JP2007240685A - 車載用光ビーム走査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光源装置から出射された光ビームを高い位置精度をもって走査機構に入射させることが可能な車載用光ビーム走査装置を提供すること。
【解決手段】車載用の光ビーム走査装置1には、外歯歯車71を回転させることによりベース11上で集光レンズの光軸方向の位置を調整する第1の位置調整機構7と、ネジ80を回転させることによりベース11を揺動させてベース11上に構成された光源装置の位置を調整する第2の位置調整機構8とが構成されている。また、第1の位置調整機構7での調整を終えた後は、外歯歯車71を本体フレーム4に溶着し、第2の位置調整機構8での調整を終えた後は、ベース11を本体フレーム4に溶着する。
【選択図】図6
【解決手段】車載用の光ビーム走査装置1には、外歯歯車71を回転させることによりベース11上で集光レンズの光軸方向の位置を調整する第1の位置調整機構7と、ネジ80を回転させることによりベース11を揺動させてベース11上に構成された光源装置の位置を調整する第2の位置調整機構8とが構成されている。また、第1の位置調整機構7での調整を終えた後は、外歯歯車71を本体フレーム4に溶着し、第2の位置調整機構8での調整を終えた後は、ベース11を本体フレーム4に溶着する。
【選択図】図6
Description
本発明は、光ビームを所定の方向に走査して前走車両の存在や前走車両との距離の検出などに用いられる車載用光ビーム走査装置に関するものである。
近年、光ビーム走査装置は、車間距離測定装置や障害物の有無を監視する監視装置などとしての車両に搭載されている。このような車載用光ビーム走査装置は、光源および集光レンズを備えた光源装置と、この光源装置から出射された光ビームの反射方向を変えて当該光ビームを所定の角度範囲にわたって走査させる走査機構とが搭載されており、光ビームが前走車両などで反射した戻り光を光検出器で受光することにより、前走車両の存在や前走車両との距離を検出している(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−326499号公報
このような車載用光走査装置は、事故の発生を未然に防止するなど、安全性に深く関与するため、高い信頼性が要求される。しかしながら、車載用光ビーム走査装置では、各種部材の搭載位置などのばらつきによって、光源装置から出射された光ビームが走査機構に所定の条件で入射しないことがあり、このような状態での使用は危険である。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光源装置から出射された光ビームを高い位置精度をもって走査機構に入射させることが可能な車載用光ビーム走査装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明では、光源および集光レンズを備えた光源装置と、該光源装置から出射された光ビームの透過方向あるいは反射方向を変えて当該光ビームを所定の角度範囲にわたって走査させる走査機構と、該走査機構および前記光源装置が搭載された本体フレームとを有する車載用光ビーム走査装置において、前記集光レンズの光軸方向の位置を調整する第1の位置調整機構と、前記光軸方向と直交する方向における前記光源装置の位置を調整する第2の位置調整機構とを有することを特徴とする。
本発明を適用した車載用光ビーム走査装置には、集光レンズの光軸方向の位置を調整する第1の位置調整機構と、光軸方向と直交する方向における光源装置の位置を調整する第2の位置調整機構とが構成されているため、製造工程で走査機構への光ビームの入射条件がばらついた場合でも、それを補正することができる。それ故、車載用として用いるのに十分な信頼性を確保することができる。
本発明において、前記第1の位置調整機構は、例えば、回転可能な回転部材と、該回転部材の回転を前記集光レンズが光軸方向に変位する動きに変換する変換機構とを備えている構成を採用することができる。回転部材を利用した場合には、検査段階でその一部でも露出していればそこを介して容易に回転させることができるので、製造工程の終盤での調整に適している。
本発明において、前記集光レンズは、当該集光レンズと一体に変位するホルダに保持され、前記回転部材は、前記集光レンズの光軸周りに回転可能な状態で前記ホルダに接しており、前記回転部材において前記ホルダに接する面は、光軸周りに沿って光軸方向の一方側に傾いていくテーパ面からなる駆動カム面を備え、前記ホルダにおいて前記駆動カム面と接する面には、光軸周りに沿って光軸方向の一方側に傾いていくテーパ面からなる従動カム面を備え、前記変換機構は、前記駆動カム面と、前記従動カム面と、前記駆動カム面と前記従動カム面とが接する方向に付勢する付勢部材と、前記ホルダの光軸周りの回転を阻止するストッパとを備えていることが好ましい。このように構成すると、回転部材とホルダが面接触しているので、調整後、安定した状態にある。
本発明において、前記回転部材は、その内側に前記光源が配置される穴を備えていることが好ましい。このように構成すると、回転部材が占有するスペースを有効に利用して光源を配置できるので、小型化でき、車載用に適している。
