JP2003207731A - ２軸光学スキャナー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １枚のミラーのみを使用し、１つの駆動源を
他の駆動源に搭載することなく、２台のミラー駆動源の
動作軸線を同一方向に配置した２軸光学スキャナーを提
案すること。 【解決手段】 ２軸光学スキャナーでは、直動駆動源１
による直線動作を、回転自由でかつ揺動自由な回転揺動
支持機構２と１自由度関節を持つリンク機構３とによ
り、リンク機構３の被駆動部材の端部に固着したミラー
４を従動揺動動作させ、直動駆動源１と同一方向に配置
した回転駆動源６による回転動作でリンク機構３の支持
軸を軸支する揺動支持部材５を従動回転させてミラー４
を回転させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、２軸方向にミラ
ーを回転および／もしくは揺動させて光ビームを偏向す
る２軸光学スキャナーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光ビームを偏向する方法には、下
記のように幾つかが提案され、実用化されている。

【０００３】（２揺動鏡法）光ビームを用いた２次元デ
ィスプレイや光ビーム加工技術などにおいて、光ビーム
を２軸方向に偏向させるための手段としては、１台の駆
動源の出力部材に揺動平面鏡（ガルバノミラー）を固着
し、この駆動源と揺動平面鏡の組み合わせの２組を回転
軸方向を異にして設置し、第１組が偏向した光ビームを
第２組で異なる方向に偏向する従来技術が一般的である
（例えば特願平１１−１３０４６６号）。本明細書では
この従来技術を「２揺動鏡法」と呼ぶものとする。

【０００４】（タンデム法）また、１枚のミラーと２台
の揺動駆動源を使い、ミラーが揺動軸に取り付けられて
いる第１の駆動源を、支持部材を介して、ミラーの中心
点が第２の駆動源の揺動中心線上に位置するように取り
付け、第１の駆動源でミラー中心を揺動中心軸線に包含
するように第２の駆動源を揺動し、第２の駆動源でミラ
ーを揺動する従来技術も知られている（例えば特願平４
−４１７７８号）。本明細書ではこの従来技術を「タン
デム法」と呼ぶものとする。

【０００５】（ジンバル法）さらに、ミラーをジンバル
機構により互いに直交する二つの支持軸の周りに揺動自
在に支持し、各支持軸を２台の駆動源によりそれぞれ駆
動すれば、それらの揺動運動がジンバル機構の枠体に伝
えられ、２台の揺動駆動源の揺動動作が合成されて２軸
揺動部材に伝えられ、２軸の支持軸の周りにおいて２次
元方向にミラーは揺動駆動される従来技術も知られてい
る（例えば特願平５−１０９９８０号）。本明細書で
は、この従来技術を「ジンバル法」と呼ぶものとする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
２揺動鏡法では２枚のミラーを使用しているので、光路
が長くなり、光路調整が複雑である。また、偏向後に光
ビームを対象物に照射するときのレンズ構成が複雑化
し、第１のミラーによる光ビームの走査範囲は第２のミ
ラーの外形寸法とミラー間の距離により制限されるとい
った問題点がある。

【０００７】また、上記のタンデム法では、第１の駆動
源は第２の駆動源全体を搭載し負荷機構として揺動動作
する必要があるので、第１の駆動源の負荷機構としての
慣性モーメントが、ミラーのみを負荷機構としている２
揺動鏡法に比較して非常に大きい。このため、短時間で
の位置決めや高速の走査を必要とする用途には不向きで
あるという問題点がある。また、第２の駆動源には電力
供給と位置信号授受のためのリード線が接続されてお
り、これらが第１の駆動源の揺動運動に従動するので、
当該リード線が短寿命となり、さらにミラーの揺動方向
動作範囲が制限されるという問題点もある。

【０００８】次に、上記のジンバル法では、２台の駆動
源を互いに直交して状態に配置する必要があるので、実
質的に広い占有面積を必要とするという問題点がある。

【０００９】この発明の課題は、上述した問題点に鑑み
て、１枚のミラーのみ使用し、１つの駆動源を他の駆動
源に搭載することなく、しかも、２台の駆動源の動作軸
線を同一方向に配置可能な２軸光学スキャナーを提案す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１に係る発明は、ミラーを回転中心軸であ
るＺ軸の回りに回転させると共に、当該回転中心軸に直
交する揺動中心軸であるＳ軸を中心として揺動させるこ
とにより、光ビームを２次元的に偏向可能な２軸光学ス
キャナーにおいて、前記ミラーを前記Ｓ軸を中心として
揺動自在に支持している揺動支持部材と、前記揺動支持
部材を、前記Ｚ軸の回りに回転させる回転駆動源と、前
記Ｚ軸方向に直線往復移動する直動出力部材を備えた直
線駆動源と、前記直動出力部材の直線往復運動を、前記
Ｓ軸を中心とする前記ミラーの揺動運動に変換するため
のリンク機構と、前記直動出力部材および前記リンク機
構の間を連結している回転揺動支持機構とを有してお
り、前記回転揺動支持機構は、前記直動出力部材に固着
され、前記Ｚ軸を中心に回転自在であると共に、当該Ｚ
軸に直交する軸線を中心として揺動自在であり、前記リ
ンク機構は、前記回転揺動支持機構を介して前記直動出
力部材に連結されている駆動部材と、前記ミラーに連結
されている被駆動部材と、これら駆動部材および被駆動
部材を前記Ｓ軸に平行な軸線を中心として回転自在な状
態でヒンジ接続している１自由度関節とを備えているこ
とを特徴としている。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１に係る２
軸光学スキャナーにおいて、前記直動駆動源と前記回転
駆動源とが、前記回転揺動支持機構、前記リンク機構、
前記ミラーおよび前記揺動支持部材を挟み、同軸状態に
配列されていることを特徴としている。

【００１２】請求項３に係る発明は、請求項２に係る２
軸光学スキャナーにおいて、前記回転駆動源および前記
揺動支持部材を貫通して、前記Ｚ軸を中心軸線とする中
空部分が形成されており、当該中空部分を経由して光ビ
ームを前記ミラーに照射可能となっていることを特徴と
している。

【００１３】請求項４に係る発明は、上記の請求項１、
２または３に係る２軸光学スキャナーにおいて、前記リ
ンク機構の前記駆動部材および／または前記被駆動部材
を、これらの揺動作方向の一方向に付勢している弾性体
を有していることを特徴としている。

【００１４】請求項５に係る発明は、請求項１ないし４
のうちのいずれかに係る２軸光学スキャナーにおいて、
前記回転揺動支持機構は球面軸受を備えていることを特
徴としている。

【００１５】請求項６に係る発明は、請求項１ないし５
のうちのいずれかの項に係る２軸光学スキャナーにおい
て、前記直動駆動源を駆動制御する制御手段を有してお
り、この制御手段は、次式に従って、外部から入力され
る揺動角度位置指令信号を直動位置指令に変換すること
を特徴としている。 ａ＝ｃ×ｃｏｓθ＋（ｂ²−ｃ²×ｓｉｎ²θ）^1/2 但し、 θ：前記Ｚ軸と前記被駆動部材との挟角 ａ：前記Ｈ軸から、前記ミラーの反射面と前記Ｚ軸の交
点までの距離 ｂ：前記回転揺動支持機構の揺動中心軸から前記リンク
機構の前記１自由度関節の揺動中心軸までの距離 ｃ：前記１自由度関節の揺動中心軸前記Ｓ軸までの距離

【００１６】請求項７に係る発明は、請求項１に係る２
軸光学スキャナーにおいて、前記直動駆動源と前記回転
駆動源とが、隣接して同軸状態に配列されていることを
特徴としている。

【００１７】請求項８に係る発明は、請求項７に係る２
軸光学スキャナーにおいて、前記回転駆動源および前記
揺動支持部材を貫通して、前記Ｚ軸を中心軸線とする中
空部分が形成されており、当該中空部分を前記直動出力
部材が貫通していることを特徴としている。

