JPH05257072A - Two-dimensional optical scanning device - Google Patents

Two-dimensional optical scanning device

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JPH05257072A
JPH05257072A JP4087998A JP8799892A JPH05257072A JP H05257072 A JPH05257072 A JP H05257072A JP 4087998 A JP4087998 A JP 4087998A JP 8799892 A JP8799892 A JP 8799892A JP H05257072 A JPH05257072 A JP H05257072A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
axis
light
vibrating member
vibrating
sphere
Prior art date
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Pending
Application number
JP4087998A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshitada Ishizuka
嘉忠 石束
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Nidec Precision Corp
Original Assignee
Nidec Copal Corp
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Publication date
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Publication of JPH05257072A publication Critical patent/JPH05257072A/en
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  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To speed up the operation of the two-dimensional optical scanning device and reduce its size. CONSTITUTION:A plane mirror 12 exclusively for scanning rotates and vibrates around a 1st axis 4 in two directions to make an angular scan with scanning light 14 along a Y-Z plane. The plane mirror 12 is displaced slantingly to the 1st axis 4 at the same time to make an angular scan with the scanning light 14 along an X-Z plane. Return light 15 parallel to the scanning light 14 is reflected and converged by a concave mirror 1 which is fixedly arranged and photodetected by a photodetecting element 9. A 3rd axis 10 connecting a sphere center point 5 and the photodetecting element 9 is set invariably parallel to the scanning light 14.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はレーザ光線を二次元的に
スキャニング投光し標的から反射された散乱光あるいは
戻り光を受光検出する二次元光スキャニング装置に関す
る。かかる装置は物品に付されたバーコードを読み取る
為のバーコードリーダや遠隔物を識別する為のレーザレ
ーダ等に組み込まれる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two-dimensional optical scanning device which two-dimensionally scans a laser beam and receives and detects scattered light or return light reflected from a target. Such a device is incorporated in a bar code reader for reading a bar code attached to an article, a laser radar for identifying a remote object, or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の二次元光スキャニング装置として
は、平面ミラーを取り付けた一対のガルバノメータをレ
ーザ光路に配置し、一方を水平方向に回転振動させ他方
を垂直方向に回転振動させる事によりレーザ光を二次元
的にスキャニングする方式がある。
2. Description of the Related Art As a conventional two-dimensional optical scanning device, a pair of galvanometers having plane mirrors are arranged in a laser optical path, and one of them is oscillated in a horizontal direction and the other is oscillated in a vertical direction. There is a method of two-dimensional scanning.

【0003】別の従来方式として、1枚の平面ミラーを
2個のガルバノメータで水平方向及び垂直方向に回転さ
せ二次元スキャニングを行なう構造が知られている。本
発明の背景を明らかにする為に、図8を参照して後者の
従来構造を簡潔に説明する。略コの字型の振動部材10
1は図示しないガルバノメータにより水平軸102を中
心として回転振動する。振動部材101にはガルバノメ
ータ103が取り付けられている。ガルバノメータ10
3のシャフトには平面ミラー104が固着されており垂
直軸105を中心として回転振動する。レーザ光源10
6から放射されたレーザ光107は集光ミラー108の
中央部に設けられた開口109を介して、水平方向及び
垂直方向に回転振動する平面ミラー104に入射し反射
されて二次元的にスキャニングされた投光110が得ら
れる。標的からの戻り光111は平面ミラー104を介
して集光ミラー108まで逆進し、レンズ112で集光
された後受光素子113で受光検出される。この後者の
従来方式は前者の従来方式に比べて平面ミラーが1枚で
済み構造が簡略化されている。
As another conventional method, there is known a structure in which one plane mirror is rotated horizontally and vertically by two galvanometers to perform two-dimensional scanning. In order to clarify the background of the present invention, the latter conventional structure will be briefly described with reference to FIG. A substantially U-shaped vibrating member 10
1 is rotationally oscillated about a horizontal axis 102 by a galvanometer (not shown). A galvanometer 103 is attached to the vibrating member 101. Galvanometer 10
A plane mirror 104 is fixed to the shaft of No. 3, and rotationally vibrates about a vertical axis 105. Laser light source 10
The laser light 107 emitted from the laser beam 6 is incident on the plane mirror 104 that is rotationally oscillated in the horizontal direction and the vertical direction through the opening 109 provided in the central portion of the condenser mirror 108, is reflected, and is two-dimensionally scanned. The projected light 110 is obtained. The return light 111 from the target travels backward through the plane mirror 104 to the condenser mirror 108, is condensed by the lens 112, and is received and detected by the light receiving element 113. The latter conventional method requires only one plane mirror and the structure is simplified as compared with the former conventional method.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】いずれの従来例におい
ても平面ミラーは出射用と受光用を兼ねている。平面ミ
ラーの面積寸法が大きい程受光量が増加し検出感度が向
上する。出射用としては大面積を必要としないにもかか
わらず、所定の受光量を確保する為平面ミラーの面積寸
法は大きくせざるを得ない。一方、高性能化を図る為に
平面ミラーの高速駆動が要求されている。高速回転振動
によって生じる平面ミラーの機械的な歪みを抑制する為
に厚み寸法を大きくして剛性を持たせなければならな
い。所定の面積寸法及び厚み寸法を確保すると平面ミラ
ーの質量が必然的に増加し、高出力のガルバノメータが
必要になる為小型化に限界が生じる。
In any of the conventional examples, the plane mirror serves both for emission and reception. The larger the area size of the plane mirror, the larger the amount of light received and the higher the detection sensitivity. Although a large area is not required for emission, the area size of the plane mirror must be increased in order to secure a predetermined amount of received light. On the other hand, high-speed driving of the plane mirror is required to achieve high performance. In order to suppress the mechanical distortion of the plane mirror caused by the high-speed rotation vibration, the thickness dimension must be increased to provide rigidity. If the predetermined area size and thickness are secured, the mass of the plane mirror inevitably increases, and a high-output galvanometer is required, which limits the miniaturization.

