JP5099021B2 - Optical scanning device, non-contact optical scanning control mechanism, and image forming apparatus - Google Patents

Optical scanning device, non-contact optical scanning control mechanism, and image forming apparatus Download PDF

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  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Description

本発明は、光走査を用いる技術に関し、例えば、光走査装置、非接触光走査制御機構および画像形成装置に関する。   The present invention relates to a technique using optical scanning, for example, an optical scanning device, a non-contact optical scanning control mechanism, and an image forming apparatus.

レーザープリンター等において光走査を用いて描画を行なう光学デバイスの一例として、光スキャナーが知られている。光スキャナーは、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いてシリコン基板を加工することで作成することができる。このような光スキャナーは、２軸（例えばＸ軸及びＹ軸）方向の光走査（以下、「Ｘ−Ｙ走査」という）を行なうことにより、平面（スクリーン）に対して画像や映像を投影、表示することができる。   An optical scanner is known as an example of an optical device that performs drawing using optical scanning in a laser printer or the like. The optical scanner can be created by processing a silicon substrate using, for example, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. Such an optical scanner projects an image or video on a plane (screen) by performing optical scanning (hereinafter referred to as “XY scanning”) in two axes (for example, the X axis and the Y axis). Can be displayed.

しかし、画像や映像を投影する面（スクリーン）が例えば球体や半球体、円柱体等の３次元形状における球面や曲面である場合、Ｘ−Ｙ走査では非効率な場合がある。例えば、図７に示すように半球状のスクリーンに対してＸ−Ｙ走査を行なうと、図８に斜線部で示すように、スクリーン内だけでなくスクリーン外の領域にも光が走査される。この場合、斜線部で表されたスクリーン外を走査する光は、無駄になり非効率である。   However, when the surface (screen) on which an image or video is projected is a spherical surface or curved surface in a three-dimensional shape such as a sphere, a hemisphere, or a cylinder, the XY scanning may be inefficient. For example, when XY scanning is performed on a hemispherical screen as shown in FIG. 7, light is scanned not only in the screen but also in an area outside the screen, as indicated by the hatched portion in FIG. In this case, the light scanned outside the screen represented by the hatched portion is wasted and inefficient.

そこで、３次元状のスクリーンに対しても効率的な光走査を行なう手法の一つとして、Ｘ−Ｙ走査に代えて、極座標（ｒ−θ）方向の光走査（以下、「ｒ−θ走査」という）を行なうことも考えられている。ｒ−θ走査は、例えば、光スキャナーを、或る回転軸の周り（θ方向）に回転運動させることと、前記回転軸に沿う方向（ｒ方向）へ１次元走査することとの組み合わせによって可能となる。   Therefore, as one of the methods for performing efficient optical scanning even on a three-dimensional screen, instead of XY scanning, optical scanning in the polar coordinate (r-θ) direction (hereinafter referred to as “r-θ scanning”). ") Is also considered. The r-θ scan is possible by, for example, a combination of rotating the optical scanner around a certain rotation axis (θ direction) and one-dimensional scanning in the direction along the rotation axis (r direction). It becomes.

ここで、光スキャナーに駆動電力を供給する場合、光スキャナーは前記回転軸の周りに回転運動するため、配線の設け方に制約がある。例えば、配線を回転運動する部分とその他の固定部分とにわたって設けてしまうと、回転運動により配線が絡まってしまい、光スキャナーの回転運動を阻害したり配線が損傷したりするおそれがある。   Here, when driving power is supplied to the optical scanner, since the optical scanner rotates around the rotation axis, there is a limitation in the way to provide wiring. For example, if the wiring is provided over the part that rotates and the other fixed part, the wiring is entangled due to the rotational movement, which may hinder the rotational movement of the optical scanner or damage the wiring.

そこで、光スキャナーに対する駆動電力の供給を非接触で行なうことが考えられる。電力の伝送を非接触で行なう技術の一例として、下記の特許文献１により提案される技術がある。特許文献１には、ビデオカメラを用いて周囲の様子を撮影するために、ビデオカメラを回転体上に設置し、当該回転体側への駆動電力の供給（伝送）を、磁界発生コイルによる電磁誘導を利用して非接触で行なうことが記載されている。   Therefore, it is conceivable to supply drive power to the optical scanner in a non-contact manner. As an example of a technique for performing power transmission in a non-contact manner, there is a technique proposed by Patent Document 1 below. In Patent Document 1, a video camera is installed on a rotating body in order to take a picture of the surroundings using a video camera, and drive power is supplied (transmitted) to the rotating body side by electromagnetic induction by a magnetic field generating coil. It is described that this is performed in a non-contact manner.

特開平９−９１５８４号公報JP 9-91584 A

しかしながら、上述した従来技術では、磁界発生コイル及び電流発生コイルの少なくとも２つのコイルを要する。そのため、コイル配置に要するスペースが大きくなってしまうおそれがある。   However, the above-described prior art requires at least two coils, a magnetic field generating coil and a current generating coil. Therefore, there is a possibility that the space required for coil arrangement becomes large.

本発明の目的の一つは、光走査を制御する構造の小型化、ひいては光走査装置及び／又は画像形成装置の小型化を図ることにある。また、光走査の制御を非接触で行なう際の効率を向上することも本発明の目的の一つである。   One of the objects of the present invention is to reduce the size of the structure for controlling the optical scanning, and thus to reduce the size of the optical scanning device and / or the image forming apparatus. Another object of the present invention is to improve the efficiency when performing optical scanning control in a non-contact manner.

なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。   In addition, the present invention is not limited to the above-described object, and other effects of the present invention can be achieved by the functions and effects derived from the respective configurations shown in the embodiments for carrying out the invention which will be described later. It can be positioned as one of

本発明の光走査装置の一態様は、光ビームを出力する光源と、前記光ビームを前記光ビームの光軸に対して可変の角度で反射可能であり、前記光ビームの光軸と平行な回転軸を軸心として回転可能なミラーと、前記光ビームの入射を妨げないように前記ミラーに設けられた磁石と、前記光ビームの光軸が内部を通るように配置された、前記磁石に電磁界を供給するコイルと、を備える。   According to one aspect of the optical scanning device of the present invention, a light source that outputs a light beam, the light beam can be reflected at a variable angle with respect to the optical axis of the light beam, and parallel to the optical axis of the light beam. A mirror that is rotatable about a rotation axis; a magnet that is provided on the mirror so as not to interfere with the incidence of the light beam; and the magnet that is disposed so that the optical axis of the light beam passes through the inside. A coil for supplying an electromagnetic field.

また、本発明の非接触光走査制御機構の一態様は、光源からの光ビームを前記光ビームの光軸に対して可変の角度で反射可能であり、前記光ビームの光軸と平行な回転軸を軸心として回転可能なミラー、を備えた光走査装置の非接触光走査制御機構であって、前記光ビームの入射を妨げないように前記ミラーに設けられた磁石と、前記光ビームの光軸が内部を通るように配置された、前記磁石に電磁界を供給するコイルと、を備える。   Further, according to one aspect of the non-contact light scanning control mechanism of the present invention, the light beam from the light source can be reflected at a variable angle with respect to the optical axis of the light beam and rotated in parallel with the optical axis of the light beam. A non-contact optical scanning control mechanism of an optical scanning device comprising a mirror rotatable about an axis, and a magnet provided on the mirror so as not to prevent incidence of the optical beam, A coil for supplying an electromagnetic field to the magnet, the optical axis being disposed so as to pass through the inside.

ここで、前記コイルは、中空構造の部材に設けられ、前記光ビームは、前記部材の中空部分を通過して前記ミラーに入射する、こととしてもよい。   Here, the coil may be provided on a member having a hollow structure, and the light beam may pass through a hollow portion of the member and enter the mirror.

また、前記部材の一部又は全部は、磁性材料としてもよい。さらに、前記磁石及び前記コイルは、前記光軸を軸心として互いに対向する位置に設けられていてもよい。   Further, a part or all of the members may be a magnetic material. Furthermore, the magnet and the coil may be provided at positions facing each other about the optical axis.

また、本発明の画像形成装置の一態様は、上述の光走査装置を備えた装置であって、前記ミラーの反射角を前記コイルが発生する電磁場により制御して、前記光ビームを射出する。   According to another aspect of the image forming apparatus of the present invention, the light beam is emitted by controlling the reflection angle of the mirror with an electromagnetic field generated by the coil.

一実施形態の光走査装置の構成例を模式的に示す図。The figure which shows typically the structural example of the optical scanning device of one Embodiment. 図１に例示する光スキャナーの構造を模式的に示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating the structure of the optical scanner illustrated in FIG. 1. 図２に例示する光スキャナーの回転軸と直交する方向の模式的な断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in a direction orthogonal to a rotation axis of the optical scanner illustrated in FIG. 2. 図２及び図３に例示する可動板の裏面の構成例を模式的に示す図。The figure which shows typically the structural example of the back surface of the movable plate illustrated to FIG.2 and FIG.3. 図１に例示した光走査装置に本実施形態の非接触光走査制御機構の一例を適用した構成を模式的に示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a configuration in which an example of a non-contact light scanning control mechanism of this embodiment is applied to the optical scanning device illustrated in FIG. 1. 図５に例示する光走査装置を回転台の回転軸に沿う平面で切断したときの模式的断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view when the optical scanning device illustrated in FIG. 5 is cut along a plane along the rotation axis of the turntable. 半球状のスクリーンに画像を投影する場合の構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure in the case of projecting an image on a hemispherical screen. 図７に示す投影での走査範囲を示す図。The figure which shows the scanning range in the projection shown in FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。さらに、図面は以下の説明のための模式的なものであり、具体的な寸法等は以下の説明との関係で判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described below. That is, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present invention. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. Further, the drawings are schematic for the following description, and specific dimensions and the like should be determined in relation to the following description. In addition, there may be a portion where the dimensional relationships and ratios are different between the drawings.

（一実施形態）
図１は、一実施形態に係る光走査装置１０の構成例を模式的に示す斜視図である。図１に示す光走査装置１０は、例示的に、光スキャナー２０、光スキャナー２０の設けられた回転体（回転台）３０、および、光走査に用いられるレーザー光（光ビーム）Ｌを出力するレーザー光源４０を備える。 (One embodiment)
FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a configuration example of an optical scanning device 10 according to an embodiment. The optical scanning device 10 illustrated in FIG. 1 exemplarily outputs an optical scanner 20, a rotating body (rotary base) 30 provided with the optical scanner 20, and a laser beam (light beam) L used for optical scanning. A laser light source 40 is provided.

