JPH01265221A

JPH01265221A - 光ビーム走査用スキャナー

Info

Publication number: JPH01265221A
Application number: JP9401388A
Authority: JP
Inventors: Aritaka Yorifuji; 依藤　有貴; Shintaro Yamamoto; 慎太郎山本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1989-10-23
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JP2674777B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野１本発明は、測距光学系用の光ビーム走査用スキャナーに
関するものである。

■背景技術Ｊ第１５図は従来の光ビームスキャン型ｉ１１順方　式の
構成図を示し、投光系１は、半導体レーザまたはＬＥＤ
等を光源とし、投光レンズを通して光を細く絞って投光
するものである。投光系１からの光を回転しながら反射
させる走査スキャ−７−−２′は、ポリゴンミラー又は
〃ルバノミラーで構成されており、測距対象物３の表面
に直線上に走査し、その反射光を受光レンズ４とＰＳＤ
（半導体装置検出素子）５で受光する。

測距原理は第１６図に示すように、光字的三角測１１’
ｉであり、物体がＡにある時の結偉点はＰＳＤ５上のａ
であり、ＢのときはｂＳＣのときはＣとなり、ＰＳＤ５
でａ、ｂ、ｅを検出すれば物体までのｒ離がわかる。こ
のビームが紙面垂直方向に走査しているので、走査スキ
ャナー２′のミラーの振り角θと、ＰＳＤ５の出力より
２次元変位が測定できることになる。

ＰＳＤ（半導体装置検出素子）５は、尤の位置を検出す
る受光素子であり、その構造を第１７図に、等価回路を
第１８図に夫々示す。図示するようにＰＳＤ５はｐｉｎ
構造の７オトダイオードに属する両端に出力電極５□５
□を持つ光起電力素子である。いま、表ｎに光スポット
が照射されると、高抵抗のｐＭが光の輝度重心位置と、
両端Ｎ極までの距離に逆比例して分割され、尤点位Ｗｔ
ａにはＰＳＤ５の長さをＬとすると、次式で示される。

したがって、■、■式より、となる。

光をスポットする装置としては、普通、ポリゴンミラー
や〃シバ／ミラーが用いられる。前者は、６ないし１２
面の多面鏡をモータで回転させるために、高速で又スキ
ャン角を大きくできるので、広く用いられている。しか
しながら、多面鏡を精度良く作るのは非常にコストがか
かり高価となる。また、モータにより多面鏡を回転させ
るため、モータの軸受寿命にも限度がある。また、形状
ら大トいので、ＦＡ用先光センサスキャナーに使用する
には無理がある。後者は、一対の永久磁石のステータと
ロータを持ち、ロータの回転角を制御する一対の制御コ
イルからなるもので、ポリゴンミラーよりは低コストで
あるが、前者と同じように軸受等の摺動部を持つため、
寿命はポリゴンミラーと同程度である。また、形状はポ
リゴンミラーに比べて小さいが、寿命、価格の面でＦＡ
用先光センサスキャナーに使用するには無理があった。

もう１つの大きな問題点として、両者に共通することは
、ポリゴンミラーや〃ルバノミラーで走査された光ビー
ムは、理想的には走査方向にのみ動くはずだが、実際に
は軸受は部の精度により走査方向に直角のぶれ（Ｗｏｂ
ｂｌｅ）がある、このぶれは、角度にして数秒〜数十秒
程度の小さいものではあるが、本測距光学系には大きな
測距誤差の原因となる。具体的には第１９図のごとくで
ある。

同図において、走査スキャナー２′と反射面との間の距
離を１５０−一とし、前記ぶれ角が２０秒とした場合に
、測距誤差をａＲとし、反射角を１０°、θ＃１０°と
し、測距誤差は次式のようにして求められる。

Ｉ！１Ｑ＝１５０Ｘｔａｎ２０” θ＃１０゜＝８２μ− このように、ぶれがわずか２０秒発生したとしても、同
図に示す光学系では、８２μ曽もの測距誤差が生じてし
まい、測距精度の向上に大きな妨げとなる。

［発明の目的１本発明は、上述の、αに鑑みて提供したものであって、
小型で安価なぶれが小さく、ポリゴンミラーや〃ルバノ
ミラーのような摺動部がない長寿命の光ビーム走査用ス
キャナーを提供することを目的としたものである。

