JP4105499B2

JP4105499B2 - Optical scanning device

Info

Publication number: JP4105499B2
Application number: JP2002227187A
Authority: JP
Inventors: 昭浅岡; 博之藤田; アレクシー・ドゥブレー; ジャン・フィリップ・グイ; ジルベール・レイヌ
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; University of Tokyo NUC
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; University of Tokyo NUC
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2022-08-05
Also published as: JP2004069896A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を反射するミラー部を共振揺動させることによって、対象物に照射させる光を走査する光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光源からの光を２次元方向に走査して対象物に照射させる光走査装置が提案されており、例えば、車両用レーザレーダ等に利用されている。車両用レーザレーダは、光走査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レーザ光を検出して、光走査装置からの出射レーザ光と対象物からの反射レーザ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垂直方向の角度等を検出するものである。
【０００３】
従来の光走査装置としては、例えば特開平７−１７５００５号公報にて開示されるプレーナー型ガルバノミラー等が知られている。この特開平７−１７５００５号公報にて開示されるプレーナー型ガルバノミラーは、半導体基板に可動板とこの可動板を揺動可能に軸支するトーションバーとを一体形成し、可動板上にミラー及び平面コイルを設けて、この平面コイルと固定部に配置した永久磁石との磁界の作用により可動板を揺動させて、ミラーで反射される光を走査するようにしたものである。
【０００４】
このような構造のプレーナー型ガルバノミラーは、半導体製造プロセスでの作製が可能であり、小型化を図る上で非常に有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光走査装置を車両用レーザレーダに用いる場合には、ミラーで反射されて対象物に照射されるレーザ光のパワーを十分確保するために、ミラーのサイズを大きくすることが望まれる。また、車両用レーザレーダでは、検出範囲の広さがミラーの振れ角に依存するので、広範囲での検出を実現するにはミラーの振れ角を大きく設定することが望まれる。
【０００６】
しかしながら、上述したプレーナー型ガルバノミラーでは、可動板上に平面コイルを配置すると共に固定部に永久磁石を配置して、これら平面コイルと永久磁石との電磁力によりミラーが形成された可動板を揺動させるようになっているため、ミラーのサイズを大型化し、この大型のミラーの振れ角、すなわち可動板の振れ角を大きく設定すると、可動板の揺動に伴う平面コイルの揺動方向における変位量が大きくなり、永久磁石に対する平面コイルの位置が大きく変動することになる。
【０００７】
平面コイルと永久磁石との間に作用する電磁力は、平面コイルと永久磁石との間の距離が大きくなると急激に低下するので、以上のような構造のプレーナー型ガルバノミラーで、可動板を大きな振れ角で適切に揺動させるためには、平面コイルに供給する電流の値を大きくする必要が生じ、その結果、平面コイルの大型化や電流アンプの大容量化等が要求されて、コストの増大を招くという問題がある。更に、平面コイルに大電流を供給したときの発熱に対する対策として、放熱機構を設けることが要求されて、更なるコストの増大や、装置自体の大型化等の問題も懸念される。
【０００８】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて創案されたものであって、コストの増大や装置自体の大型化等を招くことなく、ミラーを大きな振れ角で適切に揺動させて、光を広い範囲で走査させることが可能な光走査装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、光源からの光をミラー部で反射させて対象物に照射させると共に、前記ミラー部を揺動させることによって前記対象物に照射させる光を走査する光走査装置において、前記ミラー部を揺動可能に支持する弾性梁と、前記弾性梁の一方の主面部に対向して配設され、前記弾性梁の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発生する第１の磁界発生コイルと、前記弾性梁の他方の主面部に対向して配設され、前記弾性梁の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発生する第２の磁界発生コイルと、前記弾性梁上に形成され、前記第１の磁界発生コイル及び前記第２の磁界発生コイルにより発生した交番磁界が印加されることにより前記弾性梁を曲げ方向及び捩り方向に変形させる磁歪素子とを備え、前記第１の磁界発生コイルからの磁界と前記第２の磁界発生コイルからの磁界とを反発させることにより前記弾性梁の面内方向に沿う磁力線を形成して前記磁歪素子に磁束を集中させ、前記磁歪素子によって前記弾性梁を曲げ方向及び捩り方向に変形させることにより前記ミラー部を２次元方向に揺動させて前記対象物に照射させる光を２次元方向に走査することを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光走査装置において、前記磁歪素子と前記第１の磁界発生コイル、及び前記磁歪素子と前記第２の磁界発生コイルとが、高透磁率材料よりなる導磁部材を介してそれぞれ磁気的に結合されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光走査装置において、前記ミラー部の裏面に前記磁歪素子と連続するミラー裏面磁歪素子が形成され、前記磁歪素子と前記ミラー裏面磁歪素子と前記第１の磁界発生コイル、及び前記磁歪素子と前記ミラー裏面磁歪素子と前記第２の磁界発生コイルとが、高透磁率材料よりなる第２の導磁部材を介してそれぞれ磁気的に結合されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の光走査装置において、前記第１の磁界発生コイル及び前記第２の磁界発生コイルが、高透磁率材料よりなる磁性プレート上にマイクロマシニング加工によって形成された平面コイルよりなることを特徴とするものである。
【００１３】
以上のような本発明に係る光走査装置では、第１の磁界発生コイルと第２の磁界発生コイルとに駆動電流が供給されると、これら第１の磁界発生コイルと第２の磁界発生コイルとからそれぞれ磁界が発生する。第１の磁界発生コイルと第２の磁界発生コイルとは、弾性梁の一方の主面部に対向する位置と他方の主面部に対向する位置とにそれぞれ配設されているので、これら第１の磁界発生コイルからの磁界と第２の磁界発生コイルからの磁界とが反発すると、弾性梁の面内方向に沿う磁力線が形成されて、弾性梁に形成された磁歪素子に磁束が集中することになる。
【００１４】
そして、第１の磁界発生コイル及び第２の磁界発生コイルからの磁束が磁歪素子に集中することによって、この磁歪素子が効果的に駆動されて弾性梁が変形する。これにより、弾性梁に支持されたミラー部が揺動して、このミラー部で反射された光が走査されることになる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に係る光走査装置によれば、第１の磁界発生コイル及び第２の磁界発生コイルからの磁界を反発させることで弾性梁の面内方向に沿う磁力線が形成されて、弾性梁に形成された磁歪素子に磁束が集中するようになっており、弾性梁を変形させる磁歪素子が効果的に駆動されるので、ミラー部を小電流で適切に揺動させることができ、装置全体の小型化、コストの低減等を実現できる。