回転台３０は、例示的に、回転軸Θを中心とする所定半径の中空部分３０１を有するドーナツ形状を有している。回転台３０は、モーター等の駆動回路によって回転軸Θを中心に３６０度以上の回転が可能である。ただし、回転台３０は、中空モーターそのものでもよい。   The turntable 30 exemplarily has a donut shape having a hollow portion 301 having a predetermined radius around the rotation axis Θ. The turntable 30 can rotate 360 degrees or more around the rotation axis Θ by a drive circuit such as a motor. However, the turntable 30 may be a hollow motor itself.

中空部分３０１は、レーザー光源４０が出力した光ビームＬの通過を許容する。そのため、中空部分３０１の半径（断面積）は、光ビームＬの径（断面積）以上あればよい。例えば、回転台３０としての中空モーターの回転軸（モーターシャフト）に光ビームＬが通過可能な貫通孔を設けてもよい。回転台３０を駆動するモーターあるいは中空モーターには、例えば、ダイレクトドライブモーターや、ステッピングモーター、サーボモーター、ＤＣモーター等を用いることができる。なお、回転台３０を回転させる方法（駆動機構）としては、上述のごとく回転台３０の回転軸に対して駆動力を与える方法の他、回転台３０の外周（円周）に対して駆動力を与える方法も適用可能である。例えば、回転台３０の円周をギア形状にして、モーターと回転台３０の円周のギアとをかみ合わせて回転させる方法とすることもできる。   The hollow portion 301 allows the light beam L output from the laser light source 40 to pass therethrough. Therefore, the radius (cross-sectional area) of the hollow portion 301 may be equal to or larger than the diameter (cross-sectional area) of the light beam L. For example, a through-hole through which the light beam L can pass may be provided in the rotating shaft (motor shaft) of a hollow motor as the turntable 30. For example, a direct drive motor, a stepping motor, a servo motor, a DC motor, or the like can be used as the motor or the hollow motor that drives the turntable 30. In addition, as a method (drive mechanism) for rotating the turntable 30, as described above, a drive force is applied to the outer periphery (circumference) of the turntable 30 in addition to the method of applying a drive force to the rotation shaft of the turntable 30. The method of giving can also be applied. For example, a method may be used in which the circumference of the turntable 30 is formed into a gear shape, and the motor and the gears on the circumference of the turntable 30 are engaged to rotate.

光スキャナー２０は、後述するように１次元の光走査を可能にするミラー（１次元走査ミラー）２４（図２参照）を有する。ミラー２４は、回転台３０の中空部分３０１を通過した光ビームＬがミラー面に入射可能なように回転台３０に設けられている。   As will be described later, the optical scanner 20 includes a mirror (one-dimensional scanning mirror) 24 (see FIG. 2) that enables one-dimensional optical scanning. The mirror 24 is provided on the turntable 30 so that the light beam L that has passed through the hollow portion 301 of the turntable 30 can enter the mirror surface.

例示的に、光スキャナー２０（ミラー２４）は、回転台３０の中空部分３０を除く表面に設けられた支持部材２０１によって支持され、ミラー２４が光ビームＬの光路（光軸）上に位置するように位置決め、固定されている。   Illustratively, the optical scanner 20 (mirror 24) is supported by a support member 201 provided on the surface of the turntable 30 except for the hollow portion 30, and the mirror 24 is positioned on the optical path (optical axis) of the light beam L. So that it is positioned and fixed.

換言すれば、ミラー２４は、回転台３０の中空部分３０１を通過した光ビームＬを受けつつ当該光ビームＬの光軸に平行な回転軸Θを軸心に回転することが可能になっている。また、光スキャナー２０は、回転軸Θと交差する方向、例えば回転軸Θと垂直な方向に回転軸Ｒ（図２参照）を有し、回転軸Ｒを中心に図１中に矢印ｒで示す方向に所定角度範囲の回動（１軸走査）が可能である。   In other words, the mirror 24 can rotate about the rotation axis Θ parallel to the optical axis of the light beam L while receiving the light beam L that has passed through the hollow portion 301 of the turntable 30. . The optical scanner 20 has a rotation axis R (see FIG. 2) in a direction intersecting with the rotation axis Θ, for example, a direction perpendicular to the rotation axis Θ, and is indicated by an arrow r in FIG. Rotation (uniaxial scanning) within a predetermined angle range in the direction is possible.

図２及び図３に、光スキャナー２０の構成例を示す。図２は光スキャナーの模式的な斜視図であり、図３は光スキャナー２０の回転軸Ｒと直交する方向の模式的な断面図である。   2 and 3 show a configuration example of the optical scanner 20. FIG. 2 is a schematic perspective view of the optical scanner, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in a direction orthogonal to the rotation axis R of the optical scanner 20.

図２に例示する光スキャナー２０は、電磁駆動型の光スキャナーの一例であり、例示的に、凹部空間が形成された基体２１と、可動板２２、可動板２２の表面に設けられた既述のミラー２４、および、可動板２２の裏面に設けられた磁石２３（図３及び図４参照）を有する可動ミラー基板２５と、を備える。   The optical scanner 20 illustrated in FIG. 2 is an example of an electromagnetically driven optical scanner. For example, the base 21 in which the recessed space is formed, the movable plate 22, and the above-described description provided on the surface of the movable plate 22. And a movable mirror substrate 25 having a magnet 23 (see FIGS. 3 and 4) provided on the back surface of the movable plate 22.

