JP3684016B2

JP3684016B2 - ２次元光偏向装置

Info

Publication number: JP3684016B2
Application number: JP02835597A
Authority: JP
Inventors: 修三瀬尾
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1997-01-28
Filing date: 1997-01-28
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: US5959758A; JPH10213766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スキャナー等の光走査に用いられる２次元光偏向装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スキャナー等の光走査において光源から照射される光ビームを偏向する機構としてポリゴンミラー、ガルバノミラー、ホログラムスキャン等を用いた光偏向器が知られている。これらの光偏向器はいずれも１軸の周りに回転する回転体の一部の面にミラーもしくはホログラムを設け、その回転体を回転させることにより光ビームを偏向させている。そのため、光ビームは常に１次元的に走査され、２次元的な走査は行えなかった。
【０００３】
このような光偏向器を用いて光ビームを２次元的に偏向させるためには、例えばポリゴンミラーであれば回転軸に対する各ミラーの角度を変えたり、ホログラムスキャンであれば回転する円板を複数の領域に分割し、各領域に異なるホログラムを設けなければならない。また、これらの光偏向器を組み合わせるといったことが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、走査線の数はミラーやホログラムの数により制限されてしまう。また、高度な２次元走査を行おうとすると光偏向器が大型化したり、複雑化するという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上の問題を解決するものであり、簡易な構成で２次元的に光を偏向することが可能な光偏向器を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る２次元光偏向装置は、互いに交わる２軸の交点を中心とする球体の外周面の一部から成る壁部とミラー部とを有する光偏向部と、光偏向部の壁部の外周面を摺動可能に支持する開口部が設けられた受部と、２軸のそれぞれの軸の延長上に設けられた駆動機構とを有し、駆動機構が光偏向部の位置を制御することを特徴とする。
【０００７】
例えば駆動機構は、光偏向部に埋設された永久磁石と受部内に埋設されたヨークとコイルとから成り、コイルは永久磁石とヨークにより形成される磁束内に位置するよう配設される。
【０００８】
例えば駆動機構が光偏向部を２軸の回りに回動させることにより光偏向部の位置制御が行われる。
【０００９】
好ましくは２軸は直交している。
【００１０】
好ましくはミラーは２軸の交点を通る平面上に設けられる平面ミラーである。
【００１１】
好ましくは光ビームが交点に照射される。
【００１２】
例えば駆動機構が２軸の交点から等距離に設けられ、また２軸上にそれぞれ２つ設けられている。
【００１３】
例えば永久磁石、ヨークは球体の外周面に沿って湾曲している。
【００１４】
例えば平面ミラーは円形であり、壁部はリング状である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る光偏向装置の斜視図である。光偏向装置１は、受部１０と偏向部２０を有する。受部１０は直方体であり、開口部１１が設けられている。偏向部２０は開口部１１内に摺動可能に支持されている。
【００１６】
図２は光偏向装置１の受部１０のみを示す斜視図、図３は偏向部２０のみを示す斜視図である。受部１０の開口部１１の内壁１１ａは球状空間を区画する壁面の一部であって、球の中心を通る平面と交差する部分の近傍部分を構成するリング状壁面である。すなわち、開口部１１は受部１０の底面に平行な面で切断した断面形状が円であり、その直径は受部１０の中心を通りかつ底面に平行な面で切断した場合に最も大きく、両底面に近づくにつれ次第に小さくなるよう形成されている。
【００１７】
偏向部２０はリング状の壁部２１と円板２２を有している。壁部２１は円板２２の側端部周囲に設けられ、円板２２と一体的である。また、壁部２１の外側面は開口部１１の内壁１１ａに合致した形状を有し、内壁１１ａに摺動可能に支持される。
【００１８】
図４は図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
上述のように受部１０の開口部１１の内壁１１ａおよび偏向部２０の壁部２１の外側面は球体Ｓの外周面の一部に相当する形状を有している。また、偏向部２０の断面形状はほぼＨ字型であり、壁部２１の環状内側面２１ａおよび２１ｂは円板２２に向かってテーパー状に傾斜している。さらに、円板２２の一方の表面には球体Ｓの中心を通る平面上に位置するよう平面ミラー２３が設けられている。
【００１９】
図４において偏向部２０の右端部には駆動機構３０ａが設けられている。駆動機構３０ａは、壁部２１に埋設された永久磁石３１ａ、受部１０に埋設されたコイル３２ａおよび金属板であるヨーク３３ａを有する。コイル３２ａは永久磁石３１ａとヨーク３３ａの間に位置決めされ、平面ミラー２３を駆動するのに十分な長さを有している。さらに永久磁石３１ａおよびヨーク３３ａは球体Ｓの外周囲に沿って湾曲した形状を有している。同様に偏向部２０の左端部には駆動機構３０ｂが設けられている。駆動機構３０ｂは駆動機構３０ａと同様、壁部２１に埋設された永久磁石３１ｂ、受部１０に埋設されたコイル３２ｂおよび金属板であるヨーク３３ｂを有する。また、コイル３２ｂは永久磁石３１ｂとヨーク３３ｂの間に位置決めされかつ平面ミラー２３を駆動するのに十分な長さを有しており、永久磁石３１ｂおよびヨーク３３ｂは球体Ｓの外周囲に沿って湾曲した形状を有している。
【００２０】
