JP2003307700A - Galvanoscanner - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ光等の光
ビームを反射させるガルバノミラーの回動角度を測定し
ながらガルバノミラーを任意角度に回動させるガルバノ
スキャナに関するものである。特に、この発明のガルバ
ノスキャナは、レーザ加工機用等のガルバノスキャナと
して使用されるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a galvano scanner for rotating a galvanometer mirror at an arbitrary angle while measuring a turning angle of a galvanometer mirror for reflecting a light beam such as a laser beam. In particular, the galvano scanner of the present invention is used as a galvano scanner for a laser processing machine or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザ光等の光ビームを反射させるとと
もに任意の角度に偏向させるガルバノミラーは、ガルバ
ノスキャナによって必要な角度に回動される。このガル
バノスキャナは、ガルバノミラーを必要な角度に回動さ
せるために、ガルバノミラーの角度を測定する角度セン
サを備えている。かかる角度センサとしては、従来、静
電容量式の位置センサが用いられていた。2. Description of the Related Art A galvano mirror that reflects a light beam such as a laser beam and deflects it at an arbitrary angle is rotated by a galvano scanner to a required angle. This galvano scanner is equipped with an angle sensor that measures the angle of the galvanometer mirror in order to rotate the galvanometer mirror to the required angle. As such an angle sensor, a capacitance type position sensor has been conventionally used.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、静電容
量式の位置センサは、湿度変化に伴うドリフトがあるた
めに、気温の変化やガルバノミラーが受ける光ビームの
熱による温度上昇に伴って測定誤差が生じ、特に、ガル
バノミラーの高速動作に時においては測定精度の点で問
題があった。そこで、この発明においては、湿度変化等
の影響を受けることなくガルバノミラーの高速動作時に
おいても高精度の角度測定を可能とするガルバノスキャ
ナを提供することを課題とする。However, since the capacitance type position sensor has a drift due to a change in humidity, a measurement error occurs due to a change in temperature and a temperature rise due to the heat of the light beam received by the galvanometer mirror. However, there is a problem in terms of measurement accuracy especially when the galvanometer mirror operates at high speed. Therefore, it is an object of the present invention to provide a galvano scanner capable of highly accurate angle measurement even when the galvano mirror is operating at high speed without being affected by changes in humidity and the like.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】この発明の第１の構成に
よるガルバノスキャナは、光ビームを反射させると共に
任意の角度に偏向させるガルバノミラーと、このガルバ
ノミラーが固定されるシヤフトと、このシヤフトを回動
させる回動手段と、上記シャフトに取り付けられ所定間
隔で放射状に設けられた複数の第１放射状パターンを有
する回動板と、所定間隔で放射状に設けられた複数の第
２放射状パターンを有する固定板と、第１放射状パター
ンに光を照射する発光部と、第１及び第２放射状パター
ンを透過した光または、第１放射状パターンから反射す
ると共に第２放射状パターンを透過した光を受光する受
光部とを備えている。The galvano scanner according to the first aspect of the present invention includes a galvano mirror that reflects a light beam and deflects it at an arbitrary angle, a shaft to which the galvano mirror is fixed, and a shaft to which the shaft is fixed. Rotating means for rotating, a rotating plate attached to the shaft and having a plurality of first radial patterns radially provided at a predetermined interval, and a plurality of second radial patterns radially provided at a predetermined interval. A fixed plate, a light emitting unit that irradiates the first radial pattern with light, and light that receives the light transmitted through the first and second radial patterns or the light reflected from the first radial pattern and transmitted through the second radial pattern. And a section.
【０００５】この発明の第２の構成によるガルバノスキ
ャナでは、上記第１の構成において回動板が、ガルバノ
ミラーと反対側のシャフト端部近傍に取り付けられてい
る。In the galvano scanner according to the second structure of the present invention, in the first structure, the rotating plate is attached near the end of the shaft opposite to the galvano mirror.
【０００６】この発明の第３の構成によるガルバノスキ
ャナでは、上記第１の構成において、回動板が、所定の
角度だけ回動するようなストッパを備えている。In the galvano scanner according to the third structure of the present invention, in the first structure, the rotating plate is provided with a stopper for rotating by a predetermined angle.
【０００７】この発明の第４の構成によるガルバノスキ
ャナでは、上記第１の構成において回動板を、ガルバノ
ミラー面の法線方向を０度とした場合、スリットの長手
方向が±４５度以内になるように、シャフトに取り付け
ている。In the galvano scanner according to the fourth structure of the present invention, when the rotary plate in the first structure is set to 0 degree in the normal direction to the galvano mirror surface, the longitudinal direction of the slit is within ± 45 degrees. It is attached to the shaft so that
【０００８】この発明の第５の構成によるガルバノスキ
ャナでは、上記第１の構成において回動板を、面倒れ周
波数がガルバノミラーの回動周波数よりも高くなるよう
に、シャフトに取り付けている。In the galvano scanner according to the fifth structure of the present invention, in the first structure, the rotating plate is attached to the shaft so that the plane tilt frequency becomes higher than the rotating frequency of the galvano mirror.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下。図面に基づいて、この発明
の実施の形態について説明する。なお、図中の同一また
は相当する部分には同一の符号を付し、その説明を省略
する。
実施の形態１．この発明の実施の形態１について、図１
〜図３を参照して説明する。図１は、この発明の実施の
形態１によるガルバノスキャナの内部構成を示す斜視図
である。図１に示されるように、このガルバノスキャナ
１においては、光ビームLを反射して偏向させるガルバ
ノミラー２を、ミラーマウント３を介してシャフト４に
固定している。このシャフト４は、２つの軸受け５によ
って図示しないガルバノスキャナ１の筐体に回動自在に
支持されており、これら２つの軸受け５の間において可
動コイル６がシャフト４に固定されている。さらに可動
コイル６を挟んで、極性の異なる1対の永久磁石７が配
置されている。即ち、可動コイル６は永久磁石７の磁界
中に設置されており、可動コイル６と永久磁石７とによ
りシャフト４の回動手段が構成されている。可動コイル
６はシャフト４をまたぐように矩形状に巻回され構成さ
れているがコイルは省略している。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Embodiment 1. FIG. 1 shows the first embodiment of the present invention.
~ It demonstrates with reference to FIG. 1 is a perspective view showing an internal configuration of a galvano scanner according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, in the galvano scanner 1, a galvano mirror 2 that reflects and deflects the light beam L is fixed to a shaft 4 via a mirror mount 3. The shaft 4 is rotatably supported by a housing (not shown) of the galvano scanner 1 by two bearings 5, and a movable coil 6 is fixed to the shaft 4 between the two bearings 5. Further, a pair of permanent magnets 7 having different polarities are arranged so as to sandwich the movable coil 6. That is, the movable coil 6 is installed in the magnetic field of the permanent magnet 7, and the movable coil 6 and the permanent magnet 7 constitute a rotating means of the shaft 4. The movable coil 6 is wound in a rectangular shape so as to straddle the shaft 4, but the coil is omitted.
【００１０】そして、ミラーマウント３と片方の軸受け
５との間において、所定間隔で放射状に設けられた多数
の第１放射状パターンを有する回動板１０がマウント１
０Ｍによりシャフト４に固定されている。この回動板１
０を正面からみた構成を図２に示す。回動板１０はマウ
ント１０Ｍによりシヤフト４に固定されている。回動板
１０をガルバノミラー２の近傍に配置すると、回動板１
０をシャフト４の反対側端部近傍に固定した場合に比べ
て、シャフト４のねじれによる測定誤差が生ずる恐れが
ないという利点がある。したがって、シャフト４に固定
されている回動板１０は、ガルバノミラー２の近傍に配
置するのが望ましい。実施の形態１においては、ミラー
マウント３とシャフト４の片方の軸受け５までを略２０
ｍｍ以下とすると、シャフト４のねじれによる測定誤差
が生ずる恐れが少ないという実験結果を得た。Then, between the mirror mount 3 and the bearing 5 on one side, the rotary plate 10 having a large number of first radial patterns radially provided at a predetermined interval is mounted on the mount 1.
