JP6973198B2 - 光偏向器、及びライダー装置 - Google Patents

Description

本開示は、光偏向器、及び光偏向器を備えたライダー装置に関する。

光検出によって測距を行うライダー装置において、出射する光の方向を変化させる光偏向器が用いられている。光偏向器では、出射光の方向に応じたミラーの角度を検出する技術が提案されている（例えば特許文献１）。

特許文献１は、静電容量を用いた角度検出手段を備える光偏向器を開示している。光偏向器は、ミラーを有する可動板と、固定部電極が設けられた固定部とを備える。特許文献１では、光偏向器がマイクロマシン技術を用いて製造されており、ミラーにおける反射面の裏面側に、駆動コイルと共に可動部電極が設けられている。角度検出手段は、ミラーの可動部電極と、固定部電極との間の静電容量に基づいて、ミラーの回転角を検出している。

特許第４６９４１９６号公報

特許文献１の光偏向器では、ミラーに設けられた可動部電極によって静電容量の計測が行われている。このように、従来の光偏向器においては、静電容量の計測専用の電極を、ミラーと共に動く部分に設ける必要があり、当該電極の領域確保を要したり、ミラーと共に動く部分に設ける計測専用の電極を非可動部側と電気的に接続するための配線を要したりする等、光偏向器の設計自由度を確保し難いという問題点があった。

上記のような従来技術の問題点に鑑みて、本開示の目的は、設計自由度を確保し易い光偏向器、及びライダー装置を提供することにある。

本開示に係る光偏向器は、入射した光が出射する方向を変化させる。光偏向器は、反射板と、可動部とを備える。反射板は、光を反射する。可動部は、反射板が回動可能な回動軸を有する。可動部は、反射板に対して固定された磁性体を含む。さらに、光偏向器は、電磁石と、検出電極とを備える。電磁石は、磁性体に対向して配置された磁極を有し、可動部を駆動する。検出電極は、磁性体に対向して配置され、回動軸周りの反射板の角度に応じた静電容量を検出する。

本開示に係るライダー装置は、光源部と、光偏向器とを備える。光源部は、光を発光する。光偏向器は、光源部において発光した光が出射する方向を変化させる。

本開示に係る光偏向器によると、設計自由度を確保し易い光偏向器、及びライダー装置を提供することができる。

本開示に係る光偏向器の適用例を説明するための図 実施形態１に係るライダー装置の構成を示すブロック図 実施形態１に係る光偏向器の構成を示す斜視図 実施形態１に係る光偏向器の分解斜視図 光偏向器における電磁駆動部の内部構造を示す斜視図 光偏向器における電磁駆動部の平面図及び側面図 光偏向器による光の偏向動作を説明するための図 光偏向器における電磁石の駆動方法を説明するための図 光偏向器における静電容量を説明するための図 光偏向器における静電容量と傾斜角度との関係を説明するための図 光偏向器の静電容量による角度検出方法を説明するための図 光偏向器の静電容量による角度検出の回路構成を例示する図 光偏向器の変形例１の構成を示す図 光偏向器の変形例２の構成を示す図 光偏向器の変形例３の構成を示す図

以下、添付の図面を参照して本開示に係る光偏向器及びライダー装置の実施の形態を説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

（適用例）
本開示に係る光偏向器が適用可能な一例について、図１を用いて説明する。図１は、本開示に係る光偏向器１の適用例を説明するための図である。

本開示に係る光偏向器１は、例えば車載用途のライダー装置２に適用可能である。図１に示すように、ライダー装置２では、光源部２０からの光が光偏向器１の反射板１０に照射される。光偏向器１は、反射板１０を回動させて、反射板１０における反射光の出射方向を変化させる。ライダー装置２は、回動した反射板１０の角度に応じて、光偏向器１が反射光を出射する方向を変更可能な走査領域Ｒ１において、光検出による測距を行う。

本開示では、光偏向器１において反射板１０を回動させる機能と、反射板１０の角度検出のための機能とにおいて共用される構成要素を導入することにより、光偏向器１の設計自由度を確保し易くする。これにより、例えば車載機器としてライダー装置２を設計する各種仕様に応じて、光偏向器１を小型化することができる。

（構成例）
以下、光偏向器１及びライダー装置２の構成例として各実施形態を説明する。

（実施形態１）
実施形態１では、光偏向器１が上記機能の共用化を実現する構成要素として軟磁性体を備える構成例について説明する。

１．構成
本実施形態に係るライダー装置２及び光偏向器１の構成について、以下説明する。

１−１．ライダー装置の構成
ライダー装置２の構成について、図１，２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るライダー装置２の構成を示すブロック図である。

本実施形態に係るライダー装置２は、図２に示すように、光偏向器１と、光源部２０と、投光光学系２１と、投光制御部２２と、受光光学系２３と、受光部２４と、距離演算部２５とを備える。光偏向器１の構成については後述する。

光源部２０は、レーザ光源などの光源素子を含む。光源部２０は、赤外領域等の所定の波長帯を有する光を発光する。光源部２０は、光源素子を駆動する駆動回路を含んでもよい。

投光光学系２１は、例えばコリメートレンズを含む。投光光学系２１は、図１に示すように、光源部２０から入射する光を、光偏向器１の反射板１０に集光する。

投光制御部２２は、ライダー装置２における光の投光時に各種制御信号を生成して、ライダー装置２の動作を制御する。例えば、投光制御部２２は、光源部２０が発光するタイミング、および光偏向器１における反射板１０の駆動のタイミングなどを制御する。投光制御部２２は、例えばマイコンやＦＰＧＡ等で構成される。