【００１８】請求項９に係る発明は、請求項１に係る２
軸光学スキャナーにおいて、前記直動駆動源と前記回転
駆動源とが、隣接して平行軸状態に配列されていること
を特徴としている。

【００１９】請求項１０に係る発明は、請求項７ないし
９のうちのいずれかの項に係る２軸光学スキャナーにお
いて、前記リンク機構の前記駆動部材および／または前
記被駆動部材を、これらの揺動作方向の一方向に付勢し
ている弾性体を有していることを特徴としている。

【００２０】請求項１１に係る発明は、請求項７ないし
１０のうちのいずれかの項に係る２軸光学スキャナーに
おいて、前記回転揺動支持機構は球面軸受を備えている
ことを特徴としている。

【００２１】請求項１２に係る発明は、請求項７ないし
１１のうちのいずれかの項に係る２軸光学スキャナーに
おいて、前記直動駆動源を駆動制御する制御手段を有し
ており、この制御手段は、次式に従って、外部から入力
される揺動角度位置指令信号を直動位置指令に変換する
ことを特徴としている。 ａ＝ｃ×ｃｏｓθ＋（ｂ²−ｃ²×ｓｉｎ²θ）^1/2 但し、 θ：前記Ｚ軸と前記被駆動部材との挟角 ａ：前記Ｈ軸から、前記ミラーの反射面と前記Ｚ軸の交
点までの距離 ｂ：前記回転揺動支持機構の揺動中心軸から前記リンク
機構の前記１自由度関節の揺動中心軸までの距離 ｃ：前記１自由度関節の揺動中心軸前記Ｓ軸までの距離

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１の実施例）以下に、図面を
参照して、本発明を適用した２軸光学スキャナーの第１
の実施例を説明する。図１は、本発明の第１の実施例に
係わる２軸光学スキャナーを示す斜視図であり、図２は
当該２軸光学スキャナーの正面図であり、図３は側面図
である。

【００２３】図１に示すように、第１の実施例の２軸光
学スキャナーは、直動駆動源１と、回転揺動支持機構２
と、リンク機構３と、ミラー４と、揺動支持部材５と、
回転駆動源６と、弾性体７とを備えている。

【００２４】図４は、揺動支持部材５の詳細とリンク機
構３の一部分及びミラー４の関係を示す図である。図５
は、ミラー４とリンク機構３と回転揺動支持機構２の斜
視図である。図６は、リンク機構３をＳ軸線の方向から
見て、リンク機構３と回転揺動支持機構２とミラー４の
揺動角度の関係を幾何学的に表現した図である。図７
は、第１の実施例に係わる２軸光学スキャナーの制御シ
ステムを表す概念図である。

【００２５】直動駆動源１は、図１に示すように、直動
出力部材１ａを備え、当該直動出力部材１ａの直線動作
方向をＺ軸方向とするように物体に固着されている。第
１の実施例では、Ｚ軸がミラー４の回転動作の中心軸線
である。直動駆動源１は、図７に示すように、推力を発
生するモータ部分１ｂを包含し、さらに、直動出力部材
１ａの直線位置を検出するセンサ部１ｃを内設あるいは
外設している。また、当該センサ部１ｃと、モータ部１
ｂと、当該直動駆動源１の制御手段１３とは、負帰還回
路を形成し、上位制御手段１１の揺動角度位置指令信号
により、直動駆動源制御手段１３を経由して、直動出力
部材１ａを指令位置まで直線動作し停止させる機能を持
っている。

【００２６】回転揺動支持機構２は、図５に示すよう
に、軸受機構２ａと取付部材２ｂと伝動軸２ｃを備えて
いる。取付部材２ｂは、直動出力部材１ａに固着され、
軸受機構２ａは、Ｚ軸を回転中心軸線として回転自由
で、かつＺ軸に直交する軸線であるＨ軸を揺動中心軸線
として揺動自由な軸受支持機能がある。このように、回
転揺動支持機構２はＺ軸を回転中心軸線として回転自由
であり、Ｈ軸を揺動中心軸線として揺動自由であるか
ら、Ｚ軸とＨ軸の交点２ｄを中心点として球面動作自由
に支持する機能を持っている。従って、回転揺動支持機
構２の取付部材２ｂと伝動軸２ｃとの間では、回転揺動
支持機構２のＺ軸方向への移動による動作は伝達する
が、回転動作は伝達しないという機能を持っている。

【００２７】第１の実施例では、請求項５に記載の発明
のように、回転揺動支持機構２の軸受機構２ａとして球
面軸受を採用している。球面軸受は、Ｚ軸を回転中心軸
線として回転自由で、かつＺ軸に直交する軸線を揺動中
心軸線（Ｈ軸）として揺動自由な軸受支持機能を有して
いる。従って、１個の球面軸受で回転揺動支持機構を実
現できるので、２軸光学スキャナーの機構を簡素化し、
安価に２軸光学スキャナーを製作できる。

【００２８】リンク機構３は、図５に示すように、駆動
部材３ｆと被駆動部材３ａにより構成され、駆動部材３
ｆの一端は回転揺動支持機構２の伝動軸２ｃに固着さ
れ、その他端３ｇと被駆動部材３ａの一端３ｅはヒンジ
接続されてＪ軸を中心とする１自由度関節を形成してい
る。被駆動部材３ａの他端３ｂにはミラー座３ｊが取り
付けられており、このミラー座３ｊを挟み支持軸３ｄが
形成されている。これらミラー座３ｊおよび支持軸３ｄ
の中心軸線であるＳ軸は、Ｊ軸に平行である。さらに、
第１の実施例では、被駆動部材３ａにはバネ座３ｋが形
成されている。

【００２９】ミラー４は、光ビームを偏向させる機能を
持つ平面形状の反射鏡であり、図５に示すように、ミラ
ー表面４ａの中心点近傍４ｂがＺ軸に包含されるように
ミラー座３ｊに固着されている。なお、中心点近傍と
は、ミラー座３ｊに固着されたミラー４の一点に光ビー
ムを照射し、当該ミラーを既定の動作範囲内で、Ｚ軸を
回転中心軸線として回転し、さらにＳ軸を揺動中心軸線
として揺動したとき、当該光ビームがミラー表面４ａへ
の照射を失わないミラー表面４ａの領域を意味してい
る。

【００３０】回転駆動源６は、図１に示すように、回転
出力部材６ａを備え、当該回転出力部材６ａの回転軸線
がＺ軸に一致するように配置されている。さらに、回転
駆動源６は、図７に示すように、回転力を発生するモー
タ部分６ｂを包含し、さらに回転出力部材６ａの角度位
置を検出するセンサ部分６ｃを内設あるいは外設してい
る。また、当該センサ部６ｃと、モータ部６ｂと、当該
回転駆動源６の制御手段１２とは、負帰還回路を形成
し、上位制御手段１１の回転角度位置指令信号により、
回転駆動源制御手段１２を経由して、回転動出力部材６
ａを指令位置まで回転動作し停止させる機能を持ってい
る。

【００３１】さらに第１の実施例では、図１に示すよう
に、回転駆動源６の回転出力部材６ａの回転中心部に中
空部分６ｄが貫通している。

【００３２】揺動支持部材５は、回転出力部材６ａに締
結され、図４に示すように、基礎部分５ａと揺動支持部
分５ｄとを備え、この揺動支持部分５ｄはリンク機構３
の被駆動部材３ａの支持軸３ｄを揺動自由に軸支してい
る。基礎部分５ａのボス部分５ｂの底部の回転中心部分
に中空部分５ｅが貫通し、さらバネ座５ｆが形成されて
いる。