［発明の開示１（構成）本発明は、投光ビームを反射させて走査光を作る反射手
段を設けた可動部材と、一端を上記可動部材に同定する
と共に、他端が剛体に支持された板バネと、該板バネの
平面と略直交する方向に板バネをたわませて上記可動部
材を回動させるコイルとを！Ａ備することにより、フィ
ルにより板バネをたわませて可動部材に設けた反射手段
を回動させて、投光ビームを反射させて走査光を作るよ
うにし、また、上記板バネとコイルと可動部材とを一体
成形することにより、可動部分を軽量にして高速動作を
可能にし、また、特性のバラツキを抑えるようにしたこ
とを特徴とするものである。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図乃至第３図において、剛体は２つのＥ字型のヨー
ク６．６で構成され、ヨーク６の鉄心６ａは、断面を略
口字型にしたコイル７の内部に遊嵌している。そして、
コイル７は鉄心６ａの突出方向に移動自在としである。

ヨーク６の両側の突き今わせ部に弾性を有する板バネ９
の下部が支持され、板バネ９をヨーク６でもって同定し
ている。ヨーク６の突き今わせ面と平行に可動部材であ
る／）ンＩｆ−１０が配置される。ここで、第１図及び
ｔｐＪ２図に示すように、コイル７の上部と板バネ９の
上部とがハンｆｆ−１０に一体に成形されるものであり
、ハン〃−１０の両側の下面より板バネ９を垂設した形
としている。また、ハン〃−１０の一端部には上端より
垂設して側方に突出した載置片１５が一体に形成されて
おり、この載置片１５の上面に一体成形後に反射手段を
構成する反射ミラー１１が貼着されて、一体化したハン
が一ブロックＡが構成される。板バネ９の下端部は上述
したように、ヨーク６の突き合わせ部で支持されること
になる。

ところで、コイル７と、板バネ９と、ハンガー１０とを
一体に成形しているのは次のような理由による。すなわ
ち、ハンガーブロックＡの組立時に板バネをハン〃−に
かしめた上で接着し、さらにボビンレスとせずにコイル
を巻装したコイルボビンをハン〃−に接着するために、
組立精度によつてスキャナーの特性にパラツキが出るこ
とが多い、＊た、ハン〃−に板バネをかしめるために、
ハンプ−材料として、可動部を少しでも軽量にするため
に、金属であるアルミを用いており、さらに、コイルボ
ビンを使用し、ハン〃−に接着するため、可動部が重く
なり、高速動作の妨げになるからである。

上記の理由でハへガーブロック八を一体成形しているも
のである。そして、フィル７のリード線７ａは第１図及
び第２図に示すように、ハン〃−１０の中央片１０ｍよ
り直接引き出した形で成形している。

ヨーク６の開口部６ｂ内には永久磁石１２が配置されて
いる。ここで、フィル７が励磁されると鉄心６ａは同定
されでいるために、コイル７が移動することでハンｆｆ
−１０が板バネ９を軸として回転するものであり、第６
図中の矢印のように円弧運動をする。従って、反射ミラ
ー１１がその円弧運動に伴って同じ運動をし、光ビーム
を反射させて走査光を作るようになっている。そして、
ぶれ（Ｗｏｂｂｌｅ）を小さくするために、ハン７ｙ−
１０が回転する時にたわむ板バネ９のたわみ部９ａは、
その長さ寸法ｙよりも幅寸法Ｘの方が長くなるように設
定しである１本実施例では１．５倍程度としている。こ
のように設計された２枚の板バネ９でハンが−１０は支
えられている。尚、反射ミラー１１は第１５図の走査ス
キャナー２′に相当し、ハン〃−１０の円弧運動によっ
て、光ビームはスキャンされる。尚、永久磁石１２は第
４図に示すように磁極は対向するように配置してあり、
図ではＮ極が対向しでいるが、Ｓ極が対向するように配
置してもよい。

次に、スキャナーの動作原理を説明する。第４図に示す
ように、永久磁石１２とヨーク６により磁路が形成され
ている。尚、図中の破線の矢印は磁束の流れを示してい
る。そして、そのとき、　′磁気ギャップｇには第５図
の矢印に示すように磁束が流れている。そこで、第５図
の破線の矢印のようにコイル７に電流を流すと、７レミ
ングの左手の法則に従って、コイル７には紙面手前から
奥に向かう力が働く、コイル７の電流を逆にしてやれば
、磁束の向きは一定なので、コイル７には紙面奥から手
前に向かう力が働く、このようにフィル７に流す電流の
方向をある周期で、サインカーブ状、あるいは三角波状
、あるいは矩形波状等に変化させてやれば、コイル７に
はその電流波形に比例した力が働く、その力の大きさは
ｆ＝　Ｉ　Ｂ　ｉ２゜の法則に従う。

