(57)【要約】【課題】光スキャナにおいて、補助光源を用いることなく可動ミラーの動作を検出することを可能にし、製造コストを低くする。【解決手段】光スキャナ１は、レーザ光源２と、ハーフミラー３と、可動ミラー４と、固定ミラー５と、受光素子６を有している。ハーフミラー３は、光線１１の光路上に配置され、光線１１を主光線１２ａと副光線１３ａに分岐する。固定ミラー５は、ハーフミラー３の傍に、副光線１３ａを、主光線１２ａとは異なる角度で可動ミラー４の上面に向けて反射するように配置されている。ハーフミラー３によってレーザ光源２から出射された光線１１から分岐された副光線１３ａは、固定ミラー５によって光路を曲げられ、可動ミラー４の上面に入射する。可動ミラー４で反射した副光線の反射光１３ｂは、可動ミラー４が所定の角度であるとき、副光線の反射光１３ｂが受光素子６に入射して検出され、受光素子６から受光信号が出力される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された光線を主光線及び副光線に分岐する分岐手段と、
揺動又は回転運動することにより、入射した前記主光線を任意の振れ角で反射して、当該主光線の反射光を走査させる可動ミラーと、
前記副光線を前記主光線とは異なる角度で前記可動ミラーに入射させる固定偏向手段と、
前記可動ミラーにより反射された前記副光線の反射光を検出して前記可動ミラーの動作又は振れ角をモニタするための受光素子とを備えた光スキャナ。
【請求項２】
前記レーザ光源、分岐手段及び固定偏向手段は、前記主光線と副光線とが前記可動ミラーの同一面に入射するように、且つ、前記主光線の反射光が前記可動ミラーの揺動又は回転運動によっても前記受光素子に入射しないように、それぞれ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
【請求項３】
前記可動ミラーは、複数の反射面を有しており、
前記レーザ光源、分岐手段及び固定偏向手段は、前記主光線と副光線とが前記可動ミラーの互いに異なる反射面に入射するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
【請求項４】
少なくとも、前記レーザ光源の制御と、前記受光素子から出力される受光信号に基づく前記可動ミラーの動作又は振れ角のモニタとを行う機能を有する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記レーザ光源から出射する光線をパルス又は所定の変調パターンにより変調し、前記受光信号を、前記光線の出射時から経過した時間の関数として測定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動又は回転運動する可動ミラーにより光線を反射させて走査する光スキャナに関し、特に可動ミラーの動作又はミラーの角度を光学的に検出可能なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、揺動又は回転運動する可動ミラーを用いた光スキャナにおいて、可動ミラーの動作や可動ミラーの角度を光学的に検出するものがある。例えば、特許文献１には、主光源からの光線を可動ミラーにより反射して走査する光スキャナにおいて、補助光源からの光線の反射光を１次元イメージセンサ（受光素子）で受光して可動ミラーの角度を検出する機構が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の光スキャナでは、可動ミラーの角度を検出するために、一般的には高価なレーザ光源である補助光源を走査用の主光源とは別に設けるため、光スキャナの製造コストが高くなるという問題がある。
【特許文献１】特開昭５８−１５５９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、補助光源を用いることなく可動ミラーの動作又は可動ミラーの角度を検出することが可能であり、製造コストが低い光スキャナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射された光線を主光線及び副光線に分岐する分岐手段と、揺動又は回転運動することにより、入射した前記主光線を任意の振れ角で反射して、当該主光線の反射光を走査させる可動ミラーと、前記副光線を前記主光線とは異なる角度で前記可動ミラーに入射させる固定偏向手段と、前記可動ミラーにより反射された前記副光線の反射光を検出して前記可動ミラーの動作又は振れ角をモニタするための受光素子とを備えたものである。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記レーザ光源、分岐手段及び固定偏向手段は、前記主光線と副光線とが前記可動ミラーの同一面に入射するように、且つ、前記主光線の反射光が前記可動ミラーの揺動又は回転運動によっても前記受光素子に入射しないように、それぞれ配置されているものである。
