JP6356454B2 - Optical scanner and vehicle headlamp device - Google Patents

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Description

本発明は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスとして製造された光偏向器を備える光スキャナ及び車両用前照灯装置に関する。   The present invention relates to an optical scanner including an optical deflector manufactured as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device and a vehicle headlamp device.

MEMSデバイスの光偏向器を装備する光スキャナ及びそれを装備する車両用前照灯装置が知られている(例:特許文献1)。   An optical scanner equipped with an optical deflector of a MEMS device and a vehicle headlamp device equipped with the same are known (eg, Patent Document 1).

特許文献1の車両用前照灯装置における光スキャナの光偏向器は、反射部を有し、該反射部を相互に直交する2つの軸線の回りに回動させつつ、光源からの光を該反射部における反射により偏向させ、反射光により車両前方の照射領域を走査するようになっている。該車両用前照灯装置は、また、光偏向器から出射する走査光の光スポットの径、光スポットの車幅方向走査速度、光スポットの車両前後方向走査速度、レーザ光源の発光量を制御して、照射領域に対して種々の配光パターンを生成することができる。   The optical deflector of the optical scanner in the vehicle headlamp device of Patent Document 1 has a reflection portion, and rotates the reflection portion around two axes orthogonal to each other, and transmits the light from the light source. The light is deflected by reflection at the reflection portion, and the irradiation area in front of the vehicle is scanned by reflected light. The vehicle headlamp device also controls the diameter of the light spot of the scanning light emitted from the optical deflector, the scanning speed of the light spot in the vehicle width direction, the scanning speed of the light spot in the vehicle longitudinal direction, and the amount of light emitted from the laser light source. Thus, various light distribution patterns can be generated for the irradiation region.

一方、特許文献2は、光偏向器はMEMSデバイスではないものの、光偏向器を備える光スキャナからの走査光により車両の前方を照射する車両用前照灯装置を開示する。該車両用前照灯装置でも、光スキャナの光偏向器の反射部を軸線の回りに往復回動させるとともに、反射部の回動速度や、光源の出力を制御して、種々の配光パターンを生成している。   On the other hand, Patent Document 2 discloses a vehicle headlamp device that irradiates the front of a vehicle with scanning light from an optical scanner including the optical deflector, although the optical deflector is not a MEMS device. Also in the vehicle headlamp device, the light deflector of the optical scanner is reciprocally rotated around the axis, and the rotational speed of the reflector and the output of the light source are controlled to provide various light distribution patterns. Is generated.

特開2013−8480号公報JP 2013-8480 A 特開2009−48786号公報JP 2009-48786 A

光源からの光を、軸線の回りに往復回動させる反射部により反射して、反射光を走査光として使用するとともに、走査光の照度等の制御を介して配光パターンを種々制御する車両用前照灯装置では、きめ細かな配光パターンが必要となる。例えばプロジェクタにおけるVGA解像度(640×480画素)並みの分解能の配光パターンを得るためには、水平方向には、18kHz以上の走査周波数及び約50°の振れ角が必要となるとともに、垂直方向には、約60Hzの走査周波数及び約30°の振れ角が必要となる。   For vehicles that reflect light from a light source by a reflector that reciprocates around an axis and uses the reflected light as scanning light, and variously control the light distribution pattern through control of the illuminance etc. of the scanning light In the headlamp device, a fine light distribution pattern is required. For example, in order to obtain a light distribution pattern with resolution equivalent to VGA resolution (640 × 480 pixels) in a projector, a horizontal scanning direction requires a scanning frequency of 18 kHz or more and a deflection angle of about 50 °, and a vertical direction. Requires a scanning frequency of about 60 Hz and a deflection angle of about 30 °.

特許文献2の光スキャナのように、光偏向器が、MEMSデバイスの光偏向器ではなく、通常の機械の回動機構を用いる光偏向器である場合、走査周波数及び振れ角について、垂直方向走査には、上記のような値を確保できるものの、水平方向走査については、上記のような値を達成することは無理である。   When the optical deflector is not an optical deflector of a MEMS device but an optical deflector using a rotation mechanism of a normal machine as in the optical scanner of Patent Document 2, vertical scanning is performed with respect to the scanning frequency and the deflection angle. Although the above values can be secured, it is impossible to achieve the above values for horizontal scanning.

特許文献1の光スキャナの光偏向器を含め、従来のMEMSデバイスの光偏向器は、反射部は唯一となっている。また、所望の高速の共振周波数を得るためには、構造設計シミュレーションから反射部の大型化は困難であり、反射部は、1mmφ程度と、小さい寸法に制約される。このため、従来のMEMS型の光偏向器に対して用いることができる光源は、スポット径の小さいレーザ光源に限定されてしまう。   In the optical deflector of the conventional MEMS device, including the optical deflector of the optical scanner of Patent Document 1, the reflection part is unique. In addition, in order to obtain a desired high-speed resonance frequency, it is difficult to increase the size of the reflecting portion from structural design simulation, and the reflecting portion is limited to a small size of about 1 mmφ. For this reason, the light source that can be used for the conventional MEMS optical deflector is limited to a laser light source having a small spot diameter.

一方、LED(発光ダイオード)は、レーザ光源に比して、安価でかつ耐久性が高いという利点を有するとともに、スペックルノイズが発生しないという利点もある。しかしながら、前述の制約上、MEMSの光偏向器に対する光源として利用することには問題がある。   On the other hand, LEDs (light emitting diodes) have the advantage that they are inexpensive and have high durability compared to laser light sources, and also have the advantage that speckle noise does not occur. However, there is a problem in using it as a light source for the MEMS optical deflector due to the above-mentioned limitations.

すなわち、車両用前照灯装置として必要な光量を放射できる通常のLEDは、光源寸法が1×4mm2程度と大きいので、LEDの光の発散立体角を3ステラジアンとすると、出射側のLEDのエテンデュー(=光源の発光面積×発散立体角)は約12mm2ステラジアンとなる。これに対して、反射部が1mmφで、入射角が30°である入射光に対する反射部の入射立体角を3.8ステラジアンとすると、入射側の反射部のエテンデュー(=入射立体角×有効面積)は、入射角が30°のときは、約3mm2ステラジアンとなる。したがって、LEDが発光した光のうち約1/4しか反射部に当てることができず、残りの約3/4は、反射部に当たらずに、反射光として利用できないことになる。 In other words, a normal LED that can emit a necessary amount of light as a vehicular headlamp device has a large light source size of about 1 × 4 mm 2. Therefore, when the solid angle of light emitted from the LED is 3 steradians, Etendue (= light emitting area of light source × divergent solid angle) is about 12 mm 2 steradians. On the other hand, when the incident solid angle of the reflecting part with respect to incident light having a reflecting part of 1 mmφ and an incident angle of 30 ° is 3.8 steradians, the etendue of the reflecting part on the incident side (= incidence solid angle × effective area) ) Is about 3 mm 2 steradians when the incident angle is 30 °. Therefore, only about 1/4 of the light emitted from the LED can be applied to the reflecting portion, and the remaining about 3/4 cannot hit the reflecting portion and cannot be used as reflected light.

本発明の目的は、MEMSデバイスの光偏向器を使用しつつ、発散角の大きい光源に対しても光の利用効率を確保することができる光スキャナ及び車両用前照灯装置を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical scanner and a vehicle headlamp device that can ensure the use efficiency of light even for a light source having a large divergence angle while using an optical deflector of a MEMS device. is there.

本発明の光スキャナは、光源と、MEMSデバイスとして製造され、前記光源からの入射光を反射部における反射により偏向して出射する光偏向器と、前記反射部を第1軸線に対して平行な軸線の回りに往復回動させる第1アクチュエータとを備え、前記反射部からの反射光を走査光として出射する光スキャナであって、前記光偏向器は、前記反射部を包囲して支持する第1枠体と、前記第1枠体を包囲して支持する第2枠体とを備え、前記反射部は複数とされ、前記複数の反射部は、共振周波数を同一に設定されて、前記第1軸線に直交する第2軸線に沿って一列に前記第1枠体の内側に配設されるとともに、前記第1軸線に対して平行な軸線の回りに往復回動自在に前記第1枠体に支持され、前記第1アクチュエータは、前記第1枠体を前記共振周波数で往復回動させ、前記光源は、該光源からの光が、前記光偏向器の前記複数の反射部の配列に、はみ出すことなく、かつ所定の入射量を確保して入射する方向に一列に配列された複数の発光ダイオードを有することを特徴とする。 An optical scanner of the present invention is manufactured as a light source, a MEMS device, an optical deflector that deflects and emits incident light from the light source by reflection at a reflection portion, and the reflection portion is parallel to a first axis. A first actuator that reciprocally rotates around an axis, and that emits reflected light from the reflecting portion as scanning light, wherein the optical deflector surrounds and supports the reflecting portion. One frame body and a second frame body surrounding and supporting the first frame body, wherein the plurality of reflection sections are set to have the same resonance frequency, and The first frame body is arranged inside the first frame body in a line along a second axis line orthogonal to the one axis line, and is reciprocally rotatable around an axis line parallel to the first axis line. The first actuator is supported by the first frame. Serial reciprocally rotated at a resonant frequency, wherein the light source, the direction in which light from the light source, the arrangement of the plurality of reflecting portions of the optical deflector is incident to ensure no and prescribed incident amount to protrude And a plurality of light emitting diodes arranged in a line.

