WO2024018824A1

WO2024018824A1 - 走査光学装置

Info

Publication number: WO2024018824A1
Application number: PCT/JP2023/023314
Authority: WO
Inventors: 一彦熊井戸; 佑希中田
Original assignee: ニデックコンポーネンツ株式会社
Priority date: 2022-07-22
Filing date: 2023-06-23
Publication date: 2024-01-25
Also published as: JP2024014461A

Abstract

本発明の走査光学装置は、ミラーに対する仕切り板の装着が容易であり、ミラーの形状の複雑化を防止することが可能である。第１ミラー１１は、光源からの光を走査空間に反射する複数の反射面１１ａを有する。第２ミラー１２は、走査空間からの反射光を受光素子に反射させる複数の反射面を有する。軸１３は、第１ミラーと第２ミラーとの間に設けられ、第１ミラーと第２ミラーとを繋ぎ、モータの回転軸に連結される。仕切り板１４は、第１ミラーと第２ミラーに対して光が入射される側で、第１ミラーと第２ミラーの間の少なくとも一部に挿入され、第１ミラー及び第２ミラーとは別の部分に固定される。仕切り板は、前記第１ミラー、前記第２ミラー、及び前記軸に対して非接触である。

Description

走査光学装置

　本発明の実施形態は、例えば３次元測距画像センサに適用される走査光学装置に関する。

　例えば車両に搭載され、物体までの距離を測定するＬｉＤＡＲ(（Light Detection and Ranging）は、例えば光を空間に放射して走査し、空間内の物体からの反射光を受けて物体までの距離を測定する。

　空間を走査するため、ポリゴンミラーを用いた装置が開発されている（例えば特開２００６－２２１００１号公報，特開２０２０－３６５８号公報参照）。

　例えば第１ポリゴンミラーにより空間に光を放射し、第１ポリゴンミラーと同軸に配置された第２ポリゴンミラーにより物体からの反射光を受ける場合、隣接する第１ポリゴンミラーの光と第２ポリゴンミラーの光とが干渉することがある。このため、第１ポリゴンミラーと第２ポリゴンミラーとの間に仕切り板を設ける必要がある。

　第１ポリゴンミラーと第２ポリゴンミラーとが別々に製造される場合、２つのミラーの間に仕切り板を装着することは、容易であるが、ミラー同士の角度にずれが生じることがある。また、第１ポリゴンミラーと第２ポリゴンミラーとが一体に製造される場合、２つのミラーの間に仕切り板を固定することが難しく、さらに、仕切り板を装着するために、ミラー側の形状が複雑化し、製造コストが高騰する傾向があった。

　本発明の実施形態は、ミラーに対する仕切り板の装着が容易であり、ミラーの形状の複雑化を防止することが可能な走査光学装置を提供する。

　本実施形態の走査光学装置は、光源からの光を走査空間に反射する複数の反射面を有する第１ミラーと、前記走査空間からの反射光を受光素子に反射させる複数の反射面を有する第２ミラーと、前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に設けられ、前記第１ミラーと前記第２ミラーとを繋ぎ、モータの回転軸に連結される軸と、前記第１ミラーと前記第２ミラーに対して光が入射される側で、前記第１ミラーと前記第２ミラーの間の少なくとも一部に挿入され、前記第１ミラー及び前記第２ミラーとは別の部分に固定された仕切り板と、を具備し、前記仕切り板は、前記第１ミラー、前記第２ミラー、及び前記軸に対して非接触である。

本発明の実施形態に係る走査光学装置を示す斜視図。図１の一部を示す側面図。本実施形態に係る走査光学装置の軸を示すものであり、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図。本実施形態に係る仕切り板の第１変形例を示す平面図。本実施形態に係る仕切り板の第２変形例を示す平面図。本実施形態に係る仕切り板の第３変形例を示す斜視図。

　以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には、同一符号を付している。

　（実施形態）
　図１乃至図３は、本実施形態に係る走査光学装置１０を示している。
　走査光学装置１０は、第１ポリゴンミラー（以下、単に第１ミラーと称す）１１と、第２ポリゴンミラー（以下、単に第２ミラーと称す）１２と、第１ミラー１１と第２ミラー１２とを接続する軸１３と、仕切り板１４と、を具備している。

　第１ミラー１１は、側面に例えば４つの反射面１１ａを有し、第２ミラー１２も側面に例えば４つの反射面１２ａを有している。反射面の数は、４つに限定されるものではなく、５つ以上であってもよい。第１ミラー１１及び第２ミラー１２の各反射面は、例えば長方形であるが、長方形に限定されるものではなく、台形又は正方形であっても良い。

　第１ミラー１１は、例えば光源からの光を反射して走査空間に照射する反射鏡として用いられ、第２ミラーは、走査空間内の物体から反射された光を例えば受光素子に導く反射鏡として用いられる。第１ミラー１１の各反射面の面積は、走査空間に２次元に放射される光ビームの照射角度の範囲により定められ、第２ミラー１２の各反射面の面積は、走査空間の広い範囲からの光を受けるため、第１ミラー１１の各反射面の面積より大きくされている。しかし、第２ミラー１２の各反射面の面積は、第１ミラー１１の各反射面の面積と同等であってもよい。