It is fixed to the shaft 4 by 0M. This rotating plate 1
FIG. 2 shows the configuration of 0 viewed from the front. The rotating plate 10 is fixed to the shaft 4 by a mount 10M. When the rotating plate 10 is arranged near the galvanometer mirror 2, the rotating plate 1
Compared with the case where 0 is fixed near the opposite end of the shaft 4, there is an advantage that a measurement error due to the twist of the shaft 4 does not occur. Therefore, it is desirable that the rotary plate 10 fixed to the shaft 4 be arranged near the galvanometer mirror 2. In the first embodiment, up to approximately 20 parts of the mirror mount 3 and the bearing 5 of the shaft 4 are provided.
An experimental result that the measurement error due to the twist of the shaft 4 is less likely to occur when the thickness is less than or equal to mm is obtained.
【００１１】この回動板１０は、質量が小さく、小形の
工業用プラスチックからなり、板面上には第１放射状パ
ターンとして、円弧に沿って多数のスリット１２が放射
状に設けられたもので、図２に示すようにスリット１２
は光を透過する細隙で構成されている。シャフト４と一
体に、即ち、ガルバノミラー２と一体に回動する。この
とき、重心位置はシャフト４の軸心にある。回動板１０
の手前側には、多数のスリット１２に対向する位置にＬ
ＥＤ（発光ダイオード）１３が固定されて発光部を構成
しており、ＬＥＤ１３には電力を供給してＬＥＤ１３を
発光させるＬＥＤドライバ１４が接続されている。この
ＬＥＤ１３から発せられた光の一部は、回動板１０のス
リット１２を通過して、背面側に設けられた固定板１５
に入射し、この固定板１５のスリットをも通過した光が
ＰＤ（フォトダイオード）１６によって受光される。固
定板１５は回動板の第１放射状パターンと対向する位置
に固定配置されており、第１放射状パターンと同一の第
２放射状パターン１７が形成されている。ＰＤ１６によ
って受光された光は電流に変換されてアンプ１８で増幅
され、カウンタ１９によってカウントされて角度の値に
変換される。The rotary plate 10 is made of a small-sized industrial plastic having a small mass, and is provided with a large number of slits 12 radially along an arc as a first radial pattern on the plate surface. As shown in FIG. 2, the slit 12
Is composed of a slit that transmits light. It rotates integrally with the shaft 4, that is, integrally with the galvanometer mirror 2. At this time, the center of gravity is located at the axis of the shaft 4. Rotating plate 10
On the front side of the
An ED (light emitting diode) 13 is fixed to form a light emitting unit, and an LED driver 14 that supplies electric power to the LED 13 to cause the LED 13 to emit light is connected. A part of the light emitted from the LED 13 passes through the slit 12 of the rotating plate 10 and the fixed plate 15 provided on the back side.
The light that has been incident on and has passed through the slit of the fixed plate 15 is received by the PD (photodiode) 16. The fixed plate 15 is fixedly arranged at a position facing the first radial pattern of the rotating plate, and a second radial pattern 17 identical to the first radial pattern is formed. The light received by the PD 16 is converted into a current, amplified by the amplifier 18, counted by the counter 19, and converted into an angle value.
【００１２】一方、角度指令発生手段２０から出力され
た角度指令のデータはサーボアンプ２１に入力され、カ
ウンタ１９から入力されたガルバノミラー２の角度のデ
ータと比較されて、目的の角度にガルバノミラー２を回
動させるように制御される。即ち、目的の角度にガルバ
ノミラー２を回動させるのに必要な電力がサーボアンプ
２１からリード線２２を介して可動コイル６に入力され
る。この電力によって、可動コイル６から磁力が発生
し、この磁力によって1対の永久磁石７との間で反発力
または吸引力が生じ、可動コイル６と一体にシャフト４
が回動してガルバノミラー２を目的の角度に回動させ
る。このようにして、ガルバノスキャナ１によってガル
バノミラー２が目的の角度に制御される。ここで、回動
板１０、ＬＥＤ１３、ＬＥＤドライバ１４、固定板１
５、ＰＤ１６によって光学式ロータリエンコーダ２３が
構成されている。光学式ロータリエンコーダによる角度
測定の原理は、回動板１０が回動すると固定スリット板
１４を通過してＰＤ１６に達する光量は周期的に変化す
るので、この光量の周期的変化がアンプ１８で増幅され
て、カウンタ１９で回動角度としてカウントされるもの
である。なお、回動板１０は、図３に示すストッパの作
用により所定角度だけ回動するように構成されている。
図３において、２４はシャフトの端部に設置された一対
のピンである。２５はピン２４が当接して回動板１０の
回動を所定角度で止める一対の突起であり、ピン２４の
軸方向に対して左右対称に、駆動コイル６、永久磁石７
等のカバー(図示せず)の壁面２６に設けられている。ピ
ン２５が回動板１０とともにピン２５に当接するまで回
動すると回動板１０の放射状パターン１２の端部付近に
ＬＥＤ１３が対向するように、ピン２５に対し突起２４
が配置されている。On the other hand, the angle command data output from the angle command generating means 20 is input to the servo amplifier 21 and compared with the angle data of the galvanometer mirror 2 input from the counter 19 to obtain the desired angle of the galvanometer mirror. 2 is controlled to rotate. That is, the electric power required to rotate the galvanometer mirror 2 to a desired angle is input from the servo amplifier 21 to the movable coil 6 via the lead wire 22. Due to this electric power, a magnetic force is generated from the movable coil 6, and a repulsive force or an attractive force is generated between the movable coil 6 and the pair of permanent magnets 7, and the shaft 4 is integrally formed with the movable coil 6.
Rotates to rotate the galvano mirror 2 to a desired angle. In this way, the galvano scanner 1 controls the galvano mirror 2 to a desired angle. Here, the rotating plate 10, the LED 13, the LED driver 14, the fixed plate 1
5, PD16 constitutes the optical rotary encoder 23. The principle of angle measurement by the optical rotary encoder is that when the rotating plate 10 rotates, the amount of light that passes through the fixed slit plate 14 and reaches the PD 16 changes periodically. Therefore, this periodic change in the amount of light is amplified by the amplifier 18. Then, the counter 19 counts the rotation angle. The rotating plate 10 is configured to rotate by a predetermined angle by the action of the stopper shown in FIG.
In FIG. 3, reference numeral 24 is a pair of pins installed at the ends of the shaft. Reference numeral 25 denotes a pair of protrusions that come into contact with the pin 24 and stop the rotation of the rotating plate 10 at a predetermined angle. The drive coil 6 and the permanent magnet 7 are symmetrical with respect to the axial direction of the pin 24.
Etc. are provided on the wall surface 26 of a cover (not shown). When the pins 25 rotate together with the rotating plate 10 until they come into contact with the pins 25, the protrusions 24 are formed on the pins 25 so that the LEDs 13 face the vicinity of the ends of the radial pattern 12 of the rotating plate 10.
Are arranged.
【００１３】光学式ロータリエンコーダ２３は、ガルバ
ノミラー２と一体に回動板１０が回動すると、固定板１
５を通過してＰＤに到達する光量が周期的に変化するの
でこの光量の周期的変化をアンプ１８で増幅して、カウ
ンタ１９により回動角度としてカウントしており、回動
板１０と固定板１５のスリットのピッチを同じとして細
かくすると非常に高精度の角度測定が可能となる。ま
た、湿度変化等によるドリフト現象等もなく、高速動作
時においても安定して角度測定を行うことができる。こ
のようにして、湿度変化等の影響を受けることなくガル
バノミラー２の高速動作時においても高精度の角度測定
を可能とするガルバノスキャナ１となる。いわゆる回転
円板スリットを備えた通常の光学式ロータリエンコーダ
を用いると、ガルバノスキャナは、回動部分のイナーシ
ャ（慣性モーメント）が大きくなる。具体的な数値例を
挙げれば、シャフト４と可動コイル６のロータ部分が８
ｇ・ｃｍ2、ガルバノミラー２が小型のもので３ｇ・ｃ
ｍ2、大型のもので１２ｇ・ｃｍ2、ミラーマウント３が
１〜１.５ｇ・ｃｍ2、そして、回転円板スリットが６ｇ
・ｃｍ2であり、合計で１８〜２７.５ｇ・ｃｍ2に達す
る。このように回動部分のイナーシャが大きくなるた
め、高速動作には向かないものとなり、例えばレーザ加
工機において１０００回／秒というようなガルバノミラ
ー２の高速位置決めができないという問題点があった。
そこで、実施の形態１では回動板１０も軽量なエンジニ
アリングプラスチックからなり、第１放射状パターンは
図２に示すように約４５度の回動角度範囲を有してい
る。The optical rotary encoder 23 includes a fixed plate 1 when the rotary plate 10 rotates integrally with the galvanometer mirror 2.