本発明によれば、複数の反射部は、第2軸線に沿って一列に第1枠体の内側に配設されて、第1軸線に平行な軸線の回りに同一の共振周波数で往復回動している。これにより、光源からの光は、発散角が大きいものであっても、第2軸線に沿って長く並んだ複数の反射部に入射することができる。そして、複数の反射部の反射光が、同一の方向に出射され、走査光として光スキャナから出射される。この結果、光スキャナにおいて、発散角の大きい光源を使ったときも、MEMSデバイスの光偏向器における光の利用効率を確保することができる。本発明によれば、MEMSデバイスの光偏向器を装備する光スキャナにおいて、発光ダイオードを光源として用いることにより、光源のコスト及び耐久性を改善するとともに、スペックルノイズを防止することができる。 According to the present invention, the plurality of reflecting portions are disposed inside the first frame body in a line along the second axis, and reciprocally rotate around the axis parallel to the first axis at the same resonance frequency. doing. Thereby, even if the light from a light source has a large divergence angle, it can inject into the several reflection part long arranged along the 2nd axis. And the reflected light of a some reflection part is radiate | emitted in the same direction, and is radiate | emitted from an optical scanner as scanning light. As a result, even when a light source having a large divergence angle is used in the optical scanner, it is possible to ensure the light use efficiency in the optical deflector of the MEMS device. According to the present invention, in an optical scanner equipped with an optical deflector of a MEMS device, by using a light emitting diode as a light source, the cost and durability of the light source can be improved and speckle noise can be prevented.

本発明の光スキャナにおいて、前記第2枠体を包囲する第3枠体と、前記第2枠体と前記第3枠体との間に介在し、前記共振周波数より低い非共振周波数で前記反射部を前記第2軸線の回りに往復回動させる第2アクチュエータとを備えることが好ましい。   In the optical scanner according to the aspect of the invention, the reflection is performed at a non-resonance frequency lower than the resonance frequency, and is interposed between the third frame surrounding the second frame and the second frame and the third frame. And a second actuator for reciprocatingly rotating the portion around the second axis.

この構成によれば、複数の反射部の反射光は、第2軸線の回りの方向に対応する方向にも走査することになる。この結果、2次元光スキャナにおいて、発散角の大きい光源を使ったときも、MEMSデバイスの光偏向器における光の利用効率を確保することができる。   According to this configuration, the reflected light from the plurality of reflecting portions also scans in a direction corresponding to the direction around the second axis. As a result, in the two-dimensional optical scanner, even when a light source having a large divergence angle is used, it is possible to ensure the light use efficiency in the optical deflector of the MEMS device.

本発明の光スキャナにおいて、前記第1アクチュエータ又は前記第2アクチュエータは、前記光偏向器に設けられる圧電アクチュエータか、又は前記光偏向器に設けられるコイル部と、前記光偏向器の外部に配設されて前記コイル部の配置空間に所定の磁場を生成する磁石とを備える電磁アクチュエータであることが好ましい。   In the optical scanner according to the aspect of the invention, the first actuator or the second actuator is a piezoelectric actuator provided in the optical deflector, or a coil portion provided in the optical deflector, and disposed outside the optical deflector. It is preferable that the electromagnetic actuator includes a magnet that generates a predetermined magnetic field in the arrangement space of the coil unit.

この構成によれば、圧電アクチュエータ又は電磁アクチュエータを用いて、光偏向器の反射部を第1及び第2軸線回りに円滑に往復回動させることができる。   According to this configuration, the reflecting portion of the optical deflector can be smoothly reciprocated around the first and second axes using the piezoelectric actuator or the electromagnetic actuator.

本発明の車両用前照灯装置は、前記光スキャナを装備して、該光スキャナからの走査光で照射領域を走査する。   The vehicle headlamp apparatus of the present invention is equipped with the optical scanner and scans an irradiation area with scanning light from the optical scanner.

本発明の車両用前照灯装置によれば、MEMSデバイスの光偏向器を備えつつ、光源からの光は、発散角の大きいものであっても、光偏向器において第2軸線に沿って長く並んだ複数の反射部に入射して、複数の反射部から同一の方向に反射される。したがって、車両用前照灯装置に装備する光スキャナにおいて、光の発散角の大きい光源を使ったときも、光の利用効率を確保することができる。   According to the vehicle headlamp device of the present invention, the light from the light source is long along the second axis in the optical deflector even when the light from the light source has a large divergence angle, while including the optical deflector of the MEMS device. The light is incident on the plurality of reflective portions arranged side by side and is reflected in the same direction from the plurality of reflective portions. Therefore, in the optical scanner equipped in the vehicle headlamp device, even when a light source having a large light divergence angle is used, the light use efficiency can be ensured.

本発明の車両用前照灯装置において、前記光スキャナは、前記光偏向器からの出射光が結像される結像位置に配設された結像部材と、前記結像部材における結像を照射領域に投影する投影レンズとを備えることが好ましい。   In the vehicle headlamp device according to the present invention, the optical scanner includes an imaging member disposed at an imaging position where the light emitted from the optical deflector forms an image, and imaging on the imaging member. It is preferable to include a projection lens that projects onto the irradiation area.

この構成によれば、車両用前照灯装置は、結像部材に生成された配光パターンで照射領域を照射することができる。   According to this configuration, the vehicle headlamp device can irradiate the irradiation area with the light distribution pattern generated on the imaging member.

本発明の車両用前照灯装置において、前記光源の発光ダイオードは青色光又は紫外光を発光し、前記結像部材は、青色光の一部を黄色に波長変換する蛍光体、又は紫外光の全部を青色、緑色及び赤色の3色の可視光に波長変換する蛍光体が封入された蛍光体封入板であることが好ましい。   In the vehicle headlamp device of the present invention, the light emitting diode of the light source emits blue light or ultraviolet light, and the imaging member is a phosphor that converts a part of the blue light into yellow, or ultraviolet light. It is preferable that the phosphor is a phosphor encapsulating plate in which phosphors that convert the wavelength of all of them into blue, green, and red visible light are encapsulated.

この構成によれば、蛍光体封入板を結像部材として利用することにより、専用の結像部材の追加を省略することができる。また、投影レンズからの走査光は、青色と黄色との混色による白色か、青色、緑色及び赤色の3色を含む可視光、すなわち青色、緑色及び赤色の3色の混色である白色にして、車両用前照灯装置の照明光の色とすることができる。   According to this configuration, the addition of a dedicated imaging member can be omitted by using the phosphor encapsulating plate as the imaging member. Further, the scanning light from the projection lens is white that is a mixed color of blue and yellow or visible light including three colors of blue, green, and red, that is, white that is a mixed color of three colors of blue, green, and red, The color of the illumination light of the vehicle headlamp device can be used.

車両用前照灯装置の構成図。The block diagram of the vehicle headlamp apparatus. 光偏向器の正面を斜めから見た斜視図。The perspective view which looked at the front of an optical deflector from diagonally. (a)は湾曲度が最小のとき、(b)は湾曲度が最大のときの圧電アクチュエータの状態をそれぞれ示す図。(A) is a figure which shows the state of a piezoelectric actuator when the degree of curvature is the minimum, and (b), respectively, when the degree of curvature is the maximum. (a)はどの圧電カンチレバーの圧電膜にも印加電圧が供給されていないとき、(b)は隣り同士の圧電カンチレバーが逆位相でかつ絶対値が最大である印加電圧が供給されているときの圧電アクチュエータの状態を示す図。(A) is when no applied voltage is supplied to the piezoelectric film of any piezoelectric cantilever, (b) is when the applied voltage where the adjacent piezoelectric cantilevers have the opposite phase and the maximum absolute value is supplied. The figure which shows the state of a piezoelectric actuator. 光学系における各要素の配置関係及び光の進路を示す図。The figure which shows the arrangement | positioning relationship of each element in an optical system, and the course of light. (a)〜(e)は車両用前照灯装置が生成する種々の配光パターンを示す図。(A)-(e) is a figure which shows the various light distribution patterns which a vehicle headlamp apparatus produces | generates. 別の光偏向器の斜視図。The perspective view of another optical deflector. (a)及び(b)はコイル線における電流の向きがそれぞれ逆方向になっているときの図7の電磁アクチュエータの説明図。(A) And (b) is explanatory drawing of the electromagnetic actuator of FIG. 7 when the direction of the electric current in a coil wire is each reverse direction. 図7の光偏向器を変形した光偏向器の斜視図。The perspective view of the optical deflector which deform | transformed the optical deflector of FIG. 別の車両用前照灯の構成図。The block diagram of another vehicle headlamp.

図1は、車両用前照灯装置1の構成図である。車両用前照灯装置1は、制御部2及び光学系3から成る光スキャナを備える。   FIG. 1 is a configuration diagram of a vehicle headlamp device 1. The vehicle headlamp device 1 includes an optical scanner including a control unit 2 and an optical system 3.

カメラ11は、赤外線カメラ又は通常のカラーカメラであり、本来は、車両の衝突防止装置等において、歩行者等の対象物を監視するために、車両に装備されており、車両の前方を撮影し、撮像画像を生成する。車両用前照灯装置1は、車両の衝突防止装置等に装備されるカメラ11の撮像画像に基づいて後述の配向パターン(図6)を制御する。制御部2の処理は、光スキャナ専用の制御部が実施するのではなく、衝突防止装置を含む車両全般の制御を行う制御装置が衝突防止等の処理と並列処理で実施するようになっていてもよい。   The camera 11 is an infrared camera or a normal color camera, and is originally installed in the vehicle to monitor an object such as a pedestrian in a vehicle collision prevention device or the like, and images the front of the vehicle. Then, a captured image is generated. The vehicle headlamp device 1 controls an orientation pattern (FIG. 6), which will be described later, based on a captured image of a camera 11 provided in a vehicle collision prevention device or the like. The processing of the control unit 2 is not performed by a control unit dedicated to the optical scanner, but is performed by a control device that controls the entire vehicle including the collision prevention device in parallel processing and processing such as collision prevention. Also good.

