CN101681020B - 物体检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种物体检测装置，其中具有：对光进行投光的投光机构；对投光机构所投光的光进行扫描的光扫描用致动器；对光扫描用致动器所扫描的光的反射光进行受光的受光机构，光扫描用致动器，形成薄板状，并具有：多个板簧，其形成为薄板状，并长度方向的一端部被固定；可动部，其安装于所述多个板簧的长度方向的另一端部，并能够且伴随着所述多个板簧的形状的变化而移动；电磁驱动机构，其具有：产生磁通的磁体；磁轭，其一部分层积于所述磁体、并且与所述磁体一起形成封闭的磁回路；线圈，其由所述可动部保持、并位于所述磁体和所述磁轭之间的间隙，且开口面与所述磁体和所述磁轭的层积方向大致垂直，所述电磁驱动机构通过在所述线圈上施加的电磁力而驱动所述可动部。从而能够确保动作时的静寂性，且耐久性方面优良。

Description

物体检测装置

技术领域

本发明涉及使用使所出射的光进行扫描的光扫描用致动器而检测物体的物体检测装置。 

背景技术

以往，对激光等光进行扫描的光扫描装置，在雷达、扫描仪、打印机、打标机(印字マ一カ)等各种各样的领域中被利用。作为实现这种光扫描装置的技术，周知的有利用马达的驱动使1枚的可动反射镜摇动或旋转运动，将来自激光光源的光向该可动反射镜照射，并将该反射光作为探测光进行扫描的技术(例如，参照专利文献1和2)。另外，也周知有将来自激光光源的光向利用马达的驱动而旋转的多面反射镜的反射镜面所通过的一点照射，并在该各反射镜面通过其一点时而反射光作为探测光而扫描的技术(例如，参照专利文献3)。 

【专利文献1】特开平3-175390号公报 

【专利文献2】特开平7-92270号公报 

【专利文献3】特开平6-102343号公报 

然而，在上述的以往技术中，由于使用轴承而对各种反射镜进行旋转支撑，因此存在进行动作时产生噪音的问题。另外，由于轴承容易因摩擦等而发生随着时间而劣化，在耐久性方面存在问题。 

本发明鉴于上述情形而提出，目的在于提供一种能够确保在动作时的静寂性，且在耐久性方面优良的物体检测装置。 

发明内容

为了解决上述课题而实现目的，本发明所涉及的物体检测装置的特征在于，具有：具有：投光机构，其对光进行投光；光扫描用致动器，其对所述投光机构所投出的光进行扫描；受光机构，其接收所述光扫描用致 动器所扫描的光的反射光，该物体检测装置使用所述受光机构所接收到的反射光来检测物体的有无，其中，所述光扫描用致动器具有：固定构件；多个板簧，其形成为薄板状，且长度方向的一端部被固定在所述固定构件；可动部，其安装于所述多个板簧的长度方向的另一端部，能够伴随着所述多个板簧的形状的变化而移动；电磁驱动机构，其具有：产生磁通的磁体；磁轭，其一部分层积于所述磁体、并且与所述磁体一起形成封闭的磁路；以及线圈，其由所述可动部保持、并位于所述磁体和所述磁轭之间的间隙，且开口面与所述磁体和所述磁轭的层积方向大致垂直，所述线圈的所述开口面与所述磁轭以及所述磁体的表面大致平行，所述电磁驱动机构通过在所述线圈上施加的电磁力而驱动所述可动部。 

另外，本发明所涉及的物体检测装置的特征在于，在上述发明中，所述线圈形成为：与所述开口面相垂直的方向的高度比与所述开口面相平行的方向的任意宽度小的扁平的形状。 

另外，本发明所涉及的物体检测装置的特征在于，在上述发明中，所述投光机构还具有将所述投光投出的光向外部照射的光学组件，所述光学组件被安装于所述可动部。 

另外，本发明所涉及的物体检测装置的特征在于，在上述发明中，所述磁轭具备两个弧状部，所述两个弧状部具有两个呈半圆环形状的表面，该等表面彼此平行地相面对，所述光学组件能够在所述弧状部外缘近旁沿着该外缘移动。 

另外，本发明所涉及的物体检测装置的特征在于，在上述发明中，所述磁体具备：与所述磁轭所具有的所述弧状部的表面大致呈相同形状的半圆环形状的表面，并层积而固接在所述两个弧状部中一方的弧状部的表面中的与另一方的弧状部相面对的表面。 

