(57)【要約】【課題】基本周波数によるゲイン上昇を有効に利用して少ない電流値で大きなアクチュエータの電磁駆動を得ることができ、小型且つ低価格な磁気回路を用いて光走査における光照射の時間の割合を高めた車両用光スキャン装置を提供すること。【解決手段】ホルダに保持された光学素子の光軸に垂直な方向である第１の方向に上記ホルダを移動させる第１の駆動動作と、上記第１の方向の逆方向に移動させる第２の駆動動作と、を交互に繰り返し行う駆動手段と、上記ホルダの位置を検出する位置検出手段と、を具備し、上記第１の駆動動作に要する時間をＴ１とし、上記第２の駆動動作に要する時間をＴ２とし、１／（２×Ｔ１）＝ｆ１、１／（２×Ｔ２）＝ｆ２とし、上記ホルダと上記弾性支持手段とから成る系の上記弾性支持手段の基本共振周波数をｆ０とすると、上記ｆ０、ｆ１、及びｆ２は、０．６≦ｆ１／ｆ０、ｆ２／ｆ０≦１．４を満たす光学装置。【選択図】      図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
当該第１の光学素子の光軸に垂直な方向である第１の方向に移動されると、上記発光素子からの光を少なくとも上記第１の方向或いは第１の方向と逆方向に曲げる第１の光学素子と、
上記光学素子を保持するホルダと、
上記ホルダを上記第１の方向に移動可能に支持する弾性支持手段と、
上記ホルダを上記第１の方向に移動させる第１の駆動動作と、上記ホルダを上記第１の方向の逆方向に移動させる第２の駆動動作と、を交互に繰り返し行うことで光走査を行う駆動手段と、
上記ホルダの位置を検出する位置検出手段と、
を具備し、
上記第１の駆動動作に要する時間をＴ１とし、上記第２の駆動動作に要する時間をＴ２とし、１／（２×Ｔ１）＝ｆ１とし、１／（２×Ｔ２）＝ｆ２とし、上記ホルダと上記弾性支持手段とから成る系における上記弾性支持手段の基本共振周波数をｆ０とすると、上記ｆ０、ｆ１、及びｆ２は、
０．６≦ｆ１／ｆ０
ｆ２／ｆ０≦１．４
を満たすことを特徴とする光スキャン装置。
【請求項２】
上記ホルダと、上記弾性支持手段と、から成る系における上記弾性支持手段の基本共振周波数での減衰係数をγとすると、上記γは、
０．０５≦γ≦０．２
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光スキャン装置。
【請求項３】
上記駆動手段による上記第１の駆動動作時においては、上記発光素子を連続点灯または間欠点灯させながら光走査を行うことを特徴とする請求項１に記載の光スキャン装置。
【請求項４】
上記弾性支持部材は、金属製の板バネであることを特徴とする請求項１に記載の光スキャン装置。
【請求項５】
上記光スキャン装置は車両に搭載され、上記第１の方向及び上記第２の方向は、地面に対して水平方向であることを特徴とする請求項１に記載の光スキャン装置。
【請求項６】
上記弾性支持手段は、上記ホルダを、上記第１の方向に対して垂直な方向であり且つ上記第２の方向に対して垂直な方向である第３の方向においても移動可能なように支持することを特徴とする請求項１に記載の光スキャン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を保持するホルダを移動させることでレーザ光による走査を行う光スキャン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、走行中の車両の前方を走査して障害物の存在をドライバに警告する赤外光スキャン方式の車載レーダ装置が実用化されている。
【０００３】
特許文献１には、車載用レーダのレーザ光を走査するアクチュエータに於いて、走査用レンズを備えたレンズホルダを複数枚の板ばねで支持した装置が開示されている。走査用レンズを板ばねで支持することによって、装置を簡単にでき、低価格化を図ることができる。
【０００４】
板ばねは一方向にしか自由度を持たないが、組み合わせることで二方向の自由度を持たすことができる。ばね支持としては、４本のワイヤばねで支持することで、同じく二方向に移動させることができる。このようにした場合、ばねの延在方向を軸とする回転の自由度も持ってしまうという欠点があるが、板ばねを組み合わせることで、この問題を回避することができる。
【０００５】
以下、図１５乃至図１７を参照して、特許文献１に開示されているアクチュエータについてより詳細に説明する。
【０００６】
図１５は、特許文献１に開示されている車載レーダ装置の概略構成を示す図である。図１５に示すように、上記アクチュエータでは走査用レンズ１０１を備えたレンズホルダ１０２を板ばね１０３で支持している。
【０００７】
上記板ばね１０３が、図１５に示す両矢印１０５で示す方向（左右方向）に撓むことにより、上記レンズホルダ１０２及び上記走査用レンズ１０１が、両矢印１０５で示す方向に移動する。この移動は、上記レンズホルダ１０２に取り付けられたコイル（不図示）を、例えば磁石やヨーク等から成る磁気回路中に設置し、且つ上記コイルに電流を流すことで発生させた力を以ってして行う。
【０００８】
上記レーザダイオード１０４が発した光１０６は、上記走査用レンズ１０１に入射し、この走査レンズ１０１によって光１０８として走査対象領域に照射される。ここで、上記走査用レンズ１０１が凸レンズである場合、上記走査用レンズ１０１が図１５において矢印１０５Ａで示す方向（以降、左方向と称する）に移動されると、上記レーザダイオード１０４が発した光は上記走査用レンズ１０１によって光１０９の方向に照射される。一方、上記走査用レンズ１０１が図１５において矢印１０５Ｂで示す方向（以降、右方向と称する）に移動されると、上記レーザダイオード１０４が発した光は上記走査用レンズ１０１によって光１１０の方向に照射される。
【０００９】
つまり、上述したように上記走査用レンズ１０１を両矢印１０５で示す方向に移動させることで、上記レーザダイオード１０４から発されて上記走査用レンズ１０１によって照射される光を、例えば矢印１０７で示す範囲の角度で振り、光走査を行うことが可能となる。
【００１０】
なお、特許文献１には、上述した構成の車載レーダ装置を用いた光走査の詳細な方法は開示されていない。しかしながら、上記車載レーダ装置によって光走査する位置を細かく制御可能にする為には、図１５に矢印１０７Ａで示す角度（以降、上記走査用レンズ１０１の振り角度と称する）を、例えば図１６に示すグラフに示すように時間的に変化させればよい。図１６は、上記振り角度と時間との関係のグラフを示す図である。
【００１１】
すなわち、図１６に示すグラフ１１１に示すように上記走査用レンズ１０１を上記右方向に移動させて光走査し、且つグラフ１１２に示すように上記左方向に移動させて位置を戻す、という動作を交互に繰り返せばよい。
【００１２】
このようにして光走査を行う場合、実際に上記レーザダイオード１０４を発光させて光を照射するのは、図１６に示すグラフ１１１で示す移動（以降、往路と称する）、すなわち上記走査用レンズ１０１を上記右方向へ移動させる場合のみにする。
【００１３】
つまり、図１６に示すグラフ１１２で示す移動（以降、復路と称する）、すなわち上記走査用レンズ１０１を上記左方向への移動は、単に上記走査用レンズ１０１を起点に戻す為の移動である。
【００１４】
このような光走査制御を行うことで、或る位置に光が照射される時間間隔を、両矢印１１７，１１８で示すように等間隔とすることができる。これにより、照射した光の反射光によって取得した情報を処理することが容易になる。