制御部2は、少なくともコントローラ10、メモリ12、光源制御部13及び光偏向器制御部14を備える。コントローラ10は、カメラ11からの車両前方の撮像画像信号に基づいて配光パターンを演算し、演算した配光パターンで車両前方の照明領域に走査光を照射する制御信号を光源制御部13及び光偏向器制御部14へ出力する。メモリ12は、コントローラ10が演算実行時に所定のデータを一時記憶するために、使用されるRAMと共に、コントローラ10が実行するプログラムのデータを記憶するROMや、所定の不揮発性記憶装置を含む。光源制御部13は、光学系3の光源21のオン、オフの切替と、光源21へ供給する駆動電力量とを制御する。光偏向器制御部14は、光学系3の光偏向器23に駆動電力を供給する。   The control unit 2 includes at least a controller 10, a memory 12, a light source control unit 13, and an optical deflector control unit 14. The controller 10 calculates a light distribution pattern based on a captured image signal in front of the vehicle from the camera 11, and outputs a control signal for irradiating scanning light to the illumination area in front of the vehicle with the calculated light distribution pattern. Output to the deflector controller 14. The memory 12 includes a ROM that stores data of a program executed by the controller 10 and a predetermined nonvolatile storage device together with a RAM that is used in order for the controller 10 to temporarily store predetermined data when the controller 10 performs an operation. The light source control unit 13 controls on / off switching of the light source 21 of the optical system 3 and the amount of drive power supplied to the light source 21. The optical deflector control unit 14 supplies driving power to the optical deflector 23 of the optical system 3.

光学系3は、光源21、収束レンズ22、光偏向器23、凸レンズ24、透過型の蛍光体プレート25及び投影レンズ26を備える。光源21、収束レンズ22、光偏向器23、凸レンズ24及び蛍光体プレート25はケーシング27内に収納され、投影レンズ26は、ケーシング27の前側開口部に装着されている。   The optical system 3 includes a light source 21, a converging lens 22, an optical deflector 23, a convex lens 24, a transmissive phosphor plate 25, and a projection lens 26. The light source 21, the converging lens 22, the light deflector 23, the convex lens 24, and the phosphor plate 25 are housed in a casing 27, and the projection lens 26 is attached to the front opening of the casing 27.

光源21は、一列に配置された約1mm角の複数(例:4つ)のLED(発光ダイオード)29が、1つのパッケージ内に実装される。該パッケージには、全体のLED光の放射角を5°程度に狭めて指向性を持たせるためのレンズが装着されている。光源21からは、1mm×4mmの横長の光(光束)が該レンズを介して出射される。   The light source 21 includes a plurality of (for example, four) LEDs (light emitting diodes) 29 of about 1 mm square arranged in a row and mounted in one package. The package is equipped with a lens for narrowing the radiation angle of the entire LED light to about 5 ° to provide directivity. From the light source 21, horizontally long light (light beam) of 1 mm × 4 mm is emitted through the lens.

LED29は、光源制御部13によりオン、オフを制御されるとともに、光源制御部13からの給電電流に応じて光量を制御される。LED29は、青色(発光波長460nm)又は紫外光(例えば発光波長380nm)の光を放射し、放射光は、光偏向器23へ向かう。   The LED 29 is controlled to be turned on and off by the light source control unit 13 and the amount of light is controlled in accordance with the supply current from the light source control unit 13. The LED 29 emits blue (emission wavelength: 460 nm) or ultraviolet light (e.g., emission wavelength: 380 nm), and the emitted light travels toward the optical deflector 23.

収束レンズ22は、光源21と光偏向器23との間に配設される。光源21からの光は放射角で広がるが、収束レンズ22で集光されて、元の光源寸法で光偏向器23の反射部36(図2)の配列に入射される。収束レンズ22は、図示の例では凸レンズとして単独で使用されているが、コリメータレンズとの組合せで使用することもできる。   The converging lens 22 is disposed between the light source 21 and the optical deflector 23. The light from the light source 21 spreads at a radiation angle, but is collected by the converging lens 22 and is incident on the array of the reflecting portions 36 (FIG. 2) of the light deflector 23 with the original light source dimensions. The converging lens 22 is used alone as a convex lens in the illustrated example, but may be used in combination with a collimator lens.

光偏向器23は、光源21から入射する光を反射部36(図2)の反射により偏向して、蛍光体プレート25の方へ出射する。光偏向器23の詳細な構造は、図2において後述する。光偏向器23からの出射光は、凸レンズ24を経て蛍光体プレート25に達し、蛍光体プレート25において結像される。   The light deflector 23 deflects the light incident from the light source 21 by the reflection of the reflecting portion 36 (FIG. 2) and emits the light toward the phosphor plate 25. The detailed structure of the optical deflector 23 will be described later with reference to FIG. Light emitted from the optical deflector 23 reaches the phosphor plate 25 through the convex lens 24 and is imaged on the phosphor plate 25.

光源制御部13は、LED29の光量を制御することにより、蛍光体プレート25における結像の輝度を制御することができる。こうして、蛍光体プレート25における結像は、輝度を調整された、LED29の発光色(青色や紫外光色)の単色となる。後述の図6の配光パターンは、蛍光体プレート25における結像が、車両前方の照射領域に生成されたものとなっている。   The light source control unit 13 can control the luminance of image formation on the phosphor plate 25 by controlling the light quantity of the LED 29. Thus, the image formation on the phosphor plate 25 becomes a single color of the light emission color (blue or ultraviolet light) of the LED 29 with the brightness adjusted. In the light distribution pattern of FIG. 6 described later, an image formed on the phosphor plate 25 is generated in an irradiation area in front of the vehicle.

凸レンズ24は、結像位置に配設されている蛍光体プレート25において適切に結像が行われるように、光偏向器23と蛍光体プレート25との間に配設される。凸レンズ24は、省略が可能である。   The convex lens 24 is disposed between the light deflector 23 and the phosphor plate 25 so that an image is appropriately formed on the phosphor plate 25 disposed at the imaging position. The convex lens 24 can be omitted.

蛍光体プレート25は、蛍光体封入板として、所定の蛍光体を透明ガラス内に封入した平板構造であり、光偏向器23側からの光を投影レンズ26の方へ透過させる。   The phosphor plate 25 has a flat plate structure in which a predetermined phosphor is enclosed in a transparent glass as a phosphor encapsulating plate, and transmits light from the light deflector 23 toward the projection lens 26.

蛍光体プレート25の蛍光体は、入射光を波長の長い光に変換して、出射する。蛍光体の種類を変更することにより入射光の波長及び出射光の波長を適宜、選択することができる。例えば、青色光の入射光の一部を黄色光に変換する蛍光体を選択して、波長変換されなかった青色光と波長変換された黄色光とを混色して、白色光を出射することができる。また、紫外光を青色、緑色及び赤色の3色の光に変換する複数種の蛍光体を選択して、3色の混色により白色光を出射することができる。   The phosphor of the phosphor plate 25 converts incident light into light having a long wavelength and emits it. By changing the type of the phosphor, the wavelength of the incident light and the wavelength of the emitted light can be appropriately selected. For example, a phosphor that converts part of incident light of blue light into yellow light is selected, and blue light that has not been wavelength-converted and yellow light that has been wavelength-converted are mixed to emit white light. it can. Further, a plurality of kinds of phosphors that convert ultraviolet light into three colors of blue, green, and red can be selected, and white light can be emitted by mixing the three colors.

なお、青色光を黄色光に変更する蛍光体として、例えはYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)などの黄色蛍光体を焼結したものがある。YAGの波長変換効率は95%程度と高効率である。   In addition, as a fluorescent substance which changes blue light into yellow light, there exist some which sintered yellow fluorescent substances, such as YAG (yttrium, aluminum, garnet), for example. The wavelength conversion efficiency of YAG is as high as about 95%.

図2は、光偏向器23の正面を斜めから見た斜視図である。光偏向器23において、光源21からの光が入射し、反射する側を光偏向器23の表側、その反対側を光偏向器23の裏側と定義する。光偏向器23の正面及び背面は、それぞれ光偏向器23の表側及び裏側の面をいうものとする。   FIG. 2 is a perspective view of the front surface of the optical deflector 23 as viewed obliquely. In the optical deflector 23, the side on which light from the light source 21 is incident and reflected is defined as the front side of the optical deflector 23, and the opposite side is defined as the back side of the optical deflector 23. The front and back surfaces of the optical deflector 23 refer to the front and back surfaces of the optical deflector 23, respectively.

構造説明の便宜上、図2において、原点o、x軸、y軸、z軸の3軸直交座標系を定義する。x軸及びy軸は、矩形の外枠33の長辺及び短辺に平行であり、z軸は、光偏向器23の裏面から表面の方への向きを正の向きにしている。図2では、3軸直交座標系を、紙面の都合上、光偏向器23の外に記載しているが、3軸直交座標系の原点oが外枠33の中心にあるとして、光偏向器23の構造を説明する。   For convenience of description of the structure, a three-axis orthogonal coordinate system of the origin o, x-axis, y-axis, and z-axis is defined in FIG. The x-axis and the y-axis are parallel to the long and short sides of the rectangular outer frame 33, and the z-axis has a positive direction from the back surface to the front surface of the optical deflector 23. In FIG. 2, the three-axis orthogonal coordinate system is illustrated outside the optical deflector 23 for the sake of space, but it is assumed that the origin o of the three-axis orthogonal coordinate system is at the center of the outer frame 33. The structure 23 will be described.

光偏向器23は、MEMS技術によりy−z平面に対して対称な構造に製造される。光偏向器23は、内側から外側に順番に内枠31(「第1枠体」の1例)、中枠32(「第2枠体」の1例)及び外枠33(「第3枠体」の1例)を備える。内枠31、中枠32及び外枠33は、中心を原点oに揃えて配設される。中枠32は内枠31を包囲し、外枠33は中枠32を包囲している。   The optical deflector 23 is manufactured in a symmetric structure with respect to the yz plane by MEMS technology. The optical deflector 23 includes an inner frame 31 (an example of “first frame”), an intermediate frame 32 (an example of “second frame”), and an outer frame 33 (“third frame” in order from the inside to the outside. 1 example) of “body”. The inner frame 31, the middle frame 32, and the outer frame 33 are arranged with their centers aligned with the origin o. The middle frame 32 surrounds the inner frame 31, and the outer frame 33 surrounds the middle frame 32.

