JP5214932B2 - 光スキャン装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子を動かす光スキャン装置に関し、特に車載用測距装置等に設けられる光学素子を移動することによりレーザ光をスキャンする車両用光スキャン装置に最適なものである。

近年、走行中の車両の前方を走査して障害物の存在をドライバに警告する赤外光スキャン方式の車載レーダ装置が実用化されている。

そして、下記特許文献１には、車載用レーダのレーザ光を走査するアクチュエータに於いて、走査用レンズを備えたレンズホルダを複数枚の板ばねで支持した装置が開示されている。走査用レンズを板ばねで支持することによって、装置を簡単にでき、低価格化を図ることができる。

板ばねは一方向にしか自由度を持たないが、組み合わせることで二方向の自由度を持たすことができる。ばね支持としては、４本のワイヤばねで支持することで、同じく二方向に移動させることができる。ところが、この場合、ばねの延在方向を軸とする回転の自由度も持ってしまうという欠点があるが、板ばねを組み合わせることで、この問題を回避することができる。

固定ベースには、４枚の上下変位用板ばねを介してコイル支持体が固定されている。更に、コイル支持体に４枚の左右変位用板ばねを介して、レンズホルダが固定されている。このレンズホルダは、左右変位用板ばねによって、コイル支持体に対して左右に移動可能に支持されている。コイル支持体は、上下変位用板ばねによって、固定ベースに対して上下に移動可能に支持されている。これにより、レンズホルダは固定ベースに対し、上下左右、二方向に移動可能であり、レンズホルダに固定された走査用レンズで光を二方向に曲げることができる。

上下変位用板ばねと左右変位用板ばねをコイル支持体で中継する形となる。ここで、固定ベースから上下変位用板ばねが伸びる向きと同じ向きに、コイル支持体から左右変位用板ばねを伸ばすと、長さの長い板ばねが２種連なることになり、装置が大型化してしまう。しかし、下記特許文献１に記載の装置では、コイル支持体からの左右変位用板ばねが伸びる向きを逆向きとして折り返す形とすることで、装置の大型化を防いでいる。
特開２００３−１７７３４８号公報

ところが、上記特許文献１に記載の装置では、装置は小型化できるが、折り返すような形で配置しているため、固定ベースが左右変位用板ばねの内側に入ってしまっている。すなわち、組立時に、上下変位用板ばね、または、左右変位用板ばねは、既に一方がコイル支持体に取り付けられた状態で行う必要がある。そのとき、既に固定されている板ばねを曲げないようにしなくてはならないという条件もあり、狭い内側に入った固定用ベースが邪魔となり、作業性が悪化してしまうという問題を有している。

したがって本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で作業性の良好な光スキャン装置を提供することである。

すなわち請求項１に記載の発明は、発光素子と、その光軸に垂直な第１の方向に移動したときに上記発光素子からの光をＸ軸方向に曲げる光学素子であって、Ｘ軸方向には凸レンズ形状で、且つ、Ｙ軸方向には直線形状である第１の光学素子と、上記第１の光学素子を備えた第１のホルダと、上記第１のホルダを第１の方向に移動可能に支持するもので、その一端が該第１のホルダに固定された第１の板バネ群と、上記第１の板バネ群の他端が固定された第２のホルダと、上記第１のホルダを駆動する第１の駆動手段と、その光軸及び上記第１の方向に垂直な第２の方向に移動したときに上記発光素子からの光をＹ軸方向に曲げる光学素子であって、Ｙ軸方向には凸レンズ形状で、且つ、Ｘ軸方向には直線形状である第２の光学素子と、第２の光学素子を備えた第３のホルダと、第２のホルダを第２の方向に移動可能に支持するもので、その一端が該第２のホルダに固定された第２の板バネ群と、上記第２の板バネ群の他端が固定された第４のホルダと、記第２のホルダを駆動する第２の駆動手段と、を具備し、上記第２のホルダ及び上記第４のホルダは、当該光スキャン装置本体の固定部であるヨークを介してそれぞれ当該光スキャン装置本体に固定され、上記第１及び第２のホルダは上記光軸方向と同一の向きに配置されると共に、上記光軸に垂直な断面をとったとき、上記第１の板バネ群と上記第２の板バネ群が同時に存在する断面が存在することを特徴とする。

そして、請求項１に記載の発明によれば、小型で、組立作業性を良好にすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記第１の板バネ群のバネの有効長が、上記第２の板バネ群のバネの有効長より長いことを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、組立作業性を良好にすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１若しくは２に記載の発明に於いて、上記第１の板バネ群の系と、上記第２の板バネ群の系の基本共振周波数が異なることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、高性能化を図ることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の発明に於いて、上記第２の方向より投影したとき、上記第１のホルダ及び第１の板バネ群と、上記第３のホルダ及び第２の板バネ群との間で、重なりがないことを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、組立作業性を良好にすることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の発明に於いて、上記第１の板バネ群は上記第１の方向に離間する少なくとも２つの板バネより成り、上記第２の方向より投影したとき、前記離間する少なくとも２つの板バネの間に上記第２の板バネ群が全て含まれ、上記光軸方向には、上記第１のホルダと第２のホルダの間に上記第３のホルダ及び第４のホルダが存在することを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、組立作業性を良好にすることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の発明に於いて、上記第１の板バネ群及び第２の板バネ群は、各々２枚の金属板バネであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、高性能化を図ることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項２乃至６の何れか１項に記載の発明に於いて、上記第１のホルダの移動可能寸法が、上記第２のホルダの移動可能寸法より大であることを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、耐久性を高めることができる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明に於いて、上記発光素子を連続或いは間欠点灯させながら光を走査する方向は上記第１の方向であることを特徴とする。

