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Die
Erfindung betrifft eine Strahlabtastvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zum zweidimensionalen Abtasten eines Bereichs, welcher
ein Meßobjekt
ist, durch Verwendung eines optischen Strahls wie beispielsweise
eines Laserstrahls.
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Eine
solche Strahlabtastvorrichtung ist bereits aus der Druckschrift
US 5 374 817 A bekannt. Hier
ist eine Linse auf einem Träger
mit Mylar-Streifen angeordnet und wird durch einen Dauermagneten
und einen Elektromagneten hin- und herbewegt. Wenn ein Strom durch
die Spule geführt
wird, erzeugt das Zusammenspiel der magnetischen Felder der magnetischen
Spule und des Permanentmagneten eine Kraft, die den Magneten zusammen
mit der Linse aus einer ursprünglichen
Position heraus bewegt. Infolge dieser Bewegung wird eine Federkraft
von jedem der Mylar-Streifen erzeugt, die den Dauermagneten und
die Linse in die Ausgangsposition zurück bringen möchte.
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Aus
den Druckschriften
EP
178 077 A1 sowie
EP
249 642 A1 sind ebenfalls bereits Strahlabtastvorrichtungen
bekannt.
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Eine
allgemein angewendete Vorrichtung zur Messung des Abstands zwischen
Fahrzeugen (nachfolgend einfach als eine "Fahrzeugabstands-Meßvorrichtung" bezeichnet) umfaßt grundsätzlich eine
optische Strahlabtastvorrichtung zum zweidimensionalen Abtasten
eines vorderen Bereichs, welcher ein Meßobjekt ist (nachfolgend als
ein "vorderer Bereich" bezeichnet), durch
Verwendung eines Laserstrahls, ferner eine Lichtempfangseinrichtung
zum Empfangen von reflektiertem Licht des so emittierten Laserstrahls,
sowie eine Berechnungseinrichtung zum Berechnen des Abstands zwischen
Fahrzeugen auf der Grundlage der Kennwerte des durch die Lichtempfangseinrichtung
empfangenen Lichtes. Zum Beispiel offenbart die japanische Patentveröffentlichung
JP 9274076 A abstract
eine Vorrichtung zur Messung des Abstands zwischen Fahrzeugen.
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In
der in Zusammenhang stehenden Vorrichtung, die in der Fahrzeugabstands-Meßvorrichtung verwendet
wird, wird Impulslicht, das von einer Lichtquelle wie beispielsweise
einer Laserdiode ausgeht, als ein optischer Strahl mittels einer
Kollimatorlinse emittiert, und der so emittierte optische Strahl
wird auf eine Reflexionsplatte gestrahlt, welche schwen kend bewegt
wird innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs, oder auf einen rotierenden
Polygonspiegel. Der vordere Bereich wird zweidimensional abgetastet
durch Verwendung des von der Reflexionsplatte oder dem Polygonspiegel
reflektierten Strahles. Zum Beispiel führt die Fahrzeugabstands-Meßvorrichtung,
die in der zitierten Patentveröffentlichung beschrieben
ist, eine zweidimensionale Abtastoperation durch Verwendung eines
Polygonspiegels aus.
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Die
in Zusammenhang stehende Vorrichtung ist so angeordnet, dass sie
eine Abtastoperation in einem vorbestimmten Winkelbereich durch
Verwendung eines optischen Strahles ausführt mittels der Schwenkbewegung
der Reflexionsplatte oder mittels der Rotation eines Polygonspiegels.
Die Verwendung einer solchen Reflexionsplatte oder eines ähnlichen Elementes
benötigt
viel Platz, so dass die optischen Strahlabtastvorrichtung nicht
kompakt gestaltet werden kann.
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Ferner
strahlt die in Zusammenhang stehende Vorrichtung einen optischen
Strahl in der Form eines Impulssignals in Synchronisation mit dem
Abtastwinkel aus. Wenn eine Versetzung entsteht zwischen dem Zeitpunkt,
bei dem ein optischer Strahl gestrahlt oder (beleuchtet) wird, und
dem Drehwinkel (das heißt
dem Abtastwinkel) einer Reflexionsplatte oder eines Polygonspiegels,
stößt die optische Strahlabtastvorrichtung
auf das Problem der Unfähigkeit,
voll über
den ganzen Bereich abzutasten, welcher ein Meßobjekt ist. Um solch ein Problem
zu umgehen, betätigt
die erste in Zusammenhang stehende Vorrichtung eine Reflexionsplatte
oder einen Polygonspiegel linear. Zu diesem Zweck erfordert ein Mechanismus
zur Betätigung
der Reflexionsplatte oder des Polygonspiegels Positionsgenauigkeit
mit einem hohen Auflösungsgrad.