複数(例:4つ)の反射部36は、内枠31内においてx軸方向に一列に配列される。各反射部36は、y軸方向両側から突出するトーションバー37により内枠31の内周に結合している。反射部36は、正面視が、例えば1.5mm角の正方形に形成されている。この1.5mmという値は、反射部36が所望の高速の共振周波数Fr(例:18kHz以上)で共振することを確保できる寸法内に収まっている。   A plurality of (for example, four) reflecting portions 36 are arranged in a line in the x-axis direction in the inner frame 31. Each reflecting portion 36 is coupled to the inner periphery of the inner frame 31 by a torsion bar 37 protruding from both sides in the y-axis direction. The reflection part 36 is formed in a square of 1.5 mm square, for example, when viewed from the front. The value of 1.5 mm is within a dimension that can ensure that the reflecting portion 36 resonates at a desired high-speed resonance frequency Fr (eg, 18 kHz or higher).

配列方向に隣接する反射部36間には、相互の衝突防止のために、例えば50μmの隙間が形成されている。LED光は、レーザ光と異なり、発散角が大きいので、50μmの隙間が照射光のパターンに与える影響は非常に少ないと考えられる。4つの近接する反射部36全体を擬似的に1つの反射部36と考えると、入射されたLED光を反射してラスタースキャンするのに十分な反射部の領域が該4つの反射部36により確保される。   A gap of, for example, 50 μm is formed between the reflecting portions 36 adjacent in the arrangement direction in order to prevent mutual collision. Unlike laser light, LED light has a large divergence angle, so it is considered that the influence of a 50 μm gap on the pattern of irradiated light is very small. Considering the entire four adjacent reflecting portions 36 as a single reflecting portion 36, the four reflecting portions 36 secure a region of the reflecting portion sufficient to reflect the incident LED light and perform a raster scan. Is done.

各反射部36は、各反射部36に結合しているトーションバー37の軸線の回りに同一の共振周波数Frで往復回動自在になっている。一般に、反射部36の共振周波数は反射部36の形状及び寸法と反射部36を内枠31に支持しているトーションバー37の形状及び寸法とによってのみ決定されるので、同一の形状及び寸法の反射部36を複数並べても、基本の共振周波数ですべての反射部36がトーションバー37の軸線の回りに往復回動する。   Each reflecting portion 36 is reciprocally rotatable around the axis of the torsion bar 37 coupled to each reflecting portion 36 at the same resonance frequency Fr. In general, the resonance frequency of the reflecting portion 36 is determined only by the shape and size of the reflecting portion 36 and the shape and size of the torsion bar 37 that supports the reflecting portion 36 on the inner frame 31. Even if a plurality of reflecting portions 36 are arranged, all the reflecting portions 36 reciprocately rotate around the axis of the torsion bar 37 at the basic resonance frequency.

内側圧電アクチュエータ39(「第1アクチュエータ」の1例)は、x軸方向に内枠31の両側に配設され、先端側及び基端側の端部においてそれぞれ内枠31及び中枠32に結合している。内側圧電アクチュエータ39の大きさや配置に関しては、反射部36の水平方向走査角(反射部36からの反射光としての走査光がy−z平面に対してx軸方向の正側に最大に振れた時の振れ角と負側に最大に振れた時との振れ角との差分)が最大になるよう最適化する。   The inner piezoelectric actuator 39 (an example of “first actuator”) is disposed on both sides of the inner frame 31 in the x-axis direction, and is coupled to the inner frame 31 and the middle frame 32 at the distal end side and proximal end sides, respectively. doing. Regarding the size and arrangement of the inner piezoelectric actuator 39, the horizontal scanning angle of the reflecting portion 36 (scanning light as reflected light from the reflecting portion 36 was swung to the maximum on the positive side in the x-axis direction with respect to the yz plane. The difference between the deflection angle of the hour and the deflection angle when maximally swinging to the negative side is optimized.

x軸方向に両側の内側圧電アクチュエータ39の圧電膜は、共振周波数Frの駆動電圧を相互に逆位相で供給される。これにより、両側の内側圧電アクチュエータ39の先端部は、基端部が結合している中枠32の表側の面に対して、相互に逆側に変位し、中枠32の短辺に対して平行な方の中心線としての短辺方向中心線(「第1軸線」に1例)の回りに内枠31を往復回動させる。これに伴い、各反射部36も、反射部36に結合するトーションバー37の軸線(「第1軸線に対して平行な軸線」の1例)の回りに共振周波数Frで往復回動する。   The piezoelectric films of the inner piezoelectric actuators 39 on both sides in the x-axis direction are supplied with driving voltages having a resonance frequency Fr in opposite phases. As a result, the distal end portions of the inner piezoelectric actuators 39 on both sides are displaced to the opposite sides with respect to the front surface of the middle frame 32 to which the proximal end portions are coupled, and with respect to the short side of the middle frame 32. The inner frame 31 is reciprocally rotated around a short-side direction center line (one example of “first axis”) as a parallel center line. Accordingly, each reflecting portion 36 also reciprocally rotates at the resonance frequency Fr around the axis of the torsion bar 37 coupled to the reflecting portion 36 (an example of “an axis parallel to the first axis”).

補足すると、中枠32の短辺方向中心線は、外側圧電アクチュエータ40による後述の作用による中枠32の長辺方向中心線の回りの中枠32の往復回動に伴い、x−z平面に対する傾斜角としての振れ角を増減する。したがって、中枠32の短辺方向中心線は、x−z平面に対する傾斜角が0°となったときのみ、y軸に対して平行になる。   Supplementally, the short-side direction center line of the middle frame 32 is relative to the xz plane as the middle frame 32 reciprocates around the long-side direction center line of the middle frame 32 by the action described later by the outer piezoelectric actuator 40. Increase or decrease the deflection angle as the inclination angle. Therefore, the short-side direction center line of the middle frame 32 is parallel to the y-axis only when the inclination angle with respect to the xz plane becomes 0 °.

反射部36は所定の慣性を有するので、内枠31が中枠32の短辺方向中心線の回りの往復回動を開始するとき、各反射部36には、共通に内枠31の回動方向と逆の回動方向の慣性力が所定期間生じる。この結果、反射部36は、逆相となることなく、同相で共振周波数Frにより一斉に往復回動を開始する。又は、反射部36の裏面構造を、短辺方向中心線(第1軸線)を挟んで若干非対称(例えば、片側を少し重くする)にすることで、慣性力を積極的に用いて同相で回動させることができる。   Since the reflecting portion 36 has a predetermined inertia, when the inner frame 31 starts reciprocating rotation around the center line in the short side direction of the middle frame 32, the rotation of the inner frame 31 is common to each reflecting portion 36. An inertial force in the direction of rotation opposite to the direction is generated for a predetermined period. As a result, the reflecting portion 36 starts reciprocating rotation at the same time in the same phase and at the resonance frequency Fr without being in reverse phase. Alternatively, the back surface structure of the reflective portion 36 is slightly asymmetrical (for example, a little heavier on one side) with the short-side direction center line (first axis) in between, so that inertial force is actively used to rotate in phase. Can be moved.

外側圧電アクチュエータ40(「第2アクチュエータ」の1例)は、中枠32と外枠33との間に介在する。具体的には、ミアンダパターンの配列で直列に結合される複数の圧電カンチレバー41を有し、基端部を外枠33の短辺に結合し、先端部を中枠32の短辺に結合する。外側圧電アクチュエータ40は、中枠32をx軸の回りに非共振周波数Fs(例:約60Hz)で往復回動させる。   The outer piezoelectric actuator 40 (an example of “second actuator”) is interposed between the middle frame 32 and the outer frame 33. Specifically, it has a plurality of piezoelectric cantilevers 41 coupled in series in a meander pattern arrangement, the base end is coupled to the short side of the outer frame 33, and the tip is coupled to the short side of the middle frame 32. . The outer piezoelectric actuator 40 reciprocally rotates the inner frame 32 around the x axis at a non-resonant frequency Fs (eg, about 60 Hz).

図3は、MEMSにより製造された圧電アクチュエータ43の作動原理の説明図である。圧電アクチュエータ43についての作動原理の説明は、内側圧電アクチュエータ39及び外側圧電アクチュエータ40の両方に適用される。図3において、(a)は圧電アクチュエータ43の湾曲度が最小のとき、(b)は圧電アクチュエータ43の湾曲度が最大のときの圧電アクチュエータ43の状態を示している。   FIG. 3 is an explanatory diagram of the operating principle of the piezoelectric actuator 43 manufactured by MEMS. The description of the operating principle for the piezoelectric actuator 43 applies to both the inner piezoelectric actuator 39 and the outer piezoelectric actuator 40. 3A shows a state of the piezoelectric actuator 43 when the degree of curvature of the piezoelectric actuator 43 is minimum, and FIG. 3B shows a state of the piezoelectric actuator 43 when the degree of curvature of the piezoelectric actuator 43 is maximum.

圧電アクチュエータ43は、下から順番に、Si層44、中間酸化膜層45、Si層46、表面酸化膜層47及びPZT(チタン酸ジルコン酸亜鉛)層48の積層構造からなる。図示は省略したが、PZT層48の上下には電極層が形成されている。中間酸化膜層45及び表面酸化膜層47は、共に、酸化珪素(SiO2)から成る。 The piezoelectric actuator 43 has a laminated structure of an Si layer 44, an intermediate oxide film layer 45, an Si layer 46, a surface oxide film layer 47, and a PZT (zinc zirconate titanate) layer 48 in order from the bottom. Although not shown, electrode layers are formed above and below the PZT layer 48. Both the intermediate oxide film layer 45 and the surface oxide film layer 47 are made of silicon oxide (SiO 2 ).

Si層44、中間酸化膜層45及びSi層46は、SOI(Silicon on Insulator)ウエハの層を構成し、SOIウエハは、Si層44のシリコンウエハとSi層46のシリコンウエハとをシリコン酸化膜としての中間酸化膜層45を介して貼り合わせた構造となっている。表面酸化膜層47は、SOIウエハのSi層46を熱酸化することにより生成される。   The Si layer 44, the intermediate oxide film layer 45, and the Si layer 46 constitute a layer of an SOI (Silicon on Insulator) wafer. The SOI wafer is formed by combining a silicon wafer of the Si layer 44 and a silicon wafer of the Si layer 46 with a silicon oxide film. As shown in FIG. The surface oxide film layer 47 is generated by thermally oxidizing the Si layer 46 of the SOI wafer.