【００３３】このように、揺動支持部材５は、ミラー座
３ｊにミラー４を固着したリンク機構３の支持軸３ｄを
軸支し、回転駆動源６の回転出力部材６ａに固着されて
いるので、回転出力部材６ａの回転動作によりミラー座
３ｃを経由してミラー４を回転させる機能を持つ。その
結果、ミラー４の中心点近傍４ｂがＺ軸とＳ軸との両軸
線に包含され、ミラー４がＺ軸を中心に回転しても、さ
らにＳ軸を中心に揺動してもミラー４の中心点近傍４ｂ
の位置は不動であり、光ビームを当該中心点近傍４ｂに
入射し、Ｓ軸を回転中心軸として当該ミラー４を揺動さ
せると、ミラー表面４ａの光ビームの照射点を頂点と
し、Ｓ軸に直交する平面方向に光ビームを走査すること
が可能であり、ミラー４をＺ軸を中心に回転させると、
ミラー表面４ａの光ビームの照射点を頂点としＺ軸に直
交する平面方向に光ビームを走査することが可能であ
る。ミラー４が同時にＳ軸中心の揺動動作とＺ軸中心の
回転動作を行うと、Ｓ軸動作とＺ軸動作を合成した方向
へ動作する。

【００３４】第１の実施例では、請求項３に記載の発明
のように、回転駆動源６の回転出力部材６ａの回転中心
部分に中空部分６ｄが貫通し、さらに、揺動支持部材５
の基礎部分５ａでボス部分５ｂの底部の回転中心部分に
中空部分５ｅが貫通している。揺動支持部材５は回転出
力部材６ａに締結されているので、回転出力部材６ａの
中空部分６ｄと揺動支持部材５の中空部分５ｅが直列配
置となり、Ｚ軸を中心としてＺ軸方向に中空部分が貫通
したことになる。またミラー４の中心点近傍４ｂはＺ軸
上に位置している。従って、回転駆動源６の中空部分６
ｄを通してＺ軸に沿って光ビームをミラー４の中心点近
傍に照射することが可能である。当該中空部分５ｅと中
空部分６ｄを光ビームの貫通通路として利用して、Ｚ軸
と同軸上から光ビームをミラー４に入射すると、光ビー
ムがＺ軸から発散する方向の偏向角度に制限が無く、全
周にわたり光ビームを偏向させることが可能である。

【００３５】第１の実施例では、請求項４に記載の発明
のように、図３に示す弾性体７が揺動支持部材５のバネ
座５ｆと被駆動部材３ａのバネ座３ｋとの間に配設され
ている。回転揺動支持機構２の軸受機構２ａ及びリンク
機構３のヒンジ接続部及び揺動支持部材５の支持部分５
ｄに存在するそれぞれの隙間を弾性体７の弾性力を利用
してそれぞれの一方に偏寄させることで、それぞれに内
在する遊びを吸収して、直動駆動源１の直動出力部材１
ａの往復直線動作を正確にミラー４の往復揺動動作に伝
達することができる。

【００３６】図１に示すように、回転駆動源６は、回転
出力部材６ａの回転中心軸線をＺ軸とするように配置さ
れ、当該回転出力部材６ａには、揺動支持部材５のボス
部分５ｂが締結されている。図４に示すように、リンク
機構３の支持軸３ｄは、揺動支持部材５の揺動支持部分
５ｄにより軸支されているので、支持軸３ｄと共にリン
ク機構３はそれ自身での回転自由度が拘束されている。
その結果、リンク機構３は、ボス５ｂの中心軸線でもあ
るＺ軸を回転中心軸線とした揺動支持部材５の回転動作
に従動回転することになり、ミラー座３ｊに固着された
ミラー４の中心点近傍４ｂがＺ軸に包含されているの
で、ミラー４は中心点近傍４ｂを回転中心として、Ｚ軸
を回転中心軸線とした回転出力部材６ａの回転動作に従
動回転する。回転揺動支持機構２がリンク機構３の駆動
部材３ｆを回転自由に固着しているので、直動支持部材
１ａがリンク機構３の従動回転動作にさらに従動回転す
ることはない。

【００３７】直動駆動源１の直動出力部材１ａの直線動
作により、回転揺動支持機構２は、従動直線動作と従動
揺動動作し、さらに、これら従動直線動作と従動揺動動
作は、リンク機構３の駆動部材３ｆに伝達され、当該リ
ンク機構３の被駆動部材３ａと駆動部材３ｆで構成する
１自由度関節によりミラー座３ｊに固着されているミラ
ー４をＳ軸を揺動中心線として、直動出力部材１ａの移
動量に対応した揺動角度で従動揺動動作する。

【００３８】このように、本例の２軸光学スキャナーで
は、ミラー４は回転駆動源６による回転動作と直動駆動
源１による揺動動作を行うが、何れの動作中に於いても
ミラー４の中心点近傍４ｂの位置は移動することはな
く、回転出力部材６ａの回転動作と直動出力部材１ａの
直線移動動作により、ミラー４の中心点近傍４ｂに照射
した光ビームの偏向角度を２次元方向に偏向することが
できる。

【００３９】図６は、第１の実施例のリンク機構３をＳ
軸の方向から見たときの、リンク機構３と回転揺動支持
機構２との関係を幾何学的に表現した図である。図中の
記号は、以下の意味を表している。θは、Ｚ軸線と被駆
動部材３ａとの挟角を表す。ａは、Ｈ軸から、ミラー反
射面４ａとＺ軸の交点までの距離を表す。ｂは、Ｈ軸か
らＪ軸までの距離を表す。ｃは、Ｊ軸からＳ軸までの距
離を表す。

【００４０】第１の実施例では、図７に示す上位制御手
段１１が出力する揺動角度位置指令信号を直動位置指令
に変換する次の計算式を包含した直動駆動源制御手段１
３により直動駆動源１が制御されている。 ａ＝ｃ×ｃｏｓθ＋（ｂ²−ｃ²×ｓｉｎ²θ）^1/2 （ここに、θとａとｂとｃは、何れも図６の前記記号と
同一である。）

【００４１】図７は、第１の実施例の２軸光学スキャナ
ーにおける制御システムを示す概念図である。上位制御
手段１１は、２軸光学スキャナーに対し回転角度位置指
令信号と揺動角度位置指令信号を発信する制御手段であ
る。

【００４２】回転駆動源制御手段１２は、回転駆動源６
に対し角度位置指令を出力して回転力を発生させ、回転
駆動源６のモータ部分６ｂと回転出力部材６ａの角度位
置を検出するセンサ部分６ｃと共に負帰還回路を形成し
ている。上位制御手段１１は、角度単位で、回転角度位
置指令信号を出力し、回転出力部材２ｂを指令位置まで
回転させ停止している。

【００４３】直動駆動源制御手段１３は、直動駆動源１
に対し直動位置指令を出力して推力を発生させ、直動駆
動源１のモータ部分１ｂと直動出力部材１ａの直線位置
を検出するセンサ部分１ｃと共に負帰還回路を形成して
いる。特に、直動駆動源制御手段１３は、上位制御手段
１１が出力する揺動角度位置指令信号を直動位置指令に
変換する前記の計算式を包含しているので、上位制御手
段１１は直線単位で揺動角度位置指令信号を出力する必
要はなく、回転駆動源６に位置指令信号を出力する時と
同様な角度単位で揺動角度位置指令信号を出力すること
が可能である。

【００４４】第１の実施例では、図１に示すように、回
転出力部材６ａの中空部分６ｄの入り口からＺ軸に沿っ
て入射した光ビーム８は、回転出力部材６ａの中空部分
６ｄを貫通し、さらに揺動支持部材５の中空部分５ｅを
貫通し、ミラー４の中心点近傍４ｂでミラー４に対する
光ビーム８の入射角と等しい反射角で光ビーム８を偏向
する。