請求項８に記載の発明によれば、高性能化を図ることができる。

請求項９に記載の発明は、請求項２乃至８の何れか１項に記載の発明に於いて、上記光スキャン装置は車両に搭載され、上記第１の方向は地面に水平な向きであることを特徴とする。

請求項９に記載の発明によれば、よりよく効果を享受することができる。

本発明によれば、小型で作業性の良好な光スキャン装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１乃至図１３は本発明の光スキャン装置の一実施形態を示すもので、図１は光スキャン装置の斜視図、図２は図１から右方向に９０度回転させた方向より見た光スキャン装置の斜視図、図３は光スキャン装置の上面図、図４は図３のＡ−Ａ′線に添った断面図、図５は図３のＢ−Ｂ′線に添った断面図、図６は図３のＣ−Ｃ′線に添った断面図、図７は図３のＤ−Ｄ′線に添った断面図、図８は光スキャン装置の一部分解斜視図、図９は光スキャン装置を構成するアジマスアクチュエータ部組を図４のＥ−Ｅ′線に添って切った断面図、図１０は光スキャン装置を構成するエレベーションアクチュエータ部組を図４のＦ−Ｆ′線に添って切った断面図、図１１は本光スキャン装置を車載用測距装置に用いた例を説明するための図、図１２は走査動作を説明するための図、図１３は本発明の一実施形態の変形例を模式的に示した図である。

尚、図１乃至図１３は簡略化して示しており、例えば、固定用のネジや可動部の動きを制限するためのストッパ部分、樹脂部品を強度確保しながら軽量化するために設けるリブ形状等は省略している。

図１、図９に示されるように、この光スキャン装置１０に於いて、ガラス入りのポリフェニレンサルファイド樹脂で製作された第１のホルダ(第１の保持部材)であるレンズホルダ１１には、第１の光学素子であるレンズ１２が接着されている。レンズ１２は、Ｘ軸方向には凸レンズ形状となっているが、Ｙ軸方向には、図４に示されるように、直線形状のシリンドリカルレンズとなって構成されている。

レンズホルダ１１のレンズ１２が装着されている面と同じ面には、一体に形成された鍔部１７ａ、１７ｂに銅線でアジマスコイル１３が巻回されている。更に、レンズホルダ１１には、レンズ１２の近傍で、且つ、レンズ１２を挟んでアジマスコイル１３が設けられている部分と反対側に、発光ダイオード１４が固定されている。発光ダイオード１４は、レンズホルダ１１に形成された穴１５に固定されている。そして、レンズホルダ１１の穴１５の奥の部分には、スリット１６が設けられている。

レンズホルダ１１には、厚さ８０μｍのベリリウム銅製の板バネ１８ａ〜１８ｄの一端が、それぞれ固定されている。尚、図示されないが、アジマスコイル１３、発光ダイオード１４は、板バネ１８ａ〜１８ｄと接続されている。上記板バネ１８ａ〜１８ｄの他端は、ガラス入りのポリフェニレンサルファイド樹脂で製作されたバネ受け２０に、それぞれ固定されている。レンズホルダ１１は、板バネ(第１のバネ群、第１の弾性部材)１８ａ〜１８ｄによって、バネ受け(第２のホルダ、第１の固定部)２０に、Ｘ軸方向に移動可能に支持されていることになる。

尚、板バネ１８ａ〜１８ｄの固定は接着で良いが、信頼性を高めるためにインサート成形や熱融着としても良い。

バネ受け２０には段部２２ａ、２２ｂが設けられており、板バネ１８ａ〜１８ｄとの間にシリコンゲル２３ａ、２３ｂが充填されている。シリコンゲル２３ａ、２３ｂは熱硬化型のものが用いられ、充填後、熱をかけて硬化させる。このとき、シリコンゲル２３ａ、２３ｂは、板バネ１８ａ〜１８ｄと広い面積で接しているので、表面張力により硬化するまでに流れ出てしまうことはない。尚、シリコンゲル２３ａ、２３ｂは、紫外線硬化型のものが用いられるものであっても良い。このシリコンゲル２３ａ、２３ｂにより、板バネ１８ａ〜１８ｄの振動が抑えられ、ダンピングが取られている。

バネ受け２０には穴２５が形成されており、この穴２５の内部にはレンズ２６、２７が接着されている。更に、取り付けの説明は後述するが、ポジションセンサ２８もバネ受け２０に配されている。尚、レンズ２６、２７の光軸中心は一致している。