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Im
Hinblick auf den Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Strahlabtastvorrichtung bereitzustellen,
die einerseits die Synchronisation zwischen dem Abtastwinkel der
Kollimatorlinse und der Ausstrahlungszeitfolge sicherstellt, gleichzeitig
ohne optische Ablenkeinrichtung der Reflexionsplatte oder Polygonspiegel auskommt,
und die schließlich
im Stande ist, die Antriebsenergie zum Umkehren der Bewegungseinrichtung
einer Ablenkeinrichtung zu minimieren.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevor zugte Ausführungsbeispiele
finden sich in den Unteransprüchen.
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Um
die obigen Ziele zu erreichen, ist die Vorrichtung der Erfindung
so angeordnet, dass sie direkt und schwenkend eine Kollimatorlinse
bewegt, durch welche ein von einer Lichtquelle ausgehender optischer
Strahl durchgeht, innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs durch
Verwendung eines Antriebsmechanismus, womit die Notwendigkeit für eine optische
Ablenkeinrichtung wie beispielsweise eine Reflexionsplatte oder
einen Polygonspiegel umgangen wird. Daher kann die Vorrichtung kompakter
gestaltet werden.
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In
der Vorrichtung der Erfindung ermittelt eine Positionsermittlungseinrichtung
die Position der Kollimatorlinse, die durch den Schwenkmechanismus
betätigt
wird. Auf der Grundlage der Drehwinkelposition der Kollimatorlinse
werden die Schwenkbewegung der Kollimatorlinse und der Zeitpunkt,
in dem die Lichtquelle beleuchtet wird, einer Rückführsteuerung unterworfen. Dementsprechend
kann der Zeitpunkt, in dem die Lichtquelle beleuchtet wird, genau synchronisiert
werden mit der Drehwinkelposition der Kollimatorlinse, womit eine
angemessene Abtastung (scanning) eines Strahles ermöglicht wird.
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Der
Schwenkmechanismus kann verkörpert werden
durch einen magnetischen Antriebsmechanismus, der einen Magneten
und eine Antriebsspule umfaßt.
In diesem Fall muß in
Anbetracht des Einflusses, der durch die Trägheitskraft oder einen anderen
Faktor auferlegt wird, der Antriebsspule ein großer Antriebsstrom zugeführt werden,
um die Bewegungsrichtung der Kollimatorlinse, die geschwenkt wird,
umzukehren. Wenn der Antriebsspule ein großer Strom zugeführt wird,
wird die Menge von Wärme,
die in der Antriebsspule angesammelt wird, ebenfalls erhöht in Verbindung
mit der Zufuhr des Antriebsstromes. Dabei entsteht ein Problem einer
Verschlechterung der Lebensdauer der Antriebsspule oder ein Problem
der Wärmeausdehnung,
welche von der Entstehung von Wärme
herrührt,
wodurch die umgebenden Elemente beeinflußt werden.
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Jedoch
wird gemäß der Erfindung
zum Zeitpunkt der Umkehr der Bewegungsrichtung während der Hin-und-Her-Bewegung
der Kollimatorlinse eine Treibkraft zur Minderung der Antriebslast
in der entgegengesetzten Richtung wirksam, die durch einen Kollimatorlinsen-Antriebs-mechanismus
auferlegt wird.
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Auf
diese Weise erzielt die Erfindung einen Vorteil durch die Fähigkeit,
die Antriebsenergie, die dem Antriebsmechanismus zum Zeitpunkt der
Umkehr der Bewegungsrichtung der Linse zuzuführen ist, zu vermindern, sowie
einen entsprechenden Vorteil durch die Fähigkeit, die Entwicklung von
Wärme in
dem Antriebsmechanismus zu vermeiden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten
Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
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1A eine
Draufsicht des Hauptabschnitts einer optischen Strahlabtastvorrichtung,
die geeignet ist zur Verwendung mit einer Vorrichtung zur Messung
des Abstands zwischen Fahrzeugen;
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1B eine
Seitenansicht der Vorrichtung; Figur IC eine Vorderansicht der Vorrichtung;
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2A eine
perspektivische Explosionsansicht des Hauptabschnitts der in 1 gezeigten Strahlabtastvorrichtung, in
der eine Leiterplatte weggelassen ist;
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2B eine
Beschreibungsansicht zum Beschreiben der Arbeitsweise eines Anschlagmechanismus,
der in der optischen Strahlabtastvorrichtung angewendet wird;
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3 eine
Schnittansicht entlang der in 1B gezeigten
Linie III-III ;
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4A eine
Blockschaltbildskizze eines Antriebssteuersystems zum Antreiben
der in 1 gezeigten optischen Strahlabtastvorrichtung;
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4B ein
Zeitdiagramm betreffend die skizzierte Arbeitsweise des Antriebssteuersystems;
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5 eine
Wellenform eines Ansteuersignals, das an eine Antriebsspule anzulegen
ist in einem Fall, in dem die in 1 gezeigte
optische Strahlabtastvorrichtung den Anschlagmechanismus nicht aufweist;
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6 eine
Wellenform eines Ansteuersignals, das an die Antriebsspule der in 1 gezeigten optischen Strahlabtastvorrichtung
anzulegen ist in Verbindung mit einem Bezugspunktsignal und der Drehrichtung
eines Rotors;
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7 eine
Wellenform eines Ansteuersignals, das an die Antriebsspule der in 1 gezeigten optischen Strahlabtastvorrichtung
anzulegen ist in Verbindung mit einem Bezugspunktsignal und der Drehrichtung
eines Rotors in einem Fall, in dem die in 1 gezeigte
optische Strahlabtastvorrichtung mit einem Anschlagmechanismus zum
Erzeugen von magnetischem Rückstoß versehen
ist;
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8 eine
beschreibende Ansicht eines Anschlagmechanismus, der magnetischen
Rückstoß erzeugt;
und
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9 ein
schematisches Blockdiagramm des Hauptbereichs eines linearen Antriebsmechnismus.
