the second interrupter 46b described below, the change in the vibration amplitude of the mirror unit 20 is substantially the same as when the first interrupter 46a is shut off as described above. Therefore, for the sake of convenience, the vibration amplitude of the mirror unit 20 at the time of step S16 is indicated by the time T1 used in the above description in FIG. After this time T1, a magnetic field that excites the mirror unit 20 only in the bending direction is applied from the magnetic field applying means 22 to the magnetostrictive element. However, the mirror unit 20 is affected by reverberation resonance before time T1. The vibration is continued while gradually reducing the amplitude while gradually approaching the torsional natural vibration frequency from the frequency.
[0078]
Next, in step S17, the CPU 43 determines whether or not a predetermined time (for example, 10 msec) has elapsed from time T1. As a result, if the predetermined time has elapsed, the process proceeds to the next step S18, and if not, the determination in step S17 is repeated.
[0079]
Here, setting the elapsed time from step S17 to step S18 to 10 msec is an optimum value determined experimentally by the present inventor. Specifically, the torsional displacement angle of the mirror part 20 having the outer shape in this example is 5 degrees, and the vibration amplitude of the mirror part at the time when 10 msec has elapsed since the drive in the twisting direction was cut off at time T1 is It was about 4 degrees. Thus, if the twist angle of 4 degrees is obtained when the drive in the twist direction is cut off, the laser beam scan angle of 8 degrees can be secured in the vertical direction, which is sufficient as a vehicle laser radar device. A vertical scanning angle can be ensured.
[0080]
On the other hand, if the transition time from step S17 to step S18 in this example is set to be shorter than 10 msec, the transition to the torsional natural vibration frequency in the mirror unit 20 is not completed, and an erroneous vibration frequency is measured in the next step S18. The problem that it ends up occurs. If the transition time in this example is set to be longer than 10 msec, the twist angle of the mirror unit 20 due to reverberation vibration becomes too small, and the vertical scan angle of the laser beam is not sufficiently secured, and the detection function of the object 100 is achieved. Will be constrained.
[0081]
For the reasons described above, in this example, 10 msec is set as the optimum elapsed time for accurately measuring the torsional natural vibration frequency of the mirror unit 20 in the next step S17. In addition, the vibration attenuation rate of the mirror part 20 in this example was 20%.
[0082]
Next, in step S18, the torsional natural vibration frequency and vibration amplitude of the mirror unit 20 are detected by the second frequency detector 42b based on the output signal from the second piezoresistive element 21b. In addition, the vibration amplitude of the mirror part 20 at this time is shown by time T2 in FIG. The torsional natural vibration frequency and vibration amplitude detected at this time are temporarily stored in the memory unit 44 by the CPU 43.
[0083]
Next, in step S19, the CPU 43 calculates a difference by comparing the torsional natural vibration frequency and vibration amplitude detected in step S18 with the initial values recorded in the memory unit 44 in advance, and based on this difference. The adjusted optimum amplitude value is obtained.
[0084]
Next, in step S20, the CPU 43 outputs the bending natural vibration frequency detected in step S18 and the optimum amplitude value obtained in step S19 to the second oscillator 45b via the output terminal ch4. At this time, the mirror unit 20 vibrates only in the bending direction by the magnetic field applied by the magnetic field applying unit 22.
[0085]
Next, in step S21, the CPU 43 outputs a request for connecting the second interrupter 46b via the output terminal ch6. As a result, the magnetic field applying means 22 applies an alternating magnetic field corresponding to torsional vibration along with bending vibration to the magnetostrictive element, and the mirror section 20 vibrates in two directions, that is, the bending direction and the torsional direction. In addition, the vibration amplitude of the mirror part 20 at this time is shown by time T3 in FIG.
[0086]
Next, in step S22, the CPU 43 determines whether or not a predetermined time (for example, 100 sec) has elapsed since the process of step S21. As a result, if the predetermined time has elapsed, the process returns to step S10, and the vibration control of the mirror unit 20 in the bending direction and the twisting direction is repeated. When the above-described processing is repeated again in this way, times corresponding to the above-described times T1, T2, and T3 are shown as times T1 ′, T2 ′, and T3 ′ in FIG. 6, respectively. If the predetermined time has not elapsed as a result of the determination, the determination in step S22 is repeated.
[0087]
The two-dimensional laser radar apparatus of this example detects the resonance state of the bending vibration and the torsional vibration in the mirror unit 20 independently by performing the above processing in the drive control circuit 23, and based on the detection result. Thus, it is possible to optimally control the vibration of the mirror unit 20 in both the bending direction and the twisting direction. As a result, even when a hard spring effect is generated in the cantilever portion 32 as an elastic deformation member that supports the mirror portion 20, for example, a magnetostrictive film having a relatively small hysteresis can be used to cope with a temperature change. Thus, a stable resonance operation can always be maintained. In addition, since the mirror unit 20 is supported in a cantilever shape, the apparatus configuration can be simplified and the cost can be reduced. Therefore, particularly when mounted on a vehicle and used, it is possible to prevent the scanning operation from being stopped due to the vibration of the vehicle, improve the reliability of the device, and sufficiently ensure the safety during traveling. Can do.