【0005】この様に、ガルバノメータと出射用及び受
光用を兼ねた平面ミラーとの組み合わせからなる従来の
二次元光スキャニング装置では受光量を確保する為に面
積寸法を縮小できず、高速化と小型化を同時に達成する
事が困難であるという課題がある。高速化の為には平面
ミラーの厚み寸法を増やし且つ高出力のガルバノメータ
を用いなければならず小型化に相反する事となる。
As described above, in the conventional two-dimensional optical scanning device comprising a combination of a galvanometer and a plane mirror for both emission and reception, the area size cannot be reduced in order to secure the amount of received light, and the speed and size are reduced. There is a problem that it is difficult to achieve both of these at the same time. In order to increase the speed, it is necessary to increase the thickness of the plane mirror and use a high output galvanometer, which conflicts with miniaturization.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は二次元光スキャニング装置の高速化
及び小型化を同時に達成可能な構造を提供する事を目的
とする。かかる目的を達成する為にミラーを分割し、ス
キャニング専用の平面鏡と受光専用の球面凹面鏡とを用
いる構造とした。これによりスキャニング専用の平面鏡
を極力小型化するとともに、受光専用の凹面鏡で戻り光
を集光し十分な受光量を確保する様にした。又、集光が
常に受光面に当る様に、受光素子をスキャニング専用の
平面鏡と連動させる様にしている。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a structure capable of simultaneously achieving high speed and miniaturization of a two-dimensional optical scanning device. In order to achieve such an object, the mirror is divided into a structure using a plane mirror dedicated to scanning and a spherical concave mirror dedicated to light reception. As a result, the plane mirror dedicated to scanning was made as small as possible, and a concave mirror dedicated to receiving light was used to collect the return light and secure a sufficient amount of received light. Further, the light receiving element is made to interlock with a plane mirror dedicated to scanning so that the light is always focused on the light receiving surface.

【0007】あるいは上述した構造の変形として、平面
鏡を回転振動させる代りに、レーザ光源自体を回転振動
駆動する様にしても良い。
Alternatively, as a modification of the above-described structure, the laser light source itself may be rotationally vibrated instead of rotationally vibrating the plane mirror.

【0008】図1を参照して本発明にかかる二次元光ス
キャニング装置の基本的な構成を説明する。固定配置さ
れた凹面鏡1は球面の一部を切り取った形状の反射面2
を有する。凹面鏡1の上方には第一の振動部材3が配置
されている。この振動部材3は第一の軸4(X軸)を中
心として双方向に回転振動する。第一の軸4は球中心点
5を含み凹面鏡1と対向した平面上にある球直径に一致
している。
The basic configuration of the two-dimensional optical scanning device according to the present invention will be described with reference to FIG. The concave mirror 1 fixedly arranged has a reflecting surface 2 in which a part of the spherical surface is cut off.
Have. A first vibrating member 3 is arranged above the concave mirror 1. The vibrating member 3 rotationally vibrates bidirectionally around the first shaft 4 (X axis). The first axis 4 coincides with the sphere diameter lying on the plane facing the concave mirror 1 including the sphere center point 5.

【0009】第一の振動部材3には第二の振動部材6が
取り付けられている。この振動部材6は第二の軸7(Y
軸)を中心として双方向に回転振動可能である。第二の
軸7は前述した球中心点5で第一の軸4(X軸)に直交
し、紙面に対して垂直である。第二の振動部材6には腕
部8を介して受光素子9が取り付けられており、その受
光面は凹面鏡の反射面2に対面している。この受光素子
9は第三の軸10上において球半径の略中点部分に配置
されている。第三の軸10は第二の振動部材6に固定さ
れており、球中心点5で第二の軸7に直交する球半径に
一致している。従って、第三の軸10は第二の振動部材
6の回転振動に伴なって移動する。
A second vibrating member 6 is attached to the first vibrating member 3. This vibrating member 6 has a second shaft 7 (Y
It is possible to rotate and oscillate in both directions around the axis. The second axis 7 is orthogonal to the first axis 4 (X axis) at the sphere center point 5 described above, and is perpendicular to the paper surface. A light receiving element 9 is attached to the second vibrating member 6 via an arm portion 8, and its light receiving surface faces the reflecting surface 2 of the concave mirror. The light receiving element 9 is arranged on the third axis 10 at a substantially center point of the spherical radius. The third shaft 10 is fixed to the second vibrating member 6 and coincides with the sphere radius orthogonal to the second shaft 7 at the sphere center point 5. Therefore, the third shaft 10 moves along with the rotational vibration of the second vibrating member 6.

