JP2003005123A - 光スキャナ装置及び光スキャナ装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コスト化を実現するとともに、安定した操
作を継続して行う。 【解決手段】 レーザダイオード１０から出射されたレ
ーザ光を、片持ち梁部３２により片持ち梁状に支持され
たミラー部２０により反射して対象物に照射する。この
ミラー部２０を振動させてレーザ光を走査するに際し
て、ミラー部２０の曲げ変形量及び捩り変形量を第１及
び第２のピエゾ素子２１ａ，２１ｂにより検出する。こ
の検出結果に基づいて算出された動作周波数及び動作振
幅に応じて、ミラー部２０を振動駆動する磁界印加手段
２２を駆動する。このとき、第１及び第２の断続器４６
ａ，４６ｂによって、磁界印加手段２２を断続的に駆動
し、振動駆動を停止したときに検出される変形量から算
出したミラー部２０の振動数に基づいて、このミラー部
の共振周波数を所定の値に同調させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源から照射され
た光を弾性変形部材を介して片持ち梁状に支持されたミ
ラー部により反射して対象物に照射するとともに、前記
ミラー部を振動させることによって前記対象物に照射す
る光を走査する光スキャナ装置、及びこのような光スキ
ャナ装置の駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光源から出射されたレーザ光を２
次元方向に走査しながら対象物に照射させる光スキャナ
装置が提案されており、例えば、車両用２次元レーザレ
ーダに適用されている。車両用２次元レーザレーダは、
光スキャナ装置を用いて車両周囲の対象物にレーザ光を
照射させ、この対象物からの反射戻り光を検出して、光
スキャナ装置からの出射レーザ光と対象物からの反射戻
り光との関係に基づいて、対象物までの距離や水平方向
及び水平方向の角度等を検出するものである。このよう
な車両用２次元レーザレーダを車両に搭載すれば、車両
周囲の状況を適切且つ確実に把握することができるの
で、車両の走行時における安全性を高める技術として注
目を集めている。

【０００３】従来の光スキャナ装置としては、例えば特
開平９−１０１４７４号公報に開示されている構成が知
られている。この従来例は、共振駆動による２次元光ス
キャナ装置に関するものであり、反射ミラーの周囲に互
いに直交する２つの両持ち梁状の捩り振動梁が配設され
ている。そして、振動軸として機能するこれら２つの捩
り振動梁の基底部に圧電アクチュエータを配設し、振動
軸の曲げ及び捩りの共振周波数に応じた交流電圧を圧電
アクチュエータに合成して印加することにより、曲げ及
び捩りの振動を同時に反射ミラーに付与し、これによっ
て２次元走査を可能としている。

【０００４】また、この従来例は、捩り振動梁の基底部
に圧電センサを配設した構成とされている。そして、こ
の圧電センサによって反射ミラーの振れ角を応力信号と
して検出し、この応力信号を自励発振回路に印加して圧
電アクチュエータに増幅して帰還することにより、圧電
アクチュエータの発振周波数を各々の捩り振動梁の捩り
固有振動数に一致させるとともに、発振振幅を一定の値
に制御するようにしている。これにより、温度変化等に
よるダンピング係数や共振周波数の変化に対応して、反
射ミラーを安定して振動させることができ、高精度の２
次元走査を実現することが可能となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来例における光スキャナ装置は、曲げ及び捩りの２つの
両持ち梁で反射ミラーを支持しており、これら２つの両
持ち梁の捩れの振動を利用する構造とされている。この
ため、共振周波数の前後の周波数域において梁の振幅
（すなわち振れ角）が均等に減衰し、良好な共振特性を
得ることが容易である。したがって、梁の固有振動数に
合わせた周波数を維持しながら反射ミラーの共振を継続
させるに際して、自励発振回路等のような簡略な制御回
路を用いることが可能である。

【０００６】しかしながら、上述した従来例における光
スキャナ装置は、反射ミラーを２つの両持ち梁で支持す
る構造とされていることから、装置構成が複雑であり、
低コスト化を図ることに限界がある。

【０００７】そこで、装置構成を簡素化して大幅な低コ
スト化を実現する方法として、例えば、反射ミラーを単
独の片持ち梁で支持し、この片持ち梁を曲げ方向と捩り
方向とにそれぞれ振動させることによって、２次元走査
を行うようにする方法が考えられている。しかしなが
ら、この場合には、広範囲の走査に対応して大きな捩れ
振動を得ようとすると、図１６に示すように、いわゆる
ハードスプリング効果と称される現象が生じて、共振周
波数の前後の周波数域において梁の振幅の減衰特性が非
対称となり、極めて非線形性の強い振動形態となってし
まうといった問題があった。このような非線形性の強い
共振振動は、自励発振回路を用いた帰還制御により安定
して動作させることが困難である。

【０００８】したがって、従来例における光スキャナ装
置は、高周波成分を含む振動などの外乱が生じた場合
に、帰還制御系が発散してしまい、共振周波数よりも僅
かでも高い周波数域で振動させるように制御回路が動作
すると共振が停止してしまう虞があった。また、共振が
停止した後に動作を再開させる場合に、帰還制御系の過
度な応答により、不安定な共振形態となりがちである。

【０００９】このため、従来例における光スキャナ装置
は、例えば車両用２次元レーザレーダに適用した場合に
は、高周波成分を含む車両の振動などにより動作が不安
定となり易く、また共振の停止が頻発するなどして、十
分な信頼性を得ることが困難である。

【００１０】一方、光スキャナ装置においては、例え
ば、反射ミラーを支持する梁を駆動するために、外部か
ら印加される磁界に応じて変化する応力を発生する磁歪
膜を梁の裏面に形成した構造とすることが考えられる。
この場合には、図１７に示すように、磁歪膜に生じるヒ
ステリシスによる影響が顕著となる。

【００１１】具体的には、例えば、共振周波数よりも高
い周波数域にずれて共振が停止した後で動作を再開する
ときに、本来の共振周波数よりも遙かに低い周波数から
共振周波数まで反射ミラーを駆動する周波数を逐次スイ
ープする手法、或いは直流磁界を印加することにより磁
歪膜内部の磁気モーメントを共振が停止する前の状態に
反転させた後に共振を再開する手法を採用することが必
要となる。しかしながら、何れの手法によっても、一時
的に反射ミラーの振動動作を停止させることとなってし
まう。

【００１２】したがって、このような光スキャナ装置
は、車両の周囲の物体を常時検出することが要求される
車両用２次元レーザレーダに適用することが困難となっ
ている。

【００１３】本発明は、上述した従来の実情に鑑みてな
されたものであり、装置構成を簡略化して大幅な低コス
ト化を実現するとともに、安定した走査を継続して行う
ことが可能な光スキャナ装置、及びこのような光スキャ
ナ装置の駆動方法を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、光源から照射された光を弾性変形部材を介して片持
ち梁状に支持されたミラー部により反射して対象物に照
射するとともに、前記ミラー部を振動させることによっ
て前記対象物に照射する光を走査する光スキャナ装置に
おいて、前記弾性変形部材を変形させて前記ミラー部を
振動させる駆動手段と、前記駆動手段を断続的に動作さ
せる駆動制御手段と、前記弾性変形部材の変形量を検出
する変形量検出手段と、前記変形量検出手段から出力さ
れる信号を処理して、前記ミラー部の振動周波数を検出
する周波数検出手段と、前記駆動制御手段により前記駆
動手段の動作が停止されたときに前記周波数検出手段に
より検出される振動周波数に基づいて前記駆動手段の動
作周波数を調整することにより、前記ミラー部の共振周
波数を所定の値に同調させる周波数同調手段とを備える
ことを特徴とするものである。

【００１５】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の光スキャナ装置において、前記周波数同調手段
が、前記駆動制御手段により前記駆動手段の動作が停止
されたときに前記周波数検出手段によって検出される振
動周波数の値から所定の値を減算し、減算された周波数
の値に基づいて前記駆動手段の動作周波数を調整するこ
とを特徴とするものである。

【００１６】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は２に記載の光スキャナ装置において、少なくとも電
源投入時において、前記駆動手段に対してパルス電圧を
印加するパルス電圧印加手段を更に備え、前記周波数同
調手段が、前記駆動手段にパルス電圧が印加されてから
所定時間経過後の時点で前記周波数検出手段により検出
される振動周波数に基づいて前記駆動手段の動作周波数
を調整することを特徴とするものである。

【００１７】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
に記載の光スキャナ装置において、前記駆動手段が、前
記弾性変形部材を捩り方向に変形させる第１の駆動部
と、前記弾性変形部材を曲げ方向に変形させる第２の駆
動部とを備え、前記変形量検出手段が、前記弾性変形部
材の捩り変形量を検出する捩り変形量検出部と、前記弾
性変形部材の曲げ変形量を検出する曲げ変形量検出部と
を備え、前記周波数検出手段が、前記捩り変形量検出部
から出力される信号を処理して捩り振動周波数を検出す
る捩り周波数検出部と、前記曲げ変形量検出部から出力
される信号を処理して曲げ振動周波数を検出する曲げ周
波数検出部とを備え、前記駆動手段が前記弾性変形部材
を捩り方向と曲げ方向とにそれぞれ変形させることによ
り、光源からの光を前記対象物に対して２次元走査する
ことを特徴とするものである。

