光扫描用促动器的制作方法

专利名称：光扫描用促动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对射出的光进行扫描的光扫描用促动器。
背景技术：
以往，作为利用激光等扫描装置的装置公知有扫描型激光雷达装置、 激光扫描器、激光打印机、激光标识器、物体监视装置等。在上述装置中， 作为在用于防止车辆冲击的扫描型激光雷达装置上使用的光扫描用促动 器公知有通过马达使一片可动反射镜摆动或旋转运动，并使激光光源发出 的光向可动反射镜照射，将其反射光作为扫描光而进行扫描的技术(例如， 参照专利文献O。
图6是示出现有的光扫描用促动器的结构的立体图。该图所示的光扫 描用促动器31在固定构件33上固定有上下并行设置的一对板簧34a、 34b 的基端部(板簧34b未图示)，其中所述固定构件33装配在底座构件32 上。板簧34a、 34b的各前端部固定在保持反射镜36 (用双点划线表示) 的反射镜架35上，其中该反射镜36反射从规定光源入射的光。在作为可 动部的反射镜架35上，在以板簧34a、 34b的原点位置为中心而左右对称 的位置上配置有一对线圈37a、 37b。
在底座构件32上连结有弧状的磁轭38。该磁轭38的弧状部分由相互 平行的下侧部分38a和上侧部分38b构成，下侧部分38a贯通线圈37a、 37b的各开口面。另外，在上侧部分38b的表面中的与下侧部分38a相对 的表面上固定有磁铁39。
在具有以上结构的光扫描用促动器31中，磁轭38及磁铁39形成封 闭的磁通量。因此，当线圈37a、 37b中流过交流电流时，在线圈37a、 37b 上产生洛伦兹力。通过该洛伦兹力驱动保持线圈37a、 37b的反射镜架35， 伴随该驱动反射镜36摆动，由此实现光的扫描。
专利文献l:国际公开第02/008818号小册子镜36偏离原点位置的摆动角度
的变大，板簧34a、 34b弯曲的影响变得显著，可动部向固定构件33方向略微退避则线圈37a、 37b的内侧面和磁轭38发生接触。因此，在偏离原点位置的摆动角度大的广角区域的扫描上产生误差，成为实现扫描角的广角化方面的障碍。另外，由于广角区域中的线圈37a、 37b的内侧面和磁轭38的接触，上述构件可能损坏，在作为装置的耐久性上可能产生问题。

发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种能够实现光的扫描角的广角化且耐久性优良的光扫描用促动器。
为了解决上述课题并达到目的，本发明的光扫描用促动器对光学元件
射出的光进行扫描，其特征在于，具备可动部，其支承所述光学元件，并能够与所述光学元件一起移动；多个板簧，其呈薄板状，且长度方向的一端部被固定，并且长度方向的另一端部被安装在所述可动部上；以及电磁驱动机构，所述电磁驱动机构具有产生磁通量的磁铁；磁轭，其一部分与所述磁铁层叠，且与所述磁铁一起形成闭合的磁回路；线圈，其保持在所述可动部上，且位于所述磁铁和所述磁轭的间隙中，并且开口面与所述磁铁和所述磁轭的层叠方向大致正交，所述电磁驱动机构通过施加在所述线圈上的电磁力来驱动所述可动部。
另外，本发明的光扫描用促动器的特征在于，在上述发明中，所述线圈呈与所述开口面正交的方向的高度比与所述开口面平行的方向的任意宽度小的扁平形状。
另外，本发明的光扫描用促动器的特征在于，在上述发明中，所述磁
轭具备两个弧状部，所述两个弧状部分别具有呈相互相同的半圆环形状的
表面，且该表面彼此平行地对置，所述光学元件在所述弧状部的外缘附近
能够沿着该外缘移动。
