(57)【要約】  本発明は、動作時の静寂性を確保することができ、耐久性に優れた物体検出装置を提供することを目的とする。この目的を達成するため、投光手段が投光した光を走査及び反射する光走査用アクチュエータを備える物体検出装置において、前記光走査用アクチュエータを以下の構成、すなわち、薄板状をなし、長手方向の一端部が固定される複数の板バネと、前記複数の板バネの長手方向の他端部に取り付けられ、前記複数の板バネの形状の変化に伴って移動可能な可動部と、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、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、を有するものとする。
2008149851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を投光する投光手段と、前記投光手段が投光した光を走査する光走査用アクチュエータと、前記光走査用アクチュエータが走査する光の反射光を受光する受光手段と、を備え、前記受光手段が受光した反射光を用いて物体の有無を検出する物体検出装置であって、
前記光走査用アクチュエータは、
薄板状をなし、長手方向の一端部が固定される複数の板バネと、
前記複数の板バネの長手方向の他端部に取り付けられ、前記複数の板バネの形状の変化に伴って移動可能な可動部と、
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、
を有することを特徴とする物体検出装置。
【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記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記投光手段が投光する光を外部へ照射する光学素子をさらに備え、
前記光学素子は、前記可動部に取り付けられたことを特徴とする請求項１または２記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記ヨークは、二つの半円環形状をなす表面を有し、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３記載の物体検出装置。
【請求項５】
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４記載の物体検出装置。
【請求項６】
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１〜５のいずれか一項記載の物体検出装置。
【請求項７】
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３〜６のいずれか一項記載の物体検出装置。
【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を用いて物体を検出する物体検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光等の光を走査する光走査装置は、レーダ、スキャナ、プリンタ、印字マーカなど、様々な分野で利用されている。このような光走査装置を実現する技術として、１枚の可動ミラーをモータの駆動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この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する技術が知られている（例えば、特許文献１および２を参照）。また、レーザ光源からの光を、モータの駆動によって回転する多面ミラーのミラー面が通過する一点へ向けて照射し、各ミラー面がその一点を通過する際に反射する光を探査光として走査する技術も知られている（例えば、特許文献３を参照）。【０００３】
【特許文献１】特開平３−１７５３９０号公報
【特許文献２】特開平７−９２２７０号公報
【特許文献３】特開平６−１０２３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術では、軸受けを用いて各種ミラーを回転支持しているため、動作を行う際に騒音が発生するという問題があった。また、軸受けが摩擦等によって経時劣化を生じやすく、耐久性にも問題があった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、動作時の静寂性を確保することができ、耐久性に優れた物体検出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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る物体検出装置は、光を投光する投光手段と、前記投光手段が投光した光を走査する光走査用アクチュエータと、前記光走査用アクチュエータが走査する光の反射光を受光する受光手段と、を備え、前記受光手段が受光した反射光を用いて物体の有無を検出する物体検出装置であって、前記光走査用アクチュエータは、薄板状をなし、長手方向の一端部が固定される複数の板バネと、前記複数の板バネの長手方向の他端部に取り付けられ、前記複数の板バネの形状の変化に伴って移動可能な可動部と、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、を有することを特徴とする。【０００７】
また、本発明に係る物体検出装置は、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。【０００８】
また、本発明に係る物体検出装置は、上記発明において、前記投光手段が投光する光を外部へ照射する光学素子をさらに備え、前記光学素子は、前記可動部に取り付けられたことを特徴とする。【０００９】
また、本発明に係る物体検出装置は、上記発明において、前記ヨークは、二つの半円環形状をなす表面を有し、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。【００１０】
また、本発明に係る物体検出装置は、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。【００１１】
また、本発明に係る物体検出装置は、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。【００１２】
また、本発明に係る物体検出装置は、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】
【００１３】
本発明によれば、投光手段が投光した光を走査する光走査用アクチュエータの構成を、複数の板バネの形状の変化に伴って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こととしたため、可動部が他の部材と接触することがない。このため、光を走査する際に騒音を発生することがなく、摩擦に起因した経時劣化を生じる恐れもない。したがって、動作時の静寂性を確保することができ、耐久性に優れた物体検出装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る物体検出装置の要部の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態に係る物体検出装置の機能構成を模式的に示す図である。
【図３】図３は、図１の矢視Ａ方向から見た光走査用アクチュエータの平面図である。
【図４】図４は、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、光走査用アクチュエータの別な構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  物体検出装置
２  投光素子