図５、図９から明らかなように、発光ダイオード１４からの光は、スリット１６を通り、レンズ２６、２７を経て、ポジションセンサ２８に入射する。ポジションセンサ２８は、方向の位置を検出する１次元のセンサであり、Ｘ軸方向の動きを検出するため、内部の長方形状の検出素子はＸ軸方向を長手方向とするように取り付けられている。スリット１６からの光は、レンズホルダ１１がＸ軸方向に移動すると一緒に移動するが、レンズ２６、２７は、このＸ軸方向の移動量が小さくなるように縮小する役割を持っている。尚、Ｙ軸方向については、レンズ作用は持っていない。

レンズホルダ１１のＸ軸方向の移動量は大きく、スリット１６からの光を直接ポジションセンサ２８に入射させると、検出範囲の長いポジションセンサが必要となる。ポジションセンサの価格は検出範囲の長さが長いほど高く、一般に長さに比例するものではなく、それ以上の割合で価格が上がる。レンズ２６、２７によって、移動量を小さくすることで、安価な検出範囲の短いポジションセンサを使用することが可能となる。上述したように、検出範囲が長くなると、価格は大きく上がるので、レンズ２６、２７や固定部分を作成する費用が追加されることとなっても、移動量を縮小する光学系を使用した方が、低価格となる。

バネ受け２０は、鉄製のヨーク３０に固定されている。このヨーク３０には、図１、図６に示されるように、鉄製のヨーク３１ａ、３１ｂが固定されている。ヨーク３０とヨーク３１ａ、３１ｂは、各々板金加工により製作されており、形状的に一体で製作できないため、ヨーク３０とヨーク３１ａ、３１ｂが別体となっている。ヨーク３１ａ、３１ｂには磁石３２ａ、３２ｂが接着されている。

ヨーク３１ａ、３１ｂは、レンズホルダ１１に形成された穴３３ａ、３３ｂに挿入されるように配置されている。ヨーク３０は、ヨーク３１ａ、３１、磁石３２ａ、３２ｂが取り付けられた状態で、板バネ１８ａ〜１８ｄやレンズホルダ１１を固定したバネ受け２０と合体される。尚、上記ヨーク３１ａ、３１ｂ、磁石３２ａ、３２ｂは、アジマスコイル１３と共に、第１の駆動手段を構成している。

図２及び図５に示されるように、ヨーク３０には、ポジションセンサ２８が取り付けられた基板３５が固定されている。また、ヨーク３０には、ポジションセンサ２８のための穴３６が設けられている。そして、ヨーク３０及びバネ受け２０には、後述するレーザダイオード３８を装着するための穴３９及び４０が、それぞれ形成されている。

また、詳細は図示されないが、レンズホルダ１１が所定の位置に合わされたときに、ポジションセンサ２８が０位置を示す信号を出力するように、ポジションセンサ２８は位置調整して固定される。ポジションセンサ２８は、基板３５経由で外部の制御基板に接続されている。

バネ受け２０側では、板バネ１８ａ〜１８ｄも、図示されない外部の制御基板に接続されている。つまり、アジマスコイル１３、発光ダイオード１４は、板バネ１８ａ〜１８ｄを介して、図示されない外部の制御基板に接続されていることになる。レンズホルダ１１をＸ軸方向に移動可能に支持するだけであれば、板バネ１８ａ、１８ｂを１枚とし、板バネ１８ｃ、１８ｄを１枚として、２枚の板バネで十分である。ここでは、アジマスコイル１３及び発光ダイオード１４の各々２本、計４本の端末を接続するために、４枚の板バネ１８ａ〜１８ｄとして構成されている。

以上、レンズホルダ１１、板バネ１８ａ〜１８ｄ、バネ受け２０、ヨーク３０等から構成される部組を、アジマスアクチュエータ部組４０と称する。

図４及び図８に示されるように、アジマスアクチュエータ部組４０には、詳細を後述する後述するエレベーションアクチュエータ部組４１と、レーザ部組４２とが組み込まれる。

エレベーションアクチュエータ部組４１に於いて、ガラス入りのポリフェニレンサルファイド樹脂で製作された第３のホルダ(第２の保持部材)であるレンズホルダ４５には、第２の光学素子であるレンズ４６が接着されている。レンズ４６は、レンズ１２とは逆に、Ｙ軸方向には凸レンズ形状となっているが、Ｘ軸方向には直線形状で構成されたシリンドリカルレンズとなっている。

図７に示されるように、レンズホルダ４５に形成された段部４４ａ、４４ｂには、銅線で巻回されたエレベーションコイル４７ａ、４７ｂが接着されている。図４、図１０に示されるように、レンズホルダ４５には、更に、発光ダイオード４８も固定されている。この発光ダイオード４８は、レンズホルダ４５に形成された穴４９に固定されている。この穴４９の奥、すなわち図４に於いて、発光ダイオード４８よりもＺ軸の＋側方向には、スリット５０が設けられている。

