JP2021162650A - Mirror scanner - Google Patents

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清朗 大島
Kiyoaki Oshima
友崇 矢部
Tomotaka Yabe
新吾 岩崎
Shingo Iwasaki
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Abstract

To provide a mirror scanner that has a reduced circuit scale and cost.SOLUTION: A mirror scanner 100 of the present invention has: a mirror 10 that has a first surface reflecting light and can oscillate around a first axis and a second axis intersecting with each other at a predetermined angle; a permanent magnet that is arranged on a second surface being a surface on the opposite side of the first surface of the mirror; and a driving part that has a yoke 21 having a pair of end parts 21c that are opposite to the second surface of the mirror and arranged to sandwich the permanent magnet and a coil 23 that is wound around the yoke. The pair of end parts are arranged such that a straight line connecting the end parts intersects with the first axis and the second axis.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ミラースキャナに関し、特に、2軸周りでミラーを揺動させるミラースキャナに関する。 The present invention relates to a mirror scanner, and more particularly to a mirror scanner that swings a mirror around two axes.

光を偏向しつつ所定の領域に向けて出射し、当該所定の領域から戻ってきた光を検出することによって、当該所定の領域内に位置する物体に関する種々の情報を得る走査装置が知られている。このような走査装置において、光を偏向する部分として、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラー等の可動式のミラーが設けられている。可動式のミラーを有する光走査装置として、ミラー振動子及び永久磁石が上下カバーにより包囲された光走査装置が提案されている(例えば、特許文献1)。 There is known a scanning device that obtains various information about an object located in the predetermined region by emitting light toward a predetermined region while deflecting the light and detecting the light returned from the predetermined region. There is. In such a scanning device, a movable mirror such as a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror is provided as a portion for deflecting light. As an optical scanning device having a movable mirror, an optical scanning device in which a mirror oscillator and a permanent magnet are surrounded by upper and lower covers has been proposed (for example, Patent Document 1).

特開2009−69676号公報JP-A-2009-69676

上記のような光走査装置では、可動式ミラーの可動部分に対して磁気等により外部から力を加え、揺動運動や往復運動等を行わせる。例えば、ラスタスキャンを行う一般的な2軸駆動の可動式ミラーは、共振駆動による高速軸周りの揺動と、非共振駆動による低速軸周りの揺動とを組み合わせて可動式ミラーの揺動が行われる。 In the optical scanning device as described above, an external force is applied to the movable portion of the movable mirror by magnetism or the like to cause a swing motion, a reciprocating motion, or the like. For example, in a general two-axis drive movable mirror that performs raster scan, the movable mirror swings by combining swing around the high-speed axis due to resonance drive and swing around the low-speed axis due to non-resonant drive. Will be done.

非共振駆動は、共振現象を利用しない駆動方法であるため、共振駆動を行う場合よりもより大きなパワーを必要とする。このため、低速軸用の磁気回路は、高速軸用の磁気回路と比べて回路規模が大きい。従って、低速軸用の磁気回路を備えた光走査装置は、当該磁気回路の回路規模にひきずられて、デバイス全体のサイズが大きくなってしまうという問題があった。 Since the non-resonant drive is a drive method that does not utilize the resonance phenomenon, a larger power is required than when the resonance drive is performed. Therefore, the magnetic circuit for the low-speed shaft has a larger circuit scale than the magnetic circuit for the high-speed shaft. Therefore, the optical scanning device provided with the magnetic circuit for the low-speed axis has a problem that the size of the entire device becomes large due to the circuit scale of the magnetic circuit.

また、従来の2軸駆動の可動式ミラーは、それぞれ独立し且つ専用設計された高速軸周りの揺動を行うヨーク及びコイルと低速軸周りの揺動を行うヨーク及びコイルを必要とした。そのため、2軸駆動のミラースキャナは、サイズ、重量及びコストも大きくなってしまう。 Further, the conventional two-axis drive movable mirror requires an independent and specially designed yoke and coil for swinging around the high-speed axis and a yoke and coil for swinging around the low-speed shaft. Therefore, the two-axis drive mirror scanner becomes large in size, weight, and cost.

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、サイズ、重量及びコストを抑えたミラースキャナを提供することを目的の一つとしている。 The present invention has been made in view of the above points, and one of the objects of the present invention is to provide a mirror scanner with reduced size, weight and cost.

請求項1に記載の発明は、光を反射する第1の面を有し、所定の角度で交わる第1軸及び第2軸廻りに揺動可能なミラーと、前記ミラーの前記第1の面とは反対側の面である第2の面に配された永久磁石と、前記ミラーの前記第2の面に対向しかつ前記永久磁石を挟むように配された一対の端部を有するヨーク及び前記ヨークに巻き付けられたコイルを有する駆動部と、を有し、前記一対の端部は当該端部同士を結ぶ直線が前記第1軸及び前記第2軸に交差するように配されていることを特徴としている。 The invention according to claim 1 has a mirror that has a first surface that reflects light and is swingable around a first axis and a second axis that intersect at a predetermined angle, and the first surface of the mirror. A yoke having a permanent magnet arranged on a second surface opposite to the mirror, and a pair of ends arranged so as to face the second surface of the mirror and sandwich the permanent magnet. It has a drive unit having a coil wound around the yoke, and the pair of ends are arranged so that a straight line connecting the ends intersects the first axis and the second axis. It is characterized by.

