JPH08313839A - 共振型スキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周囲温度変化や使用するセンサの経時変化に
起因する制御手段の受光信号等の変動をコントロールし
て、常に一定の振幅を有する共振型スキャナを提供す
る。 【構成】 スキャナと共に振動する遮光部材と、前記遮
光部材に投射する発光素子と、前記遮光部材の振動の中
心からずれたところで境界を有して前記遮光部材の振動
方向に２分割して設けられた第１の受光素子および第２
の受光素子とを配置させ、前記第１の受光素子から出力
される受光信号の強度と第２の受光素子から出力される
受光信号の強度とが等しくなる値をしきい値とし、この
しきい値に基づいて弁別して２値化したパルス信号に変
換させ、パルス信号の平均値に基づき負帰還動作により
前記走査手段の駆動信号を制御して前記走査手段の振幅
を一定に制御させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動を一定の振幅に保
持する制御手段を備えた共振型スキャナに関し、特に
は、周囲の温度変化または使用するセンサの経時変化に
依存することなく振幅を一定に制御する共振型スキャナ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】共振型スキャナは、基本的にコイル、磁
石、バネとから構成される。このように構成が簡便であ
るため、種々のレーザ利用の測定装置の走査手段として
応用され、例えば、走査ビームを被測定物に走査させて
被測定物によって遮られた影の部分を検知し、被測定物
の有無検出や被測定物のサイズ測定等のいわゆる外径測
定装置やエリアセンサ等の光センサに使用されている。

【０００３】従来の共振型スキャナの斜視図を図５に示
す。共振型スキャナ１は、光源２から射出され、集光レ
ンズ３において集光されたレーザビームを反射させて扇
状の走査ビーム４に変換するスキャナミラー５と、スキ
ャナミラー５を振動させる駆動部６と、スキャナミラー
５の振幅を制御する制御部７とを有する。制御部７は発
光部８と、受光部９と、遮光部材１０と、後述する弁別
回路１２と、積分回路１３と、可変ゲインアンプ１４と
を含み、遮光部材１０はスキャナミラー５の振動と共に
矢印Ａ方向に往復動して振動するように駆動軸３０等に
固定して設けられている。発光部８には発光素子８ａ
（図示なし）を有しており、また、受光部９には受光素
子９ａを有している。この発光素子８ａの発光面と受光
素子９ａの受光面とが遮光部材１０を挟んで垂直方向に
対向して設けられている。また、遮光部材１０の振動の
中心が受光素子９ａ上の受光面の中心と一致しない位置
に設けられている。

【０００４】上記した共振型スキャナによって走査され
る走査ビーム４は、装置外部の水晶発振器等の出力から
スキャナ駆動信号を作ることにより一定の周期で振動
し、制御部７によって一定の振幅を維持するように制御
されている。この制御方法の一例を図６に示す。符号６
はスキャナミラー５の駆動部を示し、符号７は制御部を
示す。制御部７は、遮光部材１０と、受光部９に設けら
れた受光素子９ａ（発光素子８ａは図示せず。）と、ス
キャナミラー５を所定の振幅により振動させるための弁
別回路１２、積分回路１３、可変ゲインアンプ１４とを
有する。

【０００５】このような構成において、図７の共振型ス
キャナの振動によるタイミングチャートに基づいて説明
する。図７（Ａ）は、受光素子９ａが受光した受光信号
を示し、図７（Ｂ）は、設定したしきい値ａに基づいて
弁別回路１２によって２値化されたパルス信号を示し、
図７（Ｃ）は、積分回路１３から出力された直流電圧を
示し、図７（Ｄ）は、原信号を示し、図７（Ｅ）は、可
変ゲインアンプ１４から出力された駆動信号を示し、図
７（Ｆ）は、スキャナミラー５の振動を示す。また、区
間I乃至VおよびX、XIはスキャナミラー５の振幅の状態
をそれぞれの区間に応じて示している。区間I、III、
V、Xは、スキャナミラー５の振幅が標準状態であること
を示し、区間IIはスキャナミラー５が標準状態の振幅よ
り小さい振幅の状態であることを示し、区間IV、XIは、
スキャナミラー５の振幅が標準状態の振幅より大きい振
幅の状態であることを示す。