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Eine
Strahlabtastvorrichtung, auf welche die Erfindung angewendet wird,
wird nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
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1A zeigt
eine Draufsicht des Hauptabschnitts einer optischen Strahlabtastvorrichtung,
die geeignet ist zur Verwendung mit einer Vorrichtung zur Messung
des Abstands zwischen Fahrzeugen gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung, 1B zeigt eine Seitenansicht
der Vorrichtung, und 1C zeigt eine Vorderansicht
der Vorrichtung; Wie in diesen Figuren gezeigt, umfaßt eine
optische Strahlabtastvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform
eine rechteckige Tragplatte 2 und eine auf die Tragplatte 2 aufgesetzte
Leiterplatte 3. Auf der Leiterplatte 3 sind montiert
eine Lasereinheit 4, welche eine Lichtquelle zum Emittieren
eines Laserstrahls ist, eine Kollimatorlinse 5, welche
den von der Lasereinheit 4 emittierten Laserstrahl in einen
gebündelten
Lichtstrahl umwandelt und den so gebündelten Lichtstrahl emittiert,
und einen Schwenkmechanismus 6 zum schwenkbaren Bewegen
der Kollimatorlinse 5 in einer Hin-und-Her-Bewegung. Ferner
ist die Leiterplatte 3 versehen mit einer Blattfeder 10, welche
als ein Anschlagmechanismus wirkt und auf die Kollimatorlinse 5 wirkt,
wenn die Richtung der Schwenkbewegung der Kollimatorlinse 5 umgekehrt wird.
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2A zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht des Hauptabschnitts der Strahlabtastvorrichtung,
in der die Leiterplatte 3 weggelassen ist. 2B zeigt
eine Beschreibungsansicht zum Beschreiben der Arbeitsweise der Blattfeder 10. 3 zeigt
eine Schnittansicht entlang der in 1 B
gezeigten Linie III-III. Die Gestaltung einzelner Abschnitte der
optischen Strahlabtastvorrichtung 1 wird nun anhand dieser
Figuren beschrieben.
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Wie
in 2A gezeigt, ist die Lasereinheit 4 indem
Zentrum eines horizontalen Abschnitts 7a eines bogenförmigen Tragrahmens 7 so
montiert, dass sie in die Vorwärtsrichtung
weist. Die primäre
optische Achse 4a des von der Lasereinheit 4 emittierten Laserstrahls
wird so eingestellt, dass sie in die horizontale Richtung gerichtet
ist. Die unteren Enden von Füßen 7b und 7c des
Tragrahmens 7 sind unter rechtem Winkel gebogen, und unter
Verwendung von Befestigungsmitteln wie beispielsweise Schrauben
werden die so gebogenen Abschnitte über die Leiterplatte 3 an
der Tragplatte 2 befestigt, die unter der Leiterplatte 3 vorgesehen
ist. Die Kollimatorlinse 5 ist vor der Lasereinheit 4 angeordnet
und wird schwenkbar in der Horizontalrichtung bewegt. Wenn die Kollimatorlinse 5 an
einem mittleren Punkt gelegen ist in einer Bahn, über welche
die Kollimatorlinse 5 zu schwenken ist, ist eine optische
Achse 5a der Kollimatorlinse 5 ausgerichtet auf
die primäre
optische Achse 4a der Lasereinheit 4. Ferner ist
die optische Achse 5a so eingestellt, dass sie in einer
horizontalen Ebene positioniert ist, in welcher die Kollimatorlinse 5 zu
schwenken ist.
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Der
Schwenkmechanismus 6 für
die Schwenkbewegung der Kollimatorlinse 5 von links nach
rechts und umgekehrt wird jetzt beschrieben. Der Schwenkmechanismus
umfaßt
einen Linsenhalterahmen 8 zum Halten der Kollimatorlinse 5 und
einen magnetischen Antriebsmechanismus 9 zum Schwenken
des Linsenhalterahmens 8 von links nach rechts oder umgekehrt
in einem vorbestimmten Winkelbereich.