[0088]
In the above example, the case where the laser beam is scanned two-dimensionally has been described as a configuration in which the mirror unit 20 is driven to vibrate in two directions of bending and twisting, but the present invention is limited to the above example. It can be widely applied to various optical scanner devices. For example, the present invention may be applied to a one-dimensional optical scanner device that linearly scans laser light.
[0089]
(Second Embodiment)
Next, as a second embodiment, the vibration of the mirror unit 20 is based on a frequency value obtained by subtracting a predetermined value from the vibration frequency value detected by the first and / or second frequency detectors 42a and 42b. A two-dimensional laser radar device configured to control the state will be described.
[0090]
The two-dimensional laser radar apparatus according to the present example includes, for example, various electronic circuits between the first and / or second frequency detectors 42a and 42b and the CPU 43 in the drive control circuit 23 shown in FIG. This can be realized by disposing a subtracting circuit configured as described above. Further, it can be realized by performing a subtraction process in software from the frequency values input from the first and second frequency detectors 42a and 42b in the arithmetic processing in the CPU 43. The value to be subtracted may be set, for example, by combining electronic elements or the like constituting the subtracting circuit, or may be described in a program showing the processing procedure of the CPU 43.
[0091]
Here, an example of processing in the drive control circuit 23 provided in the two-dimensional laser radar apparatus of the second embodiment configured to perform subtraction processing in software will be specifically described with reference to FIG. Note that the process in the drive control circuit 23 is different from the process described in the first embodiment described above only in that the subtraction process is performed, and therefore the same process as the process described in the first embodiment is performed. Detailed description is omitted here.
[0092]
As shown in FIG. 7, the process by the drive control circuit 23 includes a step S30 in which a predetermined value (for example, 3 Hz) is subtracted by the CPU 43 from the bending vibration frequency detected in the step S12 before the step S14. Then, the bending vibration frequency after the subtraction in step S30 is output to the first oscillator 45a in step S14. Moreover, it has step S31 which subtracts a predetermined value (for example, 30 Hz) by CPU43 from the torsional vibration frequency detected by step S18 before the step S20. Then, the torsional vibration frequency after subtraction in step S31 is output to the second oscillator 45b in step S20.
[0093]
The value to be subtracted in this way may be stored in advance in the memory unit 44, or may be calculated as appropriate in a program showing the processing procedure of the CPU 43.
[0094]
In the two-dimensional laser radar of the second embodiment, the vibration control of the mirror unit 20 is performed based on the frequency value obtained by subtracting a predetermined value from the detection value of the vibration frequency in the mirror unit 20 as described above. It is configured. As a result, even when a vibration having a frequency higher than the natural vibration frequency in the bending direction and the twisting direction of the mirror unit 20 is applied as a disturbance, the influence of the disturbance vibration is suppressed and a stable resonance operation is maintained. can do. Therefore, particularly when mounted and used in a vehicle, it is possible to reduce the influence of vibration of the vehicle and sufficiently prevent the operation of the apparatus from stopping.
[0095]
Note that the specific examples (3 Hz and 30 Hz) of the subtraction value given in the above description are optimum values experimentally obtained by the present inventor based on vibrations generated in the vehicle to be mounted. That is, the value to be subtracted may be set appropriately in advance.
[0096]
Further, the subtraction process in step S30 and step S31 may not always be performed. For example, the output signals from the first and second signal conditioners 41a and 41b are monitored by the CPU 43, and the output signal is predetermined. You may make it carry out only about the case below the value of. Further, for example, the resonance operation may be resumed after the resonance operation of the mirror unit 20 is stopped due to excessive disturbance vibration.
[0097]
(Third embodiment)
Next, as a third embodiment, a two-dimensional laser configured to perform vibration control similar to that described above only in the twisting direction of the mirror unit 20 and relatively simple feedback control with a self-excited oscillator in the bending direction. The radar apparatus will be described with reference to FIGS. The difference between the two-dimensional laser radar device according to the third embodiment and the two-dimensional laser radar device according to the first embodiment described above is only the vibration control in the bending direction. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals in the drawings, and detailed description thereof is omitted.