另外，本发明所涉及的物体检测装置的特征在于，在上述发明中，所述多个板簧并列配置，并且在各板簧不弯曲的状态下，互相对应的表面彼此通过相同平面，并且各个板簧的长度方向互相大致平行，所述磁体、磁轭以及线圈位于所述多个板簧中相邻接的任意两个板簧之间。 

另外，本发明所涉及的物体检测装置的特征在于，在上述发明中，所述光学组件是反射镜，该反射镜的表面在所述板簧不弯曲的状态下与所述板簧的长度方向相垂直。 

根据本发明，通过将对投光机构所投光的光进行扫描的光扫描用致动器的构成做成如下构成：即构成对能够与多个板簧的形状的变化相伴而移动的可动部进行驱动的电磁驱动机构的一部分的线圈，位于相同地构成电磁驱动机构的一部分的磁体和磁轭的间隙，并且其开口面与磁体和磁轭的层积方向大致垂直。因此可动部不与其他构件接触。为此，在对光进行扫描时不产生噪音，不必担心因摩擦而引起的随着时间而劣化。因此，可以提供一种能够确保动作时的寂静性、耐久性优良的物体检测装置。 

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的物体检测装置的主要部分的构成的立体图。 

图2是示意性地表示本发明的一实施方式所涉及的物体检测装置的功能构成的图。 

图3是从图1的向视A方向所观察的光扫描用致动器的俯视图。 

图4是说明光扫描用致动器的动作的图。 

图5是表示光扫描用致动器的其它构成例的图。 

图中： 

1物体检测装置 

2投光组件 

3、11光扫描用致动器 

4受光组件 

5振荡电路 

6投光透镜 

7聚光透镜 

8受光电路 

9控制电路 

10保持构件 

12、34磁轭 

31a、31b板簧 

32固定构件 

33反射镜 

34a、34b、121a、121b弧状部 

34c连结部 

35磁体 

36线圈 

37螺丝构件 

38基座构件 

39框架构件 

39a板簧安装部 

39b反射镜支撑部 

39c线圈载置部 

40移动量检测部 

311a，311b电极端子部 

312a、312b切口部 

实施方式 

以下，参照附图对用于实施本发明的最佳的方式(以后，称为“实施方式”)进行说明。图1是表示本发明的一实施方式所涉及的物体检测装置的主要部分的构成的图。另外，图2是示意性地表示本实施方式所涉及的物体检测装置的功能构成的图。这些图中所示的物体检测装置1是通过对光进行扫描而对规定的范围内的物体的有无进行检测的装置。 

物体检测装置1，具有：投光组件2，其对光进行投光；光扫描用致动器3，其对投光组件2所投光的光进行扫描，另一方面，在其扫描光被外部的物体所反射的情况下将其反射光出射；受光组件4，其对光扫描用致动器3所照射的物体的反射光进行受光。投光元件2，是例如激光二极管，受光元件4是例如发光(フオト)二极管。 

另外，物体检测装置1，具有：使投光组件2振荡的振荡电路5；将投光组件2所投光的光作为光束而向光扫描用致动器3照射的投光透镜6；将通过光扫描用致动器3传输而来的、来自外部的反射光进行聚光的聚光透镜7；通过聚光透镜7将受光组件4所受光的光进行光电变换并输出的 受光电路8；对光扫描用致动器3、振荡电路5和受光电路8进行控制的控制电路9；对投光组件2和受光组件4进行收纳保持的保持构件10。如图1所示，保持构件10，将投光组件2和受光组件4在上下方向并列而保持。 

图3是表示光扫描用致动器3的构成的图，与图1的向视A方向的俯视图相当。另外，图2所示的光扫描用致动器3是图3的B-B线部分剖面。光扫描用致动器3，具有：两个的板簧31a、31b；对板簧31a、31b的各基端部进行固定的固定构件32；将投光元件2所投光的入射光进行反射并将该反射后的光出射的光学元件即反射镜33；形成封闭的磁回路的磁轭34和磁体35；配设在磁轭34和磁体35的间隙的线圈36；对固定构件32进行保持并通过螺丝构件37将磁轭34固设的基座构件38；构成能够与反射镜33一起移动的可动部的框架构件39；对光扫描用致动器3的从固定部位的初始状态(板簧31a、31b没有弯曲的状态)的移动量进行检测的移动量检测部40。 