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Der
magnetische Antriebsmechanismus 9 umfaßt einen Stator 91 und
einen Rotor 92. Der Stator 91 umfaßt eine
Jochplatte 93, die an die obere Fläche der Leiterplatte 3 angefügt ist,
und ein Paar an der Jochplatte 93 angeordnete Antriebsspulen 94 und 95 mit
einem Durchgangsloch 93a, das darin so ausgebildet ist,
dass es zwischen den Antriebsspulen 94 und 95 liegt.
Der Rotor 92 umfaßt
einen scheibenförmigen
Rotorhauptkörper 92a und
eine Weile 92b, welche unter rechtem Winkel von dem Mittelpunkt der
Rückfläche des
Rotorhauptkörpers 92a nach
unten vorragt. Zwei Sätze
von Magneten, von denen jeder Satz einen N-Pol und einen S-Pol umfaßt, sind als
Motorantriebsmagnete ausgebildet an der Rückfläche des Rotorhauptkörpers 92a in
Abständen
von 90 Grad.
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Eine
Wellenbohrung 2a ist in der Tragplatte 2 so ausgebildet,
dass sie der Position des in der Jochplatte 93 ausgebildeten
Durchgangsloches 93a entspricht. Die obere Hälfte der
Wellenbohrung 2a ist so ausgebildet, dass sie einen großen Durchmesser
annimmt, und ihre untere Hälfte
ist so ausgebildet, dass sie einen kleinen Durchmesser annimmt.
Ein Drucklager 96 ist in den Abschnitt der Wellenbohrung 2a mit
großem
Durchmesser eingesetzt und lagert damit den Rotor 92 drehbar
auf der Tragplatte 2.
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Eine
Mittenachse 92c der Welle 92b ist ausgerichtet
auf die Schwenkmittenachse der Kollimatorlinse 5, die durch
den an den Rotor 92 angefügten Linsenhalterahmen 8 gehalten
wird. Dementsprechend ist die Mittenachse 92c der Welle 92b auf
die Schwenkmittenachse der Kollimatorlinse 5 ausgerichtet.
In der vorliegenden Ausführungsform
ist die Mittenachse 92c so eingestellt, dass sie durch
einen Beleuchtungspunkt 4b der Lasereinheit 4 durchgeht. Also
sind die primäre
optische Achse 9a des von der Lasereinheit 4 emittierten
ausgehenden Lichtes und die optische Achse 5a der Kollimatorlinse 5 in
der gleichen horizontalen Ebene plaziert. Ferner ist die Schwenkmittenachse
der Kollimatorlinse 5 auf den Beleuchtungspunkt 4b der
Lasereinheit 4 ausgerichtet, und folglich kann die Kollimatorlinse 5 in
der horizontalen Ebene schwenkbar bewegt werden von links nach rechts
oder umgekehrt um den Beleuchtungspunkt 4b der Lasereinheit 4.
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Der
magnetische Antriebsmechanismus 9 ist ausgestattet mit
einer Positionsermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Drehposition
(oder Schwenkposition) des Rotors 92. Unter Bezug auf 2 wird nun die Positionsermittlungseinrichtung
der Ausführungsform
beschrieben. Die Positionsermittlungseinrichtung wird verkörpert durch
eine Locheinrichtung 97, welche an der Oberfläche der
Jochplatte 93 so vorgesehen ist, dass sie zu der Rückfläche (oder
polarisierten Fläche)
des Rotorhauptkörpers 92a hinweist.
Wenn der Rotor 92 zu seinem voreingestellten Bezugspunkt
zurückkehrt,
gibt die Locheinrichtung 97 ein Impulssignal aus, das den
Bezugspunkt repräsentiert.
In dieser Ausführungsform
ist der magnetische Antriebsmechanismus 9 ferner versehen
mit einer Drehzahlsteuereinrichtung zur Steuerung der Drehzahl des
Rotors 92. Die Drehzahlsteuereinrichtung umfaßt eine
polarisierte Fläche 92d für ein FG-Signal
(das heißt,
eine polarisierte Fläche
zur Erzeugung eines Frequenzsignals), die entlang der äußeren Umfangskante
des Rotorhauptkörpers 92a ausgebildet
ist, und einer Magnetresonanzeinrichtung 98, welche an
der oberen Fläche
der Jochplatte 93 so vorgesehen ist, dass sie der polarisierten
Fläche 92d gegenüber steht.
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Die
Blattfeder 10 ist auf der oberen Fläche des scheibenförmigen Rotors 92 montiert.