受光光学系２３は、ライダー装置２の外部から光を取り込むための受光レンズを含む。受光光学系２３は、ライダー装置２が出射した光の反射光を受光部２４に導光するように配置される。

受光部２４は、例えばＰＤ（フォトダイオード）、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）、又はＳＰＡＤ（単一光子アバランシェフォトダイオード）を含む。受光部２４は、光を受光したタイミング等を示す検出信号を生成し、生成した検出信号を距離演算部２５に出力する。

距離演算部２５は、受光部２４の検出信号、及び投光制御部２２による光源部２０の制御タイミング等に基づいて、ライダー装置２における測距結果を示す距離値を演算する。距離演算部２５は、光偏向器１における静電容量等の検出結果を入力して、距離の演算等に用いてもよい。距離演算部２５は、例えばマイコンやＦＰＧＡ等で構成される。

投光制御部２２及び距離演算部２５等としてのライダー装置２の各種機能は、所定のプログラム等を読み出して種々の演算処理を実行するＣＰＵ等によって実現されてもよい。ライダー装置２は、当該プログラム等が格納されるＲＯＭ及びＲＡＭ等を備えてもよい。

１−２．光偏向器の構成
本実施形態に係る光偏向器１の構成について、図３，４を用いて説明する。図３は、光偏向器１の構成を示す斜視図である。図４は、光偏向器１の分解斜視図である。

本実施形態の光偏向器１は、反射板１０と、反射板１０の可動範囲を規定する部分である可動部１１と、電磁石を用いて可動部１１を駆動する電磁駆動部３と、２つの検出電極４１，４２と、信号処理部５とを備える。

反射板１０は、光を反射する反射面１０ａを有する。以下、反射面１０ａが傾斜（回動）する基準となる平面を「ＸＹ平面」とし、ＸＹ平面の法線方向を「Ｚ方向」とする。また、反射面１０ａが光を反射する＋Ｚ側を上側といい、反対の−Ｚ側を下側という場合がある。

可動部１１は、反射面１０ａがＸＹ平面に対して傾斜するように反射板１０を回動させる回動軸１１ａを有する（図６参照）。以下、回動軸１１ａの方向を「Ｙ方向」とし、Ｙ，Ｚ方向に直交する方向を「Ｘ方向」とする。また、＋Ｘ側を右側といい、−Ｘ側を左側という場合がある。

電磁駆動部３は、例えば、各種部品を固定するように樹脂等でモールド成形された筐体３１ａを備える。電磁駆動部３の筐体３１は、ＸＹ平面に平行な上面３１ａを有することとする。当該上面３１ａには、例えば、図４に示すようにＹ方向における両側に、可動部１１の固定端を固定するための凸部３１ｂが設けられる。電磁駆動部３の構成の詳細については後述する。

検出電極４１，４２は、光偏向器１において、光を偏向する方向に応じた静電容量を検出するための電極である。本実施形態において、２つの検出電極４１，４２は、電磁駆動部３の上面３１ａに配置される。例えば、各検出電極４１，４２は、電磁駆動部３のモールド成形時に上面３１ａに固定される。

信号処理部５は、光偏向器１における各種の信号処理を行う。信号処理部５は、図３に示すように、容量検出回路５１と、コイル駆動回路５２とを含む。信号処理部５は、ＩＣ等を基板に実装して構成される。例えば、信号処理部５は、容量検出回路５１の出力波形を整形する波形整形回路などの各種回路をさらに含んでもよい。

容量検出回路５１は、検出電極４１，４２毎に、対応する静電容量を検出する回路である。容量検出回路５１は、各々の検出電極４１，４２に接続される。コイル駆動回路５２は、電磁駆動部３における駆動コイル３３（図５参照）に接続される。コイル駆動回路５２は、駆動コイル３３に駆動信号の電流を流して電磁駆動部３を駆動する回路である。

図４に示すように、本実施形態の光偏向器１における可動部１１は、接合部材１２と、弾性部材１３と、鉄棒１４とを備える。鉄棒１４は、本実施形態において軟磁性体で構成される可動部１１の磁性体の一例である。

接合部材１２は、反射板１０の下側に配置される。接合部材１２は、反射板１０と弾性部材１３とを接合する。接合部材１２によると、弾性部材１３と反射板１０間に空隙が確保され、弾性部材１３の変形時に反射板１０と弾性部材１３とが接触する事態を抑制できる。接合部材１２は適宜、省略されてもよい。

弾性部材１３は、例えばトーションバーである。弾性部材１３は、例えば、金属等の導電性の材料で構成される。弾性部材１３は、接合部材１２の下面に結合され、Ｙ方向に延在する。Ｙ方向における弾性部材１３の両端は、電磁駆動部３の上面３１ａの凸部３１ｂに、例えば樹脂により接合される。弾性部材１３は、ねじれの応力によって反射板１０の姿勢を保持する。弾性部材１３は、スポット溶接等によって接合されてもよい。例えば、スポット溶接用の金属部は、筐体３１のモールド前に凸部３１ｂを形成する位置の近傍に挿入されることにより、モールド材に固定できる。

鉄棒１４は、弾性部材１３の下面に結合される。これにより、鉄棒１４は、弾性部材１３及び接合部材１２を介して、反射板１０に対して固定される。鉄棒１４の長手方向は、Ｙ方向に直交し、例えばＸ方向に向けられる。鉄棒１４は、中央に凸部１４ａを有し、凸部１４ａが下側に向けられる。鉄棒１４は、電磁駆動部３の上面３１ａに配置される。鉄棒１４は、下面において２つの検出電極４１，４２に対向する。