【００４５】回転駆動源制御手段１２により、上位制御
手段１１の回転角度位置指令信号に対応した角度位置ま
で回転駆動源６を駆動して回転出力部材６ａを回転させ
ると、光ビーム８は、Ｚ軸を回転中心線軸としてミラー
５の回転角度と等しい角度だけ回転走査する。また、直
動駆動源制御手段１３により、上位制御手段１１の揺動
角度位置指令信号に対応した直線移動位置まで直動駆動
源１を駆動して直動出力部材１ａを直線移動させると、
光ビーム８は、Ｓ軸を揺動中心線軸としてミラー５の揺
動角度の２倍の角度だけ揺動走査する。上位制御手段１
１が回転角度位置指令信号と揺動角度位置指令信号を同
時にそれぞれの駆動手段に発信した場合は、光ビーム８
は、Ｓ軸方向とＺ軸方向を合成した方向に走査し、それ
らの信号に対応した位置に移動して停止する。

【００４６】（第２の実施例）以下に、図面を参照し
て、本発明を適用した２軸光学スキャナーの第２の実施
例を説明する。図８は、本発明の第２の実施例に係わる
２軸光学スキャナーを示す斜視図であり、図９は当該２
軸光学スキャナーの正面図であり、図１０は側面図であ
る。

【００４７】図８に示すように、第２の実施例の２軸光
学スキャナーは、直動駆動源２１と、回転揺動支持機構
２２と、リンク機構２３と、ミラー２４と、揺動支持部
材２５と、回転駆動源２６と、弾性体２７とを備えてい
る。

【００４８】図１１は、揺動支持部材２５の詳細とリン
ク機構２３の一部分及びミラー２４の関係を示す図であ
る。図１２は、ミラー２４とリンク機構２３と回転揺動
支持機構２２の斜視図である。図１３は、リンク機構２
３をＳ軸線の方向から見て、リンク機構２３と回転揺動
支持機構２２とミラー２４の揺動角度の関係を幾何学的
に表現した図である。図１４は、第２の実施例に係わる
２軸光学スキャナーの制御システムを表す概念図であ
る。

【００４９】直動駆動源２１は、図８に示すように、直
動出力部材２１ａを備え、当該直動出力部材２１ａの直
線動作方向をＺ軸方向としている。第２の実施例では、
Ｚ軸がミラー２４の回転動作の中心軸線である。直動駆
動源２１は、図１４に示すように、推力を発生するモー
タ部分２１ｂを包含し、さらに、直動出力部材２１ａの
直線位置を検出するセンサ部２１ｃを内設あるいは外設
している。また、当該センサ部２１ｃと、モータ部２１
ｂと、当該直動駆動源２１の制御手段３３とは、負帰還
回路を形成し、上位制御手段３１の揺動角度位置指令信
号により、直動駆動源制御手段３３を経由して、直動出
力部材２１ａを指令位置まで直線動作し停止させる機能
を持っている。

【００５０】回転揺動支持機構２２は、図１２に示すよ
うに、軸受機構２２ａと取付部材２２ｂと伝動軸２２ｃ
を備えている。取付部材２２ｂは、直動出力部材２１ａ
に固着され、軸受機構２２ａは、Ｚ軸を回転中心軸線と
して回転自由で、かつＺ軸に直交する軸線であるＨ軸を
揺動中心軸線として揺動自由な軸受支持機能がある。こ
のように、回転揺動支持機構２２はＺ軸を回転中心軸線
として回転自由であり、Ｈ軸を揺動中心軸線として揺動
自由であるから、Ｚ軸とＨ軸の交点２２ｄを中心点とし
て球面動作自由に支持する機能を持っている。従って、
回転揺動支持機構２２の取付部材２２ｂと伝動軸２２ｃ
との間では、回転揺動支持機構２２のＺ軸方向への移動
による動作は伝達するが、回転動作は伝達しないという
機能を持っている。

【００５１】第２の実施例では、請求項１１に記載の発
明のように、回転揺動支持機構２２の軸受機構２２ａと
して球面軸受を採用している。球面軸受は、Ｚ軸を回転
中心軸線として回転自由で、かつＺ軸に直交する軸線を
揺動中心軸線（Ｈ軸）として揺動自由な軸受支持機能を
有している。従って、１個の球面軸受で回転揺動支持機
構を実現できるので、２軸光学スキャナーの機構を簡素
化し、安価に２軸光学スキャナーを製作できる。

【００５２】リンク機構２３は、図１２に示すように、
駆動部材２３ｆと被駆動部材２３ａにより構成され、駆
動部材２３ｆの一端は回転揺動支持機構２２の伝動軸２
２ｃに固着され、その他端２３ｇと被駆動部材２３ａの
一端２３ｅはヒンジ接続されてＪ軸を中心とする１自由
度関節を形成している。被駆動部材２３ａの他端２３ｂ
にはミラー座２３ｊが取り付けられており、このミラー
座２３ｊを挟み支持軸２３ｄが形成されている。これら
ミラー座２３ｊおよび支持軸２３ｄの中心軸線であるＳ
軸は、Ｊ軸に平行である。さらに、第２の実施例では、
被駆動部材２３ａにはバネ座２３ｋが形成されている。

【００５３】ミラー２４は、光ビームを偏向させる機能
を持つ平面形状の反射鏡であり、図１２に示すように、
ミラー表面２４ａの中心点近傍２４ｂがＺ軸に包含され
るようにミラー座２３ｊに固着されている。なお、中心
点近傍とは、ミラー座２３ｊに固着されたミラー２４の
一点に光ビームを照射し、当該ミラーを既定の動作範囲
内で、Ｚ軸を回転中心軸線として回転し、さらにＳ軸を
揺動中心軸線として揺動したとき、当該光ビームがミラ
ー表面２４ａへの照射を失わないミラー表面２４ａの領
域を意味している。

【００５４】回転駆動源２６は、図８に示すように、回
転出力部材２６ａを備え、当該回転出力部材２６ａの回
転軸線がＺ軸に一致するように配置されている。さら
に、回転駆動源２６は、図１４に示すように、回転力を
発生するモータ部分２６ｂを包含し、さらに回転出力部
材２６ａの角度位置を検出するセンサ部分２６ｃを内設
あるいは外設している。また、当該センサ部２６ｃと、
モータ部２６ｂと、当該回転駆動源２６の制御手段３２
とは、負帰還回路を形成し、上位制御手段３１の回転角
度位置指令信号により、回転駆動源制御手段３２を経由
して、回転動出力部材２６ａを指令位置まで回転動作し
停止させる機能を持っている。

【００５５】さらに第２の実施例では、図８に示すよう
に、回転駆動源２６の回転出力部材２６ａの回転中心部
に中空部分２６ｄが貫通している。

【００５６】揺動支持部材２５は、回転出力部材２６ａ
に締結され、図１１に示すように、基礎部分２５ａと揺
動支持部分２５ｄとを備え、この揺動支持部分２５ｄは
リンク機構２３の被駆動部材２３ａの支持軸２３ｄを揺
動自由に軸支している。基礎部分２５ａのボス部分２５
ｂの底部の回転中心部分に中空部分２５ｅが貫通し、さ
らバネ座２５ｆが形成されている。

【００５７】このように、揺動支持部材２５は、ミラー
座２３ｊにミラー２４を固着したリンク機構２３の支持
軸２３ｄを軸支し、回転駆動源２６の回転出力部材２６
ａに固着されているので、回転出力部材２６ａの回転動
作によりミラー座２３ｃを経由してミラー２４を回転さ
せる機能を持つ。その結果、ミラー２４の中心点近傍２
４ｂがＺ軸とＳ軸との両軸線に包含され、ミラー２４が
Ｚ軸を中心に回転しても、さらにＳ軸を中心に揺動して
もミラー２４の中心点近傍２４ｂの位置は不動であり、
光ビームを当該中心点近傍２４ｂに入射し、Ｓ軸を回転
中心軸として当該ミラー２４を揺動させると、ミラー表
面２４ａの光ビームの照射点を頂点とし、Ｓ軸に直交す
る平面方向に光ビームを走査することが可能であり、ミ
ラー２４をＺ軸を中心に回転させると、ミラー表面２４
ａの光ビームの照射点を頂点としＺ軸に直交する平面方
向に光ビームを走査することが可能である。ミラー２４
が同時にＳ軸中心の揺動動作とＺ軸中心の回転動作を行
うと、Ｓ軸動作とＺ軸動作を合成した方向へ動作する。

