JP2018169546A - ハウジング、ハウジングユニット、およびケーシングユニット - Google Patents

ハウジング、ハウジングユニット、およびケーシングユニット Download PDF

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Abstract

【課題】コストを抑え、かつ、生産性を向上できる光源および光学部品を搭載するハウジングを提供する
【解決手段】ハウジング7は、光源から入射する入射光を反射する光学部品を回転させる回転駆動装置1の少なくとも一部を内部に収容する。ハウジングは、上下に延びる中心軸に沿って配置される筒状の第1筒部71と、第1筒部の下方に直接または間接的に繋がる筒状の第2筒部72と、を有する。第1筒部の径方向内方に位置する空洞である第1空洞は、入射光の進行光路であり、かつ、第2筒部の径方向内方に位置する空洞である第2空洞まで連通する。第2筒部は、光学部品の少なくとも一部を内部に収容する。第1筒部と第2筒部とは、単一部材から構成される。
【選択図】図1

Description

本発明は、ハウジング、ハウジングユニット、およびケーシングユニットに関する。
従来、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)等に用いられる、位置認識を行うためのスキャナー装置には、光源からの入射光を反射し、または透過する光学部品が搭載される。従来の光学部品を搭載する光学装置については、例えば、特表2009−518667号公報に、記載されている。
特表2009−518667号公報
特表2009−518667号公報の装置は、ハウジング、トップモジュール、およびボトムモジュールを備える。ハウジングは光源を搭載し、かつ、光源から発する光の光路を形成する側壁を有する。トップモジュールは、ハウジングの上部に位置し、受光および処理装置を搭載する。ボトムモジュールは、ハウジングの下部に位置し、光路を導くための回転ミラーを搭載する。ハウジング、トップモジュール、およびボトムモジュールは、互いに異なる部材であり、これらが複数の固定具を用いて組み立てられる。このため、各部材を形成する毎に異なる金型が必要となり、コストが増える虞がある。また、組み立て工程がより複雑化し、生産効率が下がる虞がある。
本発明の目的は、光源および光学部品を搭載するハウジングを、単一部材から構成することにより、コストを抑え、かつ、生産性を向上できる構造を提供することである。
本願の例示的な第1発明は、光源から入射する入射光を反射する光学部品を回転させる回転駆動装置の少なくとも一部を内部に収容するハウジングであって、前記ハウジングは、上下に延びる中心軸に沿って配置される筒状の第1筒部と、前記第1筒部の下方に直接または間接的に繋がる筒状の第2筒部と、を有し、前記第1筒部の径方向内方に位置する空洞である第1空洞は、前記入射光の進行光路であり、かつ、前記第2筒部の径方向内方に位置する空洞である第2空洞まで連通し、前記第2筒部は、前記光学部品の少なくとも一部を内部に収容し、前記第1筒部と前記第2筒部とは、単一部材から構成される。
本願の例示的な第1発明によれば、光源から入射する入射光の進行光路を内部に有する第1筒部と、入射光を反射する光学部品の少なくとも一部を内部に収容する第2筒部と、から構成されるハウジングを、単一部材から形成する。これにより、コストを抑え、かつ、生産性を向上できる。
図1は、第1実施形態に係るハウジングユニットの斜視図である。 図2は、第1実施形態に係るハウジングユニットの縦断面図である。 図3は、第1実施形態に係るハウジングユニットの縦断面図である。 図4は、第1実施形態に係るケーシングユニットの縦断面図である。
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、後述するモータ(第1モータ)の中心軸と平行な方向を「軸方向」、モータ(第1モータ)の中心軸に直交する方向を「径方向」、モータ(第1モータ)の中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向とし、モータ(第1モータ)に対して光源(第1光源)側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義により、本発明に係るハウジング、ハウジングユニット、およびケーシングユニットの使用時の向きを限定する意図はない。また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。
