JPH07128608A

JPH07128608A - 光束走査装置

Info

Publication number: JPH07128608A
Application number: JP27338993A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Hattori; 秀三服部
Original assignee: NIPPON LASER DENSHI KK
Current assignee: NIPPON LASER DENSHI KK
Priority date: 1993-11-01
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】解像力、応答度が高く、電力消費の少ない光
束走査装置の提供。【構成】矢印１１の方向に磁化された稀土類ボンド磁
石１０の平面部１３に反射面を形成し、復元板ばね２
５、２５ａにより磁石１０を中性位置に復元する復元偶
力を与える。コイル溝２３、２３ａ内のコイルに駆動電
流源３０より通電すると、その電流に応じた角度に磁石
１０を回転でき、平面部１３に反射する光束の方向を走
査できる。磁力が強力で、磁石１０に一体に反射面が形
成されるため、解像力、応答度が高く、電力消費の少な
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光線の反射または屈折
（回折）方向を入力信号に応じて制御する光束走査装置
（スキャナー）に関し、特に電磁気力を利用して反射鏡
の方向を入力信号に応じて制御する電磁式の光束走査装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電磁式の光束走査装置としては、
可動コイル形電流計のように、固定永久磁石の各磁極ギ
ャップ間に形成される磁路中に、磁束に対して垂直な軸
の周り回転可能に支持された可動コイルを配し、この可
動コイルにばね等により復元偶力を与えるとともに反射
鏡を固定して、可動コイルを通電することにより反射鏡
を駆動してその角度を変更するものがある。あるいは、
可動磁石形電流計のように、可動コイルの代わりに回転
可能な可動永久磁石を配し、可動永久磁石を挟む磁路中
に、回転軸に平行な固定した電流路を設けて、電流路に
通電することにより、可動永久磁石に固定された反射鏡
を駆動するものがある。

【０００３】一方、反射鏡の回転角を目的の角度に制御
するためには、回転角センサに検出された値と角度指令
値との差信号を電流路の駆動電流にフィードバックする
ことによって、精密な光束走査が行われる。ここで、回
転角センサとしては、重量が比較的軽い電器容量型セン
サが用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような光束走査装
置に対して要求される能力は、高い解像力および高い応
答度であって、目標の角度に対する反射鏡の揺れなどが
極力小さなことが必要であるが、これらの能力を向上さ
せるためには、強力な磁気回路を形成し、また、これに
相応する電磁気力を発生させるためには、電流値の増大
を図る必要がある。しかし、磁路中に配されるコイルの
電流を大きくするためにはコイル断面積を大きくして抵
抗を小さくする必要があるが、例えば、上記の可動コイ
ル形の光束走査装置においては、コイル断面積を大きく
することはコイル質量の増大を招くため、可動コイルの
慣性能率が増加してしまう。その結果、限られた消費電
力の下では、コイルの慣性能率の低減とオーム損失の低
減とが相反することになり、高い解像力および高い応答
度を図ることができない。

【０００５】一方、反射鏡の回転角を回転角センサによ
り制御するものでは、電器容量型の回転角センサは、慣
性能率の小さな軽量のものでは十分な精度が得られず、
ある程度の精度を得るためには、慣性能率が大きくなる
ものを使用する必要があり、上記の高い解像力および高
い応答度と相反することになるという問題がある。

【０００６】この発明の第１の目的は、消費電力の大き
な増加を招くこと無く高い解像力および高い応答度が得
られる光束走査装置を提供することであり、第２の目的
は、光束走査装置において、慣性能率が高くなることな
く回転角を精度よく検出することができる回転角センサ
を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１で
は、磁路形成部材の内側に第１軸の回りに回転するよう
に支持され前記第１軸に直交する第２軸方向に着磁され
た永久磁石を有し、前記第１軸および前記第２軸を含む
平面に平行な平行面を前記永久磁石の表面に設けて、前
記平行面に光束の反射面を形成するとともに、前記永久
磁石を前記第１軸の回りの一方向に復帰させる復元偶力
を与える復元偶力手段と、前記永久磁石に対して前記復
元偶力に抗する電磁力を発生させるための電流通電手段
とを具備することを技術的手段とする。請求項２では、
前記永久磁石の表面に前記平行面と平行な第２の平行面
を設け、この第２の平行面に第２の反射面を形成し、こ
の第２の反射面の反射光により前記永久磁石の回転角を
検出する回転角検出手段を具備することを技術的手段と
する。請求項１および２における光束の各反射面は、平
行面を含む永久磁石の表面の全体に、精密モールドある
いは樹脂被膜を形成した後に鏡面研磨した薄膜に、さら
に、アルミニウム被膜を施すことによって形成すること
ができる。