另外，本发明的光扫描用促动器的特征在于，在上述发明中，所述磁铁具有呈与所述磁轭具有的所述弧状部的表面大致相同形状的半圆环形
状的表面，并在所述两个弧状部中的一个弧状部的表面中的与另一个弧状部对置的表面上层叠并固定。另外，本发明的光扫描用促动器的特征在于，在上述发明中，所述多个板簧并列配置，在各板簧未弯曲的状态下，相互对应的表面彼此通过相同的平面，且各自的长度方向相互大致平行，所述磁铁、所述磁轭及所述线圈位于所述多个板簧中的相邻的任意两个板簧之间。
另外，本发明的光扫描用促动器的特征在于，在上述发明中，所述光学元件是反射镜，该反射镜的表面在所述板簧未弯曲的状态下与所述板簧的长度方向正交。
根据本发明，构成电磁驱动机构一部分的线圈位于构成相同的电磁驱动机构一部分的磁铁和磁轭的间隙中，其中电磁驱动机构对能够与光学元件一起移动的可动部进行驱动，线圈的开口面形成与磁铁和磁轭的层叠方向大致正交的结构，由此，即使在大范围内移动可动部，线圈和磁轭也不会接触，能够正确地扫描光。因此，能够提供一种能够实现光的扫描角的广角化且耐久性优良的光扫描用促动器。


图1是示出本发明的一个实施方式的光扫描用促动器的结构的立体图。
图2是从图1的箭头A方向观察到的俯视图。图3是图2的B—B线局部截面图。
图4是对本发明的一个实施方式的光扫描用促动器的动作进行说明的图。
图5是示出本发明的一个实施方式的变形例的光扫描用促动器的结构的立体图。
图6是示出现有的光扫描用促动器的结构的立体图。[符号说明]
1、 11、 31光扫描用促动器2a、 2b、 34a、 34b板簧
3、 33固定构件
4、 36反射镜
5、 12、 38磁轭5a、 5b、 12a、 12b弧状部 5c连结部
6、 39磁铁
7、 37a、 37b线圈 8螺纹构件
9、 32底座构件 10框架构件 10a板簧安装部 10b反射镜支承部 i0c线圈载置部 21a、 21b电极端子部 22a、 22b切口部 35反射镜架 38a下侧部分 38b上侧部分 100发光元件 200控制回路 300位置检测部
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的具体实施方式
(以后称"实施方式")进 行说明。图1是示出本发明的一个实施方式的光扫描用促动器的结构的立 体图。另外，图2是图1的箭头A方向的俯视图。图3是图2的B—B线 局部截面图。
图1 图3所示的光扫描用促动器1具有两个板簧2a、 2b;固定板 簧2a、 2b的各基端部的固定构件3;反射镜4，其是反射由激光二极管等 发光元件100发出的入射光，并使该反射的光射出的光学元件；形成闭合 磁回路的磁轭5及磁铁6;配置在磁轭5及磁铁6的间隙中的线圈7;底 座构件9，其保持固定构件3，并经由螺纹构件8将磁轭5固定设置；框 架构件IO，其构成能够与反射镜4一起移动的可动部。
7板簧2a、 2b呈相同形状且并列配置，各自在未弯曲的状态(初期状
态)下，相互对应的表面彼此通过相同的平面，且各自的长度方向平行。
板簧2a、 2b的宽度从被固定构件3固定的基端部向前端部分别逐渐变窄。 由此，能够使作为悬臂梁而发挥功能的板簧2a、 2b的应力分布大致均匀， 能够有效地确保配置磁轭5、磁铁6以及线圈7的空间。另外，由于以沿 着图3的上下方向隔着磁轭5、磁铁6以及线圈7的方式配置板簧2a、 2b， 因此反射镜4的摆动方向的刚度高，不容易受到干扰的影响。
