JP7155099B2

JP7155099B2 - 光走査装置

Info

Publication number: JP7155099B2
Application number: JP2019225574A
Authority: JP
Inventors: 勇樹高橋; 雅春加賀美; 泰隆北村
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2022-10-18
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: US20230026476A1; CN114787686A; JP2021096295A; WO2021117863A1; CN114787686B

Description

本発明は、ミラーを往復回転駆動することで光を走査する光走査装置に関する。

従来、ミラーを往復回転駆動することで光を走査する光走査装置として、特許文献１や特許文献２で開示されたものがある。

特開２００７－３３３８７３号公報特開２０１４－１８２１６７号公報

光走査装置では、特許文献１にも記載されているように、ミラーに接続された回転軸の回転角度を検出する角度センサーが設けられる。

ところで、光走査装置において、角度センサーの検出精度が悪いと、光走査時の角度制御の精度の悪化につながる。よって、角度センサーによって精度の良いセンシングが行われることが求められる。

また、光走査装置は、一般に製品全体に占めるスペースの割合が大きいので、光走査装置を小型化できれば、製品全体も小型化できる。よって、光走査装置を小型化することが求められる。

光走査装置を例えばライダー（ＬＩＤＡＲ：Laser Imaging Detection and Ranging）などに組み付ける場合、角度センサーが外部に露出していると角度センサーが周辺部品と接触して損傷するおそれがある。従って、角度センサーが外部に露出しないように配置することが好ましいが、このようにすると光走査装置が構造的に煩雑になり大型化を招くおそれがある。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、コンパクトな構成でありながら、角度センサーによるセンシング精度が良くかつ角度センサー部の損傷を防止できる、光走査装置を提供する。

本発明の光走査装置の一つの態様は、
ミラーが接続される軸部と、
前記軸部に固定された可動マグネットと、
ベースと、
前記軸部を前記ベースに回転自在に取り付けるための軸受けと、
コア及びコイルを有し前記可動マグネットを回転駆動するコアユニットと、
前記コアユニットにおいて前記可動マグネットに対向して設けられた磁性体であり、前記可動マグネットを基準位置に磁気吸引する位置保持部材と、
を備える光走査装置であって、
前記ベースは、前記軸受けを介して前記軸部が挿通される切欠穴が設けられた一対の壁部を有し、
前記一対の壁部のうちの一つの壁部の外面側には、前記コアユニットが配置され、
前記コアユニットと前記一つの壁部との間には、前記軸部の回転角度位置を検出する角度センサー部が配置されている。

本発明によれば、コアユニットとベースの一つの壁部との間に角度センサー部を配置するようにしたので、コンパクトな構成でありながら、角度センサー部によるセンシング精度が良くかつ角度センサー部の損傷を防止できる、光走査装置を実現できる。

実施の形態の光走査装置の外観斜視図光走査装置の分解斜視図光走査装置の分解斜視図角度センサー部の近傍の様子を示す斜視図角度センサー部の近傍の様子を示す断面図実施の形態による回転往復駆動動作の説明に供する図コネクターにケーブルが接続された様子を示す、光走査装置の外観斜視図

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、実施の形態の光走査装置１００の外観斜視図である。図２及び図３は、光走査装置１００の分解斜視図である。なお、図２及び図３は共に分解斜視図であるが、図３は図２よりもさらに細かく分解した状態を示したものである。図４は、角度センサー部１３０の近傍の様子を示す斜視図であり、図５は、角度センサー部１３０の近傍の様子を示す断面図である。以下、これら図１－図５を用いて、光走査装置１００の構成について説明する。

光走査装置１００は、例えばライダー装置に用いられる。なお、光走査装置１００は、複合機、レーザービームプリンタ等にも適用可能である。

光走査装置１００は、大きく分けて、ベース部１１０と、ベース部１１０に回転自在に支持されるミラー部１２０と、ミラー部１２０を回転駆動するコアユニット２００と、ミラー部１２０の回転角度位置を検出する角度センサー部１３０と、を有する。

ミラー部１２０は、図３から分かるように、基板１２２の一面に板状のミラー１２１が貼り付けられている。基板１２２の挿通孔１２２ａには軸部１４１が挿通され、基板１２２と軸部１４１は固着される。

