JP3882659B2 - 光走査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を反射するミラー部を共振揺動させることによって、対象物に照射させる光を走査する光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光源からの光を２次元方向に走査して対象物に照射させる光走査装置が提案されており、例えば、車両用レーザレーダ等に利用されている。車両用レーザレーダは、光走査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レーザ光を検出して、光走査装置からの出射レーザ光と対象物からの反射レーザ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垂直方向の角度等を検出するものである。
【０００３】
従来の光走査装置としては、例えば特開平７−１７５００５号公報にて開示されるプレーナー型ガルバノミラー等が知られている。この特開平７−１７５００５号公報にて開示されるプレーナー型ガルバノミラーは、半導体基板に可動板とこの可動板を揺動可能に軸支するトーションバーとを一体形成し、可動板上にミラー及び平面コイルを設けて、この平面コイルと固定部に配置した永久磁石との磁界の作用により可動板を揺動させて、ミラーで反射される光を走査するようにしたものである。
【０００４】
このような構造のプレーナー型ガルバノミラーは、半導体製造プロセスでの作製が可能であり、小型化を図る上で非常に有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光走査装置を車両用レーザレーダに用いる場合には、ミラーで反射されて対象物に照射されるレーザ光のパワーを十分確保するために、ミラーのサイズを大きくすることが望まれる。また、車両用レーザレーダでは、検出範囲の広さがミラーの振れ角に依存するので、広範囲での検出を実現するにはミラーの振れ角を大きく設定することが望まれる。
【０００６】
しかしながら、上述したプレーナー型ガルバノミラーでは、可動板上に平面コイルを配置すると共に固定部に永久磁石を配置して、これら平面コイルと永久磁石との電磁力によりミラーが形成された可動板を揺動させるようになっているため、ミラーのサイズを大型化し、この大型のミラーの振れ角、すなわち可動板の振れ角を大きく設定すると、可動板の揺動に伴う平面コイルの揺動方向における変位量が大きくなり、永久磁石に対する平面コイルの位置が大きく変動することになる。
【０００７】
平面コイルと永久磁石との間に作用する電磁力は、平面コイルと永久磁石との間の距離が大きくなると急激に低下するので、以上のような構造のプレーナー型ガルバノミラーで、可動板を大きな振れ角で適切に揺動させるためには、平面コイルに供給する電流の値を大きくする必要が生じ、その結果、平面コイルの大型化や電流アンプの大容量化等が要求されて、コストの増大を招くという問題がある。更に、平面コイルに大電流を供給したときの発熱に対する対策として、放熱機構を設けることが要求されて、更なるコストの増大や、装置自体の大型化等の問題も懸念される。
【０００８】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて創案されたものであって、コストの増大や装置自体の大型化等を招くことなく、ミラーを大きな振れ角で適切に揺動させて、光を広い範囲で走査させることが可能な光走査装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、光源からの光をミラー部で反射させて対象物に照射させると共に、前記ミラー部を揺動させることによって前記対象物に照射させる光を走査する光走査装置において、前記ミラー部を揺動可能に支持する弾性梁と、前記弾性梁の一方の主面部上に形成された磁歪素子と、前記弾性梁の他方の主面部上に、前記弾性梁を介して前記磁歪素子と重なるように形成された磁界発生手段と、前記磁界発生手段に交流電流を供給して前記ミラー部を共振揺動させる電流出力手段とを備えることを特徴とする光走査装置である。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、光源からの光をミラー部で反射させて対象物に照射させると共に、前記ミラー部を揺動させることによって前記対象物に照射させる光を走査する光走査装置において、前記ミラー部を揺動可能に支持する弾性梁と、前記弾性梁の一方の主面部上に形成された磁界発生手段と、前記弾性梁の一方の主面部上に、絶縁膜を介して前記磁界発生手段と重なるように形成された磁歪素子と、前記磁界発生手段に交流電流を供給して前記ミラー部を共振揺動させる電流出力手段とを備えることを特徴とする光走査装置である。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光走査装置において、前記磁界発生手段が、前記弾性梁の捩り軸方向に対して垂直な向きに配置された複数の磁界発生導線と、これら複数の磁界発生導線を並列で前記電流出力手段に接続する導入線とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光走査装置において、前記複数の磁界発生導線の前記導入線を含めた抵抗値が互いに略等しくなるように、前記複数の磁界発生導線の寸法形状がそれぞれ決定されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の光走査装置において、前記複数の磁界発生導線の前記導入線を含めた抵抗値が互いに略等しくなるように、前記複数の磁界発生導線に対応した複数の抵抗値調整手段がそれぞれ設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
以上のような本発明に係る光走査装置では、電流出力手段から磁界発生手段に交流電流が供給されると、磁界発生手段が弾性梁の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発生する。そして、この交番磁界が磁歪素子に印加されることで磁歪素子が駆動され、弾性梁が曲げ方向及び捩り方向に変形する。これにより、弾性梁に支持されたミラー部が２次元方向に揺動し、このミラー部で反射された光が２次元方向に走査されることになる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に係る光走査装置によれば、弾性梁に変形を生じさせる磁歪素子と磁界発生手段とが、弾性梁の一方の主面部上と他方の主面部上とにそれぞれ形成された構造となっており、ミラー部の揺動量の大小に拘わらず、磁歪素子と磁界発生手段とが常に近接した位置になっているので、ミラー部を小電流で適切に揺動させることができ、磁界発生手段の小型化や電流アンプの小容量化等が可能で、装置全体の小型化、コストの低減等を実現できる。
【００１６】
また、請求項２に係る光走査装置によれば、弾性梁に変形を生じさせる磁界発生手段と磁歪素子とが、弾性梁の一方の主面部上にそれぞれ形成された構造となっており、ミラー部の揺動量の大小に拘わらず、磁歪素子と磁界発生手段とが常に近接した位置になっているので、ミラー部を小電流で適切に揺動させることができ、磁界発生手段の小型化や電流アンプの小容量化等が可能で、装置全体の小型化、コストの低減等を実現できる。
【００１７】
また、請求項３に係る光走査装置によれば、磁界発生手段が、弾性梁の捩り軸方向に平行な方向に磁界を発生することになるので、磁歪素子に２次元振動の力を発生させる上で最も効果的であり、その結果、装置全体の小型化やコストの低減を更に効果的に実現できる。
【００１８】
また、請求項４に係る光走査装置によれば、磁界発生手段から磁歪素子に印加される磁界の強さが磁歪素子の各部においてほぼ均一となるので、磁歪素子の起振力を最大限に活用することが可能となり、その結果、装置全体の小型化やコストの低減を更に効果的に実現できる。