[0098]
In this two-dimensional laser radar apparatus, as shown in FIG. 8, in the drive control circuit 23, the output signal from the first signal conditioner 41a is input to the self-excited oscillator 50, and the first oscillator 45a and the first oscillator 45a One interrupter 46b is omitted. In this two-dimensional laser radar apparatus, relatively simple feedback control is performed by the self-excited oscillator 50 with respect to the vibration in the bending direction of the mirror unit 20, and as shown in the processing procedure in the drive control circuit 23 shown in FIG. The vibration control is performed based on the frequency detected by the first piezoresistive element 21a only for the vibration in the torsional direction of the unit 20.
[0099]
The two-dimensional laser radar apparatus configured as described above can perform tuning control based on the detected vibration frequency against torsional vibration that is significantly affected by the hard spring effect and magnetic hysteresis, Feedback control by the inexpensive self-excited oscillator 50 can be performed for bending vibration that is relatively less affected by the hard spring effect and magnetic hysteresis. Therefore, the circuit scale mounted on the apparatus can be reduced, the size and weight can be reduced, and the apparatus configuration can be simplified to further reduce the cost.
[0100]
In this two-dimensional laser radar device, for example, the first frequency detector 42a and the input / output terminals ch1, ch5, ch3 and the like in the CPU 43 can be further omitted, thereby further reducing the cost. Smaller and lighter can be achieved.
[0101]
Further, in this two-dimensional laser radar device, as shown in FIG. 10, the CPU 43 determines a predetermined value (from the torsional vibration frequency detected in step S18 in the previous stage of step S20, as in the second embodiment. For example, 30 Hz) may be subtracted, and the torsional vibration frequency after subtraction in step S31 may be output to the second oscillator 45b in step S20. Thereby, when performing vibration control in the torsional direction with respect to the mirror unit 20, it is possible to suppress the influence of disturbance vibration and maintain stable resonance operation.
[0102]
(Fourth embodiment)
Next, as a fourth embodiment, a two-dimensional laser radar apparatus in which the drive control circuit 23 includes a pulse generator that applies a pulse voltage to the magnetic field applying unit 22 is described with reference to FIGS. 11 and 12. While explaining. The two-dimensional laser radar device according to the fourth embodiment is different from the two-dimensional laser radar device according to the first embodiment described above only in that the drive control circuit 23 includes a pulse generator. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and detailed description thereof is omitted.
[0103]
In this two-dimensional laser radar device, as shown in FIG. 11, the drive control circuit 23 is provided with first and second pulse generators 60a and 60b for outputting predetermined pulse voltages, respectively. The first and second pulse generators 60a and 60b are configured to receive timing signals output from the output terminals ch7 and ch8 of the CPU 43, respectively. When the timing signals are input, a predetermined signal is output. The pulse voltage is output to the first and second output amplifiers 47a and 47b, respectively.
[0104]
Further, in this two-dimensional laser radar device, for example, as shown in FIG. 12, immediately after the power is turned on and the operation is started, a series of pulse drive processing is performed in the drive control circuit 23 to vibrate the mirror unit 20. The driving is stabilized, and thereafter, the same processing as in the first embodiment is performed.
[0105]
That is, in this two-dimensional laser radar device, when the power is turned on in step S40 shown in FIG. 12, in step S41, the pulse voltage is output from the output terminal ch7 of the CPU 43 of the drive control circuit 23 to the first pulse generator 60a. A request to apply is output.
[0106]
Next, in step S42, the first pulse generator 60a generates, for example, a rectangular pulse voltage having a voltage value of about 5 times the initial amplitude value stored in advance in the memory unit 44 and a pulse width of about 5 msec. Output to the first output amplifier 47a. Here, the reason why the voltage value of the pulse voltage is 5 times the initial amplitude value and the pulse width is 5 msec is that the resonance frequency in the bending direction of the mirror portion 20 is 200 Hz. It was set to 5 msec corresponding to the length of the minute, and a voltage value for generating a normal bending direction deflection angle in the mirror unit 20 with the pulse voltage of this pulse width was set to 5 times the initial amplitude value.
[0107]
The voltage value and pulse width of the pulse voltage output from the first and second pulse generators 60a and 60b may be set as appropriate according to the resonance characteristics of the mirror unit 20 and the like. Further, the vibration amplitude of the mirror unit 20 at the time of step S42 is shown at time T4 in FIG.
[0108]
Next, in step S43, the CPU 43 determines whether or not a predetermined time (for example, 20 msec) has elapsed since the pulse voltage was output in step S42. As a result, if it has elapsed, the process proceeds to the next step S44, and if it has not elapsed, the determination in step S43 is repeated.
[0109]
Next, in step S44, the bending natural vibration frequency of the mirror unit 20 is detected by the first frequency detector 42a based on the output signal from the first piezoresistive element 21a. In addition, the vibration amplitude of the mirror part 20 at this time is shown by time T5 in FIG. The bending natural vibration frequency detected at this time is temporarily stored in the memory unit 44 by the CPU 43.
