(57)【要約】  光の走査角の広角化を実現することができ、耐久性に優れた光走査用アクチュエータを提供する。この目的のため、光を出射する光学素子を支持し、光学素子とともに移動可能な可動部と、薄板状をなし、長手方向の一端部が固定されるとともに長手方向の他端部が可動部に取り付けられる複数の板バネと、磁束を発生する磁石と、一部が磁石に積層され、その磁石とともに閉じた磁気回路を形成するヨークと、可動部に保持され、磁石とヨークとの隙間に位置し、開口面が磁石とヨークとの積層方向に略直交するコイルとを有し、コイルに加わる電磁力によって可動部を駆動する電磁駆動手段と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子が出射する光を走査する光走査用アクチュエータであって、
前記光学素子を支持し、前記光学素子とともに移動可能な可動部と、
薄板状をなし、長手方向の一端部が固定されるとともに長手方向の他端部が前記可動部に取り付けられる複数の板バネと、
磁束を発生する磁石と、一部が前記磁石に積層され、前記磁石とともに閉じた磁気回路を形成するヨークと、前記可動部に保持され、前記磁石と前記ヨークとの隙間に位置し、開口面が前記磁石と前記ヨークとの積層方向に略直交するコイルとを有し、前記コイルに加わる電磁力によって前記可動部を駆動する電磁駆動手段と、
を備えたことを特徴とする光走査用アクチュエータ。
【請求項２】
前記コイルは、
前記開口面と直交する方向の高さが前記開口面と平行な方向の任意の幅よりも小さい扁平な形状をなすことを特徴とする請求項１記載の光走査用アクチュエータ。
【請求項３】
前記ヨークは、互いに同じ半円環形状をなす表面をそれぞれ有し、この表面同士が平行に対向する二つの弧状部を備え、
前記光学素子は、前記弧状部の外縁近傍を当該外縁に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１または２記載の光走査用アクチュエータ。
【請求項４】
前記磁石は、
前記ヨークが有する前記弧状部の表面と略同形の半円環形状をなす表面を有し、
前記二つの弧状部のうち一方の弧状部の表面であって他方の弧状部と対向する表面に積層して固着されたことを特徴とする請求項３記載の光走査用アクチュエータ。
【請求項５】
前記複数の板バネは並列に配置され、各板バネがたわんでいない状態で、互いに対応する表面同士が同じ平面を通過し、かつ各々の長手方向が互いに略平行であり、
前記磁石、前記ヨークおよび前記コイルは、前記複数の板バネのうち隣接するいずれか二つの板バネの間に位置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の光走査用アクチュエータ。
【請求項６】
前記光学素子はミラーであり、
当該ミラーの表面は、前記板バネがたわんでいない状態で前記板バネの長手方向と直交することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の光走査用アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出射した光を走査する光走査用アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光等の走査装置を利用した装置として、走査型レーザレーダ装置、レーザスキャナ、レーザプリンタ、レーザマーカ、物体監視装置等が知られている。これらの装置の中で、車両の衝突防止のための走査型レーザレーダ装置で使用する光走査用アクチュエータとして、１枚の可動ミラーをモータによって揺動または回転運動させ、レーザ光源からの光を可動ミラーに向けて照射し、その反射光を探査光として走査させる技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。【０００３】
図６は、従来の光走査用アクチュエータの構成を示す斜視図である。同図に示す光走査用アクチュエータ３１は、ベース部材３２に組み付けられた固定部材３３に、上下に並設される一対の板バネ３４ａ、３４ｂの基端部が固定されている（板バネ３４ｂは図示せず）。板バネ３４ａ、３４ｂの各先端部は、所定の光源から入射した光を反射するミラー３６（２点鎖線で図示）を保持するミラーホルダ３５に固着されている。可動部であるミラーホルダ３５には、一対のコイル３７ａ、３７ｂが、板バネ３４ａ、３４ｂの原点位置を中心として左右対称な位置に配設されている。【０００４】
ベース部材３２には、弧状のヨーク３８が締結されている。このヨーク３８の弧状部分は、互いに平行な下側部分３８ａと上側部分３８ｂとからなり、下側部分３８ａはコイル３７ａ、３７ｂの各開口面を貫通している。また、上側部分３８ｂの表面のうち下側部分３８ａと対向する表面には、磁石３９が固着されている。【０００５】
