(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射手段から出射されるレーザ光を通すためのレンズと、前記レンズを保持するレンズホルダと、取り付け対象に固定される固定ベースと、前記レンズホルダを前記固定された状態の固定ベースに対して前記レンズの光軸を前後方向とした場合の上下左右方向に変位可能に前記固定ベースにより片持ち支持するように前記固定ベースと前記レンズホルダとの間に設けられた片持ち支持手段と、前記レンズホルダを前記上下左右方向に駆動するための駆動手段とを有し、
前記レンズホルダが、前記レンズを保持するレンズ保持部と、前記レンズ保持部と並列して設けられかつ前記片持ち支持手段と連結される連結部とを有し、
前記固定ベースと前記片持ち支持手段と前記駆動手段と前記レンズホルダの前記連結部とを前記光軸の側方の同じ側に配置し、
前記レンズホルダの前記連結部が前記光軸方向に前記レンズ保持部に対して前記固定ベース寄りにオフセットしていると共に、当該オフセットしている前記連結部に前記駆動手段の一部が設けられていることを特徴とするレーザ光走査用アクチュエータ。
【請求項２】
出射手段から出射されるレーザ光を通すためのレンズと、前記レンズを保持するレンズホルダと、取り付け対象に固定される固定ベースと、前記レンズホルダを前記固定された状態の固定ベースに対して前記レンズの光軸を前後方向とした場合の上下左右方向に変位可能に前記固定ベースにより片持ち支持するように前記固定ベースと前記レンズホルダとの間に設けられた片持ち支持手段と、前記レンズホルダを前記上下左右方向に駆動するための駆動手段とを有し、
前記レンズホルダが、前記レンズを保持するレンズ保持部と、前記レンズ保持部と並列して設けられかつ前記片持ち支持手段と連結される連結部とを有し、
前記固定ベースと前記片持ち支持手段と前記駆動手段と前記レンズホルダの前記連結部とを前記光軸の側方の同じ側に配置し、
前記片持ち支持手段が、前記レンズホルダに対して上下左右の４箇所に各一端部を結合された４本の左右方向変位用ばねと、前記左右方向変位用ばねの各他端部が結合された可動支持部と、前記可動支持部に対して上下左右の４箇所と前記ベースとを連結するように設けられた４本の上下方向変位用ばねとからなり、
前記駆動手段が、前記ベースに固定されたヨークと、可動側に設けられた磁気コイルとからなり、
前記４本の左右方向変位用ばね及び前記４本の上下方向変位用ばねにおける左右方向スパン及び上下方向スパンの少なくともいずれか一方のスパン内に前記磁気コイルが配設されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光走査用アクチュエータ。
【請求項３】
前記左右方向変位用ばねと前記上下方向変位用ばねとが板ばねからなることを特徴とする請求項２に記載のレーザ光走査用アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光走査用アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光を用いた走査装置として、走査型レーザレーダ装置や、レーザスキャナ、レーザプリンタ、レーザマーカ、物体監視装置などが知られている。その中で、例えば車両の衝突防止のための走査型レーザレーダ装置に用いられるレーザ光走査用アクチュエータにあっては、例えば特開平７−９２２７０号公報に開示されているものがある。そのアクチュエータでは、送光素子と受光素子との間に配置したミラーをモータ及びカムにより駆動している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したようなレーザ光走査用アクチュエータにあっては、レーザ光を水平及び垂直方向に確実に走査させると共に、レーザ光出射素子としての例えば半導体レーザの出射光軸上にアクチュエータの各部品が存在しないようにすることが望ましい。レーザ光を走査させるためにはレンズを光軸に対して横切る方向に運動させることになるため、レンズ支持枠や駆動装置などを半導体レーザ及びその光軸から離れた所に配置する必要がある。
【０００４】