【００１５】
なお、もし往路及び復路の双方の経路において上記レーザダイオード１０４で光を照射した場合には、光を照射する時間は長くなるが、或る位置に光が照射される時間間隔が、図１６において両矢印１１５，１１６で示すように等間隔にならない。従って、光走査の対象領域における各々の位置によって、上記時間間隔が異なってしまう。このように上記時間間隔が等間隔でない場合、上記反射光によって得られた情報を処理する際に、上記時間間隔の差を考慮した補正演算を行なわなければならない。上記処理に係る演算量は非常に多い為、上記時間差の補正演算を行なうことは現実的ではない。従って、復路においては光照射を行わない。
【００１６】
また、当然ながら、光照射の時間は長ければ長い程、多くの情報を密に得ることができる。しかしながら、上述した理由から、往路及び復路双方で光照射を行うことは現実的ではない為、往路の時間（図１６において両矢印１１３で示す時間）を長くし、且つ復路の時間（図１６において両矢印１１４で示す時間）を短くすることで、光照射に係る時間の割合を大きくすることが望ましい。
【００１７】
なお、図１６においては説明の便宜上、上記走査用レンズ１０１の振り角度の変化を鋸波形状のグラフで示している。しかしながら、実際には上記走査用レンズ１０１を移動させる際の加速度は有限であるので、図１７に示すグラフ１３０のように、往路から復路、及び復路から往路へは、滑らかな曲線を描いて変化する形状のグラフとなる。
【００１８】
ここで、上記走査用レンズ１０１の移動において発生する加速度が大きければ大きい程、当然ながら移動速度も速くなるので往路の時間（図１６及び図１７において両矢印１１３で示す時間）の割合を大きくすることができる。
【００１９】
ところで、特許文献２には、ミラーをスプリングで支持し、レーザ光を上記ミラーで走査する走査装置が開示されている。このとき、上記ミラーを支持するバネ系の共振周波数で上記ミラーを振る。これにより、小さい駆動力で上記ミラーを大きく動かすことができ、駆動系を小さくすることができる。
【特許文献１】特開２００３−１７７３４８号公報
【特許文献２】特許第３６２０９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術のようにして上記走査用レンズ１０１の移動速度を速くする為には、当該移動に用いるコイルにより発生させる力を大きくする為に磁石及びコイルを大きくしなくてはならい。つまり、装置が大型化してしまう。また、磁石は高価な部材でもある為、装置の高価格化も免れえない。
【００２１】
また、特許文献２に開示されているように、上記バネ系の共振周波数で上記ミラーを振る共振駆動では、図１５、図１６を参照して説明した動作において、（往路の時間（両矢印１１３で示される時間））＝（復路の時間（両矢印１１４で示される時間））となる。つまり、光を照射する時間の割合を大きくすることはできない。さらに、上記ミラーの振り幅を変えることは可能であるが、振る位置及び共振駆動周波数を変更することは難しい。つまり、光を走査する際の自由度が少ない。
【００２２】
本発明は上記の事情に鑑みて為されたものであり、基本周波数によるゲイン上昇を有効に利用して少ない電流値で大きなアクチュエータの電磁駆動を得ることができ、小型且つ低価格な磁気回路を用いて光走査における光照射の時間の割合を高めた車両用光スキャン装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による光スキャン装置は、発光素子と、当該第１の光学素子の光軸に垂直な方向である第１の方向に移動されると、上記発光素子からの光を少なくとも上記第１の方向に曲げる第１の光学素子と、上記光学素子を保持するホルダと、上記ホルダを上記第１の方向に移動可能に支持する弾性支持手段と、上記ホルダを上記第１の方向に移動させる第１の駆動動作と、上記ホルダを上記第１の方向の逆方向に移動させる第２の駆動動作と、を交互に繰り返し行うことで光走査を行う駆動手段と、上記ホルダの位置を検出する位置検出手段と、を具備し、上記第１の駆動動作に要する時間をＴ１とし、上記第２の駆動動作に要する時間をＴ２とし、１／（２×Ｔ１）＝ｆ１とし、１／（２×Ｔ２）＝ｆ２とし、上記ホルダと上記弾性支持手段とから成る系における上記弾性支持手段の基本共振周波数をｆ０とすると、上記ｆ０、ｆ１、及びｆ２は、０．６≦ｆ１／ｆ０、ｆ２／ｆ０≦１．４を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、基本周波数によるゲイン上昇を有効に利用して少ない電流値で大きなアクチュエータの電磁駆動を得ることができ、小型且つ低価格な磁気回路を用いて光走査における光照射の時間の割合を高めた光スキャン装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２６】
図１乃至図１３は本発明の光スキャン装置の一実施形態を示すもので、図１は光スキャン装置の斜視図、図２は図１から右方向に９０度回転させた方向より見た光スキャン装置の斜視図、図３は光スキャン装置の上面図、図４は図３のＡ−Ａ′線に添った断面図、図５は図３のＢ−Ｂ′線に添った断面図、図６は図３のＣ−Ｃ′線に添った断面図、図７は図３のＤ−Ｄ′線に添った断面図、図８は光スキャン装置の一部分解斜視図、図９は光スキャン装置を構成するアジマスアクチュエータ部組を図４のＥ−Ｅ′線に添って切った断面図、図１０は光スキャン装置を構成するエレベーションアクチュエータ部組を図４のＦ−Ｆ′線に添って切った断面図、図１１は本光スキャン装置を車載用測距装置に用いた例を説明するための図、図１２は走査動作を説明するための図、図１３は後述するＸ軸方向への光走査を説明するための図、図１４は、アジマスアクチュエータ部組のレンズ及びレンズホルダ等から成るＸ方向に動く可動部の周波数応答特性を説明する図である。
【００２７】
尚、図１乃至図１２は簡略化して示した図であり、例えば、固定用のネジや可動部の動きを制限するためのストッパ部分、樹脂部品を強度確保しながら軽量化するために設けるリブ形状等は省略している。
【００２８】
図１、図９に示されるように、この光スキャン装置１０に於いて、ガラス入りのポリフェニレンサルファイド樹脂で製作された第１のホルダ(第１の保持部材)であるレンズホルダ１１には、第１の光学素子であるレンズ１２が接着されている。レンズ１２は、Ｘ軸方向には凸レンズ形状となっているが、Ｙ軸方向には、図４に示されるように、直線形状のシリンドリカルレンズとなって構成されている。
【００２９】
レンズホルダ１１のレンズ１２が装着されている面と同じ面には、一体に形成された鍔部１７ａ、１７ｂに銅線でアジマスコイル１３が巻回されている。更に、レンズホルダ１１には、レンズ１２の近傍で、且つ、レンズ１２を挟んでアジマスコイル１３が設けられている部分と反対側に、発光ダイオード１４が固定されている。発光ダイオード１４は、レンズホルダ１１に形成された穴１５に固定されている。そして、レンズホルダ１１の穴１５の奥の部分には、スリット１６が設けられている。
【００３０】
レンズホルダ１１には、厚さ８０μｍのベリリウム銅製の板バネ１８ａ〜１８ｄの一端が、それぞれ固定されている。尚、図示されないが、アジマスコイル１３、発光ダイオード１４は、板バネ１８ａ〜１８ｄと接続されている。上記板バネ１８ａ〜１８ｄの他端は、ガラス入りのポリフェニレンサルファイド樹脂で製作されたバネ受け２０に、それぞれ固定されている。レンズホルダ１１は、板バネ(第１のバネ群、第１の弾性部材)１８ａ〜１８ｄによって、バネ受け(第２のホルダ、第１の固定部)２０に、Ｘ軸方向に移動可能に支持されていることになる。