実施例1に係るミラースキャナの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the mirror scanner which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係るミラーの平面図である。It is a top view of the mirror which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係るミラーの断面図である。It is sectional drawing of the mirror which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係るミラースキャナの上面図である。It is a top view of the mirror scanner which concerns on Example 1. FIG. コイルのヨークへの巻き付けられ方の態様を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mode of how the coil is wound around a yoke. ヨークの傾斜角に対するミラーにかかる軸トルクを示す図である。It is a figure which shows the shaft torque applied to the mirror with respect to the inclination angle of a yoke. 駆動信号の信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform of a drive signal. 第1の信号の信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform of the 1st signal. 第2の信号の信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform of the 2nd signal. 駆動信号の印加時に発生する磁界の磁極を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the magnetic pole of the magnetic field generated at the time of applying a drive signal. 駆動信号の印加時に発生する磁界の磁束を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the magnetic flux of the magnetic field generated when the drive signal is applied. 合成した磁束を第1軸方向及び第2軸方向に分解した成分を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the component which decomposed the combined magnetic flux in the 1st axis direction and the 2nd axis direction. 駆動信号の印加により磁気回路に交番に磁界が発生することを示す図である。It is a figure which shows that the magnetic field is generated alternately in a magnetic circuit by the application of a drive signal. 駆動信号の印加により磁気回路に交番に磁界が発生することを示す図である。It is a figure which shows that the magnetic field is generated alternately in a magnetic circuit by the application of a drive signal. コイルのヨークへの巻き付けられ方についての第1の変形例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the 1st modification about the way of winding a coil around a yoke. コイルのヨークへの巻き付けられ方についての第2の変形例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the 2nd modification about the way of winding a coil around a yoke. コイルのヨークへの巻き付けられ方についての第3の変形例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the 3rd modification about the way of winding a coil around a yoke.

以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の各実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付している。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below. In the description and the accompanying drawings in each of the following examples, substantially the same or equivalent parts are designated by the same reference numerals.

図1は、本実施例に係るミラースキャナ100の全体構成を示す斜視図である。ミラースキャナ100は、可動式のミラーを周期的に揺動することで光の偏向動作を行う光走査装置である。 FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the mirror scanner 100 according to the present embodiment. The mirror scanner 100 is an optical scanning device that deflects light by periodically swinging a movable mirror.

ミラースキャナ100は、光偏向を行う光偏向子10と、光偏向子10を揺動させるための磁界を発生させる磁界発生源である磁気回路20と、を有する。 The mirror scanner 100 includes an optical deflector 10 that performs optical deflection, and a magnetic circuit 20 that is a magnetic field generation source that generates a magnetic field for swinging the optical deflector 10.

本実施例のミラースキャナ100では、磁気回路20によって発生した磁界が光偏向子10に印加されることで、光偏向子10が揺動する。ミラースキャナ100は、例えば磁界の変化によって光偏向子10が動作する磁気駆動型のMEMS(Micro Electro Mechanical System)装置である。 In the mirror scanner 100 of this embodiment, the optical deflector 10 swings when the magnetic field generated by the magnetic circuit 20 is applied to the optical deflector 10. The mirror scanner 100 is, for example, a magnetically driven MEMS (Micro Electro Mechanical System) device in which the optical deflector 10 operates according to a change in a magnetic field.

磁気回路20は、軟質磁性体材料、例えば、電磁鋼板からなるヨーク21を有する。ヨーク21は、例えば、一対のコア部21Aと、一対のコア部21Aを連結する連結部21Bと、一対の端部21Cと、からなるC字型又はU字型の形状を有する。一対の端部21Cは、一対のコア部21Aの連結部21Bに接続された部分とは反対側に位置している。 The magnetic circuit 20 has a yoke 21 made of a soft magnetic material, for example, an electromagnetic steel plate. The yoke 21 has, for example, a C-shaped or U-shaped shape including a pair of core portions 21A, a connecting portion 21B connecting the pair of core portions 21A, and a pair of end portions 21C. The pair of end portions 21C are located on the opposite side of the pair of core portions 21A from the portions connected to the connecting portion 21B.

また、磁気回路20は、ヨーク21の連結部21Bに巻き付けられたコイル23を有する。コイル23は、例えば、連続した鋼線を用いて連結部21Bに巻き付けられている。 Further, the magnetic circuit 20 has a coil 23 wound around the connecting portion 21B of the yoke 21. The coil 23 is wound around the connecting portion 21B using, for example, a continuous steel wire.

また、磁気回路20は、コイル23に駆動信号として電流を印加することでヨーク21から磁界を発生させる駆動回路25を有する。本実施例においては、駆動回路25は、コイルに対し、交流電流を駆動信号として印加する。これによって、ヨーク21の一対の端部21Cから、それぞれ交流磁界が発生する。すなわち、ヨーク21の一対の端部21Cは、磁界を発生させる磁界発生端としての性質を有する。 Further, the magnetic circuit 20 includes a drive circuit 25 that generates a magnetic field from the yoke 21 by applying a current as a drive signal to the coil 23. In this embodiment, the drive circuit 25 applies an alternating current to the coil as a drive signal. As a result, an alternating magnetic field is generated from each of the pair of ends 21C of the yoke 21. That is, the pair of ends 21C of the yoke 21 have a property as a magnetic field generating end for generating a magnetic field.

本実施例においては、ヨーク21は、駆動回路25によってコイル23に電流が印加されることにより、電磁石として機能する。すなわち、本実施例の磁気回路20は、交流磁界を発生させる電磁石を有する。 In this embodiment, the yoke 21 functions as an electromagnet when a current is applied to the coil 23 by the drive circuit 25. That is, the magnetic circuit 20 of this embodiment has an electromagnet that generates an alternating magnetic field.

図2は、光偏向子10の平面図である。また、図3は、光偏向子10の断面図であり、図2における3−3線に沿った断面図である。図2及び図3を用いて、光偏向子10の構成について説明する。 FIG. 2 is a plan view of the light deflector 10. Further, FIG. 3 is a cross-sectional view of the light deflector 10 and is a cross-sectional view taken along the line 3-3 in FIG. The configuration of the light deflector 10 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

本実施例においては、光偏向子10は、所定の光に対して反射性を有するミラーである光反射面10Sを有する。すなわち、光偏向子10は、光反射面10Sが第1の揺動軸AX及び第2の揺動軸AYの周りに揺動するMEMSミラーである。 In this embodiment, the light deflector 10 has a light reflecting surface 10S which is a mirror having reflection property with respect to a predetermined light. That is, the light deflector 10 is a MEMS mirror in which the light reflecting surface 10S swings around the first swing shaft AX and the second swing shaft AY.

光偏向子10は、支持部11と、支持部11によって揺動可能に支持された可動部12と、永久磁石13と、を含む。永久磁石13は、磁界の変化に応じて可動部12を揺動させる。 The light deflector 10 includes a support portion 11, a movable portion 12 swingably supported by the support portion 11, and a permanent magnet 13. The permanent magnet 13 swings the movable portion 12 in response to a change in the magnetic field.

