JP4609117B2 - 光学装置のミラー保持具及びミラー保持構造 - Google Patents

Description

本発明は、ミラーを備える光学装置のミラーの固定部材へ取り付ける保持具及びミラーを固定部材に保持する構造に関するものである。

従来のミラー保持構造は、図９に示すように、鏡板７の裏面ないし鏡板７を固定する固定部材６の取り付け面６ａに、単一の接着凸部９と一対の当接突起１０Ａ、１０Ｂという計３つの突起物を設け、そのうちの接着凸部９の頂部を鏡板７裏面、ないし固定部材６の取り付け面６ａに接着し、当接突起１０Ａ、１０Ｂを鏡板７裏面ないし固定部材６の取り付け面６ａに当接させることで、接着凸部９の接着時、および固定部材６と鏡板７の膨張収縮時の応力を吸収して鏡板７の反り歪みを防止している。更には鏡板７を狭持する狭持体８を有し、当接突起１０Ａ、１０Ｂに対向した位置で狭持突起１１Ａ、１１Ｂを有する。尚、その狭持突起１１Ａ、１１Ｂ又は当接突起１０Ａ、１０Ｂの一方が面状を、他方が凸状としている。（例えば、特許文献１参照。）
特開平８−１９４１５０公報（第３−５頁、第３図） 特開昭５７−１０４９１５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、固定部材のミラーに当接する箇所の寸法精度が要求される。又、狭持体を用いて固定部材にミラーを押さえつける事でミラーを保持する方法関しても同様で、ミラーに当接する箇所の狭持体の寸法精度が要求される。又、更には、この狭持体ではミラーに当接する箇所それぞれの荷重を均一にするのは困難で、少なからずミラーに歪みを与えてしまい、高い平面度を維持できないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高い平面度を維持する事ができる光学装置のミラー保持構造を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の光学装置のミラー保持具は、表裏面が平行なミラーの所定の端部を保持して前記ミラーを反射面として用いる光学装置の固定部材に固定する弾性支持部材の保持具であって、前記弾性支持部材は、前記ミラーの所定の端部を挟持する略コノ字状のバネ性を有する弾性材部と、前記弾性材部の略コノ字状の上下辺に設けられ前記ミラーの表裏両面に対向して当接する球面形状の加重部と、を備え、前記ミラーの反射面でない裏面に配置される前記弾性支持部材の球面形状の加重部を前記固定部材へ固定することを特徴としたものである。

また、本発明の光学装置のミラー保持構造は、表裏面が平行なミラーの二辺の端部を保持して前記ミラーを反射面として用いる光学装置の固定部材に固定する弾性支持部材の保持構造であって、前記弾性支持部材は、前記ミラーの所定の端部を挟持する略コノ字状の板バネより形成される弾性材部と、前記弾性材部の当該略コノ字状の上下辺に設けられ前記ミラーの表裏両面に対向して当接する球面形状の加重部と、を備え、前記ミラーの反射面と反対側の前記弾性支持部材の球面形状の加重部を前記固定部材へ固定することを特徴としたものである。

本発明の光学装置のミラー保持具及びミラー保持構造によれば、ミラーを均一な荷重で固定部材に固定し、高い平面度を維持する事ができ、耐振動性の確保および、材質の違いから発生する熱膨張にも対応する事ができる。又更に、組立調整の簡易化を図ることができる。

以下に、本発明の光学装置のミラー保持具及びミラー保持構造の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１における光学装置２０の全体構成図を示すものである。図1において、光源２１から出た光をポリゴンミラーなどの回転鏡２２で偏向し、ｆθレンズなどの集光・走査レンズ２３で走査光２４を集光して測定対象２５上へのスポット光２６ａ形成し、回転鏡２２の回転によりスポット光２６ａはスポット光２６ｂまで直線（以下走査直線２７とする）上を走査する。走査光２４の方向ｚとは異なる方向の反射光２８をミラー２９および集光レンズ３０を介してＰＳＤ３１上に像として結像して、信号処理回路３２により電気信号に変換した像の位置情報からスポット光２６が照射している点の高さ情報を三角測量法により得る。スポット光２６が測定対象を走査直線２７上で走査することで、走査直線上の高さ情報を得ることができる。本発明は、以上のような光学装置のミラー２９の保持構造に関するもので、特に幅の広い光を反射するミラーを保持する事に効果的な方法である。

