JP6182740B2 - ミラーアクチュエータ、ビーム照射装置およびレーザレーダ - Google Patents
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Description
本発明は、2つの軸を回動軸としてミラーを回動させるミラーアクチュエータ、および、このミラーアクチュエータを搭載したビーム照射装置およびレーザレーダに関する。
近年、建物への侵入検知等のセキュリティ用途として、レーザレーダが用いられている。一般に、レーダレーダは、レーザ光を目標領域内でスキャンさせ、各スキャン位置における反射光の有無から、各スキャン位置における物体の有無を検出する。さらに、各スキャン位置におけるレーザ光の照射タイミングから反射光の受光タイミングまでの所要時間をもとに、各スキャン位置における物体までの距離が検出される(特許文献1)。
目標領域においてレーザ光を走査させるためのアクチュエータとして、たとえば、2つの軸を回動軸としてミラーを回動させるジンバル方式のミラーアクチュエータを用いることができる。このミラーアクチュエータを用いる場合、レーザ光は、斜め方向からミラーに入射される。2つの軸を回動軸としてミラーが水平方向と鉛直方向に回動されると、目標領域内においてレーザ光が水平方向と鉛直方向に振られる。
この構成において、ミラーの制御性を高めるために、たとえば、ミラー回動部と固定部を繋ぐばね部材が用いられ得る。
上記のミラーアクチュエータでは、ミラーの回動に伴って、ミラー回動部とばね部材との接合部に応力が加わる。この応力が大きいと、ばね部材が断線することが起こり得る。また、複数のばね部材が互いに接近して配されるような場合には、ミラー回動部の回動時に各ばね部材の撓み具合が不均一であると、一つのばね部材が隣のばね部材に接触することが起こり得る。これにより、さらにばね部材の断線が起こり易くなる。
本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、ミラー回動部の回動の際に、隣り合うばね部材間の接触を回避でき、且つ、ばね部材に加わる負荷によりばね部材の断線を防ぐことが可能なミラーアクチュエータおよびこのミラーアクチュエータを搭載したビーム照射装置およびレーザレーダを提供することを目的とする。
本発明の第1の局面はミラーアクチュエータに関する。第1の局面に係るミラーアクチュエータは、ベースと、第1回動軸について回動可能なように前記ベースに支持された第1回動部と、前記第1回動軸に垂直な第2回動軸について回動可能なように前記第1回動部に支持された第2回動部と、前記第2回動部に配されたミラーと、前記第1回動部と第2回動部を回動させるミラー駆動部と、前記第2回動軸に並ぶように配置され、前記第2回動部と前記第1回動部とを連結する複数の線状弾性部材と、を備える。そして、前記複数の線状弾性部材の一端が、それぞれ、前記第2回動軸を中心とする第1の円上に略並ぶ位置において、前記第1回動部に固定され、前記複数の線状弾性部材の他端が、それぞれ、前記第2回動軸を中心とする第2の円上に略並ぶ位置において、前記第2回動部に固定されている。
本発明の第2の局面はビーム照射装置に関する。第2の局面に係るビーム照射装置は、前記第1の局面に係るミラーアクチュエータと、前記ミラーアクチュエータのミラーにレーザ光を供給するレーザ光源と、を備える。
本発明の第3の局面はレーザレーダに関する。第3の局面に係るレーザレーダは、前記第1の局面に係るミラーアクチュエータと、前記ミラーアクチュエータのミラーにレーザ光を供給するレーザ光源と、目標領域から反射された前記レーザ光を受光する受光部と、前記受光部からの出力に基づき前記目標領域における物体を検出する検出部と、を備える。
本発明によれば、ミラー回動部の回動の際に、隣り合うばね部材間の接触を回避でき、且つ、ばね部材に加わる負荷によりばね部材の断線を防ぐことが可能なミラーアクチュエータおよびこのミラーアクチュエータを搭載したビーム照射装置およびレーザレーダを提供することができる。
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
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。
以下に示す実施の形態において、インナーユニット10は、請求の範囲に記載の「第1回動部」に相当する。パンシャフト12は、請求の範囲に記載の「第2回動部」および「第2回動軸」に相当する。パンコイルユニット15は、請求の範囲に記載の「第2回動部」に相当する。パンコイル151、チルトコイル221、231、パンマグネット161、チルトマグネット171、181は、請求の範囲に記載の「ミラー駆動部」に相当する。ワイヤー19a〜19dは、請求の範囲に記載の「線状弾性部材」に相当する。ワイヤー固定基板191、192は、請求の範囲に記載の「弾性部」に相当する。アウターユニット20は、請求の範囲に記載の「ベース」に相当する。チルトシャフト25、26は、請求の範囲に記載の「第1回動軸」に相当する。受光レンズ350、光検出器370は、請求の範囲に記載の「受光部」に相当する。DSP506は、請求の範囲に記載の「検出部」に相当する。ただし、上記請求項と本実施の形態との対応の記載はあくまで一例であって、請求項に係る発明を本実施の形態に限定するものではない。
図1は、ミラーアクチュエータ1の分解斜視図である。図示の如く、ミラーアクチュエータ1は、インナーユニット10と、アウターユニット20とを備えている。
図2は、ミラーアクチュエータ1のインナーユニット10を上側から見た一部分解斜視図である。なお、図2では、一部の部材が既に組付けられた状態が示されている。
図2を参照して、インナーユニット10は、フレーム11と、パンシャフト12と、LED13と、ミラーユニット14と、パンコイルユニット15と、パンマグネットユニット16と、チルトマグネットユニット17、18と、ワイヤー19a〜19dとを備えている。