【００１９】
また、請求項５に係る光走査装置によれば、磁界発生手段から磁歪素子に印加される磁界の強さが磁歪素子の各部においてほぼ均一となるので、磁歪素子の起振力を最大限に活用することが可能となり、その結果、装置全体の小型化やコストの低減を更に効果的に実現できる。
【００２０】
【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等に用いられる２次元スキャナに適用した例について具体的に説明する。
【００２１】
車両用２次元レーザレーダ装置の一例を図１に示す。この図１に示す車両用２次元レーザレーダ装置１は、レーザダイオード（以下、ＬＤと略称する。）２及びＬＤ駆動回路３を有する照射系と、フォトディテクタ（以下、ＰＤと略称する。）４及び受光回路５を有する受光系と、本発明を適用した２次元スキャナ１０、走査駆動部６、走査位置検出回路７及び反射ミラー８を有する走査系とを備えており、これらの各部が制御回路９による制御のもとで動作するようになっている。
【００２２】
制御回路９は、所定のタイミング毎に、ＬＤ駆動回路３にＬＤ２を発光させる旨の発光司令を出力する。ＬＤ駆動回路３は、この制御回路９からの発光司令を受けて、所定のタイミング毎にＬＤ２を発光させる。これにより、ＬＤ２からレーザ光が出射されることになる。そして、ＬＤ２から出射されたレーザ光が、２次元スキャナ１０及び反射ミラー８により順次反射されて、車両周囲の物体１００に照射されることになる。
【００２３】
２次元スキャナ１０は、走査駆動部６から供給される交流電流に応じて駆動されて、水平方向及び垂直方向の互いに直交する２方向に同時に揺動し、ＬＤ２から出射されたレーザ光を車両周囲の路面に水平な方向と垂直な方向との２次元方向に走査させる。この２次元スキャナ１０によるレーザ光の走査位置は、走査位置検出回路７により検出されるようになっている。２次元スキャナ１０により２次元方向に走査されて車両周囲の物体１００に照射されたレーザ光は、この物体１００によって反射され、この物体１００からの反射レーザ光が、ＰＤ４により受光されることになる。
【００２４】
ＰＤ４は、受光した物体１００からの反射レーザ光を光電変換し、この反射レーザ光の光量に応じた電気信号を受光回路５に出力する。受光回路５は、ＰＤ４からの信号強度を所定の基準値と比較して、その比較結果を制御回路９に出力する。
【００２５】
制御回路９は、車両用２次元レーザレーダ装置１を構成する各部の動作を制御すると共に、これら各部からの出力に基づき、車両周囲の物体１００に関する各種情報を生成する。具体的には、制御回路９は、例えば、ＬＤ２によるレーザ光の発光からＰＤ４による反射レーザ光の受光までの時間、すなわち、ＬＤ２から出射され車両周囲の物体１００により反射されてＰＤ４に受光されるまでのレーザ光の伝播遅延時間に基づいて、車両周囲の物体１００までの距離を算出すると共に、この物体１００までの距離を時間的に連続して算出してその結果を比較することで、この物体１００の車両に対する相対速度を算出する。また、制御回路９は、走査位置検出回路７により検出されたレーザ光の走査位置に基づいて、物体１００が存在する方向を検出する。
【００２６】
ここで、以上のように構成される車両用２次元レーザレーダ装置１に用いられる本発明を適用した２次元スキャナ１０について、更に詳しく説明する。
【００２７】
２次元スキャナ１０は、図２及び図３に示すように、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で形成され、コ字状のスリット部１１によって分断されたミラー部１２及びフレーム部１３と、フレーム部１３に対してミラー部１２を揺動自在に支持する弾性梁１４とを備えている。なお、図２は２次元スキャナ１０を上方から見た平面図、図３は図２におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【００２８】
ミラー部１２は、一端部が弾性梁１４を介してフレーム部１３に連結されており、フレーム部１３に対して片持ち梁状に支持されている。そして、このミラー部１２には、例えばシリコンウエハの主面に対してアルミ蒸着等により高反射コーティングが施されることで反射面が形成されており、ＬＤ２から出射されたレーザ光を十分な反射率で反射ミラー８側へと反射するようになっている。
【００２９】
また、弾性梁１４は、曲げ方向と捩り方向とに弾性変形自在とされている。そして、この弾性梁１４が曲げ方向及び捩り方向に変形することにより、弾性梁１４に支持されたミラー部１２が２次元方向に揺動し、このミラー部１２で反射されたレーザ光が２次元方向に走査されるようになっている。
【００３０】
弾性梁１４の裏面、すなわち、ミラー部１２の反射面と反対側の面には、高磁歪率を有する磁歪素子１５が薄膜状に形成されている。この磁歪素子１５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。
【００３１】
また、弾性梁１４の表面、すなわち、磁歪素子１５が形成された面と反対側の面には、走査駆動部６から供給される交流電流に応じて交番磁界を発生する磁界発生手段１６が薄膜状に形成されている。この磁界発生手段１６は、弾性梁１４の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発生する。そして、この磁界発生手段１６により発生した交番磁界が磁歪素子１５に印加されることによって、弾性梁１４が図２中矢印Ｂで示す曲げ方向、及び図２中矢印Ｃで示す捩り方向（矢印Ａが捩り軸方向）に変形し、これに伴って、ミラー部１２が弾性梁１４を基点として２次元方向に揺動するようになっている。
【００３２】
また、弾性梁１４の表面には、当該弾性梁１４の曲げ方向及び捩り方向の変形量（周波数及び振幅）をそれぞれ検出するピエゾ抵抗素子１７が形成されている。このピエゾ抵抗素子１７からの出力信号は、フレーム部１３の端部に形成された電極部１８を介して外部に出力され、走査位置検出回路７に供給されるようになっている。そして、走査位置検出回路７が、ピエゾ抵抗素子１７からの出力信号に基づいて、レーザ光の走査位置を検出するようになっている。
【００３３】
ここで、以上のような構造の２次元スキャナ１０の具体的な一構成例について説明する。弾性梁１４によって片持ち梁状に支持されるミラー部１２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を揺動させる弾性梁１４は、曲げ変形の共振周波数が例えば２００Ｈｚとされ、捩り変形の共振周波数が例えば１ｋＨｚとされる。また、各々の共振周波数における変位角、すなわち、ミラー部１２のフレーム部１３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、走査駆動部６から磁界発生手段１６に供給する交流電流を可変とすることで自在に制御可能である。
【００３４】
なお、上述の説明においては、磁歪素子１５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、弾性梁１４の機械的特性から、捩り方向の変形に対しては、磁歪素子１５の磁化容易軸の傾斜角を４５度とすることが望ましく、曲げ方向の変形に対しては、傾斜角を０度とすることが望ましい。本例においては、弾性梁１４を捩り方向と曲げ方向との双方で変形させることから、０度と４５度との中間値である２２．５度付近を選択することが望ましい。
【００３５】
次に、以上のような２次元スキャナ１０が備える磁界発生手段１６について、図４及び図５を参照して説明する。
【００３６】