【０００６】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記可動ミラーは、複数の反射面を有しており、前記レーザ光源、分岐手段及び固定偏向手段は、前記主光線と副光線とが前記可動ミラーの互いに異なる反射面に入射するように配置されているものである。
【０００７】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項の発明において、少なくとも、前記レーザ光源の制御と、前記受光素子から出力される受光信号に基づく前記可動ミラーの動作又は振れ角のモニタとを行う機能を有する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記レーザ光源から出射する光線をパルス又は所定の変調パターンにより変調し、前記受光信号を、前記光線の出射時から経過した時間の関数として測定するものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、１つのレーザ光源から出射された光線を主光線と副光線とに分岐し、副光線の反射光を受光素子で検知して可動ミラーの動作又は振れ角をモニタすることができる。従って、高価な補助光源を別途設けることなく、可動ミラーの動作又は振れ角をモニタすることができ、光スキャナの製造コストを低くすることができる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、主光線の反射光が受光素子に入射しないので、副光線の反射光のみを受光素子で検出し、可動ミラーの動作又は振れ角をより正確にモニタすることができる。また、可動ミラーの同一面で主光線と副光線とを反射するので、可動ミラーは少なくとも一面に反射面を有していればよく、光スキャナの構成を簡素化することができる。
【００１０】
請求項３の発明によれば、異なる反射面は、例えば主光線が反射される面とは反対側の面（裏面）であり、主光線及びその反射光と副光線及びその反射光とが光学的に分離されるため、副光線の反射光のみを受光素子で検出することができ、可動ミラーの動作又は振れ角を正確にモニタすることができる。また、主光線と副光線が互いに干渉しないので、主光線の走査や、可動ミラーの動作又は振れ角のモニタをより正確に行うことができる。
【００１１】
請求項４の発明によれば、レーザ光源から出射されてからの時間がほとんど経過していないときに受光素子で検出した光線は副光線の反射光であることから、制御部は、副光線の反射光と主光線の反射光等とを判別可能であり、より確実に可動ミラーの動作又は振れ角をモニタすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る光スキャナの一構成例を示す。光スキャナ１は、レーザ光源２と、ハーフミラー（分岐手段）３と、可動ミラー４と、固定ミラー（固定偏向手段）５と、受光素子６と、制御部７とを有している。光スキャナ１は、例えば、レーザプリンタ、バーコードリーダ、レーザレーダ、距離画像センサ、レーザマーカーやレーザ加工機等に用いられる。すなわち、光スキャナ１により走査される光線は、例えば、レーザプリンターの感光体ドラム上に形成する潜像の描画や、バーコードリーダにおけるバーコードの読み出し走査や、レーザレーダや光走査型顕微鏡の対象物照射等に用いられる。この光スキャナ１は、可動ミラー４の振れ角の精度が高いものであり、後述のように可動ミラー４の動作をモニタすることができるように構成されている。
【００１３】
レーザ光源２は、光線１１を可動ミラー４の上面に向けて出射するように配置されている。ハーフミラー３は、光線１１の光路上に配置され、レーザ光源２から出射された光線１１を主光線１２ａ及び副光線１３ａに分岐する。固定ミラー５は、例えば、ハーフミラー３の傍に、ハーフミラー３で反射されることにより光線１１から分岐された副光線１３ａが入射するように設けられている。固定ミラー５は、副光線１３ａを、主光線１２ａとは異なる角度で可動ミラー４の上面に向けて反射するように配置されている。本実施形態においては、副光線１３ａは、可動ミラー４の上面に対する入射角が主光線１２ａよりも浅くなるように、可動ミラー４に入射する。