図４及び図８に示されるように、レンズホルダ４５には、厚さ８０μｍのベリリウム銅製の板バネ５３ａ〜５３ｄの一端が固定されている。図示されないが、エレベーションコイル４７ａ、４７ｂ、発光ダイオード４８は、板バネ５３ａ〜５３ｄと接続されている。尚、エレベーションコイル４７ａ、４７ｂは、直列接続されてから接続される。板バネ５３ａ〜５３ｄの他端は、ガラス入りのポリフェニレンサルファイド樹脂で製作されたバネ受け５５に固定されている。レンズホルダ４５は、板バネ(第２のバネ群、第２の弾性部材)５３ａ〜５３ｄによって、バネ受け(第４のホルダ、第２の固定部)５５に、Ｙ軸方向に移動可能に支持されていることになる。

図３に示されるように、板バネ５３ａ〜５３ｄの有効長５７は、板バネ１８ａ〜１８ｂの有効長５８よりも短くなっている。この有効長の違いと、板バネの幅、可動部の質量が異なることから、板バネ１８ａ〜１８ｂと板バネ５３ａ〜５３ｄの厚さが同じであっても、各々のバネ系の基本共振周波数には差異がある。この場合、板バネ５３ａ〜５３ｄの方が、板バネ１８ａ〜１８ｄよりも周波数が高くなっている。

図４に示されるように、バネ受け５５には、段部６０ａ、６０ｂが形成されている。そして、これらの段部６０ａ、６０ｂと板バネ５３ａ〜５３ｄとの間には、シリコンゲル６１ａ、６１ｂが充填されている。硬化方法については、アジマスアクチュエータ部組４０のシリコンゲル２３ａ、２３ｂと同様であるので、ここでは説明を省略する。このシリコンゲル６１ａ、６１ｂにより、板バネ５３ａ〜５３ｄの振動が抑えられ、ダンピングが取られている。

バネ受け５５は、固定部(第３の固定部)となる鉄製のヨーク６３に固定されている。このヨーク６３には、図７及び図１０に示されるように、立ち上げ部６５ａ、６５ｂ、６６ａ、６６ｂが設けられている。このヨーク６３は、上述したヨーク３０と異なり、一体で板金加工されている。但し、立ち上げ部６６ａ、６６ｂは、板の厚さそのままで曲げるとＹ軸方向寸法を確保できないため、曲げるときにつぶすことによって、Ｙ軸方向寸法を確保している。そのため、立ち上げ部６６ａ、６６ｂは薄くなっている。また、立ち上げ部６５ａ、６５ｂには、磁石６８ａ、６８ｂが接着されている。

立ち上げ部６６ａ、６６ｂは、レンズホルダ４５に固定されたエレベーションコイル４７ａ、４７ｂに挿入されるように配置されている。ヨーク６３は、磁石６８ａ、６８ｂを取り付けた状態で、板バネ５３ａ〜５３ｄやレンズホルダ４５を固定したバネ受け５５と合体される。尚、エレベーションコイル４７ａ、４７ｂ、ヨーク６３、立ち上げ部６５ａ、６５ｂ、磁石６８ａ、６８ｂと、後述する立ち上げ部６７ａ、６７ｂは、第２の駆動手段を構成している。

図４及び図１０に示されるように、ヨーク６３には、更に立ち上げ部６７ａ、６７ｂが設けられ、ポジションセンサ７０が取り付けられた基板７１も固定されている。詳細は図示されないが、レンズホルダ４５が所定の位置に合わせられたときに、ポジションセンサ７０が０位置を示す信号を出力するように、ポジションセンサ７０は位置調整されて、固定される。また、ポジションセンサ７０は、基板７１経由で外部の制御基板に接続されている。

発光ダイオード４８からの光は、スリット５０を通り、ポジションセンサ７０に入射する。ポジションセンサ７０は、方向の位置を検出する１次元のセンサであり、Ｙ軸方向の動きを検出するため、内部の長方形状の検出素子はＹ軸方向が長手方向となるように取り付けられている。スリット５０からの光は、レンズホルダ４５がＹ軸方向に移動すると一緒に移動するが、レンズホルダ４５の移動量は小さいため、アジマスアクチュエータ部組４０と異なり、光の経路にレンズは存在せず、移動量を縮小することなく検出する。

バネ受け５５側では、板バネ５３ａ〜５３ｄも、図示されない外部の制御基板に接続されている。エレベーションコイル４７ａ、４７ｂ、発光ダイオード４８は、それぞれ板バネ５３ａ〜５３ｄを介して、図示されない外部の制御基板に接続されていることになる。アジマスアクチュエータ部組４０と同様に、これらの端末を接続するために、板バネ５３ａ〜５３ｄは４枚とされている。

以上、レンズホルダ４５、板バネ５３ａ〜５３ｄ、バネ受け５５、ヨーク６３等から構成される部組を、エレベーションアクチュエータ部組４１と称する。

図１及び図８に示されるように、アジマスアクチュエータ部組４０と、エレベーションアクチュエータ部組４１は、バネ受け２０の凹部２０ａにバネ受け５５が嵌装され、両者が組み合わされて合体され、固定される。このとき、図８に示されるように、エレベーションアクチュエータ部組４１を、アジマスアクチュエータ部組４０のＹ軸方向の−側から挿入すれば良い。更に、エレベーションアクチュエータ部組４１は、図１及び図８には示されないが、バネ受け５５が固定されたヨーク６３を介して、光スキャン装置１０本体に固定される。バネ受け２０及びバネ受け５５は、光スキャン装置１０本体の固定部に固定されていることになる。