【００３１】
尚、板バネ１８ａ〜１８ｄの固定は接着で良いが、信頼性を高めるためにインサート成形や熱融着としても良い。
【００３２】
バネ受け２０には段部２２ａ、２２ｂが設けられており、板バネ１８ａ〜１８ｄとの間にシリコンゲル２３ａ、２３ｂが充填されている。シリコンゲル２３ａ、２３ｂは熱硬化型のものが用いられ、充填後、熱をかけて硬化させる。このとき、シリコンゲル２３ａ、２３ｂは、板バネ１８ａ〜１８ｄと広い面積で接しているので、表面張力により硬化するまでに流れ出てしまうことはない。尚、シリコンゲル２３ａ、２３ｂは、紫外線硬化型のものが用いられるものであっても良い。このシリコンゲル２３ａ、２３ｂにより、板バネ１８ａ〜１８ｄの振動が抑えられ、ダンピングが取られている。
【００３３】
バネ受け２０には穴２５が形成されており、この穴２５の内部にはレンズ２６、２７が接着されている。更に、取り付けの説明は後述するが、ポジションセンサ２８もバネ受け２０に配されている。尚、レンズ２６、２７の光軸中心は一致している。
【００３４】
図５、図９から明らかなように、発光ダイオード１４からの光は、スリット１６を通り、レンズ２６、２７を経て、ポジションセンサ２８に入射する。ポジションセンサ２８は、１方向の位置を検出する１次元のセンサであり、Ｘ軸方向の動きを検出するため、内部の長方形状の検出素子はＸ軸方向を長手方向とするように取り付けられている。スリット１６からの光は、レンズホルダ１１がＸ軸方向に移動すると一緒に移動するが、レンズ２６、２７は、このＸ軸方向の移動量が小さくなるように縮小する役割を持っている。尚、Ｙ軸方向については、レンズ作用は持っていない。
【００３５】
レンズホルダ１１のＸ軸方向の移動量は大きく、スリット１６からの光を直接ポジションセンサ２８に入射させると、検出範囲の長いポジションセンサが必要となる。ポジションセンサの価格は検出範囲の長さが長いほど高く、一般に長さに比例するものではなく、それ以上の割合で価格が上がる。レンズ２６、２７によって、移動量を小さくすることで、安価な検出範囲の短いポジションセンサを使用することが可能となる。上述したように、検出範囲が長くなると、価格は大きく上がるので、レンズ２６、２７や固定部分を作成する費用が追加されることとなっても、移動量を縮小する光学系を使用した方が、低価格となる。
【００３６】
バネ受け２０は、鉄製のヨーク３０に固定されている。このヨーク３０には、図１、図６に示されるように、鉄製のヨーク３１ａ、３１ｂが固定されている。ヨーク３０とヨーク３１ａ、３１ｂは、各々板金加工により製作されており、形状的に一体で製作できないため、ヨーク３０とヨーク３１ａ、３１ｂが別体となっている。ヨーク３１ａ、３１ｂには磁石３２ａ、３２ｂが接着されている。
【００３７】
ヨーク３１ａ、３１ｂは、レンズホルダ１１に形成された穴３３ａ、３３ｂに挿入されるように配置されている。ヨーク３０は、ヨーク３１ａ、３１、磁石３２ａ、３２ｂが取り付けられた状態で、板バネ１８ａ〜１８ｄやレンズホルダ１１を固定したバネ受け２０と合体される。尚、上記ヨーク３１ａ、３１ｂ、磁石３２ａ、３２ｂは、アジマスコイル１３と共に、第１の駆動手段を構成している。
【００３８】
図２及び図５に示されるように、ヨーク３０には、ポジションセンサ２８が取り付けられた基板３５が固定されている。また、ヨーク３０には、ポジションセンサ２８のための穴３６が設けられている。そして、ヨーク３０及びバネ受け２０には、後述するレーザダイオード３８を装着するための穴３９及び４０が、それぞれ形成されている。
【００３９】
また、詳細は図示されないが、レンズホルダ１１が所定の位置に合わされたときに、ポジションセンサ２８が０位置を示す信号を出力するように、ポジションセンサ２８は位置調整して固定される。ポジションセンサ２８は、基板３５経由で外部の制御基板に接続されている。
【００４０】
バネ受け２０側では、板バネ１８ａ〜１８ｄも、図示されない外部の制御基板に接続されている。つまり、アジマスコイル１３、発光ダイオード１４は、板バネ１８ａ〜１８ｄを介して、図示されない外部の制御基板に接続されていることになる。レンズホルダ１１をＸ軸方向に移動可能に支持するだけであれば、板バネ１８ａ、１８ｂを１枚とし、板バネ１８ｃ、１８ｄを１枚として、２枚の板バネで十分である。ここでは、アジマスコイル１３及び発光ダイオード１４の各々２本、計４本の端末を接続するために、４枚の板バネ１８ａ〜１８ｄとして構成されている。
【００４１】
以上、レンズホルダ１１、板バネ１８ａ〜１８ｄ、バネ受け２０、ヨーク３０等から構成される部組を、アジマスアクチュエータ部組４０と称する。
【００４２】
図４及び図８に示されるように、アジマスアクチュエータ部組４０には、詳細を後述するエレベーションアクチュエータ部組４１と、レーザ部組４２とが組み込まれる。
【００４３】
エレベーションアクチュエータ部組４１に於いて、ガラス入りのポリフェニレンサルファイド樹脂で製作された第３のホルダ(第２の保持部材)であるレンズホルダ４５には、第２の光学素子であるレンズ４６が接着されている。レンズ４６は、レンズ１２とは逆に、Ｙ軸方向には凸レンズ形状となっているが、Ｘ軸方向には直線形状で構成されたシリンドリカルレンズとなっている。
【００４４】
図７に示されるように、レンズホルダ４５に形成された段部４４ａ、４４ｂには、銅線で巻回されたエレベーションコイル４７ａ、４７ｂが接着されている。図４、図１０に示されるように、レンズホルダ４５には、更に、発光ダイオード４８も固定されている。この発光ダイオード４８は、レンズホルダ４５に形成された穴４９に固定されている。この穴４９の奥、すなわち図４に於いて、発光ダイオード４８よりもＺ軸の＋側方向には、スリット５０が設けられている。
【００４５】
図４及び図８に示されるように、レンズホルダ４５には、厚さ８０μｍのベリリウム銅製の板バネ５３ａ〜５３ｄの一端が固定されている。図示されないが、エレベーションコイル４７ａ、４７ｂ、発光ダイオード４８は、板バネ５３ａ〜５３ｄと接続されている。尚、エレベーションコイル４７ａ、４７ｂは、直列接続されてから接続される。板バネ５３ａ〜５３ｄの他端は、ガラス入りのポリフェニレンサルファイド樹脂で製作されたバネ受け５５に固定されている。レンズホルダ４５は、板バネ(第２のバネ群、第２の弾性部材)５３ａ〜５３ｄによって、バネ受け(第４のホルダ、第２の固定部)５５に、Ｙ軸方向に移動可能に支持されていることになる。
【００４６】
図３に示されるように、板バネ５３ａ〜５３ｄの有効長５７は、板バネ１８ａ〜１８ｂの有効長５８よりも短くなっている。この有効長の違いと、板バネの幅、可動部の質量が異なることから、板バネ１８ａ〜１８ｂと板バネ５３ａ〜５３ｄの厚さが同じであっても、各々のバネ系の基本共振周波数には差異がある。この場合、板バネ５３ａ〜５３ｄの方が、板バネ１８ａ〜１８ｄよりも周波数が高くなっている。
【００４７】
図４に示されるように、バネ受け５５には、段部６０ａ、６０ｂが形成されている。そして、これらの段部６０ａ、６０ｂと板バネ５３ａ〜５３ｄとの間には、シリコンゲル６１ａ、６１ｂが充填されている。硬化方法については、アジマスアクチュエータ部組４０のシリコンゲル２３ａ、２３ｂと同様であるので、ここでは説明を省略する。このシリコンゲル６１ａ、６１ｂにより、板バネ５３ａ〜５３ｄの振動が抑えられ、ダンピングが取られている。
