JP3759812B2 - Compact wide-angle resonant optical scanner - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光などの光ビームを鏡面に当て、鏡面を回転振動させることにより光ビームを走査させる光ビーム走査器のうち、トーションバーを使用する共振型走査器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の共振型走査器においては、鏡面を往復回転振動させるための共振体の構造として、共振体の回転軸を兼ねる、トーションバー上に可動体ベース、ミラーおよび駆動用永久磁石などを固定している。トーションバーの直径が太く自立できる場合はトーションバーの自由端の近くに、直径が細い場合には両端を固定し、中央部に可動体を固定するのが一般的である。何れにしても、ピアノ線やばね材をプレスで打ち抜いた、棒状または線状のばね材を、そのままトーションバーとして使用している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の共振型走査器にあっては、可動体全体の慣性モーメントおよび、トーションバーのもつ諸特性により、固有振動数が定まる。また、半永久的な寿命を得ようとすると、トーションバーの長さや外径などにより定まる、捻じり許容応力の値により、振幅も一定の角度以下に制限される。
【0004】
簡単に説明すると、ピアノ線をトーションバーとして使用した場合、長さが一定であれば線形が細いほど許容応力内での捻じり角度、即ち振幅は大きくとれる。しかし駆動部やミラー部を含む可動体全体の慣性モーメントが一定の場合、線径が細くなるほど固有振動数は低くなる。より高い所定の振動数で一定の振幅を得るためには、線径を太くすると同時に、必要な振幅での捻じり応力が許容応力値内に入るように、トーションバーの長さを長くしなければならない。同じ線径でトーションバーの長さを長くすると、固有振動数はまた低下し、上記のようにトーションバーの線径を太くし、かつ所定の振幅での捻じり応力が許容値内に入るように、トーションバーの長さを長くし、振動周波数、振幅、寿命など全ての条件を満たすようにしなければならない。走査器の外形寸法は上記の結果として決定されるため、他の機器に組み込むため、走査器の外形寸法を先に決めると、機器の性能上必要なミラー寸法、振動周波数、振幅、寿命などの要求を満たせない場合が多かった。
【0005】
固有振動周波数を高くするために、可動部の慣性モーメントを小さくすることも、実用上、ミラーの小型化にも限界があり、所定の周波数で、大振幅の共振型走査器を小型化することは、従来の方法では不可能であった。
【0006】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小型で大振幅の共振型走査器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項1記載のものは、トーションバーとして従来用いられているピアノ線や板バネをプレスにより打ち抜いた棒材に代えて、コイルスプリングを使用している。
また、上記の課題を解決するために、本発明による請求項1記載の小型広角度共振型光走査器は、
鉄心6をもつ駆動コイル7と、前記駆動コイル7を支持するベースフレーム5と、中央部に鉄心6に対応する永久磁石3とミラー2を保持する可動体ベース4と、前記可動体ベース4の両端に設けられた一対の可動体ベースネジ4A,4Bと、2個のコイルスプリング1A,1Bと、前記各コイルスプリングの端部に適合する一対のフレーム固定用ネジ8A,8Bと、を含む共振型光走査器であって、
前記各コイルスプリングの一端をそれぞれ前記可動体ベースネジ4A,4Bにねじ込み固定し、
前記各コイルスプリングの他端をそれぞれ前記固定用ネジ8A,8Bに挿入固定し、
前記固定用ネジ8A,8Bで前記コイルスプリング1A,1Bを前記ベースフレーム5に固定して構成されている。
さらに、本発明による請求項2記載の小型広角度共振型光走査器は、請求項1記載の小型広角度共振型光走査器において、
前記コイルスプリング1A,1Bと前記固定用ネジ8A,8Bの挿入度を変えることにより、共振周波数を調整するように構成されている。
【0008】
このことにより、目的とする周波数が500Hz程度以下であれば、コイルスプリングを形成しているバネ材の線形、巻き径、巻き数を変えることにより、小型化の要求を妨げることなく、周波数、振幅、許容応力などの諸条件を満たすことは容易である。
【0009】
コイルスプリングをトーションバーとして使用した場合、一つの問題であった回転振動軸の安定化については、コイルスプリングの固定方法としてフックを使用せず、コイルスプリングの端部に適合するネジを挿入し、当該ネジをベースフレームに固定する方法および、固定するさいにコイルスプリングを軸方向に引き伸ばし、適切な張力をあたえることで解決した。
【0010】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例にもとずき図面を参照して説明する。
図1は実施例を示す側面図で、図において両端にネジ部を有する可動体ベース4の中央部に、ミラー2、および永久磁石3が図面手前にS極、他方がN極になるよう配置され固定されている。磁極の方向は逆であっても良い。可動体ベース4の両端のネジ部には、コイルスプリング1がねじ込まれ固定されている。コイルスプリング1の他端にはネジ8が同様にねじ込まれ、ネジ8の他端でベースフレーム5に固定されている。
【0011】
この時に、コイルスプリング1に張力を与えることにより、振動軸の安定化が可能である。また、コイルスプリング1の固定端のネジの挿入度を変えることにより、トーションバーと同様な作用をするコイルスプリング1の有効長を変化させることができ、共振周波数の調整が可能となる。
図3は、可動部およびコイルスプリングの固定方法の詳細を示す縦断面図である。
駆動コイル7は図1に示したように、鉄心6とともにベースフレーム5に固定されている。可動体ベース4の中央部に鉄心6に対応する永久磁石3とミラー2が保持されている。一対の可動体ベースネジ4A,4Bは、前記可動体ベース4の両端に設けられている。一方のコイルスプリング1Aはその両端で一方の固定用ネジ8Aと一方の可動体ベースネジ4Aに結合させられている。他方のコイルスプリング1Bはその両端で他方の固定用ネジ8Bと他方の可動体ベースネジ4Bに結合させられている。
【0012】
駆動コイルに電流を流すと、可動体ベースに固定されている永久磁石に、トーションバーを軸として、一方の磁極には吸引力が他方の磁極には反発力が働く。したがって、固有振動数と同じ周波数の交流電流を駆動コイルに加えると、可動体は共振現象をおこし軸を中心として往復回転運動を行なう。
【0013】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、コイルスプリングをトーションバーとして使用することにより、従来の小型の共振型走査器と比較して以下の効果を得ることができた。比較の便宜上、共振周波数は500Hzのもので従来型と比較した。(特願平8−28384参照)