[0110]
Next, in step S45, the CPU 43 first outputs a predetermined waveform signal via the output terminal ch3 based on the bending natural vibration frequency detected in step S44 and the initial amplitude value recorded in advance in the memory unit 44. Output to the oscillator 45a.
[0111]
Next, in step S46, the CPU 43 outputs a request to apply a pulse voltage from the output terminal ch8 to the second pulse generator 60b.
[0112]
Next, in step S47, the second pulse generator 60b generates a rectangular wave pulse voltage having a pulse width of about 2 msec with a voltage value about twice the initial amplitude value stored in advance in the memory unit 44, for example. Output to the second output amplifier 47b. Here, the reason why the voltage value of the pulse voltage is twice the initial amplitude value and the pulse width is 2 msec is that the resonance frequency in the torsional direction of the mirror portion 20 is 2 kHz. Considering the length of the minute (0.5 msec) and the responsiveness of the circuit constituting the second pulse generator 60b, it was set to 2 msec. In addition, a voltage value that causes the mirror section 20 to generate a normal twisting direction deflection angle with the pulse voltage having this pulse width is set to twice the initial amplitude value. In addition, the vibration amplitude of the mirror part 20 at the time of this step S47 is shown by time T4 for convenience in FIG.
[0113]
Next, in step S48, the CPU 43 determines whether or not a predetermined time (for example, 10 msec) has elapsed since the pulse voltage was output in step S47. As a result, if it has elapsed, the process proceeds to the next step S49, and if it has not elapsed, the determination in step S48 is repeated.
[0114]
Next, in step S49, the torsional natural vibration frequency of the mirror unit 20 is detected by the second frequency detector 42b based on the output signal from the second piezoresistive element 21b. In addition, the vibration amplitude of the mirror part 20 at this time is shown by time T5 in FIG. Further, the torsional natural vibration frequency detected at this time is temporarily stored in the memory unit 44 by the CPU 43.
[0115]
Next, in step S50, the CPU 43 outputs a first predetermined waveform signal via the output terminal ch4 based on the torsional natural vibration frequency detected in step S49 and the initial amplitude value recorded in advance in the memory unit 44. Output to the oscillator 45a.
[0116]
Since step S50 and subsequent steps are the same as those in the second embodiment described above as shown in FIG. 12, the description thereof is omitted here.
[0117]
In the two-dimensional laser radar apparatus as described above, at least when the power is turned on, a pulse voltage is applied to the magnetic field applying means 22, and the mirror unit 20 vibrates at a point after a predetermined time has elapsed since the pulse voltage was applied. The frequency is detected, and vibration control for the mirror unit 20 is performed based on the detection result. For this reason, the resonance operation of the mirror unit 20 can be reliably and stably performed when the power is turned on even in an extreme operating environment such as when the ambient temperature around the device is extremely high or extremely low. . Therefore, for example, the reliability of the apparatus can be sufficiently ensured even when mounted on a vehicle provided in a tropical region or a cold region.
[0118]
In the two-dimensional laser radar device, for example, step S30 and step S31 shown in FIG. 12 may be omitted. However, as described in the second embodiment, when the subtraction process is performed in step S30 or step S31, the influence of disturbance vibration can be suppressed and the resonance operation can be maintained more stably. it can.
[0119]
(Fifth embodiment)
Next, as a fifth embodiment, the mirror unit 20 is subjected to vibration control similar to that described above only in the twisting direction, and in the bending direction, relatively simple feedback control is performed by a self-excited oscillator, and the drive control circuit 23 includes A two-dimensional laser radar device having a pulse generator that applies a pulse voltage to the magnetic field applying means 22 will be described with reference to FIGS. Note that the two-dimensional laser radar device of the fifth embodiment corresponds to a combination of the third embodiment and the fourth embodiment described above, and therefore the third embodiment and the fourth embodiment. The same parts as those in the embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and detailed description thereof is omitted.
[0120]
In this two-dimensional laser radar device, as shown in FIG. 14, in the drive control circuit 23, the output signal from the first signal conditioner 41a is input to the self-excited oscillator 50, and the first oscillator 45a and the first oscillator 45a One interrupter 46b is omitted. In this two-dimensional laser radar apparatus, relatively simple feedback control is performed by the self-excited oscillator 50 with respect to the vibration in the bending direction of the mirror unit 20, and the mirror in the drive control circuit 23 shown in FIG. The vibration control is performed based on the frequency detected by the first piezoresistive element 21a only for the vibration in the torsional direction of the unit 20. In this two-dimensional laser radar device, the second pulse generator 60b outputs a predetermined pulse voltage to the second output amplifier 47b in response to a request output from the output terminal ch8 of the CPU 43 to the drive control circuit 23. Is provided.
