JPWO2013080626A1 - Mirror actuator, beam irradiation device and laser radar - Google Patents
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Abstract
【課題】ミラーの回動時に、ミラーに対して安定した抗力を付与可能なミラーアクチュエータおよびこのミラーアクチュエータを搭載したビーム照射装置およびレーザレーダを提供する。
【解決手段】ミラーアクチュエータ1は、インナーユニット10と、アウターユニット20を備えている。インナーユニット10は、チルトシャフト25、26によってアウターユニット20に回動可能に支持される。インナーユニット10が、チルト中立位置からチルト方向に回動すると、チルトシャフト25、26の端部に固着された磁気バネ用マグネット252、262と、チルトコイルユニット22、23のチルトマグネット151、161との間に、インナーユニット10をチルト中立位置に引き戻す磁力が生じる。ミラー123がチルト方向に回動する際、この磁力による抗力が、インナーユニット10に付与される。
【選択図】図1A mirror actuator capable of applying a stable drag force to a mirror when the mirror is rotated, a beam irradiation device and a laser radar equipped with the mirror actuator are provided.
A mirror actuator includes an inner unit and an outer unit. The inner unit 10 is rotatably supported by the outer unit 20 by tilt shafts 25 and 26. When the inner unit 10 is rotated in the tilt direction from the tilt neutral position, the magnets for magnetic springs 252 and 262 fixed to the ends of the tilt shafts 25 and 26, and the tilt magnets 151 and 161 of the tilt coil units 22 and 23, During this period, a magnetic force is generated that pulls the inner unit 10 back to the tilt neutral position. When the mirror 123 rotates in the tilt direction, a drag force due to this magnetic force is applied to the inner unit 10.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、2つの軸を回動軸としてミラーを回動させるミラーアクチュエータ、および、このミラーアクチュエータを搭載したビーム照射装置およびレーザレーダに関する。 The present invention relates to a mirror actuator that rotates a mirror about two axes as a rotation axis, and a beam irradiation apparatus and a laser radar equipped with the mirror actuator.
近年、目標領域の状況を監視するために、レーザレーダが用いられている。一般に、レーザレーダは、レーザ光を目標領域内でスキャンさせ、各スキャン位置における反射光の有無から、各スキャン位置における物体の有無を検出する。さらに、各スキャン位置におけるレーザ光の照射タイミングから反射光の受光タイミングまでの所要時間をもとに、物体までの距離が検出される。 In recent years, laser radar has been used to monitor the status of a target area. In general, a laser radar scans a laser beam within a target area and detects the presence or absence of an object at each scan position from the presence or absence of reflected light at each scan position. Further, the distance to the object is detected based on the required time from the laser beam irradiation timing to the reflected light reception timing at each scan position.
目標領域においてレーザ光を走査させるためのアクチュエータとして、たとえば、2つの軸を回動軸としてミラーを回動させるムービングコイル方式のミラーアクチュエータを用いることができる(特許文献1)。このミラーアクチュエータを用いる場合、レーザ光は、斜め方向からミラーに入射される。2つの軸を回動軸としてミラーが水平方向と鉛直方向に回動されると、目標領域内においてレーザ光が水平方向と鉛直方向に振られる。 As an actuator for scanning a laser beam in a target area, for example, a moving coil type mirror actuator that rotates a mirror about two axes as rotation axes can be used (Patent Document 1). When this mirror actuator is used, the laser light is incident on the mirror from an oblique direction. When the mirror is rotated in the horizontal direction and the vertical direction using the two axes as rotation axes, the laser light is oscillated in the horizontal direction and the vertical direction in the target area.
上記ミラーアクチュエータにおいて、ミラーの制御性を高めるためには、ミラー駆動時にミラーに加わる抗力を安定させる必要がある。ミラーに抗力を付与する手段として、たとえば、バネ部材が用いられ得る。しかしながら、2つの回動軸に対し、バネ部材により一定の抗力を与えるのは、困難である。 In the above mirror actuator, in order to improve the controllability of the mirror, it is necessary to stabilize the drag applied to the mirror when the mirror is driven. For example, a spring member may be used as means for applying a drag force to the mirror. However, it is difficult to apply a certain drag force to the two rotating shafts by the spring member.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、ミラーの回動時に、ミラーに対して安定した抗力を付与可能なミラーアクチュエータおよびこのミラーアクチュエータを搭載したビーム照射装置およびレーザレーダを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and provides a mirror actuator capable of imparting a stable drag force to the mirror when the mirror rotates, a beam irradiation device equipped with the mirror actuator, and a laser radar. For the purpose.
本発明の第1の局面はミラーアクチュエータに関する。第1の局面に係るミラーアクチュエータは、支持部と、ミラーを保持するとともに前記支持部に回動可能に支持された可動部と、前記支持部と前記可動部とにそれぞれ配され、前記可動部が所定の設定位置から回動したときに、前記設定位置に前記可動部を引き戻す磁力を前記可動部に付与する磁性部材と、を有する。 A first aspect of the present invention relates to a mirror actuator. A mirror actuator according to a first aspect is disposed on each of a support part, a movable part that holds a mirror and is rotatably supported by the support part, and the support part and the movable part. And a magnetic member for applying a magnetic force to the movable part to pull the movable part back to the set position when the is rotated from a predetermined setting position.
本発明の第2の局面はビーム照射装置に関する。第2の局面にかかるビーム照射装置は、前記第1の局面に係るミラーアクチュエータと、前記ミラーアクチュエータのミラーにレーザ光を供給するレーザ光源と、を有する。 The second aspect of the present invention relates to a beam irradiation apparatus. A beam irradiation apparatus according to a second aspect includes the mirror actuator according to the first aspect and a laser light source that supplies laser light to a mirror of the mirror actuator.
本発明の第3の局面はレーザレーダに関する。第3の局面にかかるレーザレーダは、前記第1の局面に係るミラーアクチュエータと、前記ミラーアクチュエータのミラーにレーザ光を供給するレーザ光源と、目標領域から反射された前記レーザ光を受光する受光部と、前記受光部からの出力に基づき前記目標領域における物体を検出する検出部と、を有する。 The third aspect of the present invention relates to a laser radar. A laser radar according to a third aspect includes a mirror actuator according to the first aspect, a laser light source that supplies laser light to a mirror of the mirror actuator, and a light receiving unit that receives the laser light reflected from a target area. And a detection unit that detects an object in the target area based on an output from the light receiving unit.
本発明によれば、ミラーの回動時に、ミラーに対して安定した抗力を付与可能なミラーアクチュエータおよびこのミラーアクチュエータを搭載したビーム照射装置およびレーザレーダを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the mirror actuator which can provide the stable drag with respect to a mirror at the time of rotation of a mirror, the beam irradiation apparatus and laser radar which mount this mirror actuator can be provided.
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。 The effects and significance of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments. However, the embodiment described below is merely an example when the present invention is implemented, and the present invention is not limited to what is described in the following embodiment.
