JP5331115B2 - Optical scanning actuator, optical scanning sensor, and object detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光によって所定の範囲を走査する光走査用アクチュエータ、光走査型センサおよび物体検出装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning actuator that scans a predetermined range with light, an optical scanning sensor, and an object detection device.
従来、レーザ光等の光によって所定の範囲を走査する光走査装置は、レーダ、スキャナ、プリンタ、印字マーカなど、様々な分野で利用されている。このような光走査装置として、走査光を通すレンズを保持するレンズホルダを取付対象に固定された固定ベースに対して上下左右方向に変位可能に片持ち支持することにより、走査光によって2次元的な領域を走査する光走査用アクチュエータが知られている(例えば、特許文献1を参照)。この光走査用アクチュエータは、レンズホルダの上下左右の4箇所に一端部が各々結合された4本の左右方向変位用板バネと、各左右方向変位用板バネの他端部が結合された可動支持部と、可動支持部の上下左右の4箇所を固定ベースと各々連結する4本の上下方向変位用板バネと、レンズホルダを上下左右方向へ2次元的に駆動する駆動手段とを備えている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an optical scanning device that scans a predetermined range with light such as laser light has been used in various fields such as a radar, a scanner, a printer, and a print marker. As such an optical scanning device, a lens holder that holds a lens through which scanning light is passed is cantilevered so as to be displaceable in the vertical and horizontal directions with respect to a fixed base fixed to an attachment target, thereby two-dimensionally using scanning light. An optical scanning actuator that scans a specific area is known (see, for example, Patent Document 1). This optical scanning actuator has four left and right direction displacement leaf springs each having one end portion coupled to each of the four upper, lower, left and right positions of the lens holder, and the other end portion of each left and right direction displacement leaf spring is coupled. A support portion; four vertical displacement plate springs that connect the four portions of the movable support portion in the vertical and horizontal directions to the fixed base; and drive means for two-dimensionally driving the lens holder in the vertical and horizontal directions. Yes.
しかしながら、上述した従来の光走査用アクチュエータでは、可動支持部が左右方向変位用板バネを介してレンズホルダを懸架する構成を有しているため、構成が複雑で部品点数が多く、レイアウトの自由度が少なかった。また、上下方向へは可動支持部のみならずレンズホルダも駆動することになるため、上下方向に対して左右方向よりも大きい駆動力を発生させなければならず、駆動効率が良好であるとは言い難かった。 However, in the conventional optical scanning actuator described above, the movable support portion has a configuration in which the lens holder is suspended via the lateral displacement plate spring. Therefore, the configuration is complicated, the number of parts is large, and the layout is free. The degree was low. Further, since not only the movable support portion but also the lens holder is driven in the vertical direction, a driving force larger than that in the horizontal direction must be generated in the vertical direction, and driving efficiency is good. It was hard to say.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レイアウトの自由度が高く、かつ良好な駆動効率を実現することができる光走査用アクチュエータ、光走査型センサおよび物体検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides an optical scanning actuator, an optical scanning sensor, and an object detection device that have a high degree of freedom in layout and can realize good driving efficiency. With the goal.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光走査用アクチュエータは、投光手段によって投光された光によって所定の範囲を走査する光走査用アクチュエータであって、取り付け対象に固定されるベース部材と、前記投光手段を保持する第1保持部材と、前記ベース部材と前記第1保持部材とを連結し、前記第1保持部材を前記ベース部材に対して変位可能に支持する第1支持手段と、前記第1保持部材を前記ベース部材に対して所定の方向へ駆動する第1駆動手段と、前記投光手段が投光する光が進行する側に位置し、前記投光手段が投光した光を透過、屈折または反射する投光用光学素子と、前記投光用光学素子を保持する第2保持部材と、前記第1駆動手段が前記第1保持部材を駆動する方向と異なる方向へ前記第2保持部材を駆動する第2駆動手段と、前記ベース部材と前記第2保持部材とを連結し、前記第2保持部材を前記ベース部材に対して変位可能に支持する第2支持手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an optical scanning actuator according to the present invention is an optical scanning actuator that scans a predetermined range with light projected by a light projecting unit, and is to be attached. A base member fixed to the base, a first holding member for holding the light projecting means, the base member and the first holding member are connected, and the first holding member can be displaced with respect to the base member. A first supporting means for supporting; a first driving means for driving the first holding member in a predetermined direction with respect to the base member; and a side where light emitted by the light projecting means travels, A light projecting optical element that transmits, refracts, or reflects light projected by the light projecting means, a second holding member that holds the light projecting optical element, and the first driving means drives the first holding member. In a direction different from the direction Second driving means for driving a holding member; and second support means for connecting the base member and the second holding member and supporting the second holding member so as to be displaceable with respect to the base member. It is characterized by that.
