JP4807695B2 - 探査光走査用アクチュエータ - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザレーダ装置等の探査光の走査装置に適する探査光走査用アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、探査光の走査装置として、走査型レーザレーダ装置や、レーザスキャナ、レーザプリンタ、レーザマーカ、物体監視装置などが知られている。その中で、例えば車両の衝突防止のための走査型レーザレーダ装置に用いられる探査光走査用アクチュエータにあっては、例えばレーザ光源からの光を、モータにより回転する多角形ミラーの一点に向けて照射し、その点を多角形ミラーの各反射面が通過することによりその反射光を探査光として走査させるもの（図２１）や、例えば特開平３−１７５３９０号公報、特開平７−９２２７０号公報等に開示されているような、１枚の可動ミラーをモータで揺動または回転運動させ、レーザ光源からの光をこの可動ミラーに向けて照射し、その反射光を探査光として走査させるもの（図２２）等がある。
【０００３】
図２１の多角形ミラー型アクチュエータは、多角形ミラー３１をモータ３２で回転駆動し、レーザダイオード３３から発光したレーザ光を例えば固定反射鏡３４で多角形ミラー３１の一点に向けて、その点を多角形ミラー３１の各反射面が通過することによりレーザ光の反射光からなるレーザビームＬＢを走査させるものである。
【０００４】
この多角形ミラー型アクチュエータにあっては、走査速度が高速であるが、ミラーを回転可能に支持するための摺動部に軸受を用い、またミラーを揺動または回転させるためにモータを用いることからコストが高騰すると共に装置が大型化するという問題がある。
【０００５】
図２２の単板ミラー型アクチュエータは、１枚の可動ミラー３５をモータ３６で揺動運動させ、レーザダイオード３７からのレーザ光を可動ミラー３５に向けて照射し、その反射光からなるレーザビームＬＢを走査させるものである。また、単板ミラー型にあっては、可動ミラーをモータ駆動カムにより揺動運動させるものがある。
【０００６】
この単板ミラー型アクチュエータにあっては、小型化でき、ポリゴンミラー型よりは低コスト化可能であるが、ミラーを揺動または回転可能に支持するための支持部に軸受を用い、またミラーを駆動するためにモータを用いることからコストが高騰するという問題がある。特に、単板ミラーを回転させるものは、走査速度を高速化することが困難であるという問題があり、単板ミラーを揺動させるものはその慣性と駆動トルクとの問題から小型化と高い周波数での駆動の両立が困難であるという問題がある。
【発明の開示】
【０００７】
このような課題を解決して、安価でかつ小型化し得ると共に、高速走査が可能な探査光走査用アクチュエータを実現するために、本発明に於いては、探査光を出射するための光学素子と、前記光学素子を保持する可動部と、一端が固定されかつ変位可能な他端に前記可動部を取り付けた板ばねと、前記探査光を走査させるように前記可動部を駆動するための駆動手段とを有することとした。
【０００８】
これによれば、光学素子を保持する可動部をマス（質量）とするばね−マス系のばね振り子を形成でき、その一次共振周波数を作動周波数（走査周波数）よりも高い周波数に設定することにより、摺動部に軸受を用いる構造とならないことから抵抗損失を低減でき、良好な応答性を得ることができる。尚、探査光を出射するための光学素子とは、自ら探査光を発光するものに限らず、探査光発光手段からの探査光の光路を変更して所定の方向に出射するための光路変更素子も含むものである。
【０００９】
さらに、前記駆動手段が、前記光学素子を挟むように配設された複数の駆動力発生部を有し、前記複数の駆動力発生部による各駆動力の合成力が前記光学素子及び前記可動部の重心と略一致することにより、モーメントの不釣り合いに起因する不要な挙動を抑止することができると共に、駆動効率を高めることができ、応答性及び省電力化を向上することができる。
【００１０】
また、前記駆動手段が電磁力発生装置であり、前記可動部に電磁コイルが設けられている構成とすれば、駆動手段として電磁力発生装置を用いた場合に、可動部に比較的軽い電磁コイルが設けられるため、可動側を軽量化できる。
【００１１】
また、前記光学素子が、探査光出射手段からの探査光を反射するためのミラーである構成とすれば、ミラーを単板として、板ばねを揺動運動させることにより、ミラーの反射面を傾動させることができ、簡単な構造で反射光である探査光を走査させることができる。
【００１２】
また、前記光学素子が、探査光出射手段からの探査光を光路変更するためのプリズムである構成とすれば、光学素子への探査光の入射角と出射角とを、プリズム形状を変換することで任意に設定でき、探査光走査用アクチュエータの配置に自由度が得られ、装置の小型化が図れる。
【００１３】
また、前記光学素子が、探査光出射手段からの探査光を反射するためのホログラム素子である構成とすることによっても上記と同様の効果を奏し得る。
【００１４】
また、前記光学素子が、探査光出射素子からなる構成とすれば、可動部から直接探査光を出射でき、外部に探査光出射手段を設ける必要がなく、可動部回りを小型化できる。
【００１５】
