JP7247618B2 - 光走査装置及び光走査方法 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置及び光走査方法に関し、特に、光走査における走査角の拡大に関する。

光走査装置は、様々な光学系、例えば、複写機、レーザプリンタ、レーザプロッタ、ファクシミリ、レーザディスプレイ又はレーザ顕微鏡に用いられる。光走査装置は、可動反射部を有している。可動反射部は、回転可能になっている。可動反射部の角度を調整することで、可動反射部によって反射される光の走査角を調節することができる。

特許文献１には、光走査装置の一例について記載されている。光走査装置は、可動反射部及び固定反射部を有している。固定反射部は、可動反射部に対向している。可動反射部に入射した光は、可動反射部の回転軸に平行な方向に沿って、可動反射部及び固定反射部の間で反射を繰り返す。角度αの可動反射部によってＮ回反射された光の走査角は、２Ｎαとなる。したがって、可動反射部及び固定反射部の間の多重反射によって、光走査における走査角を大きくすることができる。

特許文献２及び３には、光走査装置の一例について記載されている。光走査装置は、可動反射部及び２つの固定反射部を有している。２つの固定反射部は、可動反射部の上方において、可動反射部の回転軸に平行な方向に沿って互いに並んでいる。２つの固定反射部の間を通過して可動反射部に入射した光は、可動反射部及び２つの可動反射部の間で反射を繰り返して、２つの固定反射部の間を通過して出射される。可動反射部及び２つの固定反射部の間の多重反射によって、光走査における走査角を大きくすることができる。

特開平４－８０７０９号公報 特開２００３－１７２８９７号公報 特開２００４－１７７４８７号公報

本発明者は、光走査における走査角の拡大を検討し、さらに、特許文献１～３に記載されている方法とは異なる光走査によって走査角を拡大することを検討した。例えば、特許文献１～３に記載の光走査においては、可動反射部の回転軸に平行な方向に沿って可動反射部及び固定反射部の間の多重反射が生じるために、可動反射部の回転軸に平行な方向に沿って可動反射部の面積が大きくなり得る。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型の可動反射部によって光走査における走査角を拡大することにある。

本発明に係る光走査装置は、可動反射部及び複数の固定反射部を含んでいる。複数の固定反射部は、第１固定反射部及び第２固定反射部を含んでいる。可動反射部による１回目の反射を受けた光は、第１固定反射部及び第２固定反射部による反射を受けた後、可動反射部による２回目の反射を受ける。

本発明に係る光走査方法は、可動反射部による１回目の反射を光に受けさせること、この光を複数の固定反射部のうちの第１固定反射部及び第２固定反射部によって反射すること及び可動反射部による２回目の反射をこの光に受けさせることを順に含んでいる。

本発明によれば、小型の可動反射部によって光走査における走査角を拡大することができる。

実施形態に係る光走査装置の斜視図である。 図１に示した可動反射部に用いられる光走査本体の詳細の一例の平面図である。 図１に示した光学部材の詳細の一例の断面図である。 変形例１に係る光走査装置の側面図である。 変形例２に係る光走査装置の側面図である。 光走査装置のシミュレーション結果を示す。 光走査装置のシミュレーション結果を示す。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、実施形態に係る光走査装置２０の斜視図である。

光走査装置２０は、可動反射部１００及び複数の固定反射部２１２（図１に示す例では、２つの固定反射部２１２）を含んでいる。複数の固定反射部２１２は、第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂを含んでいる。可動反射部１００による１回目の反射を受けた光Ｌは、第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂによる反射を受けた後、可動反射部１００による２回目の反射を受ける。言い換えると、光Ｌは、第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂによる反射の間に、可動反射部１００に入射しない。

本実施形態によれば、小型の可動反射部１００によって、光走査における走査角を拡大することができる。具体的には、本実施形態においては、少なくとも２回、光Ｌを可動反射部１００によって反射することができる。したがって、詳細を後述するように、光走査における走査角を拡大することができる。さらに、本実施形態においては、光Ｌが可動反射部１００に２回目に入射する位置を、複数の固定反射部２１２によって調整することができる。つまり、光Ｌが可動反射部１００に２回目に入射する位置を、光Ｌが可動反射部１００に１回目に入射する位置に近づけることができる。したがって、可動反射部１００を小型化することができる。