磁界発生手段１６は、例えば図４に示すように、図４中矢印Ａで示す弾性梁１４の捩り軸方向（図１中の矢印Ａ方向と同一方向）に対して垂直な向きに配置された複数の磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５と、これら複数の磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５を並列で走査駆動部６に接続する一対の導入線２６，２７とを有している。これら磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５や導入線２６，２７は、例えばアルミ蒸着等によって、弾性梁１４の表面に薄膜状に形成されている。
【００３７】
この磁界発生手段１６を等価回路的に示すと、図５のように、多数の抵抗要素Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５が電気的に接続された状態で表される。ここで、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の線幅に応じてそれぞれ異なった値となっている。また、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５に接続される一対の導入線２６，２７の部分抵抗値Ｒ０は、互いに等しい値となっている。
【００３８】
以上のような磁界発生手段１６では、図中αとβとの間に所定の電圧Ｖを印加すると、αから導入線２６、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５、導入線２７を経てβに電流が流れる。そして、このα−β間を流れる電流値に応じて、磁界発生手段１６の各部において交番磁界が発生することになる。このとき、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５と導入線２６，２７とを含めた抵抗値が、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５相互間において略等しくなるようにし、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５を各々個別に流れる電流の電流値が互いに略等しくなるようにすれば、弾性梁１４の捩り軸方向Ａに沿って一様な交番磁界が発生し、この交番磁界が磁歪素子１５に均一に作用して均一な駆動応力が発生することになる。
【００３９】
ここで、磁界発生導線２１を流れる電流の電流値をＩＡとすると、この電流値ＩＡは下記式１により求められる。
【００４０】
ＩＡ＝Ｖ／（１０×Ｒ０＋Ｒ１＋Ｒｚ１） ・・・式１
同様に、磁界発生導線２２を流れる電流の電流値をＩＢとすると、この電流値ＩＢは下記式２により求められる。
【００４１】
ＩＢ＝Ｖ／（８×Ｒ０＋Ｒ２＋Ｒｚ２） ・・・式２
同様に、磁界発生導線２３を流れる電流の電流値をＩＣとすると、この電流値ＩＣは下記式３により求められる。
【００４２】
ＩＣ＝Ｖ／（６×Ｒ０＋Ｒ３＋Ｒｚ３） ・・・式３
同様に、磁界発生導線２４を流れる電流の電流値をＩＤとすると、この電流値ＩＤは下記式４により求められる。
【００４３】
ＩＤ＝Ｖ／（４×Ｒ０＋Ｒ４＋Ｒｚ４） ・・・式４
同様に、磁界発生導線２５を流れる電流の電流値をＩＥとすると、この電流値ＩＥは下記式５により求められる。
【００４４】
ＩＥ＝Ｖ／（２×Ｒ０＋Ｒ５＋Ｒｚ５） ・・・式５
なお、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４，Ｒｚ５は各々の経路の並列合成抵抗であり計算式は複雑となるが、固有の値を持つため、ここではＲｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４，Ｒｚ５と簡略に示している。
【００４５】
この２次元スキャナ１０の磁界発生手段１６では、以上のように求められる電流値ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ，ＩＥがそれぞれ略等しくなるように、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５をそれぞれ設定し、これに応じて、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の線幅等の寸法形状を決定するようにしている。これにより、弾性梁１４の捩り軸方向Ａに沿って一様な交番磁界が発生し、弾性梁１４が曲げ方向及び捩り方向に適切に変形して、ミラー部１２が２次元方向に効率的に揺動することになる。
【００４６】
なお、図４においては、本例の特徴点を分かり易く示すために、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の線幅の差を強調的に表したが、実際には、一対の導入線２６，２７の部分抵抗値Ｒ０が十分に小さい値に設定されるので、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の寸法形状の変化量も通常は少なくてすむ。
【００４７】
以上説明したように、本発明を適用した２次元スキャナ１０では、走査駆動部６から供給される交流電流に応じて磁界発生手段１６が交番磁界を発生し、この交番磁界が磁歪素子１５に印加されて磁歪素子１５に駆動応力が発生し、この磁歪素子１５の駆動応力に応じて弾性梁１４が曲げ方向及び捩り方向に変形して、これに伴ってミラー部１２が２次元方向に揺動するようになっている。そして、このミラー部１２で反射されるＬＤ２からのレーザ光を２次元方向に走査しながら、物体１００に照射させるようになっている。
【００４８】
このような駆動原理を採用した２次元スキャナにおいて、特に、本発明を適用した２次元スキャナ１０では、上述したように、弾性梁１４に変形を生じさせるための磁歪素子１５と磁界発生手段１６とが、弾性梁１４の裏面上と表面上とにそれぞれ形成された構造となっており、ミラー部１２の揺動量の大小に拘わらず、磁歪素子１５と磁界発生手段１６とが常に近接した位置になっているので、ミラー部１２を小電流で適切に揺動させることができ、磁界発生手段１６の小型化や走査駆動部６の電流アンプの小容量化等が可能で、装置全体の小型化、コストの低減等を実現できる。
【００４９】
また、この２次元スキャナ１０では、上述したように、磁界発生手段１６が、弾性梁１４の捩り軸方向Ａに平行な方向に、且つ、弾性梁１４の捩り軸方向Ａに沿って一様な交番磁界を発生させるようになっているので、弾性梁１４が曲げ方向及び捩り方向に適切に変形して、ミラー部１２を２次元方向に効率的に揺動させることができる。その結果、装置全体の小型化やコストの低減を更に効果的に実現できる。
【００５０】
なお、以上は、本発明を適用した２次元スキャナ１０の一例について具体的に説明したが、本発明は、以上の例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００５１】
例えば、以上の例では、弾性梁１４の表面側に磁界発生手段１６、弾性梁１４の裏面側に磁歪素子１５がそれぞれ形成されているが、図６に示すように、弾性梁１４の裏面側に磁界発生手段１６を形成し、その上に重ねて磁歪素子１５を形成するようにしてもよい。また、これら磁界発生手段１６及び磁歪素子１５を共に弾性梁１４の表面側に重ね合わせて形成するようにしてもよい。この場合、磁界発生手段１６と磁歪素子１５との間には図示しない絶縁膜等を形成して、これらの間での絶縁性を確保することが望ましい。
【００５２】
この例のように、磁界発生手段１６及び磁歪素子１５を弾性梁１４の裏面側或いは表面側に重ね合わせて形成するようにした場合には、磁歪素子１５と磁界発生手段１６とが更に近接した位置に配置されることになるので、磁界発生手段１６からの磁界を更に効率的に磁歪素子１５に印加させて、ミラー部１２の２次元方向への揺動をより効率的に行うことができる。
【００５３】