【0010】第一の振動部材3と第二の振動部材6との
間に変換機構11が介在している。この変換機構11は
第二の振動部材6の角変位の1/2に相当する角変位を
生み出す為のものである。この変換機構11上には平面
鏡12が搭載されている。平面鏡12は第一の軸4に沿
って入射されたレーザ光線13を前述した第三の軸10
に平行に反射する様に設置されている。反射された光は
スキャン光14として標的に向って投光される。スキャ
ン光14とZ軸とのなす角φは変換機構11の減速され
た角変位に依存して変化する。なお図示しないが、第一
の振動部材3を第一の軸4を中心にして回転振動駆動す
る為の第一の駆動部と、前記第二の振動部材6を第二の
軸7を中心にして回転振動駆動する第二の駆動部とを備
えている。第二の駆動部は第一の振動部材の上に搭載さ
れる。第三の軸10に平行な戻り光15は凹面鏡1によ
り反射された後集光されて受光素子9により受光検出さ
れる。
A conversion mechanism 11 is interposed between the first vibrating member 3 and the second vibrating member 6. This conversion mechanism 11 is for producing an angular displacement corresponding to 1/2 of the angular displacement of the second vibrating member 6. A plane mirror 12 is mounted on the conversion mechanism 11. The plane mirror 12 transmits the laser beam 13 incident along the first axis 4 to the third axis 10 described above.
It is installed so that it reflects in parallel with. The reflected light is projected as scanning light 14 toward the target. The angle φ formed by the scanning light 14 and the Z axis changes depending on the decelerated angular displacement of the conversion mechanism 11. Although not shown, a first drive unit for rotationally driving the first vibrating member 3 about the first shaft 4 and the second vibrating member 6 about the second shaft 7 are provided. And a second drive unit that rotationally vibrates. The second drive unit is mounted on the first vibrating member. The return light 15 parallel to the third axis 10 is reflected by the concave mirror 1 and then collected and detected by the light receiving element 9.

【0011】[0011]

【作用】引き続き図1を参照して本発明の作用を詳細に
説明する。変換機構11に搭載された平面鏡12は第一
の軸4に対して傾斜配置されておりその傾斜角が変化す
る。従って、スキャン光14はX−Z平面に沿って角的
に走査される。一方、標的から反射した光のうち第三の
軸10に平行な戻り光15は凹面鏡1により反射集光さ
れる。この集光が受光素子9によって受光される為の幾
何学的な条件は第三の軸10とスキャン光14が常に平
行を保つ事である。ところで、入射光即ちレーザ光線1
3と平面鏡12の法線とを含む平面即ちX−Z平面内で
法線が角変位すると、出射光即ちスキャン光14の角変
位は二倍に増幅される。そこで、機械的角変位を逓倍す
る機構即ち変換機構11を用いて受光素子9の角変位と
スキャン光14の角変位が同一になる様に設定する。こ
の様にして、スキャン光14と第三の軸10との平行度
が常に保たれる。
The operation of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The plane mirror 12 mounted on the conversion mechanism 11 is arranged so as to be inclined with respect to the first axis 4, and its inclination angle changes. Therefore, the scanning light 14 is angularly scanned along the XZ plane. On the other hand, of the light reflected from the target, the return light 15 parallel to the third axis 10 is reflected and condensed by the concave mirror 1. The geometrical condition for the light to be received by the light receiving element 9 is that the third axis 10 and the scanning light 14 always remain parallel. By the way, incident light, that is, laser beam 1
When the normal line is angularly displaced in a plane including 3 and the normal line of the plane mirror 12, that is, the XZ plane, the angular displacement of the emitted light, that is, the scan light 14 is doubled. Therefore, a mechanism for multiplying the mechanical angular displacement, that is, a conversion mechanism 11 is used to set the angular displacement of the light receiving element 9 and the angular displacement of the scanning light 14 to be the same. In this way, the parallelism between the scanning light 14 and the third axis 10 is always maintained.