本発明において、前記回転部材は、前記集光レンズの光軸方向の位置を調整した後、前記本体フレームに対する直接、あるいは他の部材を介しての溶着あるいは螺着により回転が阻止されていることが好ましい。このような固定構造によれば、接着固定と比較して格段に耐振動性が高いので、車載用光ビーム走査装置の信頼性を向上することができる。
本発明において、前記光源装置は、前記光源、前記集光レンズおよび前記第1の位置調整機構が搭載されたベースを備え、前記第2の位置調整機構は、前記本体フレームに対する所定位置を中心に前記光軸方向と直交する面で前記ベースを揺動可能に支持する回転支持部と、前記ベースにおいて前記ベースの揺動方向と交差する方向に長軸方向を向けた長穴と、前記長穴で回転可能な偏心軸部とを備えていることが好ましい。このように構成すると、外部からの調整作業を容易に行うことができる。
本発明において、前記ベースは、前記光源装置の前記光軸方向と直交する方向での位置を調整した後、前記本体フレームに対する直接、あるいは他の部材を介しての溶着あるいは螺着により揺動が阻止されていることが好ましい。このような固定構造によれば、接着固定と比較して格段に耐振動性が高いので、車載用光ビーム走査装置の信頼性を向上することができる。
本発明を適用した車載用光ビーム走査装置には、集光レンズの光軸方向の位置を調整する第1の位置調整機構と、光軸方向と直交する方向における光源装置の位置を調整する第2の位置調整機構とが構成されているため、製造工程で走査機構への光ビームの入射条件がばらついた場合でも、それを補正することができる。それ故、車載用として用いるのに十分な信頼性を確保することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いた図面においては、説明の便宜上、光偏向領域の数などを減らして図示している。
(全体構成)
図1および図2は、本発明を適用した光ビーム走査装置を斜め後方からみたときの斜視図および側面図である。
図1および図2は、本発明を適用した光ビーム走査装置を斜め後方からみたときの斜視図および側面図である。
図1および図2に示す光ビーム走査装置1は、車間距離測定装置や監視装置などにおいて光ビームを所定の方向に走査させる車載用の光ビーム走査装置であり、共通の本体フレーム4の上に、光源装置10と、この光源装置10から出射された光ビームLを走査方向L11において所定の角度範囲にわたって走査させる走査機構2とを有している。また、光ビーム走査装置1は、光ビームLの出射側に、本体フレーム4から起立する縦フレーム51、52を備えており、この縦フレーム51、52には、発散角調整レンズ用ホルダ61が上下方向に移動可能に支持されている。この発散角調整レンズ用ホルダ61には、発散角調整レンズ60が押さえバネ64により固定されている。さらに、本形態の光ビーム走査装置1は、発散角調整レンズ用ホルダ61(発散角調整レンズ60)の上下方向の位置を変化させることにより、光ビームLの走査位置を走査方向L11と直交する方向L12で変化させる調整機構3とを備えている。
(走査機構2の構成)
図3および図4は各々、本発明を適用した光ビーム走査装置の走査機構の要部の概略構成を模式的に示す概略側面図、および光ビーム走査装置の走査動作の原理を示す説明図である。
図3および図4は各々、本発明を適用した光ビーム走査装置の走査機構の要部の概略構成を模式的に示す概略側面図、および光ビーム走査装置の走査動作の原理を示す説明図である。
図3および図4において、走査機構2は、光偏向素子としての透過型光偏向ディスク30と、この透過型光偏向ディスク30を軸線周りに回転させる同期モータ40と、透過型光偏向ディスク30から出射された光ビームLを約90°の方向に反射する全反射ミラー50と、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ、トロイダルレンズなどからなる発散角調整レンズ60とを備えており、発散角調整レンズ60は走査方向と直交する方向にパワーを備えている。透過型光偏向ディスク30は、中心に中心孔31が形成されており、この中心孔31が同期モータ40の回転出力部に保持されている。従って、透過型光偏向ディスク30は、同期モータ40の軸(透過型光偏向ディスク30の中心)を中心に回転駆動されるように構成されている。
走査機構2では、透過型光偏向ディスク30を回転させた状態で、光源装置10から透過型光偏向ディスク30のディスク面に対して直交する方向に向けて出射された光ビームLを透過型光偏向ディスク30に入射させ、透過型光偏向ディスク30で光ビームLを屈折させることで、光ビームLを所定の方向に走査するように構成されている。すなわち、透過型光偏向ディスク30は、周方向における光ビームLの入射位置により、光ビームLが透過して出射する方向が変化するように構成されており、同期モータ40は、透過型光偏向ディスク30を回転駆動して光源装置10から出射された光ビームLの透過型偏向ディスク30への入射位置を変化させる。ここで、同期モータ40としてはステッピングモータが用いられている。なお、同期モータ40としては、ステッピングモータなどの外部同期型のモータに限らず、ブラシレスモータ、直流整流子モータなどの内部同期型のモータを用いてもよい。さらに、同期モータ40としては、AC電源を用いた同期モータや、ACインダクタンス/コンデンサモータなどを用いてもよい。