【０００８】請求項３では、前記回転角検出手段が、前
記第２軸方向に分散した受光回折格子と、原回折格子の
像を前記第２の反射面で反射させて前記受光回折格子上
に結像させてモアレ縞を生じる光学系と、前記モアレ縞
を検出する光検出器とを具備することを技術的手段とす
る。原回折格子としては、第１の原回折格子と、この第
１の原回折格子と同一ピッチで位相が９０度ずれた第２
の原回折格子を回転方向に垂直に並べて設けておき、各
原回折格子の結像位置にそれぞれ２つの光検出器を設け
て、各光検出器のモアレ縞数を求めて回転角とする。請
求項４では、前記永久磁石が、例えば、ＮｄＦｅＢボン
ド磁石等の稀土類ボンド磁石であることを技術的手段と
する。

【０００９】

【作用】本発明では、請求項１では、永久磁石の表面自
体に光束の反射面が形成されており、電流通電手段によ
り通電が行われていない場合には、永久磁石は、復元偶
力手段によって、第１軸回りの一方向に復帰した位置に
あり、電流が通電されると、その電流に応じた回転角だ
け一方向からずれた角度に回転する。請求項２では、反
射面と第２の反射面とが平行であるため、永久磁石が回
転したときの回転角は、回転角検出手段によって第２の
反射面に反射する光の反射方向から検出するできる。

【００１０】請求項３では、永久磁石が回転したときに
第２の反射面での反射光は第２軸方向にずれ、回折格子
はそのずれの方向に分散しているため、第２の反射面で
の反射光が回折格子上に結像されたときに生じるモアレ
縞を光検出器によって検出することによって、永久磁石
の回転角を検出できる。請求項４では、稀土類ボンド磁
石であるＮｄＦｅＢボンド磁石を用いることにより、間
隙磁束密度を大きくすることができ、また、精密成形が
容易となる。

【００１１】

【発明の効果】本発明では、請求項１では、永久磁石に
は第１軸に直交する第２軸方向に磁化されているため、
その磁束は磁路形成部材の磁路を通り、磁路形成部材内
に閉じ込められる。また、永久磁石は、復元偶力手段に
よって復元偶力が与えられる。従って、永久磁石は、通
電された場合において、その電流値に応じた回転角に回
転して安定し、振動しない。従って、消費電力の大きな
増加を招くこと無く高い解像力および高い応答度が得ら
れる。請求項２では、永久磁石自体の表面に形成された
第２の反射面による反射光によって永久磁石の回転角を
検出するため、回転角の検出のための部材によって慣性
能率が高くなることがない。

【００１２】請求項３では、回折格子によるモアレ縞を
光検出器によって検出することによって回転角を検出で
きるため、回転角を精度よく検出することができる。請
求項４では、慣性能率を高くすることなく、間隙磁束密
度を大きくすることができるため、強力な磁気回路を形
成できる。従って、解像力および応答度を高くすること
が容易である。

【００１３】

【実施例】次に本発明を図に示す実施例に基づいて説明
する。図１に示す光束走査装置１において、１０は円柱
の軸に平行な２つの平面で切断された形状を呈する慣性
楕円体としての稀土類ボンド磁石であって、第１軸とな
る円柱の軸上の上下には回転軸２０が備えられている。
稀土類ボンド磁石１０は、その磁化方向が矢印１１に示
すとおり、円柱における一方の外周である側面１２から
反対側の外周である側面１２ａに向かうように第１軸に
直交する第２軸を含む方向に磁化されており、稀土類ボ
ンド磁石１０の表裏に形成された平面部１３、１３ａ
は、上記の第１軸および第２軸を含む平面に平行な平面
として形成されている。

【００１４】稀土類ボンド磁石１０の表面には、その防
湿を兼ねた肉薄の樹脂被覆が施されている。この樹脂被
覆は、稀土類ボンド磁石１０の平面部１３、１３ａを光
学鏡面とするためのものであり、例えば、精密モールド
型を用いたり、あるいは、樹脂被覆後に平面部１３、１
３ａのみを鏡面研磨することによって、光学鏡面を得
る。光学鏡面が設けられた平面部１３、１３ａには、さ
らに、アルミニウム皮膜および保護皮膜を設けて、光束
を反射させるための反射面を稀土類ボンド磁石１０と一
体に形成する。なお、この実施例では、平面部１３ａに
ついては、必ずしも反射面として仕上げる必要はない。