[0121]
In this two-dimensional laser radar device, as shown in FIG. 15, when the power is turned on in step S40, the drive control circuit 23 performs a series of pulse drive processes in steps S46 to S50 on the mirror unit 20. Only for the twist direction. When this series of pulse drive processing ends and the mirror unit 20 performs a stable vibration operation, a self-excited oscillator is used for vibration in the bending direction of the mirror unit 20 as in the third embodiment. In addition to performing relatively simple feedback control by 50, vibration control based on the frequency detected by the first piezoresistive element 21a is performed only for vibration in the torsional direction of the mirror section 20 as shown in the processing procedure shown in FIG.
[0122]
In the two-dimensional laser radar apparatus as described above, at least when the power is turned on, a pulse voltage is applied to the magnetic field applying means 22, and the mirror unit 20 vibrates at a point after a predetermined time has elapsed since the pulse voltage was applied. The frequency is detected, and vibration control for the mirror unit 20 is performed based on the detection result. For this reason, the resonance operation of the mirror unit 20 can be reliably and stably performed when the power is turned on even in an extreme operating environment such as when the ambient temperature around the device is extremely high or extremely low. . Therefore, for example, the reliability of the apparatus can be sufficiently ensured even when mounted on a vehicle provided in a tropical region or a cold region.
[0123]
In addition, torsional vibrations that are significantly affected by the hard spring effect and magnetic hysteresis can be tuned based on the detected vibration frequency, and the effects of the hard spring effect and magnetic hysteresis can be compared. Therefore, feedback control by an inexpensive self-excited oscillator 50 can be performed for a small bending vibration. Therefore, the circuit scale mounted on the apparatus can be reduced, the size and weight can be reduced, and the apparatus configuration can be simplified to further reduce the cost.
[0124]
Therefore, this two-dimensional laser radar device not only enables the laser beam to be scanned more stably and with high accuracy by these synergistic effects, but also further reduces the cost of the entire device and improves reliability. Can be significantly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a two-dimensional laser radar apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view schematically showing a scanner unit provided in the two-dimensional laser radar device.
3A and 3B are diagrams illustrating a scanner unit included in the two-dimensional laser radar device, where FIG. 3A is a plan view seen from a side where a mirror unit is formed, and FIG. 3B is a side view.
FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a drive control circuit provided in the two-dimensional laser radar device.
FIG. 5 is a flowchart showing an example of processing in a drive control circuit included in the two-dimensional laser radar device.
FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship between the vibration amplitude of the mirror section controlled by the drive control circuit and the elapsed time.
FIG. 7 is a flowchart showing an example of processing in a drive control circuit included in the two-dimensional laser radar apparatus of the second embodiment.
FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing a drive control circuit provided in the two-dimensional laser radar apparatus of the third embodiment.
FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of processing in a drive control circuit included in the two-dimensional laser radar apparatus of the third embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing another example of processing in the drive control circuit included in the two-dimensional laser radar apparatus of the third embodiment.
FIG. 11 is a circuit configuration diagram showing a drive control circuit provided in the two-dimensional laser radar apparatus of the fourth embodiment.
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of processing in a drive control circuit included in the two-dimensional laser radar apparatus of the fourth embodiment.
FIG. 13 is a schematic diagram showing the relationship between the vibration amplitude of the mirror section and the elapsed time controlled by the drive control circuit provided in the two-dimensional laser radar apparatus of the fourth embodiment.
FIG. 14 is a circuit configuration diagram showing a drive control circuit provided in the two-dimensional laser radar apparatus of the fifth embodiment.
FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of processing in a drive control circuit included in the two-dimensional laser radar apparatus of the fifth embodiment.
FIG. 16 is a diagram for explaining the hard spring effect generated in the reflection mirror, which is a problem in the conventional optical scanner device, and is a schematic diagram showing the relationship between the vibration frequency and the vibration amplitude of the reflection mirror.
FIG. 17 is a diagram for explaining hysteresis occurring in a magnetostrictive film for driving a reflection mirror, which is a problem in a conventional optical scanner device, and is a schematic diagram showing a relationship between a vibration frequency and a vibration amplitude of the reflection mirror. .