図１に示す例では、光Ｌは、第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂによる反射を受ける前、可動反射部１００の一方の側（側Ｓ１）から可動反射部１００に入射し、第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂによる反射を受けた後、可動反射部１００の側Ｓ１の反対の側（側Ｓ２）に向けて可動反射部１００によって反射される。光Ｌは、第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂによる反射の間の少なくとも一部において、側Ｓ２から側Ｓ１に向かう光路（図１に示す例では、光Ｌの光路のうちの第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂの間の部分）を辿る。

本実施形態によれば、側Ｓ１から側Ｓ２に向かう方向において、可動反射部１００を小型化することができる。具体的には、本実施形態においては、光Ｌは、第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂによる反射の間の少なくとも一部において、側Ｓ２から側Ｓ１に向かう光路を辿る。したがって、側Ｓ１から側Ｓ２に向かう方向において、光Ｌが可動反射部１００に２回目に入射する位置を、光Ｌが可動反射部１００に１回目に入射する位置に近づけることができる。したがって、側Ｓ１から側Ｓ２に向かう方向において、可動反射部１００を小型化することができる。

図１を用いて、光走査装置２０の詳細を説明する。

光走査装置２０は、可動反射部１００及び光学部材２００を含んでいる。

可動反射部１００は、回転軸Ｒに関して回転可能になっている。可動反射部１００は、共振駆動によって、例えば、静電力駆動、電磁駆動又は圧電素子駆動によって駆動される。可動反射部１００は、静止状態において、方向Ｈ（例えば、水平方向）に沿っている。図１に示す例では、可動反射部１００は、方向Ｈから角度α傾いている。

光学部材２００は、２つの固定反射部２１２（第１固定反射部２１２ａ、第２固定反射部２１２ｂ）及び透過面２２０を有している。本実施形態に係る光走査方法においては、光Ｌは、可動反射部１００によって反射され、透過面２２０を経由して光学部材２００に入射する。次いで、光Ｌは、光学部材２００内を透過して、第１固定反射部２１２ａによって反射される。次いで、光Ｌは、光学部材２００内を透過して、第２固定反射部２１２ｂによって反射される。次いで、光Ｌは、光学部材２００内を透過して透過面２２０を経由して光学部材２００から出射される。次いで、光Ｌは、可動反射部１００によって再び反射される。

光Ｌは、方向Ｈに垂直な方向Ｖ（例えば、鉛直方向）から見て、可動反射部１００の回転軸Ｒに平行な方向に沿って可動反射部１００に入射させることができる。この場合、光Ｌは、回転軸Ｒに平行な方向から見て、方向Ｈから角度α傾いた可動反射部１００に入射角αで入射する。光Ｌは、第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂによる反射を受けた後、可動反射部１００によって再び反射される。光Ｌは、方向Ｖから走査角θ傾いた方向に向けて出射される。走査角θは、光Ｌが可動反射部１００による反射をＮ回受けた場合、２Ｎαとなる。

光Ｌは、方向Ｈに垂直な方向Ｖから見て、可動反射部１００の回転軸Ｒに垂直な方向に沿って可動反射部１００に入射させてもよい。この場合、方向Ｖから見て、複数の固定反射部２１２は、可動反射部１００の回転軸Ｒに垂直な方向に沿って並ぶ。

図１に示す例では、光Ｌは可動反射部１００による反射を２回受けているが、光Ｌは可動反射部１００による反射を３回以上受けてもよい。例えば、光Ｌは、可動反射部１００による２回目の反射を受けた後、光学部材２００の固定反射部２１２による反射を再び受けて、可動反射部１００によってさらに再度反射されてもよい。

図２は、図１に示した可動反射部１００に用いられる光走査本体１０の詳細の一例の平面図である。

光走査本体１０は、枠体１１０、可動電極１２０、軸部材１３０及び固定電極１４０を含んでいる。可動電極１２０は、図１に示した可動反射部１００として機能し、軸部材１３０は、図１に示した回転軸Ｒとして機能する。

可動電極１２０は、反射層（例えば、金属層、具体的には、例えば、アルミニウム層）が形成された反射面を有している。光走査本体１０の外部から照射された光は、可動電極１２０の反射面によって反射される。可動電極１２０の角度を調節することで、光を所望の方向に向けて反射することができる。