フレーム11は、パンシャフト12を回動可能に支持する枠部材である。パンシャフト12は、ミラー141をPan方向に回動させる回動軸である。LED13は、走査用のレーザ光の目標領域内での走査位置を検出するための拡散光(サーボ光)を出射する。LED13は、パンシャフト12の後側に取り付けられている。
ミラーユニット14は、ミラー141と、ミラーホルダ142を備えている。ミラー141は、反射面がミラーホルダ142により、パンシャフト12の軸方向から所定の角度だけ前方向に傾いている。
図3(a)は、パンコイルユニット15を上側から見たときの分解斜視図である。
パンコイルユニット15は、パンコイル151と、ホルダ152と、ヨーク153と、ワイヤー固定基板154を備えている。
ホルダ152の下部には、4つのパンコイル151が扇形に巻回されて固着されている。また、ホルダ152の隅には、それぞれ、ワイヤー19a〜19dを通すためのワイヤー孔152a〜152dが形成されている。ワイヤー孔152a〜152dは、パンシャフト12を中心とした円上に位置付けられるよう形成されている。
ワイヤー固定基板154は、ガラスエポキシ樹脂からなっている。ワイヤー固定基板154には、ワイヤー孔152a〜152dに対応する位置に、それぞれ、ワイヤー19a〜19dを通すための端子穴154a〜154dが形成されている。また、ワイヤー固定基板154の上面には、パンコイル151およびLED13に電流を供給するための導線が接続される端子と端子穴154a〜154dが電気的に接続されるよう回路パターンが配されている。ホルダ152の上面には、ヨーク153とワイヤー固定基板154が接着固定される。
図2に戻り、パンマグネットユニット16は、パンマグネット161と、ホルダ162を備えている。チルトマグネットユニット17、18は、それぞれ、チルトマグネット171、181とホルダ172、182を備えている。
ワイヤー19a〜19dは、線状の弾性部材である。ワイヤー19a〜19dは、たとえば、りん青銅、ベリリウム銅等からなり、導電性に優れ、ばね性を有する。ワイヤー19a〜19dは、互いに同じ形状および特性を持ち、パンコイル151とLED13への電流供給と、ミラー141のPan方向の回動時において、ミラー141に安定した抗力を与えるために用いられる。なお、ワイヤー19a〜19dは、長手方向に力が加えられたとしても、略伸縮することはない。
図3(b)は、フレーム11とワイヤー固定基板191、192を下側から見た斜視図である。
フレーム11の下側面には、ワイヤー固定基板191、192を装着するための溝が形成されている。フレーム11の下側面の左右端には、それぞれ、後方に突出する鍔部11a、11bが形成されている。
ワイヤー固定基板191、192は、それぞれ、ガラスエポキシ樹脂等からなる薄板状の回路基板であり、可撓性を有している。ワイヤー固定基板191は、フレーム11に装着するためのフレーム接続部191aと、フレーム接続部191aから左方向に延びる板状のワイヤー接続部191b、191cを備えている。ワイヤー固定基板192は、ワイヤー固定基板191と左右対称の形状を有しており、フレーム接続部192aとワイヤー接続部192b、192cを備えている。ワイヤー固定基板191、192は、それぞれ、ワイヤー接続部191b、191cの間、およびワイヤー接続部192b、192cの間に所定の隙間を有している。したがって、ワイヤー接続部191b、191c、192b、192cは、上下方向に撓み得る。
フレーム接続部191aには、後述するワイヤー28a、28b(図1参照)を接続するための端子191d、191eが形成されている。フレーム接続部192aには、後述するワイヤー28c、28b(図1参照)を接続するための端子192d、192eが形成されている。
ワイヤー接続部191b、192bは、それぞれ、左右に直線状に延びており、端部に、ワイヤー19a、19cを通すための端子穴191f、192fが形成されている。ワイヤー接続部191c、192cは、それぞれ、左右に略直線状に延びており、端部が前方向に折り曲げられている。ワイヤー接続部191c、192dは、折り曲げられた端部に、ワイヤー19b、19dを通すための端子穴191g、192gが形成されている。
なお、このように、ワイヤー19a〜19dに対して、それぞれ個別に、ワイヤー接続部が設けられている構成は、請求項6に記載の構成の一例である。
また、ワイヤー固定基板191には、端子191dと端子穴191gが電気的に接続される回路パターンと、端子191eと端子穴191fが電気的に接続される回路パターンが配されている。同様に、ワイヤー固定基板192には、端子192dと端子穴192gが電気的に接続される回路パターンと、端子192eが端子穴192fに電気的に接続される回路パターンが配されている。
図2に戻り、パンシャフト12と、LED13と、ミラーユニット14と、パンコイルユニット15と、パンマグネットユニット16と、チルトマグネットユニット17、18と、ワイヤー19a〜19dと、ワイヤー固定基板191、192が、フレーム11に組付けられることにより、インナーユニット10が完成する。
図4(a)、図4(b)は、それぞれ、組み立てられたインナーユニット10を前側および後側から見た斜視図である。この状態で、ミラー141は、パンシャフト12を軸としてPan方向に回動可能となる。なお、パンコイルユニット15は、ミラー141のPan方向の回動に伴って、Pan方向に回動する。他方、ワイヤー固定基板191、192は、インナーユニット10の下面に固着されているため、ミラー141のPan方向の回動に伴って、Pan方向に回動しない。
図1に戻り、アウターユニット20は、フレーム21と、チルトコイルユニット22、23と、サーボユニット24と、チルトシャフト25、26と、2つのマグネット27と、ワイヤー28a〜28dとを備えている。
フレーム210は、前方が開いた枠部材からなっている。フレーム210の左右の側面には、チルトコイルユニット22、23が装着される。チルトコイルユニット22、23は、それぞれ、チルトコイル221、231と、ホルダ222、232とを備えている。図1では、チルトコイル221とホルダ222が隠れて見えないが、これらの部材は、チルトコイル231とホルダ232と同様の構成となっている。