PZT層48は、SOIウエハの上にスパッタ、イオンプレーティング及びゾルゲル等の薄膜形成プロセスによって成膜される。具体的には、SOIウエハの表面酸化膜層47の上にPZT層48を成膜する。次に、SOIウエハの裏側から、PZT層48の一端側を残して、Si層44及び中間酸化膜層45をエッチングにより除去する。こうして、エッチングをしなかったSi層46、表面酸化膜層47及びPZT層48の一端側が圧電アクチュエータ43の基端になり、基端の反対側が圧電アクチュエータ43の自由端(作用端又は先端)になる。   The PZT layer 48 is formed on an SOI wafer by a thin film forming process such as sputtering, ion plating, and sol-gel. Specifically, a PZT layer 48 is formed on the surface oxide film layer 47 of the SOI wafer. Next, the Si layer 44 and the intermediate oxide film layer 45 are removed by etching, leaving one end side of the PZT layer 48 from the back side of the SOI wafer. Thus, one end side of the Si layer 46, the surface oxide film layer 47, and the PZT layer 48 that has not been etched becomes the base end of the piezoelectric actuator 43, and the opposite side of the base end is the free end (working end or front end) of the piezoelectric actuator 43. Become.

電源49は、共振周波数Fr又は非共振周波数Fsで増減する直流又は交流をPZT層48の両面に印加する。PZT層48の印加電圧が0Vであるとき、圧電アクチュエータ43は、側面視で基端から先端に向ってまっすぐになる。PZT層48の印加電圧の絶対値が最大になると、圧電アクチュエータ43は、側面視で最大に湾曲する。こうして、圧電アクチュエータ43は、基端に対して先端をA3方向に共振周波数Fr又は非共振周波数Fsで上下動させる。   The power source 49 applies direct current or alternating current that increases or decreases at the resonance frequency Fr or the non-resonance frequency Fs to both surfaces of the PZT layer 48. When the applied voltage of the PZT layer 48 is 0 V, the piezoelectric actuator 43 is straightened from the base end to the tip end in a side view. When the absolute value of the applied voltage of the PZT layer 48 is maximized, the piezoelectric actuator 43 is bent to the maximum in a side view. Thus, the piezoelectric actuator 43 moves the tip up and down in the A3 direction with respect to the base end at the resonance frequency Fr or the non-resonance frequency Fs.

図3のSi層44〜表面酸化膜層47の積層構造は、図2の外枠33の積層構造に一致している。図2の内側圧電アクチュエータ39及び圧電カンチレバー41は、圧電アクチュエータ43のSi層46、表面酸化膜層47及びPZT層48(圧電膜)の積層構造に一致している。   The laminated structure of the Si layer 44 to the surface oxide film layer 47 in FIG. 3 matches the laminated structure of the outer frame 33 in FIG. The inner piezoelectric actuator 39 and the piezoelectric cantilever 41 in FIG. 2 match the laminated structure of the Si layer 46, the surface oxide film layer 47, and the PZT layer 48 (piezoelectric film) of the piezoelectric actuator 43.

すなわち、内側圧電アクチュエータ39及び圧電カンチレバー41の基端は、中枠32や、ミアンダパターン配列で隣りの圧電カンチレバー41を結合先としており、これら結合先はSi層44及び中間酸化膜層45を有せず、Si層46及び表面酸化膜層47のみとなっている。同様に、内側圧電アクチュエータ39及び圧電カンチレバー41の先端は、内枠31や、ミアンダパターン配列で隣りの圧電カンチレバー41を結合先としており、これら結合先はSi層44及び中間酸化膜層45を有せず、Si層46及び表面酸化膜層47のみとなっている。   That is, the base ends of the inner piezoelectric actuator 39 and the piezoelectric cantilever 41 are connected to the inner frame 32 and the adjacent piezoelectric cantilever 41 in the meander pattern arrangement, and these connection destinations include the Si layer 44 and the intermediate oxide film layer 45. However, only the Si layer 46 and the surface oxide film layer 47 are provided. Similarly, the inner piezoelectric actuator 39 and the tip of the piezoelectric cantilever 41 are connected to the inner frame 31 and the adjacent piezoelectric cantilever 41 in the meander pattern arrangement, and these connection destinations include the Si layer 44 and the intermediate oxide film layer 45. However, only the Si layer 46 and the surface oxide film layer 47 are provided.

図4は、外側圧電アクチュエータ40の作用についての説明図である。図4では、圧電カンチレバー41について、中枠32の近い方から順番に圧電カンチレバー41a〜41dの符号を付けて、識別している。圧電カンチレバー41a〜41dを総称するときは、単に「圧電カンチレバー41」と呼ぶことにする。(a)は、外側圧電アクチュエータ40がどの圧電カンチレバー41の圧電膜にも印加電圧が供給されていないとき、(b)は、隣り同士の圧電カンチレバー41が逆位相でかつ絶対値が最大である印加電圧が供給されているときの圧電アクチュエータ43の状態を示している。   FIG. 4 is an explanatory view of the action of the outer piezoelectric actuator 40. In FIG. 4, the piezoelectric cantilevers 41 are identified by attaching the symbols of the piezoelectric cantilevers 41 a to 41 d in order from the side closer to the middle frame 32. When the piezoelectric cantilevers 41a to 41d are generically referred to, they are simply referred to as “piezoelectric cantilevers 41”. (A) shows that when the applied voltage is not supplied to the piezoelectric film of any piezoelectric cantilever 41 by the outer piezoelectric actuator 40, (b) shows that the adjacent piezoelectric cantilevers 41 are in reverse phase and have the maximum absolute value. The state of the piezoelectric actuator 43 when the applied voltage is supplied is shown.

圧電カンチレバー41を中枠32側から数えて奇数番の圧電カンチレバー41a,41cの圧電膜と、偶数番の圧電カンチレバー41b,41dの圧電膜とは、非共振周波数Fsで逆相の駆動電圧を印加される。この結果、図4(b)に示すように、圧電カンチレバー41a,41cと圧電カンチレバー41b,41dは、凸側を逆方向にして湾曲し、外側圧電アクチュエータ40の基端に対する先端の変位量は、各圧電カンチレバー41の基端に対する先端の変位量の合計に等しくなる。   When the piezoelectric cantilever 41 is counted from the side of the middle frame 32, the piezoelectric films of the odd-numbered piezoelectric cantilevers 41a and 41c and the piezoelectric films of the even-numbered piezoelectric cantilevers 41b and 41d apply a reverse-phase driving voltage at the non-resonant frequency Fs. Is done. As a result, as shown in FIG. 4B, the piezoelectric cantilevers 41a and 41c and the piezoelectric cantilevers 41b and 41d are curved with the convex side in the opposite direction, and the displacement amount of the distal end relative to the proximal end of the outer piezoelectric actuator 40 is It becomes equal to the total amount of displacement of the tip with respect to the base end of each piezoelectric cantilever 41.

これにより、両側の外側圧電アクチュエータ40は、中枠32との結合端をx軸の回りに非共振周波数Fsで往復回動する。これに伴い、中枠32は、x軸の回りに非共振周波数Fsで往復回動し、内枠31は、内枠31の長辺方向中心線(「第2軸線」の1例)の回りに非共振周波数Fsで往復回動し、反射部36は内枠31の長辺方向中心線の回りに非共振周波数Fsで往復回動する。   As a result, the outer piezoelectric actuators 40 on both sides reciprocally rotate at the non-resonant frequency Fs around the x axis at the coupling end with the middle frame 32. Accordingly, the middle frame 32 reciprocates around the x axis at a non-resonant frequency Fs, and the inner frame 31 rotates around the long-side direction center line of the inner frame 31 (an example of “second axis”). The reflector 36 reciprocally rotates around the center line in the long side direction of the inner frame 31 at the nonresonant frequency Fs.

補足すると、外側圧電アクチュエータ40の作動中、内枠31の長辺方向中心線は、x−z平面内をy軸の回りに共振周波数Frで往復回動する。内枠31の長辺方向中心線(「第2軸線」の1例)は、反射部36の法線がz軸に一致した時にx軸に一致する。   Supplementally, during the operation of the outer piezoelectric actuator 40, the long-side direction center line of the inner frame 31 reciprocally rotates around the y axis at the resonance frequency Fr in the xz plane. The long-side direction center line of the inner frame 31 (an example of “second axis”) coincides with the x axis when the normal of the reflecting portion 36 coincides with the z axis.

図5は光源21、光偏向器23及び蛍光体プレート25の配置関係及び光の進路を示している。なお、光偏向器23は、x軸及びy軸がそれぞれ車両用前照灯装置1の照射領域の水平方向及び垂直方向に対応付けられるように、配設されているものとする。   FIG. 5 shows the positional relationship between the light source 21, the light deflector 23, and the phosphor plate 25, and the light path. The light deflector 23 is arranged so that the x-axis and the y-axis are associated with the horizontal direction and the vertical direction of the irradiation area of the vehicle headlamp device 1, respectively.

前述のように光偏向器23でラスタースキャンされたLED光が蛍光体プレート25の出射面上に特定の配光パターンで結像される。そして、蛍光体プレート25の出射面の結像の光が、図5には図示を省略されている投影レンズ26(図1)を経て、水平方向の走査角範囲A5aと垂直方向の走査角範囲A5bの範囲幅で車両の前方へ出射し、該当の照射領域をラスタースキャンして、照射領域に結像を投影する。   As described above, the LED light raster-scanned by the light deflector 23 is imaged on the emission surface of the phosphor plate 25 with a specific light distribution pattern. Then, the imaged light on the emission surface of the phosphor plate 25 passes through the projection lens 26 (FIG. 1) not shown in FIG. 5, and then the horizontal scanning angle range A5a and the vertical scanning angle range. The light is emitted in front of the vehicle with a range width of A5b, the corresponding irradiation area is raster scanned, and an image is projected onto the irradiation area.