図２は、本発明の実施例１におけるミラー保持構造の分解斜視図、図３（ａ）はミラー保持構造の平面図、図３（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図４（ａ）は荷重ベクトルとミラー面が垂直でない関係の、ミラー保持構造の要部拡大断面図、図４（ｂ）は荷重ベクトルとミラー面が垂直な関係の、ミラー保持構造の要部拡大断面図、図５は接着固定前のミラー保持構造の要部の拡大断面図、図６は接着固定後のミラー保持構造の要部の拡大断面図を示す。

図２〜図６を用いて、実施例１の光学装置のミラー保持具及びミラー保持構造について説明する。

図５において、弾性支持部材４０は弾性材部である略コノ字状の板バネ４１と、対向した二つの球面形状の加重部４２、４３にて構成され、その間にミラー２９を挿入させることでミラー２９の表裏に対向して所定の荷重を与える。その荷重は、対象となる光学装置の使用環境条件に対応して設計されたもので、通常その環境下で発生する最大の振動加速度（Ｇ）の２倍以上の安全率を考慮して設計する。例えば、５０ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍ（Ｌ×Ｗ×ｔ）の大きさのミラーは質量１８．７５ｇとなる。安全率を含んだ振動加速度（Ｇ）を１０Ｇとすると、板バネの設計荷重は１８．７５ｇ×１０＝１８７．５ｇとなる。又、ここで加重部４２、４３は球面形状である為、ミラー２９の表裏に対向した点４２ａ、４３ａにて当接する。この加重部４２，４３については、例えば汎用の軸受け用の鋼球を用いてもよい。そして、ミラー２９は表裏面が高い平面度、平行度（例えば、０．１μｍ）で加工されたもので、当接点４２ａ、４３ａはミラー２９に対して点接触して荷重を与えることとなる。

その際、当接点４２ａ、４３ａは図４（ａ）に示す通り、ミラー２９に対して対称な位置にセットされるとは限らない。この時、加重部４２、４３はミラー２９に対して荷重ベクトル４７ａ、４９ａを与える。この夫々の荷重ベクトルは当接点４２ａ、４３ａの中点４８を中心に回転モーメント５０を発生させる。分かりやすく説明する為に、弾性支持部材４０を固定とし、回転モーメント５０によってミラー２９が動くこととする。すると次に、図４（ｂ）に示す通り、回転モーメント５０によってミラー２９は回転モーメント５０が無くなるまで回転移動し、最終的には荷重ベクトル４７ｂ、４９ｂ同士は対向し、更には加重部４２、４３の夫々の中心点を結ぶ直線と同一直線状に位置することとなる。以上のことから、荷重ベクトル４７ｂ、４９ｂは、表裏面が高い平面度、平行度で加工されたミラー２９の表面に対して垂直な位置関係になるように夫々４２ｂ、４３ｂへ移動する作用を有することが言える。

即ち、回転モーメント５０が作用する場合、弾性支持部材４０には自立的にアライメント力が作用し、弾性材の板バネ４１にてバネ性が付勢されている球形形状の加重部４２、４３が回転モーメントが無くなるまで移動する。そしてその結果、加重部４２、４３の夫々の中心点を結ぶ直線と同一直線状に位置する状態で安定してミラー２９を保持する。

以上の作用から、板バネ４１上での加重部４２、４３の位置精度を高くする必要がなく、更には加重部４２、４３のミラー２９へのセット位置においても同様である。

次に図３において、弾性支持部材４０はミラー２９に対してミラー反射面上でお互いが均等な距離になるように３個（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）配置させる。