３、１１  光走査用アクチュエータ
４  受光素子
５  発振回路
６  投光レンズ
７  集光レンズ
８  受光回路
９  制御回路
１０  保持部材
１２、３４  ヨーク
３１ａ、３１ｂ  板バネ
３２  固定部材
３３  ミラー
３４ａ、３４ｂ、１２１ａ、１２１ｂ  弧状部
３４ｃ  連結部
３５  磁石
３６  コイル
３７  ネジ部材
３８  ベース部材
３９  フレーム部材
３９ａ  板バネ取付部
３９ｂ  ミラー支持部
３９ｃ  コイル載置部
４０  移動量検出部
３１１ａ、３１１ｂ  電極端子部
３１２ａ、３１２ｂ  欠切部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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物体検出装置の要部の構成を示す図である。また、図２は、本実施の形態に係る物体検出装置の機能構成を模式的に示す図である。これらの図に示す物体検出装置１は、光を走査することによって所定の範囲内における物体の有無を検出する装置である。【００１７】
物体検出装置１は、光を投光する投光素子２と、投光素子２が投光した光を走査する一方、この走査光が外部の物体によって反射されてきた場合にその反射光を出射する光走査用アクチュエータ３と、光走査用アクチュエータ３が照射した物体の反射光を受光する受光素子４と、を備える。投光素子２は、例えばレーザダイオードであり、受光素子４は、例えばフォトダイオードである。【００１８】
また、物体検出装置１は、投光素子２を発振させる発振回路５と、投光素子２が投光した光をビームとして光走査用アクチュエータ３に照射する投光レンズ６と、光走査用アクチュエータ３を介して伝搬してくる外部からの反射光を集光する集光レンズ７と、集光レンズ７を介して受光素子４が受光した光を光電変換して出力する受光回路８と、光走査用アクチュエータ３、発振回路５および受光回路８を制御する制御回路９と、投光素子２および受光素子４を収容保持する保持部材１０と、を備える。図１に示すように、保持部材１０は、投光素子２および受光素子４を上下方向に並べて保持している。【００１９】
図３は、光走査用アクチュエータ３の構成を示す図であり、図１の矢視Ａ方向の平面図に相当している。なお、図２に示す光走査用アクチュエータ３は、図３のＢ−Ｂ線部分断面である。光走査用アクチュエータ３は、二つの板バネ３１ａ、３１ｂと、板バネ３１ａ、３１ｂの各基端部を固定する固定部材３２と、投光素子２が投光した入射光を反射し、この反射した光を出射する光学素子であるミラー３３と、閉じた磁気回路を形成するヨーク３４および磁石３５と、ヨーク３４と磁石３５との隙間に配設されるコイル３６と、固定部材３２を保持する一方、ネジ部材３７を介してヨーク３４が固設されるベース部材３８と、ミラー３３とともに移動可能な可動部を構成するフレーム部材３９と、光走査用アクチュエータ３の所定箇所における初期状態（板バネ３１ａ、３１ｂがたわんでいない状態）からの移動量を検出する移動量検出部４０と、を備える。【００２０】
板バネ３１ａ、３１ｂは同じ形状をなして並列に配置され、初期状態において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３１ａ、３１ｂの各々は、固定部材３２によって固定される基端部から変位可能な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３１ａ、３１ｂの応力分布を略均一とすることができ、ヨーク３４、磁石３５およびコイル３６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３１ａ、３１ｂは、ヨーク３４、磁石３５およびコイル３６を図２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３３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３１ａの基端部には、その基端部から板バネ３１ａの初期状態における長手方向に沿って突出し、コイル３６に流す電流を発生する制御回路９との間を接続する配線を取り付ける電極端子部３１１ａが設けられている。また、板バネ３１ａの先端部には、板バネ３１ａ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３６の一端を引っ掛けてコイル３６との通電を確保する欠切部３１２ａが設けられている。板バネ３１ｂは、板バネ３１ａと同様、電極端子部３１１ｂと欠切部３１２ｂとを有する。【００２２】
上述した構成を有する板バネ３１ａ、３１ｂは、電極端子部３１１ａ、３１１ｂにそれぞれ接続される配線を介して制御回路９に接続される一方、欠切部３１２ａ、３１２ｂをそれぞれ介してコイル３６の一端に接続される。これにより、制御回路９とコイル３６とが電気的に接続され、コイル３６に電流を流すことができる。なお、図２では、コイル３６の巻線端部と欠切部３１２ａ、３１２ｂとの接続を破線によって示している。【００２３】
板バネ３１ａ、３１ｂ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３１ａ、３１ｂ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３９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３６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３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３２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３３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３１ａ、３１ｂ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３９によって支持される。ミラー３３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３４は、二つの半円環形状をなす表面を有し、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弧状部３４ａ、３４ｂと、弧状部３４ａ、３４ｂの対向する端部同士をそれぞれ連結する二つの連結部３４ｃとを有し、全体として閉じた形状をなしている。連結部３４ｃは、ネジ部材３７を介してベース部材３８に固設される。このような構成を有するヨーク３４は、純鉄等の軟磁性材からなり、磁石３５とともに閉じた磁気回路を形成する。【００２７】
磁石３５は、ヨーク３４の弧状部３４ａ、３４ｂ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３４ｂの表面であって弧状部３４ａと対向する表面に積層した状態でヨーク３４に固着されている。【００２８】