ｎターン巻かれているコイル７の場合、長さＱ、の電線
が磁束密度Ｂの磁界中にｎ本存在するこ　　。

とになり、それぞれの電線には電流Ｉが流れることにな
るので、ｆ＝ｎｌＢＱとなる。さらに、本実施例の構造
では、永久磁石１２ａによる磁気ギヤツブｇ及び永久磁
石１２ｂによる磁気ギャップｇでそれぞれの磁束密度が
同じなので、コイル７に加わる力は次式のように前述の
式の２倍となる。

ｆ＝２ｎＩＢＱここで、ｎ：コイル７巻１（ターン）Ｉ：フィル電流（Ａ）Ｂ：ギャップｇの磁束密度（Ｗｂ／ｍ２）Ｑ、：磁界を
直交する導体の有効長さ（鋤）１：フィル７（コイルボビンン８）に加わる力（Ｎ）以上の力がコイルボビン８に加わると、第６図に示すよ
うに、コイル７はハン〃−１０を介して板バネ９でヨー
ク６に同定されているので、コイル７は真横に動（こと
はできず、ハンガー１０の支持点ｐと板バネ９の同定、
αｑとの闇に存在する回転軸を中心に図中の矢印の如く
回転することになる。故にハン７ｙ−１０に同定されて
いる反射ミラー１１は、フィルボビン８と同方向に円弧
運動をする。これによりスキャナーを構成することがで
きる。

第７図及び第８図はスキャナーの動作状態を示し、ｔＩ
Ｓ７図はスキャナーの静止状態の光ビームの反射光の方
向を示し、第８図はスキャナーの回転状態の反射光を示
している。尚、図中のδは、スキャナーが回動したとき
に、その回動角に応じたスキャン角を示している。ここ
で、第８図のＳ、αは回転中心を示している。また、コ
イルボビン８が動いたときに、コイル７が磁界中を外れ
ることがないように、永久磁石１２の長さは余裕を持っ
て設計しである。更に、ハン〃−１０、反射ミラー１１
、コイル７に９の可動部であるハンガーブロックへの質
量は、できるだけ軽量にする方が、スキャナーの応答性
を上げるのに有利である。そのために本実施例では、ボ
ビンレスのフィル７で構成しているものである。また、
本実施例において、２枚の板バネ９間の距離を長くとる
ほど、ぶれ（Ｗ。

ｂｂｌｅ）が小さくなる結果が得られることは言うまで
もない。

ところで、第９図は上記のスキャナーをヘッドケース、
１３内に組み込んだ状態を示し、ヘッドケース１３内に
はスキャナーの他に、受光レンズ４、ＰＳＤ５及びＰＳ
Ｄ５出力を演算処理する電子回路部１４等が配置しであ
る。そして、スキャナーは上述のように反射ミラー１１
をハン７ｙ−１０のｉ部に配置しているため、ヘッドケ
ース１３内に組み込む際に、基Ｍ長をできるだけ艮（取
って、スキャナーをヘッドケース１３内にすっきりと納
めることができて、組み込みやすい構造としている。

また、反射ミラー１１の反射面をハン〃−１０の回転中
心軸上に配置させても良い。すなわち、回転の中心が反
射ミラー１１の下方にあると、反射ミラー１１が大きく
円弧運動をするため、投光ビームが反射ミラー１１に当
たる位置が動（ことになる、そのため、反射ミラー１１
の反射面積は大きいものが必要となる。そのため、反射
ミラー１１の表面の位置は、ハン〃−１０の回転中心軸
と一致させており、第１０図に示すように、反射ミラー
１１が回転しても、反射ミラー１１が回転中心軸にある
ために、入射光は反射ミラー１１のほぼ同一面に当たる
ため、反射ミラー１１の反射面積を小さくすることがで
きる。従って、反射ミラー１１を小さくすることができ
て、全体を軽量化することができるものである。尚、反
射ミラー１１がａの角度で回転すると、反射光は２ａの
角度で反射する。

第１１図及び第１２図はハン７ｙ−ｉｏの中央片１０ｍ
の上面にフィル７のリード＠　７　ａを引き出す引き出
し部１６を形成した実施例を示し、この引き出し部１Ｇ
は蛇腹状に軟質ゴムまたは樹脂をハン〃−１０と同時成
形して形成したものである。