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記第1保持部材が変位する際に前記第1保持部材の重心が通過する平面と前記第2保持部材が変位する際に前記第2保持部材の重心が通過する平面とは直交することを特徴とする。 In the optical scanning actuator according to the present invention, in the above invention, when the first holding member is displaced, the plane through which the center of gravity of the first holding member passes and the second holding member are displaced when the first holding member is displaced. 2 The holding member is characterized by being orthogonal to a plane through which the center of gravity passes.
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記第1および第2支持手段は、板バネをそれぞれ有することを特徴とする。 In the optical scanning actuator according to the present invention as set forth in the invention described above, the first and second support means each include a leaf spring.
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記第1支持手段は複数の前記板バネを有し、複数の前記板バネの少なくとも一部は前記投光手段または前記第1駆動手段と電気的に接続されていることを特徴とする。 In the optical scanning actuator according to the present invention as set forth in the invention described above, the first support means includes a plurality of plate springs, and at least a part of the plurality of plate springs is the light projecting means or the first drive. It is electrically connected with the means.
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記第2保持部材によって前記投光用光学素子と並べて保持され、前記第1光学素子が出射した光が外部で反射されて戻ってくる反射光を集光して透過、屈折または反射する集光用光学素子をさらに備えたことを特徴とする。 In the above invention, the optical scanning actuator according to the present invention is held side by side with the light projecting optical element by the second holding member, and the light emitted from the first optical element is reflected outside and returned. It further comprises a condensing optical element that condenses and transmits, refracts or reflects the reflected light.
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記第1および第2支持手段は、板バネをそれぞれ有することを特徴とする。 In the optical scanning actuator according to the present invention as set forth in the invention described above, the first and second support means each include a leaf spring.
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記第1保持部材は、前記集光用光学素子が出射した反射光を受光する受光手段を保持することを特徴とする。 In the optical scanning actuator according to the present invention as set forth in the invention described above, the first holding member holds a light receiving means for receiving the reflected light emitted from the condensing optical element.
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記第1支持手段は複数の前記板バネを有し、複数の前記板バネの少なくとも一部は前記投光手段、前記受光手段または前記第1駆動手段と電気的に接続されていることを特徴とする。 In the optical scanning actuator according to the present invention, in the above invention, the first support means includes a plurality of plate springs, and at least a part of the plurality of plate springs includes the light projecting means, the light receiving means, or the light receiving means. It is electrically connected to the first driving means.
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記第2支持手段は板バネを有することを特徴とする。 In the optical scanning actuator according to the present invention as set forth in the invention described above, the second support means includes a leaf spring.
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記集光用光学素子の表面積は前記投光用光学素子の表面積よりも大きいことを特徴とする。 In the optical scanning actuator according to the present invention as set forth in the invention described above, the surface area of the condensing optical element is larger than the surface area of the light projecting optical element.
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記集光用光学素子はレンズであることを特徴とする。 In the optical scanning actuator according to the present invention as set forth in the invention described above, the condensing optical element is a lens.
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記投光用光学素子はレンズであることを特徴とする。 In the optical scanning actuator according to the present invention as set forth in the invention described above, the light projecting optical element is a lens.
また、本発明に係る光走査型センサは、上記発明に記載した光走査用アクチュエータと、前記投光手段と、前記受光手段と、を備えたことを特徴とする。 Further, an optical scanning sensor according to the present invention includes the optical scanning actuator described in the above invention, the light projecting unit, and the light receiving unit.
また、本発明に係る物体検出装置は、上記発明に記載した光走査型センサと、前記第1および第2駆動手段の駆動を制御する制御手段と、前記受光手段が受光した反射光に基づいて物体の検出を行う検出手段と、を備えたことを特徴とする。 Further, an object detection apparatus according to the present invention is based on the optical scanning sensor described in the above invention, a control unit that controls driving of the first and second driving units, and reflected light received by the light receiving unit. And detecting means for detecting an object.