Since the amount of light reaching the PD after passing 5 is periodically changed, the periodic change in the amount of light is amplified by the amplifier 18, and is counted as a turning angle by the counter 19, and the turning plate 10 and the fixed plate are counted. If the pitches of the 15 slits are set to be the same, the angle measurement can be performed with extremely high accuracy. Further, there is no drift phenomenon due to changes in humidity and the like, and the angle can be stably measured even during high-speed operation. In this way, the galvano scanner 1 is capable of performing highly accurate angle measurement even when the galvano mirror 2 is operating at high speed without being affected by changes in humidity and the like. When a normal optical rotary encoder having a so-called rotary disc slit is used, the inertia (moment of inertia) of the rotating portion of the galvano scanner becomes large. To give a specific numerical example, the rotor portion of the shaft 4 and the movable coil 6 is 8
g · cm 2 , galvanometer mirror 2 is small, 3 g · c
m 2 , large size 12 g · cm 2 , mirror mount 3 1 to 1.5 g · cm 2 , and rotating disk slit 6 g.
· Cm 2, and reaches the 18~27.5g · cm 2 in total. Since the inertia of the rotating portion becomes large in this way, it becomes unsuitable for high-speed operation, and there is a problem that the galvanometer mirror 2 cannot be positioned at high speed such as 1000 times / second in a laser processing machine.
Therefore, in the first embodiment, the rotating plate 10 is also made of lightweight engineering plastic, and the first radial pattern has a rotating angle range of about 45 degrees as shown in FIG.
【００１４】実施の形態１にかかるガルバノスキャナ１
は、レーザ加工機等に用いられるものであって、ガルバ
ノミラー２の回動角度範囲は±８度即ち１６度である
が、図２に示すような約４５度の角度範囲を有する回転
板１０用いたこと、すなわち、、実施の形態１では、ガ
ルバノミラー面の法線方向を０度とした場合、スリット
の長手方向が±４５度以内になるように、シャフトに取
り付けているのは、以下のような理由からである。即
ち、第１に機械的強度を確保するため、第２にガルバノ
スキャナ１のトルクが最大となる駆動系の中心と回動板
１０のストローク中心を一致させるのが困難なので取り
付け誤差を吸収するため、第３に回動板１０は従来の回
転円板スリットを切断して作成していることから両端は
機械的歪があるので使用しないように余裕をとっている
ため、第４に将来的にガルバノミラー２の回動角度範囲
を広げる可能性があるためである。それでも、回動板１
０の回動する角度範囲は、回動板１０の約８分の１にな
っている。これによって、回動部分のイナーシャは、回
転円板スリットが６ｇ・ｃｍ2であったのに比べて１ｇ
・ｃｍ2となり、小型のガルバノミラー２（イナーシャ
３ｇ・ｃｍ2）を用いた場合、シャフト４と可動コイル
６のロータ部分の８ｇ・ｃｍ2、ミラーマウント３の１
ｇ・ｃｍ2を加えて、回動部分のイナーシャは１３ｇ・
ｃｍ2まで減少する。その結果、従来の回転円板スリッ
トに大型ガルバノミラー２を用いた場合（回動部部のイ
ナーシャ２７.５ｇ・ｃｍ2）の最大位置決め速度が約４
００回／秒であったのが、実施の形態１のガルバノスキ
ャナ３１においては、約１０００回／秒の最大位置決め
速度が達成された。また、ガルバノミラー２として大型
ガルバノミラー２を用いた場合（回動部分のイナーシャ
２２.５ｇ・ｃｍ2）においても、最大位置決め速度とし
て約７００回／秒の値が得られており、回動板１０を用
いた効果が顕著に表れている。このように、回動部分を
軽量としイナーシャを小さくすると、ガルバノスキャナ
１の高速動作が可能になるのは、回動部分の固有振動数
が高くなるため、サーボアンプ２１によるサーボ制御の
ゲインを上げることができるようになるためである。Galvano Scanner 1 according to the first embodiment
Is used in a laser processing machine or the like, and the rotation angle range of the galvano mirror 2 is ± 8 degrees, that is, 16 degrees, but the rotary plate 10 having an angle range of about 45 degrees as shown in FIG. Used, that is, in the first embodiment, when the normal direction of the galvano mirror surface is 0 degree, the slit is attached to the shaft so that the longitudinal direction of the slit is within ± 45 degrees. This is the reason. That is, firstly, in order to secure mechanical strength, secondly, it is difficult to match the center of the drive system where the torque of the galvano scanner 1 is maximized with the stroke center of the rotary plate 10, so that an installation error is absorbed. Thirdly, since the rotary plate 10 is formed by cutting the conventional rotary disk slit, both ends have mechanical strain, so there is a margin to avoid using it. This is because there is a possibility that the rotation angle range of the galvanometer mirror 2 may be expanded. Still, the rotating plate 1
The angle range of 0 rotation is about 1/8 of the rotation plate 10. As a result, the inertia of the rotating part is 1g compared to 6g · cm 2 for the rotating disk slit.
· Cm 2, and the case of using a small galvanometer mirror 2 (inertia 3 g · cm 2), 8 g · cm 2 of the rotor portion of the shaft 4 and the movable coil 6, the first mirror mount 3
Adding g · cm 2 , inertia of the rotating part is 13g ·
It decreases to cm 2 . As a result, the maximum positioning speed is about 4 when the large galvano mirror 2 is used for the conventional rotary disk slit (inertia of the rotating portion is 27.5 g · cm 2 ).
Although it was 00 times / second, the galvano scanner 31 of the first embodiment achieved the maximum positioning speed of about 1000 times / second. Even when the large galvanometer mirror 2 is used as the galvanometer mirror 2 (inertia of the turning portion is 22.5 g · cm 2 ), the maximum positioning speed is about 700 times / sec. The effect of using 10 is remarkable. In this way, if the rotating part is made light and the inertia is small, the Galvano scanner 1 can operate at high speed because the natural frequency of the rotating part becomes high, so that the gain of servo control by the servo amplifier 21 is increased. This is because you can do it.
【００１５】実施の形態２．次に、この発明の実施の形
態２について、図４を参照して説明する。図４は、この
発明の実施の形態２にかかるガルバノスキャナの内部構
成を示す斜視図である。なお、図１と同一の部分につい
ては同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態２
にかかるガルバノスキャナ１が実施の形態１のガルバノ
スキャナ１と異なるのは、回動板１０がガルバノミラー
２と反対側に配置されていることであり、図４に示すよ
うに上記反対側においてシャフト４の端部近傍にマウン
ト１０Ｍにより固定されている点が相違する。光学式ロ
ータリエンコーダ２３はガルバノミラー２と反対側のシ
ャフト４の端部近傍に設けられる。実施の形態１のよう
に回動板１０をガルバノミラー２の近傍においてシャフ
ト４に固定すると、図１に示されるようにガルバノミラ
ー２の近傍に光学式ロータリエンコーダ２３の構成部品
が集まって、ガルバノスキャナ１のこの部分が嵩高くな
る。このとき、レーザ加工機のように２つのガルバノミ
ラーを近接させて用いる場合には、一方のガルバノミラ
ーと他方のガルバノスキャナが干渉してしまう事態も生
じ得る。また、ガルバノミラー２の近傍に光学式ロータ
リエンコーダ２３を構成すると、ガルバノミラーの２の
受ける光ビームＬの熱の影響を受け易くなる。Embodiment 2. Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the internal configuration of the galvano scanner according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Embodiment 2
The galvano scanner 1 according to the present embodiment is different from the galvano scanner 1 according to the first embodiment in that the rotating plate 10 is arranged on the opposite side to the galvano mirror 2, and as shown in FIG. 4 is different in that it is fixed by a mount 10M near the end of No. 4. The optical rotary encoder 23 is provided near the end of the shaft 4 on the side opposite to the galvanometer mirror 2. When the rotating plate 10 is fixed to the shaft 4 in the vicinity of the galvanometer mirror 2 as in the first embodiment, the components of the optical rotary encoder 23 gather in the vicinity of the galvanometer mirror 2 as shown in FIG. This part of the scanner 1 becomes bulky. At this time, when two galvanomirrors are used in close proximity like a laser beam machine, one galvanomirror may interfere with the other galvanoscanner. Further, when the optical rotary encoder 23 is arranged near the galvano mirror 2, it becomes easy to be affected by the heat of the light beam L received by the galvano mirror 2.