【００１８】また、請求項５に記載の発明は、請求項４
に記載の光スキャナ装置において、前記周波数同調手段
が、前記駆動制御手段により前記駆動手段の動作が停止
されたときに前記捩り周波数検出部により検出される捩
り振動周波数に基づいて前記第１の駆動部の動作周波数
を調整することにより、前記ミラー部の捩り共振周波数
を所定の値に同調させるとともに、前記駆動制御手段
が、前記周波数同調手段からの出力に基づいて前記第１
の駆動部の動作を制御するとともに、自励発振回路によ
り生成される信号に基づいて前記第２の駆動部の動作を
制御することを特徴とするものである。

【００１９】また、請求項６に記載の発明は、請求項４
又は５に記載の光スキャナ装置において、前記周波数同
調手段が、前記駆動制御手段により前記駆動手段の動作
が停止されたときに前記捩り周波数検出部によって検出
される捩り振動周波数の値から所定の値を減算し、減算
された周波数の値に基づいて前記第１の駆動部の動作周
波数を調整することにより、前記ミラー部の捩り共振周
波数を所定の値に同調させることを特徴とするものであ
る。

【００２０】また、請求項７に記載の発明は、請求項４
乃至６の何れかに記載の光スキャナ装置において、少な
くとも電源投入時において、前記第１の駆動部に対して
パルス電圧を印加するパルス電圧印加手段をさらに備
え、前記周波数同調手段が、前記第１の駆動部にパルス
電圧が印加されてから所定時間経過後の時点で前記捩り
周波数検出部により検出される捩り振動周波数に基づい
て前記第１の駆動部の動作周波数を調整することを特徴
とするものである。

【００２１】また、請求項８に記載の発明は、光源から
照射された光を弾性変形部材を介して片持ち梁状に支持
されたミラー部により反射して対象物に照射するととも
に、前記ミラー部を振動させることによって前記対象物
に照射する光を走査する光スキャナ装置の駆動方法にお
いて、前記弾性変形部材を断続的に変形駆動させて前記
ミラー部を振動させるミラー部断続駆動ステップと、前
記弾性変形部材の変形量に基づいて前記ミラー部の振動
周波数を検出する振動周波数検出ステップと、前記ミラ
ー部の駆動を停止したときに検出される振動周波数に基
づいて前記ミラー部の動作周波数を調整することによ
り、前記ミラー部の共振周波数を所定の値に同調させる
周波数同調ステップとを有することを特徴とするもので
ある。

【００２２】また、請求項９に記載の発明は、請求項８
に記載の光スキャナ装置の駆動方法において、前記周波
数同調ステップにおいては、前記ミラー部の駆動を停止
したときに検出される振動周波数の値から所定の値を減
算し、減算された周波数の値に基づいて前記ミラー部の
動作周波数を調整することを特徴とするものである。

【００２３】また、請求項１０に記載の発明は、請求項
８又は９に記載の光スキャナ装置の駆動方法において、
少なくとも電源投入時に前記ミラー部をパルス駆動し、
前記ミラー部がパルス駆動されてから所定時間経過後の
時点で検出される振動周波数に基づいて前記ミラー部の
動作周波数を調整するパルス駆動ステップを更に備える
ことを特徴とするものである。

【００２４】また、請求項１１に記載の発明は、請求項
８に記載の光スキャナ装置の駆動方法において、前記ミ
ラー部断続駆動ステップにおいては、前記弾性変形部材
を捩り方向と曲げ方向とにそれぞれ変形させるととも
に、前記振動周波数検出ステップにおいては、前記弾性
変形部材の捩り変形量と曲げ変形量とに基づいて、それ
ぞれ捩り振動周波数と曲げ振動周波数とを検出し、光源
からの光を前記対象物に対して２次元走査することを特
徴とするものである。

【００２５】また、請求項１２に記載の発明は、請求項
１１に記載の光スキャナ装置の駆動方法において、前記
周波数同調ステップにおいては、前記ミラー部の駆動を
停止したときに前記振動周波数検出ステップにおいて検
出した捩り振動周波数に基づいて、前記ミラー部の捩り
方向の動作周波数を調整することにより、前記ミラー部
の捩り共振周波数を所定の値に同調させるとともに、自
励発振回路により生成される信号に基づいて、前記ミラ
ー部の曲げ方向の動作周波数を制御することを特徴とす
るものである。

【００２６】また、請求項１３に記載の発明は、請求項
１１又は１２に記載の光スキャナ装置の駆動方法におい
て、前記周波数同調ステップにおいては、前記ミラー部
の駆動を停止したときに前記振動周波数検出ステップに
おいて検出した捩り振動周波数から所定の値を減算し、
減算された周波数の値に基づいて前記ミラー部の捩り共
振周波数を所定の値に同調させることを特徴とするもの
である。

【００２７】また、請求項１４に記載の発明は、請求項
１１乃至１３の何れかに記載の光スキャナ装置の駆動方
法において、少なくとも電源投入時に前記ミラー部を捩
り方向にパルス駆動し、前記ミラー部がパルス駆動され
てから所定時間経過後の時点で検出される捩り振動周波
数に基づいて前記ミラー部の捩り方向の動作周波数を調
整するパルス駆動ステップを更に備えることを特徴とす
るものである。

【００２８】

【発明の効果】請求項１に係る光スキャナ装置によれ
ば、ミラー部を振動させる駆動手段を駆動制御手段によ
り断続的に駆動して、駆動手段の動作が停止されたとき
に周波数検出手段によって検出される振動周波数に基づ
いて駆動手段の動作周波数を調整することにより、ミラ
ー部を支持する弾性変形部材にハードスプリング効果が
生じた場合であっても、例えばヒステリシスが比較的小
さい磁歪膜を駆動手段として用いることで、温度変化に
対応して常に安定した共振動作を維持することができ
る。また、ミラー部が片持ち梁状に支持された構造とさ
れていることから、装置構成を簡略化して低コスト化を
実現することができる。したがって、特に車両用レーザ
レーダに用いた場合に、車両の振動などに起因する走査
動作の停止を有効に防止することができ、装置の信頼性
を向上して、車両の走行時における安全性を十分に確保
することができる。

【００２９】また、請求項２に係る光スキャナ装置によ
れば、請求項１の効果に加えて、ヒステリシスが比較的
小さい磁歪膜を駆動手段として用いることで急激な外乱
振動が加わった場合であっても、周波数検出手段によっ
て検出される振動周波数の値から所定の値が減算された
周波数の値に基づいて駆動手段の動作周波数を調整する
ことができることから、この外乱振動による影響を有効
に抑制して、安定した共振動作を維持することができ
る。したがって、特に車両用レーザレーダに用いた場合
において、車両の振動による影響を更に効果的に低減し
て、装置の動作が停止してしまう不都合を更に適切に防
止することができる。

【００３０】また、請求項３に係る光スキャナ装置によ
れば、請求項１又は２の効果に加えて、例えば装置の周
辺の環境温度が極めて高い場合、或いは極めて低い場合
などのような極端な動作環境下においても、電源投入時
にミラー部の共振動作を確実且つ安定して行うことがで
きる。したがって、例えば熱帯地域や寒冷地域などに提
供される車両に搭載して用いられる場合であっても、装
置の信頼性を十分に確保することができる。

【００３１】また、請求項４に係る光スキャナ装置によ
れば、請求項１の効果に加えて、ミラー部を捩り方向と
曲げ方向とにそれぞれ駆動制御することができ、光源か
らの光を対象物に対して２次元走査することができる。

【００３２】また、請求項５に係る光スキャナ装置によ
れば、請求項４の効果に加えて、ハードスプリング効果
及び磁気的なヒステリシスによる影響が顕著となる捩れ
振動に対してのみ、検出した振動周波数に基づいた同調
制御を行い、曲げ振動に対しては安価な自励発振回路に
よる帰還制御を行うことができる。したがって、装置に
搭載する回路規模を小さくすることができ、小型軽量化
を図ることができるとともに、更なる低コスト化を実現
することができる。

【００３３】また、請求項６に係る光スキャナ装置によ
れば、請求項４又は５の効果に加えて、ヒステリシスが
比較的小さい磁歪膜を駆動手段として用いることで急激
な外乱振動が加わった場合であっても、周波数検出手段
によって検出される振動周波数の値から所定の値が減算
された周波数の値に基づいて駆動手段の動作周波数を調
整することができることから、この外乱振動による影響
を有効に抑制して、安定した共振動作を維持することが
できる。したがって、特に車両用２次元レーザレーダに
用いた場合において、車両の振動による影響を効果的に
低減して、装置の動作が停止してしまう不都合を更に適
切に防止することができる。

【００３４】また、請求項７に係る光スキャナ装置によ
れば、請求項４乃至６の何れかの効果に加えて、例えば
装置の周辺の環境温度が極めて高い場合、或いは極めて
低い場合などのような極端な動作環境下においても、電
源投入時にミラー部の共振動作を確実且つ安定して行う
ことができる。したがって、例えば熱帯地域や寒冷地域
などに提供される車両に搭載して用いる場合であって
も、装置の信頼性を十分に確保することができる。