<1.第1実施形態>
<1−1.ハウジングユニットの構成>
図1は、第1実施形態に係るハウジングユニット4の斜視図である。図1に示すとおり、ハウジングユニット4は、回転駆動装置1とハウジング7とを有する。回転駆動装置1は、少なくとも一部がハウジング7の内部に収容されている。
<1−2.回転駆動装置の構成>
回転駆動装置1は、光源6から入射する入射光60を径方向(第1径方向D1)に反射する光学部品を回転させつつ、反射光62を回転駆動装置1の外部に出射する装置である。回転駆動装置1の上方には、光源6が配置される。光源6の少なくとも一部は、後述するモータ10の中心軸9上に位置する。光源6より、中心軸9に沿って下方へ進む入射光60が出射される。なお、本実施形態の光源6の少なくとも一部は、ハウジング7の内部に位置し、ハウジング7に接着等により固定されている。ただし、光源6は、ハウジング7の外部、または後述するケーシング53の外部に位置してもよい。
回転駆動装置1は、モータ10およびフライホイール8を有する。
<1−3.モータの構成>
まず、モータ10の構成について説明する。図2は、第1実施形態に係るハウジングユニット4の縦断面図である。図3は、第1実施形態に係るハウジングユニット4を、図2とは異なる面で切断した縦断面図である。
モータ10は、ステータを有する静止部2と、マグネットを有する回転部3とを有する。静止部2は、回転駆動装置1が収容されるハウジング7に対して、相対的に静止している。また、静止部2は、ハウジング7の内面の少なくとも一部に、嵌合、ネジ止め、接着等により固定されている。回転部3は、静止部2に対して、上下に延びる中心軸9を中心として、軸受部(図示省略)を介して回転可能に支持されている。
静止部2に含まれるコイルに駆動電流を供給すると、コイルの磁芯である複数のティースに磁束が生じる。そして、ティースと、回転部3に含まれるマグネットとの間の磁束の作用により、静止部2と回転部3との間に周方向のトルクが発生する。その結果、静止部2に対して回転部3が、中心軸9を中心として回転する。これにより、回転部3によって回転可能に保持されるフライホイール8が、回転部3とともに、中心軸9を中心として回転する。
なお、軸受部(図示省略)には、例えば、静止部2と回転部3とが、潤滑オイルが存在する間隙を介して対向し、潤滑オイルに流体動圧が誘起される流体動圧軸受が用いられる。なお、軸受部(図示省略)には、転がり軸受等の他の構成の軸受が用いられてもよい。
<1−4.フライホイールの構成>
続いて、フライホイール8の構成について説明する。
図2および図3に示すとおり、フライホイール8は、光源6よりも下方に位置し、モータ10の回転部3の上端部に支持される。フライホイール8は、回転部3の上面に、例えば係合、または接着剤等を用いて固定されている。フライホイール8は、ミラー61とレンズ63とを含む光学部品、および本体80を有している。本体80は、ミラー61およびレンズ63をそれぞれ支持する。本体80の材料には、例えば樹脂が用いられる。また、ミラー61またはレンズ63の材料には、例えばガラスが用いられる。ガラスの種類としては、特段限定されない。例えば、有機ガラス・無機ガラス等、樹脂製もしくは金属製に限らず、適用可能である。
ミラー61は、板状の外形を有する。ミラー61は、本体80を構成する樹脂部材に固定され、少なくとも一部が中心軸9上に位置している。また、ミラー61は、軸方向および第1径方向D1に対して、45°に傾斜している。入射光60は、ミラー61の周縁部を除く中央部に入射する。ミラー61には、例えば、全反射ミラーが用いられる。
レンズ63は、円盤状の外形を有する。レンズ63は、直接的に、またはレンズ63の周縁部の少なくとも一部に接するレンズフレーム(図示省略)を介して、後述する本体80の貫通孔83において、接着、係合等により固定される。また、レンズ63は、本体80に固定された状態で、第1径方向D1に対して直角、すなわち、中心軸9と平行に配置される。レンズ63の材料には、例えば樹脂が用いられる。入射光60は、フライホイール8の内部においてミラー61によって反射されて、反射光62となる。反射光62は、レンズ63の周縁部を除く中央部を透過し、フライホイール8の外部へ出射される。