ベース部１１０は、一対の壁部１１１ａ、１１１ｂを有する断面が略コ字状の部材でなる。一対の壁部１１１ａ、１１１ｂにはそれぞれ軸部１４１が挿通される挿通孔１１２が形成されている。さらに、一対の壁部１１１ａ、１１１ｂにはそれぞれ挿通孔１１２と壁部１１１ａ、１１１ｂの外縁とを連通する切欠穴１１３が形成されている。

これにより、軸部１４１にミラー部１２０を固着させた状態で、軸部１４１を切欠穴１１３を介して挿通孔１１２の位置に配置させることができる。切欠穴１１３が無い場合には、一対の壁部１１１ａ、１１１ｂの間にミラー部１２０を配置させた状態で、軸部１４１を壁部１１１ａ、１１１ｂの挿通孔１１２及び基板１２２の挿通孔１２２ａの両方に挿通し、さらに軸部１４１と基板１２２を固着させるといった煩雑な組立て作業が必要となる。これに対して、本実施の形態においては、切欠穴１１３を形成したので、予めミラー部１２０を固着させた軸部１４１を、簡単に挿通孔１１２に挿通させることができるようになる。

軸部１４１の両端にはボールベアリング１５１が取り付けられる。ボールベアリング１５１は、一対の壁部１１１ａ、１１１ｂの挿通孔１１２の位置に形成されたベアリング取付部１１４に取り付けられる。これにより、軸部１４１は、ボールベアリング１５１を介して回転自在にベース部１１０に取り付けられる。

さらに、軸部１４１の一端には可動マグネット１６１が固着される。可動マグネット１６１は、コアユニット２００内に配置され、コアユニット２００により発生される磁束によって回転駆動される。

コアユニット２００は、図３から分かるように、コア体２１０と、コイル体２２０と、を有する。コイル体２２０の内部にはコイルが巻回して設けられている。コイル体２２０は、コア体２１０の一部に差し込むようにして取り付けられる。これにより、コイル体２２０のコイルが通電されると、コア体２１０が励磁される。

コア体２１０及びコイル体２２０は、固定プレート２５０に固定され、固定プレート２５０は、止着材２５１を介してベース１１０の壁部１１１ａに固定される。

因みに、本実施の形態の例では、コアユニット２００は、さらに、架設コア２３０と、マグネット位置保持部材２４０と、を有する。架設コア２３０は、コア体２１０と同様の構成である。マグネット位置保持部材２４０は、マグネットにより構成されている。マグネット位置保持部材２４０の磁力によって可動マグネット１６１の位置が動作基準位置に磁気吸引される。このことについては、後で詳述する。

本実施の形態の例では、コア体２１０及び架設コア２３０は、それぞれ積層コアであり、例えば、ケイ素鋼板を積層して構成されている。

角度センサー部１３０は、回路基板１３１と、回路基板１３１に実装された光センサー１３２及びコネクター１３３と、コードホイール（エンコーダディスクと言ってもよい）１３４と、を有する。コードホイール１３４は、軸部１４１に固着され、可動マグネット１６１及びミラー部１２０と一体に回転する。光センサー１３２は、コードホイール１３４に光を出射しその反射光に基づいてコードホイール１３４の回転位置（角度）を検出する。これにより、光センサー１３２によって可動マグネット１６１及びミラー部１２０の回転位置を検出できる。

本実施の形態の光走査装置１００においては、コアユニット２００と壁部１１１ａとの間に、角度センサー部１３０が配置されている。

これにより、角度センサー部１３０は、コアユニット２００と壁部１１１ａとの間にこれらによって内包されるように配置されるので、コアユニット２００及び壁部１１１ａによって保護される。よって、例えば光走査装置１００の設置時の角度センサー部１３０の破損が防止される。

また、角度センサー部１３０は、回転駆動源であるコアユニット２００、及び、回転目的物であるミラー部１２０の両方の近傍において回転位置を検出することができるので、高精度の回転駆動制御の観点、及び、高精度の回転目標位置制御の観点において、好ましい位置検出を実現できる。

回路基板１３１は、壁部１１１ａのコアユニット２００に対向する外面に形成された凹部１１５に収まるように配置される。実際には、図２から分かるように、ベース部１１０の壁部１１１ａ、１１１ｂにミラー部１２０、軸部１４１及びボールベアリング１５１を取り付けた後に、光センサー１３２及びコネクター１３３が実装された回路基板１３１を凹部１１５内に配置させこれを止着材１３５で壁部１１１ａに固定する。次に、軸部１４１にコードホイール１３４及び可動マグネット１６１を固着させる。次に、コアユニット２００を止着材２５１によって壁部１１１ａに固定する。