可動部12は、第1の揺動軸AYの周りに揺動可能な状態で支持部11に支持された可動枠12Aを有する。本実施例においては、可動枠12Aは、環状の枠体であり、第2の揺動軸AXに沿って延びるトーションバー11Xによって支持部11に接続及び支持されている。 The movable portion 12 has a movable frame 12A supported by the support portion 11 in a swingable state around the first swing shaft AY. In this embodiment, the movable frame 12A is an annular frame body, and is connected to and supported by the support portion 11 by a torsion bar 11X extending along the second swing axis AX.

また、可動部12は、可動枠12Aの内側に配置され、第2の揺動軸AYの周りに揺動可能な状態で可動枠12Aに支持された可動板12Bを有する。本実施例においては、可動板12Bは、平板状の部材であり、その面の一方が光反射面10Sとして機能する。また、可動板12Bは、第2の揺動軸AYに沿って延びるトーションバー12Yによって可動枠12Aに接続及び支持されている。 Further, the movable portion 12 has a movable plate 12B which is arranged inside the movable frame 12A and is supported by the movable frame 12A in a state where it can swing around the second swing shaft AY. In this embodiment, the movable plate 12B is a flat plate-shaped member, and one of the surfaces thereof functions as a light reflecting surface 10S. Further, the movable plate 12B is connected to and supported by the movable frame 12A by a torsion bar 12Y extending along the second swing shaft AY.

トーションバー11Xがその周方向にねじれるように永久磁石13に磁界が印加されると、可動枠12A及び可動板12Bは、支持部11に支持されつつ第1の揺動軸AXの周りに揺動する。また、トーションバー11X及び12Yがその周方向にねじれるように永久磁石13に磁界が印加されると、可動枠12Aが第1の揺動軸AXの周りに揺動し、かつ可動板12Bが第1の揺動軸AX及び第2の揺動軸AYの周りに揺動する。 When a magnetic field is applied to the permanent magnet 13 so that the torsion bar 11X is twisted in the circumferential direction, the movable frame 12A and the movable plate 12B swing around the first swing shaft AX while being supported by the support portion 11. do. Further, when a magnetic field is applied to the permanent magnet 13 so that the torsion bars 11X and 12Y are twisted in the circumferential direction thereof, the movable frame 12A swings around the first swing shaft AX, and the movable plate 12B becomes the first. It swings around the swing shaft AX of 1 and the swing shaft AY of the second swing shaft.

また、本実施例においては、永久磁石13は、可動板12Bにおける他方の面(光反射面10Sとして機能する面とは反対側の面)上に固定されている。また、例えば、光偏向子10における支持部11及び可動部12は、半導体材料からなり、例えば半導体ウェハを加工することで形成することができる。 Further, in this embodiment, the permanent magnet 13 is fixed on the other surface of the movable plate 12B (the surface opposite to the surface functioning as the light reflecting surface 10S). Further, for example, the support portion 11 and the movable portion 12 of the optical deflector 10 are made of a semiconductor material, and can be formed by, for example, processing a semiconductor wafer.

図4は、本実施例に係るミラースキャナ100の光反射面10Sに垂直な方向から見た上面図である。なお、ここではヨーク21の連結部21B及びコイル23については図示を省略している。 FIG. 4 is a top view of the mirror scanner 100 according to the present embodiment as viewed from a direction perpendicular to the light reflecting surface 10S. Note that the connecting portion 21B and the coil 23 of the yoke 21 are not shown here.

ヨーク21は、一対の端部21Cの各々が光偏向子10の可動板12Bの第2の面に対向し、且つ一対の端部21Cの中心同士を結ぶ直線である直線A1が第1の揺動軸AX及び第2の揺動軸AYとそれぞれ所定の角度として、例えば、第2の揺動軸AYに対して角度θ<45°の角度で傾斜するように配置されている。 In the yoke 21, each of the pair of end portions 21C faces the second surface of the movable plate 12B of the light deflector 10, and the straight line A1 which is a straight line connecting the centers of the pair of end portions 21C is the first swing. The moving shaft AX and the second swinging shaft AY are arranged so as to be inclined at predetermined angles, for example, at an angle θ <45 ° with respect to the second swinging shaft AY.

なお、ヨーク21は、直線A1が、光偏向子10の光反射面10Sに垂直な方向において第1の揺動軸AX及び第2の揺動軸AYの交点に重なる位置となるように配置されている。第1の揺動軸AX及び第2の揺動軸AYの交点に相当する位置の光偏向子10の可動板12Bの第2の面上には、永久磁石13が配置されている。 The yoke 21 is arranged so that the straight line A1 overlaps the intersection of the first swing axis AX and the second swing axis AY in the direction perpendicular to the light reflecting surface 10S of the light deflector 10. ing. A permanent magnet 13 is arranged on the second surface of the movable plate 12B of the light deflector 10 at a position corresponding to the intersection of the first swing shaft AX and the second swing shaft AY.

また、ヨーク21は、一対の端部21Cが永久磁石13の配置位置を中心として直線A1上において対称な位置関係となるように配置されている。すなわち、ヨーク21は、ヨーク21の一対の端部21Cが永久磁石13の配置位置を挟むように配置されている。 Further, the yoke 21 is arranged so that the pair of end portions 21C have a symmetrical positional relationship on the straight line A1 with the arrangement position of the permanent magnet 13 as the center. That is, the yoke 21 is arranged so that a pair of end portions 21C of the yoke 21 sandwich the arrangement position of the permanent magnet 13.