本体80は、筒状部81と中空部82とを有する。筒状部81は、中心軸9に沿って伸びる円筒状の部材である。中空部82は、本体80の内部に設けられた空洞である。また、筒状部81の周方向における一部には、筒状部81を第1径方向D1に貫通する貫通孔83が設けられている。当該貫通孔83には、レンズ63またはレンズ63の周縁部に接するレンズフレーム(図示省略)が嵌められ、固定されている。なお、中空部82と、ミラー61と、レンズ63とは、少なくとも一部が第1径方向D1に重なる。さらに、本体80の上面には、貫通孔84が設けられている。貫通孔84は、中心軸9上および中心軸9の周囲に亘って、本体80の上面の一部または全部を軸方向に貫通する。
光源6から出射された入射光60は、フライホイール8の上面よりも上方から入射し、貫通孔84を通って、筒状部81の径方向内側の中空部82を中心軸9に沿って下方へ進む。そして、入射光60は、ミラー61において反射されることにより、反射光62となる。反射光62は、さらに中空部82を第1径方向D1に進み、筒状部81の貫通孔83に嵌められたレンズ63を介して回転駆動装置1の外部へ出射される。
フライホイール8のミラー61は、モータ10の回転部3とともに中心軸9を中心として回転しつつ、光源6からの入射光60を反射して、反射光62を回転駆動装置1の外部へ出射する。したがって、反射光62の出射方向である第1径方向D1も、回転部3とともに回転する。これにより、広範囲に光を照射することが可能となる。なお、フライホイール8から外部へ出射される反射光62の回転を、ハウジング7、後述するケーシング53、または外部に設けられたセンサ(図示省略)で検知することで、回転駆動装置1の回転速度を把握することができる。なお、本体80の外周面、およびハウジング7の内周面は、ミラー61の表面よりも反射率が低い。これにより、光源6からの入射光60が乱反射することを抑制できる。
なお、回転駆動装置1は、外部に第1径方向D1に反射光62を出射するフライホイール8とは別に、外部に第1径方向D1とは異なる第2径方向に反射光を出射する別のフライホイール(図示省略)を、例えば、モータ10の下方にさらに備えてもよい。この場合、ミラー61には、透過率と反射率とがほぼ等しいハーフミラーを用いる。そして、フライホイール8においてミラー61に入射した入射光60のうちの半分を、第1径方向D1に反射して外部に出射する。また、ミラー61に入射した入射光60のうちの残りの半分を、ミラー61を透過させて、さらに下方に進ませる。さらに、モータ10における中心軸9の周囲において、モータ10を軸方向に貫通する貫通孔を設ける。そして、ミラー61を透過した入射光60を、当該貫通孔を透過させて、モータ10の下方のフライホイールまで到達させる。そして、当該フライホイールにて、全反射ミラー(図示省略)を用いて入射光60のうちの残りの半分のすべてを第2径方向に反射して外部に出射する。なお、回転駆動装置1は、ハーフミラーを有し、上述の第2径方向に反射光を出射する別のフライホイール(図示省略)を、フライホイール8の上方に備えてもよい。さらに、1つのフライホイール8において、入射光60を互いに異なる方向に反射するハーフミラーを含む複数のミラー(図示省略)を搭載してもよい。
このように、第1径方向D1および第2径方向の2方向に光を出射すれば、モータ10の回転時において、当該2方向の出射光が照射対象物に到達するまでの時間差を生じさせることで、空間内における照射対象物の立体的な位置認識を、精度よく行うことができる。ただし、当該別のフライホイールは、フライホイール8が含まれる回転駆動装置1とは別の回転駆動装置(図示省略)において設けられてもよい。
<1−5.ハウジングの構成>
続いて、ハウジング7の構成について説明する。以下では、図1〜図3を適宜に参照して説明する。
ハウジング7は、回転駆動装置1の少なくとも一部を内部に収容する。ハウジング7の材料には、例えば樹脂、または金属が用いられる。樹脂を用いることにより、ハウジング7を低コストで容易に成形することができる。一方、金属を用いることにより、ハウジング7の成形精度の高性能化、寸法精度の向上を実現できる。ハウジング7は、第1筒部71と第2筒部72とを有する。