【００５８】第２の実施例では、請求項７に記載の発明
のように、直動駆動源２１と回転駆動源２６とが、図８
に示すように隣接して同軸状態に配列されており、さら
に、請求項８に記載の発明のように、回転駆動源２６の
回転出力部材２６ａの回転中心部分に中空部分２６ｄが
貫通し、さらに、揺動支持部材２５の基礎部分２５ａで
ボス部分２５ｂの底部の回転中心部分に中空部分２５ｅ
が貫通している。揺動支持部材２５は回転出力部材２６
ａに締結されているので、回転出力部材２６ａの中空部
分２６ｄと揺動支持部材２５の中空部分２５ｅが直列配
置となり、Ｚ軸を中心としてＺ軸方向に中空部分が貫通
したことになる。請求項８に記載の発明のように、当該
中空部分を直動出力部材２１ａが貫通しているので、回
転揺動支持機構２２を往復直線動作させる事が可能であ
る。

【００５９】第２の実施例では、請求項１０に記載の発
明のように、図９に示す弾性体２７が揺動支持部材２５
のバネ座２５ｆと被駆動部材２３ａのバネ座２３ｋとの
間に配設されている。回転揺動支持機構２２の軸受機構
２２ａ及びリンク機構２３のヒンジ接続部及び揺動支持
部材２５の支持部分２５ｄに存在するそれぞれの隙間を
弾性体２７の弾性力を利用してそれぞれの一方に偏寄さ
せることで、それぞれに内在する遊びを吸収して、直動
駆動源２１の直動出力部材２１ａの往復直線動作を正確
にミラー２４の往復揺動動作に伝達することができる。

【００６０】図８に示すように、回転駆動源２６は、回
転出力部材２６ａの回転中心軸線をＺ軸とするように配
置され、当該回転出力部材２６ａには、揺動支持部材２
５のボス部分２５ｂが締結されている。図１１に示すよ
うに、リンク機構２３の支持軸２３ｄは、揺動支持部材
２５の揺動支持部分２５ｄにより軸支されているので、
支持軸２３ｄと共にリンク機構２３はそれ自身での回転
自由度が拘束されている。その結果、リンク機構２３
は、ボス２５ｂの中心軸線でもあるＺ軸を回転中心軸線
とした揺動支持部材５の回転動作に従動回転することに
なり、ミラー座２３ｊに固着されたミラー２４の中心点
近傍２４ｂがＺ軸に包含されているので、ミラー２４は
中心点近傍２４ｂを回転中心として、Ｚ軸を回転中心軸
線とした回転出力部材２６ａの回転動作に従動回転す
る。回転揺動支持機構２２がリンク機構２３の駆動部材
２３ｆを回転自由に固着しているので、直動支持部材２
１ａがリンク機構２３の従動回転動作にさらに従動回転
することはない。

【００６１】直動駆動源２１の直動出力部材２１ａの直
線動作により、回転揺動支持機構２２は、従動直線動作
と従動揺動動作し、さらに、これら従動直線動作と従動
揺動動作は、リンク機構２３の駆動部材２３ｆに伝達さ
れ、当該リンク機構２３の被駆動部材２３ａと駆動部材
２３ｆで構成する１自由度関節によりミラー座２３ｊに
固着されているミラー２４をＳ軸を揺動中心線として、
直動出力部材２１ａの移動量に対応した揺動角度で従動
揺動動作する。

【００６２】このように、第２の実施例の２軸光学スキ
ャナーでは、ミラー２４は回転駆動源２６による回転動
作と直動駆動源２１による揺動動作を行うが、何れの動
作中に於いてもミラー２４の中心点近傍２４ｂの位置は
移動することはなく、回転出力部材２６ａの回転動作と
直動出力部材２１ａの直線移動動作により、ミラー２４
の中心点近傍２４ｂに照射した光ビームの偏向角度を２
次元方向に偏向することができる。

【００６３】図１３は、第２の実施例のリンク機構２３
をＳ軸の方向から見たときの、リンク機構２３と回転揺
動支持機構２２との関係を幾何学的に表現した図であ
る。図中の記号は、以下の意味を表している。θは、Ｚ
軸線と被駆動部材２３ａとの挟角を表す。ａは、Ｈ軸か
ら、ミラー反射面２４ａとＺ軸の交点までの距離を表
す。ｂは、Ｈ軸からＪ軸までの距離を表す。ｃは、Ｊ軸
からＳ軸までの距離を表す。

【００６４】第２の実施例では、請求項１２に記載の発
明のように、図１４に示す上位制御手段３１が出力する
揺動角度位置指令信号を直動位置指令に変換する次の計
算式を包含した直動駆動源制御手段３３により直動駆動
源２１が制御されている。 ａ＝ｃ×ｃｏｓθ＋（ｂ²−ｃ²×ｓｉｎ²θ）^1/2 （ここに、θとａとｂとｃは、何れも図１３の前記記号
と同一である。）

【００６５】図１４は、第２の実施例の２軸光学スキャ
ナーにおける制御システムを示す概念図である。上位制
御手段３１は、２軸光学スキャナーに対し回転角度位置
指令信号と揺動角度位置指令信号を発信する制御手段で
ある。

【００６６】回転駆動源制御手段３２は、回転駆動源２
６に対し角度位置指令を出力して回転力を発生させ、回
転駆動源２６のモータ部分２６ｂと回転出力部材２６ａ
の角度位置を検出するセンサ部分２６ｃと共に負帰還回
路を形成している。上位制御手段３１は、角度単位で、
回転角度位置指令信号を出力し、回転出力部材２２ｂを
指令位置まで回転させ停止している。

【００６７】直動駆動源制御手段３３は、直動駆動源２
１に対し直動位置指令を出力して推力を発生させ、直動
駆動源２１のモータ部分２１ｂと直動出力部材２１ａの
直線位置を検出するセンサ部分２１ｃと共に負帰還回路
を形成している。特に、直動駆動源制御手段３３は、上
位制御手段３１が出力する揺動角度位置指令信号を直動
位置指令に変換する前記の計算式を包含しているので、
上位制御手段３１は直線単位で揺動角度位置指令信号を
出力する必要はなく、回転駆動源２６に位置指令信号を
出力する時と同様な角度単位で揺動角度位置指令信号を
出力することが可能である。

【００６８】第２の実施例では、図８に示すように、回
転駆動源制御手段３２により、上位制御手段３１の回転
角度位置指令信号に対応した角度位置まで回転駆動源２
６を駆動して回転出力部材２６ａを回転させると、光ビ
ーム２８は、Ｚ軸を回転中心線軸としてミラー２５の回
転角度と等しい角度だけ回転走査する。また、直動駆動
源制御手段３３により、上位制御手段３１の揺動角度位
置指令信号に対応した直線移動位置まで直動駆動源２１
を駆動して直動出力部材２１ａを直線移動させると、光
ビーム２８は、Ｓ軸を揺動中心線軸としてミラー２５の
揺動角度の２倍の角度だけ揺動走査する。上位制御手段
３１が回転角度位置指令信号と揺動角度位置指令信号を
同時にそれぞれの駆動手段に発信した場合は、光ビーム
２８は、Ｓ軸方向とＺ軸方向を合成した方向に走査し、
それらの信号に対応した位置に移動して停止する。