換言すれば、ミラースキャナ100は、光を反射する光反射面10Sを有し、所定の角度で交わる第1の揺動軸AX及び第2の揺動軸AY廻りに揺動可能なミラーと、光偏向子10の光反射面10Sとは反対側の面である第2の面に配された永久磁石13と、光偏向子10の第2の面に対向しかつ永久磁石13を挟むように配された一対の端部21Cを有するヨーク21及びヨーク21に巻き付けられたコイル23を有する磁気回路20と、を有し、一対の端部21Cは当該端部同士を結ぶ直線が第1の揺動軸AX及び第2の揺動軸AYに交差するように配されている。 In other words, the mirror scanner 100 has a light reflecting surface 10S that reflects light, and has a mirror that can swing around the first swing axis AX and the second swing axis AY that intersect at a predetermined angle. The permanent magnet 13 arranged on the second surface opposite to the light reflecting surface 10S of the light deflector 10 and the permanent magnet 13 facing the second surface of the light deflector 10 and sandwiching the permanent magnet 13 It has a yoke 21 having a pair of arranged end portions 21C and a magnetic circuit 20 having a coil 23 wound around the yoke 21, and the pair of end portions 21C has a first swing in which a straight line connecting the ends thereof is the first swing. It is arranged so as to intersect the moving axis AX and the second swinging axis AY.

また、永久磁石13は、光偏向子10の第2の面上の第1の揺動軸AX及び第2の揺動軸AYを含む平面に垂直な方向から見て第1の揺動軸AX及び第2の揺動軸AYの交点と重なる位置に配され、一対の端部21Cの各々は、永久磁石13と対向するように配されている。 Further, the permanent magnet 13 has a first swing axis AX when viewed from a direction perpendicular to a plane including the first swing axis AX and the second swing axis AY on the second surface of the light deflector 10. It is arranged at a position overlapping the intersection of the second swing axis AY and the pair of end portions 21C, and each of the pair of end portions 21C is arranged so as to face the permanent magnet 13.

図5は、ヨーク21におけるコイル23の態様を模式的に示す図である。コイル23は、例えば、共通の巻き線を用いてヨーク21の連結部21Bに連続して同じ方向に巻き付けられている。このようにコイル23が巻き付けられることにより、コイル23に所定の方向(例えば、図5に矢印で示す方向)に交流電流Iを流した際、ヨーク21の一対の端部21Cの一方がN極となり、他方がS極となるように交流磁界が発生する。 FIG. 5 is a diagram schematically showing an aspect of the coil 23 in the yoke 21. For example, the coil 23 is continuously wound in the same direction around the connecting portion 21B of the yoke 21 by using a common winding. By winding the coil 23 in this way, when an alternating current I is passed through the coil 23 in a predetermined direction (for example, the direction indicated by the arrow in FIG. 5), one of the pair of ends 21C of the yoke 21 is N pole. And an AC magnetic field is generated so that the other is the S pole.

再び図4を参照すると、本実施例のミラースキャナ100は、光偏向子10を第2の揺動軸AYの周りに高速で揺動するように共振動作させるとともに、第1の揺動軸AXの周りに低速で揺動するように非共振動作させるべく、交流磁界を発生させる。すなわち、本実施例では第2の揺動軸AYが高速軸、第1の揺動軸AXが低速軸となる。従って、光偏向子10の光反射面10Sに光を入射することにより、光反射面10Sが光を反射すると共に反射光を第2の揺動軸AYの方向に高速に走査しつつ第1の揺動軸AXの方向に低速に走査する。これにより、反射光を光偏向子10の光反射面10Sでラスタスキャンさせることが可能となる。 Referring to FIG. 4 again, the mirror scanner 100 of the present embodiment resonates the optical deflector 10 so as to swing around the second swing shaft AY at high speed, and the first swing shaft AX. An AC magnetic field is generated so that the non-resonant operation is performed so as to oscillate at a low speed around the. That is, in this embodiment, the second swing shaft AY is the high speed shaft and the first swing shaft AX is the low speed shaft. Therefore, when the light is incident on the light reflecting surface 10S of the light deflector 10, the light reflecting surface 10S reflects the light and scans the reflected light in the direction of the second swing axis AY at high speed to obtain the first light. Scan at a low speed in the direction of the swing axis AX. This makes it possible to perform raster scanning of the reflected light on the light reflecting surface 10S of the light deflector 10.

駆動回路25は、駆動信号DSをコイル23に印加する。 The drive circuit 25 applies the drive signal DS to the coil 23.

駆動信号DSは、第1の信号である低速軸駆動用の鋸歯状波に第2の信号である鋸歯状波よりも振幅が小さく且つ周波数が大きい高速軸駆動用の第2の正弦波を重畳した電流波形を有する。 The drive signal DS superimposes a second sine wave for high-speed axis drive, which has a smaller amplitude and a higher frequency than the second signal, the sawtooth wave for driving the low-speed axis, on the sawtooth wave for driving the low-speed axis, which is the first signal. Has a sawtooth waveform.

図6は、本実施例に係るミラースキャナ100のヨーク21の所定の傾斜角度θにおける第1及び第2の揺動軸AX及びAYにかかる軸トルクを示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing shaft torque applied to the first and second swing shafts AX and AY at a predetermined tilt angle θ of the yoke 21 of the mirror scanner 100 according to the present embodiment.

横軸は、永久磁石13と永久磁石13に対向するヨーク21の一対の端部の各々との距離を示す。また、縦軸は、各々の揺動軸に係る軸トルクを示す。 The horizontal axis indicates the distance between the permanent magnet 13 and each of the pair of ends of the yoke 21 facing the permanent magnet 13. The vertical axis indicates the shaft torque related to each swinging shaft.

図中の曲線の各々は、ヨーク21の一対の端部21Cの中心同士を結ぶ直線A1と第2の揺動軸AYとの傾斜角θがそれぞれ0°(並行)、5°及び10°の場合について示す。また、図中の実線は非共振動作をする第1の揺動軸AXにかかる軸トルクであり、破線は共存動作をする第2の揺動軸AYにかかる軸トルクである。 In each of the curves in the figure, the inclination angles θ of the straight line A1 connecting the centers of the pair of ends 21C of the yoke 21 and the second swing axis AY are 0 ° (parallel), 5 ° and 10 °, respectively. The case is shown. The solid line in the figure is the shaft torque applied to the first swing shaft AX that performs non-resonant operation, and the broken line is the shaft torque applied to the second swing shaft AY that performs coexistence operation.