図1は、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ1の分解斜視図である。図示の如く、ミラーアクチュエータ1は、インナーユニット10と、アウターユニット20を備えている。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a
図2は、ミラーアクチュエータ1のインナーユニット10の分解斜視図である。図示の如く、インナーユニット10は、インナーユニットフレーム11と、パンシャフト12と、パンマグネットユニット13、14と、チルトマグネットユニット15、16と、パンコイルユニット17、18と、サスペンションワイヤー19a〜19dを備えている。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the
図3(a)、(b)は、それぞれ、インナーユニットフレーム11を上側および下側から見たときの斜視図である。
3A and 3B are perspective views when the
インナーユニットフレーム11は、正面視において長方形の輪郭の枠部材からなっている。インナーユニットフレーム11は、軽量な樹脂等で形成されている。また、インナーユニットフレーム11は、左右対称な形状となっている。
The
インナーユニットフレーム11の上側面には、パンマグネット131を装着するためのマグネット装着溝11aが設けられている。マグネット装着溝11aには、チルトマグネットホルダ152を固定するためのネジ穴11b、11cが形成されている。同様に、インナーユニットフレーム11の下側面には、パンマグネット141を装着するためのマグネット装着溝11dが設けられており、マグネット装着溝11dには、パンマグネットホルダ142を固定するためのネジ穴11e、11fが形成されている。また、インナーユニットフレーム11の左側面には、チルトマグネット151を装着するためのマグネット装着溝11gが設けられている。マグネット装着溝11gには、チルトマグネットホルダ152を固定するためのネジ穴11h、11iが形成されている。同様に、インナーユニットフレーム11の右側面にはチルトマグネット161を装着するためのマグネット装着溝11jが設けられており、マグネット装着溝11jには、チルトマグネットホルダ162を固定するためのネジ穴11k、11lが形成されている。
A
また、インナーユニットフレーム11には、左右に並ぶ軸孔11mと、上下に並ぶ軸孔11nが形成されている。軸孔11mは、左右の側面の中心位置に配置され、軸孔11nは、上下の側面の中心に配置されている。
Further, the
さらに、インナーユニットフレーム11の底面には、左端に鍔部11qが設けられている。鍔部11qの背面(下方向)には、凸部11rが形成されている。同様に、インナーユニットフレーム11の底面には、右端に鍔部11sが設けられ、鍔部11sの背面(下方向)には、凸部11tが形成されている。
Furthermore, a
図4は、パンシャフト12の構成を示す図である。図4(a)は、パンシャフト12を前側から見た斜視図、図4(b)は、パンシャフト12を後側から見た斜視図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the
パンシャフト12には、パンコイル171、181とLED122を電気的に接続する導線を通すための孔12aと、ミラー123を嵌め込むための段部12bが形成されている。また、パンシャフト12内は、パンコイル171、181とLED122を電気的に接続する導線を通すため、空洞となっている。また、パンシャフト12の両端は、周面が、4カ所において、平面状に切欠かれた嵌合部12cが形成され、この嵌合部12cに端部12dが続いている。なお、パンシャフト12は、後述するように、ミラー123をPan方向に回動させる回転軸として利用される。
The
パンシャフト12の裏側にはLED122が装着されている。LED122は、拡散タイプ(広指向タイプ)であり、広い範囲に光を拡散させることができる。LED122からの拡散光は、後述するように、走査用のレーザ光の目標領域内での走査位置を検出するために利用される。LED122は、LED基板121に取り付けられている。LED基板121は、後方向から、パンシャフト12に取り付けられる。
An
図5は、パンマグネットユニット13の構成を示す図である。図5(a)は、パンマグネット131の構成を示す図、図5(b)は、パンマグネットホルダ132の構成を示す図、図5(c)は、パンマグネット131とパンマグネットホルダ132とが組み立てられた状態を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the
パンマグネットユニット13は、パンマグネット131と、パンマグネットホルダ132を備えている。パンマグネット131は、略円形形状であり、周方向に4つの領域に均等に分割されている。また、パンマグネット131は、ミラーアクチュエータ1が組み立てられた状態においてパンコイル171(図2参照)に電流を印加することにより、パンシャフト12を軸とする回動力が生じるように極性と配置が調整されている。パンマグネット131は、隣り合う領域が互いに異なる極性を持っている。
The
パンマグネットホルダ132は、磁性体で構成されており、パンマグネット131に発生する磁界の作用を強める。パンマグネットホルダ132は、パンマグネット131に引きつけられて固定される。パンマグネットホルダ132に対するパンマグネット131の配置調整が完了した後、パンマグネットホルダ132に形成された4つの孔132cを介して接着剤が流入され、パンマグネット131がパンマグネットホルダ132に接着固定される。また、パンマグネットホルダ132は、インナーユニットフレーム11に固定するためのネジ孔132a、132bが形成されている。
The
パンマグネットユニット14は、パンマグネットユニット13と同様にして構成され、パンマグネット141と、パンマグネットホルダ142を備えている(図2参照)。パンマグネットホルダ142にも、ネジ孔142a、142bが形成されている。
The
チルトマグネットユニット15も、パンマグネットユニット13と同様の構成を有する(図2参照)。チルトマグネットユニット15は、チルトマグネット151と、チルトマグネットホルダ152とを備えている。チルトマグネット151は、略円形形状であり、4つの領域に均等に分割されている。また、チルトマグネット151は、ミラーアクチュエータ1が組み立てられた状態においてチルトコイル221(図10(b)参照)に電流を印加することにより、チルトシャフト25(図1参照)を軸とする回動力が生じるように極性と配置が調整される。チルトマグネット151は、隣り合う領域が互いに異なる極性を持っている。
The
チルトマグネットホルダ152は、磁性体で構成されており、チルトマグネット151に発生する磁界の作用を強める。チルトマグネットホルダ152は、チルトマグネット151に引きつけられて固定される。チルトマグネットホルダ152に対するチルトマグネット151の配置調整が完了した後、チルトマグネットホルダ152に形成された4つの孔を介して接着材が流入され、チルトマグネット151がチルトマグネットホルダ152に接着固定される。また、チルトマグネットホルダ152は、インナーユニットフレーム11に固定するためのネジ孔152a、152bが形成されている。
The
チルトマグネットユニット16は、チルトマグネットユニット15と同様にして構成され、チルトマグネット161と、チルトマグネットホルダ162とを備えている。チルトマグネットホルダ162にも、ネジ孔162a、162bが形成されている。
The
図6は、パンコイルユニット17の構成を示す図である。図6(a)は、パンコイルユニット17を下側から見たときの分解斜視図、図6(b)は、パンコイルホルダ172を上側から見たときの斜視図、図6(c)は、パンコイルユニット17を上側から見たときの斜視図である。なお、パンコイルユニット18の構成はパンコイルユニット17と略同じであるため、図6には、パンコイルユニット17の各部の番号とともに、これらに対応するパンコイルユニット18の各部の番号が付されている。ここでは、便宜上、パンコイルユニット17について説明する。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the
図6(a)を参照して、パンコイルユニット17は、パンコイル171と、パンコイルホルダ172と、ヨーク173と、サスペンションワイヤー固定基板174を備えている。
With reference to FIG. 6A, the
パンコイルホルダ172は、樹脂材料からなっている。パンコイルホルダ172には、4つのパンコイル装着部172aが設けられている。パンコイル装着部172aは、上下に貫通する略扇形の開口の周りに壁が形成された構成となっている。これら4つのパンコイル装着部172aには、それぞれ、パンコイル171が壁に沿って巻回されるようにして固着される。4つのパンコイル171は、略扇形の同じ形状を有している。4つのパンコイル171が、それぞれ、対応するパンコイル装着部172aに装着されると、パンコイル171全体の輪郭は、平面視において略円形形状になる。この状態で、4つのパンコイル171は、扇形の辺が互いに隣接するように、円周方向に均等に並ぶ。4つのパンコイル171は、一続きとなっており、ミラーアクチュエータ1が組み立てられた状態において電流を流入することにより、それぞれのパンコイル171に同じ回転方向の電磁駆動力が発生するよう、巻き方向が調整されている。
The pan coil holder 172 is made of a resin material. The pan coil holder 172 is provided with four pan
また、パンコイルホルダ172の中央には、パンシャフト12の端部を通すための軸孔172bが設けられている。軸孔172bは、パンシャフト12の嵌合部12cと嵌合するよう、平面視において正方形の頂角が丸みを帯びた形状の輪郭を有している。また、ヨーク173の中央には、パンシャフト12の端部12dを通すための軸孔173aが設けられている。ヨーク173は、対向するパンマグネット131の磁界の作用を強める。
In addition, a
また、パンコイルホルダ172の隅は台状に盛り上がっており、この部分に、サスペンションワイヤー19a、19bを通すための2つのワイヤー孔172cと、サスペンションワイヤー19c、19dを通すための2つのワイヤー孔172dが形成されている。ワイヤー孔172c、172dは、上下に貫通している。サスペンションワイヤー固定基板174は、長方形の薄板形状を有している。
Further, the corner of the pan coil holder 172 is raised in a trapezoidal shape, and two
サスペンションワイヤー固定基板174は、ガラスエポキシ樹脂からなっている。サスペンションワイヤー固定基板174には、ワイヤー孔172c、172dに対応する位置に、サスペンションワイヤー19a、19bを通すための2つの端子穴174bと、サスペンションワイヤー19c、19dを通すための2つの端子穴174cが形成されている。端子穴174b、174cは、上下に貫通している。また、図6(c)に示すように、サスペンションワイヤー固定基板174上面の端子穴174b、174cの周りには、半田を載せるための凹部が形成されている。
The suspension
また、パンコイルホルダ172の上面には、図6(b)に示すように、円柱状の凸部172e、172fが形成されている。ヨーク173には、凸部172eに対応する位置に、2つの孔173bが形成されている。凸部172eに孔173bが通されることにより、ヨーク173がパンコイルホルダ172に位置決めされる。この状態で、ヨーク173がパンコイルホルダ172の上面に接着固定される。
Moreover, as shown in FIG.6 (b), cylindrical