以上のように構成される可動部１１によると、光偏向器１において、反射板１０が電磁駆動部３の上側に、可動範囲を確保しながら組み付けられる。本実施形態の可動部１１では、鉄棒１４が、反射板１０と共に可動な状態で、両側において検出電極４１，４２に対向する。

１−２−１．電磁駆動部の構成
光偏向器１における電磁駆動部３の構成の詳細について、図５（ａ），（ｂ），６（ａ），（ｂ）を用いて説明する。以下では、電磁駆動部３の筐体３１の図示を省略する場合がある。

図５（ａ）は、電磁駆動部３の内部構造を示す斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）とは別の方向からみた電磁駆動部３の斜視図である。図６（ａ）は、Ｚ方向からみた電磁駆動部３の平面図である。図６（ｂ）は、Ｙ方向からみた電磁駆動部３の側面図である。

本実施形態に係る電磁駆動部３は、図５（ａ）に示すように、鉄芯３２と、駆動コイル３３と、永久磁石３４とを備える。鉄芯３２と駆動コイル３３とは、電磁駆動部３における電磁石３０を構成する。

鉄芯３２は、電磁石３０の磁芯を構成する。図５（ｂ）に示すように、鉄芯３２は、Ｕ字状の形状を有する。鉄芯３２は、両端を上側（＋Ｚ側）に向け、中央部３２ａを下側（−Ｚ側）に向けて配置される。鉄芯３２の中央部３２ａは、Ｘ方向に延在する。

駆動コイル３３は、鉄芯３２の周りに導線を巻き付けて構成される。駆動コイル３３は、例えば鉄芯３２の中央部３２ａの右側（＋Ｘ側）と左側（−Ｘ側）とに設けられる。両側の駆動コイル３３は、例えば直列接続され、コイル駆動回路５２（図３）に接続される。

永久磁石３４は、例えば棒状であり、Ｚ方向に延在する。永久磁石３４は、例えば、鉄芯３２の中央部３２ａにおいて、駆動コイル３３の間に配置される。永久磁石３４の上端は、図４に示すように、電磁駆動部３の筐体３１の上面３１ａから露出する。

永久磁石３４の上端には、図５（ｂ），６（ｂ）に示すように、鉄棒１４の凸部１４ａが配置される。図６（ａ），６（ｂ）に示すように、回動軸１１ａは、鉄棒１４の凸部１４ａと永久磁石３４の上端とによって形成される。永久磁石３４の上端には、鉄棒１４の凸部１４ａに応じた凹部等が設けられてもよい。

永久磁石３４は、凸部１４ａにおける接触によって、鉄棒１４を磁化する。図６（ｂ）では、永久磁石３４の上端がＮ極であり、下端がＳ極である例を示している。永久磁石３４の磁極はこれに限らず、例えば上記の例から反転されてもよい。

電磁駆動部３において、電磁石３０の磁極３０ａ，３０ｂは、鉄芯３２の両端に構成される。各磁極３０ａ，３０ｂは、電磁駆動部３の筐体３１の上面３１ａから露出する（図４参照）。これにより、鉄棒１４は、回動軸１１ａを介した両側において、それぞれ電磁石３０の鉄芯３２の両端の磁極３０ａ，３０ｂに対向する。鉄棒１４を含む可動部１１の可動範囲は、例えば鉄棒１４と磁極３０ａ，３０ｂとの間の距離によって規定される。

２．動作
以上のように構成されるライダー装置２及び光偏向器１の動作について、以下説明する。

２−１．ライダー装置の動作
本実施形態に係るライダー装置２の動作について、図１，２を用いて説明する。

本実施形態のライダー装置２において、投光制御部２２（図２）は、例えば所定の周期で、光源部２０に光を発光させる。光源部２０において発光した光は、図１に示すように、投光光学系２１を介して光偏向器１に入射する。

光源部２０の制御に同期して、投光制御部２２は、光偏向器１に制御信号を出力し、例えば所定の駆動周波数を示す制御信号を光偏向器１に出力する。駆動周波数は、例えば光源部２０の発光の周期よりも長い駆動周期に対応する。光偏向器１は、投光制御部２２からの制御信号に基づいて、後述する光の偏向動作を行う。これにより、光偏向器１に入射して、反射面１０ａに反射された光は、駆動周期中に走査領域Ｒ１を走査するように、ライダー装置２から出射する。

ライダー装置２の出射光が外部の物体に到達すると、同物体における反射光が、出射時の進行方向を逆行して、ライダー装置２の受光光学系２３に入射し得る。当該反射光が受光部２４に受光されるタイミングは、出射時のタイミングから外部の物体までの距離を光速で往復する分の遅延期間を有する。

距離演算部２５は、投光制御部２２が光源部２０を制御したタイミングと、受光部２４からの受光信号のタイミングとに基づいて、上記の遅延期間に対応する距離を演算する。また、例えば、距離演算部２５は、光偏向器１における容量検出回路５１の検出信号に基づいて、光偏向器１から光が出射した方向を示す情報を演算する。距離演算部２５は、光偏向器１の駆動周期中に繰り返し、以上の演算を実行する。