【００３５】また、請求項８に係る光スキャナ装置の駆
動方法によれば、ミラー部を断続的に振動駆動して、こ
のミラー部の駆動が停止されたときに検出する振動周波
数に基づいて動作周波数を調整することにより、ミラー
部を支持する弾性変形部材にハードスプリング効果が生
じた場合であっても、例えばヒステリシスが比較的小さ
い磁歪膜によりミラー部を駆動することで、温度変化に
対応して常に安定した共振動作を維持することができ
る。また、ミラー部が片持ち梁状に支持された構造とさ
れていることから、装置構成を簡略化して低コスト化を
実現することができる。したがって、特に光スキャナ装
置を車両用レーザレーダに用いた場合に、車両の振動な
どに起因する走査動作の停止を防止することができ、車
両の走行時における光スキャナ装置の信頼性及び安全性
を十分に確保することができる。

【００３６】また、請求項９に係る光スキャナ装置の駆
動方法によれば、請求項８の効果に加えて、ヒステリシ
スが比較的小さい磁歪膜によりミラー部を駆動すること
で急激な外乱振動が加わった場合であっても、検出した
振動周波数の値から所定の値が減算された周波数の値に
基づいてミラー部の動作周波数を調整することができる
ことから、この外乱振動による影響を抑制して、安定し
た共振動作を維持することができる。したがって、特に
光スキャナ装置を車両用レーザレーダに用いた場合にお
いて、車両の振動による影響を低減して、光スキャナ装
置の動作が停止してしまう不都合を更に適切に防止する
ことができる。

【００３７】また、請求項１０に係る光スキャナ装置の
駆動方法によれば、請求項８又は９の効果に加えて、例
えば装置の周辺の環境温度が極めて高い場合、或いは極
めて低い場合などのような極端な動作環境下において
も、電源投入時にミラー部の共振動作を確実且つ安定し
て行うことができる。したがって、光スキャナ装置が例
えば熱帯地域や寒冷地域などに提供される車両に搭載し
て用いられる場合であっても、光スキャナ装置の信頼性
を十分に確保することができる。

【００３８】また、請求項１１に係る光スキャナ装置の
駆動方法によれば、請求項８の効果に加えて、ミラー部
を捩り方向と曲げ方向とにそれぞれ駆動制御することが
でき、光源からの光を対象物に対して２次元走査するこ
とができる。

【００３９】また、請求項１２に係る光スキャナ装置の
駆動方法によれば、請求項１１の効果に加えて、ハード
スプリング効果及び磁気的なヒステリシスによる影響が
顕著となる捩れ振動に対してのみ、検出した振動周波数
に基づいた同調制御を行い、曲げ振動に対しては安価な
自励発振回路による帰還制御を行うことができる。した
がって、光スキャナ装置に搭載する回路規模を小さくす
ることができ、光スキャナ装置の小型軽量化を図ること
ができるとともに、さらなる低コスト化を実現すること
ができる。

【００４０】また、請求項１３に係る光スキャナ装置の
駆動方法によれば、請求項１１又は１２の効果に加え
て、ヒステリシスが比較的小さい磁歪膜によりミラー部
を駆動することで急激な外乱振動が加わった場合であっ
ても、検出される振動周波数の値から所定の値が減算さ
れた周波数の値に基づいてミラー部の動作周波数を調整
することができることから、この外乱振動による影響を
有効に抑制して、安定した共振動作を維持することがで
きる。したがって、特に光スキャナ装置を車両用２次元
レーザレーダに用いた場合において、車両の振動による
影響を効果的に低減して、光スキャナ装置の動作が停止
してしまう不都合を更に適切に防止することができる。

【００４１】また、請求項１４に係る光スキャナ装置の
駆動方法によれば、請求項１１乃至１３の何れかの効果
に加えて、例えば光スキャナ装置の周辺の環境温度が極
めて高い場合、或いは極めて低い場合などのような極端
な動作環境下においても、電源投入時にミラー部の共振
動作を確実且つ安定して行うことができる。したがっ
て、例えば熱帯地域や寒冷地域などに提供される車両に
搭載して用いる場合であっても、光スキャナ装置の信頼
性を十分に確保することができる。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。以下では、本発明を、車両
用２次元レーザレーダ装置に適用した例について具体的
に説明する。

【００４３】（第１の実施形態）第１の実施形態として
示す２次元レーザレーダ装置は、図１に示すように、対
象物１００に対して照射するレーザ光を出射するレーザ
ダイオード１０と、このレーザダイオード１０を駆動す
るレーザダイオード駆動回路１１と、レーザダイオード
駆動回路１１に対してレーザダイオード１０の発光タイ
ミングを出力する制御回路１２とを備える。

【００４４】また、この２次元レーザレーダ装置は、レ
ーザダイオード１０から出射されたレーザ光が対象物１
００により反射されて戻ってきた戻り光を受光するフォ
トディテクタ１３と、フォトディテクタ１３からの出力
信号に対して各種信号処理を施す受光回路１４とを備え
る。受光回路１４は、フォトディテクタ１３からの出力
信号に基づいて、所定の信号を制御回路１２に出力す
る。そして制御回路１２は、受光回路１４からの出力信
号に応じて、レーザ光がレーザダイオード１０から出射
されてから対象物１００に反射してフォトディテクタ１
３によって検出されるまでの伝播遅延時間に基づいて、
自車周囲に存在する対象物１００までの距離や水平方向
及び垂直方向の角度等、対象物１００の位置情報を算出
する。また、制御回路は、算出した対象物１００の位置
情報に基づいて、レーザダイオード１０の発光タイミン
グをレーザダイオード駆動回路１１に出力する。

【００４５】また、この２次元レーザレーダ装置は、レ
ーザダイオード１０から出射されたレーザ光を水平方向
及び垂直方向に反射して２次元状に走査するスキャナ部
１５と、スキャナ部１５によって走査されたレーザ光を
反射して、例えば車両の前方に照射する反射ミラー１６
とを備える。

【００４６】スキャナ部１５は、図１乃至図３に示すよ
うに、レーザ光を反射するミラー部２０と、このミラー
部２０を捩り方向及び曲げ方向とに駆動する磁歪素子
（図１乃至図３においては図示せず。）と、ミラー部２
０の捩り変形量及び曲げ変形量をそれぞれ検出する第１
のピエゾ抵抗素子２１ａ及び第２のピエゾ抵抗素子２１
ｂと、磁歪素子に対して外部磁界を印加する磁界印加手
段２２とを備える。

【００４７】また、この２次元レーザレーダ装置は、第
１のピエゾ抵抗素子２１ａ及び第２のピエゾ抵抗素子２
１ｂからの出力信号に基づいてミラー部２０の捩り振動
周波数及び曲げ振動周波数を検出し、この検出結果に応
じて磁界印加手段２２により印加する外部磁界を制御す
る駆動制御回路２３を備えている。そして、この２次元
レーザレーダ装置は、駆動制御回路２３が制御回路１２
に接続されて、相互に各種信号の入出力を行うように構
成されており、制御回路１２によって装置全体の動作が
制御される構成とされている。

【００４８】次に、スキャナ部１５の構成について、図
２及び図３を参照しながら詳細に説明する。

【００４９】スキャナ部１５は、図２及び図３に示すよ
うに、外形を略矩形平板状に形成されており、例えばシ
リコンウエハを各種マイクロマシニング加工技術によっ
て加工することなどによりコ字状に形成されたスリット
部３０によって分断されてなるミラー部２０と、このミ
ラー部２０を囲むフレーム部３１とを備える。ミラー部
２０は、一端部がフレーム部３１と一体に形成されてお
り、フレーム部３１に対して片持ち梁状に支持されてい
る。このミラー部２０とフレーム部３１との境界部（以
下、片持ち梁部３２と称する。）は、捩り方向と曲げ方
向とに弾性変形自在とされている。

【００５０】ミラー部２０は、例えばシリコンウエハの
主面に対してアルミ蒸着により高反射コーティングを施
すことにより形成されており、照射されるレーザ光に対
して十分な反射率を有している。

【００５１】また、片持ち梁部３２に位置して、ミラー
部２０が形成された面とは反対側の面には、図示を省略
する磁歪素子が薄膜状に形成されている。この磁歪素子
は、所定の磁場の下で形成されることにより、例えば図
２中に示す矢印Ａ方向に対して概ね２２．５度の傾斜角
を有する方向に磁化容易軸が設定されている。

【００５２】また、片持ち梁部３２には、図２中に示す
矢印Ｄ方向に対するミラー部２０の曲げ方向及び捩り方
向の変位量をそれぞれ検出する第１のピエゾ抵抗素子２
１ａ及び第２のピエゾ抵抗素子２１ｂが形成されてい
る。これら第１及び第２のピエゾ抵抗素子２１ａ，２１
ｂからの出力信号は、フレーム部３１の端部に形成され
た電極部３３を介して外部に出力される。

【００５３】また、スキャナ部１５は、図３に示すよう
に、フレーム部３１が外フレーム部３４に取り付けられ
た状態で、この外フレーム部３４の周囲に磁界印加手段
２２が配設されてなる。なお、図３（ａ）は、スキャナ
部１５が外フレーム部３４に取り付けられた状態におけ
る平面図であり、図３（ｂ）は、この状態における側面
図である。

【００５４】磁界印加手段２２は、駆動制御回路２３に
よる制御に応じて、図２中に示す矢印Ｄ方向に対するミ
ラー部２０における曲げ方向及び捩り方向のそれぞれの
共振周波数の２成分が重なった交番磁界を磁歪素子に対
して印加する。