以上の構成を有する光走査用アクチュエータ３１は、ヨーク３８および磁石３９が閉じた磁束を形成している。そのため、コイル３７ａ、３７ｂに交流電流を流すと、コイル３７ａ、３７ｂにはローレンツ力が加わる。このローレンツ力によってコイル３７ａ、３７ｂを保持するミラーホルダ３５が駆動し、この駆動に伴ってミラー３６が揺動することにより、光の走査が実現される。【０００６】
【特許文献１】国際公開第０２／００８８１８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来技術では、ミラー３６の原点位置からの揺動角度が大きくなるにつれて板ばね３４ａ、３４ｂのたわみの影響が顕著となり、可動部が固定部材３３の方向へ若干退避し、コイル３７ａ、３７ｂの内側面とヨーク３８とが接触してしまうことがあった。このため、原点位置からの揺動角度が大きい広角領域での走査に誤差が生じ、走査角の広角化を実現する上での障害となっていた。また、広角領域におけるコイル３７ａ、３７ｂの内側面とヨーク３８との接触によってそれらの部材が傷つき、装置としての耐久性に問題が生じる恐れもあった。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光の走査角の広角化を実現することができ、耐久性に優れた光走査用アクチュエータ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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光走査用アクチュエータは、光学素子が出射する光を走査する光走査用アクチュエータであって、前記光学素子を支持し、前記光学素子とともに移動可能な可動部と、薄板状をなし、長手方向の一端部が固定されるとともに長手方向の他端部が前記可動部に取り付けられる複数の板バネと、磁束を発生する磁石と、一部が前記磁石に積層され、前記磁石とともに閉じた磁気回路を形成するヨークと、前記可動部に保持され、前記磁石と前記ヨークとの隙間に位置し、開口面が前記磁石と前記ヨークとの積層方向に略直交するコイルとを有し、前記コイルに加わる電磁力によって前記可動部を駆動する電磁駆動手段と、を備えたことを特徴とする。【００１０】
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記コイルは、前記開口面と直交する方向の高さが前記開口面と平行な方向の任意の幅よりも小さい扁平な形状をなすことを特徴とする。【００１１】
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記ヨークは、互いに同じ半円環形状をなす表面をそれぞれ有し、この表面同士が平行に対向する二つの弧状部を備え、前記光学素子は、前記弧状部の外縁近傍を当該外縁に沿って移動可能であることを特徴とする。【００１２】
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記磁石は、前記ヨークが有する前記弧状部の表面と略同形の半円環形状をなす表面を有し、前記二つの弧状部のうち一方の弧状部の表面であって他方の弧状部と対向する表面に積層して固着されたことを特徴とする。【００１３】
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記複数の板バネは並列に配置され、各板バネがたわんでいない状態で、互いに対応する表面同士が同じ平面を通過し、かつ各々の長手方向が互いに略平行であり、前記磁石、前記ヨークおよび前記コイルは、前記複数の板バネのうち隣接するいずれか二つの板バネの間に位置することを特徴とする。【００１４】
また、本発明に係る光走査用アクチュエータは、上記発明において、前記光学素子はミラーであり、当該ミラーの表面は、前記板バネがたわんでいない状態で前記板バネの長手方向と直交することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光学素子とともに移動可能な可動部を駆動する電磁駆動手段の一部をなすコイルが、同じく電磁駆動手段の一部をなす磁石とヨークとの隙間に位置し、その開口面が磁石とヨークとの積層方向に略直交する構成としたため、可動部を広い範囲で移動させてもコイルがヨークと接触することがなく、正確に光を走査することができる。したがって、光の走査角の広角化を実現することができ、耐久性に優れた光走査用アクチュエータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る光走査用アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の矢視Ａ方向から見た平面図である。