そして図６において、ミラー２９にセットされた３個の弾性支持部材４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）のミラー反射面側の頂点４３ｃを固定部材４４に当接させ、その状態を保持するため接着剤４５を塗布して固定する。但し、この接着剤４５の接着力は、弾性支持部材４０ｃの荷重よりも強いことが前提となる。即ち、弾性支持部材４０ｃの加重により発生する回転モーメントよりも強い接着力で固定部材４４に固定する。

そして最後に図３において、ミラー２９と固定部材４４とを固定する為に、ミラー２９の側面と対向する固定部材４４の内壁面との間に、接着剤４６ａ、４６ｂ、４６ｃを塗布して固定する。但し、接着剤４６ａ、４６ｂ、４６ｃ夫々の接着力は、接着剤４５と同様で板バネ４１の荷重よりも強いことが前提となる。又、接着面は隣り合う２面へ接着剤４６ａ、４６ｂ、４６ｃを塗布することを紹介したが、使用環境条件から１面（例えば４６ｃ）のみでも構わない。以上図３〜図６にて説明した全体構成を、図２のミラー保持構造の分解斜視図にて示す。ミラー２９はガラス材、弾性支持部材４０および固定部材４４は鋼材でなっている。

以上のように、本実施例１においては弾性支持部材の加重部を球面形状に構成することにより、ミラー面に正確な垂直方向にて荷重を与えることとなり、ミラーに歪みを与える事もなく、ミラー本来が有する高い平面度で固定部材に固定することができる。

またその他、実施例１では、ミラーの耐振動性を確保し、固定部材などとの材質の違いから発生する熱膨張の差による歪みを低減することができる。更に、組立調整の簡易化ができ、製造コストの低減が図れる。

図７（ａ）は，本発明の実施例２におけるミラー保持構造の平面図、図７（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図８はミラー保持構造の要部の拡大断面図を示す。

図７、図８を用いて、実施例２の光学装置のミラー保持構造について説明する。

図８において、実施例1の構成と異なるところは接着剤４５の代わりに、弾性支持部材５１とボルト５２を設けた点である。弾性支持部材５１は弾性材部である板バネ４１と同様の略コノ字状で、一方端５１ａを球状の加重部４３の上半部４３ｄに固定し、一方端５１ｂを固定部材４４に、ボルト５２によって固定する。但し、弾性支持部材５１の荷重は実施例１の接着剤４５の接着力と同様で、弾性材の板バネ４１の荷重よりも強いことが前提となる。ここで、弾性支持部材５１およびボルト５２は鋼材でなっている。以上の構成は、温度変化による接着剤の劣化の心配が無く、経時変化に優れる。又その他、衝撃荷重を受けた場合においても、接着剤が劣化して固定が弱くなる心配も無く、高い振動吸収性を備える。

以上のように、本実施例２においては本実施例１の効果に加えて、固定部材などの材料の熱膨張の差による歪みを無くし、より過酷な温度条件下で使用することができる。又更には、大きな衝撃荷重が加わる環境下でも使用することができる。

本発明にかかる光学装置のミラー保持構造は、高い平面度でサイズの大きいミラーが必要な測定装置、画像読取装置、画像形成装置およびその他検査装置等の用途にも適用できる。

本発明のミラーを有する光学装置の全体構成図 本発明の実施例１におけるミラー保持構造の分解斜視図 本発明の実施例１におけるミラー保持構造の平面図及び断面図 本発明の実施例１におけるミラー保持構造の加重ベクトルとミラー面との関係を説明するための図 本発明の実施例１における接着固定前のミラー保持構造の要部拡大断面図 本発明の実施例１における接着固定後のミラー保持構造の要部拡大断面図 本発明の実施例２におけるミラー保持構造の平面図及び断面図 本発明の実施例２における、ミラー保持構造の要部拡大断面図 従来のミラー保持構造の分解斜視図