なお、蛍光体プレート25に封入されている蛍光体は、LED29のLED光の色に応じて、蛍光体プレート25からの出射光が法定の白色となるような種類が選択されている。例えば、LED29のLED光が青色である場合、蛍光体プレート25の入射面側に到達した青色のLED光は、一部が蛍光体プレート25の蛍光体によって、長波長の黄色光に波長変換され、残りは、波長変換されることなく、蛍光体プレート25をそのまま透過する。この結果、蛍光体プレート25の出射面から青色光と黄色光との混色光としての白色光が、配光パターンを維持して出射する。   The type of phosphor that is sealed in the phosphor plate 25 is selected according to the color of the LED light of the LED 29 so that the emitted light from the phosphor plate 25 is legally white. For example, when the LED light of the LED 29 is blue, a part of the blue LED light that has reached the incident surface side of the phosphor plate 25 is converted into long wavelength yellow light by the phosphor of the phosphor plate 25. The remainder passes through the phosphor plate 25 without being wavelength-converted. As a result, white light as mixed color light of blue light and yellow light is emitted from the emission surface of the phosphor plate 25 while maintaining the light distribution pattern.

図6(a)〜(e)は、車両用前照灯装置1が生成する種々の配光パターンを示している。53は、車両から所定距離前方に車両に対して正対して配設された配光評価用スクリーンに生成された垂直面配向パターンである。54は、車両用前照灯装置1により路面上に生成される路上配向パターンである。55は、車両用前照灯装置1が搭載されている車両の前端線である。56は、車両用前照灯装置1が搭載されている車両の車幅の中心線である。   FIGS. 6A to 6E show various light distribution patterns generated by the vehicle headlamp device 1. Reference numeral 53 denotes a vertical plane orientation pattern generated on a light distribution evaluation screen disposed in front of the vehicle and facing the vehicle at a predetermined distance. Reference numeral 54 denotes a road orientation pattern generated on the road surface by the vehicle headlamp device 1. Reference numeral 55 denotes a front end line of a vehicle on which the vehicle headlamp device 1 is mounted. Reference numeral 56 denotes a center line of the vehicle width of the vehicle on which the vehicle headlamp device 1 is mounted.

図6(a)〜(e)において、車両用前照灯装置1が走査光を前方の照射領域に出射すると、配光評価用スクリーン上には、左側の垂直面配向パターン53が生成され、路上には右側の路上配向パターン54が生成される。なお、図6の配向パターンは、車両が道路のセンターラインに対して左側を通行し、対向車線がセンターラインの右側であることを前提にした配向パターンとなっている。   6 (a) to 6 (e), when the vehicle headlamp device 1 emits scanning light to the front irradiation region, a left vertical plane alignment pattern 53 is generated on the light distribution evaluation screen. A road alignment pattern 54 on the right side is generated on the road. The orientation pattern in FIG. 6 is an orientation pattern on the assumption that the vehicle passes on the left side with respect to the center line of the road and the opposite lane is on the right side of the center line.

図6(a)の配向パターンは、走行ビーム(ハイビーム)による配向パターンであり、光偏向器23によるラスタースキャン中、光源21を連続点灯させており、最も明るい配光パターンになる。   The alignment pattern of FIG. 6A is an alignment pattern by a traveling beam (high beam), and the light source 21 is continuously turned on during the raster scan by the light deflector 23, and the light distribution pattern becomes the brightest.

図6(b)の配向パターンは、すれ違いビーム(ロービーム)による市街地での標準配向パターンである。ラスタースキャンの上側半分の期間では、光源21を消灯することによりカットオフパターンを形成している。   The alignment pattern in FIG. 6B is a standard alignment pattern in an urban area using a low beam. In the upper half period of the raster scan, the cut-off pattern is formed by turning off the light source 21.

既存の車両用前照灯では、ハイビーム用とロービーム用の2つの光源バルブを用いるか、又は機械的な遮光板を用いて、ハイ/ローの切替を行っているが、車両用前照灯装置1では、1つの光源21の点灯タイミングを制御するだけで簡単にハイ/ローを切替えることができる。   In existing vehicle headlamps, two light source bulbs for high beam and low beam are used, or high / low switching is performed using a mechanical light shielding plate. 1, it is possible to easily switch between high and low simply by controlling the lighting timing of one light source 21.

図6(c)〜(e)は、カメラ11を用いる前方検知システムと連動して、走行ビームの一部分だけ走査光をカットするADB(配光可変ヘッドランプ)の種々の配向パターンを示している。   FIGS. 6C to 6E show various alignment patterns of ADB (light distribution variable headlamp) that cuts the scanning light by only a part of the traveling beam in conjunction with the front detection system using the camera 11. .

図6(c)の配向パターンは、対向車58の運転手の防眩を狙った配光パターンである。図6(d)の配向パターンは、先行車59の運転手の防眩を狙った配向パターンである。(e)は前方の歩行者60の防眩を狙った配光パターンである。このように、光源21、光偏向器23及び蛍光体プレート25を組合せたラスタースキャン型可変配光車両用前照灯システムは非常に簡単で廉価な構成で、ADBの様々なシーンに対応した配光パターンを提供することが可能となる。   The orientation pattern in FIG. 6C is a light distribution pattern aimed at anti-glare for the driver of the oncoming vehicle 58. The alignment pattern in FIG. 6D is an alignment pattern aimed at anti-glare for the driver of the preceding vehicle 59. (E) is a light distribution pattern aiming at anti-glare of the pedestrian 60 ahead. As described above, the raster scan type variable light distribution vehicle headlamp system that combines the light source 21, the light deflector 23, and the phosphor plate 25 has a very simple and inexpensive configuration and can be arranged for various ADB scenes. It is possible to provide a light pattern.

図7は別の光偏向器63の斜視図である。光偏向器63において、光偏向器23(図2)の要素と同一の要素については、光偏向器23の要素に付けた符号を付けている。光偏向器63では、光偏向器23の外側圧電アクチュエータ40が、磁石68とコイル線69(「コイル部」の1例)とを含む電磁アクチュエータ64に置き換えられている。   FIG. 7 is a perspective view of another optical deflector 63. In the optical deflector 63, the same elements as those of the optical deflector 23 (FIG. 2) are given the reference numerals attached to the elements of the optical deflector 23. In the optical deflector 63, the outer piezoelectric actuator 40 of the optical deflector 23 is replaced with an electromagnetic actuator 64 including a magnet 68 and a coil wire 69 (an example of a “coil part”).

内側圧電アクチュエータ39は、MEMSデバイスの光偏向器の要素として製造される。一方、電磁アクチュエータ64は、磁石68とコイル線69とを備え、コイル線69は、MEMSデバイスの光偏向器63の要素として製造され、磁石68は、光偏向器63とは別に製造されて、光偏向器63の外部に配設される。   The inner piezoelectric actuator 39 is manufactured as an element of the optical deflector of the MEMS device. On the other hand, the electromagnetic actuator 64 includes a magnet 68 and a coil wire 69. The coil wire 69 is manufactured as an element of the optical deflector 63 of the MEMS device, and the magnet 68 is manufactured separately from the optical deflector 63. Arranged outside the optical deflector 63.

図7においても、説明の便宜のために、3軸直交座標系を定義する。3軸直交座標系の原点oは、静止部としての外枠33の中心に設定し、x軸及びy軸は、外枠33の長辺及び短辺に対して平行な方向に定義する。   Also in FIG. 7, for convenience of explanation, a three-axis orthogonal coordinate system is defined. The origin o of the three-axis orthogonal coordinate system is set at the center of the outer frame 33 as a stationary part, and the x axis and the y axis are defined in directions parallel to the long side and the short side of the outer frame 33.

トーションバー66は、x軸方向に中枠32の両側に配設され、x軸に沿って延在し、両端において中枠32と外枠33とに結合している。電極パッド67は、外枠33の一方の短辺部の表面に設けられる。コイル線69は、中枠32の表面を複数回周回して、一方のトーションバー66を経て両端を電極パッド67に接続されるように、形成される。   The torsion bars 66 are disposed on both sides of the middle frame 32 in the x-axis direction, extend along the x-axis, and are coupled to the middle frame 32 and the outer frame 33 at both ends. The electrode pad 67 is provided on the surface of one short side portion of the outer frame 33. The coil wire 69 is formed so as to go around the surface of the inner frame 32 a plurality of times and to be connected to the electrode pad 67 at both ends via one torsion bar 66.

2つの磁石68は、N極側とS極側とをy軸方向に対峙させるように、y軸方向に光偏向器63の両側に配設される。これにより、中枠32には、向きをy軸に平行な方向にした磁場がコイル線69の配置空間に形成される。   The two magnets 68 are disposed on both sides of the optical deflector 63 in the y-axis direction so that the N-pole side and the S-pole side face each other in the y-axis direction. As a result, a magnetic field whose direction is parallel to the y-axis is formed in the arrangement space of the coil wire 69 in the middle frame 32.

図8は図7の電磁アクチュエータ64の説明図である。(a)と(b)とでは、コイル線69における電流の向きが相違している。2つの磁石68は、間に中枠32を置いて、N極とS極とを対峙させ、N極からS極へ向かう磁場Bが、中枠32の配設空間に生成される。この結果、コイル線69に電流が流れると、磁場Bの方向に対して直角方向のコイル線69の2つの延在部分には、相互に逆方向のローレンツ力が生じ、中枠32を長辺方向中心線の回りに回動させる。   FIG. 8 is an explanatory diagram of the electromagnetic actuator 64 of FIG. In (a) and (b), the direction of the current in the coil wire 69 is different. The two magnets 68 are arranged with the middle frame 32 interposed therebetween so that the N pole and the S pole face each other, and a magnetic field B directed from the N pole to the S pole is generated in the arrangement space of the middle frame 32. As a result, when a current flows through the coil wire 69, Lorentz forces in opposite directions are generated in the two extending portions of the coil wire 69 perpendicular to the direction of the magnetic field B. Rotate around the direction center line.