【０００６】図７（Ｆ）に示すスキャナミラー５の振動
に同期する遮光部材１０が発光素子８ａからの光を受
け、遮光部材１０によって遮光されなかった光は受光素
子９ａに到達する。この光は図７（Ａ）に示す受光信号
に変換される。この受光信号は弁別回路１２に入力さ
れ、適宜に設定したしきい値ａに基づき図７（Ｂ）に示
すパルス信号に変換される。次いで、このパルス信号は
積分回路１３に入力され、図７（Ｃ）に示す直流電圧に
変換される。この直流電圧は、図７（Ｅ）に示すように
スキャナミラー５の振幅が大きければ増加し、振幅が小
さければ低下するように出力される。積分回路１３で変
換された直流電圧は、可変ゲインアンプ１４に入力され
る。可変ゲインアンプ１４では、直流電圧が高い場合に
ゲインを下げ、直流電圧が低い場合にゲインを上げると
いう負帰還動作が行われ、図７（Ｄ）に示すスキャナミ
ラー５の周波数を決定する水晶発振器から送られる原信
号（サイン波）を前記ゲインにて増幅し駆動信号として
駆動部６に出力する。

【０００７】こうして、図７の区間Iの（Ｆ）に示すス
キャナミラー５の振幅を維持するため、区間IIのように
スキャナミラー５の振幅が小さくなるようであれば、可
変ゲインアンプ１４からの駆動信号の出力が上がってス
キャナミラー５の振幅を大きくするように制御する。ま
た、区間IV示すようにスキャナミラー５の振幅が大きく
なるようであれば、可変ゲインアンプ１４からの駆動信
号の出力が下がってスキャナミラー５の振幅を小さくす
るように制御し、上記した制御方法によって、区間Iの
（Ｆ）と同様の図７（Ｆ）の区間IIIもしくは区間Vに示
すようなスキャナミラー５の振幅を得ることができ、一
定の走査角度を有する走査ビームを提供することができ
る。

【発明が解決しようとする課題】

【０００８】しかしながら、上記した共振型スキャナで
あっても、スキャナ自体や周囲の環境の温度変化または
使用されるセンサ等の経時変化によりスキャナミラーの
振幅を制御する条件が変わってしまい正確な振幅の制御
を行うことができない。例えば、発光素子の温度変化に
よる光強度変化や受光素子の経時的変化による受光感度
の劣化によって図７の区間Ｘに示すように受光信号が変
動し、この受光信号の変動に伴ってパルス信号の幅が変
動する。次いで区間XIに示すように制御回路によって図
７（Ｃ）に示す直流電圧が所定の電圧になるように制御
される。このため、直流電圧は一定に保持されるがスキ
ャナミラーの振幅は一定ではなくなる。例えば、発光素
子にＬＥＤを用いると５０℃の温度変化で発光強度は５
０％程度変化してしまう。これは数１０％の振幅変動に
相当する。このように、積分回路の出力電圧を一定にな
るように制御していても発光素子や受光素子などの検出
センサの出力が変化していては安定したスキャナミラー
の振幅を制御することができなくなってしまう。

【０００９】本発明は、上記した問題点に鑑みてなされ
たものであり、周囲温度変化や使用するセンサの経時変
化が起こっても常に一定の振幅を有する共振型スキャナ
を簡単な構成により提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した問題を解決する
ため、本発明による共振型スキャナは、少なくとも一つ
の面にレーザービームを反射するためのミラー面を有
し、所定の振幅で一定路上を振動する走査手段により入
射されるレーザービームを扇状に一定周期で走査する形
式の共振型スキャナにおいて、前記走査手段に形成され
該走査手段と共に振動する遮光部材と、前記遮光部材に
投射する発光素子と、前記遮光部材の振動の中心からず
れたところで境界を有して前記遮光部材の振動方向に２
分割して設けられた第１の受光素子および第２の受光素
子と、前記第１の受光素子から出力される受光信号の強
度と第２の受光素子から出力される受光信号の強度とが
等しくなる値をしきい値とし、このしきい値に基づいて
弁別して２値化したパルス信号に変換させ、パルス信号
の平均値に基づき負帰還動作により前記走査手段の駆動
信号を制御して前記走査手段の振幅を一定に制御させる
制御手段とを有することを特徴とする。

【００１１】また、前記制御手段は、前記遮光部材の振
動を前記しきい値に基づきパルス信号に変換する弁別回
路と、前記パルス信号を平均して直流電圧に変換する積
分回路と、前記直流電圧によりゲインが変化する可変ゲ
インアンプとを有し、前記直流電圧を一定に制御するこ
とを特徴とする。

【００１２】

【作用】一定の周波数で振動する走査手段と共に遮光部
材が振動し、発光素子からの光を遮光部材に向けて投射
する。遮光部材によって遮られた影の部分以外の光が振
動方向に２分割された第１および第２の受光素子に受光
される。一方、第１の受光素子によって出力される受光
信号と第２の受光素子によって出力される受光信号とが
等しくなる位置をパルス信号を出力させるしきい値とし
てあらかじめ設定しておく。このしきい値に基づいて第
１および第２の受光素子が受光した受光信号をパルス信
号に変換する。変換されたパルス信号は積分回路によっ
て直流電圧に変換される。次いで可変ゲインアンプによ
り積分回路で変換した直流電圧によって決まるゲインに
て外部からの原信号が増幅されスキャナミラーを振動さ
せる駆動信号として駆動手段に送られる。この一連の動
作は負帰還となっており、積分回路の出力電圧が一定と
なるように可変ゲインアンプのゲインが変化する。