本発明によれば、走査用の光を投光する投光手段を直接変位させるとともに、投光手段が投光した光を走査光として外部へ出射する投光用光学素子を投光手段と異なる方向へ独立に変位させる構成としているため、構成が単純であって部品点数が少なくて済み、レイアウトの自由度が高い。また、投光手段を保持する第1保持部材と投光用光学素子を保持する第2保持部材は互いに独立に駆動することができるため、一方の保持部材に対して構造上の理由から大きな駆動力を発生させる必要がない。したがって、良好な駆動効率を実現することができる。 According to the present invention, the light projecting means for projecting the scanning light is directly displaced, and the light projecting optical element for emitting the light projected by the light projecting means to the outside as the scanning light is different from the light projecting means. Since it is configured to be displaced independently in the direction, the configuration is simple, the number of parts is small, and the degree of freedom in layout is high. In addition, since the first holding member that holds the light projecting unit and the second holding member that holds the light projecting optical element can be driven independently of each other, the one holding member has a large drive for structural reasons. There is no need to generate force. Therefore, good driving efficiency can be realized.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態(以後、「実施の形態」と称する)を説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described with reference to the accompanying drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る光走査用アクチュエータの構成を示す斜視図である。図2は、図1のA−A線部分断面図である。図3は、図1のB−B線部分断面図である。図1〜図3に示す光走査用アクチュエータ1は、走査光としてレーザ光を投光するレーザダイオード等の投光素子2(投光手段)を保持する投光素子ホルダ3(第1保持部材)、投光素子2が投光したレーザ光を透過または屈折することによって外部へ出射する投光用レンズ4(投光用光学素子)、投光用レンズ4を保持するレンズホルダ5(第2保持部材)を備える。以下の説明においては、投光素子2が投光するレーザ光の光線方向を前方とする。また、上下方向、左右方向については、投光素子2から見た前方を基準として図1に示すように定める。(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical scanning actuator according to Embodiment 1 of the present invention. 2 is a partial cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a partial cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1 to 3 includes a light projecting element holder 3 (first holding member) that holds a light projecting element 2 (light projecting means) such as a laser diode that projects laser light as scanning light. , A light projecting lens 4 (light projecting optical element) that emits to the outside by transmitting or refracting the laser light projected by the
投光素子ホルダ3には、前後方向に延在する複数の板バネ6の端部がそれぞれ取り付けられており、板バネ6によって片持ち状態で支持されている。板バネ6のもう一方の端部は、板バネホルダ7を介してプリント基板(PWB)からなるベース板8に固定されている。板バネ6は、たわんでいない状態(図1に示す状態)で主面の法線方向が上下方向と平行であるため、ベース板8に対して上下方向にたわむことができる。したがって、投光素子ホルダ3は、複数の板バネ6によってベース板8に対して上下方向に変位可能に支持されている。なお、複数の板バネ6の代わりに、互いに幅が異なる複数の板バネを用いてもよい。
End portions of a plurality of
板バネ6の端部のうち板バネホルダ7によって保持される端部には、板バネ6の延在方向に沿って突起した突起部6aが設けられている。突起部6aは、ベース板8の板厚方向を貫通して形成された孔部(図示せず)に挿通され、ベース板8の後方へ突出している。
Of the end portions of the