【００４８】
バネ受け５５は、固定部(第３の固定部)となる鉄製のヨーク６３に固定されている。このヨーク６３には、図７及び図１０に示されるように、立ち上げ部６５ａ、６５ｂ、６６ａ、６６ｂが設けられている。このヨーク６３は、上述したヨーク３０と異なり、一体で板金加工されている。但し、立ち上げ部６６ａ、６６ｂは、板の厚さそのままで曲げるとＹ軸方向寸法を確保できないため、曲げるときにつぶすことによって、Ｙ軸方向寸法を確保している。そのため、立ち上げ部６６ａ、６６ｂは薄くなっている。また、立ち上げ部６５ａ、６５ｂには、磁石６８ａ、６８ｂが接着されている。
【００４９】
立ち上げ部６６ａ、６６ｂは、レンズホルダ４５に固定されたエレベーションコイル４７ａ、４７ｂに挿入されるように配置されている。ヨーク６３は、磁石６８ａ、６８ｂを取り付けた状態で、板バネ５３ａ〜５３ｄやレンズホルダ４５を固定したバネ受け５５と合体される。尚、エレベーションコイル４７ａ、４７ｂ、ヨーク６３、立ち上げ部６５ａ、６５ｂ、磁石６８ａ、６８ｂと、後述する立ち上げ部６７ａ、６７ｂは、第２の駆動手段を構成している。
【００５０】
図４及び図１０に示されるように、ヨーク６３には、更に立ち上げ部６７ａ、６７ｂが設けられ、ポジションセンサ７０が取り付けられた基板７１も固定されている。詳細は図示されないが、レンズホルダ４５が所定の位置に合わせられたときに、ポジションセンサ７０が０位置を示す信号を出力するように、ポジションセンサ７０は位置調整されて、固定される。また、ポジションセンサ７０は、基板７１経由で外部の制御基板に接続されている。
【００５１】
発光ダイオード４８からの光は、スリット５０を通り、ポジションセンサ７０に入射する。ポジションセンサ７０は、１方向の位置を検出する１次元のセンサであり、Ｙ軸方向の動きを検出するため、内部の長方形状の検出素子はＹ軸方向が長手方向となるように取り付けられている。スリット５０からの光は、レンズホルダ４５がＹ軸方向に移動すると一緒に移動するが、レンズホルダ４５の移動量は小さいため、アジマスアクチュエータ部組４０と異なり、光の経路にレンズは存在せず、移動量を縮小することなく検出する。
【００５２】
バネ受け５５側では、板バネ５３ａ〜５３ｄも、図示されない外部の制御基板に接続されている。エレベーションコイル４７ａ、４７ｂ、発光ダイオード４８は、それぞれ板バネ５３ａ〜５３ｄを介して、図示されない外部の制御基板に接続されていることになる。アジマスアクチュエータ部組４０と同様に、これらの端末を接続するために、板バネ５３ａ〜５３ｄは４枚とされている。
【００５３】
以上、レンズホルダ４５、板バネ５３ａ〜５３ｄ、バネ受け５５、ヨーク６３等から構成される部組を、エレベーションアクチュエータ部組４１と称する。
【００５４】
図１及び図８に示されるように、アジマスアクチュエータ部組４０と、エレベーションアクチュエータ部組４１は、バネ受け２０の凹部２０ａにバネ受け５５が嵌装され、両者が組み合わされて合体され、固定される。このとき、図８に示されるように、エレベーションアクチュエータ部組４１を、アジマスアクチュエータ部組４０のＹ軸方向の−側から挿入すれば良い。更に、エレベーションアクチュエータ部組４１は、図１及び図８には示されないが、バネ受け５５が固定されたヨーク６３を介して、光スキャン装置１０が設置される本体に固定される。バネ受け２０及びバネ受け５５は、光スキャン装置１０本体の固定部に固定されていることになる。
【００５５】
図４及び図８に示されるように、アジマスアクチュエータ部組４０には、更にレーザ部組４２が固定されている。レーザ部組４２は、基板３７と、レーザダイオード(発光素子)３８とから構成される。尚、基板３７は模式化して外形を描いており、実際は基板とその上に装填される部品から成っている。レーザダイオード３８は、ヨーク３０の穴３９、バネ受け２０の穴４０、バネ受け５５の穴７３の内部に位置することとなる。
【００５６】
尚、詳細は図示されないが、レーザ部組４２をアジマスアクチュエータ部組４０に固定する際には、レンズ１２、４６が基準位置にあるときに、レーザ光が曲がらずに照射されるように、Ｘ−Ｙ平面内で位置調整が行われる。このとき、レンズ１２、４６は、基準位置に調整機によって、機械的に移動される。また、レーザダイオード３８のＺ軸方向の位置を変えると、本装置より照射される光のスポットの大きさが変化するので、更に、Ｚ軸方向の調整機構を設けるのが望ましい。
【００５７】
次に、以上のように構成された本実施形態の光スキャン装置について、その動作を説明する。
【００５８】
図１１は、本実施形態の光スキャン装置を車載用測距装置に用いた場合の構成を簡略に示した図である。このとき、Ｘ軸方向が地面に水平方向、Ｙ軸方向が地面に垂直方向になるように車両に設置する。以下、地面に立ったときの方向に合わせて、Ｘ軸方向を左右方向、Ｙ軸方向を上下方向として説明する。
【００５９】
図１１Ａに示されるように、レーザダイオード３８より出射したレーザ光は、レンズ４６を透過した後、板バネ１８に支持されたレンズホルダ１１内のレンズ１２に達する。レンズ１２を、図示矢印８１のように、左右方向に移動させることにより、光も図示矢印８２のように左右方向に振られる。照射された光８３は、障害物８４に当たる。ここで、照射される光は、図示８５のような長方形状となり、左右方向は短く、上下方向に長い形状となっている。障害物８４に当たって反射した光８６は、受光レンズ８７を介してフォトデイテクタ８８に至り、図示されない電気回路により障害物８４までの距離が計算される。
【００６０】
尚、ここで、レンズ４６は左右方向にはレンズ作用を持たないので、左右方向の位置にはレンズ４６の位置は関与しない。
【００６１】
次に、図１１Ｂを参照して、レンズ４６の働きについて説明する。
【００６２】
レーザダイオード３８より出射したレーザ光は、板バネ５３に支持されたレンズホルダ４５内のレンズ４６に達する。レンズ４６を、図示矢印９０のように上下方向に移動させることにより、光も図示矢印９１のように、上下方向に振られる。レンズ４６の後、光はレンズ１２を透過するが、レンズ１２は上下方向にはレンズ作用を持たないので、上下方向の位置にはレンズ１２の位置は関与しない。照射された光が障害物に当たるところからは、上述した説明と同じであるので説明は省略する。
【００６３】
以上のようにして、レンズ１２を移動させることによって光を左右方向に、レンズ４６を移動させることによって光を上下方向に、すなわち２方向に光を移動させて照射することができる。
【００６４】
尚、レーザダイオード３８は、連続或いは間欠点灯されて走査される。
【００６５】
次に、レンズホルダ１１を左右方向(Ｘ軸方向)に移動させる仕組みについて、図６を参照して説明する。尚、磁石の磁極は、図に示された通りである。
【００６６】
磁石３２ａから、磁束はアジマスコイル１３の辺７４ａを挟んで対向するヨーク３１ａに向かって、図示矢印７５ａのようになる。ヨーク３１ａに達した磁束は、ヨーク３１ａを通り、図示矢印７６ａのように磁石３２ａに戻る。磁石３２ｂからも同様に、図示矢印７５ｂのように磁束が出て、図示矢印７６ｂのようにヨーク３１ｂを通って磁石３２ｂに戻る。
【００６７】