在板簧2a的基端部设置有从该基端部沿着板簧2a的初期状态的长度 方向突出且安装配线的电极端子部21a，其中所述配线连结电极端子部21a 和产生流过线圈7的电流的控制回路200之间。另外，在板簧2a的前端 部设置有沿着与板簧2a的初期状态的长度方向大致正交的方向进行切口 且钩挂线圈7的一端来确保与线圈7通电的切口部22a。板簧2b与板簧 2a同样，具有电极端子部21b和切口部22b。
具有上述结构的板簧2a、 2b通过与电极端子部21a、 21b分别连接的 配线而与控制回路200连接，且通过切口部22a、 22b与线圈7的一端连 接。由此，能够使控制回路200与线圈7电连接，使线圈7内流过电流。 此外，在图3中，利用虚线表示线圈7的绕组端部和切口部22a、 22b的 连接。
板簧2a、 2b由铍青铜、磷青铜或不锈钢等薄板弹簧件构成，并通过 基于冲压加工的冲裁成形或蚀刻成形而形成。此外，在板簧2a、 2b的表 面也可以粘贴具有粘弹性的聚合物薄板等。由此，能够对框架构件10给 与适当的阻尼作用，也能抑制共振时装置自身的破坏和干扰输入引起的不 必要的振动的诱发，在摆动运动的折回位置不需要在线圈7上产生大的制 动力。因此，能够实现光扫描用促动器l的省电化，并且能够实现良好的 响应性。
固定构件3通过将填充了轻量且高刚度的玻璃纤维等的液晶聚合物 (LCP)或聚苯硫醚(PPS)等工程塑料进行注射模型成形而形成。
反射镜4使用玻璃、合成树脂或铝等轻金属而制成，且被框架构件IO 支承为其表面(反射镜面)与板簧2a、 2b的初期状态的长度方向相正交。 在反射镜4的表面设置有通过铝蒸镀等而平滑地形成的反射层。在该反射层的表面上形成有保护层，该保护层由二氧化硅(Si02)等薄膜形成，保 护表面免受腐蚀或氧化等。
磁轭5具有两个弧状部5a、 5b和分别连结弧状部5a、 5b的对置的端 部彼此的两个连结部5c，其中弧状部5a、 5b分别具有呈相互相同的半圆 环形状的表面，该表面彼此平行且以隔离的状态对置，磁轭5作为整体形 成封闭的形状。连结部5c通过螺纹构件8固定设置在底座构件9上。具 有这样结构的磁轭5由纯铁等软磁性件形成，并与磁铁6—起形成闭合的 磁回路。
磁铁6呈具有与磁轭5的弧状部5a、 5b大致相同形状的表面的薄板 状，并且磁铁6以在位于下侧的弧状部5b的表面且与弧状部5a对置的表 面上层叠的状态固定在磁轭5上。
线圈7被框架构件10保持且位于磁轭5的弧状部5a和磁铁6的间隙 中，更具体地说，线圈7的开口面配置在与磁轭5和磁铁6的层叠方向正 交的位置、即呈直角横切由磁轭5和磁铁6形成的磁通量的位置。
线圈7的开口面呈大致等腰梯形，短边侧位于弧状部5a、 5b的内周 侧，长边侧位于弧状部5a、 5b的外周侧。通过将具有呈这样形状的开口 面的线圈7如上述那样配置，能够使径小的内周侧的框架构件10的运动 变得顺利。并且，使径大的外周侧的截面积变大，由此能够横切更多的磁 通量，因此也能够产生框架构件10的运动所必需的驱动力。
线圈7呈至少与开口面正交的方向的高度(图l的h)比与开口面平 行的方向的任意宽度(例如图2的wl、 w2)小的扁平的形状。如此，通 过使线圈7呈扁平形状，能够使磁轭5和磁铁6的间隙变小，能够形成省 空间化、小型化的结构。
磁轭5、磁铁6及线圈7构成通过电磁力驱动构成可动部的框架构件 10并扫描从反射镜4射出的光的电磁驱动机构。