レンズホルダ5の左右両端には、前後方向に延在する板バネ10の端部が固定部材9を介してそれぞれ取り付けられており、板バネ10によって片持ち状態で支持されている。板バネ10のもう一方の端部は支持部材11に取り付けられている。支持部材11は、ベース板8に固定されているブロック状の胴部11aと、胴部11aから左方向に延在する左アーム11bと、左アーム11bの左端に位置し、レンズホルダ5の左端に取り付けられた板バネ10の一端が固定部材9を介して取り付けられる左軸部11cと、胴部11aから右方向に延在する右アーム11dと、右アーム11dの右端に位置し、レンズホルダ5の右端に取り付けられた板バネ10の一端が固定部材9を介して取り付けられる右軸部11eと、左軸部11cおよび右軸部11eをベース板8にそれぞれ固定する複数のボス部11fと、を有する。支持部材11は、ベース板8とともに光走査用アクチュエータ1の取り付け対象に固定されるベース部材を構成する。ここでいう「取り付け対象」とは、例えば光走査用アクチュエータ1を構成要素として含む走査型レーザレーダ装置の筐体部分などである。
End portions of a
板バネ10は、たわんでいない状態(図1に示す状態)で主面の法線方向が左右方向と平行であるため、支持部材11に対して左右方向にたわむことができる。したがって、レンズホルダ5は、2枚の板バネ10により、支持部材11に対して左右方向に変位可能に支持されている。なお、2枚の板バネ10の代わりに複数の板バネを用いてレンズホルダ5と支持部材11とを連結してもよい。
The
板バネ6、10は、ベリリウム銅、リン青銅またはステンレスなどの薄板バネ材からなり、プレス加工による打ち抜き成形やエッチング成形によって形成される。なお、板バネ6、10の表面に粘弾性を有するポリマーシート等の素材を貼付してもよい。このような素材を貼付することにより、板バネ6、10を適切にダンピングさせることができる。
The
板バネ6は、ベース部材と投光素子ホルダ3とを連結し、投光素子ホルダ3をベース部材に対して変位可能に支持する第1支持手段を構成する。また、板バネ10は、ベース部材とレンズホルダ5とを連結し、レンズホルダ5をベース部材に対して変位可能に支持する第2支持手段を構成する。
The
胴部11aには、鉄等の軟磁性材からなるヨーク12が取り付けられている。ヨーク12は、前方を開口とするU字状の断面を有するメインヨーク12aと、メインヨーク12aの開口部分に嵌め合わされる平板状のバックヨーク12bとを有し、中空部を有する閉じた形状をなしている。
A
ヨーク12の中空部には、投光素子ホルダ3に対して駆動力を伝達するホルダ駆動部材13の一部が貫通している。ホルダ駆動部材13は、略平板状をなしてヨーク12を貫通する貫通部13aと、貫通部13aの背面から後方に延在し、投光素子ホルダ3に固定される固定部13bとを有する。貫通部13aの前面には、上下方向および左右方向とそれぞれ平行な開口面を有するコイル14が設けられている。貫通部13aの上下方向の高さは、板バネ6が変位しても投光素子ホルダ3およびコイル14がヨーク12と接触しない大きさに設定される。
A part of the
バックヨーク12bの背面でコイル14と対向する位置には、板状の磁石15が取り付けられている。磁石15の磁極は、コイル14に電流を流す時にその電流を介してホルダ駆動部材13および投光素子ホルダ3に上下方向の力が働くように配列されている。
A plate-
ヨーク12および磁石15は閉じた磁気回路を形成しており、ホルダ駆動部材13およびコイル14とともに、投光素子ホルダ3をベース部材に対して所定の方向へ駆動する第1駆動手段を構成する。
The
レンズホルダ5の中央部の背面には、上下方向および左右方向と平行な開口面を有するコイル16が設けられている。コイル16の周囲には、ヨーク12と同様の材料を用いて形成されるヨーク17が設けられている。ヨーク17は、前方を開口とするU字状の断面を有するメインヨーク17aと、メインヨーク17aの開口部分に嵌め合わされる平板状のバックヨーク17bとを有し、閉じた形状をなしている。ヨーク17の中空部には、レンズホルダ5が貫通している。メインヨーク17aの内周面でコイル16と対向する位置には、板状の磁石18が取り付けられている。磁石18の磁極は、コイル16に電流を流す時にその電流を介してレンズホルダ5に左右方向の力が働くように配列されている。
A
ヨーク17および磁石18は閉じた磁気回路を形成しており、コイル16とともにレンズホルダ5をベース板8に対して駆動する第2駆動手段を構成する。第2駆動手段がレンズホルダ5を駆動する方向は、第1駆動手段が投光素子ホルダ3を駆動する方向と異なっている。
The
バックヨーク12bの背面とメインヨーク17aの前面との間には、両者を固着して連結する平板状の連結部材19が設けられている。
Between the back surface of the
投光素子ホルダ3、レンズホルダ5、支持部材11、ホルダ駆動部材13および連結部材19は、例えば衝撃強度に優れたポリカーボネートなどの合成樹脂を用いて形成される。なお、投光素子ホルダ3やレンズホルダ5を形成する際には、板バネ、コイル、レンズをインサート成形してもよい。このようなインサート成形を行うことにより、光走査用アクチュエータ1の組み付けを容易にかつ高精度で行うことが可能となる。
The light projecting
以上の構成を有する光走査用アクチュエータ1においては、複数の板バネ6の少なくとも一部が電気的接合部材の機能を有している。すなわち、複数の板バネ6には、投光素子2を駆動する投光回路と投光素子2とを接続する配線の一部をなすか、またはコイル14に電流を流す制御回路とコイル14とを接続する配線の一部をなすものが含まれる。このため、投光素子2やコイル14への給電用配線としてFPCやテープ配線を用いる必要がなくなる。このように、複数の板バネ6の少なくとも一部を給電用の電気的接合部材として機能させることにより、部品点数の削減と低コスト化を実現することができる。なお、上述した投光回路や制御回路は、ベース板8に搭載することができる。また、投光回路を投光素子ホルダ3に搭載してもよい。
In the optical scanning actuator 1 having the above configuration, at least a part of the plurality of
図4は、投光素子2および投光素子ホルダ3の変位の態様を模式的に示す図であり、図1の矢視C方向から見た図である。なお、図4では、下向き矢印を介して一つ上に記載された状態における投光素子2、投光素子ホルダ3および板バネ6の位置を一点鎖線で記載している。コイル14に制御回路からの電流が流れると、この電流に応じて発生する電磁力により、投光素子2および投光素子ホルダ3は上下方向に変位する。図4に示すように、投光素子2および投光素子ホルダ3は板バネ6のたわみに応じて上下方向だけでなく前後方向にも若干変位するが、左右方向には変位しない。したがって、投光素子2および投光素子ホルダ3の重心は、変位する際に常に同じ平面(図4の平面と平行な平面)を通過する。このため、投光素子ホルダ3の変位の途中で投光素子ホルダ3とベース板8との距離は変化するが、投光素子2が光を投光する方向は常に一定(図4の場合には前方)である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a displacement mode of the