しかしながら、単純にそれぞれを離しただけでは、アクチュエータが大型化するため、車載用レーダとして用いる場合に他の部品と干渉してレイアウト性が悪化するばかりでなく、組み立て性・駆動特性・耐外乱特性・駆動効率も悪化するという問題が生じる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、他の機器との干渉をできるだけ回避してレイアウト性を高め得ると共に、組み立て性・駆動特性・耐外乱特性・駆動効率の向上を実現するために、本発明に於いては、出射手段から出射されるレーザ光を通すためのレンズと、前記レンズを保持するレンズホルダと、取り付け対象に固定される固定ベースと、前記レンズホルダを前記固定された状態の固定ベースに対して前記レンズの光軸を前後方向とした場合の上下左右方向に変位可能に前記固定ベースにより片持ち支持するように前記固定ベースと前記レンズホルダとの間に設けられた片持ち支持手段と、前記レンズホルダを前記上下左右方向に駆動するための駆動手段とを有し、前記レンズホルダが、前記レンズを保持するレンズ保持部と、前記レンズ保持部と並列して設けられかつ前記片持ち支持手段と連結される連結部とを有し、前記固定ベースと前記片持ち支持手段と前記駆動手段と前記レンズホルダの前記連結部とを前記光軸の側方の同じ側に配置し、前記レンズホルダの前記連結部が前記光軸方向に前記レンズ保持部に対して前記固定ベース寄りにオフセットしていると共に、当該オフセットしている前記連結部に前記駆動手段の一部が設けられているものとした。
【０００６】
これによれば、固定ベースと片持ち支持手段と駆動手段とレンズホルダの連結部とが光軸の側方に位置することから、光軸上に他の部品が無く、光軸上に位置する出射手段としての例えば半導体レーザの組み付け方向を任意にすることができ、組み付け方向を規定するための部品を必要とせず、部品点数を削減し得るため、組み立て性が向上し、低コスト化を促進し得る。また、レンズの光軸上が開放されることにより駆動回路部（駆動手段など）が集約されるため、スペース効率を向上し得ると共に、小型化を促進し得る。
【０００７】
また、前記片持ち支持手段が、前記レンズホルダに対して上下左右の４箇所に各一端部を結合された４本の左右方向変位用ばねと、前記左右方向変位用ばねの各他端部が結合された可動支持部と、前記可動支持部に対して上下左右の４箇所と前記ベースとを連結するように設けられた４本の上下方向変位用ばねとからなり、前記駆動手段が、前記ベースに固定されたヨークと、可動側に設けられた磁気コイルとからなり、前記４本の左右方向変位用ばね及び前記４本の上下方向変位用ばねにおける左右方向スパン及び上下方向スパンの少なくともいずれか一方のスパン内に前記磁気コイルが配設されていることによれば、上下・左右方向の各支持が独立するため前後方向軸線回りに対する回転方向の支持剛性が向上すると共に、各板ばねのスパンを広く取った配置にすることにより、より一層回転支持剛性を高めることができる。さらに、各板ばねを導電性ばね材で形成することにより、各コイルへのリード線として各板ばねを用いることができ、部品点数を削減し得る。
【０００８】
また、請求項３によれば、上下左右方向がそれぞれ他の方向に対して規制されるため、前後方向軸の軸線回りに対する回転方向支持剛性を高めることができる。
【０００９】
また、各板ばねのスパンを広く取った配置にすることにより、より一層回転支持剛性を高めることができる。さらに、各板ばねを導電性ばね材で形成することにより、各コイルへのリード線として各板ばねを用いることができ、部品点数を削減し得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明が適用された車両の衝突防止のための走査型レーザレーダ装置に用いられるレーザ光走査用アクチュエータを示す斜視図である。また、図２はレーザ光走査用アクチュエータを示す上面図であり、図３は図２の矢印III線から見た側面図であり、図４は要部分解組み立て斜視図である。なお、図示例のレーザ光走査用アクチュエータにあっては、その前後・上下・左右の各方向を図１の矢印で示されるものとし、その前後を車両への取り付け状態で車両の前後方向に合わせるものとして、以下に説明する。
【００１２】
本レーザ光走査用アクチュエータは、図示されない車両ボディ（フレーム）に固定される固定ベース１と、片持ち支持手段として固定ベース１から延出する４枚の上下方向変位用板ばね２を介して支持された可動支持部としての矩形枠状のコイル支持体３と、コイル支持体３に４枚の左右方向変位用板ばね４を介して支持されたレンズホルダ５とを有する。そのレンズホルダ５には、出射手段としてのレーザダイオード６の出射光を通すための走査用レンズ７と、障害物などで反射して戻ってくる反射光を受光する受光フォトダイオード８に集光するための受光用レンズ９とが一体に設けられている。
【００１３】