サスペンションワイヤー固定基板174には、凸部172fに対応する位置に、2つの孔174aが形成されている。サスペンションワイヤー固定基板174は、凸部172fに孔174aが通されることにより、パンコイルホルダ172に対して位置決めされる。この状態で、サスペンションワイヤー固定基板174が、パンコイルホルダ172の上面に接着固定される。これにより、図6(c)に示すパンコイルユニット17が完成する。
In the suspension
この状態で、パンコイルホルダ172の軸孔172bの位置は、ヨーク173の軸孔173aの位置に合わされる。また、パンコイルホルダ172のワイヤー孔172cの位置は、サスペンションワイヤー固定基板174の端子穴174bの位置に合わされ、パンコイルホルダ172のワイヤー孔172dの位置は、サスペンションワイヤー固定基板174の端子穴174cの位置に合わされる。
In this state, the position of the
パンコイルユニット18は、パンコイルユニット17と略同様にして構成されている。ただし、パンコイルユニット18のサスペンションワイヤー固定基板184には、サスペンションワイヤー19a〜19dが通されないため、パンコイルホルダ182にはワイヤー孔が設けられておらず、また、サスペンションワイヤー固定基板184には端子穴が設けられない。
The
図2に戻り、サスペンションワイヤー19a〜19dは、りん青銅、ベリリウム銅等からなり、導電性に優れ、ばね性を有する。サスペンションワイヤー19a〜19dは、断面が円形状となっている。サスペンションワイヤー19a〜19dは、互いに同じ形状および特性を持ち、パンコイル171、181とLED122への電流供給と、ミラー123のPan方向の回動時において、安定した負荷を与えるために利用される。なお、サスペンションワイヤー19a〜19dは、長手方向に力が加えられたとしても、略伸縮することはない。
Returning to FIG. 2, the
図7は、サスペンションワイヤー固定基板191、192の構成を示す図である。図7(a)、(b)は、それぞれ、サスペンションワイヤー固定基板191を上側および下側から見たときの斜視図である。図7(c)、(d)は、それぞれ、サスペンションワイヤー固定基板192を上側および下側から見たときの斜視図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating the configuration of the suspension
図7(a)を参照して、サスペンションワイヤー固定基板191は、ガラスエポキシ樹脂等からなる回路基板であり、可撓性を有している。サスペンションワイヤー固定基板191には、サスペンションワイヤー19a、19bを通すための2つの端子穴191aと、サスペンションワイヤー27a、27bを通すための2つの端子穴191bが形成されている。また、サスペンションワイヤー固定基板191には、端子穴191aと、端子穴191bを電気的に接続するための回路パターン191cが形成されている。
Referring to FIG. 7A, the suspension
また、サスペンションワイヤー固定基板191には、孔191dが形成されている。サスペンションワイヤー固定基板191は、インナーユニットフレーム11の底面に形成された凸部11r(図3(b)参照)に孔191dが通されて、インナーユニットフレーム11の底面に接着固定される。
The suspension
サスペンションワイヤー固定基板192は、サスペンションワイヤー固定基板191と左右対称に構成されている。図7(c)、(d)を参照して、サスペンションワイヤー固定基板192には、2つの端子穴192aと、2つの端子穴192bと、回路パターン192cと、孔192dが形成されている。サスペンションワイヤー固定基板192は、インナーユニットフレーム11の底面に形成された凸部11t(図3(b)参照)に孔192dが通されて、インナーユニットフレーム11の底面に接着固定される。
The suspension
図2を参照して、インナーユニット10の組立時には、まず、パンシャフト12が、軸孔11nに通され、インナーユニットフレーム11内に収容される。そして、パンシャフト12の段部12bにミラー123が嵌め込まれ、パンシャフト12の両端の軸に軸受け11pが取り付けられる。そして、この状態で、2つの軸受け11pが、インナーユニットフレーム11に形成された軸孔11nに嵌め込まれる。また、チルトシャフト25、26のための2つの軸受け11oが、インナーユニットフレーム11に形成された軸孔11mに嵌め込まれる。これにより、図8(a)に示す組立体が完成する。なお、図8(a)〜(d)では、便宜上、ミラー123が図示省略されている。また、図8(a)の状態において、インナーユニットフレーム11の下面には、上記のように、サスペンションワイヤー固定基板191、192が装着されている。
Referring to FIG. 2, when assembling
その後、図8(b)のように、パンマグネットホルダ132が、インナーユニットフレーム11のマグネット装着溝11aに嵌め込まれ、ネジ孔132a、132bと、ネジ穴11b、11cが合わされる。この状態で、ネジ孔132a、132bを介してネジ13a、13bがネジ穴11b、11cに螺着される。これにより、パンマグネットユニット13がインナーユニットフレーム11に固着される。同様にして、パンマグネットユニット14が、ネジ14a、14bによりインナーユニットフレーム11に固着される。
Thereafter, as shown in FIG. 8B, the
そして、図8(c)に示すように、チルトマグネットホルダ162が、インナーユニットフレーム11のマグネット装着溝11jに嵌め込まれ、ネジ孔162a、162bと、ネジ穴11k、11lが合わされる。この状態で、ネジ孔162a、162bを介してネジ16a、16bがネジ穴11k、11lに螺着される。これにより、チルトマグネットユニット16がインナーユニットフレーム11に固着される。同様にして、チルトマグネットユニット15が、ネジ15a、15bによりインナーユニットフレーム11に固着される。
8C, the
次に、パンコイルユニット17、18が、パンシャフト12両端の嵌合部12cに通されて、パンコイルユニット17、18が、それぞれ、パンシャフト12の両端に装着される。これにより、図8(d)の組立体が完成する。そして、パンシャフト12両端の端部12dに、それぞれ、ナット124、125が装着され、パンコイルユニット17、18が、それぞれ、パンシャフト12の両端に固着される。これにより、パンコイルユニット17、18が、パンシャフト12と一体的に回動可能となる。
Next, the
この状態で、サスペンションワイヤー固定基板174の端子穴174bが、サスペンションワイヤー固定基板191の端子穴191aに対向し、サスペンションワイヤー固定基板174の端子穴174cが、サスペンションワイヤー固定基板192の端子穴192aに対向する。そして、サスペンションワイヤー19a、19bが、サスペンションワイヤー固定基板174の端子穴174bと、パンコイルホルダ172のワイヤー孔172cを介して、サスペンションワイヤー固定基板191の端子穴191aに通される。同様に、サスペンションワイヤー固定基板174の端子穴174cと、パンコイルホルダ172のワイヤー孔172dを介して、サスペンションワイヤー固定基板192の端子穴192aに通される。サスペンションワイヤー19a〜19dは、それぞれ、パンコイル171、181と、LED122に電流を供給するための導線とともにサスペンションワイヤー固定基板174、191、192に半田付けられる。
In this state, the
これにより、図9に示すように、インナーユニット10の組立が完了する。図9(a)は、組み立てられたインナーユニット10を前側から見た斜視図であり、図9(b)は、組み立てられたインナーユニット10を後側から見た斜視図である。この状態で、ミラー123は、パンシャフト12の周りにPan方向に回動可能となる。なお、パンコイルユニット17、18は、ミラー123のPan方向の回動に伴って、Pan方向に回動する。他方、サスペンションワイヤー固定基板191、192は、インナーユニット10の下面に固着されているため、ミラー123のPan方向の回動に伴って、Pan方向に回動しない。
Thereby, as shown in FIG. 9, the assembly of the
図1に戻り、アウターユニット20は、アクチュエータフレーム21と、チルトコイルユニット22、23と、サーボユニット24と、チルトシャフト25、26と、サスペンションワイヤー27a〜27dとを備えている。
Returning to FIG. 1, the
図10を参照して、アクチュエータフレーム21は、前方が開いた枠部材からなっている。アクチュエータフレーム21の左右の側面の中央には、チルトシャフト25、26を通すための軸孔21a、21dが形成されている。また、アクチュエータフレーム21の左右の側面には、チルトコイルユニット22、23を固定するためのネジ穴21b、21c、21e、21fが形成されている。また、アクチュエータフレーム21の後側面には、サーボユニット24のピンホール箱244を通すための開口21gと、サーボユニット24を固定するためのネジ穴21h、21iが形成されている。
Referring to FIG. 10, the
図10(b)は、チルトコイルユニット22の構成を示す図である。なお、チルトコイルユニット23の構成はチルトコイルユニット22と同じであるため、図10には、チルトコイルユニット22の各部の番号とともに、これらに対応するチルトコイルユニット23の各部の番号が付されている。ここでは、便宜上、チルトコイルユニット23について説明する。
FIG. 10B is a diagram illustrating the configuration of the
図10(b)を参照して、チルトコイルユニット22は、チルトコイル221と、チルトコイルホルダ222とを備えている。
With reference to FIG. 10B, the
チルトコイルホルダ222は、樹脂材料からなっている。チルトコイルホルダ222には、4つのチルトコイル装着部222aが設けられている。チルトコイル装着部222aは、上下に貫通する略扇形の開口の周りに壁が形成された構成となっている。これら4つのチルトコイル装着部222aには、それぞれ、チルトコイル221が壁に沿って巻回されるようにして固着される。4つのチルトコイル221は、略扇形の同じ形状を有している。4つのチルトコイル221が、それぞれ、対応するチルトコイル装着部222aに装着されると、チルトコイル221全体の輪郭は、平面視において略円形形状になる。この状態で、4つのチルトコイル221は、扇形の辺が互いに隣接するように、円周方向に均等に並ぶ。4つのチルトコイル221は、一続きとなっており、ミラーアクチュエータ1が組み立てられた状態において電流を流入することによりそれぞれのチルトコイル221とチルトマグネットユニット15との間に同じ回転方向の電磁駆動力が発生するよう、巻き方向が調整されている。
The tilt coil holder 222 is made of a resin material. The tilt coil holder 222 is provided with four tilt
チルトコイルホルダ222の中央には、チルトシャフト25を通すための円形の軸孔222bが設けられている。また、チルトコイルホルダ222の両端には、アクチュエータフレーム21に固定するためのネジ孔222c、222dが形成されている。
In the center of the tilt coil holder 222, a
チルトコイルユニット23は、チルトコイルユニット22と同様にして構成されている。ここでは、各部の詳細な説明は省略する。
The
また、図10(c)を参照して、サーボユニット24は、PSD基板241と、PSD242と、バンドパスフィルタ243と、ピンホール箱244とを備えている。
Referring to FIG. 10C, the