また、以上の例では、磁界発生手段１６は、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の線幅等の寸法形状が調整されることで、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５と導入線２６，２７とを含めた抵抗値が、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５相互間において略等しくなり、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５を各々個別に流れる電流の電流値が互いに略等しくなるようにしているが、図７に示すように、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の線幅等の寸法形状は一定とし、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５毎に抵抗値調整器３１，３２，３３，３４，３５をそれぞれ接続して、これら抵抗値調整器３１，３２，３３，３４，３５の作用で、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５と導入線２６，２７とを含めた抵抗値が、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５相互間において略等しくなるようにし、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５を各々個別に流れる電流の電流値が互いに略等しくなるようにしてもよい。
【００５４】
この例における磁界発生手段１６を等価回路的に示すと、図８のように、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５に対応した抵抗値調整器３１，３２，３３，３４，３５が抵抗要素Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５となり、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５は、互いに等しい抵抗値を有する抵抗要素Ｒｓとなる。
【００５５】
ここで、磁界発生導線２１を流れる電流の電流値をＩＡとすると、この電流値ＩＡは下記式６により求められる。
【００５６】
ＩＡ＝Ｖ／（１０×Ｒ０＋Ｒ１＋Ｒｓ＋Ｒｚ１） ・・・式６
同様に、磁界発生導線２２を流れる電流の電流値をＩＢとすると、この電流値ＩＢは下記式７により求められる。
【００５７】
ＩＢ＝Ｖ／（８×Ｒ０＋Ｒ２＋Ｒｓ＋Ｒｚ２） ・・・式７
同様に、磁界発生導線２３を流れる電流の電流値をＩＣとすると、この電流値ＩＣは下記式８により求められる。
【００５８】
ＩＣ＝Ｖ／（６×Ｒ０＋Ｒ３＋Ｒｓ＋Ｒｚ３） ・・・式８
同様に、磁界発生導線２４を流れる電流の電流値をＩＤとすると、この電流値ＩＤは下記式９により求められる。
【００５９】
ＩＤ＝Ｖ／（４×Ｒ０＋Ｒ４＋Ｒｓ＋Ｒｚ４） ・・・式９
同様に、磁界発生導線２５を流れる電流の電流値をＩＥとすると、この電流値ＩＥは下記式１０により求められる。
【００６０】
ＩＥ＝Ｖ／（２×Ｒ０＋Ｒ５＋Ｒｓ＋Ｒｚ５） ・・・式１０
なお、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４，Ｒｚ５は各々の経路の並列合成抵抗であり計算式は複雑となるが、固有の値を持つため、ここではＲｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４，Ｒｚ５と簡略に示している。
【００６１】
この例における磁界発生手段１６では、以上のように求められる電流値ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ，ＩＥがそれぞれ略等しくなるように、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５に対応した抵抗値調整器３１，３２，３３，３４，３５の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５をそれぞれ設定している。これにより、上述した例と同様に、弾性梁１４の捩り軸方向Ａに沿って一様な交番磁界を発生させ、弾性梁１４を曲げ方向及び捩り方向に適切に変形させて、ミラー部１２を２次元方向に効率的に揺動させることができる。
【００６２】
また、以上の例では、磁界発生手段１６の導入線２６，２７が、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５との関係においてある程度の抵抗値を有することを前提にしているが、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の抵抗値に対して、導入線２６，２７の抵抗値がほとんど無視できる程度のものであれば、図９に示すように、抵抗値調整器等を用いずに、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の線幅等の寸法形状を一定としてもよい。この場合には、磁界発生手段２６，２７の形成が極めて容易となる。
【００６３】
また、磁界発生手段１６の形状は様々な変形が可能であり、例えば図１０に示すように、複数の磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５が導入線２６，２７と平行となる形状にしてもよいし、また、図１１に示すように、磁界発生導線２１がスパイラル状に形成されるようになっていてもよい。
【００６４】
また、以上は、車両用２次元レーザレーダ装置１等に用いられる２次元スキャナ１０に本発明を適用した例について具体的に説明したが、本発明は、磁界発生手段及び磁歪素子の作用により、弾性梁に支持されたミラー部を共振揺動させてミラー部で反射される光を走査させるタイプのあらゆる光走査装置に対して有効に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２次元スキャナを模式的に示す平面図である。
【図３】図２におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】前記２次元スキャナが備える磁界発生手段を模式的に示す平面図である。
【図５】前記磁界発生手段を等価回路的に示す図である。
【図６】前記２次元スキャナ装置の他の例を示す断面図である。
【図７】前記磁界発生手段の他の例を模式的に示す平面図である。
【図８】前記磁界発生手段の他の例を等価回路的に示す図である。
【図９】前記磁界発生手段の更に他の例を模式的に示す平面図である。
【図１０】前記磁界発生手段の更に他の例を模式的に示す平面図である。
【図１１】前記磁界発生手段の更に他の例を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ ２次元レーザレーダ
２ レーザダイオード（ＬＤ）
６ 走査駆動部
９ 制御部
１０ ２次元スキャナ
１２ ミラー部
１４ 弾性梁
１５ 磁歪素子
１６ 磁界発生手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を反射するミラー部を共振揺動させることによって、対象物に照射させる光を走査する光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光源からの光を２次元方向に走査して対象物に照射させる光走査装置が提案されており、例えば、車両用レーザレーダ等に利用されている。車両用レーザレーダは、光走査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レーザ光を検出して、光走査装置からの出射レーザ光と対象物からの反射レーザ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垂直方向の角度等を検出するものである。
【０００３】