コイル３６は、フレーム部材３９によって保持され、ヨーク３４の弧状部３４ａと磁石３５との隙間に位置する。より具体的には、コイル３６は、その開口面が、ヨーク３４と磁石３５との積層方向に直交する位置、すなわちヨーク３４および磁石３５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３６の開口面は略等脚台形をなしており、短辺側が弧状部３４ａ、３４ｂの内周側に位置する一方、長辺側が弧状部３４ａ、３４ｂ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３６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３９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３９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３６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３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３６が扁平な形状をなすことにより、ヨーク３４と磁石３５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３４、磁石３５およびコイル３６は、可動部を構成するフレーム部材３９を電磁力によって駆動し、ミラー３３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３９は、板バネ３１ａ、３１ｂの先端部を取り付ける板バネ取付部３９ａと、ミラー３３を支持するミラー支持部３９ｂと、コイル３６を載置するコイル載置部３９ｃとを有する。図２に示すように、ミラー支持部３９ｂの延在方向（図２の上下方向）とコイル載置部３９ｃの延在方向（図２の左右方向）とは直交している。フレーム部材３９は、固定部材３２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３１ａ、３１ｂを固定部材３２およびフレーム部材３９に取り付ける際には、板バネ３１ａ、３１ｂをインサート材として、固定部材３２および／またはフレーム部材３９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３では、制御回路９がコイル３６に電流を流すことにより、コイル３６の開口面を貫く磁束を変化させる。その結果、コイル３６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３６の駆動力となってミラー３３やフレーム部材３９を揺動させる。ここで、コイル３６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９は、移動量検出部４０が検出する所定箇所の移動量に基づいてコイル３６に流れる電流を制御する。移動量検出部４０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３１ａ、３１ｂ、ミラー３３またはフレーム部材３９の所定箇所の初期状態からの移動量を検出し、この検出した移動量を制御回路９に出力する。【００３６】
図４は、光走査用アクチュエータ３の動作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３１ａ（３１ｂ）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３３およびフレーム部材３９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３３は、ヨーク３４の弧状部３４ａ、３４ｂ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３３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３３は原点位置を中心として４５度の範囲で揺動し、ミラー３３が出射する光の走査角は９０度となる。【００３７】
光走査用アクチュエータ３は、コイル３６の開口面がヨーク３４の弧状部３４ａ、３４ｂおよび磁石３５の表面とほぼ平行であり、ヨーク３４の一部がコイル３６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３では、揺動角の値が大きい広角領域でフレーム部材３９が固定部材３２の方向に退避したりしても、コイル３６がヨーク３４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３は、広角領域でも光を正確に走査することができ、コイル３６やヨーク３４を傷つけてしまう恐れもない。【００３８】
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、投光手段が投光した光を走査する光走査用アクチュエータの構成を、複数の板バネの形状の変化に伴って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こととしたため、可動部が他の部材と接触することがない。このため、光を走査する際に騒音を発生することがなく、摩擦に起因した経時劣化を生じる恐れもない。したがって、動作時の静寂性を確保することができ、耐久性に優れた物体検出装置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、光走査用アクチュエータの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有する物体検出装置を提供することが可能となる。【００４０】
さらに、本実施の形態によれば、光走査用アクチュエータの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、小型化にも好適である。特に、本実施の形態は回転モータを用いない構成であるため、この意味でも小型化への障害が少ない。【００４１】
また、本実施の形態によれば、光走査用アクチュエータで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。【００４２】
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。図５は、光走査用アクチュエータの別な構成例を示す図である。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３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３と同一の構成要素には、同一の符号を付してある。【００４３】
光走査用アクチュエータ１１のヨーク１２は、光走査用アクチュエータ３のヨーク３４と略同形をなし、互いに平行な二つの弧状部１２１ａ、１２１ｂを有する。この構成例において、磁石３５は、二つの弧状部１２１ａ、１２１ｂのうち上側に位置する弧状部１２１ａの表面であって下側に位置する弧状部１２１ｂ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。【００４４】
以上の構成を有する光走査用アクチュエータ１１を用いた物体検出装置は、上記実施の形態に係る物体検出装置１と同様の効果を奏する。【００４５】
ところで、本発明に適用する光走査用アクチュエータにおいて、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。また、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投光素子自身を用いてもよい。さらに、板バネを３枚以上用いた構成としてもよい。【００４６】
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】
【００４７】
以上のように、本発明に係る物体検出装置は、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】
2008149851.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008149851.tif 000005
【図４】
2008149851.tif 000006
【図５】
2008149851.tif 000007
【国際調査報告】
2008149851.tif 000008
2008149851.tif 000009
2008149851.tif 000010
2008149851.tif 000011