PSD基板241には、PSD基板241をアクチュエータフレーム21に固定するための2つのネジ孔241a、241bが形成されている。PSD基板241の背面には、サスペンションワイヤー27a、27bを通すための2つの端子穴241c(図10(c)には図示せず。図13(b)参照)が形成されている。また、PSD基板241の背面には、サスペンションワイヤー27c、27dを通すための2つの端子穴241d(図10(c)には図示せず。図13(b)参照)が形成されている。PSD基板241には、PSD242が装着されている。PSD242は、サーボ光の受光位置に応じた信号を出力する。
Two screw holes 241 a and 241 b for fixing the
バンドパスフィルタ243は、LED122から出射される波長帯域の光のみを透過し、それ以外の波長帯域の迷光を除去する。バンドパスフィルタ243は、PSD242の表面に取り付けられ、接着固定される。
The
ピンホール箱244は、図10(d)に示すように、内部が空洞となっており、中央にピンホール244aが形成されている。ピンホール244aは、LED122から出射された拡散光のうち、一部の光を透過させる。ピンホール箱244は、遮光性のある物質からなり、ピンホール244aを透過する光以外の迷光が、PSD242に入射することを防ぐ。ピンホール箱244は、PSD基板241に取り付けられ、接着固定される。
As shown in FIG. 10D, the
図10(a)に戻り、アウターユニット20の組立時には、まず、チルトコイルユニット22、23が、アクチュエータフレーム21の左右側面に取り付けられる。この状態で、ネジ孔222c、222dを介して、ネジ22a、22bをネジ穴21b、21cに螺着する。これにより、チルトコイルユニット22がアクチュエータフレーム21に固着される。同様に、ネジ孔232c、232dを介して、ネジ23a、23bをネジ穴21e、21fに螺着する。これにより、チルトコイルユニット23がアクチュエータフレーム21に固着される。
Returning to FIG. 10A, when assembling the
次に、PSD基板241が、アクチュエータフレーム21の背面に取り付けられる。この状態で、ネジ孔241a、241bを介して、ネジ24a、24bをネジ穴21h、21iに螺着する。これにより、サーボユニット24がアクチュエータフレーム21に固着される。こうして、図1に示す構成体が組み立てられる。
Next, the
図11(a)は、チルトシャフト25と、磁気バネ用マグネットホルダ251と、磁気バネ用マグネット252の構成を示す分解斜視図、図11(b)は、これらが組み合わされた状態を示す斜視図である。なお、チルトシャフト25、磁気バネ用マグネットホルダ251および磁気バネ用マグネット252の構成は、チルトシャフト25、磁気バネ用マグネットホルダ251および磁気バネ用マグネット252の構成と同じであるため、図11には、便宜上、チルトシャフト26、磁気バネ用マグネットホルダ261および磁気バネ用マグネット262の対応する各部の番号が付されている。
FIG. 11A is an exploded perspective view showing configurations of the
チルトシャフト25は、アクチュエータフレーム21の軸孔21aの径よりもやや小さい段部25aと、インナーユニットフレーム11の軸受け11oの径よりもやや小さい段部25bと、磁気バネ用マグネットホルダ251の径よりもやや小さい段部25cが形成されている。
The
磁気バネ用マグネットホルダ251は、力が加えられても変形しないよう、固い素材(たとえば、樹脂材料)で構成されている。磁気バネ用マグネットホルダ251には、円柱状の胴部251aと、胴部251aの底面に形成された鍔部251bと、胴部251aの中心を貫通する円形の孔251cが形成されている。孔251cの径は、チルトシャフト25の段部25cの径と略同じである。
The magnetic
磁気バネ用マグネット252は、円板形状を有し、中央に円形の孔252aが形成されている。孔252aの径は、磁気バネ用マグネットホルダ251の胴部251aの径よりもやや大きい。磁気バネ用マグネット252は、周方向に4つの領域に均等に分割されており、図13に示す組立状態において、チルトマグネット151(図2参照)と対向して、互いに引き付けあうように、各領域の極性が調整されている。図13に示す組立状態において、磁気バネ用マグネット252の領域分割の位置は、チルトマグネット151(図5(a)参照)の領域分割の位置と対応するように配置される。
The magnet for
磁気バネ用マグネット252は、孔252aが胴部251aに嵌め込まれ、底面が鍔部251bに載置された状態で、磁気バネ用マグネットホルダ251に接着固定される。さらに、磁気バネ用マグネットホルダ251の孔251cがチルトシャフト25の段部25cに圧入され、段部25cの先端が胴部251aの上面に接着される。図11(b)は、磁気バネ用マグネット252と、磁気バネ用マグネットホルダ251と、チルトシャフト25が一体化された状態を示している。ただし、実際の組立時には、磁気バネ用マグネットホルダ251とチルトシャフト25との間に、アウターユニット20のアクチュエータフレーム21と、チルトコイルユニット22が介在する。
The
チルトシャフト26は、チルトシャフト25と同様にして構成されている。磁気バネ用マグネットホルダ261は、磁気バネ用マグネットホルダ251と同様にして構成されている。磁気バネ用マグネット262は、磁気バネ用マグネット252と同様にして構成されている。チルトシャフト26と、磁気バネ用マグネットホルダ261と、磁気バネ用マグネット262も、上記と同様にして一体化される。
The
図1に戻り、サスペンションワイヤー27a〜27dは、りん青銅、ベリリウム銅等からなり、導電性に優れ、ばね性を有する。サスペンションワイヤー27a〜27dは、断面が矩形状となっている。サスペンションワイヤー27a〜27dは、互いに同じ形状および特性を持ち、パンコイル171、181とLED122への電流供給のために利用される。サスペンションワイヤー27a〜27dは、通常の状態において、後方に湾曲した形状を有している。
Returning to FIG. 1, the
インナーユニット10とアウターユニット20の組立時には、まず、インナーユニット10が、アウターユニット20内に収容される。そして、図12に示すように、左から、チルトシャフト25の段部25aがアクチュエータフレーム21の軸孔21aに通され、段部25bが、インナーユニットフレーム11の軸受け11oに通される。その後、磁気バネ用マグネットホルダ251が、チルトシャフト25の段部25cに通され、接着固定される。
When the
また、同様にして、右から、チルトシャフト26の段部26aがアクチュエータフレーム21の軸孔21dに通され、段部26bが、インナーユニットフレーム11の軸受け11oに通される。そして、磁気バネ用マグネットホルダ261が、チルトシャフト26の段部26cに通され、接着固定される。
Similarly, from the right, the
この状態で、チルトシャフト25、26が回動され、磁気バネ用マグネット252、262の回転方向の位置が調整される。具体的には、インナーユニット10が鉛直方向に直立した状態で、磁気バネ用マグネット252、262の各磁極領域が、チルトマグネット151、161の対応する磁極領域に正対向する位置に、磁気バネ用マグネット252、262の位置が調整される。かかる調整が終了した後、チルトシャフト25、26が、アクチュエータフレーム21に接着固定される。
In this state, the
これにより、インナーユニットフレーム11がTilt方向に回動しても、チルトシャフト25、26と磁気バネ用マグネット252、262は、回動しないよう固定される。他方、チルトマグネット151、161は、インナーユニットフレーム11と一体となって回動する。
Thereby, even if the
インナーユニットフレーム11が回動していないとき、磁気バネ用マグネット252、262の各領域の境界の位置と、チルトマグネット151、161の各領域の境界の位置は一致している。また、磁気バネ用マグネット252、262の各領域の極性は、対向するチルトマグネット151、161の各領域の極性と異なっている。したがって、チルトマグネット151、161は、それぞれ、右方向、左方向に引き付けられ、これにより、インナーユニットフレーム11に右方向および左方向の力が働く。図12の状態では、これら2つの力は、互いに釣り合っている。このため、インナーユニットフレーム11は左右何れか一方の方向に付勢されることなく、アウターフレーム21に支持された状態にある。
When the
図12に示すように、かかる取り付け状態では、軸受け11oと磁気バネ用マグネットホルダ251との間、軸受け11oと磁気バネ用マグネットホルダ261との間、チルトマグネット151とチルトコイル221との間、および、チルトマグネット161とチルトコイル231との間に隙間が生じる。軸受け11oと磁気バネ用マグネットホルダ251との間の隙間と、軸受け11oと磁気バネ用マグネットホルダ261との間の隙間は、チルトマグネット151とチルトコイル221との間の隙間と、チルトマグネット161とチルトコイル231との間に隙間よりもかなり小さい。このため、インナーユニットフレーム11は、軸受け11oと磁気バネ用マグネットホルダ251との間の隙間と、軸受け11oと磁気バネ用マグネットホルダ261との間の隙間の分だけ、左右方向に僅かに移動可能であるが、インナーユニットフレーム11が左右に移動しても、チルトマグネット151、161が、チルトコイル221、231に衝突することはない。
As shown in FIG. 12, in such an attached state, between the bearing 11o and the magnetic
なお、図12の状態から、左側の軸受け11oが磁気バネ用マグネットホルダ251に当接すると、磁気バネ用マグネット252とチルトマグネット151との間の距離が、磁気バネ用マグネット262とチルトマグネット161との間の距離よりも小さくなる。このため、インナーユニットフレーム11の左右に加わる磁力は、右方向に働く磁力の方が強くなる。かかる磁力のアンバランスにより、その後、左方向に外力が加わるまでは、左側の軸受け11oが磁気バネ用マグネットホルダ251に当接した状態が保たれる。すなわち、左側の軸受け11oが磁気バネ用マグネットホルダ251に当接した状態で、インナーユニットフレーム11がTilt方向に回動される。
From the state of FIG. 12, when the left bearing 11o contacts the magnetic
こうして、インナーユニット10がアウターユニット20に回動可能に取り付けられると、図13(b)に示すように、サスペンションワイヤー27a、27bの一端が、サスペンションワイヤー固定基板191の端子穴191bに通され、半田付けられる。また、サスペンションワイヤー27a、27bの他端が、PSD基板241の2つの端子穴241cに通され、半田付けられる。
Thus, when the
同様に、サスペンションワイヤー27c、27dの一端が、サスペンションワイヤー固定基板192の端子穴192bに通され、半田付けられる。また、サスペンションワイヤー27c、27dの他端が、PSD基板241の2つの端子穴241dに通され、半田付けられる。サスペンションワイヤー27a〜27dは、図13(a)のようにミラー123のミラー面が水平方向に対して垂直であるときに、通常の状態から略変形することなく端子穴191b、192bと、端子穴241c、241dとを繋ぐように、後方に湾曲した形状を有する。これにより、サスペンションワイヤー27a〜27dは、インナーユニットフレーム11に極力、不要な力を加えずに、インナーユニットフレーム11がTilt方向に回動するときに必要な長さを有することできる。また、サスペンションワイヤー27a〜27dにより、インナーユニットフレーム11に取り付けられたパンコイル171、181、およびLED122に対して、電流が供給される。
Similarly, one end of each of the