【００１６】
また、請求項２に係る光走査装置によれば、磁歪素子と第１の磁界発生コイル、磁歪素子と第２の磁界発生コイルとが導磁部材を介してそれぞれ磁気的に結合されているので、大気中への磁束の漏洩が低減されて、磁歪素子に更に効果的に磁束を集中させることができる。したがって、この光走査装置によれば、小電流でより効率的にミラー部を揺動させることができる。
【００１７】
また、請求項３に係る光走査装置によれば、磁歪素子とミラー裏面磁歪素子と第１の磁界発生コイル、磁歪素子とミラー裏面磁歪素子と第２の磁界発生コイルとが第２の導磁部材を介してそれぞれ磁気的に結合されているので、大気中への磁束の漏洩が更に低減されて、磁歪素子に更に効果的に磁束を集中させることができる。また、ミラー裏面にも磁歪素子が形成されていることで磁歪素子全体のボリュームが増大するので、弾性梁をより効果的に変形させることができる。したがって、この光走査装置によれば、小電流でより効率的にミラー部を揺動させることができる。
【００１８】
また、請求項４に係る光走査装置によれば、第１の磁界発生コイル及び第２の磁界発生コイルがそれぞれマイクロマシンニング加工によって形成されるので、大量生産を行う上で有利であり、コストの更なる低減を実現することができる。
【００１９】
【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等に用いられる２次元スキャナに適用した例について具体的に説明する。
【００２０】
車両用２次元レーザレーダ装置の一例を図１に示す。この図１に示す車両用２次元レーザレーダ装置１は、レーザダイオード（以下、ＬＤと略称する。）２及びＬＤ駆動回路３を有する照射系と、フォトディテクタ（以下、ＰＤと略称する。）４及び受光回路５を有する受光系と、本発明を適用した２次元スキャナ１０、走査駆動部６、走査位置検出回路７及び反射ミラー８を有する走査系とを備えており、これらの各部が制御回路９による制御のもとで動作するようになっている。
【００２１】
制御回路９は、所定のタイミング毎に、ＬＤ駆動回路３にＬＤ２を発光させる旨の発光司令を出力する。ＬＤ駆動回路３は、この制御回路９からの発光司令を受けて、所定のタイミング毎にＬＤ２を発光させる。これにより、ＬＤ２からレーザ光が出射されることになる。そして、ＬＤ２から出射されたレーザ光が、２次元スキャナ１０及び反射ミラー８により順次反射されて、車両周囲の物体１００に照射されることになる。
【００２２】
２次元スキャナ１０は、走査駆動部６から供給される駆動電流に応じて駆動されて、水平方向及び垂直方向の互いに直交する２方向に同時に揺動し、ＬＤ２から出射されたレーザ光を車両周囲の路面に水平な方向と垂直な方向との２次元方向に走査させる。この２次元スキャナ１０によるレーザ光の走査位置は、走査位置検出回路７により検出されるようになっている。２次元スキャナ１０により２次元方向に走査されて車両周囲の物体１００に照射されたレーザ光は、この物体１００によって反射され、この物体１００からの反射レーザ光が、ＰＤ４により受光されることになる。
【００２３】
ＰＤ４は、受光した物体１００からの反射レーザ光を光電変換し、この反射レーザ光の光量に応じた電気信号を受光回路５に出力する。受光回路５は、ＰＤ４からの信号強度を所定の基準値と比較して、その比較結果を制御回路９に出力する。
【００２４】
制御回路９は、車両用２次元レーザレーダ装置１を構成する各部の動作を制御すると共に、これら各部からの出力に基づき、車両周囲の物体１００に関する各種情報を生成する。具体的には、制御回路９は、例えば、ＬＤ２によるレーザ光の発光からＰＤ４による反射レーザ光の受光までの時間、すなわち、ＬＤ２から出射され車両周囲の物体１００により反射されてＰＤ４に受光されるまでのレーザ光の伝播遅延時間に基づいて、車両周囲の物体１００までの距離を算出すると共に、この物体１００までの距離を時間的に連続して算出してその結果を比較することで、この物体１００の車両に対する相対速度を算出する。また、制御回路９は、走査位置検出回路７により検出されたレーザ光の走査位置に基づいて、物体１００が存在する方向を検出する。
【００２５】
ここで、以上のように構成される車両用２次元レーザレーダ装置１に用いられる本発明を適用した２次元スキャナ１０について、更に詳しく説明する。
【００２６】
２次元スキャナ１０は、図２及び図３に示すように、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で形成され、コ字状のスリット部１１によって分断されたミラー部１２及びフレーム部１３と、フレーム部１３に対してミラー部１２を揺動自在に支持する弾性梁１４とを備えている。なお、図２は２次元スキャナ１０を上方から見た平面図、図３は図２におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【００２７】
ミラー部１２は、一端部が弾性梁１４を介してフレーム部１３に連結されており、フレーム部１３に対して片持ち梁状に支持されている。そして、このミラー部１２には、例えばシリコンウエハの主面に対してアルミ蒸着等により高反射コーティングが施されることで反射面が形成されており、ＬＤ２から出射されたレーザ光を十分な反射率で反射ミラー８側へと反射するようになっている。
【００２８】
また、弾性梁１４は、曲げ方向と捩り方向とに弾性変形自在とされている。そして、この弾性梁１４が曲げ方向及び捩り方向に変形することにより、弾性梁１４に支持されたミラー部１２が２次元方向に揺動し、このミラー部１２で反射されたレーザ光が２次元方向に走査されるようになっている。
【００２９】
弾性梁１４の裏面、すなわち、ミラー部１２の反射面と反対側の面には、高磁歪率を有する磁歪素子１５が薄膜状に形成されている。この磁歪素子１５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。
【００３０】
また、弾性梁１４の表面には、当該弾性梁１４の曲げ方向及び捩り方向の変形量（周波数及び振幅）をそれぞれ検出するピエゾ抵抗素子１６が形成されている。このピエゾ抵抗素子１６からの出力信号は、走査位置検出回路７に供給されるようになっている。そして、走査位置検出回路７が、ピエゾ抵抗素子１６からの出力信号に基づいて、レーザ光の走査位置を検出するようになっている。
【００３１】
また、弾性梁１４の表面に対向する位置及び弾性梁１４の裏面に対向する位置には、走査駆動部６から供給される駆動電流に応じて交番磁界を発生する第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８がそれぞれ配設されている。これら第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８は、弾性梁１４の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発生する。そして、これら第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８により発生した交番磁界が磁歪素子１５に印加されることによって、弾性梁１４が図２中矢印Ｂで示す曲げ方向、及び図２中矢印Ｃで示す捩り方向（矢印Ａが捩り軸方向）に変形し、これに伴って、ミラー部１２が弾性梁１４を基点として２次元方向に揺動するようになっている。
【００３２】
ミラー部１２を揺動させる弾性梁１４は、曲げ変形の共振周波数が例えば２００Ｈｚとされ、捩り変形の共振周波数が例えば１ｋＨｚとされる。また、各々の共振周波数における変位角、すなわち、ミラー部１２のフレーム部１３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、走査駆動部６から第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８に供給する駆動電流を可変とすることで自在に制御可能である。
【００３３】
また、以上の例では、磁歪素子１５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、弾性梁１４の機械的特性から、捩り方向の変形に対しては、磁歪素子１５の磁化容易軸の傾斜角を４５度とすることが望ましく、曲げ方向の変形に対しては、傾斜角を０度とすることが望ましい。本例においては、弾性梁１４を捩り方向と曲げ方向との双方で変形させることから、０度と４５度との中間値である２２．５度付近を選択することが望ましい。