また、フレーム21の後側面には、サーボユニット24が装着される。サーボユニット24は、PSD241と、バンドパスフィルタ242と、ピンホール箱243とを備えている。サーボユニット24の構成は、追って図11を参照して説明する。
チルトシャフト25、26は、ミラー141をTilt方向に回動させる回動軸である。また、フレーム21の左内側面には、2つのマグネット27が装着されている。
ワイヤー28a〜28dは、線状の弾性部材である。ワイヤー28a〜28dは、互いに同じ形状および特性を持ち、パンコイル151とLED13への電流供給のために利用される。ワイヤー28a〜28dは、通常の状態において、後方に湾曲した形状を有している。
インナーユニット10は、チルトシャフト25、26により、アウターユニット20に回動可能に取り付けられる。こうして、ミラーアクチュエータ1の組立が完了する。
図5は、ミラーアクチュエータ1を前方から見た斜視図である。この状態で、フレーム11は、チルトシャフト25、26の周りにTilt方向に回動可能となる。なお、パンコイルユニット15とワイヤー固定基板191、192は、フレーム11のTilt方向の回動に伴って、Tilt方向に回動する。
図5に示すアセンブル状態において、パンコイル151に電流を流すと、パンコイル151と、パンマグネット161に生じる電磁駆動力によってパンシャフト12が回動し、これにより、ミラー141が、パンシャフト12を軸としてPan方向に回動する。チルトコイル221、231に電流を流すと、チルトコイル221、231と、チルトマグネット171、181に生じる電磁駆動力によってフレーム11がチルトシャフト25、26を軸としてTilt方向に回動し、これにより、ミラー141が、Tilt方向に回動する。
ミラー141がPan方向に回動すると、フレーム11の背面に張られたワイヤー19a〜19dのばね性により、パンシャフト12を中心とした、ミラー141のPan方向の回動方向と逆向きのトルクが発生する。このように、ミラー141がPan方向に回動した状態では、常に逆向きのトルクが発生するため、パンコイル151への電流の印加を中止すると、ミラー141は、回動前の位置に戻される。
なお、本実施の形態におけるミラーアクチュエータ1は、ミラー141がパンシャフト12の軸方向から所定の角度だけ前方向に傾いているため、ミラー141をPan方向に回動させた場合の目標領域におけるレーザ光の軌跡を水平に近付けることができる。しかしながら、ミラー141が傾いていない場合と同じ範囲でレーザ光を走査させるためには、ミラー141の振り角を、ミラー141が傾いていない場合の振り角よりも大きくする必要がある。このため、本実施の形態におけるミラーアクチュエータ1では、ミラー141を傾けていない場合に比べ、ワイヤー19a〜19dとワイヤー固定基板191、192との接合部にかかる応力が大きくなり易い。
ここで、ワイヤー19a〜19dとワイヤー固定基板191、192との接合部にかかる応力について説明する。
図6(a)は、本実施の形態にかかるインナーユニット10の上面図、図6(b)は、インナーユニット10の下面図である。
図6(a)に示すように、ワイヤー固定基板154の端子穴154a〜154dは、パンシャフト12を中心する半径r1の同一円周上に位置付けられている。また、図6(b)に示すように、ワイヤー固定基板191、192の端子穴191f、191g、192f、192gは、パンシャフト12を中心とする半径r2の同一円周上に位置している。本実施の形態では、半径r1と半径r2は同一となるように設定されている。
なお、端子穴154a〜154dおよび端子穴191f、191g、192f、192gがパンシャフト12を中心とする同一円周上に位置付けられる構成は、請求項1に記載の構成の一例である。また、ワイヤー19a〜19dの下端がワイヤー固定基板191、192のワイヤー接続部191b、191c、192b、192cに接合される構成は、請求項2に記載の構成の一例である。
図7(a)は、本実施の形態にかかるミラー141がPan方向に回動したときのインナーユニット10の上面図である。図7(b)は、ミラー141がPan方向に回動したときのワイヤー19a、19bとワイヤー接続部191b、191cの状況を後側から見た模式図である。
図7(a)に示すように、ミラー141がPan方向に回動すると、パンシャフト12に固定されたワイヤー固定基板154が回動する。このとき、端子穴154a〜154dは、パンシャフト12を中心とする半径r1の同一円周上を移動する。すなわち、ミラー141のPan方向の回動に伴う、端子穴154a〜154dの移動距離L1、L2は、互いに、略同一となる。
このようにミラー141が回動すると、端子穴154a、154bと端子穴191g、191fは、ねじれの位置に位置づけられる。このため、ワイヤー接続部191b、191cは、ワイヤー19a、19bに引っ張られて、図7(b)に示すように捩れるように変形する。本実施の形態では、端子穴191g、191fが、端子穴154a、154bと同じく、パンシャフト12を中心とする円周上に位置付けられているため、ワイヤー接続部191b、191cは、ミラー141の回動に伴い、互いに同じ方向に同じ距離だけ引っ張られる。このため、ワイヤー接続部191b、191cは、ミラー141の回動に伴い、同様に変形する。
図8(a)は、比較例にかかるミラー141がPan方向に回動したときのインナーユニット10の上面図である。図8(b)は、比較例にかかるミラー141がPan方向に回動したときのワイヤー19a、19bとワイヤー接続部193aの状況を後側から見た模式図である。
図8(a)を参照して、比較例では、ワイヤー固定基板155に形成された端子穴155a〜155dが直線状に並んでいる。ここで、外側の端子穴155a、155cは、パンシャフト12を中心とする半径r3の円周上に位置し、内側の端子穴155b、155dは、パンシャフト12を中心とする半径r4の円周上に位置している。また、ワイヤー19a、19bは、1つのワイヤー接続部193aに連結され、ワイヤー19c、19dは、1つのワイヤー接続部194aに連結されている。ワイヤー接続部193a、194aには、それぞれ、端子穴193b、193cと、端子穴194b、194cが、直線状に並ぶように形成されている。