上記４枚の上下方向変位用板ばね２は、各主面を図の上下方向に向けて、ベース１の上下方向に延在する立壁部の上下両面に各一端部を固定され、かつ後側へ互いに平行に延出するように配設されている。それら上下方向変位用板ばね２の各他端部がコイル支持体３の上下左右の適所に結合されている。これにより、上下方向変位用板ばね２が図の上下方向にのみ撓み得るため、コイル支持体３は、ベース１に対して上下方向に変位自在に支持されていることになる。
【００１４】
なお、ベース１及びコイル支持体３は合成樹脂製であって良く、図示例では、上下方向変位用板ばね２の長手方向両端部に各一対の孔を設け、結合対象となるベース１及びコイル支持体３の対応する部分に突状ボス部を形成している。そして、突状ボス部に板ばねに設けた孔を嵌合し、板状の押さえ部材１０を板ばねに重ね合わせかつ押さえ部材１０に設けた結合孔を突状ボス部にはめて、板ばねの端部を結合対象に押さえ付けるようにして固定している。このようにして、簡単に組み付け可能にしている。また、これら各部品にあっては、板ばねをインサート成形することにより一体化することができ、その場合にはさらに簡単かつ位置精度が高い組付けを行うことが可能になる。
【００１５】
また、上記４枚の左右方向変位用板ばね４は、各主面を図の左右方向に向けて、コイル支持体３の図における左右の枠部に各一端部を固定され、かつ前側へ互いに平行にベース１を越えて延出するように配設されている。それら左右方向変位用板ばね４の各端端部がレンズホルダ５の適所に結合されている。これにより、左右方向変位用板ばね４が図の左右方向にのみ撓み得るため、レンズホルダ５は、ベース１に対して左右方向に変位自在に支持されていることになる。この左右方向変位用板ばね４の結合対象（コイル支持体３・レンズホルダ５）に対する固定も上記と同様である。なお、各押さえ部材１０は、それぞれ形状の違いがあるが、同一の符号を付している。
【００１６】
このレイアウトによれば、レンズホルダ５はベース１に対して各板ばね２・４を介して上下左右方向に変位自在に支持されている。そして、ベース１から後方に向けて上下方向変位用板ばね２が延出し、上下方向変位用板ばね２に結合されたコイル支持体３から前側へベース１を越えて左右方向変位用板ばね４が延出していることから、上下方向変位用板ばね２よりも左右方向変位用板ばね４の方が長い。すなわち、レンズホルダ５（レンズ７・９）の上下左右方向の各変位代は、左右方向に大きく取れるようにしている。これは、車載用レーダにあっては、進行方向に対する障害物などを検出するには、上下方向よりも左右方向に大きく走査するためである。
【００１７】
なお、レンズホルダ５は、左右方向変位用板ばね４の各端端部が結合された連結部５ａと、各レンズ７・９を保持するレンズ保持部５ｂとを有し、それら連結部５ａ及びレンズ保持部５ｂを図の左右方向に並列に配置するように例えば合成樹脂材にて一体成形されて形成されている。また、各レンズ７・９は、本図示例では軽量かつコンパクト化に好適なフルネルレンズであるが、それに限られるものではない。
【００１８】
次に、レンズホルダ５を上下左右方向に駆動するための駆動手段の構造について示す。上記コイル支持枠３に、左右方向に長軸を向けた長円形に巻かれた上下駆動用コイル１１が一体に固着されている。図５に併せて示されるように、その上下駆動用コイル１１と共働して磁気回路を構成するヨーク１２が、上下駆動用コイル１１をその長軸回りに外囲するようにベース１の立設壁の後面に固設されている。このヨーク１２とベース１との結合も凹凸のはめ合いによるものであって良い。なお、ヨーク１２の上下駆動用コイル１１を挟んで対峙する両内面の一方（図示例ではベース１側）には、上下で磁極を変えた一対のマグネット１３ａ・１３ｂがそれぞれ固設されている。
【００１９】
また、図６に併せて示されるように、レンズホルダ５の連結部５ａには、左右方向について各左右方向変位用板ばね４の内側に上下方向に延在する２本の支持枠５ｃが設けられており、それら両支持枠５ｃ間に、上下方向に長軸を向けた長円形に巻かれた左右駆動用コイル１４が設けられている。その左右駆動用コイル１４と共働して磁気回路を構成するヨークは、一対のＵ字状ヨーク１５を左右駆動用コイル１４のコイル軸線を対称軸とする対称形に互いに並列にかつ両者間に隙間を有して設けられている。なお、各コイル１１・１４にあっては、上述した板ばねの他の例と同様にインサート成形しても良く、板ばねの場合と同様に簡単かつ位置精度が高い組付けを行うことが可能になると共に、板ばね及びコイルを共にインサート成形するようにすれば、その効果をより一層高め得る。
【００２０】