従来の光走査装置としては、例えば特開平７−１７５００５号公報にて開示されるプレーナー型ガルバノミラー等が知られている。この特開平７−１７５００５号公報にて開示されるプレーナー型ガルバノミラーは、半導体基板に可動板とこの可動板を揺動可能に軸支するトーションバーとを一体形成し、可動板上にミラー及び平面コイルを設けて、この平面コイルと固定部に配置した永久磁石との磁界の作用により可動板を揺動させて、ミラーで反射される光を走査するようにしたものである。
【０００４】
このような構造のプレーナー型ガルバノミラーは、半導体製造プロセスでの作製が可能であり、小型化を図る上で非常に有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光走査装置を車両用レーザレーダに用いる場合には、ミラーで反射されて対象物に照射されるレーザ光のパワーを十分確保するために、ミラーのサイズを大きくすることが望まれる。また、車両用レーザレーダでは、検出範囲の広さがミラーの振れ角に依存するので、広範囲での検出を実現するにはミラーの振れ角を大きく設定することが望まれる。
【０００６】
しかしながら、上述したプレーナー型ガルバノミラーでは、可動板上に平面コイルを配置すると共に固定部に永久磁石を配置して、これら平面コイルと永久磁石との電磁力によりミラーが形成された可動板を揺動させるようになっているため、ミラーのサイズを大型化し、この大型のミラーの振れ角、すなわち可動板の振れ角を大きく設定すると、可動板の揺動に伴う平面コイルの揺動方向における変位量が大きくなり、永久磁石に対する平面コイルの位置が大きく変動することになる。
【０００７】
平面コイルと永久磁石との間に作用する電磁力は、平面コイルと永久磁石との間の距離が大きくなると急激に低下するので、以上のような構造のプレーナー型ガルバノミラーで、可動板を大きな振れ角で適切に揺動させるためには、平面コイルに供給する電流の値を大きくする必要が生じ、その結果、平面コイルの大型化や電流アンプの大容量化等が要求されて、コストの増大を招くという問題がある。更に、平面コイルに大電流を供給したときの発熱に対する対策として、放熱機構を設けることが要求されて、更なるコストの増大や、装置自体の大型化等の問題も懸念される。
【０００８】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて創案されたものであって、コストの増大や装置自体の大型化等を招くことなく、ミラーを大きな振れ角で適切に揺動させて、光を広い範囲で走査させることが可能な光走査装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、光源からの光をミラー部で反射させて対象物に照射させると共に、前記ミラー部を揺動させることによって前記対象物に照射させる光を走査する光走査装置において、前記ミラー部を揺動可能に支持する弾性梁と、前記弾性梁の一方の主面部上に形成された磁歪素子と、前記弾性梁の他方の主面部上に、前記弾性梁を介して前記磁歪素子と重なるように形成された磁界発生手段と、前記磁界発生手段に交流電流を供給して前記ミラー部を共振揺動させる電流出力手段とを備えることを特徴とする光走査装置である。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、光源からの光をミラー部で反射させて対象物に照射させると共に、前記ミラー部を揺動させることによって前記対象物に照射させる光を走査する光走査装置において、前記ミラー部を揺動可能に支持する弾性梁と、前記弾性梁の一方の主面部上に形成された磁界発生手段と、前記弾性梁の一方の主面部上に、絶縁膜を介して前記磁界発生手段と重なるように形成された磁歪素子と、前記磁界発生手段に交流電流を供給して前記ミラー部を共振揺動させる電流出力手段とを備えることを特徴とする光走査装置である。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光走査装置において、前記磁界発生手段が、前記弾性梁の捩り軸方向に対して垂直な向きに配置された複数の磁界発生導線と、これら複数の磁界発生導線を並列で前記電流出力手段に接続する導入線とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光走査装置において、前記複数の磁界発生導線の前記導入線を含めた抵抗値が互いに略等しくなるように、前記複数の磁界発生導線の寸法形状がそれぞれ決定されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の光走査装置において、前記複数の磁界発生導線の前記導入線を含めた抵抗値が互いに略等しくなるように、前記複数の磁界発生導線に対応した複数の抵抗値調整手段がそれぞれ設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
以上のような本発明に係る光走査装置では、電流出力手段から磁界発生手段に交流電流が供給されると、磁界発生手段が弾性梁の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発生する。そして、この交番磁界が磁歪素子に印加されることで磁歪素子が駆動され、弾性梁が曲げ方向及び捩り方向に変形する。これにより、弾性梁に支持されたミラー部が２次元方向に揺動し、このミラー部で反射された光が２次元方向に走査されることになる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に係る光走査装置によれば、弾性梁に変形を生じさせる磁歪素子と磁界発生手段とが、弾性梁の一方の主面部上と他方の主面部上とにそれぞれ形成された構造となっており、ミラー部の揺動量の大小に拘わらず、磁歪素子と磁界発生手段とが常に近接した位置になっているので、ミラー部を小電流で適切に揺動させることができ、磁界発生手段の小型化や電流アンプの小容量化等が可能で、装置全体の小型化、コストの低減等を実現できる。
【００１６】
また、請求項２に係る光走査装置によれば、弾性梁に変形を生じさせる磁界発生手段と磁歪素子とが、弾性梁の一方の主面部上にそれぞれ形成された構造となっており、ミラー部の揺動量の大小に拘わらず、磁歪素子と磁界発生手段とが常に近接した位置になっているので、ミラー部を小電流で適切に揺動させることができ、磁界発生手段の小型化や電流アンプの小容量化等が可能で、装置全体の小型化、コストの低減等を実現できる。
【００１７】
また、請求項３に係る光走査装置によれば、磁界発生手段が、弾性梁の捩り軸方向に平行な方向に磁界を発生することになるので、磁歪素子に２次元振動の力を発生させる上で最も効果的であり、その結果、装置全体の小型化やコストの低減を更に効果的に実現できる。
【００１８】
また、請求項４に係る光走査装置によれば、磁界発生手段から磁歪素子に印加される磁界の強さが磁歪素子の各部においてほぼ均一となるので、磁歪素子の起振力を最大限に活用することが可能となり、その結果、装置全体の小型化やコストの低減を更に効果的に実現できる。
【００１９】
また、請求項５に係る光走査装置によれば、磁界発生手段から磁歪素子に印加される磁界の強さが磁歪素子の各部においてほぼ均一となるので、磁歪素子の起振力を最大限に活用することが可能となり、その結果、装置全体の小型化やコストの低減を更に効果的に実現できる。
【００２０】
【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等に用いられる２次元スキャナに適用した例について具体的に説明する。
【００２１】
車両用２次元レーザレーダ装置の一例を図１に示す。この図１に示す車両用２次元レーザレーダ装置１は、レーザダイオード（以下、ＬＤと略称する。）２及びＬＤ駆動回路３を有する照射系と、フォトディテクタ（以下、ＰＤと略称する。）４及び受光回路５を有する受光系と、本発明を適用した２次元スキャナ１０、走査駆動部６、走査位置検出回路７及び反射ミラー８を有する走査系とを備えており、これらの各部が制御回路９による制御のもとで動作するようになっている。
