JP4119096B2 - 回転型光走査光学系のフェールセーフ機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可視光レーザー光線を使用するリヤプロジェクション型表示装置等のフェールセーフ光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光をラスター走査するには、主として印刷用に用いられる回転ポリゴン等が知られている。
【０００３】
また、低速の走査を行う用途には、ガルバノミラーが利用されることもある。近年、ガルバノミラーの光源として、３色の可視光を直接走査して、スクリーンに投影することにより、高彩度、低消費エネルギーの表示装置として利用できるため、可視光レーザーを用いることが知られている。
【０００４】
前記可視光レーザーを用いる方式では、利用者の目の安全を確保するため、高輝度のレーザー光が直接目に入らないよう工夫がなされる他、光の走査と変調とを高い周波数で駆動させて、利用者の瞳に入る光エネルギー密度を下げるように構成されている。
【０００５】
そして、駆動系が立ち上がったり、停止したりする低速駆動時には、光源電源を切断したり、或いは、光路の中に遮蔽物を挿入するように構成されている。
【０００６】
なお、全体を遮蔽することにより、回転体に外部から物体が接触することを防止するものとしては、特開平２−７９８１４号公報に記載されている光偏向器等が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記可視光レーザーを用いる方式では、光エネルギー密度を下げる他には、能動的に作動して、高輝度のレーザー光が直接目に入らないよう工夫が必要とされているので、光を遮断する構成に高い動作信頼性が要求されていた。
【０００８】
また、光学系が故障した際にも、安全性が保証される必要性があった。
【０００９】
そこで、本願発明の目的は、従来の光を遮断する構成に頼らない受動的な構成によるフェールセーフ光学系を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１に記載されたものでは、回転中心となる回転軸を中心に有して、回転駆動される略六角扁平柱状の筐体からなるポリゴンミラーの各面に、光源からの入光を反射又は偏向するミラーと該ミラーの開口部が開口形成され、前記回転軸を回動中心とする該ポリゴンミラーの回転により、前記ミラーを、前記低速回転時又は、停止時には、前記待避位置とすると共に、高速回転時には、前記遠心力で該付勢力に抗して正常位置とする回転型光走査光学系のフェールセーフ機構であって、前記ポリゴンミラーに付勢手段として、断面略Ｖ字状の板バネ部材が、前記各ミラーの一端部と、前記ミラーの開口部の一端縁との間に挟持されて設けられ、前記低速回転時又は停止時には、前記板バネ部材が設けられたミラーの一端部を回転中心として、前記ミラーの他端が、半径方向へ内倒れ、前記ミラーが、折り畳まれて待避位置となると共に、高速回転時には、前記ポリゴンミラーの回転に伴う遠心力で付勢力に抗して、前記ミラーの他端が外径方向に移動して、前記開口部の他端縁に当接させて、正常位置とする回転型光走査光学系のフェールセーフ機構を特徴としている。
【００１１】
このように構成された請求項１記載のものでは、前記板バネ部材が、前記低速回転時又は、停止時には、前記ミラーを待避位置とする。
更に、前記ミラーが、高速回転時には、前記板バネ部材の付勢力を前記遠心力が上回ると正常位置に移動する。そして、低速回転或いは停止時には、該板バネ部材の付勢力によって、前記ミラーが内倒れ方向に移動されて待避位置となる。
このように、フェールセーフが、前記光学系を低速回転或いは停止時に、待避位置とするので、能動的な光遮断システムを必要とせずに、利用者の安全が保たれる。
【００１３】
また、前記付勢手段が、前記低速回転時又は、停止時には、前記ミラーを待避位置とする。
【００２４】
また、請求項２に記載されたものでは、前記回転型光走査光学系は、高速回転する主走査用のポリゴンミラーと、比較的低速回転する副走査用のポリゴンミラーとを有すると共に、少なくとも前記副走査用のポリゴンミラーには、前記フェールセーフを設けた請求項１記載の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構を特徴としている。
【００２５】