図8(a)に示すように、ミラー141がPan方向に回動すると、外側の端子穴155a、155cは、パンシャフト12を中心とする半径r3の円周上を移動する。また、内側の端子穴155b、155dは、パンシャフト12を中心とする半径r4の円周上を移動する。このため、外側の端子穴155a、155cの移動距離L3は、内側の端子穴155b、155dの移動距離L4よりも大きくなる。
比較例では、このように外側の端子穴155aと内側の端子穴155bの移動距離に差が生じるため、ミラー141の回動時にワイヤー19a、19bがワイヤー接続部193aを引っ張る力に差が生じる。すなわち、外側の端子穴155aの移動距離L3が内側の端子穴155bの移動距離L4よりも大きいため、外側のワイヤー19aの方が内側のワイヤー19bよりも、ワイヤー接続部193aを大きく引っ張る。このため、ワイヤー接続部193aは、移動距離の大きい外側のワイヤー19aに引っ張られて、図8(b)のように撓む。この場合、内側のワイヤー19bは弛んだ状態となって略張力が加わらず、外側のワイヤー19aの方に大きな張力が加わる。特に、外側のワイヤー19aのワイヤー接続部193aとの接合部に、ワイヤー接続部193aの弾性復帰力に基づく大きな応力が加わる。
また、比較例では、ワイヤー接続部193aがワイヤー19a、19bに対応するように2つに分かれておらず、一つのワイヤー接続部193aにワイヤー19a、19bの端部が固定されている。このため、比較例では、本実施の形態の場合よりも、ワイヤー接続部193aの剛性が強い。したがって、外側のワイヤー19aのワイヤー接続部193aとの接合部に加わる応力は、さらに大きくなり易い。
また、このとき、内側のワイヤー19bは、上記のように弛んだ状態となるため、ミラー141の回動角が大きい範囲では、内側のワイヤー19bが外側のワイヤー19aに接触して絡むことが起こり得る。このように内側のワイヤー19bが外側のワイヤー19aに接触すると、上記のように高い応力が加わっている外側のワイヤー19aの接合部が破断する惧れがある。
これに対し、本実施の形態では、図7(b)に示すように、端子穴154a〜154dが同一円周上にあるため、ミラー141のPan方向の回動に伴う端子穴154a〜154dの移動距離は略同一となる。これにより、ワイヤー19aとワイヤー19bのいずれか一方に大きな応力が加わることもなく、これら2つのワイヤー19a、19bには、略等しい応力が加わる。
また、本実施の形態では、端子穴191g、191fが、端子穴154a、154bと同じく、パンシャフト12を中心とする円周上に位置付けられているため、ミラー141の回動時には、ワイヤー19aによるワイヤー接続部191bの引っ張り方向と、ワイヤー19bによるワイヤー接続部191cの引っ張り方向に差が生じにくい。このため、ミラー141の回動時にワイヤー19a、19bが接触することが防止される。
さらに、本実施の形態では、ワイヤー接続部191b、191cの間に隙間が設けられているため、一方の形状の変形が、他方に影響することが抑制される。これにより、隣り合うワイヤー19a、19bの一方が弛んで湾曲することがさらに抑制され得る。また、ワイヤー19a、19bの湾曲の発生が抑制されるため、ワイヤー19a、19bの間隔を小さくすることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
なお、パンシャフト12を中心とする端子穴191f、192fを通る円の半径とパンシャフト12を中心とする端子穴191g、192gを通る円の半径は、やや異なっていても良い。たとえば、図7(b)に示すように、ワイヤー固定基板191の固定端となる鍔部11aから端子穴191fまでの距離は、鍔部11aから端子穴191gまでの距離よりも遠いため、ミラー141のPan方向の回動によって、ワイヤー接続部191cの方がワイヤー接続部191bよりもやや大きく変形する。このように、基板の変形量の差を考慮すると、端子穴191f、192fを通る円の半径と端子穴191g、192gを通る円の半径は、やや異なっていた方が望ましいと考えられる。ただし、本実施の形態では、ワイヤー19a、19bおよびワイヤー19c、19dの間隔は非常に狭く構成されており、基板の変形量の差はごく僅かであるため、端子穴191f、192fと端子穴191g、192gが同一円周上にあっても問題ない。
図9は、ミラーアクチュエータ1が搭載されたレーザレーダ300の構成を示す斜視図である。図10は、レーザ光の出射光と反射光の光路を模式的に示した図である。
図10を参照して、レーザレーダ300は、レーザ光源310と、ビーム整形レンズ320と、折り曲げミラー330と、ミラーアクチュエータ1と、可視光カットフィルタ340とを備える。また、レーザレーダ300は、受光レンズ350と、バンドパスフィルタ360と、光検出器370とを備える。
レーザ光源310は、波長880nm〜940nm程度のレーザ光を出射する。ビーム整形レンズ320は、出射レーザ光が、目標領域において所定の形状となるよう、出射レーザ光を収束させる。折り曲げミラー330は、レーザ光源310から出射される波長帯域の光をミラーアクチュエータ1に向かう方向に向かって反射させる。可視光カットフィルタ340は、外部から入射する可視光の波長帯域の光を遮断する。
受光レンズ350は、目標領域から反射された光を集光する。バンドパスフィルタ360は、レーザ光源310から出射される波長帯域の光のみを透過し、それ以外の波長帯域の迷光を除去する。光検出器370は、APD(アバランシェ・フォトダイオード)またはPINフォトダイオードからなり、受光光量に応じた大きさの電気信号を回路基板に出力する。
レーザ光源310から出射されたレーザ光は、ビーム整形レンズ320を透過した後、折り曲げミラー330によって、ミラーアクチュエータ1のミラー141に入射する。ミラー141が中立位置にあるとき、ミラー141に入射したレーザ光は、ミラー141によって反射され、Z軸正方向に進んで目標領域に投射される。