【0012】図示の例では第二の振動部材6は扇歯車か
らなりその回転軸は第一の振動部材3に固着されており
第二の軸7と一致する。この扇歯車に腕部8を介して受
光素子9が取り付けられている。一方、変換機構11も
扇歯車からなりその回転軸16は第一の振動部材3に固
着されている。この外側の扇歯車(11)の内周に形成
された歯は前述した内側の扇歯車(6)の外周に形成さ
れた歯と噛み合っている。外側の歯車は内側の歯車に比
べて2倍の歯数を有する。なお外側の歯車には逃げ溝1
7が形成されている。平面鏡12は外側の歯車即ち変換
機構11に取り付けられており、第一の軸4(X軸)に
平行なレーザ光線13を反射して、スキャン光14が球
中心点5と受光素子9を通る第三の軸10に平行になる
様に設置されている。第二の振動部材6即ち内側の扇歯
車を第二の軸7を中心として回転振動させると、平面鏡
12の角変位は常に受光素子9の角変位の1/2とな
り、スキャン光14と第三の軸10は常に平行を保つ。
従って、戻り光15は常に受光素子9の受光面に集光す
る。
In the illustrated example, the second vibrating member 6 is composed of a fan gear, and its rotation shaft is fixed to the first vibrating member 3 and coincides with the second shaft 7. The light receiving element 9 is attached to the fan gear via the arm 8. On the other hand, the conversion mechanism 11 is also composed of a fan gear, and its rotating shaft 16 is fixed to the first vibrating member 3. The teeth formed on the inner circumference of the outer fan gear (11) mesh with the teeth formed on the outer circumference of the inner fan gear (6) described above. The outer gear has twice the number of teeth as the inner gear. It should be noted that the outer gear has a relief groove 1
7 are formed. The plane mirror 12 is attached to the outer gear, that is, the conversion mechanism 11, reflects the laser beam 13 parallel to the first axis 4 (X axis), and the scanning light 14 passes through the spherical center point 5 and the light receiving element 9. It is installed so as to be parallel to the third axis 10. When the second vibrating member 6, that is, the inner fan gear is rotationally vibrated about the second shaft 7, the angular displacement of the plane mirror 12 is always 1/2 of the angular displacement of the light receiving element 9, so that the scanning light 14 and the third The axes 10 of are always parallel.
Therefore, the return light 15 is always focused on the light receiving surface of the light receiving element 9.

【0013】以上はX−Z平面に沿った光スキャニング
であるが、次にこれと直交するY−Z平面に沿った光ス
キャニングを説明する。図2は図1に示す二次元光スキ
ャニング装置の斜視図である。但し図面を見易くする為
に第二の振動部材及び変換機構は図示を省略している。
前述した平面鏡12は第一の振動部材3の端面部におい
て第一の軸4即ちX軸に例えば45°の傾斜姿勢で配置
されている。第一の振動部材3は第一の駆動手段即ちガ
ルバノメータ19によりX軸を中心にして双方向に回転
振動駆動される。レーザ光源18からX軸に沿って放射
されたレーザ光線13は回転振動する平面鏡12で反射
されY−Z平面内で角的に走査される。スキャン光14
の走査角θはガルバノメータ19の回転角と等しい。こ
の時第三の軸10上に位置する受光素子9も同一の回転
角で変位する。従ってスキャン光14と腕部8の平行度
は常に保たれており、戻り光15は凹面鏡1により反射
集光された後受光素子9により受光される。この様に、
スキャン光14はY−Z平面及びX−Z平面に沿って同
時に走査されるので二次元スキャニングが可能になる。
なお、Y−Z平面に沿ってスキャニングする場合には、
平面鏡12の法線は第一の軸4即ちX軸に対して一定に
保たれているので、X−Z平面におけるスキャニングと
異なり何ら角変位変換機構を必要としない。
The above is the optical scanning along the XZ plane. Next, the optical scanning along the YZ plane orthogonal to this will be described. FIG. 2 is a perspective view of the two-dimensional optical scanning device shown in FIG. However, the second vibrating member and the conversion mechanism are not shown in order to make the drawings easy to see.
The above-mentioned plane mirror 12 is arranged on the end face portion of the first vibrating member 3 in an inclined posture of, for example, 45 ° with respect to the first axis 4, that is, the X axis. The first vibrating member 3 is rotationally vibrated bidirectionally about the X axis by the first driving means, that is, the galvanometer 19. The laser beam 13 emitted from the laser light source 18 along the X axis is reflected by the plane mirror 12 that is rotationally oscillated, and is angularly scanned in the YZ plane. Scanning light 14
The scanning angle θ is equal to the rotation angle of the galvanometer 19. At this time, the light receiving element 9 located on the third axis 10 is also displaced at the same rotation angle. Therefore, the parallelism between the scan light 14 and the arm portion 8 is always maintained, and the return light 15 is reflected and condensed by the concave mirror 1 and then received by the light receiving element 9. Like this
Since the scanning light 14 is simultaneously scanned along the YZ plane and the XZ plane, two-dimensional scanning is possible.
In addition, when scanning along the YZ plane,
Since the normal line of the plane mirror 12 is kept constant with respect to the first axis 4, that is, the X axis, no angular displacement conversion mechanism is required unlike the scanning in the XZ plane.

【0014】図3はZ軸を含む任意の平面上における幾
何光学図である。図において外側の円20は凹面鏡の球
反射面に沿って描かれたものである。又、内側の円21
は受光素子9の移動軌跡に沿って描かれたものである。
球中心点5を通る第三の軸10に平行な戻り光15は凹
面鏡により反射され第三の軸10上において球半径の中
点に位置する受光素子9に集光される。この幾何光学的
な関係は戻り光15が第三の軸10の近傍にある場合に
成立する。戻り光15が第三の軸10から離れるに従っ
て集光点は受光素子9より凹面鏡の反射面に近い方へず
れていく。しかしながら、この誤差は実際上問題にはな
らず、受光素子9の受光面積寸法に余裕をもたせる事に
より解決できる。
FIG. 3 is a geometrical optical view on an arbitrary plane including the Z axis. In the figure, the outer circle 20 is drawn along the spherical reflecting surface of the concave mirror. Also, the inner circle 21
Is drawn along the movement trajectory of the light receiving element 9.
The return light 15 that passes through the sphere center point 5 and is parallel to the third axis 10 is reflected by the concave mirror and is condensed on the light receiving element 9 located at the midpoint of the sphere radius on the third axis 10. This geometrical optical relationship holds when the return light 15 is near the third axis 10. As the return light 15 moves away from the third axis 10, the condensing point shifts from the light receiving element 9 toward the reflection surface of the concave mirror. However, this error does not pose a problem in practice, and can be solved by providing a margin in the light receiving area size of the light receiving element 9.