図５は、駆動機構３０ａにおける磁束密度とコイル３２ａに流れる電流と電磁力の関係を模式的に表した図である。コイル３２ａは、永久磁石３１ａとヨーク３３ａの間の磁束密度Ｂの影響を受ける位置に位置決めされている。電流がｉ１方向に流れるとコイル３２ａにはフレミングの法則によりＦ１方向の電磁力が作用する。駆動機構３０ａにおいてコイル３２ａは固定されているため、永久磁石３１ａにＦ２方向の推力が働く。一方、電流がｉ２方向に流れるとコイル３２ａにはフレミングの法則によりＦ２方向の電磁力が作用し、永久磁石３１ａにはＦ１方向の推力が働く。
【００２１】
上述のように、永久磁石３１ａおよび３１ｂは偏向部２０の壁部２１に埋設され、かつ偏向部２０は受部１０の開口部１１に摺動可能に支持されているため、コイル３２ａおよび３２ｂに所定の向きの電流を流すと、それぞれの駆動機構内で発生する力により偏向部２０は図４において中心Ｃを中心として時計回りあるいは反時計回りに回動する。例えば駆動機構３０ａにおいてｉ１方向（図５参照）に電流を流すと、偏向部２０は図４において時計回りに回動する（図６参照）。
【００２２】
したがって、コイル３２ａおよび３２ｂに流す電流の方向および強さを制御することにより光走査が行われる。すなわち、このような光偏向装置１に光源（図示せず）から光ビームＬを発射してミラー２３に照射しながら、偏向部２０を回動させることにより光走査が行われる。尚、本実施形態においては、光ビームＬが偏向部２０のミラー２３の中心（球体Ｓの中心Ｃ）にあたるよう、光源および光偏向装置１は配設される。
【００２３】
尚、光偏向装置１には、駆動機構のコイルに必要以上に大きな電流が流れて偏向部２０が受部１０の開口部１１から離脱することがないよう、不図示のストッパー部材が所定の位置に設けられている。
【００２４】
図７は光偏向装置１をミラー２３が設けられた方向から示す平面図である。本実施形態の光偏向装置１には駆動機構が４つ設けられている。すなわち、球体Ｓの中心Ｃを交点として直交するＸ軸とＹ軸上に中心Ｃからそれぞれ等距離の位置に設けられている。Ｘ軸上には中心Ｃを挟んで駆動機構３０ｃと３０ｄが配設され、Ｙ軸上には中心Ｃを挟んで駆動機構３０ａと３０ｂが配設されている。駆動機構３０ｃおよび３０ｄは、駆動機構３０ａ、３０ｂと同様の構成を有している。すなわち、駆動機構３０ｃは、永久磁石３１ｃ、コイル３２ｃ、ヨーク３３ｃを有し、駆動機構３０ｄは永久磁石３１ｄ、コイル３２ｄ、ヨーク３３ｄを有している。
【００２５】
上述のように、各駆動機構においてコイルに流す電流の向きおよび強さを制御することにより、偏向部２０はＸ軸、Ｙ軸回りに回動する。駆動機構３０ａおよび３０ｂによりＸ軸回りの回動が制御され、駆動機構３０ｃおよび３０ｄによりＹ軸回りの回動が制御される。
【００２６】
このような光偏向装置１を用いて２次元的な光偏向走査は以下のように行う。駆動機構３０ａおよび３０ｂにより偏向部２０をＸ軸回りにｘ１方向もしくはｘ２方向に回動させるとともに、同時に駆動機構３０ｃおよび３０ｄにより偏向部２０をＹ軸回りにｙ１方向もしくはｙ２方向に回動させつつ光ビームを中心Ｃに照射する。Ｘ軸回りおよびＹ軸回りの回動の方向、角度を制御して偏向部２０を逐次所定の角度に位置決めすることにより、２次元的な光偏向走査が行われる。
【００２７】
また、以下のような走査を行うことも可能である。駆動機構３０ａおよび３０ｂにより偏向部２０をＸ軸回りにｘ１方向に所定の角度まで回動させて位置決めしたまま光ビームを中心Ｃに照射し、同時に駆動機構３０ｃおよび３０ｄにより偏向部２０をＹ軸回りにｙ１およびｙ２方向に回動させて１ライン分の走査を行う。次に駆動機構３０ａおよび３０ｂにより偏向部２０をｘ１方向にさらに所定の角度まで回動させて位置決めしたまま、駆動機構３０ｃおよび３０ｄにより偏向部２０をＹ軸回りにｙ１およびｙ２方向に回動させ、次の１ライン分の走査を行う。このような動作を繰り返すことにより従来のテレビやプリンター等で行われているような２次元的光偏向走査が行われる。
【００２８】
以上のように本実施形態によれば、光ビームを反射させる平面ミラーを直交する２軸の周りに回動させることにより２次元的な光偏向走査を行っているため、装置構成が簡易であり、また大型化することもない。
【００２９】
さらに、本実施形態において光ビームは回転軸の交点に照射されるのでミラー面が回動しても照射位置は移動しないため精度の高い２次元走査を行うことができる。
【００３０】
また、駆動機構のコイルに流す電流の強さを制御することにより、走査線のピッチを自由に制御することができる。
【００３１】
尚、本実施形態では駆動機構を４つ設けているがこれに限るものではなく、直交する２軸の回りに回動することが可能なように、各軸の延長上にそれぞれ少なくとも１つ設けられていればよい。
【００３２】
また、本実施形態ではＸ軸、Ｙ軸が受部１０の底面の辺と平行に延びているがこれに限るものではない。
【００３３】
また、本実施形態では平面ミラー２３が偏向部２０の中心に配設されているがこれに限るものではなく、光ビームの２次元走査が可能な位置に配設されていればよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、２次元的な光偏向走査を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光偏向装置の斜視図である。
【図２】本発明の光偏向装置の受部の斜視図である。
【図３】本発明の光偏向装置の偏向部の斜視図である。
【図４】本発明の光偏向装置の図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】本発明の光偏向装置に用いられる駆動機構の構成を示す模式図である。
【図６】偏向部が回動された状態の光偏向装置の断面図である。
【図７】本発明の光偏向装置の平面図である。
【符号の説明】
１光偏向装置
１０受部
２０偏向部
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ駆動機構
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ永久磁石
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄコイル
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄヨーク

Claims

互いに交わる２軸の交点を中心とする球体の外周面の一部から成る壁部と前記２軸の交点が表面の中心に位置するように配置されたミラー部とを有する光偏向部と、前記光偏向部の壁部の外周面を摺動可能に支持する開口部が設けられた受部と、前記２軸のそれぞれの軸の延長上において前記光偏向部と前記受部とに埋設された駆動機構とを有し、前記駆動機構が、光ビームが前記２軸の交点に照射されるように前記光偏向部の位置を制御することを特徴とする２次元光偏向装置。
前記駆動機構が前記光偏向部に埋設された永久磁石と前記受部内に埋設されたヨークとコイルから成り、前記コイルは前記永久磁石と前記ヨークにより形成される磁束内に位置するよう配設されていることを特徴とする請求項１に記載の２次元光偏向装置。
前記駆動機構が前記光偏向部を前記２軸の回りに回動させることにより前記光偏向部の位置制御が行われることを特徴とする請求項１に記載の２次元光偏向装置。
前記２軸が直交していることを特徴とする請求項１に記載の２次元光偏向装置。
前記駆動機構が前記２軸の交点から等距離に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項４に記載の２次元光偏向装置。
前記駆動機構が前記２軸上にそれぞれ２つ設けられていることを特徴とする請求項１または請求項４に記載の２次元光偏向装置。
前記永久磁石が前記球体の外周面に沿って湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の２次元光偏向装置。
前記ヨークが前記球体の外周面に沿って湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の２次元光偏向装置。
前記ミラー部が円形の平面ミラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の２次元光偏向装置。
前記壁部がリング状であることを特徴とする請求項１に記載の２次元光偏向装置。