可動電極１２０は、２つの軸部材１３０によって枠体１１０に取り付けられている。２つの軸部材１３０のうちの一方は、可動電極１２０のうちの対向する２辺のうちの一方に接続されており、２つの軸部材１３０のうちのもう一方は、可動電極１２０のうちの対向する２辺のうちのもう一方に接続されている。軸部材１３０は、可動電極１２０の回転軸として機能する。

可動電極１２０は、軸部材１３０が接続された２辺の間にあって櫛歯電極が形成された一辺及び軸部材１３０が接続された２辺の間にあって櫛歯電極が形成された他の一辺を有している。

固定電極１４０は、櫛歯電極を有している。固定電極１４０は、固定電極１４０の櫛歯電極及び可動電極１２０の櫛歯電極の間に隙間が形成されるように、可動電極１２０に対向している。図２に示す例では、一の固定電極１４０が可動電極１２０の一の櫛歯電極に対向しており、他の一の固定電極１４０が可動電極１２０の他の一の櫛歯電極に対向している。可動電極１２０及び固定電極１４０間の電圧によって発生する静電力によって、可動電極１２０は振動する。

図２に示す例において、光走査本体１０は、導電性材料、例えば、シリコン基板を選択的にエッチングすることで、形成することができる。

図３は、図１に示した光学部材２００の詳細の一例の断面図である。

光学部材２００は、透光性部材２００ａを含んでいる。透光性部材２００ａは、透光性材料、例えば、ガラス又は樹脂からなっている。

透光性部材２００ａは、面２０２ａ、面２０２ｂ及び面２０２ｃを有している。図３に示す例において、透光性部材２００ａは、実質的に三角形形状を有している。この三角形は、厳密な三角形でなくてもよく、例えば、丸まった角を有していてもよい。透光性部材２００ａは、三角形形状以外の形状（例えば、三角形以外の多角形形状）を有していてもよい。

面２０２ａ及び面２０２ｂは、反射層２１０によって覆われている。反射層２１０は、例えば金属層、より具体的には、例えばアルミニウム層である。反射層２１０は、例えば、蒸着によって形成することができる。反射層２１０は、固定反射部２１２として機能する。このようにして、光学部材２００は、複数の固定反射部２１２（第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂ）がそれぞれ形成された複数の面（面２０２ａ及び面２０２ｂ）を有している。

面２０２ｃは、反射層２１０によって覆われていない。面２０２ｃは、透過面２２０として機能することができる。面２０２ｃ上には、反射防止コーティングが形成されていてもよい。

図１に示した光Ｌは、第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂによる反射を受ける前、透過面２２０を経由して光学部材２００に入射し、第１固定反射部２１２ａによる反射及び第２固定反射部２１２ｂによる反射の間の少なくとも一部において、光学部材２００内を透過し、第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂによる反射を受けた後、透過面２２０を経由して光学部材２００から出射される。

本実施形態によれば、複数の固定反射部２１２の配置を簡易に調整することができる。具体的には、本実施形態においては、複数の固定反射部２１２のそれぞれの配置を透光性部材２００ａの形状によって決定することができる。透光性部材２００ａの形状は、簡易に調整可能である。したがって、複数の固定反射部２１２の配置を簡易に調整することができる。

光走査装置２０は、様々な光学系、例えば、複写機、レーザプリンタ、レーザプロッタ、ファクシミリ、レーザディスプレイ又はレーザ顕微鏡に用いることができる。

（変形例１）
図４は、変形例１に係る光走査装置２０の側面図である。変形例１に係る光走査装置２０は、以下の点を除いて、実施形態に係る光走査装置２０と同様である。

光学部材２００は、第３固定反射部２１２ｃをさらに含んでいる。光Ｌは、第１固定反射部２１２ａの反射及び第２固定反射部２１２ｂの反射の間に第３固定反射部２１２ｃによる反射を受ける。図４に示す例においても、実施形態と同様にして、小型の可動反射部１００によって、光走査における走査角を拡大することができる。

図４に示す例において、光学部材２００の断面形状は、実質的に四角形形状を有している。この四角形は、厳密な四角形でなくてもよく、例えば、丸まった角を有していてもよい。光Ｌは、第１固定反射部２１２ａによる反射、第３固定反射部２１２ｃによる反射及び第２固定反射部２１２ｂによる反射を順に受けている。