Die Blattfeder 10 ist so vorgesehen, dass sie die optische Achse 5a unter
rechtem Winkel schneidet bei einer vorderen Position entlang der
Mittenachse 92c. Gegenüberliegende
Enden der Blattfeder 10 sind leicht nach vorn gebogen,
womit sie ein linkes und ein rechtes Anschlagteil 10a bzw. 10b bilden.
Das rechte und das linke Anschlagteil 10a bzw. 10b ragen über die äußere Umfangskante
des Rotors 92 nach außen
vor und sind so eingestellt, dass sie mit den Füßen 7b und 7c des
bogenförmigen
Tragrahmens 7 kollidieren, wenn der Rotor 92 gedreht
wird.
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4A zeigt
eine Blockschaltbildskizze eines Antriebssteuersystems zum Antreiben
der optischen Strahlabtastvorrichtung 1 der Erfindung,
und 4B zeigt ein Zeitablaufdiagramm betreffend die Arbeitsweise
des Antriebssteuersystems. Wie aus den Figuren zu erkennen, dient
ein Positionsdetektor 11, welcher ein Bezugspositionssignal
PG von der Locheinrichtung 97 erhält, dazu, zu ermitteln, ob
der Rotor 92 des magnetischen Antriebsmechanismus 9 zu
dem vorbestimmten Bezugsposition zurückgekehrt ist oder nicht. Das
Ergebnis der von dem Positionsdetektor 11 durchgeführten Ermittlungsoperation
wird einer Vergleichs-Steuereinrichtung 12 zugeführt. Wenn
ermittelt wird, dass der Rotor 92 zu dem Bezugsposition
zurückgekehrt
ist, wird die Richtung, in welcher ein elektrischer Strom durch
die beiden Antriebsspulen 94 und 95 fließt, umgekehrt über den Motortreiber 13,
womit der Rotor 92 von einer Rückwärtsdrehung in eine Vorwärtsdrehung
umgeschaltet wird.
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Die
Vergleichs-Steuereinrichtung 12 erhält ein Bezugstaktsignal, das
von einem Bezugssignalgenerator 14 geliefert wird. Auf
der Grundlage des so empfangenen Bezugstaktsignals zählt die
Vergleichs-Steuereinrichtung 12 die Zeit, welche vergangen
ist, seit der Rotor 92 den Bezugspunkt verlassen hat. Ein
Zeitpunkt nach dem Ablauf einer voreingestellten Zeitspanne T wird
als der andere Punkt zur Umkehr genommen. Zu diesem Zeitpunkt wird
die Richtung, in welcher der elektrische Strom durch die beiden
Antriebsspulen 94 und 95 fließt, umgekehrt über den
Motortreiber 13, womit er den Rotor 92 von der
Vorwärtsdrehung
in die Rückwärtsdrehung
umschaltet. Ähnlich
wird in nachfolgenden Operationen der Rotor 92 zyklisch
umgeschaltet zwischen Vorwärtsdrehung
und Rückwärtsdrehung.
Infolgedessen wird die durch den Rotor 92 gehaltene Kollimatorlinse 5 schwenkend
betätigt
von links nach rechts oder umgekehrt innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs
um die primäre
optische Achse 4a der Lasereinheit r herum.
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Die
Vergleichs-Steuereinrichtung 12 erhält ferner eine Eingabe des
von der Magnetresonanzeinrichtung 98 ausgegebenen Ermittlungssignals (FG-Signals).
Auf der Grundlage des von der Magnetresonanzeinrichtung 98 ausgegebenen
Ermittlungssignals steuert die Vergleichs-Steuereinrichtung 12 ferner
die Drehzahl des Rotors 92.
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Eine
eingebaute Laserdiode der Lasereinheit 4 wird aktiviert
mittels eines LD-Treibers 15. Der LD-Treiber 15 bewirkt,
dass die Laserdiode intermittierend leuchtet zu vorgegebenen Zeitpunkten
unter Kontrolle einer Beleuchtungssynchronsteuerung 16. Die
Zeitsteuerung der Beleuchtung, das heißt die Zeitfolge, bei welcher
der Laserstrahl auf das zu messende Objekt gestrahlt wird, wird
synchron mit dem Abtastwinkel der Kollimatorlinse 5 bestimmt.
Genauer gesagt wird der Beleuchtungssynchronsteuerung 16 das
von dem Bezugssignalgenerator 14 ausgegebene Bezugstaktsignal
zugeführt,
ferner ein Signal (PG), welches den Bezugsposition (das heißt die absolute
Position) der Kollimatorlinse 5 repräsentiert und von dem Positionsdetektor 11 ausgegeben
wird, sowie ein von der Vergleichs-Steuereinrichtung 12 ausgegebenes
Steuersignal. Auf der Grundlage dieser Signale bestimmt die Beleuchtungssynchronsteuerung 16 die
Ausstrahlungszeitfolge, welche die Synchronisation zwischen dem
Abtastwinkel der Kollimatorlinse 5 und der Ausstrahlungszeitfolge
sicherstellt.