【００１６】そこで、実施の形態２に示されるように、
回動板１０をガルバノミラー２と反対側のシャフト４の
端部近傍に固定することによって、光学式ロータリエン
コーダ２３をガルバノミラー２から離して構成すること
ができ、他のガルバノミラーが干渉したり、光ビームＬ
の熱の影響を受けたりすることなく、より安定して高精
度に角度測定を行うことができる。実施の形態２におい
ては、シャフト４の片方の軸受け５とシャフト４の端部
までを略１０mm以下とすると、シャフト４のねじれによ
る測定誤差が生ずる恐れが少ないという実験結果を得
た。また、シャフト４の両端の荷重により、シャフト４
の長さ方向の重心位置が可動コイル６の中心付近にあ
り、変化しにくいという効果が得られる。Therefore, as shown in the second embodiment,
By fixing the rotary plate 10 near the end of the shaft 4 on the side opposite to the galvanometer mirror 2, the optical rotary encoder 23 can be configured away from the galvanometer mirror 2 and may interfere with other galvanometer mirrors. , Light beam L
It is possible to perform more stable and highly accurate angle measurement without being affected by the heat of. In the second embodiment, when the bearing 5 on one side of the shaft 4 and the end of the shaft 4 are set to about 10 mm or less, an experimental result is obtained that there is little possibility of a measurement error due to the twist of the shaft 4. Also, due to the load on both ends of the shaft 4, the shaft 4
Since the position of the center of gravity in the longitudinal direction is near the center of the movable coil 6, it is possible to obtain the effect that it is difficult to change.
【００１７】ガルバノスキャナは、回動板の第１放射状
パターン１２の回動する角度範囲を上記軽量な回動板の
機械的強度が保てる範囲内でできるだけ上記ガルバノミ
ラーの回動角度範囲に近づけるように小さくしいる。回
動板１０の第１放射状パターンの回動する角度範囲をガ
ルバノミラーの回動角度範囲ぎりぎりの角度範囲とする
と、シャフトへの取り付け時の誤差等によって、第１放
射状パターンがガルバノミラーの回動角度範囲からずれ
てしまう恐れがある。こうなると発光ダイオードの光が
回動板に当たらない範囲が生じ、その範囲では角度測定
ができなくなってしまう。そこで、回動板の取り付け誤
差を考慮しても、回動板をガルバノミラーの回動角度範
囲に加えて左右５度程度ずつの余裕を持たせた角度範囲
のものとすれば、角度測定ができなくなるという不具合
は防止できる。しかし、上述したレーザ加工機における
ガルバノミラーのように、回動角度範囲が約１６度のも
のでは左右に５度程度ずつの余裕を持たせても僅か約２
６度となり、高速回動時の機械的強度に不安が残る。そ
こで、回動板の角度範囲を機械的強度が保てる範囲内で
できるだけガルバノミラーの回動角度範囲に近づけるこ
ととすれば、機械的強度についても心配がなくしかも必
要最小限の大きさとすることができる。このようにし
て、湿度変化等の影響を受けることなく高精度の角度測
定を可能とするととともに、高速回動時の角度測定が確
実にできる範囲で回動部分のイナーシャを低減すること
によってガルバノミラーの高速動作を可能とするガルバ
ノスキャナとなる。In the galvano scanner, the angular range of rotation of the first radial pattern 12 of the rotary plate is made as close as possible to the rotary angle range of the galvano mirror within the range in which the mechanical strength of the lightweight rotary plate can be maintained. It is small. If the angular range of rotation of the first radial pattern of the rotary plate 10 is set to the marginal angular range of the galvanometer mirror, the first radial pattern will rotate due to an error in mounting on the shaft. There is a risk of deviation from the angular range. In this case, there is a range where the light of the light emitting diode does not hit the rotating plate, and it becomes impossible to measure the angle in that range. Therefore, even if the mounting error of the rotating plate is taken into consideration, if the rotating plate has an angle range with a margin of about 5 degrees to the left and right in addition to the rotation angle range of the galvanometer mirror, angle measurement can be performed. The problem of being unable to do so can be prevented. However, if the rotation angle range is about 16 degrees like the galvanometer mirror in the above-mentioned laser beam machine, even if a margin of about 5 degrees is provided to the left and right, it will be only about 2.
It becomes 6 degrees, and there is concern about the mechanical strength during high-speed rotation. Therefore, if the angle range of the rotary plate is made as close as possible to the rotary angle range of the galvanometer mirror within the range in which the mechanical strength can be maintained, the mechanical strength can be set to the minimum necessary amount without concern. it can. In this way, it is possible to perform highly accurate angle measurement without being affected by changes in humidity, etc., and reduce the inertia of the rotating part within a range that can reliably measure the angle during high-speed rotation, thus enabling the galvano mirror. It becomes a galvano scanner that enables high-speed operation.
【００１８】実施の形態３．実施の形態３のガルバノス
キャナ１に用いられる軽量な回動板１０の形状の変形例
について、図５参照して説明する。図５の(ａ)に示され
る回動板１０は、図１、図２に示された実施の形態１、
２のガルバノスキャナ２３に用いられる回動板１０と同
一形状のものである。この回動板１０には、扇形の円弧
に沿って多数のスリット１２が設けられており、第１放
射パターンが形成されている。３０は、シャフトへ取り
付けるためのシャフト孔である。これらのスリット１２
が設けられている角度範囲は僅か約４５度であり、従来
のいわゆる回転円板スリットの約８分の１である。した
がって、シャフト４が貫通するシャフト孔３０の周辺部
分の重量を加えても、上述したように回動板の６ｇ・ｃ
ｍ2に対して１ｇ・ｃｍ2という６分の１のイナーシャ低
減を実現している。回動板をガルバノミラーの回動角度
範囲に加えて左右に余裕を持たせた角度範囲のものとす
るとともに、その形状をシャフトへの取り付け部分を含
めて略扇形とすることによって、必要最小限の大きさに
することができ、回動板のイナーシャを最小とすること
ができる。このようにして、湿度変化等の影響を受ける
ことなく高精度の角度測定を可能とするとともに、回動
部分のイナーシャを最小とすることによってガルバノミ
ラーの高速動作を可能とするガルバノスキャナとなる。Embodiment 3. A modification of the shape of the lightweight rotating plate 10 used in the galvano scanner 1 of the third embodiment will be described with reference to FIG. The rotating plate 10 shown in (a) of FIG. 5 is the same as that of the first embodiment shown in FIGS.
It has the same shape as the rotating plate 10 used in the second galvano scanner 23. The rotating plate 10 is provided with a large number of slits 12 along a circular arc of a fan shape, and forms a first radiation pattern. 30 is a shaft hole for attaching to the shaft. These slits 12
Is about 45 degrees, which is about one-eighth of the conventional so-called rotary disc slit. Therefore, even if the weight of the peripheral portion of the shaft hole 30 through which the shaft 4 penetrates is added, as described above, 6 g · c of the rotating plate is used.
realizes the first inertia reduction of 6 minutes that 1 g · cm 2 with respect to m 2. In addition to the rotation angle range of the Galvano mirror, the rotation plate has an angle range with left and right margins, and its shape is a fan shape including the part to be attached to the shaft. And the inertia of the rotating plate can be minimized. In this way, the galvano scanner enables high-accuracy angle measurement without being affected by changes in humidity and the like, and also enables high-speed operation of the galvano mirror by minimizing the inertia of the rotating portion.