板バネ１８ａ〜１８ｄ、板バネ５３ａ〜５３ｄは、その長手方向がＺ軸方向となり、この方向に見たとき、重なって配置されている部分、すなわち、図７に示されるように、Ｚ軸方向に垂直な断面を取ったとき、同一の断面に板バネ１８ａ〜１８ｄ、板バネ５３ａ〜５３ｄの全てが存在する断面がある。

図４及び図８に示されるように、アジマスアクチュエータ部組４０には、更にレーザ部組４２が固定されている。レーザ部組４２は、基板３７と、レーザダイオード(発光素子)３８とから構成される。尚、基板３７は模式化して外形を描いており、実際は基板とその上に装填される部品から成っている。レーザダイオード３８は、ヨーク３０の穴３９、バネ受け２０の穴４０、バネ受け５５の穴７３の内部に位置することとなる。

尚、詳細は図示されないが、レーザ部組４２をアジマスアクチュエータ部組４０に固定する際には、レンズ１２、４６が基準位置にあるときに、レーザ光が曲がらずに照射されるように、Ｘ−Ｙ平面内で位置調整が行われる。このとき、レンズ１２、４６は、基準位置に調整機によって、機械的に移動される。また、レーザダイオード３８のＺ軸方向の位置を変えると、本装置より照射される光のスポットの大きさが変化するので、更に、Ｚ軸方向の調整機構を設けるのが望ましい。

次に、以上のように構成された本実施形態の光スキャン装置について、その動作を説明する。

図１１は、本実施形態の光スキャン装置を車載用測距装置に用いた場合の構成を簡略に示した図である。このとき、Ｘ軸方向が地面に水平方向、Ｙ軸方向が地面に垂直方向になるように車両に設置する。以下、地面に立ったときの方向に合わせて、Ｘ軸方向を左右方向、Ｙ軸方向を上下方向として説明する。

図１１（ａ）に示されるように、レーザダイオード３８より出射したレーザ光は、レンズ４６を透過した後、板バネ１８に支持されたレンズホルダ１１内のレンズ１２に達する。レンズ１２を、図示矢印８１のように、左右方向に移動させることにより、光も図示矢印８２のように左右方向に振られる。照射された光８３は、障害物８４に当たる。ここで、照射される光は、図示８５のような長方形状となり、左右方向は短く、上下方向に長い形状となっている。障害物８４に当たって反射した光８６は、受光レンズ８７を介してフォトデイテクタ８８に至り、図示されない電気回路により障害物８４までの距離が計算される。

尚、ここで、レンズ４６は左右方向にはレンズ作用を持たないので、左右方向の位置にはレンズ４６の位置は関与しない。

次に、図１１（ｂ）を参照して、レンズ４６の働きについて説明する。

レーザダイオード３８より出射したレーザ光は、板バネ５３に支持されたレンズホルダ４５内のレンズ４６に達する。レンズ４６を、図示矢印９０のように上下方向に移動させることにより、光も図示矢印９１のように、上下方向に振られる。レンズ４６の後、光はレンズ１２を透過するが、レンズ１２は上下方向にはレンズ作用を持たないので、上下方向の位置にはレンズ１２の位置は関与しない。照射された光が障害物に当たるところからは、上述した説明と同じであるので説明は省略する。

以上のようにして、レンズ１２を移動させることによって光を左右方向に、レンズ４６を移動させることによって光を上下方向に、すなわち２方向に光を移動させて照射することができる。

尚、レーザダイオード３８は、連続或いは間欠点灯されて走査される。

次に、レンズホルダ１１を左右方向(Ｘ軸方向)に移動させる仕組みについて、図６を参照して説明する。尚、磁石の磁極は、図に示された通りである。

磁石３２ａから、磁束はアジマスコイル１３の辺７４ａを挟んで対向するヨーク３１ａに向かって、図示矢印７５ａのようになる。ヨーク３１ａに達した磁束は、ヨーク３１ａを通り、図示矢印７６ａのように磁石３２ａに戻る。磁石３２ｂからも同様に、図示矢印７５ｂのように磁束が出て、図示矢印７６ｂのようにヨーク３１ｂを通って磁石３２ｂに戻る。

アジマスコイルの辺７４ａと７４ｂに流れる電流の向きは、対向する辺であるので逆であり、磁束の向きも７５ａ、７５ｂのように逆であるので、発生する力はＸ軸方向で同じ向きとなる。これにより、レンズホルダ１１は、図６に於いて左右方向(Ｘ軸方向)に駆動される。