框架构件10具有安装板簧2a、 2b的前端部的板簧安装部10a、支承 反射镜4的反射镜支承部10b、载置线圈7的线圈载置部10c。如图3所 示，反射镜支承部10b的延伸方向(图3的上下方向)和线圈载置部10c 的延伸方向(图3的水平方向)正交。框架构件10使用与固定构件3同 样的工程塑料等而制成。此外，在将板簧2a、 2b安装在固定构件3及框架构件10上时，也可 以将板簧2a、 2b作为嵌入件与固定构件3和/或框架构件10 —体形成。
在具有以上结构的光扫描用促动器1中，控制回路200使电流流过线 圈7，由此使穿过线圈7的开口面的磁通量变化。其结果是，在线圈7上 向阻碍磁通量变化的方向产生洛伦兹力。该洛伦兹力成为线圈7的驱动力 而使反射镜4和框架构件10摆动。在此，流过线圈7的电流是例如频率 为10 100Hz左右的交流电流。
控制回路200根据位置检测部300检测的位置信息来对流过线圈内的 电流进行控制。位置检测部300具有例如霍尔IC等磁传感器，对板簧2a、 2b、反射镜4或框架构件10的规定部位的位置进行检测，并将该检测出 的位置信息向控制回路200输出。
图4是对光扫描用促动器1的作用进行说明的图，是示出摆动运动的 概要的图。在图4中，用实线表示板簧2a (2b)发生最大弯曲而位于摆动 运动的一侧的折回位置的情况。如图4所示，反射镜4及框架构件10相 对于原点位置(图4的水平方向)仅在图4的上下方向相等的角度e内进 行摆动。进行该摆动时，反射镜4在磁轭5的弧状部5a、 5b的外缘附近
沿着该外缘附近移动。例如，当偏离反射镜4的原点位置的最大摆动角e
为0=22.5 (度)时，反射镜4以原点位置为中心在45度的范围内进行摆 动，反射镜4射出的光的扫描角度为90度。
本实施方式的光扫描用促动器l中，线圈7的开口面与磁轭5的弧状 部5a、 5b及磁铁6的表面大致平行，磁轭5的一部分没有贯通线圈7的 开口面。因此，在光扫描用促动器l中，摆动角的值在大的广角区域时， 即使框架构件10向固定构件3的方向退避，线圈7也不会与磁轭5接触。 因此，光扫描用促动器1与图6所示的现有的光扫描用促动器31不同， 即使在广角区域也能够正确地扫描光，不存在损伤线圈7和磁轭5的顾虑。
根据以上说明的本发明的一个实施方式，构成电磁驱动机构一部分的 线圈位于构成相同的电磁驱动机构一部分的磁铁和磁轭的间隙中，其中电 磁驱动机构对能够与反射镜(光学元件) 一起移动的可动部进行驱动，线 圈的开口面形成与磁铁和磁轭的层叠方向大致正交的结构，由此，即使在 大范围内移动可动部，线圈和磁轭也不会接触，能够正确地扫描光。因此，能够提供一种能够实现光的扫描角的广角化且耐久性优良的光扫描用促 动器。
另外，根据本实施方式，正因为在磁铁和磁轭的间隙中配置线圈，因 此能够较大地设定线圈的安装允许误差，与磁轭贯通在线圈内的结构相 比，可以减少对磁轭和线圈的各形状的制约，使设计的自由度变大。其结 果是，能够提供一种使结构简单化、装配容易且生产性优良、也适合小型 化的光扫描用促动器。
进而，根据本实施方式，由于仅使用一个线圈，因此不需要像使用多 个线圈的情况那样设置用于消除驱动力不平衡的修正机构，能够降低可动 部的质量。因此，用小的驱动力就能够很大地驱动反射镜，能够实现省电 化。
图5是示出本发明的一个实施方式的变形例的光扫描用促动器的结构 的图。该图所示的光扫描用促动器11除了磁轭和磁铁的位置关系以外， 具有与上述光扫描用促动器l同样的结构。因此，在图5中，对于与光扫 描用促动器1相同的结构要素标注相同的符号。
磁轭12呈与光扫描用促动器1的磁轭5大致相同的形状，具有相互 平行的两个弧状部12a、 12b。在本实施例中，磁铁6以在两个弧状部12a、 12b中的位于上侧的弧状部12a的表面且与位于下侧的弧状部12b对置的 表面上层叠的状态固定在磁轭12上。