また、前記板ばねと固定部とが、前記電磁コイルに通電するための回路を有する弾性回路基板により連結されている構成とすれば、弾性回路基板によりダンピング作用を与えることができる。
【００１６】
また、前記板ばねに、電気絶縁層と、前記電磁コイルに通電するための回路を構成する導電層とが積層されている構成とすれば、電磁コイルに通電する導電回路を板ばねと一緒に形成でき、配線工程などを簡略化することができる。
【００１７】
また、板ばねの共振時に於けるばねひずみの大きな位置に選択的に例えば粘弾性シート等の制振材を貼付することで、軽量かつ低コストで共振特性を制御できる。
【００１８】
また、前記駆動手段が電磁力発生装置であり、前記板ばねが、その主面の延在方向に並設された複数枚の板ばねからなり、前記板ばね間に前記電磁力発生装置が配置されている構成とすることにより、電磁力発生装置が可動部の重心と略一致する位置となるように各板ばねを配置することで、駆動力が可動部の重心と略一致する位置で発生するため、モーメントの不釣り合いに起因する不要な挙動を抑止することができる。また、例えば１枚の板ばねの上下に対称な一対の電磁力発生装置を設ける構造に比較して部品点数、特にコアを削減でき、小型、軽量になる。
【００１９】
また、前記板ばねが前記固定側一端から変位可能な他端に向けて徐々にその幅が狭くなっている構成とすれば、板ばねの応力分布を均一に近くできると共に電磁力発生装置を配置するスペースを効率良く確保できる。
【００２０】
また、前記電磁力発生装置の電磁コイルが前記可動部に設けられ、該電磁コイルが前記各板ばねを配線の一部としてこれを介して通電されるようになっている構成とすれば、可動部の電磁コイルに接続するための配線を別途設ける必要がなく、それによるばねの特性への悪影響を回避でき、部品点数が削減され、配線の耐久性も向上する。
【００２１】
また、前記電磁力発生装置のヨークが、前記固定部に固定されると共にＣ字状をなす部材を、前記電磁コイルを挿通する間隙を有するように２つ折りにして形成されている構成とすることで、その製造が容易になる。
【００２２】
また、前記電磁コイルが環状をなし、前記ヨークが、前記可動部の変位方向に沿って湾曲する弓状をなすと共にその一部が前記電磁コイルに挿通されるように前記固定部側に組み付けられ、前記ヨークを前記可動部の変位方向に沿って前記電磁コイルに挿通して前記固定部に組み付けるべく、該ヨークをガイドするガイド部が前記固定部に設けられている構成とすることで、ヨークの組付けが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明が適用された第１の実施形態に於ける車両衝突防止装置の走査型レーザレーダユニット１の全体ブロック図である。本走査型レーザレーダユニット１は、例えば車両の前部に搭載される。走査型レーザレーダユニット１内には、探査光走査用アクチュエータとしての走査装置部１ａ及びその制御を行う走査部制御回路１ｂと、走査装置部１ａに対する探査光出射手段としてのレーザダイオード１ｃ及びその制御を行う発光素子点灯回路１ｄとが設けられている。上記レーザダイオード１ｃからのレーザ光は走査装置部１ａにより走査する探査光として外部へ向けて出射され、例えば前方車両からの反射レーザ光が集光レンズ１ｅを通って受光フォトダイオード１ｆにより受光されるようになっている。
【００２５】
上記受光フォトダイオード１ｆによる検出信号が増幅回路１ｇで増幅されて時間計測回路１ｈに入力し、時間計測回路１ｈの出力信号が距離方向演算回路１ｉに入力する。なお、この距離方向演算回路１ｉには、走査部制御回路１ｂと、発光素子点灯回路１ｄと、汚れ検知センサ１ｊ用増幅回路１ｋと、電源回路１ｍと、インターフェース回路１ｎとが接続されている。そのインターフェース回路１ｎにより、他の制御装置（警報表示手段や警報音発生装置など）との間での信号の授受が行われるようになっている。
【００２６】
図２は走査装置部１ａの要部を示す概略前方斜視図であり、図３はその概略後方斜視図であり、図４はその分解斜視図である。
【００２７】
各図に示されるように、例えば走査型レーザレーダユニット１のケーシングに取り付け可能な機能を有する板状のベース２に固定部としての角柱３が立設され、その角柱３により、角柱３の軸線に沿って主面が延在するようにされた板ばね４がその一端である一辺を固設されて支持されている。板ばね４の角柱３とは相反する側の他端である一辺には、板ばね４の主面に直交するように設けられた可動部としてのミラーホルダ５が固着されている。そのミラーホルダ５により単板のミラー６が保持されている。
【００２８】
上記ミラー６は、図１に示したようにレーザダイオード１ｃからのレーザ光を外部に向けて反射するものであり、ガラス製や合成樹脂製またはアルミニウムなどの軽金属製であって良い。ミラー６の表面（ミラー面）には、平滑に形成しかつアルミニウム蒸着などして形成した反射層が設けられている。また、反射層の表面には、腐食、酸化などから保護するためのＳｉＯ2などの薄膜からなる保護層が形成されている。
【００２９】
また、ミラーホルダ５には、駆動手段としての電磁力発生装置を構成する一対の電磁コイル７ａ、７ｂが、ミラー６を図における上下に挟むように振り分けられて接着などにより固着されている。なお、一対の電磁コイル７ａ、７ｂは、ミラー６の反射面の中心に対して点対称に位置し、かつ図５に示されるようにミラー６、ミラーホルダ５、電磁コイル７ａ、７ｂからなる可動部の重心Ｇに対しても点対称に位置するように配設されている。