【００５５】以上のように構成されたスキャナ部１５
は、磁界印加手段２２によって交番磁界を印加されるこ
とにより磁歪素子が駆動し、片持ち梁部３２が図２中の
矢印Ｂに示す曲げ方向、及び図２中の矢印Ｃに示す捩り
方向に変形する。これにより、ミラー部２０は、曲げ方
向と捩り方向とに振動動作することとなる。また、ミラ
ー部２０の振動は、片持ち梁部３２に形成された第１及
び第２のピエゾ抵抗素子２１ａ，２１ｂによって検出さ
れ、駆動制御回路２３に出力される。

【００５６】ここで、スキャナ部１５の具体的な一構成
例について説明する。片持ち梁部３２によって片持ち梁
状に支持されるミラー部２０の外形形状は、例えば、長
さが１０ｍｍ、幅が５ｍｍ、厚さが約２０μｍとされ
る。また、このミラー部２０は、例えば、捩り共振周波
数が２ｋＨｚとされ、曲げ共振周波数が２００Ｈｚとさ
れる。また、各々の共振周波数におけるミラー部２０の
フレーム部３１に対する変位角度は、例えば、捩り方向
に５度、曲げ方向に２０度とされる。なお、これら変位
角度は、磁界印加手段２２によって印加する交番磁界に
応じて自在に制御可能である。

【００５７】なお、上述の説明においては、磁歪素子の
磁化容易軸の傾斜角を２２．５度としたが、この値に限
定されるものではない。ただし、片持ち梁部３２の機械
的特性から、捩り振動に対しては、磁歪素子の磁化容易
軸の傾斜角を４５度とすることが望ましく、曲げ振動に
対しては、傾斜角を０度とすることが望ましい。本例に
おいては、ミラー部２０を捩り方向と曲げ方向との双方
で振動させることから、０度と４５度との中間値である
２２．５度を選択することが望ましい。

【００５８】また、上述の説明においては、片持ち梁部
３２に形成した磁歪素子と磁界発生手段２２とによりミ
ラー部２０を振動させる構成としたが、ミラー部２０を
振動駆動するに際しては、このような構成に限定される
ものではなく、例えば、圧電素子を用いるようにしても
よいし、クーロン力などの各種駆動力を利用するように
してもよい。

【００５９】また、図３に示すようにしてスキャナ部１
５を外フレーム部３４に取り付けるに際しては、所定の
厚さの（例えば３ｍｍ）各種スペーサ等を配設すること
が望ましい。これにより、ミラー部２０が大きな振れ角
で振動した場合であっても、このミラー部２０が外フレ
ーム部３４や２次元レーザレーダ装置の他の各部材に干
渉してしまうことを防止することができる。

【００６０】また、上述した磁界印加手段２２として
は、例えば、線径が０．１ｍｍのエナメル線が５００回
巻回されてなるコイルなどを用いることができる。

【００６１】次に、上述した駆動制御回路２３の具体的
な回路構成の一例について以下に説明する。

【００６２】駆動制御回路２３は、図４に示すように、
スキャナ部１５に形成された第１及び第２のピエゾ抵抗
素子２１ａ，２１ｂからの出力信号をそれぞれ増幅する
第１及び第２のシグナルコンディショナ４１ａ，４１ｂ
と、これら第１及び第２のシグナルコンディショナ４１
ａ，４１ｂによって増幅された信号がそれぞれ入力さ
れ、それぞれミラー部２０の曲げ振動周波数及び捩り振
動周波数を検出する第１及び第２の周波数検出器４２
ａ，４２ｂと、これら第１及び第２の周波数検出器４２
ａ，４２ｂにより検出した振動周波数の値がそれぞれ入
力端子ｃｈ１及び入力端子ｃｈ２に入力されるＣＰＵ４
３とを備えている。ＣＰＵ４３には、後述する処理手順
を示すプログラムが記憶されるメモリ部４４が接続され
ている。そして、ＣＰＵ４３は、メモリ部４４に記憶さ
れたプログラムに従って、入力された振動周波数の値に
応じて各種演算処理を行い、ミラー部２０の曲げ振動及
び捩り振動を駆動する電圧値及び周波数値を、それぞれ
出力端子ｃｈ３及び出力端子ｃｈ４から出力する。

【００６３】また、駆動制御回路２３は、ＣＰＵ４３の
出力端子ｃｈ３及び出力端子ｃｈ４から出力される電圧
値及び周波数値がそれぞれ入力され、この入力信号に応
じた正弦波をそれぞれ出力する第１及び第２の発振器４
５ａ，４５ｂを備え、さらに、第１及び第２の断続器４
６ａ，４６ｂと、第１及び第２の出力アンプ４７ａ，４
７ｂと、加算器４８とを備えている。

【００６４】第１及び第２の発振器４５ａ，４５ｂから
出力された正弦波は、それぞれ第１及び第２の断続器４
６ａ，４６ｂを介して第１及び第２の出力アンプ４７
ａ，４７ｂに入力される。第１及び第２の出力アンプ４
７ａ，４７ｂは、入力された正弦波をそれぞれ増幅して
加算器４８に出力する。加算器４８は、第１及び第２の
出力アンプ４７ａ，４７ｂから入力された正弦波を加算
した後、磁界印加手段２２に出力する。これにより、光
スキャナ装置においては、磁界印加手段２２から交番磁
界が磁歪素子に対して印加され、ミラー部２０が曲げ方
向と捩り方向とにそれぞれ振動することとなる。

【００６５】一方、第１及び第２のシグナルコンディシ
ョナ４１ａ，４１ｂから出力される信号は、制御回路１
２にも出力される。そして、制御回路１２は、入力され
た信号に基づいて、フォトディテクタ１３により検出さ
れた戻り光がどの方向や距離から反射されたものかを検
出する。これにより、２次元レーザレーダ装置は、対象
物１００までの距離や水平方向及び垂直方向の角度など
のような対象物１００に関する位置情報を検出すること
が可能とされている。

【００６６】また、第１及び第２の断続器４６ａ，４６
ｂは、ＣＰＵ４３の出力端子ｃｈ５及び出力端子ｃｈ６
から出力される信号がそれぞれ入力されており、このＣ
ＰＵ４３からの制御に応じて、第１及び第２の発振器４
５ａ，４５ｂから出力される正弦波の第１及び第２の出
力アンプ４７ａ，４７ｂに対する出力を適宜遮断するこ
とが可能とされている。

【００６７】ここで、以上のように構成された２次元レ
ーザレーダ装置が備える駆動制御回路２３による処理の
一例について、図５及び図６を参照しながら具体的に説
明する。

【００６８】２次元レーザレーダ装置の電源が投入され
て動作が開始されると、図５中のステップＳ１０におい
て、ＣＰＵ４３の出力端子ｃｈ５から第１の断続器４６
ａを遮断する信号を出力する。なお、この時点における
ミラー部２０の振動振幅を、図６中において時刻Ｔ１で
示す。この時刻Ｔ１以降、磁界印加手段２２からはミラ
ー部２０を捩り方向のみに励起する磁場が磁歪素子に対
して印加されることとなるが、ミラー部２０は、残響共
振による影響によって時刻Ｔ１以前の周波数から徐々に
曲げ固有振動周波数に漸近させつつ振幅を弱めながら、
振動を継続する。

【００６９】次に、ステップＳ１１において、ＣＰＵ４
３は、時刻Ｔ１から所定の時間（例えば２０ｍｓｅｃ）
が経過したか否かを判断する。この結果、所定の時間が
経過している場合には次のステップＳ１２に進み、経過
していなかった場合には、ステップＳ１１の判断処理を
繰り返す。

【００７０】ここで、ステップＳ１１からステップＳ１
２に移行するまでの経過時間を２０ｍｓｅｃに設定する
のは、本発明者が実験により経験的に決定した最適値で
ある。具体的には、約２００Ｈｚの曲げ共振周波数にお
いてミラー部２０の変位角を２０度に設定した場合に、
時刻Ｔ１において捩り方向の駆動を遮断してから２０ｍ
ｓｅｃ経過した時点でのミラー部の振動振幅は約１６度
であった。このように捩り方向の駆動を遮断したとき
に、１６度の曲げ角が得られれば、レーザ光の水平スキ
ャン角度として３２度を確保することができ、車両用の
レーザレーダ装置としては十分な水平スキャン角度を確
保することができる。

【００７１】一方、本例におけるステップＳ１１からス
テップＳ１２への移行時間を２０ｍｓｅｃよりも短く設
定すると、ミラー部２０における曲げ固有振動周波数へ
の移行が完了せず、次のステップＳ１２において誤った
振動周波数を計測してしまうといった不具合が生じる。
また、本例における移行時間を２０ｍｓｅｃよりも長く
設定すると、残響振動によるミラー部２０の曲げ角度が
小さくなりすぎてしまい、レーザ光の水平スキャン角度
が十分に確保されず、対象物１００の検知機能が制約さ
れてしまう。

【００７２】以上のような理由から、本例においては、
次のステップＳ１２におけるミラー部２０の曲げ固有振
動周波数の検出を正確に計測するための最適な経過時間
として、２０ｍｓｅｃを設定した。なお、本例における
ミラー部２０の振動減衰率は、２０％であった。