（変形例２）
図５は、変形例２に係る光走査装置２０の側面図である。変形例２に係る光走査装置２０は、以下の点を除いて、実施形態に係る光走査装置２０と同様である。

複数の固定反射部２１２は、互いに独立して配置されていてもよい。図５に示す例において、第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂは、互いに独立して配置されたミラーである。図５に示す例においても、実施形態と同様にして、小型の可動反射部１００によって、光走査における走査角を拡大することができる。

実施例に係る光走査装置２０を以下のようにして製造した。

可動反射部１００は、シリコン基板をマイクロマシニング加工することで形成した。可動反射部１００の表面には、アルミニウムを蒸着させた。

光学部材２００は、一辺２ｍｍ及び高さ５ｍｍの正三角柱とした。第１固定反射部２１２ａ及び第２固定反射部２１２ｂをアルミニウム蒸着によって形成した。透過面２２０上には、反射防止コーティングを形成した。

可動反射部１００の静止状態において、可動反射部１００の表面及び光学部材２００の透過面２２０の間の距離は、１．５ｍｍとした。

光Ｌは、φ１．０ｍｍの赤色レーザビームコリメータ光とした。

可動反射部１００の傾きの角度αを１０°として、光Ｌを光走査本体１０によって走査した。走査角θは、３６°であった。走査角θは、理想値（４０°）とほぼ一致した。

図６及び図７は、光走査装置２０のシミュレーション結果を示す。実施例に係る光走査本体１０の走査角θは、図６及び図７に示すシミュレーション結果とも一致した。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１０ 光走査本体
２０ 光走査装置
１００ 可動反射部
１１０ 枠体
１２０ 可動電極
１３０ 軸部材
１４０ 固定電極
２００ 光学部材
２００ａ 透光性部材
２０２ａ 面
２０２ｂ 面
２０２ｃ 面
２１０ 反射層
２１２ 固定反射部
２１２ａ 第１固定反射部
２１２ｂ 第２固定反射部
２１２ｃ 第３固定反射部
２２０ 透過面

Claims (4)

1. 所定の一方の側から前記一方の側の反対の側に向けて延在する回転軸に関して回転可能な可動反射部と、
   前記一方の側から前記可動反射部に入射して前記可動反射部による１回目の反射を受けて前記反対の側に向けて反射された光を前記一方の側に向けて反射する第１固定反射部と、
   前記第１固定反射部による反射を受けた前記光を前記可動反射部に向けて反射する第２固定反射部と、
   を含み、
   前記第２固定反射部による反射を受けた光が前記可動反射部による２回目の反射を受け、
   前記可動反射部における前記光の前記１回目の反射を受ける位置と、前記可動反射部における前記光の前記２回目の反射を受ける位置と、が互いに異なる、光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置において、
   前記第１固定反射部及び前記第２固定反射部が設けられ、透光面を有する光学部材をさらに含み、
   前記光は、前記第１固定反射部及び前記第２固定反射部による反射を受ける前、前記透光面を経由して前記光学部材に入射し、前記第１固定反射部による反射及び前記第２固定反射部による反射の間の少なくとも一部において、前記光学部材内を透過し、前記第１固定反射部及び前記第２固定反射部による反射を受けた後、前記透光面を経由して前記光学部材から出射される、光走査装置。
3. 請求項１又は２に記載の光走査装置において、
   前記第１固定反射部による反射を受けた前記光を前記第２固定反射部に向けて反射する第３固定反射部をさらに含む、光走査装置。
4. 所定の一方の側から前記一方の側の反対の側に向けて延在する回転軸に関して回転可能な可動反射部に前記一方の側から光を入射して前記可動反射部による１回目の反射を前記光に受けさせて前記光を前記反対の側に向けて反射することと、
   前記光が前記可動反射部による前記１回目の反射を受けた後、前記光を第１固定反射部によって前記一方の側に向けて反射することと、
   前記光が前記第１固定反射部による反射を受けた後、前記光を第２固定反射部によって可動反射部に向けて反射することと、
   前記光が前記第２固定反射部による反射を受けた後、前記可動反射部による２回目の反射を前記光に受けさせることと、
   を含み、
   前記可動反射部における前記光の前記１回目の反射を受ける位置と、前記可動反射部における前記光の前記２回目の反射を受ける位置と、が互いに異なる、光走査方法。

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