アジマスコイルの辺７４ａと７４ｂに流れる電流の向きは、対向する辺であるので逆であり、磁束の向きも７５ａ、７５ｂのように逆であるので、発生する力はＸ軸方向で同じ向きとなる。これにより、レンズホルダ１１は、図６に於いて左右方向(Ｘ軸方向)に駆動される。
【００６８】
次に、レンズホルダ４５を上下方向(Ｙ軸方向)に移動させる仕組みについて、図７及び図１０を参照して説明する。尚、磁石の磁極は、図に示された通りである。
【００６９】
磁束は、磁石６８ａからエレベーションコイル４７ａの辺７７を挟んで対向するヨーク６３の立ち上げ部６６ａに向かって、図示矢印７８のように出る。立ち上げ部６６ａに達した磁束は、ヨーク６３、立ち上げ部６５ａを通り、図示矢印７９のように、磁石６８ａに戻る。
【００７０】
磁束７８により、エレベーションコイル４７ａの辺７７には、Ｙ軸方向の力が発生する。エレベーションコイル４７ｂにも、同様に、Ｙ軸方向の力が発生し、向きが同じになるように直列接続されている。これにより、レンズホルダ４５は、上下方向(Ｙ軸方向)に駆動される。
【００７１】
上述したように、スリット１６、５０を通った発光ダイオード１４、４８からのそれぞれの光は、ポジションセンサ２８、７０で受光される。そして、ポジションセンサ２８、７０にて受光された位置情報を基にして、レンズホルダ１１、４５の移動が行われる。
【００７２】
ここで、実際の光の走査の方法について、図１２を参照して説明する。
【００７３】
レンズ１２，４６の光軸をレーザダイオード３８の光軸と一致させたとき、光は曲がらず、中心に光８５が照射される。
【００７４】
レンズ１２をＸ軸方向の−方向に大きく、レンズ４６をＹ軸方向の−方向に小さくシフトさせ、光１４１を照射する。レンズ４６の位置は変えずにレンズ１２をＸ軸方向の＋方向に移動させることにより、図示矢印１４２のように、光を１４３の位置まで走査する。次に、レンズ１２を再びＸ軸方向の−方向に大きくシフトする。それと同時に、レンズ１２をＹ軸方向の＋方向に移動させ、位置的にはＹ軸方向の中心とする。
【００７５】
ここで、光１４４を照射する。尚、光１４３から１４４への移動の間はレーザダイオード３８を発光させず、光を照射しない。レンズ１２のみをＸ軸方向の＋方向に移動させることにより、図示矢印１４５のように、光を１４６の位置まで走査する。光が１４６に到達したら、レンズ１２を再びＸ軸方向の−方向に大きく、レンズ４６をＹ軸方向の＋方向に小さく、それぞれ移動させ、光１４８を照射する。
【００７６】
光１４６から１４８への移動の間はレーザダイオード３８を発光させず、光を照射しない。同様に、図示矢印１４９のように、光を１５０の位置まで移動させる。光が１５０に到達したら、レンズ１２、４６を光１４１が照射できる位置まで移動させる。光１５０から１４１への移動の間は、レーザダイオード３８を発光させず、光を照射しない。
【００７７】
このようにして、光を１４１より１４３、１４４より１４６、１４８より１５０へＹ軸方向の位置をずらした形で、Ｘ軸方向に３回走査する。この１組を１回として、１秒間に１０回繰り返す。尚、ここではＸ軸方向の３回の走査を１組としたが、場合によってはＹ軸方向の位置を２回変えるだけで２回を１組としても良く、Ｙ軸方向の位置を変えずに走査しても良い。また、１秒間に繰り返す回数も１０回に限らず、求める検出性能によって、回数は増減しても良い。
【００７８】
Ｙ軸方向には、図示範囲１５５のように、更に広く移動可能である。上述した走査で用いる範囲１５６より広い部分は、車両が曲がるときや、坂道を走行しているときに走査範囲をオフセットさせる場合に用いられる。例えば、Ｙ軸方向は、普段、範囲１５７を見ているが、坂道を登っているときは、少し下の範囲１５８を見るようにする。また、地面に水平なＸ軸方向は、障害物検出のために広く走査する必要があるが、地面に垂直なＹ軸方向は、車両が進んで行くことでもＹ軸方向に見る位置を変える効果があり、必要以上に広い範囲を見る必要がなく、移動範囲はＸ軸方向と比較して狭くなっている。
【００７９】
尚、障害物が検知された場合に、その部分のみ走査するような動作を行っても良いのは言うまでもない。
【００８０】
本実施形態では、左右方向(Ｘ軸方向)に光を移動させるアジマスアクチュエータ部組４０と、上下方向(Ｙ軸方向)に光を移動させるエレベーションアクチュエータ部組４１が、移動用のバネで連結されることなく独立しており、それぞれのバネ受け２０、５５は、直接、固定部となるヨーク３０、６３に固定されている。これにより、アジマスアクチュエータ部組４０とエレベーションアクチュエータ部組４１は独立して組み立てることができ、板バネ１８ａ〜１８ｄ、５３ａ〜５３ｄを取り付けるときに互いに邪魔になったり、曲げてしまったりすることがなく、組立性を良好にすることができる。
【００８１】
一方、図３に示されるように、アジマスアクチュエータ部組４０の板バネ１８ａ〜１８ｄと、エレベーションアクチュエータ部組４１の板バネ５３ａ〜５３ｄは、何れもその長手方向がＺ軸方向となり、Ｚ軸方向の位置関係は並走する部分があるように構成されている。すなわち、図７に示されるように、Ｚ軸方向に垂直な断面を取った場合、同一断面上に板バネ１８ａ〜１８ｄ、板バネ５３ａ〜５３ｄの全てが存在する断面がある。
【００８２】
このように、Ｚ軸方向に板バネ１８ａ〜１８ｄと板バネ５３ａ〜５３ｄが縦に並ぶのでなく、横に並走する形状とすることで、装置のＺ軸方向寸法が大きくなることなく、小型化も図ることができる。
【００８３】
図３に示されるように、本実施形態では、アジマスアクチュエータ部組４０の板バネ１８ａ〜１８ｄのバネの有効長５８が、エレベーションアクチュエータ部組４１の板バネ５３ａ〜５３ｄのバネの有効長５７よりも長くなっている。
【００８４】
このバネの有効長の長いアジマスアクチュエータ部組４０のホルダ１１の移動量の方が、エレベーションアクチュエータ部組４１のホルダ４５の移動量より大きくなっている。移動量の大きい方のバネの有効長を長くすることで、バネに発生する応力を小さくすることが容易となり、寿命の長い、耐久性の良い装置とすることができる。また、この方向を光の走査方向とすることで、光を移動角度の大きい高性能な装置とすることができる。本装置を車両に設置する場合に、この方向を水平方向とすることで、上述した効果を、よりよく享受することができる。
【００８５】
更に、図３に示されるように、Ｙ軸方向から見たとき、板バネ１８ａ、１８ｂと、板バネ１８ｃ、１８ｄに挟まれる領域内に板バネ５３ａ〜５３ｄが存在している。加えて、板バネ１８ａ〜１８ｄの両端に取り付けられたホルダ１１とバネ受け２０に挟まれる領域内に、板バネ５３ａ〜５３ｄの両端に取り付けられたホルダ４５とバネ受け５５が存在している。これにより、板バネ１８ａ〜１８ｄ、５３ａ〜５３ｄとホルダ１１、バネ受け２０、ホルダ４５、バネ受け５５が、交差することがないので、組立性を良好にすることができる。
【００８６】
尚、バネの設計によっては、板バネ１８の有効長５８と、板バネ５３の有効長５７が同じとなることがある。この場合は、ホルダ１１とバネ受け２０の間にバネ受け５５が入らず、バネ受け２０と板バネ５３が交差してしまう。この場合も、Ｚ軸方向に板バネ１８と板バネ５３が横に並走する形式となっており、装置のＺ軸方向寸法が大きくなることなく、小型化することができる。また、組立性は若干不利になるが、アジマスアクチュエータ部組４０とエレベーションアクチュエータ部組４１が独立していない場合よりは良好である。
【００８７】