このように構成された請求項２記載のものでは、前記フェールセーフが設けられた副走査用のポリゴンミラーが、主走査用のポリゴンミラーよりも比較的低速回転するので、該フェールセーフ動作信頼性を更に向上させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施の形態１の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構を示すものである。
【００２７】
まず、構成から説明すると、この実施の形態１の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構では、回転中心となる回転軸３を中心に有して、回転駆動される略六角扁平柱状の筐体１１の６面に各々ミラー開口部１ａ…が、開口形成されている。
【００２８】
これらのミラー開口部１ａ…には、各々光学系としてのミラー２…が設けられてポリゴンミラー１が構成されている。
【００２９】
これらのミラー２は、略長方形板状を呈して、外側面に、反射面２ａが形成されていると共に、長手方向を前記回転軸３を中心とする円の周方向に沿わせるように設けられている。
【００３０】
そして、このポリゴンミラー１への光源としての可視光レーザー装置４からの入光を、回転しながら反射することにより、走査光を得られるように構成されている。
【００３１】
この実施の形態１では、このポリゴンミラー１の回転に伴う力学的な力としての遠心力を利用して正常位置とすると共に、低速回転或いは停止時に、待避位置とするフェールセーフ５が設けられている。
【００３２】
すなわち、このフェールセーフ５では、付勢手段としての断面略Ｖ字状の板バネ部材６が、前記各ミラー２の一端部２ａと、前記開口部１ａの一端縁１ｂとの間に挟持されて設けられている。
【００３３】
そして、前記ミラー２が、この板バネ部材６の付勢力で、前記低速回転時又は、停止時には、図１中二点鎖線で示すように、内倒れ方向に折り畳まれて、待避位置となると共に、高速回転時には、前記遠心力でこの付勢力に抗して、外径方向に移動して、他端部２ｃを、前記開口部１ａの他端縁１ｃに当接させることにより、図１中実線で示す正常位置で停止するように構成されている。
【００３４】
次に、この実施の形態１の作用について説明する。
【００３５】
この実施の形態１では、前記可視光レーザー装置４から照射された可視光レーザー光７は、高速回転する前記ポリゴンミラー１の前記各ミラー２…の反射面２ａ…に反射される。
【００３６】
このポリゴンミラー１が高速回転している状態では、前記各ミラー２…に遠心力が作用して、前記板バネ部材６の付勢力をこの遠心力が上回ると、前記一端部２ｂを回動中心として他端部２ｃが外径方向に回動移動される。
【００３７】
そして、前記開口部１ａの他端縁１ｃに、前記他端部２ｃが当接した状態で、停止して図１中実線で示すように正常位置となる。
【００３８】
このため、反射された前記可視光レーザー光７で光走査を行うことが出来る。
【００３９】
また、前記ポリゴンミラー１が低速回転或いは停止時には、前記板バネ部材６の付勢力によって、前記各ミラー２…が内倒れ方向に移動されて、図１中二点鎖線に示すような待避位置となる。
【００４０】
このため、前記可視光レーザー装置４から照射された可視光レーザー光７は、所望の反射角度が得られず、又は反射されず、散乱して光走査を行うことができない。
【００４１】
従って、前記フェールセーフ５が、前記ミラー２…を低速回転或いは停止時に、待避位置とするので、故障時や、駆動系の立ち上がり或いは停止状態に移行する低速回転時等に高密度の光エネルギーを利用者の瞳に入光させる虞が無くなり、能動的な光遮断システムを必要とせずに、利用者の安全が保たれる。
【００４２】
【実施の形態２】
図２及び図３は、この発明の実施の形態２の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構を示すものである。なお、前記実施の形態１と同一乃至均等な部分については同一符号を付して説明する。
【００４３】
この実施の形態２の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構では、略円盤状の支持円盤１３の上面１３ａに、回転軸３から放射状に、反射面材としての略長方形形状の両面ミラー１２…を上面視略十字状となるように固定して、ローター１４を構成している。
【００４４】