【0015】[0015]

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図4は本発明にかかる二次元光スキャ
ニング装置の第一実施例を示す模式図である。球状の反
射面31を有する凹面鏡32が固定設置されている。凹
面鏡32に対向した球直径軸即ち第一の軸33を中心と
して回転振動する板状の振動部材34が設けられてい
る。この第一の振動部材34はシャフト35を介して図
示しない第一の駆動部例えばガルバノメータに連結され
ている。板状振動部材34の表面には第二の振動部材3
6が搭載されている。この第二の振動部材36は、第一
の振動部材34に固定され且つ球中心点で第一の軸33
に直交する第二の軸37(紙面に垂直)を中心として回
転振動する。この振動部材36は扇型の外歯を有する。
さらに、角変位変換部材38が搭載されている。この変
換部材38は第一の振動部材34に固定された回動軸3
9を中心として回転可能である。この変換部材38は扇
型の内歯を備えており、前述した第二の振動部材36の
外歯と噛み合っている。内歯は外歯の2倍の歯数を有す
る。受光素子40は腕部41を介して第二の振動部材3
6に取り付けられている。この受光素子40は、球中心
において第二の軸37と直交する第三の軸42上で球半
径の中点位置に配置されている。その受光面は凹面鏡3
2に対面している。平面鏡43が変換部材38に取り付
けられており、発光源44から第一の軸33に平行に放
射されたレーザ光45を反射して、第三の軸42に平行
なスキャン光46を生成できる様に調節配置されてい
る。標的からの戻り光47は第三の軸42に略平行にな
るので、常時受光素子40の受光面に集光される。受光
素子40からの電気出力はフレキシブルなリード線を介
して電子回路(図示せず)へ導かれる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic diagram showing a first embodiment of a two-dimensional optical scanning device according to the present invention. A concave mirror 32 having a spherical reflecting surface 31 is fixedly installed. A plate-shaped vibrating member 34, which rotatively vibrates about a spherical diameter axis, that is, a first axis 33, which is opposed to the concave mirror 32, is provided. The first vibrating member 34 is connected via a shaft 35 to a first drive unit (not shown) such as a galvanometer. The second vibrating member 3 is provided on the surface of the plate-shaped vibrating member 34.
6 is mounted. The second vibrating member 36 is fixed to the first vibrating member 34 and is located at the center point of the sphere.
Rotationally oscillates about a second axis 37 (perpendicular to the paper surface) orthogonal to The vibrating member 36 has fan-shaped outer teeth.
Further, an angular displacement conversion member 38 is mounted. The conversion member 38 is a rotary shaft 3 fixed to the first vibrating member 34.
It is rotatable about 9. The conversion member 38 has fan-shaped inner teeth and meshes with the outer teeth of the second vibrating member 36 described above. The internal teeth have twice as many teeth as the external teeth. The light receiving element 40 is connected to the second vibrating member 3 via the arm portion 41.
It is attached to 6. The light receiving element 40 is arranged at the center point of the radius of the sphere on the third axis 42 orthogonal to the second axis 37 at the center of the sphere. The light receiving surface is a concave mirror 3
Face to face 2. A plane mirror 43 is attached to the conversion member 38 so that the laser light 45 emitted from the light emitting source 44 in parallel with the first axis 33 can be reflected to generate the scan light 46 parallel to the third axis 42. It is arranged to adjust. Since the return light 47 from the target is substantially parallel to the third axis 42, it is always focused on the light receiving surface of the light receiving element 40. The electric output from the light receiving element 40 is guided to an electronic circuit (not shown) via a flexible lead wire.

【0016】角変位変換部材38には中空コイル48が
固着されており、第一の振動部材34にはフォーク型マ
グネット49が固着されている。マグネット49の一方
の極が中空コイル48の内部に挿入されており、第二の
駆動部を構成する。コイル48の端末はフレキシブルな
リード線を介して電子回路に結線されている。
A hollow coil 48 is fixed to the angular displacement converting member 38, and a fork magnet 49 is fixed to the first vibrating member 34. One pole of the magnet 49 is inserted inside the hollow coil 48 and constitutes a second drive unit. The end of the coil 48 is connected to an electronic circuit via a flexible lead wire.