更に、バネ受け２０をコの字形状にして、板バネ５３を逃げることで、組立性を改善することも可能である。また、Ｙ軸方向から見たとき、板バネ１８と板バネ５３が重なっていないような構成とすることが、組立性を良好にできる。
【００８８】
尚、本実施形態では、板バネ１８ａ〜１８ｄに可動部になるホルダ１１、及びそれに取り付けられた部品より成るバネ系の基本共振周波数と、板バネ５３ａ〜５３ｄに可動部になるホルダ４５及びそれに取り付けられた部品より成るバネ系の基本共振周波数は、異なるものとしている。基本共振周波数が同じ場合、基本共振周波数付近で動作させたときに、バネ受け２０、５５を介して、他方を共鳴させる形で互いの振動が予期した振動より大きくなってしまうことがあるが、本実施形態では、上記基本共振周波数を異なるものとすることで、それを防ぎ、高性能な装置とすることができる。
【００８９】
また、本実施形態では板バネは金属製として説明したが、合成樹脂等で製作しても良い。但し、金属の方が、応力や固有値を計算しやすく、性能を高めやすい。更に、本実施形態のように、コイルヘの電流を流す役割を持たすこともできる。
【００９０】
以下、上記レンズ１２による光のＸ方向への走査について、図１２及び図１３を参照して詳細に説明する。
【００９１】
まず、図１２に示すように、光を位置１４１から位置１４３へ矢印１４２で示すように動かして走査を行う。なお、この走査においては、反射光から得られる情報の処理を容易にする為に、光を等速で移動させることが望ましい。この等速移動は、図１２において矢印１４２で示す範囲で行い、これは、図１３においてグラフ１１１で示す上記レンズ１２の駆動（振り角度）に相当する。
【００９２】
ところで、上記レンズ１２を、図１３に示すグラフ１１１で示す速度で移動させる為には、速度０からの加速区間が必要である。従って、上記レンズ１２を、図１３に示す振り角度１２１よりも大きく移動させる。具体的には、図１３に示すように振り角度１２２で示す領域を含めて上記レンズ１２を移動させる。
【００９３】
上述したグラフ１１１で示す移動を終了した後、上記レンズ１２を減速させる必要がある。この減速の為の減速区間として、図１３に示す振り角度１２３まで上記レンズ１２を移動させる。
【００９４】
なお、図１３においては、往路の向きを＋で示しており、＋方向に上記レンズ１２を移動させる時間１１３を往路時間としている。
【００９５】
上述した減速により上記レンズ１２の移動速度が０となった後、上記加速区間の起点位置まで上記レンズ１２を移動させる（復路）。復路においては、上述したように上記レンズ１２を等速運動させる必要はない。従って、上記レンズ１２を、復路における移動区間の中間地点までは加速させ続け、該中間地点を境に減速させ続ける。
【００９６】
つまり、復路においては、上記レンズ１２を最高加速度で等加速度運動させて、上記起点位置に戻すのが好ましい。
【００９７】
なお、復路においては、光の位置が図１２における位置１４３から位置１４４まで移動するように、Ｙ方向においても上記レンズ１２を移動させる。但し、上記レンズ１２の−Ｘ方向における移動時間１１４を復路時間とする。
【００９８】
続いて、次の往路（図１３においてグラフ１２５で示す上記レンズ１２の移動）によって、図１２に示す位置１４４から位置１４６へ矢印１４５で示すように光を走査する。そして、復路では、Ｘ方向においてはグラフ１２６で示すように上記レンズ１２を移動させ、且つＹ方向においては光の位置が図１２に示す位置１４６から位置１４８の位置まで移動するように上記レンズ１２を移動させる。
【００９９】
さらに次の往路においては、上記レンズ１２を図１３に示すグラフ１２７で示すように移動させ、光を図１２に示す位置１４８から位置１５０へ、矢印１４９で示すように走査する。そして、復路では、Ｘ方向においてはグラフ１２８で示すように上記レンズ１２を移動させ、且つＹ方向においては光の位置が図１２に示す位置１５０から位置１４１の位置まで移動するように上記レンズ１２を移動させる。
【０１００】
なお、図１３に示す各々の往路時間１１３は全て同一の長さの時間であり、同様に図１３に示す各々の復路時間１１４も全て同一の長さの時間である。そして、上述した３往復の移動を１組として、１秒間に１０回繰り返す。従って、上記３往復の合計時間１２４（図１２参照）は０．１秒である。
【０１０１】
ところで、上記往路時間１１３と上記復路時間１１４とが同一の長さの時間であれば、
ｆ１＝１／（往路時間×２）
ｆ２＝１／（復路時間×２）
とすると、
ｆ１＝ｆ２＝３０Ｈｚ
となる。
【０１０２】
ここで、復路時間は光を照射しない時間であり、この点において無駄な（短いほど効率的になる）時間であるので、往復路における往路の時間の比率を大きくするべきである。従って、ここでは往路時間１１３と復路時間１１４との比率を６：４とし、
ｆ１＝２５Ｈｚ
ｆ２＝３７．５Ｈｚ
としている。
【０１０３】
以下、図１４を参照して、アジマスアクチュエータ部組４０のレンズ１２及びレンズホルダ１１等から成るＸ方向に動く可動部の周波数応答特性を説明する。
【０１０４】
図１４は、アジマスコイル１３の入力電流を基準として、レンズホルダ１１の変位の周波数特性を表したものであり、（レンズホルダ１１の変位）／（アジマスコイル１３の入力電流）を、入力電流の周波数を変えて実測した結果を示す図である。
【０１０５】
なお、後述する基本共振周波数以下の変位感度一定の領域を０ｄＢとして示している。
【０１０６】
ここで、上記アジマスコイル１３に発生する力Ｆは、上記アジマスコイル１３の入力電流によって決定される。従って、図１４は、上記Ｆ＝（一定）としたときのレンズホルダ１１の変位が、入力電流の周波数によってどのように変わるかを示す図である。
【０１０７】
上記レンズ１２及び上記レンズホルダ１１等から成るＸ方向に動く可動部がバネで支持されていない場合、入力電流の周波数が高くなるにつれて変位が小さくなり、図１４においてグラフ１３０で示すような特性となる。このとき、上記可動部は入力電流に比例する力を受け、その結果、入力電流に比例する加速度を発生するという理想的な動作が行われる。
【０１０８】
一方、上記レンズ１２及び上記レンズホルダ１１等から成るＸ方向に動く可動部がバネで支持されている場合、当該系の基本共振周波数以下の領域においては、バネが働きにより、バネの力とコイルに発生する力とが釣り合うように動作する。もしバネが無ければ、当該特性はグラフ１３２で示すようになる。
【０１０９】
しかしながら、バネの力Ｆは、変位をｘ、バネ定数をｋとするとＦ＝ｋ×ｘと表されるように、変位に比例する力である。ここでバネの力Ｆは一定であるので、上記変位ｘも一定であり、図１４においてグラフ１３１で示すような特性となる。
【０１１０】
アジマスアクチュエータ部組４０でイタバネ１８ａ，１８ｂの系の基本共振周波数は３０Ｈｚであり、特性としては、入力電流の周波数３０Ｈｚ以下の領域ではグラフ１３１で示すようになり、３０Ｈｚの点１３３で折れ、３０Ｈｚ以上の領域ではグラフ１３０で示すような特性となる。
【０１１１】
ところで、共振周波数付近では共振によって振動が大きくなるため、３０Ｈｚ付近においてゲインの盛り上がり１２９が現れる。このゲインの盛り上がり１２９の大きさ１３４はＱ値と称されている。
【０１１２】
なお、周波数の高い部分にある盛り上がり１３８ａ，１３８ｂは、レンズホルダ１１等による共振に起因する。上記Ｑ値の大きさは、シリコーンゲル２３ａ，２３ｂによるイタバネ１８ａ，１８ｂのダンピングの効果によって決定される。図１４に示す例では、Ｑ値の大きさは２０ｄＢである。