また、図示しないが、チルトコイル221、231には、PSD基板241から、導線が直接接続され、電流が供給される。なお、チルトコイル221、231は、回動しないアクチュエータフレーム21に取り付けられているため、導線が直接接続されたとしても、ミラー123の回動には、影響しない。
In addition, although not shown, a conductive wire is directly connected to the tilt coils 221 and 231 from the
こうして、ミラーアクチュエータ1の組立が完了する。図13(a)は、ミラーアクチュエータ1を前方から見た斜視図、図13(b)は、ミラーアクチュエータ1を後方から見た斜視図である。この状態で、インナーユニットフレーム11は、チルトシャフト25、26の周りにTilt方向に回動可能となる。なお、パンコイルユニット17、18とサスペンションワイヤー固定基板191、192は、インナーユニットフレーム11のTilt方向の回動に伴って、Tilt方向に回動する。
Thus, the assembly of the
図13に示すアセンブル状態において、パンコイル171、181に電流を流すと、パンコイル171、181と、パンマグネット131、141に生じる電磁駆動力によってパンコイルユニット17、18とともにパンシャフト12が回動し、これにより、ミラー123が、パンシャフト12を軸としてPan方向に回動する。
In the assembled state shown in FIG. 13, when a current is passed through the pan coils 171 and 181, the
ミラー123がPan方向に回動すると、パンコイルユニット17、18は一体的に回動し、サスペンションワイヤー固定基板191、192は回動しない。したがって、サスペンションワイヤー19a、19bと、サスペンションワイヤー19c、19dは、それぞれ、長手方向に引っ張られながら、パンシャフト12を中心として、ねじれの位置に位置付けられる。このとき、サスペンションワイヤー19a〜19dは、長手方向に伸縮しないため、可撓性を有するサスペンションワイヤー固定基板191、192が上方向に引っ張られる。こうすると、サスペンションワイヤー19a〜19dとサスペンションワイヤー固定基板191、192のばね性により、パンシャフト12を中心とした、ミラー123のPan方向の回動方向と逆向きのトルクが発生する。このモーメントは、サスペンションワイヤー19a〜19dとサスペンションワイヤー固定基板191、192のばね定数とパンシャフト12を中心としたミラー123の回動位置とによって算出可能な所定の値となる。このように、ミラー123がPan方向に回動した状態では、常に逆向きのトルクが発生するため、パンコイル171、181への電流の印加を中止すると、ミラー123は、回動前の位置に戻される。
When the
このように、ミラー123をPan方向に回動させるために必要な力は、サスペンションワイヤー19a〜19dとサスペンションワイヤー固定基板191、192のばね性に依存する。したがって、このばね性を調整することによって、ミラー123の回動に必要な共振周波数を調整することができる。サスペンションワイヤー19a〜19dは、直線状に張られており、サスペンションワイヤー19a〜19dのばね定数が異なるものに交換、または、サスペンションワイヤー19a〜19dの径の太さが異なるものに交換することは、容易である。このように、サスペンションワイヤー19a〜19dまたはサスペンションワイヤー固定基板191、192を交換するという、簡易な作業のみでPan方向におけるミラー123の共振周波数を調整することができる。
Thus, the force required to rotate the
図13に示すアセンブル状態において、チルトコイル221、231に電流を流すと、チルトコイル221、231と、チルトマグネット151、161に生じる電磁駆動力によってパンコイルユニット17、18とともにインナーユニットフレーム11がチルトシャフト25、26を軸とするチルト方向に回動し、これにより、ミラー123が、チルト方向に回動する。
In the assembled state shown in FIG. 13, when an electric current is passed through the tilt coils 221 and 231, the
図14は、磁気バネ用マグネット252の作用を示す図である。なお、磁気バネ用マグネット262も、以下と同様の作用を奏するが、ここでは、磁気バネ用マグネット252の作用のみについて説明する。
FIG. 14 is a diagram illustrating the operation of the
図14(a)は、インナーユニットフレーム11がTilt方向に回動していないときのチルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252の位置関係を示す図である。この状態において、ミラー123のミラー面は、水平面に対して垂直となっている。このときのインナーユニットフレーム11の位置を、「チルト中立位置」と称する。
FIG. 14A is a diagram showing a positional relationship between the
図14(b)は、インナーユニットフレーム11がチルト中立位置にあるときのチルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252の位置関係を模式的に示す図である。なお、図14(b)には、便宜上、チルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252の大きさが異なるように示されているが、実際には、チルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252は、略同様の大きさを有している。また、図14(b)には、チルトコイル221が破線で示されている。
FIG. 14B is a diagram schematically showing the positional relationship between the
図14(b)に示すように、インナーユニットフレーム11がチルト中立位置にあるとき、チルトマグネット151の領域分割の位置と、磁気バネ用マグネット252の領域分割の位置は一致している。したがって、チルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252は、N極とS極が対向するように位置付けられている。したがって、チルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252間には、互いに近づく方向にのみ引き合う力が発生する。
As shown in FIG. 14B, when the
図14(b)の状態において、チルトコイル221に電流が流れると、チルトコイル221の直線部分221aにチルトマグネット151からの磁界が付与されることにより生じる電磁駆動力により、チルトマグネット151にチルト方向の駆動力が付与される。この駆動力によって、チルトマグネット151がTilt方向に回動する。
In the state of FIG. 14B, when a current flows through the
図14(c)に示すように、インナーユニットフレーム11がチルト中立位置からTilt方向に回動すると、チルトマグネット151は、インナーユニットフレーム11に伴って回動するが、磁気バネ用マグネット252は、チルトシャフト25に固定されているため、回動しない。このため、図14(d)に示すように、チルトマグネット151の領域分割の位置と、磁気バネ用マグネット252の領域分割の位置が周方向にずれる。これにより、チルトマグネット151のN極の領域の一部が、磁気バネ用マグネット252のN極の領域の一部に向かい合い、チルトマグネット151のS極の領域の一部が、磁気バネ用マグネット252のS極の領域の一部に向かい合う。このため、チルトマグネット151の各領域に、チルトマグネット151をチルト中立位置に引き戻す磁力が発生する。これにより、インナーユニットフレーム11に、チルト中立位置へと向かうトルク(抗力)が加わる。このトルク(抗力)は、チルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252の間に発生する磁力の強さと、インナーユニットフレーム11の回動位置とによって算出可能な所定の値となる。このように、ミラー123がインナーユニットフレーム11と一体になってチルト中立位置から回動すると、常に逆向きのトルクが発生するため、チルトコイル221、231への電流の印加を中止すると、ミラー123は、チルト中立位置に戻される。
As shown in FIG. 14C, when the
このように、ミラー123をTilt方向に回動させるために必要な力は、チルトマグネット151、161と、磁気バネ用マグネット252、262の間に発生する磁力の大きさに依存する。したがって、この磁力を調整することによって、Tilt方向におけるミラー123の共振周波数を調整することができる。
Thus, the force required to rotate the
チルトマグネット151、161と磁気バネ用マグネット252、262との間に発生する磁力の大きさは、たとえば、磁気バネ用マグネット252、262の大きさや形状、磁気強度を調整することにより調整することができる。この他、チルトマグネット151、161と磁気バネ用マグネット252、262との間の距離を変えることにより、チルトマグネット151、161と磁気バネ用マグネット252、262との間に発生する磁力の大きさを変えることもできる。
The magnitude of the magnetic force generated between the
図15は、チルトマグネット151、161と磁気バネ用マグネット252、262の間に発生する磁力を調整する場合の構成例を示す図である。なお、ここでは、磁気バネ用マグネット252側の構成例について説明する。磁気バネ用マグネット262側の構成例も、以下と同様である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example when adjusting the magnetic force generated between the
図15(a)では、磁気バネ用マグネット252が厚さDの厚いものに交換されている。この場合、チルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252間に発生する磁力が高められる。逆に、磁気バネ用マグネット252が厚さDを薄いものに交換されると、チルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252間に発生する磁力を小さくすることができる。このように、磁気バネ用マグネット252の厚さDを変更するという簡易な作業のみで、インナーユニットフレーム11に掛かる抗力を調整することができ、Tilt方向におけるミラー123の共振周波数を調整することができる。
In FIG. 15A, the
なお、厚みに限らず、磁気バネ用マグネット252の径や大きさを変えることによって、あるいは、形は変えずに、磁気強度が異なるものに交換することによっても、Tilt方向におけるミラー123の共振周波数を調整することができる。
The resonance frequency of the
図15(b)は、チルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252との間の距離を変える場合の構成例を示す図である。この構成例では、チルトシャフト25の段部25cにネジ溝25dが設けられ、さらに、磁気バネ用マグネットホルダ251の孔251cに、ネジ溝25dと噛み合うネジ溝251dが設けられている。