【００１９】図５の（ｂ）に示す回動板３１は、（ａ）
の変形例である。この変形例においても、多数のスリッ
ト１２が設けられている角度範囲は約４５度であり、回
動板９の形状は略扇形であるが、シャフト４が貫通する
シャフト３０の周辺部分の形状が直線状であり、(ａ)の
ような切り欠き状になっていないので、強度的により優
れている。ただし、それとは裏腹に重量は少々重くなっ
ている。The rotating plate 31 shown in FIG. 5B is (a)
It is a modified example of. Also in this modification, the angular range in which the large number of slits 12 are provided is about 45 degrees, and the shape of the rotating plate 9 is substantially fan-shaped, but the shape of the peripheral portion of the shaft 30 through which the shaft 4 penetrates. Since it is linear and does not have the notch shape as in (a), it is more excellent in strength. However, contrary to that, the weight is slightly heavier.
【００２０】図５の（ｃ）の回動板３２は、シャフト４
が貫通するシャフト３０の周辺部分の形状が長円形状で
あって、機械的強度がより大きくなっているので、多数
のスリット１２が設けられている角度範囲は約３５度と
小さくなっている。このように、回動板の他の変形例に
おいては、その角度範囲を回動板の機械的強度が保てる
範囲内で、できるだけガルバノミラー２の回動角度範囲
（１６度）に近づけるように小さくしている。The rotating plate 32 shown in FIG.
Since the shape of the peripheral portion of the shaft 30 that penetrates is elliptical and has higher mechanical strength, the angular range in which the large number of slits 12 are provided is as small as about 35 degrees. As described above, in another modification of the rotating plate, the angle range thereof is made as small as possible so as to be as close as possible to the rotating angle range (16 degrees) of the galvanometer mirror 2 within a range in which the mechanical strength of the rotating plate can be maintained. is doing.
【００２１】図５の(ｄ)の回動板３３はシャフト４が貫
通するシャフト３０の周辺部分の形状がより大きくなる
ように膨らんだ円形状であって、機械的な強度を向上さ
せている。The rotating plate 33 of FIG. 5 (d) is a circular shape bulging so that the shape of the peripheral portion of the shaft 30 through which the shaft 4 penetrates becomes larger, and improves the mechanical strength. .
【００２２】実施の形態４．次に、この発明の実施の形
態４について、図６を参照して説明する。図６は、この
発明の実施の形態４にかかるガルバノスキャナに用いら
れる回動板３４の構成を示す正面図である。実施の形態
４の回動板３４も軽量なエンジニアリングプラスチック
からなり、回動板３４を平行な２本の直線で切断した形
状をしており、シャフト４が貫通するシャフト孔３０を
中心として軸対称の形状となっている。向かい合った２
つの円弧に沿ってそれぞれ多数のスリット１２が設けら
れて第１放射状パターンを形成している。これらのスリ
ット１２が設けられている角度範囲はそれぞれ約４５度
である。なお、光学式エンコーダとしては図示上方のス
リット１２のみが使用され、図示下方のスリット１２は
実際には角度測定には関与しない。Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a front view showing the structure of the rotary plate 34 used in the galvano scanner according to the fourth embodiment of the present invention. The rotating plate 34 of the fourth embodiment is also made of lightweight engineering plastic, has a shape obtained by cutting the rotating plate 34 by two parallel straight lines, and is axisymmetrical about the shaft hole 30 through which the shaft 4 passes. It has a shape of. 2 facing each other
A large number of slits 12 are provided along each of the two arcs to form a first radial pattern. The angular range in which these slits 12 are provided is about 45 degrees. As the optical encoder, only the upper slit 12 in the figure is used, and the lower slit 12 in the figure does not actually participate in the angle measurement.
【００２３】図５に示される実施の形態４にかかる回動
板のように、LED８の光の当たる側のみを残した回動板
では、シャフト４に固定したときに回動部分の重量のバ
ランスがくずれることとなる。このような片側のみの回
動板がシャフト４に取り付けられていると、バランスの
くずれからガルバノミラー２の回動時に面倒れ共振現象
を起こす恐れがある。面倒れ共振現象とは、ガルバノミ
ラーが高速で回動を繰り返す際に共振周波数に近づいた
ときに、共振を起こしてガルバノミラーの反射面が前後
に反るように振動する現象をいう。この面倒れ共振現象
が起こると、光ビームがガルバノミラーの偏向方向とは
垂直な方向にぶれることになり、偏向ずれが生ずる。そ
こで、実施の形態４における回動板３４のように、LED
８の光の当たる側と軸対称になるように反対側にも回転
部分スリットを残すことによって、バランスを保つこと
ができ、ガルバノミラー２の回動時に面倒れ共振現象を
起こす恐れがなくなる。このようにして、実施の形態４
の回動板３４を用いることによって、シャフト４回りの
重量バランスを保って面倒れ共振現象を確実に防止しつ
つ、回動部分のイナーシャを低減することによってガル
バノミラー２の高速動作を可能とするガルバノスキャナ
となる。As in the rotary plate according to the fourth embodiment shown in FIG. 5, in the rotary plate that leaves only the light-exposed side of the LED 8, the weight balance of the rotary portion when fixed to the shaft 4 is achieved. Will collapse. If such a rotating plate on only one side is attached to the shaft 4, there is a possibility that a plane tilt resonance phenomenon may occur when the galvano mirror 2 is rotated due to imbalance. The face-down resonance phenomenon is a phenomenon in which when the galvano mirror approaches the resonance frequency when repeatedly rotating at high speed, it causes resonance and the reflecting surface of the galvano mirror vibrates back and forth. When this plane tilt resonance phenomenon occurs, the light beam is deflected in a direction perpendicular to the deflection direction of the galvanometer mirror, resulting in deflection deviation. Therefore, like the rotating plate 34 in the fourth embodiment, the LED
By leaving a rotary partial slit on the opposite side so as to be axially symmetric with the side on which the light of 8 hits, balance can be maintained, and there is no risk of causing a plane tilt resonance phenomenon when the galvanometer mirror 2 rotates. In this way, the fourth embodiment
By using the rotating plate 34, the weight balance around the shaft 4 is maintained and the plane tilt resonance phenomenon is reliably prevented, and the inertia of the rotating portion is reduced to enable the galvanometer mirror 2 to operate at high speed. It becomes a galvano scanner.
【００２４】実施の形態５．図７の（ａ）は実施の形態
５を説明するため、図３のガルバノミラー、シャフト、
回動板の構成部分を示す斜視図である。Ｐはミラーの法
線を示す。Ｑは図７の（ａ）のように回動板１０の長径
方向の中心線を示す。ＭはＰと平行な方向、ＲはＭおよ
びシャフト４の軸方向と９０度の角度をなす方向を示
す。Ａはミラー２の面倒れ振動共振現象の振動（以下、
面倒れ振動と略す）の方向示す。Ｂは回動板１０の面倒
れ振動の方向を示す。Embodiment 5. 7A illustrates the fifth embodiment, the galvano mirror, the shaft, and
It is a perspective view which shows the structural part of a rotating plate. P indicates the normal of the mirror. Q indicates the center line of the rotary plate 10 in the major axis direction as shown in FIG. M indicates a direction parallel to P, and R indicates a direction forming an angle of 90 degrees with the axial direction of M and the shaft 4. A is the vibration of the plane tilt vibration resonance phenomenon of the mirror 2 (hereinafter,
The abbreviated form tilt vibration) direction. B indicates the direction of surface tilt vibration of the rotating plate 10.
【００２５】図７の（ｂ）は（ａ）の側面図である。図
７の（ａ）（ｂ）では回動板１０のシャフト４への取り
付け角がＰとＱがほぼ平行になるように取り付けられて
いる場合を示している。FIG. 7B is a side view of FIG. FIGS. 7A and 7B show a case where the rotating plate 10 is attached to the shaft 4 such that P and Q are substantially parallel to each other.
【００２６】図８の（ａ）は回動板１０の取り付け角度
がＱとＲとが平行になるように取り付けられた以外は、
図７（ａ）と同じである。図８の（ｂ）は図８の（ａ）
の側面図である。なお、図７、図８で記載されている回
動板１０は、図５の（ｃ）の形状と同一のものを一部変
形して構成している。In FIG. 8 (a), except that the rotary plate 10 is mounted so that the mounting angle is parallel to Q and R,
This is the same as in FIG. 8 (b) is shown in FIG. 8 (a).
FIG. The rotary plate 10 shown in FIGS. 7 and 8 is configured by partially modifying the same shape as that of FIG. 5C.