【０１１３】
アジマスアクチュエータ部組４０におけるレンズ１２及びレンズホルダ１１等から成る可動部を動かす場合、アジマスコイル１３に電流を流して加速度を発生させることで駆動する。理想的には、この特性は図１４に示すグラフ１３２，１３０で示すような特性となる。しかしながら、上述したように基本共振周波数付近においてグラフ１２９で示すように変化する。
【０１１４】
上述したように、図１４においてグラフ１３２よりもグラフ１２９が上方に存在する周波数範囲１３５においては、理想よりも可動部が大きく動くことになる。この為、周波数範囲１３５においては上記アジマスコイル１３に流す電流を小さくすることが可能になる。
【０１１５】
往路においては、上記可動部は、上述したように周波数が概ね２５Ｈｚの入力電流で動作している。入力電流の周波数が２５Ｈｚのとき、図１４に示すようにグラフ１３０よりもグラフ１２９が、差異１３６だけ大きい値となっている。同図に示すように、この差異１３６の大きさは約５ｄＢであり、本来より５ｄＢ＝約１．８倍大きく可動部が動くことを意味している。従って、この場合、アジマスコイル１３に流す電流を本来の１／１．８倍の値にすることが可能になる。
【０１１６】
一方、復路においては、上記可動部は、周波数が概ね３７．５Ｈｚの入力電流で動作している。入力電流の周波数が３７．５Ｈｚのとき、図１４に示すようにグラフ１３０よりもグラフ１２９が、差異１３７だけ大きい値となっている。同図に示すように、この差異１３７の大きさは約８ｄＢであり、本来より８ｄＢ＝約２．５倍大きく可動部は動くことを意味している。従って、この場合、アジマスコイル１３に流す電流を本来の１／２．５倍の値にすることが可能になる。
【０１１７】
上述したように電流値を小さくできるということは、最大電流値を一定と考えれば、上記アジマスコイル１３及び磁石３２ａ，３２ｂよりなる磁気回路を小さくすることができる。これにより、磁気回路の小型化、低価格化が可能となる。
【０１１８】
なお、実際は図１３に示すグラフ１１１のように等速移動の部分があり、また制御の誤差及びその追従により、指示に対して進み又は遅れが存在する。しかしながら、大きく見た場合（実質的には）、入力電流の周波数は２５Ｈｚ，３７．５Ｈｚである。
【０１１９】
また、実際に入力電流として流れる電流は、複数の周波数成分を重ね合わせた電流である。しかしながら、それら複数の周波数成分において２５Ｈｚ，３７．５Ｈｚの周波数成分を持つ信号が大きく、上述したグラフ１２９で示すように上記可動部の動きが大きくなる効果を得ることができる。
【０１２０】
以上説明した理由により、本一実施形態では、上記レンズ１２を振る（移動させる）為の入力電流の周波数を、基本共振周波数３０Ｈｚではなく、
光を走査する往路に関しては、
ｆ１＝１／（往路時間×２）＝２５Ｈｚ
とし、
復路に関しては、
ｆ２＝１／（復路時間×２）＝３７．５Ｈｚ
とする。
【０１２１】
なお、上記基本共振周波数の値と、上記ｆ１，ｆ２の値とが違い過ぎると、基本共振により共振がない理想状態よりも上記可動部の動きが大きくなるという現象が生じなくなってしまう。
【０１２２】
そこで、基本共振周波数をｆ０とし、該ｆ０の値を、
０．６≦ｆ１／ｆ０
ｆ２／ｆ０≦１．４
の範囲とすると、基本共振によって、共振がない理想状態よりも動きが大きくなることを利用して、磁気回路の小型化、低価格化を図ることができる。
【０１２３】
本一実施形態においては、
０．６≦（０．８３３＝ｆ１／ｆ０）
（ｆ２／ｆ０＝１．２５）≦１．４
と上記の条件を満たしており、上述した原理により上記可動部の動きが理想状態よりも１．８〜２．５倍大きくなっている。
【０１２４】
また、上記可動部の動きの大きさは、上述したＱの値にも影響される。すなわち、Ｑの値が大きい程、上記可動部の動きも理想状態より大きくなる。しかしながら、Ｑの値が大き過ぎる場合、上記可動部の動きが大きくなるような入力電流の周波数範囲が狭くなったり、基本共振周波数で動きが大きくなり過ぎたり、制御の安定性が悪くなったり等のデメリットが生じてしまう。
【０１２５】
より詳細には、Ｑの値は、
Ｑ≦２０ｄＢ
であれば上述したデメリットは生じない。
【０１２６】
ところで、減衰係数比をγとすると、γが小さい範囲では、
Ｑ＝１／２γ
であり、
Ｑ≦２０ｄＢ
の場合、γは０．０５以上となる。
【０１２７】
一方、Ｑの値が小さい場合には、上記可動部の動きが大きくなるような入力電流の周波数範囲は広くなるが、上記可動部の動きが理想状態より大きくなる量が減少してしまう。従って、Ｑの値は概ね８ｄＢ以上であることが望ましい。これをγで表すと、０．２以下となる。
【０１２８】
以上説明したように、基本共振周波数での減衰係数比をγとした場合、
０．０５≦γ≦０．２
を満たせば、上記可動部の動きに関してより大きな効果が得られる。
【０１２９】
ここで、Ｑ＝８ｄＢとした場合に、上記可動部の動きを大きくするような周波数範囲を求める。
【０１３０】
まず、上記ｆ０でのピークに対して、上記可動部の動きの大きさが半分（約−３ｄＢ）の値になる周波数をｆ０の前後で、ｆ１’、ｆ２’とすると、
Ｑ＝ｆ０／（半値幅）＝ｆ０／（ｆ２’−ｆ１’）
となる。
【０１３１】
ここで、上記Ｑの値が約８ｄＢである場合、
（ｆ２’−ｆ１’）＝０．４×ｆ０となり、
均等に配分すると、
ｆ１’＝０．８×ｆ０
ｆ２’＝１．２×ｆ０
となる。
【０１３２】
実際には、上記ｆ０でのピークに対して半分以下の周波数範囲でも上記可動部の動きが大きくなる効果がある為、その２倍の範囲の
ｆ１＝０．６×ｆ０
ｆ２＝１．４×ｆ０
としても、上述した効果を得ることができる。
【０１３３】
さらに、ｆ１＜基本共振周波数＜ｆ２とし、往路に掛かる時間と復路に掛かる時間とを変えることで、光を走査する往路の時間の割合を増加させることができる。この為には、時間が長くなるｆ１の間に光を走査するようにすれば良い。
【０１３４】
なお、この光を走査する方向を地面に水平な方向とすることで、車両用光スキャン装置として、より良く効果を得ることができる。
【０１３５】
本一実施形態では板バネ１８ａ〜１８ｄは金属製であるとしているが、合成樹脂等で製作しても勿論良い。但し、金属製とした方が、応力やその他の固有値を計算しやすく、また温度による寸法変化も少ない等、性能を高めやすい。さらには、板バネ１８ａ〜１８ｄを金属製とすることで本一実施形態のように、コイルへ電流を流す役割を持たすこともできる。なお、本一実施形態では、板バネ１８ａ〜１８ｄをベリリウム銅製としているが、ステンレス製であっても勿論良い。
【０１３６】
さらに、本一実施形態では、板バネ１８ａ〜１８ｄに可動部になるホルダ１１及びそれに取り付けられた部品より成るバネ系の基本共振周波数と、板バネ３９ａ〜３９ｄに可動部に成るホルダ３３及びそれに取り付けられた部品より成るバネ系の基本共振周波数と、を異なる周波数としている。
【０１３７】
上記の各基本共振周波数を同じ周波数にしてしまうと、当該基本共振周波数付近で動作させたときに、バネウケ２０，５５を介して、他方を共鳴させる形でお互いの振動が予期した振動より大きくなってしまうことがあるので、この現象を防ぎ、高性能な光スキャン装置とする為である。
【０１３８】
以上説明したように、本一実施形態によれば、基本周波数によるゲイン上昇を有効に利用して少ない電流値で大きなアクチュエータの電磁駆動を得ることができ、小型且つ低価格な磁気回路を用いて光走査における光照射の時間の割合を高めた光スキャン装置を提供することができる。