FIG. 15B is a diagram illustrating a configuration example when the distance between the
この場合、図15(c)に示すように、磁気バネ用マグネットホルダ251を回転させることにより、チルトシャフト25の軸方向に、磁気バネ用マグネット252の位置を変えることができ、これにより、チルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252との間の距離Lを変化させることができる。距離Lを大きくすることによって、チルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252間に発生する磁力を小さくすることができ、距離Lを小さくすることによって、チルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252間に発生する磁力を大きくすることができる。
In this case, as shown in FIG. 15C, by rotating the magnetic
このように、図15(b)、(c)の構成例では、チルトマグネット151と磁気バネ用マグネット252との間の距離Lを変更するという簡易な作業のみで、インナーユニットフレーム11に掛かる抗力を調整することができ、Tilt方向におけるミラー123の共振周波数を調整することができる。
As described above, in the configuration examples of FIGS. 15B and 15C, the drag applied to the
なお、図13の状態において、チルトシャフト25、26を同じ方向に回転させると、これに伴い、磁気バネ用マグネット252、262が回動するため、磁気バネ用マグネット252、262とチルトマグネット151、162との間の磁力によって、インナーユニットフレーム11がチルト方向に回動し、ミラー123の位置が変化する。したがって、チルトコイル221、231に電流を流入していない状態で、チルトシャフト25、26を回動させることによって、Tilt方向におけるミラー123の位置を調整することができる。チルトシャフト25、26の頭部には、ドライバー等のジグを嵌め込むための溝が形成されている。チルトシャフト25、26は、ミラー123がチルト中立位置になるように回動位置が調整された後、アクチュエータフレーム21に接着固定される。
In the state of FIG. 13, when the
図16は、実施の形態に係るミラーアクチュエータ1が装着された状態のレーザレーダ300の構成を示す図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of the
図16(a)は、レーザレーダ300の内部を側面から透視した図、図16(b)は、レーザレーダ300の外観斜視図である。
16A is a perspective view of the inside of the
図16(a)を参照して、レーザレーダ300は、筐体301と、投射/受光窓302と、投射ユニット400と、受光ユニット500と、回路基板600とを備える。
Referring to FIG. 16A, the
筐体301は、立方体形状をしており、内部に、投射ユニット400と、受光ユニット500と、回路基板600とを収容する。筐体301の正面には、投射/受光窓302が装着される。
The
投射/受光窓302は、図13(b)に示すように、表面が湾曲した曲面状の透明な板からなっている。投射/受光窓302は、透明性の高い材料からなり、また、入射面と出射面に反射防止膜(ARコート)が付されている。
As shown in FIG. 13B, the projection /
投射ユニット400は、レーザホルダ401と、レーザ光源402と、ビーム整形レンズ403と、ミラーアクチュエータ1とを備える。
The
レーザホルダ401は、レーザ光源402およびビーム整形レンズ403よりも径がやや大きい円筒状であり、内部にレーザ光源402を保持し、正面にビーム整形レンズ403が装着される。
The
レーザ光源402は、波長900nm程度のレーザ光を出射する。レーザ光源402は、ミラー123のPan方向の回動による目標領域におけるレーザ光の走査範囲を大きくするため、レーザ光の出射方向が、鉛直方向(Y軸正方向)からYZ平面の面内方向においてミラー123側に傾くよう、配置される。レーザ光源402は、回路基板402aに電気的に接続される。
The
ビーム整形レンズ403は、ビーム整形レンズ403の光軸がレーザ光源402の出射光軸に一致するようにレーザホルダ401に装着される。また、ビーム整形レンズ403は、出射レーザ光が、目標領域において所定の形状となるよう、出射レーザ光を収束させる。たとえば、目標領域(本実施の形態では、投射/受光窓302から前方数10m程度の位置に設定される)におけるビーム形状が、縦2m、横0.2m程度の楕円形状となるように、ビーム整形レンズ403が設計される。
The
ミラーアクチュエータ1は、ミラー123が中立位置にあるとき、ミラーアクチュエータ1のミラー123のミラー面とレーザ光源402から出射されるレーザ光の入射角が所定の角度(たとえば60度)となるように設置される。なお、「中立位置」とは、ミラー123がミラーアクチュエータ1によって回動されず、図1の前後方向に垂直となる位置をいう。中立位置において、ビーム整形レンズ403からのレーザ光は、ミラー123の略中心に入射する。
The
受光ユニット500は、鏡筒501と、バンドパスフィルタ502と、受光レンズ503と、光検出器504とを備える。
The
鏡筒501は、内部にバンドパスフィルタ502と、受光レンズ503と、光検出器504が装着される。
The
バンドパスフィルタ502は、誘電体多層膜で構成されており、出射レーザ光の波長帯域の光のみを透過させる。なお、バンドパスフィルタ502は、反射光が略平行光の状態で入射されるため、簡素な膜構成のものが用いられる。
The
受光レンズ503は、フレネルレンズであり、目標領域から反射された光を集光する。フレネルレンズは、凸レンズを同心円状の領域に分割し厚みを減らしたレンズである。
The
光検出器504は、APD(アバランシェ・フォトダイオード)またはPINフォトダイオードからなり、回路基板504aに装着されている。光検出器504は、受光光量に応じた大きさの電気信号を回路基板504aに出力する。光検出器504の受光面は、複数の領域に分割されておらず、単一の受光面からなっている。また、光検出器504の受光面は、迷光の影響を抑えるため、縦横の幅が狭く構成されている(例えば1mm前後)。
The
レーザ光源402から出射されたレーザ光は、ビーム整形レンズ403によって収束作用を受け、目標領域において所定の形状に整形される。ビーム整形レンズ403を透過したレーザ光は、ミラーアクチュエータ1のミラー123に入射し、ミラー123によって目標領域に向かって反射される。
The laser light emitted from the
図16(b)に示す如く、ミラーアクチュエータ1によってミラー123がPan方向およびTilt方向に駆動されることにより、出射レーザ光が目標領域内においてスキャンされる。レーザ光は、目標領域において、X−Z平面に平行な複数の走査ラインに沿ってスキャンされる。各走査ラインに沿ってレーザ光を走査させるために、ミラー123は、Pan方向の他、Tilt方向にも駆動される。また、走査ラインを変更するために、ミラー123がTilt方向に駆動される。
As shown in FIG. 16B, the
図16(a)に戻り、目標領域からの反射光は、出射レーザ光が目標領域へと向かう光路を逆行して、ミラー123に入射する。ミラー123に入射した反射光は、ミラー123により反射され、レーザホルダ401と鏡筒501との間の隙間を介して、受光レンズ503に入射する。
Returning to FIG. 16A, the reflected light from the target area travels back along the optical path of the emitted laser light toward the target area and enters the
かかる反射光の挙動は、ミラー123がどのような回動位置にあっても同じである。すなわち、ミラー123がどのような回動位置にあっても、目標領域からの反射光は、出射レーザ光の光路を逆行し、ビーム整形レンズ403の光軸に平行に進んで、受光レンズ503に入射する。
The behavior of the reflected light is the same regardless of the rotation position of the
回路基板600は、レーザ光源402用の回路基板402aと、光検出器504用の回路基板504aと、ミラーアクチュエータ1のPSD基板241と電気的に接続されている。回路基板600は、CPUやメモリ等を備え、レーザ光源402およびミラーアクチュエータ1を制御する。さらに、回路基板600は、光検出器504からの信号に基づいて、目標領域における物体の有無および物体までの距離を測定する。具体的には、レーザ光が出射されたタイミングと、光検出器504から信号が出力されたタイミングとの時間差から、この物体までの距離が測定される。レーザレーダ300の回路構成は、追って図18を参照して説明する。
The
図17(a)、図17(b)は、ミラー123の位置を検出するためのサーボ光学系を説明する図である。図17(a)には、ミラーアクチュエータ1の一部断面図とレーザ光源402のみが示されている。
FIGS. 17A and 17B are diagrams illustrating a servo optical system for detecting the position of the
図17(a)を参照して、上述のように、ミラーアクチュエータ1には、LED122と、ピンホール箱244と、PSD基板241と、PSD242が配されている。
Referring to FIG. 17A, as described above, the
LED122、PSD242およびピンホール244aは、ミラーアクチュエータ1のミラー123が上記中立位置にあるときに、LED122がピンホール箱244のピンホール244aとPSD242の中心に向き合うように配置されている。すなわち、ミラー123が中立位置にあるとき、LED122から出射されピンホール244aを通るサーボ光が、PSD242の中心に垂直に入射するよう、ピンホール箱244およびPSD242が配置されている。また、ピンホール箱244は、LED122とPSD242の中間位置よりもPSD242に近い位置に配置されている。
The
ここで、LED122から拡散するように発せられたサーボ光は、その一部が、ピンホール244aを通過し、PSD242によって受光される。ピンホール244a以外の領域に入射されたサーボ光は、ピンホール箱244によって遮光される。PSD242は、サーボ光の受光位置に応じた電流信号を出力する。
Here, a part of the servo light emitted so as to diffuse from the
たとえば、図17(b)のようにミラー123が破線で示す中立位置から矢印方向に回動すると、LED122の拡散光(サーボ光)のうちピンホール244aを通る光の光路は、LP1からLP2へと変位する。その結果、PSD242上におけるサーボ光の照射位置が変化し、PSD242から出力される位置検出信号が変化する。この場合、LED122からのサーボ光の発光位置と、PSD242の受光面上におけるサーボ光の入射位置は一対一に対応する。したがって、PSD242にて検出されるサーボ光の入射位置によって、ミラー123の位置を検出することができ、結果、目標領域における走査レーザ光の走査位置を検出することができる。
For example, as shown in FIG. 17B, when the
図18は、レーザレーダ300の回路構成を示す図である。なお、同図には、便宜上、レーザレーダ300の主要な構成が併せて示されている。図示の如く、レーザレーダ300は、PSD信号処理回路601と、サーボLED駆動回路602と、アクチュエータ駆動回路603と、スキャンLD駆動回路604と、PD信号処理回路605と、DSP606を備えている。