【００２２】
制御回路９は、所定のタイミング毎に、ＬＤ駆動回路３にＬＤ２を発光させる旨の発光司令を出力する。ＬＤ駆動回路３は、この制御回路９からの発光司令を受けて、所定のタイミング毎にＬＤ２を発光させる。これにより、ＬＤ２からレーザ光が出射されることになる。そして、ＬＤ２から出射されたレーザ光が、２次元スキャナ１０及び反射ミラー８により順次反射されて、車両周囲の物体１００に照射されることになる。
【００２３】
２次元スキャナ１０は、走査駆動部６から供給される交流電流に応じて駆動されて、水平方向及び垂直方向の互いに直交する２方向に同時に揺動し、ＬＤ２から出射されたレーザ光を車両周囲の路面に水平な方向と垂直な方向との２次元方向に走査させる。この２次元スキャナ１０によるレーザ光の走査位置は、走査位置検出回路７により検出されるようになっている。２次元スキャナ１０により２次元方向に走査されて車両周囲の物体１００に照射されたレーザ光は、この物体１００によって反射され、この物体１００からの反射レーザ光が、ＰＤ４により受光されることになる。
【００２４】
ＰＤ４は、受光した物体１００からの反射レーザ光を光電変換し、この反射レーザ光の光量に応じた電気信号を受光回路５に出力する。受光回路５は、ＰＤ４からの信号強度を所定の基準値と比較して、その比較結果を制御回路９に出力する。
【００２５】
制御回路９は、車両用２次元レーザレーダ装置１を構成する各部の動作を制御すると共に、これら各部からの出力に基づき、車両周囲の物体１００に関する各種情報を生成する。具体的には、制御回路９は、例えば、ＬＤ２によるレーザ光の発光からＰＤ４による反射レーザ光の受光までの時間、すなわち、ＬＤ２から出射され車両周囲の物体１００により反射されてＰＤ４に受光されるまでのレーザ光の伝播遅延時間に基づいて、車両周囲の物体１００までの距離を算出すると共に、この物体１００までの距離を時間的に連続して算出してその結果を比較することで、この物体１００の車両に対する相対速度を算出する。また、制御回路９は、走査位置検出回路７により検出されたレーザ光の走査位置に基づいて、物体１００が存在する方向を検出する。
【００２６】
ここで、以上のように構成される車両用２次元レーザレーダ装置１に用いられる本発明を適用した２次元スキャナ１０について、更に詳しく説明する。
【００２７】
２次元スキャナ１０は、図２及び図３に示すように、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で形成され、コ字状のスリット部１１によって分断されたミラー部１２及びフレーム部１３と、フレーム部１３に対してミラー部１２を揺動自在に支持する弾性梁１４とを備えている。なお、図２は２次元スキャナ１０を上方から見た平面図、図３は図２におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【００２８】
ミラー部１２は、一端部が弾性梁１４を介してフレーム部１３に連結されており、フレーム部１３に対して片持ち梁状に支持されている。そして、このミラー部１２には、例えばシリコンウエハの主面に対してアルミ蒸着等により高反射コーティングが施されることで反射面が形成されており、ＬＤ２から出射されたレーザ光を十分な反射率で反射ミラー８側へと反射するようになっている。
【００２９】
また、弾性梁１４は、曲げ方向と捩り方向とに弾性変形自在とされている。そして、この弾性梁１４が曲げ方向及び捩り方向に変形することにより、弾性梁１４に支持されたミラー部１２が２次元方向に揺動し、このミラー部１２で反射されたレーザ光が２次元方向に走査されるようになっている。
【００３０】
弾性梁１４の裏面、すなわち、ミラー部１２の反射面と反対側の面には、高磁歪率を有する磁歪素子１５が薄膜状に形成されている。この磁歪素子１５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。
【００３１】
また、弾性梁１４の表面、すなわち、磁歪素子１５が形成された面と反対側の面には、走査駆動部６から供給される交流電流に応じて交番磁界を発生する磁界発生手段１６が薄膜状に形成されている。この磁界発生手段１６は、弾性梁１４の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発生する。そして、この磁界発生手段１６により発生した交番磁界が磁歪素子１５に印加されることによって、弾性梁１４が図２中矢印Ｂで示す曲げ方向、及び図２中矢印Ｃで示す捩り方向（矢印Ａが捩り軸方向）に変形し、これに伴って、ミラー部１２が弾性梁１４を基点として２次元方向に揺動するようになっている。
【００３２】
また、弾性梁１４の表面には、当該弾性梁１４の曲げ方向及び捩り方向の変形量（周波数及び振幅）をそれぞれ検出するピエゾ抵抗素子１７が形成されている。このピエゾ抵抗素子１７からの出力信号は、フレーム部１３の端部に形成された電極部１８を介して外部に出力され、走査位置検出回路７に供給されるようになっている。そして、走査位置検出回路７が、ピエゾ抵抗素子１７からの出力信号に基づいて、レーザ光の走査位置を検出するようになっている。
【００３３】
ここで、以上のような構造の２次元スキャナ１０の具体的な一構成例について説明する。弾性梁１４によって片持ち梁状に支持されるミラー部１２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を揺動させる弾性梁１４は、曲げ変形の共振周波数が例えば２００Ｈｚとされ、捩り変形の共振周波数が例えば１ｋＨｚとされる。また、各々の共振周波数における変位角、すなわち、ミラー部１２のフレーム部１３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、走査駆動部６から磁界発生手段１６に供給する交流電流を可変とすることで自在に制御可能である。
【００３４】
なお、上述の説明においては、磁歪素子１５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、弾性梁１４の機械的特性から、捩り方向の変形に対しては、磁歪素子１５の磁化容易軸の傾斜角を４５度とすることが望ましく、曲げ方向の変形に対しては、傾斜角を０度とすることが望ましい。本例においては、弾性梁１４を捩り方向と曲げ方向との双方で変形させることから、０度と４５度との中間値である２２．５度付近を選択することが望ましい。
【００３５】
次に、以上のような２次元スキャナ１０が備える磁界発生手段１６について、図４及び図５を参照して説明する。
【００３６】
磁界発生手段１６は、例えば図４に示すように、図４中矢印Ａで示す弾性梁１４の捩り軸方向（図１中の矢印Ａ方向と同一方向）に対して垂直な向きに配置された複数の磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５と、これら複数の磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５を並列で走査駆動部６に接続する一対の導入線２６，２７とを有している。これら磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５や導入線２６，２７は、例えばアルミ蒸着等によって、弾性梁１４の表面に薄膜状に形成されている。
【００３７】
この磁界発生手段１６を等価回路的に示すと、図５のように、多数の抵抗要素Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５が電気的に接続された状態で表される。ここで、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の線幅に応じてそれぞれ異なった値となっている。また、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５に接続される一対の導入線２６，２７の部分抵抗値Ｒ０は、互いに等しい値となっている。