以上のライダー装置２の動作によると、走査範領域Ｒ１内の空間方向を走査しながら光検出による測距を行うことができる。これにより、例えばライダー装置２の外部の三次元空間における物体の配置を認識することができる。

２−２．光偏向器の動作
以上のようなライダー装置２における光偏向器１の動作について、図７を用いて説明する。図７は、光偏向器１による光の偏向動作を説明するための図である。

図７（ａ），（ｂ）では、光偏向器１における入射光６１と反射光６２とを示している。入射光６１は、光偏向器１の左方から反射板１０に入射し、反射面１０ａにおいて反射されている。入射光６１の反射光６２は、反射面１０ａから光偏向器１の右方に出射している。反射光６２が出射する方向は、ＸＹ平面に対する反射面１０ａの傾斜角度に応じて変化する。

図７（ａ）は、光偏向器１において反射面１０ａが最も左側に傾斜した場合を示す。図７（ｂ）は、反射面１０ａが最も右側に傾斜した場合を示す。反射面１０ａの傾斜の向きは、反射面１０ａの法線１０ｂの方向を基準としている。

本実施形態の光偏向器１では、反射板１０が回動軸１１ａの周りに回動するように、電磁駆動部３が、磁極３０ａ，３０ｂからの磁場に基づいて、可動部１１の鉄棒１４をシーソー運動させる。図７（ａ）では、電磁石３０の左側の磁極３０ａが、鉄棒１４を吸着している。一方、図７（ｂ）では、電磁石３０の右側の磁極３０ｂが、鉄棒１４を吸着している。

以上のように鉄棒１４を用いた可動部１１の駆動により、図７（ａ），（ｂ）に示すように、反射板１０の機械的な振れ角の範囲Ａ１に対応する走査範囲Ａ２（＝Ａ１×２）内で、反射光６２の出射方向を走査することができる。

上記の走査時などに、反射光６２の出射方向、或いは反射面１０ａの傾斜角度を検出するためには、反射板１０と共に動く電極（以下「可動電極」という）と、傾斜の基準となるＸＹ平面等に固定された電極（以下「固定電極」という）とを用いて、可動電極と固定電極との間の静電容量を検出することが考えられる。

ここで、従来の光偏向器のように、可動電極としての専用部品を設ける場合、可動部の設計制約が増え、光偏向器の設計自由度が低下してしまうことが考えられる。また、可動部の質量増加によって光偏向器の駆動周波数が低下したり、製造時に可動電極の形成工程を要したりすることが考えられる。

そこで、本実施形態の光偏向器１は、可動部１１の鉄棒１４が、反射板１０を駆動させる機能に加えて、静電容量を検出するための可動電極としての機能も担うように構成される。これにより、光偏向器１に固定電極としての検出電極４１，４２を設けるだけで特に可動電極専用の部材を設けずに、反射面１０ａの傾斜角度に応じた静電容量を検出する機能を実現できる。以下、本実施形態の光偏向器１の動作の詳細を説明する。

２−２−１．電磁石の駆動方法
光偏向器１の電磁駆動部３における電磁石３０の駆動方法について、図８を用いて説明する。

図８は、光偏向器１における電磁石３０の駆動方法を説明するための図である。以下では、電磁石３０の駆動方法の一例としてパルス駆動の動作例を説明する。

図８（ａ）は、光偏向器１の初期状態の一例を示す。本例において、可動部１１の鉄棒１４は、永久磁石３４との接触により、両端がＮ極になるように磁化されている。このため、駆動コイル３３の通電前の初期状態において、鉄棒１４は、鉄芯３２の一端に吸着することが考えられる。図８（ａ）の例では、鉄棒１４が鉄芯３２の左端に吸着している。

図８（ｂ）は、電磁石３０の駆動信号の一例を示す。図８（ｃ）は、図８（ｂ）の駆動信号に応じた第１の駆動状態を示す。

光偏向器１のコイル駆動回路５２は、例えば図８（ｂ）に示すように、パルス電圧を有する駆動信号を生成して、駆動コイル３３に供給する。これにより、駆動コイル３３は磁場を発生させ、図８（ｃ）に例示するように鉄芯３２を磁化する。

図８（ｃ）の例では、電磁石３０の左側の磁極３０ａがＮ極となり、右側の磁極３０ｂがＳ極となるように鉄芯３２が磁化される。このため、可動部１１の鉄棒１４の左端では反発力が生じ、右端では吸引力が生じる。この際、鉄棒１４は、図８（ａ）の状態から時計回りにシーソー運動して、図８（ｃ）に示す第１の駆動状態に到る。第１の駆動状態では、鉄棒１４が電磁石３０の右側の磁極３０ｂに吸着される。

図８（ｄ）は、電磁石３０の駆動信号の別例を示す。図８（ｅ）は、図８（ｄ）の駆動信号に応じた第２の駆動状態を示す。

図８（ｃ）に示す第１の駆動状態から、コイル駆動回路５２は、図８（ｄ）に示すように、図８（ｂ）とは逆極性のパルス電圧を有する駆動信号を生成して、駆動コイル３３に供給する。これにより、駆動コイル３３に流れる電流が逆向きになり、鉄芯３２の磁化が、第１の駆動状態（図８（ｃ））から図８（ｅ）に示すように反転する。

図８（ｅ）の例では、電磁石３０の左側の磁極３０ａがＳ極となり、右側の磁極３０ｂがＮ極となることから、可動部１１の鉄棒１４の左端では吸引力が生じ、右端では反発力が生じる。この際、鉄棒１４は、図８（ｃ）の状態から反時計回りにシーソー運動して、図８（ｅ）に示す第２の駆動状態に到る。第２の駆動状態では、鉄棒１４が電磁石３０の左側の磁極３０ａに吸着される。