【実施例】

【００１３】本発明の好適な実施例を図面に基づいて説
明する。尚、同一の作用を有するものは同じ符号を用い
ている。図１は本発明による共振型スキャナ１の斜視図
を示す。図において、レーザービームを射出する光源２
と、レーザー光線を集光させる集光レンズ３と、レーザ
ービームを反射させて扇状の走査ビーム４に変換するス
キャナミラー５と、スキャナミラー５を振幅させる駆動
部６と、スキャナミラー５の振幅を制御する制御部７と
を有する。

【００１４】制御部７は、発光部８と、受光部９と、遮
光部材１０と、後述する弁別回路１２と、積分回路１３
と、可変ゲインアンプ１４とを含み、遮光部材１０はス
キャナミラー５の振動と共に矢印Ａ方向に往復動して振
動するように駆動軸３０等に固定して設けられている。
発光部８には発光素子８ａ（図示なし）を有しており、
また、受光部９には受光素子９ａ、９ｂを有している。
この発光素子８ａの発光面と受光素子９ａ、９ｂの受光
面とが遮光部材１０を挟んで垂直方向に対向して設けら
れ、受光素子９ａ、９ｂは遮光部材１０の振動方向に２
分割されて設けられている。

【００１５】図１の共振型スキャナによって走査される
走査ビーム４は、制御部７によって一定の振幅を常時維
持するように制御されており、この制御方法の好適な実
施例の一例を図２に示す。符号６はスキャナミラー５の
駆動部を示し、符号７は制御部を示す。スキャナミラー
５の振幅を制御する制御部７は、遮光部材１０と、２分
割された第１の受光素子９ａおよび第２の受光素子９ｂ
（発光素子８ａは図示せず。）と、スキャナミラー５を
所定の振幅により振動させるための弁別回路１２、積分
回路１３、可変ゲインアンプ１４からなる。この例にお
いては、遮光部材１０の振動の中心Ｐは、第１の受光素
子９ａの受光面上に位置しており、スキャナミラー５の
振動時に第２の受光素子９ｂに遮光部材１０がかかるよ
うに配置されている。

【００１６】このような構成において、スキャナミラー
５の振動に同期する遮光部材１０が発光素子８ａからの
光を受ける。遮光部材１０によって遮光されなかった光
は第１の受光素子９ａおよび第２の受光素子９ｂに到達
し、後述する図３（Ａ１）、（Ａ２）に示す受光素子９
ａ、９ｂによる受光信号を出力する。この受光信号は弁
別回路に入力され、後述するしきい値に基づいてパルス
信号に変換される。

【００１７】しきい値の設定について説明を行う。図４
は、しきい値を設定するための受光信号の概念図を示し
ており、図３（Ａ１）（Ａ２）の受光信号を合成した図
である。第１の受光素子９ａから出力される受光信号の
強度と第２の受光素子９ｂから出力される受光信号の強
度とが等しくなる場所をしきい値とする。即ち、温度等
の環境の変化がない状態である場合、実線で示すように
第１の受光素子９ａから出力される受光信号と第２の受
光素子９ｂから出力される受光信号の交差する点がしき
い値となる。発光素子８ａや受光素子９ａ、９ｂが周囲
の環境によって変動して破線Ｘ１、Ｘ２または破線Ｙ
１、Ｙ２に受光信号が変化し、この変動に伴ってしきい
値も変化する。しかし、パルス信号のパルス幅ｄは常に
一定である。

【００１８】上記したように設定したしきい値に基づ
き、図３に示す共振型スキャナの振動によるタイミング
チャートに基づいて説明する。図３（Ａ１）は、受光素
子９ａが受光した受光信号を示し、図３（Ａ２）は、受
光信号９ｂが受光した受光信号を示し、図３（Ｂ）は、
上記した方法によるしきい値に基づいて弁別回路１２に
よって２値化されたパルス信号を示し、図３（Ｃ）は、
積分回路１３から出力された直流電圧を示し、図３
（Ｄ）は、原信号を示し、図３（Ｅ）は、可変ゲインア
ンプ１４から出力された駆動信号を示し、図３（Ｆ）
は、スキャナミラー５の振動を示す。また、区間I乃至V
およびXはスキャナミラー５の振幅の状態をそれぞれの
区間に応じて示している。区間I、III、V、Xは、スキャ
ナミラー５の振幅が標準状態であることを示し、区間II
はスキャナミラー５が標準状態の振幅より小さい振幅の
状態であることを示し、区間IVは、スキャナミラー５の
振幅が標準状態の振幅より大きい振幅の状態であること
を示す。