なお、レーザ光源310とミラーアクチュエータ1によって、目標領域にレーザ光を照射させる構成は、請求項7に記載の構成の一例である。
目標領域からの反射光は、レーザ光が目標領域へと向かう光路を逆行して、ミラー141に入射し、ミラー141によって反射される。その後、反射光は、折り曲げミラー330により反射され、受光レンズ350によって、光検出器370に収束される。光検出器370は、受光光量に応じた大きさの電気信号を出力する。光検出器370からの信号に基づいて、目標領域における物体の有無および物体までの距離が測定される。
なお、光検出器370の信号に基づき、目標領域における物体を検出する構成は、請求項8に記載の構成の一例である。
図11(a)、(b)は、ミラー141の位置を検出するためのサーボ光学系を説明する図である。図11(a)には、ミラーアクチュエータ1の一部断面図と折り曲げミラー330とレーザ光源310のみが示されている。
図11(a)を参照して、LED13、PSD241およびピンホール243aは、ミラーアクチュエータ1のミラー141が上記中立位置にあるときに、LED13がピンホール箱243のピンホール243aとPSD241の中心に向き合うように配置されている。すなわち、ミラー141が中立位置にあるとき、LED13から出射されピンホール243aを通るサーボ光が、PSD241の中心に垂直に入射するよう、ピンホール箱243およびPSD241が配置されている。また、ピンホール243aは、LED13とPSD241の中間位置よりもPSD241に近い位置に配置されている。PSD241は、サーボ光の受光位置に応じた電流信号を出力する。
たとえば、図11(b)のようにミラー141が破線で示す中立位置から矢印方向に回動すると、LED13からの拡散光(サーボ光)のうちピンホール243aを通る光の光路は、LP1からLP2へと変位する。その結果、PSD241上におけるサーボ光の入射位置が変化し、PSD241から出力される位置検出信号が変化する。この場合、LED13からのサーボ光の発光位置と、PSD241の受光面上におけるサーボ光の入射位置は一対一に対応する。したがって、PSD241にて検出されるサーボ光の入射位置によって、ミラー141の位置を検出することができ、結果、目標領域における走査レーザ光の走査位置を検出することができる。
図12は、レーザレーダ300の回路構成を示す図である。なお、同図には、便宜上、光学系の主要な構成が併せて示されている。
PSD信号処理回路501は、PSD241からの出力信号をもとに求めた位置検出信号をDSP506に出力する。サーボLED駆動回路502は、DSP506からの信号をもとに、LED13に駆動信号を供給する。アクチュエータ駆動回路503は、DSP506からの信号をもとに、ミラーアクチュエータ1を駆動する。具体的には、目標領域においてレーザ光を所定の軌道に沿って走査させるための駆動信号がミラーアクチュエータ1に供給される。
スキャンLD駆動回路504は、DSP506からの信号をもとに、レーザ光源310に駆動信号を供給する。PD信号処理回路505は、光検出器370の受光光量に応じた電圧信号を増幅およびデジタル化してDSP506に供給する。
DSP506は、PSD信号処理回路501から入力された位置検出信号をもとに、目標領域におけるレーザ光の走査位置を検出し、ミラーアクチュエータ1の駆動制御や、レーザ光源310の駆動制御等を実行する。また、DSP506は、PD信号処理回路505から入力される電圧信号に基づいて、目標領域内のレーザ光照射位置に物体が存在するかを判定し、同時に、レーザ光源310から出力されるレーザ光の照射タイミングと、光検出器370にて受光される目標領域からの反射光の受光タイミングの間の時間差をもとに、物体までの距離を測定する。
<実施の形態の効果>
以上、本実施の形態によれば、端子穴154a〜154dと、端子穴191f、191g、192f、192gが、それぞれ、パンシャフト12を軸とする円周上に配置されているため、ミラー141のPan方向の回動時におけるワイヤー19a〜19dとワイヤー固定基板191、192の接合部にかかる応力を略均一にすることができる。これにより、ワイヤー19a〜19dとワイヤー固定基板191、192との接合部への負荷を軽減することができる。また、ワイヤー19a〜19dの湾曲が抑制される。
以上、本実施の形態によれば、端子穴154a〜154dと、端子穴191f、191g、192f、192gが、それぞれ、パンシャフト12を軸とする円周上に配置されているため、ミラー141のPan方向の回動時におけるワイヤー19a〜19dとワイヤー固定基板191、192の接合部にかかる応力を略均一にすることができる。これにより、ワイヤー19a〜19dとワイヤー固定基板191、192との接合部への負荷を軽減することができる。また、ワイヤー19a〜19dの湾曲が抑制される。
また、本実施の形態によれば、ワイヤー19a〜19dに対して、それぞれ個別に、ワイヤー接続部191b、191c、192b、192cが設けられているため、一つのワイヤー接続部の形状の変形が、これに隣り合うワイヤー接続部に影響することが抑制される。これにより、ワイヤー19a〜19dの湾曲が抑制され得る。このようにワイヤー19a〜19dの湾曲の発生が抑制されるため、ワイヤー19a〜19dの間隔を小さくすることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。
<変更例1>
たとえば、上記実施の形態では、ワイヤー接続部191b、191c、192b、192cが、それぞれ、左右方向に略直線上に延びる形状を有していたが、これらがその他の形状を有しても良い。
たとえば、上記実施の形態では、ワイヤー接続部191b、191c、192b、192cが、それぞれ、左右方向に略直線上に延びる形状を有していたが、これらがその他の形状を有しても良い。
図13は、変更例1にかかるワイヤー固定基板195、196とフレーム11を下側から見た斜視図である。