図5は、レンズホルダ5の変位の態様を模式的に示す図であり、図1の矢視D方向から見た図である。図5においても、下向き矢印を介して一つ上に記載された状態におけるレンズホルダ5と板バネ10の位置を一点鎖線で記載している。コイル16に制御回路からの電流が流れると、この電流に応じて発生する電磁力により、レンズホルダ5は左右方向に変位する。図5に示すように、レンズホルダ5は板バネ10のたわみに応じて左右方向だけでなく前後方向にも若干変位するが、上下方向には変位しない。したがって、レンズホルダ5の重心は、変位する際に常に同じ平面(図5の平面と平行な平面)を通過する。このため、レンズホルダ5の変位の途中でレンズホルダ5と支持部材11との距離は変化するが、2枚の板バネ10はレンズホルダ5の左右両端に取り付けられているため、レンズホルダ5の前面(および背面)は常に前後方向と直交した状態を保つ。図4、図5からも明らかなように、レンズホルダ5が変位する際にその重心が通過する平面は、投光素子ホルダ3が変位する際にその重心が通過する平面と直交している
FIG. 5 is a diagram schematically showing a displacement mode of the
投光素子ホルダ3によって保持される投光素子2が投光したレーザ光は、レンズホルダ5によって保持される投光用レンズ4が透過または屈折することによって外部へ出射される。この際、投光素子ホルダ3とレンズホルダ5が独立に変位するため、レーザ光は2次元領域を走査することとなる。この2次元領域は、投光素子ホルダ3およびレンズホルダ5の最大変位量(振動の振幅に相当)を調整することによって適当に設定することができる。例えば、光走査用アクチュエータ1を自動車等の車両に搭載し、出射したレーザ光の反射光を用いて車両の進行方向に存在する障害物を検出する場合には、上下方向の最大変位量よりも左右方向の最大変位量の方が大きくなるように設定するのが好ましい。また、光走査用アクチュエータ1を用いることによって歩道橋などから交差点を通過する車両等を検出するような場合には、前方が交差点の中心部を指向するように斜め下向きに設置し、上下方向の最大変位量と左右方向の最大変位量がほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。
The laser light projected by the
以上説明した本発明の実施の形態1によれば、投光素子2を直接変位させるとともに、投光用レンズ4を投光素子2と異なる方向へ独立に変位させる構成としているため、構成が単純であって部品点数が少なくて済み、レイアウトの自由度が高い。また、投光素子ホルダ3とレンズホルダ5は独立に駆動することができるため、いずれか一方のホルダに対して構造上の理由から大きな駆動力を発生させる必要がない。したがって、良好な駆動効率を実現することができる。
According to the first embodiment of the present invention described above, since the
また、本実施の形態1によれば、投光素子2を投光素子ホルダ3に取り付けて直接変位させる構成としているため、投光素子2と投光用レンズ4との距離を小さくすることができる。この結果、投光素子2および投光素子ホルダ3の動作時の最大変位量を小さくすることができ、光走査用アクチュエータ1の小型化、省電力化を実現することができる。
Further, according to the first embodiment, since the
また、本実施の形態1によれば、投光素子ホルダ3が変位する際にその重心が通過する平面とレンズホルダ5が変位する際にその重心が通過する平面とが直交しているため、レーザ光による2次元領域への走査を満遍なく行うことができる。
Further, according to the first embodiment, the plane through which the center of gravity passes when the light projecting
また、本実施の形態1によれば、複数の板バネ6の少なくとも一部を給電用の電気的接合部材として機能させることにより、投光素子2やコイル14への給電に要する部品点数を削減し、低コスト化を実現することができる。
Further, according to the first embodiment, at least a part of the plurality of
また、本実施の形態1によれば、投光素子ホルダ3とレンズホルダ5とは独立に組み付けることができるため、上記特許文献1に記載の従来技術と比較して組み付けが容易であり、かつ高精度な位置合わせが可能である。
Further, according to the first embodiment, since the light projecting
図6は、本発明の実施の形態1の変形例に係る光走査用アクチュエータの構成を示す斜視図である。同図に示す光走査用アクチュエータ20は、上述した光走査用アクチュエータ1の構成に加えて、投光用レンズ4から出射されたレーザ光(走査光)が外部の物体に反射されて戻ってくる反射光を集光し、この集光した反射光を透過または屈折する集光用レンズ21(集光用光学素子)を備える。集光用レンズ21は、レンズホルダ5によって投光用レンズ4と左右に並べて保持されている。投光用レンズ4の表面の中心の法線方向と集光用レンズ21の表面の中心の法線方向とは略平行である。図6に示すように、集光用レンズ21の表面積が投光用レンズ4の表面積よりも大きければ、反射光を一段と確実に集光することができるのでより好ましい。
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of an optical scanning actuator according to a modification of the first embodiment of the present invention. The
集光用レンズ21が透過または屈折して後方へ出射した反射光は、フォトダイオード等の受光素子によって受光される。受光素子の設置位置は、集光用レンズ21の位置に応じて適宜定めればよい。