基体２１には、例えば、ガラス基板やシリコン基板等を用いることができ、可動板２２の振動（回動）を許容する凹部（空間）が設けられている。凹部は、例示的に、基体２１をエッチングする、あるいは、基体２１の両端部にスぺーサー部を形成することで設けることができる。   For example, a glass substrate, a silicon substrate, or the like can be used for the base 21, and a recess (space) that allows vibration (rotation) of the movable plate 22 is provided. The recesses can be provided, for example, by etching the base 21 or by forming spacer portions at both ends of the base 21.

可動ミラー基板２５は、例示的に、さらに、可動板２２の両端部に設けられた一対のトーションバー（弾性部材の一例である捻りばね）２７ａ及び２７ｂと、トーションバー２７ａ及び２７ｂを介して可動板２２を支持する支持枠固定部２９ａ及び２９ｂとを備える。このような可動ミラー基板２５は、例えば、シリコンの単結晶基板（薄板）をＭＥＭＳの微細加工技術を用いて形成することができる。   The movable mirror substrate 25 is exemplarily further movable through a pair of torsion bars (a torsion spring which is an example of an elastic member) 27a and 27b provided at both ends of the movable plate 22, and the torsion bars 27a and 27b. Support frame fixing portions 29 a and 29 b that support the plate 22 are provided. Such a movable mirror substrate 25 can be formed, for example, from a silicon single crystal substrate (thin plate) using a MEMS microfabrication technique.

ミラー２４は、レーザー光源４０から回転台３０の中空部分３０１を通過して入射する光ビームＬを反射する。反射した光ビームＬは、光走査に用いることができる。なお、光スキャナー２０には、１次元に限らず２次元（２軸）以上の走査が可能なミラーを適用することも可能である。   The mirror 24 reflects the light beam L incident from the laser light source 40 through the hollow portion 301 of the turntable 30. The reflected light beam L can be used for optical scanning. The optical scanner 20 may be a mirror capable of scanning not only in one dimension but also in two dimensions (two axes) or more.

図３及び図４に示す磁石２３は、例えば、Ｎ極及びＳ極を有する棒磁石であり、トーションバー２７ａ及び２７ｂ（回転軸Ｒ）に対して直交又は略直交する方向にＮ極及びＳ極が位置するように配置されている。磁石２３によって、可動板２２を含む空間にＮ極からＳ極に向かう磁力線（静磁場）が形成される。当該静磁場に対して外部から別の磁界を与えると、磁石２３の両端部に互いに反対方向の力が生じさせて、可動板２２に回動力を与えることができる。結果、可動板２２の回動角（振れ角）、つまりはミラー２４の反射角を制御することができる。なお、前記磁界の与え方については、図５及び図６にて後述する。   The magnet 23 shown in FIGS. 3 and 4 is, for example, a bar magnet having an N pole and an S pole, and the N pole and the S pole in a direction orthogonal or substantially orthogonal to the torsion bars 27a and 27b (rotation axis R). Is arranged to be located. Magnetic lines (static magnetic fields) from the N pole to the S pole are formed in the space including the movable plate 22 by the magnet 23. When another magnetic field is applied to the static magnetic field from the outside, forces in opposite directions are generated at both ends of the magnet 23, so that the rotational force can be applied to the movable plate 22. As a result, the rotation angle (swing angle) of the movable plate 22, that is, the reflection angle of the mirror 24 can be controlled. The method of applying the magnetic field will be described later with reference to FIGS.

図１において、レーザー光源４０の出力した光ビームＬをミラー２４に入射することで、ミラー２４の反射光を光走査に用いることができる。そのため、レーザー光源４０は、例示的に、レーザー光源４０から光スキャナー２０へ至る光ビームＬの光路が回転軸Θに沿うように、光スキャナー２０に対して回転台３０を挟んで反対側に配置されている。これにより、レーザー光源４０から出力される光ビームＬは、回転台３０の回転軸Θに沿って回転台３０の中空部分３０１を通過して、光スキャナー２０のミラー２４に入射する。   In FIG. 1, the light beam L output from the laser light source 40 is incident on the mirror 24, so that the reflected light of the mirror 24 can be used for optical scanning. Therefore, for example, the laser light source 40 is disposed on the opposite side of the optical scanner 20 with the rotary table 30 interposed therebetween so that the optical path of the light beam L from the laser light source 40 to the optical scanner 20 is along the rotation axis Θ. Has been. As a result, the light beam L output from the laser light source 40 passes through the hollow portion 301 of the turntable 30 along the rotation axis Θ of the turntable 30 and enters the mirror 24 of the optical scanner 20.

なお、光ビームＬが回転台３０の中空部分３０１を通過してミラー２４に入射可能であれば、レーザー光源４０の配置位置は回転軸Θ又はその近傍でなくてもよい。例えば、光ビームＬの光路上に一又は複数のミラーを設けて、回転台３０の回転軸Θに沿う方向とは異なる方向にレーザー光源４０を配置してもよい。   As long as the light beam L can pass through the hollow portion 301 of the turntable 30 and enter the mirror 24, the arrangement position of the laser light source 40 may not be the rotation axis Θ or the vicinity thereof. For example, one or a plurality of mirrors may be provided on the optical path of the light beam L, and the laser light source 40 may be arranged in a direction different from the direction along the rotation axis Θ of the turntable 30.