ワイヤー固定基板195は、フレーム11に装着するためのフレーム接続部195aと、ワイヤー接続部195b、195cとを備えている。ワイヤー固定基板196は、ワイヤー固定基板195と左右対称の形状を有しており、フレーム接続部196aとワイヤー接続部196b、196cを備えている。フレーム接続部195aには、端子195d、195eが設けられ、フレーム接続部196aには、端子195d、195eが設けられている。
ワイヤー接続部195b、195cは、中央付近で左右方向から前方向に向かって折り曲げられた形状を有している。ワイヤー接続部195b、195cの折り曲げられた一端には、それぞれ、端子穴195f、195gが形成されている。また、ワイヤー固定基板195には、端子195dと端子穴195gが電気的に接続される回路パターンと端子195eと端子穴195fが電気的に接続される回路パターンが配されている。同様に、ワイヤー固定基板196には、端子穴196f、196が形成されており、端子196e、196fと電気的に接続するための回路パターンが配されている。
図14(a)は、変更例1にかかるワイヤー固定基板195、196が装着された状態のインナーユニット10を前側から見た斜視図である。図14(b)は、変更例1にかかるワイヤー固定基板195、196が装着された状態のインナーユニット10を後側から見た斜視図である。
図示の如く、ワイヤー固定基板195、196の後端は、フレーム11の鍔部11a、11bよりも後側に位置し、ワイヤー接続部195b、195cおよびワイヤー接続部196b、196cは、パンシャフト12に向かうように略同一の角度で折り曲げられている。
なお、ワイヤー接続部195b、195c、196b、196cがパンシャフト12に向かうように折り曲げられている構成は、請求項3に記載の構成の一例である。
ここで、変更例1にかかるミラー141のPan方向の回動時におけるワイヤー19a〜19dとワイヤー固定基板195、196の接合部にかかる応力について説明する。
図15(a)は、変更例1にかかるインナーユニット10の上面図、図15(b)は変更例1インナーユニット10の下面図である。
図15(a)を参照して、上記実施の形態と同様、ワイヤー固定基板154の端子穴154a〜154dは、パンシャフト12を中心する半径r5の同一円周上に位置付けられている。また、図15(b)を参照して、ワイヤー固定基板195、196の端子穴195f、195g、196f、196gは、パンシャフト12を中心とする半径r6の同一円周上に位置している。変更例1では、半径r5と半径r6は同一となるように設定されている。
ワイヤー接続部195b、195cは、それぞれ、パンシャフト12に向かう直線部195h、195iが互いに平行となっている。同様に、ワイヤー接続部196b、196cは、それぞれ、パンシャフト12に向かう直線部196h、196iが互いに平行になっている。変更例1では、ワイヤー固定基板195、196の後端がフレーム11の鍔部11a、11bよりも後側に位置付けられることにより、直線部195h、195iおよび直線部196h、196iがある程度長くなるように構成されている。
図15(a)中の矢印で示すように、ミラー141がPan方向に回動すると、端子穴154a〜154dは、パンシャフト12を中心とする半径r5の同一円周上を移動する。
図16(a)、図16(b)は、変更例1にかかるミラー141がPan方向に回動したときのインナーユニット10の下面を示す模式図である。図16(c)、図16(d)は、ミラー141がPan方向に回動したときのワイヤー19aとワイヤー接続部195bの状況を後側から見た模式図である。
図16(a)中の矢印で示すように、ミラー141がPan方向に回動すると、端子穴154aが鍔部11aに近付く方向(右前方向)に引っ張られる。これにより、ワイヤー接続部195bの直線部195hは、ワイヤー19aとの接合部が右上方向、且つ、前方向に引っ張られて、その形状が捩れるように変形する(図16(c)参照)。
図16(b)中の矢印で示すように、ミラー141がPan方向に回動すると、端子穴154aが鍔部11aに遠ざかる方向(左後方向)に引っ張られる。これにより、ワイヤー接続部195bの直線部195hは、ワイヤー19aとの接合部が左上方向、且つ、後方向に引っ張られることにより、形状が捩れるように変形する(図16(d)参照)。
変更例1では、ワイヤー接続部195b、195c、196b、196cの直線部195h、195i、196h、196iが、パンシャフト12に向かう直線と略平行となるように設けられているため、ワイヤー接続部195b、195c、196b、196cは、ミラー141が右回り、左回りのどちらに回動した場合であっても、略同様に撓むようになる。このため、ミラー141が右回り、左回りのどちらに回動した場合であっても、ワイヤー接続部195b、195c、196b、196cに、略均等な応力が付与され、ミラー141の回転方向によって応力が大きくなることが抑制される。よって、ワイヤー19a〜19dの破断を、より確実に防止できる。
<変更例2>
また、上記実施の形態および変更例1では、ワイヤー接続部191b、191c、192b、192c、195b、195c、196b、196cが、樹脂製のワイヤー固定基板191、192、195、196の一部となっていたが、これらが、よりばね性の優れる素材からなっていても良い。たとえば、樹脂製の回路基板に代えて、板ばねが設けられても良い。
また、上記実施の形態および変更例1では、ワイヤー接続部191b、191c、192b、192c、195b、195c、196b、196cが、樹脂製のワイヤー固定基板191、192、195、196の一部となっていたが、これらが、よりばね性の優れる素材からなっていても良い。たとえば、樹脂製の回路基板に代えて、板ばねが設けられても良い。
図17(a)は、変更例2にかかる板ばね197a、197b、198a、198bの構成を示す斜視図である。図17(b)は、変更例2にかかる板ばね197a、197b、198a、198bによりワイヤー19a〜19dが接続された状態のインナーユニット10を下から見た斜視図である。