このため、図３に示すように、可視光レーザー装置４，４を２台用いた場合には、Ｒ１１〜Ｒ１２及びＲ２１〜Ｒ２２まで振れる。また、前記両面ミラー１２は、表裏両面を反射面材として使用できるので、前記ローター１４一回転に付き８回の走査が可能となる。
【００４５】
そして、図４に示すように、ローター１４の直径が投影距離に比べて小さい場合には、走査範囲Ｗを広く設定することができる。
【００４６】
なお、両面ミラー１２…の回転時の空気抵抗を減少させるため、該ローター１４の周囲を真空ポンプで真空又は亜真空となるまで減圧してもよい。
【００４７】
更に、所定の取付強度が確保されれば、前記支持円盤１３を省略した構成を採用してもよい。
【００４８】
次に、この実施の形態２のフェールセーフ１５，２５について各実施例に基づいて説明する。
【００４９】
【実施例１】
図５は、実施の形態２の実施例１のフェールセーフ１５を示すものである。
【００５０】
この実施例１では、前記力学的な力とは、前記回転軸３を回動中心とする回転によって発生する遠心力である。
【００５１】
この実施例１の前記両面ミラー１２に相当する両面ミラー１６には、前記回転軸３から外径方向に突設されるミラー枠１７が、上下一対の枠体１７ａ，１７ａによって支持されている。
【００５２】
また、これらの枠体１７ａ，１７ａ間の開口部には、弾性変形可能なミラー１８が予め湾曲させて設けられている。
【００５３】
このミラー１８は、前記低速回転時又は、停止時には、図５中実線で示すように前記待避位置とすると共に、高速回転時には、前記遠心力で、半径方向に張設されることにより、前記回転軸側と、ミラー枠１７先端側との間に、平板状に伸張して正常位置となるように構成されている。
【００５４】
次に、この実施の形態２の実施例１の作用について説明する。
【００５５】
この実施例１では、前記ミラー１８が、高速回転時には、前記遠心力で、前記ミラー枠１７の枠体１７ａが半径方向に張設されて正常位置となる。また、前記低速回転時又は、停止時には、前記ミラー１８が、予め湾曲されているので、可視光レーザー光を反射しない或いは散乱させる図５中実線で示すような待避位置となる。
【００５６】
他の構成及び作用効果については、前記実施の形態１と略同様であるので説明を省略する。
【００５７】
【実施例２】
図６は、実施の形態２の実施例２のフェールセーフ２５を示すものである。
【００５８】
この実施例２でも、前記力学的な力とは、前記回転軸３を回動中心とする回転によって発生する遠心力である。
【００５９】
この実施例２の前記両面ミラー１２に相当する両面ミラー１９では、前記回転軸３から外径方向に突設されて、図６中二点鎖線で示すように、先端１９ａを周方向に巻廻された湾曲形状となることにより待避位置となるように形成されていると共に、回転軸３が高速回転する際には、遠心力によって外径方向に引き延ばされて、図６中実線で示すように、直線状となるように構成されている。
【００６０】
次に、この実施例２の作用について説明する。
【００６１】
この実施例２では、回転軸３が高速回転する際には、遠心力によって外径方向に前記各両面ミラー１９…が引き延ばされて、図６中実線で示すように、直線状となる。
【００６２】
また、回転軸３が低速回転或いは停止すると、図６中二点鎖線で示すように、先端１９ａが周方向に巻廻された湾曲形状となることにより待避位置となる。
【００６３】
他の構成及び作用効果については、前記実施の形態１及び前記実施例１と略同様であるので説明を省略する。
【００６４】
【実施の形態３】
図７乃至図１１は、この発明の実施の形態３を示すものである。
【００６５】
なお、前記実施の形態１，２と同一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明する。
【００６６】
まず、構成から説明すると、この実施の形態３の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構では、回転軸３を中心に有する中空円筒形状の回転体２６の側面からは、両面に反射面を有する光学系を構成する４枚のミラーブレード２７…が、放射状に等間隔で突設されている。
【００６７】
このミラーブレード２７は、前記回転軸３近傍で、回転体２６の側面に設けられた支持部開口２６ａから放射状に、前端部２７ａを内側から外側に向けて挿通して突設させると共に、このミラーブレード２７の後端部２７ｂに形成された鍔状の係止鍔部２８をこの支持部開口２６ａ周縁に形成された凹状部２９に、バネ部材３０を介して当接させている。