従来のものは、機械的な振れ角として10の11乗回以上の寿命を期待する場合±10度程度が限界であったが、本発明によると±45度の大振幅が得られた。また、寸法も、従来の15mm×20mm×13mmから10mm×12mm×22mmとなり、容積比にして50%の小型化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例を示す側面図である。
【図2】本発明の実施例を示す平面図である。
【図3】可動部およびコイルスプリングの固定方法の詳細を示す縦断面図である。
【図4】従来例を示す側面図である。
【符号の説明】
1(1A,1B) コイルスプリング
2 ミラー
3 永久磁石
4 可動体ベース
4A,4B 可動体ベースネジ
5 ベースフレーム
6 鉄心
7 駆動コイル
8(8A,8B) ネジ(固定用ネジ)
9 ピアノ線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a resonance type scanner using a torsion bar among light beam scanners that scan a light beam by applying a light beam such as a laser beam to the mirror surface and rotating and oscillating the mirror surface.
[0002]
[Prior art]
In a conventional resonance type scanner, a movable body base, a mirror, a driving permanent magnet, and the like are fixed on a torsion bar as a structure of a resonator for reciprocating rotational vibration of a mirror surface. Yes. When the torsion bar has a large diameter and can be self-supporting, it is common to fix both ends near the free end of the torsion bar, and fix the movable body at the center when the diameter is small. In any case, a rod-like or linear spring material obtained by punching a piano wire or a spring material with a press is used as it is as a torsion bar.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional resonance scanner, the natural frequency is determined by the moment of inertia of the entire movable body and various characteristics of the torsion bar. In order to obtain a semi-permanent life, the amplitude is also limited to a certain angle or less by the value of the torsional allowable stress determined by the length and outer diameter of the torsion bar.
[0004]
Briefly, when a piano wire is used as a torsion bar, if the length is constant, the twisting angle within the allowable stress, that is, the amplitude can be increased as the linearity becomes narrower. However, when the moment of inertia of the entire movable body including the drive unit and the mirror unit is constant, the natural frequency decreases as the wire diameter decreases. In order to obtain a constant amplitude at a higher predetermined frequency, the length of the torsion bar must be increased so that the torsional stress at the required amplitude falls within the allowable stress value at the same time as increasing the wire diameter. I must. Increasing the length of the torsion bar with the same wire diameter also decreases the natural frequency so that the wire diameter of the torsion bar increases as described above, and the torsional stress with a predetermined amplitude falls within the allowable value. In addition, the length of the torsion bar must be increased so that all conditions such as vibration frequency, amplitude, and life are satisfied. Since the external dimensions of the scanner are determined as a result of the above, if the external dimensions of the scanner are determined in advance for incorporation into other equipment, the mirror dimensions, vibration frequency, amplitude, life, etc. required for the performance of the equipment There were many cases where the requirements could not be met.