【００７３】次に、ステップＳ１２において、第１のピ
エゾ抵抗素子２１ａからの出力信号に基づいて、第１の
周波数検出器４２ａによりミラー部２０の曲げ固有振動
周波数と振動振幅とを検出する。なお、この時点におけ
るミラー部２０の振動振幅を、図６中において時刻Ｔ２
で示す。また、このとき検出された曲げ固有振動周波数
及び振動振幅は、ＣＰＵ４３によってメモリ部４４に一
時的に記憶される。

【００７４】次に、ステップＳ１３において、ＣＰＵ４
３は、ステップＳ１２において検出された曲げ固有振動
周波数及び振動振幅と、予めメモリ部４４に記録された
初期値とを比較して差を算出し、この差に基づいて調整
した最適振幅値を得る。

【００７５】次に、ステップＳ１４において、ＣＰＵ４
３は、ステップＳ１２で検出した曲げ固有振動周波数と
ステップＳ１３で得た最適振幅値とを出力端子ｃｈ３を
介して第１の発振器４５ａに出力する。この時点では、
ミラー部２０は磁界印加手段２２によって印加される磁
界によって捩り方向のみの振動をしている。

【００７６】次に、ステップＳ１５において、ＣＰＵ４
３は、出力端子ｃｈ５を介して第１の断続器４６ａを接
続する要求を出力する。これにより、磁界印加手段２２
からは、捩り振動とともに曲げ振動に対応した交番磁界
が磁歪素子に印加されることとなり、ミラー部２０は、
捩り方向と曲げ方向との２方向に振動する。なお、この
時点におけるミラー部２０の振動振幅を図６中において
時刻Ｔ３で示す。

【００７７】次に、ステップＳ１６において、ＣＰＵ４
３は、出力端子ｃｈ６から第２の断続器４６ｂを遮断す
る信号を出力する。なお、以降で説明する第２の断続器
４６ｂを遮断する動作においては、ミラー部２０の振動
振幅の変化が、上述したようにして第１の断続器４６ａ
を遮断した場合と略々同等であることから、このステッ
プＳ１６の時点におけるミラー部２０の振動振幅を便宜
的に、図６中において上述の説明で用いた時刻Ｔ１で示
す。この時刻Ｔ１以降、磁界印加手段２２からはミラー
部２０を曲げ方向のみに励起する磁場が磁歪素子に対し
て印加されることとなるが、ミラー部２０は、残響共振
による影響によって時刻Ｔ１以前の周波数から徐々に捩
り固有振動周波数に漸近させつつ振幅を弱めながら、振
動を継続する。

【００７８】次に、ステップＳ１７において、ＣＰＵ４
３は、時刻Ｔ１から所定の時間（例えば１０ｍｓｅｃ）
が経過したか否かを判断する。この結果、所定の時間が
経過している場合には次のステップＳ１８に進み、経過
していなかった場合には、ステップＳ１７における判断
を繰り返す。

【００７９】ここで、ステップＳ１７からステップＳ１
８に移行するまでの経過時間を１０ｍｓｅｃに設定する
のは、本発明者が実験により経験的に決定した最適値で
ある。具体的には、本例における外形形状とされたミラ
ー部２０の捩り変位角が５度であり、時刻Ｔ１において
曲げ方向の駆動を遮断してから１０ｍｓｅｃ経過した時
点でのミラー部の振動振幅は約４度であった。このよう
に曲げ方向の駆動を遮断したときに、４度の捩り角が得
られれば、レーザ光のスキャン角度として垂直方向に８
度を確保することができ、車両用のレーザレーダ装置と
しては十分な垂直スキャン角度を確保することができ
る。

【００８０】一方、本例におけるステップＳ１７からス
テップＳ１８への移行時間を１０ｍｓｅｃよりも短く設
定すると、ミラー部２０における捩り固有振動周波数へ
の移行が完了せず、次のステップＳ１８において誤った
振動周波数を計測してしまうといった不具合が生じる。
また、本例における移行時間を１０ｍｓｅｃよりも長く
設定すると、残響振動によるミラー部２０の捩り角度が
小さくなりすぎてしまい、レーザ光の垂直スキャン角度
が十分に確保されず、対象物１００の検知機能が制約さ
れてしまう。

【００８１】以上のような理由から、本例においては、
次のステップＳ１７におけるミラー部２０の捩り固有振
動周波数の検出を正確に計測するための最適な経過時間
として、１０ｍｓｅｃを設定した。なお、本例における
ミラー部２０の振動減衰率は、２０％であった。

【００８２】次に、ステップＳ１８において、第２のピ
エゾ抵抗素子２１ｂからの出力信号に基づいて、第２の
周波数検出器４２ｂによりミラー部２０の捩り固有振動
周波数と振動振幅とを検出する。なお、この時点におけ
るミラー部２０の振動振幅を、図６中において時刻Ｔ２
で示す。このとき検出された捩り固有振動周波数及び振
動振幅は、ＣＰＵ４３によってメモリ部４４に一時的に
記憶される。

【００８３】次に、ステップＳ１９において、ＣＰＵ４
３は、ステップＳ１８において検出された捩り固有振動
周波数及び振動振幅と、予めメモリ部４４に記録された
初期値とを比較して差を算出し、この差に基づいて調整
した最適振幅値を得る。

【００８４】次に、ステップＳ２０において、ＣＰＵ４
３は、ステップＳ１８で検出した曲げ固有振動周波数と
ステップＳ１９で得た最適振幅値とを出力端子ｃｈ４を
介して第２の発振器４５ｂに出力する。この時点では、
ミラー部２０は磁界印加手段２２によって印加される磁
界によって曲げ方向のみの振動をしている。

【００８５】次に、ステップＳ２１において、ＣＰＵ４
３は、出力端子ｃｈ６を介して第２の断続器４６ｂを接
続する要求を出力する。これにより、磁界印加手段２２
からは、曲げ振動とともに捩り振動に対応した交番磁界
が磁歪素子に印加されることとなり、ミラー部２０は、
曲げ方向と捩り方向との２方向に振動する。なお、この
時点におけるミラー部２０の振動振幅を図６中において
時刻Ｔ３で示す。

【００８６】次に、ステップＳ２２において、ＣＰＵ４
３は、ステップＳ２１の処理から所定の時間（例えば１
００ｓｅｃ）が経過したか否かを判断する。この結果、
所定の時間が経過している場合には処理をステップＳ１
０に戻して、ミラー部２０の曲げ方向及び捩り方向の振
動制御を繰り返す。なお、このようにして再び上述した
処理を繰り返したときに、上述した時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ
３に相当する時刻を、図６中においてそれぞれ時刻Ｔ
１’，Ｔ２’，Ｔ３’として示す。また、判断の結果、
所定の時間が経過していなかった場合には、ステップＳ
２２における判断を繰り返す。

【００８７】本例の２次元レーザレーダ装置は、駆動制
御回路２３において以上のような処理が行われることに
より、ミラー部２０における曲げ振動と捩り振動との共
振状態を独立して検出し、検出結果に基づいてミラー部
２０を曲げ方向と捩り方向とで双方に最適な振動制御を
行うことが可能とされている。これにより、ミラー部２
０を支持する弾性変形部材としての片持ち梁部３２にに
ハードスプリング効果が生じた場合であっても、例えば
ヒステリシスが比較的小さい磁歪膜を用いることによ
り、温度変化に対応して常に安定した共振動作を維持す
ることができる。また、ミラー部２０が片持ち梁状に支
持された構造とされていることから、装置構成を簡略化
して低コスト化を実現することができる。したがって、
特に車両に搭載して用いる場合に、車両の振動などに起
因する走査動作の停止を防止することができ、装置の信
頼性を向上して、走行時の安全性を十分に確保すること
ができる。

【００８８】なお、以上の例では、ミラー部２０が曲げ
及び捩りの２方向に振動駆動される構成として、レーザ
光を２次元状に走査する場合について説明したが、本発
明は、以上の例に限定されるものではなく、各種の光ス
キャナ装置に広く適用することができる。例えば、レー
ザ光を直線状に走査する１次元光スキャナ装置に本発明
を適用してもよい。

【００８９】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
として、第１及び／又は第２の周波数検出器４２ａ，４
２ｂによって検出される振動周波数の値から所定の値を
減算した周波数の値に基づいてミラー部２０の振動状態
を制御する構成とされた２次元レーザレーダ装置につい
て説明する。

【００９０】本例に係る２次元レーザレーダ装置は、例
えば、図４に示した駆動制御回路２３における第１及び
／又は第２の周波数検出器４２ａ，４２ｂとＣＰＵ４３
との間に、それぞれ例えば各種電子回路等により構成し
た減算回路を配設することにより実現することができ
る。また、ＣＰＵ４３における演算処理の中で、第１及
び第２の周波数検出器４２ａ，４２ｂから入力される周
波数の値から、ソフトウエア的に減算処理を行うことに
よっても実現することができる。なお、減算する値は、
例えば、減算回路を構成する電子素子等を組み合わせる
ことにより設定されていてもよいし、ＣＰＵ４３の処理
手順を示すプログラム中に記述されていてもよい。