【００３０】
それら各電磁コイル７ａ、７ｂをそれぞれ貫通する上下一対の弧状ヨーク８と、各弧状ヨーク８と対をなす凹設弧状ヨーク９とが、それぞれの両端部をヨークブラケット１０にねじ止めされて一体化され、かつベース２に立設されたヨーク支持部１１にねじ止めされて固定されている。これら各ヨーク８、９にあっては、純鉄などの軟磁性材をプレス成形により形成されるものであって良い。
【００３１】
そして、各凹設弧状ヨーク９の凹設部に、弧状ヨーク８に対向するようにされた各マグネット１２が固着されている。したがって、マグネット１２と弧状ヨーク８との間に磁束が生じ、電磁コイル７ａ、７ｂに電流を流すことにより磁束を切る向きに電磁コイル７ａ、７ｂが移動する。なお、上記駆動コイル７ａ、７ｂには、電磁コイル用の銅線を空芯状に略１００巻き巻いたコイルが使用されている。また、マグネット１２にあっては、電磁コイル７ａ、７ｂと合わせて十分な駆動力を発生し得る起磁力のものにするように、磁石の種類や形状や寸法を検討する。このようにして磁気回路が形成されている。
【００３２】
その磁気回路に発生する駆動力により、角柱３の板ばね４の支持部を支点としてミラーホルダ５（ミラー６）が揺動（走査）することになる。この時、上記したように可動部の重心Ｇに対して一対の電磁コイル７ａ、７ｂが点対称に配置されていることから、一対の電磁コイル７ａ、７ｂによる駆動力の合成力は重心と一致するようにされているため、駆動効率が高くなりかつモーメントの不釣り合いに起因する不要な挙動が抑止されると共に、可動部側に電磁力発生装置を構成する部品の中で比較的軽い電磁コイル７ａ、７ｂを設けていることから、応答性及び省電力化を向上し得る。
【００３３】
上記ミラーホルダ５を樹脂成形して形成する場合には同時にミラー６及び電磁コイル６ａ、６ｂをインサート成形しても良く、その場合には上記接着工程を省略でき、製造工程を好適に簡略化し得る。また、ミラーホルダ５は、可動部として軽量かつ高剛性な構造であることが好ましく、その材料にはガラス繊維などを充填したＬＣＰ（液晶ポリマー）やＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）などのエンジニアリングプラスチックを用い、射出成形で図に示されるように空隙を有するフレーム構造に形成されている。
【００３４】
また、板ばね４には、ベリリウム銅やリン青銅あるいはステンレスなどの薄板ばね材をプレス加工により打ち抜き形成したものを用いて良い。なお、板ばね４の形状は、可動部（ミラーホルダ５部分）の一次共振周波数が走査周波数以上であり、かつ作動時のばね応力が疲労限界以下になるように決定される。これにより、繰り返し応力に対する耐久性を高くすることができる。
【００３５】
固定部としての角柱３は、板ばね４を固定保持するものであり、その材料にはガラス繊維などを充填したＬＣＰ（液晶ポリマー）やＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）などのエンジニアリングプラスチックを用い、射出成形で形成されている。なお、角柱３に板ばね４を接着しても良く、また接合しても良い。あるいは、角柱３とミラーホルダ５とを射出成形する際に、同時に板ばね４と駆動コイル７ａ、７ｂとをインサート成形しても良く、この場合には上記接着や接合工程を省略でき、製造工程を大幅に簡略化し得る。
【００３６】
板ばね４には、図６に示されるように、走査部制御回路１ｂと電磁コイル７ａ、７ｂとの電気的接続用の通電用導体パターン１３ａを有するフレキシブルプリント基板１３の略全体が接着などで固着され、そのフレキシブルプリント基板１３の一部が角柱３側にクランク状に曲げられて接着などで固着されている。これにより、角柱３と板ばね４とが弾性体（フレキシブルプリント基板１３の一部）を介して連結されるため、フレキシブルプリント基板１３の材質や厚さ及び形状などを適宜設計変更することにより、可動部に適切なダンピング作用を与えることができ、揺動運動の折り返し端において電磁コイル７ａ、７ｂにより大きな制動力を発生させる必要がなく、省電力化を向上し得ると共に良好な応答性を得ることができる。
【００３７】
なお、両ヨークブラケット１０には、電磁コイル７ａ、７ｂに過大な電流が流れた場合などの走査角度（θ）を限定するために、ゴムなどの弾性体からなるストッパ１９が接着や締結手段などによりそれぞれ取り付けられている。これら各ストッパ１９に、可動部（ミラー６など）が必要以上に振れた場合にミラーホルダ５の一部が衝当することにより、最大振れ角度を制限でき、必要以上に可動部が振れてしまうことを防止できる。
【００３８】
このようにして構成された走査装置部１ａが設けられた走査型レーザレーダユニット１にあっては、上記レーザダイオード１ｃには近赤外線（一般に波長が９００ｎｍ程度）のパルスレーザダイオードが用いられており、レーザダイオード１ｃからは、発光素子点灯回路１ｄからの制御信号に応じて数μ秒程度のパルス発光が出射される。レーザダイオード１ｃからのレーザ光は走査装置部１ａのミラー６で反射され、レーザビームＬＢとなって外部へ出射される。
【００３９】