低速軸である第1の揺動軸AXにかかる軸トルクは、傾斜角θを0〜10°まで変化させても、傾斜角θによる軸トルクの変化はほとんど影響を受けないことがわかる。また、永久磁石13と一対の端部21Cが離れるにつれていずれの傾斜角θにおいても距離に対して反比例的に軸トルクの減少がみられるが、いずれの距離においても傾斜角θによる影響はみられない。 It can be seen that the shaft torque applied to the first swing shaft AX, which is the low speed shaft, is hardly affected by the change in the shaft torque due to the tilt angle θ even if the tilt angle θ is changed from 0 to 10 °. Further, as the permanent magnet 13 and the pair of end portions 21C are separated from each other, the axial torque decreases in inverse proportion to the distance at any inclination angle θ, but the influence of the inclination angle θ is observed at any distance. No.

一方、高速軸である第2の揺動軸AYにかかる軸トルクは、傾斜角θを0°、5°、10°と変化させるごとに軸トルクの上昇がみられる。 On the other hand, as for the shaft torque applied to the second swing shaft AY, which is a high-speed shaft, an increase in shaft torque is observed every time the inclination angle θ is changed to 0 °, 5 °, and 10 °.

前述の通り、共振動作をする高速軸は、非共振動作をする低速軸に比べ、小さな軸トルクで駆動が可能である。すなわち、ヨーク21を傾斜角θで傾けることで非共振動作に必要な軸トルクに影響を及ぼさずに共振動作に必要な軸トルクを得ることが可能となる。 As described above, the high-speed shaft that performs the resonance operation can be driven with a smaller shaft torque than the low-speed shaft that performs the non-resonant operation. That is, by tilting the yoke 21 at the inclination angle θ, it is possible to obtain the shaft torque required for the resonance operation without affecting the shaft torque required for the non-resonant operation.

図7は、駆動信号DSの電流波形を示す波形図である。また、図8は、第1の信号である低速軸駆動用の鋸歯状波を示している。また、図9は、第2の信号である高速軸駆動用の正弦波を示している。また、振幅AMLは、低速軸駆動用の鋸歯状波に相当する低速軸用振幅を示している。また、振幅AMHは、高速軸駆動用の正弦波に相当する高速軸用振幅を示している。 FIG. 7 is a waveform diagram showing the current waveform of the drive signal DS. Further, FIG. 8 shows a sawtooth wave for driving a low-speed shaft, which is the first signal. Further, FIG. 9 shows a sine wave for driving a high-speed axis, which is a second signal. Further, the amplitude AML indicates the amplitude for the low speed shaft corresponding to the sawtooth wave for driving the low speed shaft. Further, the amplitude AMH indicates the amplitude for the high-speed axis corresponding to the sine wave for driving the high-speed axis.

図8に示す第1の信号である鋸歯状波は、第1の揺動軸AXをラスタスキャンにおける低速走査方向に光を走査させるための信号である。本実施例においては、第1の信号は、低速走査方向を1の方向に走査させるものであり、走査開始位置に光反射面を移動させる急峻な傾きを有する区間と、走査開始位置から走査終了位置まで所定の速度で操作させる区間と、を有する。 The sawtooth wave, which is the first signal shown in FIG. 8, is a signal for causing the first swing axis AX to scan light in the low-speed scanning direction in raster scanning. In this embodiment, the first signal scans the low-speed scanning direction in one direction, has a section having a steep slope for moving the light reflecting surface to the scanning start position, and scanning ends from the scanning start position. It has a section for operating at a predetermined speed to a position.

また、図9に示す第2の信号である正弦波は、第2の揺動軸AYをラスタスキャンにおける高速走査方向に光を走査させるための信号である。尚、光偏向子10の第2の揺動軸AYは共振駆動である故、正弦波は、第2の揺動軸AYの共振周波数に合わせた周波数を有する。また、共振駆動は非共振駆動に比べて大きなパワーを必要としない故、第2の信号である正弦波は、第1の信号による第1の揺動軸AXの駆動に影響を及ぼさないように振幅を小さくすることができる。 Further, the sine wave, which is the second signal shown in FIG. 9, is a signal for causing the second swing axis AY to scan light in the high-speed scanning direction in the raster scan. Since the second swing axis AY of the optical deflector 10 is resonantly driven, the sine wave has a frequency matched to the resonance frequency of the second swing axis AY. Further, since the resonance drive does not require a large power as compared with the non-resonance drive, the sine wave which is the second signal does not affect the drive of the first swing axis AX by the first signal. The amplitude can be reduced.

また、前述の通り、駆動信号DSは第1の信号である低速軸駆動用の鋸歯状波と第2の信号である高速軸駆動用の正弦波を重畳した図7に示すような信号波形を有する。 Further, as described above, the drive signal DS has a signal waveform as shown in FIG. 7 in which a sawtooth wave for driving the low-speed axis, which is the first signal, and a sine wave for driving the high-speed axis, which is the second signal, are superimposed. Have.

換言すれば、第1の信号は、前記第2の信号よりも振幅が大きくかつ周波数が小さい。 In other words, the first signal has a larger amplitude and a lower frequency than the second signal.

また、第1の信号は、鋸歯状波であり、第2の信号は、正弦波である。 The first signal is a sawtooth wave, and the second signal is a sine wave.

図10は、駆動信号DSの印加によって磁界が発生した際に、ヨーク21の一対の端部21Cに生じる磁極を模式的に示す図である。 FIG. 10 is a diagram schematically showing magnetic poles generated at a pair of end portions 21C of the yoke 21 when a magnetic field is generated by applying a drive signal DS.

駆動信号DSの印加により第1のコイル23に電流が流れ、ヨーク21の一対の端部21Cの一方がN極、他方がS極となるように磁界が発生する。図10では、ヨーク21の一対の端部21Cのうち、図中上方の側に示した端部である一方の端部21CがN極(図中、Naとして示す)、図中下方の側に示した端部である他方の端部21CがS極(図中、Saとして示す)となった場合を示している。 By applying the drive signal DS, a current flows through the first coil 23, and a magnetic field is generated so that one of the pair of ends 21C of the yoke 21 is the north pole and the other is the south pole. In FIG. 10, of the pair of end portions 21C of the yoke 21, one end portion 21C, which is the end portion shown on the upper side in the figure, is on the north pole (indicated as Na in the figure) and on the lower side in the figure. The case where the other end 21C, which is the indicated end, becomes an S pole (indicated as Sa in the figure) is shown.