図17(a)を参照して、ワイヤー固定部197は、板ばね197a、197bと装着基板197gを備えている。板ばね197a、197bは、それぞれ、ワイヤー接続部195b、195cと同様に、パンシャフト12に向かう直線部197c、197dを有している。直線部197c、197dの一端には、それぞれ、端子穴197e、197fが形成されている。同様に、ワイヤー固定部198は、板ばね198a、198bと装着基板198gを備えている。板ばね198a、198bは、それぞれ、端子穴198e、198fが形成された直線部198c、198dを有している。
板ばね197a、197bが装着基板197gに接着固定され、また、板ばね198a、198bが装着基板198gに接着固定される。この状態で、図17(b)に示すように、装着基板197g、198gがフレーム11に装着される。
変更例2の構成とすれば、上記変更例1と略同様の効果が奏される。さらに、ばね性が優れる板ばね197a、197b、198a、198bに、ワイヤー19a〜19dが接続されているため、ワイヤー19a〜19dとワイヤー固定部197、198との接合部にかかる応力がより緩衝され得る。
なお、変更例2では、装着基板197g、198gにより、フレーム11に板ばね197a、197b、198a、198bが装着されたが、板ばね197a、197b、198a、198bが直接フレーム11に装着されても良い。
また、ワイヤー固定部197、198は、導電性を有し、且つ、ばね性の優れる素材であれば、種々の素材から形成され得る。
<変更例3>
また、上記変更例1では、図15(a)、図15(b)に示すように、上側の端子穴154a〜154dを通る円の半径r5と、下側の端子穴195f、195g、196f、196gを通る円の半径r6が略同一とされたが、これに限られるものではない。パンシャフト12を中心とする同心円であれば、半径r5と半径r6は同一でなくても良い。
また、上記変更例1では、図15(a)、図15(b)に示すように、上側の端子穴154a〜154dを通る円の半径r5と、下側の端子穴195f、195g、196f、196gを通る円の半径r6が略同一とされたが、これに限られるものではない。パンシャフト12を中心とする同心円であれば、半径r5と半径r6は同一でなくても良い。
図18(a)は、変更例3にかかるワイヤー固定基板と端子穴の位置関係を示す模式図である。変更例3では、変更例1のようにワイヤー接続部195b、195c、196c、196bの端部がパンシャフト12に向かう構成において、半径r7、r8が調整されている。
図18(a)を参照して、下側の端子穴195fを通る円の半径r6は、上側の端子穴154a、154bを通る円の半径r5よりも小さくなるように構成されている。
なお、下側の端子穴195fを通る円の半径r6が上側の端子穴154a、154bを通る円の半径r5よりも小さくなる構成は、請求項4に記載の構成の一例である。
この場合、ミラー141がPan方向に回動されると、ワイヤー19a、19bの引っ張り方向が、ワイヤー接続部195bを撓ませる方向の成分を持つこととなる。すなわち、下側の端子穴195fが、上側の端子穴154a、154bよりも内側に位置付けられているため、ミラー141回動時のワイヤー19a、19bの引っ張り方向が、所定の回転範囲において外側を向き、このため、ワイヤー接続部195bがより撓み易くなる。これにより、ワイヤー19a、19bとワイヤー接続部195bとの接合部にかかる応力が、より効果的に緩衝され得る。
したがって、上記変更例1のようにワイヤー接続部195b、195c、196b、196cの端部がパンシャフト12に向かうような構成においては、下側の端子穴195f、196fを通る円の半径r6が、上側の端子穴154a、154bを通る円の半径r5よりも小さくなるように構成されたが方がより望ましい。
なお、ワイヤー接続部がパンシャフト12に向かっていなくても、上記実施の形態のように、ワイヤー接続部191b、191c、192b、192cの端部が根元よりもパンシャフト12に近づく構成であれば、ミラー141の所定の角度範囲において、上記と同様の効果が奏され得る。ただし、この場合に上記効果が奏され得る角度範囲は、本変更例に比べて小さいものとなる。
<変更例4>
また、上記変更例1では、図15(a)、図15(b)に示すように、端部(直線部195h、195i、196h、196i)が外側からパンシャフト12に向かうようにワイヤー接続部195b、195c、196b、196cが構成されたが、端部がパンシャフト12から離れる方向に向かうようにワイヤー接続部が構成されても良い。
また、上記変更例1では、図15(a)、図15(b)に示すように、端部(直線部195h、195i、196h、196i)が外側からパンシャフト12に向かうようにワイヤー接続部195b、195c、196b、196cが構成されたが、端部がパンシャフト12から離れる方向に向かうようにワイヤー接続部が構成されても良い。
図18(b)は、変更例4にかかるワイヤー固定基板と端子穴の位置関係を示す模式図である。
図18(b)を参照して、ワイヤー固定基板199eは、パンシャフト12付近に形成された鍔部11cによって固定されている。ワイヤー固定基板199eは、上記変更例1と同様に、ワイヤー接続部199fと、直線部199gと、端子穴199hとを備えている。鍔部11cは、端子穴154a、154bよりもパンシャフト12に近い位置に位置付けられている。下側の端子穴199hを通る円の半径r8は、上側の端子穴154a、154bを通る円の半径r7よりも大きくなるように構成されている。
なお、下側の端子穴199hを通る円の半径r8は、上側の端子穴154a、154bを通る円の半径r7よりも大きくなる構成は、請求項5に記載の構成の一例である。
この場合、ミラー141がPan方向に回動されると、ワイヤー19a、19bの引っ張り方向が内側を向き、このため、ワイヤー接続部199eがより撓み易くなる。これにより、ワイヤー19aとワイヤー接続部199eとの接合部にかかる応力が、より効果的に緩衝され得る。
したがって、ワイヤー接続部199eの端部がパンシャフト12から離れる方向に向かうようにワイヤー接続部199eが構成される場合には、下側の端子穴199hを通る円の半径r8が、上側の端子穴154a、154bを通る円の半径r7よりも大きくなるように構成されることが望ましい。