【００３４】
第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８は、図４及び図５に示すように、ニッケル合金等の高透磁率材料よりなる磁性プレート２１上にマイクロマシニング加工によって形成された平面コイルよりなる。なお、図４はこの平面コイルを上方から見た平面図、図５は図４におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【００３５】
磁性プレート２１上には、ポリイミド等の樹脂材料よりなる下部絶縁層２２ａ、中間絶縁層２２ｂ、上部絶縁層２２ｃがそれぞれ形成されている。そして、下部絶縁層２２ａに対してエッチングや蒸着等のマイクロマシニング加工が行われ、この下部絶縁層２２ａの所定の箇所に銅等の導電材料が埋設されることで、下層コイル線２３が形成されている。また、上部絶縁層２２ｃに対してエッチングや蒸着等のマイクロマシニング加工が行われ、この上部絶縁層２２ｃの所定の箇所に銅等の導電材料が埋設されることで、渦巻き状の上層コイル線２４が形成されている。そして、上部絶縁層２２ｃから下部絶縁層２２ａに亘って貫通するようにスルーホール２５が設けられ、このスルーホール２５内に導電材料が充填されて、この導電材料によって下層コイル線２３及び上層コイル線２４が電気的に接続されることで、平面コイルが構成されている。
【００３６】
以上のような平面コイルは、下層コイル線２３の端部と上層コイル線２４の端部とがそれぞれ外部に露出されて、走査駆動部６からの駆動電流を印加するための端子２６ａ，２６ｂとされている。そして、このような平面コイルよりなる第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８は、これら端子２６ａ，２６ｂが走査駆動部６に接続されて、端子２６ａから端子２６ｂに向かって走査駆動部６からの駆動電流が印加されることで、図５中矢印Ｄで示す向きの磁界が発生するようになっている。
【００３７】
以上のように構成される第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８は、弾性梁１４に向かって進行する磁界が得られるように、弾性梁１４の表面に対向する位置及び弾性梁１４の裏面に対向する位置にそれぞれ配設される。そして、図３に示したように、第１の磁界発生コイル１７は、ニッケル合金等の高透磁率材料よりなる上部導磁部材２７に支持されて、弾性梁１４の表面に対向する位置に固定される。また、第２の磁界発生コイル１８は、ニッケル合金等の高透磁率材料よりなる下部導磁部材２８に支持されて、弾性梁１４の裏面に対向する位置に固定される。なお、磁歪素子１５と上部導磁部材２７及び下部導磁部材２８との間に位置するフレーム部１３の一部は、上部導磁部材２７及び下部導磁部材２８と同様の高透磁率材料よりなる中間導磁部材２９とされている。
【００３８】
以上のような構造の２次元スキャナ１０では、第１の磁界発生コイル１７からの磁界が弾性梁１４の表面側から弾性梁１４に向かうと共に、第２の磁界発生コイル１８からの磁界が弾性梁１４の裏面側から弾性梁１４に向かうようになっているので、これらの磁界が弾性梁１４の近傍で互いに反発し、弾性梁１４の面内方向に沿う磁力線が形成されることになる。そして、弾性梁１４に形成された磁歪素子１５に磁束が集中することになる。
【００３９】
第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８からの磁束が磁歪素子１５に集中することによって、磁歪素子１５が高い磁歪効果を発揮して効果的に駆動され、弾性梁１４が曲げ方向及び捩り方向に効果的に変形することになる。これにより、弾性梁１４に支持されたミラー部１２が２次元方向に揺動して、このミラー部１２で反射されたレーザ光が２次元方向に走査されることになる。
【００４０】
以上のように、本発明を適用した２次元スキャナ１０では、第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８からの磁界を反発させることで、弾性梁１４の面内方向に沿う磁力線が形成されて、弾性梁１４に形成された磁歪素子１５に磁束が集中するようになっており、弾性梁１４を曲げ方向及び捩り方向に変形させる磁歪素子１５が効果的に駆動されるので、ミラー部１２を小電流で適切に２次元方向に揺動させることができ、装置全体の小型化、コストの低減等を実現できる。
【００４１】
また、この２次元スキャナ１０では、ミラー部１２やフレーム部１３、弾性梁１４等の各部が、半導体製造プロセスで一般的なマイクロマシニング加工によって作製されることに加えて、第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８が平面コイルで構成され、これら第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８もマイクロマシンニング加工によって作製できるので、大量生産を行う上で有利であり、コストの更なる低減を実現することができる。
【００４２】
なお、以上のような本発明の効果は、図６に示すように、第１の磁界発生コイル１７を弾性梁１４の表面に対向する位置に配設すると共に、第２の磁界発生コイル１８を弾性梁１４の裏面に対向する位置に配設し、これら第１の磁界発生コイル１７からの磁界と第２の磁界発生コイル１８からの磁界とを弾性梁１４の近傍で反発させるようにすることで実現できるが、第１の磁界発生コイル１７からの磁界と第２の磁界発生コイル１８からの磁界とをより効率的に利用する上では、図３に示したように、第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８をそれぞれ高透磁率材料よりなる上部導磁部材２７及び下部導磁部材２８に支持されるようにすることが望ましい。
【００４３】
このように、第１の磁界発生コイル１７が上部導磁部材２７によって支持されるようにすれば、磁歪素子１５と第１の磁界発生コイル１７とが中間導磁部材２９及び上部導磁部材２７を介して磁気的に結合され、これらの間で磁気回路が形成されることになる。また、第２の磁界発生コイル１８が下部導磁部材２８によって支持されるようにすれば、磁歪素子１５と第２の磁界発生コイル１８とが中間導磁部材２９及び下部導磁部材２８を介して磁気的に結合され、これらの間で磁気回路が形成されることになる。これにより、磁気抵抗が大きい大気中への磁束の漏洩が低減されて、第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８からの磁束の大半が、これらの磁気回路内を流れることになる。したがって、磁歪素子１５に更に効果的に磁束を集中させることができ、小電流でより効率的にミラー部１２を揺動させることが可能となる。
【００４４】
なお、以上は、本発明を適用した２次元スキャナ１０の一例について具体的に説明したが、本発明は、以上の例に限定されるものではなく、要求される仕様や設計条件等に応じて、様々な変更が可能である。
【００４５】
例えば、以上の例では、弾性梁１４の裏面にのみ磁歪素子１５が形成されているが、図７及び図８に示すように、ミラー部１２の裏面にも磁歪素子１５に連続する磁歪素子（ミラー裏面磁歪素子３１）を形成し、これら磁歪素子１５及びミラー裏面磁歪素子３１と第１の磁界発生コイル１７とが、スリット１１よりなる狭小エアギャップ、高透磁率材料よりなる第２の中間導磁部材３２及び第２の上部導磁部材３３を介して磁気的に結合され、磁歪素子１５及びミラー裏面磁歪素子３１と第２の磁界発生コイル１８とが、スリット１１よりなる狭小エアギャップ、高透磁率材料よりなる第２の中間導磁部材３２及び第２の下部導磁部材３４を介して磁気的に結合されるようにしてもよい。なお、図７は本例の２次元スキャナ３０を上方から見た平面図、図８は図７におけるＺ−Ｚ線断面図である。
【００４６】