(屈折型光偏向素子の構成)
図5(a)、(b)、(c)、(d)はそれぞれ、図3および図4に示す光ビーム走査装置で用いられた透過型光偏向ディスクの平面図、x−x断面の断面図、y−y断面の断面図、およびz−z断面の断面図である。
図5(a)、(b)、(c)、(d)はそれぞれ、図3および図4に示す光ビーム走査装置で用いられた透過型光偏向ディスクの平面図、x−x断面の断面図、y−y断面の断面図、およびz−z断面の断面図である。
図3、図4および図5(a)、(b)、(c)、(d)に示すように、透過型光偏向ディスク30は、中心に中心孔31を備える扁平な円盤状に形成されており、本形態では、透明な樹脂で形成されている。また、透過型光偏向ディスク30は、中心孔31を中心として円周方向に分割された複数の放射状の光偏向領域32a、32b、・・・(以下、光偏向領域32とする)を備えている。本形態において、光偏向領域32は、中心孔31を中心として、略等角度間隔で円周方向に分割された領域である。
光偏向領域32の数は、走査点数によって決まるが、例えば、光偏向領域32の数を201個とし、光ビームLの走査範囲を±10°とした場合には、光ビームLの走査の分解能は0.1°となる。また、例えば、光ビームLが透過する位置における透過型光偏向ディスク30の径を40mmとすると、1つの光偏向領域32の光ビームの透過位置での円周方向幅は、0.63mmになる。
光偏向領域32のそれぞれには、入射された光ビームLを屈折させる傾斜面33a、33b、・・・(以下、傾斜面33とする)が径方向に傾斜するように形成されている。本形態では、傾斜面33は、透過型光偏向ディスク30の出射側の面(上面)にのみ全周にわたって形成され、入射側の面は、同期モータ40の軸に直交する平面状に形成されている。
傾斜面33は、光偏向領域32のそれぞれに、一定角度を持って形成されている。例えば、図5(b)、(c)、(d)に示すように、傾斜面33は半径方向に傾斜しており、各光偏向領域32の径方向の断面は楔形状に形成されている。
また、本形態では、傾斜面33の傾斜角度をθw、透過型光偏向ディスク30から出射される光ビームの走査角度をθs(図3参照)、透過型光偏向ディスク30の屈折率をnとしたとき、
sin(θw+θs)=n・sinθw
の関係を満足するように、傾斜面33が形成されている。ここで、nは透過型光偏向ディスク30を構成する材料の屈折角であり、例えば、n=1.51862とすると、走査角度θsを10°とする場合には、傾斜角度θwを18.02°とすればよい。
sin(θw+θs)=n・sinθw
の関係を満足するように、傾斜面33が形成されている。ここで、nは透過型光偏向ディスク30を構成する材料の屈折角であり、例えば、n=1.51862とすると、走査角度θsを10°とする場合には、傾斜角度θwを18.02°とすればよい。
さらに、本形態では、隣接する光偏向領域32の傾斜面33の傾斜角度θwは、次第に増加または減少するようになっている。例えば、図5(b)、(c)、(d)に示すように、隣接する光偏向領域32a、32b、32cのそれぞれの傾斜面33a、33b、33cの傾斜角度θwa、θwb、θwcが次第に増加するようになっている。また、光偏向領域32の傾斜面33は、内周側から外周側に向けて下がっている面と、外周側から内周側に向けて下がっている面とが含まれており、ディスク面と平行な面も含まれていている。すなわち、θwの符号が+の面とθwの符号が−の面とが含まれており、θwが0°の面も含まれている。
このような透過型光偏向ディスク30は、透明な樹脂を直接、切削などの超精密加工で製造しても良いし、製造コストを考慮して、金型を用いて製造しても良い。ここで、傾斜面33が、透過型光偏向ディスク30の出射側の面にのみ形成されており、入射側の面は平面状に形成されている。そのため、金型を用いて透過型光偏向ディスク30を製造する場合には、金型の駒加工が1面のみで良いため、金型の製作が容易になる。なお、透過型光偏向ディスク30には、薄膜あるいは微細構造などによって反射防止処理を施しておけば、光源装置10の出力のばらつきの原因となる戻り光を少なくすることができる。また、透過率が向上するため、光源装置10からの光量のロスを低減させることができる。
(光源装置10の構成)
図3および図4に示すように、光源装置10は、光源としてのレーザダイオード13と、絞り15と、集光レンズ16とを備えており、集光レンズ16と透過型光偏向ディスク30の配置関係は、第1の方向L1および第2の方向L2のうち、第2の方向L2において透過型光偏向ディスク30のディスク面あるいはその近傍で合焦する収束光となるように設定され、第1の方向L1では、透過型光偏向ディスク30のディスク面から離れた位置で合焦する収束光あるいは発散光の状態で透過型光偏向ディスク30のディスク面に到達するように設定されている。従って、光源装置10から出射された光ビームLは、透過型光偏向ディスク30のディスク面に半径方向に延びた縦長のスポットを形成し、幅の狭い第2の方向L2については、透過型光偏向ディスク30の周方向に設定されている。