【００３８】
以上のような磁界発生手段１６では、図中αとβとの間に所定の電圧Ｖを印加すると、αから導入線２６、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５、導入線２７を経てβに電流が流れる。そして、このα−β間を流れる電流値に応じて、磁界発生手段１６の各部において交番磁界が発生することになる。このとき、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５と導入線２６，２７とを含めた抵抗値が、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５相互間において略等しくなるようにし、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５を各々個別に流れる電流の電流値が互いに略等しくなるようにすれば、弾性梁１４の捩り軸方向Ａに沿って一様な交番磁界が発生し、この交番磁界が磁歪素子１５に均一に作用して均一な駆動応力が発生することになる。
【００３９】
ここで、磁界発生導線２１を流れる電流の電流値をＩＡとすると、この電流値ＩＡは下記式１により求められる。
【００４０】
ＩＡ＝Ｖ／（１０×Ｒ０＋Ｒ１＋Ｒｚ１） ・・・式１
同様に、磁界発生導線２２を流れる電流の電流値をＩＢとすると、この電流値ＩＢは下記式２により求められる。
【００４１】
ＩＢ＝Ｖ／（８×Ｒ０＋Ｒ２＋Ｒｚ２） ・・・式２
同様に、磁界発生導線２３を流れる電流の電流値をＩＣとすると、この電流値ＩＣは下記式３により求められる。
【００４２】
ＩＣ＝Ｖ／（６×Ｒ０＋Ｒ３＋Ｒｚ３） ・・・式３
同様に、磁界発生導線２４を流れる電流の電流値をＩＤとすると、この電流値ＩＤは下記式４により求められる。
【００４３】
ＩＤ＝Ｖ／（４×Ｒ０＋Ｒ４＋Ｒｚ４） ・・・式４
同様に、磁界発生導線２５を流れる電流の電流値をＩＥとすると、この電流値ＩＥは下記式５により求められる。
【００４４】
ＩＥ＝Ｖ／（２×Ｒ０＋Ｒ５＋Ｒｚ５） ・・・式５
なお、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４，Ｒｚ５は各々の経路の並列合成抵抗であり計算式は複雑となるが、固有の値を持つため、ここではＲｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４，Ｒｚ５と簡略に示している。
【００４５】
この２次元スキャナ１０の磁界発生手段１６では、以上のように求められる電流値ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ，ＩＥがそれぞれ略等しくなるように、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５をそれぞれ設定し、これに応じて、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の線幅等の寸法形状を決定するようにしている。これにより、弾性梁１４の捩り軸方向Ａに沿って一様な交番磁界が発生し、弾性梁１４が曲げ方向及び捩り方向に適切に変形して、ミラー部１２が２次元方向に効率的に揺動することになる。
【００４６】
なお、図４においては、本例の特徴点を分かり易く示すために、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の線幅の差を強調的に表したが、実際には、一対の導入線２６，２７の部分抵抗値Ｒ０が十分に小さい値に設定されるので、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の寸法形状の変化量も通常は少なくてすむ。
【００４７】
以上説明したように、本発明を適用した２次元スキャナ１０では、走査駆動部６から供給される交流電流に応じて磁界発生手段１６が交番磁界を発生し、この交番磁界が磁歪素子１５に印加されて磁歪素子１５に駆動応力が発生し、この磁歪素子１５の駆動応力に応じて弾性梁１４が曲げ方向及び捩り方向に変形して、これに伴ってミラー部１２が２次元方向に揺動するようになっている。そして、このミラー部１２で反射されるＬＤ２からのレーザ光を２次元方向に走査しながら、物体１００に照射させるようになっている。
【００４８】
このような駆動原理を採用した２次元スキャナにおいて、特に、本発明を適用した２次元スキャナ１０では、上述したように、弾性梁１４に変形を生じさせるための磁歪素子１５と磁界発生手段１６とが、弾性梁１４の裏面上と表面上とにそれぞれ形成された構造となっており、ミラー部１２の揺動量の大小に拘わらず、磁歪素子１５と磁界発生手段１６とが常に近接した位置になっているので、ミラー部１２を小電流で適切に揺動させることができ、磁界発生手段１６の小型化や走査駆動部６の電流アンプの小容量化等が可能で、装置全体の小型化、コストの低減等を実現できる。
【００４９】
また、この２次元スキャナ１０では、上述したように、磁界発生手段１６が、弾性梁１４の捩り軸方向Ａに平行な方向に、且つ、弾性梁１４の捩り軸方向Ａに沿って一様な交番磁界を発生させるようになっているので、弾性梁１４が曲げ方向及び捩り方向に適切に変形して、ミラー部１２を２次元方向に効率的に揺動させることができる。その結果、装置全体の小型化やコストの低減を更に効果的に実現できる。
【００５０】
なお、以上は、本発明を適用した２次元スキャナ１０の一例について具体的に説明したが、本発明は、以上の例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００５１】
例えば、以上の例では、弾性梁１４の表面側に磁界発生手段１６、弾性梁１４の裏面側に磁歪素子１５がそれぞれ形成されているが、図６に示すように、弾性梁１４の裏面側に磁界発生手段１６を形成し、その上に重ねて磁歪素子１５を形成するようにしてもよい。また、これら磁界発生手段１６及び磁歪素子１５を共に弾性梁１４の表面側に重ね合わせて形成するようにしてもよい。この場合、磁界発生手段１６と磁歪素子１５との間には図示しない絶縁膜等を形成して、これらの間での絶縁性を確保することが望ましい。
【００５２】
この例のように、磁界発生手段１６及び磁歪素子１５を弾性梁１４の裏面側或いは表面側に重ね合わせて形成するようにした場合には、磁歪素子１５と磁界発生手段１６とが更に近接した位置に配置されることになるので、磁界発生手段１６からの磁界を更に効率的に磁歪素子１５に印加させて、ミラー部１２の２次元方向への揺動をより効率的に行うことができる。
【００５３】
また、以上の例では、磁界発生手段１６は、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の線幅等の寸法形状が調整されることで、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５と導入線２６，２７とを含めた抵抗値が、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５相互間において略等しくなり、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５を各々個別に流れる電流の電流値が互いに略等しくなるようにしているが、図７に示すように、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の線幅等の寸法形状は一定とし、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５毎に抵抗値調整器３１，３２，３３，３４，３５をそれぞれ接続して、これら抵抗値調整器３１，３２，３３，３４，３５の作用で、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５と導入線２６，２７とを含めた抵抗値が、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５相互間において略等しくなるようにし、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５を各々個別に流れる電流の電流値が互いに略等しくなるようにしてもよい。