FIG. 18 is a diagram illustrating a circuit configuration of the
PSD信号処理回路601は、PSD242からの出力信号をもとに求めた位置検出信号をDSP606に出力する。サーボLED駆動回路602は、DSP606からの信号をもとに、LED122に駆動信号を供給する。アクチュエータ駆動回路603は、DSP606からの信号をもとに、ミラーアクチュエータ1を駆動する。具体的には、目標領域においてレーザ光を所定の軌道に沿って走査させるための駆動信号がミラーアクチュエータ1に供給される。
The PSD
スキャンLD駆動回路604は、DSP606からの信号をもとに、レーザ光源402に駆動信号を供給する。具体的には、目標領域にレーザ光を照射するタイミングで、パルス状の駆動信号(電流信号)がレーザ光源402に供給される。
The scan
PD信号処理回路605は、光検出器504の受光光量に応じた電圧信号を増幅およびデジタル化してDSP606に供給する。
The PD
DSP606は、PSD信号処理回路601から入力された位置検出信号をもとに、目標領域におけるレーザ光の走査位置を検出し、ミラーアクチュエータ1の駆動制御や、レーザ光源402の駆動制御等を実行する。また、DSP606は、PD信号処理回路605から入力される電圧信号に基づいて、目標領域内のレーザ光照射位置に物体が存在するかを判定し、同時に、レーザ光源402から出力されるレーザ光の照射タイミングと、光検出器504にて受光される目標領域からの反射光の受光タイミングの間の時間差をもとに、物体までの距離を測定する。
The
以上、本実施の形態によれば、磁気バネ用マグネット252、262が設けられているため、磁気バネ用マグネット252、262の厚さ、磁力の強度等を変更するという簡易な作業により、Tilt方向におけるミラー123の共振周波数を調整することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the
また、本実施の形態によれば、磁気バネ用マグネット252、262が、Tilt方向の回動軸のチルトシャフト25、26に装着されるため、磁気バネ用マグネット252、262を装着するための部材を新たに設けずともよく、ミラーアクチュエータ1をコンパクトに構成することができる。
In addition, according to the present embodiment, since the
また、本実施の形態によれば、磁気バネ用マグネット252、262は、磁気バネ用マグネットホルダ251、261に装着されているため、簡易に磁気バネ用マグネット252、262を交換することができる。
Further, according to the present embodiment, since the
また、図15(b)のように、チルトシャフト25、26をネジ状に構成すれば、磁気バネ用マグネット252、262の位置を容易に変更することができる。したがって、Tilt方向におけるミラー123の共振周波数をより簡易に調整することができる。
Further, as shown in FIG. 15B, if the
また、本実施の形態によれば、磁気バネ用マグネット252と磁気バネ用マグネット262が、左右の両側に設けられるため、インナーユニットフレーム11の左右両側に対して、略均等な抗力を加えることができる。したがって、ミラー123をTilt方向に安定して回動させることができる。
Further, according to the present embodiment, since the
また、本実施の形態によれば、サスペンションワイヤー19a〜19dが、直線状に張られているため、容易にばね定数が異なるものに交換することができる。したがって、Pan方向におけるミラー123の共振周波数を簡易に調整することができる。
Further, according to the present embodiment, since the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made to the embodiments of the present invention other than the above.
たとえば、上記実施の形態では、インナーユニットフレーム11側にチルトマグネット151、161が配置され、アクチュエータフレーム21側にチルトコイル221、231が配置されたが、図19(a)の変更例1に示すように、インナーユニットフレーム11側にチルトコイル221、231が配置され、アクチュエータフレーム21側にチルトマグネット151、161が配置されても良い。この場合、磁気バネ用マグネット252、262は、インナーユニットフレーム11に取り付けられ、ミラー123のTilt方向の回動に伴って、インナーユニットフレーム11と一体的に回動する。これにより、上記実施の形態同様、磁気バネ用マグネット252、262によって、インナーユニットフレーム11に、チルト方向の回動に反する抗力を加えることができる。
For example, in the above embodiment, the
また、この場合、チルトマグネット151、161と磁気バネ用マグネット252、262との間にチルトコイル221、231が挟まれるため、上記実施の形態の場合に比べて、チルトコイル221、231に印加される磁界が強くなる。
In this case, since the tilt coils 221 and 231 are sandwiched between the
図19(b)を参照して、インナーユニットフレーム11を回転させるための駆動力(電磁力)は、チルトコイル221の直線部分221aにおいて、励起される。図19(b)の状態では、この直線部分221aの位置において、チルトマグネット151の磁極と磁気バネ用マグネット252の磁極が異なっている。このため、この直線部分221aに強い磁界が印加され、直線部分221aに大きな駆動力が励起される。
Referring to FIG. 19B, the driving force (electromagnetic force) for rotating the
インナーユニットフレーム11がTilt方向に回転され、図19(c)のように、磁気バネ用マグネット252とチルトコイル221が回動すると、磁気バネ用マグネット252の磁極の一部がチルトマグネット151の同じ磁極に入り込み、この部分において、磁界がやや不安定となる。しかしながら、この場合も、直線部分221aの位置では、チルトマグネット151の磁極と磁気バネ用マグネット252の磁極が異なっているため、この直線部分221aには、安定した強い磁界が印加される。このため、直線部分221aには、図19(b)の場合と同様、大きな駆動力が励起される。
When the
なお、図19(a)の構成では、磁気バネ用マグネット252が、特許請求の範囲に記載の第1の磁石に相当し、チルトマグネット151が、特許請求の範囲に記載の第2の磁石に相当する。
In the configuration of FIG. 19A, the magnet for
なお、変更例1の場合、上記実施の形態と比べ、磁気バネ用マグネット252とチルトマグネット151間の距離が大きくなるため、印加される磁界が弱まる。そのため、上記実施の形態と同等のトルクを発生させるためには、磁気バネ用マグネット252とチルトマグネット151間の距離が小さくなるように構成すればよい。
In the case of the modification example 1, the distance between the
また、上記実施の形態では、ミラー123のTilt方向の回動に対して、磁気バネ用マグネット252、262が用いられたが、ミラー123のPan方向の回動に対して、磁気バネ用マグネットが用いられても良い。この場合、たとえば、図13(a)の変更例2に示すように、パンシャフト12の上方に、磁気バネ用マグネット292が取り付けられる。このとき、ミラー123がPan方向に回動すると、パンコイル171と磁気バネ用マグネット292が一体的に回動し、パンマグネット131は、回動しない。これにより、上記実施の形態同様、磁気バネ用マグネット292によって、パンシャフト12に、パン方向の回動に反する抗力を加えることができ、Pan方向におけるミラー123の共振周波数を調整することができる。
In the above-described embodiment, the
なお、図20(a)の構成では、インナーユニットフレーム11が、特許請求の範囲に記載の支持部に相当し、パンシャフト12が、特許請求の範囲に記載の可動部に相当する。また、磁気バネ用マグネット292が、特許請求の範囲に記載の第1の磁石に相当し、パンマグネット131が、特許請求の範囲に記載の第2の磁石に相当する。
In the configuration of FIG. 20A, the
また、上記実施の形態では、磁気バネ用マグネット252、262は、チルトシャフト25、26に取り付けられたが、図20(b)の変更例3に示すように、アクチュエータフレーム21がチルトマグネット151に対向する位置まで延びるように形成され、そこに磁気バネ用マグネット252が取り付けられても良い。この場合、チルトシャフト25は、上記実施の形態よりも短く構成される。変更例3の場合、上記実施の形態に比べ、アクチュエータフレーム21が大型化し易いが、上記実施の形態同様の効果が奏され得る。
In the above embodiment, the magnets for
また、上記実施の形態では、磁気バネ用マグネット252、262は、磁気バネ用マグネットホルダ251、261を介して、チルトシャフト25、26に取り付けられたが、磁気バネ用マグネットホルダ251、261が省略され、チルトシャフト25、26に直接、磁気バネ用マグネット252、262が取り付けられても良い。
In the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、磁気バネ用マグネット252、262は、チルトシャフト25、26にそれぞれ設けられたが、片側のチルトシャフトのみに設けられても良い。この場合、片側のチルトシャフトのみに、磁気バネ用マグネットの磁力が加わるため、Tilt方向の回動時のバランスがやや悪くなるが、上記実施の形態同様、ミラー123の安定した抗力を加えることができる。
In the above embodiment, the magnets for
また、上記実施の形態では、磁気バネ用マグネット252がチルトマグネット151を引きつける力と磁気バネ用マグネット262がチルトマグネット151を引きつける力が釣り合うように磁気バネ用マグネット252、262が配置されたが、引きつける力が片方に偏るように、磁気バネ用マグネット252、262が配置されても良い。これにより、左右何れか一方に、インナーユニットフレーム11が引っ張られる力が発生するため、左右何れか一方の軸受け11o(図12参照)が、磁気バネ用マグネットホルダ251または磁気バネ用マグネットホルダ262に押し付けられる。したがって、インナーユニットフレーム11のチルトシャフト25、26の軸方向の移動が抑制され得る。
In the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、チルトマグネット151、161および磁気バネ用マグネット252、262は、4つの領域に分割されたが、2つの領域に分割されても良い。