【００１９】上述したように受光信号は図３（Ｂ）に示
すような２値化されたパルス信号に変換される。次い
で、このパルス信号は積分回路１３に入力され、図３
（Ｃ）に示すコントロール信号として直流電圧に変換さ
れる。この直流電圧は、図３（Ｆ）に示すスキャナミラ
ー５の振幅が大きければ増加し、振幅が小さければ直流
電圧は減少する。このようにスキャナミラー５の振幅の
度合いに応じて直流電圧を可変させ可変ゲインアンプ１
４のゲインを変化させる。一方、可変ゲインアンプ１４
には、図３（Ｄ）に示されるようにスキャナミラー５の
周波数を決定する、例えば水晶発振器からの原信号（サ
イン波）が入力されている。積分回路から出力される直
流電圧によって決まるゲインにて原信号を増幅し、一定
の周波数の駆動信号として駆動部に出力する。

【００２０】こうして、従来の制御方法と同様に、図３
（Ｆ）に示すスキャナミラ５ーの振幅が区間IIのように
小くなるようであれば、可変ゲインアンプからの駆動信
号の出力が上がってスキャナミラー５の振幅を大きくす
るように制御して区間IIIの状態にし、区間IVのように
スキャナミラー５の振幅が大きくなるようであれば、可
変ゲインアンプ１４からの駆動信号の出力が下がってス
キャナミラー５の振幅を小さくして区間Vの状態に制御
する。

【００２１】また、共振型スキャナ１のを含む測定装置
や周囲の環境の温度変化または使用されるセンサ等の経
時変化が起こっても、パルス信号のパルス幅は上記した
理由により変動することがないので区間Xに示すような
状態となっても常にパルス幅は変わらず正確なスキャナ
ミラー５の振動の制御を行うことができる。

【００２２】尚、遮光部材１０は、板状または棒状の金
属または合成樹脂性等の材料が好適に使用されるが、遮
光部材の替わりにスリットを設けた板状の部材であって
も良く、スリットから漏洩する発光素子からの光を受光
素子が受けて上記した方法によって制御させても良い。

【００２３】

【発明の効果】２分割された受光素子を使用してそれぞ
れの受光信号の強度が等しくなる場所をしきい値として
設定することにより、発光素子の温度変化による光強度
変化や受光素子の経時的変化による受光感度の劣化によ
る受光信号の変化が起こってもスキャナの振幅を一定に
制御することができる。

【００２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による共振型スキャナの実施例を示す
斜視図。

【図２】 本発明による共振型スキャナを示すブロック
図。

【図３】 本発明による共振型スキャナの動作のタイミ
ングチャート図。

【図４】 しきい値を設定するための受光信号の概念
図。

【図５】 従来例を示す斜視図。

【図６】 従来例を示すブロック図。

【図７】 従来例による共振型スキャナのタイミングチ
ャート図。

【符号の説明】

１ 共振型スキャナ ２ 光源 ３ 集光レンズ ４ 走査ビーム ５ スキャナミラー ６ 駆動部 ７ 制御部 ８ 発光部 ８ａ発光素子 ９ 受光部 ９ａ、９ｂ 受光素子 １０ 遮光部材 １２ 弁別回路 １３ 積分回路 １４ 可変ゲインアンプ ３０ 駆動軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一つの面にレーザービームを
   反射するためのミラー面を有し、所定の振幅で一定路上
   を振動する走査手段により入射されるレーザービームを
   扇状に一定周期で走査する形式の共振型スキャナにおい
   て、前記走査手段に形成され該走査手段と共に振動する
   遮光部材と、前記遮光部材に投射する発光素子と、前記
   遮光部材の振動の中心からずれたところで境界を有して
   前記遮光部材の振動方向に２分割して設けられた第１の
   受光素子および第２の受光素子と、前記第１の受光素子
   から出力される受光信号の強度と第２の受光素子から出
   力される受光信号の強度とが等しくなる値をしきい値と
   し、このしきい値に基づいて弁別して２値化したパルス
   信号に変換させ、パルス信号の平均値に基づき負帰還動
   作により前記走査手段の駆動信号を制御して前記走査手
   段の振幅を一定に制御させる制御手段とを有することを
   特徴とする共振型スキャナ。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記遮光部材の振動を
   前記しきい値に基づきパルス信号に変換する弁別回路
   と、前記パルス信号を平均して直流電圧に変換する積分
   回路と、前記直流電圧によりゲインが変化する可変ゲイ
   ンアンプとを有し、前記直流電圧を一定に制御すること
   を特徴とする請求項１記載の共振型スキャナ。