図11は、駆動信号DSの印加によって発生する磁界の磁束を、ベクトルを用いて模式的に示す図である。駆動信号DSの印加により、磁極Naから磁極Saに向かう方向にベクトルS1として示す磁束が発生する。 FIG. 11 is a diagram schematically showing the magnetic flux of the magnetic field generated by the application of the drive signal DS using a vector. By applying the drive signal DS, a magnetic flux shown as a vector S1 is generated in the direction from the magnetic pole Na to the magnetic pole Sa.

なお、ベクトルS1は、ヨーク21が第2の揺動軸AY対して傾斜して配された傾斜角θの角度で形成される。 The vector S1 is formed at an angle of inclination θ in which the yoke 21 is arranged so as to be inclined with respect to the second swing axis AY.

図12は、図11に示すベクトルS1の磁束を第2の揺動AYの方向(以下、Y方向と称する)及び第1の揺動軸AXの方向(以下、X方向と称する)に分解した成分を、ベクトルを用いて模式的に示す図である。磁束のY方向の成分SYは、ベクトルS1のY方向の成分に相当するベクトル成分となる。一方、磁束のX方向の成分SXは、ベクトルS1のX方向の成分に相当するベクトル成分となる。 FIG. 12 shows that the magnetic flux of the vector S1 shown in FIG. 11 is decomposed in the direction of the second swing AY (hereinafter referred to as the Y direction) and the direction of the first swing axis AX (hereinafter referred to as the X direction). It is a figure which shows the component schematically by using the vector. The component SY in the Y direction of the magnetic flux is a vector component corresponding to the component in the Y direction of the vector S1. On the other hand, the component SX in the X direction of the magnetic flux is a vector component corresponding to the component in the X direction of the vector S1.

このように、駆動信号DSをコイル23に印加することにより、Y方向の磁束成分が大きく、X方向の磁束成分が小さい磁界が発生する。従って、かかる磁界を永久磁石13に印加することにより、比較的大きなパワーを必要とする非共振駆動(低速駆動)で光偏向子10を第1の揺動軸AXの周りに揺動させ、大きなパワーを必要としない共振駆動(高速駆動)で光偏向子10を第2の揺動軸AYの周りに揺動させることができる。 By applying the drive signal DS to the coil 23 in this way, a magnetic field having a large magnetic flux component in the Y direction and a small magnetic flux component in the X direction is generated. Therefore, by applying such a magnetic field to the permanent magnet 13, the light deflector 10 is oscillated around the first oscillating shaft AX by non-resonant drive (low speed drive) which requires a relatively large power, and is large. The light deflector 10 can be swung around the second swing shaft AY by a resonance drive (high-speed drive) that does not require power.

図13及び図14は、図7に示すような信号波形の駆動信号DSを印加することにより、磁気回路20に交番に磁界が発生することを示す図である。図13は図7に示す時刻Aにおいてヨーク21の一対の端部21Cで発生する磁極、図14は図7に示す時刻Bにおいてヨーク21の一対の端部21Cで発生する磁極を示している。 13 and 14 are diagrams showing that a magnetic field is alternately generated in the magnetic circuit 20 by applying a drive signal DS having a signal waveform as shown in FIG. 7. FIG. 13 shows the magnetic poles generated at the pair of ends 21C of the yoke 21 at the time A shown in FIG. 7, and FIG. 14 shows the magnetic poles generated at the pair of ends 21C of the yoke 21 at the time B shown in FIG.

時刻Aでは、ヨーク21が配された所定の角度の傾斜角θにより、磁極Naから磁極Saに向けて磁束が流れる。そして、時刻Bではこれらの関係が反転した状態となる。 At time A, the magnetic flux flows from the magnetic pole Na toward the magnetic pole Sa due to the inclination angle θ at a predetermined angle in which the yoke 21 is arranged. Then, at time B, these relationships are reversed.

また、前述の通り、コイル23に入力される駆動信号DSは第1の信号である低速軸駆動用の鋸歯状波と第2の信号である高速軸駆動用の正弦波とが重畳した波形となる。従って、時刻A近傍及び時刻B近傍のそれぞれにおいて、一対の端部21Cは、永久磁石13に対して第2の揺動軸AY周りに第2の信号の正弦波の周波数で引力又は斥力が印可され、可動板12Bの共振駆動力源となる。また、一対の端部21Cは、永久磁石13に対して第1の揺動軸AX周りに鋸歯状波に応じた引力又は斥力が印可され、可動枠12Aの非共振駆動力源となる。これにより、光偏向子10は、駆動信号DSがコイル23に入力されることで、光偏向子10を第2の揺動軸AXの方向に非共振駆動させ且つ、光偏向子10を第1の揺動軸AYの方向に共振駆動させることが可能となる。従って、全体として所望の回転動作(すなわち、揺動動作)を実現することができる。 Further, as described above, the drive signal DS input to the coil 23 is a waveform obtained by superimposing the sawtooth wave for driving the low-speed axis, which is the first signal, and the sine wave for driving the high-speed axis, which is the second signal. Become. Therefore, at each of the vicinity of time A and the vicinity of time B, the pair of end portions 21C can apply an attractive force or a repulsive force to the permanent magnet 13 around the second swing axis AY at the frequency of the sinusoidal wave of the second signal. It becomes a resonance driving force source of the movable plate 12B. Further, the pair of end portions 21C are applied with an attractive force or a repulsive force corresponding to the sawtooth wave around the first swing axis AX to the permanent magnet 13, and serve as a non-resonant driving force source of the movable frame 12A. As a result, the optical deflector 10 drives the optical deflector 10 non-resonantly in the direction of the second swing axis AX by inputting the drive signal DS to the coil 23, and drives the optical deflector 10 to the first. It is possible to resonate drive in the direction of the swing axis AY. Therefore, a desired rotational motion (that is, swing motion) can be realized as a whole.