【００６８】
この後端部２７ｂには、傾斜平面３１が形成されている。この傾斜平面３１は、係止鍔部２８から所定距離Ｄ１離間した位置から前記両側の反射面２７ｃ，２７ｃに対して、径方向に所定の角度θ両側面を傾斜させている。
【００６９】
そして、この傾斜平面３１は、前記支持部開口２６ａ内に位置することにより、前記ミラーブレード２７を径方向から、所定角度θ傾斜させるように構成されている。
【００７０】
また、このバネ部材３０の付勢力で、前記低速回転時又は、停止時には、図１１に示すように、前記回転軸３方向にこのミラーブレード２７が移動して待避位置となると共に、高速回転時には、図１０前記遠心力でバネ部材３０の付勢力に抗して、正常位置とするように構成されている。
【００７１】
次に、この実施の形態３の作用について説明する。
【００７２】
この実施の形態３では、前記回転軸３を中心に、回転体２６が回転すると、前記ミラーブレード２７…が、高速回転時には、前記遠心力で前記バネ部材３０…の付勢力に各々抗して、外径方向に突出して、図１０に示すように、前記係止鍔部２８を前記凹状部２９内に没入させて正常位置となる。
【００７３】
この状態では、前記ミラーブレード２７が、径方向に沿って延設されるので、図示省略の可視光レーザー装置からの可視光レーザー光で走査を行うことが出来る。
【００７４】
また、前記回転軸３を中心とする回転体２６の回転が、低速回転時又は、停止時には、図１１に示すように、前記バネ部材３０の付勢力で、前記ミラーブレード２７が、内径方向に向けて没入して、前記係止鍔部２８を前記凹状部２９内から抜出すると共に、前記傾斜平面３１が前記支持部開口２６ａ内に位置されて、前記ミラーブレード２７を、径方向から傾斜させて待避位置とする。
【００７５】
このような待避位置では、前記可視光レーザー装置からの可視光レーザー光が、前記ミラーブレード２７の反射面で、所望の反射角度が得られず、又は反射されず、散乱して光走査を行うことができない。
【００７６】
他の構成、及び作用効果については、前記実施の形態１，２と略同様であるので説明を省略する。
【００７７】
【実施の形態４】
図１２及び図１３は、この発明の実施の形態４の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構を示すものである。
【００７８】
なお、前記実施の形態１乃至３と同一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明する。
【００７９】
この実施の形態４の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構では、光走査用ローター装置３２の筐体３３内に、軸受け兼用の高圧空洞３４が設けられている。
【００８０】
この高圧空洞３４の周囲には、ヘリングボーン軸受３５、及び上，下ヘリカル軸受３６，３６によって回動自在となるように支持される回転光学系としてのポリゴンロータ３７が設けられている。
【００８１】
このポリゴンロータ３７の周囲は、図１中白抜き矢印に示すように、エアフローが行われている。
【００８２】
また、このポリゴンロータ３７の基軸部３７ａには、周囲に、周方向に所定の間隔を置いて一部着磁させた着磁領域３８，３８が設定されている。
【００８３】
そして、前記筐体３３のうち、この着磁領域３８に対向する部分には、所定間隔を置いて複数の駆動コイル３９…及び検知コイル４０…が配設されている。
【００８４】
このうち、検知コイル４０は、可視光レーザ装置４のスイッチ４１に接続されていて、前記駆動コイル３９による駆動で、前記ポリゴンロータ３７の基軸部３７ａが回転して発生する変動磁界を検知して、この検知信号に応じて、前記回転光学系の光源である可視光レーザ装置４への供給電力を、前記スイッチ４１で、ＯＮ，ＯＦＦするように構成されている。
【００８５】
次に、この実施の形態４の作用について説明する。
【００８６】
この実施の形態４では、通電により前記駆動コイル３９…が、前記ポリゴンロータ３７を回転させると、この駆動コイル３９のポリゴンロータ３７回転駆動によって発生する変動磁界が、前記検知コイル４０によって検知されて、この検知信号を前記スイッチ４１に送る。
【００８７】