図3および図4に示すように、光源装置10は、光源としてのレーザダイオード13と、絞り15と、集光レンズ16とを備えており、集光レンズ16と透過型光偏向ディスク30の配置関係は、第1の方向L1および第2の方向L2のうち、第2の方向L2において透過型光偏向ディスク30のディスク面あるいはその近傍で合焦する収束光となるように設定され、第1の方向L1では、透過型光偏向ディスク30のディスク面から離れた位置で合焦する収束光あるいは発散光の状態で透過型光偏向ディスク30のディスク面に到達するように設定されている。従って、光源装置10から出射された光ビームLは、透過型光偏向ディスク30のディスク面に半径方向に延びた縦長のスポットを形成し、幅の狭い第2の方向L2については、透過型光偏向ディスク30の周方向に設定されている。
(走査動作)
本形態の光ビーム走査装置1においては、図4に示すように、同期モータ40によって、透過型光偏向ディスク30が所定の回転数で等速回転する。この状態で、光源装置10からレーザ光が出射され、この光ビームLは、透過型光偏向ディスク30の入射側の面に対して略直交するように入射する。より具体的には、1つの光偏向領域32の周方向幅の中心位置に向かって入射する。
本形態の光ビーム走査装置1においては、図4に示すように、同期モータ40によって、透過型光偏向ディスク30が所定の回転数で等速回転する。この状態で、光源装置10からレーザ光が出射され、この光ビームLは、透過型光偏向ディスク30の入射側の面に対して略直交するように入射する。より具体的には、1つの光偏向領域32の周方向幅の中心位置に向かって入射する。
透過型光偏向ディスク30の光偏向領域32に入射した光ビームLは、透過型光偏向ディスク30を透過する際に、傾斜面33で屈折されて出射される。例えば、図3に示すように、ある光偏向領域32で走査角度θs1の方向に屈折されて出射される。ここで、上述のように、隣接する光偏向領域32の傾斜面33の傾斜角度θwは、次第に増加または減少するようになっているため、隣接する光偏向領域32では、例えば、走査角度θs1と0.1°の角度差がある走査角度θs2の方向に屈折されて出射される。従って、透過型光偏向ディスク30の回転にともなって、例えば、0.1°間隔で、光ビームLが順次出射される。
このようにして透過型光偏向ディスク30から出射された光ビームLは、全反射ミラー50で反射した後、走査方向L11の所定の角度範囲にわたって走査される。その際、光ビームLは、発散角調整レンズ60によって走査方向と直交する方向L12における発散角が調整される。
(第1および第2の位置調整機構の構成)
図6(a)、(b)はそれぞれ、本発明を適用した光ビーム走査装置を底面側からみたときの説明図、および底板を外した状態の説明図である。図7は、本発明を適用した光ビーム走査装置の第1の位置調整機構の説明図である。図8は、本発明を適用した光ビーム走査装置の第2の位置調整機構の説明図である。本形態の光走査装置1には、集光レンズ16の光軸方向L0の位置、および集光レンズ16の光軸方向L0と直交する方向における光源装置10の位置を調整することを目的に、図6〜図8を参照して説明する以下の構成が採用されている。
図6(a)、(b)はそれぞれ、本発明を適用した光ビーム走査装置を底面側からみたときの説明図、および底板を外した状態の説明図である。図7は、本発明を適用した光ビーム走査装置の第1の位置調整機構の説明図である。図8は、本発明を適用した光ビーム走査装置の第2の位置調整機構の説明図である。本形態の光走査装置1には、集光レンズ16の光軸方向L0の位置、および集光レンズ16の光軸方向L0と直交する方向における光源装置10の位置を調整することを目的に、図6〜図8を参照して説明する以下の構成が採用されている。
まず、図6(a)、(b)に示すように、光走査装置1の底面側には、本体フレーム4の下面に、光源装置10の板状のベース11が重ねられ、このベース11の下面には底板9が重ねられている。ここで、底板9およびベース11の端縁には、互いに重なる位置に切り欠き91、92、111、112が形成されており、この切り欠き91、92、111、112からは、後述する外歯歯車121が部分的に露出している。
また、光源装置10では、図7に示すように、レーザダイオード13、図4に示す絞り15を保持するホルダ17、および集光レンズ16が光軸に沿ってこの順に配置されている。ここで、集光レンズ16は、円盤状の成形体の中央部分にシリンドリカルレンズ部分が形成された構造になっており、外周縁に形成された切り欠き167にホルダ17の突起171が嵌っている。このため、集光レンズ16は、ホルダ17に対しては一体に回転可能な状態で保持されている。
このような構成の光源装置10は、本体フレーム4に対して筒状に形成された光源装置収納部40(図1および図2参照)の内側に配置される。ここで、光源装置収納部40は、上端部にレーザ光を出射可能な窓が形成されている。
このような構成の光源装置10に対して、本形態では、まず、集光レンズ16の光軸方向L0の位置を調整する第1の位置調整機構7が構成されており、この第1の位置調整機構7は、光軸周りに回転可能に配置された回転部材12を備えている。本形態において、回転部材12は、その下端側に位置する大径の外歯歯車121と、この外歯歯車121の上端面からレーザダイオード13の上方まで屈曲しながら延びた延設部127と、この延設部から上方に延びた円筒部128とを備えており、この円筒部128の上端部は、ホルダ17の下端面に接している。ここで、円筒部128の上端面は、光軸周りに沿って光軸方向L0の一方側に傾いていくテーパ面からなる駆動カム面129を備えている一方、ホルダ17において回転部材12の駆動カム面129と接する下面には、周方向に沿って光軸方向L0の一方側に傾いていくテーパ面からなる従動カム面179を備えている。