本例の２次元スキャナ３０では、第１の上部導磁部材２７及び第２の上部導磁部材３３、第１の下部導磁部材２８及び第２の下部導磁部材３４は、ミラー部１２の適切な揺動を妨げることがないように、それぞれミラー部１２の外周側を囲む形状に成形されていることが望ましい。また、第１の上部導磁部材２７及び第２の上部導磁部材３３、第１の下部導磁部材２８及び第２の下部導磁部材３４は、便宜上それぞれ別部材として説明しているが、これらは一体の部材として構成されていてもよい。更に、磁歪素子１５及びミラー裏面磁歪素子３１も、一体の膜として同時に薄膜形成されるようになっていてもよい。
【００４７】
以上のような２次元スキャナ３０では、第１の磁界発生コイル１７から磁歪素子１５、中間導磁部材２９、上部導磁部材２７を通って第１の磁界発生コイル１７へと戻る磁気回路に加えて、第１の磁界発生コイル１７から磁歪素子１５、ミラー裏面磁歪素子３１、第２の中間導磁部材３２、第２の上部導磁部材３３を通って第１の磁界発生コイル１７へと戻る磁気回路も形成されることになる。同様に、第２の磁界発生コイル１８から磁歪素子１５、中間導磁部材２９、下部導磁部材２８を通って第２の磁界発生コイル１８へと戻る磁気回路に加えて、第２の磁界発生コイル１８から磁歪素子１５、ミラー裏面磁歪素子３１、第２の中間導磁部材３２、第２の下部導磁部材３４を通って第２の磁界発生コイル１８へと戻る磁気回路も形成されることになる。
【００４８】
このように、本例の２次元スキャナ３０では、第１の磁界発生コイル１７側と第２の磁界発生コイル１８側とにそれぞれ２系統の磁気回路が形成され、第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８からの磁束が、これら２系統の磁気回路内を流れるようになっているので、大気中への磁束の漏洩を更に有効に低減させて、第１の磁界発生コイル１７及び第２の磁界発生コイル１８からの磁束をより効果的に磁歪素子１５に集中させることができる。
【００４９】
また、この２次元スキャナ３０では、弾性梁１４の裏面に加えてミラー部１２の裏面にも磁歪素子（ミラー裏面磁歪素子３１）が形成され、磁歪素子全体のボリュームが増加されているので、より大きな磁歪効果が発揮されることになる。したがって、この２次元スキャナ３０では、弾性梁１５をより効果的に変形させて、ミラー部１２を更に効率的に２次元方向に揺動させることができる。
【００５０】
なお、この２次元スキャナ３０において、スペース上の制約から第１の磁界発生コイル１７側と第２の磁界発生コイル１８側とにそれぞれ２系統の磁気回路を形成することが困難な場合には、上部導磁部材２７や下部導磁部材２８を省略して、第１の磁界発生コイル１７側と第２の磁界発生コイル１８側とでそれぞれ１つの磁気回路が形成されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２次元スキャナを模式的に示す平面図である。
【図３】図２におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】前記２次元スキャナが備える磁界発生コイルを模式的に示す平面図である。
【図５】図４におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【図６】前記２次元スキャナの他の例を模式的に示す断面図である。
【図７】前記２次元スキャナの更に他の例を模式的に示す平面図である。
【図８】図７におけるＺ−Ｚ線断面図である。
【符号の説明】
１２次元レーザレーダ
１０２次元スキャナ
１２ミラー部
１４弾性梁
１５磁歪素子
１７第１の磁界発生コイル
１８第２の磁界発生コイル
２７上部導磁部材
２８下部導磁部材
２９中間導磁部材
３０２次元スキャナ
３１ミラー裏面磁歪素子
３２第２の中間導磁部材
３３第２の上部導磁部材
３４第２の下部導磁部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning device that scans light to be irradiated onto an object by resonating and swinging a mirror that reflects light from a light source.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed an optical scanning device that scans light from a light source in a two-dimensional direction and irradiates an object, and is used for, for example, a vehicle laser radar. The vehicle laser radar irradiates an object around the vehicle with a laser beam using an optical scanning device, detects a reflected laser beam from the object, and emits laser light emitted from the optical scanning device and the object. Based on the relationship with the reflected laser beam, the distance to the object, the horizontal and vertical angles, and the like are detected.
[0003]
As a conventional optical scanning device, for example, a planar galvanometer mirror disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-175005 is known. The planar galvanometer mirror disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-175005 is formed by integrally forming a movable plate and a torsion bar for pivotally supporting the movable plate on a semiconductor substrate. A planar coil is provided, and the movable plate is swung by the action of a magnetic field between the planar coil and a permanent magnet disposed in the fixed portion, and the light reflected by the mirror is scanned.
[0004]
The planar type galvanometer mirror having such a structure can be manufactured by a semiconductor manufacturing process, and is very advantageous for downsizing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the optical scanning device is used for a vehicle laser radar, it is desired to increase the size of the mirror in order to ensure sufficient power of the laser light reflected by the mirror and applied to the object. Further, in the vehicular laser radar, since the width of the detection range depends on the mirror swing angle, it is desirable to set the mirror swing angle large in order to realize detection over a wide range.