【0017】中空コイル48に交番電流を流すとフォー
ク型マグネット49の極ギャップ間に生じる磁束とコイ
ル48の電流との作用でコイル48は上下方向の駆動力
を受ける。従って、角変位変換部材38は上下方向に回
転振動しトルクを第二の振動部材36に伝達する。第二
の振動部材36の角変位は変換部材38の角変位の2倍
に設定されており、スキャン光46と第三の軸42は常
に平行を保つ。同時に、第一の振動部材34は第一の軸
33を中心にして双方向に回転振動される。この様にし
て、スキャン光46の二次元的な走査が行なわれる。な
お、図4においては第一の振動部材34に搭載された各
構成要素が戻り光47を部分的に遮っている様に描かれ
ているが、実際は小型且つ薄型に作成されており且つ各
構成要素の配置を工夫する事により、遮光面積を十分小
さくできる。
When an alternating current is passed through the hollow coil 48, the coil 48 receives a vertical driving force by the action of the magnetic flux generated between the pole gaps of the fork-shaped magnet 49 and the current of the coil 48. Therefore, the angular displacement converting member 38 rotationally vibrates in the vertical direction and transmits the torque to the second vibrating member 36. The angular displacement of the second vibrating member 36 is set to twice the angular displacement of the converting member 38, and the scanning light 46 and the third axis 42 are always kept parallel. At the same time, the first vibrating member 34 is rotationally vibrated bidirectionally about the first shaft 33. In this way, the scanning light 46 is two-dimensionally scanned. Note that, in FIG. 4, the respective constituent elements mounted on the first vibrating member 34 are illustrated as partially blocking the return light 47, but in reality, they are made small and thin, and the respective constituent elements are formed. The light-shielding area can be made sufficiently small by devising the arrangement of the elements.

【0018】上述した実施例に加えて、角変位変換機構
には様々な構造のものがあり、以下に例示する。図5は
梃子の原理を応用した構成である。ガルバノメータのシ
ャフト51には板状の第一の振動部材52が取り付けら
れている。この第一の振動部材52の上にL字型の第二
の振動部材53が搭載されている。このL字型振動部材
53は板状振動部材52に固着された第二の軸54を中
心にして双方向に回転可能である。L字型振動部材53
の先端部には作動ピン55が植設されている。又、板状
振動部材52の先端部には支点ピン56が植設されてい
る。作動ピン55及び支点ピン56は第二の軸54と平
行に植設されており且つ第二の軸54を中心とする同一
円周上に配置されている。レバー部材57が組み込まれ
ており、支点ピン56を回転中心とする。このレバー部
材57の先端には滑動スリット58が設けられており作
動ピン55と係合してこの動きに従動する。レバー部材
57の角変位は梃子の原理に従いL字型振動部材53の
角変位の1/2になる。レバー部材57の頂部に平面ミ
ラー59が搭載されている。
In addition to the above-mentioned embodiments, there are various types of angular displacement conversion mechanisms, which will be exemplified below. FIG. 5 shows a configuration in which the principle of leverage is applied. A plate-shaped first vibrating member 52 is attached to the shaft 51 of the galvanometer. An L-shaped second vibrating member 53 is mounted on the first vibrating member 52. The L-shaped vibrating member 53 is rotatable bidirectionally about a second shaft 54 fixed to the plate-shaped vibrating member 52. L-shaped vibrating member 53
An operating pin 55 is planted at the tip of the. A fulcrum pin 56 is planted at the tip of the plate-like vibrating member 52. The operation pin 55 and the fulcrum pin 56 are implanted in parallel with the second shaft 54 and are arranged on the same circumference centered on the second shaft 54. A lever member 57 is incorporated, and the fulcrum pin 56 is the center of rotation. A sliding slit 58 is provided at the tip of the lever member 57 and engages with the operating pin 55 to follow this movement. The angular displacement of the lever member 57 is half the angular displacement of the L-shaped vibrating member 53 according to the principle of leverage. A plane mirror 59 is mounted on the top of the lever member 57.

【0019】図6はプーリを用いた角変位変換機構を示
す。ガルバノメータのシャフト61には板状の第一の振
動部材62が取り付けられている。振動部材62は第一
の軸63を中心にして双方向に回転振動する。振動部材
62に固着された第二の軸64に小径プーリ65が固着
されている。これに隣接して大径プーリ66も搭載され
ている。大径プーリ66の半径は小径プーリ65の2倍
である。これら一対のプーリはベルト67を介して連結
されている。小径プーリ65には第三の軸68に沿って
受光素子69が取り付けられている。一方、大径プーリ
66には平面鏡70が取り付けられている。スキャン光
71と第三の軸68は互いに平行であるとともに、角変
位量も等しい。
FIG. 6 shows an angular displacement conversion mechanism using a pulley. A plate-shaped first vibrating member 62 is attached to the shaft 61 of the galvanometer. The vibrating member 62 rotationally vibrates bidirectionally about the first shaft 63. A small diameter pulley 65 is fixed to a second shaft 64 fixed to the vibrating member 62. A large-diameter pulley 66 is also mounted adjacent to this. The radius of the large-diameter pulley 66 is twice that of the small-diameter pulley 65. The pair of pulleys are connected via a belt 67. A light receiving element 69 is attached to the small diameter pulley 65 along the third shaft 68. On the other hand, a plane mirror 70 is attached to the large-diameter pulley 66. The scan light 71 and the third axis 68 are parallel to each other, and the angular displacement amounts are also equal.