第1筒部71は、中心軸9に沿って配置される筒状の部位である。第1筒部71は、第1筒部71の径方向内方に位置する空洞である第1空洞710を有する。光源6の下端部を含む少なくとも一部は、第1空洞710に収容される。第1空洞710は、入射光60の進行光路である。さらに、第1空洞710は、後述する第2筒部72の径方向内方に位置する空洞である第2空洞720まで連通する。
第2筒部72は、第1筒部71の下方に配置される筒状の部位である。第2筒部72の径は、第1筒部71の径よりも大きい。第2筒部72は、第1筒部71の下方に直接的に繋がってもよく、別の部位(図示省略)を介して間接的に繋がってもよい。本実施形態では、第2筒部72は、さらに第2筒部72を構成する筒状の部位の上端部と第1筒部71の下端部とを繋ぐ上面721を有する。回転駆動装置1の少なくとも一部は、第2筒部72における上面721の下側、かつ、第2筒部72を構成する筒状の部位の径方向内側に位置する。また、回転駆動装置1は、第2筒部72の内面に嵌合、係合等により固定される。
第1筒部71と第2筒部72とは、単一部材から構成される。これにより、1つの金型を用いてハウジング7を成形できるため、ハウジング7の製造コストを抑えることができる。また、組み立て工程がより簡素化し、生産性を向上できる。さらに、後述するケーシング53においてハウジング7を組み付けする際に、ハウジング7を構成する部品どうしの交差を少なくできるため、組み付け精度が向上する。
さらに、第2筒部72は、周方向の少なくとも一部に位置する開口部70を有する。本実施形態では、回転駆動装置1の側面の周方向の半分程度が、ハウジング7の開口部70に露出している。フライホイール8の内部のミラー61において反射された反射光62は第1径方向D1外側に進み、レンズ63および開口部70を介して回転駆動装置1の外部へ出射される。なお、開口部70を有することにより、ハウジング7の成形に必要な樹脂量を少なくすることができ、ハウジング7の製造コストを低減できる。
また、第2筒部72には、開口部70とは異なる位置において、第2筒部72を径方向に貫通する第2貫通孔73が設けられている。モータ10の回転部3は、第2貫通孔73において少なくとも一部がハウジング7の外部に露出する。回転駆動装置1の駆動により回転部3が回転する際に、例えば、ハウジング7の外部から第2貫通孔73に向けて赤外線または光等を照射すると、露出する回転部3において当該赤外線等が反射される。そして、その反射光を、ハウジング7の外部に設けられた赤外線センサまたは光電センサ等(図示省略)で検知することで、回転駆動装置1の回転速度を把握することができる。なお、第2貫通孔73は、例えば、ハウジング7のうち開口部70を有する面と対向する面に設けられる。ただし、第2貫通孔73の位置は、これに限定されない。
さらに、ハウジング7は、第1筒部71または第2筒部72の上端または下端から径方向外側に突出する1または複数の鍔部75を有する。本実施形態では、鍔部75は、第2筒部72の下端から径方向外側に突出する。
<2.第2実施形態>
図4は、第2実施形態に係るケーシングユニット5の縦断面図である。ケーシングユニット5は、第1実施形態に係るハウジングユニット4である第1ハウジングユニット51と、第1ハウジングユニット51とは別の第2ハウジングユニット52と、ケーシング53と、を有する。第2ハウジングユニット52は、第1ハウジングユニット51と同等の構造を有する。ケーシング53は、平面視において長手方向に長く、短手方向に短い矩形状の外形を有する。また、ケーシング53は、立体視において直方体形の外形を有し、内部に位置する空洞である第3空洞50を有する。ケーシング53は、当該第3空洞50において、第1ハウジングユニット51の少なくとも一部および第2ハウジングユニット52の少なくとも一部を、それぞれ収容する。第1ハウジングユニット51が有するハウジングである第1ハウジング107の第1中心軸109方向の長さは、ケーシング53の短手方向の長さよりも短い。ケーシング53の材料には、例えば樹脂、または金属が用いられる。なお、第1ハウジング107に収容されるモータを、第1モータ110とする。また、第1ハウジング107に固定される光源を、第1光源106とする。