図６は、本実施の形態による回転往復駆動動作の説明に供する図である。

コイル体２２０内へのコイルへの非通電時において、可動マグネット１６１は、マグネット位置保持材２４０と可動マグネット１６１との磁気吸引力、つまり、磁気ばねにより、動作基準位置に制動される。

コイル体２２０内へのコイルに通電されると、コア体２１０及び架設コア２３０が励磁され、電流の方向に応じて図中の矢印又はそれとは逆の磁束が生じ、これにより、可動マグネット１６１が往復回転駆動される。つまり、可動マグネット１６１が、動作基準位置を中心に、時計方向又は反時計方向の所望角度まで回転される。

このとき、本実施の形態のコアユニット２００は、マグネット位置保持材２４０を有することにより、可動マグネット１６１がマグネット位置保持材２４０によって中立位置（動作基準位置）に磁気吸引されるので、エネルギー効率が良くかつ応答性が良い往復回転駆動が実現される。

以上説明したように、本実施の形態の光走査装置１００は、ミラー部１２０が接続される軸部１４１と、軸部１４１に固定された可動マグネット１６１と、ベース部１１０と、軸部１４１をベース部１１０に回転自在に取り付けるためのボールベアリング１５１と、コア体２１０及びコイル体２２０を有し可動マグネット１６１を回転駆動するコアユニット２００と、コアユニット２００において可動マグネット１６１に対向して設けられた磁性体であり可動マグネット１６１を基準位置に磁気吸引するマグネット位置保持部材２４０と、を有する。ベース部１１０は、切欠穴１１３が設けられた一対の壁部１１１ａ、１１１ｂを有する。一対の壁部１１１ａ、１１１ｂのうちの一つの壁部１１１ａの外面側には、コアユニット２００が配置される。

このような構成において、本実施の形態によれば、コアユニット２００と壁部１１１ａとの間に角度センサー部１３０を配置したことにより、コンパクトな構成でありながら、角度センサーによるセンシング精度が良くかつ角度センサー部の損傷を防止できる、光走査装置１００を実現できる。

つまり、１つに、角度センサー部１３０を固定し保護するための追加の構造体が不要なので、部品点数を削減できるとともに装置全体を小型化できる。

また、１つに、コアユニット２００と壁部１１１ａとの間に角度センサー部１３０を配置したことにより、角度センサー部１３０が、回転駆動源であるコアユニット２００、及び、回転目的物であるミラー部１２０の両方の近傍において回転位置を検出できるので、高精度の回転駆動制御の観点、及び、高精度の回転目標位置制御の観点において、これらを両立できるような位置検出を実現できる。

また、本実施の形態によれば、角度センサー部１３０は、光センサー１３２と、コードホイール１３４と、コネクター１３３と、を有する。これにより、光によって角度を検出するので、可動マグネット１６１近傍に配置したとしてもセンサー検出に悪影響が及ばない。よって、例えば、コードホイール１３４を可動マグネット１６１に近接させることが可能であり、小型化に寄与する。つまり、角度センサー部１３０として、磁気タイプのものを用いた場合には、可動マグネット１６１との磁気干渉が起こらないように、角度センサー部１３０と可動マグネット１６１の距離をある程度大きくする必要があり、この結果、光走査装置１００のサイズが大きくなるといった欠点が生じる。本実施の形態の構成によれば、このような欠点を解消できる。また、コネクター１３３を有するので、センサー出力のためのケーブル（図示せず）を角度センサー部１３０から分離可能なので、角度センサー部１３０に一体となってケーブルが導出されている構成と比較して、組付け時や調整時に角度センサー部１３０からケーブルを分離できるので、作業性が向上する。

また、本実施の形態によれば、角度センサー部１３０は、回路基板１３１と、回路基板１３１に実装された光センサー１３２及びコネクター１３３と、可動マグネット１６１に固定されたコードホイール１３４と、を有し、回路基板１３１は、壁部１１１ａの外面に形成された凹部１１５に収まるように配置されている。これにより、角度センサー部１３０は、壁部１１１ａに埋め込まれるように配置されるので、壁部１１１ａの外面にコアユニット２００を隙間なくあるいは小さな間隔で取り付けることができ、光走査装置１００のサイズをより小さくできる。