【００６９】（第３の実施例）以下に、図面を参照し
て、本発明を適用した２軸光学スキャナーの第３の実施
例を説明する。図１５は、本発明の第３の実施例に係わ
る２軸光学スキャナーを示す斜視図であり、図１６は当
該２軸光学スキャナーの正面図であり、図１７は側面図
である。

【００７０】図１５に示すように、第３の実施例の２軸
光学スキャナーは、直動駆動源４１と、回転揺動支持機
構４２と、リンク機構４３と、ミラー４４と、揺動支持
部材４５と、回転駆動源４６と、弾性体４７とを備えて
いる。

【００７１】図１８は、揺動支持部材４５の詳細とリン
ク機構４３の一部分及びミラー４４の関係を示す図であ
る。図１９は、ミラー４４とリンク機構４３と回転揺動
支持機構４２の斜視図である。図２０は、リンク機構４
３をＳ軸線の方向から見て、リンク機構４３と回転揺動
支持機構４２とミラー４４の揺動角度の関係を幾何学的
に表現した図である。図２１は、第３の実施例に係わる
２軸光学スキャナーの制御システムを表す概念図であ
る。

【００７２】直動駆動源４１は、図１５に示すように、
直動出力部材４１ａを備え、直動出力部材４１ａの直線
動作方向をＺ軸方向としている。図１５および図１７に
示すように、当該直動出力部材４１ａには、連結部材４
１ｄが一体成形されるか、または固着されている。第３
の実施例では、Ｚ軸がミラー４４の回転動作の中心軸線
である。直動駆動源４１は、図２１に示すように、推力
を発生するモータ部分４１ｂを包含し、さらに、直動出
力部材４１ａの直線位置を検出するセンサ部４１ｃを内
設あるいは外設している。また、当該センサ部４１ｃ
と、モータ部４１ｂと、当該直動駆動源４１の制御手段
５３とは、負帰還回路を形成し、上位制御手段５１の揺
動角度位置指令信号により、直動駆動源制御手段５３を
経由して、直動出力部材４１ａを指令位置まで直線動作
し停止させる機能を持っている。

【００７３】回転揺動支持機構４２は、図１９に示すよ
うに、軸受機構４２ａと取付部材４２ｂと伝動軸４２ｃ
を備えている。取付部材４２ｂは、直動出力部材４１ａ
に固着され、軸受機構４２ａは、Ｚ軸を回転中心軸線と
して回転自由で、かつＺ軸に直交する軸線であるＨ軸を
揺動中心軸線として揺動自由な軸受支持機能がある。こ
のように、回転揺動支持機構４２はＺ軸を回転中心軸線
として回転自由であり、Ｈ軸を揺動中心軸線として揺動
自由であるから、Ｚ軸とＨ軸の交点４２ｄを中心点とし
て球面動作自由に支持する機能を持っている。従って、
回転揺動支持機構４２の取付部材４２ｂと伝動軸４２ｃ
との間では、回転揺動支持機構４２のＺ軸方向への移動
による動作は伝達するが、回転動作は伝達しないという
機能を持っている。

【００７４】第３の実施例では、請求項１１に記載の発
明のように、回転揺動支持機構４２の軸受機構４２ａと
して球面軸受を採用している。球面軸受は、Ｚ軸を回転
中心軸線として回転自由で、かつＺ軸に直交する軸線を
揺動中心軸線（Ｈ軸）として揺動自由な軸受支持機能を
有している。従って、１個の球面軸受で回転揺動支持機
構を実現できるので、２軸光学スキャナーの機構を簡素
化し、安価に２軸光学スキャナーを製作できる。

【００７５】リンク機構４３は、図１９に示すように、
駆動部材４３ｆと被駆動部材４３ａにより構成され、駆
動部材４３ｆの一端は回転揺動支持機構４２の伝動軸４
２ｃに固着され、その他端４３ｇと被駆動部材４３ａの
一端４３ｅはヒンジ接続されてＪ軸を中心とする１自由
度関節を形成している。被駆動部材４３ａの他端４３ｂ
にはミラー座４３ｊが取り付けられており、このミラー
座４３ｊを挟み支持軸４３ｄが形成されている。これら
ミラー座４３ｊおよび支持軸４３ｄの中心軸線であるＳ
軸は、Ｊ軸に平行である。さらに、第３の実施例では、
被駆動部材４３ａにはバネ座４３ｋが形成されている。

【００７６】ミラー４４は、光ビームを偏向させる機能
を持つ平面形状の反射鏡であり、図１９に示すように、
ミラー表面４４ａの中心点近傍４４ｂがＺ軸に包含され
るようにミラー座４３ｊに固着されている。なお、中心
点近傍とは、ミラー座４３ｊに固着されたミラー４４の
一点に光ビームを照射し、当該ミラーを既定の動作範囲
内で、Ｚ軸を回転中心軸線として回転し、さらにＳ軸を
揺動中心軸線として揺動したとき、当該光ビームがミラ
ー表面４４ａへの照射を失わないミラー表面４４ａの領
域を意味している。

【００７７】回転駆動源４６は、図１５に示すように、
回転出力部材４６ａを備え、当該回転出力部材４６ａの
回転軸線がＺ軸に一致するように配置されている。さら
に、回転駆動源４６は、図２１に示すように、回転力を
発生するモータ部分４６ｂを包含し、さらに回転出力部
材４６ａの角度位置を検出するセンサ部分４６ｃを内設
あるいは外設している。また、当該センサ部４６ｃと、
モータ部４６ｂと、当該回転駆動源４６の制御手段５２
とは、負帰還回路を形成し、上位制御手段５１の回転角
度位置指令信号により、回転駆動源制御手段５２を経由
して、回転動出力部材４６ａを指令位置まで回転動作し
停止させる機能を持っている。

【００７８】このように、揺動支持部材４５は、ミラー
座４３ｊにミラー４４を固着したリンク機構４３の支持
軸４３ｄを軸支し、回転駆動源４６の回転出力部材４６
ａに固着されているので、回転出力部材４６ａの回転動
作によりミラー座４３ｃを経由してミラー４４を回転さ
せる機能を持つ。その結果、ミラー４４の中心点近傍４
４ｂがＺ軸とＳ軸との両軸線に包含され、ミラー４４が
Ｚ軸を中心に回転しても、さらにＳ軸を中心に揺動して
もミラー４４の中心点近傍４４ｂの位置は不動であり、
光ビームを当該中心点近傍４４ｂに入射し、Ｓ軸を回転
中心軸として当該ミラー４４を揺動させると、ミラー表
面４４ａの光ビームの照射点を頂点とし、Ｓ軸に直交す
る平面方向に光ビームを走査することが可能であり、ミ
ラー４４をＺ軸を中心に回転させると、ミラー表面４４
ａの光ビームの照射点を頂点としＺ軸に直交する平面方
向に光ビームを走査することが可能である。ミラー４４
が同時にＳ軸中心の揺動動作とＺ軸中心の回転動作を行
うと、Ｓ軸動作とＺ軸動作を合成した方向へ動作する。

【００７９】第３の実施例では、請求項９に記載の発明
のように、直動駆動源４１と回転駆動源４６とが、図１
５に示すように隣接して平行軸状態に配列されており、
さらに図１７に示すように、連結部材４１ｄの一端４１
ｅが、直動出力部材４１ａに一体成形されるか、または
固着され、他端４１ｆは回転揺動支持機構４２の取付部
材４２ｂに固着されている。従って、直動駆動源４１の
直動出力部材４１ａの往復直線動作を、連結部材４１ｄ
を介して回転揺動支持機構４２に伝達し、当該回転揺動
支持機構４２を往復直線動作させることが可能である。