以上の駆動方法によると、第１及び第２の駆動状態（図８（ｃ），（ｅ））間で、鉄棒１４をシーソー運動させるように可動部１１を動かすことができる。例えば、コイル駆動回路５２が、図８（ｂ），（ｄ）の駆動信号を周期的に生成することにより、上記のシーソー運動を繰り返し実行できる。

以上に説明した駆動方法は一例であり、光偏向器１における電磁石３０の駆動方法は特にこれに限定されない。例えば、光偏向器１は適宜、第１の駆動状態と第２の駆動状態との中間状態に制御されてもよい。

２−２−２．静電容量による角度検出方法
光偏向器１における静電容量に基づく反射面１０ａの傾斜角度の検出方法について、図９〜１１を用いて説明する。図９は、光偏向器１における静電容量を説明するための図である。

本実施形態の光偏向器１において、鉄棒１４と各検出電極４１，４２とは、互いに対向することによって、図９に示すように、それぞれキャパシタ７１，７２とみなすことができる。左側の検出電極４１を含むキャパシタ７１は、静電容量の容量値Ｃ１を有する。右側の検出電極４２を含むキャパシタ７２は、容量値Ｃ２を有する。

図９は、光偏向器１の反射面１０ａが右側に傾斜した状態（図７（ｂ））における鉄棒１４と検出電極４１，４２との位置関係を例示している。鉄棒１４が電磁石３０の右側の磁極３０ｂに吸着されると、左側の検出電極４１と鉄棒１４間の距離は長くなることから、左側のキャパシタ７１の容量値Ｃ１は小さくなる。また、このとき、右側の検出電極４２と鉄棒１４間の距離は短くなることから、右側のキャパシタ７２の容量値Ｃ２は大きくなる。

一方、鉄棒１４が電磁石３０の左側の磁極３０ａに吸着されると、反射面１０ａが右側に傾斜する（図７（ａ）参照）。このとき、鉄棒１４は左側の検出電極４１に近づくことから、左側のキャパシタ７１の容量値Ｃ１が大きくなる。また、鉄棒１４は右側の検出電極４２から離れることから、右側のキャパシタ７２の容量値Ｃ２は小さくなる。

以上のように、鉄棒１４と検出電極４１，４２間の距離が反射面１０ａの傾斜角度に応じて変化することにより、鉄棒１４が静電容量の検出の可動電極として機能する。光偏向器１における静電容量と傾斜角度との関係式について、図１０を用いて説明する。

図１０は、光偏向器１における静電容量と傾斜角度との関係を説明するための図である。図１０では、鉄棒１４の左側のキャパシタ７１を模式的に示しており、対称性から鉄棒１４の右側の図示を省略している。

以下では、説明の簡単化のため、鉄棒１４において検出電極４１に対向する部分をキャパシタ７１の可動電極とみなすことにする。また、図１０に示すように、傾斜角度θについて、時計回りに＋θ方向とし、反時計回りに−θ方向とし、Ｙ方向に平行な場合に０°とする。

一般的なキャパシタの容量値Ｃは、真空の誘電率ε_０、並びに対向する電極間の距離ｄ及び面積Ｓに基づいて、次式（１）のように表される。
Ｃ＝ε_０×Ｓ／ｄ （１）

図１０において、Ｐは、鉄棒１４の長さの半分を示す。また、θ_ｍａｘは、機械的な振れ角の最大値を示す。Ｇは、θ＝０°を基準とするθ＝−θ_ｍａｘの鉄棒１４のＺ方向における振れ幅である。ｐは、Ｘ方向における検出電極４１と鉄棒１４の回転中心との間の距離である。ｄは、Ｚ方向における検出電極４１と鉄棒１４間の距離である。

図１０によると、Ｇ＝Ｐ×ｓｉｎθ_ｍａｘが成立することから、傾斜角度θにおける鉄棒１４と検出電極４１間の距離ｄは、次式（２）のように表される。
ｄ＝Ｇ＋ｐ×ｔａｎθ
＝Ｐ×ｓｉｎθ_ｍａｘ＋ｐ×ｔａｎθ （２）

従って、鉄棒１４と検出電極４１によるキャパシタ７１の容量値Ｃ１は、上式（１），（２）に基づき、次式（３）のように表すことができる。
Ｃ１＝ε_０×Ｓ／（Ｐ×ｓｉｎθ_ｍａｘ＋ｐ×ｔａｎθ） （３）

また、鉄棒１４の右側のキャパシタ７２（図９）については、鉄棒１４の傾斜角度θに応じて、距離ｄの変化量が左側のキャパシタ７１とは逆に増減することとなる。よって、右側のキャパシタ７２の容量値Ｃ２は、次式（４）のように表すことができる。
Ｃ２＝ε_０×Ｓ／（Ｐ×ｓｉｎθ_ｍａｘ−ｐ×ｔａｎθ） （４）

上式（３），（４）によると、各々のキャパシタ７１，７２の容量値Ｃ１，Ｃ２と傾斜角度θとの関係が規定されることから、容量値Ｃ１と容量値Ｃ２との少なくとも一方を用いて、傾斜角度θを算出することができる。