また、本実施の形態によれば、角度センサー部１３０は、角度センサー部１３０から外部への光、及び又は、外部から角度センサー部１３０への光が遮光されている。これにより、光センサー１３２の発光と走査光とが干渉することで生じる光ノイズを抑制できる。また、日光や照明、走査光などの外部からの光が光センサー１３２に入射することによる角度検出精度の低下を抑制できる。この結果、高品質の光走査を行うことができる。

なお、実際上、この遮光機能は、角度センサー部１３０が壁部１１１ａとコアユニット２００との間に隙間なくあるいは小さな間隔で取り付けられることで実現されている。また実施の形態の場合、コネクター１３３もこの遮光機能の一部を担っている。つまり、図１から分かるように、コネクター１３３は、壁部１１１ａとコアユニット２００との間の隙間の一部を塞ぐように配置されるので、角度センサー部１３０から外部への光の一部及び外部から角度センサー部１３０への光の一部を遮光している。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

上述の実施の形態では、軸部１４１をベース部１１０に回転自在に取り付ける軸受けとして、ボールベアリング１５１を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限定されず、軸受けとしては、例えばエアー軸受けやオイル軸受けなどを用いてもよい。

上述の実施の形態では、角度センサー部１３０に設けられたコネクター１３３によって、角度センサー部１３０から外部への光、及び又は、外部から角度センサー部１３０への光を遮光する場合について述べたが、この遮光は、コネクターのみに限らず、コネクターとそれに接続されるケーブルとの協働により行われてもよい。もしくは、この遮光は、ケーブルのみにより行われてもよい。

図１との対応部分に同一符号を付した図７に示されるように、コネクター１３３ａにはケーブル１３３ｂが接続される。これにより、実際上、コネクター１３３ａ及びケーブル１３３ｂが壁部１１１ａとコアユニット２００との間の隙間の一部を塞ぐように配置されるので、コネクター１３３ａ及び又はケーブル１３３ｂによって、角度センサー部１３０から外部への光の一部及び外部から角度センサー部１３０への光の一部が遮光される。さらに、コネクター１３３（１３３ａ）を有さずに、回路基板１３１から直接ケーブルが導出されている角度センサー部１３０を用いる場合には、ケーブルを、壁部１１１ａとコアユニット２００との間の隙間の一部を塞ぐように配置すれば、ケーブルによって上記遮光が実現される。

本発明は、例えばライダー装置等に好適である。

１００光走査装置
１１０ベース部
１１１ａ、１１１ｂ壁部
１１２挿通孔
１１３切欠穴
１１４ベアリング取付部
１１５凹部
１２０ミラー部
１２１ミラー
１２２基板
１２２ａ挿通孔
１３０角度センサー部
１３１回路基板
１３２光センサー
１３３、１３３ａコネクター
１３３ｂケーブル
１３４コードホイール
１３５、２５１止着材
１４１軸部
１５１ボールベアリング
１６１可動マグネット
２００コアユニット
２１０コア体
２２０コイル体
２３０架設コア
２４０マグネット位置保持部材
２５０固定プレート

Claims

ミラーが接続される軸部と、
前記軸部に固定された可動マグネットと、
ベースと、
前記軸部を前記ベースに回転自在に取り付けるための軸受けと、
コア及びコイルを有し前記可動マグネットを回転駆動するコアユニットと、
前記コアユニットにおいて前記可動マグネットに対向して設けられた磁性体であり、前記可動マグネットを基準位置に磁気吸引する位置保持部材と、
を備える光走査装置であって、
前記ベースは、前記軸受けを介して前記軸部が挿通される切欠穴が設けられた一対の壁部を有し、
前記一対の壁部のうちの一つの壁部の外面側には、前記コアユニットが配置され、
前記コアユニットと前記一つの壁部との間には、前記軸部の回転角度位置を検出する角度センサー部が配置されている、
光走査装置。
前記角度センサー部は、光センサーと、コードホイールと、コネクターと、を有する、
請求項１に記載の光走査装置。
前記角度センサー部は、回路基板と、前記回路基板に実装された光センサー及びコネクターと、前記可動マグネットに固定されたコードホイールと、を有し、
前記回路基板は、前記一つの壁部の前記外面に形成された凹部に収まるように配置されている、
請求項１に記載の光走査装置。
前記角度センサー部は、前記角度センサー部から外部への光、及び又は、外部から前記角度センサー部への光が遮光されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の光走査装置。
前記角度センサー部に設けられたコネクター、及び又は、回路基板に接続されたケーブルによって前記遮光が行われている、
請求項４に記載の光走査装置。