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Wenn
in der optischen Strahlabtastvorrichtung 1, die auf die
oben erwähnte
Art aktiviert und gesteuert wird, die Kollimatorlinse 5,
die schwenkend betätigt
wird innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs mittels des Rotors 92,
einen Punkt für
Umkehr erreicht hat, kollidieren die Anschlagteile 10a und 10b,
die an den entgegengesetzten Enden der Blattfeder 10 ausgebildet
sind, mit den entsprechenden Füßen 7b und 7c des
Tragrahmens 7, woraufhin eine Federkraft auf den Rotor 92 wirkt,
um so die Kollimatorlinse 5 in der umgekehrten Richtung
zu drehen.
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Unter
Bezug auf 2B wird die nächste Beschreibung
gegeben. Wenn der Rotor 92, der die Kollimatorlinse 5 hält, über einen
vorbestimmten Winkel gedreht wird in der Richtung der Vorwärtsdrehung
CW, kollidiert das Anschlagteil 10a der Blattfeder 10 mit
dem Fuß 7b des
Tragrahmens 7. Da das Anschlagteil 10a aus einer
Blattfeder gebildet ist, wird eine Aufschlagkraft, die von der Kollision
zwischen dem Anschlagteil 10a und dem Fuß 7b herrührt, gemildert
durch elastische Deformation des Anschlagteiles 10a. Die
Federkraft, die von der elastischen Deformation des Anschlagteiles 10a herrührt, wirkt auf
den Rotor 92 als eine Drehkraft zum Drehen des Rotors 92 in
der Gegenrichtung CCW. Ähnlich
kollidiert, selbst wenn der Rotor 92 von der Drehung in der
Gegenrichtung CCW zur Drehung in die Vorwärtsrichtung CW umgeschaltet
wird, das andere Anschlagteil 10b mit dem anderen Fuß 7c des
Tragrahmens 7, so dass die Federkraft beiträgt zu der
Kraft, die zum Drehen des Rotors 92 in der Gegenrichtung benötigt wird.
Zum Zeitpunkt der Umkehr des Rotors 92 muß der magnetische
Antriebsmechanismus 9 vorübergehend eine Magnetkraft
von großer
Stärke erzeugen.
In dieser Ausführungsform
trägt die
Federkraft des Anschlagteiles 10a zu der Magnetkraft bei. Aus
diesem Grund wird der Zeitpunkt, bei dem der Rotor 92 umgekehrt
wird, so eingestellt, dass er mit einem Zeitpunkt übereinstimmt,
bei dem die Anschlagteile 10a und 10b der Blattfeder 10 mit
den Füßen 7b und 7c des
Tragrahmens 7 kollidieren, so dass die Federkraft der Blattfeder 10 zu
der Kraft beiträgt,
die benötigt
wird, um den Rotor 92 umzukehren. Dementsprechend kann
die Antriebskraft, welche der Antriebsspule 95 zum Zeitpunkt
der Umkehr des Rotors 92 zuzuführen ist, vermindert werden. Folglich
kann vermieden werden, dass die Antriebsspule 95 Wärme erzeugt.
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5 zeigt
als Beispiel ein Meßergebnis
einer Wellenform 95S eines Antriebssignals, das der Antriebsspule 95 zuzuführen ist
in einem Fall, in dem die optische Strahlabtastvorrichtung 1 die
Blattfeder 10 nicht aufweist, deren entgegengesetzte Enden
zu den Anschlagteilen 10a und 10b geformt sind. 6 zeigt
als Beispiel ein Meßergebnis
einer Wellenform 95S1 eines Antriebssignals, das der Antriebsspule 95 zuzuführen ist,
welche benötigt
wird zur Erzielung der gleichen Antriebskennwerte wie die, die in
dem in 5 gezeigten Fall erzielt wurden.
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Aus
diesen Meßergebnissen
ist ersichtlich, dass in dieser Ausführungsform die Spitzen der
Wellenformen der Antriebssignale, die bei dem Umkehrzeitpunkt des
Rotors 92 erscheinen, kleiner werden. Mit anderen Worten
zeigt das Ergebnis, dass der Spulenantriebsstrom oder die Spannung,
die der Antriebsspule 95 zuzuführen ist, um den Rotor 92 umzukehren,
vermindert werden kann mittels der Bereitstellung der elastischen
Anschlagteile 10a und 10b.
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8 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung, in welche ein anderer Anschlagmechanismus eingebaut
ist. Ein Magnet 201 ist an den Fuß 7b des Tragrahmens 7 angefügt, und
ein Magnet 202 ist an den Fuß 7c des Tragrahmens 7 angefügt. Magnete 203 und 204 sind
an den Rotor 92 angefügt.