次に、上述の光スキャナー２０を用いた光走査装置１０の動作について説明する。
レーザー光源４０から出力された光ビームＬは、回転台３０の中空部分３０１を通過して光スキャナー２０のミラー２４に入射する。光スキャナー２０の可動板２２を既述のように回転軸Ｒ（図２参照）の周りに回転させて、図１中に矢印ｒで示す方向に回動させることにより、ミラー２４で反射された光ビームＬが図１中に示す矢印Ｓの方向に走査される。 Next, the operation of the optical scanning device 10 using the above-described optical scanner 20 will be described.
The light beam L output from the laser light source 40 passes through the hollow portion 301 of the turntable 30 and enters the mirror 24 of the optical scanner 20. As described above, the movable plate 22 of the optical scanner 20 is rotated around the rotation axis R (see FIG. 2) and rotated in the direction indicated by the arrow r in FIG. The light beam L is scanned in the direction of the arrow S shown in FIG.

さらに、回転台３０を回転軸Θの周りに回転させることにより、ミラー２４で反射された光ビームＬは、図１中に示す矢印θの方向に走査される。つまり、ミラー２４は、光ビームＬを光ビームＬの光軸に対して可変の角度で反射可能であり、光ビームＬの光軸と平行な回転軸Θを軸心として回転可能である。   Further, by rotating the turntable 30 about the rotation axis Θ, the light beam L reflected by the mirror 24 is scanned in the direction of the arrow θ shown in FIG. That is, the mirror 24 can reflect the light beam L at a variable angle with respect to the optical axis of the light beam L, and can rotate about a rotation axis Θ parallel to the optical axis of the light beam L.

以上のような、光スキャナー２０の回転軸Ｒの周りの回転と、回転台３０の回転軸Θの周りの回転との組み合わせにより、回転軸Θを中心軸とする円柱状のスクリーンの全体に光ビームＬを走査することができる。したがって、円柱型のスクリーンの全体に画像や映像を効率良く投影することができる。   By combining the rotation around the rotation axis R of the optical scanner 20 and the rotation around the rotation axis Θ of the turntable 30 as described above, light is applied to the entire cylindrical screen centering on the rotation axis Θ. The beam L can be scanned. Therefore, it is possible to efficiently project an image or video on the entire cylindrical screen.

また、図１に例示したように、レーザー光源４０を、光スキャナー２０に対して、回転台３０を挟んで反対側に配置し、光ビームＬが回転台３０の中空部分３０１を通過して光スキャナー２０のミラー２４に入射するようにすることで、投影スクリーンと光スキャナー２０との間にレーザー光源４０や回転台３０の配線を設けなくても済む。   In addition, as illustrated in FIG. 1, the laser light source 40 is disposed on the opposite side of the rotary table 30 with respect to the optical scanner 20, and the light beam L passes through the hollow portion 301 of the rotary table 30 and is light. By making the light incident on the mirror 24 of the scanner 20, it is not necessary to provide the wiring of the laser light source 40 and the turntable 30 between the projection screen and the optical scanner 20.

さらには、レーザー光源４０は、回転運動する回転台３０や光スキャナー２０から離れた位置に設けることができるので、レーザー光源４０は、回転駆動不要な個別のユニットとすることができる。したがって、回転台３０に余分な負荷をかけずに済む。また、レーザー光源４０の駆動信号が、回転運動する回転台３０や光スキャナー２０に起因して生じ得るノイズの影響を受けることを抑制でき、レーザー光源４０の安定した駆動を実現することができる。   Furthermore, since the laser light source 40 can be provided at a position away from the rotary table 30 and the optical scanner 20 that rotate, the laser light source 40 can be an individual unit that does not require rotational driving. Therefore, it is not necessary to apply an extra load to the turntable 30. In addition, it is possible to suppress the drive signal of the laser light source 40 from being affected by noise that may be caused by the rotating table 30 and the optical scanner 20 that rotate, so that stable driving of the laser light source 40 can be realized.

さらに、レーザー光源４０を、回転台３０を挟んで光スキャナー２０及び投影スクリーンと反対側に配置できるから、レーザー光源４０のサイズに自由度をもたせることができ、ひいては、光学系の設計自由度を向上することができる。   Furthermore, since the laser light source 40 can be disposed on the opposite side of the optical scanner 20 and the projection screen with the rotary table 30 interposed therebetween, the laser light source 40 can be given a degree of freedom, and thus the degree of freedom in designing the optical system can be increased. Can be improved.

（非接触光走査制御機構）
さて、次に、回転台３０に設けられた光スキャナー２０の可動板２２（ミラー２４）の回動（光走査）制御を行なう手法（機構）について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、図１に例示した光走査装置１０に本実施形態の光スキャナー２０の非接触光走査制御機構の一例を適用した構成を模式的に示す斜視図である。図６は、図５に例示する光走査装置１０を回転台３０の回転軸Θに沿う平面で切断したときの模式的断面図である。 (Non-contact light scanning control mechanism)
Next, a method (mechanism) for controlling the rotation (optical scanning) of the movable plate 22 (mirror 24) of the optical scanner 20 provided on the rotary table 30 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a perspective view schematically showing a configuration in which an example of the non-contact optical scanning control mechanism of the optical scanner 20 of this embodiment is applied to the optical scanning device 10 illustrated in FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view when the optical scanning device 10 illustrated in FIG. 5 is cut along a plane along the rotation axis Θ of the turntable 30.