なお、容量値Ｃ１，Ｃ２と傾斜角度θとの関係式は、特に上式（３），（４）に限定されない。例えば、上式（３），（４）におけるｔａｎθの代わりにｓｉｎθを用いてもよい。また、以上の説明では、鉄棒１４の一部を可動電極とみなしたが、鉄棒１４全体を可動電極とみなしてもよい。この場合、容量値Ｃ１，Ｃ２は適宜、鉄棒１４の長手方向の積分値を用いて算出可能である。

本実施形態では、上記のような各キャパシタ７１，７２の容量値Ｃ１，Ｃ２の差分を用いて、傾斜角度θを検出する。図１１を用いて、静電容量（Ｃ１−Ｃ２）による角度検出方法について説明する。

図１１（ａ）は、光偏向器１における傾斜角度θの時間変化の一例を示すグラフである。図１１（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図１１（ａ）の傾斜角度θに対応する各キャパシタ７１，７２の容量値Ｃ１，Ｃ２を示すグラフである。図１１（ｄ）は、図１１（ｂ），（ｃ）の差分（Ｃ１−Ｃ２）を示すグラフである。

光偏向器１において、例えば反射板１０の傾斜角度θが図１１（ａ）に示すように変動しているとき、容量検出回路５１は、各検出電極４１，４２からの電圧又は電流等の出力に基づいて、図１１（ｂ），（ｃ）に示すように、各容量値Ｃ１，Ｃ２を検出する。容量検出回路５１は、例えば、容量値Ｃ１，Ｃ２の検出結果を示す信号を生成して、ライダー装置２の距離演算部２５に出力する。距離演算部２５は、例えば図１１（ｄ）の差分（Ｃ１−Ｃ２）を算出して、図１１（ａ）の傾斜角度θを検出する。

図１１（ａ）では、傾斜角度θが線形に変化する例を示している。この際、鉄棒１４の左側のキャパシタ７１の容量値Ｃ１と、右側のキャパシタ７２の容量値Ｃ２とは、図１１（ｂ），（ｃ）に示すように、それぞれ非線形に変化することとなる。これに対して、２つのキャパシタ７１，７２の容量値Ｃ１，Ｃ２の差分（Ｃ１−Ｃ２）によると、図１１（ｄ）に示すように、差分を取らない場合よりも線形性を向上できる。

さらに、傾斜角度θの検出に差分（Ｃ１−Ｃ２）を用いることにより、個々の容量値Ｃ１，Ｃ２の検出時におけるノイズの影響を低減することができる。２つの検出電極４１，４２を用いることにより、傾斜角度θの検出精度を良くすることができる。また、例えば上述した第１及び第２の駆動状態（図８（ａ），（ｂ））において校正を行うことにより、傾斜角度θの検出精度を向上できる。

以上のような静電容量による傾斜角度θの検出を行う回路構成の一例を図１２に示す。図１２の例において、容量検出回路５１は、各キャパシタ７１，７２の容量値Ｃ１，Ｃ２をそれぞれ検出する容量検出ＩＣ等を含んでいる。容量検出回路５１は、各容量検出ＩＣの出力波形を整形し（図１１（ｂ），（ｃ））、整形した信号の差分を演算して（図１１（ｄ））、傾斜角度θ（図１１（ａ））の算出を行う。

図１２に示すように、本構成例の光偏向器１においては、鉄棒１４と接合する弾性部材１３を金属等で構成することにより、２つのキャパシタ７１，７２の可動電極（即ち鉄棒１４）を、弾性部材１３を介して接地できる。従来技術（特許文献１）は、可動部電極を接地するためにトーションバー部を通じて固定部側に専用の配線を設けている。これに対して、上記の構成例によると、従来技術のような接地専用の配線を設ける必要がなくなり、光偏光器１の設計自由度をより向上することができる。

３．まとめ
以上のように、本実施形態に係る光偏向器１は、入射した光が出射する方向を変化させる。光偏向器１は、反射板１０と、可動部１１と、電磁石３０と、検出電極４１，４２とを備える。反射板１０は、光を反射する。可動部１１は、反射板１０が回動可能な回動軸１１ａを有する。電磁石３０は、可動部１１を駆動する磁極３０ａ，３０ｂを有する。検出電極４１，４２は、回動軸１１ａ周りの反射板１０の角度（θ）に応じた静電容量（Ｃ１，Ｃ２）を検出する。可動部１１は、反射板１０に対して固定された磁性体の一例である鉄棒１４を含む。鉄棒１４は、電磁石３０の磁極３０ａ，３０ｂと検出電極４１，４２とに対向するように配置される。

以上の光偏向器１によると、電磁石３０による反射板１０及び可動部１１の駆動と、検出電極４１，４２による静電容量の検出との双方の機能を、鉄棒１４を用いて実現できる。また、弾性部材１３が鉄棒１４と非可動部側とを電気的に接続する配線の役割も担うことになる。これにより、静電容量の計測専用の電極を、反射板１０と共に動く部分に設ける必要がなくなり、反射板１０と共に動く部分に設ける計測専用の電極を非可動部側と電気的に接続するための配線も不要になるなど、設計自由度を確保し易い光偏向器１を提供することができる。

また、本実施形態の光偏向器１では、電磁石３０の駆動コイル３３を反射板１０或いは可動部１１等の反射板１０と共に動く位置に形成する必要がない。これにより、例えば弾性部材を介して可動板にコイルへ通電するような配線が不要になり、弾性部材上の配線部分の弾性変形に対する耐性を考慮する必要をなくすことができる。また、コイルに通電する際に生じる熱により反射板の平面度が悪化するという現象も回避できる。