両Ｕ字状ヨーク１５の開放端面には上記ヨーク１２と一体に形成されたＬ字状延出部１２ａが結合され、両Ｕ字状ヨーク１５は、各開放端面を延出部１２ａにより閉塞されると共に、延出部１２ａを介してヨーク１２に一体的に支持される。また、各Ｕ字状ヨーク１５の左右駆動用コイル１４を挟んで対峙する各両内面の一方（図示例では左右駆動用コイル１４の外側）には、左右駆動用コイル１４に対して同じ磁極を向けたマグネット１６ａ・１６ｂがそれぞれ固設されている。
【００２１】
本図示例のものにあっては、図７に示されるように、各コイル１１・１４と図示されない外部駆動回路とを各板ばね２・４を介して接続するものである。そのために、各板ばね２・４を導電性ばね材により形成すると共に、各板ばね２・４には、図７に良く示されるように、それぞれ一対の端子部２ａ及び４ａが両長手方向端に設けられている。各端子部２ａ・４ａは、各板ばね２・４をそれぞれベース１・コイル支持枠３・レンズホルダ５に結合した状態で露出するようにされている。
【００２２】
例えば、４枚の上下方向変位用板ばね２のベース１側の端子部２ａが外部駆動回路の出力端子とリード線を介して接続される。４枚の板ばね２の内の２枚のベース１側とは相反する側の各端子部２ａに上下駆動用コイル１１のコイル素線の両端が接続されている。また、４枚の板ばね２の残りの２枚のベース１側とは相反する側の各端子部２ａと、４枚の左右方向変位用板ばね４の内の２枚の対応する側（コイル支持体３側）の各端子部４ａとがリード線を介して接続されている。そして、それら２枚の板ばね４のコイル支持体３側とは相反する側の各端子部４ａに左右駆動用コイル１３のコイル素線の両端が接続されている。
【００２３】
このように各コイル１１・１３への電気的接続に板ばね２・４を用いることにより、コイル用リード線を板ばね（端子部）に直接半田付けすることができるため、別個に端子台を設ける必要がなく、部品点数を削減し得る。また、コイルに直接リード線を接続する（またはコイル素線を引き出す）場合には、リード線を長くして余裕をもたせるようにしてもコイルの運動に対してリード線が揺れ動くことになり、コイルの運動に対してリード線が抵抗となって応答性に支障を来す虞がある。それに対して、本発明によれば、板ばね２のコイル１１と接続された部分及びコイル１１がコイル支持体３と共に一緒に変位するため、リード線の両端間に変位差が生じることが無く、コイルの運動に対してリード線が抵抗となることがない。板ばね４とコイル１３との間にあっても同様である。
【００２４】
このようにして駆動手段が構成されており、上下駆動用コイル１１に流す電流の向きを変えることにより、コイル支持体３をベース１に対して図５の矢印Ａに示されるように上下方向に変位させることができる。同様に、左右駆動用コイル１４に流す電流の向きを変えることにより、レンズホルダ５をコイル支持体３すなわちベース１に対して図６の矢印Ｂに示されるように左右方向に変位させることができる。
【００２５】
本願発明におけるレンズホルダ５にあっては、板ばね４との連結部５ａに対してレンズ保持部５ｂがその側方に設けられている。したがって、図２に示されるように、レンズ７・９の光軸上であってレンズ保持部５ｂの後方（レーザダイオード６・フォトダイオード８側）が開放されている。そのため、光軸Ｃ上に配設するレーザダイオード６・フォトダイオード８の取り付け方向を任意にすることができる。さらに、光軸Ｃの側方に磁気回路部が集約されるため、装置全体としてコンパクトになる。
【００２６】
なお、本図示例における片持ち支持手段は、固定ベース１とレンズホルダ５との間にコイル支持体３を介して各板ばね２・４を連結した構造からなるが、板ばねの代わりに線ばねを用い、固定ベース１により線ばねを介して直接的にレンズホルダ５を片持ち支持することができる。このようにしても、上記レイアウトを達成することができる。
【００２７】
また、左右（水平）方向及び上下（垂直）方向が各板ばね２・４の上記した構造により、上下左右方向がそれぞれ他の方向に対して規制されるため、前後方向軸の軸線回りに対する回転方向支持剛性を高めることができる。さらに、各板ばね２・４をそれぞれ４枚の分割構造にしていることから、各１枚ずつのスパンを広く取った配置にすることにより、より一層回転支持剛性を高めることができる。
【００２８】
また、上記したように使用状態におけるレンズ７・９の変位量が大きい方向（図示例の左右方向）用のコイル（左右駆動用コイル１４）をレンズホルダ５で支持している。この左右駆動用コイル１４は、左右方向だけでなく、上下方向にも変位することから、上下方向に変位した時にはその変位した位置でも十分な駆動力が得られるように巻線数を増やしている。しかしながら、上下方向の変位量は少ないため、余分な巻線数を少なくするようにしている。これにより、余分な巻線数を必要とせず、必要な駆動力を確保することができる。
【００２９】