【００１４】
可動ミラー４は、例えば、図の矢印Ｒで示すように、揺動軸４ａを中心に揺動運動するガルバノミラーである。可動ミラー４は、上面に、主光線１２ａ及び副光線１３ａを反射するための反射面４ｂを有している。可動ミラー４は、例えば、ステンレスなどの金属板であるが、これに限られず、ガラス板やシリコン基板にアルミニウムなどの金属膜を積層したものでもよい。また、可動ミラー４は、例えば、電磁モータや、圧電モータ、又は、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）と呼ばれる半導体加工技術を応用し静電力やバイモルフ効果を利用して駆動されるアクチュエータ（図示せず）等によって揺動される。可動ミラー４には、ハーフミラー３を透過した主光線１２ａと、ハーフミラー３と固定ミラー５により反射された副光線１３ａが入射する。可動ミラー４は、入射した主光線１２ａを任意の振れ角で反射して、主光線の反射光１２ｂを走査させる。また、可動ミラー４は、入射した副光線５を任意の振れ角で反射する。副光線の反射光１３ｂは、可動ミラー４の上面に対して主光線の反射光１２ｂよりも浅い角度で反射され、可動ミラー４の揺動に応じて走査される。
【００１５】
受光素子６は、例えばフォトダイオードであり、可動ミラー４により反射される副光線の反射光１３ｂを受光可能な位置に配置されている。受光素子６は、例えば、可動ミラー４が所定の角度になったときに可動ミラー４により反射された副光線の反射光１３ｂが入射する位置に配置されている。
【００１６】
制御部７は、例えばマイコンやメモリ等で構成されている。制御部７は、可動ミラー４を駆動する駆動機構（図示せず）を制御し可動ミラー４の動作を制御する機能や、レーザ光源２を制御して光線１１を出射させる機能を有している。また、制御部７は、光を受光した受光素子６から出力される受光信号に基づいて可動ミラー４の動作のモニタを行う機能等を有している。
【００１７】
ここで、副光線１３ａとして必要な光の強度は、可動ミラー４の直近に配置された受光素子６で副光線の反射光１３ｂが検出できる程度になるような大きさにすればよい。従って、ハーフミラー３は、例えば、主光線１２ａと副光線１３ａとの光の強度の分岐比が１０：１以下になるように構成され配置されている。
【００１８】
次に、光スキャナ１の動作について説明する。レーザ光源２から出射された光線１１は、ハーフミラー３によって主光線１２ａと副光線１３ａに分岐される。主光線１２ａは、揺動する可動ミラー４に入射し、その反射光１２ｂが走査される。他方、副光線１３ａは、固定ミラー５によって光路を曲げられ、可動ミラー４の上面、すなわち主光線１２ａが入射する面と同一面上の反射面４ｂに入射する。可動ミラー４で反射された副光線の反射光１３ｂは、受光素子６に向けて進む。可動ミラー４が所定の角度であるとき、副光線の反射光１３ｂが受光素子６に入射すると、受光素子６から受光信号が出力される。可動ミラー４が所定の周期で揺動しているとき、受光素子６に所定時間毎に副光線の反射光１３ｂが入射するので、受光素子６から所定時間毎に受光信号が出力される。制御部７は、受光素子６から出力された受光信号に基づき、可動ミラー４の動作等をモニタする。すなわち、このように、可動ミラー４により反射された副光線の反射光１３ｂが受光素子６により検出されることにより、可動ミラー４が揺動中であることや、可動ミラー４が上記所定の角度になるタイミングや、可動ミラー４の揺動の周期及び位相等をモニタすることができる。
【００１９】
図２は、光スキャナ１における各光線の光路の位置関係を示す。受光素子６は、可動ミラー４が揺動しているときに、主光線の反射光１２ｂが入射しない位置に配置されている。すなわち、主光線１２ａと副光線１３ａが可動ミラー４の揺動軸４ａに直交する同一平面上にある場合、図に示すように、主光線１２ａの可動ミラー４に対する入射角をαとし、可動ミラー４の振れ角を±θとすると、主光線の反射光１２ｂは、α±２θの角度範囲（図２に網掛で示す範囲）で走査される。受光素子６の受光面は、この角度範囲外に配置されている。このように受光素子６が配置されていることにより、受光素子６には副光線の反射光１３ｂのみが入射する。なお、前述のように、副光線１３ａの強度は主光線１２ａの強度に比べて非常に小さいので、主光線１２ａと副光線１３ａが干渉することによる影響は非常に小さく、無視できるものである。