図５及び図６に示すように、本例の非接触光走査制御機構は、例示的に、コイル固定用部材３１と、コイル固定用部材３１に設けられたコイル３１１と、を備える。なお、符号５０は、コイル３１１に電力を供給する電源回路を表す。   As illustrated in FIGS. 5 and 6, the non-contact light scanning control mechanism of this example includes, for example, a coil fixing member 31 and a coil 311 provided on the coil fixing member 31. Reference numeral 50 represents a power supply circuit that supplies power to the coil 311.

コイル３１１は、電源回路５０から電力（電流）の供給を受けると、受けた電流値に応じた電磁界を発生する。コイル３１１は、例示的に、コイル固定用部材３１の外周面に沿って設けることができる。例えば、所定長さの導線（線材）をコイル固定用部材３１の外周面に沿って巻き付けてもよいし、コイルパターンをコイル固定用部材３１の外周面に沿ってパターニングしてもよい。   When the coil 311 is supplied with electric power (current) from the power supply circuit 50, the coil 311 generates an electromagnetic field corresponding to the received current value. For example, the coil 311 can be provided along the outer peripheral surface of the coil fixing member 31. For example, a predetermined length of conductive wire (wire) may be wound along the outer peripheral surface of the coil fixing member 31, or the coil pattern may be patterned along the outer peripheral surface of the coil fixing member 31.

コイル固定用部材３１は、例示的に、その軸心が回転台３０の回転軸Θと一致するように、回転台３０の、光スキャナー２０が設けられた面とは反対側に設けることができる。回転台３０を回転自在に支持する構造は、ボールベアリング等の既知の各種軸受との組み合わせによって実現することが可能である。ただし、コイル固定用部材３１は、回転台３０に固定されておらず、回転台３０が回転しても回転しない。   For example, the coil fixing member 31 can be provided on the opposite side of the surface of the turntable 30 from the surface on which the optical scanner 20 is provided such that the axis thereof coincides with the rotation axis Θ of the turntable 30. . The structure for rotatably supporting the turntable 30 can be realized by a combination with various known bearings such as ball bearings. However, the coil fixing member 31 is not fixed to the turntable 30 and does not rotate even if the turntable 30 rotates.

回転台３０を支持する構造の一例としては、図６中に示すように、ベアリング（例えば、スラスト軸受け）３２を用い、回転台３０をベアリング３２の一方の面に固定するとともに、ベアリング３２の他方の面を回転台支持部材３３に固定することが挙げられる。回転台支持部材３３には、板状の個別の部材を用いることができる。また、コイル固定用部材３１は、ベアリング３２にはめ込むことで固定することができる。このような構造により、コイル固定用部材３１は回転せず固定のまま、回転台３０を回転させることが可能となる。   As an example of the structure for supporting the turntable 30, as shown in FIG. 6, a bearing (for example, thrust bearing) 32 is used to fix the turntable 30 to one surface of the bearing 32 and the other of the bearings 32. It is mentioned that the surface is fixed to the turntable support member 33. As the turntable support member 33, a plate-like individual member can be used. Further, the coil fixing member 31 can be fixed by being fitted into the bearing 32. With such a structure, the turntable 30 can be rotated while the coil fixing member 31 is not rotated but fixed.

また、コイル固定用部材３１は、例示的に、光ビームＬが通過可能な透孔３１２を有する中空構造の筒状体である。透孔３１２は、光ビームＬが通過可能な径（断面積）を有していれば足りる。換言すれば、透孔３１２は、光ビームＬの光路（光軸）の一部を内包している。透孔３１２の径は、回転台３０の中空部分３０１の径と異なっていてもよいし同じでもよい。透孔３１２の断面形状は、光ビームＬを通過できれば円形状でなくてもよく、多角形状であってもよい。   Further, the coil fixing member 31 is illustratively a hollow cylindrical body having a through hole 312 through which the light beam L can pass. The through hole 312 only needs to have a diameter (cross-sectional area) through which the light beam L can pass. In other words, the through hole 312 includes a part of the optical path (optical axis) of the light beam L. The diameter of the through hole 312 may be different from or the same as the diameter of the hollow portion 301 of the turntable 30. The cross-sectional shape of the through hole 312 does not have to be circular as long as it can pass the light beam L, and may be polygonal.

回転台３０の中空部分３０１、および、コイル固定用部材３１の透孔３１２の径は、それぞれ異なっていてもよい。レーザー光源４０から出力された光ビームＬは、コイル固定用部材３１の透孔３１２、および、回転台３０の中空部分３０１をそれぞれ通過して、光スキャナー２０（ミラー２４）に入射することができる。   The diameters of the hollow portion 301 of the turntable 30 and the through holes 312 of the coil fixing member 31 may be different from each other. The light beam L output from the laser light source 40 can pass through the through hole 312 of the coil fixing member 31 and the hollow portion 301 of the turntable 30, and can enter the optical scanner 20 (mirror 24). .

上述の構成において、コイル３１１で発生した電磁界が、光スキャナー２０の可動板２２の裏面に設けられた磁石２３が形成する磁界に対して作用すると、可動板２２に回動力が生じて、可動板２２の回動角、つまりはミラー２４の振れ角（反射角）を制御することができる。   In the above-described configuration, when the electromagnetic field generated by the coil 311 acts on the magnetic field formed by the magnet 23 provided on the back surface of the movable plate 22 of the optical scanner 20, rotational force is generated in the movable plate 22 and the movable plate 22 is movable. The rotation angle of the plate 22, that is, the deflection angle (reflection angle) of the mirror 24 can be controlled.