この引き出し部１６によりリード線７ａの屈曲による断
線の防止を図っている。

第１３図及び第１４図は引き出し部１６の他の実施例を
示し、ハン〃−１０より引き出したり−ドｌｉ　７　ａ
を引き出し方向に折り返した上で、シリコン等の軟質性
樹脂で固めて引き出し部１６を形成したものである。従
って、引き出し部１６内でリード１ｌｌｌｉ７ａを折り
返していることで、リードＭ７ａの屈曲及び引っ張りに
よる断線防止を図っている。

かかる引き出し部１６により、可動部から引き出されて
いるリード＃ｉ７ａの屈曲や引っ張りによる線切れを防
止できるものである。

［発明の効果１本発明は上述のように、投光ビームを反射させて走査光
を作る反射手段を設けた可動部材と、−１１を上記可動
部材に同定すると共に、ｆｌ！端が剛体に支持された板
バネと、該板バネの平面と略直交する方向に板バネをた
わませて上記可動部材を回動させるフィルとを几罰した
ものであるかＣ）、コイルにより板バネをたわませて可
動部材に設けた反射手段を回動させて、投光ビームを反
射させて走査光を作るようにすることができ、そのため
、構造が簡単で、且つ小型で安価なぶれの小さいスキャ
ナーを提供でき、また、従来のように、ポリゴンミラー
、〃ルバ／ミラーのような摺動部がないため、長寿命と
することができる効果を奏するものである。また、上記
板バネとフィルと可動部材とを一体成形しているもので
あるから、コイルボビン等を用いていないことから、ス
キャナーの可動部が１１！！量になり、高速動作が可能
になり、また、コイル、ハンガー１板バネ等をかしめや
接着等で組み立でているのではなく一体成形しているか
ら、組立時のバラツキが発生する部分が減るので、スキ
ャナーの特性バラツキが抑えられるという効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のハンガーブロックの斜視図、
第２図は同上の正面図、ＰＪ３図は同上のスキャナーの
斜視図、第４図は同上の平面図、第５図及び第６図は同
上の動作説明図、第７図及び第８図は同上の動作説明図
、第９図は同上の配Ｗｔ構成図、第１０図は同上の動作
説明図、第１１図は同上の引き出し部を示しハンガーブ
ロックの斜視図、第１２図は同上の正面図、第１３図は
同上の引き出し部の他の実施例を示すハンが一１０ツク
の斜視図、第１４図は同上の正面図、ＰＩｒＪ１５図は
従来例のビームスキャン型８１鉗方式を示す枯成図、第
１６図は同上の動作説明図、ｔｊ４１７図はＰＳＤの構
造を示す図、第１８図は同上の等価回路図、第１９図は
従来例のぶれによる測距誤差を説明する動作説明図であ
る。７はフィル、７＆はリード線、９は板バネ、１０はハン
〃−１１１は反射ミラー、１６は引き出し部である。代理人　弁理士　石　１）艮　七７・・・コイル１１・・−反射ミフ− 第３図第４図第５図１゜第６図オ隻ズ―ヒ・−ｂ・ °１３丸ご−ム第９図第１０図第１１図第１３図第１５図第１６図第１７図第１８図第１９図手続補正帯（自発）昭和６３年６月１１日１、事件の表示昭和６３年特許Ｍ第９４０１３号２、発明の名称光ビーム走査用ス〜ヤナー３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住　所　大阪府門真市大字門真１０４８番地名称（５８
３）松下電工株式会社代表者　　三　好　俊　夫４、代理人郵便番号　５３０住　所　大阪市北区梅田１丁目１２番１７号−二５、補正命令の日付自　　　発［１］　　本願明細書の第１５頁第１９行目の［成形し
ているものであるから、１を「成形しており、］と訂正
する。代理人　弁理士　石　１）艮　七

Claims

【特許請求の範囲】

（１）投光ビームを反射させて走査光を作る反射手段を
設けた可動部材と、一端を上記可動部材に同定すると共
に、他端が剛体に支持された板バネと、該板バネの平面
と略直交する方向に板バネをたわませて上記可動部材を
回動させるコイルとを具備し、上記板バネとコイルと可
動部材とを一体成形して成る光ビーム走査用スキャナー
。
（２）上記可動部材よりコイルのリード線を引き出すと
共に、該引き出し部分に軟質材からなる断線防止用の引
き出し部を形成した請求項１記載の光ビーム走査用スキ
ャナー。
（３）上記可動部材よりコイルのリード線を引き出すと
共に、該引き出し部分に軟質材からなる断線防止用の引
き出し部を形成し、この引き出し部内でリード線を引き
出し方向に折り返した請求項１記載の光ビーム走査用ス
キャナー。