外歯歯車121は、その中央に穴123が形成されており、この穴123内にレーザダイオード13が配置されている。また、外歯歯車121では、穴123の周りに所定の角度範囲にわたって円弧状の溝122が形成されている一方、ベース11には、溝122に嵌る円弧状のリブ118が形成されている。このため、回転部材12は、外歯歯車121の溝122およびベース11のリブ118に案内されて光軸周りに回転可能である。
また、光源装置10を光源装置収納部40の内側に配置する際、集光レンズ16と光源装置収納部40の上端部の間にはコイルバネ18(付勢部材)が配置され、光源装置10を光源装置収納部40の内側に配置した状態で、コイルバネ18は、圧縮される。従って、コイルバネ18は、駆動カム面129と従動カム面179とが接する方向の付勢力を発揮する。また、光源装置収納部40の内周側面では、集光レンズ16の外周縁に形成された2つの切り欠き166に嵌るストッパ(図示せず)が光軸方向L0に延びており、このストッパは、ホルダ17(集光レンズ16)の光軸周りの回転を阻止するとともに、ホルダ17(集光レンズ16)を光軸方向にガイドする機能を担っている。なお、回転部材12において延設部分127には、U字形状に折り曲げられた板バネ19が保持されており、この板バネ19は、先端部がホルダ17および集光レンズ16の側面に弾性をもって当接し、ホルダ17および集光レンズの角度位置を固定する。
このように構成した第1の位置調整機構7において、駆動カム面129、従動カム面179、コイルバネ18、および板バネ19は、回転部材12の回転を集光レンズ16が光軸方向L0に変位する動きに変換する変換機構70として機能する。すなわち、光走査装置1の組み立て工程の終盤において、集光レンズ16の光軸方向L0の位置を調整する際、図6(b)に示す切り欠き111内で、外部から回転部材12の外歯歯車121を回転駆動すると、回転部材12が光軸周りに回転し、駆動カム面129と従動カム面179との相対位置が変化する結果、集光レンズ16が光軸方向L0に変位する。従って、光源装置10から出射されるレーザ光Lをモニターしながら、外歯歯車121の回転方向や回転量を調整すれば、集光レンズ16の光軸方向L0における位置を調整することができる。その際、ストッパは、回転部材12の回転に対してホルダ17(集光レンズ16)が供回りするのを防止し、かつ、コイルバネ18は、駆動カム面129と従動カム面179とが接する状態を維持する。また、板バネ19は、調整したホルダ17(集光レンズ16)の位置を保持する。
このようにして、集光レンズ16の光軸方向L0における位置を調整した後は、図6(b)に示す切り欠き122内で本体フレーム4と回転部材12の外歯歯車121とを溶着すれば、その後、振動などが加わっても、集光レンズ16の光軸方向L0における位置がずれることがない。
また、本形態の光走査装置1では、図6(b)および図8を参照して説明するように、集光レンズ16の光軸方向L0と直交する方向の光源装置10の位置を調整する第2の位置調整機構8が構成されている。本形態では、第2の位置調整機構8を構成するにあたって、ベース11は、矢印Xで示すように、本体フレーム4に対して穴116を中心に光軸方向L0と直交する面内で揺動可能である。すなわち、ベース11の穴116には本体フレーム4から突出した軸部が嵌っており、この軸部を中心にしてベース11は揺動可能である。また、ベース11には、揺動方向と交差する方向に長軸方向を向けた長穴117が形成されている一方、ベース11の下面から本体フレーム4に形成されたネジ穴(図示せず)には、ネジ80が止められている。ここで、ネジ80は、先端側のネジ軸部分とネジ頭部分との間が長穴117で回転可能な偏心軸部86になっている。
従って、光源装置10から出射されるレーザ光Lをモニターしながら、ネジ80を回すと、偏心軸部86が長穴117内で回転し、ベース11が揺動する。その結果、ベース11上に搭載された光源装置10が集光レンズ16の光軸方向L0と直交する方向に変位するので、ネジ80の回転量を調整すれば、集光レンズ16の光軸方向L0と直交する方向における光源装置10の位置を調整することができる。
このようにして、集光レンズ16の光軸方向L0と直交する方向における光源装置10の位置を調整した後、本体フレーム4とベース11とを溶着すれば、その後、振動などが加わっても、集光レンズ16の光軸方向L0と直交する方向における光源装置10の位置がずれることがない。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態の光ビーム走査装置1には、集光レンズ16の光軸方向L0の位置を調整する第1の位置調整機構7と、光軸方向L0と直交する方向における光源装置10の位置を調整する第2の位置調整機構8とが構成されているため、製造工程で走査機構2への光ビームの入射条件がばらついた場合でも、それを補正することができる。それ故、車載用として用いるのに十分な信頼性を確保することができる。