換言すれば、一対の端部21C同士を結ぶ直線A1と第1の揺動軸AX及び第2の揺動軸AYとがなす角度は、一対の端部21C同士を結ぶ直線A1と第1の揺動軸AXとがなす角度よりも一対の端部21C同士を結ぶ直線A1と第2の揺動軸AYとがなす角度の方が小さく、コイル23には、光偏向子10を第1の揺動軸AX回りに駆動する第1の信号に光偏向子10を第2の揺動軸AY回りに駆動する第2の信号を重畳した駆動信号DSが入力されることで光偏向子10が揺動する。 In other words, the angle formed by the straight line A1 connecting the pair of end portions 21C and the first swing axis AX and the second swing axis AY is the angle formed by the straight line A1 connecting the pair of end portions 21C and the first swing axis AY. The angle formed by the straight line A1 connecting the pair of end portions 21C and the second swinging shaft AY is smaller than the angle formed by the swinging shaft AX, and the coil 23 has the optical deflector 10 as the first. The optical deflector 10 is generated by inputting a drive signal DS in which the optical deflector 10 is superimposed on the first signal driven around the swing shaft AX and the second signal for driving the optical deflector 10 around the second rocking shaft AY is superimposed. Swing.

以上のように、本実施例のミラースキャナ100では、ヨーク21の一対の端部21Cの中心同士を結ぶ直線が光偏向子10の揺動軸である第1の揺動軸AX及び第2の揺動軸AYと所定の角度をなすように配された1のヨーク21を用いて磁気回路20を構成している。そして、低速軸用の鋸歯状波に高速軸用の正弦波を重畳した駆動信号DSをコイル23に印加して交番磁界を発生させる。これにより、本実施例によるミラースキャナ100は、光偏向子10を第2の揺動軸AYの周りに高速で揺動させ、第1の揺動軸AXの周りに低速で揺動させるラスタスキャンをすることが可能となる。 As described above, in the mirror scanner 100 of the present embodiment, the first swing axis AX and the second swing axis AX and the second swing axis AX, in which the straight line connecting the centers of the pair of end portions 21C of the yoke 21 is the swing axis of the optical deflector 10. The magnetic circuit 20 is configured by using the yoke 21 of 1 arranged so as to form a predetermined angle with the swing shaft AY. Then, a drive signal DS in which a sawtooth wave for the low speed shaft and a sine wave for the high speed shaft are superimposed is applied to the coil 23 to generate an alternating magnetic field. As a result, the mirror scanner 100 according to the present embodiment is a raster scan in which the optical deflector 10 is swung around the second swing shaft AY at high speed and around the first swing shaft AX at low speed. It becomes possible to do.

本実施例のミラースキャナ100によれば、高速軸用の共振駆動及び低速軸用の非共振駆動を1つのヨークを用いて実現することができるため、ミラースキャナのサイズ、重量及びコストを抑えることが可能となる。 According to the mirror scanner 100 of this embodiment, the resonance drive for the high-speed axis and the non-resonance drive for the low-speed axis can be realized by using one yoke, so that the size, weight and cost of the mirror scanner can be suppressed. Is possible.

尚、上記実施例では、駆動信号として低速軸用の鋸歯状波に高速軸用の正弦波を重畳した信号を用いる例について説明したが、これに限られず、第1の揺動軸AX及び第2の揺動軸AYの周りに光偏向子10を揺動させることが可能な駆動信号を用いるものであればよい。 In the above embodiment, an example in which a sawtooth wave for a low-speed axis and a sine wave for a high-speed axis are superimposed as a drive signal has been described, but the present invention is not limited to this, and the first swing axis AX and the first swing axis AX and the first are not limited to this. A drive signal capable of swinging the optical deflector 10 around the swing shaft AY of 2 may be used.

また、上記実施例では、低速軸である第1の揺動軸AXを1の方向に走査させる第1の信号として鋸歯状波を入力する場合について説明した。しかしながら、第1の揺動軸AXの操作方向は1の方向に限定されない。例えば、第1の揺動軸AXの往路及び復路の双方向の揺動を利用するために、高速軸用の第2の信号よりも周波数が小さく且つ振幅の大きい正弦波を入力することで、第1の揺動軸AXの往路及び復路の双方向の揺動を利用したラスタスキャンが可能となる。 Further, in the above embodiment, a case where a sawtooth wave is input as a first signal for scanning the first rocking shaft AX, which is a low speed shaft, in one direction has been described. However, the operating direction of the first swing shaft AX is not limited to one direction. For example, by inputting a sine wave having a frequency lower than that of the second signal for the high-speed axis and a larger amplitude than the second signal for the high-speed axis in order to utilize the bidirectional swing of the first swing axis AX in the outward path and the return path, Raster scan using the bidirectional swing of the first swing axis AX on the outward path and the return path becomes possible.

また、上記実施例では、コイル23がヨーク21の連結部に鋼線を用いて巻き付けられている例について説明した。しかし、コイルの各々の構成はこれに限られない。 Further, in the above embodiment, an example in which the coil 23 is wound around the connecting portion of the yoke 21 by using a steel wire has been described. However, each configuration of the coil is not limited to this.

例えば、図15に示すように、共通の鋼線を用いて連続して巻き付けられた第1のコイル23A及び第2のコイル23Bから構成されていてもよい。すなわち、第1コイル23A及び第2コイル23Bの各々は、上記実施例のように分離されていない1つのコイルではなく、一対のコア部に分離して巻き付けられた一対のコイルによって構成することが可能である。 For example, as shown in FIG. 15, it may be composed of a first coil 23A and a second coil 23B that are continuously wound using a common steel wire. That is, each of the first coil 23A and the second coil 23B may be composed of a pair of coils separately wound around a pair of core portions, instead of one coil not separated as in the above embodiment. It is possible.

また、図16に示すように、コイル23は、ヨーク21の一対のコア部21Aに巻き付けられた第1のコイル23A及び第2のコイル23Bと、連結部21Bに巻き付けられたコイル23Cと、から構成されていてもよい。すなわち、第1コイル部及び第2コイル部の各々は、ヨークの一対のコア部及び連結部にそれぞれ分離して巻き付けられた3つのコイルによって構成することが可能である。 Further, as shown in FIG. 16, the coil 23 is composed of the first coil 23A and the second coil 23B wound around the pair of core portions 21A of the yoke 21, and the coil 23C wound around the connecting portion 21B. It may be configured. That is, each of the first coil portion and the second coil portion can be composed of three coils that are separately wound around the pair of core portions and the connecting portion of the yoke, respectively.