本実施形態において、可動部１１における磁性体としての鉄棒１４は、静電容量の検出にも適用し易いと考えられる軟磁性体である。本実施形態の光偏向器１においては、鉄棒１４の代わりに、各種の軟磁性体が用いられてもよい。鉄棒１４のような棒形状に限らず、種々の形状を有してもよい。

また、本実施形態において、光偏向器１は、鉄棒１４に接触する永久磁石３４をさらに備える。永久磁石３４によって鉄棒１４を磁化することにより、可動部１１を電磁石３０で駆動し易くすることができる。

また、本実施形態において、電磁石３０は、回動軸１１ａを介した両側において鉄棒１４にそれぞれ対向する２つの磁極３０ａ，３０ｂを有する。各磁極３０ａ，３０ｂからの磁場を利用して、可動部１１を駆動し易くできる。

また、本実施形態において、光偏向器１は、回動軸１１ａを介した両側において鉄棒１４にそれぞれ対向する２つの検出電極４１，４２を備える。２つの検出電極４１，４２を用いて、静電容量に応じた反射板１０の角度検出を精度良く行うことができる。

また、本実施形態において、可動部１１は、反射板１０の姿勢を保持する弾性部材１３をさらに含む。弾性部材１３は適宜、省略されてもよい。

また、本実施形態において、電磁石３０は、電流に応じて磁場を発生させる駆動コイル３３を備える。光偏向器１は、駆動コイル３３を駆動するコイル駆動回路５２をさらに備える。コイル駆動回路５２により、電磁石３０を駆動することができる。

また、本実施形態において、光偏向器１は、検出電極４１，４２に接続され、静電容量の容量値Ｃ１，Ｃ２を検出する容量検出回路５１をさらに備える。光偏向器１は、容量検出回路５１に加えて、又はこれに代えて、容量値Ｃ１，Ｃ２に応じた傾斜角度θを検出する角度検出回路を備えてもよい。

また、本実施形態に係るライダー装置２は、光偏向器１と、光偏向器１の反射板１０に光を照射する光源部２０とを備える。本実施形態のライダー装置２では、光偏向器１により、設計自由度が確保し易い。ライダー装置２の距離演算部２５は、光偏向器１の検出電極４１，４２において検出される静電容量に基づいて、光偏向器１から出射する光の方向を示す情報を演算する演算部の一例である。

（他の実施形態）
上記の実施形態１では、鉄棒１４が２つの磁極３０ａ，３０ｂ及び２つの検出電極４１，４２に対向する光偏向器１の構成例を説明した。本開示の光偏向器はこれに限定されず、例えば、検出電極の個数が１つであってもよいし、磁性体に対向する磁極も１つであってもよい。光偏向器の変形例１〜３について、図１３〜１４を用いて説明する。

図１３は、実施形態１の変形例１に係る光偏向器１Ａの構成を例示する。図１３（ａ）は、本変形例に係る光偏向器１Ａの斜視図を示す。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ’断面における光偏向器１Ａの断面図を示す。変形例１では、鉄棒１４が１つの磁極３０ａ及び１つの検出電極４１に対向する光偏向器１Ａの構成例を説明する。

本変形例の光偏向器１Ａでは、実施形態１の光偏向器１と同様の構成において、図１３（ａ），（ｂ）に例示するように、１つの検出電極４１と、電磁石３０Ａとを備える。１つの検出電極４１と、電磁石３０Ａの１つの磁極３０ａとは、それぞれ鉄棒１４に対向するように配置される。

図１３の構成例では、電磁石３０Ａは、例えば平板状のコイルで構成される。電磁石３０Ａは、特に磁芯を備えなくてもよい。また、本構成例の光偏向器１Ａでは、実施形態１の光偏向器１における永久磁石３４（図６（ｂ）参照）は省略されている。

また、図１３（ｂ）に示すように、本構成例の光偏向器１Ａの可動部１１Ａでは、接合部材１２が、反射板１０と鉄棒１４とを接合している。鉄棒１４の下面は、弾性部材１３の上面に接合されている。例えば、鉄棒１４の上面に、接合部材１２と同様の形状の部分を設けることにより、接合部材１２が省略されてもよい。

以上のように構成される光偏向器１Ａにおいては、可動部１１Ａの鉄棒１４が、電磁石３０による吸引力のオン／オフと、弾性部材１３の弾性力とによって駆動される。例えば、鉄棒１４の固有振動数に応じた駆動周波数が用いられてもよい。鉄棒１４の可動範囲は、例えば弾性部材１３に固定する姿勢に応じて適宜、設定可能である。

図１４は、変形例２に係る光偏向器１Ｂの構成を示す。本変形例の光偏向器１Ｂは、変形例１の光偏向器１Ｂの構成に加えて、２つ目の検出電極４２をさらに備える。２つの検出電極４１，４２を用いることにより、静電容量に基づく傾斜角度θの検出精度を良くすることができる。

図１５は、変形例３に係る光偏向器１Ｃの構成を示す。本変形例の光偏向器１Ｃは、変形例１の光偏向器１Ｂの構成に加えて、２つ目の電磁石３０Ｂをさらに備える。２つ目の電磁石３０Ｂの磁極３０ｂは、弾性部材１３を介して１つ目の電磁石３０Ａの磁極３０ａとは反対側において、鉄棒１４に対向するように配置される。２つの電磁石３０Ａ，３０Ｂを用いることにより、例えば交互に磁場を発生させ、鉄棒１４の駆動を高速化することができる