【００９１】ここで、ソフトウエア的に減算処理を行う
構成とされた第２の実施形態の２次元レーザレーダ装置
が備える駆動制御回路２３における処理の一例につい
て、図７を参照しながら具体的に説明する。なお、この
駆動制御回路２３における処理が上述した第１の実施形
態で説明した処理と異なる点は、減算処理を行う点のみ
であるので、第１の実施形態で説明した処理と同様の処
理については、ここでは詳細な説明は省略する。

【００９２】この駆動制御回路２３による処理では、図
７に示すように、ステップＳ１４の前段で、ステップＳ
１２で検出した曲げ振動周波数から、ＣＰＵ４３によっ
て所定の値（例えば３Ｈｚ）を減算処理するステップＳ
３０を有する。そして、このステップＳ３０で減算した
後の曲げ振動周波数を、ステップＳ１４において第１の
発振器４５ａに出力する。また、ステップＳ２０の前段
で、ステップＳ１８で検出した捩り振動周波数から、Ｃ
ＰＵ４３によって所定の値（例えば３０Ｈｚ）を減算処
理するステップＳ３１を有する。そして、このステップ
Ｓ３１で減算した後の捩り振動周波数を、ステップＳ２
０において第２の発振器４５ｂに出力する。

【００９３】このようにして減算する値は、予めメモリ
部４４に記憶しておくようにしてもよいし、また、ＣＰ
Ｕ４３の処理手順を示すプログラム中で適宜算出するよ
うにしてもよい。

【００９４】第２の実施形態の２次元レーザレーダで
は、以上のようにして、ミラー部２０における振動周波
数の検出値から所定の値を減算処理した周波数値に基づ
いて、このミラー部２０の振動制御を行う構成とされて
いる。これにより、ミラー部２０の曲げ方向及び捩り方
向の固有振動周波数よりも高い周波数の振動が外乱とし
て印加された場合であっても、この外乱振動による影響
を抑制して、安定した共振動作を維持することができ
る。したがって、特に車両に搭載して用いる場合におい
て、車両の振動による影響を低減して、装置の動作が停
止してしまうことを十分に防止することができる。

【００９５】なお、上述の説明で挙げた減算値の具体例
（３Ｈｚ及び３０Ｈｚ）は、搭載する車両に生じる振動
などに基づいて、本発明者により実験的に求められた最
適値である。すなわち、減算を行う値は、予め適宜設定
しておけばよい。

【００９６】また、ステップＳ３０及びステップＳ３１
における減算処理は、常に行うようにしなくてもよく、
例えば、第１及び第２のシグナルコンディショナ４１
ａ，４１ｂからの出力信号をＣＰＵ４３によって監視
し、この出力信号が所定の値を下回った場合についての
み行うようにしてもよい。また、例えば、過度の外乱振
動によって、ミラー部２０の共振動作が停止してしまっ
た後で、この共振動作を再開する場合について行うよう
にしてもよい。

【００９７】（第３の実施形態）次に、第３の実施形態
として、ミラー部２０を捩り方向のみについて上述と同
様の振動制御を行い、曲げ方向については自励発振器に
よる比較的簡略な帰還制御を行う構成とされた２次元レ
ーザレーダ装置について、図８及び図９を参照しながら
説明する。なお、この第３の実施形態の２次元レーザレ
ーダ装置が、上述した第１の実施形態に係る２次元レー
ザレーダ装置と異なる点は、曲げ方向の振動制御のみで
あるので、第１の実施形態と同様な部分については、図
中同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

【００９８】この２次元レーザレーダ装置では、図８に
示すように、駆動制御回路２３において、第１のシグナ
ルコンディショナ４１ａからの出力信号が自励発振器５
０に入力されており、第１の発振器４５ａ及び第１の断
続器４６ｂが省略されている。そして、この２次元レー
ザレーダ装置は、ミラー部２０の曲げ方向の振動につい
て、自励発振器５０による比較的単純な帰還制御が行わ
れ、図９に示す駆動制御回路２３における処理手順のと
おり、ミラー部２０の捩り方向の振動についてのみ第１
のピエゾ抵抗素子２１ａにより検出した周波数に基づい
て振動制御が行われる。

【００９９】以上のように構成された２次元レーザレー
ダ装置では、ハードスプリング効果及び磁気的なヒステ
リシスによる影響が顕著となる捩れ振動に対して、検出
した振動周波数に基づいた同調制御を行いことができる
とともに、ハードスプリング効果及び磁気的なヒステリ
シスによる影響が比較的小さい曲げ振動に対しては安価
な自励発振器５０による帰還制御を行うことができる。
したがって、装置に搭載する回路規模を小さくすること
ができ、小型軽量化を図ることができるとともに、装置
構成を簡略化して、さらなる低コスト化を実現すること
ができる。

【０１００】なお、この２次元レーザレーダ装置は、例
えば、第１の周波数検出器４２ａや、ＣＰＵ４３におけ
る入出力端子ｃｈ１，ｃｈ５，ｃｈ３などをさらに省略
することもでき、これによって、より一層の低コスト化
・小型軽量化を達成することができる。

【０１０１】また、この２次元レーザレーダ装置におい
ては、図１０に示すように、第２の実施形態と同様にし
て、ステップＳ２０の前段で、ステップＳ１８で検出し
た捩り振動周波数から、ＣＰＵ４３によって所定の値
（例えば３０Ｈｚ）を減算処理するステップＳ３１を有
し、このステップＳ３１で減算した後の捩り振動周波数
を、ステップＳ２０において第２の発振器４５ｂに出力
するようにしてもよい。これにより、ミラー部２０に対
する捩り方向の振動制御を行うに際して、外乱振動によ
る影響を抑制して、安定した共振動作を維持することが
できる。

【０１０２】（第４の実施形態）次に、第４の実施形態
として、駆動制御回路２３が、磁界印加手段２２に対し
てパルス電圧を印加するパルスジェネレータを備える構
成とされた２次元レーザレーダ装置について、図１１及
び図１２を参照しながら説明する。なお、この第４の実
施形態の２次元レーザレーダ装置が、上述した第１の実
施形態に係る２次元レーザレーダ装置と異なる点は、駆
動制御回路２３にパルスジェネレータを備えた点のみで
あるので、第１の実施形態と同様な部分については、図
中同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

【０１０３】この２次元レーザレーダ装置では、図１１
に示すように、駆動制御回路２３に、所定のパルス電圧
をそれぞれ出力する第１及び第２のパルスジェネレータ
６０ａ，６０ｂが設けられている。これら第１及び第２
のパルスジェネレータ６０ａ，６０ｂは、ＣＰＵ４３の
出力端子ｃｈ７，ｃｈ８から出力されるタイミング信号
がそれぞれ入力される構成とされており、このタイミン
グ信号が入力されたときに、所定のパルス電圧をそれぞ
れ第１及び第２の出力アンプ４７ａ，４７ｂに出力す
る。

【０１０４】また、この２次元レーザレーダ装置では、
例えば、図１２に示すように、電源が投入されて動作が
開始された直後に、駆動制御回路２３において一連のパ
ルス駆動処理を行ってミラー部２０の振動駆動を安定さ
せ、この後に、第１の実施形態と同様な処理を行うよう
に構成されている。

【０１０５】すなわち、この２次元レーザレーダ装置で
は、図１２に示すステップＳ４０において電源が投入さ
れると、ステップＳ４１において、駆動制御回路２３の
ＣＰＵ４３の出力端子ｃｈ７から第１のパルスジェネレ
ータ６０ａに対してパルス電圧を印加する要求が出力さ
れる。

【０１０６】次に、ステップＳ４２において、第１のパ
ルスジェネレータ６０ａは、例えばメモリ部４４に予め
記憶されている初期振幅値の５倍程度の電圧値で、５ｍ
ｓｅｃ程度のパルス幅を有する矩形波状のパルス電圧を
第１の出力アンプ４７ａに出力する。ここで、パルス電
圧の電圧値を初期振幅値の５倍とし、パルス幅を５ｍｓ
ｅｃとした理由は、ミラー部２０の曲げ方向の共振周波
数が２００Ｈｚであることから、パルス幅を共振周期の
１周期分の長さに相当する５ｍｓｅｃに設定し、このパ
ルス幅のパルス電圧で通常の曲げ方向の振れ角をミラー
部２０に発生させる電圧値として、初期振幅値の５倍を
設定した。

【０１０７】なお、第１及び第２のパルスジェネレータ
６０ａ，６０ｂから出力するパルス電圧の電圧値やパル
ス幅は、ミラー部２０の共振特性などに応じて適宜設定
すればよい。また、このステップＳ４２の時点でのミラ
ー部２０の振動振幅を、図１３において時刻Ｔ４で示
す。

【０１０８】次に、ステップＳ４３において、ＣＰＵ４
３は、ステップＳ４２でパルス電圧を出力してから所定
の時間（例えば２０ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断
する。この結果、経過している場合には次のステップＳ
４４に進み、経過していない場合にはステップＳ４３の
判断を繰り返す。

【０１０９】次に、ステップＳ４４において、第１のピ
エゾ抵抗素子２１ａからの出力信号に基づいて、第１の
周波数検出器４２ａによりミラー部２０の曲げ固有振動
周波数検出する。なお、この時点におけるミラー部２０
の振動振幅を、図１３において時刻Ｔ５で示す。また、
このとき検出された曲げ固有振動周波数は、ＣＰＵ４３
によってメモリ部４４に一時的に記憶される。