以上説明したように、本形態の光ビーム走査装置1には、集光レンズ16の光軸方向L0の位置を調整する第1の位置調整機構7と、光軸方向L0と直交する方向における光源装置10の位置を調整する第2の位置調整機構8とが構成されているため、製造工程で走査機構2への光ビームの入射条件がばらついた場合でも、それを補正することができる。それ故、車載用として用いるのに十分な信頼性を確保することができる。
また、第1の位置調整機構7では、回転部材12の回転を変換機構70によって集光レンズ16が光軸方向L0に変位する動きに変換する。このため、回転部材12が検査段階でその一部でも露出していればそこを介して容易に回転させることができるので、製造工程の終盤での調整に適している。また、変換機構70を構成するにあたって、回転部材12の駆動カム面129と、ホルダ17の従動カム面179とを利用したので、回転部材12とホルダ17が面接触している。それ故、調整後、集光レンズ16が安定した状態にあるので、車載用であるが故に求められる高い耐振性能に対応することができる。しかも、回転部材12は、集光レンズ16の光軸方向L0の位置を調整した後、本体フレーム4に対する溶着により回転が阻止されているので、接着固定と比較して格段に優れた耐振動性を発揮し、車載用の光ビーム走査装置1としての信頼性を向上することができる。
また、回転部材12の穴122内にレーザダイオード13を配置したので、回転部材12が占有するスペースを有効に利用してレーザダイオード13を配置できる。それ故、光走査装置1の小型化を図ることができ、車載用に適している。
また、光軸方向L0と直交する方向への光源装置10の位置を調整するのにベース11の揺動を利用したため、外部からの調整作業を容易に行うことができる。しかも、ベース11は、光源装置10の光軸方向L0と直交する方向での位置を調整した後、本体フレーム4に対する溶着により揺動が阻止されているため、接着固定と比較して格段に優れた耐振動性を発揮し、車載用の光ビーム走査装置1としての信頼性を向上することができる。
さらに、本形態の光ビーム走査装置1では、同期モータ40を回転させた状態で、光源装置10から出射したレーザ光を透過型光偏向ディスク30に入射させ、透過型光偏向ディスク30で光ビームLを屈折させて、光ビームLを走査方向L11に走査している。すなわち、透過型光偏向ディスク30は、円周方向に分割された複数の放射状の光偏向領域32から構成され、光偏向領域32のそれぞれに、入射された光ビームLを屈折させる傾斜面33が形成されているため、簡易な構成で光走査を行うことのできる透過型光偏向ディスク30を形成することができる。また、屈折角が互いに異なる傾斜面33を円周方向に多数形成することで、透過型光偏向ディスク30を1回転させれば、所定の走査範囲を走査することができる。すなわち、1つの走査角度へ光ビームを出射させるために1つの屈折角度θwを有する傾斜面33を透過型光偏向ディスク30に形成すればよく、回折機能を備えた偏向ディスクのように1つの走査角度へ光ビームを出射させるために複数の格子溝を設ける必要がない。従って、光ビームの走査の分解能を上げていった場合であっても、透過型光偏向ディスク30の径を小さくすることができ、その結果、光ビーム走査装置1の小型化を図ることができる。
また、透過型光偏向ディスク30は扁平な円盤状であるため、光ビーム走査装置1の薄型化を図ることが可能である。しかも、本形態では、透過型光偏向ディスク30は樹脂で形成されているため、透過型光偏向ディスク30生産性に優れ、また、光ビーム走査装置1の軽量化、低コスト化が可能である。さらに、例えば±50℃程度の温度変動があっても、走査角度θsの変動率がわずかであるため、走査性能への影響はほとんどない。
また、透過型光偏向ディスク30において、光偏向領域33に形成されている傾斜面32は、半径方向に向かって傾斜している。しかも、隣接する光偏向領域32の傾斜面33の傾斜角度θwは、次第に増加または減少するようになっている。そのため、簡易な構成で、各走査角度θsに順次、光ビームLを出射することができる。また、透過型光偏向ディスク30が等速回転している場合でも、光源装置10から出射された光ビームLが同一の光偏向領域33に位置している間、透過型光偏向ディスク30から出射される光ビームLは同一方向に出射される。従って、透過型光偏向ディスク30の回転を停止しなくても、同一の方向に所定の期間、光ビームLを出射できる。さらに、光源装置10から出射された光ビームが隣接する光偏向領域33に移ると、透過型光偏向ディスク30から出射される方向が即座に切り換わり、過度期間がほとんどないので、無駄な時間が発生しない。
また、光偏向領域32は、中心孔31を中心として、略等角度間隔で円周方向に分割された領域であるため、同期モータ40の回転数が一定であれば、光源装置10から一定間隔でパルス状の光ビームLを出射するだけでも、各走査角度θsに順次、光ビームLを出射することができる。
さらに、透過型光偏向ディスク30を、ポリゴンミラーほど高速回転させる必要がないので、ステッピングモータなど、安価な同期モータ40を用いることができる。