板簧31a、31b呈相同形状而并列配置，在初始状态中相互对应的表面彼此通过相同平面，并且各个的长度方向相平行。板簧31a、31b的各个，从由固定构件32所固定的基端部到能够变位的前端部其宽度缓缓地变窄。由此，能够将作为单片悬臂(片持ちはり)而发挥作用的板簧31a、31b的应力分布大致均一化，并能够高效率地确保配置磁轭34、磁体35和线圈36空间。另外，板簧31a、31b，以沿着图2的上下方向夹着磁轭34、磁体35和线圈36的方式而配置，因此反射镜33所摇动的方向的刚性较高，难于受到因外乱引起的影响。 

在板簧31a的基端部，设置从其基端部沿板簧31a的初始状态中的长度方向而突出，并对将产生线圈36中流动的电流的控制电路9之间连接配线进行安装的电极端子部311a。另外，在板簧31a的前端部，在与板簧31a的初始状态中的长度方向大致垂直的方向形成切口(切り欠かれ)，而设置将线圈36的一端引挂而确保与线圈36的通电的切口部312a。板簧31b，与板簧31a同样，具有电极端子部311b和切口部312b。 

具有上述的构成的板簧31a、31b，通过分别连接在电极端子部311a、311b的配线而连接在控制电路9，并分别通过切口部312a、312b而连接 在线圈36的一端。藉此，控制电路9和线圈36实现电气连接，并能够在线圈36中流过电流。另外，在图2中，用虚线表示线圈36的绕组端部和切口部312a、312b的连接。 

板簧31a、31b，由铍铜，磷青铜或不锈钢等薄板簧材构成，由基于压延(プレス)加工的冲压成形、蚀刻成形而形成。另外，也可以在板簧31a、31b的表面贴附具有粘弹性的聚合物薄片(ポリマ一シ一ト)等。藉此，能够相对于框架构件39施加适当的悬吊(ダンピング)作用，能够抑制诱发共振时因装置自身的破坏、外乱的输入引起的不必要的振动，且不需要在摇动运动的返回位置使线圈36产生较大制动力。因此，能够谋求光扫描用致动器3的省电力化，并能够实现良好的应答性。 

固定构件32，通过将填充由轻量且高刚性的玻璃纤维等的液晶聚合物(LCP)、聚苯二胺(ポリフエニレンサルフアイド)(PPS)等的工程塑料(エンジニアリングプラスチツク)进行射出成形而形成的。 

反射镜33能够使用玻璃、合成树脂或铝等轻金属而实现，并以其表面(反射镜面)与板簧31a、31b的初始状态中的长度方向相垂直的方式被框架构件39所支撑。在反射镜33的表面，设置有铝蒸镀(蒸着)等平滑地形成的反射层。在该反射层的表面，形成有由二氧化硅(SiO₂)等的薄膜构成的、使表面免受腐蚀、氧化等的保护层。 

磁轭34具有两个的呈半圆环形状的表面，其表面彼此平行，并且具有以远离的状态相面对的弧状部34a、34b，以及分别将弧状部34a、34b的相面对的端部彼此连结的两个的连结部34c，作为整体呈封闭的形状。连结部34c，通过螺丝构件37被固设于基座构件38。具有这种构成的磁轭34，由纯铁等软磁性材构成，并且与磁体35一起形成封闭的磁回路。 

磁体35呈与磁轭34的弧状部34a、34b具有大致同形的表面的薄板状，并以层积于位于下侧的弧状部34b的表面即与弧状部34a相面对的表面的状态固接(固着)于磁轭34。 

线圈36由框架构件39所保持，并位于磁轭34的弧状部34a和磁体35的间隙。更具体地说，线圈36的开口面，被配置于与磁轭34和磁体35的层积方向相垂直的位置，即以直角对由磁轭34和磁体35所形成的磁通进行横切的位置。 

线圈36的开口面呈大致等腰梯形(等脚台形)，短边侧位于弧状部34a、34b的内周侧，另一方面长边侧位于弧状部34a、34b的外周侧。通过将具有呈这种形状的开口面的线圈36如上所述进行配置，能够使得直径较小的内周侧的框架构件39的移动平滑化。另外，通过增大直径较大的外周侧的剖面积，能够将较多的磁通横切，因此能够产生框架构件39的移动所必要的驱动力。 

线圈36，呈至少与开口面垂直的方向的高度(图1的h)比与开口面平行的方向的任意的宽度(例如图3的w1，w2)小的扁平的形状。通过如此使得线圈36呈扁平的形状，能够缩小磁轭34和磁体35的间隙，并能够实现节省空间化、适于小型化的构成。 