【００１５】稀土類ボンド磁石１０の外側には、稀土類
ボンド磁石１０による磁束に対する磁路を形成する枠体
２１が設けられている。稀土類ボンド磁石１０の側面１
２、１２ａのすぐ外側には、枠体２１の近接部２２、２
２ａが設けられ、側面１２、１２ａと近接部２２、２２
ａとの間には、磁気間隙１４、１４ａが形成されてい
る。また、各近接部２２、２２ａの中央には、各近接部
２２、２２ａをそれぞれ二分するようにコイル溝２３、
２３ａが形成されており、各コイル溝２３、２３ａ内に
は、稀土類ボンド磁石１０に対して作用する電磁気力を
発生するためのコイル３１が配される（図２参照）。な
お枠体２１は、上部枠体２１ａと下部枠体２１ｂとから
なる。

【００１６】稀土類ボンド磁石１０に備えられた回転軸
２０の上下先端は、円錐面に研磨され、また、上部枠体
２１ａ、下部枠体２１ｂの回転軸２０の各先端に対応す
る部分には、それぞれ上部ピボット受け２４、下部ピボ
ット受け２４ａが固定され、回転軸２０は、各ピボット
受け２４、２４ａ間で小さな摩擦で安定に支えられてい
る。上部枠体２１ａとの回転軸２０との間には、稀土類
ボンド磁石１０を中性位置に安定させるための復元板ば
ね２５、２５ａが設けられている。以上の支持機構によ
って、稀土類ボンド磁石１０は、枠体２１内において、
中性位置の周りに回転振動可能に支持されることにな
る。

【００１７】３０は、各コイル溝２３、２３ａ内に配さ
れるコイル３１に対して、互いに逆方向の電流を通電す
るための駆動電流源である。これら各コイル溝２３、２
３ａ内のコイル３１が通電されると、その電磁力によっ
て、稀土類ボンド磁石１０にはトルクが与えられ、この
トルクが復元板ばね２５、２５ａの与える復元力と釣り
合う角度に稀土類ボンド磁石１０を回転させる。

【００１８】以上の構成において、第１軸および第２軸
と直交する方向を第３軸としたとき、第１軸および第３
軸を含む平面を稀土類ボンド磁石１０の平面部１３に対
する入射光路９０を設けた入射平面とすると、平面部１
３に照射された光束は、稀土類ボンド磁石１０が中性位
置にある場合には、入射平面と同一の平面内に反射する
反射光９１となるが、駆動電流源３０によりコイル３１
が通電される場合には、稀土類ボンド磁石１０がその電
流値に応じて回転するため、その回転角度に応じた角度
θを入射平面に対してなす偏向反射光９２となり、各コ
イル３１の電流方向が反転した場合には、偏向方向が逆
になる偏向反射光９３となる。以上のとおり、駆動電流
源３０に応じた反射光が得られるため、駆動電流源３０
の電流値を変化させることによって、光束の反射方向を
任意走査することができる。

【００１９】図２に、本発明の第２実施例の要部を示
す。図２において、光束走査装置１は、中性位置で入射
光路９０を入射する光線を中性反射光路９１に反射し、
また、回転角検出部５０を備え、稀土類ボンド磁石１０
の平面部１３ａは、反射面として形成されており、稀土
類ボンド磁石１０の回転角のセンシングに用いられる。
５１は、稀土類ボンド磁石１０に近接して第３軸方向に
平行に置かれたレンズであり。レンズ５１の第３軸方向
の焦点面には、ｃｏｓ成分原回折格子６１およびｓｉｎ
成分原回折格子６２が置かれていて、その背後には、光
源５２が配置されている。また、レンズ５１の第３軸方
向の焦点面には、受光回折格子６０が設けられており、
その背後には、受光回折格子６０を通過する光を検出す
るために、ｃｏｓ成分光検出器７１とｓｉｎ成分光検出
器７２とが２段に配置して設けられている。ｃｏｓ成分
原回折格子６１、ｓｉｎ成分原回折格子６２は、図３に
示すとおり、互いに位相が９０度ずれたピッチが等しい
格子であり、受光回折格子６０は、これらと等しいピッ
チの格子であり、これらｃｏｓ成分原回折格子６１およ
びｓｉｎ成分原回折格子６２の２段分の高さを有し、そ
の幅が、稀土類ボンド磁石１０の回転角の方向に大きく
広がっている。なお、８０は回転角制御装置であり、各
成分光検出器７１、７２の受光信号と回転角指令信号と
から駆動電流源３０に対して回転角誤差信号を発する。