具有以上结构的光扫描用促动器11具有与上述的一个实施方式的光 扫描用促动器1同样的效果。
此外，本发明不应该仅被上述的一个实施方式所限定，例如，在本发 明中，板簧、磁轭、磁铁、线圈的形状并非限定为上述的形状。
另外，在本发明中，作为光学元件可以代替反射镜而使用棱镜或全息 元件，也可以使用激光二极管等发光元件。
进而，在本发明中，也可以形成使用了三片以上的板簧的结构。
如此，本发明包括在此没有记载的各种实施方式等，可以在不脱离权 利要求的范围所限定的技术思想的范围内进行各种技术变更等。
工业实用性如上所述，本发明的光扫描用促动器在扫描型激光雷达装置、激光扫 描器、激光打印机、激光标识器、物体监视装置等中是有用的，尤其适用 于扫描型激光雷达装置。
权利要求
1、一种光扫描用促动器，其对光学元件射出的光进行扫描，所述光扫描用促动器的特征在于，具备可动部，其支承所述光学元件，并能够与所述光学元件一起移动；多个板簧，其呈薄板状，且长度方向的一端部被固定，并且长度方向的另一端部被安装在所述可动部上；以及电磁驱动机构，所述电磁驱动机构具有产生磁通量的磁铁；磁轭，其一部分与所述磁铁层叠，且与所述磁铁一起形成闭合的磁回路；线圈，其保持在所述可动部上，且位于所述磁铁和所述磁轭的间隙中，并且开口面与所述磁铁和所述磁轭的层叠方向大致正交，所述电磁驱动机构通过施加在所述线圈上的电磁力来驱动所述可动部。
2、 如权利要求1所述的光扫描用促动器，其特征在于， 所述线圈呈与所述开口面正交的方向的高度比与所述开口面平行的方向的任意宽度小的扁平形状。
3、 如权利要求1或2所述的光扫描用促动器，其特征在于， 所述磁轭具备两个弧状部，所述两个弧状部分别具有呈相互相同的半圆环形状的表面，且该表面彼此平行地对置，所述光学元件在所述弧状部的外缘附近能够沿着该外缘移动。
4、 如权利要求3所述的光扫描用促动器，其特征在于，所述磁铁具有呈与所述磁轭具有的所述弧状部的表面大致相同形状 的半圆环形状的表面，并在所述两个弧状部中的一个弧状部的表面且与另 一个弧状部对置的表面上层叠并固定。
5、 如权利要求1 4中任一项所述的光扫描用促动器，其特征在于， 所述多个板簧并列配置，在各板簧未弯曲的状态下，相互对应的表面彼此通过相同的平面，且各自的长度方向相互大致平行，所述磁铁、所述磁轭及所述线圈位于所述多个板簧中的相邻的任意两 个板簧之间。
6、如权利要求1 5中任一项所述的光扫描用促动器，其特征在于， 所述光学元件是反射镜，该反射镜的表面在所述板簧未弯曲的状态下 与所述板簧的长度方向正交。
全文摘要
本发明提供一种能够实现光的扫描角的广角化且耐久性优良的光扫描用促动器。为了该目的，所述光扫描用促动器具备可动部，其支承使光射出的光学元件，并能够与光学元件一起移动；多个板簧，其呈薄板状，且长度方向的一端部被固定，并且长度方向的另一端部被安装在可动部上；以及电磁驱动机构，所述电磁驱动机构具有产生磁通量的磁铁；磁轭，其一部分与磁铁层叠，且与该磁铁一起形成闭合的磁回路；线圈，其保持在可动部上，且位于磁铁和磁轭的间隙中，并且开口面与磁铁和磁轭的层叠方向大致正交，所述电磁驱动机构通过施加在线圈上的电磁力来驱动可动部。
文档编号G02B26/10GK101681019SQ20088001775
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月30日 优先权日2007年5月31日
发明者今村州, 平田贵史, 重松良平 申请人:日本发条株式会社