　第１ミラー１１と第２ミラー１２は、例えば円筒形の軸１３（図３に示す）によって接続されており、軸１３は、図示せぬモータの回転軸に連結される。このため、モータが駆動されると、第１ミラー１１及び第２ミラー１２は、例えば図示矢印Ａ方向に回転される。

　第１ミラー１１、第２ミラー１２、及び軸１３は、例えば同一材料により一体的に製造されている。しかし、第１ミラー１１と第２ミラー１２の各反射面の角度を正確に一致させることができる場合、これらは別々に製造されていてもよい。

　第１ミラー１１と第２ミラー１２との間には、軸１３の長さに対応する隙間１５が設けられている。この隙間１５内に、仕切り板１４が挿入される。具体的には、仕切り板１４は、第１ミラー１１の反射面に光が入射される部分と、第２ミラー１２の反射面に光が入射される部分との間に配置される。

　図３に示すように、仕切り板１４は、例えば矩形状であり、長手方向の長さＬ１は、第１ミラー１１又は第２ミラー１２の１つの反射面の長さＬ２より長い（Ｌ１＞Ｌ２）。仕切り板１４は、長手方向に沿った一側面の一部が第１ミラー１１と第２ミラー１２、及び軸１３に非接触で、隙間１５内に挿入される。

　図２に示すように、仕切り板１４の軸方向に沿った厚みＷ１は、第１ミラー１１と第２ミラー１２との間の隙間１５の軸方向に沿った幅Ｗ２より薄い（Ｗ１＜Ｗ２）。

　図３に示すように、第１ミラー１１と第２ミラー１２との間の隙間１５の深さＤに対して、仕切り板１４は浅く挿入される。このため、仕切り板１４が隙間１５の中に挿入される距離をＬ３とすると、仕切り板１４の一方の側面と軸１３の表面との間に距離Ｌ４の隙間が生じる。このため、仕切り板１４の表面及び裏面は、第１ミラー１１の図示下面と第２ミラー１２の図示上面とから離れており、仕切り板１４の側面は、軸１３の側面から離れている。すなわち、仕切り板１４は、第１ミラー１１、第２ミラー１２、及び軸１３に対して非接触の状態で、第１ミラー１１と第２ミラー１２との間の隙間１５に配置される。この状態において、仕切り板１４は、第１ミラー１１と第２ミラー１２とは別の部分に固定される。

　具体的には、図１に示すように、走査光学装置１０は、筐体１６内に配置され、仕切り板１４の例えば長手方向の両端は、筐体１６内に固定される。固定手段としては、例えばネジ、ボルト、接着剤などを適用することが可能であるが、これらに限定されるものではない。

　図１、図３に示すように、仕切り板１４が第１ミラー１１と第２ミラー１２との間の隙間１５に配置された状態において、仕切り板１４の長手方向に沿った他方の側面と第１ミラー１１又は第２ミラー１２の反射面との間の距離Ｌ５は、第１ミラー１１から放射された光の軸方向の走査角度の範囲と、第２ミラー１２へ入射される光の軸方向の走査角度の範囲に従って定められる。すなわち、第１ミラー１１から放射される光と、第２ミラー１２へ入射される光との干渉を防止することが可能な範囲に定められる。このため、仕切り板１４の短手方向（長手方向と交差し、軸方向と交差する方向）の長さＬ６は、仕切り板１４の長手方向に沿った他方の側面と第１ミラー１１又は第２ミラー１２の反射面との間の距離Ｌ５と、隙間１５内への挿入距離Ｌ３との和（Ｌ６＝Ｌ５＋Ｌ３）として定められる。

　(実施形態の効果)
　本実施形態によれば、第１ミラー１１と第２ミラー１２との間に隙間１５が設けられ、仕切り板１４は、隙間１５内に非接触で挿入され、第１ミラー１１及び第２ミラー１２とは、別の部分に保持される。このため、第１ミラー１１と第２ミラー１２が一体的に形成される場合であっても、別体に形成される場合であっても仕切り板１４を第１ミラー１１，第２ミラー１２及び軸１３に対して簡単に装着することができるため、組み立て作業を容易化することが可能である。

　また、仕切り板１４は、回転する第１ミラー１１及び第２ミラー１２とは別の固定された部分に取り付けられるため、仕切り板１４の取り付けが容易である。

　（第１変形例）
　図４は、本実施形態に係る仕切り板の第１変形例を示している。第１変形例において、仕切り板１４は、長手方向に沿った一方の側面の一部に切欠き１４ａを有している。切欠き１４ａは、軸１３の側面に対応した円弧状である。