【0020】図7は本発明にかかる二次元光スキャニン
グ装置の第二実施例を示す模式図であり、スキャニング
用平面鏡を用いず直接レーザダイオード等の発光源自体
を回転振動させて二次元スキャニングを行なう構造とな
っている。ガルバノメータのシャフト73の先端には板
状の第一の振動部材74が取り付けられている。この振
動部材74は第一の軸75を中心にして双方向に回転振
動する。第一の振動部材74に固着された第二の軸76
には第二の振動部材77が回転可能に取り付けられてい
る。第二の振動部材77の頂部には直接発光源78が搭
載されている。この発光源78はレーザダイオード79
とコリメータレンズ80とこれらを収納する鏡筒81と
から構成されており、フレキシブルなリード線82を介
して外部の駆動回路へ接続される。第二の振動部材77
の側部には中空コイル83が固着されている。又、第一
の振動部材74の上にはU字型のマグネット84が固着
されている。これらコイル83とマグネット84の相互
作用により、第二の振動部材77は第二の軸76を中心
として回転振動する。発光源78からの出力光85が第
三の軸86と平行になる様に調節すると、戻り光87は
凹面鏡88の反射面89により反射集光され常時受光素
子90によって受光検出される。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a second embodiment of a two-dimensional optical scanning device according to the present invention, in which two-dimensional scanning is performed by directly rotating and oscillating a light emitting source such as a laser diode without using a plane mirror for scanning. It is structured to do. A plate-shaped first vibrating member 74 is attached to the tip of the galvanometer shaft 73. The vibrating member 74 rotationally vibrates bidirectionally around the first shaft 75. The second shaft 76 fixed to the first vibrating member 74
A second vibrating member 77 is rotatably attached to. A light emitting source 78 is directly mounted on the top of the second vibrating member 77. This light emitting source 78 is a laser diode 79.
It is composed of a collimator lens 80 and a lens barrel 81 that houses them, and is connected to an external drive circuit via a flexible lead wire 82. Second vibrating member 77
A hollow coil 83 is fixed to the side portion of the. Further, a U-shaped magnet 84 is fixed on the first vibrating member 74. The second vibrating member 77 rotationally vibrates about the second shaft 76 by the interaction between the coil 83 and the magnet 84. When the output light 85 from the light emitting source 78 is adjusted so as to be parallel to the third axis 86, the return light 87 is reflected and condensed by the reflecting surface 89 of the concave mirror 88 and is constantly detected by the light receiving element 90.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、ス
キャニング用平面鏡と受光用凹面鏡を分離して設け、ス
キャニング用平面鏡を小型化する事により二次元光スキ
ャニングを高速化する事ができるという効果がある。
又、受光用として集光効率に優れた凹面鏡を用いている
ので、従来の様に集光レンズを用いる必要がなくなると
いう効果がある。さらには、レーザダイオードとコリメ
ータレンズ等からなる発光源自体を回転振動させる事に
より、スキャニング用平面ミラーも不要とする事がで
き、構造の簡略化が達成される。
As described above, according to the present invention, the two-dimensional optical scanning can be speeded up by providing the scanning plane mirror and the light receiving concave mirror separately, and downsizing the scanning plane mirror. There is an effect.
Further, since the concave mirror having excellent light collecting efficiency is used for receiving light, there is an effect that it is not necessary to use a collecting lens as in the conventional case. Furthermore, by rotating and oscillating the light emitting source itself including the laser diode and the collimator lens, the plane mirror for scanning can be eliminated, and the structure can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかる二次元光スキャニング装置の基
本的な構造を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic structure of a two-dimensional optical scanning device according to the present invention.

【図2】図1に示す二次元光スキャニング装置の動作を
説明する為の斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view for explaining the operation of the two-dimensional optical scanning device shown in FIG.

【図3】同じく動作を説明する為の幾何光学図である。FIG. 3 is a geometrical optical diagram for explaining the same operation.

【図4】本発明にかかる二次元光スキャニング装置の一
実施例を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic view showing an embodiment of a two-dimensional optical scanning device according to the present invention.

【図5】図4に示す実施例に用いられる角変位変換機構
の変形例を示す模式図である。
5 is a schematic view showing a modification of the angular displacement conversion mechanism used in the embodiment shown in FIG.

【図6】同じく別の変形例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing another modification of the same.

【図7】本発明にかかる二次元光スキャニング装置の第
二実施例を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic view showing a second embodiment of the two-dimensional optical scanning device according to the present invention.

【図8】従来の二次元光スキャニング装置の一例を示す
模式的な斜視図である。
FIG. 8 is a schematic perspective view showing an example of a conventional two-dimensional optical scanning device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 凹面鏡 2 球反射面 3 第一の振動部材 4 第一の軸 5 球中心点 6 第二の振動部材 7 第二の軸 9 受光素子 10 第三の軸 11 変換機構 12 平面鏡 13 レーザ光線 14 スキャン光 15 戻り光 18 レーザ光源 19 ガルバノメータ 48 中空コイル 49 フォーク型マグネット 78 発光源 1 concave mirror 2 spherical reflecting surface 3 first vibrating member 4 first axis 5 sphere center point 6 second vibrating member 7 second axis 9 light receiving element 10 third axis 11 conversion mechanism 12 plane mirror 13 laser beam 14 scan Light 15 Return light 18 Laser light source 19 Galvanometer 48 Hollow coil 49 Fork type magnet 78 Light emitting source