[Explanation of symbols]
10 Laser diode
11 Laser diode drive circuit
12 Control circuit
13 Photo detector
14 Light receiving circuit
15 Scanner section
16 Reflection mirror
20 Mirror part
21 Piezoresistive element
22 Magnetic field application means
23 Drive control circuit
30 Slit
31 Frame part
32 Cantilever part
33 Electrode section
34 Outer frame
41 Signal conditioner
42 Frequency detector
43 CPU
44 Memory part
45 Oscillator
46 Interrupter
47 Output amplifier
48 Adder
50 Self-excited oscillation circuit
60 pulse generator

Claims (14)

光源から照射された光を弾性変形部材を介して片持ち梁状に支持されたミラー部により反射して対象物に照射するとともに、前記ミラー部を振動させることによって前記対象物に照射する光を走査し、前記ミラー部の振動状態が最適となるように前記ミラー部の振動周波数及び振動振幅を検出して帰還制御を行う光スキャナ装置において、
前記弾性変形部材を変形させて前記ミラー部を振動させる駆動手段と、
前記駆動手段の動作を制御する駆動制御手段と、
前記弾性変形部材の変形量を検出する変形量検出手段と、
前記変形量検出手段から出力される信号を処理して、前記ミラー部の振動周波数を検出する周波数検出手段とを備え、
前記駆動制御手段が、前記ミラー部の振動中に前記駆動手段の動作を一時的に停止させ、当該駆動手段の動作が一時的に停止されている間に前記周波数検出手段により検出される振動周波数に基づいて、前記駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とする光スキャナ装置。The light irradiated from the light source is reflected by the mirror part supported in a cantilever shape via the elastic deformation member and irradiated to the object, and the light irradiated to the object by vibrating the mirror part. In an optical scanner device that performs feedback control by scanning and detecting the vibration frequency and vibration amplitude of the mirror unit so that the vibration state of the mirror unit is optimal ,
Drive means for deforming the elastic deformation member to vibrate the mirror part;
Drive control means for controlling the operation of the drive means;
Deformation amount detecting means for detecting the deformation amount of the elastic deformation member;
Processing the signal output from the deformation amount detection means, and a frequency detection means for detecting the vibration frequency of the mirror unit ,
The drive control means temporarily stops the operation of the drive means during vibration of the mirror unit, and the vibration frequency detected by the frequency detection means while the operation of the drive means is temporarily stopped. And an operating frequency for resuming the operation of the driving means is determined . 前記駆動制御手段は、前記駆動手段の動作が一時的に停止されている間に前記周波数検出手段により検出される振動周波数の値から所定の値を減算し、減算された周波数の値に基づいて、前記駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ装置。 The drive control means subtracts a predetermined value from the vibration frequency value detected by the frequency detection means while the operation of the drive means is temporarily stopped, and based on the subtracted frequency value The optical scanner device according to claim 1 , wherein an operating frequency for resuming the operation of the driving unit is determined . 少なくとも電源投入時において、前記駆動手段に対してパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段を更に備え、
前記駆動制御手段は、前記パルス電圧印加手段によるパルス電圧の印加が行われたときは、前記駆動手段にパルス電圧が印加されてから所定時間経過後の時点で前記周波数検出手段により検出される振動周波数に基づいて前記駆動手段の動作周波数を決定し、その後、決定した動作周波数で前記駆動手段を動作させ、前記ミラー部の振動中に前記駆動手段の動作を一時的に停止させて、当該駆動手段の動作が一時的に停止されている間に前記周波数検出手段により検出される振動周波数に基づいて、前記駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の光スキャナ装置。At least when the power is turned on, further comprising a pulse voltage applying means for applying a pulse voltage to the driving means;
When the pulse voltage is applied by the pulse voltage application unit, the drive control unit detects vibration detected by the frequency detection unit after a predetermined time has elapsed since the pulse voltage was applied to the drive unit. Determine the operating frequency of the driving means based on the frequency, and then operate the driving means at the determined operating frequency, temporarily stop the operation of the driving means during vibration of the mirror unit, and 2. The operating frequency for resuming the operation of the driving means is determined based on the vibration frequency detected by the frequency detecting means while the operation of the means is temporarily stopped. Or the optical scanner apparatus of 2. 前記駆動手段は、前記弾性変形部材を捩り方向に変形させる第１の駆動部と、前記弾性変形部材を曲げ方向に変形させる第２の駆動部とを備え、
前記変形量検出手段は、前記弾性変形部材の捩り変形量を検出する捩り変形量検出部と、前記弾性変形部材の曲げ変形量を検出する曲げ変形量検出部とを備え、
前記周波数検出手段は、前記捩り変形量検出部から出力される信号を処理して捩り振動周波数を検出する捩り周波数検出部と、前記曲げ変形量検出部から出力される信号を処理して曲げ振動周波数を検出する曲げ周波数検出部とを備え、
前記駆動手段が前記弾性変形部材を捩り方向と曲げ方向とにそれぞれ変形させることにより、光源からの光を前記対象物に対して２次元走査することを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ装置。The drive means includes a first drive unit that deforms the elastic deformation member in a torsional direction, and a second drive unit that deforms the elastic deformation member in a bending direction,
The deformation amount detecting means includes a torsional deformation amount detecting unit for detecting a torsional deformation amount of the elastically deformable member, and a bending deformation amount detecting unit for detecting a bending deformation amount of the elastically deformable member,