【００２０】
以上説明したように、本実施形態によれば、１つのレーザ光源２から出射された光線１１を主光線１２ａと副光線１３ａとに分岐し、副光線の反射光１３ｂを受光素子６で検知して可動ミラー４の動作をモニタすることができる。従って、高価な補助光源を別途設けることなく、可動ミラー４の動作をモニタすることができ、光スキャナ１の製造コストを低くすることができる。また、主光線の反射光１２ｂが受光素子６に入射しないので、副光線の反射光１３ｂのみを受光素子６で検出し、主光線の反射光１２ｂによる擾乱を受けることなく、より正確に可動ミラー６の動作をモニタすることが可能である。また、可動ミラー４の同一面で主光線１２ａと副光線１３ａとを反射するので、可動ミラー４は一面だけに反射面４ｂを有していればよく、光スキャナ１の構成を簡素化し、さらに製造コストを低減することができる。
【００２１】
なお、本実施形態において、ハーフミラー３、固定ミラー５、受光素子６が、主光線１２ａと副光線１３ａが互いに同一平面内を通過するように構成されていなくてよい。図３は、副光線１３ａが主光線１２ａとは異なる方向から可動ミラー４に入射する一例を示す。図に示すように、可動ミラー４の上面に対して垂直な平面のうち、主光線１２ａが通過する平面と副光線１３ａが通過する平面とが異なり、これら２つの平面が互いにφの角度をなすようにしてもよい。その場合、主光線の反射光１２ｂの走査範囲の振れ角に対して、副光線の反射光１３ｂの走査範囲の振れ角はｃｏｓφ倍になり、上述の実施形態と比較して小さくなるが、主光線の反射光１２ｂが受光素子６に入射するおそれは大幅に小さくなるため、より確実に可動ミラー４の動作をモニタすることができる。このような構成は、ハーフミラー３の反射面を可動ミラー４の揺動軸４ａに対して傾けることにより実現することができる。
【００２２】
図４は、本発明の第２実施形態に係る光スキャナを示す。この光スキャナ３１は、可動ミラー３４の構成と、ハーフミラー３、固定ミラー５、及び受光素子６の配置とが上述の第１実施形態と相違する。第２実施形態において、可動ミラー３４以外の構成要素については、上述の第１実施形態に係る光スキャナ１と同様であるため説明を省略する。可動ミラー３４は、可動ミラー４と同様に動作するガルバノミラーであるが、上面と下面（又は前面と背面）にそれぞれ反射面４ｂが設けられている。
【００２３】
第２実施形態において、図に示すように、ハーフミラー３と固定ミラー５は、副光線１３ａが可動ミラー３４の下面の反射面４ｂに入射するように配置されている。すなわち、レーザ光源２、ハーフミラー３、及び固定ミラー５は、主光線１２ａと副光線１３ａとが可動ミラー３４の互いに異なる反射面４ｂに入射するように配置されている。受光素子６は、可動ミラー３４の下面で反射された副光線の反射光１３ｂが、可動ミラー３４が所定の姿勢であるときに入射するように、可動ミラー３４の下方に配置されている。光スキャナ３１は、光スキャナ１と同様に、可動ミラー３４が所定の姿勢であるときに受光素子５に副光線の反射光１３ｂが入射することを検知することにより、可動ミラー３４の動作をモニタ可能である。
【００２４】
このように、第２実施形態によれば、主光線１２ａ及びその反射光１２ｂと副光線１３ａ及びその反射光１３ｂとが光学的に分離されるため、副光線の反射光１３ｂのみを受光素子６で検出することができ、可動ミラー３４の動作を正確にモニタすることができる。また、主光線１２ａと副光線１３ａが互いに干渉しないので、主光線の反射光１２ｂの走査や、可動ミラー３４の動作のモニタをより正確に行うことができる。
【００２５】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態において、光スキャナ１，３１の構成は上述の第１実施形態又は第２実施形態と同様であるので、その説明を省略する。第３実施形態において、光スキャナ１，３１は、制御部７が後述のように制御を行うことにより、より正確に可動ミラー４，３４の動作をモニタ可能に構成されている。
【００２６】