コイル線69には、電極パッド67を介して非共振周波数Fsの交流が供給されるので、コイル線69の電流の向きは、非共振周波数Fsで交互に反転する。この結果、反射部36の配列は、中枠32の長辺方向中心線の回りに非共振周波数Fsで往復回動して、反射部36の反射光としての走査光を、非共振周波数Fsの垂直方向走査周波数で出射する。   Since the coil wire 69 is supplied with alternating current having a non-resonant frequency Fs through the electrode pad 67, the direction of the current in the coil wire 69 is alternately reversed at the non-resonant frequency Fs. As a result, the arrangement of the reflecting portions 36 reciprocally rotates around the long-side direction center line of the middle frame 32 at the non-resonant frequency Fs, so that the scanning light as the reflected light of the reflecting portion 36 has the non-resonant frequency Fs. The light is emitted at a vertical scanning frequency.

図9は図7の光偏向器63(図7)を変形した光偏向器75の斜視図である。光偏向器75において、光偏向器63の要素と同一の要素については、光偏向器63の要素に付けた符号を付けている。光偏向器75では、光偏向器63の内側圧電アクチュエータ39が、コイル線78と磁石80とを含む電磁アクチュエータ79に置き換えられている。コイル線78は、MEMSデバイスとしての光偏向器75の要素として製造されるのに対し、磁石80は、光偏向器75の外部に配設されている。   FIG. 9 is a perspective view of an optical deflector 75 obtained by modifying the optical deflector 63 (FIG. 7) of FIG. In the optical deflector 75, the same elements as those of the optical deflector 63 are denoted by the reference numerals attached to the elements of the optical deflector 63. In the optical deflector 75, the inner piezoelectric actuator 39 of the optical deflector 63 is replaced with an electromagnetic actuator 79 including a coil wire 78 and a magnet 80. The coil wire 78 is manufactured as an element of the optical deflector 75 as a MEMS device, while the magnet 80 is disposed outside the optical deflector 75.

トーションバー76は、y軸方向に内枠31の両側に配設され、両端において内枠31及び中枠32に結合している。2つの電極パッド77は、中枠32の一方の長辺部の表面に形成される。コイル線78は、内枠31を複数回周回するように、内枠31の表面に形成され、一方のトーションバー76を経て両端において電極パッド77に接続されている。電極パッド77は、光偏向器63においてコイル線69の下に形成された内部配線を介して外枠33の図示しない電極パッドに接続されている。   The torsion bars 76 are disposed on both sides of the inner frame 31 in the y-axis direction, and are coupled to the inner frame 31 and the middle frame 32 at both ends. The two electrode pads 77 are formed on the surface of one long side portion of the middle frame 32. The coil wire 78 is formed on the surface of the inner frame 31 so as to circulate the inner frame 31 a plurality of times, and is connected to electrode pads 77 at both ends via one torsion bar 76. The electrode pad 77 is connected to an electrode pad (not shown) of the outer frame 33 through an internal wiring formed under the coil wire 69 in the optical deflector 63.

2つの磁石80は、x軸方向に光偏向器75を間に挟んで、配設され、N極とS極とを対峙させている。これにより、x軸に平行な方向にN極からS極へ向かう磁場が、内枠31の配設空間に生成される。この結果、コイル線78に電流が流れると、磁場の向きに対して直角方向に延在するコイル線78の2つの延在部分には、相互に逆方向のローレンツ力が生じ、内枠31を中枠32の短辺方向中心線の回りに回動させる。   The two magnets 80 are disposed in the x-axis direction with the optical deflector 75 interposed therebetween, and the N pole and the S pole are opposed to each other. As a result, a magnetic field from the N pole to the S pole in a direction parallel to the x axis is generated in the arrangement space of the inner frame 31. As a result, when a current flows through the coil wire 78, Lorentz forces in opposite directions are generated in the two extending portions of the coil wire 78 extending in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field. The middle frame 32 is rotated around the center line in the short side direction.

コイル線78には、電極パッド77を介して共振周波数Frの交流が供給されるので、コイル線78の電流の向きは、共振周波数Frで反転する。この結果、反射部36の配列は、中枠32の短辺方向中心線(トーションバー76の軸線)の回りに往復回動して、反射部36の反射光を水平方向走査光として共振周波数Frで出射する。   Since the alternating current having the resonance frequency Fr is supplied to the coil wire 78 through the electrode pad 77, the direction of the current in the coil wire 78 is reversed at the resonance frequency Fr. As a result, the arrangement of the reflectors 36 reciprocates around the short-side direction center line (the axis of the torsion bar 76) of the middle frame 32, and the reflected light from the reflectors 36 is used as the horizontal scanning light to the resonance frequency Fr. Exit with

図10は、車両用前照灯装置91の構成図である。車両用前照灯装置91において、車両用前照灯装置1(図1)の要素と同一の要素については、車両用前照灯装置1の要素に付けた符号を付けている。車両用前照灯装置91では、車両用前照灯装置1の光学系3が光学系93に置き換えられ、光学系3の蛍光体プレート25が結像装置96に置き換えられている。   FIG. 10 is a configuration diagram of the vehicle headlamp device 91. In the vehicle headlamp device 91, the same elements as those of the vehicle headlamp device 1 (FIG. 1) are denoted by the reference numerals attached to the elements of the vehicle headlamp device 1. In the vehicle headlamp device 91, the optical system 3 of the vehicle headlamp device 1 is replaced with an optical system 93, and the phosphor plate 25 of the optical system 3 is replaced with an imaging device 96.

結像装置96は、反射型の蛍光体プレート97と、蛍光体プレート97の裏面に接着されたヒートシンク98とを有している。反射型の蛍光体プレート97は、例えばアルミや銀などの高反射膜が背面に成膜される。光偏向器23は、反射光を蛍光体プレート97へ向かって出射し、該反射光は蛍光体プレート97に結像される。蛍光体プレート97は、光偏向器23からの入射光を波長変換して、投影レンズ26の方へ反射する。   The imaging device 96 includes a reflective phosphor plate 97 and a heat sink 98 bonded to the back surface of the phosphor plate 97. The reflective phosphor plate 97 is formed with a highly reflective film such as aluminum or silver on the back surface. The optical deflector 23 emits reflected light toward the phosphor plate 97, and the reflected light is imaged on the phosphor plate 97. The phosphor plate 97 converts the wavelength of incident light from the optical deflector 23 and reflects it toward the projection lens 26.

蛍光体は、青色光や紫外光を長波長の可視光に変換する際に、熱を発生し、この熱は蛍光体の寿命を低下させる。車両用前照灯装置91では、蛍光体プレート97がヒートシンク98により放熱性を向上されることにより蛍光体プレート97内の蛍光体の寿命低下を防止することができる。   The phosphor generates heat when converting blue light or ultraviolet light into long-wavelength visible light, and this heat reduces the life of the phosphor. In the vehicle headlamp device 91, the heat dissipation of the phosphor plate 97 is improved by the heat sink 98, so that the lifetime of the phosphor in the phosphor plate 97 can be prevented from being reduced.

光源21に直接蛍光体を封止して白色光源とした光学系を備える車両用前照灯からの出射光と対比すると、車両用前照灯装置91からの出射光の光量は、収束レンズ22の透過損失や反射型の蛍光体プレート97における反射損失によって、2,3割低下したが、車両前照灯として成立する光量は得られた。   Compared with the light emitted from the vehicle headlamp provided with an optical system in which the phosphor is directly sealed in the light source 21 to form a white light source, the amount of light emitted from the vehicle headlight device 91 is the convergence lens 22. However, the amount of light that can be realized as a vehicle headlamp was obtained.

実施例として製作した光偏向器についての性能試験の結果を述べると、次のとおりである。   The results of the performance test on the optical deflector manufactured as an example will be described as follows.

(第1実施例)
光偏向器23において、内側圧電アクチュエータ39に10Vの電圧を、また、外側圧電アクチュエータ40の圧電カンチレバー41に40Vの電圧を印加した。これにより、水平方向走査角(y軸回りの走査角)として48°、垂直方向走査角(x軸回りの走査角)として28°の光学走査角をそれぞれ得ることができた。なお、外側圧電アクチュエータ40は非共振モードで駆動した。
(First embodiment)
In the optical deflector 23, a voltage of 10 V was applied to the inner piezoelectric actuator 39, and a voltage of 40 V was applied to the piezoelectric cantilever 41 of the outer piezoelectric actuator 40. As a result, it was possible to obtain an optical scanning angle of 48 ° as the horizontal scanning angle (scanning angle around the y-axis) and 28 ° as the vertical scanning angle (scanning angle around the x-axis). The outer piezoelectric actuator 40 was driven in a non-resonant mode.

(第2実施例)
図7に示した内側圧電アクチュエータ39による共振駆動と電磁アクチュエータ64による非共振駆動の組み合わせによる2軸の光偏向器63(図7)を用いた車両前照灯装置を製作した。非共振駆動の電磁アクチュエータ64の往復回動の直進性が良く、外側圧電アクチュエータ40(実施例1)で駆動した場合よりも若干、有効走査線の数が増加した。これにより、配光パターンの解像度が向上した。また、電磁アクチュエータ64の静止位置保持特性を利用して、車両鉛直方向の位置をオフセットして、エイミングの調整も容易になった。
(Second embodiment)
A vehicle headlamp device using a biaxial optical deflector 63 (FIG. 7) by a combination of resonance driving by the inner piezoelectric actuator 39 and non-resonance driving by the electromagnetic actuator 64 shown in FIG. 7 was manufactured. The non-resonant drive electromagnetic actuator 64 has good rectilinear movement and the number of effective scanning lines is slightly increased as compared with the case of driving by the outer piezoelectric actuator 40 (Example 1). Thereby, the resolution of the light distribution pattern was improved. Further, the position of the vehicle in the vertical direction is offset using the stationary position holding characteristic of the electromagnetic actuator 64, and the aiming adjustment becomes easy.