【０１１０】次に、ステップＳ４５において、ＣＰＵ４
３は、ステップＳ４４において検出された曲げ固有振動
周波数と、予めメモリ部４４に記録された初期振幅値と
に基づき、出力端子ｃｈ３を介して所定の波形信号を第
１の発振器４５ａに出力する。

【０１１１】次に、ステップＳ４６において、ＣＰＵ４
３は、出力端子ｃｈ８から第２のパルスジェネレータ６
０ｂに対してパルス電圧を印加する要求を出力する。

【０１１２】次に、ステップＳ４７において、第２のパ
ルスジェネレータ６０ｂは、例えばメモリ部４４に予め
記憶されている初期振幅値の２倍程度の電圧値で、２ｍ
ｓｅｃ程度のパルス幅を有する矩形波状のパルス電圧を
第２の出力アンプ４７ｂに出力する。ここで、パルス電
圧の電圧値を初期振幅値の２倍とし、パルス幅を２ｍｓ
ｅｃとした理由は、ミラー部２０の捩り方向の共振周波
数が２ｋＨｚであることから、パルス幅を共振周期の１
周期分の長さ（０．５ｍｓｅｃ）と、第２のパルスジェ
ネレータ６０ｂを構成する回路の応答性とを考慮して、
２ｍｓｅｃに設定した。また、このパルス幅のパルス電
圧で通常の捩り方向の振れ角をミラー部２０に発生させ
る電圧値として、初期振幅値の２倍を設定した。なお、
このステップＳ４７の時点でのミラー部２０の振動振幅
を、図１３において便宜的に時刻Ｔ４で示す。

【０１１３】次に、ステップＳ４８において、ＣＰＵ４
３は、ステップＳ４７でパルス電圧を出力してから所定
の時間（例えば１０ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判断
する。この結果、経過している場合には次のステップＳ
４９に進み、経過していない場合にはステップＳ４８の
判断を繰り返す。

【０１１４】次に、ステップＳ４９において、第２のピ
エゾ抵抗素子２１ｂからの出力信号に基づいて、第２の
周波数検出器４２ｂによりミラー部２０の捩り固有振動
周波数検出する。なお、この時点におけるミラー部２０
の振動振幅を、図１３において時刻Ｔ５で示す。また、
このとき検出された捩り固有振動周波数は、ＣＰＵ４３
によってメモリ部４４に一時的に記憶される。

【０１１５】次に、ステップＳ５０において、ＣＰＵ４
３は、ステップＳ４９において検出された捩り固有振動
周波数と、予めメモリ部４４に記録された初期振幅値と
に基づき、出力端子ｃｈ４を介して所定の波形信号を第
１の発振器４５ａに出力する。

【０１１６】このステップＳ５０以降は、図１２に示す
ように、上述した第２の実施形態と同様な処理であるの
で、ここでは説明を省略する。

【０１１７】以上のような２次元レーザレーダ装置で
は、少なくとも電源投入時において、磁界印加手段２２
に対してパルス電圧を印加し、このパルス電圧を印加し
てから所定時間経過後の時点でミラー部２０の振動周波
数を検出して、この検出結果に基づいてミラー部２０に
対する振動制御を行う。このため、例えば装置の周辺の
環境温度が極めて高い場合、或いは極めて低い場合など
のような極端な動作環境下においても、電源投入時にミ
ラー部２０の共振動作を確実且つ安定して行うことがで
きる。したがって、例えば熱帯地域や寒冷地域などに提
供される車両に搭載して用いる場合であっても、装置の
信頼性を十分に確保することができる。

【０１１８】なお、この２次元レーザレーダ装置におい
ては、例えば、図１２に示すステップＳ３０やステップ
Ｓ３１を省略するようにしてもよい。ただし、第２の実
施形態で説明したように、ステップＳ３０やステップＳ
３１において減算処理を行うようにした場合には、外乱
振動による影響を抑制して、より安定して共振動作を維
持することができる。

【０１１９】（第５の実施形態）次に、第５の実施形態
として、ミラー部２０を捩り方向のみについて上述と同
様の振動制御を行い、曲げ方向については自励発振器に
よる比較的簡略な帰還制御を行うとともに、駆動制御回
路２３が、磁界印加手段２２に対してパルス電圧を印加
するパルスジェネレータを備える構成とされた２次元レ
ーザレーダ装置について、図１４及び図１５を参照しな
がら説明する。なお、この第５の実施形態の２次元レー
ザレーダ装置は、上述した第３の実施形態と第４の実施
形態とを組み合わせた場合に相当するものであるので、
第３の実施形態及び第４の実施形態と同様な部分につい
ては、図中同一の符号を付して、詳細な説明を省略す
る。

【０１２０】この２次元レーザレーダ装置では、図１４
に示すように、駆動制御回路２３において、第１のシグ
ナルコンディショナ４１ａからの出力信号が自励発振器
５０に入力されており、第１の発振器４５ａ及び第１の
断続器４６ｂが省略されている。そして、この２次元レ
ーザレーダ装置は、ミラー部２０の曲げ方向の振動につ
いて、自励発振器５０による比較的単純な帰還制御が行
われ、図１５に示す駆動制御回路２３における処理手順
のとおり、ミラー部２０の捩り方向の振動についてのみ
第１のピエゾ抵抗素子２１ａにより検出した周波数に基
づいて振動制御が行われる。また、この２次元レーザレ
ーダ装置では、駆動制御回路２３に、ＣＰＵ４３の出力
端子ｃｈ８から出力される要求に応じて、所定のパルス
電圧を第２の出力アンプ４７ｂに出力する第２のパルス
ジェネレータ６０ｂが設けられている。

【０１２１】そして、この２次元レーザレーダ装置で
は、図１５に示すように、ステップＳ４０において電源
が投入されると、駆動制御回路２３において、ステップ
Ｓ４６乃至ステップＳ５０の一連のパルス駆動処理を、
ミラー部２０の捩り方向のみについて行う。そして、こ
の一連のパルス駆動処理が終了して、ミラー部２０が安
定した振動動作を行うようになると、第３の実施形態と
同様にして、ミラー部２０の曲げ方向の振動について、
自励発振器５０による比較的単純な帰還制御を行うとと
もに、図１５に示す処理手順のとおり、ミラー部２０の
捩り方向の振動についてのみ第１のピエゾ抵抗素子２１
ａにより検出した周波数に基づいた振動制御を行う。

【０１２２】以上のような２次元レーザレーダ装置で
は、少なくとも電源投入時において、磁界印加手段２２
に対してパルス電圧を印加し、このパルス電圧を印加し
てから所定時間経過後の時点でミラー部２０の振動周波
数を検出して、この検出結果に基づいてミラー部２０に
対する振動制御を行う。このため、例えば装置の周辺の
環境温度が極めて高い場合、或いは極めて低い場合など
のような極端な動作環境下においても、電源投入時にミ
ラー部２０の共振動作を確実且つ安定して行うことがで
きる。したがって、例えば熱帯地域や寒冷地域などに提
供される車両に搭載して用いる場合であっても、装置の
信頼性を十分に確保することができる。

【０１２３】また、ハードスプリング効果及び磁気的な
ヒステリシスによる影響が顕著となる捩れ振動に対し
て、検出した振動周波数に基づいた同調制御を行いこと
ができるとともに、ハードスプリング効果及び磁気的な
ヒステリシスによる影響が比較的小さい曲げ振動に対し
ては安価な自励発振器５０による帰還制御を行うことが
できる。したがって、装置に搭載する回路規模を小さく
することができ、小型軽量化を図ることができるととも
に、装置構成を簡略化して、さらなる低コスト化を実現
することができる。

【０１２４】したがって、この２次元レーザレーダ装置
は、これらの相乗効果により、より安定して高精度にレ
ーザ光を走査することが可能となるだけでなく、装置全
体の低コスト化を一層進めるとともに、信頼性を著しく
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の２次元レーザレーダ装置の全
体構成を概略的に示すブロック図である。

【図２】前記２次元レーザレーダ装置が備えるスキャナ
部を模式的に示す平面図である。

【図３】前記２次元レーザレーダ装置が備えるスキャナ
部を示す図であり、（ａ）はミラー部が形成された側か
らみた平面図であり、（ｂ）は側面図である。

【図４】前記２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御
回路を示す回路構成図である。

【図５】前記２次元レーザレーダ装置が備える駆動制御
回路における処理の一例を示すフローチャートである。

【図６】前記駆動制御回路により制御されるミラー部の
振動振幅と経過時間との関係を示す模式図である。

【図７】第２の実施形態の２次元レーザレーダ装置が備
える駆動制御回路における処理の一例を示すフローチャ
ートである。

【図８】第３の実施形態の２次元レーザレーダ装置が備
える駆動制御回路を示す回路構成図である。

【図９】第３の実施形態の２次元レーザレーダ装置が備
える駆動制御回路における処理の一例を示すフローチャ
ートである。

【図１０】第３の実施形態の２次元レーザレーダ装置が
備える駆動制御回路における処理の他の例を示すフロー
チャートである。

【図１１】第４の実施形態の２次元レーザレーダ装置が
備える駆動制御回路を示す回路構成図である。

【図１２】第４の実施形態の２次元レーザレーダ装置が
備える駆動制御回路における処理の一例を示すフローチ
ャートである。

【図１３】第４の実施形態の２次元レーザレーダ装置が
備える駆動制御回路により制御されるミラー部の振動振
幅と経過時間との関係を示す模式図である。

【図１４】第５の実施形態の２次元レーザレーダ装置が
備える駆動制御回路を示す回路構成図である。

【図１５】第５の実施形態の２次元レーザレーダ装置が
備える駆動制御回路における処理の一例を示すフローチ
ャートである。

【図１６】従来の光スキャナ装置において問題となる、
反射ミラーに生じるハードスプリング効果を説明する図
であり、反射ミラーの振動周波数と振動振幅との関係を
示す模式図である。