The frequency detection means processes a signal output from the torsional deformation amount detection unit to detect a torsional vibration frequency, and processes a signal output from the bending deformation amount detection unit to perform bending vibration. A bending frequency detector for detecting the frequency,
2. The optical scanner according to claim 1, wherein the driving unit deforms the elastically deforming member in a twisting direction and a bending direction, respectively, so that light from a light source is two-dimensionally scanned with respect to the object. apparatus. 前記駆動制御手段は、前記ミラー部の振動中に前記第１の駆動部の動作を一時的に停止させ、当該第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に前記捩り周波数検出部により検出される捩り振動周波数に基づいて、前記第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定するとともに、自励発振回路により生成される信号に基づいて前記第２の駆動部の動作を制御することを特徴とする請求項４に記載の光スキャナ装置。The drive control means temporarily stops the operation of the first drive unit during vibration of the mirror unit, and detects the torsion frequency while the operation of the first drive unit is temporarily stopped. An operating frequency for resuming the operation of the first drive unit is determined based on the torsional vibration frequency detected by the unit, and the second drive unit based on a signal generated by the self-excited oscillation circuit The optical scanner device according to claim 4, wherein the operation of the optical scanner is controlled. 前記駆動制御手段は、前記第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に前記捩り周波数検出部により検出される捩り振動周波数の値から所定の値を減算し、減算された周波数の値に基づいて、前記第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とする請求項４又は５に記載の光スキャナ装置。 The drive control means subtracts a predetermined value from the value of the torsional vibration frequency detected by the torsion frequency detection unit while the operation of the first drive unit is temporarily stopped , and the subtracted frequency 6. The optical scanner device according to claim 4 , wherein an operating frequency for resuming the operation of the first driving unit is determined based on the value of 少なくとも電源投入時において、前記第１の駆動部に対してパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段を更に備え、
前記駆動制御手段は、前記パルス電圧印加手段によるパルス電圧の印加が行われたときは、前記第１の駆動部にパルス電圧が印加されてから所定時間経過後の時点で前記捩り周波数検出部により検出される捩り振動周波数に基づいて前記第１の駆動部の動作周波数を決定し、その後、決定した動作周波数で前記第１の駆動部を動作させ、前記ミラー部の振動中に前記第１の駆動部の動作を一時的に停止させて、当該第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に前記捩り周波数検出部により検出される捩り振動周波数に基づいて、前記第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載の光スキャナ装置。A pulse voltage applying means for applying a pulse voltage to the first drive unit at least when the power is turned on;
When the pulse voltage is applied by the pulse voltage application unit, the drive control unit is configured to detect the torsion frequency detection unit at a time after a predetermined time has elapsed since the pulse voltage was applied to the first drive unit. An operating frequency of the first driving unit is determined based on the detected torsional vibration frequency, and then the first driving unit is operated at the determined operating frequency, and the first driving unit is vibrated during the vibration of the mirror unit. Based on the torsional vibration frequency detected by the torsion frequency detecting unit while the operation of the driving unit is temporarily stopped and the operation of the first driving unit is temporarily stopped, the first The optical scanner device according to claim 4, wherein an operating frequency for resuming the operation of the driving unit is determined . 光源から照射された光を弾性変形部材を介して片持ち梁状に支持されたミラー部により反射して対象物に照射するとともに、駆動手段の動作により前記弾性変形部材を変形させて前記ミラー部を振動させることによって前記対象物に照射する光を走査し、前記ミラー部の振動状態が最適となるように前記ミラー部の振動周波数及び振動振幅を検出して帰還制御を行う光スキャナ装置の駆動方法において、
前記ミラー部の振動中に前記駆動手段の動作を一時的に停止させ、当該駆動手段の動作が一時的に停止されている間に検出される前記ミラー部の振動周波数に基づいて、前記駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とする光スキャナ装置の駆動方法。The light irradiated from the light source is reflected by the mirror portion supported in a cantilever shape via the elastic deformation member and irradiated to the object, and the elastic deformation member is deformed by the operation of the driving means, and the mirror portion The optical scanner device that performs feedback control by scanning the light irradiating the object by oscillating the object and detecting the vibration frequency and vibration amplitude of the mirror unit so as to optimize the vibration state of the mirror unit In the method