また、光源装置10では、集光レンズ16が、レーザダイオード13から出射された光ビームLを、光軸方向に直交する第1の方向L1(垂直方向)および第2の方向L2(水平方向)のうち、第2の方向L2では透過型光偏向ディスク30の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導く。従って、光源装置10から出射された光ビームは、透過型光偏向ディスク30の光偏向領域32に対して半径方向に延びるスポットとして照射され、透過型光偏向ディスク30の光偏向領域32の周方向においては光ビームの幅が狭い。従って、小型の透過型光偏向ディスク30であっても多数の光偏向領域32を形成することができるので、透過型光偏向ディスク30の小型化を図ることができる。そのため、透過型光偏向ディスク30を駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、透過型光偏向ディスク30を駆動する同期モータ40などについてもその小型化を図ることができる。それ故、光ビーム走査装置1の大幅な小型化を図ることができる。
また、本形態で用いた透過型光偏向ディスク30では、その屈折作用を利用しており、屈折角は、入射する光ビームの波長の影響をほとんど受けない。そのため、透過型光偏向ディスク30を用いた本形態の光ビーム走査装置1では、安定した強度の光ビームを走査することができる。さらに、透過型光偏向ディスク30は温度変動があっても、温度変動による透過率の変動は、回折効率の変動に比してわずかである。従って、温度変動の影響をあまり受けることなく安定した強度の光ビームを走査することができる。
本形態では、光源装置10から出射された光ビームが透過型光偏向ディスク30を透過するように構成されている。そのため、同期モータ40で回転させた透過型光偏向ディスク30に回転ぶれや面ぶれが生じても屈折角はほとんど変化しない。そのため、光ビームの走査ジッタが良好になる。
さらに、本形態の光ビーム走査装置1において、レーザダイオード13と集光レンズ16の距離、および集光レンズ16と透過型光偏向ディスク30との距離は、あくまで、光源装置10から出射された光ビームLが第2の方向L2において透過型光偏向ディスク30の上面あるいはその近傍で合焦するように設定されている。このため、方向L12では、透過型光偏向ディスク30から出射される光ビームLの発散角を所望の角度に設定できないという制約があるが、本形態では、透過型光偏向ディスク30の後段には、発散角調整レンズ60が配置されており、発散角調整レンズ60は、透過型光偏向ディスク30による走査方向L11に対して直交する方向L12において、透過型光偏向ディスク30から出射された光ビームLの発散角を所望の角度に設定する。それ故、本形態の光ビーム走査装置1によれば、方向L12の発散角が所定条件の光ビームLを走査することができる。
上記形態では、透過型光偏向ディスク30を樹脂で形成したが、透過型光偏向ディスク30をガラスで形成しても良い。この場合には、温度変動の影響をほとんど受けないため、温度特性が安定するとともに、高温環境下でも光ビーム走査装置1の使用が可能となる。また、上記形態では、傾斜面33が透過型光偏向ディスク30の出射面に形成されていたが、入射面、あるいは出射面および射面の両面に傾斜面が形成されても良い。
さらにまた、上述した形態では、光源装置10から出射された光ビームが透過型光偏向ディスク30を透過するように構成されていたが、光源装置10から出射された光ビームが、反射型光偏向ディスクで反射することにより、走査されるように構成しても良い。この場合には、図3および図4を参照して説明した光偏向ディスクの上面あるいは下面を反射面とし、かつ、光偏向ディスクの上面に向けて、光源装置から光ビームを照射すればよい。
[他の実施の形態]
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形可能である。例えば、偏向ディスクに代えて、ポリゴンミラーによって光ビームを走査方向L11に走査する光ビーム走査装置1に本発明を適用してもよい。
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形可能である。例えば、偏向ディスクに代えて、ポリゴンミラーによって光ビームを走査方向L11に走査する光ビーム走査装置1に本発明を適用してもよい。
また、上記形態では、外歯歯車71を直接、本体フレーム4に溶着したが、ベース11に溶着し、間接的に本体フレーム4に固定した構造を採用してもよい。また、上記形態では、ベース11を直接、本体フレーム4に溶着したが、底板9に溶着し、間接的に本体フレーム4に固定した構造を採用してもよい。また、固定方法としては、溶着の他、ネジを用いた螺着構造を採用してもよく、この場合も、接着固定よりは優れた耐振性能を得ることができる。
1 車載用の光ビーム走査装置
2 走査機構
4 本体フレーム
7 第1の位置調整機構
8 第2の位置調整機構
10 光源装置
11 ベース
12 回転部材
13 レーザダイオード(光源)
16 集光レンズ
17 ホルダ
18 コイルバネ(付勢部材)
30 透過型光偏向ディスク
70 変換機構
86 偏心軸部
121 外歯歯車
129 駆動カム面
179 従動カム面
117 長穴
2 走査機構