The reflected light that is transmitted or refracted by the condensing
以上説明した本発明の実施の形態1の変形例によれば、レンズホルダ5が投光用レンズ4と集光用レンズ21を互いの近傍に並べて保持しているため、投光用レンズ4が出射した走査光の反射光を集光用レンズ21が精度よく集光することができる。
According to the modification of the first embodiment of the present invention described above, the
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2に係る光走査型センサの構成を示す斜視図である。図8は、図7のE−E線部分断面図である。これらの図に示す光走査型センサ31は、レーザ光を投光するレーザダイオード等の投光素子2(投光手段)と、投光素子2が投光したレーザ光を走査光として外部へ出射する光走査用アクチュエータ32と、光走査用アクチュエータ32が出射した走査光が外部の物体によって反射されて戻ってくる反射光を受光するフォトダイオード等の受光素子33(受光手段)とを備える。以下の説明においては、投光素子2が投光するレーザ光の光線方向を前方とする。また、上下方向、左右方向については、投光素子2から見た前方を基準として図7に示すように定める。なお、図7および図8において、上記実施の形態1に係る光走査用アクチュエータ1の構成要素と同じ構成要素については、図1および図2と同じ符号を付している。(Embodiment 2)
FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the optical scanning sensor according to
光走査用アクチュエータ32は、投光素子2および受光素子33を保持する投受光素子ホルダ34(第1保持部材)と、投光素子2が投光したレーザ光を透過または屈折する投光用レンズ4(投光用光学素子)と、レンズホルダ5によって投光用レンズ4と左右に並べて保持され、投光用レンズ4が出射したレーザ光の反射光を集光し、この集光した反射光を透過または屈折する集光用レンズ21(集光用光学素子)とを備える。
The
投受光素子ホルダ34には、前後方向に延在する2枚の板バネ35、36の一端部がそれぞれ取り付けられており、板バネ35、36によって片持ち状態で支持されている。板バネ35は投光素子2の後方に位置する一方、板バネ36は受光素子33の後方に位置している。板バネ35の他端部は板バネホルダ37を介してプリント基板(PWB)からなるベース板38に固定されている。また、板バネ36の他端部は板バネホルダ39を介してベース板38に固定されている。板バネ35、36は、たわんでいない状態(図7に示す状態)で主面の法線方向が上下方向と平行であるため、ベース板38に対して上下方向にたわむことができる。したがって、投受光素子ホルダ34は、板バネ35、36によってベース板38に対して上下方向に変位可能に支持されている。板バネ35、36は、ベース板38および後述する支持部材40からなるベース部材と投受光素子ホルダ34とを連結し、投受光素子ホルダ34をベース部材に対して変位可能に支持する第1支持手段を構成する。
One end of two
レンズホルダ5の左右両端には、前後方向に延在する板バネ10の端部が固定部材9を介してそれぞれ取り付けられている。板バネ10のもう一方の端部は支持部材40に取り付けられている。支持部材40は、ベース板38に固定されているブロック状の胴部40aと、胴部40aから左方向に延在する左アーム40bと、左アーム40bの左端に位置し、レンズホルダ5の左端に取り付けられた板バネ10の一端が固定部材9を介して取り付けられる左軸部40cと、胴部40aから右方向に延在する右アーム40dと、右アーム40dの右端に位置し、レンズホルダ5の右端に取り付けられた板バネ10の一端が固定部材9を介して取り付けられる右軸部40eと、左軸部40cおよび右軸部40eをベース板38にそれぞれ取り付ける複数のボス部40fと、を有する。
End portions of a
板バネ10は、たわんでいない状態(図7に示す状態)で主面の法線方向が左右方向と平行であるため、ベース板38に対して左右方向にたわむことができる。したがって、レンズホルダ5は、2枚の板バネ10により、ベース板38に対して左右方向に変位可能に支持されている。
The
胴部40aにはヨーク12が取り付けられている。ヨーク12の中空部には、投受光素子ホルダ34に対して駆動力を伝達するホルダ駆動部材41の一部が貫通している。ホルダ駆動部材41は、略平板状をなしてヨーク12を貫通する貫通部41aと、各々が貫通部41aの背面から後方に延在し、投受光素子ホルダ34に固定される二つの固定部41bとを有する。貫通部41aの前面には、上下方向および左右方向とそれぞれ平行な開口面を有するコイル14が設けられている。貫通部41aの上下方向の高さは、板バネ35、36が変位しても投受光素子ホルダ34およびコイル14がヨーク12と接触しない大きさに設定される。
A
バックヨーク12bの背面に取り付けられている磁石15の磁極は、コイル14に電流を流す時にその電流を介してホルダ駆動部材41および投受光素子ホルダ34に上下方向の力が働くように配列されている。
The magnetic poles of the
ヨーク12、コイル14、磁石15およびホルダ駆動部材41は、投受光素子ホルダ34を、ベース板38および支持部材40によって構成されるベース部材に対して所定の方向へ駆動する第1駆動手段を構成する。
The
投受光素子ホルダ34、支持部材40およびホルダ駆動部材41は、レンズホルダ5と同様に合成樹脂を用いて形成される。
The light projecting / receiving
図9は、以上の構成を有する光走査型センサ31を含み、所定の範囲内における物体を検出する物体検出装置の機能構成を模式的に示す図である。同図に示す物体検出装置200は、光走査型センサ31に加えて、投光素子2を駆動してレーザ光を出射させる投光回路201、受光素子33が受光した反射光を光電変換して出力する受光回路202、受光素子33が受光した反射光に基づく信号を用いて物体を検出する検出部203(検出手段)、情報が入力される入力部204、物体検出結果を含む情報を出力する出力部205、物体検出結果や検出条件等の情報を記憶する記憶部206、物体検出装置200の動作を制御する制御回路207(制御手段)を備える。投光回路201、受光回路202および制御回路207は、ベース板38に搭載することができる。