【００２０】光源５２から照射され各成分原回折格子６
１、６２を通過した光線は、レンズ５１を通り、稀土類
ボンド磁石１０に平面部１３の裏側に平行に形成された
第２の反射面としての平面部１３ａで反射して、再びレ
ンズ５１を通って、レンズ５１の焦点面に置かれた受光
回折格子６０の上に結像される。すなわち、稀土類ボン
ド磁石の中性位置では、各成分原回折格子６１、６２に
おいて矢印の先端で示される像点Ｏから出た光線は、行
き光路９４を経て平面部１３ａで反射されて、中性帰り
光路９５を経て、受光回折格子６０上の中性像点Ｉに結
像する。稀土類ボンド磁石１０が回転角θの場合では、
像点Ｏを出た光線は、行き光路９４を経て平面部１３ａ
で反射されて、偏向帰り光路を経て受光回折格子６０上
の偏向像点Ｊに結像する。

【００２１】従って、駆動電流源３０に応じて稀土類ボ
ンド磁石１０が駆動されて、光線が平面部１３を反射し
て走査される間に、ｃｏｓ成分原回折格子６１の像は受
光回折格子６０の下半分を走査し、ｓｉｎ成分原回折格
子６２の像は受光回折格子６０の上半分を走査する。図
３において、受光回折格子６０の一点鎖線で囲まれた部
分は、特定の回転角に対するｃｏｓ成分原回折格子６
１、ｓｉｎ成分原回折格子６２の像である。図３におい
て、点線で囲んだｃｏｓ成分原回折格子６１とｓｉｎ成
分原回折格子６２との境界部分と、その部分が投影され
た受光回折格子６０の点線で囲まれた部分を拡大図示し
て示す。

【００２２】以上の構成において、各回折格子６０、６
１、６２の回折格子ピッチはいずれも等しく、それをｐ
とし、レンズ５１の焦点距離をｆとすれば、受光回折格
子６０の下半分を通過する全光量の変化分は、ｐ／２ｆ
を周期とする回転角θの関数で、ほぼｃｏｓ（４πθｆ
／ｐ）に比例する。この光量変化分は、ｃｏｓ成分光検
出器７１で検出され、回転角制御装置８０のｃｏｓ入力
端子に加えられる。また、受光回折格子６０の上半分を
通過する全光量の変化分は、ｐ／２ｆを周期とする回転
角θの関数で、ほぼｓｉｎ（４πθｐ／ｆ）に比例す
る。この光量変化分は、ｓｉｎ成分光検出器７２で検出
され、回転角制御装置８０のｓｉｎ入力端子に加えられ
る。回転角制御装置８０は、これらの入力から稀土類ボ
ンド磁石１０の回転角を計算し、別途装置により与えら
れる回転角指令入力と比較して回転角誤差信号を求め、
駆動電流源３０に指令入力として与える。このようにし
てフィードバック制御ループが閉じるとき、回転角は正
確に回転角指令入力に従って制御される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略を示す斜視図である。

【図２】本発明の他の実施例の概略を示す構成図であ
る。

【図３】図２の実施例の回折格子を示す部分拡大図であ
る。

【符号の説明】

１光束走査装置１０稀土類ボンド磁石（永久磁石）１１磁化方向（第２軸）１３平面部（平行面）１３ａ平面部（第２の平行面）２０回転軸（第１軸）２１枠体（磁路形成部材）２５復元板ばね（復元偶力手段）３０駆動電流源（電流通電手段）５０回転角検出部（回転角検出手段）５２レンズ（光学系）６０受光回折格子６１ｃｏｓ成分原回折格子（原回折格子）６２ｓｉｎ成分原回折格子（原回折格子）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁路形成部材の内側に第１軸の回りに回
転するように支持され前記第１軸に直交する第２軸方向
に着磁された永久磁石を有し、前記第１軸および前記第
２軸を含む平面に平行な平行面を前記永久磁石の表面に
設けて、前記平行面に光束の反射面を形成するととも
に、前記永久磁石を前記第１軸の回りの一方向に復帰さ
せる復元偶力を与える復元偶力手段と、前記永久磁石に
対して前記復元偶力に抗する電磁力を発生させるための
電流通電手段とを具備する光束走査装置。
【請求項２】前記永久磁石の表面に前記平行面と平行
な第２の平行面を設け、この第２の平行面に第２の反射
面を形成し、この第２の反射面の反射光により前記永久
磁石の回転角を検出する回転角検出手段を具備すること
を特徴とする請求項１記載の光束走査装置。
【請求項３】前記回転角検出手段が、前記第２軸方向
に分散した受光回折格子と、原回折格子の像を前記第２
の反射面で反射させて前記受光回折格子上に結像させて
モアレ縞を生じる光学系と、前記モアレ縞を検出する光
検出器とを具備することを特徴とする請求項２記載の光
束走査装置。
【請求項４】前記永久磁石が稀土類ボンド磁石であ
ることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載
の光束走査装置。