次に、レンズホルダ４５を上下方向(Ｙ軸方向)に移動させる仕組みについて、図７及び図１０を参照して説明する。尚、磁石の磁極は、図に示された通りである。

磁束は、磁石６８ａからエレベーションコイル４７ａの辺７７を挟んで対向するヨーク６３の立ち上げ部６６ａに向かって、図示矢印７８のように出る。立ち上げ部６６ａに達した磁束は、ヨーク６３、立ち上げ部６５ａを通り、図示矢印７９のように、磁石６８ａに戻る。

磁束７８により、エレベーションコイル４７ａの辺７７には、Ｙ軸方向の力が発生する。エレベーションコイル４７ｂにも、同様に、Ｙ軸方向の力が発生し、向きが同じになるように直列接続されている。これにより、レンズホルダ４５は、上下方向(Ｙ軸方向)に駆動される。

上述したように、スリット１６、５０を通った発光ダイオード１４、４８からのそれぞれの光は、ポジションセンサ２８、７０で受光される。そして、ポジションセンサ２８、７０にて受光された位置情報を基にして、レンズホルダ１１、４５の移動が行われる。

こで、実際の光の走査の方法について、図１２を参照して説明する。

レンズ１２、４６の光軸をレーザダイオード３８の光軸と一致させたとき、光は曲がらず、中心に光８５が照射される。

レンズ１２をＸ軸方向の−方向に大きく、レンズ４６をＹ軸方向の−方向に小さくシフトさせ、光１０１を照射する。レンズ４６の位置は変えずにレンズ１２をＸ軸方向の＋方向に移動させることにより、図示矢印１０２のように、光を１０３の位置まで走査する。次に、レンズ１２を再びＸ軸方向の−方向に大きくシフトする。それと同時に、レンズ１２をＹ軸方向の＋方向に移動させ、位置的にはＹ軸方向の中心とする。

ここで、光１０４を照射する。尚、光１０３から１０４への移動の間はレーザダイオード３８を発光させず、光を照射しない。レンズ１２のみをＸ軸方向の＋方向に移動させることにより、図示矢印１０５のように、光を１０６の位置まで走査する。光が１０６に到達したら、レンズ１２を再びＸ軸方向の−方向に大きく、レンズ４６をＹ軸方向の＋方向に小さく、それぞれ移動させ、光１０８を照射する。

光１０６から１０８への移動の間はレーザダイオード３８を発光させず、光を照射しない。同様に、図示矢印１０９のように、光を１１０の位置まで移動させる。光が１１０に到達したら、レンズ１２、４６を光１０１が照射できる位置まで移動させる。光１１０から１０１への移動の間は、レーザダイオード３８を発光させず、光を照射しない。

このようにして、光を１０１より１０３、１０４より１０６、１０８より１１０へＹ軸方向の位置をずらした形で、Ｘ軸方向に３回走査する。この１組を１回として、１秒間に１０回繰り返す。尚、ここではＸ軸方向の３回の走査を１組としたが、場合によってはＹ軸方向の位置を２回変えるだけで２回を１組としても良く、Ｙ軸方向の位置を変えずに走査しても良い。また、１秒間に繰り返す回数も１０回に限らず、求める検出性能によって、回数は増減しても良い。

Ｙ軸方向には、図示範囲１１５のように、更に広く移動可能である。上述した走査で用いる範囲１１６より広い部分は、車両が曲がるときや、坂道を走行しているときに走査範囲をオフセットさせる場合に用いられる。例えば、Ｙ軸方向は、普段、範囲１１７を見ているが、坂道を登っているときは、少し下の範囲１１８を見るようにする。また、地面に水平なＸ軸方向は、障害物検出のために広く走査する必要があるが、地面に垂直なＹ軸方向は、車両が進んで行くことでもＹ軸方向に見る位置を変える効果があり、必要以上に広い範囲を見る必要がなく、移動範囲はＸ軸方向と比較して狭くなっている。

尚、障害物が検知された場合に、その部分のみ走査するような動作を行っても良いのは言うまでもない。

本実施形態では、左右方向(Ｘ軸方向)に光を移動させるアジマスアクチュエータ部組４０と、上下方向(Ｙ軸方向)に光を移動させるエレベーションアクチュエータ部組４１が、移動用のバネで連結されることなく独立しており、それぞれのバネ受け２０、５５は、直接、固定部となるヨーク３０、６３に固定されている。これにより、アジマスアクチュエータ部組４０とエレベーションアクチュエータ部組４１は独立して組み立てることができ、板バネ１８ａ〜１８ｄ、５３ａ〜５３ｄを取り付けるときに互いに邪魔になったり、曲げてしまったりすることがなく、組立性を良好にすることができる。

一方、図３に示されるように、アジマスアクチュエータ部組４０の板バネ１８ａ〜１８ｄと、エレベーションアクチュエータ部組４１の板バネ５３ａ〜５３ｄは、何れもその長手方向がＺ軸方向となり、Ｚ軸方向の位置関係は並走する部分があるように構成されている。すなわち、図７に示されるように、Ｚ軸方向に垂直な断面を取った場合、同一断面上に板バネ１８ａ〜１８ｄ、板バネ５３ａ〜５３ｄの全てが存在する断面がある。