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of an object detection apparatus that includes the
制御回路207は、コイル14、16の各々と個別に回路を形成しており、コイル14、16に対して異なる電流を流す機能を有する。制御回路207からコイル14、16にそれぞれ電流が流れると、流れた電流に応じて発生する電磁力により、投受光素子ホルダ34は上下方向に変位する一方、レンズホルダ5は左右方向に変位する。
The control circuit 207 forms a circuit individually with each of the
板バネ35、36が互いに同じ形状および物性を有している場合、投受光素子ホルダ34の変位の態様は、上述した実施の形態1における投光素子ホルダ3の変位の態様と同様である(図4を参照)。この場合、投光素子2および受光素子33は、常に一定の方向を指向している。また、レンズホルダ5の変位の態様は上述した実施の形態1と同じである(図5を参照)。なお、板バネ35、36が互いに異なる形状および物性を有していてもよい。
When the
本実施の形態2において、投受光素子ホルダ34およびレンズホルダ5の最大変位量は、物体検出装置200の用途に応じて適当に設定することができる。
In the second embodiment, the maximum displacement amounts of the light projecting / receiving
以上説明した本発明の実施の形態2によれば、投光素子2を直接変位させるとともに、投光用レンズ4を投光素子2と異なる方向へ独立に変位させる構成としているため、構成が単純であって部品点数が少なくて済み、レイアウトの自由度が高い。また、投受光素子ホルダ34とレンズホルダ5は独立に駆動することができるため、いずれか一方のホルダに対して構造上の理由から大きな駆動力を発生させる必要がない。したがって、良好な駆動効率を実現することができる。
According to the second embodiment of the present invention described above, since the
また、本実施の形態2によれば、投受光素子ホルダ34が変位する際にその重心が通過する平面とレンズホルダ5が変位する際にその重心が通過する平面とが直交しているため、レーザ光による2次元領域への走査を満遍なく行うことができる。
According to the second embodiment, the plane through which the center of gravity passes when the light projecting / receiving
また、本実施の形態2によれば、投受光素子ホルダ34が投光素子2および受光素子33を保持する一方、レンズホルダ5が投光用レンズ4および集光用レンズ21を保持する。したがって、少ない部品点数で光走査型センサを実現することが可能となる。
According to the second embodiment, the light projecting / receiving
また、本実施の形態2によれば、投光素子2および受光素子33を投受光素子ホルダ34に取り付けて直接変位させる構成としているため、投光素子2と投光用レンズ4との距離および受光素子33と集光用レンズ21との距離を小さくすることができる。この結果、投光素子2、受光素子33および投受光素子ホルダ34の動作時の最大変位量を小さくすることができ、光走査用アクチュエータ32の小型化、省電力化を実現することができる。
Further, according to the second embodiment, since the
また、本実施の形態2によれば、投受光素子ホルダ34とレンズホルダ5とは独立に組み付けることができるため、上記特許文献1に記載の従来技術と比較して組み付けが容易であり、かつ高精度な位置合わせが可能である。
Further, according to the second embodiment, the light projecting / receiving
なお、本実施の形態2において、板バネ35、36の代わりに複数の板バネ6を用いることによって第1および第2支持手段を構成し、上述した実施の形態1と同様に、複数の板バネ6の少なくとも一部を給電用の電気的接合部材として機能させてもよい。この場合には、投光回路201および受光回路202を投受光素子ホルダ34に搭載してもよい。
In the second embodiment, the first and second support means are configured by using a plurality of plate springs 6 instead of the plate springs 35 and 36, and a plurality of plates are formed as in the first embodiment. At least a part of the
ここまで、本発明を実施するための最良の形態を説明してきたが、本発明は上述した二つの実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、第1保持部材が変位する際にその重心が通過する平面と第2保持部材が変位する際にその重心が通過する平面とは異なっていればよく、直交していなくてもよい。 The best mode for carrying out the present invention has been described so far, but the present invention should not be limited only by the above-described two embodiments. For example, the plane through which the center of gravity passes when the first holding member is displaced may be different from the plane through which the center of gravity passes when the second holding member is displaced, and may not be orthogonal.