磁轭34、磁体35和线圈36，构成为利用电磁力驱动构成可动部的框架构件39、并对反射镜33所出射的光进行扫描的电磁驱动机构。 

框架构件39具有：安装板簧31a、31b的前端部的板簧安装部39a；支撑反射镜33的反射镜支撑部39b；载置线圈36的线圈载置部39c。如图2所示，反射镜支撑部39b的延伸方向(图2的上下方向)和线圈载置部39c的延伸方向(图2的左右方向)相垂直。框架构件39使用与固定构件32同样的工程塑料(エンジニアリングプラスチツク)等而实现。 

另外，也可以，在将板簧31a、31b安装于固定构件32和框架构件39时，将板簧31a、31b作为***件(インサ一ト材)，而与固定构件32和/或框架构件39一体成形。 

在具有以上的构成的光扫描用致动器3中，通过控制电路9在线圈36中流过电流，使得贯通线圈36的开口面的磁通变化。结果，在线圈36中在妨碍磁通的变化朝向上产生洛伦兹(ロ一レンツ)力。该洛伦兹力，成为线圈36的驱动力并使反射镜33、框架构件39摇动。这里，在线圈36中流过的电流，例如频率是10～100Hz程度的交流电流。 

控制电路9，基于移动量检测部40所检测的规定部位的移动量，而对线圈36中流过的电流进行控制。移动量检测部40，备有例如霍尔(ホ一ル)I C等的磁传感器，对板簧31a、31b，反射镜33或框架构件39的规定部位的从初始状态的移动量进行检测，并将该检测后的移动量输出到控制电路9。 

图4是说明光扫描用致动器3的动作的图，是表示摇动运动的概要的图。在图4中，用实线表示板簧31a(31b)位于以最弯曲状态进行摇动运动的一方的折返位置的情况。如图4所示，反射镜33和框架构件39，相对于原点位置(图4的水平方向)，在图4中以上下方向相等的角度θ摇动。在进行该摇动时，反射镜33，在磁轭34的弧状部34a、34b的外缘近旁沿着该外缘近旁而移动。例如，若将反射镜33的离开原点位置的最大摇动角θ设为θ＝22.5(度)，则反射镜33以原点位置为中心在45度的范围内进行摇动，反射镜33所出射的光的扫描角成为90度。 

光扫描用致动器3中，线圈36的开口面与磁轭34的弧状部34a、34b和磁体35的表面大致平行，磁轭34的一部分不贯通线圈36的开口面。为此，在光扫描用致动器3中，即使摇动角的值以较大的宽角度的区域中框架构件39向固定构件32的方向退离，线圈36也与磁轭34不接触。因此，光扫描用致动器3，即使在宽角度区域也能够正确地扫描光，并且不存在伤及线圈36、磁轭34的担心。 

根据以上说明的本发明的一实施方式，将对投光机构所投光的光进行扫描的光扫描用致动器的构成形成为如下结构：即对能够与多个板簧的形状的变化相伴地移动的可动部进行驱动的电磁驱动机构的一部分的线圈，位于相同地形成电磁驱动机构的一部分的磁体和磁轭的间隙，且其开口面与磁体和磁轭的层积方向大致垂直。因此可动部与其他构件不接触。为此，在对光进行扫描时不产生噪音，也不用担心产生因摩擦而引起的随着时间而劣化。因此，能够确保动作时的寂静性，并能够提供一种耐久性优良的物体检测装置。 

另外，根据本实施方式，即使在较宽的范围中移动光扫描用致动器的可动部，线圈与磁轭也不接触，从而能够正确地扫描光。因此，能够实现光的扫描角的广角化，并能够提供具有耐久性优良的光扫描用致动器的物体检测装置。 

此外，根据本实施方式，由于仅在光扫描用致动器的磁体和磁轭的间隙配置线圈，能够较大地设置线圈的安装容许交差(交差)，与使磁轭贯通线圈的构成相比，对磁轭和线圈的各形状的制约较少即可，设计的自由度增加。结果，能够使构成单纯化，组装容易且生产性优良，适宜于小型化。 特别是，本实施方式不是使用旋转马达的构成，这意味这对小型化的妨碍也较小。 