【０１３９】
なお、本発明は上記一実施形態に制限されることなく、本発明の趣旨の範囲内で種々の変形を施すことができる。
【０１４０】
例えば、障害物を検知した場合等に、その部分のみを走査するような動作を、図１２及び図１３を参照して説明した動作に加えても勿論良い。
【０１４１】
なお、広い範囲を走査する場合には、大きな加速度を発生させる必要があるので、本一実施形態で説明した構造及び動作によって、加速度を確保し且つ磁気回路を小さくする必要がある。しかしながら、狭い範囲を走査する場合には、発生させる加速度は小さくても良い為、周波数等が異なっていてもよく、例えば図１３を参照して説明した通りの動作制御を行いつつ、上記レンズ１２の移動量を小さくしても勿論良い。
【０１４２】
また、上記レンズ１２はシリンドリカルレンズであるとしていたが、例えば上記レンズ１２をＹ方向にもレンズ効果を持たせ、上記レンズ４６によってＹ方向に曲げられた光の角度を上記レンズ１２によって更に拡大させるような効果を持たせても良い。このように構成する場合、上記レンズ１２としては、一般的な軸を中心に回転対称なレンズではなく、Ｘ方向の位置によらずＹ方向の形状が同じになるようなトーリックレンズとすれば、レンズ１２の位置によらずレンズ４６の位置を調整する必要がなく、制御を容易にできるので、好ましい。
【０１４３】
なお、シリンドリカルレンズであってもトーリックレンズであっても、レンズの曲面を非球面形状とすることで、光学特性を良好にできる。また、フレネルレンズを用いれば、一般的なレンズのように厚くならず、可動部の軽量化を図ることができる。
【０１４４】
また、上記一実施形態では、Ｘ方向に光を動かすレンズ１２と、Ｙ方向に光を動かすレンズ４６を別途のレンズとして構成しているが、例えば１つのレンズでＸ方向及びＹ方向の双方に光を動かすようにし、そのレンズをＸ方向及びＹ方向の２方向に移動可能に２組の板バネを組み合わせて支持しても勿論良い。この場合には、光を走査する方向に上述した諸関係式等を適用すれば良い。
【０１４５】
さらには、上記レンズを移動させる駆動機構としても種々の駆動機構が考えられる。上記一実施形態においては、磁石とコイルとから成る機構であって、可動部にコイルが付いていたが、逆にコイルを固定し、磁石を動かすような構成としても良い。コイルを動かす場合であっても、コイルの中にヨークを設けないような構成としても勿論よい。
【０１４６】
以上、本発明は上記実施の形態に制限されることなく、さまざまに変形することができる。
【０１４７】
レンズはシリンドリカルレンズとしていたが、例えば、レンズ１２のＹ軸方向にもレンズ効果を持たせ、レンズ４６によってＹ軸方向に曲げられた光の角度を更に拡大させるような効果を持たせても良い。このとき、レンズ１２は、一般的な軸を中心に回転対称なレンズではなく、Ｘ軸方向の位置によらず、Ｙ軸方向の形状が同じになるようなトーリックレンズである方が、レンズ１２の位置によらずレンズ４６の位置を調整する必要がなく、制御を容易にできるので、好ましいものとなる。
【０１４８】
更に、シリンドリカルレンズであっても、トーリックレンズであっても、レンズの曲面は非球面形状とすると、光学特性を良好にすることができる。また、レンズは、フレネルレンズであっても良い。一般的なレンズのように厚くならず、可動部分の軽量化を図ることができる。
【０１４９】
尚、移動させる駆動機構も、種々のものが考えられる。上述した実施形態では、磁石とコイルから成る機構で、可動部にコイルが付いていたが、逆にコイルを固定し、磁石を移動させるような構成としても良い。コイルを移動させる場合でも、コイルの中にヨークがないような構成も考えられる。
【０１５０】
また、上述した実施形態では、スキャン装置を車両に搭載する例について述べたが、車両に限らず、光を走査するスキャン装置全般に適応できることはいうまでもない。但し、車両に搭載するスキャン装置では、振動や寿命、信頼性の点で、板バネで支持する需要が大きく、効果を享受しやすいものとなる。
【０１５１】
更に、前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、該光スキャン装置の斜視図である。
【図２】本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、図１から右方向に９０度回転させた方向より見た光スキャン装置の斜視図である。
【図３】本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、光スキャン装置の上面図である。
【図４】本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、図３のＡ−Ａ′線に添った断面図である。
【図５】本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、図３のＢ−Ｂ′線に添った断面図である。
【図６】本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、図３のＣ−Ｃ′線に添った断面図である。
【図７】本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、図３のＤ−Ｄ′線に添った断面図である。
【図８】本発明の光スキャン装置の一実施形態の構成を示すもので、該光スキャン装置の一部分解斜視図である。
【図９】光スキャン装置を構成するアジマスアクチュエータ部組を図４のＥ−Ｅ′線に添って切った断面図である。
【図１０】光スキャン装置を構成するエレベーションアクチュエータ部組を図４のＦ−Ｆ′線に添って切った断面図である。
【図１１Ａ】本光スキャン装置を車載用測距装置に用いた例を説明するための図である。
【図１１Ｂ】本光スキャン装置を車載用測距装置に用いた例を説明するための図である。
【図１２】走査動作を説明するための図である。
【図１３】Ｘ方向への光走査を説明するための図である。
【図１４】アジマスアクチュエータ部組のレンズ及びレンズホルダ等から成るＸ方向に動く可動部の周波数応答特性を説明する図である。
【図１５】従来の車載レーダ装置の概略構成を示す図である。
【図１６】振り角度と時間との関係のグラフを示す図である。
【図１７】振り角度と時間との関係のグラフを示す図である。
【符号の説明】
【０１５３】
１０…光スキャン装置、１１、４５…レンズホルダ、１２、２６、２７、４６…レンズ、１３…アジマスコイル、１４…発光ダイオード、１６、５０…スリット、１７ａ、１７ｂ…鍔部、１８、１８ａ〜１８ｄ、５３、５３ａ〜５３ｄ…板バネ、２０、５５…バネ受け、２０ａ…凹部、２２ａ、２２ｂ、４４ａ、４４ｂ、６０ａ、６０ｂ…段部、２３ａ、２３ｂ、６１ａ、６１ｂ…シリコンゲル、２８、７０…ポジションセンサ、３０、３１ａ、３１ｂ、６３…ヨーク、３２ａ、３２ｂ、６８ａ、６８ｂ…磁石、３８…レーザダイオード、３５、７１…基板、４０…アジマスアクチュエータ部組、４１…エレベーションアクチュエータ部組、４２…レーザ部組、４７ａ、４７ｂ…エレベーションコイル、４８…発光ダイオード、６５ａ、６５ｂ、６６ａ、６６ｂ…立ち上げ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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