一対の電磁コイル７ａ、７ｂには走査部制御回路１ｂからの制御信号に応じた電流が供給され、その電流の正負及び大きさによりミラーホルダ５（ミラー６）が角柱３の軸線回りの方向に揺動（弧状）運動する。それによりミラー６の反射面の角度が変化するため、反射光として外部に向けて出射されるレーザビームＬＢによる走査が行われる。上記電流としては、通常３０Ｈｚ程度の交流電流が供給される。
【００４０】
また、ミラーホルダ５の原点や角度を検出するべく、両ヨークブラケット１０間に延在するように弧状のセンサ２０が設けられ、対応するセンシングプレート２０ａが例えば下側の電磁コイル７ｂに接着されて設けられている。これにより、可動部（ミラー６など）の振れ角度（走査角度）の大きさ、角度位置（絶対値）、さらに角速度や作動周波数などの情報入手が可能となる。したがって、距離情報（パルス発光されるレーザビームの受光状態から算出される）と併せて角度の情報も入手可能になり、例えば衝突する虞のある車両の位置を正確に把握することができる。尚、センサ２０及びセンシングプレート２０ａには、非接触式で検出可能な光学式または磁気式のエンコーダなどが使用可能である。
【００４１】
このようにして構成された走査装置部１ａとしての探査光走査用アクチュエータにあっては、ばね−マス系のばね振り子を構成するものであり、図７に示されるように一次共振周波数ｆ0を作動周波数（走査周波数）ｆsよりも高い周波数に設定することにより、良好な応答性が得られる。
【００４２】
次に第１の実施形態の変形例について以下に示す。図８は、第１の実施形態の変形例を示す可動部分を示す図５と同様な図であり、他の部分については上記図示例と同様であって良く、その説明を省略する。
【００４３】
この例にあっては、板ばね４の共振時に於ける２次モードのばねひずみの大きな位置に選択的に制振材としてダンピング作用のあるポリマー材のフィルム４ｃを貼付している。その位置は、板ばね４の遊端近傍、即ち電磁コイル７ａ、７ｂ近傍の上下位置であり、所要のダンピング効果を得るのに適した大きさ、位置、材料となっている。これにより、図７に実線で示すように２次モードの共振ピークを小さくすることができ、共振時に装置自体の破壊や外乱の入力による不要振動の誘発も抑制され、揺動運動の折り返し端において電磁コイル７ａ、７ｂにより大きな制動力を発生させる必要がなく、省電力化を向上し得ると共に良好な応答性を得ることができる。図７の右寄りに想像線でフィルム４ｃを貼付しない場合のグラフを示す。
【００４４】
尚、板ばね４の基端近傍にも制振材を貼付すれば、図７の中央近傍（ｆ０）の位置に想像線で示すように、１次モードの共振も制御することができる。また、ダンピング作用のあるフィルム４ｃに代えて例えばゲル状の粘性弾性材を塗布しても良い。このように適切な位置にのみ選択的に制振材を設けることで、所望の周波数応答特性を重量化することなく得ることができる。
【００４５】
次に第１の実施形態の別の変形例について以下に示す。図９は、第１の実施形態の変形例を示す板ばね部分を示す要部模式的斜視図であり、他の部分については上記図示例と同様であって良く、その説明を省略する。
【００４６】
この例にあっては、上記図示例の１枚の板ばね４を上下に分割したものに相当し、各板ばね４ａ、４ｂの各一端を角柱３により同一線上であるがそれぞれ独立して支持し、各板ばね４ａ、４ｂの各他端により同様にミラーホルダ５を保持している。また、各板ばね４ａ、４ｂは、電気的に絶縁されており、上記第１の例と同様にベリリウム銅やリン青銅あるいはステンレスなどの薄板ばね材をプレス加工により打ち抜き形成したものを用いて、板ばね４ａ、４ｂ自身を電磁コイル７ａ、７ｂへの通電用リード線の代わりに用いることができる。これにより、通電回路を簡略化し得る。また、板ばね４の形状は、上記第１の例と同様に可動部（ミラーホルダ５部分）の一次共振周波数が走査周波数以上であり、かつ作動時のばね応力が疲労限界以下になるように決定される。
【００４７】
尚、板ばね４ａ、４ｂへのダンピング作用を付与するべく、例えば板ばね４ａ、４ｂに、上記同様にダンピング作用のあるポリマー材のフィルムを貼ったり、ゲル状の粘性弾性材を塗布したりすると良い。また、可動部側からセンサ信号を取る必要がある場合にはフレキシブルプリント基板を使用すれば良く、その場合にはフレキシブルプリント基板にダンピング作用を持たせることができ、上記ダンピング構造を省略しても良い。
【００４８】
図１０は第１の実施形態の別の変形例を示す板ばねの横断面図である。この例にあっては、板ばねに薄板ばね１４を用い、その薄板ばね１４の一方の面上に電気絶縁層１５を形成し、その電気絶縁層１５の上に、電磁コイル７ａ、７ｂへの通電用の導電層１６と、可動部側に通電対象のセンサを設けた場合のセンサ信号通電部１７とを形成した３層構造のものである。これにより、通電回路をリード線などで別個に配線する必要がなくなり、配線工程などを簡略化し得る。なお、上記図示例のように可動部側にセンシングプレートを設けた場合にはセンサ信号通電部１７を必要としない。
【００４９】
また、図１１は第１の実施形態の更に別の変形例を示す上記図９と同様の図であり、板ばねに薄板ばね１４を用いている。そして、薄板ばね１４の両面上に各電気絶縁層１５を形成し、それら各電気絶縁層１５の上に、それぞれ導電層１６とセンサ信号通電部１７とを形成して５層構造としている。この場合も上記図１０のものと同様の効果を奏し得る。さらに、上記３層構造のものに対して、配線本数を容易に増加でき、電磁コイル７ａ、７ｂ毎に電流を流して細かな制御が可能になると共に、電磁コイル７ａ、７ｂを図示例の倍の４個にした際の結線の自由度を増すことができる。また、薄板ばね１４に対して５層構造のものは対称的に配設されており、３層構造よりも薄板ばね１４のばね特性やダンピング特性に対するバランスを取ることが容易である。