また、図17に示すように、コイル23は、図16に示した3つのコイル(23A、23B及び23C)を足し合わせた長さを有する一連のコイル23Dから構成されていてもよい。すなわち、第1コイル部及び第2コイル部の各々は、ヨークの一対のコア部及び連結部に亘って巻き付けられた一連のコイルから構成されていてもよい。 Further, as shown in FIG. 17, the coil 23 may be composed of a series of coils 23D having a length obtained by adding the three coils (23A, 23B and 23C) shown in FIG. That is, each of the first coil portion and the second coil portion may be composed of a series of coils wound over a pair of core portions and connecting portions of the yoke.

尚、上記の図15〜17に示した変形例では、複数の部分に跨って巻き付けられたコイル23A〜23Cが共通の鋼線を用いて連続して巻き付けられている例について説明した。しかし、第1、第2及び第3のコイル23A、23B及び23Cは、それぞれ独立した鋼線を用いてヨーク21の一対のコア部21Aの各々又は連結部21Bに巻き付けられていてもよい。すなわち、第1、第2及び第3のコイル23A、23B及び23Cは、駆動信号DSの印加を受けた際にヨーク21の一対の端部21Cの一方がN極、他方がS極となるように巻き付けられていればよい。 In the modified examples shown in FIGS. 15 to 17 above, an example in which coils 23A to 23C wound over a plurality of portions are continuously wound using a common steel wire has been described. However, the first, second and third coils 23A, 23B and 23C may be wound around each of the pair of core portions 21A or the connecting portion 21B of the yoke 21 by using independent steel wires. That is, in the first, second and third coils 23A, 23B and 23C, one of the pair of ends 21C of the yoke 21 becomes the north pole and the other becomes the south pole when the drive signal DS is applied. It suffices if it is wrapped around.

換言すれば、コイル23は、駆動信号DSの入力を受けた際に、一対の端部21Cの各々が互いに逆極性となるように構成されている。 In other words, the coil 23 is configured such that when the drive signal DS is input, each of the pair of end portions 21C has opposite polarities.

また、上記実施例で説明した一連の処理は、例えばROMなどの記録媒体に格納されたプログラムに従ったコンピュータ処理により行うことができる。 Further, the series of processes described in the above embodiment can be performed by computer processing according to a program stored in a recording medium such as a ROM.

100 ミラースキャナ
10 ミラー
10S 光反射面
11 支持部
12 可動部
12A 可動枠
12B 可動板
13 永久磁石
20 磁気回路
21 のヨーク
23 コイル
25 駆動回路
100 Mirror Scanner 10 Mirror 10S Light Reflecting Surface 11 Support 12 Movable 12A Movable Frame 12B Movable Plate 13 Permanent Magnet 20 Yoke 23 Coil 25 Drive Circuit of Magnetic Circuit 21

Claims (6)

光を反射する第1の面を有し、所定の角度で交わる第1軸及び第2軸廻りに揺動可能なミラーと、
前記ミラーの前記第1の面とは反対側の面である第2の面に配された永久磁石と、
前記ミラーの前記第2の面に対向しかつ前記永久磁石を挟むように配された一対の端部を有するヨーク及び前記ヨークに巻き付けられたコイルを有する駆動部と、
を有し、
前記一対の端部は当該端部同士を結ぶ直線が前記第1軸及び前記第2軸に交差するように配されていることを特徴とするミラースキャナ。
A mirror that has a first surface that reflects light and can swing around the first and second axes that intersect at a predetermined angle.
Permanent magnets arranged on the second surface of the mirror, which is the surface opposite to the first surface,
A yoke having a pair of ends arranged to face the second surface of the mirror and sandwiching the permanent magnet, and a drive unit having a coil wound around the yoke.
Have,
The pair of ends is a mirror scanner characterized in that straight lines connecting the ends are arranged so as to intersect the first axis and the second axis.
前記端部同士を結ぶ直線と前記第1軸及び前記第2軸とがなす角度は、前記端部同士を結ぶ直線と前記第1軸とがなす角度よりも前記端部同士を結ぶ直線と前記第2の軸とがなす角度の方が小さく、
前記コイルには、前記ミラーを前記第1軸回りに駆動する第1の信号に前記ミラーを前記第2軸回りに駆動する第2の信号を重畳した駆動信号が入力されることで前記ミラーが揺動することを特徴とする請求項1に記載のミラースキャナ。
The angle formed by the straight line connecting the ends and the first axis and the second axis is a straight line connecting the ends and the straight line connecting the ends rather than the angle formed by the straight line connecting the ends and the first axis. The angle formed by the second axis is smaller,
A drive signal obtained by superimposing a second signal for driving the mirror around the second axis on a first signal for driving the mirror around the first axis is input to the coil, so that the mirror is formed. The mirror scanner according to claim 1, wherein the mirror scanner swings.
前記第1の信号は、前記第2の信号よりも振幅が大きくかつ周波数が小さいことを特徴とする請求項2に記載のミラースキャナ。 The mirror scanner according to claim 2, wherein the first signal has a larger amplitude and a lower frequency than the second signal. 前記第1の信号は、鋸歯状波であり、
前記第2の信号は、正弦波であることを特徴とする請求項3に記載のミラースキャナ。
The first signal is a sawtooth wave.
The mirror scanner according to claim 3, wherein the second signal is a sine wave.
前記コイルは、前記駆動信号の入力を受けた際に、前記一対の端部の各々が互いに逆極性となるように構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1に記載のミラースキャナ。 The invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the coil is configured such that each of the pair of ends has opposite polarities when receiving an input of the drive signal. Mirror scanner. 前記永久磁石は、前記ミラーの前記第2の面上の前記第1軸及び前記第2軸を含む平面に垂直な方向から見て前記第1軸及び前記第2軸の交点と重なる位置に配され、
前記一対の端部の各々は、前記永久磁石と対向するように配されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1に記載のミラースキャナ。
The permanent magnet is arranged at a position overlapping the intersection of the first axis and the second axis when viewed from a direction perpendicular to the plane including the first axis and the second axis on the second surface of the mirror. Being done
The mirror scanner according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the pair of ends is arranged so as to face the permanent magnet.
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