[0006]
However, in the above-described planar galvanometer mirror, a planar coil is disposed on the movable plate and a permanent magnet is disposed on the fixed portion, and the movable plate on which the mirror is formed is shaken by electromagnetic force between the planar coil and the permanent magnet. Since the size of the mirror is increased and the deflection angle of this large mirror, that is, the deflection angle of the movable plate, is set to be large, the displacement in the oscillation direction of the planar coil accompanying the oscillation of the movable plate The amount increases, and the position of the planar coil with respect to the permanent magnet varies greatly.
[0007]
Since the electromagnetic force acting between the planar coil and the permanent magnet decreases sharply as the distance between the planar coil and the permanent magnet increases, the planar plate galvanometer mirror having the above structure is used to make the movable plate large. In order to appropriately swing at the swing angle, it is necessary to increase the value of the current supplied to the planar coil. As a result, it is required to increase the size of the planar coil, increase the capacity of the current amplifier, etc. There is a problem of causing an increase. Furthermore, as a countermeasure against heat generation when a large current is supplied to the planar coil, it is required to provide a heat dissipation mechanism, and there are concerns about problems such as further increase in cost and enlargement of the device itself.
[0008]
The present invention was devised in view of the conventional situation as described above, and without causing an increase in cost or an increase in the size of the device itself, the mirror is appropriately swung with a large swing angle, An object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of scanning light over a wide range.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is an optical scanning device that scans the light to be irradiated on the object by reflecting the light from the light source by the mirror unit and irradiating the object, and swinging the mirror unit. An elastic beam that supports the mirror portion in a swingable manner, and is disposed to face one main surface portion of the elastic beam. And generating an alternating magnetic field in which two components of the respective resonance frequencies in the bending direction and the twisting direction of the elastic beam overlap. The first magnetic field generating coil and the other main surface portion of the elastic beam are disposed opposite to each other. And generating an alternating magnetic field in which two components of the respective resonance frequencies in the bending direction and the twisting direction of the elastic beam overlap. A second magnetic field generating coil and formed on the elastic beam; The elastic beam is deformed in a bending direction and a twisting direction by applying an alternating magnetic field generated by the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil. With magnetostrictive elements The magnetic field from the first magnetic field generating coil and the magnetic field from the second magnetic field generating coil are repelled to form magnetic lines of force along the in-plane direction of the elastic beam, and magnetic flux is applied to the magnetostrictive element. Concentrate and scan the light to irradiate the object in a two-dimensional direction by swinging the mirror part in a two-dimensional direction by deforming the elastic beam in a bending direction and a twisting direction by the magnetostrictive element. It is characterized by.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the first aspect, the magnetostrictive element and the first magnetic field generating coil, and the magnetostrictive element and the second magnetic field generating coil are high. It is characterized by being magnetically coupled through a magnetic conducting member made of a magnetic permeability material.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the first or second aspect, a mirror back surface magnetostrictive element continuous with the magnetostrictive element is formed on the back surface of the mirror portion, and the magnetostrictive element and the mirror are formed. A back surface magnetostrictive element, the first magnetic field generating coil, and the magnetostrictive element, the mirror back surface magnetostrictive element, and the second magnetic field generating coil are respectively magnetized via a second magnetic conducting member made of a high permeability material. It is characterized by being connected.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the first to third aspects, the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil are made of a high magnetic permeability material. It is characterized by comprising a planar coil formed by micromachining on a magnetic plate.
[0013]
In the optical scanning device according to the present invention as described above, when a drive current is supplied to the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil, the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil. Each generates a magnetic field. The first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil are respectively disposed at a position facing one main surface portion and a position facing the other main surface portion of the elastic beam. When the magnetic field from the magnetic field generating coil and the magnetic field from the second magnetic field generating coil are repelled, magnetic lines are formed along the in-plane direction of the elastic beam, and the magnetic flux is concentrated on the magnetostrictive element formed on the elastic beam. Become.
[0014]
Then, when the magnetic flux from the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil is concentrated on the magnetostrictive element, the magnetostrictive element is effectively driven to deform the elastic beam. As a result, the mirror portion supported by the elastic beam swings, and the light reflected by the mirror portion is scanned.
[0015]
【The invention's effect】
According to the optical scanning device of the first aspect, lines of magnetic force along the in-plane direction of the elastic beam are formed by repelling the magnetic fields from the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil. Magnetic flux is concentrated on the formed magnetostrictive element, and the magnetostrictive element that deforms the elastic beam is effectively driven, so that the mirror can be appropriately swung with a small current, Miniaturization and cost reduction can be realized.
[0016]
According to the optical scanning device of the second aspect, the magnetostrictive element and the first magnetic field generating coil, and the magnetostrictive element and the second magnetic field generating coil are magnetically coupled via the magnetic conducting member. The leakage of the magnetic flux to the atmosphere is reduced, and the magnetic flux can be more effectively concentrated on the magnetostrictive element. Therefore, according to this optical scanning device, the mirror portion can be more efficiently swung with a small current.
[0017]
According to the optical scanning device of the third aspect, the magnetostrictive element, the mirror back surface magnetostrictive element, the first magnetic field generating coil, and the magnetostrictive element, the mirror back surface magnetostrictive element, and the second magnetic field generating coil are connected to the second magnetism. Since they are magnetically coupled via the members, the leakage of the magnetic flux to the atmosphere is further reduced, and the magnetic flux can be more effectively concentrated on the magnetostrictive element. Further, since the volume of the entire magnetostrictive element is increased by forming the magnetostrictive element on the back surface of the mirror, the elastic beam can be more effectively deformed. Therefore, according to this optical scanning device, the mirror portion can be more efficiently swung with a small current.
[0018]
Further, according to the optical scanning device of the fourth aspect, since the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil are formed by micromachining, respectively, it is advantageous for mass production and cost is reduced. Further reduction can be realized.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Below, the example which applied this invention to the two-dimensional scanner used for the two-dimensional laser radar apparatus for vehicles etc. is demonstrated concretely.
[0020]
An example of a vehicle two-dimensional laser radar device is shown in FIG. The vehicle two-dimensional laser radar apparatus 1 shown in FIG. 1 includes an irradiation system having a laser diode (hereinafter abbreviated as LD) 2 and an LD drive circuit 3, a photodetector (hereinafter abbreviated as PD) 4, and A light receiving system having a light receiving circuit 5 and a scanning system having a two-dimensional scanner 10 to which the present invention is applied, a scanning drive unit 6, a scanning position detecting circuit 7 and a reflecting mirror 8 are provided. It operates under the control of
[0021]
The control circuit 9 outputs a light emission command for causing the LD drive circuit 3 to emit light at every predetermined timing. In response to the light emission command from the control circuit 9, the LD drive circuit 3 causes the LD 2 to emit light at a predetermined timing. As a result, laser light is emitted from the LD 2. Then, the laser light emitted from the LD 2 is sequentially reflected by the two-dimensional scanner 10 and the reflection mirror 8 and is irradiated onto the object 100 around the vehicle.