[0005]
In order to increase the natural vibration frequency, the moment of inertia of the movable part can be reduced, and there is a practical limit to miniaturization of the mirror, and the resonance scanner with a large amplitude can be downsized at a predetermined frequency. Was impossible with the conventional method.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and an object thereof is to provide a small-sized and large-amplitude resonant scanner.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the first aspect uses a coil spring in place of a bar material obtained by punching out a piano wire or a leaf spring conventionally used as a torsion bar.
In order to solve the above problem, a small wide-angle resonant optical scanner according to
A driving coil 7 with an iron core 6, a
One end of each coil spring is screwed and fixed to the movable body base screws 4A and 4B, respectively.
The other end of each coil spring is inserted and fixed to the fixing screws 8A and 8B, respectively.
The coil springs 1A and 1B are fixed to the
Furthermore, the small wide-angle resonant optical scanner according to
The resonance frequency is adjusted by changing the degree of insertion of the coil springs 1A, 1B and the fixing screws 8A, 8B.
[0008]
As a result, if the target frequency is about 500 Hz or less, the frequency, amplitude can be reduced without disturbing the demand for miniaturization by changing the linearity, winding diameter, and number of turns of the spring material forming the coil spring. It is easy to satisfy various conditions such as allowable stress.
[0009]
When using a coil spring as a torsion bar, one of the problems with the stabilization of the rotational vibration shaft is to insert a screw that fits the end of the coil spring without using a hook as a method for fixing the coil spring. The problem was solved by fixing the screw to the base frame and by extending the coil spring in the axial direction and applying an appropriate tension.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the invention will be described based on an example with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view showing an embodiment. In the figure, a
[0011]
At this time, the vibration shaft can be stabilized by applying tension to the
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing details of a fixing method of the movable part and the coil spring.
As shown in FIG. 1, the drive coil 7 is fixed to the
[0012]
When a current is passed through the drive coil, an attractive force is applied to one of the magnetic poles and a repulsive force is applied to the other magnetic pole, with the torsion bar as an axis, on the permanent magnet fixed to the movable body base. Therefore, when an alternating current having the same frequency as the natural frequency is applied to the drive coil, the movable body causes a resonance phenomenon and reciprocates around the axis.
[0013]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained by using a coil spring as a torsion bar as compared with a conventional small resonance scanner. For convenience of comparison, the resonance frequency is 500 Hz, which is compared with the conventional type. (See Japanese Patent Application No. 8-28384)
The conventional one has a limit of about ± 10 degrees when expecting a life of 10 11 times or more as a mechanical deflection angle, but according to the present invention, a large amplitude of ± 45 degrees was obtained. In addition, the size is changed from the conventional 15 mm × 20 mm × 13 mm to 10 mm × 12 mm × 22 mm, and the volume ratio can be reduced by 50%.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing details of a method for fixing a movable part and a coil spring.
FIG. 4 is a side view showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 (1A, 1B)
9 Piano wire
Claims (2)
前記各コイルスプリングの一端をそれぞれ前記可動体ベースネジにねじ込み固定し、
前記各コイルスプリングの他端をそれぞれ前記固定用ネジに挿入固定し、
前記固定用ネジで前記コイルスプリングを前記ベースフレームに固定して構成した小型広角度共振型光走査器。A driving coil having a core, a base frame for supporting the driving coil, the movable body base for holding the permanent magnet and mirror corresponding to the core to the medium-central portion, a pair of which is eclipsed set to both ends of the movable body based A resonance type optical scanner including a movable body base screw, two coil springs, and a pair of frame fixing screws adapted to ends of the coil springs,
One end of each coil spring is screwed and fixed to the movable body base screw, respectively.
Insert and fix the other end of each coil spring to the fixing screw, respectively.
A compact wide-angle resonant optical scanner configured by fixing the coil spring to the base frame with the fixing screw .
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JPH10260372A JPH10260372A (en) | 1998-09-29 |
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- 1997-03-19 JP JP10656597A patent/JP3759812B2/en not_active Expired - Fee Related
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