【００５０】
尚、これら電気絶縁層１５と導電層１６及びセンサ信号通電部１７との形成にあっては、フレキシブルプリント基板１３などと同様の張り合わせ材料をエッチングしてプレス加工による打ち抜き形成することができ、これにより容易に量産化が可能である。
【００５１】
尚、図１０、図１１の例における薄板ばね１４には、上記図示例と同様に、ベリリウム銅やリン青銅あるいはステンレスなどの薄板ばね材をプレス加工により打ち抜き形成したものを用いて良く、薄板ばね１４の形状も、同様に、可動部（ミラーホルダ５部分）の一次共振周波数が走査周波数以上であり、かつ作動時のばね応力が疲労限界以下になるように決定される。
【００５２】
また、図１２に示されるように、ミラーホルダ５の代わりに可動ホルダ１５を設け、その可動ホルダ１５により上記図示例のミラー６の代わりにプリズム１６を保持するようにしても良い。このようにしても、レーザダイオード１ｃからの出射光が、プリズム１６を介して上記図示例と同様のレーザビームＬＢを出射することができると共に、矢印Ａに示されるように可動ホルダ１５（プリズム１６）を揺動運動させて、レーザビームＬＢを走査させることができ、上記図示例と同様の効果を奏し得る。なお、プリズム１６を通過して出射されるレーザビームＬＢの必要な走査角度θに対して可動ホルダ１５の揺動角度を小さくすることができるため、小さな駆動力で十分なレーザビームＬＢの走査を行うことができ、小型化かつ省電力化し得る。
【００５３】
また、図１３に示されるように、上記図１２のプリズム１６の代わりにホログラム素子１７を設けても良い。なお、図１２と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。この図示例にあっても、レーザダイオード１ｃからの出射光が、プリズム１６を介して上記図示例と同様のレーザビームＬＢを出射することができると共に、矢印Ａに示されるように可動ホルダ１５（ホログラム素子１７）を揺動運動させて、レーザビームＬＢを走査させることができ、上記図示例と同様の効果を奏し得る。
【００５４】
また、図１４に示されるように、上記図１２のプリズム１６の代わりに探査光出射素子としてのレーザダイオードなどの発光素子１８を可動ホルダ１５に設けても良い。この場合には、可動ホルダ１５上の発光素子１８から直接レーザビームＬＢを出射して、矢印Ａに示されるように可動ホルダ１５（発光素子１８）を揺動運動させて、レーザビームＬＢを走査させることができ、上記図示例と同様の効果を奏し得ると共に、レーザダイオード１ｃを走査装置部１ａの外部に設ける必要がなく、可動部回りの簡略かつ小型化を向上し得る。
【００５５】
図１５は、本発明が適用された第２の実施形態に於ける車両衝突防止装置の走査型レーザレーダユニットの走査装置部２１ａの要部を示す概略前方斜視図、図１６はその概略後方斜視図である。図１７はその平面図、図１８は図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線について見た側断面図である。尚、車両衝突防止装置の走査型レーザレーダユニットの全体構成は第１の実施形態と同様であるのでその図示及び詳細な説明は省略する。
【００５６】
各図に示されるように、例えば走査型レーザレーダユニット１のケーシングに取り付け可能な機能を有するベース２２に側面がコ字状をなす固定部２３が組み付けられている。固定部２３には、上下一対の板ばね２４ａ、２４ｂの一端（基端）が固定されている。実際には板ばねは３枚以上としても良いが、後記電磁力発生装置が可動部の略重心位置に配置可能なように設定することが好ましい。各板ばね２４ａ、２４ｂは、その主面が同一平面上に位置するように並設されている。また、各板ばね２４ａ、２４ｂの変位可能な他端には保持部としてのミラーホルダ２５が固着されている。そして、このミラーホルダ２５には光学素子としての単板のミラー２６が、その主面が各板ばね２４ａ、２４ｂの主面に直交するように保持されている。ここで、各板ばね２４ａ、２４ｂは、その固定側一端（基端）から変位可能な他端に向けて徐々にその幅が狭くなっている。これにより、片持ちはりとして機能する板ばねの応力分布を均一に近くできると共に後記電磁力発生装置を配置するスペースを効率良く確保することが可能となっている。また、各板ばね２４ａ、２４ｂが電磁力発生装置を挟むように上下方向に間隙をもって配置されていることからロール方向の剛性が向上され、外乱の影響を受け難くなっている。
【００５７】
上記ミラー２６は、図１のレーザダイオード１ｃからの探査光を外部に向けて反射するものであり、ガラス製や合成樹脂製またはアルミニウムなどの軽金属製であって良い。ミラー２６の表面（ミラー面）には、平滑に形成しかつアルミニウム蒸着などして形成した反射層が設けられている。また、反射層の表面には、腐食、酸化などから保護するためのＳｉＯ2などの薄膜からなる保護層が形成されている。
【００５８】