另外，根据本实施方式，由于在光扫描用致动器中使用的线圈仅仅是一个，因此没有必要向使用多个线圈的情况那样，设置用于消除驱动力的不平衡的校正机构，并能够降低可动部的质量。因此，能够以较小的驱动力较大地驱动反射镜，能够实现接省电力化。 

另外，本发明并非应该由上述那样的一实施方式所限定。图5是表示光扫描用致动器的其他构成例的图。该图所表示的光扫描用致动器11，除了磁轭和磁体的位置关系，具有与上述的光扫描用致动器3同样的构成。为此，在图5中，对于与光扫描用致动器3相同的构成要素，附加相同的符号。 

光扫描用致动器11的磁轭12，呈与光扫描用致动器3的磁轭34大致同形，并具有互相平行的两个的弧状部121a、121b。在该构成例中，磁体35，在位于两个的弧状部121a、121b中上侧的弧状部121a的表面即与位于下侧的弧状部121b相面对的表面层积的状态中固接于磁轭12。 

使用具有以上的构成的光扫描用致动器11的物体检测装置，能够起到与上述实施方式所涉及的物体检测装置1同样的效果。 

然而，在使用于本发明的光扫描用致动器中，板簧、磁轭、磁体、线圈的形状，不限于上述的形状。另外，作为光学元件，也可以替代反射镜使用棱镜、全息(ホログラム)元件，也可以使用激光二极管等的投光元件自身。此外，也可以做成使用3枚以上的板簧的构成。 

如此，本发明是能够包含这里所未记载各种各样实施方式等的发明，在不脱离由专利的权利要求所特定的技术思想的范围内能够实施各种的设计变更。 

如上所述，本发明所涉及的物体检测装置，在描型激光雷达装置、激光扫描仪、激光打印机、激光打标机，物体监视装置等中有用，特别是，适用于扫描型激光雷达装置。 

Claims (7)

1.一种物体检测装置，具有：投光机构，其用于投光；光扫描用致动器，其对所述投光机构所投出的光进行扫描；受光机构，其接收由所述光扫描用致动器扫描的光的反射光，该物体检测装置使用所述受光机构所接收到的反射光来检测有无物体，其中，

所述光扫描用致动器具有：

固定构件；

多个板簧，其形成为薄板状，且长度方向的一端部被固定在所述固定构件；

可动部，其安装于所述多个板簧的长度方向的另一端部，能够伴随着所述多个板簧的形状的变化而移动；

电磁驱动机构，其具有：产生磁通的磁体；磁轭，其一部分层积于所述磁体、并且与所述磁体一起形成封闭的磁路；以及线圈，其由所述可动部保持、并位于所述磁体和所述磁轭之间的间隙，且开口面与所述磁体和所述磁轭的层积方向大致垂直，

所述线圈的所述开口面与所述磁轭以及所述磁体的表面大致平行，

所述电磁驱动机构通过在所述线圈上施加的电磁力而驱动所述可动部，

在使所述板簧的挠曲度变得最大的最大摆动角，所述线圈与所述磁轭不接触。

2.根据权利要求1所述的物体检测装置，其特征在于，

所述线圈形成为：与所述开口面相垂直的方向的高度比与所述开口面相平行的方向的任意宽度小的扁平的形状。

3.根据权利要求1或2所述的物体检测装置，其特征在于，

还具有：将所述投光机构所投出的光向外部照射的光学组件，

所述光学组件被安装于所述可动部。

4.根据权利要求3所述的物体检测装置，其特征在于，

所述磁轭具备两个弧状部，所述两个弧状部的每个具有一个呈半圆环形状的表面，这两个呈半圆环形状的表面彼此平行地相面对，

所述光学组件能够在所述弧状部外缘近旁沿着该外缘移动。

5.根据权利要求4所述的物体检测装置，其特征在于，

所述磁体具备：与所述磁轭所具有的所述弧状部的表面大致呈相同形状的半圆环形状的表面，

并层积而固接在所述两个弧状部中一方的弧状部的表面中的与另一方的弧状部相面对的表面。

6.根据权利要求1或2所述的物体检测装置，其特征在于，

所述多个板簧并列配置，并且在各板簧不弯曲的状态下，互相对应的表面彼此通过相同平面，并且各个板簧的长度方向互相大致平行，

所述磁体、磁轭以及线圈位于所述多个板簧中相邻接的任意两个板簧之间。

7.根据权利要求3所述的物体检测装置，其特征在于，

所述光学组件是反射镜，该反射镜的表面在所述板簧不弯曲的状态下与所述板簧的长度方向相垂直。

Images