図５は、光スキャナ１，３１の動作時における光線１１の強度と受光素子６が受光する光の強度とを、時間の関数として並列して示す。第３実施形態において、制御部７は、レーザ光源２から出射する光線１１を単一のパルスより変調する。このとき、例えば、図の上段に示すように、レーザ光源２から出射される光線１１の強度がパルス状に変化する。また、制御部７は、受光素子６からの受光信号を、光線１１の出射時から経過した時間の関数として測定する。制御部７がこのように受光信号を測定することにより、光線１１が出射されてから受光素子６で受光されるまでの遅延時間を測定可能である。すなわち、この遅延時間は、レーザ光源２から出射される光線１１の変調タイミングと、受光信号の光強度の時間相関を評価することにより、容易に求めることが可能である。なお、制御部７は、レーザ光源２から出射する光線１１を、例えば所定周期のパルスパターン等、所定の変調パターンにより変調し、その変調パターンと、受光信号の光強度の時間相関とを評価して、遅延時間を求めるようにしてもよい。
【００２７】
制御部７は、測定した遅延時間に基づき、受光信号について、主光線の反射光１２ｂが遠方で反射して受光素子６に入射した場合のものか、可動ミラー４から副光線の反射光１３ｂが受光素子６に入射した場合のものかを判別可能である。例えば、光線１１から分岐された副光線１３ａが、ハーフミラー３、固定ミラー５、可動ミラー４，３４を経由し副光線の反射光１３ｂとして受光素子６に入射する場合、その光路は比較的短くなる。従って、上述のように変調され出射された光線１１について、副光線の反射光１３ｂが受光素子６に入射すると、図の中段に示すように、受光信号は、光線１１の出射時からほとんど遅延せずに制御部７で検出される。他方、例えば光スキャナ１，３１をレーザスキャナなどに用いる場合などにおいて、主光線の反射光１２ｂが遠方で反射してその一部が受光素子６に入射する場合、光路長が長くなる。そのため、図の下段に示すように、主光線の反射光１２ｂの受光信号は、光線１１が出射されてから比較的長い時間遅延した後に検出される。
【００２８】
第３実施形態では、上記のように光線１１の出射時から受光信号を検出するまでの遅延時間を判断することによって、制御部７は、主光線の反射光１２ｂが遠方で反射して受光素子６に入射した場合と、可動ミラー４から副光線の反射光１３ｂが受光素子６に入射した場合とを判別可能である。従って、可動ミラー４からの副光線の反射光１３ｂの受光信号のみを考慮して、可動ミラー４の動作に関する情報をより正確に得ることができる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、可動ミラーは、回転運動を行うものであってもよい。また、可動ミラーは、ガルバノミラーではなく、例えば、複数の反射面をその回転側面に有するようなポリゴンミラーであってもよい。さらにまた、ハーフミラーに替えて、光線１１を分岐する分岐手段として、ビームスプリッターを設けてもよい。また、固定ミラーに替えて、副光線１３ａを偏向する偏向手段として、例えばプリズムなどの偏向器を設けてもよい。
【００３０】
また、受光素子は、複数設けられていてもよい。さらにまた、受光素子は、例えば、可動ミラーの揺動時に、副光線の反射光１３ｂが、常に、又は所定の期間だけ連続して入射するように配置及び構成されたＰＳＤ（位置検出フォトダイオード）や、ＣＣＤ（電荷転送素子）等であってもよい。受光素子として例えばＰＳＤを用いる場合、スポット光の入射位置に応じてＰＳＤからの出力が変化する。従って、このような受光素子を用いる場合、可動ミラーの動作や位相等のみならず、揺動時の可動ミラーの姿勢すなわち振れ角を連続的にモニタすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光スキャナの一構成例を示す側面図。
【図２】上記光スキャナの主光線と副光線の光路を示す図。
【図３】第１実施形態の一変形例に係る光スキャナの上面図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る光スキャナの一構成例を示す側面図。
【図５】本発明の第３実施形態に係る光スキャナの動作を説明するグラフ。
【符号の説明】
【００３２】
１，３１  光スキャナ
２  レーザ光源
３  ハーフミラー（分岐手段）
４，３４  可動ミラー
５  固定ミラー（固定偏向手段）
６  受光素子
７  制御部
１１  （レーザ光源から出射された）光線
１２ａ  主光線
１２ｂ  主光線の反射光
１３ａ  副光線
１３ｂ  副光線の反射光
【図１】
2010107575.tif 000003
【図２】
2010107575.tif 000004
【図３】
2010107575.tif 000005
【図４】
2010107575.tif 000006
【図５】
2010107575.tif 000007