例えば、電源回路５０（交流電源）からコイル３１１に電流が供給（オン）される期間において、コイル３１１に電磁場（交流磁界）が発生し、この交流磁界が磁石２３の形成する静磁場に作用することで、磁石２３の一端部がコイル３１１に対して引き付けられたり離れたりする。結果、可動板２２が、トーションバー２７ａ及び２７ｂを回動軸Ｒとして振動する。一方、電流が供給されない（オフ）期間においては、前記交流磁界が消失し、弾性部材であるトーションバー２７ａ及び２７ｂの復元力によって可動板２２が元の位置に戻る。   For example, an electromagnetic field (alternating current magnetic field) is generated in the coil 311 during a period in which current is supplied (turned on) from the power supply circuit 50 (alternating current power source) to the coil 311, and this alternating magnetic field acts on the static magnetic field formed by the magnet 23. Thus, one end of the magnet 23 is attracted to or separated from the coil 311. As a result, the movable plate 22 vibrates about the torsion bars 27a and 27b as the rotation axis R. On the other hand, in a period in which no current is supplied (off), the AC magnetic field disappears, and the movable plate 22 returns to the original position by the restoring force of the torsion bars 27a and 27b, which are elastic members.

このようなオンオフ動作が交流電源の周期に応じて高速に行なわれると、特定の周波数（スイッチング周波数あるいは駆動周波数）で可動板２２が共振状態となり、可動板２２、つまりはミラー２４の振れ角が特定の角度に安定する。このように振れ角が安定した共振状態で光スキャナー２０を使用する。   When such an on / off operation is performed at high speed according to the cycle of the AC power supply, the movable plate 22 is in a resonance state at a specific frequency (switching frequency or drive frequency), and the deflection angle of the movable plate 22, that is, the mirror 24, is increased. Stable at a specific angle. In this way, the optical scanner 20 is used in a resonance state where the deflection angle is stable.

例えば、レーザー光源４０の出力した光ビームＬがミラー２４に入射することで、ミラー２４の反射光を光走査の光ビームに用いることができる。なお、本例では、光スキャナー２０には、１次元（１軸）走査が可能なものに限らず、２次元（２軸）以上の走査が可能なものを適用してもよい。   For example, when the light beam L output from the laser light source 40 enters the mirror 24, the reflected light of the mirror 24 can be used as a light beam for optical scanning. In this example, the optical scanner 20 is not limited to one that can perform one-dimensional (one-axis) scanning, but may be one that can perform two-dimensional (two-axis) scanning or more.

上述したコイル３１１の電磁場による可動板２２（ミラー２４）の回動制御を効率的に行なえるようにするため、コイル３１１の軸心と磁石２３の中央部分とは同じ軸（例えば回転軸Θ）上に配置するとよい。また、回転台３０の回転を妨げない範囲で互いの距離はできるだけ近い方がよい。代替的又は付加的に、コイル固定用部材３１の一部（例えばコイル３１１が設けられた部分）又は全部の材料に、鉄やフェライト等の磁性体を用いて、コイル固定用部材３１をコイル３１１の磁心（磁性コア）とすることで、コイル３１１が発生する電磁界の強度を強めるようにしてもよい。   In order to efficiently perform the rotation control of the movable plate 22 (mirror 24) by the electromagnetic field of the coil 311 described above, the axis of the coil 311 and the central portion of the magnet 23 have the same axis (for example, the rotation axis Θ). It is good to arrange on top. Further, it is preferable that the mutual distance is as close as possible within a range not preventing the rotation of the turntable 30. Alternatively or additionally, a part of the coil fixing member 31 (for example, a part where the coil 311 is provided) or the whole material is made of a magnetic material such as iron or ferrite, and the coil fixing member 31 is replaced with the coil 311. By using the magnetic core (magnetic core), the strength of the electromagnetic field generated by the coil 311 may be increased.

以上のように、光スキャナー２０の可動板２２（ミラー２４）に磁石２３を設けて、磁石２３が形成する静磁場に対して、コイル固定用部材３１に設けたコイル３１１の電磁場を作用させることで、非接触でミラー２４の反射角（光走査）を制御することができる。したがって、回転台３０側に追加的なコイルを用いなくても、非接触でのミラー２４の反射角制御が可能である。よって、コイル配置に要するスペースを最小限に抑制して、光走査装置１０の小型化を図ることができる。   As described above, the magnet 23 is provided on the movable plate 22 (mirror 24) of the optical scanner 20, and the electromagnetic field of the coil 311 provided on the coil fixing member 31 is applied to the static magnetic field formed by the magnet 23. Thus, the reflection angle (optical scanning) of the mirror 24 can be controlled in a non-contact manner. Therefore, it is possible to control the reflection angle of the mirror 24 in a non-contact manner without using an additional coil on the turntable 30 side. Therefore, the space required for coil arrangement can be minimized and the optical scanning device 10 can be downsized.

また、コイル３１１が設けられたコイル固定用部材３１の一部又は全部を磁性体とすることで、コイル固定用部材３１がコイル３１１の磁心として機能とするので、コイル３１１で発生する電磁界強度を強めて、ミラー２４の反射角制御をより効率的に、また、確実に行なうことが可能となる。   In addition, by using a part or all of the coil fixing member 31 provided with the coil 311 as a magnetic body, the coil fixing member 31 functions as a magnetic core of the coil 311, so that the electromagnetic field strength generated by the coil 311 is increased. Thus, the reflection angle control of the mirror 24 can be performed more efficiently and reliably.