【００８０】第３の実施例では、請求項１０に記載の発
明のように、図１６に示す弾性体４７が揺動支持部材４
５のバネ座４５ｆと被駆動部材４３ａのバネ座４３ｋと
の間に配設されている。回転揺動支持機構４２の軸受機
構４２ａ及びリンク機構４３のヒンジ接続部及び揺動支
持部材４５の支持部分４５ｄに存在するそれぞれの隙間
を弾性体４７の弾性力を利用してそれぞれの一方に偏寄
させることで、それぞれに内在する遊びを吸収して、直
動駆動源４１の直動出力部材４１ａの往復直線動作を連
結部材４１ｄを介して正確にミラー４４の往復揺動動作
に伝達することができる。

【００８１】図１５に示すように、回転駆動源４６は、
回転出力部材４６ａの回転中心軸線をＺ軸とするように
配置され、当該回転出力部材４６ａには、揺動支持部材
４５のボス部分４５ｂが締結されている。図１８に示す
ように、リンク機構４３の支持軸４３ｄは、揺動支持部
材４５の揺動支持部分４５ｄにより軸支されているの
で、支持軸４３ｄと共にリンク機構４３はそれ自身での
回転自由度が拘束されている。その結果、リンク機構４
３は、ボス４５ｂの中心軸線でもあるＺ軸を回転中心軸
線とした揺動支持部材５の回転動作に従動回転すること
になり、ミラー座４３ｊに固着されたミラー４４の中心
点近傍４４ｂがＺ軸に包含されているので、ミラー４４
は中心点近傍４４ｂを回転中心として、Ｚ軸を回転中心
軸線とした回転出力部材４６ａの回転動作に従動回転す
る。回転揺動支持機構４２がリンク機構４３の駆動部材
４３ｆを回転自由に固着しているので、直動支持部材４
１ａおよび連結部材４１ｄがリンク機構４３の従動回転
動作にさらに従動回転することはない。

【００８２】直動駆動源４１の直動出力部材４１ａの直
線動作により、回転揺動支持機構４２は、従動直線動作
と従動揺動動作し、さらに、これら従動直線動作と従動
揺動動作は、リンク機構４３の駆動部材４３ｆに伝達さ
れ、当該リンク機構４３の被駆動部材４３ａと駆動部材
４３ｆで構成する１自由度関節によりミラー座４３ｊに
固着されているミラー４４をＳ軸を揺動中心線として、
直動出力部材４１ａの移動量に対応した揺動角度で従動
揺動動作する。

【００８３】このように、第３の実施例の２軸光学スキ
ャナーでは、ミラー４４は回転駆動源４６による回転動
作と直動駆動源４１による揺動動作を行うが、何れの動
作中に於いてもミラー４４の中心点近傍４４ｂの位置は
移動することはなく、回転出力部材４６ａの回転動作と
直動出力部材４１ａの直線往復動作により、ミラー４４
の中心点近傍４４ｂに照射した光ビームの偏向角度を２
次元方向に偏向することができる。

【００８４】図２０は、第３の実施例のリンク機構４３
をＳ軸の方向から見たときの、リンク機構４３と回転揺
動支持機構４２との関係を幾何学的に表現した図であ
る。図中の記号は、以下の意味を表している。θは、Ｚ
軸線と被駆動部材４３ａとの挟角を表す。ａは、Ｈ軸か
ら、ミラー反射面４４ａとＺ軸の交点までの距離を表
す。ｂは、Ｈ軸からＪ軸までの距離を表す。ｃは、Ｊ軸
からＳ軸までの距離を表す。

【００８５】第３の実施例では、請求項１２に記載の発
明のように、図２１に示す上位制御手段５１が出力する
揺動角度位置指令信号を直動位置指令に変換する次の計
算式を包含した直動駆動源制御手段５３により直動駆動
源４１が制御されている。 ａ＝ｃ×ｃｏｓθ＋（ｂ²−ｃ²×ｓｉｎ²θ）^1/2 （ここに、θとａとｂとｃは、何れも図２０の前記記号
と同一である。）

【００８６】図２１は、第３の実施例の２軸光学スキャ
ナーにおける制御システムを示す概念図である。上位制
御手段５１は、２軸光学スキャナーに対し回転角度位置
指令信号と揺動角度位置指令信号を発信する制御手段で
ある。

【００８７】回転駆動源制御手段５２は、回転駆動源４
６に対し角度位置指令を出力して回転力を発生させ、回
転駆動源４６のモータ部分４６ｂと回転出力部材４６ａ
の角度位置を検出するセンサ部分４６ｃと共に負帰還回
路を形成している。上位制御手段５１は、角度単位で、
回転角度位置指令信号を出力し、回転出力部材４２ｂを
指令位置まで回転させ停止している。

【００８８】直動駆動源制御手段５３は、直動駆動源４
１に対し直動位置指令を出力して推力を発生させ、直動
駆動源４１のモータ部分４１ｂと直動出力部材４１ａの
直線位置を検出するセンサ部分４１ｃと共に負帰還回路
を形成している。特に、直動駆動源制御手段５３は、上
位制御手段５１が出力する揺動角度位置指令信号を直動
位置指令に変換する前記の計算式を包含しているので、
上位制御手段５１は直線単位で揺動角度位置指令信号を
出力する必要はなく、回転駆動源４６に位置指令信号を
出力する時と同様な角度単位で揺動角度位置指令信号を
出力することが可能である。

【００８９】第３の実施例では、図１５に示すように、
回転駆動源制御手段５２により、上位制御手段５１の回
転角度位置指令信号に対応した角度位置まで回転駆動源
４６を駆動して回転出力部材４６ａを回転させると、光
ビーム４８は、Ｚ軸を回転中心線軸としてミラー４５の
回転角度と等しい角度だけ回転走査する。また、直動駆
動源制御手段５３により、上位制御手段５１の揺動角度
位置指令信号に対応した直線移動位置まで直動駆動源４
１を駆動して直動出力部材４１ａを直線移動させると、
光ビーム４８は、Ｓ軸を揺動中心線軸としてミラー４５
の揺動角度の２倍の角度だけ揺動走査する。上位制御手
段５１が回転角度位置指令信号と揺動角度位置指令信号
を同時にそれぞれの駆動手段に発信した場合は、光ビー
ム４８は、Ｓ軸方向とＺ軸方向を合成した方向に走査
し、それらの信号に対応した位置に移動して停止する。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の２軸光学
スキャナーでは、１枚のミラーのみを使用している。ま
た、直動駆動源と回転揺動支持機構とリンク機構と揺動
支持部材により、ミラーを揺動動作させるようにしてい
る。更に、回転駆動源と揺動支持部材によりミラーを回
転動作させるようにしている。更にまた、回転揺動支持
機構によって、回転駆動源から揺動支持部材とリンク機
構を介して伝達される回転動作から直動駆動源の直動出
力部材を自由にしている。これに加えて、回転駆動源と
直動駆動源を同軸方向に固着してある。

【００９１】従って、本発明によれば、従来の２揺動鏡
法における光路が長く、光路調整が複雑であり、レンズ
構成が複雑であり、走査範囲が制限されるといった問題
点を解決できる。また、従来のタンデム法における駆動
源全体を負荷機構として回転させるために大きな負荷慣
性モーメントが発生し、リード線の短寿命化を招き、ミ
ラーの揺動方向動作範囲が制限されるといった問題点を
解決できる。さらには、従来のジンバル法における広い
占有面積を必要とするという問題点も解決できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係わる２軸光学スキャ
ナーを示す斜視図である。