図4に示すとおり、第1ハウジングユニット51と、第2ハウジングユニット52とは、ケーシング53の長手方向に重なった状態で、ケーシング53の第3空洞50に収容されている。また、ケーシング53の第3空洞50に収容された状態で、第1ハウジング107の中心軸である第1中心軸109と、第2ハウジングユニット52のハウジングである第2ハウジング207の中心軸である第2中心軸209とは、互いに交差する。これにより、より小型のケーシング53を用いて、第1ハウジングユニット51と第2ハウジングユニット52を収容することができる。この結果、ケーシング53の成形に用いる樹脂量を抑制し、低コスト化を図ることができる。
第1ハウジング107の鍔部175は、ケーシング53に圧入、接着、溶着、またはネジ止めにより固定される。また、第2ハウジング207の鍔部275は、ケーシング53に圧入、接着、溶着、またはネジ止めにより固定される。これにより、第1ハウジング107および第2ハウジング207を、ケーシング53の内面における予め決められた位置に正確に、かつ、容易に固定することができる。また、ケーシング53の内面に設けられた赤外線センサまたは光電センサ等(図示省略)を用いて、第1ハウジング107および第2ハウジング207にそれぞれ収容された回転駆動装置1の回転をより正確に検出することができる。なお、第1ハウジング107は、鍔部175以外の箇所において、ケーシング53に圧入、接着、溶着、またはネジ止めにより固定されてもよい。また、第2ハウジング207は、鍔部275以外の箇所において、ケーシング53に圧入、接着、溶着、またはネジ止めにより固定されてもよい。
<3.変形例>
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されない。
上述の第2実施形態において、ケーシングユニット5は、第1ハウジングユニット51と、第2ハウジングユニット52と、ケーシング53と、を有していた。しかし、ケーシングユニット5は、第1ハウジングユニット51と、第2ハウジングユニット52と、を含む3つ以上の複数のハウジングユニットを有してもよい。また、ケーシング53の第3空洞50において、3つ以上の複数のハウジングユニットを構成する各ハウジングユニットの少なくとも一部をそれぞれ収容してもよい。
なお、ケーシング53に収容される複数のハウジングユニットがそれぞれ有するハウジング(図示省略)の大きさを、互いに等しくすることが望ましい。これにより、1つの金型を用いて複数のハウジングを成形することができ、製造コストを低減できる。
また、複数のハウジングユニット(図示省略)を、互いに長手方向に重ねつつ、各ハウジングの中心軸が互いに交差するように配置することで、当該複数のハウジングユニットを、より小型なケーシング53の内部に収めることができる。これにより、配置スペースの限られた場所において、より多くの回転駆動装置を予め決められた位置に正確に、かつ、容易に配置することができる。
また、各部品の細部の形状については、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
本発明は、ハウジング、ハウジングユニット、およびケーシングユニットに利用できる。
1 回転駆動装置
2 静止部
3 回転部
4 ハウジングユニット
5 ケーシングユニット
6 光源
7 ハウジング
8 フライホイール
9 中心軸
10 モータ
50 第3空洞
51 第1ハウジングユニット
52 第2ハウジングユニット
53 ケーシング
60 入射光
61 ミラー
62 反射光
63 レンズ
70 開口部
71 第1筒部
72 第2筒部
73 第2貫通孔
75 鍔部
80 本体
81 筒状部
82 中空部
83 貫通孔
84 貫通孔
106 第1光源
107 第1ハウジング
109 第1中心軸
110 第1モータ
175 鍔部
207 第2ハウジング
209 第2中心軸
275 鍔部
710 第1空洞
720 第2空洞
721 上面
D1 第1径方向

Claims (14)

  1. 光源から入射する入射光を反射する光学部品を回転させる回転駆動装置の少なくとも一部を内部に収容するハウジングであって、
    前記ハウジングは、
    上下に延びる中心軸に沿って配置される筒状の第1筒部と、
    前記第1筒部の下方に直接または間接的に繋がる筒状の第2筒部と、
    を有し、
    前記第1筒部の径方向内方に位置する空洞である第1空洞は、前記入射光の進行光路であり、かつ、前記第2筒部の径方向内方に位置する空洞である第2空洞まで連通し、