（画像形成装置）
上述した非接触光走査制御機構を有する光走査装置１０は、例えば、投影スクリーンが円柱状や半球状等の３次元形状であるプロジェクタ、イメージング用ディスプレイなどの画像形成装置に適用することができる。すなわち、ミラー２４の反射角を制御して、光ビームＬを射出、走査することができる。射出先は、３次元形状のスクリーンとすることができる。その結果、優れた描画特性を有する画像形成装置を省スペースで実現することができる。 (Image forming device)
The optical scanning device 10 having the non-contact optical scanning control mechanism described above can be applied to an image forming apparatus such as a projector or an imaging display whose projection screen has a three-dimensional shape such as a cylindrical shape or a hemispherical shape. That is, the light beam L can be emitted and scanned by controlling the reflection angle of the mirror 24. The injection destination can be a three-dimensional screen. As a result, an image forming apparatus having excellent drawing characteristics can be realized in a space-saving manner.

１０…光走査装置、２０…光スキャナー、２１…基体、２２…可動板、２３…磁石、２４…ミラー（１次元走査ミラー）、３０…回転台、３１…コイル固定用部材、３２…ベアリング（スラスト軸受け）、３３…回転台支持部材、４０…レーザー光源、５０…電源回路、３０１…中空部分、３１１…コイル、３１２…透孔、Θ，Ｒ…回転軸、Ｌ…レーザー光（光ビーム） DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical scanning device, 20 ... Optical scanner, 21 ... Base | substrate, 22 ... Movable plate, 23 ... Magnet, 24 ... Mirror (one-dimensional scanning mirror), 30 ... Rotating stand, 31 ... Coil fixing member, 32 ... Bearing ( (Thrust bearing), 33 ... rotating table support member, 40 ... laser light source, 50 ... power supply circuit, 301 ... hollow portion, 311 ... coil, 312 ... through-hole, Θ, R ... rotating shaft, L ... laser beam (light beam)

Claims (7)

光ビームを出力する光源と、
前記光ビームを前記光ビームの光軸に対して可変の角度で反射可能であり、前記光ビームの光軸と平行な回転軸を軸心として回転可能なミラーと、
前記光ビームの入射を妨げないように前記ミラーに設けられた磁石と、
前記光ビームの光軸が内部を通るように配置された、前記磁石に電磁界を供給するコイルと、
を備えた、光走査装置。 A light source that outputs a light beam;
A mirror that is capable of reflecting the light beam at a variable angle with respect to the optical axis of the light beam, and that is rotatable about a rotation axis parallel to the optical axis of the light beam;
A magnet provided on the mirror so as not to interfere with the incidence of the light beam;
A coil for supplying an electromagnetic field to the magnet, disposed so that an optical axis of the light beam passes inside;
An optical scanning device comprising: 前記コイルは、中空構造の部材に設けられ、
前記光ビームは、前記部材の中空部分を通過して前記ミラーに入射する、請求項１記載の光走査装置。 The coil is provided on a member having a hollow structure,
The optical scanning device according to claim 1, wherein the light beam passes through a hollow portion of the member and enters the mirror. 光源からの光ビームを前記光ビームの光軸に対して可変の角度で反射可能であり、前記光ビームの光軸と平行な回転軸を軸心として回転可能なミラー、を備えた光走査装置の非接触光走査制御機構であって、
前記光ビームの入射を妨げないように前記ミラーに設けられた磁石と、
前記光ビームの光軸が内部を通るように配置された、前記磁石に電磁界を供給するコイルと、
を備えた、非接触光走査制御機構。 An optical scanning device comprising: a mirror capable of reflecting a light beam from a light source at a variable angle with respect to an optical axis of the light beam and rotatable about a rotation axis parallel to the optical axis of the light beam. Non-contact light scanning control mechanism of
A magnet provided on the mirror so as not to interfere with the incidence of the light beam;
A coil for supplying an electromagnetic field to the magnet, disposed so that an optical axis of the light beam passes inside;
A non-contact light scanning control mechanism. 前記コイルは、中空構造の部材に設けられ、
前記光ビームは、前記部材の中空部分を通過して前記ミラーに入射する、請求項３記載の非接触光走査制御機構。 The coil is provided on a member having a hollow structure,
The non-contact light scanning control mechanism according to claim 3, wherein the light beam passes through a hollow portion of the member and enters the mirror. 前記部材の一部又は全部が、磁性材料である、請求項４記載の非接触光走査制御機構。   The non-contact light scanning control mechanism according to claim 4, wherein a part or all of the member is a magnetic material. 前記磁石及び前記コイルは、前記光軸を軸心として互いに対向する位置に設けられている、請求項３〜５のいずれか１項に記載の非接触光走査制御機構。   The non-contact light scanning control mechanism according to claim 3, wherein the magnet and the coil are provided at positions facing each other with the optical axis as an axis. 請求項１記載の光走査装置を備えた画像形成装置であって、
前記ミラーの反射角を前記コイルが発生する電磁場により制御して、前記光ビームを射出する、画像形成装置。 An image forming apparatus comprising the optical scanning device according to claim 1,
An image forming apparatus that emits the light beam by controlling a reflection angle of the mirror by an electromagnetic field generated by the coil.
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