In the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、チルトマグネット151、161および磁気バネ用マグネット252、262は円形形状のものが用いられたが、方形形状のものが用いられても良い。なお、チルトマグネット151、161および磁気バネ用マグネット252、262は回転するため、チルトマグネット151、161および磁気バネ用マグネット252、262は、上記実施の形態のように、円形形状の方が望ましい。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、パンコイル171、181およびLED122に電流を供給するために、4本の断面が円形形状のサスペンションワイヤー19a〜19dが用いられたが、サスペンションワイヤーの数がこれに限られるものではない。たとえば、上記実施の形態において、給電に用いられないサスペンションワイヤーをさらに配置しても良い。また、サスペンションワイヤー19a〜19dは、断面が矩形状のものが用いられても良い。
In the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、サーボ光を拡散発光するための光源として、拡散タイプ(広指向タイプ)のLED122が用いられたが、拡散タイプでないLEDが用いられるようにしても良い。この場合、拡散タイプでないLEDの光出射側には、光拡散作用を有する拡散レンズが配置されるようにしても良い。また、拡散タイプでないLEDが、光拡散作用を有するキャップにより覆われるようにしても良い。
In the above embodiment, the diffusion type (wide directional type)
さらに、上記実施の形態では、インナーユニットフレーム11がTilt方向に回動し、このインナーユニットフレーム11に対してミラー123がPan方向に回動するように、ミラーアクチュエータ1が構成されたが、インナーユニットフレーム11がPan方向に回動し、このインナーユニットフレーム11に対してミラー123がTilt方向に回動するように、ミラーアクチュエータ1が構成されても良い。
Further, in the above embodiment, the
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。 In addition, the embodiment of the present invention can be variously modified as appropriate within the scope of the technical idea shown in the claims.
1 … ミラーアクチュエータ
10 … インナーユニット(可動部)
123 … ミラー
151 … チルトマグネット(第1の磁石、駆動部)
161 … チルトマグネット(第1の磁石、駆動部)
20 … アウターユニット(支持部)
221 … チルトコイル(コイル、駆動部)
231 … チルトコイル(コイル、駆動部)
25 … チルトシャフト(回動軸)
251 … 磁気バネ用マグネットホルダ(保持部材)
252 … 磁気バネ用マグネット(第2の磁石)
26 … チルトシャフト(回動軸)
261 … 磁気バネ用マグネットホルダ(保持部材)
262 … 磁気バネ用マグネット(第2の磁石)
300 … レーザレーダ
400 … 投射ユニット(ビーム照射装置)1 ...
123 ...
161: Tilt magnet (first magnet, drive unit)
20 ... Outer unit (support)
221: Tilt coil (coil, drive unit)
231... Tilt coil (coil, drive unit)
25 ... Tilt shaft (rotating axis)
251 ... Magnet holder for magnetic spring (holding member)
252 ... Magnet for magnetic spring (second magnet)
26 ... Tilt shaft (rotating axis)
261 ... Magnet holder for magnetic spring (holding member)
262 ... Magnet for magnetic spring (second magnet)
300 ...
Claims (7)
ミラーを保持するとともに前記支持部に回動可能に支持された可動部と、
前記支持部と前記可動部とにそれぞれ配され、前記可動部が所定の設定位置から回動したときに、前記設定位置に前記可動部を引き戻す磁力を前記可動部に付与する磁性部材と、
を有することを特徴とするミラーアクチュエータ。A support part;
A movable part that holds the mirror and is rotatably supported by the support part;
A magnetic member that is disposed on each of the support portion and the movable portion, and applies a magnetic force to the movable portion to pull the movable portion back to the setting position when the movable portion rotates from a predetermined setting position;
A mirror actuator comprising:
前記磁性部材は、円周方向に複数の領域に区分されるとともに隣り合う領域の磁極が互いに異なる第1の磁石と、前記第1の磁石の前記各領域に対応するように円周方向に複数の領域に区分されるとともに、各領域の磁極が、前記第1の磁石の対応する前記領域の磁極と異なる第2の磁石とを備え、
前記第1の磁石の前記領域が前記可動部の回動軸の周りに並ぶように、前記第1の磁石が前記可動部に設置され、
前記可動部が前記設定位置にあるときに、前記第2の磁石の前記領域が、所定の距離をおいて前記第1の磁石の対応する前記領域に向き合うように、前記第2の磁石が前記支持部に設置されている、
ことを特徴とするミラーアクチュエータ。The mirror actuator according to claim 1, wherein
The magnetic member is divided into a plurality of regions in the circumferential direction and a plurality of magnets in the circumferential direction so as to correspond to the first magnets having different magnetic poles in adjacent regions and the respective regions of the first magnet. A magnetic pole of each region, and a second magnet different from the magnetic pole of the region corresponding to the first magnet,
The first magnet is installed in the movable part so that the region of the first magnet is arranged around the rotation axis of the movable part,
When the movable part is in the set position, the second magnet is moved in such a manner that the region of the second magnet faces the corresponding region of the first magnet at a predetermined distance. Installed in the support,
A mirror actuator characterized by that.
コイルに電流を印加することにより生じる電磁力により前記可動部を駆動する駆動部を備え、
前記第1の磁石と前記第2の磁石の少なくとも一方が、前記コイルに磁界を印加するための手段として前記駆動部に含まれている、
ことを特徴とするミラーアクチュエータ。The mirror actuator according to claim 2,
A drive unit that drives the movable unit by electromagnetic force generated by applying a current to the coil;
At least one of the first magnet and the second magnet is included in the drive unit as means for applying a magnetic field to the coil.
A mirror actuator characterized by that.
前記第1の磁石と前記第2の磁石との間の距離を調整する距離調整部をさらに備える、
ことを特徴とするミラーアクチュエータ。The mirror actuator according to claim 2 or 3,
A distance adjusting unit for adjusting a distance between the first magnet and the second magnet;
A mirror actuator characterized by that.
前記距離調整部は、前記可動部の回動軸に形成されたネジ部と、前記ネジ部に噛み合うとともに前記第2の磁石を保持する保持部材とを含む、
ことを特徴とするミラーアクチュエータ。The mirror actuator according to claim 4, wherein
The distance adjusting unit includes a screw part formed on a rotation shaft of the movable part, and a holding member that meshes with the screw part and holds the second magnet.
A mirror actuator characterized by that.
前記ミラーアクチュエータのミラーにレーザ光を供給するレーザ光源と、を備える、
ことを特徴とするビーム照射装置。A mirror actuator according to any one of claims 1 to 5;
A laser light source for supplying a laser beam to the mirror of the mirror actuator,
A beam irradiation apparatus characterized by that.
前記ミラーアクチュエータのミラーにレーザ光を供給するレーザ光源と、
目標領域から反射された前記レーザ光を受光する受光部と、
前記受光部からの出力に基づき前記目標領域における物体を検出する検出部と、
を備える、
ことを特徴とするレーザレーダ。A mirror actuator according to any one of claims 1 to 5;
A laser light source for supplying laser light to the mirror of the mirror actuator;
A light receiving portion for receiving the laser light reflected from the target area;
A detection unit for detecting an object in the target region based on an output from the light receiving unit;
Comprising
A laser radar characterized by that.
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