また、駆動点（上下左右方向に駆動する磁気回路）が各板ばね２・４間に配置されており、これにより、ばらつき等で発生する回転モーメントを削減することができ、駆動特性に影響を及ぼすことを防止し得る。
【００３０】
また、上記レンズホルダ５の連結部５ａが、図２に示されるようにレンズ保持部５ｂに対して光軸Ｃ方向後方側（ベース１寄り）にオフセットするように、レンズホルダ５の連結部５ａ及びレンズ保持部５ｂ間が曲成されている。これにより、レンズ７・９の取り付け面（レンズ保持部５ｂ）に対して、左右駆動用コイル１４が後方に位置するようになり、レンズ面よりも前方（固定ベース１寄りとは相反する側）に部品が存在しないため、レンズ７・９が投受光するための光路が確保されると共に、可動部（主に左右駆動用コイル１４）の重心位置をばね端に位置させるように設定することができ、外乱入力時の不安定モーメントの発生を小さくすることができる。
【００３１】
本図示例の車両の衝突防止のための走査型レーザレーダ装置にあっては、車両の外乱による振動数が比較的低く（例えば１０Ｈｚ程度）、そのような低い周波数と共振させないようにするためには共振周波数を高めると良く、上記したように可動部の重心位置をばね端に位置させるレイアウトで共振周波数を高めることができるため、本願発明に基づくアクチュエータを車載用に適用することは好ましい。
【００３２】
【発明の効果】
このように本発明によれば、固定ベースと片持ち支持手段と駆動手段とレンズホルダの連結部とが光軸の側方に位置することから、光軸上に他の部品が無く、光軸上に配置する出射手段としての例えば半導体レーザの組み付け方向を任意にすることができ、組み付け方向を規定するための部品を必要とせず、部品点数を削減し得るため、組み立て性が向上し、低コスト化を促進し得る。また、レンズの光軸上が開放されると共に、その結果駆動回路部（駆動手段など）が集約されるため、スペース効率を向上し得ると共に、小型化を促進し得る。
【００３３】
また、レンズホルダの連結部が光軸方向の固定ベース寄りにオフセットしていることにより、レンズ面よりも前方（固定ベース寄りとは相反する側）に部品が存在しないため、レンズが投受光するための光路が確保されると共に、レンズホルダに組み付けられた可動部分の重心位置をばね端に位置させることができ、外乱入力時に不要なモーメントが発生し難く、特性が安定する。
【００３４】
また、レンズホルダに、レンズを大きく変位させる方向に駆動する方の磁気コイルを取り付けることにより、レンズホルダに取り付ける磁気コイルにあっては、他の磁気コイルによる変位量が小さく、大きな駆動力を得るための余分な巻線数を必要としないため、重量増を防止しかつ十分な駆動力を確保することができる。
【００３５】
また、各４枚の板ばねを用いて、上下方向変位用と左右方向変位用との片持ち支持手段を構成することにより、上下・左右方向の支持が各独立するため前後方向軸線回りに対する回転方向の支持剛性が向上すると共に、各板ばねのスパンを広く取った配置にすることにより、より一層回転支持剛性を高めることができる。さらに、各板ばねを導電性ばね材で形成することにより、各コイルへのリード線として各板ばねを用いることができ、部品点数を削減し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたレーザ光走査用アクチュエータを示す斜視図。
【図２】図１のレーザ光走査用アクチュエータの上面図。
【図３】図２の矢印III線から見た側面図。
【図４】図１のレーザ光走査用アクチュエータの要部分解組み立て斜視図
【図５】上下方向駆動磁気回路を示す要部破断側面図。
【図６】左右方向駆動磁気回路を示す要部破断平面図。
【図７】板ばねとコイルとの電気的接続状態を示す斜視図。
【符号の説明】
１  固定ベース
２  上下方向変位用板ばね
３  コイル支持体
４  左右方向変位用板ばね
５  レンズホルダ
６  レーザダイオード
７  走査用レンズ
８  受光フォトダイオード
９  受光用レンズ
１０  押さえ部材
１１  上下駆動用コイル
１２  ヨーク
１３ａ・１３ｂ  マグネット
１４  左右駆動用コイル
１５  Ｕ字状ヨーク
１６ａ・１６ｂ  マグネット
【図１】
0003853204.tif 000002
【図２】
0003853204.tif 000003
【図３】
0003853204.tif 000004
【図４】
0003853204.tif 000005
【図５】
0003853204.tif 000006
【図６】
0003853204.tif 000007
【図７】
0003853204.tif 000008