このように、Ｚ軸方向に板バネ１８ａ〜１８ｄと板バネ５３ａ〜５３ｄが縦に並ぶのでなく、横に並走する形状とすることで、装置のＺ軸方向寸法が大きくなることなく、小型化も図ることができる。

図３に示されるように、本実施形態では、アジマスアクチュエータ部組４０の板バネ１８ａ〜１８ｄのバネの有効長５８が、エレベーションアクチュエータ部組４１の板バネ５３ａ〜５３ｄのバネの有効長５７よりも長くなっている。

このバネの有効長の長いアジマスアクチュエータ部組４０のホルダ１１の移動量の方が、エレベーションアクチュエータ部組４１のホルダ４５の移動量より大きくなっている。移動量の大きい方のバネの有効長を長くすることで、バネに発生する応力を小さくすることが容易となり、寿命の長い、耐久性の良い装置とすることができる。また、この方向を光の走査方向とすることで、光を移動角度の大きい高性能な装置とすることができる。本装置を車両に設置する場合に、この方向を水平方向とすることで、上述した効果を、よりよく享受することができる。

更に、図３に示されるように、Ｙ軸方向から見たとき、板バネ１８ａ、１８ｂと、板バネ１８ｃ、１８ｄに挟まれる領域内に板バネ５３ａ〜５３ｄが存在している。加えて、板バネ１８ａ〜１８ｄの両端に取り付けられたホルダ１１とバネ受け２０に挟まれる領域内に、板バネ５３ａ〜５３ｄの両端に取り付けられたホルダ４５とバネ受け５５が存在している。これにより、板バネ１８ａ〜１８ｄ、５３ａ〜５３ｄとホルダ１１、バネ受け２０、ホルダ４５、バネ受け５５が、交差することがないので、組立性を良好にすることができる。

尚、バネの設計によっては、図１３に示されるように、板バネ１８の有効長５８と、板バネ５３の有効長５７が同じとなることがある。この場合は、ホルダ１１とバネ受け２０の間にバネ受け５５が入らず、バネ受け２０と板バネ５３が交差してしまう。この場合も、Ｚ軸方向に板バネ１８と板バネ５３が横に並走する形式となっており、装置のＺ軸方向寸法が大きくなることなく、小型化することができる。また、組立性は若干不利になるが、アジマスアクチュエータ部組４０とエレベーションアクチュエータ部組４１が独立していない場合よりは良好である。

更に、バネ受け２０をコの字形状にして、板バネ５３を逃げることで、組立性を改善することも可能である。また、Ｙ軸方向から見たとき、板バネ１８と板バネ５３が重なっていないような構成とすることが、組立性を良好にできる。

尚、本実施形態では、板バネ１８ａ〜１８ｄに可動部になるホルダ１１、及びそれに取り付けられた部品より成るバネ系の基本共振周波数と、板バネ５３ａ〜５３ｄに可動部になるホルダ４５及びそれに取り付けられた部品より成るバネ系の基本共振周波数は、異なるものとしている。基本共振周波数が同じ場合、基本共振周波数付近で動作させたときに、バネ受け２０、５５を介して、他方を共鳴させる形で互いの振動が予期した振動より大きくなってしまうことがあるが、本実施形態では、上記基本共振周波数を異なるものとすることで、それを防ぎ、高性能な装置とすることができる。

また、本実施形態では板バネは金属製として説明したが、合成樹脂等で製作しても良い。但し、金属の方が、応力や固有値を計算しやすく、性能を高めやすい。更に、本実施形態のように、コイルヘの電流を流す役割を持たすこともできる。

［参考例］
以上、本発明は上記実施の形態に制限されることなく、さまざまに変形することができる。

レンズはシリンドリカルレンズとしていたが、例えば、レンズ１２のＹ軸方向にもレンズ効果を持たせ、レンズ４６によってＹ軸方向に曲げられた光の角度を更に拡大させるような効果を持たせても良い。このとき、レンズ１２は、一般的な軸を中心に回転対称なレンズではなく、Ｘ軸方向の位置によらず、Ｙ軸方向の形状が同じになるようなトーリックレンズである方が、レンズ１２の位置によらずレンズ４６の位置を調整する必要がなく、制御を容易にできるので、好ましいものとなる。

更に、シリンドリカルレンズであっても、トーリックレンズであっても、レンズの曲面は非球面形状とすると、光学特性を良好にすることができる。また、レンズは、フレネルレンズであっても良い。一般的なレンズのように厚くならず、可動部分の軽量化を図ることができる。

尚、移動させる駆動機構も、種々のものが考えられる。上述した実施形態では、磁石とコイルから成る機構で、可動部にコイルが付いていたが、逆にコイルを固定し、磁石を移動させるような構成としても良い。コイルを移動させる場合でも、コイルの中にヨークがないような構成も考えられる。

また、上述した実施形態では、スキャン装置を車両に搭載する例について述べたが、車両に限らず、光を走査するスキャン装置全般に適応できることはいうまでもない。但し、車両に搭載するスキャン装置では、振動や寿命、信頼性の点で、板バネで支持する需要が大きく、効果を享受しやすいものとなる。