4 本体フレーム
7 第1の位置調整機構
8 第2の位置調整機構
10 光源装置
11 ベース
12 回転部材
13 レーザダイオード(光源)
16 集光レンズ
17 ホルダ
18 コイルバネ(付勢部材)
30 透過型光偏向ディスク
70 変換機構
86 偏心軸部
121 外歯歯車
129 駆動カム面
179 従動カム面
117 長穴
Claims (7)
- 光源および集光レンズを備えた光源装置と、該光源装置から出射された光ビームの透過方向あるいは反射方向を変えて当該光ビームを所定の角度範囲にわたって走査させる走査機構と、該走査機構および前記光源装置が搭載された本体フレームとを有する車載用光ビーム走査装置において、
前記集光レンズの光軸方向の位置を調整する第1の位置調整機構と、前記光軸方向と直交する方向における前記光源装置の位置を調整する第2の位置調整機構とを有することを特徴とする車載用光ビーム走査装置。 - 請求項1において、前記第1の位置調整機構は、回転可能な回転部材と、該回転部材の回転を前記集光レンズが光軸方向に変位する動きに変換する変換機構とを備えていることを特徴とする車載用光ビーム走査装置。
- 請求項2において、前記集光レンズは、当該集光レンズと一体に変位するホルダに保持され、
前記回転部材は、前記集光レンズの光軸周りに回転可能な状態で前記ホルダに接しており、
前記回転部材において前記ホルダに接する面は、光軸周りに沿って光軸方向の一方側に傾いていくテーパ面からなる駆動カム面を備え、
前記ホルダにおいて前記駆動カム面と接する面には、光軸周りに沿って光軸方向の一方側に傾いていくテーパ面からなる従動カム面を備え、
前記変換機構は、前記駆動カム面と、前記従動カム面と、前記駆動カム面と前記従動カム面とが接する方向に付勢する付勢部材と、前記ホルダの光軸周りの回転を阻止するストッパとを備えていることを特徴とする車載用光ビーム走査装置。 - 請求項3において、前記回転部材は、その内側に前記光源が配置される穴を備えていることを特徴とする車載用光ビーム走査装置。
- 請求項3または4において、前記回転部材は、前記集光レンズの光軸方向の位置を調整した後、前記本体フレームに対する直接、あるいは他の部材を介しての溶着あるいは螺着により回転が阻止されていることを特徴とする車載用光ビーム走査装置。
- 請求項1ないし5のいずれかにおいて、前記光源装置は、前記光源、前記集光レンズおよび前記第1の位置調整機構が搭載されたベースを備え、
前記第2の位置調整機構は、前記本体フレームに対する所定位置を中心に前記光軸方向と直交する面で前記ベースを揺動可能に支持する回転支持部と、前記ベースにおいて前記ベースの揺動方向と交差する方向に長軸方向を向けた長穴と、前記長穴で回転可能な偏心軸部とを備えていることを特徴とする車載用光ビーム走査装置。 - 請求項6において、前記ベースは、前記光源装置の前記光軸方向と直交する方向での位置を調整した後、前記本体フレームに対する直接、あるいは他の部材を介しての溶着あるいは螺着により揺動が阻止されていることを特徴とする車載用光ビーム走査装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006060540A JP2007240685A (ja) | 2006-03-07 | 2006-03-07 | 車載用光ビーム走査装置 |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2007240685A true JP2007240685A (ja) | 2007-09-20 |
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ID=38586320
Family Applications (1)
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JP2006060540A Pending JP2007240685A (ja) | 2006-03-07 | 2006-03-07 | 車載用光ビーム走査装置 |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10142547A (ja) * | 1996-11-08 | 1998-05-29 | Sankyo Seiki Mfg Co Ltd | 光走査装置 |
JPH10325872A (ja) * | 1997-05-23 | 1998-12-08 | Mitsubishi Electric Corp | 光レーダ装置 |
-
2006
- 2006-03-07 JP JP2006060540A patent/JP2007240685A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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JPH10325872A (ja) * | 1997-05-23 | 1998-12-08 | Mitsubishi Electric Corp | 光レーダ装置 |
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