[0022]
The two-dimensional scanner 10 is driven according to the drive current supplied from the scanning drive unit 6 and swings simultaneously in two directions orthogonal to each other in the horizontal direction and the vertical direction, and the laser light emitted from the LD 2 is transmitted around the vehicle. Are scanned in a two-dimensional direction, a horizontal direction and a vertical direction. The scanning position of the laser beam by the two-dimensional scanner 10 is detected by the scanning position detection circuit 7. The laser beam scanned in the two-dimensional direction by the two-dimensional scanner 10 and applied to the object 100 around the vehicle is reflected by the object 100, and the reflected laser beam from the object 100 is received by the PD 4. .
[0023]
The PD 4 photoelectrically converts the reflected laser light from the received object 100 and outputs an electrical signal corresponding to the amount of the reflected laser light to the light receiving circuit 5. The light receiving circuit 5 compares the signal intensity from the PD 4 with a predetermined reference value and outputs the comparison result to the control circuit 9.
[0024]
The control circuit 9 controls the operation of each part constituting the two-dimensional laser radar device 1 for a vehicle and generates various information related to the object 100 around the vehicle based on the output from each part. Specifically, the control circuit 9 is, for example, the time from the laser light emission by the LD 2 to the light reception of the reflected laser light by the PD 4, that is, the light emitted from the LD 2 and reflected by the object 100 around the vehicle and received by the PD 4. The distance to the object 100 around the vehicle is calculated on the basis of the propagation delay time of the laser beam until and the distance to the object 100 is continuously calculated in time to compare the results. The relative speed of the object 100 with respect to the vehicle is calculated. The control circuit 9 detects the direction in which the object 100 exists based on the scanning position of the laser beam detected by the scanning position detection circuit 7.
[0025]
Here, the two-dimensional scanner 10 to which the present invention is applied, which is used in the vehicle two-dimensional laser radar apparatus 1 configured as described above, will be described in more detail.
[0026]
As shown in FIGS. 2 and 3, the two-dimensional scanner 10 is formed, for example, by processing a silicon wafer by various micromachining techniques, and is divided by a U-shaped slit portion 11 and a frame portion 12 and a frame. A portion 13 and an elastic beam 14 that swingably supports the mirror portion 12 with respect to the frame portion 13 are provided. 2 is a plan view of the two-dimensional scanner 10 as viewed from above, and FIG. 3 is a sectional view taken along line XX in FIG.
[0027]
One end portion of the mirror portion 12 is connected to the frame portion 13 via the elastic beam 14, and is supported in a cantilever shape with respect to the frame portion 13. The mirror portion 12 is formed with a reflective surface by applying a highly reflective coating to the main surface of the silicon wafer, for example, by aluminum vapor deposition, so that the laser beam emitted from the LD 2 is sufficiently reflected. Reflected toward the reflecting mirror 8 at a rate.
[0028]
The elastic beam 14 is elastically deformable in a bending direction and a twisting direction. Then, when the elastic beam 14 is deformed in the bending direction and the twisting direction, the mirror portion 12 supported by the elastic beam 14 swings in a two-dimensional direction, and the laser beam reflected by the mirror portion 12 is two-dimensionally reflected. Scanned in the direction.
[0029]
A magnetostrictive element 15 having a high magnetostriction rate is formed in a thin film on the back surface of the elastic beam 14, that is, the surface opposite to the reflecting surface of the mirror portion 12. By forming this magnetostrictive element 15 under a predetermined magnetic field, for example, an easy axis of magnetization is set in a direction having an inclination angle of approximately 22.5 degrees with respect to the direction of arrow A shown in FIG. .
[0030]
A piezoresistive element 16 is formed on the surface of the elastic beam 14 to detect the amount of deformation (frequency and amplitude) in the bending direction and torsional direction of the elastic beam 14. An output signal from the piezoresistive element 16 is supplied to the scanning position detection circuit 7. Then, the scanning position detection circuit 7 detects the scanning position of the laser beam based on the output signal from the piezoresistive element 16.
[0031]
Further, a first magnetic field generating coil 17 that generates an alternating magnetic field according to a drive current supplied from the scanning drive unit 6 and a position facing the front surface of the elastic beam 14 and a position facing the back surface of the elastic beam 14 and Second magnetic field generating coils 18 are respectively provided. The first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 generate an alternating magnetic field in which two components of the respective resonance frequencies in the bending direction and the twisting direction of the elastic beam 14 are overlapped. The alternating magnetic field generated by the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 is applied to the magnetostrictive element 15, whereby the elastic beam 14 is bent in the direction indicated by the arrow B in FIG. 2 is deformed in the torsional direction indicated by arrow C (arrow A is the torsional axis direction), and accordingly, the mirror portion 12 swings in a two-dimensional direction with the elastic beam 14 as a base point.
[0032]
The elastic beam 14 that swings the mirror portion 12 has a resonance frequency of bending deformation of, for example, 200 Hz, and a resonance frequency of torsional deformation of, for example, 1 kHz. Further, the displacement angle at each resonance frequency, that is, the displacement angle of the mirror portion 12 with respect to the frame portion 13 is, for example, 5 degrees in the twisting direction and 20 degrees in the bending direction. These displacement angles can be freely controlled by varying the drive current supplied from the scanning drive unit 6 to the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18.
[0033]
In the above example, the inclination angle of the easy axis of the magnetostrictive element 15 is 22.5 degrees, but is not limited to this value. However, from the mechanical characteristics of the elastic beam 14, it is desirable to set the inclination angle of the easy axis of the magnetostrictive element 15 to 45 degrees for deformation in the torsion direction, and for the deformation in the bending direction, the inclination angle. Is preferably set to 0 degrees. In this example, since the elastic beam 14 is deformed in both the twisting direction and the bending direction, it is desirable to select around 22.5 degrees which is an intermediate value between 0 degrees and 45 degrees.
[0034]
As shown in FIGS. 4 and 5, the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 are planes formed by micromachining on a magnetic plate 21 made of a high permeability material such as a nickel alloy. It consists of a coil. 4 is a plan view of the planar coil viewed from above, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line YY in FIG.