　仕切り板１４が第１ミラー１１と第２ミラー１２との間の隙間１５に挿入された状態において、切欠き１４ａは、軸１３の側面から僅かに離れており、仕切り板１４は、第１ミラー１１、第２ミラー１２、及び軸１３に対して非接触である。

　仕切り板１４の長手方向に沿った他方の側面と第１ミラー１１又は第２ミラー１２の反射面との間の距離は、例えばＬ５に保持される。

　第１変形例のように、仕切り板１４に円弧状の切欠き１４ａを設けることにより、仕切り板１４を第１ミラー１１と第２ミラー１２との間の隙間１５に挿入した状態において、仕切り板１４と第１ミラー１１及び第２ミラー１２とのオーバラップした範囲を増加することができる。このため、回転する第１ミラー１１及び第２ミラー１２に対して入射光と反射光の干渉を一層防止することが可能である。

　（第２変形例）
　図５は、本実施形態に係る仕切り板の第２変形例を示している。第２変形例において、仕切り板１４は、第１仕切り板１４ｂと第２仕切り板１４ｃとを具備している。第１仕切り板１４ｂは切欠き１４ｄを含み、第２仕切り板１４ｃは、切欠き１４ｅを含んでいる。切欠き１４ｄ及び切欠き１４ｅは、軸１３の側面に対応してそれぞれ半円形である。

　第１仕切り板１４ｂと第２仕切り板１４ｃが第１ミラー１１と第２ミラー１２との間の隙間１５に切欠き１４ｄと切欠き１４ｅが対向するように挿入され、第１仕切り板１４ｂと第２仕切り板１４ｃが接触された状態において、第１仕切り板１４ｂの切欠き１４ｄと第２仕切り板１４ｃの切欠き１４ｅは、円形となる。円形となった、切欠き１４ｄと切欠き１４ｅは、軸１３の側面から僅かに離れており、第１仕切り板１４ｂと第２仕切り板１４ｃは、第１ミラー１１、第２ミラー１２、及び軸１３に対して非接触である。

　第２変形例においても、第１仕切り板１４ｂの長手方向に沿った他方の側面と第１ミラー１１又は第２ミラー１２の反射面との間の距離は、例えばＬ５に保持される。

　第２変形例によっても、実施形態及び第１変形例と同様の効果を得ることが可能である。
　しかも、第２変形例によれば、第１仕切り板１４ｂと第２仕切り板１４ｃとにより、軸１３の全周囲を覆っているため、より一層、放射光と反射光の干渉を防止することが可能である。

　（第３変形例）
　図６は、本実施形態に係る仕切り板の第３変形例を示している。第３変形例において、仕切り板１４は、例えば印刷基板２０により構成されている。印刷基板２０の表面には、光源としての発光素子、例えばレーザダイオード２１が配置される。さらに、レーザダイオード２１から発生されたレーザ光を軸方向に沿って走査する例えば光学系が配置されてもよい。印刷基板２０の裏面には、受光素子としての例えばフォトダイオードアレイ２２が配置されている。印刷基板２０上にその他の電子回路が配置されてもよい。

　レーザダイオード２１から照射されたレーザ光は、第１ミラー１１の反射面で反射されて、筐体１６の外部の走査空間に放射され、走査空間内の物体から反射された光は、第２ミラー１２で反射され、フォトダイオードアレイ２２で受光される。

　第３変形例によれば、仕切り板１４として印刷基板２０を用い、印刷基板２０に少なくともレーザダイオード２１及びフォトダイオードアレイ２２が配置される。このため、印刷基板２０は、仕切り板と回路基板を兼用することが可能であるため、筐体内部のスペースを有効に利用することが可能であり、走査光学装置１０の小型化が可能である。

　尚、レーザダイオード２１とフォトダイオードアレイ２２は、どちらか一方だけでもよい。

　その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims

　光源からの光を走査空間に反射する複数の反射面を有する第１ミラーと、
　前記走査空間からの反射光を受光素子に反射させる複数の反射面を有する第２ミラーと、
　前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に設けられ、前記第１ミラーと前記第２ミラーとを繋ぎ、モータの回転軸に連結される軸と、
　前記第１ミラーと前記第２ミラーに対して光が入射される側で、前記第１ミラーと前記第２ミラーの間の少なくとも一部に挿入され、前記第１ミラー及び前記第２ミラーとは別の部分に固定された仕切り板と、
　を具備し、
　前記仕切り板は、前記第１ミラー、前記第２ミラー、及び前記軸に対して非接触であること
　を特徴とする走査光学装置。
　前記軸は、円筒形であり、前記仕切り板は、前記軸の周囲に対応した円弧状の切欠きを有することを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
　前記仕切り板は、前記第１ミラーに光が入射される部分と、前記第２ミラーに光が入射される部分との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
　前記仕切り板は、第１仕切り板と第２仕切り板とを含み、前記第１仕切り板と前記第２仕切り板は、前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に、前記第１ミラーと前記第２ミラーと非接触に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
　前記仕切り板は、印刷基板により構成され、前記印刷基板は、光源と受光素子とを具備することを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。