【００２７】図７の（ａ）においては、ミラー２が回転
すると、ミラーの取り付け誤差等により芯ずれが起こ
り、ミラー２は軸受け５を起点にミラー面の法線Ｐ方向
に振動する面倒れ振動を発生する。面倒れ現象が発生す
るとミラーの先端部はＡ方向に振動する。図７の（ｂ）
では、ミラーはＡ方向に上下に振動していることを示
す。図７（ｂ）において、ミラー２がＡの方向に振動す
ると、シャフト４が両端のベアリング５を基点に上下に
たわみ、その影響が回動板１０に伝わり、回動板１０は
Ｂ方向に面倒れ振動を起こす。このような角度で回動板
１０を取り付けると、回動板１０のイナーシャがミラー
の面倒れ振動を抑えるように有効に働くので、ミラー２
の面倒れ振動は小さいものとなる。In FIG. 7A, when the mirror 2 rotates, a misalignment occurs due to an error in mounting the mirror, and the mirror 2 vibrates from the bearing 5 in the direction P normal to the mirror surface. To occur. When the surface tilt phenomenon occurs, the tip of the mirror vibrates in the A direction. FIG. 7B
Indicates that the mirror vibrates up and down in the A direction. In FIG. 7B, when the mirror 2 vibrates in the direction A, the shaft 4 bends up and down with the bearings 5 at both ends as a base point, and the effect is transmitted to the rotating plate 10, and the rotating plate 10 is troublesome in the direction B. Causes vibration. When the rotating plate 10 is attached at such an angle, the inertia of the rotating plate 10 works effectively so as to suppress the surface tilt vibration of the mirror.
The vibration caused by the face tilt is small.
【００２８】一方、図８の（ａ）のように回動板１０を
ＱとＲとが平行になるようにシャフト４に取り付けられ
た場合、図７と同様、ミラー２が回動すると、ミラー２
は面倒れ現象を発生し、同様に回動板１０はＢ方向に面
倒れ振動を起こすが、この場合、回動板１０の長径方向
の中心線Ｑは、ほとんど振動しないので、回動板１０の
イナーシャはミラーの面倒れ振動を抑えるように働か
ず、ミラー２の面倒れ振動の振幅は大きいものとなる。
従って、回動板１０の取り付け角度は、図７のように、
ミラー面の法線Ｐと回動板１０の長径方向の中心線Ｑが
平行となるようにシャフト４に固定すれば、ミラー面倒
れが少なくなるので、良好な高精度な光ビーム位置制御
が可能となる。ミラーの面倒れ抑制に効果がある面倒れ
振動抑制有効角度は、法線Ｐと中心線Ｑが平行となる回
動板１０の取り付け角を０度とした場合、取り付け角が
±４５度以内であれば、ミラー２の面倒れ振動を抑える
効果がある実験結果を得た。On the other hand, when the rotating plate 10 is attached to the shaft 4 so that Q and R are parallel to each other as shown in FIG. 8A, when the mirror 2 is rotated, as in FIG. Two
Causes a tilting phenomenon, and similarly the turning plate 10 causes a tilting vibration in the B direction. In this case, since the center line Q in the major axis direction of the turning plate 10 hardly vibrates, the turning plate 10 vibrates. The inertia does not work to suppress the tilting vibration of the mirror, and the amplitude of the tilting vibration of the mirror 2 becomes large.
Therefore, the mounting angle of the rotating plate 10 is as shown in FIG.
If the mirror P is fixed to the shaft 4 so that the normal P of the mirror surface and the centerline Q of the rotary plate 10 in the major axis direction are parallel to each other, the tilt of the mirror surface is reduced, and thus good and accurate light beam position control is possible. Becomes The surface tilt vibration suppression effective angle effective for suppressing the surface tilt of the mirror is within ± 45 degrees when the mounting angle of the rotating plate 10 where the normal P and the center line Q are parallel is 0 degree. If there is, the experimental result which has the effect of suppressing the face-down vibration of the mirror 2 was obtained.
【００２９】実施の形態６．図９から図１２は実施の形
態６を説明するための構成図である。図９から図１２
は、図３における回動板１０の取り付け部分の拡大図で
ある。図９の（ａ）、図１０の（ａ）、図１１の
（ａ）、図１２の（ａ）は取り付け部分を横方向からみ
た図、図９の（ｂ）、図１０の（ｂ）、図１１の
（ｂ）、図１２の（ｂ）は図９の（ａ）の右側面図であ
る。図１０、図１１、図１２は、図９の回動板の取り付
け剛性を高くするように改善した構造を説明する図であ
る。なお、図９の回動板１０は、図５における（ｃ）の
形状のものを一部変形した構成のもので説明している。
外形が３つの直線部分からなっており、図５の（ｃ）の
構造よりも製造しやすいというメリットがある。Sixth Embodiment 9 to 12 are configuration diagrams for explaining the sixth embodiment. 9 to 12
[Fig. 4] is an enlarged view of a mounting portion of the rotating plate 10 in Fig. 3. 9 (a), FIG. 10 (a), FIG. 11 (a), and FIG. 12 (a) are lateral views of the mounting portion, FIG. 9 (b), and FIG. 10 (b). 11 (b) and FIG. 12 (b) are right side views of FIG. 9 (a). 10, 11, and 12 are views for explaining the structure improved so as to increase the mounting rigidity of the rotating plate of FIG. The rotating plate 10 shown in FIG. 9 is described as having a configuration in which the shape of (c) in FIG. 5 is partially modified.
Since the outer shape is composed of three straight line portions, there is an advantage that it is easier to manufacture than the structure of FIG.
【００３０】図９の（ａ）のｄ１は回動板１０の厚み、
ｌ１はマウント１０Ｍの長さを示す。図９でシャフト４
がある周波数で回動運動を行った場合、回動板１０はＢ
方向に面倒れ振動を発生することがある。この面倒れ振
動の周波数を面倒れ周波数と呼ぶが、回動板１０の厚み
ｄ１が小さいあるいはマウント１０Ｍから先端部分まで
の距離が長い場合、面倒れ周波数は低くなり、ガルバノ
スキャナが高速に駆動できなくなる。今、ガルバノスキ
ャナを１秒間に１０００点の位置決めを行わせる場合、
１秒間に１０００回、回動、停止の動作の繰り返しが行
われる。この制御は、いわゆるｐｏｉｎｔ ｔｏ ｐｏ
ｉｎｔ制御（ＰＴＰ制御）と呼ばれるものである。この
場合、ガルバノスキャナの位置決め周波数は１０００Ｈ
ｚといい、シャフト４も１０００Ｈｚで力が伝えられ、
回動板１０にも１０００Ｈｚで回動力が加わる。もし、
回動板１０の面倒れ周波数が１０００Ｈｚの場合、面倒
れ振動の振幅が増大し、図示しないＬＥＤ１３からの光
が第１放射パターン１２を正常に通過するとこができ
ず、結果的に図示しない光学式ロータリエンコーダ２３
はシャフトの回転角を計測できなくなるという問題が生
じる。そこで、面倒れ周波数をガルバノミラーの回動周
波数より高くするための改善方法を以下に説明する。In FIG. 9A, d 1 is the thickness of the rotating plate 10,
l 1 represents the length of the mount 10M. Shaft 4 in Figure 9
When the rotary motion is performed at a certain frequency, the rotary plate 10 moves to B
It may cause face-to-face vibration in the direction. The frequency of this tumble vibration is called the tumble frequency, but when the thickness d 1 of the rotating plate 10 is small or the distance from the mount 10M to the tip portion is long, the tumble frequency becomes low and the galvano scanner drives at high speed. become unable. Now, if you want to position the galvano scanner at 1000 points per second,
The operation of rotating and stopping is repeated 1000 times per second. This control is a so-called point to po
This is called int control (PTP control). In this case, the positioning frequency of the galvano scanner is 1000H.
It is called z, and the force is transmitted to the shaft 4 at 1000 Hz,
Rotational force is also applied to the rotating plate 10 at 1000 Hz. if,
When the surface tilt frequency of the rotary plate 10 is 1000 Hz, the amplitude of the surface tilt vibration increases, and the light from the LED 13 (not shown) cannot pass normally through the first radiation pattern 12, resulting in an optical (not shown). Rotary encoder 23
Causes a problem that the rotation angle of the shaft cannot be measured. Therefore, an improvement method for increasing the tilt frequency to be higher than the rotation frequency of the galvanometer mirror will be described below.