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 1個の平面鏡を二次元的に回転振動させ
て光線をスキャニング投光し標的から反射された散乱光
を受光検出する二次元光スキャニング装置において、 球面の一部を切り取った形状の反射面を持つ凹面鏡と、 球中心点を含み前記凹面鏡と対向した平面上にある球直
径を第一の軸とし、該第一の軸の周りを回転振動する第
一の振動部材と、 該第一の振動部材に固定され、前記球中心点で前記第一
の軸に直交する第二の軸を有し、該第二の軸の周りを回
転振動する第二の振動部材と、 該第二の振動部材に固定され、前記球中心点で前記第二
の軸に直交する球半径を第三の軸とし、該第三の軸上に
おいて前記球半径の略中点で前記第二の振動部材に取り
付けられ、その受光面を前記凹面鏡の方向に向けて設置
された受光素子と、 前記第一の振動部材と前記第二の振動部材との間に連結
して設けられ、前記第二の振動部材の角変位の1/2の
角変位を得る変換機構と、 該変換機構上に設けられ、前記第一の軸に沿って入射さ
れた光線を前記第三の軸に平行に反射する様に設置され
た平面鏡と、 前記第一の振動部材を前記第一の軸を中心にして回転振
動駆動する第一の駆動部と、 前記第二の振動部材を前記第二の軸を中心にして回転振
動駆動する第二の駆動部とからなる事を特徴とする二次
元光スキャニング装置。
1. A two-dimensional optical scanning device that two-dimensionally rotationally oscillates one plane mirror to project a light beam to detect scattered light reflected from a target and detect the scattered light. A concave mirror having a reflection surface of, a first vibrating member having a sphere diameter on a plane including the sphere center point and facing the concave mirror as a first axis, and rotating and vibrating about the first axis, A second vibrating member fixed to the first vibrating member, having a second axis orthogonal to the first axis at the sphere center point, and vibrating rotationally around the second axis; The second vibration is fixed to the second vibrating member, and the sphere radius perpendicular to the second axis at the sphere center point is the third axis, and the second vibration is on the third axis at a substantially midpoint of the sphere radius. A light-receiving element attached to a member, the light-receiving surface of which is oriented toward the concave mirror; A conversion mechanism provided between the one vibration member and the second vibration member so as to obtain an angular displacement of 1/2 of the angular displacement of the second vibration member, and a conversion mechanism provided on the conversion mechanism. A plane mirror installed so as to reflect a light beam incident along the first axis parallel to the third axis, and the first vibrating member rotationally vibrating about the first axis. A two-dimensional optical scanning device comprising: a first driving unit that drives and a second driving unit that rotationally vibrates the second vibrating member about the second axis.
【請求項2】 光線を二次元的にスキャニング投光し標
的から反射された散乱光を受光検出する二次元光スキャ
ニング装置において、 球表面の一部を切り取った形状の反射面を持つ凹面鏡
と、 球中心点を含み前記凹面鏡と対向した平面上にある球直
径を第一の軸とし、該第一の軸の周りを回転振動する第
一の振動部材と、 該第一の振動部材に固定され、前記球中心点で前記第一
の軸に直交する第二の軸を有し、該第二の軸の周りを回
転振動する第二の振動部材と、 該第二の振動部材に固定され、前記球中心点で前記第二
の軸に直交する球半径を第三の軸とし、該第三の軸上に
おいて前記球半径の略中点で前記第二の振動部材に取り
付けられ、その受光面を前記凹面鏡の方向に向けて設置
された受光素子と、 前記第二の振動部材に取り付けられ、その出射光軸が前
記第三の軸に平行に設定され且つ受光素子と反対の方向
へスキャニング光を出射する様に設置された発光部と、 前記第一の振動部材を前記第一の軸を中心として回転駆
動する第一の駆動部と、 前記第二の振動部材を前記第二の軸を中心にして回転駆
動する第二の駆動部とからなる事を特徴とする二次元光
スキャニング装置。
2. A two-dimensional optical scanning device for two-dimensionally scanning a light beam and receiving and detecting scattered light reflected from a target, comprising: a concave mirror having a reflective surface in which a part of a spherical surface is cut off. A first oscillating member that rotationally oscillates around the first axis, with a sphere diameter lying on a plane including the sphere center point and facing the concave mirror as a first axis, and fixed to the first oscillating member. A second vibrating member having a second axis orthogonal to the first axis at the sphere center point and rotationally vibrating around the second axis; and fixed to the second vibrating member, A sphere radius orthogonal to the second axis at the sphere center point is defined as a third axis, and the light receiving surface is attached to the second vibrating member at a substantially midpoint of the sphere radius on the third axis. A light-receiving element installed in the direction of the concave mirror, and attached to the second vibrating member. A light emitting portion whose output optical axis is set parallel to the third axis and which is installed so as to emit scanning light in a direction opposite to the light receiving element; A two-dimensional optical scanning device comprising: a first drive unit that is rotationally driven around the center of the second drive unit; and a second drive unit that is rotationally driven about the second axis of the second vibrating member. ..
JP4087998A 1992-03-12 1992-03-12 Two-dimensional optical scanning device Pending JPH05257072A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009069003A (en) * 2007-09-13 2009-04-02 Denso Wave Inc Laser radar apparatus
JP2014071030A (en) * 2012-09-28 2014-04-21 Denso Wave Inc Laser radar device

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