また、ミラーホルダ２５には、駆動手段としての電磁力発生装置を構成する一対の電磁コイル２７ａ、２７ｂが、該電磁コイル２７ａ、２７ｂ、ミラーホルダ２５及びミラー２６からなる可動部の重心Ｇ付近で駆動力が働くように接着などにより固着されている。
【００５９】
一方、ベース２２には、下側部分２８ａが各電磁コイル２７ａ、２７ｂに間隙をもって貫通する弧状ヨーク２８が締結されている。この弧状ヨーク２８は、図１９に示すように、曲げ代２８ｃを有する略円環状の部材を２つ折りにし、間隙をもって対向する下側部分２８ａと上側部分２８ｂとから構成されている。この上側部分２８ｂに於ける下側部分２８ａに対向する面にはマグネット２９が固着されている。また、下側部分２８ａ及び上側部分２８ｂの曲折部分２８ｃと相反する遊端はベース２２のヨーク保持部２２ａを挟んで磁性体からなるねじ等の締結部材により締結され、磁気的に閉じた形状となっている。従って、マグネット２９と弧状ヨーク２８の下側部分２８ａとの間に磁束が生じ、電磁コイル２７ａ、２７ｂに電流を流すことにより磁束を切る向きに電磁コイル２７ａ、２７ｂに駆動力が発生することとなる。
【００６０】
実際には弧状ヨーク２８は半円状部材の一端同士を接合し、これを２つ折りにし、間隙をもって対向する下側部分２８ａと上側部分２８ｂとを形成しても良い。このように、予め下側部分２８ａと上側部分２８ｂとを形成しておくことで両部分の位置ずれを製作段階である程度吸収することができ、下側部分２８ａと上側部分２８ｂとを別体として走査装置部２１ａの組み立て時に位置決めする場合に比較して組み立て作業が容易になると共に部品点数も削減されている。
【００６１】
上記磁気回路に発生する駆動力により、固定部２３の板ばね２４ａ、２４ｂの支持部を支点としてミラーホルダ２５（ミラー２６）が揺動（走査）することとなる。このとき、上記したように可動部の重心Ｇ近傍で駆動力が発生することから、駆動効率が高くなりかつモーメントの不釣り合いに起因する不要な挙動が抑止されると共に、可動部側に電磁力発生装置を構成する部品の中で比較的軽い電磁コイル２７ａ、２７ｂを設けていることから、応答性及び省電力化を向上し得る。
【００６２】
図１５に良く示すように、固定部２３の背面側には板ばね２４ａ、２４ｂと一体をなす電極端子部２４ｃ、２４ｄが突出している。この電極端子部２４ｃ、２４ｄを走査部制御回路２１ｂに接続し、板ばね２４ａ、２４ｂの遊端（変位可能な他端）を電磁コイル２７ａ、２７ｂ端に接続することで、この電極端子部２４ｃ、２４ｄ及び板ばね２４ａ、２４ｂを介して電磁コイル２７ａ、２７ｂに通電されるようになっている。これにより、板ばね２４ａ、２４ｂにＦＰＣ等の配線部材を別途張り付けるなどの必要がなく、その剛性に起因する供給電流に対する応答感度特性の悪化や不要なモードなどの誘発を防止することが可能となっている。尚、電極端子部２４ｃ、２４ｄ部は面積が小さいため熱伝導性が良く、接続のためのはんだ作業を効率的に行うことが可能である。
【００６３】
板ばね２４ａ、２４ｂには、ベリリウム銅やリン青銅あるいはステンレスなどの薄板ばね材をプレス加工により打ち抜き形成したものまたはエッチングにより形成したものを用いて良い。
【００６４】
尚、板ばね２４ａ、２４ｂの表面に粘弾性のポリマーシート等を上記同様に貼り付けることで、可動部に適切なダンピング作用を与えることができ、共振時に装置自体の破壊や外乱の入力による不要振動の誘発も抑制され、揺動運動の折り返し端において電磁コイル２７ａ、２７ｂにより大きな制動力を発生させる必要がなく、省電力化を向上し得ると共に良好な応答性を得ることができる。
【００６５】
固定部２３及びミラーホルダ２５は、軽量かつ高剛性なガラス繊維などを充填したＬＣＰ（液晶ポリマー）やＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）などのエンジニアリングプラスチックを用い、射出成形により形成されている。
【００６６】
尚、固定部２３及びミラーホルダ２５を成形後、これに板ばね２４ａ、２４ｂを組み付けても良いが、板ばね２４ａ、２４ｂをインサート材として固定部２３及びミラーホルダ２５を同時に一体的に成形しても良い。このようにすれば、例えばミラーホルダ２５及び／または固定部２３と板ばね２４ａ、２４ｂとを後付けする場合に比較して各部の位置精度が向上する。また板ばね２４ａ、２４ｂをインサート材として固定部２３とミラーホルダ２５とを別々に成形しても良い。尚、２枚の板ばね２４ａ、２４ｂはつなぎ部（図示せず）を介して一体となるようにプレスまたはエッチングにより成形し、固定部２３及びミラーホルダ２５をこの板ばね２４ａ、２４ｂと一体化した後にこのつなぎ部を切除すると良い。
【００６７】
以下に、図２０を参照して走査装置部２１ａの組み立て手順を説明する。まず、固定部２３、板ばね２４ａ、２４ｂ及びミラーホルダ２５を上記のように組み立て後、電磁コイル２７ａ、２７ｂを接着等によりミラーホルダ２５に固着し、固定部２３をベース２２に組み付ける。そして、弧状ヨーク２８の下側部分２８ａを電磁コイル２７ａ、２７ｂ内に貫通させ、下側部分２８ａと上側部分２８ｂとでベース２２のヨーク保持部２ａを挟んでその端面をベース２２のストッパ面２２ｂに当接させ、締結する。このとき、ベース２２に弧状ヨーク２８の内周面をガイドするガイド面２２ｃ、２２ｄが設けられていることにより、その組付け及び位置決めが容易になっている。