<その他の変更例>
また、上記実施の形態では、ミラー141のPan方向の回動のために、ワイヤー19a〜19dの合計4本のワイヤーが用いられたが、ワイヤーの本数はこれに限られるものではなく、たとえば、片側に3本ずつの合計6本のワイヤーが用いられても良い。
また、上記実施の形態では、ミラー141のPan方向の回動のために、ワイヤー19a〜19dの合計4本のワイヤーが用いられたが、ワイヤーの本数はこれに限られるものではなく、たとえば、片側に3本ずつの合計6本のワイヤーが用いられても良い。
また、上記実施の形態では、ワイヤー固定基板191、192は、それぞれ、ワイヤー接続部191b、191c、192b、192cの間に隙間を有するように形成されたが、ワイヤー19a〜19dは、それぞれ、別個のワイヤー固定基板に接合されても良い。
さらに、上記実施の形態では、ミラー141がパンシャフト12の軸方向から所定の角度で傾いていたが、ミラー141が傾いていなくても良い。なお、上述のように、ミラー141がパンシャフト12の軸方向から傾いている方が、傾いていない場合よりもミラー141の振り角を大きくする必要があるため、本発明の効果がより顕著に奏される。
この他、本発明の実施の形態は、請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
1 … ミラーアクチュエータ
10 … インナーユニット(第1回動部)
12 … パンシャフト(第2回動部、第2回動軸)
15 … パンコイルユニット(第2回動部)
141 … ミラー
151 … パンコイル(ミラー駆動部)
161 … パンマグネット(ミラー駆動部)
171、181 … チルトマグネット(ミラー駆動部)
19a〜19d … ワイヤー(線状弾性部材)
191、192、195、196 … ワイヤー固定基板(弾性部)
197、198 … ワイヤー固定部(弾性部)
199a〜199d … ワイヤー固定基板(弾性部)
199e ワイヤー固定基板(弾性部)
20 … アウターユニット(ベース)
25、26 … チルトシャフト(第1回動軸)
221、231 … チルトコイル(ミラー駆動部)
310 … レーザ光源
350 … 受光レンズ(受光部)
370 … 光検出器(受光部)
506 … DSP(検出部)
10 … インナーユニット(第1回動部)
12 … パンシャフト(第2回動部、第2回動軸)
15 … パンコイルユニット(第2回動部)
141 … ミラー
151 … パンコイル(ミラー駆動部)
161 … パンマグネット(ミラー駆動部)
171、181 … チルトマグネット(ミラー駆動部)
19a〜19d … ワイヤー(線状弾性部材)
191、192、195、196 … ワイヤー固定基板(弾性部)
197、198 … ワイヤー固定部(弾性部)
199a〜199d … ワイヤー固定基板(弾性部)
199e ワイヤー固定基板(弾性部)
20 … アウターユニット(ベース)
25、26 … チルトシャフト(第1回動軸)
221、231 … チルトコイル(ミラー駆動部)
310 … レーザ光源
350 … 受光レンズ(受光部)
370 … 光検出器(受光部)
506 … DSP(検出部)
Claims (8)
- ベースと、
第1回動軸について回動可能なように前記ベースに支持された第1回動部と、
前記第1回動軸に垂直な第2回動軸について回動可能なように前記第1回動部に支持された第2回動部と、
前記第2回動部に配されたミラーと、
前記第1回動部と第2回動部を回動させるミラー駆動部と、
前記第2回動軸に並ぶように配置され、前記第2回動部と前記第1回動部とを連結する複数の線状弾性部材とを備え、
前記複数の線状弾性部材の一端が、それぞれ、前記第2回動軸を中心とする第1の円上に略並ぶ位置において、前記第1回動部に固定され、前記複数の線状弾性部材の他端が、それぞれ、前記第2回動軸を中心とする第2の円上に略並ぶ位置において、前記第2回動部に固定されている、
ことを特徴とするミラーアクチュエータ。 - 請求項1に記載のミラーアクチュエータにおいて、
前記線状弾性部材の前記一端は、少なくとも前記第2回動軸に平行に撓み得る弾性部に固定されている、
ことを特徴とするミラーアクチュエータ。 - 請求項2に記載のミラーアクチュエータにおいて、
前記弾性部は、端部が前記第1の円の径方向に沿うように延びており、当該端部に前記線状弾性部材の前記一端が固定されている、
ことを特徴とするミラーアクチュエータ。 - 請求項3に記載のミラーアクチュエータにおいて、
前記弾性部の前記端部は、前記第2回動軸に向かって延びており、
前記第1の円の径が前記第2の円の径よりも小さくなっている、
ことを特徴とするミラーアクチュエータ。 - 請求項3に記載のミラーアクチュエータにおいて、
前記弾性部の前記端部は、前記第2回動軸から離れる方向に延びており、
前記第1の円の径が前記第2の円の径よりも大きくなっている、
ことを特徴とするミラーアクチュエータ。 - 請求項2ないし5の何れか一項に記載のミラーアクチュエータにおいて、
前記複数の線状弾性部材に対して、それぞれ個別に、複数の前記弾性部が設けられている、
ことを特徴とするミラーアクチュエータ。 - 請求項1ないし6の何れか一項に記載のミラーアクチュエータと、
前記ミラーアクチュエータのミラーにレーザ光を供給するレーザ光源と、を備えることを特徴とするビーム照射装置。 - 請求項1ないし6の何れか一項に記載のミラーアクチュエータと、
前記ミラーアクチュエータのミラーにレーザ光を供給するレーザ光源と、
目標領域から反射された前記レーザ光を受光する受光部と、
前記受光部からの出力に基づき前記目標領域における物体を検出する検出部と、
を備える、
ことを特徴とするレーザレーダ。
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JP2013157155 | 2013-07-29 | ||
JP2013157155 | 2013-07-29 | ||
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