【００３１】図１０は図９のマウント１０Ｍの大きさを
変えて、マウント１０Ｍの長さをｌ １からｌ２のように
長くして回動板１０の面倒れ周波数を高く改善した例で
ある。マウント１０Ｍの長さにほぼ反比例の関係で回動
板の面倒れ周波数をガルバノミラーの回動周波数より高
くすることができる。FIG. 10 shows the size of the mount 10M shown in FIG.
Change the length of the mount 10M to l 1From lTwolike
In the example in which the tilting frequency of the rotating plate 10 is improved by increasing the length,
is there. Rotate almost inversely proportional to the length of mount 10M
The plate tilt frequency is higher than the rotation frequency of the galvanometer mirror.
You can do it.
【００３２】図１１は図９の回動板１０の厚さｄ１を大
きくし、回動板１０の面倒れ周波数を高く改善した例で
ある。回動板の厚さｄ１をｄ２と厚くすることで、回動
板１０の面倒れ周波数をガルバノミラーの回動周波数よ
り高くすることができる。回動板１０の面倒れ周波数は
厚みにほぼ比例して高くすることができる。FIG. 11 shows an example in which the thickness d 1 of the rotary plate 10 in FIG. 9 is increased to improve the surface tilt frequency of the rotary plate 10 to a high level. By increasing the thickness d 1 of the rotating plate to d 2 , the surface tilt frequency of the rotating plate 10 can be made higher than the rotating frequency of the galvanometer mirror. The surface tilt frequency of the rotary plate 10 can be increased almost in proportion to the thickness.
【００３３】図１２は図９の回動板１０の形状を幅広く
することで、回動板１０の面倒れ周波数を高く改善した
例である。図１２の（ｂ）のように回動板１０の形状を
幅広くすることで、回動板１０の面倒れ周波数は高くす
ることができる。上記改善を行えば回動板１０の面倒れ
周波数をガルバノミラーの回動周波数よりも高くするこ
とができ、ガルバノスキャナの位置決めを高速に行うこ
とができる。なお、回動板１０の面倒れ周波数を高くす
ればするほど、回動方向のイナーシャが増加する。従っ
て、回動板１０の面倒れ周波数はガルバノスキャナの位
置決め周波数の１．０５倍〜１．６倍程度にすることが
望ましい。ガルバノスキャナはもっとも大きなミラーを
用いる場合、位置決め周波数が４００Ｈｚとなる可能性
がある。この場合、回動板１０の面倒れ周波数は少なく
とも、４２０Ｈｚ以上となるように、回動板１０の厚
み、形状およびマウント１０Ｍの形状を調整する。FIG. 12 shows an example in which the tilting frequency of the rotating plate 10 is improved by widening the shape of the rotating plate 10 shown in FIG. By widening the shape of the rotary plate 10 as shown in FIG. 12B, the surface tilt frequency of the rotary plate 10 can be increased. If the above improvement is made, the surface tilt frequency of the rotary plate 10 can be made higher than the rotary frequency of the galvano mirror, and the galvano scanner can be positioned at high speed. The higher the plane tilt frequency of the rotating plate 10, the more the inertia in the rotating direction increases. Therefore, it is desirable that the surface tilt frequency of the rotary plate 10 be set to about 1.05 to 1.6 times the positioning frequency of the galvano scanner. If the galvano scanner uses the largest mirror, the positioning frequency can be 400 Hz. In this case, the thickness and shape of the rotating plate 10 and the shape of the mount 10M are adjusted so that the surface tilt frequency of the rotating plate 10 is at least 420 Hz or higher.
【００３４】上記の各実施の形態においては、第１放射
状パターン１２、第２放射状パターン１７はスリットで
構成された場合を説明したが、光を透過する回動板１０
に印刷されたパターンあるいは溝であっても構わない。
また、第１放射状パターン１２、第２放射状パターン１
７は、光を透過する透過型光ロータリエンコーダの場合
を説明したが、光を反射する回動板１０を用いた場合
は、第１の放射状パターンは回動板１０に印刷されたパ
ターンあるいは溝を用い、ＬＥＤ１３から発せられた光
の一部が、回動板１０の第１放射状パターン１２で反射
し、固定板１５に入射するように構成される反射型光ロ
ータリエンコーダであっても同様な効果があり、本発明
の範囲に含まれる。また、ロータリエンコーダはインク
リメンタル型であっても絶対値型であつても同様な効果
があり、本発明の範囲に含まれる。また、シャフト４は
可動コイルを用いた可動コイル型ガルバノスキャナの場
合を説明したが、シャフト４に永久磁石を固定し、この
永久磁石の磁力と吸引あるいは反発力が発生するよう
に、前記永久磁石の周りに矩形状に巻回された固定コイ
ルをもち、固定コイルに電流を流すことでシャフト４を
回転させる可動マグネット型ガルバノスキャナであって
も構わない。また、シャフト４に鉄心を固定し、この鉄
心を駆動するように配置された固定電磁石をもった可動
鉄心型ガルバノスキャナもあつても同様な効果があり、
本発明の範囲に含まれる。また、上記の各実施の形態に
おいては、ガルバノスキャナをレーザ加工機に用いる場
合について説明したが、本発明のガルバノスキャナはそ
の他にもレーザ光またはレーザ光以外の光ビームを偏向
するあらゆる装置用いることができる。また、上記各実
施の形態においては、軽量な回動板の素材をエンジニア
リングプラスチックとした例について説明したが、回動
板の素材はその他の合成樹脂やシリコン、アルミニウ
ム、ベリリウムを始めとする金属等、一定の機械的強度
と加工性がある素材であれば、どのようなものを用いて
も良い。ガルバノスキャナにおけるその他の部分の構
成、形状、材料、大きさ、数量、接続関係等について
も、上記各実施の形態に限定されるものではない。In each of the above embodiments, the case where the first radial pattern 12 and the second radial pattern 17 are composed of slits has been described, but the rotating plate 10 which transmits light is described.
It may be a pattern or groove printed on.
Also, the first radial pattern 12 and the second radial pattern 1
7 describes the case of a transmissive optical rotary encoder that transmits light, but when the rotating plate 10 that reflects light is used, the first radial pattern is the pattern or groove printed on the rotating plate 10. A part of the light emitted from the LED 13 is reflected by the first radial pattern 12 of the rotating plate 10 and is incident on the fixed plate 15 even with a reflection type optical rotary encoder. It is effective and is included in the scope of the present invention. Further, the rotary encoder has the same effect whether it is an incremental type or an absolute type, and is included in the scope of the present invention. Further, although the shaft 4 is a movable coil type galvano scanner using a movable coil, the permanent magnet is fixed to the shaft 4 so that the magnetic force of the permanent magnet and attraction or repulsive force are generated. It may be a movable magnet type galvano scanner which has a fixed coil wound in a rectangular shape around and rotates the shaft 4 by passing an electric current through the fixed coil. In addition, the same effect can be obtained by fixing the iron core to the shaft 4 and using a movable iron core type galvano scanner having a fixed electromagnet arranged so as to drive the iron core.
Within the scope of the present invention. Further, in each of the above-described embodiments, the case where the galvano scanner is used for the laser processing machine has been described, but the galvano scanner of the present invention may be any device that deflects laser light or a light beam other than laser light. You can Further, in each of the above-described embodiments, the example in which the material of the light-weight rotating plate is the engineering plastic has been described, but the material of the rotating plate is other synthetic resin, metal such as silicon, aluminum or beryllium. Any material may be used as long as it has a certain mechanical strength and workability. The configuration, shape, material, size, quantity, connection relationship, etc. of the other parts in the galvano scanner are not limited to those in the above-described embodiments.