【００６８】
このようにして構成された走査装置部２１ａを設けられた走査型レーザレーダユニット２１にあっては、上記レーザダイオード２１ｃには近赤外線（一般に波長が９００ｎｍ程度）のパルスレーザダイオードが用いられており、レーザダイオード２１ｃからは、発光素子点灯回路２１ｄからの制御信号に応じて数μ秒程度のパルス発光が出射される。レーザダイオード２１ｃからの探査光は走査装置部２１ａのミラー２６で反射され、探査光ＬＢとなって外部へ出射される。
【００６９】
一対の電磁コイル２７ａ、２７ｂには走査部制御回路２１ｂからの制御信号に応じた電流が供給され、その電流の正負及び大きさによりミラーホルダ２５（ミラー２６）が角柱３の軸線回りの方向に揺動（弧状）運動する。それによりミラー２６の反射面の角度が変化するため、反射光として外部に向けて出射される探査光ＬＢによる走査が行われる。上記電流としては、通常３０Ｈｚ程度の交流電流が供給される。この交流電流は更にＰＷＭ制御して供給しても良い。
【００７０】
このようにして構成された走査装置部２１ａとしての探査光走査用アクチュエータにあっては、ばね−マス系のばね振り子を構成するものであり、一次共振周波数ｆ0を作動周波数（走査周波数）ｆsよりも高い周波数に設定することにより、良好な応答性が得られる。
【００７１】
尚、上記構成では光学素子としてミラーを用いたが、プリズムを用いれば、このプリズムを通過して出射される探査光ＬＢの必要な走査角度θに対してそのホルダの揺動角度を小さくすることができるため、小さな駆動力で十分な探査光ＬＢの走査を行うことができ、小型化かつ省電力化し得る。また、光学素子としてホログラム素子を用いても良い。更に光学素子としてレーザダイオードなどの発光素子自体を用いても良い。この場合には、その発光素子から直接探査光ＬＢを出射して走査させることができ、レーザダイオードを走査装置部２１ａの外部に設ける必要がなく、可動部回りの簡略化、小型化を向上し得る。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
このように本発明によれば、光学素子を保持する可動部をマス（質量）とするばね−マス系のばね振り子を形成でき、その一次共振周波数を作動周波数（走査周波数）よりも高い周波数に設定することにより、摺動部に軸受を用いる構造とならないことから抵抗損失を低減でき、良好な応答性を得ることができると共に、作動時に発生する板ばねの曲げ応力を疲労限界以下に設定するなどの板ばねの適切な設計により、従来例で示したポリゴンミラー型よりも小型かつ軽量化し得るばかりでなく、構造が簡単で部品点数も少ない直動型構造であり、低コスト化を向上し得る。
【００７３】
また、光学素子を挟むように複数の駆動力発生部を配設し、その各駆動力の合成力を可動部分の重心と略一致させることにより、駆動効率を高め、かつ応答性及び省電力化を向上することができる。また、可動部に電磁コイルを設けることにより、可動側を軽量化できる。また、前記光学素子が、探査光出射手段からの探査光を反射するためのミラーであることによれば、ミラーを単板として、板ばねを揺動運動させることにより、ミラーの反射面を傾動させることができ、簡単な構造で反射光である探査光を走査させることができる。
【００７４】
また、光学素子をプリズムとすることにより、必要な探査光の走査角度に対して可動部の揺動角度を小さくすることができ、小さな駆動力で十分な探査光の走査を行うことができる。また、光学素子をホログラム素子とすることによっても上記と同様の効果を奏し得る。また、光学素子を探査光出射素子とすることにより、可動部から直接探査光を出射でき、外部に探査光出射手段を設ける必要がなく、可動部回りを小型化できる。
【００７５】
また、板ばねと固定部とを弾性回路基板により連結することにより、電磁コイル通電用の弾性回路基板を利用してダンピング作用を与えることができ、応答性を向上し得る。また、板ばねに、電気絶縁層と電磁コイル通電用導電層とを積層することにより、電磁コイルに通電する導電回路を板ばねと一緒に形成でき、配線工程などを簡略化することができる。
【００７６】
また、板ばねの共振時に於けるばねひずみの大きな位置にのみ選択的に例えば粘弾性シート等の制振材を貼付することで、複雑、かつ重量化しがちな制振構造を別途設けなくても軽量かつ低コストで共振特性を制御できる。
【００７７】
また、板ばねを、その主面の延在方向に並設された複数の板ばねから構成し、可動部の重量物が駆動力点付近に集中すると共に駆動力が可動部の重心と略一致する位置で発生するように板ばね間に駆動手段として電磁力発生装置を配置することで、モーメントの不釣り合いに起因する不要な挙動を抑止することができる。また、両板ばねが離間していることでロール剛性も向上する。また、例えば１枚の板ばねの上下に対称な一対の電磁力発生装置を設ける構造に比較して部品点数、特にコアを削減でき、小型、軽量になる。また、各板ばねが固定側一端から変位可能な他端に向けて徐々にその幅が狭くなっていることで、板ばねの応力分布を均一に近くできると共に電磁力発生装置を配置するスペースを効率良く確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
図１は、本発明が適用された車両衝突防止装置の走査型レーザレーダユニット１の全体ブロック図。