【図３】図３は、図２のＢ−Ｂ線部分断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係る光走査用アクチュエータの動作を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態の変形例に係る光走査用アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図６】図６は、従来の光走査用アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００１７】
１、１１、３１  光走査用アクチュエータ
２ａ、２ｂ、３４ａ、３４ｂ  板バネ
３、３３  固定部材
４、３６  ミラー
５、１２、３８  ヨーク
５ａ、５ｂ、１２ａ、１２ｂ  弧状部
５ｃ  連結部
６、３９  磁石
７、３７ａ、３７ｂ  コイル
８  ネジ部材
９、３２  ベース部材
１０  フレーム部材
１０ａ  板バネ取付部
１０ｂ  ミラー支持部
１０ｃ  コイル載置部
２１ａ、２１ｂ  電極端子部
２２ａ、２２ｂ  欠切部
３５  ミラーホルダ
３８ａ  下側部分
３８ｂ  上側部分
１００  発光素子
２００  制御回路
３００  位置検出部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る光走査用アクチュエータの構成を示す斜視図である。また、図２は、図１の矢視Ａ方向の平面図である。さらに、図３は、図２のＢ−Ｂ線部分断面図である。【００１９】
図１〜図３に示す光走査用アクチュエータ１は、二つの板バネ２ａ、２ｂと、板バネ２ａ、２ｂの各基端部を固定する固定部材３と、レーザダイオード等の発光素子１００によって発光された入射光を反射し、この反射した光を出射する光学素子であるミラー４と、閉じた磁気回路を形成するヨーク５および磁石６と、ヨーク５と磁石６との隙間に配設されるコイル７と、固定部材３を保持する一方、ネジ部材８を介してヨーク５が固設されるベース部材９と、ミラー４とともに移動可能な可動部を構成するフレーム部材１０と、を備える。【００２０】
板バネ２ａ、２ｂは同じ形状をなして並列に配置され、各々がたわんでいない状態（初期状態）で、互いに対応する表面同士が同じ平面を通過し、かつ各々の長手方向が平行である。板バネ２ａ、２ｂの各々は、固定部材３によって固定される基端部から先端部へ向けて徐々にその幅が狭くなっている。これにより、片持ちはりとして機能する板バネ２ａ、２ｂの応力分布を略均一とすることができ、ヨーク５、磁石６およびコイル７を配置するスペースを効率よく確保することができる。また、板バネ２ａ、２ｂは、ヨーク５、磁石６およびコイル７を図３の上下方向に沿って挟むように配置されているため、ミラー４が揺動する方向の剛性が高く、外乱による影響を受けにくくなっている。【００２１】
板バネ２ａの基端部には、その基端部から板バネ２ａの初期状態における長手方向に沿って突出し、コイル７に流す電流を発生する制御回路２００との間を接続する配線を取り付ける電極端子部２１ａが設けられている。また、板バネ２ａの先端部には、板バネ２ａの初期状態における長手方向と略直交する方向に切り欠かれ、コイル７の一端を引っ掛けてコイル７との通電を確保する欠切部２２ａが設けられている。板バネ２ｂは、板バネ２ａと同様、電極端子部２１ｂと欠切部２２ｂとを有する。【００２２】
上述した構成を有する板バネ２ａ、２ｂは、電極端子部２１ａ、２１ｂにそれぞれ接続される配線を介して制御回路２００に接続される一方、欠切部２２ａ、２２ｂを介してコイル７の一端に接続される。これにより、制御回路２００とコイル７とが電気的に接続され、コイル７に電流を流すことができる。なお、図３では、コイル７の巻線端部と欠切部２２ａ、２２ｂとの接続を破線によって示している。【００２３】
板バネ２ａ、２ｂは、ベリリウム銅、リン青銅またはステンレスなどの薄板バネ材からなり、プレス加工による打ち抜き成形やエッチング成形によって形成される。なお、板バネ２ａ、２ｂの表面に粘弾性を有するポリマーシート等を貼付してもよい。これにより、フレーム部材１０に対して適切なダンピング作用を与えることができ、共振時に装置自体の破壊や外乱の入力に起因した不要な振動の誘発も抑制され、揺動運動の折り返し位置においてコイル７に大きな制動力を発生させる必要がなくなる。したがって、光走査用アクチュエータ１の省電力化を図ることができるとともに、良好な応答性を実現することができる。【００２４】