【図２】図１の２軸光学スキャナーを示す正面図であ
る。

【図３】図１の２軸光学スキャナーを示す側面図であ
る。

【図４】図１の２軸光学スキャナーの揺動支持部材の詳
細とリンク機構の一部分及びミラーの関係を示す図であ
る。

【図５】図１の２軸光学スキャナーのミラーとリンク機
構と回転揺動支持機構の斜視図である。

【図６】図１の２軸光学スキャナーのリンク機構をＳ軸
線の方向から見て、リンク機構と回転揺動支持機構とミ
ラーの揺動角度の関係を幾何学的に表現した図である。

【図７】図１の２軸光学スキャナーの制御システムを表
す概念図である。

【図８】本発明の第２の実施例に係わる２軸光学スキャ
ナーを示す斜視図である。

【図９】図８の２軸光学スキャナーを示す正面図であ
る。

【図１０】図８の２軸光学スキャナーを示す側面図であ
る。

【図１１】図８の２軸光学スキャナーの揺動支持部材の
詳細とリンク機構の一部分及びミラーの関係を示す図で
ある。

【図１２】図８の２軸光学スキャナーのミラーとリンク
機構と回転揺動支持機構の斜視図である。

【図１３】図８の２軸光学スキャナーのリンク機構をＳ
軸線の方向から見て、リンク機構と回転揺動支持機構と
ミラーの揺動角度の関係を幾何学的に表現した図であ
る。

【図１４】図８の２軸光学スキャナーの制御システムを
表す概念図である。

【図１５】本発明の第３の実施例に係わる２軸光学スキ
ャナーを示す斜視図である。

【図１６】図１５の２軸光学スキャナーを示す正面図で
ある。

【図１７】図１５の２軸光学スキャナーを示す側面図で
ある。

【図１８】図１５の２軸光学スキャナーの揺動支持部材
の詳細とリンク機構の一部分及びミラーの関係を示す図
である。

【図１９】図１５の２軸光学スキャナーのミラーとリン
ク機構と回転揺動支持機構の斜視図である。

【図２０】図１５の２軸光学スキャナーのリンク機構を
Ｓ軸線の方向から見て、リンク機構と回転揺動支持機構
とミラーの揺動角度の関係を幾何学的に表現した図であ
る。

【図２１】図１５の２軸光学スキャナーの制御システム
を表す概念図である。

【符号の説明】

１ 直動駆動源 ２ 回転揺動支持機構 ３ リンク機構 ４ ミラー ５ 揺動支持部材 ６ 回転駆動源 ７ 弾性体 ８ 光ビーム １１ 上位制御手段 １２ 回転駆動源制御手段 １３ 直動駆動源制御手段 ２１ 直動駆動源 ２２ 回転揺動支持機構 ２３ リンク機構 ２４ ミラー ２５ 揺動支持部材 ２６ 回転駆動源 ２７ 弾性体 ２８ 光ビーム ３１ 上位制御手段 ３２ 回転駆動源制御手段 ３３ 直動駆動源制御手段 ４１ 直動駆動源 ４２ 回転揺動支持機構 ４３ リンク機構 ４４ ミラー ４５ 揺動支持部材 ４６ 回転駆動源 ４７ 弾性体 ４８ 光ビーム ５１ 上位制御手段 ５２ 回転駆動源制御手段 ５３ 直動駆動源制御手段

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ミラーを回転中心軸であるＺ軸の回りに
   回転させると共に、当該回転中心軸に直交する揺動中心
   軸であるＳ軸を中心として揺動させることにより、光ビ
   ームを２次元的に偏向可能な２軸光学スキャナーにおい
   て、 前記ミラーを前記Ｓ軸を中心として揺動自在に支持して
   いる揺動支持部材と、 前記揺動支持部材を、前記Ｚ軸の回りに回転させる回転
   駆動源と、 前記Ｚ軸方向に直線往復移動する直動出力部材を備えた
   直線駆動源と、 前記直動出力部材の直線往復運動を、前記Ｓ軸を中心と
   する前記ミラーの揺動運動に変換するためのリンク機構
   と、 前記直動出力部材および前記リンク機構の間を連結して
   いる回転揺動支持機構とを有しており、 前記回転揺動支持機構は、前記直動出力部材に固着さ
   れ、前記Ｚ軸を中心に回転自在であると共に、当該Ｚ軸
   に直交する軸線を中心として揺動自在であり、 前記リンク機構は、前記回転揺動支持機構を介して前記
   直動出力部材に連結されている駆動部材と、前記ミラー
   に連結されている被駆動部材と、これら駆動部材および
   被駆動部材を前記Ｓ軸に平行な軸線を中心として回転自
   在な状態でヒンジ接続している１自由度関節とを備えて
   いることを特徴とする２軸光学スキャナー。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記直動駆動源と前記回転駆動源とが、前記回転揺動支
   持機構、前記リンク機構、前記ミラーおよび前記揺動支
   持部材を挟み、同軸状態に配列されていることを特徴と
   する２軸光学スキャナー。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記回転駆動源および前記揺動支持部材を貫通して、前
   記Ｚ軸を中心軸線とする中空部分が形成されており、 当該中空部分を経由して光ビームを前記ミラーに照射可
   能となっていることを特徴とする２軸光学スキャナー。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３において、 前記リンク機構の前記駆動部材および／または前記被駆
   動部材を、これらの揺動作方向の一方向に付勢している
   弾性体を有していることを特徴とする２軸光学スキャナ
   ー。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のうちのいずれかの項
   において、 前記回転揺動支持機構は球面軸受を備えていることを特
   徴とする２軸光学スキャナー。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のうちのいずれかの項
   において、 前記直動駆動源を駆動制御する制御手段を有しており、 この制御手段は、次式に従って、外部から入力される揺
   動角度位置指令信号を直動位置指令に変換することを特
   徴とする２軸光学スキャナー。 ａ＝ｃ×ｃｏｓθ＋（ｂ²−ｃ²×ｓｉｎ²θ）^1/2 但し、 θ：前記Ｚ軸と前記被駆動部材との挟角 ａ：前記Ｈ軸から、前記ミラーの反射面と前記Ｚ軸の交
   点までの距離 ｂ：前記回転揺動支持機構の揺動中心軸から前記リンク
   機構の前記１自由度関節の揺動中心軸までの距離 ｃ：前記１自由度関節の揺動中心軸前記Ｓ軸までの距離
7. 【請求項７】 請求項１において、 前記直動駆動源と前記回転駆動源とが、隣接して同軸状
   態に配列されていることを特徴とする２軸光学スキャナ
   ー。
8. 【請求項８】 請求項７において、 前記回転駆動源および前記揺動支持部材を貫通して、前
   記Ｚ軸を中心軸線とする中空部分が形成されており、 当該中空部分を前記直動出力部材が貫通していることを
   特徴とする２軸光学スキャナー。
9. 【請求項９】 請求項１において、 前記直動駆動源と前記回転駆動源とが、隣接して平行軸
   状態に配列されていることを特徴とする２軸光学スキャ
   ナー。
10. 【請求項１０】 請求項７ないし９のうちのいずれかの
    項において、 前記リンク機構の前記駆動部材および／または前記被駆
    動部材を、これらの揺動作方向の一方向に付勢している
    弾性体を有していることを特徴とする２軸光学スキャナ
    ー。
11. 【請求項１１】 請求項７ないし１０のうちのいずれか
    の項において、 前記回転揺動支持機構は球面軸受を備えていることを特
    徴とする２軸光学スキャナー。
12. 【請求項１２】 請求項７ないし１１のうちのいずれか
    の項において、 前記直動駆動源を駆動制御する制御手段を有しており、 この制御手段は、次式に従って、外部から入力される揺
    動角度位置指令信号を直動位置指令に変換することを特
    徴とする２軸光学スキャナー。 ａ＝ｃ×ｃｏｓθ＋（ｂ²−ｃ²×ｓｉｎ²θ）^1/2 但し、 θ：前記Ｚ軸と前記被駆動部材との挟角 ａ：前記Ｈ軸から、前記ミラーの反射面と前記Ｚ軸の交
    点までの距離 ｂ：前記回転揺動支持機構の揺動中心軸から前記リンク
    機構の前記１自由度関節の揺動中心軸までの距離 ｃ：前記１自由度関節の揺動中心軸前記Ｓ軸までの距離