[0035]
A lower insulating layer 22a, an intermediate insulating layer 22b, and an upper insulating layer 22c made of a resin material such as polyimide are formed on the magnetic plate 21, respectively. Then, micromachining processing such as etching and vapor deposition is performed on the lower insulating layer 22a, and a conductive material such as copper is embedded in a predetermined portion of the lower insulating layer 22a, whereby the lower coil wire 23 is formed. ing. Further, the upper insulating layer 22c is subjected to micromachining processing such as etching and vapor deposition, and a conductive material such as copper is embedded in a predetermined portion of the upper insulating layer 22c, so that the spiral upper coil wire 24 is wound. Is formed. A through hole 25 is provided so as to penetrate from the upper insulating layer 22c to the lower insulating layer 22a. The through hole 25 is filled with a conductive material, and the lower layer coil wire 23 and the upper layer coil wire are filled with the conductive material. 24 is electrically connected to form a planar coil.
[0036]
In the planar coil as described above, the end portions of the lower layer coil wire 23 and the end portion of the upper layer coil wire 24 are exposed to the outside, respectively, and terminals 26a and 26b for applying a drive current from the scanning drive unit 6 are provided. Has been. In the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 formed of such planar coils, the terminals 26a and 26b are connected to the scanning drive unit 6 and scanned from the terminal 26a toward the terminal 26b. By applying a drive current from the drive unit 6, a magnetic field in the direction indicated by the arrow D in FIG. 5 is generated.
[0037]
The first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 configured as described above are arranged so as to face the surface of the elastic beam 14 and to be elastic so that a magnetic field traveling toward the elastic beam 14 can be obtained. They are respectively arranged at positions facing the back surface of the beam 14. As shown in FIG. 3, the first magnetic field generating coil 17 is supported by the upper magnetic member 27 made of a high permeability material such as a nickel alloy and fixed at a position facing the surface of the elastic beam 14. Is done. The second magnetic field generating coil 18 is supported by a lower magnetic conducting member 28 made of a high magnetic permeability material such as a nickel alloy, and is fixed at a position facing the back surface of the elastic beam 14. A part of the frame portion 13 located between the magnetostrictive element 15 and the upper and lower magnetic conducting members 27 and 28 is made of a high magnetic permeability material similar to that of the upper and lower magnetic conducting members 27 and 28. The intermediate magnetic member 29 is formed as follows.
[0038]
In the two-dimensional scanner 10 having the above-described structure, the magnetic field from the first magnetic field generating coil 17 is directed from the surface side of the elastic beam 14 to the elastic beam 14, and the magnetic field from the second magnetic field generating coil 18 is changed to the elastic beam. 14 is directed from the back surface side of the elastic beam 14 toward the elastic beam 14, these magnetic fields repel each other in the vicinity of the elastic beam 14, and magnetic lines of force along the in-plane direction of the elastic beam 14 are formed. Then, the magnetic flux concentrates on the magnetostrictive element 15 formed on the elastic beam 14.
[0039]
By concentrating the magnetic flux from the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 on the magnetostrictive element 15, the magnetostrictive element 15 is effectively driven with a high magnetostrictive effect, and the elastic beam 14 is bent. Effectively deform in the direction and torsional direction. As a result, the mirror portion 12 supported by the elastic beam 14 swings in the two-dimensional direction, and the laser beam reflected by the mirror portion 12 is scanned in the two-dimensional direction.
[0040]
As described above, in the two-dimensional scanner 10 to which the present invention is applied, the magnetic field lines along the in-plane direction of the elastic beam 14 are generated by repelling the magnetic fields from the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18. Is formed so that the magnetic flux is concentrated on the magnetostrictive element 15 formed on the elastic beam 14, and the magnetostrictive element 15 that deforms the elastic beam 14 in the bending direction and the torsional direction is effectively driven. The mirror unit 12 can be appropriately swung in a two-dimensional direction with a small current, so that the entire apparatus can be reduced in size and cost.
[0041]
In the two-dimensional scanner 10, each part such as the mirror part 12, the frame part 13, and the elastic beam 14 is manufactured by a general micromachining process in a semiconductor manufacturing process. 17 and the second magnetic field generating coil 18 are constituted by planar coils, and the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 can also be manufactured by micromachining, which is advantageous in mass production. Further reduction in cost can be realized.
[0042]
The effects of the present invention as described above are as follows. As shown in FIG. 6, the first magnetic field generating coil 17 is disposed at a position facing the surface of the elastic beam 14, and the second magnetic field generating coil 18 is provided. It is arranged at a position facing the back surface of the elastic beam 14 so that the magnetic field from the first magnetic field generating coil 17 and the magnetic field from the second magnetic field generating coil 18 are repelled in the vicinity of the elastic beam 14. However, in order to use the magnetic field from the first magnetic field generating coil 17 and the magnetic field from the second magnetic field generating coil 18 more efficiently, as shown in FIG. It is desirable that the coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 are respectively supported by the upper magnetic member 27 and the lower magnetic member 28 made of a high magnetic permeability material.
[0043]
As described above, if the first magnetic field generating coil 17 is supported by the upper magnetic member 27, the magnetostrictive element 15 and the first magnetic field generating coil 17 are connected to the intermediate magnetic member 29 and the upper magnetic member 27. Thus, a magnetic circuit is formed between them. Further, if the second magnetic field generating coil 18 is supported by the lower magnetic conducting member 28, the magnetostrictive element 15 and the second magnetic field generating coil 18 are interposed via the intermediate magnetic conducting member 29 and the lower magnetic conducting member 28. Are magnetically coupled, and a magnetic circuit is formed between them. As a result, leakage of magnetic flux into the atmosphere having high magnetic resistance is reduced, and most of the magnetic flux from the first magnetic field generating coil 17 and the second magnetic field generating coil 18 flows in these magnetic circuits. Become. Therefore, the magnetic flux can be more effectively concentrated on the magnetostrictive element 15, and the mirror portion 12 can be more efficiently swung with a small current.
[0044]
The above has specifically described an example of the two-dimensional scanner 10 to which the present invention is applied. However, the present invention is not limited to the above example, and according to required specifications, design conditions, and the like. Various changes are possible.
[0045]
For example, in the above example, the magnetostrictive element 15 is formed only on the back surface of the elastic beam 14. However, as shown in FIGS. 7 and 8, the magnetostrictive element ( The back surface magnetostrictive element 31) is formed, and the magnetostrictive element 15, the back surface magnetostrictive element 31 and the first magnetic field generating coil 17 are a narrow air gap formed by the slit 11 and a second intermediate conductor formed by a high magnetic permeability material. The magnetostrictive element 15 and the mirror back magnetostrictive element 31 and the second magnetic field generating coil 18 are magnetically coupled via the magnetic member 32 and the second upper magnetic conducting member 33, and the narrow air gap formed by the slit 11, the high You may make it couple | bond magnetically via the 2nd intermediate | middle magnetic member 32 and the 2nd lower magnetic member 34 which consist of magnetic permeability materials. 7 is a plan view of the two-dimensional scanner 30 of this example as viewed from above, and FIG. 8 is a sectional view taken along the line ZZ in FIG.