固定部材３は、軽量かつ高剛性なガラス繊維などを充填した液晶ポリマー（ＬＣＰ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などのエンジニアリングプラスチックを射出成形することによって形成されている。【００２５】
ミラー４は、ガラス、合成樹脂またはアルミニウムなどの軽金属を用いて実現され、その表面（ミラー面）が板バネ２ａ、２ｂの初期状態における長手方向と直交するようにフレーム部材１０によって支持される。ミラー４の表面には、アルミニウム蒸着などによって平滑に形成した反射層が設けられている。この反射層の表面には、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）などの薄膜からなり、腐食や酸化などから表面を保護する保護層が形成されている。【００２６】
ヨーク５は、互いに同じ半円環形状をなす表面をそれぞれ有し、その表面同士が平行でありかつ離間した状態で対向する二つの弧状部５ａ、５ｂと、弧状部５ａ、５ｂの対向する端部同士をそれぞれ連結する二つの連結部５ｃとを有し、全体として閉じた形状をなしている。連結部５ｃは、ネジ部材８を介してベース部材９に固設される。このような構成を有するヨーク５は、純鉄等の軟磁性材からなり、磁石６とともに閉じた磁気回路を形成する。【００２７】
磁石６は、ヨーク５の弧状部５ａ、５ｂと略同形の表面を有する薄板状をなし、下側に位置する弧状部５ｂの表面であって弧状部５ａと対向する表面に積層した状態でヨーク５に固着されている。【００２８】
コイル７は、フレーム部材１０によって保持され、ヨーク５の弧状部５ａと磁石６との隙間に位置する。より具体的には、コイル７は、その開口面がヨーク５と磁石６との積層方向に直交する位置、すなわちヨーク５および磁石６によって形成される磁束を直角に横切る位置に配置されている。【００２９】
コイル７の開口面は略等脚台形をなしており、短辺側が弧状部５ａ、５ｂの内周側に位置する一方、長辺側が弧状部５ａ、５ｂの外周側に位置している。このような形状をなす開口面を有するコイル７を上記の如く配置することにより、径が小さい内周側におけるフレーム部材１０の動きをスムーズにすることができる。また、径が大きい外周側の断面積を大きくすることで、多くの磁束を横切らせることができるため、フレーム部材１０の移動に必要な駆動力を発生することも可能となる。【００３０】
コイル７は、少なくとも開口面と直交する方向の高さ（図１のｈ）が開口面と平行な方向の任意の幅（例えば図２のｗ１、ｗ２）よりも小さい扁平な形状をなしている。このようにコイル７が扁平な形状をなすことにより、ヨーク５と磁石６との隙間を小さくし、省スペース化、小型化に適した構成とすることができる。【００３１】
ヨーク５、磁石６およびコイル７は、可動部を構成するフレーム部材１０を電磁力によって駆動し、ミラー４が出射する光を走査する電磁駆動手段を構成する。【００３２】
フレーム部材１０は、板バネ２ａ、２ｂの先端部を取り付ける板バネ取付部１０ａと、ミラー４を支持するミラー支持部１０ｂと、コイル７を載置するコイル載置部１０ｃとを有する。図３に示すように、ミラー支持部１０ｂの延在方向（図３の上下方向）とコイル載置部１０ｃの延在方向（図３の水平方向）とは直交している。フレーム部材１０は、固定部材３と同様のエンジニアリングプラスチックなどを用いて実現される。【００３３】
なお、板バネ２ａ、２ｂを固定部材３およびフレーム部材１０に取り付ける際には、板バネ２ａ、２ｂをインサート材として、固定部材３および／またはフレーム部材１０と一体成形するようにしてもよい。【００３４】
以上の構成を有する光走査用アクチュエータ１では、制御回路２００がコイル７に電流を流すことにより、コイル７の開口面を貫く磁束を変化させる。その結果、コイル７には、磁束の変化を妨げる向きにローレンツ力が発生する。このローレンツ力は、コイル７の駆動力となってミラー４やフレーム部材１０を揺動させる。ここで、コイル７に流す電流は、例えば周波数が１０〜１００Ｈｚ程度の交流電流である。【００３５】
制御回路２００は、位置検出部３００が検出する位置情報に基づいてコイルに流れる電流を制御する。位置検出部３００は、例えばホールＩＣなどの磁気センサを備えており、板バネ２ａ、２ｂ、ミラー４またはフレーム部材１０の所定箇所の位置を検出し、この検出した位置情報を制御回路２００に出力する。【００３６】