符号の説明

６ 固定部材
６ａ 取り付け面
７ 鏡板
８ 狭持体
９ 接着凸部
１０Ａ、１０Ｂ 当接突起
１１Ａ、１１Ｂ 狭持突起
２０ （本発明のミラー保持構造を備えた）光学装置
２１ 光源
２２ 回転鏡
２３ 集光、走査レンズ
２４ 走査光
２５ 測定対象
２６ａ スポット光ａ
２６ｂ スポット光ｂ
２７ 走査直線
２８ 反射光
２９ ミラー
３０ 集光レンズ
３１ ＰＳＤ
３２ 信号処理回路
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ ミラーと固定部材を連結する弾性支持部材
４１ 板バネ
４２ ミラー反射面に反対の加重部
４２ａ ミラー反射面の反対面のセット直後の荷重点
４２ｂ ミラー反射面の反対面の垂直方向で当接した荷重点
４３ ミラー反射面の加重部
４３ａ ミラー反射面のセット直後の荷重点
４３ｂ ミラー反射面に垂直方向で当接した荷重点
４３ｃ 固定部材への当接点
４３ｄ 固定部材の上半部
４４ 固定部材
４５ 弾性支持部材４０と固定部材４４に塗布する接着剤
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ ミラー側面と固定部材の内壁面に塗布する接着剤
４７ａ、４７ｂ 加重部４２がミラーへ与える荷重ベクトル
４８ 加重部４２と加重部４３がミラーへ当接した荷重点の中点
４９ａ、４９ｂ 加重部４３がミラーへ与える荷重ベクトル
５０ ミラーへかかる回転モーメント
５１ 加重部と固定部材を連結する弾性支持部材
５１ａ 弾性支持部材５１のミラー側の一方端
５１ｂ 弾性支持部材５１の固定部材側の一方端
５２、５２ｂ、５２ｃ ボルト

Claims (7)

1. 表裏面が平行なミラーの所定の端部を保持して前記ミラーを反射面として用いる光学装置の固定部材に固定する弾性支持部材の保持具であって、
   前記弾性支持部材は、前記ミラーの所定の端部を挟持する略コノ字状のバネ性を有する弾性材部と、
   前記弾性材部の略コノ字状の上下辺に設けられ前記ミラーの表裏両面に対向して当接する球面形状の加重部と、
   を備え、
   前記ミラーの反射面でない裏面に配置される前記弾性支持部材の球面形状の加重部を前記固定部材へ固定することを特徴とするミラーの保持具。
2. 前記弾性材部は、略コノ字状の板バネであることを特徴とする請求項１に記載のミラーの保持具。
3. 前記球面形状の加重部は、剛球より形成されることを特徴とする請求項１に記載のミラーの保持具。
4. 前記ミラーの反射面でない裏面に配置される前記弾性支持部材の球面形状の加重部を前記固定部材へ接着材にて固定することを特徴とする請求項１に記載のミラーの保持具。
5. 前記ミラーの反射面でない裏面に配置される前記弾性支持部材の球面形状の加重部を前記固定部材にボルト締結された別体の弾性支持部材を用いて固定することを特徴とする請求項１に記載のミラーの保持具。
6. 表裏面が平行なミラーの二辺の端部を保持して前記ミラーを反射面として用いる光学装置の固定部材に固定する弾性支持部材の保持構造であって、
   前記弾性支持部材は、前記ミラーの所定の端部を挟持する略コノ字状の板バネより形成される弾性材部と、
   前記弾性材部の当該略コノ字状の上下辺に設けられ前記ミラーの表裏両面に対向して当接する球面形状の加重部と、
   を備え、
   前記ミラーの反射面と反対側の前記弾性支持部材の球面形状の加重部を前記固定部材へ固定することを特徴とするミラーの保持構造。
7. 前記球面形状の加重部は、剛球より形成されることを特徴とする請求項６に記載のミラーの保持構造。

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