(第3実施例)
図9に示した両軸とも電磁アクチュエータ64,79で駆動するタイプの2軸の光偏向器75を用いた車両前照灯装置を製作した。反射部36の駆動力が増大したため、反射部36の厚みを厚くして共振周波数を18kHzに維持する設計が可能になった。その結果、反射部36の動的面歪みが減少して、配光パターンの解像度が向上した。これを利用して単なる明暗のパターンだけでなく、路面上に矢印や数字を表示することが容易になった。もちろん、エイミングや路面情報表示は他のアクチュエータの組合わせでも対応可能であることは言うまでもない。
(Third embodiment)
A vehicle headlamp apparatus using a two-axis optical deflector 75 of the type driven by electromagnetic actuators 64 and 79 on both axes shown in FIG. Since the driving force of the reflection portion 36 has increased, it has become possible to design the resonance portion to be 18 kHz by increasing the thickness of the reflection portion 36. As a result, the dynamic surface distortion of the reflecting portion 36 is reduced, and the resolution of the light distribution pattern is improved. Using this, it became easy to display arrows and numbers on the road surface as well as simple light and dark patterns. Of course, it is needless to say that aiming and road surface information display can be supported by a combination of other actuators.

車両用前照灯装置1,91は、特にADB車両用前照灯装置への適用において大きな威力が発揮される。   The vehicle headlamp devices 1 and 91 are particularly effective in application to an ADB vehicle headlamp device.

本発明の実施例について説明したが、本発明の光スキャナは車両用灯具の適用に限定されない。本発明は、発散角の大きい光源を使用する任意の光スキャナに適用することができる。   Although the embodiment of the present invention has been described, the optical scanner of the present invention is not limited to the application of a vehicular lamp. The present invention can be applied to any optical scanner that uses a light source having a large divergence angle.

実施形態では、2軸駆動の光スキャナ(2次元スキャナ)について説明したが、本発明は、1軸駆動の光スキャナ(1次元スキャナ)にも適用することができる。その場合、外枠33と反射部36を非共振振動させる外側圧電アクチュエータ40とは省略する。第2軸線の回りに反射部36を往復回動させる走査方向の走査はできなくなるが、図6(b)のような配光をもつ別の光源の光と重ね合わせることにより、図6(c)〜(e)のように、一部の領域だけ、光を照射しないことが可能になる。   In the embodiment, the two-axis driving optical scanner (two-dimensional scanner) has been described. However, the present invention can also be applied to a one-axis driving optical scanner (one-dimensional scanner). In that case, the outer piezoelectric actuator 40 that causes the outer frame 33 and the reflecting portion 36 to oscillate in a non-resonant manner is omitted. Scanning in the scanning direction in which the reflecting portion 36 is reciprocally rotated around the second axis cannot be performed. However, by overlapping with light from another light source having a light distribution as shown in FIG. As in (e) to (e), it is possible to irradiate only a part of the region with no light.

実施形態では、光源21としてLED29が使用されているが、LED以外の幅広型の光源であってもよいし、レーザ光源を使用することもできる。   In the embodiment, the LED 29 is used as the light source 21, but a wide light source other than the LED may be used, or a laser light source may be used.

実施形態では、光源21のLED29の個数と、光偏向器23の反射部36の個数とが等しいが、本発明は等しくなくてもよい。光源21のLED29からの光が、光偏向器23の反射部36の配列に、はみ出すことなく、かつ所望の入射光量を確保して入射するように、両者の個数が適宜選択される。   In the embodiment, the number of LEDs 29 of the light source 21 is equal to the number of reflecting portions 36 of the optical deflector 23, but the present invention may not be equal. The number of both is appropriately selected so that the light from the LED 29 of the light source 21 enters the array of the reflecting portions 36 of the light deflector 23 without protruding and with a desired amount of incident light.

実施形態では、蛍光体プレート25が結像部材を兼ねているが、結像部材は、蛍光体プレート25とは別個に設けてもよい。   In the embodiment, the phosphor plate 25 also serves as an imaging member. However, the imaging member may be provided separately from the phosphor plate 25.

1,91・・・車両用前照灯装置、21・・・光源、22・・・収束レンズ、23,63,75,85・・・光偏向器、25,97・・・蛍光体プレート(結像部材又は蛍光体封入板)、26・・・投影レンズ、29・・・LED、31・・・内枠(第1枠体)、32・・・中枠(第2枠体)、33・・・外枠(第3枠体)、36・・・反射部、39・・・内側圧電アクチュエータ(第1アクチュエータ)、40・・・外側圧電アクチュエータ(第2アクチュエータ)、64・・・電磁アクチュエータ(第2アクチュエータ)、76・・・電磁アクチュエータ(第1アクチュエータ)、68,80・・・磁石、69,78・・・コイル線、98・・・ヒートシンク。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,91 ... Vehicle headlamp device, 21 ... Light source, 22 ... Converging lens, 23, 63, 75, 85 ... Optical deflector, 25, 97 ... Phosphor plate ( (Imaging member or phosphor enclosing plate), 26... Projection lens, 29... LED, 31... Inner frame (first frame), 32. ... outer frame (third frame), 36 ... reflecting part, 39 ... inner piezoelectric actuator (first actuator), 40 ... outer piezoelectric actuator (second actuator), 64 ... electromagnetic Actuator (second actuator), 76 ... Electromagnetic actuator (first actuator), 68, 80 ... Magnet, 69, 78 ... Coil wire, 98 ... Heat sink.

Claims (6)

光源と、
MEMSデバイスとして製造され、前記光源からの入射光を反射部における反射により偏向して出射する光偏向器と、
前記反射部を第1軸線に対して平行な軸線の回りに往復回動させる第1アクチュエータとを備え、
前記反射部からの反射光を走査光として出射する光スキャナであって、
前記光偏向器は、
前記反射部を包囲して支持する第1枠体と、
前記第1枠体を包囲して支持する第2枠体とを備え、
前記反射部は複数とされ、
前記複数の反射部は、共振周波数を同一に設定されて、前記第1軸線に直交する第2軸線に沿って一列に前記第1枠体の内側に配設されるとともに、前記第1軸線に対して平行な軸線の回りに往復回動自在に前記第1枠体に支持され、
前記第1アクチュエータは、前記第1枠体を前記共振周波数で往復回動させ、
前記光源は、該光源からの光が、前記光偏向器の前記複数の反射部の配列に、はみ出すことなく、かつ所定の入射量を確保して入射する方向に一列に配列された複数の発光ダイオードを有することを特徴とする光スキャナ。
A light source;
An optical deflector that is manufactured as a MEMS device and deflects and emits incident light from the light source by reflection at a reflection unit;
A first actuator that reciprocally rotates the reflecting portion around an axis parallel to the first axis;
An optical scanner that emits reflected light from the reflecting section as scanning light,
The optical deflector is
A first frame that surrounds and supports the reflective portion;
A second frame that surrounds and supports the first frame,
The reflection part is a plurality,
The plurality of reflecting portions are set to have the same resonance frequency, and are arranged in a line along the second axis perpendicular to the first axis inside the first frame body. It is supported by the first frame body so as to be reciprocally rotatable around an axis parallel to the axis,
The first actuator reciprocates the first frame at the resonance frequency,
The light source has a plurality of light emitting elements arranged in a line in a direction in which light from the light source does not protrude from the array of the plurality of reflecting portions of the optical deflector and ensures a predetermined incident amount. An optical scanner comprising a diode.
請求項1記載の光スキャナにおいて、
前記第2枠体を包囲する第3枠体と、
前記第2枠体と前記第3枠体との間に介在し、前記共振周波数より低い非共振周波数で前記反射部を前記第2軸線の回りに往復回動させる第2アクチュエータとを備えることを特徴とする光スキャナ。
The optical scanner according to claim 1.
A third frame surrounding the second frame;
A second actuator interposed between the second frame and the third frame and configured to reciprocately rotate the reflecting portion around the second axis at a non-resonant frequency lower than the resonance frequency. A featured optical scanner.
請求項2記載の光スキャナにおいて、
前記第1アクチュエータ又は前記第2アクチュエータは、前記光偏向器に設けられる圧電アクチュエータか、又は前記光偏向器に設けられるコイル部と、前記光偏向器の外部に配設されて前記コイル部の配置空間に所定の磁場を生成する磁石とを備える電磁アクチュエータであることを特徴とする光スキャナ。
The optical scanner according to claim 2.
The first actuator or the second actuator is a piezoelectric actuator provided in the optical deflector, or a coil part provided in the optical deflector, and an arrangement of the coil part provided outside the optical deflector. An optical scanner comprising: an electromagnetic actuator including a magnet that generates a predetermined magnetic field in space.
請求項1〜のいずれか1項に記載の光スキャナを装備して、該光スキャナからの走査光で照射領域を走査することを特徴とする車両用前照灯装置。 A vehicle headlamp device comprising the optical scanner according to any one of claims 1 to 3 and scanning an irradiation region with scanning light from the optical scanner. 請求項記載の車両用前照灯装置において、
前記光スキャナは、
前記光偏向器からの出射光が結像される結像位置に配設された結像部材と、
前記結像部材における結像を照射領域に投影する投影レンズとを備えることを特徴とする車両用前照灯装置。
The vehicle headlamp device according to claim 4 ,
The optical scanner is
An imaging member disposed at an imaging position where the emitted light from the optical deflector is imaged;
A vehicular headlamp device comprising: a projection lens that projects an image formed on the imaging member onto an irradiation region.
請求項記載の車両用前照灯装置において、
前記光源の発光ダイオードは青色光又は紫外光を発光し、
前記結像部材は、青色光の一部を黄色に波長変換する蛍光体、又は紫外光の全部を青色、緑色及び赤色の3色の可視光に波長変換する蛍光体が封入された蛍光体封入板であることを特徴とする車両用前照灯装置。
In the vehicle headlamp device according to claim 5 ,
The light emitting diode of the light source emits blue light or ultraviolet light,
The imaging member is a phosphor encapsulating a phosphor that converts a part of blue light into yellow, or a phosphor that converts all ultraviolet light into three colors of visible light of blue, green, and red. A vehicle headlamp device characterized by being a plate.
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