図４は、光走査用アクチュエータ１の作用を説明する図であり、揺動運動の概要を示す図である。図４では、板バネ２ａ（２ｂ）が最もたわんで揺動運動の一方の折り返し位置にある場合を実線で示している。図４に示すように、ミラー４およびフレーム部材１０は、原点位置（図４の水平方向）に対し、図４で上下方向に等しい角度θだけ揺動する。この揺動を行う際、ミラー４は、ヨーク５の弧状部５ａ、５ｂの外縁近傍を当該外縁近傍に沿って移動する。例えば、ミラー４の原点位置からの最大揺動角θをθ＝２２．５（度）とすると、ミラー４は原点位置を中心として４５度の範囲で揺動し、ミラー４が出射する光の走査角は９０度となる。【００３７】
本実施の形態に係る光走査用アクチュエータ１は、コイル７の開口面がヨーク５の弧状部５ａ、５ｂおよび磁石６の表面とほぼ平行であり、ヨーク５の一部がコイル７の開口面を貫通することがない。このため、光走査用アクチュエータ１では、揺動角の値が大きい広角領域でフレーム部材１０が固定部材３の方向に退避したとしても、コイル７がヨーク５と接触することがない。したがって、光走査用アクチュエータ１は、図６に示す従来の光走査用アクチュエータ３１とは異なり、広角領域でも光を正確に走査することができ、コイル７やヨーク５を傷つけてしまう恐れがない。【００３８】
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、ミラー（光学素子）とともに移動可能な可動部を駆動する電磁駆動手段の一部をなすコイルが、同じく電磁駆動手段の一部をなす磁石とヨークとの隙間に位置し、その開口面が磁石とヨークとの積層方向に略直交する構成としたため、可動部を広い範囲で移動させてもコイルがヨークと接触することがなく、正確に光を走査することができる。したがって、光の走査角の広角化を実現することができ、耐久性に優れた光走査用アクチュエータを提供することが可能となる。【００３９】
また、本実施の形態によれば、磁石とヨークとの隙間にコイルを配置するだけなので、コイルの取り付け許容交差を大きく設けることができ、ヨークをコイルに貫通させる構成と比較して、ヨークおよびコイルの各形状に対する制約が少なくて済み、設計の自由度が大きくなる。その結果、構成を単純化することが可能となり、組み立てが容易で生産性に優れ、小型化にも好適な光走査用アクチュエータを提供することができる。【００４０】
さらに、本実施の形態によれば、使用するコイルは一つだけであるため、複数のコイルを用いる場合のように、駆動力の不釣合いを解消するための補正手段を設ける必要がなく、可動部の質量を低減することができる。したがって、小さい駆動力でミラーを大きく駆動することが可能となり、省電力化を実現することができる。【００４１】
図５は、本発明の一実施の形態の変形例に係る光走査用アクチュエータの構成を示す図である。同図に示す光走査用アクチュエータ１１は、ヨークと磁石との位置関係を除いて、上述した光走査用アクチュエータ１と同様の構成を有している。このため、図５において、光走査用アクチュエータ１と同一の構成要素には、同一の符号を付してある。【００４２】
ヨーク１２は、光走査用アクチュエータ１のヨーク５と略同形をなし、互いに平行な二つの弧状部１２ａ、１２ｂを有する。本変形例において、磁石６は、二つの弧状部１２ａ、１２ｂのうち上側に位置する弧状部１２ａの表面であって下側に位置する弧状部１２ｂと対向する表面に積層した状態でヨーク１２に固着されている。【００４３】
以上の構成を有する光走査用アクチュエータ１１は、上記一実施の形態に係る光走査用アクチュエータ１と同様の効果を奏する。【００４４】
なお、本発明は、上述した一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、本発明において、板バネ、ヨーク、磁石、コイルの形状は、上述したものに限られるわけではない。【００４５】
また、本発明では、光学素子としてミラーの代わりにプリズムやホログラム素子を用いてもよいし、レーザダイオード等の発光素子を用いてもよい。【００４６】
さらに、本発明において、板バネを３枚以上用いた構成とすることも可能である。【００４７】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明に係る光走査用アクチュエータは、走査型レーザレーダ装置、レーザスキャナ、レーザプリンタ、レーザマーカ、物体監視装置等に有用であり、特に、走査型レーザレーダ装置に適している。
【図１】
2008149796.tif 000003
【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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【国際調査報告】
2008149796.tif 000009
2008149796.tif 000010
2008149796.tif 000011
2008149796.tif 000012