更に、前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、該光スキャン装置の斜視図である。 本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、図１から右方向に９０度回転させた方向より見た光スキャン装置の斜視図である。 本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、光スキャン装置の上面図である。 本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、図３のＡ−Ａ′線に添った断面図である。 本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、図３のＢ−Ｂ′線に添った断面図である。 本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、図３のＣ−Ｃ′線に添った断面図である。 本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、図３のＤ−Ｄ′線に添った断面図である。 本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、該光スキャン装置の一部分解斜視図である。 光スキャン装置を構成するアジマスアクチュエータ部組を図４のＥ−Ｅ′線に添って切った断面図である。 光スキャン装置を構成するエレベーションアクチュエータ部組を図４のＦ−Ｆ′線に添って切った断面図である。 本光スキャン装置を車載用測距装置に用いた例を説明するための図である。 走査動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態の変形例を模式的に示した図である。

符号の説明

１０…光スキャン装置、１１、４５…レンズホルダ、１２、２６、２７、４６…レンズ、１３…アジマスコイル、１４…発光ダイオード、１６、５０…スリット、１７ａ、１７ｂ…鍔部、１８、１８ａ〜１８ｄ、５３、５３ａ〜５３ｄ…板バネ、２０、５５…バネ受け、２０ａ…凹部、２２ａ、２２ｂ、４４ａ、４４ｂ、６０ａ、６０ｂ…段部、２３ａ、２３ｂ、６１ａ、６１ｂ…シリコンゲル、２８、７０…ポジションセンサ、３０、３１ａ、３１ｂ、６３…ヨーク、３２ａ、３２ｂ、６８ａ、６８ｂ…磁石、３８…レーザダイオード、３５、７１…基板、４０…アジマスアクチュエータ部組、４１…エレベーションアクチュエータ部組、４２…レーザ部組、４７ａ、４７ｂ…エレベーションコイル、４８…発光ダイオード、６５ａ、６５ｂ、６６ａ、６６ｂ…立ち上げ部。

Claims (9)

1. 発光素子と、
   その光軸に垂直な第１の方向に移動したときに上記発光素子からの光をＸ軸方向に曲げる光学素子であって、Ｘ軸方向には凸レンズ形状で、且つ、Ｙ軸方向には直線形状である第１の光学素子と、
   上記第１の光学素子を備えた第１のホルダと、
   上記第１のホルダを第１の方向に移動可能に支持するもので、その一端が該第１のホルダに固定された第１の板バネ群と、
   上記第１の板バネ群の他端が固定された第２のホルダと、
   上記第１のホルダを駆動する第１の駆動手段と、
   その光軸及び上記第１の方向に垂直な第２の方向に移動したときに上記発光素子からの光をＹ軸方向に曲げる光学素子であって、Ｙ軸方向には凸レンズ形状で、且つ、Ｘ軸方向には直線形状である第２の光学素子と、
   第２の光学素子を備えた第３のホルダと、
   第２のホルダを第２の方向に移動可能に支持するもので、その一端が該第２のホルダに固定された第２の板バネ群と、
   上記第２の板バネ群の他端が固定された第４のホルダと、
   上記第２のホルダを駆動する第２の駆動手段と、
   を具備し、
   上記第２のホルダ及び上記第４のホルダは、当該光スキャン装置本体の固定部であるヨークを介してそれぞれ当該光スキャン装置本体に固定され、上記第１及び第２のホルダは上記光軸方向と同一の向きに配置されると共に、上記光軸に垂直な断面をとったとき、上記第１の板バネ群と上記第２の板バネ群が同時に存在する断面が存在することを特徴とする光スキャン装置。
2. 上記第１の板バネ群のバネの有効長が、上記第２の板バネ群のバネの有効長より長いことを特徴とする請求項１に記載の光スキャン装置。
3. 上記第１の板バネ群の系と、上記第２の板バネ群の系の基本共振周波数が異なることを特徴とする請求項１若しくは２に記載の光スキャン装置。
4. 上記第２の方向より投影したとき、上記第１のホルダ及び第１の板バネ群と、上記第３のホルダ及び第２の板バネ群との間で、重なりがないことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光スキャン装置。
5. 上記第１の板バネ群は上記第１の方向に離間する少なくとも２つの板バネより成り、上記第２の方向より投影したとき、前記離間する少なくとも２つの板バネの間に上記第２の板バネ群が全て含まれ、
   上記光軸方向には、上記第１のホルダと第２のホルダの間に上記第３のホルダ及び第４のホルダが存在することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光スキャン装置。
6. 上記第１の板バネ群及び第２の板バネ群は、各々２枚の金属板バネであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光スキャン装置。
7. 上記第１のホルダの移動可能寸法が、上記第２のホルダの移動可能寸法より大であることを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項に記載の光スキャン装置。
8. 上記発光素子を連続或いは間欠点灯させながら光を走査する方向は上記第１の方向であることを特徴とする請求項７に記載の光スキャン装置。
9. 上記光スキャン装置は車両に搭載され、上記第１の方向は地面に水平な向きであることを特徴とする請求項２乃至８の何れか１項に記載の光スキャン装置。

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