The drive means is temporarily stopped during the vibration of the mirror section, and the drive means is based on the vibration frequency of the mirror section detected while the operation of the drive means is temporarily stopped. A method of driving an optical scanner device, comprising: determining an operating frequency when resuming the operation of the optical scanner. 前記駆動手段の動作が一時的に停止されている間に検出される前記ミラー部の振動周波数の値から所定の値を減算し、減算された周波数の値に基づいて、前記駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とする請求項８に記載の光スキャナ装置の駆動方法。 A predetermined value is subtracted from the vibration frequency value of the mirror portion detected while the operation of the driving means is temporarily stopped, and the operation of the driving means is performed based on the subtracted frequency value. 9. The method of driving an optical scanner device according to claim 8, wherein an operating frequency for restarting is determined . 少なくとも電源投入時において、前記駆動手段にパルス電圧を印加し、前記駆動手段にパルス電圧が印加されてから所定時間経過後の時点で検出される前記ミラー部の振動周波数に基づいて前記駆動手段の動作周波数を決定し、その後、決定した動作周波数で前記駆動手段を動作させ、前記ミラー部の振動中に前記駆動手段の動作を一時的に停止させて、当該駆動手段の動作が一時的に停止されている間に検出される前記ミラー部の振動周波数に基づいて、前記駆動手段の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とする請求項８又は９に記載の光スキャナの駆動方法。At least when the power is turned on , a pulse voltage is applied to the driving unit, and the driving unit is controlled based on the vibration frequency of the mirror unit detected at a time after a predetermined time has elapsed since the pulse voltage was applied to the driving unit. Determine the operating frequency, and then operate the driving means at the determined operating frequency, temporarily stop the operation of the driving means during vibration of the mirror unit, and temporarily stop the operation of the driving means 10. The driving of the optical scanner according to claim 8 , wherein an operating frequency for resuming the operation of the driving unit is determined based on a vibration frequency of the mirror unit detected during the operation. Method. 前記駆動手段が、前記弾性変形部材を捩り方向に変形させる第１の駆動部と、前記弾性変形部材を曲げ方向に変形させる第２の駆動部とを有し、前記ミラー部を２次元方向に振動させることで、光源からの光を前記対象物に対して２次元走査するとともに、
前記弾性変形部材の捩り変形量と曲げ変形量とに基づいて、前記ミラー部の捩り振動周波数と曲げ振動周波数とをそれぞれ検出することを特徴とする請求項８に記載の光スキャナ装置の駆動方法。 The drive means includes a first drive unit that deforms the elastic deformation member in a twisting direction, and a second drive unit that deforms the elastic deformation member in a bending direction, and the mirror unit is arranged in a two-dimensional direction. By vibrating , the light from the light source is scanned two-dimensionally with respect to the object,
9. The method of driving an optical scanner device according to claim 8, wherein the torsional vibration frequency and the bending vibration frequency of the mirror portion are detected based on the torsional deformation amount and the bending deformation amount of the elastic deformation member. . 前記第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に検出される前記ミラー部の捩り振動周波数に基づいて、前記第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定するとともに、自励発振回路により生成される信号に基づいて、前記第２の駆動部の動作を制御することを特徴とする請求項１１に記載の光スキャナ装置の駆動方法。Based on the torsional vibration frequency of the mirror unit detected while the operation of the first drive unit is temporarily stopped , the operation frequency for resuming the operation of the first drive unit is determined. The method for driving the optical scanner device according to claim 11, further comprising: controlling an operation of the second drive unit based on a signal generated by the self-excited oscillation circuit. 前記第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に検出される前記ミラー部の捩り振動周波数の値から所定の値を減算し、減算された周波数の値に基づいて、前記第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光スキャナ装置の駆動方法。 A predetermined value is subtracted from the value of the torsional vibration frequency of the mirror unit detected while the operation of the first drive unit is temporarily stopped, and the first value is calculated based on the subtracted frequency value . 13. The method of driving an optical scanner device according to claim 11 or 12, wherein an operating frequency for restarting the operation of one driving unit is determined . 少なくとも電源投入時において、前記第１の駆動部にパルス電圧を印加し、前記第１の駆動部にパルス電圧が印加されてから所定時間経過後の時点で検出される前記ミラー部の捩り振動周波数に基づいて前記第１の駆動部の動作周波数を決定し、その後、決定した動作周波数で前記第１の駆動部を動作させ、前記ミラー部の振動中に前記第１の駆動部の動作を一時的に停止させて、当該第１の駆動部の動作が一時的に停止されている間に検出される前記ミラー部の捩り振動周波数に基づいて、前記第１の駆動部の動作を再開させるときの動作周波数を決定することを特徴とする請求項１１乃至１３の何れかに記載の光スキャナ装置の駆動方法。Torsional vibration frequency of the mirror unit detected at a time after a predetermined time has elapsed since the pulse voltage was applied to the first drive unit and the pulse voltage was applied to the first drive unit at least when the power is turned on. The operating frequency of the first driving unit is determined on the basis of the first driving unit , and then the first driving unit is operated at the determined operating frequency, and the operation of the first driving unit is temporarily performed during the vibration of the mirror unit. The operation of the first drive unit is resumed based on the torsional vibration frequency of the mirror unit detected while the operation of the first drive unit is temporarily stopped. 14. The method of driving an optical scanner device according to claim 11, wherein an operating frequency of the optical scanner is determined.
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