[0046]
In the two-dimensional scanner 30 of this example, the first upper magnetic conducting member 27 and the second upper magnetic conducting member 33, the first lower magnetic conducting member 28 and the second lower magnetic conducting member 34 are provided on the mirror portion 12. In order not to prevent proper swinging, it is desirable that each is formed into a shape surrounding the outer peripheral side of the mirror portion 12. The first upper magnetic conducting member 27, the second upper magnetic conducting member 33, the first lower magnetic conducting member 28, and the second lower magnetic conducting member 34 are described as separate members for convenience. These may be configured as an integral member. Furthermore, the magnetostrictive element 15 and the mirror back magnetostrictive element 31 may also be formed as a single thin film at the same time.
[0047]
In the two-dimensional scanner 30 as described above, in addition to the magnetic circuit that returns from the first magnetic field generating coil 17 to the first magnetic field generating coil 17 through the magnetostrictive element 15, the intermediate magnetic member 29, and the upper magnetic member 27. Thus, the first magnetic field generating coil 17 returns to the first magnetic field generating coil 17 through the magnetostrictive element 15, the mirror back surface magnetostrictive element 31, the second intermediate magnetic conductive member 32, and the second upper magnetic conductive member 33. A magnetic circuit is also formed. Similarly, in addition to the magnetic circuit returning from the second magnetic field generating coil 18 to the second magnetic field generating coil 18 through the magnetostrictive element 15, the intermediate magnetic member 29, and the lower magnetic member 28, the second magnetic field generation is performed. A magnetic circuit that returns from the coil 18 to the second magnetic field generating coil 18 through the magnetostrictive element 15, the mirror back magnetostrictive element 31, the second intermediate magnetic conducting member 32, and the second lower magnetic conducting member 34 is also formed. become.
[0048]
Thus, in the two-dimensional scanner 30 of this example, two systems of magnetic circuits are formed on the first magnetic field generating coil 17 side and the second magnetic field generating coil 18 side, respectively. Since the magnetic flux from the second magnetic field generating coil 18 flows in these two systems of magnetic circuits, leakage of the magnetic flux into the atmosphere is further effectively reduced, and the first magnetic field generating coil 17 is reduced. In addition, the magnetic flux from the second magnetic field generating coil 18 can be more effectively concentrated on the magnetostrictive element 15.
[0049]
Further, in this two-dimensional scanner 30, since the magnetostrictive element (mirror back magnetostrictive element 31) is formed on the back surface of the mirror portion 12 in addition to the back surface of the elastic beam 14, the volume of the entire magnetostrictive element is increased. A large magnetostrictive effect is exhibited. Therefore, in the two-dimensional scanner 30, the elastic beam 15 can be more effectively deformed, and the mirror unit 12 can be more efficiently swung in the two-dimensional direction.
[0050]
In this two-dimensional scanner 30, when it is difficult to form two systems of magnetic circuits on the first magnetic field generating coil 17 side and the second magnetic field generating coil 18 side due to space constraints, The upper magnetic member 27 and the lower magnetic member 28 may be omitted, and one magnetic circuit may be formed on each of the first magnetic field generating coil 17 side and the second magnetic field generating coil 18 side.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a two-dimensional laser radar device.
FIG. 2 is a plan view schematically showing a two-dimensional scanner provided in the two-dimensional laser radar apparatus.
3 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG.
FIG. 4 is a plan view schematically showing a magnetic field generating coil provided in the two-dimensional scanner.
5 is a cross-sectional view taken along line YY in FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing another example of the two-dimensional scanner.
FIG. 7 is a plan view schematically showing still another example of the two-dimensional scanner.
8 is a cross-sectional view taken along the line ZZ in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Two-dimensional laser radar
10 Two-dimensional scanner
12 Mirror part
14 Elastic beam
15 Magnetostrictive element
17 First magnetic field generating coil
18 Second magnetic field generating coil
27 Upper magnetic member
28 Lower magnetism member
29 Intermediate magnetic member
30 2D scanner
31 Mirror back magnetostrictive element
32 Second intermediate magnetic member
33 Second upper magnetically conductive member
34 Second lower magnetism member

Claims

In an optical scanning apparatus that reflects light from a light source on a mirror unit to irradiate an object, and scans light to be irradiated on the object by swinging the mirror unit.
An elastic beam for swingably supporting the mirror part;
A first magnetic field generating coil disposed opposite to one main surface of the elastic beam and generating an alternating magnetic field in which two components of respective resonance frequencies in the bending direction and torsional direction of the elastic beam overlap ;
A second magnetic field generating coil disposed opposite to the other main surface portion of the elastic beam and generating an alternating magnetic field in which two components of respective resonance frequencies in the bending direction and the twisting direction of the elastic beam overlap ;
A magnetostrictive element formed on the elastic beam and deforming the elastic beam in a bending direction and a twisting direction by applying an alternating magnetic field generated by the first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil. Prepared,
Repelling the magnetic field from the first magnetic field generating coil and the magnetic field from the second magnetic field generating coil to form lines of magnetic force along the in-plane direction of the elastic beam to concentrate the magnetic flux on the magnetostrictive element; Light that scans in a two-dimensional direction the light that irradiates the object by swinging the mirror part in a two-dimensional direction by deforming the elastic beam in a bending direction and a twisting direction by the magnetostrictive element. Scanning device.

The magnetostrictive element and the first magnetic field generating coil, and the magnetostrictive element and the second magnetic field generating coil are magnetically coupled to each other via a magnetically conductive member made of a high permeability material. The optical scanning device according to claim 1.

A mirror back surface magnetostrictive element continuous with the magnetostrictive element is formed on the back surface of the mirror portion,
The magnetostrictive element, the mirror back surface magnetostrictive element, the first magnetic field generating coil, and the magnetostrictive element, the mirror back surface magnetostrictive element, and the second magnetic field generating coil are made of a high permeability material. The optical scanning device according to claim 1, wherein the optical scanning device is magnetically coupled via a member.

The first magnetic field generating coil and the second magnetic field generating coil are each composed of a planar coil formed by micromachining on a magnetic plate made of a high permeability material. An optical scanning device according to claim 1.