    前記第2筒部は、前記光学部品の少なくとも一部を内部に収容し、
    前記第1筒部と前記第2筒部とは、単一部材から構成される、ハウジング。
  2. 請求項1に記載のハウジングであって、
    前記ハウジングは樹脂製である、ハウジング。
  3. 請求項1に記載のハウジングであって、
    前記ハウジングは金属製である、ハウジング。
  4. 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のハウジングであって、
    前記第2筒部の径は、前記第1筒部の径よりも大きい、ハウジング。
  5. 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の前記ハウジングと、前記回転駆動装置と、を有するハウジングユニットであって、
    前記回転駆動装置は、
    前記中心軸を中心として回転する回転部を有するモータと、
    前記光学部品を有し、前記回転部に支持され、前記回転部によって前記中心軸を中心として回転するフライホイールと、
    を有し、
    前記第2筒部は、
    周方向の少なくとも一部に設けられる開口部
    を有し、
    前記入射光が前記光学部品により反射された反射光は前記開口部を介して回転駆動装置の外部に出射される、ハウジングユニット。
  6. 請求項5に記載のハウジングユニットであって、
    前記第2筒部は、さらに
    前記開口部とは異なる位置において、前記第2筒部を径方向に貫通する第2貫通孔
    を有する、ハウジングユニット。
  7. 請求項5または請求項6に記載のハウジングユニットであって、
    前記光源の少なくとも一部は、前記中心軸上に位置し、
    前記第1筒部は、さらに前記光源の少なくとも一部を第1空洞において収容する、ハウジングユニット。
  8. 請求項5から請求項7までのいずれか1項に記載のハウジングユニットである第1ハウジングユニットと、前記第1ハウジングユニットとは別の第2ハウジングユニットと、を含む複数のハウジングユニットと、ケーシングと、を有するケーシングユニットであって、
    前記ケーシングは、前記複数のハウジングユニットを構成する各ハウジングユニットの少なくとも一部をそれぞれ内部に収容する、ケーシングユニット。
  9. 請求項8に記載のケーシングユニットであって、
    前記第1ハウジングユニットは、
    前記第1筒部または前記第2筒部の上端または下端から径方向外側に突出し、前記ケーシングに圧入、接着、溶着、またはネジ止めにより固定されている1または複数の鍔部
    を有する、ケーシングユニット。
  10. 請求項8または請求項9に記載のケーシングユニットであって、
    前記複数のハウジングユニットがそれぞれ有する前記ハウジングの大きさは互いに等しい、ケーシングユニット。
  11. 請求項8から請求項10までのいずれか1項に記載のケーシングユニットであって、
    前記第1ハウジングユニットが有する前記ハウジングの前記中心軸である第1中心軸と、前記第2ハウジングユニットが有する前記ハウジングとは別の第2ハウジングの中心軸である第2中心軸とは、互いに交差する、ケーシングユニット。
  12. 請求項8から請求項11までのいずれか1項に記載のケーシングユニットであって、
    前記複数のハウジングユニットがそれぞれ有する前記ハウジングの中心軸は互いに交差する、ケーシングユニット。
  13. 請求項8から請求項12までのいずれか1項に記載のケーシングユニットであって、
    前記ケーシングは、平面視において長手方向に長い矩形状であり、
    前記第1ハウジングユニットと、前記第2ハウジングユニットとは、前記ケーシングの前記長手方向に重なる、ケーシングユニット。
  14. 請求項8から請求項13までのいずれか1項に記載のケーシングユニットであって、
    前記ケーシングは、平面視において短手方向に短い矩形状であり、
    前記第1ハウジングユニットが有する前記ハウジングの軸方向の長さは、前記ケーシングの前記短手方向の長さよりも短い、ケーシングユニット。

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