上記の実施形態１では、永久磁石３３が電磁駆動部３に設けられる構成例を説明した。本実施形態において、光偏光器の可動部に永久磁石が設けられてもよい。この場合においても、永久磁石を鉄棒１４等の軟磁性体に接触するように配置することにより、当該軟磁性体を磁化して、可動部１１の電磁駆動を行い易くすることができる。

上記の各実施形態では、光偏向器１の可動部１１が備える磁性体が、鉄棒１４のような軟磁性体の例を説明した。本実施形態では、光偏向器が、鉄棒１４の代わりに、磁石などの各種の磁性体を備えてもよい。この場合であっても、磁性体を電磁石の磁極と静電容量の検出電極とに対向させることにより、当該磁性体を電磁石による駆動と静電容量の検出とに利用でき、光偏向器の設計自由度を確保し易くすることができる。

また、上記の各実施形態では、光偏向器１が信号処理部５を備える構成例を説明した。本実施形態では、光偏向器が信号処理部５を備えなくてもよい。例えば、光偏向器は、信号処理部５とは別体で提供されてもよい。

（付記）
以上のように、本開示の各種実施形態について説明したが、本開示は上記の内容に限定されるものではなく、技術的思想が実質的に同一の範囲内で種々の変更を行うことができる。以下、本開示に係る各種態様を付記する。

本開示に係る第１の態様は、入射した光が出射する方向を変化させる光偏向器（１）であって、前記光を反射する反射板（１０）と、前記反射板が回動可能な回動軸（１１ａ）を有する可動部（１１）とを備える。前記可動部は、前記反射板に対して固定された磁性体（１４）を含む。さらに、光偏向器は、前記磁性体に対向して配置された磁極（３０ａ、３０ｂ）を有し、前記可動部を駆動する電磁石（３０）と、前記磁性体に対向して配置され、前記回動軸周りの前記反射板の角度に応じた静電容量を検出する検出電極（４１，４２）とを備える。

第２の態様では、第１の態様の光偏向器において、前記磁性体は、軟磁性体である。

第３の態様では、第２の態様の光偏向器が、前記軟磁性体に接触する永久磁石（３４）をさらに備える。

第４の態様では、第１〜第３のいずれかの態様の光偏向器において、前記電磁石は、前記回動軸を介した両側において前記磁性体にそれぞれ対向する２つの磁極を有する。

第５の態様では、第１〜第４のいずれかの態様の光偏向器が、前記回動軸を介した両側において前記磁性体にそれぞれ対向する２つの検出電極を備える。

第６の態様では、第１〜第５のいずれかの態様の光偏向器において、前記可動部は、前記反射板の姿勢を保持する弾性部材（１３）をさらに含む。

第７の態様では、第１〜第６のいずれかの態様の光偏向器において、前記電磁石は、電流に応じて磁場を発生させる駆動コイル（３３）を備える。光偏向器は、前記駆動コイルを駆動するコイル駆動回路（５２）をさらに備える。

第８の態様では、第１〜第７のいずれかの態様の光偏向器が、前記検出電極に接続され、前記静電容量を検出する容量検出回路（５１）をさらに備える。

第９の態様は、光を発光する光源部（２０）と、前記光源部において発光した光が出射する方向を変化させる、第１〜第８のいずれかの態様の光偏向器とを備えたライダー装置（２）である。

１，１Ａ〜１Ｃ 光偏向器
１０ 反射板
１１ 可動部
１３ 弾性部材
１４ 鉄棒
２ ライダー装置
２０ 光源部
３０ 電磁石
３０ａ，３０ｂ 磁極
３３ 駆動コイル
４１，４２ 検出電極
５１ 容量検出回路
５２ コイル駆動回路

Claims (9)

1. 入射した光が出射する方向を変化させる光偏向器であって、
   前記光を反射する反射板と、
   前記反射板が回動可能な回動軸を有する可動部とを備え、
   前記可動部は、前記反射板に対して固定された磁性体を含み、
   さらに、
   前記磁性体に対向して配置された磁極を有し、前記可動部を駆動する電磁石と、
   前記磁性体が前記磁極に加えて更に対向するように配置された電極であって、前記磁性体が前記磁極に接触するまでの前記回動軸周りの前記反射板の角度に応じた静電容量を検出する検出電極と
   を備えた光偏向器。
2. 前記磁性体は、軟磁性体である
   請求項１に記載の光偏向器。
3. 前記軟磁性体において前記可動部の回動軸を構成するように設けられた凸部に接触する永久磁石をさらに備える
   請求項２に記載の光偏向器。
4. 前記電磁石は、前記回動軸を介した両側において前記磁性体にそれぞれ対向する２つの磁極を有する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の光偏向器。
5. 前記回動軸を介した両側において前記磁性体にそれぞれ対向する２つの検出電極を備える
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の光偏向器。
6. 前記可動部は、前記反射板の姿勢を保持する弾性部材をさらに含み、
   前記弾性部材は、前記磁性体を接地するように前記磁性体と電気的に接続する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の光偏向器。
7. 前記電磁石は、電流に応じて磁場を発生させる駆動コイルを備え、
   前記駆動コイルを駆動するコイル駆動回路をさらに備える
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の光偏向器。
8. 前記検出電極に接続され、前記静電容量を検出する容量検出回路をさらに備える
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の光偏向器。
9. 光を発光する光源部と、
   前記光源部において発光した光が出射する方向を変化させる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光偏向器と
   を備えたライダー装置。

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