【００５４】
この例における磁界発生手段１６を等価回路的に示すと、図８のように、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５に対応した抵抗値調整器３１，３２，３３，３４，３５が抵抗要素Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５となり、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５は、互いに等しい抵抗値を有する抵抗要素Ｒｓとなる。
【００５５】
ここで、磁界発生導線２１を流れる電流の電流値をＩＡとすると、この電流値ＩＡは下記式６により求められる。
【００５６】
ＩＡ＝Ｖ／（１０×Ｒ０＋Ｒ１＋Ｒｓ＋Ｒｚ１） ・・・式６
同様に、磁界発生導線２２を流れる電流の電流値をＩＢとすると、この電流値ＩＢは下記式７により求められる。
【００５７】
ＩＢ＝Ｖ／（８×Ｒ０＋Ｒ２＋Ｒｓ＋Ｒｚ２） ・・・式７
同様に、磁界発生導線２３を流れる電流の電流値をＩＣとすると、この電流値ＩＣは下記式８により求められる。
【００５８】
ＩＣ＝Ｖ／（６×Ｒ０＋Ｒ３＋Ｒｓ＋Ｒｚ３） ・・・式８
同様に、磁界発生導線２４を流れる電流の電流値をＩＤとすると、この電流値ＩＤは下記式９により求められる。
【００５９】
ＩＤ＝Ｖ／（４×Ｒ０＋Ｒ４＋Ｒｓ＋Ｒｚ４） ・・・式９
同様に、磁界発生導線２５を流れる電流の電流値をＩＥとすると、この電流値ＩＥは下記式１０により求められる。
【００６０】
ＩＥ＝Ｖ／（２×Ｒ０＋Ｒ５＋Ｒｓ＋Ｒｚ５） ・・・式１０
なお、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４，Ｒｚ５は各々の経路の並列合成抵抗であり計算式は複雑となるが、固有の値を持つため、ここではＲｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４，Ｒｚ５と簡略に示している。
【００６１】
この例における磁界発生手段１６では、以上のように求められる電流値ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ，ＩＥがそれぞれ略等しくなるように、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５に対応した抵抗値調整器３１，３２，３３，３４，３５の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５をそれぞれ設定している。これにより、上述した例と同様に、弾性梁１４の捩り軸方向Ａに沿って一様な交番磁界を発生させ、弾性梁１４を曲げ方向及び捩り方向に適切に変形させて、ミラー部１２を２次元方向に効率的に揺動させることができる。
【００６２】
また、以上の例では、磁界発生手段１６の導入線２６，２７が、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５との関係においてある程度の抵抗値を有することを前提にしているが、磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の抵抗値に対して、導入線２６，２７の抵抗値がほとんど無視できる程度のものであれば、図９に示すように、抵抗値調整器等を用いずに、各磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５の線幅等の寸法形状を一定としてもよい。この場合には、磁界発生手段２６，２７の形成が極めて容易となる。
【００６３】
また、磁界発生手段１６の形状は様々な変形が可能であり、例えば図１０に示すように、複数の磁界発生導線２１，２２，２３，２４，２５が導入線２６，２７と平行となる形状にしてもよいし、また、図１１に示すように、磁界発生導線２１がスパイラル状に形成されるようになっていてもよい。
【００６４】
また、以上は、車両用２次元レーザレーダ装置１等に用いられる２次元スキャナ１０に本発明を適用した例について具体的に説明したが、本発明は、磁界発生手段及び磁歪素子の作用により、弾性梁に支持されたミラー部を共振揺動させてミラー部で反射される光を走査させるタイプのあらゆる光走査装置に対して有効に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２次元スキャナを模式的に示す平面図である。
【図３】図２におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】前記２次元スキャナが備える磁界発生手段を模式的に示す平面図である。
【図５】前記磁界発生手段を等価回路的に示す図である。
【図６】前記２次元スキャナ装置の他の例を示す断面図である。
【図７】前記磁界発生手段の他の例を模式的に示す平面図である。
【図８】前記磁界発生手段の他の例を等価回路的に示す図である。
【図９】前記磁界発生手段の更に他の例を模式的に示す平面図である。
【図１０】前記磁界発生手段の更に他の例を模式的に示す平面図である。
【図１１】前記磁界発生手段の更に他の例を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ ２次元レーザレーダ
２ レーザダイオード（ＬＤ）
６ 走査駆動部
９ 制御部
１０ ２次元スキャナ
１２ ミラー部
１４ 弾性梁
１５ 磁歪素子
１６ 磁界発生手段
Claims (5)
- 光源からの光をミラー部で反射させて対象物に照射させると共に、前記ミラー部を揺動させることによって前記対象物に照射させる光を走査する光走査装置において、
前記ミラー部を揺動可能に支持する弾性梁と、
前記弾性梁の一方の主面部上に形成された磁歪素子と、
前記弾性梁の他方の主面部上に、前記弾性梁を介して前記磁歪素子と重なるように形成された磁界発生手段と、
前記磁界発生手段に交流電流を供給して前記ミラー部を共振揺動させる電流出力手段とを備えること
を特徴とする光走査装置。 - 光源からの光をミラー部で反射させて対象物に照射させると共に、前記ミラー部を揺動させることによって前記対象物に照射させる光を走査する光走査装置において、
前記ミラー部を揺動可能に支持する弾性梁と、
前記弾性梁の一方の主面部上に形成された磁界発生手段と、
前記弾性梁の一方の主面部上に、絶縁膜を介して前記磁界発生手段と重なるように形成された磁歪素子と、
前記磁界発生手段に交流電流を供給して前記ミラー部を共振揺動させる電流出力手段とを備えること
を特徴とする光走査装置。 - 前記磁界発生手段が、前記弾性梁の捩り軸方向に対して垂直な向きに配置された複数の磁界発生導線と、これら複数の磁界発生導線を並列で前記電流出力手段に接続する導入線とを有すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。 - 前記複数の磁界発生導線の前記導入線を含めた抵抗値が互いに略等しくなるように、前記複数の磁界発生導線の寸法形状がそれぞれ決定されていること
を特徴とする請求項３に記載の光走査装置。 - 前記複数の磁界発生導線の前記導入線を含めた抵抗値が互いに略等しくなるように、前記複数の磁界発生導線に対応した複数の抵抗値調整手段がそれぞれ設けられていること
を特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
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