【００３５】[0035]
【発明の効果】この発明の第１の構成によれば、光ビー
ムを反射させると共に任意の角度に偏向させるガルバノ
ミラーと、このガルバノミラーが固定されるシヤフト
と、このシヤフトを回動させる回動手段と、上記シャフ
トに取り付けられ所定間隔で放射状に設けられた複数の
第１放射状パターンを有する回動板と、所定間隔で放射
状に設けられた複数の第２放射状パターンを有する固定
板と、第１放射状パターンに光を照射する発光部と、第
１及び第２放射状パターンを透過した光または、第１放
射状パターンから反射すると共に第２放射状パターンを
透過した光を受光する受光部とを備えたことにより、温
度ドリフトのない高精度の角度測定を可能とするガルバ
ノスキャナを実現することができる。According to the first aspect of the present invention, the galvano mirror that reflects the light beam and deflects it at an arbitrary angle, the shaft to which the galvano mirror is fixed, and the rotation to rotate the shaft. Means, a rotating plate attached to the shaft and having a plurality of first radial patterns radially provided at predetermined intervals, a fixed plate having a plurality of second radial patterns radially provided at predetermined intervals, 1. A light emitting unit for irradiating light to one radial pattern, and a light receiving unit for receiving light transmitted through the first and second radial patterns or light reflected from the first radial pattern and transmitted through the second radial pattern As a result, it is possible to realize a galvano scanner that enables highly accurate angle measurement without temperature drift.
【００３６】この発明の第２構成によれば、上記第１の
構成において、回動板を、ガルバノミラーと反対側のシ
ャフト端部近傍に取り付けることにより、光ビームの熱
の影響を受けたりすることなく、より安定して高精度に
角度測定を行うことができる。According to the second configuration of the present invention, in the first configuration, the rotary plate is attached near the end of the shaft on the side opposite to the galvanometer mirror, so that it is affected by the heat of the light beam. Angle measurement can be performed more stably and with high accuracy.
【００３７】この発明の第３の構成によれば、この発明
の第１の構成において、回動板が、所定の角度だけ回動
するようなストッパを備えたことにより、光ロータリエ
ンコーダの計測可能範囲ないに回動角度が制限されるの
で、シャフトの角度測定ミスのない良好な角度測定を行
うことができる。According to the third structure of the present invention, in the first structure of the present invention, since the rotating plate is provided with the stopper for rotating by a predetermined angle, measurement of the optical rotary encoder can be performed. Since the rotation angle is limited within the range, it is possible to perform good angle measurement without erroneous shaft angle measurement.
【００３８】この発明の第４の構成によれば、上記第１
の構成において、回動板を、ガルバノミラー面の法線方
向を０度とした場合、スリットの長手方向が±４５度以
内になるように、シャフトに取り付けることにより、ミ
ラーの面倒れ振動を小さく抑えることができ、ひいては
レーザビームの偏向を高精度に行えるガルバノスキャナ
を実現することができる。According to the fourth structure of the present invention, the first
In the above configuration, when the rotating plate is set to 0 degree with respect to the normal direction of the galvano mirror surface, the plane tilt vibration of the mirror is reduced by attaching the shaft so that the longitudinal direction of the slit is within ± 45 degrees. Thus, it is possible to realize a galvano scanner that can suppress the deflection and highly accurately deflect the laser beam.
【００３９】この発明の第５の構成によれば、上記第１
の構成において、回動板を、面倒れ周波数がガルバノミ
ラーの回動周波数よりも高くなるように、シャフトに取
り付けることにより、ガルバノスキャナの位置決めを高
速に行うことができる。According to the fifth aspect of the present invention, the first
In the above configuration, the galvano scanner can be positioned at high speed by mounting the rotary plate on the shaft so that the plane tilt frequency is higher than the rotary frequency of the galvano mirror.
【図１】 この発明の実施の形態１によるガルバノスキ
ャナの内部構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an internal configuration of a galvano scanner according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 この発明の実施の形態１における回動板の構
造を説明する正面図である。FIG. 2 is a front view illustrating the structure of the rotating plate according to the first embodiment of the present invention.
【図３】 この発明の実施の形態１によるストッパの構
成を示す正面図である。FIG. 3 is a front view showing the structure of the stopper according to the first embodiment of the present invention.
【図４】 この発明の実施の形態２によるガルバノスキ
ャナの内部構成を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing an internal configuration of a galvano scanner according to a second embodiment of the present invention.
【図５】 この発明の実施の形態３による回動板を示す
構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a rotating plate according to Embodiment 3 of the present invention.
【図６】 この発明の実施の形態４による回動板を示す
構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a rotating plate according to Embodiment 4 of the present invention.
【図７】 この発明の実施の形態５を説明する構成図で
ある。FIG. 7 is a configuration diagram illustrating a fifth embodiment of the present invention.
【図８】 この発明の実施の形態５を説明する構成図で
ある。FIG. 8 is a configuration diagram illustrating a fifth embodiment of the present invention.
【図９】 この発明の実施の形態６による回動板及びマ
ウントを示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing a rotating plate and a mount according to Embodiment 6 of the present invention.
【図１０】 この発明の実施の形態６による回動板及び
マウントを示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram showing a rotating plate and a mount according to Embodiment 6 of the present invention.
【図１１】 この発明の実施の形態６による回動板及び
マウントを示す構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing a rotating plate and a mount according to Embodiment 6 of the present invention.
【図１２】 この発明の実施の形態６による回動板及び
マウントを示す構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram showing a rotating plate and a mount according to Embodiment 6 of the present invention.
２ ガルバノミラー、 ４ シャフト、 ６ 駆動コイ
ル、７ 永久磁石、１０ 回動板、１２ 第１放射状パ
ターン、１３ 発光部、 １５、固定板、１６ 受光
部、１７ 第２放射状パターン。2 galvanometer mirrors, 4 shafts, 6 drive coils, 7 permanent magnets, 10 rotating plates, 12 first radial patterns, 13 light emitting parts, 15, fixing plates, 16 light receiving parts, 17 second radial patterns.
フロントページの続き (72)発明者 鉾舘 俊之 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 成瀬 正史 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 生目田 輝昭 名古屋市東区矢田南５−１−14 名菱テク ニカ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H045 AB54 AB62 BA02 DA31 4E068 CD08 CD12 CE03 Continued front page (72) Inventor Toshiyuki Hokodate 2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Ryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Masafumi Naruse 2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Ryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Teruaki Meda 5-1-14 Yada Minami, Higashi-ku, Nagoya-shi Meiryo Tech Nika Co., Ltd. F-term (reference) 2H045 AB54 AB62 BA02 DA31 4E068 CD08 CD12 CE03
Claims (5)
に偏向させるガルバノミラーと、このガルバノミラーが
固定されるシヤフトと、このシヤフトを回動させる回動
手段と、所定間隔で放射状に設けられた複数の第１放射
状パターンを有すると共に上記シャフトに固定される回
動板と、所定間隔で放射状に設けられた複数の第２放射
状パターンを有する固定板と、第１放射状パターンに光
を照射する発光部と、第１及び第２放射状パターンを透
過した光または、第１放射状パターンから反射すると共
に第２放射状パターンを透過した光を受光する受光部と
を備えたガルバノスキャナ。1. A galvanometer mirror for reflecting a light beam and deflecting it at an arbitrary angle, a shaft to which the galvano mirror is fixed, and a rotating means for rotating the shaft, which are radially provided at a predetermined interval. A rotating plate having a plurality of first radial patterns and fixed to the shaft, a fixing plate having a plurality of second radial patterns radially provided at predetermined intervals, and light emission for irradiating the first radial pattern with light. A galvano scanner comprising: a portion; and a light receiving portion that receives light transmitted through the first and second radial patterns or light reflected from the first radial pattern and transmitted through the second radial pattern.
のシャフト端部近傍に取り付けられた請求項１記載のガ
ルバノスキャナ。2. The galvano scanner according to claim 1, wherein the rotary plate is attached near the end of the shaft opposite to the galvano mirror.
ようなストッパを備えた請求項１記載のガルバノスキャ
ナ。3. The galvano scanner according to claim 1, wherein the rotary plate is provided with a stopper that rotates by a predetermined angle.
方向を０度とした場合、スリットの長手方向が±４５度
以内になるように、シャフトに取り付けた請求項１記載
のガルバノスキャナ。4. The galvano scanner according to claim 1, wherein the rotating plate is attached to the shaft so that the longitudinal direction of the slit is within ± 45 degrees when the normal direction of the galvano mirror surface is 0 degree. .
ミラーの回動周波数よりも高くなるように、シャフトに
取り付けた請求項１記載のガルバノスキャナ。5. The galvano scanner according to claim 1, wherein the rotating plate is attached to the shaft so that the plane tilt frequency is higher than the rotating frequency of the galvanometer mirror.
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