また、投光手段としてレンズの代わりにミラーを適用してもよい。この場合には、投光手段をミラーの斜め上前方に設ければよい。 Further, a mirror may be applied as the light projecting means instead of the lens. In this case, the light projecting means may be provided obliquely above the front of the mirror.
また、第1支持手段や第2支持手段を板バネ以外の弾性部材(例えば線バネ)によって実現してもよい。 Moreover, you may implement | achieve a 1st support means and a 2nd support means with elastic members (for example, wire spring) other than a leaf | plate spring.
また、走査光としてレーザ光以外の光を用いることも可能である。 In addition, light other than laser light can be used as scanning light.
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。 Thus, the present invention can include various embodiments and the like not described herein, and various design changes and the like can be made without departing from the technical idea specified by the claims. It is possible to apply.
本発明は、走査型レーザレーダ装置、レーザスキャナ、レーザプリンタ、レーザマーカ、物体監視装置等に有用であり、特に車載用の走査型レーザレーダ装置に適している。 The present invention is useful for a scanning laser radar device, a laser scanner, a laser printer, a laser marker, an object monitoring device, and the like, and is particularly suitable for an on-vehicle scanning laser radar device.
1、20、32 光走査用アクチュエータ
2 投光素子
3 投光素子ホルダ
4 投光用レンズ
5 レンズホルダ
6、10、35、36 板バネ
6a 突起部
7、37、39 板バネホルダ
8、38 ベース板
9 固定部材
11、40 支持部材
11a、40a 胴部
11b、40b 左アーム
11c、40c 左軸部
11d、40d 右アーム
11e、40e 右軸部
11f、40f ボス部
12、17 ヨーク
12a、17a メインヨーク
12b、17b バックヨーク
13、41 ホルダ駆動部材
13a、41a 貫通部
13b、41b 固定部
14、16 コイル
15、18 磁石
19 連結部材
21 集光用レンズ
31 光走査型センサ
33 受光素子
34 投受光素子ホルダ
200 物体検出装置
201 投光回路
202 受光回路
203 検出部
204 入力部
205 出力部
206 記憶部
207 制御回路DESCRIPTION OF
Claims (14)
取り付け対象に固定されるベース部材と、
前記投光手段を保持する第1保持部材と、
前記ベース部材と前記第1保持部材とを連結し、前記第1保持部材を前記ベース部材に対して変位可能に支持する第1支持手段と、
前記第1保持部材を前記ベース部材に対して所定の方向へ駆動する第1駆動手段と、
前記投光手段が投光する光が進行する側に位置し、前記投光手段が投光した光を透過、屈折または反射する投光用光学素子と、
前記投光用光学素子を保持する第2保持部材と、
前記第1駆動手段が前記第1保持部材を駆動する方向と異なる方向へ前記第2保持部材を駆動する第2駆動手段と、
前記ベース部材と前記第2保持部材とを連結し、前記第2保持部材を前記ベース部材に対して変位可能に支持する第2支持手段と、
を備えたことを特徴とする光走査用アクチュエータ。An optical scanning actuator that scans a predetermined range with light projected by a light projecting means,
A base member fixed to an attachment target;
A first holding member for holding the light projecting means;
First support means for connecting the base member and the first holding member, and supporting the first holding member displaceably with respect to the base member;
First driving means for driving the first holding member in a predetermined direction with respect to the base member;
A light projecting optical element that is located on a side where the light projected by the light projecting unit travels, and that transmits, refracts, or reflects the light projected by the light projecting unit;
A second holding member for holding the light projecting optical element;
Second driving means for driving the second holding member in a direction different from a direction in which the first driving means drives the first holding member;
A second support means for connecting the base member and the second holding member and supporting the second holding member displaceably with respect to the base member;
An optical scanning actuator comprising:
前記集光用光学素子が出射した反射光を受光する受光手段を保持することを特徴とする請求項5記載の光走査用アクチュエータ。The first holding member is
6. The optical scanning actuator according to claim 5, further comprising a light receiving means for receiving reflected light emitted from the condensing optical element.
前記投光手段と、
前記受光手段と、
を備えたことを特徴とする光走査型センサ。An optical scanning actuator according to any one of claims 7 to 9,
The light projecting means;
The light receiving means;
An optical scanning sensor comprising:
前記第1および第2駆動手段の駆動を制御する制御手段と、
前記受光手段が受光した反射光に基づいて物体の検出を行う検出手段と、
を備えたことを特徴とする物体検出装置。An optical scanning sensor according to claim 13,
Control means for controlling the driving of the first and second driving means;
Detecting means for detecting an object based on reflected light received by the light receiving means;
An object detection apparatus comprising:
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