Der Anschlagmechanismus besteht aus diesen Magneten 201 bis 204.
Mehr im einzelnen sind die Magnete 201 und 203 so
montiert, das sie einander gegenüberstehen
mit einem Nennabstand zwischen ihnen, wenn der Rotor 92 über einen
gegebenen Winkel vorwärts
gedreht wird. Ähnlich
sind die Magnete 202 und 204 so montiert, das
sie einander gegenüberstehen mit
einem Nennabstand zwischen ihnen, wenn der Rotor 92 in
der Gegenrichtung um den gleichen Winkel gedreht wird. Die Magnete 201 und 203 können einander
gegenüberstehend
so angeordnet sein, dass die gleichen Magnetpole einander entgegengesetzt
sind. Ähnlich
können
die Magnete 202 und 204 einander gegenüberstehend
so angeordnet sein, dass die gleichen Magnetpole einander gegenüberstehen.
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In
dem Anschlagmechanismus dieser Konfiguration stehen, wenn der Rotor 92 über einen
gegebenen Winkel in der einen Richtung gedreht wird, die Magnete 201 und 203 oder
die Magnete 202 und 204 einander gegenüber, erzeugen
also eine magnetische Abstoßung.
In diesem Beispiel wird der Zeitpunkt, bei welchem der Rotor 92 umgekehrt
wird, so eingestellt, dass er identisch ist mit dem Zeitpunkt, bei
dem die Magnete einander abstoßen.
Die Antriebskraft, die der Antriebsspule 95 zum Zeitpunkt der
Umkehr des Rotors 92 zuzuführen ist, kann vermindert werden
unter Ausnutzung der magnetischen Abstoßung. Dementsprechend kann
die Wärme
vermindert werden, die in der Antriebsspule 95 entsteht.
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7 zeigt
als Beispiel ein Meßergebnis
einer Wellenform 95S2 eines Antriebssignals, das der Antriebsspule 95 zuzuführen ist,
um die gleichen Antriebskennwerte zu erhalten wie die, die in den
in den 5 und 6 gezeigten Fällen erzielt
wurden. Wie ersichtlich ist, kann sogar in einem Fall, in dem ein
Anschlagmechanismus angewendet wird, der eine Magnetkraft nutzt,
ein Antriebsstrom oder eine Antriebsspannung, die zum Umkehren des
Rotors 92 benötigt
wird, vermindert werden. Das einzige Erfordernis zur Erzielung eines
Antriebssignals der gleichen Stärke,
die zum Umkehren des Rotors 92 bei jedem Umkehrzeitpunkt
benötigt
wird, besteht darin, dass die Größe der magnetischen
Abstoßung,
die in den Magneten 201, 203 entwickelt wird,
der in den Magneten 202, 204 entwickelten gleich
ist.
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Obwohl
die Magnete 201 bis 204 einen einzelnen Satz von
Magnetpolen bilden, können
auch Magnete mit einer Mehrzahl von Sätzen von Magnetpolen verwendet
werden.
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Wie
oben beschrieben worden ist, umgeht gemäß der Erfindung die optische
Strahlabtastvorrichtung 1 die Notwendigkeit für eine Reflexionsplatte oder
einen Polygonspiegel, wodurch die Gestaltung einer beträchtlich
kompakten optischen Strahlabtastvorrichtung 1 ermöglicht wird.
Die Lasereinheit 4 ist bei dem Schwenkzentrum von Schwenkgliedern
wie beispielsweise dem Rotor 92, dem Linsenhalterahmen 8 und
der Kollimatorlinse 5 angeordnet. In Vergleich mit einem
Mechanismus des in Zusammenhang stehenden Standes der Technik, in
welchem eine Lasereinheit außerhalb
der Schwenkbahn eines Schwenkgliedes angeordnet ist, ermöglicht die
optische Strahlabtastvorrichtung die Anordnung einzelner Elemente
in einem kleinen Raum. Aus diesem Grund kann die optische Strahlabtastvorrichtung kompakter
gemacht werden. Hinsichtlich der Synchronisation zwischen dem Zeitpunkt,
bei dem die Lasereinheit 4 beleuchtet wird (das heißt Strahlungszeitpunkt)
und dem Abtastwinkel der Kollimatorlinse 5 kann der Strahlungszeitpunkt
einer Rückführsteuerung
auf der Basis der absoluten Winkelstellung der Kollimatorlinse 5 unterworfen
werden. Daher wird die Notwendigkeit eines Antriebsmechanismus vermieden,
der ein hohes Maß an
Positionsgenauigkeit mit einem hohen Auflösungsgrad aufweist und einen
hohen Grad an Linearität
erzielt, was erforderlich würde durch
die optische Strahlabtastvorrichtung des Standes der Technik, um
Genauigkeitssynchronisation mit dem Strahlungszeitpunkt zu erzielen.