前記スイッチ４１では、この検知信号に応じて、可視光レーザー装置４の光源をＯＮ状態とする。
【００８８】
また、回転に異常が生じて前記駆動コイル３９によって発生する変動磁界が変化すると、前記検知コイル４０が、この変化を検知して検知信号を発する。
【００８９】
この信号によって、前記可視光レーザー装置４はＯＦＦ状態となるので、能動的な光遮断システムを必要とせずに、利用者の安全が保たれる。
【００９０】
他の構成、及び作用効果については、前記実施の形態１乃至３と略同様であるので説明を省略する。
【００９１】
【実施の形態５】
図１４及び図１５は、この発明の実施の形態５の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構を示すものである。
【００９２】
なお、前記実施の形態１乃至４と同一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明する。
【００９３】
この実施の形態５の回転型光走査光学系は、回転軸３を回転中心として比較的高速回転して、光源としての可視光レーザー装置４からの入射光ビームを偏向する主走査用のポリゴンミラー４２と、このポリゴンミラー４２で偏向された走査光を、更に直交する方向へ走査する副走査用のポリゴンミラー４３とから主に構成されている。
【００９４】
更に、この回転型光走査光学系には、前記ポリゴンミラー４３で反射された走査光を反射する固定ミラー４４が設けられている。
【００９５】
このうち、副走査用のポリゴンミラー４３は、前記ポリゴンミラー４２に比べて低速で、回転軸１０３を回転中心として回転する（約１／１０００以下の速度）と共に、図１５に示すように、略六角柱状の筐体１１１の６面に各々ミラー開口部１１１ａ…が、開口形成されている。
【００９６】
これらのミラー開口部１１１ａ…には、各々光学系としての長方形板状のミラー１０２…が、前記実施の形態１のフェールセーフ１５と略同様の機構を有して設けられている。 次に、この実施の形態５の作用について説明する。
【００９７】
この実施の形態５では、前記光源としての可視光レーザー装置４から照射された入射光ビームが、高速回転する主走査用のポリゴンミラー４２によって偏向されると、このポリゴンミラー４２で偏向された走査光が、更に直交する方向へ走査する副走査用のポリゴンミラー４３に照射されて、前記ミラー１０２…が、この走査光を固定ミラー４４へ反射する。
【００９８】
固定ミラー４４では、この反射光を更に反射して、光ビームＬ１〜Ｌ２を出力する。
【００９９】
前記ポリゴンミラー４３では、前記ポリゴンミラー４２で反射された走査光を、更に反射するが、この副走査用のポリゴンミラー４３は、前記ポリゴンミラー４２に比べて低速で、回転軸１０３を回転中心として約１／１０００以下の速度で回転しているので、更に、図１５に示すようなフェールセーフ１５の動作信頼性を向上させることが出来る。
【０１００】
他の構成、及び作用効果については、前記実施の形態１乃至４と略同様であるので説明を省略する。
【０１０１】
【発明の効果】
上述してきたように、この発明の請求項１記載のものでは、前記ミラーが、高速回転時には、前記板バネ部材の付勢力を前記遠心力が上回ると正常位置に移動する。そして、低速回転或いは停止時には、該板バネ部材の付勢力によって、前記ミラーが内倒れ方向に移動されて待避位置となる。
このため、前記フェールセーフが、前記光学系を低速回転或いは停止時に、待避位置とするので、能動的な光遮断システムを必要とせずに、利用者の安全が保たれる。
【０１０９】
更に、請求項２記載のものでは、前記フェールセーフが設けられた副走査用のポリゴンミラーが、主走査用のポリゴンミラーよりも比較的低速回転するので、該フェールセーフ動作信頼性を更に向上させることができる、という実用上有益な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、要部の構成を説明するポリゴンミラーの斜視図である
【図２】実施の形態２の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、要部の構成を説明するローターの斜視図である。
【図３】実施の形態２の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、動作を説明するローターの上面模式図である。