図２は、第１の実施形態に於ける走査装置部１ａの要部を示す概略前方斜視図。
図３は、走査装置部１ａの要部を示す概略後方斜視図。
図４は、走査装置部１ａの要部を示す分解斜視図。
図５は、可動部分を示す縦断面図。
図６は、フレキシブルプリント基板を用いた板ばね部分の部分斜視図。
図７は、一次共振周波数に対する走査周波数を示す説明図。
図８は、第１の実施形態の変形例を示す可動部分を示す縦断面図。
図９は、第１の実施形態の変形例を示す板ばね部分を示す要部模式的斜視図。
図１０は、第１の実施形態の変形例を示す板ばねの横断面図。
図１１は、第１の実施形態の変形例を示す図９と同様の図。
図１２は、光学素子にプリズムを用いた例を示す模式図。
図１３は、光学素子にホログラムを用いた例を示す模式図。
図１４は、光学素子にレーザ光出射素子を用いた例を示す模式図。
図１５は、本発明が適用された第２の実施形態に於ける車両衝突防止装置の走査型レーザレーダユニット２１の走査装置部２１ａの要部を示す概略前方斜視図。
図１６は、走査装置部２１ａの要部を示す概略後方斜視図。
図１７は、走査装置部２１ａの要部を示す平面図。
図１８は、図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線について見た断面図。
図１９は、走査装置部２１ａの弧状ヨーク２８の構造を示す斜視図。
図２０は、走査装置部２１ａの弧状ヨーク２８の組み付け手順を示す図１７と同様な図。
図２１は、従来の多角形ミラー型レーザアクチュエータを示す模式的斜視図。
図２２は、従来の単板ミラー型レーザアクチュエータを示す模式的斜視図。

Claims (12)

1. 探査光を出射するための光学素子と、前記光学素子を保持する可動部と、一端を固定されかつ変位可能な他端に前記可動部を取り付けられた板ばねと、前記探査光を走査させるように前記可動部を駆動するための駆動手段とを有し、
   前記駆動手段が、前記光学素子を挟むように配設された複数の駆動力発生部を有し、前記複数の駆動力発生部による各駆動力の合成力が前記光学素子及び前記可動部の重心と略一致することを特徴とする探査光走査用アクチュエータ。
2. 前記駆動手段が電磁力発生装置であり、前記可動部に電磁コイルが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の探査光走査用アクチュエータ。
3. 前記光学素子が、探査光出射手段からの探査光を反射するためのミラー、探査光出射手段からの探査光を光路変更するためのプリズム、探査光出射手段からの探査光を反射するためのホログラム素子及び探査光出射素子のいずれかからなることを特徴とする請求項１に記載の探査光走査用アクチュエータ。
4. 前記板ばねと固定部とが、前記電磁コイルに通電するための回路を有する弾性回路基板により連結されていることを特徴とする請求項２に記載の探査光走査用アクチュエータ。
5. 前記板ばねに、電気絶縁層と、前記電磁コイルに通電するための回路を構成する導電層とが積層されていることを特徴とする請求項２に記載の探査光走査用アクチュエータ。
6. 前記板ばねの共振時に於けるばねひずみの大きな位置に選択的に制振材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の探査光走査用アクチュエータ。
7. 前記駆動手段が前記可動部を駆動するための電磁力発生装置からなり、
   前記板ばねが、その主面の延在方向に並設された複数枚の板ばねからなり、
   前記板ばね間に前記電磁力発生装置が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の探査光走査用アクチュエータ。
8. 前記板ばねが前記固定側一端から変位可能な他端に向けて徐々にその幅が狭くなっていることを特徴とする請求項７に記載の探査光走査用アクチュエータ。
9. 前記電磁力発生装置の電磁コイルが前記可動部に設けられ、該電磁コイルが前記各板ばねを配線の一部としてこれを介して通電されるようになっていることを特徴とする請求項７に記載の探査光走査用アクチュエータ。
10. 前記電磁力発生装置のヨークが、前記固定部に固定されると共にＣ字状をなす部材を、前記電磁コイルを挿通する間隙を有するように２つ折りしてなることを特徴とする請求項７に記載の探査光走査用アクチュエータ。
11. 前記電磁コイルが環状をなし、
    前記ヨークが、前記可動部の変位方向に沿って湾曲する弓状をなすと共にその一部が前記電磁コイルに挿通されるように前記固定部に組み付けられ、
    前記ヨークを前記可動部の変位方向に沿って前記電磁コイルに挿通して前記固定部に組み付けるべく、該ヨークをガイドするガイド部が前記固定部側に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の探査光走査用アクチュエータ。
12. 前記光学素子が、探査光出射手段からの探査光を反射するためのミラー、探査光出射手段からの探査光を光路変更するためのプリズムまたはレンズ、探査光出射手段からの探査光を反射するためのホログラム素子及び探査光出射手段自体のいずれかからなることを特徴とする請求項７に記載の探査光走査用アクチュエータ。

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