Ferner eliminiert der optische Strahlscanner der Erfindung die Möglichkeit
des Auftretens einer Versetzung in der Synchronisation zwischen
dem Strahlungszeitpunkt und dem Abtastwinkel, welche anderenfalls
in der optische Strahlabtastvorrichtung des Standes der Technik
entstehen würde.
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Ferner
wird gemäß der optische
Strahlabtastvorrichtung 1 der Erfindung ein von der Kollimatorlinse 5 emittierter
Laserstrahl von links nach rechts oder umgekehrt über einen
gegebenen Winkelbereich abgelenkt, indem die vor der Lasereinheit 4 angeordnete
Kollimatorlinse 5 direkt von links nach rechts oder umgekehrt
geschwenkt wird.
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Obwohl
in den vorhergehenden Ausführungsformen
die optische Strahlabtastvorrichtung eine einzige Lasereinheit 4 aufweist,
können
zwei oder mehr Lasereinheiten an der optischen Strahlabtastvorrichtung
vorgesehen werden. In solch einem Fall kann eine Mehrzahl von Lasereinheiten
in der Vertikalrichtung angeordnet werden, und die Kollimatorlinse
kann in der gleichen Anzahl wie die Lasereinheiten und vor den entsprechenden
Lasereinheiten vorgesehen werden.
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Der
magnetische Antriebsmechanismus 9 der vorigen Ausführungsformen
ist ein sogenannter Ebene-zu-Ebene- Antriebsmechanismus, bei dem die
Antriebsspulen den Magneten in der Richtung der Drehachse des Rotors 92 gegenüberstehen.
Es kann auch ein magnetischer Antriebsmechanismus von der Art eines
sogenannten Peripherie-zu- Peripherie- Antriebsmechanismus angewendet
werden, bei dem die Antriebsspulen den Magneten in einer radialen Richtung
gegenüberstehen
mit dem Rotationszentrum des Rotors 92 dazwischen.
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In
den vorigen Ausführungsform
weist die optische Strahlabtastvorrichtung 1 einen Schwenkmechanismus
auf zur Schwenkbewegung der Kollimatorlinse 5 von links
nach rechts oder umgekehrt um das Schwenkzentrum herum über einen
vorbestimmten Winkelbereich. Der Laserstrahl kann über einen
vorbestimmten Bereich abgelenkt werden, indem die Kollimatorlinse 5 linear
und hin-und-her bewegt wird, statt die Kollimatorlinse 5 durch
Schwenken zu bewegen. Zum Beispiel kann die Kollimatorlinse 5 unter
Verwendung eines Schwingspulenmotors linear hin-und-herbewegt werden.
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9 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der Erfindung, in welche ein Antriebsmechanismus eingebaut ist,
um die Kollimatorlinse 5 durch Verwendung eines Schwingspulenmotors
linear hin-und-her zu bewegen. In dem linearen Antriebsmechanismus 300 ist
eine Kollimatorlinse an eine Schwingspule 302 angefügt, um den
Schwingspulenmotor 301 linear hin-und-her zu bewegen, und ein Anschlagmechanismus
zur Erzeugung magnetischer Abstoßung kann an Stützplatten 303 und 304 angefügt sein,
um die entgegengesetzten Enden einer Bahn zu definieren, über welche
die Schwingspule 302 wandern soll. Der Anschlagmechanismus
umfaßt
einen an die Stützplatte 303 angefügten Magneten 310,
einen Magneten 311, welcher dem Magneten 310 gegenübersteht
und an die Spulenendfläche
der Schwingspule 302 angefügt ist, einen Magneten 312,
der an die Stützplatte 304 angefügt ist,
und einen Magneten 313, welcher dem Magneten 312 gegenübersteht und
an die Spulenendfläche
der Schwingspule 302 angefügt ist.
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Selbst
in diesem Fall sind wie in der in 8 gezeigten
zweiten Ausführungsform
magnetische Pole in den jeweiligen Magneten derart ausgebildet, dass
Magnetpole der gleichen Polarität
einander gegenüberstehen,
um so magnetische Abstoßung
zwischen den gegenüberliegenden
Magneten zu erzeugen.
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In
dem linearen Antnebsmechanismus der obigen Konfiguration wird eine
Antriebskraft in der entgegengesetzten Richtung durch magnetische
Abstoßung
erzeugt, wenn die lineare Bewegung der Kollimatorlinse umgekehrt
wird. Dementsprechend kann die der Schwingspule 302 zugeführte Energie verkleinert
werden, wenn die lineare Bewegung der Kollimatorlinse umgekehrt
wird, und folglich kann vermieden werden, dass die Schwingspule 302 und die
Antriebsschaltung Wärme
erzeugen.
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Ein
Federglied kann anstelle eines Magneten für den linearen Antriebsmechanismus
verwendet werden.