【図４】実施の形態２の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、走査範囲を説明するローターの上面模式図である。
【図５】実施の形態２の実施例１の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、要部の構成を説明する斜視図である。
【図６】実施の形態２の実施例２の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、要部の構成を説明する斜視図である。
【図７】実施の形態３の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、構成を説明する水平方向断面図である。
【図８】実施の形態３の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、ミラーブレードの斜視図である。
【図９】実施の形態３の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、ミラーブレードの上面図である。
【図１０】実施の形態３の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、高速回転時のミラーブレードの位置を説明する水平方向断面図である。
【図１１】実施の形態３の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、低速回転時或いは停止時のミラーブレードの位置を説明する水平方向断面図である。
【図１２】実施の形態４の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、全体の構成を説明する図１３中Ａ−Ａ線に沿った位置での断面図である。
【図１３】実施の形態４の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、駆動コイル及び検知コイルの配置の一例を説明する上面模式図である。
【図１４】実施の形態５の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、回転型光走査光学系全体の構成を説明する模式図である。
【図１５】実施の形態５の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構で、フェールセーフを用いたポリゴンミラーの構成を説明する斜視図である。
【符号の説明】
１，４２，４３ ポリゴンミラー（回転型光走査光学系）
２，１０２ ミラー（反射面材）
３，１０３ 回転軸
４ 可視光レーザー装置（光源）
５，１５，２５ フェールセーフ
６ 板バネ部材（付勢手段）
１７ ミラー枠
２７ ミラーブレード（反射面材）
３７ ポリゴンローター（回転型走査光学系）
４２，４３ （主，副）ポリゴンミラー

Claims (2)

1. 回転中心となる回転軸を中心に有して、回転駆動される略六角扁平柱状の筐体からなるポリゴンミラーの各面に、光源からの入光を反射又は偏向するミラーと該ミラーの開口部が開口形成され、前記回転軸を回動中心とする該ポリゴンミラーの回転により、前記ミラーを、前記低速回転時又は、停止時には、前記待避位置とすると共に、高速回転時には、前記遠心力で該付勢力に抗して正常位置とする回転型光走査光学系のフェールセーフ機構であって、
   前記ポリゴンミラーに付勢手段として、断面略Ｖ字状の板バネ部材が、前記各ミラーの一端部と、前記ミラーの開口部の一端縁との間に挟持されて設けられ、前記低速回転時又は停止時には、前記板バネ部材が設けられたミラーの一端部を回転中心として、前記ミラーの他端が、半径方向へ内倒れ、前記ミラーが、折り畳まれて待避位置となると共に、高速回転時には、前記ポリゴンミラーの回転に伴う遠心力で付勢力に抗して、前記ミラーの他端が外径方向に移動して、前記開口部の他端縁に当接させて、正常位置とすることを特徴とする回転型光走査光学系のフェールセーフ機構。
2. 前記回転型光走査光学系は、高速回転する主走査用のポリゴンミラーと、比較的低速回転する副走査用のポリゴンミラーとを有すると共に、少なくとも前記副走査用のポリゴンミラーには、前記フェールセーフを設けたことを特徴とする請求項１記載の回転型光走査光学系のフェールセーフ機構。

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