【図１７】従来の光スキャナ装置において問題となる、
反射ミラーを駆動するための磁歪膜に生じるヒステリシ
スを説明する図であり、反射ミラーの振動周波数と振動
振幅との関係を示す模式図である。

【符号の説明】

１０ レーザダイオード １１ レーザダイオード駆動回路 １２ 制御回路 １３ フォトディテクタ １４ 受光回路 １５ スキャナ部 １６ 反射ミラー ２０ ミラー部 ２１ ピエゾ抵抗素子 ２２ 磁界印加手段 ２３ 駆動制御回路 ３０ スリット部 ３１ フレーム部 ３２ 片持ち梁部 ３３ 電極部 ３４ 外フレーム部 ４１ シグナルコンディショナ ４２ 周波数検出器 ４３ ＣＰＵ ４４ メモリ部 ４５ 発振器 ４６ 断続器 ４７ 出力アンプ ４８ 加算器 ５０ 自励発振回路 ６０ パルスジェネレータ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から照射された光を弾性変形部材を
   介して片持ち梁状に支持されたミラー部により反射して
   対象物に照射するとともに、前記ミラー部を振動させる
   ことによって前記対象物に照射する光を走査する光スキ
   ャナ装置において、 前記弾性変形部材を変形させて前記ミラー部を振動させ
   る駆動手段と、 前記駆動手段を断続的に動作させる駆動制御手段と、 前記弾性変形部材の変形量を検出する変形量検出手段
   と、 前記変形量検出手段から出力される信号を処理して、前
   記ミラー部の振動周波数を検出する周波数検出手段と、 前記駆動制御手段により前記駆動手段の動作が停止され
   たときに前記周波数検出手段により検出される振動周波
   数に基づいて前記駆動手段の動作周波数を調整すること
   により、前記ミラー部の共振周波数を所定の値に同調さ
   せる周波数同調手段とを備えることを特徴とする光スキ
   ャナ装置。
2. 【請求項２】 前記周波数同調手段は、前記駆動制御手
   段により前記駆動手段の動作が停止されたときに前記周
   波数検出手段によって検出される振動周波数の値から所
   定の値を減算し、減算された周波数の値に基づいて前記
   駆動手段の動作周波数を調整することを特徴とする請求
   項１に記載の光スキャナ装置。
3. 【請求項３】 少なくとも電源投入時において、前記駆
   動手段に対してパルス電圧を印加するパルス電圧印加手
   段を更に備え、 前記周波数同調手段は、前記駆動手段にパルス電圧が印
   加されてから所定時間経過後の時点で前記周波数検出手
   段により検出される振動周波数に基づいて前記駆動手段
   の動作周波数を調整することを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の光スキャナ装置。
4. 【請求項４】 前記駆動手段は、前記弾性変形部材を捩
   り方向に変形させる第１の駆動部と、前記弾性変形部材
   を曲げ方向に変形させる第２の駆動部とを備え、 前記変形量検出手段は、前記弾性変形部材の捩り変形量
   を検出する捩り変形量検出部と、前記弾性変形部材の曲
   げ変形量を検出する曲げ変形量検出部とを備え、 前記周波数検出手段は、前記捩り変形量検出部から出力
   される信号を処理して捩り振動周波数を検出する捩り周
   波数検出部と、前記曲げ変形量検出部から出力される信
   号を処理して曲げ振動周波数を検出する曲げ周波数検出
   部とを備え、 前記駆動手段が前記弾性変形部材を捩り方向と曲げ方向
   とにそれぞれ変形させることにより、光源からの光を前
   記対象物に対して２次元走査することを特徴とする請求
   項１に記載の光スキャナ装置。
5. 【請求項５】 前記周波数同調手段は、前記駆動制御手
   段により前記駆動手段の動作が停止されたときに前記捩
   り周波数検出部により検出される捩り振動周波数に基づ
   いて前記第１の駆動部の動作周波数を調整することによ
   り、前記ミラー部の捩り共振周波数を所定の値に同調さ
   せるとともに、 前記駆動制御手段は、前記周波数同調手段からの出力に
   基づいて前記第１の駆動部の動作を制御するとともに、
   自励発振回路により生成される信号に基づいて前記第２
   の駆動部の動作を制御することを特徴とする請求項４に
   記載の光スキャナ装置。
6. 【請求項６】 前記周波数同調手段は、前記駆動制御手
   段により前記駆動手段の動作が停止されたときに前記捩
   り周波数検出部によって検出される捩り振動周波数の値
   から所定の値を減算し、減算された周波数の値に基づい
   て前記第１の駆動部の動作周波数を調整することによ
   り、前記ミラー部の捩り共振周波数を所定の値に同調さ
   せることを特徴とする請求項４又は５に記載の光スキャ
   ナ装置。
7. 【請求項７】 少なくとも電源投入時において、前記第
   １の駆動部に対してパルス電圧を印加するパルス電圧印
   加手段を更に備え、 前記周波数同調手段は、前記第１の駆動部にパルス電圧
   が印加されてから所定時間経過後の時点で前記捩り周波
   数検出部により検出される捩り振動周波数に基づいて前
   記第１の駆動部の動作周波数を調整することを特徴とす
   る請求項４乃至６の何れかに記載の光スキャナ装置。
8. 【請求項８】 光源から照射された光を弾性変形部材を
   介して片持ち梁状に支持されたミラー部により反射して
   対象物に照射するとともに、前記ミラー部を振動させる
   ことによって前記対象物に照射する光を走査する光スキ
   ャナ装置の駆動方法において、 前記弾性変形部材を断続的に変形駆動させて前記ミラー
   部を振動させるミラー部断続駆動ステップと、 前記弾性変形部材の変形量に基づいて前記ミラー部の振
   動周波数を検出する振動周波数検出ステップと、 前記ミラー部の駆動を停止したときに検出される振動周
   波数に基づいて前記ミラー部の動作周波数を調整するこ
   とにより、前記ミラー部の共振周波数を所定の値に同調
   させる周波数同調ステップとを有することを特徴とする
   光スキャナ装置の駆動方法。
9. 【請求項９】 前記周波数同調ステップにおいて、前記
   ミラー部の駆動を停止したときに検出される振動周波数
   の値から所定の値を減算し、減算された周波数の値に基
   づいて前記ミラー部の動作周波数を調整することを特徴
   とする請求項８記載の光スキャナ装置の駆動方法。
10. 【請求項１０】 少なくとも電源投入時において、前記
    ミラー部をパルス駆動し、前記ミラー部がパルス駆動さ
    れてから所定時間経過後の時点で検出される振動周波数
    に基づいて前記ミラー部の動作周波数を調整するパルス
    駆動ステップを更に備えることを特徴とする請求項８又
    は９に記載の光スキャナの駆動方法。
11. 【請求項１１】 前記ミラー部断続駆動ステップにおい
    て、前記弾性変形部材を捩り方向と曲げ方向とにそれぞ
    れ変形させて、光源からの光を前記対象物に対して２次
    元走査するとともに、 前記振動周波数検出ステップにおいて、前記弾性変形部
    材の捩り変形量と曲げ変形量とに基づいて、捩り振動周
    波数と曲げ振動周波数とをそれぞれ検出することを特徴
    とする請求項８に記載の光スキャナ装置の駆動方法。
12. 【請求項１２】 前記周波数同調ステップにおいて、前
    記ミラー部の駆動を停止したときに前記振動周波数検出
    ステップにおいて検出した捩り振動周波数に基づいて、
    前記ミラー部の捩り方向の動作周波数を調整することに
    より、前記ミラー部の捩り共振周波数を所定の値に同調
    させるとともに、自励発振回路により生成される信号に
    基づいて、前記ミラー部の曲げ方向の動作周波数を制御
    することを特徴とする請求項１１記載の光スキャナの駆
    動方法。
13. 【請求項１３】 前記周波数同調ステップにおいて、前
    記ミラー部の駆動を停止したときに前記振動周波数検出
    ステップにおいて検出した捩り振動周波数から所定の値
    を減算し、減算された周波数の値に基づいて前記ミラー
    部の捩り共振周波数を所定の値に同調させることを特徴
    とする請求項１１又は１２に記載の光スキャナ装置の駆
    動方法。
14. 【請求項１４】 少なくとも電源投入時において、前記
    ミラー部を捩り方向にパルス駆動し、前記ミラー部がパ
    ルス駆動されてから所定時間経過後の時点で検出される
    捩り振動周波数に基づいて前記ミラー部の捩り方向の動
    作周波数を調整するパルス駆動ステップを更に備えるこ
    とを特徴とする請求項１１乃至１３の何れかに記載の光
    スキャナの駆動方法。